感应的位置测量机构的制作方法

感应的位置测量机构用于确定两个相对彼此能够运动的结构部件的位置。所述感应的位置测量机构例如用作转动传感器（drehgeber）以用于确定两个相对彼此能够转动的机器部件的角度位置或用作长度测量系统以用于直接测量沿着轴线的纵向移位。

背景技术：

这样的感应的位置测量机构使用为用于电的驱动器的测量仪器以用于确定相应的机器部件的相对运动或相对位置。在这种情况中将所产生的位置数值经由相应的接口组件传输给用于操控所述驱动器的后续电子机构（folgeelektronik）。人们将增量的位置测量机构（inkrementalenpositionsmesseinrichtungen）和绝对的位置测量机构（absolutenpositionsmesseinrichtungen）区分开。越来越需要绝对的位置测量机构。

这种类型的绝对的感应的位置测量机构由ep1081454b1已知。所述绝对位置通过感应地扫描带有轻微地不同的周期性的测量刻度（periodischenmessteilungen）的两个测量刻度来获得（游尺原理（noniusprinzip）），所述测量刻度分别取决于位置地影响在励磁绕组（erregerwindung）与扫描绕组（abtastwindung）之间的感应的耦联的强度。用于扫描所述两个测量刻度的线圈组件布置在所述测量刻度之间的中间空间中或间隙中。

技术实现要素：

本发明的任务是，完成一种感应的位置测量机构，利用其能够测得精密的绝对位置并且所述位置测量机构具有紧凑和牢固的结构方式。

所述任务根据本发明通过权利要求1的特征来解决。

所述感应的位置测量机构由此包括

-标尺单元，带有在测量方向上伸延的第一测量刻度和平行于所述第一测量刻度伸延的和对置于所述第一测量刻度的第二测量刻度；

-扫描单元，其布置于在所述第一测量刻度与所述第二测量刻度之间的间隙中并且为了所述位置测量能够相对于所述标尺单元在测量方向上移位，其中，所述扫描单元包括第一线圈组件用于扫描所述第一测量刻度且用于产生取决于位置的第一扫描信号并且所述扫描单元包括对置于所述第一线圈组件的第二线圈组件用于扫描所述第二测量刻度且用于产生取决于位置的第二扫描信号，

其中，

在所述第一线圈组件与所述第二线圈组件之间布置有至少一个由软磁的材料制成的中间层。

软磁的材料为铁磁的材料，所述铁磁的材料在磁场中能够容易磁化。在所述材料中的磁的极化以原料导磁率加强外部的磁场。所述软磁的材料能够以实心的金属的形式、作为结合的金属粉末、以陶瓷的材料、所谓的铁素体的形式、或作为合成材料结合的铁素体粉末来存在。

所述软磁的材料作为中间层具有如下功能，即使得以所述第一线圈组件为出发点的、磁的交变场（magnetischenwechselfeldes）的场线在所述中间层的材料的覆层中来导引并且由此形成闭合的并且空间上受限制的磁的回路，以及使得以所述第二线圈组件为出发点的、磁的交变场的场线在所述中间层的材料的覆层中来导引并且由此形成闭合的并且空间上受限制的磁的回路。所述中间层由此将以所述第一线圈组件为出发点的场线与以所述第二线圈组件为出发点的场线分离。

特别适用为中间层的是三明治状的构建，由核芯和在其上在两侧布置的覆层构成，所述覆层由软磁的材料制成，所述材料于在2mhz左右的数量级中的交变场中具有例如在1x10⁶ω的数量级中的大的电的阻抗，也就是说实际上是电不传导的。这样的材料为ffd材料（磁通场定向材料（fluxfielddirectionalmaterial））并且以作为“烧结的铁素体片（sinteredferritesheet）”的薄膜的形式能够在商业中获得。由于导电性较差，能够在所述材料中不产生涡流，所述涡流阻尼所述相应的线圈组件的励磁场。

