(57)【要約】  本願の開示は、回転可能な構成部品（２）の角度位置（φ）を検出する装置（１）に関している。この装置（１）は、磁場（２０）を生成するように構成された磁石（１０）と、磁場（２０）を検出し、そこから構成部品（２）の角度位置（φ）に対応する角度信号（４８）を供給するように構成されたセンサユニット（３０）とを備えている。このセンサユニット（３０）は、第１の磁気感応素子（３２）、第２の磁気感応素子（３３）および第３の磁気感応素子（３４）を有している第１のセンサグループ（３１）と、第４の磁気感応素子（３６）、第５の磁気感応素子（３７）および第６の磁気感応素子（３８）を有している第２のセンサグループ（３５）と、評価ユニット（４０）とを含み、評価ユニット（４０）は、それぞれ、第１のセンサグループ（３１）の磁気感応素子（３２，３３，３４）と、第２のセンサグループ（３５）の磁気感応素子（３６，３７，３８）とに接続され、構成部品（２）の角度位置（φ）に対応する角度信号（４８）を供給するように構成されている。
2019505811.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸線（１００）を中心に回転可能な構成部品（２）の角度位置（φ）を検出する装置（１）であって、
磁場（２０）を生成するように構成された磁石（１０）と、
前記磁石（１０）から離間されたセンサユニット（３０）と、を備え、
前記センサユニット（３０）は、前記回転軸線（１００）に対して実質的に直交方向に延びる測定平面（２００）内の前記磁場（２０）を検出し、そこから前記構成部品（２）の角度位置（φ）に対応する角度信号（４８）を供給するように構成されており、前記磁石（１０）または前記センサユニット（３０）は、前記回転軸線（１００）を中心に回転可能に配置されており、
前記センサユニット（３０）は、
前記測定平面（２００）内に配置された第１のセンサグループ（３１）を含み、該第１のセンサグループ（３１）は、前記回転軸線（１００）から所定の距離（Ｒ）に配置された第１の磁気感応素子（３２）と、前記回転軸線（１００）に対して相対的にかつ前記第１の磁気感応素子（３２）に対向して配置され当該回転軸線（１００）から所定の距離に配置された第２の磁気感応素子（３３）と、前記第１の磁気感応素子（３２）と前記第２の磁気感応素子（３３）との間の中央に配置された第３の磁気感応素子（３４）と、を有しており、前記第１の磁気感応素子（３２）、前記第２の磁気感応素子（３３）および前記第３の磁気感応素子（３４）は、それぞれ、第１の方向（２０２）に沿って前記磁場（２０）を検出するように構成されており、
前記測定平面（２００）内に配置された第２のセンサグループ（３５）を含み、該第２のセンサグループ（３５）は、前記回転軸線（１００）から所定の距離（Ｒ）に配置された第４の磁気感応素子（３６）と、前記回転軸線（１００）に対して相対的にかつ前記第４の磁気感応素子（３６）に対向して配置され当該回転軸線（１００）から所定の距離に配置された第５の磁気感応素子（３７）と、前記第４の磁気感応素子（３６）と前記第５の磁気感応素子（３７）との間の中央に配置された第６の磁気感応素子（３８）と、を有しており、前記第４の磁気感応素子（３６）、前記第５の磁気感応素子（３７）および前記第６の磁気感応素子（３８）は、それぞれ、前記第１の方向（２０２）に対して所定の角度（α）をなして延びる第２の方向（２０４）に沿って前記磁場（２０）を検出するように構成されており、さらに、
評価ユニット（４０）を含み、該評価ユニット（４０）は、前記第１のセンサグループ（３１）の前記磁気感応素子（３２，３３，３４）と、前記第２のセンサグループ（３５）の前記磁気感応素子（３６，３７，３８）とに接続され、前記構成部品（２）の角度位置（φ）に対応する角度信号（４８）を供給するように構成されている、装置（１）。
【請求項２】
前記評価ユニット（４０）は、
第１の評価素子（４１）を含み、該第１の評価素子（４１）は、前記第１の磁気感応素子（３２）と、前記第３の磁気感応素子（３４）とに接続され、前記第１の磁気感応素子（３２）および前記第３の磁気感応素子（３４）の信号から第１の中間信号を生成するように構成されており、
第２の評価素子（４２）を含み、該第２の評価素子（４２）は、前記第２の磁気感応素子（３３）と、前記第３の磁気感応素子（３４）とに接続され、前記第２の磁気感応素子（３３）および前記第３の磁気感応素子（３４）の信号から第２の中間信号を生成するように構成されており、
