Title:
Axiale Magnetfeld-Winkelsensoren, Systeme und Verfahren
Kind Code:
A1


Abstract:

Ausführungsformen beziehen sich auf Magnetfeldsensoren, wie Magnetfeld-Winkelsensoren, mit allgemein axialen Anordnungen von Sensorelementen relativ zu einer Drehachse eines Magneten oder einer Welle. Die Welle umfasst in Ausführungsformen einen oder ist gekoppelt mit einem Endabschnitt, der ein Weichmagnetmaterial umfasst, wobei der Endabschnitt eine Endfläche in der Nähe des Sensors aufweist, die in Bezug auf die durch die Länge der Welle verlaufende Drehachse rotationsasymmetrisch ist. Der Sensor umfasst wenigstens drei Magnetfeld-Sensorelemente, die in einer Ebene allgemein rechtwinklig zur Welle und Drehachse angeordnet ist. Eine Schaltungsanordnung, die einen Teil des Sensors bildet oder mit diesem gekoppelt ist, ist ausgelegt, eine Drehposition der Welle durch ein Kombinieren von Signalen der wenigstens drei Magnetfeld-Sensorelemente zu schätzen.




Inventors:
Ausserlechner, Udo (Villach, AT)
Application Number:
DE102014116842A
Publication Date:
06/25/2015
Filing Date:
11/18/2014
Assignee:
Infineon Technologies AG, 85579 (DE)
International Classes:



Attorney, Agent or Firm:
Kraus & Weisert Patentanwälte PartGmbB, 80539, München, DE
Claims:
1. Magnetfeld-Winkelsensor-System, umfassend:
eine Welle, die um eine Drehachse drehbar ist;
einen Endabschnitt, der mit der Welle drehbar ist und in Bezug auf die Drehachse rotationsasymmetrisch ist;
einen Sensorchip, der in einem Abstand vom Endabschnitt bereitgestellt ist und eine erste Fläche umfasst, die im Wesentlichen rechtwinklig zur Drehachse ist;
wenigstens drei Magnetfeld-Sensorelemente, die in einem Abstand voneinander auf der ersten Fläche rund um eine Projektion der Drehachse auf die erste Fläche angeordnet sind;
eine Magnetfeldquelle; und
eine Schaltungsanordnung, die mit den wenigstens drei Magnetfeld-Sensorelementen gekoppelt und ausgelegt ist, eine Drehposition der Welle durch ein Kombinieren von Signalen der wenigstens drei Magnetfeld-Sensorelemente zu schätzen, wenn, im Betrieb, der Endabschnitt durch die Magnetfeldquelle magnetisiert wird und ein Magnetfeld ändert, das von den wenigstens drei Magnetfeld-Sensorelementen erfasst wird, wenn sich der Endabschnitt mit der Welle dreht.

2. Magnetfeld-Winkelsensor-System nach Anspruch 1, wobei die Magnetfeldquelle einen Permanentmagneten umfasst.

3. Magnetfeld-Winkelsensor-System nach Anspruch 2, wobei der Permanentmagnet eine Magnetisierung aufweist, die axial, radial oder eine Kombination von axial und radial ist.

4. Magnetfeld-Winkelsensor-System nach Anspruch 3, wobei der Permanentmagnet und die Magnetisierung in Bezug auf die Drehachse rotationssymmetrisch sind.

5. Magnetfeld-Winkelsensor-System nach einem der Ansprüche 1–4, wobei der Permanentmagnet eine Bohrung umfasst, und bei welchem ein Teil des Endabschnitts, und/oder der Sensorchip und/oder mindestens eines der wenigstens drei Magnetfeld-Sensorelemente innerhalb der Bohrung angeordnet ist.

6. Magnetfeld-Winkelsensor-System nach einem der Ansprüche 1–5, wobei der Endabschnitt einteilig mit der Welle ausgebildet oder mit der Welle gekoppelt ist.

7. Magnetfeld-Winkelsensor-System nach einem der Ansprüche 1–6, wobei eine Fläche des Endabschnitts, welche dem Sensorchip gegenüberliegt, nicht rechtwinklig zur Drehachse ist.

8. Magnetfeld-Winkelsensor-System nach einem der Ansprüche 1–7, wobei die wenigstens drei Magnetfeld-Sensorelemente Hall-Platten, vertikale Hall-Elemente, MAGFETs oder Magnetowiderstandselemente umfassen.

9. Magnetfeld-Winkelsensor-System nach einem der Ansprüche 1–8, wobei die wenigstens drei Magnetfeld-Sensorelemente in Winkelpositionen angeordnet sind, die in gleichem Abstand auf einem Auslesekreis konzentrisch zur Projektion der Drehachse auf der ersten Fläche des Sensorchips vorgesehen sind.

10. Magnetfeld-Winkelsensor-System nach einem der Ansprüche 1–9, wobei die Magnetfeldquelle ausgestaltet ist, sich mit der Welle zu drehen.

11. Magnetfeld-Winkelsensor-System nach einem der Ansprüche 1–10, wobei eine Distanz zwischen einem der wenigstens drei Magnetfeld-Sensorelemente und einem nächstliegenden Teil des Endabschnitts weniger als etwa 3 Millimeter beträgt.

12. Magnetfeld-Winkelsensor-System nach einem der Ansprüche 1–11, ferner umfassend eine Leiterplatte, bei welchem eines der Sensorchip und/oder die Magnetfeldquelle mit der Leitplatte gekoppelt ist.

13. Magnetfeld-Winkelsensor nach einem der Ansprüche 1–12, wobei die Schaltungsanordnung ausgestaltet ist, eine Drehposition der Welle durch ein Kombinieren von Signalen der wenigstens drei Magnetfeld-Sensorelemente zu schätzen, um einen rellen Teil Re{σn} und einen imaginären Teil Im{σn} eines komplexen Zeigers σn zu bestimmen, und um einen Winkel zwischen dem komplexen Zeiger und einer positiven reellen Achse zu bestimmen.

14. Magnetfeld-Winkelsensor nach einem der Ansprüche 1–13, bei welchem die Schaltungsanordnung ausgestaltet ist, einen transienten Winkelfehler zu schätzen und die geschätzte Drehposition der Welle auf der Basis des geschätzten transienten Winkelfehlers anzupassen.

15. Magnetfeld-Winkelsensor nach einem der Ansprüche 1–14, umfassend wenigstens vier Magnetfeld-Sensorelemente in Paaren in Bezug auf die Drehachse, wobei die Schaltungsanordnung ausgestaltet ist, Signale der Paare zu kombinieren.

16. Magnetfeld-Winkelsensor nach Anspruch 15, bei welchem die Paare zwei Magnetfeld-Sensorelemente umfassen, die in Bezug auf die Drehachse einander diametral entgegengesetzt angeordnet sind.

17. Magnetfeld-Winkelsensor nach Anspruch 15 oder 16, bei welchem die Paare umfassen: ein erstes Magnetfeld-Sensorelement, das auf einem ersten Auslesekreis, der konzentrisch zur Drehachse ist und einen ersten Radius aufweist, angeordnet ist, und ein zweites Magnetfeld-Sensorelement, das auf einem zweiten Auslesekreis, der konzentrisch zur Drehachse ist und einen zweiten Radius aufweist, der größer ist als der erste Radius, angeordnet ist.

18. Verfahren, umfassend:
Bereitstellen einer Welle, die um eine Drehachse drehbar ist;
Ändern eines Magnetfelds durch ein Magnetisieren eines nicht-rotationssymmetrischen Endabschnitts der Welle;
Erfassen des geänderten Magnetfelds durch wenigstens drei Magnetfeld-Sensorelemente, die in der Nähe des Endabschnitts auf einer Fläche im Wesentlichen rechtwinklig zur Drehachse angeordnet sind; und
Schätzen einer Winkelposition der Welle durch das Anwenden einer diskreten Fourier-Transformation auf erfasste Signale der wenigstens drei Magnetfeld-Sensorelemente.

19. Verfahren nach Anspruch 18, bei welchem die Winkelposition der Welle gleich einem Winkel zwischen einem komplexen Zeiger und einer positiven reellen Achse ist.

20. Magnetfeld-Winkelsensor-System, umfassend:
eine Welle, die um eine Drehachse drehbar ist;
einen Endabschnitt, der mit der Welle drehbar ist und in Bezug auf die Drehachse rotationsasymmetrisch ist;
einen zu dem Endabschnitt beabstandeten Sensorchip, der eine erste Fläche umfasst, die im Wesentlichen rechtwinklig zur Drehachse ist;
wenigstens drei Magnetfeld-Sensorelemente, die beabstandet zueinander auf der ersten Fläche rund um eine Projektion der Drehachse auf die erste Fläche angeordnet sind; und
eine Schaltungsanordnung, die mit den wenigstens drei Magnetfeld-Sensorelementen gekoppelt ist und ausgestaltet ist, eine Drehposition der Welle durch ein Kombinieren von Signalen der wenigstens drei Magnetfeld-Sensorelemente zu schätzen, wenn, im Betrieb, der Endabschnitt magnetisiert wird und ein Magnetfeld ändert, das von den wenigstens drei Magnetfeld-Sensorelementen erfasst wird, wenn sich der Endabschnitt mit der Welle dreht.

Description:
TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Magnetfeldsensoren, und insbesondere auf axiale Magnetfeld-Winkelsensoren, Systeme und Verfahren mit verschiedensten Anwendungen, einschließlich in bürstenlosen Gleichstrom-(GS-)motoren.

