DE102019119664A1

DE102019119664A1 - Abtasten eines Drehwinkels

Info

Publication number: DE102019119664A1
Application number: DE102019119664.7A
Authority: DE
Inventors: Udo Ausserlechner
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2019-07-19
Filing date: 2019-07-19
Publication date: 2021-01-21
Also published as: US20210018309A1; US11692807B2; CN112240739A

Abstract

Es wird eine Drehwinkelabtastvorrichtung vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: eine Magnetfeldquelle, die mechanisch an eine drehbaren Welle gekoppelt sein kann; wenigstens ein leitfähiges Target, das mechanisch an die drehbare Welle gekoppelt sein kann; einen magnetischen Winkelsensor, der ausgelegt ist, das Magnetfeld der Magnetfeldquelle zu detektieren; und wenigstens eine Spule, die ausgelegt ist, (i) einen Wirbelstrom in dem wenigstens einen leitfähigen Target zu erregen und (ii) ein durch den Strom induziertes Signal zu empfangen. Es wird außerdem ein entsprechendes Verfahren bereitgestellt.

Description

Die Prinzipien induktiver Sensoren sind z. B. in [Slawomir Tumanski: Induction Coil Sensors - a Review; http://www.tumanski.x.pl/coil.pdf] beschrieben.
In vielen Anwendungen ist es keine Option, für die Zwecke der Winkelmessung direkt auf das Ende einer Welle zuzugreifen. Als eine Lösung kann ein 3D-Magnetsensor durch das Messen der X-Y- (X-Z- oder Y-Z-) Komponenten verwendet werden. Der Sensor befindet sich außerhalb der Welle, d. h., nicht auf der Drehachse der Welle. Die Welle selbst weist einen magnetischen Codierer mit wenigstens zwei Polen (wobei einer als N und der andere als S bezeichnet wird) auf. Es wird auf [Infineon, Anwendungshinweis, „Out of Shaft with magnetic 3D sensor“, 31. Juli 2018, öffentlich verfügbar unter: https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-Out_of_Shaft-AN-v01_00-EN.pdf?fileId=5546d46265257de801653898ba536074] Bezug genommen.
Es ist eine Aufgabe, die vorhandenen Lösungen zum Abtasten eines Drehwinkels, z. B. einer Welle, zu verbessern.
Diese wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die hier vorgeschlagenen Beispiele können insbesondere auf wenigstens einer der folgenden Lösungen basieren. Es können Kombinationen der folgenden Merkmale verwendet werden, um ein gewünschtes Ergebnis zu erreichen. Die Merkmale des Verfahrens könnten mit irgendeinem Merkmal (irgendwelchen Merkmalen) der Vorrichtung, des Geräts oder des Systems kombiniert werden oder umgekehrt.
Es wird eine Drehwinkelabtastvorrichtung bereitgestellt, wobei die Vorrichtung umfasst:

- eine Magnetfeldquelle, die mechanisch an eine drehbare Welle gekoppelt sein kann;
- wenigstens ein leitfähiges Target, das mechanisch an die drehbare Welle gekoppelt sein kann;
- einen magnetischen Winkelsensor, der ausgelegt ist, das Magnetfeld der Magnetfeldquelle zu detektieren,
- wenigstens eine Spule, die ausgelegt ist
- - um einen Wirbelstrom in dem wenigstens einen leitfähigen Target zu erregen und
- - um ein durch den Strom induziertes Signal zu empfangen.

Die wenigstens eine Spule kann so ausgelegt sein, dass sie den Wirbelstrom in dem wenigstens einen leitfähigen Target aus der Ferne erregt.
Das wenigstens eine leitfähige Target kann ein Stück oder ein Abschnitt einer Targetstruktur sein, wie sie hier beschrieben ist, oder es kann die Targetstruktur sein.
Es wird angegeben, dass das wenigstens eine leitfähige Target direkt oder indirekt mechanisch an die Welle gekoppelt sein kann. Das wenigstens eine leitfähige Target kann an die Welle selbst, an einen Träger oder an die Magnetfeldquelle gekoppelt sein.
Das leitfähige Target muss nicht an der Magnetfeldquelle befestigt sein; es kann ausreichen, wenn das leitfähige Target kohärent mit der Magnetfeldquelle rotiert. Dies kann z. B. erreicht werden, indem die Magnetfeldquelle und das Target an der (gemeinsamen) Welle befestigt sind.
Es wird ferner angegeben, dass die Kombination aus einem magnetischen und einem induktiven Sensorprinzip vorteilhaft ist, weil beide das Magnetfeld nutzen: ein statischer Anteil des Magnetfeldes wird für das magnetische Prinzip verwendet und ein zeitlich veränderlicher Anteil des Magnetfeldes wird für das induktive Prinzip verwendet. Beide Prinzipien sind ziemlich robust gegenüber z. B. Öl, Fett, Feuchtigkeit oder Staub.
Es wird außerdem angegeben, dass die Magnetfeldquelle in einer kreisförmigen Weise um die Welle angeordnet sein kann. Es ist eine Option, dass die Magnetfeldquelle mehrere Magneten umfasst, die auf einem Substrat oder irgendeinem Stützmedium eingesetzt werden.
Der magnetische Winkelsensor kann Teil einer Baugruppe sein, die auf einer Leiterplatte (PCB) angebracht sein kann.
Der magnetische Winkelsensor kann wenigstens zwei Winkelsensorelemente umfassen, die ausgelegt sind, unterschiedliche Magnetfeldkomponenten (in unterschiedlichen Richtungen) zu detektieren.
In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Magnetfeldquelle ein Multipol-Permanentmagnet sein, wobei mehrere leitfähige Targets auf die Pole des Magneten in einer im Wesentlichen konstanten azimutalen Richtung in einem im Wesentlichen konstanten radialen Abstand und einer im Wesentlichen konstanten axialen Position ausgerichtet sind.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Magnetfeldquelle an der Welle befestigt und umfasst die Magnetfeldquelle wenigstens eines des Folgenden:

- einen Permanentmagneten;
- einen Ringmagneten;
- einen durch Spritzgießen gebildeten Ferrit.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Magnetfeldquelle einen Dipolmagneten oder einen Multipolmagneten.
Falls die Magnetfeldquelle einen Dipolmagneten umfasst, kann eine volle Periode eines einzigen erzeugten Signals einer Umdrehung der Welle entsprechen, die 360° beträgt. Falls die Magnetfeldquelle einen Multipolmagneten umfasst, werden pro 360°-Drehung mehrere derartige volle Perioden erzeugt. Es kann außerdem ein einziges leitfähiges Target (z. B. eine leitfähige Targetstruktur, die einen einzigen Zahn umfasst) vorgesehen sein, das die Erzeugung einer einzigen Periode eines Signals pro 360°-Drehung ermöglicht, oder es können mehrere leitfähige Targets (z. B. eine leitfähige Targetstruktur, die mehrere Zähne umfasst) vorgesehen sein, die das Erzeugen mehrerer Perioden eines Signals pro 360°-Drehung ermöglichen.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Magnetfeldquelle und/oder das wenigstens eine leitfähige Target ausgelegt, pro Umdrehung der Welle eine oder mehrere Perioden eines Signals zu erzeugen.
Die Magnetfeldquelle und/oder das wenigstens eine leitfähige Target können folglich so ausgelegt sein, dass eine oder mehrere Perioden eines Signals pro Umdrehung (der Welle) erzeugt werden können.
Gemäß einer Ausführungsform ist das wenigstens eine leitfähige Target auf einer Oberfläche der Magnetfeldquelle angeordnet.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das wenigstens eine leitfähige Target wenigstens eines des Folgenden:

- Aluminium;
- Kupfer;
- ein Blech;
- ein einfaches Stück Metall;
- eine Metallhülse
- eine Metallfolie;
- eine Spule, die einen Draht und/oder eine Leiterbahn mit wenigstens einer Schleife umfasst;
- eine offene oder geschlossene Spirale oder Schleife.

