旋转角度传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种旋转角度传感器(10)，包括具有定子发射线圈(20)和定子接收线圈(22)的定子元件(12)；关于所述定子元件(12)围绕旋转轴线(R)能旋转地受支承的转子元件(14)，该转子元件具有相互电连接的转子接收线圈(28)和转子发射线圈(30)；其中，所述转子接收线圈(28)与所述定子发射线圈(20)感应地耦合，使得通过所述定子发射线圈(20)产生的电磁场在所述转子接收线圈(28)中感应出电流，该电流流经所述转子发射线圈(30)，使得所述转子发射线圈(30)产生另外的电磁场；其中，所述定子接收线圈(22)与所述转子发射线圈(30)感应地耦合，使得该感应耦合与所述定子元件(12)和所述转子元件(14)之间的旋转角度有关，并且由所述转子发射线圈(30)产生的所述另外的电磁场在所述定子接收线圈(22)中感应出与角度有关的交流电压；其中，所述定子发射线圈(20)具有圆形的外部部分绕组(34a)和圆形的内部部分绕组(34b)，该内部部分绕组布置在所述外部部分绕组(34a)内部并且该内部部分绕组与所述外部部分绕组(34a)这样电连接，使得所述内部部分绕组相对于所述外部部分绕组(34a)关于电流流动方向而言反向地定向；其中，所述转子接收线圈(28)具有圆形的外部部分绕组(34a)和圆形的内部部分绕组(34b)，该内部部分绕组布置在所述外部部分绕组(34a)内部并且该内部部分绕组与所述外部部分绕组(34a)这样电连接，使得所述内部部分绕组相对于所述外部部分绕组(34a)关于电流流动方向而言反向地定向；其中，所述定子发射线圈(20)的所述外部部分绕组(34a)和所述转子接收线圈(28)的所述外部部分绕组(34a)相互对准；其中，所述定子发射线圈(20)的所述内部部分绕组(34b)和所述转子接收线圈(28)的所述内部部分绕组(34b)相互对准。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】旋转角度传感器
本专利技术涉及一种旋转角度传感器，通过该旋转角度传感器例如可以确定轴和另外的构件之间的旋转角度。
技术介绍
为了测量旋转角度例如已知旋转角度传感器，在所述旋转角度传感器中磁体通过相应的磁场传感器旋转。磁场向量的测量允许推断出旋转角度。这类传感器也对外部的磁场做出反应，所述磁场例如通过由相邻布置的电缆线产生的电流引起并且可能是对干扰非常敏感的。另一类型的旋转角度传感器利用涡流效应。在此，例如金属靶标在传感器线圈上方运动，该传感器线圈被供给以交流电压并且在靶标中感应出涡流。这导致传感器线圈的电感的减小并且允许通过频率变化推断出旋转角度。例如线圈是振荡回路的组成部分，该振荡回路的共振频率在电感改变时移动。然而这种类型的旋转角度传感器可以具有相对于装配公差(主要是靶标的倾斜)的高的横向灵敏度。所产生的频率也可以通过外部的电磁场干扰(InjectionLocking，注入锁定)，因为通常以在几十MHz的范围内的频率工作。EP0909955B1示出具有在靶标上短路的平面导体线环的旋转角度传感器，所述导体线环与励磁线圈的电磁交变场相互作用。
技术实现思路