HINTERGRUND

Magnetfeldsensoren können verwendet werden, um einen Drehwinkel einer Welle oder eines anderen Objekts zu erfassen. Beispielsweise kann ein Magnet auf der Welle montiert sein, und ein Magnetfeldsensor kann in der Nähe des Magneten angeordnet sein, um ein Magnetfeld zu erfassen, das vom Magneten induziert wird, während er sich mit der Welle dreht. Wenn der Magnetfeldsensor nahe bei der oder angrenzend an die Welle montiert ist, d.h. außerhalb der Drehachse der Welle, wird der Sensor oft als „außeraxialer“ Magnetfeld-Winkelsensor bezeichnet. Außeraxiale Magnetfeld-Winkelsensoren werden oft implementiert, wenn das Ende der Welle als Ort für den Sensor nicht zur Verfügung steht oder es einfach keinen verfügbaren Raum auf der Welle gibt. Allgemein ist ein „axialer“ Magnetfeldsensor dann einer, bei dem der Sensor am oder nahe beim Ende der Welle, allgemein in Übereinstimmung mit oder auf der Drehachse, montiert ist. In einigen Ausführungsformen können axiale Magnetfeld-Winkelsensoren Gradiometer umfassen, so dass ein axialer Magnetfeld-Gradientensensor einen Gradienten des Magnetfelds auf der Drehachse misst. Der Gradient kann in einigen Anwendungen mit ausreichender Approximation gemessen werden, indem das Magnetfeld an Abtastpunkten nahe bei und auf gegenüberliegenden Seiten der Achse abgetastet und die Abtastwerte kombiniert werden, wie durch Subtraktion.

In vielen Anwendungen besteht eine allgemeine Präferenz, dass Magnetfeld-Winkelsensoren, egal ob außeraxial oder axial, kostengünstig sind, während sie auch in Bezug auf externe Magnetfelder und andere Störungen robust sind sowie gegenüber Montagetoleranzen unempfindlich sind. Eine besondere Anwendung für Magnetfeld-Winkelsensoren ist in bürstenlosen Gleichstrom(BLDC-)motoren zur Detektion der Wellenposition während der Drehung. BLDC-Motoren bieten eine herausfordernde Umgebung für Magnetfeldsensoren, da sie typischerweise starke sich drehende Magneten und Kupferwindungen umfassen, die große Ströme führen, wobei beide in der Zeit variierende Magnetfelder erzeugen. Diese Felder sind stark inhomogen, was es schwierig macht, ihre Effekte aus einem Winkelsensorsignal aufzuheben, und ihre Stärke kann schwer vorauszusagen sein. Auch die gesamte Sensorgröße ist eine Überlegung, um das Hinzufügen zusätzlicher Masse oder zusätzlichen Volumens für den BLDC-Motor zu vermeiden. Kleinere Sensoren vom Gradiometer-Typ können auch effizienter sein bei der Aufhebung von Magnetfeld-Hintergrundstörungen. Allgemein bestehen daher zahlreiche Nachteile im Zusammenhang mit herkömmlichen Magnetfeld-Winkelsensoren.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Anmeldung, Magnetfeld-Winkelsensor-Systeme und entsprechende Verfahren bereitzustellen, bei denen die obigen Nachteile zumindest teilweise beseitigt werden.

ZUSAMMENFASSUNG

Es werden ein Magnetfeld-Winkelsensor-System nach Anspruch 1 oder 20 sowie ein Verfahren nach Anspruch 18 bereitgestellt. Die Unteransprüche definieren weitere Ausführungsformen.

Ausführungsformen beziehen sich auf Magnetfeldsensoren, wie Magnetfeld-Winkelsensoren mit allgemein axialen Anordnungen von Sensorelementen relativ zu einer Drehachse eines Magneten oder einer Welle.

In einer Ausführungsform umfasst ein Magnetfeld-Winkelsensor-System: eine Welle, die rund um eine Drehachse drehbar ist; einen Endabschnitt, der mit der Welle drehbar ist und in Bezug auf die Drehachse rotationsasymmetrisch ist; einen Sensorchip, insbesondere Rohchip (“die“), der in einem Abstand vom Endabschnitt vorgesehen ist und eine erste Fläche umfasst, die im Wesentlichen rechtwinklig zur Drehachse ist; wenigstens drei Magnetfeld-Sensorelemente, die in einem Abstand voneinander auf der ersten Fläche rund um eine Projektion der Drehachse auf die erste Fläche angeordnet sind; eine Magnetfeldquelle; und eine Schaltungsanordnung, die mit den wenigstens drei Magnetfeld-Sensorelementen gekoppelt und ausgelegt ist, eine Drehposition der Welle durch ein Kombinieren von Signalen der wenigstens drei Magnetfeld-Sensorelemente zu schätzen, wenn, im Betrieb, der Endabschnitt durch die Magnetfeldquelle magnetisiert wird und ein Magnetfeld ändert, das von den wenigstens drei Magnetfeld-Sensorelementen erfasst wird, wenn sich der Endabschnitt mit der Welle dreht.

In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren: Vorsehen einer Welle, die rund um eine Drehachse drehbar ist; Ändern eines Magnetfelds durch einen nicht-rotationssymmetrischen Endabschnitt der Welle; Erfassen des geänderten Magnetfelds durch wenigstens drei Magnetfeld-Sensorelemente, die in der Nähe des Endabschnitts auf einer Fläche im Wesentlichen rechtwinklig zur Drehachse angeordnet sind; und Schätzen einer Winkelposition der Welle durch das Anwenden einer diskreten Fourier-Transformation auf erfasste Signale der wenigstens drei Magnetfeld-Sensorelemente.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung wird unter Berücksichtigung der folgenden detaillierten Beschreibung verschiedener Ausführungsformen in Verbindung mit den beigeschlossenen Zeichnungen besser verständlich, in denen:

1 eine seitliche Schnittansicht eines axialen Magnetfeld-Sensorsystems gemäß einer Ausführungsform ist;

2A eine Draufsicht eines Sensorchips und von Sensorelementen gemäß einer Ausführungsform ist;

2B eine Draufsicht eines Sensorchips und von Sensorelementen gemäß einer Ausführungsform ist;

2C eine Draufsicht eines Sensorchips und von Sensorelementen gemäß einer Ausführungsform ist;

2D eine Draufsicht eines Sensorchips und von Sensorelementen gemäß einer Ausführungsform ist;

3 eine seitliche Schnittansicht eines axialen Magnetfeld-Sensorsystems gemäß einer Ausführungsform ist;

4 eine seitliche Schnittansicht eines axialen Magnetfeld-Sensorsystems gemäß einer Ausführungsform ist;

5A eine seitliche Schnittansicht eines axialen Magnetfeld-Sensorsystems gemäß einer Ausführungsform ist;

5B eine seitliche Schnittansicht eines axialen Magnetfeld-Sensorsystems gemäß einer Ausführungsform ist;

5C eine seitliche Schnittansicht eines axialen Magnetfeld-Sensorsystems gemäß einer Ausführungsform ist;

5D eine Querschnittansicht der Welle von 5C ist;

5E eine seitliche Schnittansicht eines axialen Magnetfeld-Sensorsystems gemäß einer Ausführungsform ist;

6 eine seitliche Schnittansicht eines axialen Magnetfeld-Sensorsystems gemäß einer Ausführungsform ist;

7 eine halbtransparente Seitensicht einer Anordnung eines Ringmagneten, einer Welle und eines Sensorgehäuses gemäß einer Ausführungsform ist;

8 eine grafische Darstellung von Simulationsergebnissen für eine Ausführungsform ähnlich jener von 7 ist;

9A ein Konzeptblockbild eines eine Schaltungsanordnung umfassenden Sensorsystems gemäß einer Ausführungsform ist;

9B ein Konzeptblockbild eines mit einer Schaltungsanordnung gekoppelten Sensorsystems gemäß einer Ausführungsform ist;

10A ein Kurvenbild von Sensorelementsignalen an verschiedenen azimutalen Sensorelementpositionen gemäß einer Ausführungsform ist;

10B ein Kurvenbild von Sensorelementsignalen an verschiedenen azimutalen Sensorelementpositionen gemäß einer Ausführungsform ist;

10C ein Kurvenbild von Sensorelementsignalen an verschiedenen azimutalen Sensorelementpositionen gemäß einer Ausführungsform ist;

10D ein Kurvenbild von Sensorelementsignalen an verschiedenen azimutalen Sensorelementpositionen gemäß einer Ausführungsform ist;

10E ein Kurvenbild von Sensorelementsignalen an verschiedenen azimutalen Sensorelementpositionen gemäß einer Ausführungsform ist;

11 eine seitliche Schnittansicht eines axialen Magnetfeld-Sensorsystems gemäß einer Ausführungsform ist;

12 eine seitliche Schnittansicht eines axialen Magnetfeld-Sensorsystems gemäß einer Ausführungsform ist.