Das wenigstens eine Target kann ein starres Metall sein, das als eine Halterung für die Magnetfeldquelle verwendet wird. Es ist insbesondere eine Option, dass das wenigstens eine Target die mechanische Stabilität erhöht.
Es ist außerdem eine Option, die Magnetfeldquelle durch Spritzgießen um das Target zu bilden, um eine im Wesentlichen glatte und gleichmäßige Oberfläche zu erhalten.
Gemäß einer Ausführungsform weist das wenigstens eine leitfähige Target eine geringe magnetische Suszeptibilität, insbesondere eine relative Permeabilität in einem Bereich zwischen 0,9 und 1,1 auf.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das wenigstens eine leitfähige Target ein Band oder eine Beschichtung.
Die Leitfähigkeit der Magnetfeldquelle kann signifikant (z. B. um einen Faktor von wenigstens 100) kleiner als die Leitfähigkeit des leitfähigen Targets sein.
Gemäß einer Ausführungsform ist das wenigstens eine leitfähige Target auf eine an die Magnetfeldquelle gekoppelte Stützstruktur oder auf die Magnetfeldquelle selbst geklebt oder gespritzt.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die wenigstens eine Spule Differentialspulen.
Das induktive System (d. h., die wenigstens eine Spule) kann z. B. zwei Spulen-Teilsysteme mit völlig gleichen Windungsflächen (d. h., Produkt aus der Windungszahl und der Fläche jeder Windung) umfassen, wobei beide Teilsysteme in Reihe geschaltet sind, aber eines gegenüber dem anderen umgedreht und daneben angeordnet ist, so dass das Wechselstromfeld (AC-Feld) kein Signal im gesamten Spulensystem induziert. Die Differentialspulen weisen im Vergleich zu Nichtdifferentialspulen eine geringere elektromagnetische Emission auf.
Gemäß einer Ausführungsform ist das wenigstens eine leitfähige Target bezüglich der Magnetfeldquelle ausgerichtet.
Gemäß einer Ausführungsform ist der magnetische Winkelsensor ausgelegt, eine räumliche Richtung des Magnetfeldes zu detektieren, das durch die Magnetfeldquelle an ihn angelegt ist.
Der magnetische Winkelsensor kann irgendeiner Oberfläche der Magnetfeldquelle gegenüberliegend, vorzugsweise mit einem kleinen Zwischenraum (Abstand von der Oberfläche der Magnetfeldquelle) positioniert sein. Das wenigstens eine leitfähige Target kann auf oder an dieser bevorzugten Oberfläche oder in deren Umgebung angeordnet sein.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der magnetische Winkelsensor wenigstens eines des Folgenden:

- einen MR-Sensor;
- einen AMR-Sensor;
- einen GMR-Sensor;
- einen TMR-Sensor;
- eine Hall-Platte;
- eine vertikale Hall-Effekt-Vorrichtung.

Der Winkelsensor kann wenigstens ein Sensorelement umfassen. Das Sensorelement kann wenigstens eines des Folgenden sein oder wenigstens eines des Folgenden umfassen: ein AMR- (anisotroper MR-) Sensor, ein GMR- (Riesen-MR-) Sensor, ein TMR- (Tunnel-MR-) Sensor, eine Hall-Platte oder eine vertikale Hall-Effekt-Vorrichtung.
Der Winkelsensor kann eine Sensorbaugruppe, eine Sensorkomponentenplatte oder ein Sensormodul sein.
Gemäß einer Ausführungsform ist die wenigstens eine Spule durch einen Wechselstrom (AC) angetrieben.
Es wird angegeben, dass das induktive System mit einem Signal mit einer Wechselstromfrequenz im Bereich von 1 kHz bis 1000 MHz, insbesondere 4 MHz, betrieben werden kann. Sie kann so gewählt werden, dass sie den Parametern der Kapazitäten und der Spulen in der integrierten Schaltungstechnik (z. B. Silicium-CMOS-Technik) entspricht. Das Signal des Wechselstroms kann sinusförmig oder impulsförmig sein. Die Frequenz kann fest sein oder sich periodisch oder gemäß einem (Pseudo-) Zufallsmuster ändern.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Spule, die den Strom in dem wenigstens einen leitfähigen Target erregt und das induzierte Signal empfängt, dieselbe.
Gemäß einer Ausführungsform erregt eine Spule den Strom in dem wenigstens einen leitfähigen Target, während eine weitere Spule das induzierte Signal empfängt.
Gemäß einer Ausführungsform sind der magnetische Winkelsensor und die wenigstens eine Spule in einer einzigen Baugruppe angeordnet.
Gemäß einer Ausführungsform, die eine Verarbeitungsvorrichtung umfasst, die ausgelegt ist, das detektierte Magnetfeld und das durch den Strom induzierte empfangene Signal zu kombinieren, um den Drehwinkel der Welle abzuleiten.
Die Verarbeitungsvorrichtung kann wenigstens eines des Folgenden umfassen: einen Prozessor, einen Mikrocontroller, eine festverdrahtete Schaltung, eine ASIC, eine FPGA, eine Logikvorrichtung.
Außerdem wird ein Verfahren zum Abtasten eines Drehwinkels einer Welle vorgeschlagen, die drehbar um eine Drehachse angeordnet ist, wobei eine Magnetfeldquelle mechanisch an die Welle gekoppelt sein kann, wobei wenigstens ein leitfähiges Target mechanisch an die Welle gekoppelt sein kann, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:

- Detektieren des Magnetfeldes der Magnetfeldquelle durch einen magnetischen Winkelsensor,
- Erregen eines Stroms über wenigstens eine Spule in dem wenigstens einen leitfähigen Target;
- Empfangen eines durch den Strom induzierten Signals durch die wenigstens eine Spule.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren Folgendes:

- Kombinieren des detektierten Magnetfeldes und des durch den Strom induzierten empfangenen Signals, um den Drehwinkel der Welle abzuleiten.

Folglich kann eine Sensorbaugruppe (z. B. in der Nähe der Magnetfeldquelle) bereitgestellt werden, die insbesondere den magnetischen Winkelsensor als eine Magnetfeldabtastvorrichtung, die wenigstens eine Spule und irgendeine Schaltungsanordnung umfassen kann. Die Sensorbaugruppe ist insbesondere dafür ausgelegt

(i) den Magnetwinkel des durch die Magnetfeldquelle erzeugten Magnetfeldes zu erfassen,
(ii) einen Wechselstrom durch die wenigstens eine Spule anzutreiben,
(iii) das induzierte Signal von den Wirbelströmen im leitfähigen Target zu detektieren,
(iv) die Messwerte des magnetischen Winkelsensors und des induzierten Signals zu kombinieren, um den Drehwinkel der Welle abzuleiten.

Es wird angegeben, dass bestimmte Ereignisse in den Signalen (d. h., den Messwerten des magnetischen Winkelsensors und/oder des induzierten Signals), z. B. der Nulldurchgang oder die ansteigenden Flanken oder die Extrema, detektiert werden können. Der Drehwinkel der Welle kann schließlich basierend auf derartigen Ereignissen bestimmt werden.
Die Ausführungsformen sind bezüglich der Zeichnungen gezeigt und veranschaulicht. Die Zeichnungen dienen dazu, das Grundprinzip zu veranschaulichen, so dass nur die zum Verständnis des Grundprinzips notwendigen Aspekte veranschaulicht sind. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgerecht. In den Zeichnungen bezeichnen die gleichen Bezugszeichen gleiche Merkmale.

1 zeigt eine schematische Anordnung, die eine Magnetfeldquelle, z. B. einen Multipolmagneten, der mechanisch an eine Welle gekoppelt ist, um eine Drehachse drehbar ist, und ein leitfähiges Target (das außerdem als ein „Target“ bezeichnet wird), das mechanisch an die Magnetfeldquelle gekoppelt ist, umfasst;
2 zeigt die Anordnung nach 1 von unten;
3 zeigt eine schematische Anordnung basierend auf 1 mit mehreren Targets, wobei die Targets als eine einzige physikalische Struktur oder als eine Vielzahl physikalischer Strukturen verwirklicht sein können;
4 zeigt die Anordnung nach 3 von unten;
5 zeigt eine Draufsicht der Anordnung nach 3 und 4;
6 zeigt eine schematische Anordnung basierend auf 1 mit so vielen Targets, wie es einzelne Pole des Multipolmagneten gibt, der als die Magnetfeldquelle wirkt;
7 zeigt eine beispielhaftes graphische Darstellung, die einen magnetischen Winkel, einen induktiven Winkel und eine Differenz 703, die eine Funktion der globalen Position (d. h., des Drehwinkels) der Welle ist, umfasst;
8 zeigt eine schematische Anordnung, die einen Multipolmagneten, der mechanisch an eine Welle gekoppelt ist, die um eine Drehachse drehbar ist, und ein leitfähiges Target (das außerdem als ein „Target“ bezeichnet wird), das sich auf der Oberseite des Multipolmagneten befindet, umfasst;
9 zeigt eine alternative Ausführungsform zu 8, wobei das Target Löcher umfasst;
10 zeigt einen Ausschnitt aus 3, wobei der Die (Chip) wenigstens eine Spule umfasst;
11 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform ähnlich zu 8, wobei ein Dipolmagnet anstelle des in 8 gezeigten Multipolmagneten verwendet wird.

