DE102019218702B3

DE102019218702B3 - Bestimmung einer positionsinformation über eine position eines magnetfeldgebers relativ zu einem positionssensor

Info

Publication number: DE102019218702B3
Application number: DE102019218702.1A
Authority: DE
Inventors: Manuel Gillinger
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2019-12-02
Filing date: 2019-12-02
Publication date: 2021-03-04
Anticipated expiration: 2039-12-03
Also published as: US20210164807A1; US11788864B2

Abstract

Eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Positionsinformation über eine Position eines Magnetfeldgebers relativ zu einem Positionssensor weist eine Verarbeitungseinheit auf. Der Positionssensor ist ausgelegt ist, um bei einer Bewegung des Magnetfeldgebers relativ zu dem Positionssensor zumindest ein periodisches Messsignal zu erzeugen. Die Verarbeitungseinheit ist ausgelegt, um basierend auf einem jeweiligen Messsignalwert eines jeweiligen periodischen Messsignals unter Verwendung einer dem jeweiligen periodischen Messsignal zugeordneten Kalibrierungsfunktion die Positionsinformation zu bestimmen. Dabei stellt die zugeordnete Kalibrierungsfunktion das jeweilige periodische Messsignal mittels einer Fourierreihe mit einer jeweiligen Mehrzahl von Null verschiedener Fourierkoeffizienten einer Ordnung größer als Null dar. Ferner sind die Fourierkoeffizienten basierend auf einer jeweiligen Vielzahl von Messsignalwerten des jeweiligen periodischen Messsignals bestimmt. Die Verarbeitungseinheit ist ausgelegt, um die zugeordnete Kalibrierungsfunktion für den jeweiligen Messsignalwert zumindest näherungsweise zu lösen, um die Positionsinformation zu bestimmen.

Description

Die vorliegende Offenbarung befasst sich mit Vorrichtungen und Verfahren zum Bestimmen einer Positionsinformation über eine Position eines Magnetfeldgebers relativ zu einem Positionssensors, wobei der Positionssensor ausgelegt ist, um bei einer Bewegung des Magnetfeldgebers relativ zu dem Positionssensor zumindest ein periodisches Messsignal zu erzeugen. Ferner betrifft die vorliegende Offenbarung einen Positionssensor.
Hintergrund
Positionssensoren werden verwendet, um eine Position oder eine Bewegung eines Magnetfeldgebers relativ zu dem Positionssensor zu messen. Beispiele von Positionssensoren weisen Magnetfeldsensoren, so wie xMR-Sensoren oder Hall-Sensoren auf, wobei xMR verschiede magnetoresistive Effekte, wie AMR (anisotropic magnetoresistance = anisotroper Magnetwiderstand), GMR (GMR = giant magnetoresistance = Riesenmagnetwiderstand) und TMR (TMR = tunnel magnetoresistance = Tunnelmagnetwiderstand) bezeichnet. Diese Positionssensoren liefern ein Messsignal, das proportional zu einem anliegenden Magnetfeld ist. Der Magnetfeldgeber kann beispielsweise ein oder mehrere Polpaare aufweisen, so dass der Positionssensor bei einer Relativbewegung zwischen dem Positionssensor und dem Magnetfeldgeber ein Schwingungssignal erzeugt, das um einen Mittelwert schwankt.
Solche Positionssensoren werden beispielsweise in Sensorsystemen angewendet, die eine Winkelposition einer rotierenden Welle erfassen. Beispiele solcher Sensorsysteme sind sogenannte „out-of-shaft“ Sensorsysteme, bei denen der Positionssensor außerhalb der Welle, z.B. neben der Welle, angeordnet ist. Bei sogenannten „end-of-shaft“ oder „integrated end-of-shaft“ Sensorsysteme kann der Positionssensor am Ende der Welle angeordnet sein. Insbesondere „out-of-shaft“ Sensorsysteme können auch dann verwendet werden, wenn die Rotationsachse nicht zugänglich ist. Bei Sensorsystemen zur Erfassung einer Winkelposition kann ein Magnetfeldgeber mit einem oder einer Mehrzahl von Polpaaren auf der Rotationsachse angeordnet sein, wobei die Magnetpole in Rotationsrichtung abwechselnd angeordnet sein können, so dass der Magnetfeldgeber bei einer Drehung der Rotationsachse ein variierendes, beispielsweise ein periodisches, Magnetfeld erzeugt, das durch den Positionssensor erfasst wird.
Derzeitig werden in solchen Sensorsystemen magnetische Drehmelder als Positionssensoren eingesetzt. Dazu wird ein speziell geformter Ring aus einem paramagnetischen Material an der Rotationsachse befestigt. Der Ring rotiert innerhalb einer Anordnung zweier Anordnungen von Spulen. Die erste Anordnung von Spulen generiert ein magnetisches Wechselfeld, während die zweite Anordnung von Spulen das magnetische Wechselfeld detektiert. Eine magnetische Kopplung zwischen den zwei Anordnungen von Spulen wird von der Winkelposition des paramagnetischen Rings moduliert. Ähnlich zu dem Kern eines Transformators ändert sich die Kopplung je nachdem, ob sich mehr oder weniger des paramagnetischen Materials des Rings zwischen den zwei Anordnungen von Spulen befindet. Der Rotor, oder ein Teil davon, moduliert den Luftspalt zwischen den anregenden und den empfangenden Spulen. Deshalb ist eine präzise Anordnung des Stators, beispielsweise der Spulen, und des Rotors, beispielsweise der rotierenden Welle, erforderlich. Zusätzlich sind spezielle Montageteile, beispielsweise Ringe, Hülsen, Schrauben, nötig, um die Stator- und Rotor-Teile permanent zu fixieren.
Ferner sind diverse Verfahren bekannt, um die Auswirkung geometrischer Ungenauigkeiten mittels Kalibrierungsfunktionen zu verringern. Beispielsweise offenbart die JP 2004 - 325 140 A eine Rotationswinkelsensor-Kalibrierungseinheit zum Anpassen von Koeffizienten einer Fourierreihe an das Ausgangssignal eines Magnetsensors. Die Fourierkoeffizienten werden anschließend zum Auswerten eines Rotationswinkels verwendet werden. Ferner offenbart die DE 11 2006 003 663 B4 einen Drehkodierer mit einer Verarbeitungseinheit, die einen Lesewert auf der Basis des von einem Detektor gelesenen Winkelcodes ermittelt. Die Lesewerte können mittels einer Fourierreihe dargestellt werden, basierend auf welcher ein tatsächlicher Winkel bestimmt wird. Die DE 101 63 504 A1 offenbart ein Verfahren, das eine iterative Foyeranalyse beinhaltet, um Korrekturwerte für sin/cos Lage Messsysteme zu ermitteln.
Generell liegen die Anforderungen an Positionssensoren zur Verwendung in solchen Sensorsystemen üblicherweise in einer großen Robustheit gegenüber Streufeldern und einer hohen Genauigkeit des gemessenen Winkels.
Überblick
Wünschenswert wäre daher ein Konzept zum Bestimmen einer Positionsinformation über eine Position eines Magnetfeldgebers relativ zu einem Positionssensor, das eine dauerhaft möglichst gleichbleibende möglichst präzise Bestimmung der Positionsinformation und gleichzeitig eine möglichst einfache, platzsparende und kostengünstige Konstruktion des Positionssensors ermöglicht.
Beispiele der vorliegenden Offenbarung schaffen eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Positionsinformation über eine Position eines Magnetfeldgebers relativ zu einem Positionssensor, wobei der Positionssensor ausgelegt ist, um bei einer Bewegung des Magnetfeldgebers relativ zu dem Positionssensor zumindest ein periodisches Messsignal zu erzeugen. Die Vorrichtung weist eine Verarbeitungseinheit auf, die ausgelegt ist, um basierend auf einem jeweiligen Messsignalwert eines jeweiligen periodischen Messsignals unter Verwendung einer dem jeweiligen periodischen Messsignal zugeordneten Kalibrierungsfunktion die Positionsinformation zu bestimmen. Dabei stellt die zugeordnete Kalibrierungsfunktion das jeweilige periodische Messsignal mittels einer Fourierreihe mit einer jeweiligen Mehrzahl von Null verschiedener Fourierkoeffizienten einer Ordnung größer als Null dar. Ferner sind die Fourierkoeffizienten basierend auf einer jeweiligen Vielzahl von Messsignalwerten des jeweiligen periodischen Messsignals bestimmt. Die Verarbeitungseinheit ist ausgelegt, um die zugeordnete Kalibrierungsfunktion für den jeweiligen Messsignalwert zumindest näherungsweise zu lösen, um die Positionsinformation zu bestimmen.
Beispiele der vorliegenden Offenbarung basieren auf der Erkenntnis, dass die Verwendung einer Kalibrierungsfunktion, die das periodische Messsignal mittels einer Fourierreihe mit einer Mehrzahl von Null verschiedener Fourierkoeffizienten darstellt, eine besonders präzise Anpassung der Kalibrierungsfunktion ermöglicht, auch dann, wenn der Positionssensor bezüglich des Magnetfeldgebers so angeordnet ist, dass das periodische Messsignal eine besonders asymmetrische Form aufweist. Aufgrund der besonders genauen Kalibrierungsfunktion, erlaubt die offenbarte Vorrichtung eine präzise Bestimmung der Positionsinformation auch im Fall einer ungenauen Geometrie einer Sensoranordnung. Dadurch kann mittels einer einfachen oder kostengünstigen Sensoranordnung die Positionsinformation genau bestimmt werden. Dadurch, dass die Fourierkoeffizienten basierend auf einer Vielzahl von Messsignalwerten des periodischen Messsignals bestimmt sind, und dadurch, dass die Verarbeitungseinheit ausgelegt ist, um die zugeordnete Kalibrierungsfunktion für den jeweiligen Messsignalwert zumindest näherungsweise zu lösen, kann zum einen die Kalibrierungsfunktion während des Betriebs neu bestimmt werden und kann zum anderen die Positionsinformation basierend auf dem Messsignalwert des periodischen Messsignals und unter Verwendung der Kalibrierungsfunktion, auch einer neu bestimmten Kalibrierungsfunktion, bestimmt werden. Somit wird dauerhaft eine präzise Bestimmung der Positionsinformation ermöglicht, auch wenn sich eine Anordnung des Positionssensors bezüglich des Magnetfeldgebers mit der Zeit verändert. Außerdem kann so eine besondere Robustheit des Positionssensors gegenüber Streufeldern erreicht werden.