Obwohl verschiedene Modifikationen und alternative Formen der Erfindung möglich sind, werden spezifische Details davon als Beispiele in den Zeichnungen gezeigt und werden genau beschrieben. Es ist jedoch klar, dass die Erfindung die Erfindung nicht auf die bestimmten beschriebenen Ausführungsformen begrenzen soll. Im Gegensatz dazu soll die Erfindung alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen abdecken, die in den Grundgedanken und Umfang der Erfindung fallen, wie durch die beigeschlossenen Ansprüche definiert.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

Ausführungsformen beziehen sich auf Magnetfeldsensoren, wie Magnetfeld-Winkelsensoren mit allgemein axialen Anordnungen von Sensorelementen relativ zu einer Drehachse eines Magneten oder einer Welle. In einer Ausführungsform ist ein Magnetfeld-Winkelsensor in einer allgemein axialen Auslegung relativ zu einer drehbaren Welle und einem Magneten montiert. Die Welle umfasst einen oder ist gekoppelt mit einem Endabschnitt, der in Ausführungsformen ein Weichmagnetmaterial umfasst, wobei der Endabschnitt eine Endfläche in der Nähe des Sensors aufweist, die in Bezug auf die durch die Länge der Welle verlaufende Drehachse rotationsasymmetrisch ist. Der Sensor umfasst wenigstens drei Magnetfeld-Sensorelemente, die in einer Ebene allgemein rechtwinklig zur Welle und Drehachse angeordnet sind. Eine Schaltungsanordnung, die einen Teil des Sensors bildet oder mit diesem gekoppelt ist, ist ausgelegt, eine Drehposition der Welle durch ein Kombinieren der Signale der wenigstens drei Magnetfeld-Sensorelemente zu schätzen. So umfasst in Ausführungsformen der Sensor einen Differentialsensor. Obwohl zahlreiche Anwendungen für verschiedene Ausführungsformen des Sensors bestehen, können einige Ausführungsformen zur Verwendung in oder mit BLDC-Motoren, unter anderen Anwendungen, besonders geeignet sein.

Mit Bezugnahme auf 1 ist ein Beispiel eines axialen Winkelsensorsystems 100 gezeigt. Das Sensorsystem 100 umfasst eine Magnetfeldquelle, wie einen Permanentmagneten 102, der gegenüber einer Welle 104 angeordnet ist, wobei ein Sensorgehäuse 106 mit einer Leiterplatte (PCB) 108 gekoppelt ist, die wenigstens teilweise dazwischen angeordnet ist.

Der Magnet 102 kann in Ausführungsformen einen Ferritmagneten umfassen. Ferritmagneten können weniger teuer sein als andere Typen von Magneten (z.B. Seltenerdmagneten) und zu geringeren Gesamtsystemkosten beitragen, obwohl in anderen Ausführungsformen Seltenerd- oder andere Magneten verwendet können, oder der Magnet 102 kann weggelassen werden. Beispielsweise kann der Magnet 102 einen Sr-Ferrit, einen Ba-Ferrit oder einen anderen Ferrit, AlNiCo, ein Seltenerdmaterial wie NdFeB oder SmCo, oder irgendein anderes geeignetes Material umfassen. Allgemein umfasst der Magnet 102 ein Material mit einer Remanenz von wenigstens etwa 100 mT und einer ausreichenden Koerzitivkraft, um eine Stabilität des Magneten 102 bei allen Vorgängen, der Lagerung und Herstellungstemperaturvariationen sowie während der Lebensdauer sicherzustellen.

Wie durch die weiß hinterlegten Pfeile gezeigt, ist in Ausführungsformen der Magnet 102 axial magnetisiert, d.h. die Orientierung der Magnetisierung des Magneten 102 ist allgemein parallel zu oder ausgerichtet mit der Drehachse der Welle 104. In 1 ist die Drehachse allgemein mit der z-Achse ausgerichtet, mit der die Welle 104 ausgerichtet ist, d.h. die Welle 104 dreht sich rund um die z-Achse, wie durch den Pfeil auf der Welle 104 angezeigt, und der Magnet 102 ist in der –z-Richtung magnetisiert. In anderen Ausführungsformen kann der Magnet 102 radial oder auf andere Weise magnetisiert sein, obwohl der Magnet 102 allgemein rotationssymmetrisch ist (d.h. sowohl geometrische als auch magnetische Symmetrie aufweist, so dass die Geometrie und Magnetisierung nicht vom Azimutwinkel relativ zur Drehachse abhängig sind). Beispielsweise umfasst der Magnet 102 einen Zylinder in der Ausführungsform von 1, obwohl in anderen Ausführungsformen andere Formen und Auslegungen des Magneten 102 implementiert werden können. Im Allgemeinen weist der Magnet 102 jedoch eine Rotationssymmetrie auf und erzeugt im Betrieb ein Magnetfeld mit einer Rotationssymmetrie. Die nicht-rotationssymmetrische Auslegung einer Endfläche der Welle 104 unterbricht jedoch diese Rotationssymmetrie, was dann von den Sensorelementen detektiert werden kann.

Insbesondere umfasst die Welle 104 eine Endfläche 105, die dem Magneten 102 und das Sensorgehäuse 106 gegenüberliegt. In Ausführungsformen kann die Welle 104 allgemein rotationssymmetrisch sein (d.h. einen länglichen Kreiszylinder umfassen), wohingegen die Endfläche 105 rotationsasymmetrisch in Bezug auf die Drehachse ist. Diese Rotationsasymmetrie kann in verschiedenen Ausführungsformen viele verschiedene Formen annehmen. In der Ausführungsform von 1 ist die Endfläche 105 schräg, d.h. nicht rechtwinklig zur Drehachse gemäß irgendeinem Winkel α, oder nicht parallel mit gegenüberliegenden Flächen des Sensorgehäuses 106 und/oder des Magneten 102. In einer Ausführungsform beträgt α etwa 15 Grad, obwohl α in anderen Ausführungsformen größer oder kleiner sein kann, z.B. zwischen etwa 0 Grad und etwa 90 Grad, wie zwischen etwa 5 Grad und etwa 25 Grad in Ausführungsformen. Mit anderen Worten ist der Spalt zwischen der Endfläche 105 und dem Sensorgehäuse 106 auf einer Seite der Endfläche 105 größer (der linken Seite in 1) als auf der anderen (der rechten Seite in 1). Andere Auslegungen der Endfläche 105 können in anderen Ausführungsformen verwendet werden, wobei zusätzliche Beispiele hier an anderer Stelle gezeigt und diskutiert werden. Die Welle 104 und ihre Endfläche 105 können auf beliebige geeignete Weise gebildet werden, z.B. durch Fräsen, Schneiden, Schleifen, Formen, etc.

Beliebige besondere Bezugnahmen auf Richtungen, die hier insgesamt vorgenommen werden (d.h. abwärts, aufwärts, rechts, links, etc.) werden nur als Referenz für die Anordnung einer Zeichnung auf der Seite verwendet, wenn nichts anderes angegeben ist, und sind in Bezug auf die Ansprüche und/oder eine beliebige Orientierung nicht einschränkend, die implementiert oder in der Praxis verwendet werden kann.

In Ausführungsformen umfasst die Welle 104 ein eisenhaltiges Material, wie ein Weichmagnetmaterial, wie Eisen oder Flussstahl, mit einer relativen Permeabilität von etwa µr = 4.000 (für Eisen) oder 1.600 (für Stahl). Allgemeiner kann die Welle 104 ein eisenhaltiges Material mit einer relativen Permeabilität aufweisen, die größer ist als etwa 100, wie größer als etwa 1.000. In anderen Ausführungsformen kann ein eisenhaltiges Material, ein Teil oder Bereich mit einer nicht-eisenhaltigen Welle gekoppelt sein, wie in Ausführungsformen, in denen die Welle 104 eine Nicht-Eisen-Legierung, einen nicht-magnetischen oder geringfügig magnetischen Austenitstahl oder irgendein anderes nicht-eisenhaltiges oder geringfügig eisenhaltiges Material umfasst.

