传感器装置、用于位置检测的方法和用于传感器装置的磁元件的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种传感器装置(100)，其带有至少一个传感器元件(120)，尤其是霍尔传感器元件，和至少一个能相对于该感器元件(120)运动的磁元件(110)，该磁元件具有两个以上的不同地磁化的区域(310)。在此，传感器元件(120)构造用于输出传感器信号(350)，该传感器信号通过至少三个预先限定的传感器信号值中的一个来表现出关于磁元件(110)处于传感器元件(120)测量范围(360)内的区域的磁化的状态。
【专利说明】传感器装置、用于位置检测的方法和用于传感器装置的磁元件
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种传感器装置，一种用于检测磁元件相对于传感器元件的位置的方法和一种用于根据主权利要求的这种的传感器装置的磁元件。
【背景技术】
[0002]当前，在一些针对选挡开关的应用中使用了磁板，该磁板通过选择杆进行运动，并且它的位置通过霍尔传感器进行检测，如例如在图1中以切换杆传感器系统100为例所示，为了对切换杆位置进行评估，切换杆传感器系统具有磁板110，该磁板的有磁性的区域由多个尤其是设计为霍尔传感器的传感器120读取。在此，霍尔传感器120和接在其后方的评估逻辑电路将磁场的其中一个方向识别为“1”，而将另一个方向识别为“0”，因此，每个传感器都可以输出两个值(也就是说作为二进制传感器工作)，并且这两个值“O”和“I”在编码理论中被称为字母表(Alphabet)。对现有的产品，如例如对在图1中以总览图和细节图体现的布置的示例性地分析指出，现在可以利用四个传感器表示24 = 16种不同的作为4位元(bit)字的状态。但是，为了表示不同的切换杆位置，只需要6个代码字(即:P R ND+- ；P =停车，R =倒档，N =空档位置，D =前进=切换杆的行车位置，+ =用于引起向高档切换的切换位置，_=用于引起向低档切换的切换位置)，因此，理论上在这里用三个传感器也就足够了。
[0003]为了识别单个的位元错差，需要这些代码字的具体的特性，这些特性尤其是可以经由汉明(Hamming)距离测量。如果例如需要最小的汉明距离是二，那么每个用于输出的代码字就应当以至少两个字符同其他有效的代码字区分开来。如果运用到图1的示例中，那就可以要求最小的汉明距离是三。然而，在16种可能的代码字的情况下，找到满足这个条件的代码字分别不能超过两个。但是，因为为了对P、R、N、D、+、_进行输出需要六个代码字，所以示出的传感器组无法输出具有汉明距离> 3的选挡。如果要求降低到最小汉明距离为2，就能够将多达八种不同的代码字进行组合。图2中的表格示出了两种可能的解决方案A或B，在其中，每个代码字相对于其他代码字的每一个在它的(代码)模式I至8中至少具有为二的汉明距离。
[0004]EP I 003 186 Al公开了一种方法、一种选择开关和一种选择机构以用于对选择开关所处的位置进行可靠地识别。
【发明内容】
[0005]在此背景下，本发明提供了一种改进的传感器装置、一种改进的用于检测磁元件相对于传感器元件的位置的方法和一种改进的用于根据主权利要求的传感器装置的磁元件。有利的设计方案由从属权利要求和接下来的说明中得出。
[0006]本发明提供了一种传感器装置，其带有至少一个传感器元件，尤其是霍尔传感器元件和至少一个能相对于传感器元件运动的磁元件，该磁元件具有两个以上的不同地磁化的区域，其特征在于，所述传感器元件构造用于输出传感器信号，该传感器信号通过至少三个预先限定的传感器信号值中的一个来表现出关于磁元件处于传感器元件测量范围内的区域的磁化的状态。
[0007]此外，本发明还提供了一种用于检测磁元件相对于传感器元件的位置的方法，其中，该方法应用了前述的传感器装置，其特征具有如下步骤:
[0008]-输出传感器信号，该传感器信号通过至少三个预先限定的传感器信号值中的一个来表现出关于磁元件处于传感器元件测量范围内的区域的磁化的状态。