第３の評価素子（４３）を含み、該第３の評価素子（４３）は、前記第４の磁気感応素子（３６）と、前記第６の磁気感応素子（３８）とに接続され、前記第４の磁気感応素子（３６）および前記第６の磁気感応素子（３８）の信号から第３の中間信号を生成するように構成されており、さらに、
第４の評価素子（４４）を含み、該第４の評価素子（４４）は、前記第５の磁気感応素子（３７）と、前記第６の磁気感応素子（３８）とに接続され、前記第５の磁気感応素子（３７）および前記第６の磁気感応素子（３８）の信号から第４の中間信号を生成するように構成されている、請求項１記載の装置（１）。
【請求項３】
前記評価ユニット（４０）は、さらに、
第５の評価素子（４５）を含み、該第５の評価素子（４５）は、前記第１の評価素子（４１）と、前記第２の評価素子（４２）とに接続され、前記第１の中間信号および前記第２の中間信号から第１の成分信号を生成するように構成されており、
第６の評価素子（４６）を含み、該第６の評価素子（４６）は、前記第３の評価素子（４３）と、前記第４の評価素子（４４）とに接続され、前記第３の中間信号および前記第４の中間信号から第２の成分信号を生成するように構成されており、
第７の評価素子（４７）を含み、該第７の評価素子（４７）は、前記第５の評価素子（４５）と、前記第６の評価素子（４６）とに接続され、前記第１の成分信号および前記第２の成分信号から前記構成部品（２）の角度位置（φ）に対応する角度信号（４８）を生成するように構成されている、請求項２記載の装置（１）。
【請求項４】
前記第５の評価素子（４５）および／または前記第６の評価素子（４６）は、加算形成器である、請求項３記載の装置（１）。
【請求項５】
前記第１の評価素子（４１）および／または前記第２の評価素子（４２）および／または前記第３の評価素子（４３）および／または前記第４の評価素子（４４）は、差分形成器である、請求項２から４までのいずれか１項記載の装置（１）。
【請求項６】
前記第１の成分信号は、前記所定の角度（α）に関する余弦波信号であり、第２の方向信号は、前記所定の角度（α）に関する正弦波信号であり、前記第７の評価素子（４７）は、前記第１の成分信号および前記第２の成分信号から逆正接関数を用いて、前記構成部品（２）の角度位置（φ）に対応する角度信号（４８）を生成するように構成されている、請求項３から５までのいずれか１項記載の装置（１）。
【請求項７】
前記磁石（１０）の磁極の数は、２で割り切れる整数である、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置（１）。
【請求項８】
前記磁石（１０）は、回転可能な前記構成部品（２）に取り付けられ、前記センサユニット（３０）は、前記磁石（１０）に対して相対的に位置固定されて配置されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の装置（１）。
【請求項９】
前記磁石（１０）は、前記センサユニット（３０）に対して相対的に位置固定されて配置されており、前記センサユニット（３０）は、回転可能な前記構成部品（２）に取り付けられている、請求項１から７までのいずれか１項記載の装置（１）。
【請求項１０】
前記測定平面（２００）は、実質的に前記回転軸線（１００）に対して直交方向に延びている、請求項１から９までのいずれか１項記載の装置（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸線を中心に回転可能な構成部品の角度位置を検出する装置に関し、特に、電気モータのロータの角度位置またはバルブフラップの角度位置またはアクチュエータの回転軸線を非接触で検出する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転軸線を中心に回転可能な構成部品の角度位置を検出するために、磁気ベースの角度センサを使用することが公知である。例えば、英国特許出願公開第２５０５２２６号明細書は、干渉磁場／外部磁場の補償を伴う多極性磁石を使用して角度位置を測定する装置、方法、およびセンサを開示している。そこに開示されている装置は、ロータに設けられた多極性磁石対と固定センサとを有している。このセンサは、円上に配置された複数のセンサ素子を含み、これらのセンサ素子は、実質的に、センサ平面に対して平行に作用する磁場成分を測定する２つのグループに配置されている。ここに開示されている装置によれば、均一な干渉磁場／外部磁場は十分に補償することができる。しかしながら、セグメント化された多極性磁石対によれば、有効な角度測定範囲が限定されるため、３６０度を磁石の磁極対の数で割った範囲しか検出することができない。