Beispiele der vorliegenden Offenbarung schaffen ein Verfahren zum Bestimmen einer Positionsinformation über eine Position eines Magnetfeldgebers relativ zu einem Positionssensor, wobei der Positionssensor ausgelegt ist, um bei einer Bewegung des Magnetfeldgebers relativ zu dem Positionssensor zumindest ein periodisches Messsignal zu erzeugen. Das Verfahren umfasst ein Bestimmen der Positionsinformation basierend auf einem jeweiligen Messsignalwert eines jeweiligen periodischen Messsignals unter Verwendung einer dem jeweiligen periodischen Messsignal zugeordneten Kalibrierungsfunktion, wobei die zugeordnete Kalibrierungsfunktion das jeweilige periodische Messsignal mittels einer Fourierreihe mit einer jeweiligen Mehrzahl von Null verschiedener Fourierkoeffizienten einer Ordnung größer als Null darstellt. Das Bestimmen der Positionsinformation beinhaltet ein zumindest näherungsweises Lösen der zugeordneten Kalibrierungsfunktion für den jeweiligen Messsignalwert. Ferner umfasst das Verfahren ein Bestimmen der Fourierkoeffizienten basierend auf einer jeweiligen Vielzahl von Messsignalwerten des jeweiligen periodischen Messsignals.
Beispiele der vorliegenden Offenbarung schaffen einen Positionssensor, wobei der Positionssensor eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Positionsinformation wie hierin beschrieben aufweist. Ferner beinhaltet der Positionssensor eine Messeinheit, die ausgelegt ist, um bei einer Bewegung eines Magnetfeldgebers relativ zu dem Positionssensor zumindest ein periodisches Messsignal zu erzeugen.
Beispiele der vorliegenden Offenbarung schaffen ein Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des hierin beschriebenen Verfahrens, wenn das Programm auf einem Computer abläuft.
Figurenliste
Beispiele der vorliegenden Offenbarung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Beispiels einer Vorrichtung zum Bestimmen einer Positionsinformation,
2A eine schematische Darstellung eines Beispiels einer Anordnung eines Magnetfeldgebers und eines Positionssensors,
2B eine schematische Darstellung eines Beispiels eines Magnetfeldgebers,
3 ein Diagramm mit einem Beispiel zweier periodischer Messsignale,
4A-C Diagramme mit einem Beispiel eines periodischen Messsignals und jeweils einem Beispiel einer Fourierreihe,
5 ein Diagramm mit einem Beispiele zweier Gewichtungsfunktionen,
6A ein Diagramm mit Beispielen eines maximalen Fehlers einer mittels einer derzeitigen Lösung bestimmten Positionsinformation in Abhängigkeit einer Anordnung des Positionssensors,
6B ein Diagramm mit Beispielen eines maximalen Fehlers einer mittels der offenbarten Vorrichtung bestimmten Positionsinformation in Abhängigkeit einer Anordnung des Positionssensors,
7 eine schematische Darstellung eines Beispiels einer Anordnung eines Positionssensors und eines Magnetfeldgebers,
8 ein Flussdiagramm eines Beispiels eines Verfahrens zum Bestimmen einer Positionsinformation,
9 ein Flussdiagramm eines weiteren Beispiels eines Verfahrens zum Bestimmen einer Positionsinformation,
10A ein Diagramm mit einem Beispiel eines Fehlers einer mittels einer derzeitigen Lösung bestimmten Positionsinformation,
10B ein Diagramm mit einem Beispiel eines Fehlers einer mittels der offenbarten Vorrichtung bestimmten Positionsinformation.

Detaillierte Beschreibung
Im Folgenden werden Beispiele der vorliegenden Offenbarung detailliert und unter Verwendung der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es sei darauf hingewiesen, dass gleiche Elemente oder Elemente, die die gleiche Funktionalität aufweisen, mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen sein können, wobei eine wiederholte Beschreibung von Elementen, die mit dem gleichen oder einem ähnlichen Bezugszeichen versehen sind, typischerweise weggelassen wird. Beschreibungen von Elementen, die gleiche oder ähnliche Bezugszeichen aufweisen, sind gegeneinander austauschbar. In der folgenden Beschreibung werden viele Details beschrieben, um eine gründlichere Erklärung von Beispielen der Offenbarung zu liefern. Es ist jedoch für Fachleute offensichtlich, dass andere Beispiele ohne diese spezifischen Details implementiert werden können. Merkmale der unterschiedlichen beschriebenen Beispiele können miteinander kombiniert werden, es sei denn, Merkmale einer entsprechenden Kombination schließen sich gegenseitig aus oder eine solche Kombination ist ausdrücklich ausgeschlossen.
Bei Beispielen betrifft die Positionsinformation einen Rotationswinkel θ eines Magnetfeldgebers 20, der beispielsweise einen auf einer gelagerten Welle 22 angeordneten Magnetring 21 aufweist, beispielsweise einen diametrisch polarisierten Magnetring. Ein Beispiel einer solchen Anordnung ist in 2A dargestellt. Der Magnetring 21 weist ein Polpaar auf, wobei entgegengesetzte Pole des Polpaars in radialer Richtung bezüglich des Magnetrings 21 abwechselnd angeordnet sind. Ein neben dem Magnetfeldgeber 20 angeordneter Positionssensor 60 ist ausgelegt, um ein von dem Magnetfeldgeber 20 erzeugtes Magnetfeld mittels einer Messeinheit, beispielsweise einem Magnetfeldsensor, z.B. einem eingangs erwähnten xMR-Sensor oder Hall-Sensor, zu erfassen. In 2A ist die Rotationsachse 24 entlang der z-Richtung eines kartesischen Koordinatensystems angeordnet. Der Positionssensor 60 kann ausgelegt sein, um basierend auf verschiedenen räumlichen Komponenten des Magnetfelds verschiedene Messsignale zu erzeugen.
Bei Beispielen ist der Positionssensor 60 ausgelegt, um basierend auf einer Magnetfeldkomponente Ax in x-Richtung ein erstes Messsignal und basierend auf einer Magnetfeldkomponente Ay in y-Richtung ein zweites Messsignal erzeugen. Weitere Beispiele der Offenbarung verwenden ein einzelnes oder mehrere verschiedene Messsignale.
Bei Beispielen erzeugt der Magnetfeldgeber 20 bei einer Rotation des Magnetfeldgebers 20 um eine Rotationsachse 24 an der Position des Positionssensors 60 ein periodisch schwankendes Magnetfeld, worauf basierend der Positionssensor 60 das zumindest eine periodische Messsignal erzeugt. Beispiele für ein erstes periodisches Messsignal 11A und ein zweites periodisches Messsignal 11B sind in 3 gezeigt. Die periodischen Messsignale werden beispielsweise als analoges Signal oder als ein digitales Signal, beispielsweise als ADC-Werte (ADC = analog digital converter = Analog-Digital-Wandler) bereitgestellt. Um von einem von dem Positionssensor 60 bereitgestellten Messsignalwert eines periodischen Messsignals 11A; 11B auf einen Rotationswinkel θ, beispielsweise die Positionsinformation, schließen zu können, wird eine für das periodische Messsignal spezifische Kalibrierungsfunktion verwendet, die den Signalverlauf des periodischen Messsignals darstellt. Je genauer die Kalibrierungsfunktion das periodische Messsignal wiederspiegelt, desto genauer kann die Bestimmung des Rotationswinkels ausgehend von einem Messsignalwert erfolgen.
Bei Beispielen kann ein periodisches Messsignals bezüglich des Rotationswinkels θ einen Sinus-förmigen Verlauf aufweisen. In diesem Fall kann eine Kalibrierungsfunktion eines Messsignals mit einer Sinus-Funktion beschrieben oder implementiert werden. Solche idealen Sinus-förmigen Signalverläufe sind in 3 als gestrichelte Linien gezeigt. In der Realität können die periodischen Messsignale 11A; 11B, wie in 3 gezeigt, von dem idealen Sinus-förmigen Signalverlauf abweichen, beispielsweise aufgrund von mechanischen Ungenauigkeiten oder magnetischen Störfeldern, die beispielsweise zu einem asymmetrischen Signalverlauf führen können.
Bei Beispielen ist der Positionssensor 60 in radialer Richtung neben dem Magnetring 21 angeordnet, so dass zwischen dem Positionssensor 60 und dem Magnetring 21 ein Luftspalt der Dicke 26 besteht. Beispielsweise ist der Positionssensor 60 gegenüber dem Magnetring 21 idealerweise in axialer Richtung (z-Richtung in 2A) zentriert angeordnet, der Positionssensor 60 kann aber auch gegenüber der zentrierten Anordnung um eine z-Versatz 28 verschoben sein. Ferner kann der Positionssensor 60 auch in y-Richtung gegenüber einer zentralen Lage bezüglich der Rotationsachse 24 einen Versatz aufweisen.