本专利技术的实施方式能够以有利的方式实现，提供能特别经济地制造的旋转角度传感器，其中，所述旋转角度传感器提供简单地分析处理的测量信号。此外，关于本专利技术的实施方式的想法可以视为以下面所描述的思想和认知为基础。本专利技术涉及一种旋转角度传感器，该旋转角度传感器尤其可以使用在具有高电磁干扰场的环境中。旋转角度传感器例如可以使用在车辆中的马达室中或马达室附近，例如用于确定节气门的位置、BLDC马达的转子位置、加速踏板的位置或凸轮轴的位置。在下面描述的旋转角度传感器是成本有利的，需要小的结构空间并且基于简单的测量原理。根据本专利技术的实施方式，旋转角度传感器包括具有定子发射线圈和定子接收线圈的定子元件；关于定子元件可围绕旋转轴线旋转地受支承的转子元件，该转子元件具有相互电连接的转子接收线圈和转子发射线圈；其中，转子接收线圈与定子发射线圈感应地耦合，使得通过定子发射线圈产生的电磁场在转子接收线圈中感应出电流，该电流流经转子发射线圈，从而转子发射线圈产生另外的电磁场；其中，定子接收线圈与转子发射线圈感应地耦合，使得感应耦合与定子元件和转子元件之间的旋转角度有关，并且由转子发射线圈产生的所述另外的电磁场在定子接收线圈中感应出与角度有关的交流电压。例如布置在定子电路板上的定子发射线圈例如加载以交流电压，该交流电压具有几MHz的范围内(优选5MHz)的频率。由此产生电磁交变场，该电磁交变场耦合到转子接收线圈中并且在那里感应出相应的交流电压。转子发射线圈与转子接收线圈串联，该转子发射线圈又产生电磁交变场并且反射到定子元件上，在那里所述定子元件在例如也可以布置在定子电路板上的一个或多个定子接收线圈中感应出与角度相关的交流电压。整体上定子发射线圈和所述一个或多个定子接收线圈之间的耦合与旋转角度有关地受影响。耦合系数的典型值范围在-0.3和+0.3之间。通过在定子接收线圈中感应出的信号与载体信号(定子发射线圈的信号)的解调可以推断出耦合的量值和相位。该量值可以随着旋转角度持续地改变。耦合的相位可以理想地为0°或180°。如果转子发射线圈和定子接收线圈这样实施，使得所述转子发射线圈和所述定子接收线圈产生基本上呈正弦形状的信号，那么可以以特别简单的方式由这些信号确定旋转角度。在使用两个具有关于测量范围的90°相移的接收线圈的情况下，可以通过量值乘以相位的余弦将两个测量信号转化为(理想的)无偏移的正弦/余弦系统。在使用三个具有关于测量范围的120°相移的接收线圈的情况下，产生三相正弦信号，该正弦信号可以通过使用克拉克变换(Clarke-Transformation)转化为正弦/余弦系统。然后通过将反正切函数应用到正弦/余弦系统中的变换信号上可以在两种情况中推断出旋转角度。此外，定子发射线圈具有圆形的外部部分绕组和圆形的内部部分绕组，该内部部分绕组布置在外部部分绕组内部并且该内部部分绕组与外部部分绕组这样电连接，使得所述内部部分绕组相对于外部部分绕组关于电流流动方向而言是反向定向的。转子接收线圈具有圆形的外部部分绕组和圆形的内部部分绕组，该内部部分绕组布置在外部部分绕组内部并且该内部部分绕组与外部部分绕组这样电连接，使得所述内部部分绕组相对于外部部分绕组关于电流流动方向而言是反向定向的。换言之，定子发射线圈和转子接收线圈分别具有两个彼此嵌套并且反向定向的部分绕组。在此，关于电流流动方向而言，反向定向的部分绕组可以如此设计，使得在电流流动通过对应的线圈时部分绕组分别被电流向左或向右地流经。线圈的部分绕组可以是线圈的导线区段，该导线区段环绕相同的或基本上相同的面积。定子发射线圈和/或转子接收线圈的两个部分绕组可以串联。定子发射线圈的外部部分绕组和转子接收线圈的外部部分绕组相互对准，并且定子发射线圈的内部部分绕组和转子接收线圈的内部部分绕组相互对准。在此，相互对准可以意味着，各个部分绕组参照旋转轴线或定子元件的对称轴线基本上重叠。通过反向定向的部分绕组可以降低旋转角度传感器相对于基本上均匀的电磁交变场的敏感性。如果定子发射线圈和/或转子接收线圈被该场穿过，那么在所述部分绕组中的每个部分绕组中产生感应电压，但该感应电压相互抵消或至少减小。整体上旋转角度传感器可以基于该简单的测量原理成本有利地实施，因为不需要昂贵的磁体。