Das Sensorgehäuse 106 ist allgemein zwischen dem Magneten 102 und der Welle 104 angeordnet, direkt oder indirekt mit dem Magneten 102 gekoppelt in einigen Ausführungsformen (wie jener von 1) und von der Endfläche 105 durch einen Luftspalt beabstandet. Das Sensorgehäuse 106 kann in Übereinstimmung mit der Drehachse (d.h. „axial“) angeordnet sein und umfasst einen Sensorchip 110. Obwohl er hier allgemein als Chip bezeichnet wird, kann der Chip 110 einen Chip, ein Substrat, eine Leiterplatte oder andere Struktur umfassen, die ein Halbleitermaterial, Keramik, Glas, Epoxy (z.B. Glasfaser-verstärktes Epoxy, wie FR4) oder ein anderes geeignetes Material, mit oder ohne Gehäuse 106, in verschiedenen Ausführungsformen umfassen, und die Verwendung des Ausdrucks „Chip“ ist hier nicht als einschränkend für irgendeine bestimmte Ausführungsform oder in Bezug auf die Ansprüche anzusehen. Der Chip 110 ist allgemein rechtwinklig oder orthogonal zur Drehachse und umfasst eine primäre Fläche 112, auf der eine Vielzahl von Sensorelementen 114a und 114b angeordnet ist. Obwohl in 1 zwei Sensorelemente 114a und 114b ersichtlich sind, umfassen Ausführungsformen allgemein wenigstens drei Sensorelemente, auch wenn in einigen Ausführungsformen mehr oder weniger verwendet werden können. Die Fläche 112 ist allgemein die xy-Ebenenfläche, die in der Orientierung von 1 nach oben weist, und ist rechtwinklig zur Drehachse der Welle 104 angeordnet, wie veranschaulicht. In anderen Ausführungsformen kann der Chip 110 umgedreht sein, so dass die Fläche 112 nach unten weist, oder in irgendeiner anderen geeigneten Weise angeordnet sein. In 1 sind zwei Magnetfeld-Sensorelemente 114a und 114b auf dem Chip 110 ersichtlich, obwohl in anderen hier diskutierten Ausführungsformen allgemein mehr oder weniger Sensorelemente verwendet werden können, wie wenigstens drei Sensorelemente in Ausführungsformen. Der Chip und/oder das Gehäuse 106, das ein oberflächenmontiertes(SMD-)Gehäuse in einer solchen Auslegung umfassen kann, kann mit einem Anschlussrahmen 116 gekoppelt sein, der seinerseits mit einer PCB 108 gekoppelt sein kann. In der Ausführungsform von 1 ist der Magnet 102 wenigstens teilweise innerhalb einer Öffnung 120 der PCB 108 so angeordnet, dass der Magnet 102 mit einer Rückseite gekoppelt sein kann (d.h. in 1 von dem Gehäuse nach unten weisend), obwohl in anderen Ausführungsformen der Magnet 102 unterhalb der PCB oder in irgendeiner anderen Auslegung montiert sein kann. Beispielsweise ist der Magnet 102 in einer Ausführungsform an der Rückseite der PCB 108 montiert, wobei die Rückseite jene ist, die in 1 allgemein nach unten weist. Ähnlich kann auch die relative Auslegung des Gehäuses 106, des Anschlussrahmens 116 und der PCB 108 in Ausführungsformen variieren, und eines oder mehrere von dem Anschlussrahmen und der PCB 108 kann oder können in Ausführungsformen wegglassen werden, in denen andere Komponenten oder Anordnungen verwendet werden. Beispielsweise kann in einer weiteren Ausführungsform der Magnet 102 an der Rückseite des Chips 110 vor dem Formen des Kunststoffs oder einer anderen Einkapselung das Gehäuse 106 montiert werden, und/oder das Gehäuse 106 kann drahtlos, verdrahtet sein oder Chipgröße aufweisen. Der Chip 110 kann auch mit der Montageseite nach oben weisen, wie in 1, oder in anderen Ausführungsformen nach unten weisen (d.h. ein „Flip-Chip“ sein). Beispielsweise kann in einer Ausführungsform der Chip 110 ein Flip-Chip sein, der an einer Bodenfläche der PCB 108 montiert ist, wobei der Magnet 102 an der oberen Fläche montiert ist, was die Auslegung des Magneten 102, der PCB 108 und das Gehäuse 106, das in 1 gezeigt ist, mehr oder weniger umkehrt (wobei die Öffnung 120 in dieser anderen Ausführungsform vorliegen oder fehlen kann). Eine derartige Ausführungsform kann einen zusätzlichen Schutz für das Gehäuse 106 und die Schaltungsanordnung der PCB 108 vorsehen, wobei der Magnet 102 näher bei der sich bewegenden Welle 104 liegt, während auch Kostenvorteile vorgesehen werden. In noch weiteren Ausführungsformen können der Magnet 102 und das Gehäuse 106 auf derselben Seite der PCB 108 montiert sein, und/oder der Magnet 102 kann auch zwischen dem Gehäuse 106 und der Welle 104 angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen kann es vorteilhaft sein, dass der Magnet 102 eine Formmasse und ein magnetisches Füllmaterial umfasst, das auf dem oder rund um den Chip 110 gebildet werden kann, mit oder ohne Gehäuse 106 oder PCB 108 in beliebigen anderen Auslegungen. Mit anderen Worten ist die in 1 gezeigte besondere Anordnung nur ein nicht-einschränkendes Beispiel einer Ausführungsform, und noch weitere werden hier im Nachstehenden gezeigt und diskutiert. Außerdem sind die Figuren allgemein nicht maßstabgetreu und sind eine vereinfachte Konzeptdarstellung, um grundlegende Komponenten und Merkmale von Ausführungsformen des Systems 100 zu veranschaulichen.

Sensorelemente 114 sind in einer Ausführungsform für axiale Magnetfeldkomponenten empfindlich, obwohl in anderen Ausführungsformen Sensorelemente 114 auch oder stattdessen für radiale oder azimutale Magnetfeldkomponenten oder Kombinationen beliebiger der Komponenten empfindlich sein können. So können in verschiedenen Ausführungsformen Sensorelemente 114 Magnetowiderstands-(MR-)Sensorelemente (z.B. AMR, GMR, TMR, CMR und andere) Riesen-Magnetoimpedanz-(GMI-)Sensorelemente, Hall-Effekt-Sensorelemente (z.B. vertikale Hall-Vorrichtungen, Hall-Platten und andere), MAGFETs und andere Magnetfeld-Sensorelemente und Kombinationen davon umfassen. Wenn nichts anderes in bestimmten Ausführungsformen angegeben ist, beziehen sich hier diskutierte Beispiele allgemein auf Sensorelemente 114, die gewöhnliche Hall-Platten umfassen, obwohl diese Beispiele in Bezug auf andere Ausführungsformen oder die Ansprüche nicht einschränkend sind.

Die Anzahl und Anordnung von Sensorelementen 114 kann in Ausführungsformen variieren, wobei einige beispielhafte Ausführungsformen in 2A bis 2D gezeigt sind. Die Ausführungsform von 2A umfasst drei Sensorelemente 114a, 114b, 114c, die auf der primären Fläche 112 des Chips 110 angeordnet sind. Wie hier an anderer Stelle diskutiert, kann die primäre Fläche 112 in Ausführungsformen nach oben oder unten weisen, in Abhängigkeit von der bestimmten implementierten Auslegung. Die Sensorelemente 114a, 114b, 114c sind entlang eines Lesekreises angeordnet, der einen Radius R aufweist und zur Drehachse konzentrisch ist, wobei PRA die Projektion der Drehachse auf dem Chip 110 repräsentiert. Angrenzende Sensorelemente 114a und 114b, und 114b und 114c, und 114c und 114a sind in gleichem Abstand voneinander, 120 Grad (360 Grad/3), entlang des Lesekreises in 2A angeordnet. In anderen Ausführungsformen können mehr Sensorelemente verwendet werden, z.B. vier Sensorelemente, die in einem Abstand von 90 Grad (360 Grad/4) angeordnet sind, oder fünf Sensorelemente, die in einem Abstand von 72 Grad (360 Grad/5) voneinander angeordnet sind, oder N Sensorelemente, die in einem Abstand von 360 Grad/N angeordnet sind, etc. Zusätzlich kann die bestimmte Winkelposition der Sensorelemente in 2A oder einem beliebigen anderen hier gezeigten und diskutierten Beispiel in anderen Ausführungsformen variiert werden (z.B. können die Sensorelemente 114a, 114b, 114c jeweils um 20 Grad entlang des Lesekreises in 2A, etc., gedreht werden, etc.). Im Betrieb können die Sensorelemente 114 in einem Spinning Current- oder Spannungsschema verwendet werden, um einen Versetzungsfehler aufzuheben, was in Ausführungsformen von besonderem Vorteil sein kann, in denen die Sensorelemente 114 Hall-Effekt-Elemente umfassen, obwohl dies nicht erforderlich ist.

Eine weitere Anordnung ist in 2B gezeigt, in der sechs Sensorelemente 114a bis 114f in gleichem Abstand voneinander auf dem Lesekreis auf einer Fläche 112 des Chips 110 angeordnet sind, wobei Paare von Sensorelementen (z.B. 114a und 114d, 114b und 114c, etc.) einander diametral entgegengesetzt sind. Eine solche Anordnung kann eine verbesserte Unterdrückung von Hintergrund-(d.h. Stör-)Magnetfeldern vorsehen, insbesondere falls zwei Sensorelemente 114 eines Paars eine Differenz von Magnetfeldkomponenten oder eines Magnetwinkels detektieren (d.h. des Winkels zwischen einem Magnetfeldvektor und einer Referenzrichtung, wodurch der Magnetfeldvektor die Projektion des Magnetfelds auf der xy-Ebene sein kann).

Noch eine weitere Ausführungsform ist in 2C gezeigt, in der Paare von Sensorelementen auf zwei konzentrischen Kreisen mit unterschiedlichen Durchmessern angeordnet sind. Jedes Paar 114a, 114b, 114c umfasst zwei Sensorelemente, wobei ein erstes Sensorelement auf einem äußeren Lesekreis mit einem Radius R2 angeordnet ist, und ein zweites Sensorelement auf einem inneren Lesekreis mit einem Radius R1 angeordnet ist, wobei R1 < R2. Im Betrieb kann das System 100 die Signale jedes Paars kombinieren (d.h. subtrahieren), um ein einzelnes Signal für jedes Paar 114a, 114b, 114c zu erhalten. Eine derartige Anordnung kann Effekte von Sensorfehlanpassungen und Hintergrundmagnetfeldern reduzieren.

Noch eine weitere Ausführungsform ist in 2D gezeigt, in der die Sensorelemente 114a, 114b, 114c vertikale Hall-Vorrichtungen oder Magnetowiderstands-(z.B. AMR-, TMR-, GMR-, CMR-, etc.)Vorrichtungen umfassen, die für Magnetfeldkomponenten parallel zur Fläche 112 (d.h. rechtwinklig zur Drehachse) empfindlich sind. Die Anordnung von 2D ist ähnlich jener von 2A, wobei drei Sensorelemente entlang des Lesekreises in einem Abstand von jeweils 120 Grad voneinander vorgesehen sind. In 2D sind die Sensorelemente 114a, 114b, 114c jedoch entweder für die Bpsi-(d.h. azimutale) oder Br-(d.h. radiale) Komponente des Magnetfelds empfindlich. In einer weiteren Ausführungsform haben die Sensorelemente 114 identische Empfindlichkeitsrichtungen an zwei oder mehr Sensorelementorten, z.B. können alle Sensorelemente 114 ausgerichtet sein, um die Bx-Komponente zu detektieren. Beliebige zwei Orientierungen (z.B. x- und y-Ausrichtung) können in einander durch eine einfache Koordinatentransformation transformiert werden, falls die azimutalen Positionen der Sensorelemente bekannt sind.

