旋转角传感器装置、激光雷达系统、工作装置和用于激光雷达系统的运行方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种旋转角传感器装置，其用于具有转子和定子的光学系统并且尤其用于激光雷达系统以确定所述转子与所述定子之间的旋转角和/或取向，所述旋转角传感器装置构造为具有：基于定子的并且抗扭地在所述定子上安装或可安装的线圈装置作为传感器元件用于接收交变磁场；基于转子的并且抗扭地在所述转子上安装或可安装的靶用于主动产生交变磁场；其中，所述线圈装置和所述靶如此在所述定子或所述转子上安装或可安装，使得根据在定子与转子之间的旋转角和/或取向而出现在所述线圈装置与所述靶之间的不同的覆盖和/或空间相邻性连同所述靶的交变磁场对所述线圈装置的相应不同的影响。

Rotary Angle Sensor Device, Lidar System, Working Device and Operation Method for Lidar System

The present invention relates to a rotating angle sensor device for optical systems with rotors and stators and, in particular, for lidar systems to determine the rotation angle and/or orientation between the rotors and stators. The rotating angle sensor device is constructed with: stator-based and torsionally mounted or mountable coil devices on the stators as sensor elements. For receiving alternating magnetic fields; a target mounted or mountable on the rotor based on the rotor and torsionally is used to actively generate alternating magnetic fields; where the coil device and the target are so mounted or mountable on the stator or the rotor that they appear different from the coil device and the target according to the rotation angle and/or orientation between the stator and the rotor. The corresponding different effects of the coverage and/or spatial adjacency of the coil device, together with the alternating magnetic field of the target, on the coil device are discussed.

【技术实现步骤摘要】
旋转角传感器装置、激光雷达系统、工作装置和用于激光雷达系统的运行方法
本专利技术涉及一种旋转角传感器装置，其用于具有转子和定子的光学系统并且尤其用于激光雷达系统、一种像这样的激光雷达系统、工作装置和尤其机动车。
技术介绍
在工作装置、车辆和其他机器和设施的应用中，越来越多地应用运行辅助系统或传感器装置用于检测运行环境。除了基于雷达的系统或基于超声波的系统之外，也应用基于光的检测系统，例如所谓的激光雷达系统(英语：LiDAR：lightdetectionandranging)。在采样或扫描的激光雷达系统中，初级光在产生之后导向通过要检测的视界。在此使用所谓的微扫描器，其具有转子和定子。转子容纳光学器件、传感机构和光源的至少一部分并且相对于定子借助驱动装置可控地可转动。转子的全部构件优选无线地——基于定子——供能。对于驱动装置的换向并且对于图像重构需要关于转子相对于定子的取向和关于其时间上的发展的信息作为必然要确定的运行参数，这些运行参数迄今必须通过多个传感器来检测。