【０００３】
さらに、欧州特許第０９１６０７４号明細書、米国特許出願公開第２０１５／２７６８９３号明細書、独国特許発明第１０２０１５００１５５３号明細書、独国特許出願公開第１０２０１４００５２４７号明細書、独国特許第１０２００４０６４１８５号明細書および独国特許出願公開第６９８１６７５５明細書からは、それぞれ、回転可能な構成部品の角度位置を検出する装置が公知である。これらの開示文献も、干渉磁場／外部磁場の抑圧のための差分形成に基づいている。この場合、磁場の平行成分が検出されるので、ここでもセンサ平面に対して直交方向に作用する磁場成分のみが測定される。例えば、磁気抵抗センサや縦型ホールセルのように、センサ平面に対して平行方向に作用する成分を測定する磁気感応センサを使用することはできない。
【０００４】
干渉磁場／外部磁場は、近くにある永久磁石や電磁石かまたは近くで延びている電流線路によって生成することができる。車両を電化する流れの中では、特に、例えば、１０００Ａまでの電流強度が発生し得る４８Ｖの搭載電源網に関連して、有効磁場ソースには益々干渉磁場／外部磁場が重畳し、これらの干渉磁場／外部磁場は、センサの信号に影響を及ぼしかねず、ひいては磁気ロータリエンコーダの測定を改ざんしかねない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、回転軸線を中心に回転可能な構成部品の角度位置を、高い信頼性のもとで可及的に正確にかつ３６０°の角度測定範囲にわたって検出することができ、さらに干渉磁場／外部磁場に対しても耐性のある装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は、独立請求項１の特徴によって解決される。好ましい実施形態は、従属請求項に記載されている。
【０００７】
本発明は、磁場を生成するように構成された磁石を備え、回転軸線を中心に回転可能な構成部品の角度位置を検出する装置を想定した考察に基づいている。この装置は、さらに、磁石から離間されて配置されたセンサユニットを備え、このセンサユニットは、測定平面内の磁石の磁場を検出し、そこから構成部品の角度位置に対応する角度信号を供給するように構成されている。
【０００８】
この場合、磁石またはセンサユニットは、回転軸線を中心に回転可能に配置されており、これによって、磁石とセンサユニットとの間で相対的回転運動が可能となる。センサユニットは、測定平面内に配置された第１のセンサグループを含み、第１のセンサグループは、回転軸線から所定の距離に配置された第１の磁気感応素子と、回転軸線に対して相対的にかつ第１の磁気感応素子に対向して配置され回転軸線から所定の距離に配置された第２の磁気感応素子と、第１の磁気感応素子と第２の磁気感応素子との間の中央に配置された第３の磁気感応素子と、を有する。第１の磁気感応素子、第２の磁気感応素子および第３の磁気感応素子は、それぞれ、第１の方向に沿って磁場を検出するように構成されている。センサユニットは、さらに、測定平面内に配置された第２のセンサグループを含み、第２のセンサグループは、回転軸線から所定の距離に配置された第４の磁気感応素子と、回転軸線に対して相対的にかつ第４の磁気感応素子に対向して配置され回転軸線から所定の距離に配置された第５の磁気感応素子と、第４の磁気感応素子と第５の磁気感応素子との間の中央に配置された第６の磁気感応素子と、を有する。第４の磁気感応素子、第５の磁気感応素子および第６の磁気感応素子は、それぞれ、第１の方向に対して所定の角度をなして延びる第２の方向に沿って磁場を検出するように構成されている。第１の方向および第２の方向は、それぞれ、測定平面内で延びている。センサユニットは、さらに加えて、評価ユニットを含み、この評価ユニットは、第１のセンサグループの磁気感応素子と第２のセンサグループの磁気感応素子とに接続され、構成部品の角度位置に対応する角度信号を供給するように構成されている。
【０００９】
さらに、本発明による装置によれば、３６０°の全角度測定範囲にわたって構成部品の角度位置を検出することが可能となり、この場合は、センサ平面に対して平行方向に作用する磁場を測定する２次元磁気感応センサ素子用の技術が利用される。
【００１０】
