本發(fā)明涉及旋轉(zhuǎn)角度傳感器，通過(guò)所述旋轉(zhuǎn)角度傳感器例如可以確定一軸和另外的構(gòu)件之間的旋轉(zhuǎn)角度。

背景技術(shù)：

為了測(cè)量旋轉(zhuǎn)角度，例如已知旋轉(zhuǎn)角度傳感器，其中，使磁體旋轉(zhuǎn)通過(guò)相應(yīng)的磁場(chǎng)傳感器。對(duì)磁場(chǎng)矢量的測(cè)量則允許推導(dǎo)出旋轉(zhuǎn)角度。這種傳感器也對(duì)外部磁場(chǎng)作出反應(yīng)，所述外部磁場(chǎng)例如可以通過(guò)相鄰布置的電流纜線的電流引起并且對(duì)干擾非常敏感。

另一種旋轉(zhuǎn)角度傳感器利用渦電流效應(yīng)。在此，例如通過(guò)傳感器線圈使金屬靶運(yùn)動(dòng)，所述傳感器線圈被供以交流電壓并且在該靶中感應(yīng)引起渦電流。這導(dǎo)致傳感器線圈的電感降低并且允許通過(guò)頻率改變推導(dǎo)出旋轉(zhuǎn)角度。例如，線圈為振蕩回路的組成部分，所述振蕩回路的諧振頻率在電感改變時(shí)移動(dòng)。然而，這種旋轉(zhuǎn)角度傳感器可以相對(duì)于安裝公差(主要是靶的傾斜)具有高的橫向靈敏性。產(chǎn)生的頻率也會(huì)被外部電磁場(chǎng)干擾(鎖相，injectionlocking)，因?yàn)橥ǔＲ詳?shù)十mhz范圍內(nèi)的頻率工作。

由文獻(xiàn)us7191759b2，us7276897b2，ep0909955bl，us6236199bl和ep0182085b還已知基于耦合的線圈的旋轉(zhuǎn)角度傳感器。在這些文獻(xiàn)中，在唯一一個(gè)激勵(lì)線圈中建立交變電磁場(chǎng)，所述交變電磁場(chǎng)耦合到多個(gè)接收線圈中并且在那里分別感應(yīng)引起一電壓。為了測(cè)量旋轉(zhuǎn)角度，使用可旋轉(zhuǎn)地受支承的、能導(dǎo)電的靶，所述靶根據(jù)其角度位置影響激勵(lì)線圈和接收線圈之間的電感耦合。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明優(yōu)點(diǎn)

本發(fā)明實(shí)施方式可通過(guò)有利的方式使得能這樣確定軸和另外的構(gòu)件之間的旋轉(zhuǎn)角度，使得外部和/或構(gòu)件公差的干擾對(duì)測(cè)量?jī)H產(chǎn)生小的影響。

本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)角度傳感器，所述旋轉(zhuǎn)角度傳感器尤其可以在具有高電磁干擾場(chǎng)的環(huán)境中使用。所述旋轉(zhuǎn)角度傳感器例如可以在車(chē)輛的發(fā)動(dòng)機(jī)室中或者發(fā)動(dòng)機(jī)室附近使用，例如用于確定節(jié)流閥位置、bldc-發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子位置、駕駛踏板位置或者凸輪軸位置。

根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述旋轉(zhuǎn)角度傳感器包括：定子元件，該定子元件具有一個(gè)接收線圈和至少兩個(gè)發(fā)送線圈；可相對(duì)于該定子元件旋轉(zhuǎn)地受支承的轉(zhuǎn)子元件，該轉(zhuǎn)子元件實(shí)施成用于：根據(jù)旋轉(zhuǎn)角度與所述至少兩個(gè)發(fā)送線圈中的每一個(gè)以感應(yīng)的方式不同程度地耦合，或以感應(yīng)元件不同地覆蓋所述至少兩個(gè)發(fā)送線圈；和分析處理單元，該分析處理單元用于確定轉(zhuǎn)子元件與定子元件之間的旋轉(zhuǎn)角度。也可以承載分析處理單元(例如ic，即集成電路，或asic，即專(zhuān)用集成電路)的定子元件可以與軸的在其上固定轉(zhuǎn)子元件的端部對(duì)置地布置。轉(zhuǎn)子元件可承載一靶或者說(shuō)感應(yīng)元件，所述靶或者說(shuō)感應(yīng)元件隨軸一起運(yùn)動(dòng)、覆蓋發(fā)送線圈并由此改變發(fā)送線圈的電感。

