基于渦流的角度傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種感應(yīng)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范圍內(nèi)圍繞旋轉(zhuǎn)軸線(32)定位在不同的角度位置。在角度測量范圍內(nèi)的每個(gè)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】基于渦流的角度傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的感應(yīng)式角度傳感器和一種根據(jù)權(quán)利要求9所述的信號(hào)發(fā)送器。
【背景技術(shù)】
[0002]渦流傳感器——例如由DE19631438A1已知地——可以用于確定測量體與線圈之間的距離。
[0003]使用渦流傳感器的感應(yīng)式角度傳感器例如由DE102004033083A1已知。渦流傳感器包括用于在可導(dǎo)電的測量體中產(chǎn)生渦流的線圈和測量體本身。線圈和測量體可以相對(duì)彼此沿運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)。測量體在此具有可導(dǎo)電的軌道，其這樣構(gòu)造，即線圈的電感在沿運(yùn)動(dòng)方向掃描軌道時(shí)連續(xù)地、也就是說周期性地變化。通過這種方式可以時(shí)間連續(xù)地執(zhí)行角度增
量測量。
[0004]此外由DE102009033242A1已知了，借助渦流傳感器確定旋轉(zhuǎn)角度計(jì)數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是，改進(jìn)角度傳感器。
[0006]該目的通過獨(dú)立權(quán)利要求的特征來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的優(yōu)選的改進(jìn)方案是從屬權(quán)利要求的主題。
[0007]本發(fā)明提出，測量體的朝向線圈的表面這樣構(gòu)造，S卩，在待測量的角度范圍內(nèi)，當(dāng)測量體沿預(yù)定方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在測量體的表面與線圈之間的距離連續(xù)地變化。測量體的朝向線圈的表面在此包括設(shè)置在測量體的表面上的部段，該部段在待測量的角度范圍內(nèi)測量體的每個(gè)角度位置上都具有測量體與線圈之間的最短的距離(歐幾里得距離)。
[0008]本發(fā)明基于這樣的認(rèn)識(shí):對(duì)于渦流測量原理而言，不需要測量體本身朝線圈移動(dòng)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(gòu)造得不同，就已經(jīng)可以通過改變測量體相對(duì)于線圈的位置來引起空間的電磁特性的變化。
[0009]本發(fā)明基于這樣的思想:使用渦流原理來提供絕對(duì)值編碼器用于測量角度。這由以下實(shí)現(xiàn):測量體的表面在角度測量范圍內(nèi)的每個(gè)角度位置上與線圈之間相距不同的距離，從而可以為每個(gè)角度位置分派一個(gè)獨(dú)特的在線圈與測量體表面之間的距離。通過這種方式，可以借助用于使用測量技術(shù)評(píng)估距離的電路來明確地確定測量體的每個(gè)角度位置以及進(jìn)而確定與測量體相連的測量對(duì)象、例如車輛的加速踏板的每個(gè)角度位置。
[0010]本發(fā)明因此提出一種感應(yīng)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范圍內(nèi)圍繞旋轉(zhuǎn)軸線定位在不同的角度位置上。根據(jù)本發(fā)明，所述測量體的表面在角度測量范圍內(nèi)的每個(gè)角度位置上與線圈相距不同的距離。
[0011]通過本發(fā)明可以將渦流測量原理用于確定測量對(duì)象的絕對(duì)角度。這種渦流傳感器是價(jià)廉的、精確的和經(jīng)久耐用的。
[0012]在本發(fā)明的一個(gè)改進(jìn)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范圍中是單調(diào)的。因此，如果測量體在角度測量范圍中恒定地沿確定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，則測量體的表面與線圈之間的距離連續(xù)地變大或變小。由此可以特別簡單地實(shí)現(xiàn)對(duì)所確定的距離的評(píng)估。
[0013]在本發(fā)明的一個(gè)額外的或另選的改進(jìn)方案中，所述線圈從旋轉(zhuǎn)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(jù)本發(fā)明通過以下方式以特別簡單的方式構(gòu)造測量體的表面:該表面例如在端側(cè)上被簡單地斜切。
[0014]在本發(fā)明的另一個(gè)改進(jìn)方案中，所述線圈從旋轉(zhuǎn)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(yōu)點(diǎn)在于，大多情況下更大的軸向公差或間隙在確定測量體的轉(zhuǎn)動(dòng)角度的過程中可以被完全消除。
[0015]在本發(fā)明的一個(gè)另外的改進(jìn)方案中，角度傳感器包括另一個(gè)線圈，當(dāng)?shù)谝痪€圈徑向地與測量體隔開地定位時(shí)，所述另一個(gè)線圈相應(yīng)地從旋轉(zhuǎn)軸線看去軸向地與測量體隔開地定位，或者當(dāng)?shù)谝痪€圈軸向地與測量體隔開地定位時(shí)，所述另一個(gè)線圈從旋轉(zhuǎn)軸線看去徑向地與測量體隔開地定位。通過所述另一個(gè)線圈可以實(shí)現(xiàn)冗余，利用這種冗余可以使得第一線圈的測量結(jié)果更可信，以便例如確定第一線圈在角度傳感器內(nèi)是否正確定向。
