旋转角传感器以及用于旋转角传感器的定子元件的制作方法

本发明涉及一种旋转角传感器以及一种用于该旋转角传感器的定子元件。

背景技术：

通过在旋转角传感器的定子上布置发送线圈和接收线圈，可以根据感应的交变电压检测旋转角，所述发送线圈和接收线圈与转子上的目标感应式地如此耦合，使得在通过发送线圈发送交变电磁场时，在至少两个接收线圈中感应出至少两个彼此不同的交变电压。

这例如在ep0909955b1中描述。

技术实现要素：

在真实的传感器中，可能出现由外部干扰引起的测量误差。这种干扰例如可以是如下干扰信号：所述干扰信号影响接收线圈中的交变电磁场。其他干扰可能由于安装公差产生——例如通过目标相对于旋转角传感器的旋转轴线的倾斜。如果这种传感器处于作为干扰信号的外部交变电磁场中(该干扰信号具有类似于工作频率、尤其工作频率周围+/-100khz范围内的频率)，则这些交变场发生叠加。于是在某些情况下，由于交变场的叠加而在接收线圈中感应出的电压可能与在无干扰信号情况下感应出的电压无法区分开。由此，例如可能损害测量准确度。

因此，可能需要提供如下旋转角传感器：该旋转角传感器对这种测量误差是稳健的。

因此，本发明的任务在于提出一种改善的旋转角传感器。

所述任务通过根据权利要求1所述的旋转角传感器以及根据并列权利要求所述的定子元件来解决。

本发明的其他有利构型在从属权利要求中描述。

相应的旋转角传感器包括：定子元件、转子元件以及测量装置，该转子元件能够相对于定子元件围绕旋转轴线旋转地支承。旋转角能够通过转子元件与定子元件之间的感应耦合来检测。

测量装置构造用于根据转子元件与定子元件之间的感应耦合检测旋转角。定子元件具有至少一个发送线圈以及至少两个接收线圈，所述至少一个发送线圈用于发送交变电磁场，所述至少两个接收线圈用于接收交变电磁场。测量装置构造用于借助至少两个彼此不同的频率激励至少一个发送线圈以发送至少两个交变电磁场。测量装置构造用于借助至少两个交变电磁场的相应频率对至少两个如下交变电压进行解调，以便检测至少两个感应耦合：所述交变电压通过发送至少两个交变电磁场而在至少两个接收线圈中的至少一个中感应出。

转子元件可以具有至少一个导电区段。这种导电区段例如可以与相应的接收线圈感应式地如此耦合，使得在通过至少一个发送线圈发送至少一个交变电磁场时，在相应的接收线圈中感应出至少一个交变电压。

至少一个导电区段例如可以如此布置在转子元件上，使得在相应的接收线圈中感应出的至少一个交变电压尤其主要取决于定子元件与转子元件之间的旋转角。

例如给至少一个角度检测发送线圈加载如下交变电压：所述交变电压在几mhz(优选4mhz至6mhz)范围内的频率情况下具有0.5v至10v范围内的、优选1.5v的幅度。

有利地，测量装置包括频率发生器——尤其数字频率发生器，该频率发生器构造用于为了通过至少一个发送线圈发送不同频率的交变电磁场而预给定多个、尤其连续变化的频率。该测量装置包括解调器，该解调器构造用于借助分别预给定的频率对借助不同频率的交变电磁场感应出的交变电压进行解调。

在这种情况下，“多个”意味着至少两个频率、优选至少三个频率，这些频率能够通过频率发生器预给定。

频率发生器(尤其数字的频率发生器)能够以能够特别容易处理的方式预给定多个不同频率。例如预给定几khz的频带中的、例如带宽为500khz或400khz的频带中的、4mhz至6mhz的频率范围内的频率。在预给定频率之后，借助该频率发送交变电磁场。在此期间，根据在至少两个接收线圈中的至少一个中感应出的交变电压检测感应耦合。接下来，重复所述步骤。可以根据上升或下降的斜坡或上升或下降的阶梯来预给定频率变化。替代地，也可以随机实现所述频率变化。

在这种情况下，“连续”意味着：在两个预给定的频率之间不存在跳变或仅存在小的跳变。例如预给定间隔为50khz的频率。因此，避免信号跳变并且因此避免瞬态响应(einschwingvorgang)，信号跳变和瞬态响应可能使测量不准确。

优选地，定子元件具有第一发送线圈、第二发送线圈以及至少两个接收线圈。第一发送线圈发送第一交变电磁场。第二发送线圈发送第二交变电磁场，所述第二交变电磁场的频率与第一交变电磁场不同(尤其至少相差5％)。