Damit im Fall von Abweichungen des periodischen Messsignals von einem Sinus-förmigen Verlauf die Kalibrierungsfunktion das periodische Messsignal möglichst genau darstellt, wird die Kalibrierungsfunktion gemäß der Offenbarung mittels einer Fourierreihe dargestellt. Die 4A-C zeigen dem in 3 gezeigten Diagramm entsprechende Diagramme mit Beispielen des ersten periodischen Messsignals 11A und jeweils einer als gestrichelte Linie gezeigten Darstellung einer Fourierreihe. In 4A weist die Fourierreihe einen von Null verschiedenen Fourierkoeffizienten erster Ordnung c₁ auf. In den 4B bzw. 4C weist die Fourierreihe die von Null verschiedenen Fourierkoeffizienten erster und dritter Ordnung, c₁ und c₃, bzw. erster, zweiter und dritter Ordnung, c₁, c₂ und c₃, auf. Dadurch, dass die Kalibrierungsfunktion das periodische Messsignal mittels einer Fourierreihe mit einer Mehrzahl von Null verschiedener Fourierkoeffizienten einer Ordnung größer als Null darstellt, kann die Kalibrierungsfunktion das periodische Messsignal besonders gut nähern, wodurch eine besonders genaue Kalibrierung erreicht werden kann.
Durch ein Lösen der Kalibrierungsfunktion kann basierend auf einem Messsignalwert die Positionsinformation, beispielsweise der Rotationswinkel θ, bestimmt werden. Das Lösen der Kalibrierungsfunktion erfolgt beispielsweise näherungsweise durch ein Auswerten der Kalibrierungsfunktion für einen Schätzwert des Rotationswinkels, wobei der Schätzwert solange variiert wird, bis ein Ergebnis der Auswertung der Kalibrierungsfunktion innerhalb einer Fehlertoleranz um den gemessenen Messsignalwert liegt. Aufgrund der Periodizität der Kalibrierungsfunktion kann diese Methode zu zumindest zwei verschiedenen Lösungen der Kalibrierungsfunktion führen. Durch die Verwendung einer vorhergehenden Positionsinformation, beispielsweise des letzten bekannten zuvor bestimmten Winkels, als Startwert für das iterative Lösen der Kalibrierungsfunktion, kann unter der Annahme einer kleinen Veränderung der Positionsinformation sichergestellt werden, das das Lösen zu der richtigen der verschiedenen Lösungen der Kalibrierungsfunktion führt, d.h. dass der iterativ angepasste Schätzwert zumindest in der Nähe der wirklichen Wertes liegt. Aufgrund dieser Art der Lösung unter Verwendung der vorhergehenden Positionsinformation funktioniert das offenbarte Verfahren im Gegensatz zu einer Bestimmung des Rotationswinkels mittels einer Arkustanges-Funktion auch mit nur einem periodischen Messsignal.
Im Bereich von Minima und Maxima der Kalibrierungsfunktion kann die Genauigkeit des angepassten Schätzwerts kleiner sein als in Bereichen, in denen die Kalibrierungsfunktion eine größere Steigung aufweist. Um die Positionsinformation möglichst genau zu bestimmen, kann daher ein gewichteter Mittelwert mehrerer Schätzwerte bestimmt werden. Bei Beispielen ist das erste periodische Messsignal und das zweite periodische Messsignal um 90° phasenverschoben, so dass die Steigung der ersten Kalibrierungsfunktion an den Stellen am größten ist, an denen die Steigung der zweiten Kalibrierungsfunktion verschwindet. Dementsprechend kann eine Gewichtung eines Beitrags eines jeweiligen Schätzwerts entsprechend der Steigung der jeweiligen Kalibrierungsfunktion an der durch den jeweiligen Schätzwert bestimmten Stelle erfolgen, um die Positionsinformation sehr genau zu bestimmen.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Beispiels einer Vorrichtung 10 zum Bestimmen einer Positionsinformation 19 über eine Position eines Magnetfeldgebers 20 relativ zu einem Positionssensor 60, wobei der Positionssensor 60 ausgelegt ist, um bei einer Bewegung des Magnetfeldgebers 20 relativ zu dem Positionssensor 60 zumindest ein periodisches Messsignal zu erzeugen. Der Magnetfeldgeber 20 und der Positionssensor 60 sind in 1 in gestrichelten Linien dargestellt, da sie bei Beispielen kein Teil der Vorrichtung 10 sind. Insbesondere ist die Anordnung des Magnetfeldgebers 20 und des Positionssensors 60 relativ zur Vorrichtung 10 beispielhaft zu verstehen. Beispielsweise können die Vorrichtung 10 und der Positionssensor 60 ein Teil des jeweils anderen sein oder jeweils eigenständige Vorrichtungen sein. Die Vorrichtung 10 weist eine Verarbeitungseinheit 15 auf. Die Verarbeitungseinheit 15 ist mit dem Positionssensor 60 kommunikativ verbunden, beispielsweise durch einen elektrischen Leiter oder drahtlos, um das zumindest eine periodische Messsignal von dem Positionssensor 60 zu empfangen. Die Verarbeitungseinheit 15 ist ausgelegt, um basierend auf einem jeweiligen Messsignalwert eines jeweiligen periodischen Messsignals unter Verwendung einer dem jeweiligen periodischen Messsignal zugeordneten Kalibrierungsfunktion die Positionsinformation 19 zu bestimmen. Die zugeordnete Kalibrierungsfunktion stellt das jeweilige periodische Messsignal mittels einer Fourierreihe mit einer jeweiligen Mehrzahl von Null verschiedener Fourierkoeffizienten einer Ordnung größer als Null dar, wobei die Fourierkoeffizienten basierend auf einer jeweiligen Vielzahl von Messsignalwerten des jeweiligen periodischen Messsignals bestimmt sind. Beispielsweise stellt jeweils eine zugeordnete Kalibrierungsfunktion ein periodisches Messsignal dar, wobei die Fourierkoeffizienten spezifisch für jeweils eine Kalibrierungsfunktion bestimmt sind. Ferner ist die Verarbeitungseinheit 15 ausgelegt, um die zugeordnete Kalibrierungsfunktion für den jeweiligen Messsignalwert zumindest näherungsweise zu lösen, um die Positionsinformation 19 zu bestimmen. Das heißt, der Positionssensor 60 ist ausgelegt, um bei einer Bewegung des Magnetfeldgebers 20 relativ zu dem Positionssensor 60 ein erstes periodisches Messsignal 11A zu erzeugen, und die Verarbeitungseinheit 15 ist ausgelegt, um basierend auf einem ersten Messsignalwert, der einen Wert des ersten periodischen Messsignals 11A repräsentiert, unter Verwendung einer dem ersten periodischen Messsignal 11A ersten zugeordneten Kalibrierungsfunktion 13A die Positionsinformation 19 zu bestimmen. Die erste zugeordnete Kalibrierungsfunktion 13A stellt dabei das erste periodische Messsignal 11A mittels einer Fourierreihe mit einer ersten Mehrzahl von Null verschiedener Fourierkoeffizienten einer Ordnung größer als Null dar, wobei die Fourierkoeffizienten basierend auf einer ersten Vielzahl von Messsignalwerten des ersten periodischen Messsignals 11A bestimmt sind. Dabei ist die Verarbeitungseinheit 15 ausgelegt, um die zugeordnete Kalibrierungsfunktion für den ersten Messsignalwert zumindest näherungsweise zu lösen, um die Positionsinformation 19 zu bestimmen. Außerdem besteht die Option, dass der Positionssensor 60 ist ausgelegt ist, um bei einer Bewegung des Magnetfeldgebers 20 relativ zu dem Positionssensor 60 ein weiteres periodisches Messsignal 11B zu erzeugen. Bei Beispielen ist die Verarbeitungseinheit 15 ausgelegt, um basierend auf einem weiteren Messsignalwert, der einen Wert des weiteren Messsignals repräsentiert, unter Verwendung einer dem weiteren periodischen Messsignal zugeordneten weiteren Kalibrierungsfunktion die Positionsinformation 19 entsprechend zu bestimmen.
Bei Beispielen beinhaltet das zumindest eine periodische Messsignal ein erstes periodisches Messsignal 11A und ein zweites periodisches Messsignal 11B, wobei das erste periodische Messsignal 11A und das zweite periodische Messsignal 11B eine einheitliche Periodenlänge aufweisen und wobei eine Phase des zweiten periodischen Messsignals 11B gegenüber einer Phase des ersten periodischen Messsignals 11A verschoben ist. Dadurch lässt sich eine Kombination aus einem Messsignalwert des ersten periodischen Messsignals 11A und einem Messsignalwert des zweiten periodischen Messsignals 11B beispielsweise einer eindeutigen Winkelposition des Magnetrings 21 bzw. der Welle 24 zuordnen. Bei Beispielen basieren das erste periodische Messsignal 11A und das zweite periodische Messsignal 11B jeweils auf einer Magnetfeldkomponente, die zu der jeweils anderen Magnetfeldkomponente senkrecht steht. Dadurch können das erste periodische Messsignal und das zweite periodische Messsignal um 90° zueinander phasenverschoben sein. Somit kann beispielsweise mittels einer Arkustangens-Funktion die Winkelposition bestimmt werden. Diese Art der Bestimmung der Winkelposition kann bei der in 2A gezeigten Ausführung des Magnetrings als diametrisch polarisierter Magnetring mit einem Polpaar eindeutig sein.
Bei Beispielen kann eine Bestimmung einer Positionsinformation oder eines Rotationswinkels mittels einer Arkustangens-Funktion unter Verwendung einer atan2-Funktion implementiert sein.
Wie bei dem in 2B schematisch dargestellten Beispiel, kann der Magnetring 21 auch mehrere Polpaare aufweisen, beispielsweise drei Polpaare. Eine Anzahl von Perioden des zumindest einen periodischen Messsignals 11A;11B, die von dem Positionssensor 60 bei einer vollständigen Umdrehung des Magnetfeldgebers 20 erzeugt werden, kann beispielsweise proportional zu einer Anzahl der Polpaare sein. Eine höhere Anzahl von Polpaaren kann vorteilhaft für eine Genauigkeit der Bestimmung der Positionsinformation 19 sein.