[0009]此外，本发明还提供了 一种用于传感器装置的磁元件，其中，该磁元件包括两个以上的磁化的区域和至少一个邻接于至少两个磁化的区域的未磁化的和/或抗磁的区域。优选地，未磁化的区域和/或抗磁的区域更优选地至少邻接于两个相同的磁化的区域之间和/或两个不同地磁化的区域之间地布置。
[0010]传感器元件尤其可以理解为构造用于检测磁性大小的传感器。例如该传感器元件可以是霍尔传感器。磁元件可以理解为具有不同地磁化的区域的元件。例如，该磁元件可以是盘体，在该盘体的主体中包含有不同地磁化的区域。备选地，磁元件也可以具有板式载体，在其上紧固有单个的磁体。但是，磁元件应当相对于传感器元件运动，以便能够检测到磁元件(其例如与车辆变速器的切换杆连接)相对于传感器元件的位置变化。传感器信号可以理解为传感器元件的输出信号，该输出信号具有关于磁元件处于传感器元件测量范围内的区域的磁化的状态的信息。就关于磁化的状态而言可以理解为磁元件的位于传感器元件的测量范围内的区域存在有磁化(尤其是存在有磁场的定向)或者不存在磁化。预先限定的传感器信号值可以理解为预先限定数量的传感器信号值中的一个值。尤其地，这些传感器信号值可以设定至少三个离散的值，该离散的值例如表现出在磁元件的在传感器元件的测量范围内的区域内，在第一方向上、在不同于第一方向的第二方向上存在有磁场或者不存在有磁场。
[0011]本发明基于以下认识，即，通过应用具有选自至少三个传感器信号值的信号值的传感器信号能够非常精准地表明关于磁元件处于传感器元件测量范围内的区域的磁化的状态。尤其是据此能够利用单个的传感器给出关于磁元件在传感器元件的测量范围内的具体状态的详细的结论。相对于现有技术中的应用具有二进制的传感器信号值的传感器的解决方案，能够有利地通过添加另一尤其是表现出磁元件在传感器的测量范围内存在或不存在磁化的传感器信号，在仅较少的附加成本的情况下实现对测量准确性的提高。附加地，还可以改进对这类传感器信号的评估，这是因为相比应用具有二进制的输出值的传感器的情况，例如在将多个这种传感器装置的传感器信号组合成传感器信号字的情况下，在单个传感器信号字之间能够实现更大的汉明距离。
[0012]本发明的如下实施方式是特别有利的，在该实施方式中，传感器元件构造用于当在关于磁元件处于传感器元件前方的区域的磁化的状态下没有磁通量作用于传感器元件时，提供预先限定的传感器信号值作为传感器信号。本发明的这类实施方式具有在传感器信号中提供附加信息的优点，该附加信息表明磁元件在传感器元件的测量范围内不存在磁化。相对于那些无法检测具有错误的磁化的状态的传统方案，以这种方式能够检测出关于磁元件在传感器元件测量范围内的磁化的状态的详细信息。
[0013]根据本发明的另一种实施方式，传感器元件也可以构造用于提供具有如下传感器信号值的传感器信号，从该传感器信号值中能够识别出磁元件的处于传感器元件的测量范围内的区域上的磁场定向，但是无法识别出磁元件的处于传感器元件的测量范围内的区域上的磁场强度。本发明的这类实施方式的优点在于，仅将检测到的磁场的符号认为是有关的，由此减少了可能的传感器信号值的数量，从而简化了对这些传感器信号的处理工作。
[0014]为了获得关于磁元件相对于传感器元件的相对位置的尽可能具有说服力的信息，传感器装置可以具有至少一个另一传感器元件，尤其是另一霍尔传感器，其中，该另一传感器元件构造用于输出另一传感器信号，该另一传感器信号通过至少三个预先限定的传感器信号值中的一个来表现出关于磁元件处于传感器元件测量范围内的区域的磁化的状态。以这种方式能够从传感器信号和另一传感器信号的信号值中查出传感器信号代码字，相比单独地包含在单个的传感器元件的传感器信号值中的信息，该传感器信号代码字提供了关于磁元件相对于传感器元件的相对位置的更为可靠地结论。
[0015]此外，本发明的另一种实施方式也是特别有利的，在该另一种实施方式中，设置了信号输出单元，其构造用于将传感器元件的传感器信号的传感器信号值至少与至少一个另一传感器兀件的另一传感器信号的传感器信号值结合成传感器信号字，其中，传感器输出单元还构造用于为磁元件在传感器元件和另一传感器元件前方时的不同的相对位置输出传感器信号字，它们具有至少等于二的汉明距离，尤其是至少等于三的汉明距离。本发明的这类实施方式的优点在于，能够提高各个传感器信号字的可区分性。