产生的测量信号可以通过简单的逆变换(基于克拉克变换)来分析处理。此外，旋转角度传感器是针对公差稳固的，即在装配时可以允许较大的机械公差，并且相对于外部干扰场是特别不敏感的。根据本专利技术的实施方式，定子发射线圈的外部部分绕组和内部部分绕组这样实施，使得所述定子发射线圈的外部部分绕组和内部部分绕组基本上产生相同的磁通量。根据本专利技术的实施方式，转子接收线圈的外部部分绕组和内部部分绕组这样实施，使得所述转子接收线圈的外部部分绕组和内部部分绕组基本上产生相同的磁通量。定子发射线圈和/或转子接收线圈可以如此实施(大致通过选择各个部分绕组的导体线环的数量)，使得当它们的各个部分绕组被电流(所述电流在相同线圈的部分绕组中大小相同，因为这些部分绕组串联)流经时，所述部分绕组产生相同的磁通量。因为部分绕组反向地定向，所以在线圈中的通过外部磁场感应出的电压基本上完全抵消。这例如尤其适用于在线圈的区域中的均匀的外部磁场。在前面和在接下来，“基本上”或“大致”意味着最大偏差5％或1％。根据本专利技术的实施方式，定子发射线圈和/或转子接收线圈的外部部分绕组具有多个导体线环，所述导体线环分别完全围绕定子元件。根据本专利技术的实施方式，定子发射线圈和/或转子接收线圈的内部部分绕组具有多个导体线环，所述导体线环分别完全围绕定子元件。导体线环例如可以基于在定子电路板上的印制导线。这些导体线环或印制导线可以螺旋形地延伸。在此，“完全围绕”可以意味着，导体线环以大致360°围绕转子元件的旋转轴线或定子元件的对称轴线。在接头导线紧密相邻的情况下，在其上安装有接头的这些导体线环也可以(在本申请的意义上)完全围绕定子元件或转子元件。根据本专利技术的实施方式，定子发射线圈的外部部分绕组的有效面积(相应于由该外部部分绕组的导体线环展开的面积的总和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.旋转角度传感器(10)，包括：具有定子发射线圈(20)和定子接收线圈(22)的定子元件(12)；关于所述定子元件(12)围绕旋转轴线(R)能旋转地受支承的转子元件(14)，该转子元件具有相互电连接的转子接收线圈(28)和转子发射线圈(30)；其中，所述转子接收线圈(28)与所述定子发射线圈(20)感应地耦合，使得通过所述定子发射线圈(20)产生的电磁场在所述转子接收线圈(28)中感应出电流，该电流流经所述转子发射线圈(30)，使得所述转子发射线圈(30)产生另外的电磁场；其中，所述定子接收线圈(22)与所述转子发射线圈(30)感应地耦合，使得该感应耦合与所述定子元件(12)和所述转子元件(14)之间的旋转角度有关，并且，由所述转子发射线圈(30)产生的所述另外的电磁场在所述定子接收线圈(22)中感应出与角度有关的交流电压；其特征在于，所述定子发射线圈(20)具有圆形的外部部分绕组(34a)和圆形的内部部分绕组(34b)，该内部部分绕组布置在所述外部部分绕组(34a)内部并且该内部部分绕组与所述外部部分绕组(34a)这样电连接，使得所述内部部分绕组相对于所述外部部分绕组(34a)关于电流流动方向而言反向地定向；所述转子接收线圈(28)具有圆形的外部部分绕组(34a)和圆形的内部部分绕组(34b)，该内部部分绕组布置在所述外部部分绕组(34a)内部并且该内部部分绕组与所述外部部分绕组(34a)这样电连接，使得所述内部部分绕组相对于所述外部部分绕组(34a)关于电流流动方向而言反向地定向；其中，所述定子发射线圈(20)的所述外部部分绕组(34a)和所述转子接收线圈(28)的所述外部部分绕组(34a)相互对准；其中，所述定子发射线圈(20)的所述内部部分绕组(34b)和所述转子接收线圈(28)的所述内部部分绕组(34b)相互对准。