所述核芯优选地同样由软磁的材料制成。尤其所述核芯的材料的导磁率明显地（优选地以多倍）大于所述在两侧布置的覆层的导磁率。在这种情况中所述核芯吸收以外部的磁场为出发点的干扰通量（störfluss）并且所述覆层不处于饱和。也就是说如果所述位置测量机构经受外部的磁场，则必须防止，所述外部的磁场使功能上的覆层饱和，因为否则不再提供加强通量的作用。适用为用于所述核芯的材料的是尤其软磁的钢。

所述金属的中间层还能够为镍铁高导磁合金（mu-metall），也就是说带有超过10000的非常高的导磁率的金属。所述软磁的材料是良好地导电的，基于在2mhz的数量级中的交变场的情况下的极高的导磁率，所述交变场的渗透深度(eindringtiefe)是非常小的并且其仅仅以几个μm深度传播，从而所述有效的电的阻抗是非常高的并且由此又不产生涡流或产生仅仅能够忽略的涡流，所述涡流对抗所述相应的线圈组件的励磁场并且能够阻尼所述励磁场。

人们由从属的权利要求得知本发明的有利的构造方案。

附图说明

根据本发明的感应的位置测量机构的细节和优点由实施例的下面的描述按照所述附上的图来得知。

其中

图1示出根据本发明的感应的第一位置测量机构的透视的视图；

图2示出源自图1的感应的位置测量机构的横截面；

图3详细地示出所述第一测量刻度和所述第二测量刻度的设计方案和扫描；

图4示出在所述第一测量刻度中产生的涡流；

图5以剖面示出根据本发明的感应的第二位置测量机构，以及

图6示出标尺单元的备选的设计方案。

具体实施方式

按照图1至4将本发明的第一实施例进一步阐述。所述图1示出标尺单元1，带有两个在测量方向x上伸延的测量刻度11和12，所述测量刻度彼此对置布置并且在它们之间构造出间隙。所述第一测量刻度11具有带有第一刻度周期p1的刻度元件并且所述第二测量刻度12具有带有第二刻度周期p2的刻度元件。所述两个测量刻度11、12的周期性布置的刻度元件设计成能够感应地被扫描。为此所述测量刻度11、12分别由周期性的一系列的在测量方向x上与彼此间隔开的导电的刻度元件构成。在所示出的实施例中所述刻度元件为面型的矩形。所述刻度元件但还能够具有其它的形状、例如弯曲的外轮廓或还是三角形。所述刻度元件形成感应的耦联元件，所述耦联元件将在励磁绕组210、220与扫描绕组211、212、221、222之间的感应的耦联的强度取决于位置地来调制，方式是在刻度元件中产生涡流，所述涡流对抗所述励磁场作用。在图4中示意性地示出在所述测量刻度11的刻度元件中产生的涡流。

所述第一测量刻度11的刻度周期p1和所述第二测量刻度12的刻度周期p2仅仅轻微地与彼此不同，从而由此能够通过所述刻度周期p1、p2中的多个推导出绝对位置ap。也就是说，所述绝对的位置测量基于所述游尺原理。

所述感应的位置测量机构此外包括扫描单元2用于扫描所述标尺单元1的这两个测量刻度11和12，所述扫描单元2布置在于所述第一测量刻度11与所述第二测量刻度12之间的间隙中。为了位置测量使得所述扫描单元2在测量方向x上相对于所述标尺单元1能够移位。所述扫描单元2包括第一线圈组件21用于扫描所述第一测量刻度11且用于产生至少一个取决于位置的第一扫描信号s1。所述扫描单元2包括第二线圈组件22用于扫描所述第二测量刻度12且用于产生至少一个取决于位置的第二扫描信号s2。

所述第一线圈组件21具有第一励磁绕组210和多个互相相位移位的(gegeneinanderphasenverschobene)周期性的第一扫描绕组211、212。同样，所述第二线圈组件22为了扫描所述第二测量刻度12具有第二励磁绕组220和多个互相相位移位的周期性的第二扫描绕组221、222。所述第一扫描绕组211、212分别包括多个在测量方向x上伸延的周期性的绕组用于同时扫描所述第一测量刻度11的多个在测量方向x上布置的刻度元件且用于形成多个互相相位移位的、带有所述信号周期p1的第一扫描信号s1、s11。所述第二扫描绕组221、222分别包括多个在测量方向x上伸延的周期性的绕组用于同时扫描所述第二测量刻度12的多个在测量方向x上布置的刻度元件且用于形成多个互相相位移位的、带有所述信号周期p2的第二扫描信号s2、s21。