技术实现思路
根据本专利技术的旋转角传感器装置与此相比具有如下优点，即借助相对简单的装置可随时可靠地求取转子相对于定子的取向，其在运行开始也作为初始条件。这根据本专利技术的旋转角传感器装置的特征通过以下方式来实现，即实现一种旋转角传感器装置，其用于具有转子和定子的光学系统并且尤其用于激光雷达系统以确定转子与定子之间的旋转角和/或取向，所述旋转角传感器装置构造为具有：(i)基于定子的并且抗扭地在定子上安装或可安装的线圈装置作为传感器元件用于接收交变磁场；以及(ii)基于转子的并且抗扭地在转子上安装或可安装的靶(Target)用于主动产生交变磁场。根据本专利技术，线圈装置和靶如此在定子或转子上安装或可安装，使得根据在定子与转子之间的旋转角和/或取向而出现在线圈装置与靶的之间的不同的覆盖和/或空间相邻性连同靶的交变磁场对线圈装置的相应不同的影响。基于靶的交变磁场在转子中或在转子上对传感器元件的线圈装置的不同影响，可以通过其测量推断在定子与转子之间的旋转角和/或取向。以下构型示出本专利技术的优选扩展方案。在本专利技术的一个有利的扩展方案中，旋转角传感器装置设置用于尤其主动给靶通电以便主动产生交变磁场。基于该措施例如省去在定子的区域中设置激励线圈或诸如此类的必要性。此外，通过主动通电可产生较高的磁场强度。由此开辟一种可能性：在靶与以线圈装置形式的传感器元件之间的较大的间距。附加地或替代地，为了尤其主动给靶供能，尤其第一电压源例如具有尤其第一匹配网络或组件或者根据尤其第一匹配网络或组件的方式、优选具有并联连接的在约5MHz至约20MHz的频率范围中短接的、进一步优选具有在约1MHz处约1Ohm阻抗的、具有15nF电容的电容器或者根据其方式和/或用于匹配输入信号的频率、幅度和/或相位地构造。此外，附加地或者替代地，靶可以构造为与这样的电压源连接或可连接，并且为此，根据本专利技术的旋转角传感器装置可以尤其具有相应的连接装置。在根据本专利技术的旋转角传感器装置的另一构型方式中，用于传感器元件的或传感器元件的线圈装置具有至少一个线圈元件作为接收线圈。在该情况下特别有利的是，单个地或任意相互组合地：相应的线圈元件构造为平面线圈；相应的线圈元件在截面中或在线圈绕组的平面中具有如下外形，即具有偶数个相互相邻的相同的子绕组(Teilwicklung)或子绕线(Teilwindung)，具有相互相反的环绕方向直接相邻的子绕组或子绕线；相应的线圈元件具有第一和第二连接端；线圈装置具有多个尤其相同构造的相互串联连接的相互扭转的和/或均匀覆盖全角的线圈元件；和/或，用于传感器元件的线圈装置关于在定子与转子之间的转动轴线镜像对称地和/或转动对称地构造。这些措施单个地或相互任意组合地改善根据本专利技术提供的旋转角传感器装置的灵敏性和分辨能力。当根据本专利技术的方案的另一改进方案，靶根据尤其平面的、尤其在与通过接收线圈的线圈装置的线圈元件限定的平面平行的平面中具有连接端和一个或多个绕组和/或一个或多个绕线的发送线圈的方式构造时，产生特别紧凑的并且在其测量灵敏性方面进一步提高的根据本专利技术的旋转角传感器装置。附加地或替代地，可以设有一种基本上根据短接环的方式的构型。该短接环具有特别简单的具有相应简化的场走向的结构。与最后讨论的技术措施相关联地，有利地提供不同的另外的构型。因此，靶可以具有相同多个第一区段和第二区段，它们分别相互相同地、总体上相同地以交替顺序和/或尤其关于所基于的在定子与转子之间的转动轴线均匀覆盖全角地构造。靶的相应的第一区段可以设置用于关于在定子与转子之间的转动轴线以较大的间距的和/或沿较大的半径’的通过电流。靶的相应的第二区段可以设置用于关于转动轴线以较小的间距的和/或沿较小的半径’的通过电流。靶的相应的第一区段和靶的相应的第二区段可以在此分别在输入侧和输出侧与关于在定子与转子之间的转动轴线、沿圆周方向在前和在后的第二区段或第一区段借助连接区段电连接，其中，所述连接区段为了径向的通过电流而将沿圆周方向彼此相继的第一和第二区段径向或基本上径向延伸地相互连接。