所述分析處理單元實(shí)施成用于給發(fā)送線圈周期性地依次供應(yīng)交流電壓，使得分別給一個(gè)或多個(gè)發(fā)送線圈供應(yīng)交流電壓并且剩下的一個(gè)或多個(gè)發(fā)送線圈保持不通電。在上下文中，“不通電”表示涉及的發(fā)送線圈不直接被分析處理單元供應(yīng)以交流電壓。但可以的是，在涉及的發(fā)送線圈中感應(yīng)引起電壓。因?yàn)樗鲂D(zhuǎn)角度傳感器的所有發(fā)送線圈根據(jù)旋轉(zhuǎn)角度與轉(zhuǎn)子以感應(yīng)的方式不同程度地耦合，所以也產(chǎn)生這些線圈與接收線圈的、與旋轉(zhuǎn)角度有關(guān)的耦合，所述耦合針對(duì)每個(gè)發(fā)送線圈是不同的。由此在接收線圈中周期性地感應(yīng)引起不同的交流電壓，所述交流電壓相對(duì)于激勵(lì)或發(fā)送交流電壓的形狀(例如相位或相移)和/或振幅或者說(shuō)量值與旋轉(zhuǎn)角度有關(guān)。

此外，所述分析處理單元實(shí)施成用于由通過(guò)通電的發(fā)送線圈而在接收線圈中周期性地感應(yīng)引起的交流電壓求取旋轉(zhuǎn)角度。例如可在兩個(gè)發(fā)送線圈(這兩個(gè)發(fā)送線圈在一個(gè)周期期間交替地被通電)的情況下，分別求取或測(cè)量通過(guò)這兩個(gè)發(fā)送線圈而在接收線圈中感應(yīng)引起的兩個(gè)交流電壓的相位和/或振幅。然后可由所求取的值來(lái)確定旋轉(zhuǎn)角度。

接收線圈中的交流電壓可通過(guò)分析處理單元以下述方式求?。呵笕≡诮邮站€圈中感應(yīng)引起的電壓或測(cè)量通過(guò)該電壓產(chǎn)生的電流。供應(yīng)給發(fā)送線圈的交流電壓和/或感應(yīng)引起的交流電壓例如可具有0.5至5mhz之間的范圍內(nèi)的頻率。

根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述分析處理單元實(shí)施成用于在同一時(shí)間僅給一個(gè)發(fā)送線圈供應(yīng)交流電壓。例如在兩個(gè)發(fā)送線圈的情況下，可以在兩個(gè)時(shí)間步驟中給兩個(gè)發(fā)送線圈交替地通電。在三個(gè)發(fā)送線圈的情況下，可在三個(gè)時(shí)間步驟期間始終分別僅給其中一個(gè)線圈通電。分析處理單元可對(duì)每個(gè)通電的發(fā)送線圈求取接收線圈中的交流電壓的相移并由所述相移確定與該相移相關(guān)的旋轉(zhuǎn)角度。

根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述分析處理單元實(shí)施成用于在同一時(shí)間以不同的交流電壓給至少兩個(gè)發(fā)送線圈供電并且測(cè)量或測(cè)定或感測(cè)在接收線圈中感應(yīng)引起的交流電壓，以便由所述交流電壓確定旋轉(zhuǎn)角度。所述發(fā)送線圈中的兩個(gè)或更多個(gè)被(同時(shí))通電并且產(chǎn)生交變電磁場(chǎng)，該交變電磁場(chǎng)根據(jù)轉(zhuǎn)子元件的位置在接收線圈中感應(yīng)引起不同的電壓，所述電壓使得可推導(dǎo)出旋轉(zhuǎn)角度。另外的一個(gè)或多個(gè)發(fā)送線圈在此保持不通電。這些線圈在該周期期間在另外的時(shí)間步驟中才被通電。

供應(yīng)給所述至少兩個(gè)發(fā)送線圈的交流電壓在此可以這樣不同：其具有不同的頻率、不同的相位和/或不同的振幅或者說(shuō)量值。

例如可同時(shí)給兩個(gè)發(fā)送線圈供應(yīng)交流電壓，所述交流電壓的相位相互錯(cuò)開(kāi)90°，但所述交流電壓除此之外可具有同樣的頻率和振幅。

也可給發(fā)送線圈供應(yīng)不同頻率的交流電壓，所述交流電壓例如具有基頻的整數(shù)倍的頻率。在此，在接收線圈中感應(yīng)引起可具有所有這些頻率的分量的交流電壓，所述交流電壓的強(qiáng)度與旋轉(zhuǎn)角度有關(guān)。在頻率不同的情況下，交流電壓的量值或者說(shuō)振幅也可不同。

在該情況下，所述分析處理單元可將在接收線圈中感應(yīng)引起的交流電壓的頻率成分相互分開(kāi)、確定這些頻率成分的量值或者說(shuō)振幅并且由所述振幅確定旋轉(zhuǎn)角度。這些頻率成分例如可通過(guò)對(duì)感應(yīng)引起的交流電壓的傅里葉分析來(lái)求取。這些頻率成分也可通過(guò)模擬或數(shù)字帶通濾波器求取。由此有利地引起特別好的靈敏性和對(duì)(高頻)干擾信號(hào)的抗干擾性。