Bei Beispielen ist die Verarbeitungseinheit 15 ausgelegt, um für die Bestimmung der Positionsinformation 19 unter Verwendung der jeweiligen zugeordneten Kalibrierungsfunktion eine vorhergehende Positionsinformation zu verwenden. Die vorhergehende Positionsinformation kann beispielsweise die letzte der Verarbeitungseinheit 15 bekannte Positionsinformation über die Position des Magnetfeldgebers relativ zu dem Positionssensor sein, die zu einem vorhergegangenen Zeitpunkt bestimmt wurde. Beispielsweise kann die Verarbeitungseinheit 15 ausgelegt sein, um von mehreren möglichen Lösungen der Kalibrierungsfunktion denjenigen als Positionsinformation 19 oder als Schätzwert für die Positionsinformation 19 auszuwählen, der der vorhergehenden Positionsinformation am nächsten liegt. Aufgrund der Verwendung der vorhergegangenen Positionsinformation kann die Verarbeitungseinheit 15 in der Lage sein, die Positionsinformation 19 basierend auf einem einzelnen der zumindest einen periodischen Messsignale eindeutig zu bestimmen.
Bei Beispielen ist die Verarbeitungseinheit 15 ausgelegt, um nach einem Einschalten der Vorrichtung 10 die zuletzt bestimmte Positionsinformation als vorhergehende Positionsinformation zu verwenden. Die zuletzt bestimmte Positionsinformation kann beispielsweise zu einem früheren Zeitpunkt unter Verwendung einer Kalibrierungsfunktion bestimmt worden sein, beispielsweise in dem Zeitraum seit dem Einschalten. Aufgrund der Verwendung der zuletzt bestimmten Positionsinformation als vorhergehende Positionsinformation kann beispielsweise die Annahme, dass ein Unterschied zwischen der aktuellen Position und der Position zum Zeitpunkt des Bestimmens der vorhergehenden Position gering ist, mit hoher Wahrscheinlichkeit zutreffen, wodurch eine richtige Wahl der Positionsinformation 19 sichergestellt werden kann.
Bei Beispielen ist die Verarbeitungseinheit 15 ausgelegt, um bei einem Einschalten der Vorrichtung die vorhergehende Positionsinformation basierend auf einem ersten Messsignalwert des ersten periodischen Messsignals 11A und basierend auf einem zweiten Messsignalwert des zweiten periodischen Messsignals 11B mittels einer Arkustangens-Funktion zu bestimmen. Alternativ kann die Verarbeitungseinheit 15 auch ausgelegt sein, um bei einem Einschalten der Vorrichtung die vorhergehende Positionsinformation basierend auf einem ersten Messsignalwert des ersten periodischen Messsignals 11A und basierend auf einem zweiten Messsignalwert des zweiten periodischen Messsignals 11B mittels einer anderen auf trigonometrischen Relationen beruhenden Kombination des ersten Messsignalwerts und des zweiten Messsignalwerts zu bestimmen. Bei einem Einschalten steht beispielsweise keine mittels einer der zugeordneten Kalibrierungsfunktionen zu einem früheren Zeitpunkt bestimmte Kalibrierungsfunktion zur Verfügung oder diese frühere Positionsinformation ist ungenau, beispielsweise weil sich die Position verändert hat, während die Vorrichtung 10 ausgeschaltet war. Eine Bestimmung der vorhergehenden Positionsinformation mittels der Arkustanges-Funktion oder mittels der anderen Kombination des ersten Messsignalwerts und des zweiten Messsignalwerts kann dann eine gute Näherung für die vorhergehende Positionsinformation sein und somit als guter Startwert für eine iterative Anpassung eines Schätzwertes für die Positionsinformation dienen.
Bei Beispielen weist die Vorrichtung 10 eine Kalibriereinheit 14 auf, wobei die Kalibriereinheit 14 ausgelegt ist, um basierend auf der jeweiligen Vielzahl von Messsignalwerten der jeweiligen periodischen Messsignale die Fourierkoeffizienten der jeweiligen zugeordneten Kalibrierungsfunktion zu bestimmen. Die jeweilige Vielzahl von Messsignalwerten kann beispielsweise Messsignalwerte aus einer oder mehreren Perioden des jeweiligen periodischen Messsignalwerts beinhalten. Da die Vorrichtung 10 die Kalibriereinheit 14 aufweist, kann die Vorrichtung 10 in der Lage sein, die jeweilige Kalibrierungsfunktion eigenständig neu zu bestimmen, beispielsweise ohne auf eine Berechnung oder Bestimmun einer externen Kalibriereinheit 14 angewiesen zu sein.
Bei Beispielen weist die Fourierreihe die Form $\tilde{X} [n] = \sum_{k = 0}^{N - 1} c_{k} * e^{j \frac{2 π}{N} k n}; c_{k} = \frac{1}{N} \sum_{k = 0}^{N - 1} \tilde{x} [n] * e^{- j \frac{2 π}{N} k n}$
auf, wobei X̃ beispielsweise einen Messsignalwert eines periodischen Messsignals darstellt, n eine Phase des periodischen Messsignalwerts repräsentiert, die beispielsweise dem Rotationswinkel 9 zugeordnet werden soll, und c_k beispielsweise einen Fourierkoeffizienten k-ter Ordnung darstellt. Ein Summand der nullten Ordnung (beispielsweise für k=0) der Fourierreihe kann beispielsweise einen konstanten, d.h. von der Phase unabhängigen Term darstellen. Ein Summand der k-ten Ordnung mit k > 0 kann einen Term darstellen, der sich bei Beispielen vereinfacht als Sinus- oder Kosinus-Funktion des k-fachen der Phase darstellen lässt.
Bei Beispielen kann die erste zugeordnete Kalibrierungsfunktion das erste periodische Messsignal mittels einer Fourierreihe von Null verschiedener Fourierkoeffizienten c_x1, c_x2, c_x3 darstellen und lässt sich vereinfacht beispielsweise ausdrücken als: $X = c_{x1} * cos (θ + φ_{x 1}) + c_{x2} * cos (2 * θ + φ_{x 2}) + c_{x3} * cos (3 * θ + φ_{x 3}) + O_{x}$
Bei diesem Beispiel bezeichnet X einen Wert der ersten zugeordneten Kalibrierungsfunktion an der Stelle θ. 0_x kann ein Offset bzw. konstanter Versatz für den Wert der Kalibrierungsfunktion sein. φ_x1, φ_x2, φ_x3 können jeweils einen Phasenversatz für die jeweiligen Summanden der Kalibrierungsfunktion darstellen und können Konstanten sein, die beispielsweise zusammen mit den Fourierkoeffizienten bei einer Kalibrierung bestimmt werden.
Beispielsweise kann die zweite zugeordnete Kalibrierungsfunktion entsprechend das zweite periodische Messsignal mittels einer Fourierreihe von Null verschiedener Fourierkoeffizienten c_y1, c_y2, c_y3 darstellen und lässt sich beispielsweise vereinfacht ausdrücken als: $Y = c_{y1} * sin (θ + φ_{y 1}) + c_{y2} * sin (2 * θ + φ_{y 2}) + c_{y3} * sin (3 * θ + φ_{y 3}) + O_{y}$
Dabei kann Y den Wert der zweiten zugeordneten Kalibrierungsfunktion bezeichnen.
Bei Beispielen ist die Kalibriereinheit 14 ausgelegt ist, um die Fourierkoeffizienten der jeweiligen zugeordneten Kalibrierungsfunktion mittels einer diskreten Fourier-Analyse bzw. einer DFT Analyse (DFT = Diskrete Fourier Transformation) zu bestimmen. Eine Fourier-Analyse ist eine sehr effiziente und schnelle Methode, die Fourierkoeffizienten zu bestimmen.
Bei Beispielen ist die Kalibriereinheit 14 ausgelegt, um die Fourierkoeffizienten der jeweiligen zugeordneten Kalibrierungsfunktion ferner basierend auf einer Vielzahl von Referenzpositionswerten zu bestimmen, wobei ein Referenzpositionswert jeweils einem Messsignalwert der Vielzahl von Messsignalwerten eines oder mehrerer der zumindest einen periodischen Messsignale zugeordnet ist. Beispielsweise ist die Kalibiereinheit ausgelegt, um einem Referenzpositionswert jeweils einen Messsignalwert der jeweiligen Vielzahl von Messsignalwerten zuzuordnen um eine dem jeweiligen periodischen Messsignal zugeordnete Vielzahl von Wertepaaren zu erhalten und um basierend auf der jeweiligen Vielzahl von Wertepaaren die jeweilige zugeordnete Kalibrierungsfunktion zu bestimmen. Mit Hilfe der Referenzpositionswerte kann sich die Kalibrierungsfunktion besonders genau bestimmen lassen.
Bei Beispielen ist die Kalibriereinheit 14 ausgelegt, um die Vielzahl von Referenzpositionswerten basierend auf einer Information über eine Geschwindigkeit der Relativbewegung und basierend auf einer Auswertung einer Periodenlänge des zumindest einen periodischen Messsignals zu bestimmen. Beispielsweise kann die Kalibriereinheit 14 ausgelegt sein, um unter der Annahme einer konstanten Geschwindigkeit der Relativbewegung und unter der Annahme, dass die einzelnen Messsignalwerte der jeweiligen Vielzahl von Messsignalwerten in gleichmäßigen Abständen aufgenommen werden, einem Messsignalwert der jeweiligen Vielzahl von Messsignalwerten einen Referenzpositionswert zuordnen. Beispielsweise kann die Kalibriereinheit 14 ausgelegt sein, um die Vielzahl von Referenzpositionswerten eigenständig oder selbst zu bestimmen, und um darauf basierend eine Selbstkalibrierung durchzuführen. Dadurch kann die Vorrichtung in der Lage sein, die jeweilige zugeordnete Kalibrierungsfunktion eigenständig, d.h. beispielsweise ohne eine zusätzliche Vorrichtung, zu bestimmen, auch während des Betriebs. Somit kann die Vorrichtung eine dauerhaft präzise Bestimmung der Positionsinformation gewährleisten.
