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Europäisches Patentamt

Magnetischer absoluter Positionssensor | Magnetic absolute position sensor

Patentnummer:DE102015117080B4
IPC Hauptklasse:G01B000700
Anmelder:
Erfinder:Mehnert, Walter (0)
Grillparzerstrasse 6, 85521 Ottobrunn, DE
Theil, Thomas (0)
Alte Traubinger Str. 5, 82340 Feldafing, DE
Anmeldung:07.10.15
Offenlegung:28.09.15
Patenterteilung:30.07.20

Abstract / Hauptanspruch
Absoluter Positionssensor aufweisend:
ein Wiegandmodul, das aus einem Wieganddraht mit einer den Wieganddraht umschließenden Spule aufgebaut ist;
ein Messsubstrat, das eine Messebene definiert und eine Vielzahl von Hallelementen aufweist, wobei die Hallelemente auf dem Messsubstrat derart angeordnet sind, dass deren magnetfeldempfindlichen aktiven Flächen sich in der Messebene erstrecken;
eine Permanentmagnetanordnung, die in einer zu der Messebene parallelen Bewegungsebene relativ zu dem Wiegandmodul und dem Messsubstrat in einer Richtung sowie einer zu der einen Richtung entgegengesetzten Richtung bewegbar ist, wobei
bei Bewegung der Permanentmagnetanordnung in der einen Richtung die Spule des Wiegandmoduls einen Spannungsimpuls erzeugt, wenn sich ein Nordpol oder ein Südpol der Permanentmagnetanordnung an einer ersten Position befindet, und bei Bewegung der Permanentmagnetanordnung in der entgegengesetzten Richtung die Spule des Wiegandmoduls den Spannungsimpuls erzeugt, wenn sich der Nordpol oder der Südpol der Permanentmagnetanordnung an einer zweiten von der ersten unterschiedlichen Position befindet;
einen Mikrocontroller; und
eine auf dem Messsubstrat angeordnete Verarbeitungselektronik, die zumindest eine Steuerelektronik, einen flüchtigen Datenspeicher und einen nicht-flüchtigen Datenspeicher sowie die Hallelemente, die auf dem Messsubstrat in einer gemeinsamen integrierten Schaltung auf Basis identischer Integrationstechnologie realisiert sind, aufweist; wobei
die Steuerelektronik eingerichtet ist,
(i) in einem nicht-autonomen Modus, in dem der Positionssensor mit Fremdenergie versorgt wird, Ausgangssignale einer Gruppe der Hallelemente an den Mikrocontroller zur Ermittlung einer präzisen Stellung der Permanentmagnetanordnung in Bezug auf eine Referenzstellung zu übergeben und einen Wert, der einer Anzahl sich wiederholender Bewegungsabläufe der Permanentmagnetanordnung entspricht, zur Speicherung in dem flüchtigen und/oder nichtflüchtigen Datenspeicher entweder auf Basis eines Ausgangssignals zumindest eines der Hallelemente zu ermitteln oder von dem Mikrocontroller zu erhalten, und
(ii) in einem autonomen Modus, in dem keine Fremdenergie zur Verfügung steht und der Positionssensor mit Energie, die von dem Wiegandmodul geliefert wird, versorgt wird, den Wert, der der Anzahl sich wiederholender Bewegungsabläufe der Permanentmagnetanordnung entspricht, auf Basis eines Ausgangssignals zumindest eines der Hallelemente zu ermitteln sowie den Wert in dem flüchtigen Datenspeicher abzuspeichern und den in dem flüchtigen Datenspeicher abgespeicherten Wert in den nicht-flüchtigen Datenspeicher zu übertragen, wenn die in dem autonomen Modus zur Verfügung stehende Energie einen Schwellenwert unterschreitet.

Having an absolute position sensor:
a Wiegand module which is constructed from a Wiegand wire with a coil enclosing the Wiegand wire;
a measuring substrate which defines a measuring plane and has a multiplicity of Hall elements, the Hall elements being arranged on the measuring substrate in such a way that their magnetic-field-sensitive active areas extend in the measuring plane;
a permanent magnet arrangement which is movable in a direction parallel to the measurement plane relative to the Wiegand module and the measurement substrate in one direction and in a direction opposite to the one direction, wherein
when moving the permanent magnet arrangement in one direction, the coil of the Wiegand module generates a voltage pulse when a north pole or a south pole of the permanent magnet arrangement is at a first position, and when moving the permanent magnet arrangement in the opposite direction, the coil of the Wiegand module generates the voltage pulse when the north pole or the south pole of the permanent magnet arrangement is located at a second position different from the first;
a microcontroller; and
processing electronics arranged on the measuring substrate and having at least one control electronics, a volatile data memory and a non-volatile data memory and the Hall elements which are implemented on the measuring substrate in a common integrated circuit based on identical integration technology; in which
the control electronics are set up,
(i) in a non-autonomous mode, in which the position sensor is supplied with external energy, to transmit output signals from a group of the Hall elements to the microcontroller in order to ascertain a precise position of the permanent magnet arrangement with respect to a reference position and a value which is repeated in a number Movements of the permanent magnet arrangement corresponds, for storage in the volatile and / or non-volatile data memory either to be determined on the basis of an output signal at least one of the Hall elements or to be obtained from the microcontroller, and
(ii) in an autonomous mode in which no external energy is available and the position sensor is supplied with energy which is supplied by the Wiegand module, the value which corresponds to the number of repetitive movements of the permanent magnet arrangement, to determine at least one of the Hall elements on the basis of an output signal and to store the value in the volatile data memory and to transmit the value stored in the volatile data memory to the non-volatile data memory if the energy available in the autonomous mode falls below a threshold value.

DE102015117080B4


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