根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述分析處理單元實(shí)施成用于在一個(gè)周期中依次給所述發(fā)送線圈在一個(gè)時(shí)間步驟期間供應(yīng)交流電壓并且求取在該時(shí)間步驟期間在接收線圈中感應(yīng)引起的交流電壓的量值和/或相位。一個(gè)周期可具有毫秒的數(shù)量級(jí)和/或可包括剛好與存在的發(fā)送線圈數(shù)量相同的時(shí)間步驟。在兩個(gè)線圈的情況下，所述周期可具有兩個(gè)時(shí)間步驟，在三個(gè)發(fā)送線圈的情況下，所述周期可具有三個(gè)時(shí)間步驟。在每個(gè)時(shí)間步驟期間，其余的發(fā)送線圈不通電。特別有利的是，所述周期時(shí)長(zhǎng)比附接到旋轉(zhuǎn)角度傳感器上的軸的兩個(gè)狀態(tài)之間的調(diào)整時(shí)間短。由此可實(shí)現(xiàn)極好的時(shí)間分辨率

根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述分析處理單元實(shí)施成用于由在一個(gè)周期期間求取的量值和/或相位來(lái)確定旋轉(zhuǎn)角度。所述旋轉(zhuǎn)角度并不由一個(gè)測(cè)量確定，而是基于在一個(gè)周期期間實(shí)施的所有測(cè)量。與始終僅給相同的線圈通電的情況相比，這可使對(duì)旋轉(zhuǎn)角度的確定變得顯著地更精確。

根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述分析處理單元實(shí)施成用于由感應(yīng)引起的交流電壓確定定子元件和轉(zhuǎn)子元件之間的軸向間距。除了當(dāng)前的旋轉(zhuǎn)角度外，也可確定這兩個(gè)組成部分的間距(例如通過(guò)在時(shí)間上取平均)，以便減小角度確定時(shí)的系統(tǒng)誤差。

根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，接收線圈和/或發(fā)送線圈是平面線圈?！捌矫婢€圈”在此要理解為一線圈，其匝全部都基本上處于一個(gè)平面中。一個(gè)平面線圈例如可僅具有其直徑的1％的高度。在此要理解為，一個(gè)線圈可具有由多個(gè)導(dǎo)體環(huán)構(gòu)成的導(dǎo)體。一個(gè)導(dǎo)體環(huán)可為所述導(dǎo)體的一個(gè)區(qū)段，所述區(qū)段各自近乎完全圍繞被所述線圈環(huán)繞的面積一次。一個(gè)匝在此可包括一個(gè)或多個(gè)線圈導(dǎo)體環(huán)，所述導(dǎo)體環(huán)全部都圍繞被線圈環(huán)繞的相同的面積。

根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，接收線圈和/或發(fā)送線圈布置在一個(gè)電路板上和/或布置在一個(gè)電路板中。例如，匝可全部安裝在電路板的兩側(cè)上。在具有多個(gè)層的電路板中，這些匝也可在電路板之內(nèi)延伸。電路板也可承載用于分析處理單元的構(gòu)件和/或ic。

根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，接收線圈完全覆蓋發(fā)送線圈。例如，接收線圈可具有唯一一個(gè)匝(但該匝可包括多個(gè)導(dǎo)體環(huán))，該匝從軸向方向看環(huán)繞發(fā)送線圈。

根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，發(fā)送線圈在軸向方向上至少部分地相互覆蓋。這些發(fā)送線圈在定子元件中可基本上布置在一個(gè)平面中(例如電路板上或電路板內(nèi))，其中，它們?cè)谥芟蛏舷鄬?duì)彼此偏移。所述線圈中的每一個(gè)(即發(fā)送線圈和/或接收線圈)基本上可布置在與軸向方向正交的一個(gè)平面中。“兩個(gè)線圈在軸向方向上至少部分地相互覆蓋”可理解為當(dāng)在軸向方向上看這兩個(gè)線圈時(shí)，這兩個(gè)線圈至少部分地相互重合。這也可理解為這兩個(gè)線圈在沿軸向方向投影到與軸向方向正交的一個(gè)平面上時(shí)至少部分地相互重合。

根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述發(fā)送線圈中的每一個(gè)都具有至少兩個(gè)在周向上彼此相繼的匝。所述發(fā)送線圈在軸向視圖中(即以沿轉(zhuǎn)子元件旋轉(zhuǎn)軸線的觀察方向)可具有多個(gè)環(huán)，這些環(huán)例如布置成在周向上彼此相繼。所述匝可在一個(gè)基本上與轉(zhuǎn)子元件的旋轉(zhuǎn)軸線正交平面中延伸。

