1.本发明涉及位置传感器领域。更具体地，它涉及用于安全关键的应用的位置传感器。
背景技术：2.在安全关键的应用(诸如例如汽车应用)中，重要的是所获得的传感器数据是可靠的，并且如果存在传感器故障，该传感器故障可以被标识。例如，位置传感器被应用于转向角和bldc电机控制的设备中。
3.此类安全关键的应用导致对冗余位置传感器系统的需求日益增加。这可以通过已知的异构技术的组合来实现，但是最先进的解决方案并不是紧凑的。
4.de19520299a1中给出了此类最先进解决方案的示例。本专利申请涉及一种用于位置检测的设备。de19520299a1旨在提供一种可靠且提供精确测量的位置检测设备。因此，它提供了两个传感器。图8中示出了此类设备的示例。它包括光学位置传感器和磁传感器。该光学传感器包括位于下壳体部分上的代码盘，并以叉的形状包围该盘。磁传感器还包括磁体布置，该磁体布置由牢固地连接到轴的两个单独的磁体组成。
5.在此类最先进的位置传感器中，异构技术的存在导致位置传感器的尺寸的增加。考虑到安全关键的应用，因此需要紧凑且可靠的位置传感器。
技术实现要素：6.本发明的实施例的目的是提供紧凑且可靠的位置传感器。
7.以上目的由根据本发明的方法和设备来实现。
8.在第一方面中，本发明的实施例涉及用于确定混合靶的位置的混合位置传感器。该混合靶包括导电靶和磁体配置，该导电靶和磁体配置刚性地连接且至少部分地重叠。位置传感器包括：
[0009]-第一换能器，该第一换能器被配置成用于生成由导电靶感应的并指示混合靶的位置的第一信号，
[0010]-第二换能器，该第二换能器与第一换能器至少部分地重叠，并且被配置用于生成由磁体配置感应的并指示混合靶的位置的第二信号，
[0011]-处理设备，该处理设备被配置成用于接收第一信号以确定混合靶的第一位置，并且用于接收第二信号以确定混合靶的第二位置，并且用于基于所确定的第一位置和第二位置来确定位置传感器的可靠性。
[0012]
在本发明的实施例中，第一换能器包括一个或多个线圈，并且第二换能器是磁传感器，该磁传感器被安装成使得一个或多个线圈与第二换能器至少部分地重叠。例如，一个或多个线圈可以存在于印刷电路板上。
[0013]
在本发明的实施例中，混合位置传感器被配置成用于确定混合靶的角位置。
[0014]
在本发明的实施例中，混合位置传感器被配置成用于确定混合靶的线性位置。
[0015]
在本发明的实施例中，第二换能器包括霍尔传感器或磁阻传感器。
[0016]
在本发明的实施例中，第一换能器包括用于生成磁场的至少一个发射线圈和用于接收磁场的至少一个接收线圈，并且该第一换能器被配置用于使用发射线圈生成磁场并且用于从接收线圈接收信号。
[0017]
在本发明的实施例中，第一换能器和第二换能器被封装在同一封装中。
[0018]
在第二方面中，本发明的实施例涉及包括混合靶的位置设备，该混合靶包括导电靶和磁体配置(214)，该导电靶和磁体配置(214)刚性地连接并且至少部分重叠，该位置设备还包括根据前述实施例中的任一项的混合位置传感器 (100)。
[0019]
在本发明的实施例中，导电靶和第一换能器被配置成使得能够以第一分辨率获得第一位置，并且磁体配置和第二换能器被配置成使得能够以第二准确性获得第二位置，其中第一准确性与第二准确性不同。关于第二传感器，参考的是准确性，而不是分辨率。通常，第二换能器具有更高的角度误差(即相对于实际值的偏差)，因此具有较低的准确性。
[0020]
在本发明的实施例中，导电靶和第一换能器被配置成使得可在第一范围内获得第一位置，并且其中磁体配置和第二换能器被配置使得第二位置可在第二范围内获得，其中第一范围至少部分地与第二范围重叠。
[0021]
在本发明的实施例中，第一范围和第二范围可以相同。
[0022]
在本发明的实施例中，磁体配置包括具有至少4极的磁体。
[0023]
在本发明的实施例中，第二换能器是差分传感器，该差分传感器包括多个霍尔传感器或磁阻传感器。
[0024]
在本发明的实施例中，导电靶和磁体配置是堆叠的。
[0025]
在本发明的实施例中，导电靶由导电铁磁材料制成，并且磁体通过磁化铁磁材料获得。
[0026]
在根据本发明的实施例的位置设备中，第一换能器和第二换能器可以相对于旋转轴线或相对于混合靶的线性路径对准。替代地，第一换能器或第二换能器可能会被定位成偏离中心(例如，磁传感器可能被定位成偏离中心)。
[0027]
在所附独立和从属权利要求中阐述了本发明的特定和优选方面。来自从属权利要求的特征可以与独立权利要求的特征以及与其他从属权利要求的特征适当地结合，而不仅仅是如在权利要求中明确阐述的那样。
[0028]
根据此后所描述的(多个)实施例，本发明的这些方面和其他方面将是显而易见的，并且参考这些实施例阐明了本发明的这些方面和其他方面。
附图说明
[0029]
图1示出根据本发明的实施例的冗余位置传感器和位置设备的示意图。
[0030]
图2示出了冗余位置传感器的印刷电路板布局，其中第一换能器和第二换能器是重叠的。
[0031]