従って、本発明は、次のような考えに基づく。すなわち、磁石およびセンサユニットの対称的な配置と同時に回転軸線に対して相対的なセンサアセンブリの対称的な配置のもとでは、好ましくは回転軸線に対して実質的に垂直な関係の測定平面内で検出された磁場であって、回転軸線が貫通して延びるように配置された磁気感応素子によって検出される磁場は、大きさの点では、回転軸線から所定の距離に配置された磁気感応素子によって検出される磁場よりも大きいという考えである。評価ユニットにより、回転軸線から所定の距離に配置された磁気感応素子からの信号には、回転軸線が貫通して延びるように配置された磁気感応素子からの信号とは異なる数学的符号が付される。ここでは、それぞれ、回転軸線に配置された磁気感応素子の信号が、それぞれ好適な方法で、回転軸線から所定の距離に配置された２つの磁気感応素子と関連づけられ、そこから得られた中間信号は、その後、成分信号を決定する評価素子によって処理される。
【００１１】
場合によって、干渉磁場／外部磁場が、１つのセンサグループの全ての磁気感応素子によって、大きさの点で均一な方向に検出されたとしても、対応する評価素子により、これらの信号には異なる数学的符号が付されるという事実に基づいて、評価ユニットは、最終的には、角度位置の測定に及ぼす干渉磁場／外部磁場の悪影響を補償または排除することができる。このようにして、干渉磁場／外部磁場の影響が、これらの磁気感応素子の適切な配置と、磁気感応素子の信号の適切な評価とによって排除され、これによって、干渉磁場に不感なセンサユニットの測定精度が、各時点において遅滞なく達成される。
【００１２】
好ましい実施形態では、評価ユニットは、第１の評価素子を含み、第１の評価素子は、第１の磁気感応素子と、第３の磁気感応素子とに接続され、第１の磁気感応素子および第３の磁気感応素子の信号から第１の中間信号を生成するように構成されている。この評価ユニットは、さらに加えて、第２の評価素子を含み、第２の評価素子は、第２の磁気感応素子と、第３の磁気感応素子とに接続され、第２の磁気感応素子および第３の磁気感応素子の信号から第２の中間信号を生成するように構成されている。
【００１３】
さらにこの評価ユニットは、第３の評価素子を含み、第３の評価素子は、第４の磁気感応素子と、第６の磁気感応素子とに接続され、第４の磁気感応素子および第６の磁気感応素子の信号から第３の中間信号を生成するように構成されている。この評価ユニットは、さらに加えて、第４の評価素子を含み、第４の評価素子は、第５の磁気感応素子と、第６の磁気感応素子とに接続され、第５の磁気感応素子および第６の磁気感応素子の信号から第４の中間信号を生成するように構成されている。
【００１４】
好ましい実施形態では、第１の評価素子および／または第２の評価素子および／または第３の評価素子および／または第４の評価素子は、それぞれアナログの差分形成器であり、この差分形成器によって、２つの入力信号に異なる数学的符号が付されるため、これらの２つの信号は相互に減算される。
【００１５】
評価ユニットは、好ましい実施形態では、第５の評価素子を含み、第５の評価素子は、第１の評価素子と、第２の評価素子とに接続され、第１の中間信号および第２の中間信号から第１の成分信号を生成するように構成されており、この第１の成分信号は、大きさの点で、回転軸線が貫通するように配置された磁気感応素子によって検出された磁場と、第１の方向に沿って回転軸線から所定の距離に配置された２つの磁気感応素子によって検出された磁場との差分の２倍の値に相当する。さらにこの評価ユニットは、第６の評価素子を含み、第６の評価素子は、第３の評価素子と、第４の評価素子とに接続され、第３の中間信号および第４の中間信号から第２の成分信号を生成するように構成されており、この第２の成分信号は、大きさの点で、回転軸線が貫通するように配置された磁気感応素子によって検出された磁場と、第２の方向に沿って回転軸線から所定の距離に配置された２つの磁気感応素子によって検出された磁場との磁場差分の２倍の値に相当する。さらに加えて、この評価ユニットは、第７の評価素子を含み、第７の評価素子は、第５の評価素子と、第６の評価素子とに接続され、第１の成分信号および第２の成分信号から構成部品の角度位置に対応する角度信号を生成するように構成されている。好ましくは、第５の評価素子および／または第６の評価素子は、アナログの加算形成器であり、この加算形成器によって、２つの入力信号は相互に加算される。
【００１６】
本願で開示される装置の一実施形態では、複数の評価素子が、１つの評価素子に統合されてもよい。例えば、第１、第２および第３の評価素子は、第１、第２および第３の評価素子の機能を実行しこれによって第１の成分信号を生成する第１の評価サブユニットに統合されてもよい。同様に、第４、第５および第６の評価素子は、第４、第５および第６の評価素子の機能を実行しこれによって第２の成分信号を生成する第２の評価サブユニットに統合されてもよい。