根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，接收線圈覆蓋轉(zhuǎn)子元件的旋轉(zhuǎn)軸線。接收線圈例如可在一個(gè)環(huán)/匝中包圍該旋轉(zhuǎn)軸線和發(fā)送線圈。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，接收線圈僅環(huán)繞一個(gè)環(huán)繞轉(zhuǎn)子元件旋轉(zhuǎn)軸線的環(huán)面或僅環(huán)繞該環(huán)面的一部分。接收線圈可以是香蕉形的或c形的。接收線圈可具有唯一一個(gè)長(zhǎng)形的匝，該匝在該匝的端部處幾乎相互接觸。

根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述發(fā)送線圈中的每一個(gè)都具有至少一個(gè)第一匝和至少一個(gè)第二匝，其中，所述至少一個(gè)第一匝和所述至少一個(gè)第二匝相反地定向。當(dāng)給一個(gè)發(fā)送線圈供應(yīng)一交流電壓時(shí)，該發(fā)送線圈產(chǎn)生交變電磁場(chǎng)，該交變電磁場(chǎng)在第一匝的情況下(基本上)沿第一方向定向而在第二匝的情況下(基本上)沿相反的第二方向定向。第一和第二方向可基本上平行于轉(zhuǎn)子元件的旋轉(zhuǎn)軸線延伸。

由發(fā)送線圈產(chǎn)生的交變場(chǎng)(根據(jù)轉(zhuǎn)子元件的位態(tài))在轉(zhuǎn)子元件中感應(yīng)引起電流，該電流又產(chǎn)生交變場(chǎng)，產(chǎn)生的該交變場(chǎng)與發(fā)送線圈或者說(shuō)所述發(fā)送線圈的匝相互作用并從而改變電感。

作用于發(fā)送線圈上并且基本上均勻地延伸穿過(guò)兩個(gè)相反地定向的匝的外部電磁場(chǎng)在發(fā)送線圈中產(chǎn)生電流，所述電流(在這些匝的電感大小相等的情況下)基本上相互抵消。通過(guò)該方式可補(bǔ)償外部干擾場(chǎng)。

反過(guò)來(lái)，當(dāng)磁場(chǎng)大小相等時(shí)，接收線圈中的、通過(guò)一個(gè)發(fā)送線圈的相反地定向的匝產(chǎn)生的磁場(chǎng)感應(yīng)引起的電流相互抵消。因此，通過(guò)相應(yīng)地選擇匝面積可將在接收線圈中感應(yīng)引起的交流電壓在感應(yīng)元件或轉(zhuǎn)子元件的確定的位態(tài)中例如調(diào)整到0(零)。

根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，發(fā)送線圈的第一匝和第二匝在定子元件的周向上相互交替地布置。通過(guò)該方式，每一個(gè)發(fā)送線圈形成匝的一個(gè)鏈，所述匝在彼此相繼的情況下相反地定向。

根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，被第一匝環(huán)繞的面積與被第二匝環(huán)繞的面積相等。當(dāng)所述匝中的每一個(gè)都具有相同數(shù)量的導(dǎo)體環(huán)時(shí)，這導(dǎo)致，基本上均勻的干擾場(chǎng)已被發(fā)送線圈抑制。在此可能的是，一個(gè)或多個(gè)發(fā)送線圈具有不同大小的匝。

根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，發(fā)送線圈的匝環(huán)繞不同大小的面積。在每個(gè)發(fā)送線圈有多個(gè)匝的情況下也可能的是，發(fā)送線圈具有不同大小的匝，使得雖然發(fā)送線圈相互覆蓋，但這些匝卻相互錯(cuò)開(kāi)地布置。

根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，發(fā)送線圈的匝相互錯(cuò)開(kāi)地布置。由此，轉(zhuǎn)子元件或位于轉(zhuǎn)子元件上的感應(yīng)元件不同程度地覆蓋每個(gè)發(fā)送線圈，使得產(chǎn)生涉及的發(fā)送線圈的不同的電感。

根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，接收線圈和發(fā)送線圈僅僅布置在定子元件的一個(gè)角度區(qū)域內(nèi)。例如，接收線圈和發(fā)送線圈可繞轉(zhuǎn)子元件的旋轉(zhuǎn)軸線的中心點(diǎn)相互錯(cuò)開(kāi)a/n(n是發(fā)送線圈的數(shù)量，a＝旋轉(zhuǎn)角度傳感器的感知范圍，<＝360°)地布置。也可能的是，發(fā)送線圈完全相互覆蓋并且僅僅它們的匝相互錯(cuò)開(kāi)地布置。

