(19)
(11)EP 2 117 103 A1

(12)EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG

(43)Veröffentlichungstag:
11.11.2009  Patentblatt  2009/46

(21)Anmeldenummer: 08008718.2

(22)Anmeldetag:  09.05.2008
(51)Int. Kl.: 
H02K 29/08  (2006.01)
H02P 6/16  (2006.01)
(84)Benannte Vertragsstaaten:
DE FR GB
Benannte Erstreckungsstaaten:
AL BA MK RS

(71)Anmelder: Micronas GmbH
79108 Freiburg i. Br. (DE)

(72)Erfinder:
  • Franke, Jörg, Dipl.-Ing.
    79117 Freiburg (DE)
  • Heberle, Klaus
    79312 Emmendingen (DE)

(74)Vertreter: Huwer, Andreas 
Postfach 1305
79013 Freiburg i. Br.
79013 Freiburg i. Br. (DE)

  


(54)Integrierte Schaltung zum Ansteuern eines Elektromotors


(57) Eine integrierte Schaltung (1) zum Ansteuern eines Elektromotors (4), der ein eine Wicklung aufweisendes Primärteil und ein über einen Luftspalt damit zusammenwirkendes permanentmagnetisches Sekundärteil aufweist, hat ein Halbleltersubstrat in das ein Mikrocontroller (2) und/oder eine Vorstufe (3) zum Ansteuern der Wicklung des Elektromotors (4) Integriert ist. Zur Erfassung der Lage des permanentmagnetischen Sekundärteils sind in das Halbleitersubstrat mindestens zwei mit ihren Messachsen quer zueinander angeordnete Magnetfeldsensoren Integriert.




Beschreibung


[0001] Die Erfindung betrifft eine integrierte Schaltung zum Ansteuern eines Elektromotors, der ein eine Wicklung aufweisendes Primärteil und ein relativ dazu bewegbares, über einen Luftspalt damit zusammenwirkendes permanentmagnetisches Sekundärtell aufweist, mit einem Halbleitersubstrat, in das ein Mikrocontroller und/oder eine Vorstufe zum Ansteuern der Wicklung des Elektromotors integriert ist.

[0002] Eine derartige, in einen ersten Halbleiterchip integrierte Schaltung ist unter der Typenbezeichnung 908E625 beim Hersteller Freescale Semiconductor, Inc., Arizona, USA erhältlich. Sie hat ein Halbleitersubstrat, in das ein Mikrocontroller integriert ist, der einen programmierbaren, nichtflüchtigen Speicher, einen Zeitgeber, ein Kommunlkationsschnittstelle, einen Analog-Digltal-Konverter und eine serielle/parallele Schnittstelle umfasst. Der erste Halbleiterchlp ist zusammen mit einem zweiten Halbleiterchip, in den eine Vorstufe und Endstufentransistoren für drei Halbbrücken zum Ansteuern einer drelphasigen Wicklung eines Elektromotors integriert sind, In einem Kunststoffgehäuse angeordnet. Zur elektrischen Kontaktierung sind an dem Kunststoffgehäuse Anschlusskontakte vorgesehen, die über Bonddröhte mit Anschlussstellen der Halbleiterchips verbunden sind. Drei Anschlusskontakte sind mit den drei Halbbrücken verbunden. An diesen Anschlusskontakten werden die drei Phasenanschlüsse der am Primärteil des Elektromotors angeordneten Wicklung angeschlossen. Ein vierter Anschlusskontakt wird mit dem Stempunkt der Wicklung verbunden. Der Elektromotor hat weist drei Hallsensoren auf, die Im Abstand von 120° am Primärteil angeordnet sind und das magnetische Feld der an den Hallsensoren vorbeiziehenden permanentmagnetischen Pole des Sekundärtells detektieren. Die Messslgnalausgänge der Hallsensoren sind jeweils mit einem Ihnen zugeordneten Anschlusskontakt des ersten Halbleiterchips verbunden. Mit Hilfe des Mikrocontrollers wird anhand der Hallsensor-Messslgnale die jeweilige Lage des Sekundärteils relativ zum Primärteil ermittelt und die Wicklung wird In Abhängigkeit von der Lage über die Vorstufe und die Halbbrücken angesteuert, um eine Relativbewegung zwischen Primär- und Sekundärteil zu erzeugen. Der den Halbleiterchip aufweisende elektrische Antrieb ist jedoch noch vergleichsweise aufwändig und teuer.