图3示出了靶和冗余位置传感器的示意图，冗余位置传感器包括霍尔位置设备和感应位置设备，其中，根据本发明的实施例，霍尔位置设备和感应位置设备是重叠的，并且其中磁体配置和导电靶被堆叠并且是重叠的，并且在左列和右列之间具有不同的感应范围和磁范围。
[0032]
图4示出了如图3的示意图，其中在左列中具有感应范围和360
°
磁范围的传感器，并且在右列中是磁传感器被置于离轴的传感器。
[0033]
图5示出了如图3的示意图，其中磁体配置是6极环形磁体，并且其中磁传感器被置于离轴。
[0034]
图6示出了根据本发明的实施例的具有重叠的导电靶和位置设备的磁体配置的靶的示意图。
[0035]
图7示出了根据本发明的实施例的使用第一换能器和使用第二换能器获得的角度。
[0036]
图8示出了根据本发明的实施例的使用第一换能器、使用第二换能器获得的角度，以及通过将第一信号和第二信号进行组合而获得的最终位置(也被表达为角度)。
[0037]
图9示出了根据本发明的实施例的可由混合位置传感器用于确定位置传感器的可靠性的感应传感器的误差曲线。
[0038]
图10示出根据本发明的实施例的混合靶和角度混合位置传感器的示意图，其中第一换能器和第二换能器被封装在同一芯片中。
[0039]
图11示出根据本发明的实施例的混合靶和线性混合位置传感器的示意图，其中第一换能器和第二换能器被封装在同一芯片中。
[0040]
图12和图13示出了根据本发明的实施例的混合靶和线性位置传感器的线圈配置的示意图。
[0041]
图14示出根据本发明的示例性实施例的第一换能器的第一信号和因变于使用位置传感器获得的混合靶的角位置的第二换能器的第二信号的图。
[0042]
权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。
[0043]
在不同的附图中，相同的附图标记指代相同或相似的要素。
具体实施方式
[0044]
将就具体实施例并且参考某些附图来描述本发明，但是本发明不限于此而仅由权利要求书来限定。所描述的附图仅是示意性的而非限制性的。在附图中，出于说明性目的，要素中的一些要素的尺寸可被放大且未按比例绘制。尺寸和相对尺寸不对应于对本发明的实施的实际缩减。
[0045]
说明书中和权利要求书中的术语第一、第二等用于在类似的要素之间进行区分，而不一定用于描述时间上、空间上、等级上或以任何其他方式的顺序。应理解，如此使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且本文中所描述的本发明的实施例能够以与本文中所描述或图示的不同的顺序来进行操作。
[0046]
此外，说明书和权利要求中的术语顶部、下方等等是用于描述性目的并且不一定用于描述相对位置。应理解，如此使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且本文中所描述的本发明的实施例能够以与本文中所描述或图示的取向不同的取向进行操作。
[0047]
要注意，权利要求中使用的术语“包括”不应被解释为限定于其后列出的装置；它并不排除其他要素或步骤。因此，该术语应被解释为指定如所提到的所陈述的特征、整数、步骤或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤或组件、或其群组的存在或添加。因此，表述包括装置“a和b的设备”的范围不应当限于仅由组件a和b构成的设备。它意
味着对于本发明，该设备的仅有的相关组件是a和b。
[0048]
贯穿本说明书对“一个实施例”或“实施例”的引用意指结合该实施例所描述的特定的特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，短语“在一个实施例中”或“在实施例中”贯穿本说明书在各个地方的出现并不一定全部指代同一实施例，而是可以指代同一实施例。此外，在一个或多个实施例中，如通过本公开将对本领域普通技术人员显而易见的，特定的特征、结构或特性能以任何合适的方式进行组合。
[0049]
类似地，应当领会，在本发明的示例性实施例的描述中，出于精简本公开和辅助对各个发明性方面中的一个或多个的理解的目的，本发明的各个特征有时一起被编组在单个实施例、附图或其描述中。然而，该公开方法不应被解释为反映要求保护的发明要求比每一项权利要求中明确记载的特征更多的特征的意图。相反，如所附权利要求所反映，发明性方面存在于比单个前述公开的实施例的全部特征更少的特征中。因此，具体实施方式之后所附的权利要求由此被明确纳入本具体实现方式中，其中每一项权利要求本身代表本发明的单独实施例。
[0050]
此外，尽管本文中所描述的一些实施例包括其他实施例中所包括的一些特征但不包括其他实施例中所包括的其他特征，但是如本领域技术人员将理解的那样，不同实施例的特征的组合旨在落在本发明的范围内，并且形成不同实施例。例如，在所附的权利要求书中，所要求保护的实施例中的任何实施例均能以任何组合来使用。
[0051]
在本文中所提供的描述中，阐述了众多具体细节。然而，应当理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明的实施例。在其他实例中，公知的方法、结构和技术未被详细示出，以免混淆对本描述的理解。