In einer Ausführungsform, in der jedes Sensorelement 114a, 114b, 114c von 2D einen Magnetowiderstand umfasst, kann jedes in 2D gezeigte Element 114a, 114b, 114c eine Halbbrückenschaltung von zwei gekoppelten Magnetowiderständen mit unterschiedlichen Referenzrichtungen umfassen. In dem Fall von GMR-, CMR- und TMR-Elementen, im Uhrzeigersinn und Gegenuhrzeigersinn, oder radial nach innen und nach außen, könnten Referenzrichtungen der fixierten Schichten der Magnetowiderstände verwendet werden, während für AMR-Elemente radiale und tangentiale Referenzrichtungen des Stromflusses (z.B. über Barber-Pole) verwendet werden können. In anderen Ausführungsformen können Vollbrückenschaltungen verwendet werden, welche die Signalschwingung verdoppeln und das Gleichtaktsignal auf der Ebene des Sensorelements reduzieren können.

In anderen Ausführungsformen können noch weitere Variationen und Auslegungen implementiert werden. Beispielsweise ist in einer weiteren Ausführungsform wenigstens ein Sensorelement auf PRA angeordnet, d.h. in Übereinstimmung mit oder „auf“ der Drehachse. Eine gemeinsame Charakteristik der Beispiele von 2A bis 2D ist, dass alle Sensorelemente auf einem einzelnen Chip angeordnet sind. Obwohl dies in Bezug auf die Genauigkeit und Positionstoleranzen sowie das Aufheben von Nicht-Linearitäten und Hintergrundmagnetfeldern Vorteile vorsehen kann, muss dies in anderen Ausführungsformen nicht der Fall sein und ist daher in Bezug auf die Ansprüche oder andere Auslegungen, die vorgesehen sein können, nicht einschränkend.

Mit erneuter Bezugnahme auf die Beschreibung der Systemebene, wovon der Chip 110 und die Sensorelemente 114 ein Teil sind, ist eine weitere Ausführungsform des Systems 100 in 3 gezeigt. Einige der oben vorgesehenen Variationen sind in dieser Ausführungsform gezeigt, und die gleichen oder ähnliche Bezugszahlen wie in 1 werden in 3 verwendet (und hier allgemein insgesamt), um auf die gleichen oder ähnliche Komponenten und Merkmale Bezug zu nehmen. Beispielsweise ist der Magnet 102 mit dem Chip 110 gekoppelt, der in einer „umgedrehten“ Auslegung montiert ist. So weisen die Sensoren 114a und 114b in dieser Ausführungsform nach unten. Der Magnet 102 ist auch relativ kleiner mit einem Durchmesser, der kleiner ist als die x-Abmessungslänge des Chips 110, und ist in der +z-Richtung magnetisiert. Der Chip 110 ist mit einem Anschlussrahmen 116 gekoppelt, obwohl in dieser Ausführungsform der Anschlussrahmen 116 zwischen den Sensorelementen 114a und 114b und der Welle 104 positioniert ist anstatt zwischen dem Chip 110 und dem Magneten 102, wie in der Ausführungsform von 1. Dies kann vorteilhaft sein, um den Chip 110 und den Magneten 102 gegen das sich bewegende Ende der Welle 104 schützen.

Ein weiterer Unterschied zwischen den Ausführungsformen von 1 und 3 ist, dass die Endfläche 105 der Welle 104 in 3 eine gekrümmte anstatt flache, schräge Auslegung aufweist. Die Endfläche 105 kann auch einen abgerundeten oder abgeschrägten Rand entlang wenigstens eines Teils des Umfangs der Fläche umfassen. Diese Randauslegung kann helfen, Kollisionen zwischen Teilen zu vermeiden, oder das Schadensausmaß zu reduzieren, falls solche Kollisionen auftreten. In 3 ist wenigstens ein Teil abgeschrägt, der am unteren rechten Rand der Endfläche 105 sichtbar ist, obwohl mehr oder weniger vom Umfang in dieser und anderen Ausführungsformen abgeschrägt sein kann.

Noch eine weitere Ausführungsform ist in 4 gezeigt, in der die Auslegung des Anschlussrahmens 116 und der PCB 108 geändert ist (z.B. ist der Anschlussrahmen 116 länger und die Öffnung 120 in der PCB 108 ist weggelassen), so dass der Magnet 102 an der Oberseite der PCB 108 montiert werden kann, was die Herstellungskosten der PCB 108 reduzieren kann. Das Gehäuse 106 kann dann ein Durchgangsloch-Typ-Gehäuse sein, wodurch es dem Magneten 102 ermöglicht wird, mit dem Anschlussrahmen darin gekoppelt zu werden. Der Chip 110 und die Sensorelemente 114a und 114b sind ähnlich jenen der Ausführungsform von 1 angeordnet, wobei die Sensorelemente 114a und 114b nach oben weisen, d.h. zur Welle 104. Die Welle 104 kann wie in einer der vorher gezeigten Ausführungsformen oder gemäß irgendeiner anderen Auslegung ausgelegt sein, ist jedoch wie in 4 gezeigt ähnlich der Welle 104 von 3, in der die Endfläche 105 eine gekrümmte schräge Auslegung mit einem wenigstens teilweise abgeschrägten Rand aufweist.

5A zeigt eine weitere Ausführungsform, in der ein länglicher Hauptteil 104a der Welle 104 ein nicht-eisenhaltiges, nicht-magnetisches Material umfasst. Um einen Effekt auf das Magnetfeld auszuüben, der von den Sensorelementen 114a und 114b während der Drehung der Welle 104 im Betrieb detektiert werden kann, umfasst die Welle 104 einen Magnetendabschnitt 104b. Der Magnetendabschnitt 104b kann eine Hülse, Kappe oder ein anderes Element oder eine Struktur umfassen, die mit der Welle 104 gekoppelt, darauf oder darin gebildet ist. In der Ausführungsform von 5A umfasst der Endabschnitt 104b eine hülsenartige Struktur, die eine rotationsasymmetrische Endfläche 105 präsentiert, ähnlich jener anderer Ausführungsformen. Hier hat die Endfläche 105 eine gekrümmte schräge Auslegung anstatt einer flachen schrägen Auslegung, die in anderen Ausführungsformen gezeigt ist. Diese Auslegung kann z.B. der Schnitt von zwei allgemein zylindrischen Flächen sein, wobei eine Zylinderachse die z-Achse ist, und die andere Zylinderachse von der z-Achse verschieden ist. Beispielsweise kann die zweite Achse die y-Achse sein, oder sie kann rund um die x-Achse gedreht werden, so dass sie die Zeichnungsebene rechtwinklig zur x-Achse schneidet, jedoch nicht rechtwinklig zur z-Achse. Ein Teil oder der gesamte Umfang des Endabschnitts 105 kann in Ausführungsformen auch abgeschrägt sein, wie hier oben diskutiert, oder modifiziert sein (z.B. abgeschrägt an einem anderen Teil als einem Umfangsteil) gemäß einer bestimmten Auslegung der Endfläche 105.

Das System 100 von 5A umfasst auch eine andere Auslegung des Magneten 102, der hier eine Kegelstumpfform haben kann, d.h. der Magnet 102 ist weiterhin allgemein zylindrisch, außer dass sich seine Seitenwände so verjüngen, dass die Bodenfläche einen größeren Durchmesser aufweist als die obere Fläche (wie auf der Seite in 5A orientiert). Der Magnet 102 ist wie durch die Pfeile in 5A angezeigt magnetisiert, eine Kombination von radial und axial. Andere Auslegungen und Magnetisierungen können in anderen Ausführungsformen implementiert werden.

Der Magnet 102 ist durch die PCB 108 vom Chip 110 getrennt, der in einer umgekehrten Flip-Chip-Auslegung mit Sensorelementen 114a und 114b auf der Fläche angeordnet ist, die der Welle 104 abgewandt und der PCB 108 und dem Magneten 102 zugewandt ist. Der Chip 110 ist mit der PCB 108 durch Kontakte 118 gekoppelt, die Erhebungen, Kugeln, Kügelchen oder andere geeignete Vorrichtungen umfassen können und allgemein in Ausführungsformen von einer Unterfüllung 120 umgeben sind. Andere geeignete Kopplungsvorrichtungen, Merkmale und/oder Methoden können in dieser und anderen Ausführungsformen gemäß der implementierten Auslegung und den verwendeten Technologien verwendet werden.

In 5B umfasst das System 100 auch einen Endabschnitt 104b, der mit der Welle 104a gekoppelt ist. Wie gezeigt ist das Ende der Welle 104a näher bei den Sensoren 114 als die Endfläche 105 des Endabschnitts 104b, obwohl in anderen Ausführungsformen der Endabschnitt 104b (und dadurch die Endfläche 105) näher bei den Sensorelementen 114 angeordnet sein kann als das Ende der Welle 104a. In Ausführungsformen ist der Endabschnitt 104b magnetisch, indem er ein Weichmagnetmaterial umfasst, während die Welle 104a nicht magnetisch ist, obwohl in anderen Ausführungsformen andere Auslegungen implementiert werden können. Der Endabschnitt 104b umfasst einen Block, einen Stab, eine Platte (z.B. kreisförmige Platte) oder eine andere geeignete Struktur, die eine Bohrung umfasst, in welcher oder durch welche die Welle 104a gekoppelt ist. Die Bohrung kann zentriert oder symmetrisch im Endabschnitt 104b oder außermittig sein, wie in 5B. In noch weiteren Ausführungsformen kann die Bohrung zentriert oder symmetrisch sein, aber so bemessen oder auf andere Weise ausgelegt sein, dass der Endabschnitt 104b in Bezug auf die Drehachse asymmetrisch ist, sobald er mit der Welle 104a gekoppelt ist. In 5B ist der Endabschnitt 104b asymmetrisch in Bezug auf die Drehachse, und diese Asymmetrie stört das Magnetfeld, das vom Magneten 102 generiert wird. Sowohl der Chip 110 als auch der Magnet 102 sind auf der Seite der PCB 108 angeordnet, die der sich bewegenden Welle 104 abgewandt ist, um sie im Fall einer zufälligen Kollision zu schützen. Der Magnet 102 kann auch einen Hohlraum umfassen, der den Chip 110 so aufnimmt, dass der Magnet 102 den Chip 110 gegen Umwelteinflüsse schützt.