[0016]为了能够使在传感器元件的测量范围内的磁场的磁化的状态具有更好的可区分性，可以特别地对磁元件进行构造。尤其地，磁元件可以根据本发明的实施方式在两个磁化的区域之间具有至少一个开口和/或凹部，尤其其中，该开口和/或凹部表现出关于磁元件在其内不存在磁化的区域的磁化的状态。相对于现有技术中的方案，通过设置开口和/或凹部能够确保磁元件的在两个不同地或者相同地磁化的区域之间有特别好的并且容易的待识别的过渡。
[0017]如果在开口和/或凹部内布置抗磁的材料，尤其是铜，那么根据本发明的实施方式就能够实现磁元件的在两个不同地或者相同地磁化的区域之间的可区分性的进一步的改进。布置这样的抗磁的材料能够将在具有抗磁的材料的区域内的磁场线“挤出去”。因此，在抗磁的材料布置在传感器元件的测量范围内的状况下，存在有磁元件的具有未磁化的状态的区域可以更好地且更明确地识别出来。
[0018]为了能够制造出特别简单的磁元件，磁元件可以具有多个分元件，其中，设置有至少一个部分平坦的载体元件，在其上布置了有磁性的分元件。至少部分平坦的载体元件例如可以是板式载体，各个有磁性的分元件施加或者引入到该板式载体上。在此，有磁性的分元件可以例如是永磁体，它们粘贴到平坦的载体元件上或者作为独立的元件插入到该平坦的载体元件内，并且利用载体元件夹紧或者以其他的方式不可运动地连接。
[0019]根据本发明的有利的实施方式，可以设置传感器检查单元，其构造用于改变穿过传感器元件的电流的方向，并且在改变穿过传感器元件的电流之后检测的传感器信号的传感器信号值的基础上识别出传感器元件的正确的功能。本发明的这类实施方式优点在于，传感器装置能够实现独立的内部的功能检查，从而能够以低成本地识别并且迅速地更换工作有故障的传感器装置。
[0020]特别有利的是，本发明可以与查出用于车辆的选挡的切换杆的切换位置相结合。因此，根据本发明的特别的实施方式，可以尤其为机动车设置换挡机构，在该换挡机构中应用了传感器装置，如前面在变型方案中所述，其中，该传感器装置构造用于检测切换杆，尤其是换挡杆的位置。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]借助附图示例性地对本发明进行详细地阐述。其中:
[0022]图1示出应用根据现有技术的传感器装置的示例；
[0023]图2示出表格，其示出了由4个具有汉明距离为2的传感器信号值组成的代码字的二进制的切换特性。
[0024]图3示出作为传感器装置的本发明的实施例的框图；
[0025]图4A示出根据本发明的实施例的磁元件的示意性的俯视图；
[0026]图4B示出表格，其示出了在由图4A所示的实施例的可产生四个的传感器信号值组成的代码字的基础上的三进制的切换特性；
[0027]图5A示出用于阐明通过外部的磁场形成霍尔电压的第一原理简图；
[0028]图5B示出用于阐明通过外部的磁场形成霍尔电压的第二原理简图；
[0029]图6示出表格，其体现了在应用三进制的传感器的情况下，针对汉明距离hmin = 3的模式示例；
[0030]图7示出表格，在该表格中反映了在传感器类型不同的情况下，不同的代码字的利用率的对比情况；
[0031]图8示出表格，在其中表示出在将二进制传感器改造成三进制传感器的情况下能够节省的传感器的数量；
[0032]图9示出作为方法的本发明的实施例的流程图。
[0033]在下面的对本发明的优选实施例的描述中，对于在不同的附图中图示出的并且作用类似的元件应用相同的或者类似的附图标记，其中，放弃了对这些元件的重复描述。
【具体实施方式】