【００１７】
別の好ましい実施形態では、第１の成分信号は所定の角度に関する余弦波信号であり、第２の成分信号は所定の角度に対する正弦波信号である。第３の評価素子は、この実施形態では、第１の成分信号および第２の成分信号から逆正接関数を用いて、部品の角度位置に対応する角度信号を生成するように構成される。
【００１８】
好ましい実施形態では、第１の方向（ｘ）は、実質的に、第２の方向（ｙ）に対して直交方向に延びている。そのような実施形態では、第５の評価素子からは余弦波の第１の成分信号Ｓｙが供給され、第６の評価素子からは正弦波の第２の成分信号Ｓｘが供給される。その結果、第７の評価素子は、方程式φ＝ａｒｃｔａｎ（Ｓｘ／Ｓｙ）を用いて、回転軸線を中心に回転可能な構成部品の角度位置を決定することができる。ただし、Ｓｘ〜ｓｉｎ（φ）およびＳｙ〜ｃｏｓ（φ）。
【００１９】
磁石は、好ましくは、磁場を生成するように構成された２極磁石である。好ましくは、磁石は、直方体形状の磁石であり、回転軸線が中央で磁石を貫通して延び、これによって境界面が２つの磁極間で生じるように回転軸線に対して配置されている。別の実施形態では、磁石は円柱形状に形成されていてもよい。磁石はさらに、２で割り切れる整数個の磁極を有するように実施されてもよい。
【００２０】
開示された装置の教示の好ましい実施形態では、磁石は回転可能な構成部品に取り付けられ、センサユニットはこの磁石に対して相対的に位置固定されて配置される。それにより、磁石は、回転可能な構成部品と共に回転することができ、その際センサユニットは、この回転を検出して、回転可能な構成部品の角度位置を推定することが可能になる。
【００２１】
この装置の代替的な実施形態では、磁石は、センサユニットに対して相対的に位置固定されて配置され、センサユニットは、回転可能な構成部品に取り付けられる。そのような実施形態では、センサユニットは、回転可能な構成部品と共に磁石に対して相対的に回転することができ、これによって構成部品の角度位置を求めることが可能になる。
【００２２】
好ましくは、センサユニットは、測定平面が実質的に回転軸線に対して直交方向に延びるように、回転軸線に対して配向されている。
【００２３】
ここに開示される装置の別の好ましい実施形態では、磁気感応素子のうちの少なくとも１つは、縦型ホールセルである。さらに、磁気感応素子のうちの少なくとも１つは、磁気抵抗効果（ＭＲ）に基づくことができる。例えば、磁気抵抗効果に基づく磁気感応素子は、異方性磁気抵抗効果（ＡＭＲ）素子、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）素子またはトンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）素子からなる。
【００２４】
本発明による装置の別の特徴および実施形態は、以下で図面を参照して明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】回転軸線を中心に回転可能な構成部品の角度位置を検出する本発明による装置の概略図
【図２】図１による装置のセンサユニットの平面図
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１は、回転軸線１００を中心に回転可能な構成部品２の角度位置φを検出する本発明による装置１の一実施形態を示す。この回転可能な構成部品２は、例えば、直流モータのロータのシャフトであってもよい。装置１の別の実施形態では、回転可能な構成部品２は、内燃機関のスロットル弁支持体または機械的調整用アクチュエータのスロットル弁シャフトであってもよい。
【００２７】
図１の装置１は、磁場２０を生成するように構成された磁石１０を備えている。図１では、この磁場２０の磁力線が概略的に示されている。図１に示されているように、磁石１０は、２つの磁極、詳細にはＮ極１２とＳ極１４とを有する。この磁石１０は、回転軸線１００が中央で磁石１０を、特に、Ｎ極１２とＳ極１４との間の境界面を貫通して延びるように、回転軸線１００に関して配置されている。構成部品２は、磁石１０と共にこの回転軸線１００を中心に回転可能である（矢印４参照）。
【００２８】