5C und 5D zeigen eine Ausführungsform des Systems 100, bei der die Welle 104 eine anders ausgelegte Endfläche 105 aufweist, ähnlich jener, die oft zur Kopplung von Zahnrädern, Kupplungen oder anderer Wellen verwendet wird, indem ein Teil des Endes der Welle 104 abgefräst wird. Die Endfläche 105 umfasst eine Fläche X1, die allgemein flach und rechtwinklig zur Drehachse ist, eine Fläche X2, die allgemein parallel zur Drehachse ist, und eine Fläche X3, die allgemein parallel zu X1 ist. In anderen Ausführungsformen kann die Fläche X1 einen schiefen Winkel umfassen, wie in der Fläche 105 von 1. Der Magnet 102 ist mit der Oberseite des Gehäuses 106 gekoppelt; obwohl dies den Abstand zwischen den Sensorelementen 114a, 114b und der Welle 104 vergrößern kann, kann es niedrigere Montagekosten ergeben, da sowohl der Magnet 102 als auch das Gehäuse 106 auf derselben Seite der PCB 108 montiert sind. Die Fläche X2 ist nicht auf der Drehachse, was der Fall sein kann, um Magnetsignale zu liefern, die im kompletten 360° Bereich der Welle 104 einzigartig sind.

In der Ausführungsform von 5E umfasst das System 100 eine Auslegung eines Magneten 102, der mit einer PCB 108 gekoppelt ist und eine Bohrung 103 umfasst, welche das Gehäuse 106 und die Endfläche 105 der Welle 104 aufnimmt. Die Geometrie und die Magnetisierung des Magneten 102 können in Bezug auf die Drehachse drehungssymmetrisch sein. Die Endfläche 105 der Welle 104 durchbricht diese Symmetrie, was zu einem asymmetrischen Magnetfeldmuster auf der Fläche des Chips 110 führt, das von den Sensorelementen 114a, 114b detektiert werden kann. Das System 100 kann den Drehwinkel aus dieser Feldverteilung bestimmen.

In der Ausführungsform von 6 ist ein eisenhaltiger Flusskonzentrator 122 zwischen dem Magneten 102 und das Gehäuse 106 über ein Durchgangsloch gekoppelt oder auf andere Weise in der PCB 108 integriert. Ähnlich der Auslegung des Magneten 102 in der Ausführungsform von 5 kann der Flusskonzentrator 122 eine Kegelstumpf-Auslegung umfassen, wobei die PCB 108 eingerichtet ist, den Konzentrator 122 entsprechend aufzunehmen. In der Ausführungsform von 6 ist der Flusskonzentrator 122 größer oder länger als die Dicke der PCB 108, so dass, wenn das Gehäuse 106 mit dem Flusskonzentrator 122 gekoppelt ist, ein Spalt zwischen den Seitenteilen des Gehäuses 106 und der PCB 108 vorliegt, wo die Breite des Gehäuses 106 größer ist als ein Durchmesser oder eine Breite der oberen Fläche des Flusskonzentrators 122. In anderen Ausführungsformen können der Flusskonzentrator 122 und die PCB 108 so ausgelegt sein, dass die Bodenfläche des Gehäuses 106 mit der PCB 108 und dem Flusskonzentrator 122 quer über die gesamte Breite (oder entlang der gesamten Bodenfläche) des Gehäuses 106 bündig ist. Im Allgemeinen wird der Flusskonzentrator 122 jedoch ausgelegt, bemessen und angeordnet, um den Magnetfluss auf oder zu den Sensorelementen 114a und 114b zu konzentrieren oder zu führen.

Der Magnet 102 umfasst einen Zylindermagneten, wie in anderen Ausführungsformen, obwohl der Magnet 102 in anderen Ausführungsformen viel größer sein kann als der gezeigte.

Gemeinsam mit dem Flusskonzentrator 122 kann der Magnet 102 in Ausführungsformen auch einen weniger stark magnetisierten und daher weniger teuren Magneten umfassen. Wie in 6 gezeigt, ist der Magnet 102 in einer Kombination einer axialen und radialen Weise magnetisiert, obwohl, wie vorstehend angegeben, die Magnetisierung in anderen Ausführungsformen variieren kann.

Wie in anderen Ausführungsformen umfasst die Welle 104 eine Endfläche 105, die in Bezug auf die Drehachse rotationsasymmetrisch ist. In der Ausführungsform von 6 ist wenigstens ein Teil der Endfläche 105 allgemein parallel zu einer Fläche des Chips 110, auf der die Sensorelemente 114a und 114b montiert sind, während ein anderer Teil eine gekrümmt schräge Fläche umfasst.

In den oben diskutierten Ausführungsformen von 1 und 2 bis 5 war der Magnet 102 allgemein mit einem festen Volumen gezeigt. In diesen und anderen Ausführungsformen kann der Magnet 102 jedoch stattdessen einen Ring oder eine andere Form umfassen, die einen Hohlraum oder eine Öffnung umfasst, welche wenigstens teilweise durch das Volumen hindurchgeht. Ein Beispiel eines solchen Magneten 102 ist in 7 gezeigt. Der Magnet 102 umfasst einen radial symmetrischen ringförmigen Magneten, der in Ausführungsformen axial und/oder radial magnetisiert sein kann, und umfasst eine zentrale Bohrung 103. Die Welle 104 erstreckt sich in die Bohrung 103, so dass sich im Betrieb die schräge Endfläche 105 in dieser dreht. Das Ausmaß, in dem sich die Welle 104 in die Bohrung 103 erstreckt, kann in Ausführungsformen variieren, wird aber allgemein in einem solchen Ausmaß sein, dass die Gesamtheit der schrägen Endfläche 105 während der Drehung innerhalb der Bohrung 103 bleibt, auch wenn ein gewisses axiales Spiel oder Wobbeln der Welle 104 insgesamt besteht. Dies kann die Robustheit des Magnetfelds erhöhen, das auf die Sensorelemente in dem Sensorgehäuse 106 wirkt, einschließlich in Bezug auf Positionstoleranzen. Das Sensorgehäuse 106 kann auch innerhalb der Bohrung 103 in der Nähe der Endfläche 105 angeordnet sein. Andere Elemente und Schaltungsanordnungen (z.B. Anschlussrahmen, PCB, etc.), um das Gehäuse 106 mit anderen Systemkomponenten zu koppeln, sind in 7 nicht gezeigt, Fachleute werden jedoch erkennen, dass diese Kopplung auf verschiedenen geeigneten Wegen implementiert werden kann.

In anderen Ausführungsformen kann eine oder können beide von dem Gehäuse 106 und der Endfläche in der Nähe des Magneten 102, jedoch nicht innerhalb der Bohrung 103 angeordnet sein. Andere Merkmale, Charakteristiken und Komponenten können in anderen Ausführungsformen auch variieren. Beispielsweise kann die bestimmte nicht-radiale symmetrische Auslegung der Endfläche 105 von der gezeigten variieren und gekrümmt, abgeschrägt sein oder auf andere Weise variieren, wie hier in Bezug auf eine beliebige andere Ausführungsform diskutiert.

Eine Computersimulation der Ausführungsform von 7 wurde durchgeführt, und die Ergebnisse sind in 8 gezeigt. In dieser Simulation wurden die folgenden Charakteristiken verwendet:

Welle 104:Durchmesser 6mmLänge 20 mm (von z = 0 bis z = 20 mm)schräge Endfläche 105 α = 15 GradMagnet 102:permanent axial magnetisiertAußendurchmesser 20 mm, Innendurch-Messer 8 mm (Bohrung 103)angeordnet bei z = –2 mm bis + 5,5 mmBrem, z = ITChip 110:1 mm mal 1 mm mal 0,5 mmobere Fläche angeordnet bei z = –0,75 mmBodenfläche angeordnet bei z = –1,25 mm

Stahlrückseite, eingerichtet rechtwinklig zur Drehachse zwischen z = –4 mm bis –3 mm
Welle 104 und Rückseite: µr = 1.600
Luftvolumen: 40 mm Durchmesser und 24 mm Höhe (Grenzbedingungen: magnetische Isolierung)

Die grafische Darstellung von 8 zeigt das axiale Magnetfeld, das entlang eines Wegs parallel zur x-Achse auf der oberen Fläche des Gehäuses 106 gescannt wurde, wie in 7 gezeigt. Ein signifikantes Gleichtaktfeld von Bz = 0,456·Brem bei x = 0 und eine Differenz im Bz-Feld bei x = +/–0,5 mm von 0,044·Brem. Das System muss ein großes Gleichtakt-Bz-Feld entfernen, auf dem eine kleine Differenz im Bz-Feld überlagert ist (z.B. etwa 10 % des Gleichtaktfelds). Das Magnetfeld ist auch nicht exakt linear, da eine geringfügige Krümmung von Bz an jeder y-Positionskurve gegenüber x in 8 ersichtlich ist. Die Größe des Gleichtaktfelds und der Krümmung kann in breiten Bereichen in Ausführungsformen durch das Bewegen des Magneten 102 entlang der axialen (d.h. z-Achse) Position eingestellt werden. Falls der Boden (mit Bezugnahme auf die in 7 gezeigte Orientierung) des Magneten 102 nahe beim Ende der Endfläche 105 liegt, kann das Verhältnis der Magnetfelddifferenz bei x = +/–0,5 mm über das Gleichtakt-Magnetfeld (bei x = 0 mm) maximiert und die Krümmung der Kurve minimiert werden.