[0034]在图3中图示出了作为传感器装置100的本发明的实施例的框图。传感器装置100例如布置在自动变速器的选挡杆300上,并且包括至少一个磁元件110，在该磁元件上存在有不同地磁化的区域310。这些磁性不同的区域例如可以由永磁体315构成，永磁体嵌入到磁元件110中或者粘贴在磁元件110上。此外，也可以在磁元件110中引入孔320和/或凹部330 (也就是在磁元件110的板式载体内的留空部)。备选地或附加地，可以在这些孔320和/或凹部330内引入抗磁元件340，以便实现磁场向磁元件110的没有填充抗磁元件340的区域的集中，此外，传感器装置100还包括至少一个传感器元件120，在本发明中是四个传感器元件120，它们分别构造用于输出传感器信号350，传感器信号通过至少三个预先限定的传感器信号值中的一个来表现出关于磁兀件110处于传感器兀件120测量范围360内的区域的磁化的状态。在此，磁元件110以能相对于传感器元件120地围绕转动点345运动的方式布置，并且相对于选挡开关300不可运动地布置，以便在选挡开关300运动之后能够通过传感器元件120检测出磁元件110的位置，并且因此检测出选挡开关300的位置。传感器信号350在传感器输出单兀370中结合成作为输出信号380的代码字,如在下面会详细地表示。附加地，传感器装置Iio还可以具有检查单元390，其构造用于例如按照下面的描述来测试传感器元件的功能作用。
[0035]在图4A中示出了根据本发明的实施例的磁元件110的示意性的俯视图。在图4B中图示出了能配属于这个优选的实施例的切换特性的表格。在这里，磁元件110例如可以应用在如前述的传感器装置100那样的传感器装置中。磁元件110由呈矩形的磁板构成，该磁板能够平行于至少一个方向(在图4A中所示的箭头方向)地往复运动。磁场板110包括多个磁化的区域310和未磁化的区域320、330、340。磁化的区域310包括不同地磁化的区域或者说极性不同地磁化的区域。在图4A中所示的磁化的和未磁化的区域的布置以及具有极性不同地磁化的区域只是示例性地选用并且也能够布置在其他地方。详细地，磁板110在示例性地示出的实施方式中包括多个有磁性的北极，它们由图4A中的画单一阴影线的区块表示。此外，磁板110还包括表示有磁性的南极的多个画双重阴影线的区块。未画阴影线的区块对应于未磁化的区域，这些未磁化的区域在这个优选的实施方式中示例性地通过由孔320、凹部330和抗磁的材料340组成的组合来实现。磁板110原则上可以包括未磁化的区域，这些未磁化的区域可以只由孔320、凹部330或者抗磁的材料构造或者由它们组成的任意一种组合来构造。在这个优选的实施例中，未磁化的区域导致传感器信号状态为“0”，有磁性的北极导致传感器信号状态为“ I ”，而有磁性的南极导致传感器信号为“2”。关于能相应地产生的传感器信号状态在下面尤其参照图5至5B详细地说明。
[0036]从与前述的配属关系相结合的在图4A中所示的磁化的和未磁化的区域的模板或者说布置中得出在图4B中示出的表格，其具有相应地配属的切换模板。该切换模板通过磁板110与多个传感器元件120 (在这里是与四个三进制的传感器元件120)的协同作用地产生。在此，磁板110与三进制的传感器元件120如此地协同作用，使得磁板110能相对于传感器元件120运动，其中，磁板110能够起发信号作用地越过传感器元件120，或者可由这些传感器元件进行起发信号作用地越过，其中，传感器元件120在越过状态下输出传感器信号，该传感器信号通过至少三个预先限定的传感器信号值中的一个来表现出关于磁板110处于传感器元件120测量范围内的区域的磁化的状态。这些传感器信号在传感器输出单元中结合成如在图4B中所示的作为输出信号的代码字。
[0037]至今所公知的解决方案在于，通过以下方式提高汉明距离，S卩，应用多个传感器，例如不只用四个而是七个传感器。本发明提出的方案介绍了一种备选的解决方案，它以霍尔效应和霍尔传感器的最小化结构为基础。为此，首先要概略地叙述霍尔传感器的工作原理。
[0038]图5以两个分图5A和5B示出了霍尔效应的基本原理。通过电子流e形成霍尔电压，该电子流通过磁场来生成，而该磁场横向于外加电流I的流动方向地构建。在图5A中的磁场反向于图5B中的磁场地定向。电压的前置符号依赖于磁场和电流的方向。如果图5所示的示例性地示出的布置中在构造上预先规定出电流方向，那么就留下了磁场B这个唯一的变量，以便当图5所示的布置安装在用于检测选挡杆的位置的传感器中时能探测出挡杆(如图1所示)的位置。磁场方向在构造上通过选择在磁板上的磁性区来实现。