根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，接收線圈和發(fā)送線圈中的每一個(gè)都完全圍繞定子元件。所有的發(fā)送線圈可繞定子元件或者沿著圓弧段(<360°)或者沿整圓(＝360°)布置。在該情況下，不覆蓋定子元件的軸線或中心的環(huán)面可被接收線圈和/或發(fā)送線圈覆蓋。即，接收線圈和/或發(fā)送線圈可以?xún)H僅布置在定子元件的邊緣區(qū)域中。例如，這些線圈可沿著一個(gè)(約120°的)圓弧段布置，其中，在互補(bǔ)的圓弧段(例如剩下的240°)上沒(méi)有線圈。

根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，轉(zhuǎn)子元件具有至少一個(gè)感應(yīng)元件或者說(shuō)靶，所述感應(yīng)元件或者說(shuō)靶布置在轉(zhuǎn)子元件的一個(gè)角度區(qū)域內(nèi)。換言之，感應(yīng)元件僅部分地環(huán)繞轉(zhuǎn)子元件。正如接收線圈和/或發(fā)送線圈那樣，感應(yīng)元件可僅僅設(shè)置在轉(zhuǎn)子元件的邊緣區(qū)域中。感應(yīng)元件可為金屬靶，該金屬靶在轉(zhuǎn)子元件上以可旋轉(zhuǎn)的方式在軸向方向上與定子元件對(duì)置地布置。感應(yīng)元件可由實(shí)心材料或?qū)w在電路板上制成。感應(yīng)元件也可通過(guò)實(shí)心材料中的缺口例如銑削部提供或提供為沖壓件。

根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，感應(yīng)元件在軸向方向上基本上僅僅覆蓋一個(gè)發(fā)送線圈的一個(gè)匝。感應(yīng)元件和所述線圈的所述匝可基本上布置在與軸向方向正交的平面中。感應(yīng)元件和匝在軸向方向上至少部分地相互覆蓋可理解為當(dāng)在軸向方向上看感應(yīng)元件和匝時(shí)，它們至少部分地相互重合。這也可理解為它們?cè)谘剌S向方向投影到與軸向方向正交的平面上的情況下至少部分地相互重合。

通過(guò)該方式，感應(yīng)元件僅改變最多一個(gè)匝的電感并且旋轉(zhuǎn)角度傳感器獲得最高分辨率。也可能的是，轉(zhuǎn)子元件包括多個(gè)感應(yīng)元件，所述感應(yīng)元件例如以相同的間距在周向上繞旋轉(zhuǎn)軸線布置。

附圖說(shuō)明

以下參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施方式，其中，附圖和說(shuō)明均不作為對(duì)本發(fā)明的限制。

圖1示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)角度傳感器。

圖2示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)角度傳感器。

圖3示出用于圖2的旋轉(zhuǎn)角度傳感器的感應(yīng)元件。

圖4示出一曲線圖，其帶有用于圖2的旋轉(zhuǎn)角度傳感器的線圈耦合。

圖5示出用于圖2的旋轉(zhuǎn)角度傳感器的替代的線圈布局

圖6示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)角度傳感器。

圖7示出用于圖6的旋轉(zhuǎn)角度傳感器的感應(yīng)元件。

圖8a示出用于根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)角度傳感器的通電示意圖。

圖8b示出用于根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)角度傳感器的通電示意圖。

具體實(shí)施方式

圖1示出包括定子元件12和轉(zhuǎn)子元件14的旋轉(zhuǎn)角度傳感器10。轉(zhuǎn)子元件14可以固定在構(gòu)件例如節(jié)流閥、馬達(dá)、凸輪軸、駕駛踏板等的軸16上或者由所述軸16提供。軸16能夠繞軸線a旋轉(zhuǎn)，并且定子元件12在相應(yīng)的軸向方向上與轉(zhuǎn)子元件14相對(duì)置。定子元件12例如固定在所述構(gòu)件的殼體上。

定子元件12包括電路板18，在所述電路板上，多個(gè)發(fā)送線圈20和一個(gè)接收線圈30布置在電路板18的層中。電路板18可以是多層的電路板18，并且所述線圈20、30的導(dǎo)體可以處于電路板18的兩側(cè)上和處于電路板18的各層之間。用于分析處理單元22的另外的結(jié)構(gòu)元件可以處于電路板18上。分析處理單元22可以給每個(gè)發(fā)送線圈20供應(yīng)交流電壓并且求取在接收線圈30中感應(yīng)引起的交流電壓。分析處理單元22可基于所述測(cè)量來(lái)確定定子元件12和轉(zhuǎn)子元件14之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)角度。

轉(zhuǎn)子元件14包括一個(gè)或多個(gè)感應(yīng)元件24，所述感應(yīng)元件在軸向方向上與發(fā)送線圈20和接收線圈30相對(duì)置。感應(yīng)元件24可以如圖1所示布置在另一電路板上，所述電路板固定在軸16上。也可能的是，感應(yīng)元件通過(guò)對(duì)軸16的一個(gè)端部的加工而產(chǎn)生。

