基於渦流的角度傳感器的製造方法

2023-05-02 12:08:36 2

基於渦流的角度傳感器的製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種感應式角度傳感器(2)，包括測量體(10)和與測量體(10)隔開的線圈(18)，該測量體能在角度測量範圍內圍繞旋轉軸線(32)定位在不同的角度位置。在角度測量範圍內的每個角度位置，所述測量體(10)的表面與所述線圈(18)相距不同的距離(34)。
【專利說明】基於渦流的角度傳感器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種根據權利要求1所述的感應式角度傳感器和一種根據權利要求9所述的信號發送器。
【背景技術】
[0002]渦流傳感器——例如由DE19631438A1已知地——可以用於確定測量體與線圈之間的距離。
[0003]使用渦流傳感器的感應式角度傳感器例如由DE102004033083A1已知。渦流傳感器包括用於在可導電的測量體中產生渦流的線圈和測量體本身。線圈和測量體可以相對彼此沿運動方向運動。測量體在此具有可導電的軌道，其這樣構造，即線圈的電感在沿運動方向掃描軌道時連續地、也就是說周期性地變化。通過這種方式可以時間連續地執行角度增
量測量。
[0004]此外由DE102009033242A1已知了，藉助渦流傳感器確定旋轉角度計數。

【發明內容】

[0005]本發明的目的是，改進角度傳感器。
[0006]該目的通過獨立權利要求的特徵來實現。本發明的優選的改進方案是從屬權利要求的主題。
[0007]本發明提出，測量體的朝向線圈的表面這樣構造，S卩，在待測量的角度範圍內，當測量體沿預定方向轉動時，在測量體的表面與線圈之間的距離連續地變化。測量體的朝向線圈的表面在此包括設置在測量體的表面上的部段，該部段在待測量的角度範圍內測量體的每個角度位置上都具有測量體與線圈之間的最短的距離(歐幾裡得距離)。
[0008]本發明基於這樣的認識:對於渦流測量原理而言，不需要測量體本身朝線圈移動來改變線圈周圍的空間的電磁特性。如果空間在測量體的不同的位置構造得不同，就已經可以通過改變測量體相對於線圈的位置來引起空間的電磁特性的變化。
[0009]本發明基於這樣的思想:使用渦流原理來提供絕對值編碼器用於測量角度。這由以下實現:測量體的表面在角度測量範圍內的每個角度位置上與線圈之間相距不同的距離，從而可以為每個角度位置分派一個獨特的在線圈與測量體表面之間的距離。通過這種方式，可以藉助用於使用測量技術評估距離的電路來明確地確定測量體的每個角度位置以及進而確定與測量體相連的測量對象、例如車輛的加速踏板的每個角度位置。
[0010]本發明因此提出一種感應式角度傳感器，其包括測量體和與測量體隔開的線圈，該測量體能在角度測量範圍內圍繞旋轉軸線定位在不同的角度位置上。根據本發明，所述測量體的表面在角度測量範圍內的每個角度位置上與線圈相距不同的距離。
[0011]通過本發明可以將渦流測量原理用於確定測量對象的絕對角度。這種渦流傳感器是價廉的、精確的和經久耐用的。
[0012]在本發明的一個改進方案中，所述測量體的表面與線圈之間的、由角度位置而定的距離在角度測量範圍中是單調的。因此，如果測量體在角度測量範圍中恆定地沿確定的方向轉動，則測量體的表面與線圈之間的距離連續地變大或變小。由此可以特別簡單地實現對所確定的距離的評估。
[0013]在本發明的一個額外的或另選的改進方案中，所述線圈從旋轉軸線看去軸向地與測量體隔開地定位。通過軸向地定位線圈，可以根據本發明通過以下方式以特別簡單的方式構造測量體的表面:該表面例如在端側上被簡單地斜切。
[0014]在本發明的另一個改進方案中，所述線圈從旋轉軸線看去徑向地與測量體隔開地定位。線圈的徑向定位的優點在於，大多情況下更大的軸向公差或間隙在確定測量體的轉動角度的過程中可以被完全消除。