通过发送两个不同交变电磁场的两个发送线圈，可以使用具有两个不同频率的交变电磁场来测量旋转角。因此，具有接近这些交变电磁场中的一个的频率的频率的干扰信号可以仅对这些交变电磁场中的一个产生干扰测量的影响。如果预给定多于两个频率，则可以根据与这两个另外的电压的偏差识别出错误电压。这降低旋转角传感器在具有如下频率的干扰信号方面的干扰易感性：所述频率接近这些交变电磁场中的一个的频率。

优选地，测量装置包括第一谐振电路，该第一谐振电路构造用于在第一时刻以第一频率产生第一交变电磁场。测量装置包括第二谐振电路，该第二谐振电路构造用于在与第一时刻不同的第二时刻以第二频率产生第二交变电磁场。

通过谐振电路能够简单地实现交变电磁场的产生。对于不变地预给定的频率而言，这是对更高开销电路的成本有利的、节省空间的替代方案。

有利地，旋转角传感器包括解调器，该解调器构造用于借助第一频率解调在相应的接收线圈中产生的第一感应交变电压，并且借助第二频率解调在相应的接收线圈中产生的第二感应交变电压。对于不变地预给定的频率而言，这是对更高开销的电路的成本有利的、节省空间的替代方案。

有利地，定子元件具有至少两个第一接收线圈和至少两个第二接收线圈。至少两个第一接收线圈构造用于检测具有第一交变电磁场的第一频率的第一感应交变电压，至少两个第二接收线圈构造用于检测具有第二交变电磁场的第二频率的第二感应交变电压。在此，“构造”意味着，相应的线圈针对相应的接收频率被优化。除了真正期望的电感以外，真实线圈还具有其他的通常情况下不期望的电特性(例如电阻、寄生电容)，并且因此真正线圈具有带有至少一个电谐振点(自谐振)的振荡回路。合适的线圈例如具有至少四倍接收频率的自谐振。这避免了由于自谐振引起的不期望影响。

有利地，测量装置包括第一谐振电路，该第一谐振电路构造用于在第一时刻以第一频率产生第一交变电磁场，其中，测量装置包括第二谐振电路，该第二谐振电路构造用于在与第一时刻不同的第二时刻以第二频率产生第二交变电磁场。

通过谐振电路能够简单地实现交变电磁场的产生。对于不变地预给定的频率而言，这是对更复杂电路的成本有利的、节省空间的替代方案。

有利地，测量装置包括解调器，该解调器构造用于借助第一频率解调第一感应交变电压，并且借助第二频率解调第二感应交变电压。对于不变地预给定的频率而言，这是对更高开销的电路的成本有利的、节省空间的替代方案。

有利地，解调器构造用于借助第一频率对第一感应交变电压进行解调，所述第一感应交变电压作为来自至少两个第一接收线圈中的至少一个的输入信号，并且借助第二频率对第二感应交变电压进行解调，所述第二感应交变电压作为来自至少两个第二接收线圈中的至少一个的输入信号。

由此，用于测量的信号路径被分离。也可以使用这种冗余系统来监测或识别传感器中的错误情况。

有利地，旋转角传感器包括至少一个谐振电路，该至少一个谐振电路用于产生相应的频率，其中，至少一个谐振电路包括尤其作为至少一个lc振荡电路的一部分的至少一个发送线圈。这是对更高开销的电路的节省空间的替代方案。

有利地，谐振电路包括至少一个变容二极管，该变容二极管与至少一个发送线圈并联地连接，其中，相应的频率能够通过变容二极管调协。该变容二极管是电子的半导体构件。通过改变在变容二极管上施加的电压，可以改变变容二极管的电容。

由此，存在能够电控制的电容可供使用，借助该电容能够通过电控制容易地对谐振电路进行调谐。

有利地，能够预给定多个频率——尤其4mhz至6mhz范围内的频率。

本发明还涉及一种所述类型的用于旋转角传感器的定子元件。

附图说明

以下根据所附的附图更详细地阐述本发明的优选实施方式。附图示出：

图1以侧视图示意性地示出根据第一实施方式的旋转角传感器的一部分的视图；

图2以俯视图示意性地示出根据第一实施方式的旋转角传感器的一部分的视图；

图3示意性地示出根据第一实施方式的旋转角传感器的一部分和测量装置的一部分的视图；

图4以侧视图示意性地示出根据第二实施方式的旋转角传感器的一部分的视图；

图5示意性地示出根据第二实施方式的旋转角传感器的一部分和测量装置的一部分的视图；

图6以侧视图示意性地示出根据第三实施方式的旋转角传感器的一部分的视图；

图7示意性地示出根据第三实施方式的旋转角传感器的一部分和测量装置的一部分的视图；

图8示意性地示出谐振电路的一部分的视图。

具体实施方式

图1以侧视图示意性地示出根据第一实施方式的旋转角传感器10的一部分的视图。旋转角传感器10包括定子元件12和转子元件14，该转子元件能够相对于定子元件12围绕旋转轴线a旋转地支承。