圖2示出示出旋轉(zhuǎn)角度傳感器10，其具有三個(gè)發(fā)送線圈20a、20b、20c(第一發(fā)送線圈20a，第二發(fā)送線圈20b和第三發(fā)送線圈20c)，這三個(gè)發(fā)送線圈在第一接頭26上與分析處理單元22連接并通過(guò)第二接頭28在星形接點(diǎn)32連接，所述星形接點(diǎn)可通過(guò)分析處理單元22例如接地。

接收線圈30通過(guò)接頭26′、28′與分析處理單元22連接，所述分析處理單元例如可測(cè)量在接收線圈30中感應(yīng)引起的電壓并且可由所述電壓求取感應(yīng)引起的交流電壓的振幅或者說(shuō)量值和相位。

旋轉(zhuǎn)角度傳感器10的構(gòu)造相應(yīng)于一個(gè)具有多個(gè)初級(jí)線圈(發(fā)送線圈20a、20b、20c)的變壓器，這些初級(jí)線圈通過(guò)感應(yīng)元件24耦合到接收線圈30中。

所述三個(gè)發(fā)送線圈20a、20b、20c被分析處理單元22周期性地供應(yīng)以交流電壓。例如在由三個(gè)時(shí)間步驟組成的一個(gè)周期期間，首先給發(fā)送線圈20a供應(yīng)交流電壓，再給發(fā)送線圈20b供應(yīng)交流電壓，然后給發(fā)送線圈20c供應(yīng)交流電壓，其中，除供電的發(fā)送線圈外的另外兩個(gè)發(fā)送線圈保持不通電。通過(guò)感應(yīng)元件24的與所述旋轉(zhuǎn)角度有關(guān)的位態(tài)，發(fā)送線圈20a、20b、20c根據(jù)該旋轉(zhuǎn)角度而與感應(yīng)元件24不同程度地耦合。因此，視旋轉(zhuǎn)角度而定在每個(gè)時(shí)間步驟中在接收線圈30中感應(yīng)引起不同的交流電壓，所述交流電壓的量值和/或相位可被求取。

因此，在一個(gè)周期內(nèi)針對(duì)一個(gè)通電的發(fā)送線圈20和兩個(gè)不通電的發(fā)送線圈20的三個(gè)不同配置可分別求取兩個(gè)不同的量值和/或相位，分析處理單元22則可由所述量值和/或相位算出當(dāng)前旋轉(zhuǎn)角度。

替代于此，分析處理單元22在一個(gè)時(shí)間步驟期間也可分別給兩個(gè)發(fā)送線圈通電，其中，第三發(fā)送線圈保持不通電。

圖2還示出：三個(gè)發(fā)送線圈20a、20b、20c實(shí)施為平面發(fā)送線圈，所述平面發(fā)送線圈具有處于一個(gè)平面中的多個(gè)匝34。發(fā)送線圈20a、20b、20c或它們的匝34在周向上相互錯(cuò)開(kāi)地布置在定子元件12上。接收線圈30僅僅具有一個(gè)匝34′。

通過(guò)所述感應(yīng)元件24的與所述旋轉(zhuǎn)角度有關(guān)的位態(tài)，發(fā)送線圈20a、20b、20c基于它們的匝34根據(jù)旋轉(zhuǎn)角度與感應(yīng)元件24(在此未示出)不同程度地耦合。因?yàn)榻邮站€圈30始終完全覆蓋感應(yīng)元件24及其匝34′，所以接收線圈30和感應(yīng)元件24之間的耦合基本上與旋轉(zhuǎn)角度無(wú)關(guān)。因此通過(guò)發(fā)送線圈20a、20b、20c視旋轉(zhuǎn)角度而定在接收線圈30中感應(yīng)引起一交流電壓，該交流電壓的量值和/或相位可被求取。例如可在接收線圈30中測(cè)量交流電流或該交流電流的量值和/或相位，從該交流電流可推導(dǎo)出所述電壓或該電壓的量值和/或相位。

除了旋轉(zhuǎn)角度外也可由感應(yīng)引起的交流電壓的所求取的相位和/或量值來(lái)確定感應(yīng)元件24或轉(zhuǎn)子元件14相對(duì)于定子元件12的間距，例如通過(guò)在多個(gè)測(cè)量上取平均值。

在圖3中示出旋轉(zhuǎn)角度傳感器10，其中，發(fā)送線圈20a、20b、20c和接收線圈30完全環(huán)繞定子元件12。發(fā)送線圈20a、20b、20c一致地構(gòu)造，但是繞軸線a偏移或者說(shuō)在定子元件12上相互錯(cuò)開(kāi)地布置。每個(gè)發(fā)送線圈20a、20b、20c的各6個(gè)匝34全部都分別環(huán)繞相同的面積，以便補(bǔ)償外部干擾場(chǎng)。