Magnetische Durchgangswellen-Winkelsensoren weisen eine lange Welle mit einem Ringmagneten um sie und einen Magnetfeldsensor in der Nähe auf. Ein Sensor detektiert zwei Magnetfeldkomponenten B1, B2, wobei ein Magnetfeldwinkel basierend auf einem Vektor $B 1 * n 1 + B2 * n 2$
berechnet wird, wobei n1 und n2 Einheitsvektoren in den Richtungen 1 und 2 sind. Die Richtungen 1 und 2 können orthogonal oder im Wesentlichen orthogonal zueinander sein. Im Hinblick auf ein kartesisches Koordinatensystem können die Richtungen 1 und 2 aus den Richtungen x, y und z ausgewählt sein.
Es wird angegeben, dass der Sensor wenigstens zwei Sensorelemente umfassen kann, wobei jedes Sensorelement so gerichtet sein kann, dass es eine der Richtungen detektiert. Das Sensorelement kann als ein Chip oder ein Die implementiert sein; der Sensor, der das Sensorelement umfasst, kann in einer einzigen Baugruppe geliefert werden.
Dieser Magnetfeldwinkel ist auf die Drehposition des Magneten bezogen. In einem beispielhaften Fall ist die Drehposition des Magneten zu dem Magnetfeldwinkel völlig gleich. Es ist jedoch außerdem eine Möglichkeit, dass es eine funktionale Beziehung zwischen dem Magnetfeldwinkel und dem Drehwinkel des Magneten gibt. Eine derartige funktionale Beziehung kann z. B. unter Verwendung einer Nachschlagetabelle geliefert werden.
Dipolmagneten stellen einen einzigen N-Pol und einen einzigen S-Pol bereit. Folglich ist das Magnetfeldmuster des Dipolmagneten im vollen Bereich von 0° bis 360° im Wesentlichen eindeutig. Das Feldmuster kann jedoch an einer Produktionsausbreitung leiden, weil die Pole des Magneten zu groß sind, um mit einem hohen Grad der Gleichmäßigkeit hergestellt zu werden. Der Magnetfeldsensor kann außerdem unvollkommen sein, was zu zusätzlichen Messfehlern führt.
Multipolmagneten weisen p Paare von N- und S-Polen auf. Deshalb dreht sich der Magnetfeldwinkel um p * 360° (dies entspricht einem sogenannten elektrischen Winkel), falls sich der Magnet nur um 360° dreht (was den tatsächlichen mechanischen Winkel definiert).
Folglich kann das Auslesen des Magnetfeldwinkelsensors eindeutig auf den Drehwinkel der Welle in einem Winkelbereich von nur 360°/p abgebildet werden. Für einige Anwendungen ist dies ausreichend (z. B. die Steuerung eines Motors mit p Polpaaren), für andere Anwendungen ist aber eine höhere Auflösung des Winkels erforderlich.
Es ist der Vorteil von Multipolmagneten, dass die Fehler des Sensors selbst durch die Anzahl p geteilt werden können, wenn die Drehposition der Welle berechnet wird. Hier können elektrische Winkelfehler unterhalb eines Bereichs zwischen 1° und 2° erreicht werden, was vorteilhaft zu mechanischen Winkelfehlern in einem Bereich zwischen 1/p° und 2/p° führt. Wird z. B. ein Multipolmagnet mit p = 5 Paaren von N- und S-Polen angenommen, kann ein mechanischer Winkelfehler in der Größenordnung zwischen 0,2° und 0,4° erreicht werden.
Ein induktiver Winkelsensor kann umfassen

- ein stationäres Spulensystem, dem ein Wechselstrom (AC) zugeführt wird, und
- wenigstens ein drehbares leitfähiges Target, das ein Stück Metall, eine kurzgeschlossene Spule mit einer geringen Impedanzlast oder dergleichen sein kann.

Das Target kann ein einziges Stück sein oder es kann viele Stücke umfassen (die als Targets bezeichnet werden). Das Target kann insbesondere als eine „Targetstruktur“ betrachtet werden, die wenigstens ein Target, insbesondere mehrere Targets, umfasst. Die Targetstruktur kann als ein einziges Stück oder als viele Stücke verwirklicht sein.
Das AC-Magnetfeld der Spulen induziert Wirbelströme im Target, wobei diese Ströme induktiv in die Spule koppeln, wodurch ein elektromagnetisches Feld zugeführt wird. Eine Schaltung detektiert diese induzierte Spannung und leitet die Drehposition aus einer Amplituden- und/oder Frequenzverschiebung und/oder Phasenverschiebung des induzierten Signals ab.
Das stationäre Spulensystem kann wenigstens eine Spule umfassen. Die Spule kann groß sein, z. B. auf Leiterplatten angeordnet sein, die die Welle umgeben, oder klein sein, z. B. auf einem Chip integriert sein.
Das Target kann ein Zahnrad oder irgendeiner Platte oder Trommel mit Löchern umfassen oder ist einfach ein kleines Aluminiumband, das auf eine Kunststofftrommel geklebt sein kann.
Vorteilhaft können Targets mit p-facher Rotationssymmetrie verwendet werden, was sie bezüglich Winkeln, die sich um 360°/p unterscheiden, mehrdeutig macht. Normalerweise ist die Anzahl p wenigstens drei, wobei aber die Genauigkeit eines derartigen Systems abnehmen kann, wenn p entweder zu klein oder zu groß ist.
Es ist folglich insbesondere eine Aufgabe, eine Lösung bereitzustellen, um eine Drehposition einer Welle unter Verwendung von Magnetfeldern zu detektieren. Die Drehposition kann über den 360°-Bereich oder in Teilen davon bestimmt werden.
Die hier beschriebenen Beispiele sind besonders kosteneffizient. Es können z. B. ein einziger Magnet und ein einziger Winkelsensor verwendet werden. Der Sensor kann insbesondere keine Schleife erfordern, die die Welle umgibt.
Die hierin beschriebenen Beispiele kombinieren insbesondere magnetische und induktive Prinzipien.
Eine Magnetfeldquelle ist z. B. an einer Welle befestigt, die um eine Drehachse drehbar ist. Die Magnetfeldquelle kann wenigstens ein Permanentmagnet sein oder wenigstens einen Permanentmagneten umfassen. Der Magnet kann ein Multipolmagnet oder ein Dipolmagnet sein. Der Magnet kann von ziemlich schlechter elektrischer Leitfähigkeit sein.
Wenigstens ein (im hohen Grade) leitfähiges Target kann an dem Magneten befestigt sein. Im Hinblick auf das System, das das induktive Prinzip verwendet, ist es jedoch vorteilhaft, dass die Wirbelströme überwiegend im leitfähigen Target induziert werden (nicht so sehr in der Magnetfeldquelle).
Es kann ein Sensorgehäuse bereitgestellt sein (z. B. in der Nähe des Magneten), das eine Magnetfeld-Abtastvorrichtung, eine Induktionsschleife und irgendeine Schaltungsanordnung umfasst. Die Sensorbaugruppe ist ausgelegt,

(i) den magnetischen Winkel des durch den Magneten erzeugten Magnetfeldes zu detektieren,
(ii) einen Wechselstrom durch die Induktionsschleife anzutreiben, und
(iii) das induzierte Signal aus den Wirbelströmen im leitfähigen Target zu detektieren,
(iv) die Messwerte des magnetischen Winkels und des induzierten Signals zu kombinieren, um den Drehwinkel der Welle abzuleiten.