[0039]因此，原则上可以利用霍尔传感器输出三种状态，该霍尔传感器的模拟信号(这里示例性地利用符号函数Sgn(X)来说明)进行数字转换。例如在霍尔电SUHall>0的情况下，可以获得值Sgn(Ullall) = +1，它表示，磁体在霍尔传感器上指向一个方向，从而该脆弱的电压是正的，并且接近正的最大霍尔电压。在检测出霍尔电压uHall ^ O的情况下，获得UHall=O的前置符号，这可以解释为没有磁体靠近霍尔传感器，也就是实际上没有可用的磁通量和霍尔电压。由于磁板的杂散磁场、环境影响和地球磁场，同样可以将小的值确立为uHall=O。对于测出UHall〈0的情况，利用Sgn(Ullall) = -1来确立Ullall的前置符号，这可以这样地解释，即，磁体在霍尔传感器上相对于先前所述的取向朝向另一个方向地定向。电压在这种情况下是负的，并且接近负的最大霍尔电压。这样的具有三种状态的(霍尔)传感器也可以称为三进制传感器。
[0040]现在，将对现有技术的多个修改建议方案作为下面要详细描述的方案的基础。例如，霍尔传感器可以以它的“自然的”功能进行运行，在该功能下，它经由电压的前置符号体现磁场的方向。此外，信号处理可以在确认出用于霍尔电压的电压范围之后将霍尔电压转换为00 (无磁场)、01 (流动方向A)、10 (与A相反的流动方向)和可选的11 (传感器报告故障状态)。此外，磁板(如它例如在图1或图3中所示)也可以在生产期间或之后进行打孔，以便能够与霍尔传感器相结合地表示出状态00。现在，该切换方式的特别的优点在于，利用相同数量的传感器能够产生更大的汉明距离。
[0041]作为本文介绍的方案的在技术上的优点在于，可以首先在技术上实现非常简单的对切换杆位置的评估。为此，可以利用每个传感器有两种状态来实现总计16种代码字。如果按切换位置需要两个以上的不同的代码字，即例如对于六个位置P、R、N、D、+和-来说需要六种代码字，那么开发方案应该限制汉明距离等于二。图2的表格示出，对于四个传感器有两链的代码，每链 代码分别具有八种代码字，它们相互之间的汉明距离至少等于二。
[0042]如果通过这个建议方案的三进制霍尔传感器取代二进制的霍尔传感器，则可以根据前述的方案在应用符号函数的情况下借助如下置换法表示出电压的前置符号:
[0043]bi = sgn (Uhall)+1
[0044]其中
[0045]bj =第i位元的值(不带单位)
[0046]Uhall =测得的以伏特为单位的霍尔电压；
[0047]也就是说，代码字的字母表从传感器状态_1、0、1转换成0、1、2，以便在电路的设计阶段简化传感器状态的换算和表示。
[0048]因此，利用四个“位元”(也就是说实际上更确切地说是代码字的数位)，其中，每个位元能够(对应于三进制传感器的信号)设定三种状态，可以构成34 = 81个代码字，也就是超过仅具有两种状态时的五倍以上。在换算可能的汉明链时显示出，利用四个传感器并且按三个状态得到72个不同的链，它们的汉明距离等于3，如在图2的表格中所示，一个二进制的传感器仅能够提供两条链。
[0049]图6的表格示出了在应用三进制的传感器时的模式示例的情况下的具有汉明距离hmin = 3的汉明链。尤其地，该示例示出了汉明链0000 - 0111 - 0222 - 1012 - 1120 -1201 - 2021 - 2102-2210，其中，每个代码字与每个另外的代码字都刚好具有为三的汉明距离:
[0050]图7表格示出了一种比较，该表格显示了三进制的传感器(也就是说提供三个状态0/1/2)相对于二进制的传感器(也就是说提供两个状态0/1)的若干可能性，其中，在第一列中体现了传感器的数量A，在第二列中体现了最低要求的汉明距离Clmin，在第三列中体现了针对二进制传感器情况下的链长Kb和数量Ab，并且在第四列中体现了针对三进制传感器情况下的链长Kt和数量At。因此，图7的表格示出了在传感器类型不同的情况下利用率的对比情况。链长越大，就越能够为一个代码字分配更多不同的切换命令(P、R、N、D、+、_及其它)，并且同时实现要求的且有利的最小汉明距离。