圖3出于清楚性原因僅示出發(fā)送線圈20a。每個(gè)發(fā)送線圈20a、20b、20c包括方向相反的匝34a、34b，這些繞組可分成具有第一定向的第一匝34a和具有相反的第二定向的第二匝34b。換言之：電流就所述軸線而言例如以順時(shí)針?lè)较蛄鬟^(guò)第一匝34a，然后該電流以逆時(shí)針?lè)较蛄鬟^(guò)第二匝34b。每個(gè)發(fā)送線圈的匝34a、34b在周向上繞軸線a彼此相繼地布置，使得產(chǎn)生一個(gè)具有交替定向的匝的鏈。

第一匝34a和第二匝34b分別環(huán)繞相同的面積，使得通過(guò)每個(gè)發(fā)送線圈20a、20b、20c的均勻的(干擾)磁場(chǎng)雖然在各個(gè)匝34a、34b中產(chǎn)生電流，但各個(gè)所述電流在發(fā)送線圈20a、20b、20c中相互抵消。

匝34a、34b的數(shù)量不限于6，但必須是偶數(shù)，以補(bǔ)償干擾場(chǎng)。由匝34a、34b的數(shù)量和打開(kāi)角度產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)角度傳感器10的周期性。

通過(guò)將發(fā)送線圈20a、20b、20c實(shí)施為具有方向相反的匝34的平面線圈，例如在給發(fā)送線圈20a加載交流電壓(在沒(méi)有感應(yīng)元件24的情況下)時(shí)，在匝34a、34b中分別產(chǎn)生不同正負(fù)的交變電磁場(chǎng)。因?yàn)橛倚妥笮脑?4a、34b的環(huán)繞面積分別大小相等，所以所述場(chǎng)向外抵消并且在接收線圈30沒(méi)有感應(yīng)引起電壓：如果通過(guò)一個(gè)或多個(gè)感應(yīng)元件24屏蔽發(fā)送線圈面積的一部分，則部分場(chǎng)不再相互抵消并且在接收線圈30中會(huì)感應(yīng)引起電壓。

圖3還示出：在轉(zhuǎn)子元件14上可布置有三個(gè)感應(yīng)元件24。通過(guò)這三個(gè)以120°相互錯(cuò)開(kāi)的感應(yīng)元件24(所述感應(yīng)元件分別大致覆蓋一個(gè)匝34a、34b)，可在120°的單值性范圍(eindeutigkeitsbereich)的情況下產(chǎn)生更好的允差補(bǔ)償。

如圖3所示，感應(yīng)元件24大致與匝一樣大，即在軸向視圖中大致覆蓋相同的面積。所述匝34a、34b中的每個(gè)產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)又在感應(yīng)元件24中產(chǎn)生渦電流，該渦電流又產(chǎn)生磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)在對(duì)應(yīng)的匝中產(chǎn)生電流并由此改變對(duì)應(yīng)的匝34a、34b的電感，從而改變發(fā)送線圈20a、20b、20c的整體電感。因此，發(fā)送線圈20a、20b、20c的電感根據(jù)轉(zhuǎn)子元件14及所述感應(yīng)元件的角度位態(tài)而改變。因?yàn)椴煌l(fā)送線圈20a、20b、20c的匝34a、34b相互錯(cuò)開(kāi)地布置，所以附加地，感應(yīng)元件24不同地改變每個(gè)發(fā)送線圈20a、20b、20c的電感，使得產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)角度傳感器10的良好的角度分辨率。

圖4示出一曲線圖，其帶有接收線圈30和發(fā)送線圈20a、20b、20c之間的耦合系數(shù)，在該曲線圖中，向上繪出耦合系數(shù)而向右繪出旋轉(zhuǎn)角度。發(fā)送線圈20a、20b、20c和感應(yīng)元件24之間的耦合與所述感應(yīng)元件相對(duì)于所述發(fā)送線圈20a、20b、20c的旋轉(zhuǎn)角度有關(guān)?！案饕粋€(gè)唯一的匝34a、34b被感應(yīng)元件24覆蓋得較多”意味著所述匝34a、34b的耦合較小。如果全部的第一匝34a或全部的第二匝34b被感應(yīng)元件24覆蓋，則在總體上產(chǎn)生未被覆蓋的匝與接收線圈的最大耦合。正負(fù)與接收線圈的方向有關(guān)。

圖5示出替代于圖2和3的接收線圈30的方案。

在圖2和3中，接收線圈30在一匝34′中環(huán)繞整個(gè)定子元件12，該匝通過(guò)包圍面積也覆蓋軸線a。替代于此，如果圖5的接收線圈30的唯一的匝34′在環(huán)面37的外邊緣上圍繞(umrunden)發(fā)送線圈20a、20b、20c，則方向反過(guò)來(lái)并且環(huán)面37在內(nèi)邊緣上沿反方向圍繞。圖5的接收線圈30如圖2和3的接收線圈30那樣覆蓋發(fā)送線圈20a、20b、20c。但在圖5中，接收線圈30未覆蓋定子元件12的繞軸線a的區(qū)域。