[0052]
在第一方面中，本发明的实施例涉及用于确定混合靶210的位置的混合位置传感器100，并且在第二方面中，本发明的实施例涉及位置设备200，该位置设备200包括此类位置传感器100并且包括混合靶210。图1示出了根据本发明的实施例的混合位置传感器100和根据本发明的实施例的位置设备200 的示意图。
[0053]
根据本发明的实施例，混合靶包括导电靶212和磁体214，导电靶212 和磁体214刚性连接且至少部分重叠，并且可以在移动空间中移动。
[0054]
混合位置传感器100包括第一换能器121，该第一换能器121被配置成用于生成由导电靶212感应的并指示混合靶210的位置的第一信号。
[0055]
混合位置传感器还包括第二换能器131，该第二换能器131与第一换能器至少部分地重叠，并且被配置用于生成由磁体配置214感应的并指示混合靶 210的位置的第二信号。在图1的示意图中，重叠的框121和框131示意性地图示出至少部分重叠。
[0056]
第二换能器可以包括例如霍尔传感器或磁阻传感器。
[0057]
混合传感器还包括处理设备140，该处理设备140被配置用于接收第一信号以确定混合靶的第一位置，并且用于接收第二信号以确定混合靶的第二位置，以及基于所确定的第一位置和第二位置来确定位置传感器的可靠性。
[0058]
在本发明的实施例中，如果第一位置和第二位置之间的差大于预定义阈值，则处理设备140被配置用于确定混合位置传感器是不可靠的，或者如果第一位置和第二位置之间的差小于预定义阈值，则处理设备140被配置用于确定混合位置传感器是可靠的。因此，由处理设备140检查混合位置传感器的完整性。处理设备140可以与第二换能器和其他处理
电路一起集成在同一集成电路中，或者该处理设备140可以被实现为单独的控制器。
[0059]
本发明实施例的优点是，在不显著地增加混合位置传感器的尺寸的情况下提供冗余传感器(第一换能器和第二换能器)。这是通过提供对移动导电靶敏感的第一换能器和对磁体敏感的第二换能器，以及通过将第一换能器和第二换能器至少部分地重叠来实现的。通过将两个传感器至少部分地或甚至完全地重叠，可以减小混合位置传感器的尺寸。在本发明的实施例中，第一换能器和第二换能器可以被堆叠。发明人惊奇地发现，感应换能器(第一换能器)和磁传感器(第二换能器)可以相互被重叠堆叠，而不会显著干扰彼此。
[0060]
图1还示意性地图示出根据本发明第二方面的位置设备200。根据本发明的实施例，该位置设备200包括混合靶210和混合位置传感器100。混合靶210 包括刚性连接的并且至少部分地重叠的导电靶212和磁体214。
[0061]
图2示出了根据本发明实施例的冗余位置传感器的印刷电路板布局。如该图中可以看到的，第一换能器121包括一组线圈。这些线圈与处理电路122连接。该布局还示出了芯片，该芯片包括作为磁传感器的第二换能器131和处理电路132。第一换能器121的线圈和第二换能器131的线圈重叠。用于处理第一换能器121的信号的处理电路122可以嵌入与第二换能器131相同的芯片中。
[0062]
导电靶212和第一换能器121可以被配置成使得能够以第一分辨率获得第一位置。磁体配置214和第二换能器131可以被配置成使得能够以第二分辨率获得第二位置。
[0063]
在本发明的一些实施例中，第一分辨率可以不同于第二分辨率，而在本发明的其他实施例中，第一分辨率和第二分辨率可以是相同的。
[0064]
如果这些技术具有不同的分辨率，仍然可以维持冗余(至少在最低分辨率下维持冗余)。如果这两种技术都能正确地工作，那么所获得的位置甚至可以具有最高的分辨率。
[0065]
导电靶212和第一换能器121被配置使得可以在第一范围内获得第一位置，并且磁体配置214和第二换能器131被配置使得可以在第二范围内获得第二位置，其中第一范围与第二范围至少部分地重叠。
[0066]
因此，优点在于，可以在第一范围和第二范围的重叠部分中获得冗余。位置设备的可靠性可在该重叠部分中被确定。
[0067]
在本发明的一些实施例中，第一范围和第二范围可能是相同的。在这种情况下，在整个感测范围内存在冗余，因此可以在整个感测范围内确定可靠性。例如，感测范围可以是1
°
到360
°
之间的范围。例如，范围可以是360
°
、180
ꢀ°
、120
°
、90
°
、72
°
、60
°
或45
°
或适用于传感器旨在用于的应用的任何其他值。
[0068]
图3的列中图示出了第一范围与第二范围重叠并且第一范围不同于第二范围的位置设备的示例。在此类位置设备中，可以在最小的感测范围内对位置的完整性进行冗余地验证。
[0069]
顶部两图分别示出了混合靶的俯视图、和横向截面图的示意图。
[0070]
在这些示例中，第一换能器包括与第二换能器的磁传感器ms(例如霍尔传感器)重叠的感应传感器is。底部图是用于感应地测量导电靶的位置的感应传感器is的线圈配置的俯视图示意图。
[0071]
