用于确定传感器附近的漏磁场的方法和设备的制造方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的夺叉引用
[0002] 本申请要求2014年8月1日提交的名称为"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号德国专利申请的优先权和权益，该申请的全部内容通过引用并入本文中。
技术领域
[0003] 本发明涉及用于确定传感器附近的漏磁场的设备和方法。
【背景技术】
[0004] 借助霍尔效应的非接触旋转角度测量是本领域熟知的。例如，来自Reymond，S等 出版的，〃True 2-D CMOS Integrated Hall Sensor〃，IEEE 传感器 2007 会议，第 860-863 页，用于旋转角度的非接触测量的设备是熟知的，该设备具有内部集成64个作为磁场传感 器的所谓的垂直霍尔传感器的半导体衬底。该出版物的磁场传感器沿布置在半导体衬底的 芯片平面中的圆形路径等间距间隔布置。所述磁场传感器所位于的垂直面，每一个都沿径 向布置至穿过所述圆形路径的圆心延伸的抽象中心轴，并且所述垂直面正交于所述芯片平 面设置。所述磁场传感器与扫描装置连接以使来自单个磁场传感器的测量信号连续连接至 差分输出连接器以产生旋转扫描信号。来自所述磁场传感器的值因而以循环轮流的方式读 出。
[0005] Metz 等在出版物"Contactless Angle Measurement using Four Hall Devices on Single Chip〃, Transducers, 1997国际固态传感器和制动器会议，芝加哥1997年6月 16-19中也描述了旋转角度的非接触测量。该出版物显示了在布置在半导体衬底的芯片平 面中的圆形路径上以等间距间隔布置四个横向霍尔传感器。具有两极的永久磁铁附接在旋 转轴的端部，并在所述霍尔传感器中产生磁场。相同的设备在第EP-B-O 916 074号欧洲专 利申请中描述。
[0006] 所熟知的设备共同具有的是安装在旋转元件上并产生被霍尔传感器捕获的磁场 的永久磁铁。这种设备的一个问题是在所述霍尔传感器周围存在漏磁场或干扰磁场。信号 处理处理器需要补偿来自所述霍尔传感器的测量值，以为这些漏磁场进行补偿。用于大致 均匀的背景场的补偿以相对简单的方式是可能的。用于由附近导体中流动的电流产生的磁 场的补偿更加困难，因为该补偿的计算还不得不考虑由附近导体中的电流产生的磁场的磁 场梯度。
[0007] 现代汽车具有大量这种引起这种漏磁场的携带电流的导体。完全屏蔽这些旋转角 度测量装置附近的漏磁场以避免来自所述漏磁场的干扰是不可能的。
[0008] 所述漏磁场的效应可以通过使用来自多个霍尔传感器中的若干个霍尔传感器的 磁场测量值（信号场加所述漏磁场的贡献）的差分确定大致消除。这种确定在本领域也是 熟知的。用于这种抑制的一种布置是使用具有四个布置在一圆周上的横向霍尔传感器的相 反磁铁。根据来自这些霍尔传感器中的两个霍尔传感器的测量值的所述差分确定计算漏磁 场的磁性旋转矢量的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个垂直霍尔传感器的四极磁铁，所述四个垂直霍 尔传感器组合为布置彼此等距离地设置在一直线上的X/Y像素单元。所述漏磁场的磁性旋 转矢量也可以使用这种方案计算。
[0010] 在这些现有的技术方案中，当所述永磁铁的磁场强度大约30mT时，由具有400A的 携带电流的导体在预定距离（例如，2. 5cm)引起的漏磁场强度的抑制大约51dB。然而，在使 用本领域熟知的四极磁铁的旋转角度测量中，这种由于漏磁场的干扰会导致最大大约〇. 5 度的角度误差。
[0011] 来自欧洲专利第EP1775 501 Al号的另外的方案是熟知的，其教导在角度传感器 中使用的用于检测自动齿轮中选择杠杆的位置的位置传感器。所述磁场通过两个能够修正 由于所述漏磁场的存在导致的任何误差的传感器元件测量。
[0012] 所述德国专利申请教导一种磁场产生单元，其产生具有第一位置中的第一部分磁 场和第二位置中的第二部分磁场的旋转磁场。一种检测单元可以检测在所述相应的第一和 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，可以计算一表征所述旋转磁 场的方向的角度值。
【发明内容】
[0013] 存在改善旋转角度的角度测量精确性的需求。
[0014] 本文教导一种用于检测传感器附近的漏磁场的设备，其使用具有四极或更多极的 多极永磁铁。所述多极永磁铁例如呈磁盘状，可旋转地安装在设置在Z方向的旋转轴上并 产生相对设置在Z方向的旋转轴对称的磁场。用于产生与所述磁场的X/Y分量对应的测量 信号的两对垂直霍尔传感器以到所述旋转轴和所述多极永磁铁等距离的方式布置在所述 多极永磁铁的磁场中的两个位置，以便在所述垂直霍尔传感器的两个对应的位置上所述磁 场矢量的和为零。这种布置导致两个垂直霍尔传感器的测量信号值的和一同表示由于干扰 导体的所述漏磁场的强度。所述漏磁场的计算值可以从所述测量值中减去已计算旋转角度 的值。更精确的旋转角度的计算因此实现。
[0015] 为了更好地理解本发明，通过【附图说明】若干示例性实施例。本发明并局限于这些 示例性实施例，一示例性实施例的方面可以与另外示例性实施例的其它方面结合。
【附图说明】
[0016] 图1示出了设备的概视图；
[0017] 图2示出了具有四极永磁铁中的磁场线的设备的平面图；
[0018] 图3示出了具有六极磁铁的设备的平面图；
[0019] 图4不出了具有两个垂直霍尔传感器40a和40b的设备10的视图；
[0020] 图5示出了漏磁场的计算；
[0021] 图6示出了所述方法的步骤。
【具体实施方式】
[0022] 图1示出了用于确定传感器附近的漏磁场的设备10的概视图。设备10具有附接 在车轴端部60上的磁盘状永磁铁60。所述车轴围绕旋转轴70旋转，并且设备10可以测量 所述车轴的旋转角度15。
[0023] -半导体衬底35,两对垂直霍尔传感器40a和40b与永磁铁的旋转车轴等距离地 布置。所述霍尔传感器40a、40b测量所述磁场的X和/或Y分量，并且整体集成在半导体 衬底35内。这些垂直的霍尔传感器40a和40b在图2中更详细地示出并在随后参考图2 进行详细描述。圆形路径50设置在永磁铁60下方的芯片平面30。所述车轴的旋转轴70 平行于Z方向，穿过圆形路径50的圆心55延伸，并大致正交于芯片平面30布置，因此也正 交于半导体衬底35的表面。微处理器20与霍尔传感器40a和40b连接，并接