Der Permanentmagnet und sein zugeordnetes magnetisches Winkelmesssystem können als ein erster Teil (der außerdem als ein Hauptteil bezeichnet wird) betrachtet werden, während die induktive Schaltungsanordnung und ihr zugeordnetes Target als ein zweiter Teil (der außerdem als ein Hilfsteil bezeichnet wird) betrachtet werden.
Dies dient jedoch nur als ein Beispiel. Es ist außerdem möglich, den ersten Teil als den Hilfsteil und den zweiten Teil als den Hauptteil zu betrachten. Es wird angegeben, dass das magnetische Winkelmesssystem als ein Hauptsystem oder als ein Hilfssystem dienen kann, was außerdem für das induktive Messsystem gilt.
Es ist insbesondere für Diversifikations- und/oder Redundanzzwecke eine Option, mehr als ein System zu haben (sei es das magnetische oder das induktive Messsystem oder beide). Es wird angegeben, dass mehrere Systeme, die Informationen über den Drehwinkel der Welle bereitstellen - selbst wenn derartige Informationen wenigstens teilweise von jedem der Messsysteme ableitbar sind - verwendet werden können, um die Zuverlässigkeit und/oder Sicherheit der Anwendung zu erhöhen.
In einem beispielhaften Szenario kann das magnetische Winkelmesssystem außerdem verwendet werden, um Winkelablesungen φ' zu erhalten, die für eine volle Umdrehung des Magneten mit p Polpaaren von 0° bis p * 360° laufen. In diesem Fall stellt das magnetische Winkelmesssystem keine eindeutige Winkelablesung bereit, weil sich ein Winkel φ'/p vom Drehwinkel um n * 360°/p mit n = 0, 1, 2, ... p - 1 unterscheidet. Das induktive Messsystem kann folglich das Bestimmen von n unterstützen. Es gibt verschiedene Herangehensweisen, um dieses Target zu erreichen, von denen einige im Folgenden ausführlicher erklärt werden.
Beispiel: Einzelnes Target
Ein leitfähiges Target ist als einziger „Zahn“ bereitgestellt, der kleiner als ein (einziger) Magnetpol sein kann, oder er kann die Größe der Hälfte des Magneten aufweisen (d. h., sich über 180° erstrecken) oder er kann den gesamten Magneten mit Ausnahme einer kleinen Lücke bedecken.
In einem derartigen Fall wird das induktive System verwendet, um einen Bezugswinkel zu definieren: das induktive Signal kann ein ausgeprägtes Verhalten zeigen (d. h., es nimmt abrupt ab), wenn das einzige Target die Induktionsspule passiert.
Das ausgeprägte Verhalten des induktiven Signals kann vorzugsweise in einem Winkelbereich auftreten, der kleiner als eine Polpaargröße ist, d. h., kleiner als 360°/p ist, weil das System dann das induktive Signal mit dem spezifischen Polpaar in Beziehung setzen und es mit n = 0 markieren kann.
Das Target kann auf dem Magneten an einer derartigen Position angeordnet sein, dass für eine CW-Drehung (Drehung im Uhrzeigersinn) das induktive Merkmal nah bei einem Winkel φ' auftritt, der über 180° ansteigt, (während für eine CCW-Drehung (Drehung gegen den Uhrzeigersinn) das induktive Merkmal nah bei dem Winkel φ' auftritt, der unter 180° fällt). Dann wird die Anzahl der Umdrehungen (für eine CW-Drehung) um 1 erhöht oder (für eine CCW-Drehung) um 1 verringert, wenn der Winkel φ' zwischen 360° und 0° springt (falls sich bei diesem Sprung die Drehrichtung in der Zwischenzeit nicht geändert hat). Das Aufwärts-/Abwärtszählen n wird modulo p ausgeführt.
Nach dem Einschalten des Sensorsystems kann es warten, bis das induktive Signal detektiert wird. Jedes Mal, wenn das induktive Signal detektiert wird, initialisiert das System n = 0. Aus den in der Vergangenheit detektierten magnetischen Winkeln kennt das System die Drehrichtung (DIR = +1 für CW gegenüber DIR = -1 für CCW). Dann berechnet das System den Drehwinkel wie folgt: $φ''= φ'/p + 360 ° /p * DIR * n .$
Nach jeder vollen Magnetperiode wird n in Abhängigkeit von der Drehrichtung DIR um 1 erhöht oder verringert. 1 zeigt eine schematische Anordnung von oben. Es ist eine beispielhafte Anordnung, die eine Welle 101 mit einem 20 mm betragenden Durchmesser und einem Multipolmagneten 104 mit p = 4 Polpaaren 102 umfasst. Die Polpaare 102 des Magneten 104 sind gleich groß, wobei jeder einzige Pol einen Winkel von 360°/8 = 45° abdeckt. Jedes Polpaar 102 umfasst einen Pol 102a und einen Pol 102b. Der Multipolmagnet 104 ist ein Ring mit einem Innendurchmesser von 30 mm, einem Außendurchmesser von 40 mm und einer axialen Dicke von 7 mm.
Der Magnet 104 ist über einen Halter 105 an der Welle 101 befestigt.
Ein leitfähiges Target 103 (das außerdem als ein „Target“ bezeichnet wird) ist aus 0,2 mm dickem Blech hergestellt und an den Magneten 104 geklebt oder (spritz-) gegossen. Es weist einen einzigen Zahn auf, der die gekrümmte Außenfläche des Magneten 104 entlang seiner gesamten Breite von 7 mm mit einer azimutalen Größe von einem halben Pol begrenzt (d. h., einen Winkel von 22,5° um die Welle 101 abdeckt). Die Mitte des Targets 103 ist auf einen Nord-Süd-Übergang des Multipolmagneten 104 ausgerichtet. In anderen Ausführungsformen kann das Target um 11,25° CW oder CCW verschoben sein, so dass die ansteigende oder die abfallende Flanke des Targets mit einem N-S-Übergang des Multipolmagneten übereinstimmt.
Es sind zwei Sensor-Dies 106 und 107 (die außerdem als „Chips“ bezeichnet werden) gezeigt (jeder Sensor-Die wird außerdem als ein „Sensor“ oder ein „Sensorelement“ bezeichnet), die eine beispielhafte Größe aufweisen, die 2 mm × 1,5 mm × 0,75 mm beträgt.
Die Sensor-Dies 106 und 107 sind mit einem radialen Zwischenraum von 1,5 mm zum Magneten 104 angeordnet. Dieser radiale Zwischenraum zum Magneten 104 führt zu einem radialen Zwischenraum von 1,3 mm zum Target 103. In diesem Fall beträgt der radiale Zwischenraum zwischen dem Sensor-Die und dem Magneten 1,5 mm.
Die Sensor-Dies 106 und 107 weisen zwei verschiedene Orientierungen auf, die zwei beispielhafte Orientierungen der Sensor-Dies in Richtung auf den Magneten 104 angeben. Die beiden Sensor-Dies 106 und 107 sind vorteilhaft mit ihren Schwerpunkten in der Mittelebene des Magneten 104 angeordnet. Folglich kann etwas axiales Spiel der Welle 101 keine oder nur eine begrenzte Auswirkung auf die Änderung der durch die Dies 106 und 107 detektierten magnetischen und induktiven Signale aufweisen.
Es wird angegeben, dass für viele Anwendungsfallszenarios ein einziger Sensor-Die ausreicht. Es ist außerdem eine Option, dass im Fall des Verwendens mehrerer Sensor-Dies 106 und 107 diese Sensor-Dies 106 und 107 die gleiche Orientierung in Richtung auf den Magneten 104 aufweisen können. Insofern zeigt das Beispiel nach 1 lediglich eine mögliche Anordnung von zwei Sensor-Dies 106 und 107.
Jeder der Dies 106 und 107 kann magnetische Sensorelemente umfassen, die auf Magnetfelder in der radialen und der tangentialen Richtung ansprechen.
Der Die 107 kann vertikale Hall-Effekt-Vorrichtungen und Hall-Platten umfassen, während der Die 106 vertikale Hall-Effekt-Vorrichtungen oder XMRs umfassen kann.
Beide Dies 106 und 107 können Erreger- und Detektionsspulen für das induktive Sensorsystem umfassen. Wenn sie auf der Hauptfläche der Chips angeordnet sind, weist der induktive Sensor auf dem Die 107 ein stärkeres Signal im Vergleich zu dem durch den Die 106 gelieferten Signal auf.
Als eine Option weist der Die 106 die induktiven Spulen nicht im Inneren auf, sondern auf einem separaten Chip, einem separaten Substrat oder einer separaten Leiterplatte (PCB). Dies kann zu einem Sensormodul führen, das magnetische und induktive Sensoren umfasst. Die Spulen können vorteilhaft senkrecht zur Hauptfläche des Chips angeordnet sein, was die Wirbelströme im Die-„Paddle“ verringert und die Verwendung von XMR-Winkelsensoren in Kombination mit dem induktiven System ermöglicht.
Es ist ein weiterer Vorteil eines derartigen Moduls, dass Spulen verwendet werden können, die größer als die Größe des Chips sind. Es ist außerdem möglich, eine Anzahl p2 von leitfähigen Targets mit p2 < p zu verwenden, so dass die leitfähigen Zähne/Löcher größer als der Magnetpol sind, was die Luftspaltfähigkeit des induktiven Systems erhöht.
Es wird angegeben, dass das System nicht notwendigerweise beide Dies 106 und 107 benötigt. Stattdessen kann ein einziger Chip für einige Anwendungsfälle ausreichen. Andererseits kann die Verwendung von zwei (oder sogar mehr) Chips mit magnetischen Sensorelementen, die an ähnlichen Luftspalten um den Magneten 104 angeordnet sind, die Detektionsfähigkeit und die Auflösung verbessern.
Die Magnetisierung der Pole 102b der Polpaare 102 kann überwiegend radial nach innen gerichtet sein, während die Magnetisierung der Pole 102a überwiegend radial nach außen gerichtet sein kann.
Es ist bekannt, dass eine bogenförmige Magnetisierung, die sich in der Nähe eines Nord/Süd-Übergangs (zwischen den Polen 102a und 102b) gleichmäßig von radial nach innen zu radial nach außen biegt, das Feldmuster so verbessert, dass die radialen und die tangentialen Feldkomponenten an den Sensorelementen sinusförmig über einer Azimutkoordinate variieren.
Alternativ kann die Magnetisierung der Pole 102a und 102b überwiegend axial mit alternierendem Vorzeichen sein. Dies liefert axiale und tangentiale Feldkomponenten, die sinusförmig über der Azimutkoordinate variieren. In einem derartigen Fall können die Sensoren vorteilhaft der flachen Oberfläche des Magneten anstatt seiner gekrümmten Oberfläche zugewandt sein, wobei das Target die flache Oberfläche bedecken kann.