靶可以关于在定子与转子之间的转动轴线镜像对称地和/或转动对称地构造。根据本专利技术的旋转角传感器装置的结构型式的紧凑性和通过根据本专利技术的旋转角传感器装置的证明的灵敏性可以进一步提高，其方式是，传感器元件的线圈装置和靶如此在定子或转子上安装或可安装，使得线圈装置和靶位于相互平行的平面中和/或相互略微间隔开地布置，优选以小于5毫米的间距、优选以小于2毫米的间距以及进一步优选地以小于1毫米的间距。如果根据本专利技术的旋转角传感器装置的另一有利的扩展方案，用于传感器元件的线圈装置构造为定子侧电路板结构或者其一部分；和/或，靶构造为转子侧电路板结构或者其一部分，则可以实现进一步的结构空间节省。此外，本专利技术涉及一种用于光学检测尤其用于工作装置和/或车辆的视界的激光雷达系统，所述激光雷达系统构造为具有转子、定子、用于使转子相对于定子绕转动轴线旋转的装置、尤其是驱动装置以及根据本专利技术构型的用于确定转子与定子之间的旋转角和/或取向的旋转角传感器装置。线圈装置抗扭地安装在定子上。靶抗扭地安装在转子上。转子和尤其由转子包括的具有光源单元的发送光学器件和/或具有探测装置的接收光学器件设置用于尤其借助感应来无线供能。定子为此具有构造用于产生和发出交变磁场的初级线圈。转子具有在磁耦合中的构造用于接收初级线圈的交变磁场并且用于产生感应电压作为运行电压的次级线圈，其中，初级线圈和次级线圈相互磁耦合，尤其分别与和/或通过铁氧体元件或铁氧体芯磁耦合。对于特别紧凑的结构型式，分别设置的铁氧体元件或铁氧体芯可以相应地在几何结构和/或材料方面构型。因此，在根据本专利技术的激光雷达系统的一种特别有利的扩展方案中设置，定子侧初级线圈的铁氧体元件构造在用于传感器元件的线圈装置之下，或者定子侧初级线圈和/或其载体部分穿孔地构造和/或至少部分包围定子侧初级线圈的铁氧体元件。附加地或替代地，转子侧次级线圈的铁氧体元件可以被结构化用于在凹槽中容纳靶和/或具有材料改变的区域作为靶，尤其以植入和/或涂层的形式。在本专利技术的另一附加的或替代的构型方式中，在旋转角传感器装置中，为了给所述靶供能，所述转子具有第一电压源地构造本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种旋转角传感器装置(5)，其用于具有转子(200)和定子(100)的光学系统并且尤其用于激光雷达系统(1)以确定所述转子(200)与所述定子(100)之间的旋转角和/或取向，所述旋转角传感器装置构造为具有：基于定子的并且抗扭地在所述定子(100)上安装或可安装的线圈装置(105)作为传感器元件用于接收交变磁场；以及基于转子的并且抗扭地在所述转子(200)上安装或可安装的靶(203)用于主动产生交变磁场；其中，所述线圈装置(105)和所述靶(203)如此在所述定子(100)或所述转子(200)上安装或可安装，使得根据在定子(100)与转子(200)之间的旋转角和/或取向而出现在所述线圈装置(105)与所述靶(203)之间的不同的覆盖和/或空间相邻性连同所述靶(203)的交变磁场对所述线圈装置(105)的相应不同的影响。

【技术特征摘要】
2017.07.06 DE 102017211491.61.一种旋转角传感器装置(5)，其用于具有转子(200)和定子(100)的光学系统并且尤其用于激光雷达系统(1)以确定所述转子(200)与所述定子(100)之间的旋转角和/或取向，所述旋转角传感器装置构造为具有：基于定子的并且抗扭地在所述定子(100)上安装或可安装的线圈装置(105)作为传感器元件用于接收交变磁场；以及基于转子的并且抗扭地在所述转子(200)上安装或可安装的靶(203)用于主动产生交变磁场；其中，所述线圈装置(105)和所述靶(203)如此在所述定子(100)或所述转子(200)上安装或可安装，使得根据在定子(100)与转子(200)之间的旋转角和/或取向而出现在所述线圈装置(105)与所述靶(203)之间的不同的覆盖和/或空间相邻性连同所述靶(203)的交变磁场对所述线圈装置(105)的相应不同的影响。