[0003] Es besteht deshalb die Aufgabe, eine Integrierte Schaltung zu schaffen, die einen kostengünstigen und robusten elektrischen Antrieb mit geringen Abmessungen ermöglicht.

[0004] Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass zur Erfassung der Lage des permanentmagnetischen Sekundärteils in das Halbleitersubstrat mindestens zwei mit ihren Messachsen quer zueinander angeordnete Magnetfeldsensoren Integriert sind.

[0005] In vorteilhafter Weise sind die Magnetfeldsensoren dadurch In ihrer Lage exakt relativ zueinander positioniert und bei der Fertigung des Elektromotors vereinfacht sich der Montage- und Verkabelungsaufwand erheblich. Außerdem wird durch integrierte Schaltung ein robuster und kompakter Antrieb ermöglicht. Die Magnetfeidsensoren können Hallsensoren, magnetoresistive Sensoren oder giantmagnetoresistive Sensoren sein.

[0006] Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Magnetfeldsensoren vertikale oder schräge Hallsensoren. Dabei sind die Magnetfeldsensoren mit Ihren Messachsen vorzugsweise rechtwinklig zueinander angeordnet.

[0007] Vorteilhaft ist, wenn mindestens ein Magnetfeldsensor ein vertikaler oder schräger Hallsensor und wenigstens ein weiterer Magnetfeldsensor ein horizontaler Hallsensor ist. Der Magnetfeldsensor kann dann In einer anderen Ausrichtung an dem Elektromotor positioniert werden, was einen noch kompakteren elektrischen Antrieb ermöglicht.

[0008] Bei einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind benachbart zu mindestens einem Magnetfeldsensor auf und/oder im Halbleitersubstrat Ablenhmittel für den magnetischen Fluss des permanentmagnetischen Sekundärteils vorgesehen. Die Ablenkmittel können eine magnetisch leitfähige Schicht aufweisen, die den magnetischen Fluss in eine andere Richtung ablenkt. Dadurch ist es möglich, mit Hallsensoren, die in derselben und/oder In parallel zueinander verlaufenden Ebenen angeordnet sind, Magnetfelder zu messen, die In quer und insbesondere rechtwinklig zueinander verlaufenden Richtungen angeordnet sind, beispielsweise In x-, y- und z-Richtung.

[0009] Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung enthält der Mikrocontroller einen Lageregler, einen Geschwindigkeitsregler und/oder einen Drehmomentregler für den Elektromotor. Der Regler wird dabei vorzugsweise über ein entsprechendes Betriebsprogramm soflwaremäßig im Mikrocontroller realisiert. Das Betriebsprogramm kann in einem nicht flüchtigen Programmspeicher abgelegt sein. Der aus der integrierten Schaltung und dem Elektromotor gebildete elektrische Antrieb ermöglicht dann noch kompaktere Abmessungen. Durch entsprechendes Programmieren des Programmspeichers kann die integrierte Schaltung auf einfache Weise an unterschiedliche Elektromotoren angepasst werden.

[0010] Vorteilhaft ist, wenn der Mikrocontroller mit Messsignalausgängen der Magnetfeldsensoren verbundene Eingänge aufweist, wenn der Mikrocontroller zum Erzeugen einer der Anzahl der Magnetfeldsensoren entsprechenden Anzahl, zueinander phasenverschobener vorzugsweise sinusförmiger Signale ausgebildet ist, und wenn der Mikrocontroller zum Einstellen der Phasenlage dieser Signale einen Datenspeicher aufweist, in dem Stützstellen abgelegt sind, die jeweils für jeden Magnetfeldsensor mindestens einen Messsignalwert einem Wert für die Phasenlage der Signale zuordnen. Mit Hilfe der im Datenspeicher abgelegten Stützstellen ist es sogar möglich, Messfehler, die durch eine durch Montage- und/oder Fertigungstoleranzen verursachte exzentrische Anordnung der rotierenden permanentmagnetischen Pole zur Schnittlinie der Erstreckungsebenen der Hallsensoren verursacht sind, zu kompensieren. Die Stützstellen können in einem einen flüchtigen Speicherbereich des Datenspeichers in Form von Wertekombinationen, jeweils bestehend aus einem Referenzmesswert für jeden Magnetfeldsensor und mindestens einem Wert für die Phasenlage abgelegt sein. Es ist aber auch möglich, dass die Stützstellen In Form einer Kennlinie und/oder eines Kennfelds in dem Datenspelcher abgelegt sind, beispielsweise als mathematisch Funktion, für die eine Berechnungsvorschrift in Form eines Programms für den Mikrocontroller und ggf. Koeffizienten abgespeichert sind.