2 zeigt die Anordnung nach 1 von unten. Es wird angegeben, dass das Target 103 mit einer Struktur 108 verbunden sein kann; insbesondere können das Target 103 und die Struktur 108 einteilig verwirklicht sein. Das Target 103 kann jedoch ohne eine solche Struktur 108 mit dem Magneten 104 gekoppelt oder verbunden (z. B. geklebt, angebracht oder dergleichen) sein.
Beispiel: Ein Target mehr (oder weniger) als der Magnet Polpaare aufweist (p = 4, p2 = 5)
In einem weiteren Beispiel können p2 leitfähige Targets verwendet werden, wobei sich p2 von der Anzahl der Polpaare p unterscheidet, wobei beide keinen gemeinsamen Teiler aufweisen.
In beispielhaften Systemen kann die Anzahl der Targets p2 gleich p + 1 oder p - 1 sein. In einem derartigen Fall zeigt das induktive Signal eine periodische Signalform mit p2 Zyklen pro Umdrehung. Es kann ein Schwellenwert definiert sein, der $(max + min) / 2$
beträgt, wobei max, min ein Maximalwert und ein Minimalwert dieser Signalform sind.
Als Nächstes misst das System den Unterschied des Drehwinkels zwischen den 180°-Werten von φ' (die p-mal pro Umdrehung auftreten) und dem Drehwinkel, wenn das induktive Signal einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet (oder erreicht). Mit anderen Worten: das System misst die Verzögerung zwischen den Spitzen im Magnetfeld und den Spitzen im induktiven Signal.
Diese Verzögerung ändert sich monoton über eine volle Umdrehung. Bei irgendeinem Drehwinkel von z. B. 180° gibt es keine Verzögerung, während für die nächsten 180° CW (im Uhrzeigersinn) das induktive Signal dem magnetischen Signal zunehmend vorauseilen kann, während für Drehwinkel, die etwas kleiner als 360° sind, diese Voreilung etwas kleiner als 180° sein kann. Falls die Drehung bei 180° beginnt und CCW (gegen den Uhrzeigersinn) verläuft, bleibt das induktive Signal zunehmend hinter dem magnetischen Signal zurück, während für Drehwinkel, die geringfügig größer als 0° sind, diese Nacheilung geringfügig größer als 0° sein kann.
3 zeigt eine beispielhafte Anordnung mit p = 4 Polpaaren und p2 = 5 induktiven Targets 203. Mit Ausnahme der Targets 203 entspricht 3 1.
4 zeigt die Anordnung nach 3 von unten, und 5 zeigt eine Draufsicht der Anordnung nach 3 und 4 mit p2 = 5 induktiven Targets 203a, 203b, 203c, 203d und 203e.
Es ist wird angegeben, dass das Target 203a die N- und die S-Pole gleichermaßen abdeckt, wohingegen das Target 203e und das Target 203b auf einen Übergang zwischen dem N-Pol und dem S-Pol 102a und 102b ausgerichtet sind. Ferner decken die Targets 203c und 203d die N- und die S-Pole ungleichmäßig ab. In diesem Beispiel sind alle Targets 203a bis 203d gleich groß, wobei die Lücken zwischen diesen Targets außerdem im Wesentlichen gleich groß sind. Es können jedoch andere Ausführungsformen mit Targets und/oder Lücken unterschiedlicher Größe(n) verwendet werden.
Es wird angegeben, dass die Targets 203a bis 203e mit einer Struktur 208 verbunden sein können; insbesondere können die Targets 203a bis 203e und die Struktur 208 einteilig verwirklicht sein. Als eine Alternative können die Targets 203a bis 203e mit dem Magneten 104 ohne eine derartige Struktur 208 gekoppelt oder verbunden (z. B. geklebt, angebracht oder dergleichen) sein.
Beispiel: 2p Targets
6 zeigt eine beispielhafte Anordnung mit p = 4 Polpaaren und p2 = 8 induktiven Targets 303. Mit Ausnahme der Targets 303 entspricht 6 1.
In diesem Beispiel gibt es so viele Targets wie Pole. Der Magnet 104 weist p = 4 Polpaare und 8 Einzelpole 102a und 102b auf. Pro Pol wird ein Target 303 für den Magneten 104 verwendet.
Die Targets 303 können so in den Magneten 104 geformt sein, dass die äußere gekrümmte Oberfläche im Wesentlichen glatt ist. Dies kann zu einem gleichmäßigen (glatten) Außendurchmesser des Magneten 104, der die Targets 303 enthält, führen.
Jeder Pol des Magneten 104 weist ein Target auf. Die Targets können so ausgerichtet sein, dass ihre Kanten mit den Übergängen zwischen den N- und den S-Polen des Polpaares übereinstimmen. Der Ort der Targets kann jedoch außerdem tangential verschoben sein.
Aufgrund der Anordnung der Targets 303 weist die Hälfte jedes Magnetpols einen kleineren Außendurchmesser als die andere Hälfte des Magnetpols auf. Dies kann zu einer Luftspaltmodulation und einer kleinen Verzerrung des Magnetfeldes führen. Falls die leitfähigen Targets um ein Viertel der Polgröße in der tangentialen Richtung (CW oder CCW) verschoben sind, kann diese Verzerrung des Magnetfeldes symmetrischer sein, was die Genauigkeit des magnetischen Teilsystems erhöht.
Weitere Beispiele und Überlegungen
Es wird angegeben, dass die hier gezeigten und erklärten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und entsprechend verschiedene Kombinationen von Targets und Polen (Polpaaren) verwendet werden können. Es besteht insbesondere eine Option, eine erste Anzahl von Targets, die für eine zweite Anzahl von Magnetpolen verwendet werden, zu haben, wobei sich die erste Anzahl von der zweiten Anzahl unterscheiden kann.
In einer beispielhaften Ausführungsform kann ein einziges (kleines) Target in Kombination mit einer großen Anzahl (z. B. 10) von Magnetpolpaaren (d. h., 20 Magnetpolen) verwendet werden.
Es ist eine weitere Option, so viele Targets wie Magnetpolpaare zu haben, wobei jedes Target einem einzigen Magnetpolpaar zugeordnet sein kann (es kann z. B. einen Abschnitt des Magnetpolpaares abdecken).
Es ist noch eine Ausführungsform, dass die Hälfte der Targets in Bezug auf die Magnetpolpaare verwendet wird. In diesem Fall kann jedes zweite Magnetpolpaar (teilweise) durch ein Target abgedeckt sein.
In einer weiteren Ausführungsform kann es Targets geben, die die Anzahl der Magnetpolpaare um eins übersteigen (oder um eins kleiner als die Anzahl der Magnetpolpaare sind). Dies ermöglicht die Anwendung des sogenannten „Nonius“-Prinzips mit einer unterschiedlichen Anzahl von vollen Zyklen pro Umdrehung in den magnetischen und induktiven Sensorsignalen. Die Kombination beider Signale ergibt ein eindeutiges Muster für Rotationspositionen, die sich von 0° bis 360° erstrecken.
In einem weiteren Beispiel kann es doppelt so viele Targets wie Magnetpolpaare geben. In einer speziellen Ausführungsform kann jedes Target die Hälfte der Größe eines einzigen Magnetpols abdecken; das Target kann auf die Außenfläche des Magneten geklebt sein.
Es ist eine weitere Option, dass mehrere Targets für einen einzigen Dipolmagneten bereitgestellt sind.
Es ist außerdem eine Option, dass der Magnet klein ist und dass ein derartiger Magnet für ein Target verwendet wird. In einem derartigen Szenario kann der Magnet eine 0°-Position angeben, wobei die p2 Targets das Detektieren des Winkels 360°/p2 ermöglichen können.
Kombination aus magnetischem und induktivem System
Das magnetische System und das induktive System können jedes ein Signal bereitstellen, das als ein magnetisches Signal und ein induktives Signal bezeichnet wird. In einer beispielhaften Ausführungsform können die Nulldurchgänge beider Signale verglichen werden: das induktive System (in diesem Beispiel) kann nur zwei Nulldurchgänge pro Umdrehung (aufgrund seines einzigen Targets) aufweisen, wobei dieser Nulldurchgang die 0°-Bezugsposition markieren kann, von der das System das Zählen der Magnetpolpaare über den magnetischen Winkelsensor beginnt.
Nach dem Ausschalten muss das System warten, bis das einzelne Target die induktive Detektionsspule passiert, wodurch die Bezugsposition markiert wird und das System seine absolute Winkelposition erkennt.
In einer weiteren Ausführungsform können p2 Targets und p Magnetpolpaare mit Folgendem bereitgestellt sein $p 2 = p \pm 1.$
Es wird angegeben, dass die p2 Targets vorteilhaft gleichmäßig über den Magneten verteilt sein können. Die Größen der Lücken zwischen den Targets können im Wesentlichen die gleiche Größe aufweisen. Es ist jedoch eine Option, dass die Lücken größer oder kleiner als die Targets sein können.
Das System kann die Winkel für die Nulldurchgänge der magnetischen und der induktive Signale vergleichen. Diese Kreuzungen stimmen für 0° überein. Die induktiven Nulldurchgänge sind für positive Winkel, die von 0° bis 180° betragen, zunehmend voreilend, während sie für die Winkel, die von 0° bis -180° betragen, zunehmend nacheilend sind. Für ±180° ist diese Voreilung/Nacheilung so groß wie ein Magnetpol oder ein induktives Target (je nachdem, was kleiner ist).
Als eine Option kann ein induktives System verwendet werden, wie es in [M. Podhraski, J. Trontelj: A Differential Monolithically Integrated Inductive Linear Displacement Measurement Microsystem, Sensors 2016, 16, 394 (www.mdpi.com/journal/sensors)] beschrieben ist.
7 zeigt eine beispielhafte graphische Darstellung (für p = 10 Magnetpole und p2 = 11 Targets), die einen magnetischen Winkel 701 und einen induktiven Winkel 702 umfasst. Beide Winkel 701 und 702 können verglichen werden, wobei ihre Differenz 703 eine Funktion der globalen Position (d. h., des Drehwinkels) der Welle ist.
Die Differenz 703 kann wie folgt berechnet werden: $d = a r c t a n 2 (c o s α \cdot c o s β + s i n α \cdot s i n β; s i n α \cdot c o s β - c o s α \cdot s i n β),$
wobei