旋转角能够通过转子元件14与定子元件12之间的感应耦合所检测。例如在ep0909955b1中描述了感应耦合及其用于确定旋转角的应用的细节。

相应地，定子元件12例如具有图1中所示的至少一个发送线圈22和至少两个接收线圈28a、28b，所述至少一个发送线圈用于发送交变电磁场，所述至少两个接收线圈用于检测交变电磁场。在该示例中，两个接收线圈28a、28b布置在垂直于旋转轴线a的平面中、在关于旋转轴线a的径向方向上例如布置在电路板的同一平面中。在关于旋转轴线a的径向方向上观察，发送线圈22布置在相应接收线圈28a、28b外侧。

在下文中，“径向”或“径向布置”表示从旋转轴线a出发的轮辐形的方向或布置。在下文中，“周向”或“周向方向”表示基本上在垂直于旋转轴线a的平面中的圆形方向。在下文中，“轴向方向”表示沿旋转轴线a的方向。

旋转角传感器10的传感器电路板例如包括周向布置的至少一个发送线圈22，该发送线圈具有一个或多个绕组并且优选实施成平面线圈。有利地，所述绕组可以在多层电路板的多个层中实现，以便可以产生足够大的交变电磁场以及足够大的电感。给至少一个发送线圈22加载交变电压，所述交变电压在几mhz范围内的频率的情况下具有0.5v至10v范围内的、优选1.5v的幅度。

转子元件14具有至少一个导电区段26。该至少一个导电区段26与至少两个接收线圈28a、28b感应式地如此耦合，使得在通过至少一个发送线圈2发送交变电磁场交变磁场时，在至少两个接收线圈28a、28b中感应出至少两个交变电压。

至少一个导电区段26如此布置在转子元件14上，使得在至少两个接收线圈28a、28b中感应出的两个第一交变电压尤其主要取决于定子元件12与转子元件14之间的旋转角。

例如由ep0909955b1已知关于至少一个发送线圈22的布置、至少两个接收线圈28a、28b的布置和至少一个导电区段26的布置的细节以及关于确定旋转角的细节。

图2以俯视图示意性地示出根据第一实施方式的旋转角传感器的一部分的视图。

包括至少两个接收线圈28a、28b和至少一个发送线圈22的线圈装置20在图2中示意性地示出为圆环。在图2的示例中设有导电区段26，该导电区段在垂直于旋转轴线a的平面中基本上具有马耳他十字的外轮廓形状，并且所述区段的中点处于旋转轴线a上。优选地，导电区段26是能够导电的板材件冲压件。所描述的形状涉及一种示例，不同于所描述的十字形的其他形状也是可能的。

导电区段26可以仅沿所述形状的外轮廓布置，或者也可以部分地或完全地填充由外轮廓预给定形状的区域。

图3示意性地示出根据第一实施方式的旋转角传感器10的一部分和测量装置16的一部分的视图。在图3中，作为示例示出至少两个接收线圈28a、28b的第一接收线圈28a。对于至少两个接收线圈28a、28b中的第二接收线圈28b或各个另外的接收线圈，可以设置有相应的布置。

测量装置16构造用于，根据转子元件14与定子元件12之间的感应耦合检测旋转角。测量装置16构造用于借助至少两个彼此不同的频率激励发送线圈22以发送至少两个交变电磁场。此外，测量装置16构造用于借助至少两个交变电磁场的相应频率对至少两个如下交变电压进行解调，以便检测至少两个感应耦合：所述交变电压通过发送至少两个交变电磁场而在至少两个接收线圈28a、28b中的至少一个中感应出。也就是说，借助如下频率解调感应交变电压u：借助所述频率激励感应出所述电压的交变电磁场w。

测量装置16包括频率发生器17(尤其数字频率发生器17)，该频率发生器构造用于预给定多个、尤其连续变化的频率f。通过由频率发生器17以频率f输出的交变电压uf，发送线圈22被激励发送不同频率f的交变电磁场w。

