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)和至少一个定子接收线圈(22)的定子元件(12)；相对于所述定子元件(12)能围绕旋转轴线(A)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，所述至少一个定子接收线圈(22)与所述转子发射线圈(30)感应耦合，使得该感应耦合与所述定子元件(12)和所述转子元件(14)之间的旋转角度相关，并且由所述转子发射线圈(30)产生的电磁场在所述至少一个定子接收线圈(22)中感应出至少一个与角度相关的交变电压。所述至少一个定子接收线圈(22)具有至少两个圆环扇形的部分绕组(32a、32b)，所述圆环扇形的部分绕组将所述定子元件(12)沿周向方向分成扇形部，并且所述转子发射线圈(30)具有镰形的部分绕组(34a、34b)，所述镰形的部分绕组的数量相当于所述圆环扇形的部分绕组的数量，这些部分绕组沿周向方向相继地围绕所述旋转轴线(A)。

【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变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，提供稳固的、成本有利的和需要小的结构空间的旋转角度传感器。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至少一个定子接收线圈的定子元件；相对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，所述至少一个定子接收线圈与转子发射线圈感应地耦合，使得该感应耦合与定子元件和转子元件之间的旋转角度相关，并且由转子发射线圈产生的所述另外的电磁场在所述至少一个定子接收线圈中感应出与角度相关的交变电压。换言之，定子发射线圈可以被加载以交变电压，该交变电压通过定子发射线圈与转子接收线圈的感应耦合在转子接收线圈中感应出另外的交变电压。在转子接收线圈中产生的交变电压在转子发射线圈中产生电流，该电流通过转子发射线圈与一个或多个定子接收线圈的感应耦合在所述定子接收线圈中产生另外的交变电压，所述另外的交变电压可以被测量并且由它们的测量值可以获知在定子元件和转子元件之间的相对旋转角度。所述至少一个定子接收线圈具有至少两个(或者说偶数个)圆环扇形的部分绕组，所述部分绕组将定子元件分成扇形部，并且转子发射线圈具有相同数量(即与圆环扇形的部分绕组的数量相同)的镰形的部分绕组，所述部分绕组沿周向方向相继地围绕旋转轴线。圆环扇形的部分绕组可以是圆扇形(例如半圆或四分之一圆)。但所述部分绕组也可以具有环扇、即由环的两条圆周线和两条径向走向的线限界的环区段的形状。由此给定子接收线圈的每个部分绕组配属转子发射线圈的一个部分绕组，使得转子发射线圈的每个部分绕组可以在定子接收线圈的所配属的部分绕组中感应出交变场。在旋转角度不同的情况下出现镰形的部分绕组与圆环扇形的部分绕组的不同重叠，这导致不同大小的感应出的交变电压。此外，交变电压的幅度与镰形的部分绕组和圆环扇形的部分绕组的重叠面积相关。该重叠面积可以通过镰形的部分绕组的形状来调节。因为在镰形的情况下重叠面积随着旋转角度非线性地增大，所以交变电压的幅度与旋转角度的函数相关性可以通过镰形来调节。尤其可以出现交变电压的幅度和旋转角度的正弦相关性。圆环扇形的部分绕组可以具有两个带有不同半径的、圆弧形的导体区段和两个与圆弧形的导体区段的端部连接的、径向走向的导体区段。然而也可能的是，圆环扇形的部分绕组是圆环扇形的，即具有仅一个圆弧形的导体区段，该导体区段与两个在径向上几乎走向至旋转轴线的导体区段连接。此外，圆环扇形的部分绕组也可以是半圆形的。在此，限定部分绕组的圆环扇形部的内半径优选可以为所述圆环扇形部的外半径的5％、最大15％。旋转角度传感器基于简单的测量原理并且由此可以成本有利地实现，因为不需要在转子元件上的昂贵的磁体。通过线圈的布置和形状，所述旋转角度传感器需要较小的结构空间。此外，旋转角度传感器针对结构公差是稳固的，由此可以节省成本。根据本专利技术的实施方式，镰形的部分绕组通过圆弧形的导体区段限界。以该方式，在定子接收线圈中感应出的交变电压的幅度与旋转角度的相关性是正弦函数。与旋转角度相关的正弦形信号可以被简单地分析处理并且换算成旋转角度。例如在两个定子接收线圈(双相系统)的情况下，可以由两个信号的商借助于反正切(Arkustangen)确定旋转角度。在三个定子接收线圈(三相系统)的情况下，可以借助于三个信号的克拉克变换(Clarke-Transformation)和随后的反正切计算确定旋转角度。通常地，定子接收线圈的部分绕组和转子发射线圈的部分绕组可以分别围绕旋转轴线对称地布置。定子接收线圈的部分绕组和/或转子发射线圈的部分绕组也可以基本上相同地或者说一致地实施。