α: der magnetische Winkel ist,
β: der induktive Winkel ist,
arctan2: die Arkustangensfunktion ist, wie sie z. B. in MS Excel™ definiert ist.

Jedes Polpaar des Magnetsystems deckt einen Winkel von 360°/10 = 36° ab, wobei die Periode des induktiven Targets (d. h., eines Zahns und einer Lücke) einen Winkel abdecken kann, der 360°/11 = 32,73° beträgt.
Variationen der induktiven (und magnetischen) Teilsysteme
Das induktive Target muss keine einzige Fläche mit dem Magnetsensor gemeinsam benutzen. Stattdessen kann es sich auf einer anderen Oberfläche des Magneten befinden.
8 zeigt eine beispielhafte Anordnung mit p = 4 Polpaaren und einem induktiven Target 803a, 803b, das sich auf der Oberseite des Magneten 104 befindet.
Die Dies 106 und 107 können magnetische Sensorvorrichtungen sein, die der äußeren Trommeloberfläche des Magneten 104 zugewandt sind. Außerdem ist eine Spule 801 bereitgestellt, die die Welle 101 umschließen kann, um wenigstens einen Abschnitt des induktiven Targets 803a abzudecken. Als Option kann die Spule 801 so angeordnet sein, dass sie die Oberseite des Magneten 104 überlappt.
Die Spule kann eine Sondenspule oder eine Erregerspule oder beides gleichzeitig sein. Sie kann durch die Sensorschaltung mit elektrischer Wechselstromenergie von mehreren MHz versorgt werden, die in dem Target ein Magnetfeld erzeugt und dadurch Wirbelströme im Target induziert. Diese Wirbelströme erzeugen ein sekundäres Magnetfeld, das in den Sondenspulen eine Spannung induzieren kann. Diese Spannung kann direkt durch die Sensorschaltung detektiert werden, oder sie kann zu einer Verschiebung der Impedanz der Spule oder ihrer Resonanzfrequenz führen, die beide durch die Sensorschaltung detektiert werden können.
Die Spule 801 ist im Hinblick auf die rotierende Welle 101 (und den rotierenden Magneten 104, der direkt oder indirekt an der Welle 101 befestigt ist) stationär.
Die Spule 801 weist zwei Anschlüsse auf, wobei die Spule 801 über diese Anschlüsse mit einer elektrischen Wechselstromenergie angeregt werden kann, wobei eine in der Spule 801 induzierte Spannung außerdem über diese Anschlüsse abgegriffen werden kann. Die Spule 801 kann folglich als ein Sender und ein Empfänger wirken.
Andere Ausführungsformen können mehrere Spulen umfassen, eine zum Erzeugen des primären AC-Magnetfeldes und zwei, um das sekundäre Magnetfeld von den Wirbelströmen im Target zu detektieren. Aus den Signalen in diesen beiden letztgenannten Spulen kann die Drehposition abgeleitet werden. Es wird auf [Lin Ye, u. a.: „Nonlinearity Analysis and Parameters Optimization for an Inductive Angle Sensor", ISSN 1424-8220, www.mdpi.com/journal/sensors, 2014] Bezug genommen.
Die Spule 801 kann durch ein Substrat gestützt sein, z. B. eine Bauelementplatte oder eine Leiterplatte (PCB), das in 8 aus Gründen der besseren Sichtbarkeit nicht gezeigt ist. Die Spule 801 kann über die Leiterbahnen auf der PCB verwirklicht sein, die sich auf einer einzigen Schicht befinden können, oder sie kann mehrere Schichten auf wenigstens einer Seite der PCB und/oder zwischen den beiden Oberflächen der PCB verwenden.
Es wird angegeben, dass die Spule 801 wenigstens eine Windung umfassen kann.
Es wird ferner angegeben, dass die Spule 801 möglicherweise nicht die gesamte Welle um 360° umschließen muss; es kann außerdem ausreichen, die Spule 801 so anzuordnen, dass sie einen Abschnitt des 360°-Kreises, z. B. lediglich 90°, abdeckt. Dies erleichtert die Installation der PCB, die die Spule 801 umfasst, weil sie nicht über der Welle 101 angeordnet werden muss, stattdessen kann sie einfach in der Nähe der Welle 101 angeordnet werden.
Es ist eine Option, wenigstens zwei derartige Spulen zu haben, wobei jede einen Abschnitt des 360°-Bereichs um die Welle 101 abdecken kann, z. B. zwei PCBs mit jeweils einer Spule, wobei jede der PCBs einen Bereich von 90° des 360°-Kreises um die Welle 101 abdeckt.
Es ist eine weitere Option, dass wenigstens zwei Spulen bereitgestellt sind, die um die Drehachse der Welle 101 gegeneinander gedreht werden. Es kann z. B. außerdem eine mäanderförmige Struktur der Spule 801 für die andere Spule verwendet werden, wobei die mäanderförmigen Strukturen beider Spulen um die Drehachse gegen die Targets 803b z. B. um die Hälfte eines Zahnes 802 oder um einen Zahn 802 verschoben sind. Diese zweite Spule ist in 8 nicht gezeigt.
Als eine weitere Option kann die mäanderförmige Struktur der Spule 801 ein Muster der induktiven Targets 803b nachahmen, wie in 8 in Bezug auf die Zähne 802 gezeigt ist.
In 8 ist das induktive Target 803a, 803b beispielhaft als ein einzelnes Stück angeordnet, das auf der Oberseite des Magneten 104 befestigt ist. Dieses einzelne Stück umfasst einen Innenring 803a mit einer Verlängerung (über dem Magneten) 803b. Es ist außerdem eine Option, dass es keine Innenringstruktur 803a gibt und nur mehrere einzelne Targets 803b bereitgestellt sind, die z. B. auf die Oberseite des Magneten 104 geklebt sind.
Selbstverständlich kann nur ein einziges Target 803b vorhanden sein, oder das Target (die Targets) 803b kann (können) kleiner (oder größer) sein. Sie können pro Polpaar, pro einzelnen Pol oder unabhängig von dem Polpaar oder dem einzelnen Pol angeordnet sein.
Das induktive Target 803a, 803b kann auf der Oberseite des Magneten 104 angeordnet sein, wie in 8 gezeigt ist. Es kann außerdem unter oder mit einem Spalt dem Magneten 104 benachbart angeordnet sein. In einem Beispiel können sich das induktive Target 803a, 803b und der Magnet 104 einander benachbart auf der Welle 101 befinden.
Die in 8 gezeigte Spule 801 (und/oder jede zusätzliche Spule, die nicht in 8 gezeigt ist, aber oben beschrieben worden ist) kann mit einem kleinen Zwischenraum neben dem Target 803a, 803b angeordnet sein.
9 zeigt eine beispielhafte Anordnung mit p = 4 Polpaaren und einem induktiven Target 903, das sich auf der Oberseite des Magneten 104 befindet. Im Gegensatz zu der in 8 gezeigten Ausführungsform umfasst das induktive Target 903 Löcher. Auf der Oberseite des induktiven Targets 903 befindet sich (in einem kleinen Abstand) die (wenigstens eine) Spule 801. Die Spule 801 könnte die gleiche Spule oder Spulenstruktur sein, wie sie bezüglich 8 beschrieben worden ist.
Gemäß einem weiteren Beispiel können sich die Dies 106 und 107 (die als der magnetische Winkelsensor verwendet werden) auf demselben Substrat (z. B. PCB) wie die Spule 801 befinden. In einem derartigen Szenario sind die Dies der flachen Ober-(oder Unterseite) des Magneten 104 zugewandt.
Es ist außerdem ein Beispiel, dass wenigstens eine Spule in einen der Dies 106 und/oder 107 nach 3 integriert ist. 10 zeigt einen Ausschnitt aus 3, wobei der Die 107 eine Spule 1001 aufweist. Der Artikel [M. Podhraski, J. Trontelj: A Differential Monolithically Integrated Inductive Linear Displacement Measurement Microsystem, Sensors 2016, 16, 394 (www.mdpi.com/journal/sensors)] zeigt in 3 und 5 einen einzigen Chip mit mehreren Spulen.
Die Spule 1001 ist auf der von der Welle 101 abgewandten Oberfläche des Dies 107 dargestellt. In der Tat kann die Spule 1001 nah bei dem Target angeordnet sein, wobei sie insbesondere so angeordnet sein kann, dass sie dem Magneten zugewandt ist, wobei das Target in Richtung auf die Drehachse zeigt.
Die Spule 1001 kann in verschiedenen Weisen verwirklicht sein. Pro Die 107 können z. B. wenigstens eine Spule oder mehr als eine Spule verwendet werden. Es ist außerdem eine Option, Spulen mit ähnlichen oder gleichen effektiven Flächen, aber entgegengesetzten Wicklungsrichtungen zu verwenden. Dies würde es ermöglichen, dass sich homogene zeitlich variierende magnetische Interferenzen aufheben.
Was bezüglich des Dies 107 beschrieben worden ist, kann ebenso auf den Die 106 angewendet werden, insbesondere kann wenigstens eine Spule in, auf oder an dem Die 106 angeordnet sein.
Die Spule 1001 (oder die mehreren Spulen, wenn es viele gibt) kann im Vergleich zur Größe des Targets vorteilhaft ziemlich groß sein, weil dies zu deutlicheren Messwerten führt. Es ist außerdem eine Option, wenigstens eine Spule auf einem separaten Substrat (z. B. einem Glasplättchen oder einer Umverteilungsschicht in einem Modul) anzuordnen, das von dem Die 107 (oder 106) verschieden sein kann, das dann ausschließlich als magnetischer Winkelsensor verwendet werden kann. In einem derartigen Fall können sowohl der magnetische Winkelsensor als auch das (separate) Spulensubstrat in einer Kunststoffbaugruppe zusammengebaut sein. Es ist eine Option, entweder den magnetischen Winkelsensor an das Spulensubstrat zu kleben oder umgekehrt. Es ist eine weitere Option, sowohl den magnetischen Winkelsensor als auch das Spulensubstrat an ein weiteres Substrat oder an einen Leitungsrahmen zu kleben.
11 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform ähnlich zu 8; der Magnet 1101 nach 11 weist jedoch nur ein Polpaar (das außerdem als ein Dipolmagnet bezeichnet wird) auf, das einen Magnetpol 1101a und einen Magnetpol 1101b umfasst.
Die Magnetisierung kann diametral oder axial oder eine Kombination aus beiden sein. In diesem Beispiel ist der induktive Abschnitt das Hauptsystem, das (basierend auf dem in 11 gezeigten Beispiel unter Verwendung von 5 Targets 803b) Winkelangaben mit hoher Genauigkeit, jedoch mit einer Periodizität von 5 Perioden pro Umdrehung bereitstellt, wobei der magnetische Winkelsensor (der die Dies 106 und 107 umfasst) die Messung unterstützt, indem er es ermöglicht, zwischen der 1., 2., 3., 4., 5. Periode des Targets 803a/803b zu unterscheiden.
Weitere Aspekte, Vorteile und Ausführungsformen
Es wird angegeben, dass das Target (das außerdem als ein leitfähiges Target oder eine leitfähige Targetstruktur bezeichnet wird) ein einziges Stück sein kann oder mehrere Stücke umfassen kann (in diesem Fall kann jedes Stück außerdem als ein Target bezeichnet werden).
Das leitfähige Target muss nicht am Magneten befestigt sein; es kann ausreichen, wenn sich das leitfähige Target kohärent mit dem Magneten dreht. Dies kann z. B. durch das Befestigen des Magneten und des Targets an der (gemeinsamen) Welle erreicht werden. Es ist jedoch vorteilhaft, falls beide aneinander oder an demselben Halter befestigt sind, was die Genauigkeit ihrer relativen Ausrichtung (zwischen 0,1° und 5°) erhöht.
Das Target kann vorzugsweise eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen und kann eine geringe magnetische Suszeptibilität aufweisen, d. h., seine relative Permeabilität µ_r kann sich vorteilhaft im Bereich zwischen 0,9 und 1,1 befinden. Es kann z. B. Aluminium oder Kupfer als die Materialen für das Target oder als Abschnitte des Targets verwendet werden. Eine geringe magnetische Suszeptibilität ist vorteilhaft, weil dann das Target das Gleichstrommagnetfeld des Permanentmagneten nicht stört.