[0051]备选地，图7的表格也观察到，如何能够在传感器系统的功效相同的情况下减少传感器的数量。因为相比每个传感器只具有两种状态的传感器系统，每个传感器具有三种状态的传感器系统提供了更多种不同的代码字，所以在功能相同和对于安全性和可用性的用处不变的情况下能够减少传感器的数量。
[0052]根据以下等式换算出减少的量:
[0053]k > η.ln2/ln3
[0054]其中
[0055]k =所需要的三进制传感器的数量(具有三种状态)并且
[0056]η =可用的二进制传感器的数量(具有两种状态)
[0057]在图8的表格中图示出了如下结果，其结果是在将二进制改造成三进制的传感器情况下能够节省的传感器的数量，其中，在上面的行内标有用于具有二进制信号2η的老的布局的传感器，而在下面的行内引入了在应用新的布局时要求的传感器的数量，也就是说具有每个传感器值3k种不同状态的传感器的数量，这些传感器是必需的，以便获得如下代码字范围，该代码字范围相当于在应用二进制传感器时的代码字范围。
[0058]在这里提出的方案的另一个在技术上的优点在于改进诊断的可行性。另一个经常提到的要求是对系统进行持续的诊断。在具有三种状态的传感器中实施诊断的另一种可能性:如果在霍尔传感器上方有一个磁极(“北磁性的”或“南磁性的”)，就能够以如下方式对传感器进行检查，即，断开在构造上预先规定的电流方向I (例如在图5的分图中可识别的)以用于进行诊断，而此外反之亦然。正常工作的传感器遵循如下方式，即，首先霍尔电压消失，然后以相反前置符号再次施加在传感器上。针对在逆转电流的情况下无法观察到这种感应结果特性(Sensorergebnisverhalten)的这一状况,就可以推断出，相关的传感器有故障。
[0059]一种特别的磁板可以被视为另一个在技术上的优点，该磁板可以用于辅助本文介绍的方案的功能。如例如图1和4A所示，这个磁板可以例如通过钻孔与定位在该钻孔前方的霍尔传感器相结合地表示出无磁场的状态“00”，为了构建出特别紧凑的磁板或者为了实现在有磁性的和无磁性的区域之间的特别灵敏的过渡，在板中的孔可以装备抗磁的插件(μr<1,例如铜)。备选地，磁板可以由单个的块或者磁体拼装在一起，它们其自身安置在板式载体上。当传感器仅安装在一侧上时，如果应用连续的片板以用于大面积地粘贴有磁性的块，则这种布置没有缺点。
[0060]实施本文介绍的方案能带来一系列的优点。一方面能够对现有的传感器系统进行结构上的改造，其中，可以用三进制传感器取代二进制传感器，并且可以与具有三种状态“有北磁性的” “有南磁性的”和“无磁性的”磁板组合。由此在传感器数量相同情况下得到一种利用价值，这是因为在权衡感应结果的评估可靠性对于感应结果的可用性的目标冲突下，要生产制造的传感器系统应最好按照客户的要求量身定制，通过该方法要么达到更高的安全等级(SIL/ASIL)，要么提高可用性。作为另一个利用价值在于，在对现有的解决方案进行改造时，不要求改变封装(也就是说传感器在传感器壳体内的布置)，并且在只需低廉的匹配成本的情况下就能够继续使用许多部件。备选地，在安全性/可用性相同的情况下能够节省传感器。
[0061]此外，本方案还有在诊断方面的优点，这是因为存在另一种可形性，即对应传感器的正确的功能能够对该传感器进行即刻检查。
[0062]相对于特别的磁板可以发现，将单个的磁体或者磁片的块拼接到板式载体上能够改进在对磁板进行结构设计时的自由度(也就是说各个磁极的布置和大小)，并且降低在生产磁板时的成本和流程时间。
[0063]图9示出了本发明的实施例的流程图作为用于检测磁元件相对于传感器元件的位置的方法800，其中，方法800应用了对应于前述实施例的传感器装置。方法800包括输出810传感器信号的步骤，该传感器信号通过至少三个预先限定的传感器信号值中的一个来表现出关于磁元件处于传感器元件测量范围内的区域的磁化的状态。