[0011] Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Integrierte Schaltung verstellbare Abgleichmittel für die Magnetfeldsensoren auf, wobei der Mikrocontroller einen Referenzwertspeicher aufweist, in dem Referenzwerte für die Messsignale abgelegt sind, wobei der Mikrocontroller In einen Betriebsmodus und einen Abgleichmodus bringbar ist, wobei im Abgleichmodus der Elektromotor mit Hilfe des Mikrocontrollers in mindestens eine den Referenzwerten zugeordnete Referenzposition bringbar ist, und wobei im Abgleichmodus die Abgleichmütel derart mit dem Mikrocontroller in Steuerverbindung stehen, dass die an den Messsignalausgängen der Magnetfeldsensoren anliegenden Messsignale im Wesentlichen mit den Referenzwerten übereinstimmen. Die integrierte Schaltung kann dann nach der Montage am Elektromotor vor Ort abgeglichen werden, um Fertigungstoleranzen des Elektromotors, wie z.B. Toleranzen in den Abmessungen und/oder der Magnetisierung des permanentmagnetischen Sekundärteils zu kompensieren. Durch den Abgleich können außerdem Fertigungstoleranzen der integrierten Schaltung kompensiert werden. Gegebenenfalls ist es sogar möglich, den Abgleich während des Betriebs des Elektromotors beispielsweise in vorbestimmten Zeitabständen und/oder aufgrund eines an den Mikrocontroller übermittelten externen Befehls zu wiederholen, um altersbedingte und/oder durch geänderte Umgebungsbedingungen verursachte Veränderungen des Elektromotors und/oder der integrierten Schaltung zu kompensieren. Gegebenenfalls kann bei dem Abgleich eine Plausibilitätsprüfung durchgeführt werden, bei der die Abgleichmittel nur dann verstellt werden, wenn die für die Abgleichmittel ermittelten Einstellwerte plausibel sind. Bei der Fertigung der integrierten Schaltung kann gegebenenfalls in einer Halbleiterfabrik eine Voreinstellung der Abgleichmittel vorgenommen werden, um Toleranzen In der integrierten Schaltung auszugleichen.

[0012] Die Abgleichmittel weisen bevorzugt Mittel zum Einstellen der Empfindlichkeit der Magnetfeldsensoren und/oder eines Offsets der Messsignale der Magnetfeldsensoren auf. Die Messsignale der Magnetfeldsensoren können dadurch mit großer Präzision Justiert werden.

[0013] Vorteilhaft ist, wenn Im Referenzwertspeicher Referenzwerte für unterschiedliche Störgrößenwerte, insbesondere Temperaturwerte, abgelegt sind, wenn die Integrierte Schaltung mindestens einen Sensor zur Erfassung eines Störgrößenmesswerts aufweist, und wenn der Sensor derart mit dem Referenzwertspeicher und/oder dem Mikrocontroller verbunden ist dass im Abgleichmodus die Messslgnale der Magnetfeldsensoren mit den dem betreffenden Störgrößenmesswert zugeordneten Referenzwerten abglelchbar sind. Dadurch können Messtoleranzen In den Ausgangssignalen der Magnetfeldsensoren, die durch Veränderungen von auf die Integrierte Schaltung und/oder den Elektromotor einwirkenden physikalischen Störgrößen verursacht sind, vermieden oder zumindest reduziert werden.

[0014] Die erfindungsgemäße integrierte Schaltung ist bevorzugt ein Teil eines elektrischen Antriebs, der einen Elektromotor hat, der ein eine Wicklung aufweisendes Primärteil und ein über einen Luftspalt damit zusammenwirkendes, relativ zu dem Primärteil um eine Rotationsachse verdrehbares permanentmagnetisches Sekundärteil aufweist, wobei die integrierte Schaltung mit ihrer Chipebene quer und vorzugsweise normal zur Rotationsachse des Sekundärteils angeordnet ist. Die integrierte Schaltung Ist in diesem Fall bevorzugt an der Stirnseite des Elektromotors angeordnet. Der Elektromotor kann insbesondere ein bürstenloser Gleichstrommotor, ein Gleichstrommotor mit Bürsten, ein Wechsel- bzw. Drehstrommotor oder ein Schrittmotor sein.

[0015] Vorteilhaft ist, wenn sich ein erster Hallsensor In einer ersten Ebene und ein zweiter Hallsensor In einer quer dazu verlaufenden zweiten Ebene erstreckt, und wenn die Rotationsachse in der Schnittlinie der Ebenen der Hallsensoren oder der geraden Verlängerung der Schnittlinie angeordnet ist. Dabei ist das Halbleitersubstrat der integrierten Schaltung vorzugsweise mittig und mit seiner Chipebene normal zur Rotationsachse des Elektromotors angeordnet.

[0016] Bei einer anderen zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich ein erster Hallsensor In einer ersten Ebene und ein zweiter Hallsensor in einer quer dazu verlaufenden zweiten Ebene, wobei die Rotationsachse parallel zu der Schnittlinie der Erstreckungsebenen der Hallsensoren oder der geraden Verlängerung der Schnittlinie angeordnet ist. Das die integrierte Schaltung enthaltende Bauelement kann also auch seitlich neben der Rotationsachse des Elektromotors angeordnet sein. Somit brauchen auf der Rotationsachse keine elektrischen Teile angeordnet zu sein, so dass der dort befindliche Bauraum für eine Antriebswelle genutzt werden kann.

[0017] Die erfindungsgemäße integrierte Schaltung kann auch ein Teil eines elektrischen Antriebs sein, der einen Elektromotor hat, der ein eine Wicklung aufweisendes Primärteil und ein über einen Luftspalt damit zusammenwirkendes, relativ zu dem Primärteil um eine Rotationsachse verdrehbares permanentmagnetisches Sekundärteil aufweist, wobei die integrierte Schaltung mit ihrer Chipebene parallel zur Rotationsachse des Sekundärteils angeordnet ist. Die integrierte Schaltung kann dann Insbesondere am Außenumfang des Elektromotors angeordnet sein, um eine kurze Bauform des die integrierte Schaltung und den Elektromotor aufweisenden elektrischen Antriebs zu ermöglichen.

[0018] Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung weist das permanentmagnetische Primärtell mehrere, In Bewegungsrichtung der Relativbewegung zwischen Primär- und Sekundärteil zueinander versetzte erste permanentmagnetische Pole auf, wobei das Primärteil mit einem Magnetrad in Antriebsverbindung steht, das in Umfangsrichtung zueinander versetzte zweite permanentmagnetische Pole aufweist, die mit den Magnetfeldsensoren magnetisch zusammenwirken. Die Messgenauigkeit für die Bestimmung der Lage des Sekundärteils relativ zum Primärteil ist dabei im Wesentlichen durch die Anzahl der Pole des Magnetrads bestimmt Diese kann bei Bedarf größer oder kleiner gewählt sein als die Anzahl der permanentmagnetischen Pole des Elektromotors.

[0019] Bei einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung steht das Primärteil mit einem Zahnrad in Antriebsverbindung, das derart im magnetischen Fluss eines Magneten angeordnet ist, dass der magnetischen Fluss durch die des Zahnrads und die Magnetfeldsensoren verläuft. Dabei sind die Zähne bevorzugt den Magnetfeldsensoren zugewandt.

[0020] Erwähnt werden soll noch, dass aus den Messsignalen mindestens zweier Magnetfeldsensoren ein Differenzsignal gebildet werden kann. Das kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die die Magnetfeldsensoren geeignet in Reihe geschaltet werden. Dadurch wird die Messung unempfindlicher gegenüber Störungen, wie z.B. einer Abweichung des Abstands der Magnetfeldsensoren von einem das Magnetfeld erzeugenden Permanentmagneten.

[0021] Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1
ein Blockschaltbild einer integrierte Schaltung zum Ansteuern eines Elektromotors, wobei die Integrierte Schaltung über eine Endstufe mit der Wicklung des Elektromotors sowie mit weiteren externen elektrischen Bauelemente verbunden Ist,
Fig.2
eine erste Messeinrichtung, die ein erstes Ausführungsbeispiel der integrierten Schaltung und eine daran angeordnetes Magnetrad aufweist,
Fig. 3
eine graphische Darstellung der Ausgangssignale von Hallsensoren, die Bestandteil der Integrierten Schaltung sind, wobei auf der Abszisse der Drehwinkel a einer Motorwelle und auf der Ordinate das Messsignal Sx, Sy aufgetragen ist,
Fig. 4
eine zweite Messeinrichtung, die ein zweites Ausführungsbeispiel der integrierten Schaltung und eine daran angeordnetes Magnetrad aufweist, und
Flg. 5
eine dritte Messeinrichtung, die ein drittes Ausführungsbeispiel der integrierten Schaltung und eine daran angeordnetes Magnetrad aufweist.


[0022] Eine in Fig. 1 im Ganzen mit 1 bezeichnete integrierte Schaltung weist ein monollthisches Halbleitersubstrat auf, In das ein Mikrocontroller 2 und eine Vorstufe 3 zum Ansteuern der Wicklung des Elektromotors 4 integriert sind. Die integrierte Schaltung 1 ist mit Hilfe eines CMOS-Prozesses hergestellt und kann unipolare, bipolare und passive Bauelemente umfassen.

[0023] Der Elektromotor 4 Ist als bürstenloser Gleichstrommotor ausgestaltet, der ein Primärteil mit der daran angeordneten Wicklung und ein permanentmagnetisches Sekundärteil aufweist, das um eine Rotationsachse 5 verdrehbar am Primärteil gelagert ist. Das Sekundärteil hat an seinem Außenumfang eine Reihe von permanentmagnetischen Polen, die in Umfangsrichtung zueinander versetzt sind und über einen Luftspalt mit der Wicklung zusammenwirken. Es sind aber auch andere Ausgestaltungen des Elektromotors 4 denkbar. So kann der Elektromotor 4 auch als Außenläufer oder Scheibenläufer ausgestaltet sein.

[0024] In Fig. 1 Ist erkennbar, dass der Mikrocontroller 2 einen Mikroprozessor 6 und einen damit verbundenen Speicher 7 aufweist, in dem ein Betriebsprogramm für den Mikroprozessor 6 und Daten abgelegt sind. Der Speicher 7 weist einen flüchtigen Speicherbereich und einen nichtflüchtigen, programmierbaren Speicherbereich auf Der Mikrocontroller 2 hat außerdem einen Oszillator 8 zur Erzeugung eines Systemtakts. Ferner weist der Mikrocontroller 2 eine serielle Schnittstelle 9 auf, die über einen ersten elektrischen Anschluss 10 mit einem Bus 11 verbunden ist.

[0025] In Fig. 1 ist außerdem erkennbar, dass die integrierte Schaltung 1 zweite elektrische Anschlüsse 12 aufweist, über welche die Vorstufe 3 mit Eingängen einer Endstufe verbunden Ist. Die Endstufe hat mehrere Leistungstransistoren aufweisende Halbbrücken 13, die mit Wicklungsanschlüssen des Elektromotors 4 und einem Shunt 14 verbunden sind. Zum Messen des Wicklungsstroms des Elektromotors 4 ist der Shunt 14 über einen Widerstand mit einem dritten elektrischen Anschluss 15 der integrierten Schaltung 1 verbunden, der zu einem ersten Messverstärker 16 führt, der mit seinem Ausgang mit einem ersten Eingang eines In das Halbleitersubstrat Integrierten Analog-Digital-Konverters 17 verbunden ist.

[0026] Die Wicklungsanschlüsse sind außerdem mit dritten elektrischen Anschlüssen 12 der integrierten Schaltung 1 verbunden, die an einer in das Hableitersubstrat integrierten Schutzschaltung 18 angeschlossen sind. Die Schutzschaltung 18 wirkt derart mit der Vorstufe 3 zusammen, dass bei einem unzulässigen Betriebszustand der Halbbrücken 13 das Ansteuersignal der Halbbrücken-Transistoren gesperrt wird. Ferner hat die integrierte Schaltung 1 Digitaleingänge 19, 20, die mit dem Mikroprozessor 6 und dem Analog-Dlgital-Konverter 17 verbunden sind.

[0027] Zur Erfassung der Lage des permanentmagnetischen Sekundärteils relativ zum Primärteil ist die Integrierte Schaltung 1 am Primärteil angeordnet. In das Halbieitersubstrat der Integrierten Schaltung 1 sind zwei mit ihren Messachsen orthogonal zueinander angeordnete Magnetfeldsensoren integriert, die als Hall-Sensoren 21, 22a, 22b ausgebildet sind. Die Hall-Sensoren 21, 22a, 22b sind im magnetischen Feld eines um die Rotationsachse 5 drehbar gelagerten Rundmagneten 23 angeordnet, der auf einer mit dem Sekundärkeil des Elektromotors 4 In Antriebsverbindung stehenden Motorwelle 24 angeordnet ist.

[0028] Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die beiden Hall-Sensoren 21, 22a als vertikale Hall-Sensoren ausgestaltet, die mit ihren Ebenen 25, 26a normal zueinander und normal zur Chipebene des Halbleitersubstrats angeordnet sind. Deutlich ist erkennbar, dass die Rotationsachse 5 des Elektromotors 4 in der Schnittlinie 28 dieser Ebenen 25 angeordnet Ist. Die Messrichtungen der Hall-Sensoren 21, 22a verlaufen jeweils orthogonal zu den Ebenen 25, 26a, In denen sich die Hall-Sensoren 21, 22a erstrecken. Messsignalausgänge der Hall-Sensoren 21, 22a sind über einen zweiten Messverstärker 27 mit einem zweiten Eingang des Analog-Digital-Konverters 17 verbunden. Der Ausgang des Analog-Digital-Konverters 17 Ist zum Verarbeiten der Messsignale 21', 22' der Hall-Sensoren 21, 22a mit dem Mikrocontroller 2 verbunden.

[0029] In Fig. 3 sind die Messsignale 21', 22' der Hall-Sensoren 21, 22a graphisch dargestellt. Deutlich ist erkennbar, dass die Messsignale 21', 22' jeweils einen sinusförmigen Verlauf aufweisen und dass die Messsignale 21', 22' um einen Phasenwinkel von 90° zueinander phasenverschoben sind. Mit Hilfe der Messsignale 21' 22' und im Speicher 7 abgelegter Kenngrößen für die Lage der Hall-Sensoren 21, 22a relativ zum Primärteil wird mittels des Mikrocontrollers 2 die Lage des Sekundärteils relativ zum Primärteil In Echtzeit ermittelt. Im Speicher 6 ist dazu ein geeignetes Betriebsprogramm für den Mikroprozessor 6 abgelegt Bei Bedarf kann das Betriebsprogramm auch Programmteile zur Regelung der Lage, der Geschwindigkeit und/oder des Drehmoments des Elektromotors 4 umfassen. Die Regelung des Drehmoments erfolgt in Abhängigkeit von Strommesswerten für den Wicklungsstrom des Elektromotors 4, die über den dritten elektrischen Anschluss 15 und den Analog-Digital-Konverter 17 In den Mikrocontroller 2 eingelesen werden.

[0030] In Abhängigkeit von den Messsignalen 21', 22' und Sollwerten für Lage, Geschwindigkeit und/oder Drehmoment des Elektromotors 4 wird In einem Betriebsmodus der integrierten Schaltung 1 die Wicklung des Elektromotors 4 mittels der Vorstufe 3 und der Halbbrücken 13 in an sich bekannter Weise bestromt.

[0031] Bei dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel entspricht die Integrierte Schaltung 1 im Wesentlichen der In Fig. 2. Lediglich die Ausrichtung der vertikalen Ebenen 25, 26a ist anders. Die Rotationsachse 5 des Elektromotors ist nicht in der Schnittlinie 28 der Ebenen 25 der Hall-Sensoren 21, 22a angeordnet sondern parallel dazu beabstandet. Dadurch kann der Rundmagnet 23 seitlich neben der integrierten Schaltung 1 angeordnet sein.

[0032] Bei dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die integrierte Schaltung 1 einen vertikalen Hall-Sensoren 21 und einen horizontalen Hall-Sensor 22b auf. Die Erstreckungs-Ebene 25 des vertikalen Hall-Sensors 21 verläuft normal und die Erstreckungs-Ebene 26b des horizontalen Hall-Sensors 22b parallel zur Chipebene des Halbleitersubstrats.

[0033] Die integrierte Schaltung 1 ist mit Ihrer Chipebene parallel zur Rotationsachse 5 des Sekundärteils angeordnet und in radialer Richtung von dieser beabstandet. Die die Magnetpole aufweisende Mantelfläche des Rundmagneten 23 ist der Chipebene der integrierten Schaltung 1 zugewandt.

[0034] Die integrierte Schaltung 1 hat in der Zeichnung nicht näher dargestellte, verstellbare Abgleichmittel, mit deren Hilfe die Empfindlichkeit der Hall-Sensoren 21, 22a, 22b und die Offsets deren Messsignale einstellbar sind. Die Abgleichmittel stehen mit dem Mikrocontroller 2 in Steuerverbindung. Sie können beispielsweise in den Meßverstärker 27 integriert sein.

[0035] Im Speicher 7 sind für unterschiedliche Betriebstemperaturen Referenzwerte für die Messsignale abgelegt. Zur Messung der Betriebstemperatur hat die integrierte Schaltung 1 einen in der Zeichnung nicht näher dargestellten Temperatursensor, der zum Einlesen von Temperaturmesswerten mit dem Mikrocontroller 2 verbunden ist.

[0036] Der Mikrocontroller 2 ist durch Übermitteln eines Befehls über den Bus 11 zum ersten elektrischen Anschluss 10 vom normalen Betriebsmodus in einen Abgleichmodus umschaltbar. Im Abgleichmodus wird der Elektromotor 4 mit Hilfe des Mikrocontrollers 2 in mindestens eine den Referenzwerten zugeordnete, vorbestimmte Referenzposition gebracht. Die Referenzposition kann beispielsweise durch einen Anschlag vorgegeben sein, gegen den der Elektromotor 4 positioniert wird.

[0037] Dann wird aus dem Temperatursensor ein Temperaturmesswert In den Mikrocontroller 2 eingelesen und es werden die dem Temperaturmesswert zugeordneten Referenzwerte aus dem Speicher 7 In den Mikrocontroller 2 übertragen.

[0038] Nun werden die Abgleichmittel mit Hilfe des Mikrocontrollers 2 derart eingestellt, dass die an den Messsignalausgängen der Hall-Sensoren 21, 22a, 22b anliegenden Messsignale möglichst gut mit den Referenzwerten übereinstimmen.

[0039] Nachdem der Mikrocontroller 2 vom Abglelchmodus in den normalen Betriebsmodus zurückgeschaltet wurde, werden die Abgleichmittel mit den zuvor vorgenommenen Einstellungen betrieben.


Ansprüche

1. Integrierte Schaltung (1) zum Ansteuern eines Elektromotors (4), der ein eine Wicklung aufweisendes Primärteil und ein relativ dazu bewegbares, über einen Luftspalt damit zusammenwirkendes permanentmagnetisches Sekundärteil aufweist, mit einem Halbleitersubstrat, In das ein Mikrocontroller (2) und/oder eine Vorstufe (3) zum Ansteuern der Wicklung des Elektromotors (4) integriert ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung der Lage des permanentmagnetischen Sekundärteils in das Halbleitersubstrat mindestens zwei mit ihren Messachsen quer zueinander angeordnete Magnetfeldsensoren integriert sind.
 
2. Integrierte Schaltung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magneifeldsensoren vertikale oder schräge Hallsensoren (21, 22a) sind.
 
3. Integrierte Schaltung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Magnetfeldsensor ein vertikaler oder schräger Hallsensor (21) und wenigstens ein weiterer Magnetfeldsensor ein horizontaler Hall-sensor (22b) ist.
 
4. Integrierte Schaltung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass benachbart zu mindestens einem Magnetfeldsensor auf und/oder im Halbleitersubstrat Ablenkmittel für den magnetischen Fluss des permanentmagnetischen Sekundärteils vorgesehen sind.
 
5. Integrierte Schaltung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocontroller (2) einen Lageregier, einen Geschwindigkeitsregler und/oder einen Drehmomentregler enthält.
 
6. Integrierte Schaltung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocontroller (2) mit Messsignalausgängen der Magnetfeldsensoren (21, 22a, 22b) verbundene Eingänge aufweist, dass der Mikrocontroller (2) zum Erzeugen einer der Anzahl der Magnetfeldsensoren (21, 22a, 22b) entsprechenden Anzahl, zueinander phasenverschobener vorzugsweise sinusförmiger Signale ausgebildet ist, und dass der Mikrocontroller (2) zum Einstellen der Phasenlage dieser Signale einen Datenspeicher aufweist, In dem Stützstellen abgelegt sind, die jeweils für jeden Magnetfeldsensor (21, 22a, 22b) mindestens einen Messsignalwert einem Wert für die Phasenlage der Signale zuordnen.
 