Das Target kann ein Blech sein oder es kann ein Band oder eine Beschichtung sein, die auf eine Stützstruktur oder auf den Magneten selbst geklebt oder gespritzt ist. Weil der induktive Sensor bei Frequenzen zwischen 100 kHz und 100 MHz, vorzugsweise bei 4 MHz, vorteilhaft arbeiten kann, kann das Wechselstromfeld der Erregerspulen nicht tiefer als etwa ein- bis zweimal die Eindringtiefe in das Target eindringen. In Aluminium beträgt die Eindringtiefe 41 µm bei einer 4 MHz betragenden Frequenz. Deshalb kann eine Targetdicke von 41 µm ausreichen. Es können jedoch dickere Targets aus Gründen der Herstellbarkeit, der mechanischen Stabilität oder der Wirkungen zweiter Ordnung des elektromagnetischen Systems (z. B. eine geringere Variation des Winkelfehlers gegenüber Änderungen der Position und des Luftspalts) gewählt werden.
Es ist möglich, ein starres Metall als das Target zu verwenden und dieses Target als eine mechanische Halterung für den Magneten zu verwenden. Das Target kann z. B. Abschnitte aufweisen, die den Magneten umschließen, um die mechanische Stabilität bei einer hohen Drehzahl oder bei höheren Temperaturen zu erhöhen.
Der Magnet kann ein durch Spritzgießen gebildeter Ferrit sein. Dies ist ein kostengünstiger Weg, um einen Magneten mit starken Feldern zu erhalten. Die Leitfähigkeit des Magneten kann schlecht sein. In einem derartigen Fall kann der Magnet nicht zu viel Leistung aus dem Wechselstromfeld des induktiven Systems absorbieren. Vorzugsweise ist die Form des Magneten rotationssymmetrisch, so dass eine Drehung eines geringfügig leitfähigen Magneten keine unerwünschten Signale in den Sondenspulen des induktiven Systems induzieren würde.
Das Target kann mit dem Magneten verbunden sein, so dass die Oberfläche dieser Zusammensetzung eine ungleichmäßige Struktur aufweist. Es ist außerdem eine Option, den Magneten durch Spritzgießen um das Target zu bilden, um eine glatte und gleichmäßige Oberfläche zu erhalten.
Das induktive System kann Differentialspulen umfassen. Das induktive System kann z. B. zwei Spulen-Teilsysteme mit völlig gleichen Windungsflächen (d. h., Produkt aus der Windungszahl und der Fläche jeder Windung) umfassen, wobei beide Teilsysteme in Reihe geschaltet sind, aber eines gegenüber dem anderen umgedreht und daneben angeordnet ist, so dass ein homogenes magnetisches Wechselfeld (AC-Magnetfeld) im gesamten Spulensystem kein Signal induziert. Die Differentialspulen weisen eine geringere elektromagnetische Emission als Nicht-Differentialspulen auf.
Das induktive System kann mit einem Signal mit einer Wechselstromfrequenz im Bereich von 1 kHz bis 1000 MHz betrieben werden. Es kann so gewählt werden, dass es den Parametern der Kapazitäten und der Spulen in der integrierten Schaltungstechnik (z. B. Silicium-CMOS-Technik) entspricht. Das Signal des Wechselstroms kann sinusförmig sein oder es kann impulsförmig sein. Die Frequenz kann fest sein oder kann sich periodisch oder gemäß einem (Pseudo-) Zufallsmuster ändern.
Das System wird besonders kosteneffizient, falls der Magnetsensor und das induktive Teilsystem Schaltungen zur Signalaufbereitung, Eichung und Winkelberechnung umfassen. Es kann besonders vorteilhaft sein, sie in einem einzigen Chip/Die unter Verwendung der Standard-CMOS-Siliciumtechnik implementiert aufzuweisen. Dieser Chip kann außerdem einen Speicher umfassen, um z. B. die Anzahl der Polpaare p und/oder die Anzahl der Targets p2 zu speichern.
In einem derartigen integrierten System kann das induktive System einen Abstand (Zwischenraum, Luftspalt) zwischen dem Target und dem Sensor-Chip detektieren. Diese Informationen über den Abstand können verwendet werden, um den magnetischen Winkelsensor zu eichen, weil sich der magnetische Winkel und/oder die Größe des Magnetfeldes als eine Funktion des Abstands zwischen dem Magneten und den Magnetfeld-Abtastelementen ändern können.
Andere Abstände wie z. B. eine Exzentrizität des Magneten und des Targets in Bezug auf die Drehachse können durch den magnetischen Winkelsensor detektiert werden, wobei diese Informationen verwendet werden können, um den induktiven Winkelsensor zu eichen. Dies kann vorteilhaft sein, um den Permanentmagneten so anzupassen, dass er empfindlicher gegen etwas Fehlausrichtung oder einen Positions-/Zusammenbaufehler ist: dies ist insbesondere vorteilhaft, falls es das Magnetsystem z. B. unterstützt, eine 360°-Eindeutigkeit zu erreichen, aber keinen höheren Grad der Genauigkeit erfordert. In einem derartigen Fall wirkt das Magnetsystem als ein Hilfssystem für das induktive System (das in diesem Beispiel als das Hauptsystem wirkt). Folglich kann das Magnetsystem zur groben Winkelabtastung und zur Bestimmung von Zusammenbaufehlern verwendet werden, um das induktive (Haupt-) System zu eichen. Selbstverständlich können außerdem die Rollen des induktiven und des magnetischen Systems umgekehrt sein.
Das induktive Teilsystem kann ausgeschaltet werden, nachdem der Bezugswinkel bestimmt worden ist. Dies kann durch das gesamte (Haupt-) System ausgelöst werden. Mit dem bekannten Bezugswinkel können volle 360°-Signalperioden des magnetischen Winkelsensors gezählt werden. Nach einer Detektion einer übermäßigen elektromagnetischen Störung kann das induktive Teilsystem erneut aktiviert werden, um zu bestätigen, dass der Zähler keine Impulse verpasst hat.
Es wird angegeben, dass die Rollen (Hauptsystem und unterstützendes (Hilfs-) System) des magnetischen Systems und des induktiven Systems getauscht werden können.
In einer beispielhaften Ausführungsform können Baugruppen ohne Leiterrahmen oder ein anderes großes leitfähiges Die-„Paddle“ verwendet werden, um die Empfindlichkeit des induktiven Teilsystems gegenüber dem leitfähigen Target zu verbessern - insbesondere falls sich die Erreger- und/oder Sondenspulen auf dem Die befinden. Die Die-„Paddles“ können Schnitte, Schlitze oder Löcher aufweisen, sie können eine Gabelform aufweisen, um große Wirbelstromschleifen zu vermeiden, die im Die-„Paddle“ selbst induziert werden.
Vorteilhaft können alle Sensorelemente, Spulen und die Schaltungsanordnung auf einem einzigen Chip oder auf einer kleinen Anzahl von Chips eingesetzt werden. Der einzige Chip oder die kleine Anzahl von Chips kann in einer einzigen Baugruppe angeordnet sein. Es ist insbesondere von Vorteil, dass sich die Spule(n) und der magnetische Winkelsensor in unmittelbarer Nähe zueinander befinden. Dies ermöglicht eine geeignete Korrelation zwischen dem Signal vom Magneten und dem Signal vom (induktiven) Target.
Das induktive System kann wenigstens eine Erregerspule und wenigstens eine Detektorspule umfassen. Sie können als getrennte Spulen verwirklicht sein oder sie können als wenigstens eine (gemeinsame) Spule verwirklicht sein.
Das Target kann ein einfaches Stück Metall, entweder massiv oder eine Metallhülle oder -folie, umfassen. Das Target kann ein Muster aufweisen, das insbesondere ausgeätzt oder ausgestanzt sein kann.
Das Target kann eine Spule sein, die wenigstens einen Draht und/oder wenigstens eine Leiterbahn mit wenigstens einer Schleife umfasst. Das Target kann eine offene oder eine geschlossene Spirale/Schleife umfassen. Im Fall einer offenen Spirale oder Schleife kann ein Widerstand oder Kondensator elektrisch zwischen die offenen Enden geschaltet sein. Eine derartige Verbindung kann verwendet werden, um den Frequenzgang (die Bandbreite, die Resonanzfrequenz, den Gütefaktor oder die Resonanzen) der gegenseitigen induktiven Kopplung zwischen dem Target und der (den) Spule(n) anzupassen.
Es wird angegeben, dass die Kombination aus magnetischem und induktivem Sensorprinzip vorteilhaft ist, weil beide das Magnetfeld verwenden: ein statischer Teil des Magnetfeldes wird für das magnetische Prinzip verwendet, während ein zeitlich veränderlicher Teil des Magnetfeldes für das induktive Prinzip verwendet wird. Beide Prinzipien sind ziemlich robust gegenüber z. B. Öl, Fett, Feuchtigkeit oder Staub.
Der Magnet, insbesondere der Multipolmagnet, weist mehrere Oberflächen, z. B. flache axiale Stirnflächen und gekrümmte innere und äußere Umfangsflächen, auf. Die Magnetpole können sich in irgendeiner dieser Flächen befinden. Der Sensor kann gegenüber irgendeiner Oberfläche, vorzugsweise mit einem kleinen Zwischenraum (Abstand von der Oberfläche), positioniert sein. Das leitfähige Target kann sich an dieser bevorzugten Oberfläche oder in deren Nähe befinden.
Die Wellen von Motoren leiden oft hauptsächlich an einem axialen Spiel und weniger an einem radialen Spiel. Deshalb können die (äußeren oder inneren) gekrümmten Oberflächen anstelle der flachen axialen Stirnflächen des Magnetrings und des Targetrings verwendet werden. Die Magnetpole und das (die) Target(e) befinden sich in der Trommeloberfläche des Magnetrings und des Targetrings. Die Grenzen zwischen den Polen des Magneten und den Kanten des Targets (der Targets) können vorzugsweise zur Drehachse parallel sein, d. h., jeder Grenze ist ein spezifischer Azimutwinkel und kein breiterer Azimutwinkelbereich zugeordnet, so dass das axiale Spiel die Drehposition der Grenze nicht bewegt.
Obwohl verschiedene beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung offenbart worden sind, ist es für die Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, die einige der Vorteile der Erfindung erreichen, ohne vom Erfindungsgedanken und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Es ist für die Durchschnittsfachleute auf dem Gebiet offensichtlich, dass andere Komponenten, die die gleichen Funktionen ausführen, geeignet ersetzt werden können. Es sollte erwähnt werden, dass die bezüglich einer spezifischen Figur erklärten Merkmale selbst in jenen Fällen, in denen dies nicht explizit erwähnt worden ist, mit den Merkmalen anderer Figuren kombiniert werden können. Ferner können die Verfahren der Erfindung entweder in reinen Software-Implementierungen unter Verwendung der geeigneten Prozessoranweisungen oder in Hybridimplementierungen, die eine Kombination aus Hardware-Logik und Software-Logik verwenden, um die gleichen Ergebnisse zu erzielen, erreicht werden. Es ist vorgesehen, dass derartige Modifikationen des erfinderischen Konzepts durch die beigefügten Ansprüche abgedeckt sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