[0064]概括地，在下面要再次列出本文介绍的方案的最重要的特征。首先，提出了应用一个或者多个三进制传感器以用于检测切换杆位置。在此，尤其用于机动车的换挡机构具有有磁性的装置，该装置带有一个或多个可以具有磁化的区域，并且具有传感器，该传感器能够识别出可用的磁化并且确定磁化的方向。在此有利地，磁板可以从一侧将两个可能的状态，即“有北磁性的”和“有南磁性的”中的至少一个与状态“未磁化”联合成组合。同时，可以在磁板内通过孔实现未磁化的区域。为了检查这样的传感器的正确的功能可以设置一种装置，其能够通过逆转在霍尔传感器中的电流方向检查霍尔传感器的功能。
[0065]根据本发明的另一观点设置了一种磁板，其针对单侧安装的传感器具有三种状态，即“有北磁性的”状态、“有南磁性的”状态和“孔”状态(也就是说在这种状态下传感器无法检测到磁场)。在特别的形式下，磁板可以在孔内包含抗磁的插件，以便屏蔽有磁性的区域，使得它们的杂散磁场从未磁化区中减弱或者被挤出去。备选地或者附加地，磁板不可以由一整块组成，而是它的组成部分，尤其是经变形的金属片通过载体粘在一起，或者固定在该载体上，其中，无磁性的区域可以实现为载体的孔。在这种状况下，磁板也可以在孔内或者说在磁板的各个有磁性的组成部分之间的中间空间内设有抗磁的插件。
[0066]所描述的和在附图中所示的实施例也只是示例性地选用而已。不同的实施例能够完全地或者相对于单个的特征彼此组合。实施例也可以通过另一实施例的特征进行补充。
[0067]此外，根据本发明的方法步骤可以重复地以及以不同于所述顺序的另一种顺序来实施。
[0068]如果实施例在第一特征和第二特征之间包括“和/或”作为连接词，那么这就可以如此理解，即，该实施例根据实施方式不仅具有第一特征而且也具有第二特征，并且根据另一实施方式要么只具有第一特征要么只具有第二特征。
[0069]附图标记列表
[0070]100传感器装置
[0071]110磁板、磁元件
[0072]120传感器元件
[0073]300选挡开关、选择杆[0074]310磁元件的有磁化的区域
[0075]315永磁体
[0076]320 孔
[0077]330 凹部
[0078]340抗磁的材料
[0079]345转动点
[0080]350传感器信号、传感器信号线路
[0081]360测量范围
[0082]370输出单元
[0083]380代码字、输出信号
[0084]390检查单元
[0085]800用于检测磁元件相对于传感器元件的位置的方法
[0086]810输出的步骤
[0087]Uh霍尔电压
[0088]B 磁场
[0089]e电子流
[0090]I 电流
【权利要求】
1.一种传感器装置(100)，其带有至少一个传感器元件(120)，尤其是霍尔传感器元件，和至少一个能相对于所述传感器元件(120)运动的磁元件(110)，所述磁元件具有两个以上的不同地磁化的区域(310)，其特征在于，所述传感器元件(120)构造用于输出传感器信号(350)，所述传感器信号通过至少三个预先限定的传感器信号值中的一个来表现出关于所述磁元件(110)处于所述传感器元件(120)测量范围(360)内的区域的磁化的状态。
2.根据权利要求1所述的传感器装置(100)，其特征在于，所述传感器元件(120)构造用于当在关于所述磁元件(110)处于所述传感器元件(120)测量范围(360)内的区域的磁化的状态下没有磁通量(B)作用于所述传感器元件(120)时，提供预先限定的传感器信号值作为传感器信号(350)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置(100)，其特征在于，所述传感器元件(120)构造用于提供具有如下传感器信号值的传感器信号(350)，从所述传感器信号值中能识别出所述磁元件(110)处于所述传感器元件(120)测量范围(360)内的区域上的磁场⑶的定向，但是无法识别出所述磁元件(110)处于所述传感器元件(120)测量范围(360)内的区域上的磁场(B)的强度。