2.根据权利要求1所述的旋转角传感器装置(5)，其设置用于主动给所述靶(203)通电以便主动产生交变磁场；其中，为了给所述靶(203)供能，第一电压源(202)尤其具有尤其第一匹配网络或组件或者根据尤其第一匹配网络或组件的方式、优选具有并联连接的在5MHz至20MHz的频率范围中短接的、具有在1MHz处1Ohm阻抗的、具有15nF电容的电容器或者根据其方式和/或用于匹配输入信号的频率、幅度和/或相位地构造；和/或，其中，所述靶(203)与这样的电压源(202)连接或可连接，并且为此尤其构造有连接装置。3.根据以上权利要求中任一项所述的旋转角传感器装置(5)，其中，所述传感器元件的或用于所述传感器元件的线圈装置(105)具有至少一个线圈元件(103.1、103.2)作为接收线圈，尤其：相应的线圈元件(103.1、103.2)构造为平面线圈；相应的线圈元件(103.1、103.2)在截面中或在线圈绕组(103.3)的平面中具有如下外形，即具有偶数个相互相邻的相同的子绕组(103.4、103.5)或子绕线，具有相互相反的环绕方向直接相邻的子绕组(103.4、103.5)或子绕线；相应的线圈元件(103.1、103.2)具有第一和第二连接端(104.1、104.2)；所述线圈装置(105)具有多个尤其相同构造的相互串联连接的相互扭转的和/或均匀覆盖全角的线圈元件(103.1、103.2)；和/或，所述线圈装置(105)关于在定子(100)与转子(200)之间的转动轴线(500)镜像对称地和/或转动对称地构造。4.根据以上权利要求中任一项所述的旋转角传感器装置(5)，其中，所述靶(203)：根据尤其平面的、尤其在与通过所述接收线圈的线圈装置(105)的线圈元件(103.1、103.2)限定的平面平行的平面中具有连接端(204.1、204.2)和一个或多个绕组(204.3)和/或一个或多个绕线的发送线圈(204)的方式构造；和/或，基本上根据短接环的方式构造。5.根据以上权利要求中任一项所述的旋转角传感器装置(5)，其中，所述靶(203)具有相同多个第一区段(204.4)和第二区段(204.6)，它们分别相互相同地、总体上相同地以交替顺序和/或尤其关于所基于的转动轴线(500)均匀覆盖全角地构造；所述靶(203)的相应的第一区段(204.4)设置用于关于在定子(100)与转子(200)之间的转动轴线(500)以较大的间距的和/或沿较大的半径’的通过电流，而所述靶(203)的相应的第二区段(204.6)设置用于关于所述转动轴线(500)以较小的间距的和/或沿较小的半径’的通过电流；所述靶(203)的相应的第一区段(204.4)和所述靶(203)的相应的第二区段(204.6)在输入侧和输出侧分别与关于在定子(100)与转子(200)之间的转动轴线(500)、沿圆周方向在前和在后的第二区段(204.6)或第一区段(204.4)借助连接区段(204.5)电连接，所述连接区段为了径向的通过电流而将沿所述圆周方向彼此相继的第一和第二区段(204.4、204.6)径向或基本上径向延伸地相互连接；和/或，所述靶(203)关于在定子(100)与转子(200)之间的转动轴线(500)镜像对称地和/或转动对称地构造。6.根据以上权利要求中任一项所述的旋转角传感器装置(5)，其中，所述传感器元件的线圈装置(105)和所述靶(203)如此在所述定子(100)或所述转子(200)上安装或可安装，使得所述线圈装置(105)和所述靶(203)位于相互平行的平面中和/或相互略微间隔开地布置，优选以小于5毫米的间距、优选以小于2毫米的间距以及进一步优选地以小于1毫米的间距。7.根据以上权利要求中任一项所述的旋转角传感器装置(5)，其中，用于所述传感器元件的线圈装置(105)构造为定子侧电路板结构(103)或者其一部分；和/或，所述靶(203)构造...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·于特尔默伦，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