図１に示されている装置１は、さらに、磁石１０から離間されたセンサユニット３０を備えている。このセンサユニット３０は、好ましくはセンサチップであり、第１の軸線２０２、例えばｘ軸と、これに直交する方向に延びる第２の軸線２０４、例えばｙ軸とによって拡張される測定平面２００内で磁気感応的である。したがって、図示の実施形態では、第１の軸線２０２と第２の軸線２０４との間の所定の角度αは９０°である（図２参照）。これらの２つの軸２０２，２０４は、それぞれ、回転軸線１００に対して直交方向に配置されているので、その結果、センサユニット３０の測定平面２００は、回転軸線１００に対して実質的に直交方向に延びる。
【００２９】
センサユニット３０は、測定平面２００内に延びる磁場成分に対して磁気感応的であるように構成されている。このセンサユニット３０は、さらに、測定平面２００に対して直交方向に延びる磁場成分、つまりその結果、測定平面２００内には存在しない磁場成分に対しては、磁気感応的ではないように構成されている。
【００３０】
センサユニット３０は、図１に示されている装置１内に位置固定されて配置され、磁石１０の磁場２０を検出してそこから構成部品２の角度位置φに対応する角度信号４８を供給するように構成されている。
【００３１】
図２をさらに参照すれば、センサユニット３０は、この目的のために測定平面２００内に配置された第１のセンサグループ３１を含んでおり、第１のセンサグループ３１は、回転軸線１００から所定の距離Ｒに配置された第１の磁気感応素子３２と、回転軸線１００に対して相対的にかつ第１の磁気感応素子３２に対向して配置され同様に回転軸線１００から所定の距離Ｒに配置された第２の磁気感応素子３３と、第１の磁気感応素子３２と第２の磁気感応素子３３との間の中央に配置されかつこれによって回転軸線１００が貫通して延びる第３の磁気感応素子３４と、を有している。第１の磁気感応素子３２、第２の磁気感応素子３３、および第３の磁気感応素子３４は、それぞれ、磁場２０の、第１の軸線２０２の方向に延びる磁場成分を検出するように構成されている。
【００３２】
センサユニット３０は、さらに、測定平面２００内に第２のセンサグループ３５を含んでおり、第２のセンサグループ３５は、回転軸線１００から所定の距離Ｒに配置された第４の磁気感応素子３６と、回転軸線１００に対して相対的にかつ第４の磁気感応素子３６に対向して配置され回転軸線１００から所定の距離Ｒに配置された第５の磁気感応素子３７と、第４の磁気感応素子３６と第５の磁気感応素子３７と間の中央に配置されかつこれによって回転軸線１００が貫通して延びる第６の磁気感応素子３８と、を有している。第４の磁気感応素子３６、第５の磁気感応素子３７、および第６の磁気感応素子３８は、それぞれ、磁場２０の、第２の軸線２０４の方向に延びる磁場成分を検出するように構成されている。
【００３３】
図２から見て取れるように、第１の磁気感応素子３２、第２の磁気感応素子３３、第４の磁気感応素子３６および第５の磁気感応素子３７は、半径Ｒの円Ｋ上に環状に配置されており、この円Ｋは、測定平面２００内に配置されており、その中心は回転軸線１００にある。第３の磁気感応素子３４および第６の磁気感応素子３８は、円Ｋの中心に配置され、相互に所定の角度αだけ回されて位置している。
【００３４】
センサユニット３０は、さらに、評価ユニット４０を含み、評価ユニット４０は、第１のセンサグループ３１の磁気感応素子３２，３３，３４と、第２のセンサグループ３５の磁気感応素子３６，３７，３８とに接続され、構成部品２の角度位置φに対応する角度信号４８を供給するように構成されている。評価ユニット４０と、それぞれ第１および第２のセンサグループ３１，３５の磁気感応素子３２，３３，３４，３６，３７，３８との接続は、好適な接続線路、例えばワイヤ（これは図１中実線で示されている）を用いて実現されてもよい。装置１の別の実施形態では、評価ユニット４０と、それぞれの第１および第２のセンサグループ３１，３５の磁気感応素子３２，３３，３４，３６，３７，３８との接続は、ワイヤレスで、例えば好適な無線接続で実現されてもよい。
【００３５】
さらなる実施形態では、温度依存性や機械的ストレス感応性などの交差影響を抑圧するために、磁気感応素子と評価素子との間に別の評価回路が用いられてもよい。例えば、磁気感応素子と評価素子との間に変調および復調回路が配置されてもよい。
【００３６】
さらに、磁気感応素子は、例えば個々の磁気抵抗型個別抵抗からなるホールセルおよび／または２重もしくは４重ブリッジ回路のような複数の個別素子から構成されていてもよい。その他に、評価素子は、別の評価回路を含むことができる。
【００３７】
評価ユニット４０は、第１の評価素子４１を含み、第１の評価素子４１は、第１の磁気感応素子３２と、第３の磁気感応素子３４とに接続され、第１の磁気感応素子３２および第３の磁気感応素子３４の信号から第１の中間信号を生成するように構成されている。この評価ユニット４０は、さらに、第２の評価素子４２を含み、第２の評価素子４２は、第２の磁気感応素子３３と、第３の磁気感応素子３４とに接続され、第２の磁気感応素子３３および第３の磁気感応素子３４の信号から第２の中間信号を生成するように構成されている。
【００３８】
評価ユニット４０は、さらに加えて、第３の評価素子４３を含み、第３の評価素子４３は、第４の磁気感応素子３６と、第６の磁気感応素子３８とに接続され、第４の磁気感応素子３６および第６の磁気感応素子３８の信号から第３の中間信号を生成するように構成されている。この評価ユニット４０は、さらに、第４の評価素子４４を含み、第４の評価素子４４は、第５の磁気感応素子３７と、第６の磁気感応素子３８とに接続され、第５の磁気感応素子３７および第６の磁気感応素子３８の信号から第４の中間信号を生成するように構成されている。
【００３９】
図１および図２に示されている実施形態では、評価素子４１，４２，４３，４４の中間信号は、それぞれ、磁気感応素子のそれぞれの信号の差分を表す差分信号である。
【００４０】
複数の中間信号（または差分信号）の後続処理のために、評価ユニット４０は、第５の評価素子４５および第６の評価素子４６を含む。第５の評価素子４５は、第１の評価素子４１と、第２の評価素子４２とに接続され、第１の中間信号および第２の中間信号から第１の成分信号を生成するように構成されており、この第１の成分信号は、第３の磁気感応素子３４によって検出された磁場２０と、第１の軸線２０２に沿って第１または第２の磁気感応素子３２，３３によって検出された各磁場２０との差分の２倍の値に相当する。第６の評価素子４６は、第３の評価素子４３と、第４の評価素子４４とに接続され、第３の中間信号および第４の中間信号から第２の成分信号を生成するように構成されており、この第２の成分信号は、第６の磁気感応素子３８によって検出された磁場２０と、第１の軸線２０２に沿って第４または第５の磁気感応素子３６，３７によって検出された各磁場２０との差分の２倍の値に相当する。
【００４１】
評価ユニット４０は、さらに第７の評価素子４７を含み、第７の評価素子４７は、第５の評価素子４５と、第６の評価素子４６とに接続され、第１の成分信号および第２の成分信号から構成部品２の角度位置φに対応する角度信号４８を生成するように構成されている。
【００４２】
好ましい実施形態では、図１および図２に示されているように、第５の評価素子４５および／または第６の評価素子４６は、それぞれ２つの入力信号を加算するアナログの加算形成器である。さらに加えて、好ましくは、第１の評価素子４１、第２の評価素子４２、第３の評価素子４３および／または第４の評価素子４４は、磁気感応素子の２つの信号を減算するアナログの差分形成器である。
【００４３】
図１および図２に示されているように、および既に上述したように、第１の評価素子４１、第２の評価素子４２、第３の評価素子４３および第４の評価素子４４は、それぞれ、対応する２つの磁気感応素子から到来する各入力信号に異なる数学的符号を割り当て、これによって差分を形成する、差分形成器である。これらの差分形成器は、それぞれアナログかまたはデジタルであってもよい。
【００４４】
図１および図２では、例示的に磁場成分２１’，２２，２３’が示されており、これらはそれぞれ第１の軸線２０２に沿った成分に対応している。測定平面２００上での例示的な投影磁場成分２１’，２２，２３’は、それぞれ磁場２０に由来し、第１のセンサグループ３１の磁気感応素子３２，３３，３４と、第２のセンサグループ３５の磁気感応素子３６，３７，３８とによって検出され、この場合第２の軸線２０４に沿った磁場成分２１，２２，２３は、図示の位置では大きさを有さず、その結果、第２のセンサグループ３５の磁気感応素子３６，３７，３８はそれぞれ信号を供給しない。磁場成分２１’，２２，２３’は、ベクトルを表し、大きさの点で同じ大きさである。すなわち、これらのベクトルの長さは、同じ長さであるが、ただしそれぞれの配向方向は異なっている。図１では、磁場成分２１’および２３’における点線は、回転軸線１００に対して平行な成分（ベクトル分解）を模式的に示している。磁場成分２１および２３は、第１の軸線２０２に対して平行な成分を表す。
【００４５】
図１をさらに参照すると、磁場成分２２は、回転軸線１００に対して実質的に直交方向に延びている成分であり、そのため測定平面２００に対して実質的に平行な成分である。その結果、成分２２は、測定平面２００内で１つの成分（詳細には第１の軸線２０２に対して平行な成分）のみを有しているが、回転軸線１００に対して平行な成分または第２の軸線２０４に対して平行な成分は有していない。