[0016]在本發(fā)明的又一個(gè)改進(jìn)方案中，所述測量體可以由一種具有導(dǎo)電性能和/或鐵磁性能的材料制成。在應(yīng)用具有導(dǎo)電性能的材料、例如鋁或銅時(shí)，線圈的電感由于渦流而發(fā)生變化。在應(yīng)用具有鐵磁性能的材料、例如軟鐵時(shí)，線圈的電感由于其磁性的改變而發(fā)生變化。
[0017]在本發(fā)明的一個(gè)改進(jìn)方案中，所述線圈是平面線圈。通過平面線圈可以進(jìn)一步減小角度傳感器的尺寸，這是因?yàn)槠矫婢€圈例如可以平坦地鋪設(shè)在角度傳感器的殼體壁上，而不必伸入到該殼體的內(nèi)腔中和占據(jù)空間。
[0018]在本發(fā)明的一個(gè)另外的改進(jìn)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(dǎo)線形成，該電路用于確定電感并用于輸出與平面線圈的電感有關(guān)的信號(hào)。通過這種方式，平面線圈可以僅通過形成印刷導(dǎo)線而直接被安置在電路上。通過這種方式，取消了用于角度傳感器的額外的線圈，這進(jìn)一步減小了角度傳感器的尺寸。此外可以節(jié)省生產(chǎn)成本和材料成本，這是因?yàn)榧炔槐靥峁╊~外的線圈也不必在一額外的制造步驟中將額外的線圈安置在電路上。
[0019]在本發(fā)明的另一個(gè)改進(jìn)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(fā)生短路和進(jìn)而防止未定義的測量狀態(tài)。
[0020]本發(fā)明也提出了一種用于機(jī)動(dòng)車的信號(hào)發(fā)送器，該信號(hào)發(fā)送器包括使軸轉(zhuǎn)動(dòng)的控制元件和用于確定該控制元件的角度位置的根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)式角度傳感器。
[0021 ] 在本發(fā)明的一個(gè)特別的設(shè)計(jì)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(fā)明的上述的性能、特征和優(yōu)點(diǎn)以及如何實(shí)現(xiàn)這些性能、特征和優(yōu)點(diǎn)的方式和方法可結(jié)合下面參照附圖詳細(xì)說明的實(shí)施例的描述更清楚和更容易地理解，其中:
[0023]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的角度傳感器的第一實(shí)施例的透視圖，
[0024]圖2示出根據(jù)本發(fā)明的角度傳感器的第一實(shí)施例的透視圖，
[0025]圖3示出根據(jù)本發(fā)明的角度傳感器的第一實(shí)施例的截面圖，[0026]圖4示出根據(jù)本發(fā)明的角度傳感器的第二實(shí)施例的截面圖，
[0027]圖5示出用于評(píng)估根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)式位移傳感器的測量結(jié)果的示例性的電路。
【具體實(shí)施方式】
[0028]參閱圖1至圖3，其示出根據(jù)本發(fā)明的角度傳感器2的第一實(shí)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(dòng)地支承。在軸8的與把手4對(duì)置的側(cè)面上在殼體12中布置有測量體10，下文中對(duì)該測量體會(huì)有詳細(xì)描述。軸在軸承14處穿過殼體12。在繪圖平面內(nèi)看徑向在測量體10下方，在殼體12的下側(cè)上設(shè)計(jì)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(diǎn)20上。如果軸8圍繞中心點(diǎn)20沿圖1中所示方向21轉(zhuǎn)動(dòng)，那么橢圓的短半軸頂點(diǎn)22在繪圖平面內(nèi)看沿方向21向上轉(zhuǎn)動(dòng)，而橢圓的長半軸頂點(diǎn)24在繪圖平面內(nèi)看沿該方向向下轉(zhuǎn)動(dòng)。由于長半軸頂點(diǎn)24以已知方式具有與短半軸頂點(diǎn)22相比距橢圓的中心點(diǎn)的更大的徑向距離，因此沿方向21的轉(zhuǎn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)。
[0031]測量體10的橢圓形狀僅被選作為例子。根據(jù)本發(fā)明，與把手4的轉(zhuǎn)動(dòng)角度有關(guān)地和進(jìn)而與測量體10有關(guān)地使測量體10的表面朝向平面線圈18運(yùn)動(dòng)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(gè)印刷導(dǎo)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(shè)置用于評(píng)估平面線圈18的電感。
[0033]參閱圖4，其示出根據(jù)本發(fā)明的角度傳感器2的第二實(shí)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(biāo)記并且不再次進(jìn)行描述。