[0015]在本發明的一個另外的改進方案中，角度傳感器包括另一個線圈，當第一線圈徑向地與測量體隔開地定位時，所述另一個線圈相應地從旋轉軸線看去軸向地與測量體隔開地定位，或者當第一線圈軸向地與測量體隔開地定位時，所述另一個線圈從旋轉軸線看去徑向地與測量體隔開地定位。通過所述另一個線圈可以實現冗餘，利用這種冗餘可以使得第一線圈的測量結果更可信，以便例如確定第一線圈在角度傳感器內是否正確定向。
[0016]在本發明的又一個改進方案中，所述測量體可以由一種具有導電性能和/或鐵磁性能的材料製成。在應用具有導電性能的材料、例如鋁或銅時，線圈的電感由於渦流而發生變化。在應用具有鐵磁性能的材料、例如軟鐵時，線圈的電感由於其磁性的改變而發生變化。
[0017]在本發明的一個改進方案中，所述線圈是平面線圈。通過平面線圈可以進一步減小角度傳感器的尺寸，這是因為平面線圈例如可以平坦地鋪設在角度傳感器的殼體壁上，而不必伸入到該殼體的內腔中和佔據空間。
[0018]在本發明的一個另外的改進方案中，所述平面線圈由與平面線圈電連接的電路的印刷導線形成，該電路用於確定電感並用於輸出與平面線圈的電感有關的信號。通過這種方式，平面線圈可以僅通過形成印刷導線而直接被安置在電路上。通過這種方式，取消了用於角度傳感器的額外的線圈，這進一步減小了角度傳感器的尺寸。此外可以節省生產成本和材料成本，這是因為既不必提供額外的線圈也不必在一額外的製造步驟中將額外的線圈安置在電路上。
[0019]在本發明的另一個改進方案中，在線圈與測量體之間布置有絕緣部件。該絕緣部件防止角度傳感器的元件發生短路和進而防止未定義的測量狀態。
[0020]本發明也提出了一種用於機動車的信號發送器，該信號發送器包括使軸轉動的控制元件和用於確定該控制元件的角度位置的根據本發明的感應式角度傳感器。
[0021 ] 在本發明的一個特別的設計方案中，所述控制元件是加速踏板。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]本發明的上述的性能、特徵和優點以及如何實現這些性能、特徵和優點的方式和方法可結合下面參照附圖詳細說明的實施例的描述更清楚和更容易地理解，其中:
[0023]圖1示出根據本發明的角度傳感器的第一實施例的透視圖，
[0024]圖2示出根據本發明的角度傳感器的第一實施例的透視圖，
[0025]圖3示出根據本發明的角度傳感器的第一實施例的截面圖，[0026]圖4示出根據本發明的角度傳感器的第二實施例的截面圖，
[0027]圖5示出用於評估根據本發明的感應式位移傳感器的測量結果的示例性的電路。
【具體實施方式】
[0028]參閱圖1至圖3，其示出根據本發明的角度傳感器2的第一實施例。
[0029]角度傳感器2具有帶有穿孔6的把手4，該把手可圍繞軸8擺動地支承。在軸8的與把手4對置的側面上在殼體12中布置有測量體10，下文中對該測量體會有詳細描述。軸在軸承14處穿過殼體12。在繪圖平面內看徑向在測量體10下方，在殼體12的下側上設計有印刷電路板16，在該印刷電路板上承載有平面線圈18。
[0030]測量體10具有四分之一橢圓形的形狀，其中，軸8基本上接合在橢圓的中心點20上。如果軸8圍繞中心點20沿圖1中所示方向21轉動，那麼橢圓的短半軸頂點22在繪圖平面內看沿方向21向上轉動，而橢圓的長半軸頂點24在繪圖平面內看沿該方向向下轉動。由於長半軸頂點24以已知方式具有與短半軸頂點22相比距橢圓的中心點的更大的徑向距離，因此沿方向21的轉動使得測量體10的表面朝向布置在測量體10下方的平面線圈18運動。
[0031]測量體10的橢圓形狀僅被選作為例子。根據本發明，與把手4的轉動角度有關地和進而與測量體10有關地使測量體10的表面朝向平面線圈18運動的各種形狀都是適合的。
[0032]平面線圈18由印刷電路板16上的多個印刷導線形成，該印刷電路板具有在圖5中示出的示例性的電路26，且被設置用於評估平面線圈18的電感。
[0033]參閱圖4，其示出根據本發明的角度傳感器2的第二實施例。在圖4中，與圖1至3中相同的元件具有相同的附圖標記並且不再次進行描述。