【００４６】
第１の軸線２０２に対して平行に延びる磁場成分２１および２２は、回転軸線１００から距離Ｒだけ離間されて例示的に示されている（図１参照）。湾曲した磁場２０に基づいて、測定平面２００内で磁気感応素子３２および３３によって検出された投影磁場成分２１，２３は、大きさの点で、磁気感応素子３４によって検出された磁場成分２２よりも小さい。
【００４７】
第１の評価素子４１は、差分形成器の形態で設計され、第１の磁気感応素子３２の信号と、第３の磁気感応素子３４の信号とに異なる数学的符号を割り当てる。同じように、差分形成器の形態で構成された第２の評価素子４２は、第２の磁気感応素子３３の信号と、第３の磁気感応素子３４の信号とに異なる数学的符号を割り当てる。第５の評価素子４５は、第１の評価素子４１および第２の評価素子４２の差分信号を加算し、そこから所定の角度αに関する第１の余弦波成分信号を生成する。
【００４８】
対称性の理由からと、二重の有効信号を得るために、２つの差分信号が形成され、続いてこれらの差分信号が加算される。例えば、回転軸線１００が、円Ｋの中心から軸線２０２の方向に幾分シフトした場合、差分信号４２はより減衰し、第２の相補的差分信号４１はより増大する。これにより、生成された加算信号は、評価素子４５によって実質的に不変のまま維持され、さらに構成部品２の角度位置φは、干渉磁場が修正されて求めることができる。同様に、第３の評価素子４３および第４の評価素子４４は、第２の軸線２０４に沿って配置された第２のセンサグループ３５の磁気感応素子３６，３７，３８によって生成された信号を評価し、それにより、第６の評価素子４６は、そこから所定の角度αに関する第２の正弦波成分信号を生成する。
【００４９】
その後、第１の軸線２０２と第２の軸線２０４との間の角度αの情報に基づいて、第３の評価素子４６は、構成部品２の角度位置φに対応する角度信号４８を供給することができる。特に、この第７の評価素子４７は、第５および第６の評価素子４５，４６の成分信号を処理し、逆正接関数を用いて、回転可能な構成部品２の角度位置φを求めるべく評価するように構成されている。それにより、構成部品２の完全な一回転のもとで、そのように生成される角度信号４８が一義的にマッピングされ、測定範囲は、０°〜３６０°となる。
【００５０】
図１および図２では、例示的に、測定平面２００に対して平行に延びる干渉磁場／外部磁場３００が示されており、これは実質的に正の方向で第１の軸線２０２に対して平行に延びている。それにより、この干渉磁場／外部磁場３００は、大きさの点で、磁気感応素子３２，３３，３４によって検出された磁場成分２１，２２，２３を増大させ、そのため評価素子４１，４２への入力信号は、干渉磁場／外部磁場３００によってそれぞれ引き上げられる。評価素子４１，４２が図示の実施形態では、磁気感応素子３４の信号から磁気感応素子３２，３３の各信号を減じる差分形成器として構成されている事実から、それぞれ干渉磁場３００の影響が排除されるかまたは補償される。その結果、評価素子４１，４２の２つの差分信号は、それぞれ干渉磁場が修正され、これによって、第５の評価素子４５により第１の成分信号に後続処理することができる。
【００５１】
この干渉磁場修正は、評価素子４３，４４においても同様に行われ、そのため第６の評価素子４６の第２の成分信号も、干渉磁場／外部磁場３００によって改ざんされることはない。
【００５２】
要約すると、図１および図２による装置１を用いれば、磁気感応素子３２，３３，３４，３６，３７，３８の信号の適切な評価によって、既存の外的干渉磁場／外部磁場３００が補償され、ひいてはセンサユニット３０の測定精度を高めることが可能になる。
【００５３】
つまり、本発明による装置１を用いれば、高い信頼性のもとで、構成部品２の角度位置φを、３６０°の角度範囲にわたって一義的にかつほぼリアルタイムで検出することが可能になる。特に、このことは、ブラシレス直流モータにおいては有利となる。なぜならば、この装置１は、ロータの角度位置φを、各時点毎に遅滞なく可及的に正確にかつ干渉磁場／外部磁場によって損なわれることなく検出することができるからである。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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