Bei Beispielen ist die Kalibriereinheit 14 ausgelegt, um die Vielzahl von Referenzpositionswerten mittels einer von einem Decoder, beispielsweise einem Positionsdecoders oder einem Decoder eines Schrittmotors bereitgestellten Referenzpositionsinformation zu bestimmen, wobei der Decoder ausgelegt ist, um die Referenzpositionsinformation basierend auf der Relativbewegung zu bestimmen. Beispielsweise kann die Vorrichtung 10 ausgelegt sein, um die Vielzahl von Referenzwerten von dem Decoder zu empfangen. Von einem Decoder bereitgestellte Referenzpositionswerte können besonders genau sein und somit eine präzise Bestimmung der Kalibrierungsfunktion ermöglichen.
Bei Beispielen beinhaltet die jeweilige zugeordnete Kalibrierungsfunktion die Fourierreihe in einer mittels trigonometrischer Methoden vereinfachten Darstellung. Durch die vereinfachte Darstellung der Fourierreihe kann beispielsweise eine Anzahl von zur Berechnung des jeweiligen Werts der jeweiligen zugeordneten Kalibrierungsfunktionen an der Stelle des jeweiligen Schätzwerts nötigen Funktionsaufrufen verringert werden, so dass diese Berechnung besonders effizient durchgeführt werden kann.
Zum Beispiel können die oben gezeigten Beispiele der Kalibrierungsfunktionen X und Y (Gleichungen (2) und (3)) unter Verwendung der Gleichungen $\begin{array}{l} sin (A + B) = sin (A) * cos (B) + cos (A) * sin (B) \\ cos (A + B) = cos (A) * sin (B) - sin (A) * cos (B) \\ sin (2 x) = 2 * sin (x) * cos (x) \\ cos (2x) = {cos}^{2} x - {sin}^{2} x \end{array}$
vereinfacht oder optimiert werden. Damit kann Beispielsweise ein Umfang von Berechnungen, beispielsweise Kodic-Berechnungen, z.B eine Anzahl an Funktionsaufrufen, reduziert werden.
Bei Beispielen ist die Verarbeitungseinheit 15 ausgelegt, um einen jeweiligen Schätzwert, beispielsweise einen Schätzwert für die Positionsinformation, z.B. einen Rotationswinkel θ, von der vorhergehenden Positionsinformation ausgehend iterativ anzupassen, um einen Abstand zwischen dem jeweiligen Messsignalwert und einem jeweiligen Wert der jeweiligen zugeordneten Kalibrierungsfunktionen an der Stelle des jeweiligen Schätzwerts zu verringern, und um basierend auf dem jeweiligen Schätzwert die Positionsinformation 19 zu bestimmen. Beispielsweise ist die Verarbeitungseinheit 15 ausgelegt, um einen ersten Schätzwert von der vorhergehenden Positionsinformation ausgehend iterativ anzupassen, um einen Abstand zwischen dem ersten Messsignalwert und einem Wert der ersten zugeordneten Kalibrierungsfunktionen an der Stelle des ersten Schätzwerts zu verringern, und um basierend auf dem ersten Schätzwert die Positionsinformation 19 zu bestimmen. Zusätzlich kann die Verarbeitungseinheit 15 ausgelegt sein, die Positionsinformation basierend auf einem weiteren Schätzwert unter Verwendung der weiteren Kalibrierungsfunktion entsprechend zu bestimmen. Beispielsweise wird der Abstand zwischen dem jeweiligen Messsignalwert und dem jeweiligen Wert der jeweiligen zugeordneten Kalibrierungsfunktionen an der Stelle des jeweiligen Schätzwerts solange iterativ verringert, bis er eine maximale Abweichung unterschreitet. Durch eine geeignete Wahl der maximalen Abweichung kann zum Beispiel anwendungsspezifisch ein Kompromiss zwischen einer Geschwindigkeit bzw. einem Rechenaufwand der Anpassung und einer Genauigkeit des Ergebnisses eingestellt werden. Da der jeweilige Schätzwert von der vorhergehenden Positionsinformation ausgehend angepasst wird, wird eine Anzahl an Iterationsschritten gering gehalten. Dadurch kann eine schnelle und rechenaufwandsarme Bestimmung der Positionsinformation 19 erreicht werden und zudem sichergestellt werden, dass auch ein periodisches Messsignal alleine mit hoher Wahrscheinlichkeit zu einer richtigen Bestimmung der Positionsinformation 19 führt. Eine iterative Anpassung des jeweiligen Schätzwerts ermöglicht ein effizientes Lösen der jeweiligen zugeordneten Kalibrierungsfunktion.
Bei Beispielen ist die Verarbeitungseinheit 15 ausgelegt, um den jeweiligen Schätzwert nach dem Newton-Verfahren oder einem anderen Näherungsverfahren anzupassen. Das Newton-Verfahren kann besonders effizient zur Minimierung des Abstands zwischen dem jeweiligen Messsignalwert und dem jeweiligen Wert der jeweiligen zugeordneten Kalibrierungsfunktionen an der Stelle des jeweiligen Schätzwerts verwendet werden. Dadurch kann eine schnelle und rechenaufwandsarme Bestimmung der Positionsinformation 19 erreicht werden.
Bei Beispielen ist die Verarbeitungseinheit 15 ausgelegt, um einen ersten Schätzwert und einen zweiten Schätzwert von der vorhergehenden Positionsinformation 19 ausgehend iterativ anzupassen, um einen Abstand zwischen dem jeweiligen Messsignalwert und einem jeweiligen Wert der jeweiligen zugeordneten Kalibrierungsfunktionen für den jeweiligen Schätzwert zu verringern, und um den ersten Schätzwert und den zweiten Schätzwert zur Bestimmung der Positionsinformation 19 zu gewichten. Beispielsweise ist die Verarbeitungseinheit 15 ausgelegt, um einen gewichteten Durchschnitt des ersten Schätzwerts und des zweiten Schätzwerts zu berechnen, um die Positionsinformation 19 zu bestimmen. Durch die Gewichtung des ersten und des zweiten Schätzwerts erfolgt eine Kombination des ersten periodischen Messsignals und des zweiten periodischen Messsignals für die Bestimmung der Positionsinformation 19, wodurch eine eventuelle Ungenauigkeit der ersten zugeordneten Kalibrierungsfunktion und er zweiten zugeordneten Kalibrierungsfunktion ausgeglichen werden kann. Durch die Gewichtung werden der erste Schätzwert und der zweite Schätzwert besonders günstig kombiniert. Zum Beispiel ist die Verarbeitungseinheit 15 ausgelegt, um einen ungenaueren Schätzwert weniger stark zu gewichten als einen genaueren Schätzwert, wodurch die Positionsinformation 19 sehr genau bestimmt werden kann. Besonders effektiv ist die Gewichtung des ersten Schätzwerts und des zweiten Schätzwerts, wenn das erste periodische Messsignal und das zweite periodische Messsignal zueinander um etwa 90° phasenverschoben sind, da in diesem Fall der eine Schätzwert an genau den Positionen besonders genau ist, an denen der jeweils andere Schätzwert besonders ungenau ist.
Bei Beispielen ist die Verarbeitungseinheit 15 ausgelegt ist, um den ersten Schätzwert und den zweiten Schätzwert abhängig von einer jeweiligen Steigung der jeweiligen zugeordneten Kalibrierungsfunktion an der Stelle des jeweiligen Schätzwerts zu gewichten, wobei die jeweilige Gewichtung desto größer ist, je größer die jeweilige Steigung ist. Beispielsweise ist die Verarbeitungseinheit 15 ausgelegt, um die jeweiligen Schätzwerte mittels einer jeweiligen Gewichtungsfunktion 51A, 51B zu gewichten, wobei die jeweilige Gewichtungsfunktion 51A, 51B positionsabhängig die Beiträge der jeweiligen Schätzwerte zu der Positionsinformation 19 beschreibt und wobei die Beiträge des jeweiligen Schätzwerts desto größer sind, je größer die jeweilige Steigung der jeweiligen Kalibrierungsfunktion an der entsprechenden Position ist. Eine solche Gewichtung kann gewährleisten, dass trotz einer geringen Anzahl an Iterationsschritten bei der Anpassung der Schätzwerte eine sehr hohe Genauigkeit der Positionsinformation 19 erreicht wird.
5 zeigt ein Diagramm mit Beispielen für eine erste Gewichtungsfunktion 51A des ersten periodischen Messsignals 11A und für eine zweite Gewichtungsfunktion 51B des zweiten periodischen Messsignals 11B in Abhängigkeit des Rotationswinkels θ. Die in 5 gezeigten Gewichtungsfunktionen eignen sich zum Beispiel für die Gewichtung der in 3 gezeigten Beispiele für periodische Messsignale 11A, 11B.
Beispiele dieser Offenbarung schaffen einen Positionssensors 60, wobei der Positionssensor 60 eine Messeinheit aufweist, die ausgelegt ist, um bei einer Bewegung eines Magnetfeldgebers 20 relativ zu dem Positionssensor 60 zumindest ein periodisches Messsignal zu erzeugen, und wobei der Positionssensor eine Vorrichtung 10 zum Bestimmen einer Positionsinformation 19 aufweist, um basierend auf dem zumindest einen periodischen Messsignalen die Positionsinformation 19 zu bestimmen.
Bei Beispielen weist die Messeinheit einen Magnetfeldsensor auf, beispielsweise einen xMR-Sensor oder einen Hall Sensor. Durch die Kombination eines xMR-Sensors mit der Vorrichtung 10 kann der Positionssensor effizient, z.B. mit Halbleiterfertigungsprozessen, produziert werden und kann in der Lage sein, die Positionsinformation 19 mit hoher Genauigkeit zu bestimmen.