Im Betrieb dreht sich die Welle 104, was das Magnetfeld beeinflusst, das vom Magneten 102 induziert und von den Sensorelementen 114 erfasst wird, wegen der Variationen die von der nicht-rotationssymmetrischen Endfläche 105 eingebracht werden, während sich die Welle 104 dreht. Mit Bezugnahme auch auf 9A und 9B kann eine mit den Sensorelementen 114 gekoppelte Schaltungsanordnung 130, die einen Teil des Systems 100 umfasst (9A) oder auf andere Weise damit gekoppelt sein kann (9B), eine Drehposition der Welle 104 auf der Basis der Magnetfeldsignale der Sensorelemente 114 schätzen. Es gibt viele verschiedene Wege, in denen die Drehposition geschätzt oder bestimmt werden kann.

In einem ersten Beispiel sind die Sensorelemente 114 wie in 2A bis 2C gezeigt angeordnet (d.h. N Sensorelemente sind auf einem Lesekreis konzentrisch mit der Drehachse der Welle 104 und in einem Abstand von 360/N voneinander angeordnet) und sind für die axiale Komponente des Magnetfelds empfindlich. Die Sensorelemente 114 können ein Ausgangssignal aufweisen, das eine Potenzreihe des axialen Magnetfelds ist:

Hier is c0 die Versetzung des Sensorelements, die das Ausgangssignal am verschwindenden Magnetfeld ist; c1 ist die lineare Magnetempfindlichkeit, und cm (wobei m > 0) sind Terme höherer Ordnung, welche die Nicht-Linearität des Sensorelements berücksichtigen. Es kann angenommen werden, dass die lineare Magnetempfindlichkeit größer ist als die Terme höherer Ordnung, was bedeutet, dass die Nicht-Linearität des Sensorelements nur sehr klein oder mäßig ist. Angesichts der Symmetrie des Magneten 102 und der Nicht-Rotationssymmetrie der Endfläche 105 kann das axiale Magnetfeld in einem Kreiszylinder-Referenzrahmen ausgedrückt werden als wobei b0(R) das große Gleichtaktfeld anzeigt, und ψ0 die Drehposition der Welle 104 ist. Falls ein Scan entlang x der axialen Feldkomponente in 8 eine Gerade wäre gemäß mit der Drehung ergibt dies Mit anderen Worten ist für eine Gerade b0 gegenüber der radialen Distanz konstant, und b1 ist linear proportional zur radialen Distanz, wobei alle anderen Terme verschwinden. So kann die Schaltungsanordnung 130 den cos(ψ – ψ⊥0) Term extrahieren und alle anderen Terme unterdrücken, um die Drehposition der Welle 204 zu schätzen. Wie in 8 gezeigt, ist jedoch das entlang der x-Achse gescannte Feld keine Gerade, sondern zeigt eine gewisse Krümmung, was zu Termen proportional zu cos2(ψ – ψ0), cos3(ψ – ψ0), etc., führt. So können für eine genauere Winkelmessung die Sensoranordnungen von 2 und die Schaltungsanordnung, welche die Signale daraus verarbeitet, den cos(ψ – ψ0) Term extrahieren und alle anderen unterdrücken.

Ein Beispiel ist in 10A bis 10C gezeigt, in denen die axiale (Bz), azimutale (Bpsi) und radiale (Br) Magnetfeldkomponente in der z = –0,75 mm Abfühlebene von 7 entlang einiger Lesekreise (Radien = 0,1 mm, 0,3 mm, 0,5 mm, 0,7 mm und 0,9 mm) abgetastet werden. Wie in 10A ersichtlich ist, steigt die Signalschwingung für Bz mit zunehmendem Kreisradius (d.h. zwischen etwa –0,505 und –0,423 für einen Lesekreisradius von 0,9 mm, gegenüber zwischen nur etwa –0,462 und –0,453 für einen 0,1 mm Lesekreisradius), obwohl der Durchmesser durch die verfügbare oder geeignete Chipgröße begrenzt werden kann, die ihrerseits am häufigsten durch die Systemkosten begrenzt werden kann.

Im Gegensatz dazu ist die Signalschwingung der radialen und azimutalen Komponente nicht sehr von der radialen Distanz der Sensorelemente 114 von der Drehachse abhängig. Die azimutale Komponente hat einen verschwindenden Mittelwert über eine Umdrehung, wohingegen die radiale Komponente einen kleineren Mittelwert als die Amplitude aufweist, und die axiale Komponente hat einen viel größeren Mittelwert als die Amplitude. Da der Mittelwert zu Winkelfehlern aufgrund einer Fehlanpassung der Sensorelemente 114 führt und die verwendbare Signalschwingung wegen der notwendigen Aussteuerungsreserve für Drifts des Mittelwerts reduziert, kann die azimutale Feldkomponente für einen Winkelsensor am besten geeignet sein, und die axiale Komponente ist weniger geeignet für einen Winkelsensor. Dennoch kann dieser Nachteil der axialen Komponente durch die bessere Leistung von Sensorelementen 114 mit Hall-Platten kompensiert werden, die für axiale Komponenten empfindlich sind, verglichen mit weniger guten vertikalen Hall-Vorrichtungen oder Magnetowiderständen, da beide dieser Sensortypen größere Nullpunktfehler als Hall-Platten aufweisen. Andere Ausführungsformen von Sensorsystemen können Sensorelemente 114 verwenden, die Bx-Komponenten detektieren, wie in 10D gezeigt. Alternativ dazu können Sensorsysteme Sensorelemente 114 verwenden, die By-Komponenten detektieren, wie in 10E gezeigt.

In Ausführungsformen kann das System 100 die Signale Sig(R, ψm) mit ψm = 2πm/N für m = 0, 1, ... N – 1 mit den N Sensorelementen auf dem Lesekreis abtasten und eine diskrete Fourier-Transformation berechnen: mit der imaginären Einheit j = √–1. Die Gewichtungskoeffizienten dieser Summe sind komplexwertig, aber diese komplexe Summe kann umgeschrieben werden als Satz von zwei reellwertigen Summen:

Der Winkel zwischen dem komplexen Zeiger σn, wobei n = 1, und der positiven reellen Achse ist die Winkelposition der Welle 104. Sie kann erhalten werden durch ψ0 = arctan2(Re{σn}, Im{σn}), was durch einen CORDIC-Algorithmus oder zahlreiche andere Fachleuten bekannte Wege implementiert werden kann. Es ist zu beachten, dass diese Fourier-Transformation einen Algorithmus repräsentiert, der die gewünschte Eigenschaft hat, den cos(ψψ0) Term zu extrahieren und Terme proportional zu cos2(ψψ), cos3(ψ – ψ0), etc., zu unterdrücken, wie oben diskutiert.

In Ausführungsformen können das System 100 und/oder die Schaltungsanordnung 130 auch transiente Effekte berücksichtigen. Falls die Anzahl N von Magnetsensorelementen 114 groß ist und die Winkelgeschwindigkeit der Welle 104 hoch ist, kann eine Signalausbreitung problematisch werden. Im einfachsten Fall weist die Schaltungsanordnung 130 N parallele Signalkanäle auf, die jeweils das Signal eines einzelnen Magnetsensorelements 114 abtasten und verarbeiten. Es kann in Ausführungsformen ausreichend oder vorteilhaft sein, wenn alle Signalkanäle so synchronisiert sind, dass sie die Signale gleichzeitig abtasten. Das System 100 kann dann auf den langsamsten Kanal warten und die Berechnung der Fourier-Summe mit einer nachfolgenden Ableitung des Winkels ψ0 vornehmen. Das Ausgangsergebnis ist mit einem bestimmten zeitlichen Nacheilen verfügbar, kann aber jeden mit der Signalausbreitung zusammenhängenden Winkelfehler vermeiden.

