具有兩個(gè)線圈的線圈系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種具有彼此電連接的并且基本上相互間同軸地布置的第一線圈和 第二線圈的線圈系統(tǒng)，其中，第一線圈具有沿線圈系統(tǒng)的縱向方向遞增的纏繞密度。此外， 本發(fā)明還涉及一種位置傳感器以及一種該線圈系統(tǒng)的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 無(wú)接觸式線性位置傳感器的不同的實(shí)施方式是公知的。最重要的代表性是利用磁 場(chǎng)來(lái)感測(cè)。在此涉及利用霍爾效應(yīng)或感應(yīng)定律的傳感器。后者又可以根據(jù)其作用原理分成 兩個(gè)組。兩個(gè)組的共同之處是由線圈和探測(cè)元件組成的系統(tǒng)，探測(cè)元件在第一組中必須是 導(dǎo)電的，而在第二組中必須是軟磁性的材料。
[0003] 第一組（渦流傳感器）利用感應(yīng)來(lái)在導(dǎo)電的材料中構(gòu)建反向場(chǎng)，該反向場(chǎng)使激勵(lì) 場(chǎng)衰減。利用探測(cè)元件來(lái)改變與行程成正比的衰減度。還要用來(lái)維持激勵(lì)場(chǎng)所需要的能量 可以用作測(cè)量變量。在此，探測(cè)行程的元件（探測(cè)元件）并不進(jìn)入線圈。
[0004] 第二組的不同之處在于，線圈中的磁場(chǎng)直接受軟磁性的探測(cè)元件影響。在此測(cè)量 線圈的感應(yīng)強(qiáng)度，其中具有不同的措施。在插棒式線圈傳感器的情況下，位置感測(cè)基于充分 利用軟磁性的鐵的相對(duì)導(dǎo)磁率和與之關(guān)聯(lián)的如下事實(shí)，即，線圈的感應(yīng)強(qiáng)度表現(xiàn)出與線圈 芯的相對(duì)導(dǎo)磁率成正比的特性。線圈芯在此用作探測(cè)行程的元件，這導(dǎo)致感應(yīng)強(qiáng)度改變，并 且進(jìn)而導(dǎo)致與行程成正比的測(cè)量變量。為此，線性的單線圈或處于多個(gè)室中的單線圈用于 影響敏感性。根據(jù)LVDT(線性差動(dòng)變壓器）原理或PLCD(永磁體線性無(wú)接觸位移）原理的 傳感器可以描述為差動(dòng)變壓器。在此使用了一個(gè)初級(jí)線圈和兩個(gè)次級(jí)線圈，其中，這兩個(gè)都 沿待感測(cè)的行程布置。長(zhǎng)的初級(jí)線圈位于傳感器的兩個(gè)端部上的短的次級(jí)線圈之間的中 部。所有的三個(gè)線圈都位于軟磁性的棒上，軟磁性的棒平行于測(cè)量行程地布置。借助用作 探測(cè)元件的磁體可以影響從初級(jí)線圈到次級(jí)線圈上的磁場(chǎng)分布。
[0005] 在這些公知的傳感器中不利的是，構(gòu)建它們成本過(guò)高。與之相應(yīng)地，在文獻(xiàn)DE38 01 779C2中描述的位置傳感器或基于傳感器的線圈系統(tǒng)構(gòu)建簡(jiǎn)單并且基本上僅需要兩個(gè) 同軸的線圈，其具有可在線圈內(nèi)部運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)磁的探測(cè)元件。在此，其中一個(gè)線圈沿縱向方向 具有改變的纏繞密度。
