用于確定傳感器附近的漏磁場的方法和設備的制造方法
【專利說明】
[0001] 相關申請的奪叉引用
[0002] 本申請要求2014年8月1日提交的名稱為"Method for reduing the inf Iuence of stray magnetic fields from current carrying conductors on systems for the measurement of angles using X/Y Hall sensors and permanent magnets'，，DElO 2014 110 974. 0號德國專利申請的優先權和權益，該申請的全部內容通過引用并入本文中。
技術領域
[0003] 本發明涉及用于確定傳感器附近的漏磁場的設備和方法。
【背景技術】
[0004] 借助霍爾效應的非接觸旋轉角度測量是本領域熟知的。例如，來自Reymond，S等 出版的，〃True 2-D CMOS Integrated Hall Sensor〃，IEEE 傳感器 2007 會議，第 860-863 頁，用于旋轉角度的非接觸測量的設備是熟知的，該設備具有內部集成64個作為磁場傳感 器的所謂的垂直霍爾傳感器的半導體襯底。該出版物的磁場傳感器沿布置在半導體襯底的 芯片平面中的圓形路徑等間距間隔布置。所述磁場傳感器所位于的垂直面，每一個都沿徑 向布置至穿過所述圓形路徑的圓心延伸的抽象中心軸，并且所述垂直面正交于所述芯片平 面設置。所述磁場傳感器與掃描裝置連接以使來自單個磁場傳感器的測量信號連續連接至 差分輸出連接器以產生旋轉掃描信號。來自所述磁場傳感器的值因而以循環輪流的方式讀 出。
[0005] Metz 等在出版物"Contactless Angle Measurement using Four Hall Devices on Single Chip〃, Transducers, 1997國際固態傳感器和制動器會議，芝加哥1997年6月 16-19中也描述了旋轉角度的非接觸測量。該出版物顯示了在布置在半導體襯底的芯片平 面中的圓形路徑上以等間距間隔布置四個橫向霍爾傳感器。具有兩極的永久磁鐵附接在旋 轉軸的端部，并在所述霍爾傳感器中產生磁場。相同的設備在第EP-B-O 916 074號歐洲專 利申請中描述。
[0006] 所熟知的設備共同具有的是安裝在旋轉元件上并產生被霍爾傳感器捕獲的磁場 的永久磁鐵。這種設備的一個問題是在所述霍爾傳感器周圍存在漏磁場或干擾磁場。信號 處理處理器需要補償來自所述霍爾傳感器的測量值，以為這些漏磁場進行補償。用于大致 均勻的背景場的補償以相對簡單的方式是可能的。用于由附近導體中流動的電流產生的磁 場的補償更加困難，因為該補償的計算還不得不考慮由附近導體中的電流產生的磁場的磁 場梯度。
[0007] 現代汽車具有大量這種引起這種漏磁場的攜帶電流的導體。完全屏蔽這些旋轉角 度測量裝置附近的漏磁場以避免來自所述漏磁場的干擾是不可能的。
[0008] 所述漏磁場的效應可以通過使用來自多個霍爾傳感器中的若干個霍爾傳感器的 磁場測量值（信號場加所述漏磁場的貢獻）的差分確定大致消除。這種確定在本領域也是 熟知的。用于這種抑制的一種布置是使用具有四個布置在一圓周上的橫向霍爾傳感器的相 反磁鐵。根據來自這些霍爾傳感器中的兩個霍爾傳感器的測量值的所述差分確定計算漏磁 場的磁性旋轉矢量的X分量和Y分量是可能的。
[0009] 另外的熟知的方案是利用具有四個垂直霍爾傳感器的四極磁鐵，所述四個垂直霍 爾傳感器組合為布置彼此等距離地設置在一直線上的X/Y像素單元。所述漏磁場的磁性旋 轉矢量也可以使用這種方案計算。
[0010] 在這些現有的技術方案中，當所述永磁鐵的磁場強度大約30mT時，由具有400A的 攜帶電流的導體在預定距離（例如，2. 5cm)引起的漏磁場強度的抑制大約51dB。然而，在使 用本領域熟知的四極磁鐵的旋轉角度測量中，這種由于漏磁場的干擾會導致最大大約〇. 5 度的角度誤差。
[0011] 來自歐洲專利第EP1775 501 Al號的另外的方案是熟知的，其教導在角度傳感器 中使用的用于檢測自動齒輪中選擇杠桿的位置的位置傳感器。所述磁場通過兩個能夠修正 由于所述漏磁場的存在導致的任何誤差的傳感器元件測量。
[0012] 所述德國專利申請教導一種磁場產生單元，其產生具有第一位置中的第一部分磁 場和第二位置中的第二部分磁場的旋轉磁場。一種檢測單元可以檢測在所述相應的第一和 第二位置的第一和第二角度。使用所述第一和第二角度的值，可以計算一表征所述旋轉磁 場的方向的角度值。

【發明內容】

[0013] 存在改善旋轉角度的角度測量精確性的需求。
[0014] 本文教導一種用于檢測傳感器附近的漏磁場的設備，其使用具有四極或更多極的 多極永磁鐵。所述多極永磁鐵例如呈磁盤狀，可旋轉地安裝在設置在Z方向的旋轉軸上并 產生相對設置在Z方向的旋轉軸對稱的磁場。用于產生與所述磁場的X/Y分量對應的測量 信號的兩對垂直霍爾傳感器以到所述旋轉軸和所述多極永磁鐵等距離的方式布置在所述 多極永磁鐵的磁場中的兩個位置，以便在所述垂直霍爾傳感器的兩個對應的位置上所述磁 場矢量的和為零。這種布置導致兩個垂直霍爾傳感器的測量信號值的和一同表示由于干擾 導體的所述漏磁場的強度。所述漏磁場的計算值可以從所述測量值中減去已計算旋轉角度 的值。更精確的旋轉角度的計算因此實現。
[0015] 為了更好地理解本發明，通過【附圖說明】若干示例性實施例。本發明并局限于這些 示例性實施例，一示例性實施例的方面可以與另外示例性實施例的其它方面結合。
【附圖說明】
[0016] 圖1示出了設備的概視圖；
[0017] 圖2示出了具有四極永磁鐵中的磁場線的設備的平面圖；
[0018] 圖3示出了具有六極磁鐵的設備的平面圖；
[0019] 圖4不出了具有兩個垂直霍爾傳感器40a和40b的設備10的視圖；
[0020] 圖5示出了漏磁場的計算；
[0021] 圖6示出了所述方法的步驟。
【具體實施方式】
[0022] 圖1示出了用于確定傳感器附近的漏磁場的設備10的概視圖。設備10具有附接 在車軸端部60上的磁盤狀永磁鐵60。所述車軸圍繞旋轉軸70旋轉，并且設備10可以測量 所述車軸的旋轉角度15。
[0023] -半導體襯底35,兩對垂直霍爾傳感器40a和40b與永磁鐵的旋轉車軸等距離地 布置。所述霍爾傳感器40a、40b測量所述磁場的X和/或Y分量，并且整體集成在半導體 襯底35內。這些垂直的霍爾傳感器40a和40b在圖2中更詳細地示出并在隨后參考圖2 進行詳細描述。圓形路徑50設置在永磁鐵60下方的芯片平面30。所述車軸的旋轉軸70 平行于Z方向，穿過圓形路徑50的圓心55延伸，并大致正交于芯片平面30布置，因此也正 交于半導體襯底35的表面。微處理器20與霍爾傳感器40a和40b連接，并接