所述扫描单元2在图3中示意性地示出，以便将所述感应的扫描在与所述标尺单元1共同作用时的功能进一步阐述。

所述平坦的励磁绕组210利用励磁电流如下来供给，即使得在所述第一测量刻度11的刻度元件的区域中产生时间上交变的电磁的励磁场。所述励磁电流具有100khz至10mhz的频率。所述励磁绕组210如下地在空间上进行布置，即使得所述励磁绕组在所述第一测量刻度11的对置的一系列的刻度元件中构造出尽可能均匀的电磁的场。

所述扫描绕组211、212位于所述励磁绕组210之内。由所述励磁绕组210生成的励磁场在所述刻度元件中生成涡流，所述涡流作为反向场(gegenfeld)对抗所述励磁场地作用。在所述扫描绕组211、212中由于配属于它们的励磁场而感应出电压，所述电压取决于与所述电传导的刻度元件的相对的位置。所述励磁绕组210也就是说与所述扫描绕组211、212取决于所述刻度元件与其在测量方向x上的相对的位置地感应地耦联。所述电磁的交变场通过所述刻度元件在测量方向x上取决于位置地调制，由此还取决于位置地改变在所述扫描绕组211、212中感应的电压。在所述扫描绕组211、212中分别感应的电压以所述扫描信号s1、s11的形式输送给评估单元3。

所述平坦的励磁绕组220同样利用励磁电流如下地供应，即使得在所述第二测量刻度12的刻度元件的区域中产生时间上交变的电磁的励磁场。所述励磁电流具有几个mhz的频率。所述励磁绕组220如下地在空间上布置，即使得其在所述对置的一系列的刻度元件方面构造出尽可能均匀的电磁的场。

所述扫描绕组221、222位于所述励磁绕组220之内。由所述励磁绕组220生成的励磁场在所述刻度元件中生成涡流，所述涡流作为反向场对抗所述励磁场地作用。在所述扫描绕组221、222中由于配属于它们的励磁场而感应出电压，所述电压取决于与所述电传导的刻度元件的相对的位置。所述励磁绕组220也就是说与所述扫描绕组221、222取决于所述刻度元件与其在测量方向x上的相对的位置地感应地耦联。所述电磁的交变场通过所述刻度元件在测量方向x上取决于位置地调制，由此还取决于位置地改变在所述扫描绕组221、222中感应的电压。在所述扫描绕组221、222中分别感应的电压以所述扫描信号s2、s21的形式输送给评估单元3。

所述扫描信号s1、s11、s2、s21在所述扫描单元2的评估单元3处存在，其配置成，从相位位置的比较中以已知的方式产生颤动信号（schwebungssignal），所述颤动信号说明所述扫描单元2相对于所述标尺单元1的明确的绝对位置ap。绝对地待编码的测量区域以已知的方式取决于所述两个刻度周期p1、p2的选取的差别。特别有利的是，在整个的绝对地待编码的测量区域上使得刻度周期p1的数量和刻度周期p2的数量差别了1。所述绝对位置ap作为数字的字符（digitalesdatenwort）在所述扫描单元2的输出处提供，其中，该输出（ausgabe）优选地以串行的形式进行。

所述扫描单元2的构建按照图2剖面图示进一步阐述。所述第一线圈组件21（包括所述励磁绕组210和所述扫描绕组211、212）在第一导体板4上相对于所述第一测量刻度11以小的扫描间距布置。所述第二线圈组件22（包括所述励磁绕组220和所述扫描绕组221、222）在第二导体板5上相对于所述第二测量刻度12以小的扫描间距布置。在所述第一线圈组件21与所述第二线圈组件22之间布置有由软磁的材料制成的中间层6。