此外，测量装置16包括解调器18，该解调器构造用于借助分别预给定的频率f来对借助不同频率f的交变电磁场w感应出的交变电压u进行解调。

在解调器18的输入端上不仅存在感应交变电压u，而且存在交变电压uf。可以设置，在解调器18之前或在解调器中，通过信号放大器放大感应出的交变电压u。在解调器18中例如布置有混频器(未示出)，该混频器使交变电压uf与感应交变电压u混频。在所述实施方式和另外的实施方式中，将在通信技术中通常用于对电信号进行频率转换的构件称为混频器。该构件可以以已知方式由电子构件(例如二极管和晶体管)组成。在数字信号处理中，混频器也可以通过信号处理器中的软件模拟出。例如通过低通滤波器将混频信号提供给信号检测装置(例如模/数转换器)。这意味着，交变电压uf与感应交变电压u被混频到基带中。由此，将有用信号与载波信号分离。接下来，通过低通滤波器对基带中的如此产生的信号进行滤波并且然后进行检测。

通过分析处理所检测的信号，可以由感应耦合的量值和相位确定旋转角。例如由ep0909955b1已知确定旋转角的细节。

图4以侧视图示意性地示出根据第二实施方式的旋转角传感器10的一部分的视图。该实施方式的与前述一致的元件以相同的附图标记表示。

根据第二实施方式的旋转角传感器10包括第一发送线圈22、第二发送线圈23以及至少两个接收线圈28a、28b。在该示例中，第一发送线圈22和第二发送线圈23布置在垂直于旋转轴线a的平面中、在关于旋转轴线a的径向方向上例如布置在电路板的同一平面中。在关于旋转轴线a的径向方向上观察，发送线圈22、23布置在相应的第一发送线圈28a、28b外侧。

图5示意性地示出根据第二实施方式的旋转角传感器10的一部分和测量装置16的一部分的视图。该实施方式的与前述一致的元件以相同的附图标记表示。在图5中，作为示例示出至少两个接收线圈28a、28b中的第一接收线圈28a。对于至少两个接收线圈28a、28b中的第二接收线圈28b或各个另外的接收线圈，可以设置相应的布置。

测量装置16包括第一谐振电路47a，该第一谐振电路构造用于在第一时刻以第一频率f1产生第一交变电磁场w1。测量装置16包括第二谐振电路47b，该第二谐振电路构造用于在与第一时刻不同的第二时刻以第二频率f2产生第二交变电磁场w2。

由第一谐振电路47a借助第一交变电压uf1操控第一发送线圈22，并且第一发送线圈发送第一交变电磁场w1。由第二谐振电路47b借助第二交变电压uf2操控第二发送线圈23，并且第二发送线圈发送第二交变电磁场w2。

第一交变电磁场w1与第二交变电磁场w2之间的频率不同(尤其相差至少5％)。

解调器18与第一实施方式不同地构造，并且该解调器构造用于借助第一频率f1解调第一感应交变电压u1并且借助第二频率f2解调第二感应交变电压u2，该第一感应交变电压在至少两个第一接收线圈28a、28b中的至少一个中产生，该第二感应交变电压在至少两个第一接收线圈28a、28b中的至少一个中产生。

为此，例如将第一谐振电路47a和第二谐振电路47b在输出侧与解调器18中的混频器(未示出)的两个不同的输入端连接。

混频器的用于感应电压的输入端与第一实施方式相同。布置在解调器18中的混频器要么将第一交变电压uf1与第一感应交变电压u1混频、要么将第二交变电压uf2与第二感应交变电压u2混频。解调器18在同一输入端中接收第一感应交变电压u1或第二感应交变电压u2。

由于输出的交变电压的时间偏移，视时刻而定，例如第一交变电压uf1和第一感应交变电压u1存在于混频器上，或第二交变电压uf2和第二感应交变电压u2存在于混频器上。测量装置16例如包括时钟发生器，该时钟发生器构造用于时间偏移地操控谐振电路47a、47b。