Bei Beispielen weist der Positionssensor 60 einen integrierten Schaltkreis auf, wobei der integrierte Schaltkreis die Messeinheit und die Vorrichtung 10 zum Bestimmen einer Positionsinformation 19 beinhaltet. Beispielsweise sind die Messeinheit und die Vorrichtung 10 auf einem gemeinsamen Substrat angeordnet. Dadurch, dass der integrierte Schaltkreis sowohl die Messeinheit als auch die Vorrichtung 10 beinhaltet, kann der Positionssensor besonders platzsparend ausgelegt sein, kann besonders einfach produziert werden und kann besonders einfach in einem Schaltkreis angeordnet werden, z.B. auf einer Leiterplatte, PCB = printed circuit board.
Bei Beispielen beinhaltet ein erster integrierter Schaltkreis die Messeinheit, und beinhaltet ein zweiter integrierter Schaltkreis die Vorrichtung 10 zum Bestimmen einer Positionsinformation 19. Zum Beispiel ist der zweite integrierte Schaltkreis ausgelegt, um eine hohe Rechenleistung der Vorrichtung 10 zu ermöglichen. Durch die getrennten Schaltkreise können die Messeinheit und die Vorrichtung 10 beispielsweise separat produziert werden, beispielsweise mit unterschiedlich aufwändigen Fertigungsprozessen, wodurch Kosten gespart werden können.
7 zeigt eine schematische Darstellung eines Beispiels einer Anordnung eines Positionssensors 60 und eines Magnetfeldgebers 20, wobei der Positionssensor 60 eine Messeinheit 61 aufweist.
Bei Beispielen weist der Magnetfeldgeber 20 einen um eine Rotationsachse angeordneten Magnetring 21 mit in radialer Richtung abwechselnden Magnetpolen auf, und wobei die Messeinheit einen in Bezug auf eine Rotation des Magnetrings um die Rotationsachse ortsfesten Magnetfeldsensor aufweist.
8 zeigt ein Verfahren 800 zum Bestimmen einer Positionsinformation 19 über eine Position eines Magnetfeldgebers 20 relativ zu einem Positionssensor 60, wobei der Positionssensor 60 ausgelegt ist, um bei einer Bewegung des Magnetfeldgebers 20 relativ zu dem Positionssensor 60 zumindest ein periodisches Messsignal zu erzeugen. Das Verfahren 800 umfasst ein Bestimmen 810 der Fourierkoeffizienten basierend auf einer jeweiligen Vielzahl von Messsignalwerten des jeweiligen periodischen Messsignals. Ferner umfasst das Verfahren 800 ein Bestimmen 820 der Positionsinformation 19 basierend auf einem jeweiligen Messsignalwert eines jeweiligen periodischen Messsignals unter Verwendung einer dem jeweiligen periodischen Messsignal zugeordneten Kalibrierungsfunktion, wobei die zugeordnete Kalibrierungsfunktion das jeweilige periodische Messsignal mittels einer Fourierreihe mit einer jeweiligen Mehrzahl von Null verschiedener Fourierkoeffizienten einer Ordnung größer als Null darstellt. Das Bestimmen 820 der Positionsinformation 19 beinhaltet ein zumindest näherungsweises Lösen der zugeordneten Kalibrierungsfunktion für den jeweiligen Messsignalwert.
Die dargestellt Abfolge der Verfahrensschritte ist beispielhaft zu verstehen. Die Schritte können auch in einer anderen Reihenfolge, gleichzeitig, oder einzeln ausgeführt werden. Die einzelnen Schritte können insbesondere mit einer verschiedenen Häufigkeit ausgeführt werden, beispielsweise kann das Bestimmen 820 der Positionsinformation 19 häufiger ausgeführt werden als das Bestimmen 810 der Fourierkoeffizienten.
Bei Beispielen bezieht sich diese Offenbarung auf eine Methode zum Kalibrieren und Kompensieren von Signalen von Sensoren, beispielsweise in „out-of-shaft“, „end-of-shaft“, oder „integrated end-of-shaft“ Sensorsystemen. 9 zeigt ein Flussdiagramm eines Beispiels eines Verfahrens 900 zum Kalibrieren und Kompensieren solcher Signale. Das Verfahren 900 basiert auf dem Verfahren 800. Das Verfahren 900 beinhaltet eine Kalibrierung 910, die beispielsweise auf dem Bestimmen 810 der Fourierkoeffizienten basiert. Die Kalibrierung kann einmalig (einmalig Kalibrierung), normalerweise am Ende der Produktion eines Moduls zum Bestimmen der Positionsinformation 19 außerhalb der Welle, oder kontinuierlich oder periodisch in der Anwendung (Selbstkalibrierung). Die Kalibrierung 910 weist ein Sammeln 911 mehrerer ADC-Werte auf, beispielsweise ein Aufnehmen der Vielzahl von Messsignalwerten des periodischen Messsignals, mittels eines xMR-Sensors oder Hall-Effekt basierten Sensors, beispielsweise mittels der Messeinheit 61. Die Kalibrierung beinhaltet ferner eine Berechnung 912 optimaler Signalkoeffizienten oder ein Schätzen von Parametern, beispielsweise der Fourierkoeffizienten, mittels DFT Algorithmen. Außerdem werden die korrekten Referenzwinkel für diese ADC-Werte benötigt. Für eine einmalige Kalibrierung können diese Werte mit einem dedizierten Drehwinkelgeber bestimmt werden oder von den bekannten Winkelpositionen eines Schrittmotors abgeleitet werden. Für eine Selbstkalibrierung können eine äquidistante Abtastrate und eine ungefähr konstante Winkelgeschwindigkeit angenommen werden (dies ist auch für eine einmalige Kalibrierung möglich). Indem die Perioden mehrerer Umdrehungen beobachtet werden, kann die Gültigkeit dieser Annahmen geprüft werden. Zuletzt beinhaltet die Kalibrierung ein Schätzen eines optimalen Satzes von Parametern, beispielsweise Fourierkoeffizienten und Phasenverschiebeungen. Ferner weist das Verfahren 900 eine Kompensation 920 auf, die beispielsweise auf dem Bestimmen 820 der Positionsinformation 19 basiert. Die Kompensation 920 beinhaltet das Ausführen eines Korrigierens von aufgenommenen Sensorresultaten oder Messwerten, beispielsweise eines Messsignalwerts, und schließlich eine Berechnung des geschätzten mechanischen Winkels θ, beispielsweise der Positionsinformation 19. Während dem Einschalten, beispielsweise dem Einschalten der Vorrichtung 10, kann eine Berechnung 930 eines ersten Winkels, beispielsweise der vorhergehenden Positionsinformation 19, mittels einer Arkustangens-Funktion oder mittels einer Signalanalyse nötig sein. Im Gegensatz zu Sensoranwendungen am Ende einer Welle, unterscheiden sich die in 2A gezeigten magnetischen Amplituden Ax und Ay der Kosinus- und Sinus-Komponenten des Magnetfelds im Allgemeinen in Sensoranwendungen außerhalb einer Welle. Die Signale sind stark deformiert über 360°. Eine solche Deformation ist in 3 ersichtlich, wo Rohsignalwerte beider Kanäle eines GMR-Sensors mit einer vertikalen Ausrichtung (Luftspalt 26 = 1,6 mm, z Versatz 28 = 1 mm, Versatz in y-Richtung = 0,4mm (Richtungen bezogen auf 2A)). Zusätzlich sind dort ideale Kosinus- und Sinus-Funktionen als Orientierungshilfe gezeigt. Die Rohsignalwerte, beispielsweise wie in 3 gezeigt, beispielsweise die Vielzahl von Messsignalwerten, können gemäß Gleichung (1) in eine Fourierreihe zerlegt werden und als extrahierte und vereinfachte Fourierreihe für drei Koeffizienten gemäß der Gleichungen (2) und (3) geschrieben werden. Durch eine DFT Analyse der Kanäle können c_x1, c_x2, c_x3, φ_x1. φ_x2, φ_x3, c_y1, c_y2, c_y3, φ_y1, φ_y2, φ_y3 bestimmt werden. Beispielsweise zeigt c₁ den größten Einfluss, gefolgt von c₃ und c₂. Die Anzahl der Koeffizienten kann beliebig erhöht werden oder reduziert werden. Die 4A-C zeigen den Einfluss einer unterschiedlichen Menge von Koeffizienten auf die Kurvenanpassung (gestrichelte Linien) an Rohsignalwerte (durchgezogene Linien). Beispielsweise kann bei mehr als drei Koeffizienten keine signifikante Verbesserung auftreten und bei nur einem Koeffizienten, vgl. 4A, der Restfehler des Winkels fast so groß wie bei derzeitigen Lösungen sein. Deshalb sind beispielsweise zwei oder drei Koeffizienten vorteilhaft. Während dem Betrieb werden neue ADC-Werte, beispielsweise Messsignalwerte aufgenommen. Der mechanische Winkel, beispielsweise die Positionsinformation 19, wird bestimmt, indem ein geschätzter Winkel θ', beispielsweise ein Schätzwert, beispielsweise jeweils ein Schätzwert für ein jeweiliges periodisches Messsignal oder für jeden Kanal, beispielsweise θ_x' und θ_y', so variiert wird, dass die Fourierreihe, beispielsweise die jeweilige zugeordnete Kalibrierungsfunktion, $X' = c_{x1} * cos (θ_{x}' + φ_{x 1}) + c_{x2} * cos (2 * θ_{x}' + φ_{x 2}) + c_{x3} * cos (3 * θ_{x}' + φ_{x 3}) + O_{x}$
$Y' = c_{y1} * sin (θ_{y}' + φ_{y 1}) + c_{y2} * sin (2 * θ_{y}' + φ_{y 2}) + c_{y3} * sin (3 * θ_{y}' + φ_{y 3}) + O_{y}$
beispielsweise ein Wert X' bzw. Y' der jeweiligen zugeordneten Kalibrierungsfunktion, die Bedingungen
min(|X - X'|), min(|Y - Y'|)
erfüllt, wobei X bzw. Y beispielsweise gemessene ADC-Werte der zwei Kanäle, beispielsweise jeweilige Messsignalwerte des jeweiligen periodischen Messsignals sind. Aufgrund einer hohen Ungenauigkeit der Methode an Stellen, an denen das Signal ein Minimum oder ein Maximum aufweist, sollte der mechanisch Winkel θ' mittels einem gewichteten Durchschnitt beider Kanäle berechnet werden. Beispiele für Gewichtungsfunktionen 51A, 51B für den X Kanal 11A bzw. Y Kanal 11B sind in 5 gezeigt. Das Maximum für einen Wert ist an der Stelle, wo das Signal die größte Änderung zeigt. Die Gewichtungsfunktionen 51A, 51B lassen sich beispielsweise durch folgende Gleichung beschreiben: $θ = \frac{θ_{x}' * (1 - | cos (θ'_{x} + φ_{x}) |) + θ_{y}' * (1 - | sin (θ'_{y} + φ_{y}) |)}{(1 - | cos {(θ'_{x} + φ_{x})}^{2} |) + (1 - | sin {(θ'_{y} + φ_{y})}^{2} |)}$
Der so berechnete Winkel θ kann dann als Startwert, beispielsweise als vorhergehende Positionsinformation 19, für den nächsten ADC-Wert, beispielsweise zur Bestimmung der nächsten Positionsinformation 19, genutzt werden.