在左列的示例中，磁体214是4极磁体，并且导电靶212是半月形靶。在左列的示例中，可获得360
°
的感应范围和180
°
的磁范围。因此，可以在180
ꢀ°
范围内明确检查位置。
[0072]
第一换能器包括用于生成磁场的至少一个发射线圈和用于接收磁场的至少一个接收线圈，并且被配置成用于使用发射线圈生成磁场和用于从接收线圈接收信号。在图2中的示例性实施例中，第一换能器包括一个发射线圈(tx) 和2个接收线圈(rx1、rx2)。只要存在至少一个发射线圈和至少一个接收线圈(例如，2个或3个或4个接收线圈)，就可以实现不同的其他配置。在该示例中，接收线圈是两个正交的线圈(信号之间有90
°
相移)。此外，例如，可以使用3个线圈(具有120度相移)。生成和测量分别通过tx-线圈和rx
‑ꢀ
线圈的电流可以由感应传感器is来完成。
[0073]
第二换能器包括至少一个霍尔传感器，该至少一个霍尔传感器用于获得指示混合靶在第二范围内的位置的信号。可以存在多个霍尔传感器，使得可以完成差分测量。该差分测量允许减少干扰位置测量的杂散场的作用。在一个实施例中，第二换能器可包括4个或8个霍尔传感器，该4个或8个霍尔传感器被配置用于测量由4极磁体生成的两个磁场梯度。可存在用于聚集磁通线，并将磁通线朝一个或多个霍尔板弯曲，以增加灵敏度(在该图中，集成磁聚集器不是按比例绘制的，在比例上，它可以例如小10倍)的集成磁聚集器。
[0074]
在本发明的实施例中，线圈可以具有反相线圈段和非反相线圈段(反相线圈段在图3中未示出)。通过添加互补的反相线圈段(其中电流以相反方向流动)，可以消除反相和非反相线圈段上存在的共模信号。因此，换能器可以被配置成用于生成从其中移除共模分量的信号(使得在所生成的信号中只可见靶感应信号)。
[0075]
本发明的实施例的优点在于，感应技术对杂散场免疫。因此，原因是rx 线圈仅检测tx线圈传输的ac磁场。因此，通过将第一信号和第二信号进行比较获得的可靠性也考虑了杂散场。附加地，可以通过组合第一信号和第二信号来提供范围扩展。
[0076]
另一个示例在图3的右列被图示出。在该示例中，磁体214为2极磁体，并且导电靶212为三叶(three-lobe)靶。使用此类配置，可获得120
°
的感应范围和360
°
的磁范围。因此，可以在120
°
范围内明确检查位置。
[0077]
在该配置中，第一换能器包括用于生成磁场的至少一个发射线圈(在示例性实施例中，其是一个发射线圈tx)和用于接收磁场的至少一个接收线圈(在示例性实施例中，其是两个接收线圈rx1和rx2)，并包括感应传感器is，该感应传感器is被配置成用于使用发射线圈生成磁场并且用于接收来自接收线圈的信号。
[0078]
第二换能器包括用于获得指示混合靶被定位在其中的扇区的信号的至少一个磁传感器ms(例如霍尔传感器)。此外，在该示例中，可以存在多个霍尔传感器，使得可以完成差分测量。该差分测量允许减少干扰位置测量的杂散场的作用。对于差分测量，支撑换能器可包括四个霍尔元件。
[0079]
可以存在用于聚集磁通量线，并将它们朝向一个或多个霍尔板弯曲，以增加灵敏度(在该图中没有集成磁聚集器)的集成磁聚集器(imc)。例如，imc 可以弯曲磁场线，以便使用水平霍尔元件测量磁场，其中磁场与衬底平行。水平霍尔元件本身对与衬底平行的磁场不敏感。通过弯曲磁场线，测量与衬底平行的磁场变得可能。在传感器被配置成用于测量z方向(平面外)的差分场的情况下，则不需要imc。
[0080]
在该示例中，第一换能器具有小于1
°
或甚至小于0.1
°
的位置准确性。该准确性可以在与一个扇区相对应的120
°
范围内提供。例如，第二换能器的准确性可以与第一换能器的准确性相同，或者甚至可以比第一换能器的准确性差高达10倍，例如差5倍。例如，它可以
小于1
°
或5
°
。只要这些是静态误差(例如+/-15
°
或+/-30
°
或更大的误差)，就可能更大。
[0081]
如果误差为静态误差(即在给定位置处，第二换能器的误差始终基本上相同)，则比较表可被校准。将两个值之间的差与未经校准的固定阈值(例如， 1
°
或5
°
或10
°
)进行比较，或者将该差与通过校准确定的位置相关阈值进行比较(图9中图示出了此类误差曲线的示例)。这在感应传感器高度小型化且出现显著的非线性误差时尤其有益。
[0082]
在本发明的实施例中，混合靶210包括导电靶212和磁体214。在本发明的一些实施例中，这些可以是连接在一起的单独组件。在一些实施例中，导电靶212和磁体214可以集成在一个组件中。
[0083]
在本发明的实施例中，导电靶212和磁体214是被堆叠成使得它们至少部分地重叠的单独组件。它们可能是平面组件。它们可能是圆形平面组件。在后一种情况下，它们可能具有相同的中心轴线，或者可能被定位于离轴。从图3 至图6中的示例可以看出，导电靶的半径可以小于或等于磁体的半径。在本发明的实施例中，磁体的半径可以基本上等于(例如，小于10％，或甚至小于 5％的差)导电靶的半径。导电靶212可以是非磁的，磁体214可以是电隔离的。
[0084]