[0006] 已證明的是，這樣構(gòu)建的位置傳感器不太適用于精密的用途，這是因?yàn)樗哂刑?小的測(cè)量精確度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 因此，本發(fā)明的任務(wù)是提供一種線圈系統(tǒng)，利用該線圈系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)一種高精確 度的位置傳感器。此外，本發(fā)明的任務(wù)是提供這種傳感器以及一種針對(duì)這種線圈系統(tǒng)的制 造方法。該任務(wù)通過(guò)具有權(quán)利要求1的特征的線圈系統(tǒng)并且通過(guò)具有權(quán)利要求9的特征的 位置傳感器和通過(guò)具有權(quán)利要求12的特征的制造方法來(lái)解決。特別優(yōu)選的實(shí)施方案可以 從相應(yīng)的從屬權(quán)利要求中得知。
[0008] 依次，本發(fā)明涉及一種尤其是針對(duì)位置傳感器的線圈系統(tǒng)。線圈系統(tǒng)具有第一線 圈和第二線圈，它們彼此電連接并且基本上相互間同軸地布置，其中，第一線圈具有沿線圈 系統(tǒng)的縱向方向遞增的纏繞密度。此外，第二線圈具有沿線圈系統(tǒng)的縱向方向遞減的纏繞 密度。
[0009] 依次，第一繞組沿線圈系統(tǒng)的縱向方向的纏繞密度遞增，而第二繞組沿該縱向方 向的纏繞密度同時(shí)遞減。因此，線圈的纏繞密度沿線圈縱向方向相反地發(fā)展。由此，第二線 圈不再僅用作針對(duì)第一線圈的參考線圈，替代地，現(xiàn)在當(dāng)線圈系統(tǒng)在具有這種探測(cè)元件的 位置傳感器中使用時(shí)，第二線圈的感應(yīng)強(qiáng)度也依賴于導(dǎo)磁的探測(cè)元件的位置。因此位置傳 感器的或線圈系統(tǒng)的測(cè)量分辨率得到明顯改進(jìn)，并且可以借助該線圈系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高精確度的 位置傳感器。纏繞密度在此尤其被理解為繞組在沿線圈系統(tǒng)的縱向方向的每個(gè)長(zhǎng)度單位上 的數(shù)量。
[0010] 尤其地，通過(guò)纏繞層的徑向數(shù)量的遞增或遞減導(dǎo)致纏繞密度的改變。因此，線圈在 線圈系統(tǒng)的縱向方向上的填充系數(shù)保持恒定，由此，導(dǎo)致位置傳感器的或線圈系統(tǒng)的沿縱 向方向的良好的測(cè)量分辨率恒定。線圈分別尤其是鄰周期性地（orthozyklisch)纏繞，由 此，同樣可以實(shí)現(xiàn)特別好的填充系數(shù)。此外，線圈特別優(yōu)選地具有互相相反的纏繞方向。因 此，線圈在通電時(shí)構(gòu)建出相互影響的磁場(chǎng)。
[0011] 在線圈系統(tǒng)通電時(shí)，電壓在線圈系統(tǒng)內(nèi)部的分布依賴于線圈的歐姆的和感應(yīng)的部 分。配屬于線圈的導(dǎo)磁的探測(cè)元件在此明顯對(duì)各線圈的感應(yīng)強(qiáng)度產(chǎn)生影響，其中，該影響由 于沿線圈縱向方向改變的纏繞密度而依賴于探測(cè)元件的位置。因此，可以通過(guò)對(duì)線圈系統(tǒng) 的兩個(gè)線圈之間的電壓差進(jìn)行評(píng)估來(lái)推斷探測(cè)元件相對(duì)于線圈系統(tǒng)的位置。
[0012] 在優(yōu)選的實(shí)施方案中，第一線圈沿線圈系統(tǒng)的縱向方向的纏繞密度基本上以與第 二線圈的纏繞密度遞減的程度一樣的方式遞增。因此，雖然每個(gè)線圈的纏繞密度發(fā)生改變， 但總纏繞密度卻保持恒定。線圈系統(tǒng)由此可以實(shí)施得非常緊湊，并且具有沿縱向方向恒定 的外直徑。
