用于无接触测量角度的方法和角度传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于无接触地测量在第一机械元件和可相对于第一机械元件旋转的第二机械元件之间的角度的方法。该方法例如能够用于测量汽车领域中的角度。本发明还涉及一种用于测量角度的角度传感器。
【背景技术】
[0002]DE 10 2008 012 922 Al示出一种具有平面布置的定子和转子的感应式角度传感器，其中在定子上设置励磁元件和至少一个接收元件。转子包括圆形导体，在所述圆形导体的外环周上构成圆环区段形式的翼部。
[0003]从DE 101 56 238 Al中已知用于机动车的感应式的角度传感器，其中励磁线圈经由可移动的感应式的耦合元件与多个接收线圈感应耦合。耦合元件分别构成为具有周期几何形状的导体圈。
[0004]DE 199 46 934 Al示出用于应用在机动车中的模块，所述模块设置用于测量角度、用于无接触的能量传递和用于无接触的信息传递。该模块包括具有初级线圈的定子侧的器件和具有短接的次级线圈的转子侧的器件以用于确定角位置。
【发明内容】
[0005]基于现有技术，本发明的目的在于:在感应测量角度时提高精度并且降低例如用于在汽车领域中的应用的对此所需的电流需求。此外，应当改进对于外部影响、即例如提高的温度或从外部作用的磁场的鲁棒性。
[0006]所述目的通过根据所附的权利要求1的方法以及通过根据所附的并列的权利要求10的角度传感器来实现。
[0007]根据本发明的方法用于测量第一机械元件和能相对于所述第一机械元件围绕旋转轴线旋转的第二机械元件之间的角度。在此，其能够为可彼此以任意多转数旋转的机械元件或者为仅受限制地、例如仅彼此能够旋转四分之一转的机械元件。可旋转的第二机械元件例如能够为调节设备，使得借助根据本发明的方法能够测量调节设备的位置。根据本发明的方法优选应用在汽车领域中。
[0008]多个线圈抗转动地与第一机械元件连接。线圈优选固定地与第一机械元件连接。线圈包括至少五个围绕所述旋转轴线分布的发射线圈。每个发射线圈设置在围绕旋转轴线的扇区中。线圈的扇区与旋转轴线同轴地设置。铁芯元件与第二机械元件固定地连接。铁芯元件优选与第二机械元件固定地连接。铁芯元件以围绕旋转轴线的扇区的形式与发射线圈相对置。因此，设置在扇区中的发射线圈和扇区形的铁芯元件相对置。铁芯元件的扇区同样与旋转轴线同轴地设置。铁芯元件的扇区具有比发射线圈的各个扇区更大的圆心角。优选地，铁芯元件的扇区具有至少是发射线圈的各个扇区的圆心角双倍大的圆心角。因为铁芯元件不完整地在环周上围绕旋转轴线作用，所以其仅覆盖发射线圈的围绕旋转轴线分布的一部分。在每个角位置中，发射线圈中的至少一个完全不被铁芯元件覆盖。在每个角位置中，发射线圈中的至少一个部分地由铁芯元件覆盖。原则上，根据要测量的角度、即铁芯元件的角位置或角方位，由铁芯元件对发射线圈的扇区覆盖相应的扇区的0%和100%之间的份额。由于扇区形作用的铁芯元件，发射线圈的扇区的被覆盖的份额同样具有扇区形状。因此，相应的发射线圈的扇区的扇区形的覆盖部的圆心角与相应的发射线圈的扇区的圆心角的比例为所提出的份额。
[0009]线圈和铁芯元件能够理解为角度传感器的部件。就此，根据本发明的方法也为用于运行角度传感器的方法。
[0010]根据本发明的方法首先包括如下步骤:其中对各个发射线圈加载电的初级电压脉冲。通过初级电压脉冲分别在至少一个另外的线圈中感生次级电压脉冲。能够将次级电压脉冲分别与初级电压脉冲中的一个相关联，进而也与通过所述初级电压脉冲加载的发射线圈相关联。次级电压脉冲的振幅分别与通过铁心元件覆盖分别相关联的发射线圈的扇区的份额相关。当分别相关联的发射线圈的扇区完全地由铁芯元件覆盖时，那么这引起次级电压脉冲的高的振幅。如果相反分别相关联的发射线圈的扇区完全不被铁芯元件覆盖，那么这引起次级电压脉冲的小的振幅。