当导电靶212和磁体214是单独组件时，磁体可以由绝缘材料(例如绝缘铁氧体)制成，以避免导电靶与磁体之间的干扰。导电靶可以是薄的(《100μm) 图案化金属膜(例如铝)。导电靶可堆叠在磁体上。
[0085]
在图3至图6中图示出了其示例，其中磁体214和导电靶212彼此上下堆叠并且具有同一旋转轴线。因此，混合靶的总直径可以保持是有限的。由于靶的直径可以保持是有限的，因此生成磁场的线圈和接收磁场的线圈的直径也可以保持是有限的，并且因此混合位置传感器的尺寸也可以保持是有限的。线圈的尺寸可例如缩小至小于5mm。
[0086]
图4中所图示出的左侧靶配置示出了磁体214，该磁体214为2极磁体，使得磁范围为360
°
，并且两个范围相等。因此，在此类配置中，可以在360
ꢀ°
内明确地检查位置。感应靶和磁极可被对准(如图所示)，但这不是必需的。它们可以相移90
°
，或任何角度。
[0087]
图4中所图示出的右侧配置与图3左列中的配置类似，不同之处在于(第二换能器的)磁传感器偏离轴线。第一换能器的发射线圈和接收线圈仍然居中。
[0088]
图5中的混合靶具有包括6极环形磁体的磁体配置。在该配置中，(第二换能器的)磁传感器被置于离轴。可在120
°
范围内明确地检查位置。导电靶可具有与磁体配置的范围相同的范围，但它也可能例如具有更大的范围。
[0089]
在本发明的实施例中，磁体配置可以是4极磁体。例如，此类磁体配置可与具有2个叶的感应靶结合使用。另一种配置例如可以是与具有4个叶的感应靶结合的8极磁体。
[0090]
图6的堆叠配置包括提供120
°
的范围的三叶导电靶212。使用此类靶可以实现超过1
°
甚至超过0.1
°
的准确性。导电靶被堆叠在两极磁体214上。通过两极磁体和三叶导电靶的组合，可以以120
°
范围段确定位置传感器的可靠性。
[0091]
在本发明的实施例中，导电靶212和磁体214可以由一个组件形成。这可以通过加工铁磁材料的导电靶和在平面内磁化铁磁材料来实现。例如，铁磁材料可以是钕。在特定实施例中，例如，可将铁磁材料加工成三个扇区并在平面内磁化。图6的中间图图示出了其示例。在该示例中，单个元件同时用作用于感应技术的金属导电靶，以及用作用于基于磁体的技术的2极磁体。2极磁体是通过沿着这些叶中的一个叶对经加工的铁磁材料进行磁化而获
得的。通过这样做，靶表现为2极磁体。因此，由于将两种功能(导电靶和磁体)组合到一个组件中，因此获得了更简化且可能更便宜的靶。
[0092]
图6的底部图表示又一个实施例。在该示例中，磁体214具有与导电靶 212相同的形状。该导电靶212是磁体214上的导电材料的涂层。因此，获得与中间图类似的实施例，但其优点是磁体214可以由非导电磁材料(诸如ndfeb 或铁素体)制成。例如，涂层可以由镍(ni)制成。可以使用技术人员已知的任何合适的涂层材料。它可以存在于靶的一侧(如图所示)、靶的两侧或靶周围。
[0093]
在本发明的实施例中，第一读出链122可存在用于第一换能器121，第二读出链132可存在用于第二换能器131。读出链可被配置用于将表示该位置的模拟信号转换为表示该位置的数字信号。在本发明的一些实施例中，读出链可以具有共享的信号调节元件。例如，adc可以在两个读出链之间共享。在本发明的一些实施例中，混合位置传感器100包括在第一换能器和第二换能器之间共享的读出链。本发明实施例的优点是，可以将用于引入第二换能器的硅面积方面的成本增加保持在最小值。对于在第一换能器和第二换能器之间可以重复使用读出链的至少部分的实施例来说尤其如此。例如，成本增加可以保持在 10％以下。
[0094]
图7示出了使用第一感应换能器获得的角度11(即第一位置)，以及使用第二磁换能器获得的因变于转子的实际位置的角度12(即第二位置)，。在该示例中，两个传感器都具有在图中是不可见的相对较低的误差。还示出了第一位置11与第二位置12之间的差15。
[0095]
位置传感器的可靠性可以基于所确定的第一位置和第二位置来确定。注意，在该示例中，第一位置传感器具有大于第二位置传感器的第二范围的第一范围。
[0096]
处理设备可以例如被配置用于执行以下步骤：
[0097]
a)从第一换能器获取第一位置(例如角度值)；
[0098]
b)从第二换能器获取第二位置(例如角度值)；
[0099]
c)计算在步骤a)和b)处获得的值之间的差；
[0100]
d)将计算出的差与阈值(在该示例中为0
°
)进行比较；
[0101]
e)将计算出的差与阈值+固定角度(在该示例中，角度为180
°
)进行比较；
[0102]
f)如果在步骤d)和e)处计算出的两个差都超过阈值，则报告故障；
[0103]
g)重复；
[0104]
在根据本发明实施例的另一示例性方法中，处理设备可被配置用于执行以下步骤：
[0105]
a)从第一换能器获取第一位置(例如第一角度值)；
[0106]
b)从第二换能器获取第二位置(例如第二角度值)；
[0107]
c)基于第一位置从查找表中检取多个期望值(在该示例例中，由于第二角度值是周期性的，并且在第一角度值的整个周期内重复两次，因此检取了2 个期望值)；
[0108]