In einigen Ausführungsformen, wie jene die kostengünstiger sind, kann jedoch das System 100 weniger Ressourcen aufweisen, z.B. gibt es weniger Signalwege als Sensorelemente 114. In einem bestimmten Beispiel könnte nur ein einziger Signalweg vorliegen, der alle N Sensorsignale in einer Zeitmultiplex-Weise verarbeiten muss. Dies kann durch das Ersetzen von ψ0ψ0 + mmT berücksichtigt werden, wobei ω die Winkelgeschwindigkeit der Welle 104 ist (die positiv oder negativ sein kann), und Τ die Verarbeitungszeit ist, die für das Abtasten eines Signals Sig(R, ψm) und seine Transformation in eine repräsentative Form notwendig ist, welche verwendet werden kann, um die Fourier-Summe zu berechnen (d.h. die Zeit, die für eine Analog-Digital-AC-Wandlung des Signals notwendig ist). Das System 100 kann vereinfacht werden, indem angenommen wird, dass (i) die Winkelgeschwindigkeit während des Abtastens aller N Sensorelemente 114 konstant ist, und (ii) die Verarbeitungszeit für alle N Sensorelemente 114 gleich ist. Im einfachsten Fall ergibt dies

Falls Sensorelemente 114 ideale Hall-Platten mit cm = 0 außer für m = 1 sind, dann gilt: und die Grundfrequenz der diskreten Fourier-Transformation ist

Für |ωΤ| < 2π/3 und N = 3 ist das Ergebnis: wobei κ > 0. Der Winkel zwischen σ1 und der positiven reellen Achse ist ψ0 für ωT = 0 (d.h. der Idealfall, in dem das Sensorsystem 100 sehr schnell ist, verglichen mit der Drehung der Welle 104), und er ist ψ'0 = –Δψ0 für nicht-verschwindendes ωT. Durch das Einsetzen von ψ'0 in die Gleichung für σ1 und das Entwickeln des Ergebnisses in eine MacLaurin-Serie bis zur ersten Ordnung in ωT ist der Winkelfehler aufgrund der Signalausbreitungsverzögerung:

Für ωT variiert dieser Winkel sinusförmig zwischen etwa –5,6° und 1,6° in Abhängigkeit von der Position ψ0. Sowohl der Mittelwert als auch die Amplitude dieses Fehlers variieren linear mit ωT. Wenn eine Motorgeschwindigkeit von ω = 10000 UpM und eine Abtastverzögerung von T = 20 µs angenommen werden, ist so ωT ≅ 1,2°, was –1,9° < Δψ0 < –0,5° ergibt. In der Praxis kann dies signifikant genug sein, so dass es nicht vernachlässigbar ist.

Das Sensorsystem 100 kann die Ausbreitungsverzögerung T kennen oder lernen und die Winkelfrequenz ω der Welle 104 durch das Beobachten der Winkel in der Zeit schätzen. So kann mit der letzten Gleichung das System 100 den transienten Winkelfehler schätzen und mit dem Winkel addieren, der aus der diskreten Fourier-Transformation abgeleitet wird. Dies kann eine einfache Korrektur für transiente Winkelfehler sein, die durch die Tatsache verursacht werden, dass die Sensorelemente 114 in Zeitmomenten t0, t0 + Τ, t0 + 2Τ, ···, t0 + (N – 1)Τ abgetastet werden, während sich die Welle 104 mit konstanter Geschwindigkeit ω dreht. Noch weitere Korrektur- oder Kompensationsmethoden oder andere Systemauslegungen, um diese und andere transiente Fehler zu vermeiden, können in anderen Ausführungsformen implementiert werden.

In bis zu diesem Punkt allgemein gezeigten und diskutierten Ausführungsformen waren der Magnet 102 und die Welle 104 entkoppelt, wobei der Magnet 102 in Bezug auf die Position des Chips 110 und daher der Sensorelemente 114 fixiert war (z.B. über die gemeinsame PCB 108, wie beispielsweise in 1). In anderen Ausführungsformen, wie den in 11 und 12 gezeigten, kann jedoch der Magnet 102 an der Welle 104 fixiert sein und sich mit dieser drehen. In einer derartigen Ausführungsform muss ein gewisser Spielraum zwischen dem Magneten 102 und der PCB 108 vorliegen. Eine solche Ausführungsform kann in Bezug auf Hystereseverluste und Wirbelströme genauer sein, die in der Welle 104 induziert werden, da sich der Magnet 102 in Bezug auf die Welle 104 nicht bewegt. Dies kann vorteilhaft sein, falls die Drehrichtung umgekehrt werden kann und die Differenzen in Winkelmesswerten zwischen der Drehung im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn minimiert werden sollten. Es kann auch vorteilhaft sein, falls die Welle mit sehr schnellen Umdrehungen läuft, da dies zu Wirbelströmen und einem Nacheilen im gesamten Magnetfeld führen könnte, das durch diese Wirbelströme verursacht wird, falls der Magnet 102 in Ruhe ist, während die Welle 104 sich dreht. Diese Anordnung ermöglicht allgemein mehr Formen des Magneten, da die Form des Magneten und die Verteilung seiner Magnetisierung keine Rotationssymmetrie zeigen müssen. Falls sie nicht rotationssymmetrisch sind, addiert sich ihre Asymmetrie einfach mit der Asymmetrie der Endfläche 105.

In 11 ist beispielsweise ein zylindrischer Magnet 112 rotationssymmetrisch und mit der Welle 104 gekoppelt, wobei sich die Welle 104 allgemein in die Bohrung 103 des Magneten 102 erstreckt, so dass die Endfläche 105 innerhalb der Bohrung 103 liegt. Alternativ dazu kann der Magnet 102 so verschoben sein, dass die Endfläche 105 der Welle 104 wenigstens teilweise außerhalb der Bohrung 103 liegt, oder so verschoben sein, dass das Sensorgehäuse 106 innerhalb der Bohrung 103 liegt. Im Allgemeinen kann der Magnet 102 nach oben oder unten verschoben werden, solange eine Kollision oder physische Interferenz zwischen beliebigen beweglichen Teilen vermieden wird. Die axiale Richtung der Magnetisierung kann auch durch eine rein diametrale Magnetisierung ersetzt werden, die mit der x- oder y-Achse oder einer beliebigen Kombination davon ausgerichtet ist. Der Außenumfang muss in Ausführungsformen auch nicht kreisförmig sein, sondern kann auch quadratisch, achteckig oder allgemein willkürlich sein.

In 12 umfasst der Magnet 102 einen allgemein flachen Kreiszylinder oder rechteckigen Block, der mit der Endfläche 105 der Welle 104 gekoppelt ist. Der Magnet 102 kann rechtwinklig zur Endfläche 105 magnetisiert sein, obwohl in anderen Ausführungsformen andere Magnetisierungsmuster mit willkürlicher Asymmetrie implementiert werden können.

Zahlreiche andere Variationen, Auslegungen und Anpassungen können in anderen Ausführungsformen vorgesehen werden, wie um bestimmte Anwendungen oder Situationen einzuschließen. Obwohl einige Ausführungsformen zur Verwendung in oder mit BLCD-Motoren besonders geeignet sein können, da Ausführungsformen robust sein können in Bezug auf inhomogene Störmagnetfelder, die von BLDC-Motoren emittiert werden, und Montagetoleranzen, sind BLDC-Motoren nur ein Beispiel einer Anwendung oder Verwendung. Verschiedene Ausführungsformen können mit zahlreichen anderen Anwendungen oder Situationen verwendet werden oder für diese angepasst werden, was wenigstens ein zusätzlicher Vorteil ist.

Verschiedene Ausführungsformen von Systemen, Vorrichtungen und Verfahren wurden hier beschrieben. Diese Ausführungsformen sind nur als Beispiel angegeben und sollen den Umfang der Erfindung nicht einschränken. Es ist außerdem klar, dass die verschiedenen Merkmale der Ausführungsformen, die beschrieben wurden, in verschiedener Weise kombiniert werden können, um zahlreiche zusätzliche Ausführungsformen zu bilden. Obwohl verschiedene Materialien, Abmessungen, Formen, Auslegungen und Orte, etc., zur Verwendung mit geoffenbarten Ausführungsformen beschrieben wurden, können ferner andere neben den geoffenbarten eingesetzt werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.

Gewöhnliche Fachleute auf den relevanten Gebieten werden erkennen, dass die Erfindung weniger Merkmale als veranschaulicht in einer beliebigen einzelnen oben beschriebenen Ausführungsform umfassen kann. Die hier beschriebenen Ausführungsformen sollen keine erschöpfende Präsentation der Weisen sein, in denen die verschiedenen Merkmale der Erfindung kombiniert werden können. Demgemäß sind die Ausführungsformen nicht einander gegenseitig ausschließende Kombinationen von Merkmalen; stattdessen kann die Erfindung eine Kombination unterschiedlicher einzelner Merkmale umfassen, die aus unterschiedlichen einzelnen Ausführungsformen ausgewählt werden, wie für gewöhnliche Fachleute klar ist. Außerdem können Elemente, die in Bezug auf eine Ausführungsform beschrieben wurden, in anderen Ausführungsformen implementiert werden, auch wenn sie in solchen Ausführungsformen nicht beschrieben werden, wenn nichts anderes angegeben ist. Obwohl sich ein abhängiger Anspruch in den Ansprüchen auf eine spezifische Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen beziehen kann, können andere Ausführungsformen auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen Anspruchs oder eine Kombination eines oder mehrerer Merkmale mit anderen abhängigen oder unabhängigen Ansprüchen umfassen. Solche Kombinationen werden hier vorgeschlagen, außer es ist angegeben, dass eine spezifische Kombination nicht beabsichtigt ist. Ferner ist es beabsichtigt, Merkmale eines Anspruchs in einen beliebigen anderen unabhängigen Anspruch einzuschließen, auch wenn dieser Anspruch nicht direkt vom unabhängigen Anspruch abhängig gemacht wird.

Jeder obige Einschluss von Dokumenten durch Bezugnahme ist so eingeschränkt, dass kein Gegenstand eingeschlossen wird, welcher der expliziten Offenbarung hier entgegensteht. Jeder obige Einschluss von Dokumenten durch Bezugnahme ist ferner so eingeschränkt, dass keine in den Dokumenten enthaltenen Ansprüche hier durch Bezugnahme eingeschlossen werden. Jeder obige Einschluss von Dokumenten durch Bezugnahme ist noch weiter so eingeschränkt, dass keine in den Dokumenten eingeschlossenen Definitionen hier durch Bezugnahme eingeschlossen werden, außer ausdrücklich hier umfasst.