[0034]在圖4中，測量體10在其與軸8對(duì)置的軸向端側(cè)28上朝向于軸8的旋轉(zhuǎn)軸線30被斜切。在測量體10的軸向端側(cè)28旁邊，平面線圈18從旋轉(zhuǎn)軸線30看去并且在繪圖平面內(nèi)看在軸8的徑向上側(cè)布置在電路板16上。通過使把手4轉(zhuǎn)動(dòng)和進(jìn)而使測量體10轉(zhuǎn)動(dòng)，在測量體的軸向端側(cè)28上的邊棱32從旋轉(zhuǎn)軸線30看去并且在繪圖平面內(nèi)看由軸8的徑向下側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)到軸8的徑向上側(cè)，因此如在根據(jù)圖1至3的第一實(shí)施例中那樣，測量體10的表面朝平面線圈18運(yùn)動(dòng)。
[0035]由于測量體10的表面朝平面線圈18運(yùn)動(dòng),在平面線圈18和測量體10的表面之間的距離34變小。當(dāng)測量體反向于圖1所示方向21轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)該距離34可以變大。平面線圈18的電感36與距離34有關(guān)地發(fā)生變化。電感36可以利用電路28進(jìn)行確定和評(píng)估。
[0036]參閱圖5，其示出電路28的示例性的電路圖。
[0037]在當(dāng)前的實(shí)施方式中，電路28設(shè)計(jì)為LC門振蕩器。其基于平面線圈18的電感36通過并聯(lián)諧振電路40產(chǎn)生具有與電感36有關(guān)的頻率的輸出信號(hào)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中的并聯(lián)諧振電路40由平面線圈18的電感36和電容42組成。由并聯(lián)諧振電路40產(chǎn)生的振蕩44的、對(duì)于振蕩器必需的增強(qiáng)通過第一變流器46和第二變流器48來實(shí)現(xiàn)。到并聯(lián)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(shí)現(xiàn)。在此，反饋電阻50決定輸出信號(hào)38的振幅并且進(jìn)而決定電路28的功率消耗。在并聯(lián)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(hào)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(jí)的反饋環(huán)。
【權(quán)利要求】
1.一種感應(yīng)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范圍內(nèi)圍繞旋轉(zhuǎn)軸線(32)定位在不同的角度位置，其特征在于，在角度測量范圍內(nèi)的每個(gè)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(jù)權(quán)利要求1所述的感應(yīng)式角度傳感器(2)，其特征在于，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)在角度測量范圍中是單調(diào)的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的感應(yīng)式角度傳感器(2)，其特征在于，所述線圈(18)從所述旋轉(zhuǎn)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(jù)權(quán)利要求3所述的感應(yīng)式角度傳感器(2)，包括另一個(gè)線圈，所述另一個(gè)線圈相應(yīng)地從所述旋轉(zhuǎn)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(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的感應(yīng)式角度傳感器(2)，其特征在于，所述測量體(10)是導(dǎo)電的和/或鐵磁的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的感應(yīng)式角度傳感器(2)，其特征在于，所述線圈(18)是平面線圈。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的感應(yīng)式角度傳感器(2)，其特征在于， 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(dǎo)線形成，該電路用于確定電感(36)并用于輸出與所述平面線圈(18)的電感(36)有關(guān)的信號(hào)(38)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的感應(yīng)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。
9.一種用于機(jī)動(dòng)車的信號(hào)發(fā)送器，該信號(hào)發(fā)送器包括使軸(8)轉(zhuǎn)動(dòng)的控制元件(4)和用于確定該控制元件(4)的角度位置的、根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的感應(yīng)式角度傳感器⑵。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的信號(hào)發(fā)送器，其特征在于，所述控制元件是加速踏板。
【文檔編號(hào)】G01D5/20GK103906994SQ201280053278
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2012年11月2日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月3日
【發(fā)明者】S·萊曼, H·穆勒 申請(qǐng)人:大陸-特韋斯貿(mào)易合伙股份公司及兩合公司