Lin Ye, u. a.: „Nonlinearity Analysis and Parameters Optimization for an Inductive Angle Sensor“, ISSN 1424-8220, www.mdpi.com/journal/sensors, 2014 [0130]
M. Podhraski, J. Trontelj: A Differential Monolithically Integrated Inductive Linear Displacement Measurement Microsystem, Sensors 2016, 16, 394 [0143]

Claims

Drehwinkel-Abtastvorrichtung, die Folgendes umfasst: - eine Magnetfeldquelle, die mechanisch an eine drehbare Welle koppelbar ist; - wenigstens ein leitfähiges Target, das mechanisch an die drehbare Welle koppelbar ist; - einen magnetischen Winkelsensor, der eingerichtet ist, das Magnetfeld der Magnetfeldquelle zu detektieren, - wenigstens eine Spule, die eingerichtet ist - einen Wirbelstrom in dem wenigstens einen leitfähigen Target zu erregen und - ein durch den Strom induziertes Signal zu empfangen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Magnetfeldquelle an der Welle befestigt ist und die Magnetfeldquelle wenigstens eines des Folgenden umfasst: - einen Permanentmagneten; - einen Ringmagneten; - einen durch Spritzgießen gebildeten Ferrit.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Magnetfeldquelle einen Dipolmagneten oder einen Multipolmagneten umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Magnetfeldquelle und/oder das wenigstens eine leitfähige Target eingerichtet sind, eine oder mehrere Perioden eines Signals pro Umdrehung der Welle zu erzeugen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das wenigstens eine leitfähige Target auf einer Oberfläche der Magnetfeldquelle angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das wenigstens eine leitfähige Target wenigstens eines des Folgenden umfasst: - Aluminium; - Kupfer; - ein Blech; - ein einfaches Stück Metall; - eine Metallhülse - eine Metallfolie; - eine Spule, die einen Draht und/oder eine Leiterbahn mit wenigstens einer Schleife umfasst; - eine offene oder geschlossene Spirale oder Schleife.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das wenigstens eine leitfähige Target eine geringe magnetische Suszeptibilität, insbesondere eine relative Permeabilität in einem Bereich zwischen 0,9 und 1,1 aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das wenigstens eine leitfähige Target ein Band oder eine Beschichtung umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das wenigstens eine leitfähige Target auf eine an die Magnetfeldquelle gekoppelte Stützstruktur oder auf die Magnetfeldquelle selbst geklebt oder gespritzt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die wenigstens eine Spule Differentialspulen umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das wenigstens eine leitfähige Target in Bezug auf die Magnetfeldquelle ausgerichtet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der magnetische Winkelsensor eingerichtet ist, eine räumliche Richtung des Magnetfeldes zu detektieren, das durch die Magnetfeldquelle an ihn angelegt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der magnetische Winkelsensor wenigstens eines des Folgenden umfasst: - einen MR-Sensor; - einen AMR-Sensor; - einen GMR-Sensor; - einen TMR-Sensor; - eine Hall-Platte; - eine vertikale Hall-Effekt-Vorrichtung.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die wenigstens eine Spule von einem Wechselstrom angetrieben ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Spule, die den Strom in dem wenigstens einen leitfähigen Target erregt und das induzierte Signal empfängt, dieselbe ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei der eine Spule den Strom in dem wenigstens einen leitfähigen Target erregt und eine weitere Spule das induzierte Signal empfängt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der magnetische Winkelsensor und die wenigstens eine Spule in einer einzigen Baugruppe angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine Verarbeitungsvorrichtung umfasst, die eingerichtet ist, das detektierte Magnetfeld und das durch den Strom induzierte empfangene Signal zu kombinieren, um den Drehwinkel der Welle abzuleiten.
Verfahren zum Abtasten eines Drehwinkels einer Welle, die drehbar um eine Drehachse angeordnet ist, wobei eine Magnetfeldquelle mechanisch an die Welle gekoppelt sein kann, wobei wenigstens ein leitfähiges Target mechanisch an die Welle gekoppelt sein kann, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: - Detektieren des Magnetfeldes der Magnetfeldquelle durch einen magnetischen Winkelsensor, - Erregen eines Stroms über wenigstens eine Spule in dem wenigstens einen leitfähigen Target; - Empfangen eines durch den Strom induzierten Signals durch die wenigstens eine Spule.
Verfahren nach Anspruch 19, das Folgendes umfasst: - Kombinieren des detektierten Magnetfeldes und des durch den Strom induzierten empfangenen Signals, um den Drehwinkel der Welle abzuleiten.