以该方式，每对部分绕组感应出的交变电压同样大。根据本专利技术的实施方式，转子发射线圈由两个同样大的镰形的部分绕组构造。在此，部分绕组的圆弧形的或圆形的导体区段的直径可以相对彼此偏差小于10％。限定导体区段的圆例如可以具有相同的直径。由此有利地得到高的信号对称性和简单的逆计算。限定导体区段的圆的中心例如可以相对彼此偏移所述两个圆的平均直径的大约5％。根据本专利技术的实施方式，转子发射线圈由四个相同大小的、例如在面积方面相同大小的镰形的部分绕组构造，并且部分绕组的圆弧形的或圆形的导体区段的直径的比例相对于2的平方根(约1.41)的偏差小于10％。由此导致，内部的印制导线区段过渡到相邻镰形的外部的印制导线区段中。由此有利地得出信号的特别准确的正弦形状。由此避免信号的例如朝着三角函数方向的变形。限定导体区段的圆的中心例如可以相对彼此偏移最大半径的1/6直至1/2、例如约1/4。根据本专利技术的实施方式，定子接收线圈的圆环扇形的部分绕组和转子发射线圈的镰形的部分绕组分别沿周向方向依次相继地关于流经所述部分绕组的电流而言具有相反的定向。换言之，转子发射线圈的镰形的部分绕组沿周向方向产生基本上相对彼此反向平行走向的电磁场。当所述相对彼此反向平行走向的电磁场耦入到定子接收线圈的圆环扇形的部分绕组中时，所产生的交变电压通过串联相加。相反地，均匀的干扰场在圆环扇形的部分绕组中感应出的电压相互抵消。以该方式，可以强烈地减小干扰磁场(例如由于在靠近旋转角度传感器布置的电缆内部的高电流)的影响。根据本专利技术的实施方式，镰形的部分绕组仅布置在转子元件的围绕旋转轴线的环形区域中。以该方式，在转子元件上产生围绕旋转轴线的并且可以用于转子元件的其他功能的面。环形区域可以通过围绕旋转轴线的、具有不同半本文档来自技高网...

【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)和至少一个定子接收线圈(22)的定子元件(12)；相对于所述定子元件(12)能围绕旋转轴线(A)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，所述至少一个定子接收线圈(22)与所述转子发射线圈(30)感应耦合，使得该感应耦合与所述定子元件(12)和所述转子元件(14)之间的旋转角度相关，并且，由所述转子发射线圈(30)产生的电磁场在所述至少一个定子接收线圈(22)中感应出至少一个与角度相关的交变电压；其特征在于，所述至少一个定子接收线圈(22)具有至少两个圆环扇形的部分绕组(32a、32b)，所述圆环扇形的部分绕组将所述定子元件(12)沿周向方向分成扇形部，并且所述转子发射线圈(30)具有镰形的部分绕组(34a、34b)，所述镰形的部分绕组的数量相当于所述圆环扇形的部分绕组的数量，这些部分绕组沿周向方向相继地围绕所述旋转轴线(A)。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.24 DE 102016202867.71.旋转角度传感器(10)，包括：具有定子发射线圈(20)和至少一个定子接收线圈(22)的定子元件(12)；相对于所述定子元件(12)能围绕旋转轴线(A)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，所述至少一个定子接收线圈(22)与所述转子发射线圈(30)感应耦合，使得该感应耦合与所述定子元件(12)和所述转子元件(14)之间的旋转角度相关，并且，由所述转子发射线圈(30)产生的电磁场在所述至少一个定子接收线圈(22)中感应出至少一个与角度相关的交变电压；其特征在于，所述至少一个定子接收线圈(22)具有至少两个圆环扇形的部分绕组(32a、32b)，所述圆环扇形的部分绕组将所述定子元件(12)沿周向方向分成扇形部，并且所述转子发射线圈(30)具有镰形的部分绕组(34a、34b)，所述镰形的部分绕组的数量相当于所述圆环扇形的部分绕组的数量，这些部分绕组沿周向方向相继地围绕所述旋转轴线(A)。2.根据权利要求1所述的旋转角度传感器(10)，其中，所述镰形的部分绕组(34a、34b)通过圆弧形的导体区段(40a、40b)限界。3.根据权利要求2所述的旋转角度传感器(10)，其中，所述转子发射线圈(30)由两个相同大小的镰形的部分绕组(34a、34b)构造，和/或，一个镰形的部分绕组(34a、34b)的所述圆弧形的导体区段(40a、40b)的直径(D1、D2)相对彼此偏差小于10％。4.根据权利要求2所述的旋转角度传感器(10)，其中，所述转子发射线圈(30)由四个相同大...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·乌特默伦，A·默茨，
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