7. Integrierte Schaltung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie verstellbare Abgleichmlttel für die Magnetfeldsensoren aufweist, dass der Mikrocontroller einen Referenzwertspeicher aufweist, in dem Referenzwerte für die Messsignale abgelegt sind, dass der Mikrocontroller In einen Betriebsmodus und einen Abgleichmodus bringbar ist, dass im Abgleichmodus der Elektromotor mit Hilfe des Mikrocontrollers in mindestens eine den Referenzwerten zugeordnete Referenzposition bringbar Ist, und dass Im Abgleichmodus die Abgleichmittel derart mit dem Mikrocontroller in Steuerverbindung stehen, dass die an den Messsignalausgängen der Magnetfeldsensoren (21, 22a, 22b) anliegenden Messsignale im Wesentlichen mit den Referenzwerten übereinstimmen.
 
8. Integrierte Schaltung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgleichmittel Mittel zum Einstellen der Empfindlichkeit der Magnetfeldsensoren und/oder eines Offsets der Messsignale der Magnetfeldsensoren aufweist.
 
9. Integrierte Schaltung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Referenzwertspelcher Referenzwerte für unterschiedliche Störgrößenwerte, insbesondere Temperaturwerte, abgelegt sind, dass die integrierte Schaltung mindestens einen Sensor zur Erfassung eines Störgrößenmesswerts aufweist, und dass der Sensor derart mit dem Referenzwertspeicher und/oder dem Mikrocontroller verbunden Ist, dass im Abgleichmodus die Messsignale der Magnetfeldsensoren (21, 22a, 22b) mit den dem betreffenden Störgrößenmesswert zugeordneten Referenzwerten abgleichbar sind.
 
10. Elektrischer Antrieb mit einer integrierten Schaltung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und einem Elektromotor (4), der ein eine Wicklung aufweisendes Primärteil und ein über einen Luftspalt damit zusammenwirkendes, relativ zu dem Primärtell um eine Rotationsachse verdrehbares permanentmagnetisches Sekundärteil aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die integrierte Schaltung (1) mit ihrer Chipebene quer und vorzugsweise normal zur Rotationsachse (5) des Sekundärteils angeordnet ist.
 
11. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein erster Hallsensor (21) in einer ersten Ebene (25) und ein zweiter Hallsensor (22a, 22b) in einer quer dazu verlaufenden zweiten Ebene (26a, 26b) erstreckt, und dass die Rotationsachse in der Schnittlinie (28) der Ebenen (25, 26a, 26b) der Hallsensoren (21, 22a, 22b) oder der geraden Verlängerung der Schnittlinie (28) angeordnet ist.
 
12. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein erster Hallsensor (21) in einer ersten Ebene (25) und ein zweiter Hallsensor (22a, 22b) in einer quer dazu verlaufenden zweiten Ebene (26a, 26b) erstreckt, und dass die Rotationsachse (5) parallel zu der Schnittlinie (28) der Ebenen (21, 26a, 26b) der Hallsensoren (21, 22a, 22b) oder der geraden Verlängerung der Schnittlinie (28) angeordnet Ist.
 
13. Elektrischer Antrieb mit einer Integrierten Schaltung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und einem Elektromotor (4), der ein eine Wicklung aufweisendes Primärteil und ein über einen Luftspalt damit zusammenwirkendes, relativ zu dem Primärteil um eine Rotationsachse verdrehbares permanentmagnetisches Sekundärteil aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die integrierte Schaltung (1) mit ihrer Chipebene parallel zur Rotationsachse (5) des Sekundärteils angeordnet ist.
 
14. Elektrischer Antrieb nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das permanentmagnetische Primärteil mehrere, In Bewegungsrichtung der Relativbewegung zwischen Primär- und Sekundärteil zueinander versetzte erste permanentmagnetische Pole aufweist, und dass das Primärteil mit einem Magnetrad in Antriebsverbindung steht, das in Umfangsrichtung zueinander versetzte zweite permanentmagnetische Pole aufweist die mit den Magnetfeldsensoren (21, 22a, 22b) magnetisch zusammenwirken.
 
15. Elektrischer Antrieb nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Primärteil mit einem Zahnrad in Antriebsverbindung steht, das derart im magnetischen Fluss eines Magneten angeordnet ist, dass der magnetischen Fluss durch die Zähne des Zahnrads und die Magnetfeldsensoren (21, 22a, 22b) verläuft.
 




Zeichnung