d)将预期值与第二位置进行比较；
[0109]
e)如果预期值中没有一个与第二位置相匹配(在误差裕度内)，则报告故障；
[0110]
f)重复。
[0111]
可选地，根据本发明的实施例，可以通过组合第一信号和第二信号来获得绝对位置13(参见图8)。
[0112]
在图8所图示出的示例中，第一换能器的线圈被小型化，并且磁传感器的不同杂散金属(诸如pcb迹线和触点、引线框架和集成电路本身)的影响变得更加重要。由于这些杂散金属，感应传感器11具有相对重要的误差。然而，误差仍然小于该扇区的尺寸。该图还示出了使用第二换能器获得的第二位置12 和通过组合第一位置11和第二位置12获得的绝对位置13。
[0113]
此外，在该示例中，处理设备被配置用于基于所确定的第一位置和第二位置来确定位置传感器的可靠性。类似地，如上所解释的，可以例如使用预定的查找表来完成可靠性比较。
[0114]
图9示出了感应传感器因变于转子实际位置的误差曲线14。根据本发明的实施例，此类曲线可由混合位置传感器用于确定位置传感器的可靠性。在该示例中，感应传感器的误差曲线14的范围在+25/-22
°
之间。当第一换能器的线圈尺寸减小时，此类误差曲线的范围增加。该误差曲线例如可以是具有小型线圈的第一换能器的误差曲线，其中磁传感器的杂散金属的影响变得更加重要。在本发明的实施例中，该曲线被测量并被用作可靠性比较的基础(用于校正感应传感器，或作为比较的参考)。图9还示出了磁传感器的误差曲线16。
[0115]
从图8可以得出，即使范围不同，也可以在180
°
的范围内(即从0
°
到 180
°
或从180
°
到360
°
)明确地验证角度。甚至可以在整个360
°
范围内验证角度。在该情况下，对于扇区范围的值，在整个范围内存在两个可能的值。例如，对于0
°
或180
°
的靶的实际位置，第二位置将指示“0
°”
。因此，故障覆盖率较低，但在某些应用中仍然是可接受的。
[0116]
除了确定传感器的可靠性外，所获得的位置还可以被组合，以将传感器的范围增加到具有最高范围的换能器的范围，并将分辨率增加到具有最高分辨率的换能器的分辨率。图8示出了使用第一换能器、使用第二换能器获得的角度，以及通过将第二信号(指示扇区内的位置)和第一信号(指示扇区)进行组合而获得的最终位置(也被表示为角度)。第二信号例如可以被表示为角度。它可以根据换能器正交信号(例如通过计算两个换能器信号之间的比率(例如cos/sin) 和计算比率的arctan(例如α＝atan(cos/sin)))来计算。注意，在该示例中，所有角度按照惯例都被包裹在[-180
°
，+180
°
]范围内。第二读出链12的输出是准确的，但仅提供180
°
的缩小范围。第一读出链11的输出不太准确，但覆盖了整圈。通过选择θ2或θ2+180
°
，可以容易地构造经组合的角度θ0。在本发明的实施例中，基于θ1的值来选择最合理的选项。例如，最合理的选项可能是在θ0和θ1之间产生最小角度误差的选项。这给出了具有θ1的准确性和θ2的范围(整个360
°
)的经组合的输出角度。
[0117]
在本发明的实施例中，指示靶被定位在其中的扇区的信号的误差可以小到可以明确地标识扇区。因此，最大误差水平受扇区尺寸的限制。它是具有最高分辨率的换能器可以进行准确测量的扇区的尺寸。一种最大误差水平可能具有几度、5度
°
或高达10
°
甚至更大的误差。如上文所描述的，误差也可以被校准(被线性化)。对于没有校准和没有查找表的直接比较，最大误差例如优选地小于5
°
或10
°
。
[0118]
在本发明的一些实施例中，具有最高分辨率的读出链中的准确性可以限制为保持在10以下。与通常的靶相比，这相当于约1到2个数量级的规格放宽。本发明实施例的特定优点是，具有最低分辨率的读出链的准确性允许确定在扇区内获得的位置的可靠性，并允许标识混合靶被定位在的扇区(参见例如，图 7和图8以及对应的描述)。
[0119]
在本发明的实施例中，可以在处理设备上实现一种算法，该算法用于接收第一信
号以确定混合靶的第一位置，并用于接收第二信号以确定混合靶的第二位置，以及基于所确定的第一位置和第二位置来确定位置传感器的可靠性。
[0120]
在本发明的实施例中，导电靶212可以是半月形靶。在本发明的实施例中，混合位置传感器可以被封装在芯片中。
[0121]
在本发明的一些实施例中，线圈的尺寸可以保持是有限的(例如小于1cm)。
[0122]
在实施例中，线圈可以被集成在同一芯片封装中。其示例在图10和图11 的示意图中被示出。这些图中的ic包括第二换能器，该第二换能器用于生成由磁体配置感应的第二信号。根据本发明的实施例，第一换能器的线圈由ic 部分地覆盖。
[0123]
在其他实施例中，线圈可以具有更大的尺寸。在这种情况下，线圈可以在 pcb上实现。在此类情况下，第一换能器包括印刷电路板上的一个或多个线圈，并且第二换能器是安装在印刷电路板上的芯片，其所在的位置使线圈的导线穿过第二换能器下方。
[0124]
在此类配置中，第一换能器和第二换能器重叠。发明人发现，通过第一换能器的一个或多个线圈的电流(该电流由在线圈上移动的导电靶感应)不会干扰第二换能器的操作，混合靶或第二换能器的磁体配置也不会干扰第一换能器的操作。