[0013] 在另一優(yōu)選的實(shí)施方案中，第一和第二線圈的纏繞密度線性改變。線性改變?cè)诖?可以僅存在于線圈系統(tǒng)沿縱向方向的縱區(qū)段內(nèi)，或者在線圈系統(tǒng)沿縱向方向的整個(gè)長(zhǎng)度上 延伸。在纏繞密度的線性改變的情況下，感應(yīng)強(qiáng)度基本上線性地依賴于導(dǎo)磁的探測(cè)元件相 對(duì)于線圈系統(tǒng)的位置，由此，可以特別簡(jiǎn)單地從線圈系統(tǒng)的感應(yīng)強(qiáng)度推斷出探測(cè)元件相對(duì) 于線圈系統(tǒng)的位置。
[0014] 在另一優(yōu)選的實(shí)施方案中，第一和第二線圈的纏繞密度分區(qū)段跳躍式地改變。換 言之，線圈系統(tǒng)擁有至少兩個(gè)沿線圈縱向方向的縱區(qū)段，這些縱區(qū)段在彼此直接鄰接的側(cè) 上具有不同的纏繞密度。由此，當(dāng)導(dǎo)磁的探測(cè)元件相對(duì)于線圈系統(tǒng)從其中一個(gè)縱區(qū)段運(yùn)動(dòng) 至其中另外的縱區(qū)段時(shí)，線圈系統(tǒng)的感應(yīng)強(qiáng)度跳躍式地改變。感應(yīng)強(qiáng)度的該跳躍式的改變 可以非常清楚地檢測(cè)到，由此，在經(jīng)過(guò)密度改變部，也就是說(shuō)，縱區(qū)段之間的過(guò)渡部時(shí)，探測(cè) 元件的位置可以非常清楚和精確地確定。因此，尤其是可以通過(guò)具有不同的纏繞密度的兩 個(gè)直接接連的縱區(qū)段之間的一個(gè)或多個(gè)過(guò)渡部標(biāo)識(shí)出沿線圈縱向方向的一個(gè)或多個(gè)參考 點(diǎn)。此外，多個(gè)或說(shuō)許多個(gè)縱區(qū)段可以配設(shè)有彼此不同的纏繞密度，不同的纏繞密度沿線圈 縱向方向?qū)е吕p繞密度增量式的改變。由此，導(dǎo)磁的探測(cè)元件相對(duì)于線圈系統(tǒng)的位置可以 明顯地增量式地識(shí)別出。這種縱區(qū)段存在越多，那么越可以更精確地增量式地獲知探測(cè)元 件在縱向方向上的位置。
[0015] 在另一優(yōu)選的實(shí)施方案中，第一和第二線圈在線圈系統(tǒng)的第一縱區(qū)段中的纏繞密 度發(fā)生改變，其中，該改變尤其是線性的。在與第一區(qū)段直接連著的第二縱區(qū)段中，第一和 第二線圈的纏繞密度是恒定的。而在與第二區(qū)段直接連著的第三區(qū)段中，第一和第二線圈 的纏繞密度發(fā)生改變，其中，該改變同樣尤其是線性的。由此在第一和第三縱區(qū)段中導(dǎo)致了 線圈系統(tǒng)的高的測(cè)量敏感度和簡(jiǎn)單的可評(píng)估性，而在第二縱區(qū)段中卻導(dǎo)致了相對(duì)小的測(cè)量 敏感度。這尤其是在其中不需要精確測(cè)量的縱區(qū)段。在將線圈系統(tǒng)置入在位置傳感器中時(shí)， 通過(guò)線圈系統(tǒng)的這種實(shí)施方案也可以導(dǎo)致傳感器特性曲線線性化。
[0016] 在另一優(yōu)選的實(shí)施方案中，兩個(gè)線圈利用線圈之間的測(cè)量抽頭（Messabgriff)直 接相繼地電串聯(lián)。因此，線圈系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特別簡(jiǎn)單。線圈在此形成分壓器。
[0017]