圖6和7示出與圖2和3類(lèi)似的旋轉(zhuǎn)角度傳感器10的視圖。當(dāng)未做其他說(shuō)明時(shí)，這些實(shí)施方案相應(yīng)地也適用于圖2和3。

在圖6中，發(fā)送線圈20a、20b、20c和接收線圈30僅僅覆蓋一個(gè)繞軸線a的小于360°的角度區(qū)域(在此約120°)。為了更清楚，將發(fā)送線圈20a、20b、20c示出成就像它們沒(méi)有覆蓋整個(gè)角度區(qū)域，但是這是可能的。

發(fā)送線圈20b、20c的匝34是不同大小的，以便實(shí)現(xiàn)不同發(fā)送線圈20a、20b、20c的匝34的錯(cuò)開(kāi)。但一個(gè)定向的匝34a的面積剛好與相反定向的匝34b的面積一樣大。

圖7示出與圖6的旋轉(zhuǎn)角度傳感器匹配的感應(yīng)元件24并且由于清楚性原因僅示出一個(gè)發(fā)送線圈20a。圖7示出：可能的是，僅僅使用一個(gè)感應(yīng)元件24，但該感應(yīng)元件也仍具有這樣的大小，使得各一個(gè)匝34a、34b被覆蓋。

圖8a示出一曲線圖，其帶有用于圖2或6的旋轉(zhuǎn)角度傳感器的發(fā)送線圈20a、20b、20c的通電周期36。該周期36由三個(gè)等長(zhǎng)的時(shí)間步驟38(數(shù)量級(jí)為毫秒)。一般，步驟38的數(shù)量與發(fā)送線圈20a、20b、20c的數(shù)量相等。

在第一步驟38期間給第一發(fā)送線圈20a供應(yīng)交流電壓，即用作發(fā)送或激勵(lì)線圈。另兩個(gè)發(fā)送線圈20b、20c不通電。同時(shí)，例如可求取第一發(fā)送線圈20a中的激勵(lì)交流電壓和在接收線圈30中感應(yīng)引起的交流電壓之間的第一相移。

在后面的步驟中，周期性地調(diào)換這些發(fā)送線圈的角色：在第二步驟38b中給第二發(fā)送線圈20b通電而第一發(fā)送線圈20a和第三發(fā)送線圈20c保持不通電。同時(shí)，可求取第二相移。在第三步驟中，給第三發(fā)送線圈20c通電，第一發(fā)送線圈20a和第二發(fā)送線圈20b保持不通電，并且可求取第三相移。在該周期結(jié)束時(shí)，分析處理單元22可由這三個(gè)相移確定旋轉(zhuǎn)角度。最后又以第一步驟開(kāi)始下個(gè)周期。

圖8b示出一曲線圖，其帶有用于圖2或6的旋轉(zhuǎn)角度傳感器的發(fā)送線圈20a、20b、20c的另一通電周期36，其中，每一個(gè)時(shí)間步驟38分別給兩個(gè)發(fā)送線圈通電。

在第一步驟38a中給第一和第二發(fā)送線圈20a、20b通電而第三發(fā)送線圈20c保持不通電。在第二步驟38b中給第一和第三發(fā)送線圈20a、20c通電而第二發(fā)送線圈20b保持不通電。在第三步驟38c中給第二和第三發(fā)送線圈20b、20c通電而第一發(fā)送線圈20a保持不通電。

但兩個(gè)通電的發(fā)送線圈20a、20b、20c可被通以相位不同但頻率相同的兩個(gè)不同的交流電壓，例如相移90°的交流電壓。在該情況下，分析處理單元22也可每一個(gè)時(shí)間步驟確定一個(gè)相移并且由一個(gè)周期的相移確定旋轉(zhuǎn)角度。

替代地，兩個(gè)通電的發(fā)送線圈20a、20b、20c可被供應(yīng)以具有不同頻率的兩個(gè)不同的交流電壓，所述交流電壓在接收線圈30中與旋轉(zhuǎn)角度有關(guān)地感應(yīng)引起一交流電壓，該交流電壓具有帶有所述兩個(gè)頻率的兩個(gè)分量。所述分量例如可用傅里葉分析或帶通濾波器來(lái)相互分開(kāi)并由此求取分量電壓的量值和/或相位。然后由一個(gè)周期的頻率分量的量值和/或相位可確定旋轉(zhuǎn)角度。

最后指出，術(shù)語(yǔ)如“具有”，“包括”等并不排除其他的元件或步驟，并且術(shù)語(yǔ)如“一”或“一個(gè)”不排除多個(gè)。權(quán)利要求中的參考標(biāo)記不應(yīng)視為限制。