信号处理的其他步骤如在第一实施方式中描述的那样进行。由此，能够依次分析处理感应电压。

图6以侧视图示意性地示出根据第三实施方式的旋转角传感器的一部分的视图。该实施方式的与前述一致的元件以相同的附图标记表示。

定子元件12具有至少两个第一接收线圈28a、28b以及至少两个第二接收线圈29a、29b。至少两个第一接收线圈28a、28b构造用于检测第一感应交变电压u1，该第一感应交变电压具有第一交变电磁场w1的第一频率f1。至少两个第二接收线圈29a、29b构造用于检测第二感应交变电压u2，该第二感应交变电压具有第二交变电磁场w2的第二频率f2。在该示例中，至少两个第一接收线圈28a、28b以及至少两个第二接收线圈29a、29b布置在垂直于旋转轴线a的平面中、在关于旋转轴线a的径向方向上例如布置在电路板的同一平面或不同平面中。在关于旋转轴线a的径向方向上观察，发送线圈22、23布置在相应的接收线圈28a、28b、29a、29b外侧。对于所有实施方式而言，“构造”在上下文表示相应的线圈针对相应的接收频率被优化。除了真正期望的电感以外，真实线圈还具有其他的通常情况下不期望的电特性(例如电阻、寄生电容)，并且因此具有带有至少一个电谐振点(自谐振)的振荡回路。合适的线圈例如具有至少四倍接收频率的自谐振。这避免了由于自谐振引起的不期望影响。

图7示意性地示出根据第三实施方式的旋转角传感器的一部分和测量装置的一部分的视图。该实施方式的与前述一致的元件以相同的附图标记表示。在图7中，作为示例示出至少两个第一接收线圈28a、28b中的第一接收线圈28a。对于至少两个第一接收线圈28a、28b中的第二接收线圈28b或至少两个第一接收线圈28a、28b中的各个另外的接收线圈，可以设置相应的布置。在图7中，作为示例示出至少两个第二接收线圈29a、29b中的第一接收线圈29a。对于至少两个第二接收线圈29a、29b中的第二接收线圈29b或至少两个第二接收线圈29a、29b中的各个另外的接收线圈，可以设置相应的布置。

如在第二实施方式中描述的那样，测量装置16包括第一谐振电路47a和第二谐振电路47b。

测量装置16包括解调器18，该解调器与之前所述的实施方式不同地构造并且构造成具有用于第一感应交变电压u1的第一输入端以及用于第二感应交变电压u2的第二输入端。

解调器18构造用于借助第一频率f1解调第一感应交变电压u1，并且借助第二频率f2解调第二感应交变电压u2。

解调器18例如具有两个混频器(未示出)。如在第一实施方式中描述的那样，第一混频器处理第一感应交变电压u1与第一交变电压uf1。如在第二实施方式中描述的那样，第二混频器处理第二感应交变电压u2与第二交变电压uf2。

如在第一实施方式中所描述的那样，对于这些混频器中的每个进行信号处理的其他步骤。

这表示，解调器18构造用于借助第一频率f1对第一感应交变电压u1进行解调，该第一感应交变电压作为来自至少两个第一接收线圈28a、28b中的至少一个的输入信号，并且借助第二频率f2对第二感应交变电压u2进行解调，该第二感应交变电压作为来自至少两个第二接收线圈29a、29b中的至少一个的输入信号。

图8示意性地示出示例性谐振电路47a、47b的一部分的视图。这些实施方式的与前述一致的元件以相同的附图标记表示。

谐振电路47a、47b包括至少一个变容二极管v，该变容二极管与至少一个发送线圈22、23并联地连接。通过去耦电感lb将控制电压us施加到变容二极管v上。所述去耦电感和变容二极管都通过耦合电容ck与lc振荡回路81连接。该lc振荡回路由电容c和相应的发送线圈22、23构成。

在这种布置中，可以通过变容二极管v来对相应的频率f进行调谐。通过使用变容二极管能够将频率改变200khz至1mhz。

所描述的结构使用频率发生器或谐振电路。同样可以使用其他时钟发生器(如rc振荡器或石英振荡器)来操控或预给定频率。也能够通过改变不同于影响变容二极管的其他构件值来改变频率。在rc振荡器的情况下，可以通过可调电流源来影响电流或电阻值。

可以设置数字频率发生器，该数字频率发生器借助数字频率合成来改变频率。

在这种情况下，可以使用石英振荡器或rc振荡器作为时钟发生器。由数字频率发生器借助能够调节的振荡器产生相应的频率f。产生能够调节的振荡器的输出信号，其方式是：通过数字分频器在频率中降低由时钟发生器预给定的主频率。借助相位比较器将输出信号与主频率进行比较。使用在此可能出现的相位误差来控制能够调节的振荡器。通过这种反馈，几乎任意的频率都是以时钟源的精度产生的。如果能够调节的振荡器的通常较低的频率稳定性足以满足应用情况，则也可以直接使用能够调节的振荡器。

在所描述的谐振电路47a、47b中，也使用发送线圈22、23作为进行频率确定的元件。由此，实现了对如下干扰影响的补偿：所述干扰影响在一阶中就已经固有地改变频率。