[0011]根据本发明，在完全确定要测量的角度之前进行两个步骤。在这两个步骤中的一个步骤中，选择发射线圈中的其扇区仅部分地被铁芯元件覆盖的发射线圈。基于次级电压脉冲的振幅的比较进行该选择。根据与所选择的发射线圈相关联的次级电压脉冲的振幅在所提出的步骤中的第二步骤中精确地确定要测量的角度。要测量的角度的确定根据与所选择的发射线圈相关联的次级电压脉冲的振幅与振幅最大值之间的比例形成进行。此外，参考所选择的发射线圈的扇区，使得第一机械元件和第二机械元件之间的角位置的绝对关系是能实现的。通过与所选择的发射线圈相关联的次级电压脉冲的振幅与振幅最大值之间的比例形成，最后确定所选择的发射线圈的扇区的覆盖部的份额。该份额与要测量的角度相关。因为所选择的发射线圈的扇区的角位置是已知的，因此能够确定要测量的角度。
[0012]根据本发明的方法一个特别的优点在于:通过至少五个发射线圈的数量和通过选择具有仅部分地被铁芯元件覆盖的扇区的发射线圈能够基于一个发射线圈进行要测量的角度的确定，所述发射线圈不仅仅在边缘区域由铁芯元件覆盖或未覆盖。通过排除发射线圈的边缘区域，根据感生的次级电压脉冲确定要测量的角度，所述次级电压脉冲通过发射线圈的中央部分中的磁场引起，在那里磁场尽可能均匀地构成。这引起在确定要测量的角度时的高的精度。
[0013]优选地，铁心元件对所选择的发射线圈的扇区相对于其圆心角至少至四分之一进行覆盖。此外，铁心元件对所选择的发射线圈的扇区优选相对于其圆心角直至四分之三进行覆盖。因此，优选仅扇区相对于其圆心角的中间的一半考虑用于确定要测量的角度。
[0014]在根据本发明的方法的优选的实施方式中，具有仅部分地被铁芯元件覆盖的扇区的发射线圈的选择包括如下子步骤:在第一子步骤中，由两个振幅形成平均值。要形成的平均值的第一振幅为次级电压脉冲中的与其扇区完全被铁芯元件覆盖的发射线圈相关联的次级电压脉冲的振幅。要形成的平均值的第二振幅为次级电压脉冲中的与其扇区完全不被铁芯元件覆盖的发射线圈相关联的次级电压脉冲的振幅。在另一子步骤中，选择具有仅部分地被铁芯元件覆盖的扇区的发射线圈中的下述发射线圈，所述发射线圈的相关联的次级电压脉冲具有最接近平均值的振幅。由此确保:所选择的发射线圈最接近被铁芯元件覆盖一半。
[0015]在根据本发明的方法的另一优选的实施方式中，具有仅部分地被铁芯元件覆盖的扇区的发射线圈中的一个的选择包括如下子步骤:在第一子步骤中，对于具有仅部分地被铁心元件覆盖的扇区的每个发射线圈关联有一个差值。每个所述差通过被减数和通过减数形成。所述差的被减数分别通过两个振幅的平均值形成。这两个所述振幅的第一振幅为次级电压脉冲中的与具有完全被铁芯元件覆盖的传感器的、距相应的发射线圈最近的相邻的发射线圈相关联的次级电压脉冲的振幅。在此，优选涉及具有完全被铁芯元件覆盖的传感器的下述发射线圈，所述发射线圈与相应的发射线圈直接相邻。要形成的平均值的两个振幅的第二振幅是次级电压脉冲中下述次级电压脉冲，所述次级电压脉冲与具有完全不被铁芯元件覆盖的扇区的、距相应的发射线圈最近的发射线圈相关联。其优选涉及具有完全不被铁芯元件覆盖的扇区的、与相应的发射线圈直接相邻的发射线圈。差的减数分别通过与相应的发射线圈相关联的次级电压脉冲的振幅形成。在另一步骤中，选择具有仅部分地被铁芯元件覆盖的扇区的发射线圈中的下述发射线圈，所述发射线圈与所述差中的绝对值最小的差相关联。由此确保:所选择的发射线圈最接近被铁芯元件覆盖一半。
[0016]发射线圈的扇区优选具有相同的圆心角。发射线圈的扇区优选也是相同大的。优选地，发射线圈的扇区围绕旋转轴线均匀地分布。
[0017]发射线圈的扇区优选通过围绕旋转轴线的圆环扇区形成。旋转轴线附近的区域例如能够用于穿引轴，圆环扇区形的扇区围绕所述轴设置。
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