10A-B zeigt ein Beispiel eines Vergleichs des ausgewerteten Winkels, beispielsweise der bestimmten Positionsinformation 19, mit einem Referenzsystem, beispielsweise einer derzeitigen Lösung. Gezeigt ist der Restfehler Δθ des Rotationswinkels für einen Sensor mit einer vertikalen Ausrichtung (Ag = 1,6 mm, z Versatz 28 = 1 mm, Versatz in y-Richtung = 0,4mm (Richtungen bezogen auf 2A)) für eine derzeitige Kompensation (10A) und den Näherungsprozess, bzw. die offenbarte Kompensation 820, 920 ( 10B). Der Restfehler des Rotationswinkels kann mit letzterem Verfahren im Vergleich zu derzeitigen Verfahren drastisch reduziert werden. 6A bzw. 6B zeigen maximale Winkelfehler δθ, beispielsweise maximale Restfehler des Rotationswinkels, aufgetragen gegen den z-Versatz 28 für Sensoranordnungen eines GMR-Sensors mit verschiedenen Luftspalten 26 für derzeitige Verfahren zur Kompensation, vgl. 6A, und das offenbarte Verfahren 900, vgl. 6B. Die 6A-B zeigen Beispiele für die Effektivität für verschieden große Luftspalte Ag und Distanzen z zwischen dem Magnet und dem Sensor des offenbarten Verfahrens unter Verwendung von drei Koeffizienten, beispielsweise Fourierkoeffizienten. Der maximale Fehler kann beispielsweise von 4.5° (Ag = 1,6 mm, z = 1,4 mm) auf unter 1° reduziert werden, was für viele Anwendung ausreichend gut sein kann, und sogar unter 0,5° ist möglich. Mit nur zwei Koeffizienten kann der Winkelfehler um 1° betragen und mit nur einem Koeffizienten kann er auf dem Level der Standardkompensation sein. Das offenbarte Verfahren kann den Restfehler des bestimmten Rotationswinkels bei Sensoranordnungen außerhalb der Welle signifikant reduzieren und ist in der Lage eine mechanische Verschiebung während des Produktionsprozesses zu kompensieren.
Bei Beispielen kann die offenbarte Vorrichtung mit verschiedenen Möglichkeiten in ein Sensor-Bauelement integrierte werden. Zum Beispiel lässt sich die Vorrichtung mit dem Sensor als ein Bauelement realisieren, beispielsweise durch Integration auf einem Siliciumwafer, d.h. die Vorrichtung nutzt die gleiche Technologie wie der Sensor. Alternativ lassen sich die offenbarte Vorrichtung und der Sensor in zwei Bauteilen realisieren, so dass die Berechnungen in einem zweiten Bauelement durchgeführt werden. Das ermöglicht eine Herstellung des Sensors mit einer Technologie und eine Herstellung des Bauteils für Berechnungen in einer anderen Technologie.
Bei Beispielen kann das offenbarte Verfahren zur Kompensation bzw. zur Bestimmung einer Positionsinformation 19 in einem Sensor oder in einem externen, beispielsweise einem vom Sensor separaten, Mikrokontroller durchgeführt werden.
Bei Beispielen betrifft die Offenbarung eine Kalibrierung und Bestimmung optimaler Kompensationsparameter und Algorithmen für Sensoranordnungen außerhalb einer Welle. Als solche ist sie beispielsweise direkt für einen Anwender anwendbar, während oder nach dem Herstellen des Sensormoduls.
Bei Beispielen weist der Positionssensor 60 einen Hall-Sensor auf und die Vorrichtung 10 ist ausgelegt, um das zumindest eine periodische Messsignal zu normieren, um basierend auf einem jeweiligen Messsignalwert eines jeweiligen periodischen Messsignals in normierter Form die Positionsinformation 19 zu erhalten.
Bei Beispielen der vorliegenden Offenbarung kann die Verarbeitungsschaltung durch beliebige geeignete Schaltungsstrukturen implementiert werden, beispielsweise Mikroprozessorschaltungen, Asic-Schaltungen, CMOS-Schaltungen und dergleichen. Bei Beispielen kann die Verarbeitungsschaltung als eine Kombination von Hardware-Strukturen und maschinenlesbaren Befehlen implementiert sein. Beispielsweise kann die Verarbeitungsschaltung einen Prozessor und Speichereinrichtungen aufweisen, die maschinenlesbare Befehle speichern, die zur Durchführung von hierin beschriebenen Verfahren führen, wenn sie von dem Prozessor ausgeführt werden.
Obwohl einige Aspekte der vorliegenden Offenbarung als Merkmale im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, ist klar, dass eine solche Beschreibung ebenfalls als eine Beschreibung entsprechender Verfahrensmerkmale betrachtet werden kann. Obwohl einige Aspekte als Merkmale im Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben wurden, ist klar, dass eine solche Beschreibung auch als eine Beschreibung entsprechender Merkmale einer Vorrichtung bzw. der Funktionalität einer Vorrichtung betrachtet werden kann.
Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hardware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder einer elektronischen Schaltung durchgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden.
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Offenbarung in Hardware oder in Software oder zumindest teilweise in Hardware oder zumindest teilweise in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer BluRay Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein.
Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Offenbarung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.
Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft.
Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein.
Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinen-lesbaren Träger gespeichert ist. Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des offenbarten Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der offenbarten Verfahren ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist. Der Datenträger oder das digitale Speichermedium oder das computerlesbare Medium sind typischerweise greifbar und/oder nicht flüchtig.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des offenbarten Verfahrens ist somit ein Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahin gehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Offenbarung umfasst eine Vorrichtung oder ein System, die bzw. das ausgelegt ist, um ein Computerprogramm zur Durchführung zumindest eines der hierin beschriebenen Verfahren zu einem Empfänger zu übertragen. Die Übertragung kann beispielsweise elektronisch oder optisch erfolgen. Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, ein Mobilgerät, ein Speichergerät oder eine ähnliche Vorrichtung sein. Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise einen Datei-Server zur Übertragung des Computerprogramms zu dem Empfänger umfassen.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.
Die vorhergehende Offenbarung stellt Veranschaulichungen und Beschreibungen bereit, es ist jedoch nicht beabsichtigt, dass dieselbe erschöpfend ist oder die Implementierungen auf die offenbarte präzise Form eingeschränkt sind. Modifikationen und Variationen sind im Hinblick auf die obige Offenbarung möglich oder können aus der Praxis der Implementierungen erhalten werden. Obwohl bestimmte Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen angeführt und/oder in der Beschreibung offenbart sind, ist es nicht beabsichtigt, dass diese Merkmale die Offenbarung möglicher Implementierungen einschränken. Tatsächlich können zahlreiche dieser Merkmale auf Weisen kombiniert werden, die nicht spezifisch in den Patentansprüchen angeführt und/oder in der Beschreibung offenbart sind. Obwohl jeder der unten angeführten abhängigen Patentansprüche möglicherweise nur von einem oder einigen Patentansprüchen direkt abhängt, umfasst die Offenbarung möglicher Implementierungen jeden abhängigen Patentanspruch in Kombination mit allen anderen Patentansprüchen in dem Satz von Patentansprüchen.
Die oben beschriebenen Beispiele sind nur darstellend für die Grundsätze der vorliegenden Offenbarung. Es ist zu verstehen, dass Modifikationen und Variationen der Anordnungen und der Einzelheiten, die beschrieben sind, für Fachleute offensichtlich sind. Es ist daher beabsichtigt, dass die Offenbarung nur durch die beigefügten Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die zum Zweck der Beschreibung und Erklärung der Beispiele dargelegt sind, begrenzt ist.