所述软磁的材料作为中间层6具有如下功能，即使得以所述第一线圈组件21为出发点的、所述磁的交变场的场线在所述中间层6的材料的覆层中进行导引并且由此形成闭合的并且空间上受限制的磁的回路，以及使得以所述第二线圈组件22为出发点的、所述磁的交变场的场线在所述中间层6的材料的覆层中进行导引并且由此形成闭合的并且空间上受限制的磁的回路。所述中间层6由此将以所述第一线圈组件21为出发点的场线与以所述第二线圈组件22为出发点的场线分离。

在所述第一实施例中，所述中间层由软磁的核芯7构成，所述核芯在两侧分别设有由不导电的软磁的材料制成的覆层8、9。由于在几个mhz（约2mhz）的磁的交变场的频率的情况下导电性较差，能够在所述覆层8、9中不产生涡流，所述涡流阻尼所述相应的线圈组件21、22的励磁场。由于所述覆层8、9的相对高的导磁率（比1大得多）使得所述励磁场在所述覆层8、9中导引和由此加强。由此防止过多磁的通量到达直至到所述核芯7，从而在该处不能够产生涡流，所述涡流能够阻尼所述励磁场。所述覆层8、9的厚度优选地分别为100μm至1000μm。以有利的方式，所述核芯7由软磁的能够导电的金属制成。适用为用于所述核芯的材料的是特别软磁的钢。所述核芯7的厚度为几个mm。

所述核芯7的导磁率优选地大于所述两个覆层8、9的导磁率。由此实现，在所述核芯7中的通量密度大于在所述覆层8、9中的通量密度。外部的磁场（干扰场）由此大部分地在所述核芯7中伸延并且所述覆层8、9不如此轻易地到达饱和。所述核芯7的导磁率尤其比所述覆层8、9的导磁率大了多倍。在100khz至10mhz的频率的情况下，如果所述核芯的导磁率在300的数量级中，则所述覆层的导磁率应该在100或更小的数量级中。

尤其分别适用于所述覆层8、9的是不能导电的基体材料，软磁的颗粒嵌入到所述基体材料中。所述覆层8、9能够由此通过由磁通场定向材料制成的薄膜形成。适用为基体材料的是合成材料、尤其环氧树脂，所述软磁的颗粒以粉末形状混合到所述基体材料中。

布置在中间的核芯7、在两侧布置在其上的覆层8、9、安置在所述覆层上的导体板4、5和安置在所述导体板上的平坦的线圈组件21、22形成三明治状的堆叠。获得紧凑的构建并且通过所述金属的核芯7还实现机械稳定的构建。

所述覆层8、9和所述导体板4、5还能够一起以预浸料（prepregs）的形式制成，所述预浸料具有纤维、基体材料和软磁的颗粒。所述核芯7、所述覆层8、9和所述导体板4、5能够形成多层构建，其中，各个层在热影响下与彼此压合。获得刚性的和紧凑的三明治状的构建。

在图5中示出扫描单元2.1的备选的构建。软磁的中间层6.1在这种情况中由镍铁高导磁合金制成。在所述实施例中所述覆层8、9不是强制性所需要的，从而所述导体板4、5连同所述线圈组件21、22能够直接地安置到所述镍铁高导磁合金上。以镍铁高导磁合金的形式的中间层6.1为导电的，基于在2mhz的数量级中的交变场的情况下的极高的导磁率但所述交变场的渗透深度是非常小的并且仅仅以几个μm深度传播，从而所述有效的电的阻抗是非常高的并且由此又不产生涡流或产生仅仅能够忽略的涡流，所述涡流对抗所述相应的线圈组件的励磁场并且能够阻尼所述励磁场。

在上面的实施例中所述标尺单元1由u型材形成，在所述标尺单元的两个相对彼此平行伸延的支腿中或处来构造所述测量刻度11、12。所述第一测量刻度11构造在所述两个支腿中的一个中并且所述第二测量刻度12构造在所述u型材的对置的并且平行于所述支腿伸延的另外的支腿中。所述标尺单元1在某种程度上包围所述扫描单元2或2.1。