4.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置(100)，其特征在于，所述传感器装置(100)具有至少一个另一传感器元件(120)，尤其是另一霍尔传感器元件，其中，所述另一传感器元件(120)构造用于输出另一传感器信号(250)，所述另一传感器信号通过至少三个预先限定的传感 器信号值中的一个来表现出关于所述磁元件(110)处于所述另一传感器元件(120)测量范围(360)内的区域的磁化的状态。
5.根据权利要求4所述的传感器装置(100)，其特征在于具有信号输出单元(370)，所述信号输出单元构造用于将所述传感器元件(120)的传感器信号(350)的传感器信号值至少与所述至少一个另一传感器元件(120)的另一传感器信号(350)的传感器信号值结合成传感器信号字(380)，其中，所述传感器输出单元(370)还构造用于为所述磁元件(110)相对于所述传感器元件(120)和所述另一传感器元件(120)的不同的相对位置输出传感器信号字(380)，这些传感器信号字具有至少等于二的汉明距离，尤其是至少等于三的汉明距离。
6.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置(100)，其特征在于，所述磁元件(110)在两个磁化的区域(310)之间具有至少一个开口(320)和/或凹部(330)，尤其其中，所述开口(320)和/或所述凹部(330)表现出关于所述磁元件(110)的其内不存在磁化的区域的磁化的状态。
7.根据权利要求6所述的传感器装置(100)，其特征在于，在所述开口(320)和/或所述凹部(330)内布置有抗磁的材料(340)，尤其是铜。
8.根据权利要求6或7中任一项所述的传感器装置(100)，其特征在于，所述磁元件(110)具有多个分元件(310、340)，其中，设置了至少一个部分平坦的载体元件，在所述载体元件上布置有磁性的所述分元件(315)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置(100)，其特征在于具有传感器检查单元(390)，所述传感器检查单元构造用于改变穿过所述传感器元件(120)的电流(I)的方向，并且在改变穿过所述传感器元件(120)的电流(I)之后检测的传感器信号(350)的传感器信号值的基础上识别出所述传感器元件(120)的正确的功能。
10.一种尤其是用于机动车的换挡机构，其特征在于具有根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置(100)，其中，所述传感器装置(100)构造用于检测切换杆的、尤其是换挡杆(300)的位置。
11.一种用于检测磁元件相对于传感器元件的位置的方法(800)，其中，所述方法应用了根据权利要求1至10中任一项所述的传感器装置，其特征具有如下步骤: -输出(810)传感器信号，该传感器信号通过至少三个预先限定的传感器信号值中的一个来表现出关于磁元件处于传感器元件测量范围内的区域的磁化的状态。
12.一种用于传感器装置(100)的磁元件(110)，其具有两个以上的磁化的区域(310)，其特征在于，所述磁元件(110)包括至少一个邻接于至少两个磁化的区域(310)的未磁化的区域(320 ；330)和/或抗磁的区域(340)。
13.根据权利要求12所述的磁元件(110)，其特征在于，所述未磁化的区域(320;330)具有至少一个开口(320)和/或凹部(330)。
14.根据权利要求12或13 所述的磁元件(110)，其特征在于，所述抗磁的区域具有利用所述磁元件(110)构造的或者布置在所述磁元件(110)上的抗磁的材料(340)。
15.根据权利要求13和14所述的磁元件(110)，其特征在于，所述抗磁的材料(340)布置在所述开口(320)和/或凹部(330)内。
【文档编号】G01D5/14GK103988053SQ201280061927
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2012年11月15日 优先权日:2011年12月13日
【发明者】拉尔夫·普法伊费尔, 安德烈亚斯·波伊克特 申请人:Zf腓德烈斯哈芬股份公司