[0034]在圖4中，測量體10在其與軸8對置的軸向端側28上朝向於軸8的旋轉軸線30被斜切。在測量體10的軸向端側28旁邊，平面線圈18從旋轉軸線30看去並且在繪圖平面內看在軸8的徑向上側布置在電路板16上。通過使把手4轉動和進而使測量體10轉動，在測量體的軸向端側28上的邊稜32從旋轉軸線30看去並且在繪圖平面內看由軸8的徑向下側轉動到軸8的徑向上側，因此如在根據圖1至3的第一實施例中那樣，測量體10的表面朝平面線圈18運動。
[0035]由於測量體10的表面朝平面線圈18運動,在平面線圈18和測量體10的表面之間的距離34變小。當測量體反向於圖1所示方向21轉動時該距離34可以變大。平面線圈18的電感36與距離34有關地發生變化。電感36可以利用電路28進行確定和評估。
[0036]參閱圖5，其示出電路28的示例性的電路圖。
[0037]在當前的實施方式中，電路28設計為LC門振蕩器。其基於平面線圈18的電感36通過並聯諧振電路40產生具有與電感36有關的頻率的輸出信號38。另選地，可以利用其它振蕩器、如Meissner振蕩器，或者利用其它測量原理、例如平面線圈18的阻抗的確定，來確定電感。
[0038]在所示的電路28中的並聯諧振電路40由平面線圈18的電感36和電容42組成。由並聯諧振電路40產生的振蕩44的、對于振蕩器必需的增強通過第一變流器46和第二變流器48來實現。到並聯諧振電路40上的必需的反饋通過反饋電阻50和反饋電容52來實現。在此，反饋電阻50決定輸出信號38的振幅並且進而決定電路28的功率消耗。在並聯諧振電路40和第一變流器46之間的過濾器電容54過濾具有低頻率的信號分量、例如偏移量。第一變流器46還與另一反饋電阻56 —起形成下級的反饋環。
【權利要求】
1.一種感應式角度傳感器(2)，包括測量體(10)和與測量體(10)隔開的線圈(18)，該測量體能在角度測量範圍內圍繞旋轉軸線(32)定位在不同的角度位置，其特徵在於，在角度測量範圍內的每個角度位置，所述測量體(10)的表面與所述線圈(18)相距不同的距離(34)。
2.根據權利要求1所述的感應式角度傳感器(2)，其特徵在於，所述測量體(10)的表面與所述線圈(18)之間的、由角度位置而定的距離(34)在角度測量範圍中是單調的。
3.根據權利要求1或2所述的感應式角度傳感器(2)，其特徵在於，所述線圈(18)從所述旋轉軸線(32)看去在徑向上和/或在軸向上與所述測量體(10)隔開地定位。
4.根據權利要求3所述的感應式角度傳感器(2)，包括另一個線圈，所述另一個線圈相應地從所述旋轉軸線(32)看去在軸向上或在徑向上與所述測量體(10)隔開地定位。
5.根據前述權利要求中任一項所述的感應式角度傳感器(2)，其特徵在於，所述測量體(10)是導電的和/或鐵磁的。
6.根據權利要求1所述的感應式角度傳感器(2)，其特徵在於，所述線圈(18)是平面線圈。
7.根據權利要求6所述的感應式角度傳感器(2)，其特徵在於， 所述平面線圈(18)由與 該平面線圈(18)電連接的電路(28)的印刷導線形成，該電路用於確定電感(36)並用於輸出與所述平面線圈(18)的電感(36)有關的信號(38)。
8.根據前述權利要求中任一項所述的感應式角度傳感器(2)，包括在所述線圈(18)與所述測量體(10)之間的絕緣部件。
9.一種用於機動車的信號發送器，該信號發送器包括使軸(8)轉動的控制元件(4)和用於確定該控制元件(4)的角度位置的、根據前述權利要求中任一項所述的感應式角度傳感器⑵。
10.根據權利要求9所述的信號發送器，其特徵在於，所述控制元件是加速踏板。
【文檔編號】G01D5/20GK103906994SQ201280053278
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年11月2日 優先權日:2011年11月3日
【發明者】S·萊曼, H·穆勒 申請人:大陸-特韋斯貿易合夥股份公司及兩合公司