所述刻度元件在所述实施例中形成感应的耦联元件，所述耦联元件将在所述励磁绕组210、220与所述扫描绕组211、212、221、222之间的感应的耦联的强度取决于位置地调制，方式是在刻度元件中分别产生涡流，所述涡流抵抗所述励磁场作用。尤其在这种情况中适用为用于所述标尺单元1的材料的是良好地导电的和非磁的材料、例如铝。

图1示出以u型材的形式的标尺单元1的特别有利的设计方案，其中，所述第一测量刻度11和所述第二测量刻度12分别由一系列的齿和齿空隙构成。如果所述齿空隙没有到达直到所述u型材的底部，也就是说在两侧毗邻所述u型材的底部地还存在沿测量方向x伸延的连续的桥接部，则所述标尺单元1特别抗弯曲。

所述标尺单元1作为u型材的实施方式具有如下优点，即使得所述标尺单元1实施成一块并且所述测量刻度11、12能够以所述所需的准确度相对彼此取向地来引入。所述第一测量刻度11和所述第二测量刻度12能够通过冲裁、借助于激光的切割或水射束来引入在片条（blechstreifen）中，所述片条此后弯曲成所述u型材。所述u型材特别为了用作线性的标尺单元1而具有高的抗弯曲性的优点并且是自承载的并且由此作为标尺单元1能够良好操纵。

备选地所述标尺单元100的刻度元件还能够根据图6实施。所述齿空隙在这种情况中相应由材料变薄部来代替并且所述刻度元件构造为在所述扫描单元2的方向上指向的突起部。所述备选的设计方案还能够设置在u型材的两个彼此对置的支腿中，其中，获得特别抗弯曲的构建。

在上面阐述的、所述游尺原理的实施例和应用中，所述第一测量刻度11的刻度周期p1与所述所属的扫描绕组211、212的刻度周期p1相协调以及所述第二测量刻度12的刻度周期p2与所述所属的扫描绕组221、222的刻度周期p2相协调，其中，p1与p2轻微地与彼此不同。在应用所述游尺原理中，能够备选地使得用于扫描所述第一测量刻度11的扫描绕组的刻度周期和用于扫描所述第二测量刻度12的扫描绕组的刻度周期还是相同，如在ep2851655a1中阐述的那样。

在上面阐述的实施例中，所述刻度元件形成感应的耦联元件，所述耦联元件将在所述励磁绕组210、220和所述扫描绕组211、212，221、222之间的感应的耦联的强度取决于位置地调制，方式是在刻度元件中分别产生涡流，所述涡流抵抗所述励磁场、也就是说阻尼通量地作用。但所述标尺单元还能够设计成，所述刻度元件加强通量地作用。在这种情况中所述标尺单元能够由合成材料制成，所述合成材料以软磁的材料或铁素体（例如以粉末的形状）来填充。所述标尺单元那么能够实施为注射成型部件。

以没有示出的方式所述标尺单元的第一测量刻度能够为链式码（kettencode）。所述链式码以已知的方式由一系列的小段（其中多个在测量方向上相继的小段同时被扫描）组成以及明确确定所述绝对位置的码字形成为粗略的绝对位置。在这种情况中所述第二测量刻度能够为周期性的增量刻度（periodischeinkrementalteilung），所述增量刻度通过插值进一步细分由所述链式码测量的绝对位置并且形成精细位置。所述评估单元将所述链式码的粗略的绝对位置和所述增量刻度的精细位置组合成合成的绝对位置。

备选地，测量刻度还能够包括分别带有周期性的增量刻度的多个轨道。

能够以没有示出的方式为了所述位置测量还将多个扫描单元配属于所述标尺单元。这能够用于冗余的位置测量，或还用于保证在扫描多个相继布置的被冲击的（gestoßenen）标尺单元的情况下在冲击上不中断的位置测量，其中，在冲击处从一个扫描单元切换到另一个扫描单元上。

通过本发明可实现整个的位置测量机构的少许几个mm的厚度。所述构建是机械上特别稳定的并且很大程度上防干扰。绝对的位置测量在最紧密的空间上可行。

根据本发明的位置测量机构尤其适用于运输系统并且在所述自动化技术中与线性驱动器结合。

所述感应的位置测量机构根据本发明能够构造为长度测量机构或构造为角度测量机构。