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.29 DE 102016203234.81.旋转角度传感器(10)，包括：具有定子发射线圈(20)和定子接收线圈(22)的定子元件(12)；关于所述定子元件(12)围绕旋转轴线(R)能旋转地受支承的转子元件(14)，该转子元件具有相互电连接的转子接收线圈(28)和转子发射线圈(30)；其中，所述转子接收线圈(28)与所述定子发射线圈(20)感应地耦合，使得通过所述定子发射线圈(20)产生的电磁场在所述转子接收线圈(28)中感应出电流，该电流流经所述转子发射线圈(30)，使得所述转子发射线圈(30)产生另外的电磁场；其中，所述定子接收线圈(22)与所述转子发射线圈(30)感应地耦合，使得该感应耦合与所述定子元件(12)和所述转子元件(14)之间的旋转角度有关，并且，由所述转子发射线圈(30)产生的所述另外的电磁场在所述定子接收线圈(22)中感应出与角度有关的交流电压；其特征在于，所述定子发射线圈(20)具有圆形的外部部分绕组(34a)和圆形的内部部分绕组(34b)，该内部部分绕组布置在所述外部部分绕组(34a)内部并且该内部部分绕组与所述外部部分绕组(34a)这样电连接，使得所述内部部分绕组相对于所述外部部分绕组(34a)关于电流流动方向而言反向地定向；所述转子接收线圈(28)具有圆形的外部部分绕组(34a)和圆形的内部部分绕组(34b)，该内部部分绕组布置在所述外部部分绕组(34a)内部并且该内部部分绕组与所述外部部分绕组(34a)这样电连接，使得所述内部部分绕组相对于所述外部部分绕组(34a)关于电流流动方向而言反向地定向；其中，所述定子发射线圈(20)的所述外部部分绕组(34a)和所述转子接收线圈(28)的所述外部部分绕组(34a)相互对准；其中，所述定子发射线圈(20)的所述内部部分绕组(34b)和所述转子接收线圈(28)的所述内部部分绕组(34b)相互对准。2.根据权利要求1所述的旋转角度传感器(10)，其中，所述定子发射线圈(20)的所述外部部分绕组(34a)和所述内部部分绕组(34b)这样实施，使得所述定子发射线圈的所述外部部分绕组和所述内部部分绕组基本上产生相同的磁通量，和/或，其中，所述转子接收线圈(28)的所述外部部分绕组(34a)和所述内部部分绕组(34b)这样实施，使得所述转子接收线圈的所述外部部分绕组和所述内部部分绕组基本上产生相同的磁通量。3.根据权利要求1或2所述的旋转角度传感器(10)，其中，所述定子发射线圈(20)的和/或所述转子接收线圈(28)的所述外部部分绕组(34a)具有多个导体线环(36)，所述导体线环分别完全围绕所述定子元件(12)或所述转子元件(14)；和/或，其中，所述定子发射线圈(20)的和/或所述转子接收线圈(28)的所述内部部分绕组(34b)具有多个导体线环(36)，所述导体线环分别完全围绕所述定子元件(12)或所述转子元件(14)。4.根据权利要求3所述的旋转角度传感器(10)，其中，所述定子发射线圈(20)的所述外部部分绕组(34a)的相应于由所述外部部分绕组的导体线环(36)展开的面积的总和的有效面积基本上相当于所述定子发射线圈(20)的所述内部部分绕组(34b)的有效面积，和/或，其中，所述转子接收线圈(28)的所述外部部分绕组(34a)的相应于由所述外部部分绕组的导体线环展开的面积的总和的...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·乌特默伦，A·默茨，S·莱迪克，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE