[发明专利]基于霍尔效应的角取向传感器及其相应的方法和设备

说明书

用于感测产生磁场的磁体的角取向的传感器包括：‑N≥2个霍尔效应设备(HD1,HD2,…)，每个霍尔效应设备具有检测方向并包括第一和第二对连接器，其中在存在所述磁场的情况下，在所述第一对连接器之间的电流的流动允许拾取在由所述磁场引起的在第二对连接器之间的霍尔电压，除非所述磁场沿着所述检测方向的磁场分量为零，其中所述N个霍尔效应设备对齐，使得它们具有沿着轴延伸的公共检测方向；‑滤波或谐振单元(F)，其包括输入端和输出端，其中从所述输出端输出的信号被称为滤过的信号；‑接线单元(W)，其操作地连接到所述N个霍尔效应设备中的每个的相应的第二对连接器，构造和配置成在特定的接线中将第二对连接器选择性地操作地连接到所述滤波或谐振单元的所述输入端；‑控制单元(L)，其构造和配置成控制所述接线单元，使得在持续时间Tf的第一时间周期期间和在所述N个霍尔效应设备的固定序列中，所述N个霍尔效应设备中的每个使用其第二对连接器连续地操作地连接到所述滤波或谐振单元的所述输入端；‑输出单元(4)，其操作地连接到所述滤波或谐振单元的所述输入端，构造和配置成从滤过的信号得到与所述角取向有关的输出信号并输出所述输出信号；其中所述滤波或谐振单元(F)构造和配置成像具有f＝1/Tf的基波频率的带通滤波器一样。

技术领域

本发明涉及通过霍尔效应来感测磁场的角取向的领域。特别是，本发明涉及用于感测产生磁场的磁体的角取向的传感器，且这样，旋转速度或相关幅度也可得到。相应的设备在很多领域中例如在位置感测中和在旋转速度测量中例如在电动机中和在汽车和飞机工业中获得应用。

背景技术

在目前的技术水平中，使用霍尔效应来确定磁场的角取向的几种方式是已知的。在很多情况中，限制到在平面内或轴上的取向，即确定磁场分别在那个平面内和那个轴上的投影的角取向就足够了。

例如，已知使用两个正交布置的霍尔设备并使用模数转换器将它们的各自霍尔电压转换成数字。然后通过计算这两个数字之比的反正切(arc tangent，ATAN)来得到表示想要的角取向的角度，其中一般数字控制器例如微控制器使用CORDIC算法或查找表来计算ATAN函数。

这个解决方案具有几个相当不合意的结果。相对高数量的能量被消耗，因为两个模数转换器和通常还有微控制器被涉及。而且此外，微控制器还通常引入时间延迟，且特别是，初始化微控制器所需的时间将增加延迟。此外，微控制器是软件控制的，且在一些应用中例如在飞机工业中，在传感器系统中的软件的使用需要特殊和相对苛刻的资格证明过程。

在US 6,288,533中公开了类似的解决方案的特定实现。为了实现关于不希望有的(寄生)磁场的一定的不敏感性，在US 6,288,533中建议提供至少两个霍尔设备对并形成在每对相应的霍尔设备的霍尔电压之间的差异。在相应的霍尔设备对所位于的区域中实质上均匀的不希望有的磁场因此并不对差信号产生贡献。然后基本上通过计算在两个差信号之间的比的反正切来执行涉及差信号的数值计算。这个方法对于得到单个角位置需要数字化两个信号并计算反正切，这导致时间和电功率的相当大的消耗。

为了能够省却两个信号的模数转换，例如在US 4,163,326中提议相敏系统。相敏系统一般配置成使得在传感器的输出端处得到正弦信号，其相位表示待测量的角度。优点是，信号可被馈送到简单相位检测电路用于得到期望角度。已经提出了用于产生信号(其相位包含期望角度信息)的各种方法。US 4,163,326公开了基于霍尔设备并实现相敏系统的电子罗盘。

例如在EP 2 028 450 A2中，通过使两个正交布置的霍尔效应设备(一个设备相对于另一设备倾斜90°的角)的输出相加来产生期望信号。为了完成此，霍尔效应设备设置有具有相同的振幅并相对于彼此移动90°的正弦形状的偏置电流。所需正弦波电流的产生是相对有挑战性的和昂贵的，且如果相移不确切地是90°和/或如果正弦波的振幅不相等，则所输出的角度信息不精确地反映磁场取向。