[0125]
根据本发明的实施例的混合位置传感器可被配置用于确定混合靶的角度位置或线性位置。
[0126]
在图10的3d示意图中，示出了混合靶210和位置传感器100。在该示例中，位置传感器是角度传感器。虚线是旋转轴线。混合靶210包括四极磁体并且导电靶是半月形靶。本发明不限于四极磁体。例如，磁体可以是2极磁体，使得两个传感器具有360
°
的感测范围。替代地，感应靶可以包括2个叶，使得感应感测范围为180
°
。
[0127]
当第一换能器和第二换能器具有不同的范围时，混合位置设备可以在最小感测范围内使用，诸如以明确地比较两个位置，或者该混合位置设备可以在整个范围内使用。在后一种情况下，对于最小感测范围内的相同值而言，在整个范围内存在两个可能的值。
[0128]
在该示例中，第一换能器和第二换能器被封装在同一个封装180中。在图中，线圈由tx、rx指示。第一换能器、第二换能器和处理设备的功能可以在ic 中实现。电容器c和焊盘bp可能存在于同一封装中。
[0129]
图11示出了混合靶210和用于确定混合靶的线性位置的位置传感器100。虚线示出了混合靶可以沿着其移动的方向。此外，在本示例中，第一换能器和第二换能器被封装在同一封装180中，并且它们重叠。鉴于使用该混合位置传感器检测线性位置的事实，线圈配置与图10中的线圈配置不同。在图11中的示例中，磁体配置为4极磁体配置。在其他实施例中，例如可以使用2极磁体配置。因此，针对第一换能器所获得的范围与针对第二换能器所获得的范围相同。
[0130]
图12中的左图示出了由一个tx线圈(tx)包围的2个rx线圈(rx1、rx2) 的示意图。右图示出了包含两个磁体对214的混合靶(一个方向上的对角线阴影指示北极，并且另一个方向上的对角线阴影指示南极)。替代地，可使用2 极磁体对以使第一换能器的范围与第二换能器具有相同的范围。导电靶与混合靶对角地交叉。在右上图中，线圈被定位于左段。在这种情况下，第二线圈 rx2中感应的电压将大于第一线圈rx1中感应的电压。在右下角的图中，线圈被定位于右段。在这种情况下，第二线圈rx2中感应的电压将小于第一线圈 rx1中感应的电压。可以计算通过两个线圈的电流之间的比率，并将其用作指示混合靶位置的信
号。第二换能器可用于获得靶的第二位置。可对两个所获得的位置进行比较，以确定混合位置传感器的可靠性。
[0131]
图13示出了tx和rx线圈的替代配置。在该示例中，圆形tx线圈绕过 8形rx线圈。当线圈被定位在左段时，rx线圈中会感应出正信号，并且当线圈被定位在右段时，rx线圈中会感应出负信号。在示例中示出了4极磁体。磁体也可以是2极磁体。在这种情况下，两个换能器将具有相同的范围。
[0132]
在本发明的实施例中，第一换能器被配置成用于获得指示混合靶在第一范围内的位置并且具有第一分辨率的第一信号。第二换能器被配置成用于获得指示混合靶在第二范围内的位置并具有第二分辨率的第二信号。第一范围可以与第二范围不同，并且第一分辨率与第二分辨率不同。通过比较第一位置和第二位置，可以在最小范围内获得可靠性。
[0133]
通过组合第一信号和第二信号，可以利用第一信号的分辨率确定混合靶的位置。由此注意到，通过第一信号和第二信号的组合获得的范围甚至可以比具有最宽范围的信号的范围更宽。使用图14进一步解释了这一点。它示出第一信号(第一换能器的信号)和第二信号(第二换能器的信号)因变于混合靶的位置(在该情况下被表达为角位置)。
[0134]
通过在第一信号范围内将第一信号与第二信号进行比较，可以确定混合位置传感器的可靠性。可以使用如关于图7和图8所解释的类似方法。在该示例中，第二换能器存在3个可能的预期值。
[0135]
当处理设备被配置用于执行第一方法时，首先将从第一换能器获得的第一位置与从第二换能器获得的第二位置进行比较，并与第二位置+120
°
和第二位置+240
°
进行比较。如果3个比较中没有一个比较是匹配的，则处理设备指示存在可靠性问题。
[0136]
当处理设备被配置用于执行第二方法时，基于从第一换能器获得的第一位置，从查找表(其通过校准获得)获得3个期望值。将该3个期望值与来自第二换能器的第二位置进行比较，以用于确定可靠性。
[0137]
注意，在该示例和先前的示例中，来自第一换能器的第一位置用于从第二换能器获得第二位置的一个或多个预期值，并且如果预期值中的一个预期值与第二位置相匹配，则位置传感器被认为是可靠的，如果情况不是这样，则位置传感器被认为是不可靠的。在本发明的一些实施例中，如果对于从第二换能器获得的一个位置，可以预期从第一换能器获得不同的位置，则这也可以是相反的。在这种情况下，来自第二换能器的第二位置可用于从第一换能器获得第一位置的一个或多个预期值，并且如果预期值中的一个预期值与第一位置相匹配，则位置传感器可被认为是可靠的，如果情况不是这样，则位置传感器可被认为是不可靠的。
[0138]
通过组合第一信号和第二信号，可以利用第一信号指示的位置的分辨率以及作为第一范围和第二范围的组合且大于第一范围和第二范围的范围来获得位置。即使第二换能器具有120