Bezugszeichenliste

10: Vorrichtung zum Bestimmen einer Positionsinformation
11A: erstes periodisches Messsignal
11B: zweites periodisches Messsignal
13A: erste zugeordnete Kalibrierungsfunktion
15: Verarbeitungseinheit
19: Positionsinformation
20: Magnetfeldgeber
21: Magnetring
22: Welle
24: Rotationsachse
26: Dicke des Luftspalts
28: z-Versatz
51A: erste Gewichtungsfunktion
51B: zweite Gewichtungsfunktion
60: Positionssensor
61: Messeinheit
800: Verfahren zum Bestimmen einer Positionsinformation
810: Bestimmen der Fourierkoeffizienten
820: Bestimmen der Positionsinformation
900: Verfahren zum Bestimmen einer Positionsinformation
910: Kalibrierung
911: Sammeln mehrerer ADC-Werte
912: Berechnung optimaler Signalkoeffizienten
920: Kompensation
921: Sammeln eines Satzes ADC-Werte
922: Schätzung des Winkels
930: Berechnung des Winkels während dem Einschalten

Claims

Vorrichtung (10) zum Bestimmen einer Positionsinformation (19) über eine Position eines Magnetfeldgebers (20) relativ zu einem Positionssensor (60), wobei der Positionssensor (60) ausgelegt ist, um bei einer Bewegung des Magnetfeldgebers (20) relativ zu dem Positionssensor (60) zumindest ein periodisches Messsignal (11A;11B) zu erzeugen, wobei die Vorrichtung (10) eine Verarbeitungseinheit (15) aufweist, die ausgelegt ist, um basierend auf einem jeweiligen Messsignalwert eines jeweiligen periodischen Messsignals (11A; 11B) unter Verwendung einer dem jeweiligen periodischen Messsignal (11A;11B) zugeordneten Kalibrierungsfunktion die Positionsinformation (19) zu bestimmen, wobei die zugeordnete Kalibrierungsfunktion das jeweilige periodische Messsignal (11A; 11B) mittels einer Fourierreihe mit einer jeweiligen Mehrzahl von Null verschiedener Fourierkoeffizienten einer Ordnung größer als Null darstellt, wobei die Fourierkoeffizienten basierend auf einer jeweiligen Vielzahl von Messsignalwerten des jeweiligen periodischen Messsignals (11A;11B) bestimmt sind, wobei die Verarbeitungseinheit (15) ausgelegt ist, um die zugeordnete Kalibrierungsfunktion für den jeweiligen Messsignalwert zumindest näherungsweise zu lösen, um die Positionsinformation (19) zu bestimmen, wobei die Verarbeitungseinheit (15) ausgelegt ist, um für die Bestimmung der Positionsinformation (19) unter Verwendung der jeweiligen zugeordneten Kalibrierungsfunktion eine vorhergehende Positionsinformation (19) zu verwenden, und wobei die Verarbeitungseinheit (15) ausgelegt ist, um einen jeweiligen Schätzwert von der vorhergehenden Positionsinformation (19) ausgehend iterativ anzupassen, um einen Abstand zwischen dem jeweiligen Messsignalwert und einem jeweiligen Wert der jeweiligen zugeordneten Kalibrierungsfunktionen an der Stelle des jeweiligen Schätzwerts zu verringern, und um basierend auf dem jeweiligen Schätzwert die Positionsinformation (19) zu bestimmen.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Verarbeitungseinheit (15) ausgelegt ist, um den jeweiligen Schätzwert nach dem Newton-Verfahren oder einem anderen Näherungsverfahren anzupassen.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die jeweilige zugeordnete Kalibrierungsfunktion die Fourierreihe in einer mittels trigonometrischer Methoden vereinfachten Darstellung beinhaltet.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zumindest eine periodische Messsignal (11A;11B) ein erstes periodisches Messsignal (11A) und ein zweites periodisches Messsignal (11B) beinhaltet, wobei das erste periodische Messsignal (11A) und das zweite periodische Messsignal (11B) eine einheitliche Periodenlänge aufweisen und wobei eine Phase des zweiten periodischen Messsignals (11B) gegenüber einer Phase des ersten periodischen Messsignals (11A) verschoben ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 4, wobei die Verarbeitungseinheit (15) ausgelegt ist, um einen ersten Schätzwert und einen zweiten Schätzwert von der vorhergehenden Positionsinformation (19) ausgehend iterativ anzupassen, um einen Abstand zwischen dem jeweiligen Messsignalwert und einem jeweiligen Wert der jeweiligen zugeordneten Kalibrierungsfunktionen für den jeweiligen Schätzwert zu verringern, und um den ersten Schätzwert und den zweiten Schätzwert zur Bestimmung der Positionsinformation (19) zu gewichten.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 5, wobei die die Verarbeitungseinheit (15) ausgelegt ist, um den ersten Schätzwert und den zweiten Schätzwert abhängig von einer jeweiligen Steigung der jeweiligen zugeordneten Kalibrierungsfunktion an der Stelle des jeweiligen Schätzwerts zu gewichten, wobei die jeweilige Gewichtung desto größer ist, je größer die jeweilige Steigung ist.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 4-6, wobei die Verarbeitungseinheit (15) ausgelegt ist, um bei einem Einschalten der Vorrichtung (10) die vorhergehende Positionsinformation (19) basierend auf einem ersten Messsignalwert des ersten periodischen Messsignals (11A) und basierend auf einem zweiten Messsignalwert des zweiten periodischen Messsignals (11B) mittels einer Arkustangens-Funktion zu bestimmen.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verarbeitungseinheit (15) ausgelegt ist, um nach einem Einschalten der Vorrichtung (10) die zuletzt bestimmte Positionsinformation (19) als vorhergehende Positionsinformation (19) zu verwenden.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (10) eine Kalibriereinheit (14) aufweist, wobei die Kalibriereinheit (14) ausgelegt ist, um basierend auf der jeweiligen Vielzahl von Messsignalwerten der jeweiligen periodischen Messsignale (11A;11B) die Fourierkoeffizienten der jeweiligen zugeordneten Kalibrierungsfunktion zu bestimmen.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 9, wobei die Kalibriereinheit (14) ausgelegt ist, um die Fourierkoeffizienten der jeweiligen zugeordneten Kalibrierungsfunktion ferner basierend auf einer Vielzahl von Referenzpositionswerten zu bestimmen, wobei ein Referenzpositionswert jeweils einem Messsignalwert der Vielzahl von Messsignalwerten eines oder mehrerer der zumindest einen periodischen Messsignale (11A; 11B) zugeordnet ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 10, wobei die Kalibriereinheit (14) ausgelegt ist, um die Vielzahl von Referenzpositionswerten basierend auf einer Information über eine Geschwindigkeit der Relativbewegung und basierend auf einer Auswertung einer Periodenlänge des zumindest einen periodischenMesssignals (11A;11B) zu bestimmen.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 10, wobei die Kalibriereinheit (14) ausgelegt ist, um die Vielzahl von Referenzpositionswerten mittels einer von einem Decoder bereitgestellten Referenzpositionsinformation zu bestimmen, wobei der Decoder ausgelegt ist, um die Referenzpositionsinformation basierend auf der Relativbewegung zu bestimmen.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kalibriereinheit (14) ausgelegt ist, um die Fourierkoeffizienten der jeweiligen zugeordneten Kalibrierungsfunktion mittels einer diskreten Fourier-Analyse zu bestimmen.
Positionssensor (60), aufweisend eine Vorrichtung (10) zum Bestimmen einer Positionsinformation (19) nach einem der Ansprüche 1-13, und eine Messeinheit (61), die ausgelegt ist, um bei einer Bewegung des Magnetfeldgebers (20) relativ zu dem Positionssensor (60) das zumindest eine periodische Messsignal (11A; 11B) zu erzeugen.
Positionssensor (60) nach Anspruch 14, der einen integrierten Schaltkreis aufweist, wobei der integrierte Schaltkreis die Messeinheit (61) und die Vorrichtung (10) zum Bestimmen einer Positionsinformation (19) beinhaltet.
Positionssensor (60) nach Anspruch 14, wobei ein erster integrierter Schaltkreis die Messeinheit (61) beinhaltet, und wobei ein zweiter integrierter Schaltkreis die Vorrichtung (10) zum Bestimmen einer Positionsinformation (19) beinhaltet.
Positionssensor (60) nach einem der Ansprüche 14-16, wobei der Magnetfeldgeber (20) einen um eine Rotationsachse (24) angeordneten Magnetring (21) mit in radialer Richtung abwechselnden Magnetpolen aufweist, und wobei die Messeinheit (61) einen in Bezug auf eine Rotation des Magnetrings (21) um Rotationsachse ortsfesten Magnetfeldsensor aufweist.
Verfahren (800) zum Bestimmen einer Positionsinformation (19) über eine Position eines Magnetfeldgebers (20) relativ zu einem Positionssensor (60), wobei der Positionssensor (60) ausgelegt ist, um bei einer Bewegung des Magnetfeldgebers (20) relativ zu dem Positionssensor (60) zumindest ein periodisches Messsignal (11A; 11B) zu erzeugen, wobei das Verfahren umfasst: Bestimmen (802) der Positionsinformation (19) basierend auf einem jeweiligen Messsignalwert eines jeweiligen periodischen Messsignals (11A;11B) unter Verwendung einer dem jeweiligen periodischen Messsignal (11A; 11B) zugeordneten Kalibrierungsfunktion, wobei die zugeordnete Kalibrierungsfunktion das jeweilige periodische Messsignal (11A; 11B) mittels einer Fourierreihe mit einer jeweiligen Mehrzahl von Null verschiedener Fourierkoeffizienten einer Ordnung größer als Null darstellt, wobei das Bestimmen (802) der Positionsinformation (19) ein zumindest näherungsweises Lösen der zugeordneten Kalibrierungsfunktion für den jeweiligen Messsignalwert beinhaltet, wobei das Bestimmen (802) der Positionsinformation (19) beinhaltet, eine vorhergehende Positionsinformation (19) zu verwenden, wobei das Bestimmen (802) der Positionsinformation (19) beinhaltet, einen jeweiligen Schätzwert von der vorhergehenden Positionsinformation (19) ausgehend iterativ anzupassen, um einen Abstand zwischen dem jeweiligen Messsignalwert und einem jeweiligen Wert der jeweiligen zugeordneten Kalibrierungsfunktionen an der Stelle des jeweiligen Schätzwerts zu verringern, und um basierend auf dem jeweiligen Schätzwert die Positionsinformation (19) zu bestimmen, und Bestimmen (801) der Fourierkoeffizienten basierend auf einer jeweiligen Vielzahl von Messsignalwerten des jeweiligen periodischen Messsignals (11A; 11B).
Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 18, wenn das Programm auf einem Computer abläuft.