°
的范围，解析整个360
°
范围仍然时可能的。由于来自主换能器的相同角度值在支持换能器时具有不同的值，因此两个信号的组合中不存在模糊性，并且360
°
范围仍然可以被解析。
[0139]
总之，在本发明的实施例中，存在以不同的技术实现的两个读出传感器(第一换能器和第二换能器)。因此，获得霍尔和感应位置感测的有效组合，该有效组合提供冗余，并且因此允许基于所确定的第一位置和第二位置来确定位置传感器的可靠性。
技术特征：1.一种用于确定混合靶(210)位置的混合位置传感器(100)，所述混合靶(210)包括导电目标(212)和磁体配置(214)，所述导电目标(212)和所述磁体配置(214)刚性地连接并且至少部分地重叠，所述位置传感器(100)包括：第一换能器(121)，所述第一换能器(121)被配置用于生成由所述导电靶(212)感应的并且指示所述混合靶(210)的位置的第一信号，第二换能器(131)，所述第二换能器(131)与所述第一换能器至少部分地重叠，并且被配置用于生成由所述磁体配置感应的并且指示所述混合靶(210)的所述位置的第二信号，处理设备(140)，所述处理设备(140)被配置用于接收所述第一信号以确定所述混合靶的第一位置，并且用于接收所述第二信号以确定所述混合靶的第二位置，并且用于基于所确定的第一位置和第二位置来确定所述位置传感器的可靠性。2.根据权利要求1所述的混合位置传感器(100)，其中，所述第一换能器(121)包括一个或多个线圈，并且其中，所述第二换能器是磁传感器，所述磁传感器被安装成使得所述一个或多个线圈与所述第二换能器至少部分地重叠。3.根据权利要求1所述的混合位置传感器(100)，所述混合位置传感器(100)被配置成用于确定所述混合靶的角位置。4.根据权利要求1所述的混合位置传感器(100)，所述混合位置传感器(100)被配置成用于确定所述混合靶的线性位置。5.根据权利要求1所述的混合位置传感器(100)，其中，所述第二换能器包括霍尔传感器或磁阻传感器。6.根据权利要求1所述的混合传感器(100)，其中，所述第一换能器包括用于生成磁场的至少一个发射线圈和用于接收磁场的至少一个接收线圈，并且被配置用于使用发射线圈生成所述磁场，并且用于从接收线圈接收信号。7.根据权利要求1所述的混合传感器(100)，其中，所述第一换能器(121)和所述第二换能器(131)被封装在同一封装(180)中。8.一种包括混合靶(210)的位置设备(200)，所述混合靶(210)包括导电靶(212)和磁体配置(214)，所述导电靶(212)和所述磁体配置(214)被刚性地连接并且至少部分地重叠，所述位置设备(200)还包括根据权利要求1所述的混合位置传感器(100)。9.根据权利要求8所述的位置设备(200)，其中，所述导电靶(212)和所述第一换能器(121)被配置成使得能够以第一准确性获得所述第一位置，并且其中，所述磁体配置(214)和所述第二换能器(131)被配置成使得能够以第二准确性获得所述第二位置，其中，所述第一准确性与所述第二准确性不同。10.根据权利要求8所述的位置设备(200)，其中，所述导电靶(212)和所述第一换能器(121)被配置成使得所述第一位置能够在第一范围内获得，并且其中所述磁体配置(214)和所述第二换能器被配置成使得所述第二位置能够在第二范围内获得，其中，所述第一范围与所述第二范围至少部分地重叠。11.根据权利要求10所述的位置设备(200)，其中，所述第一范围和所述第二范围是相同的。12.根据权利要求8所述的位置设备(200)，其中，所述磁体配置(214)包括具有至少4个磁极的磁体。
13.根据权利要求8所述的位置设备(200)，其中，所述第二换能器(131)是差分传感器，所述差分传感器包括多个霍尔传感器或磁阻传感器。14.根据权利要求8所述的位置设备(200)，其中，所述导电靶(212)和所述磁体配置是堆叠的15.根据权利要求8所述的位置设备(200)，其中，所述导电靶(212)由导电铁磁材料制成，并且其中，所述磁体通过磁化铁磁材料获得。
技术总结一种用于确定混合靶(210)位置的混合位置传感器(100)，该混合靶(210)包括导电靶(212)和磁体配置(214)，导电靶(212)和磁体配置(214)刚性连接并且至少部分地重叠。位置传感器(100)包括：第一换能器(121)，被配置成用于生成由导电靶(212)感应的并指示该混合靶(210)位置的第一信号；第二换能器(131)，该第二换能器与第一换能器至少部分地重叠，并且被配置成用于生成由磁体配置(214)感应的并指示混合靶(210)位置的第二信号；处理设备(140)，该处理设备(140)被配置用于接收第一信号以确定该混合靶的第一位置，并且用于接收第二信号以确定该混合靶的第二位置，并且用于基于所确定的第一位置和第二位置来确定位置传感器的可靠性。可靠性。可靠性。
技术研发人员：B
受保护的技术使用者：迈来芯电子科技有限公司
技术研发日：2022.04.28
技术公布日：2022/11/1
