感应的位置测量装置的制作方法

本发明涉及一种根据权利要求1所述的、用于确定相对位置的感应的位置测量装置。

背景技术：

感应的位置测量装置比如用作用于确定两个能够相对于彼此旋转的机器部件的角度位置的角度测量仪。对于感应的位置测量装置来说，激励线圈和接收器线圈经常比如以印制导线的形式被施加在共同的通常多层的电路板上，所述电路板比如与角度测量仪的定子固定地连接。刻度元件与这个电路板对置，在所述刻度元件上以周期性的间隔交替地施加了可导电的以及不导电的面或者接片和缺口作为刻度结构，并且所述刻度元件与所述角度测量仪的转子抗扭转地连接。如果在所述激励线圈上加载在时间上变换的电的激励电流，则在转子与定子之间的相对旋转的期间在所述接收器线圈中产生取决于角度位置的信号。而后在分析电子装置中对这些信号进行继续处理。

经常将这样的感应的位置测量装置用作用于电动的驱动装置的测量仪，以用于确定相应的机器部件的相对运动或者相对位置。在这种情况下，将所产生的位置数值输送给后续电子装置（folgeelektronik）以通过相应的接口组件来操控驱动装置。

在本申请人的de102012223037a1中说明了一种角度测量装置，对于该角度测量装置来说能够结合对于角度位置的测量来确定刻度元件的轴向的移位。

技术实现要素：

本发明的任务是，提供一种感应的位置测量装置，通过该感应的位置测量装置能够以简单的方式确定相对的角度位置以及沿第一方向的位置，所述第一方向沿接收器轨道（empfängerspur）延伸。

该任务根据本发明通过权利要求1的特征得到解决。

因此，所述感应的位置测量装置具有扫描元件（abtastelement）和刻度元件，其中所述刻度元件相对于所述扫描元件围绕着轴线能够旋转地布置或者能够旋转地运动。所述扫描元件具有一条激励线路或者多条激励线路。此外，所述扫描元件具有第一接收器轨道。所述第一接收器轨道包括至少一条接收器线路，所述接收器线路根据具有第一周期的第一周期性的模式沿第一方向延伸。尤其所述第一接收器轨道能够具有多条接收器线路，所述接收器线路根据具有第一周期的第一周期性的模式沿第一方向延伸。此外，所述扫描元件具有第二接收器轨道，所述第二接收器轨道包括至少一条接收器线路。所述刻度元件包括刻度轨道（teilungsspur），所述刻度轨道关于所述轴线沿圆周方向延伸并且相切地沿所述圆周方向具有刻度周期。如此配置所述位置测量装置，使得通过所述刻度轨道由所述至少一条激励线路所产生的电磁场能够调制，从而通过所述第一接收器轨道的接收器线路能够检测或者能够测量所述刻度元件相对于所述扫描元件的角度位置。此外，通过所述第二接收器轨道的接收器线路能够检测或者能够测量所述刻度元件的沿第一方向相对于所述扫描元件的位置。

所述第二接收器轨道包括至少一条接收器线路，所述接收器线路有利地根据具有第二周期的第二周期性的模式沿所述第一方向延伸。尤其所述第二接收器轨道能够具有多条接收器线路，所述接收器线路根据具有第二周期的第二周期性的模式沿所述第一方向延伸。

周期也就是几何上的长度。

所述第一接收器轨道具有至少一条接收器线路，所述接收器线路具有多根沿所述第一方向彼此排列的线匝（windung）。此外，所述扫描元件具有第二接收器轨道，所述第二接收器轨道包括拥有至少一根线匝的至少一条接收器线路。

因而，通过所述第一接收器轨道的接收器线路能够检测围绕着所述轴线的旋转运动或者角度位置，但是所述旋转运动或者角度位置比如由于所述刻度元件的偏心度误差或者由于所述刻度元件的沿第一方向相对于所述扫描元件的不精确的放置而可能带有误差。通过所述第二接收器轨道的接收器线路，能够检测沿上面所定义的第一方向的平移的或者线性的位置。由此，提供在知道通过所述第二接收器轨道进行的测量的情况下对通过所述第一接收器轨道的接收器线路所获取的角度位置进行校正的可行方案，从而最后由对于所述角度位置的测量方面来提高系统精确性。

通常所述扫描元件和所述刻度元件彼此对置地布置并且通过沿第二方向延伸的气隙彼此隔开。所述第二方向尤其正交于所述第一方向来定向并且尤其也正交于所述轴线来定向，所述刻度元件以能够围绕着所述轴线相对于所述扫描元件旋转的方式来布置。

所述第一接收器轨道或者所述第二接收器轨道或者所述两个接收器轨道有利地分别具有至少两条接收器线路，所述接收器线路优选相对于彼此以相位偏移（比如以90°的相位偏移）来布置。

在本发明的有利的设计方案中，所述第一周期的长度大致相当于所述刻度周期的长度。尤其有利地适用：

1.5＞[第一周期：刻度周期]＞0.75或者

1.25＞[第一周期：刻度周期]＞0.85或者

1.15＞[第一周期：刻度周期]＞0.9

所述第一接收器轨道有利地具有至少一条接收器线路，所述接收器线路沿所述第一方向在第一长度的范围内延伸，其中所述第一长度是所述第一周期至少三倍大小（或者是其三倍大小）。尤其所述第一长度能够是所述第一周期至少四倍或者六倍大小。

在本发明的另一种设计方案中，所述第一接收器轨道的接收器线路具有至少两根线匝。

尤其所述第一接收器轨道的接收器线路具有比所述第二接收器轨道的接收器线路多的线匝。

在本发明的一种有利的设计方案中，所述第二接收器轨道的接收器线路根据具有第二周期的第二周期性的模式来布置，其中所述第二周期大于或者长于所述第一周期。比如，所述第一和/或第二周期性的模式能够具有正弦状的变化曲线。所述第二周期有利地是所述第一周期至少2倍、有利地至少4倍或者6倍大小。

在本发明的另一种设计方案中，所述第二接收器轨道的接收器线路根据具有第二周期的第二周期性的模式来布置并且所述第二周期的刻度周期大于所述刻度轨道的周期。

有利地关于所述轴线所述第一接收器轨道相对于所述第二接收器轨道以径向的偏移来布置。尤其所述第一接收器轨道相对于所述轴线以比所述第二接收器轨道小的径向的间距来布置。

所述刻度轨道尤其沿柱筒状的本体的外周面来布置并且沿圆周方向具有延伸。因此，所述刻度元件具有弯曲的外周面，在所述外周面上布置有刻度轨道。

所述第一接收器轨道或者所述第二接收器轨道或者所述两个接收器轨道能够有利地布置在弯曲的平面上，其中所述弯曲的平面的弯曲半径有别于所述弯曲的外周面的弯曲半径，在所述弯曲的外周面上布置了所述刻度轨道。尤其所述第一接收器轨道或者所述第二接收器轨道或者所述两个接收器轨道能够布置在平坦的平面上。

所述刻度轨道有利地具有沿所述第一方向交替地布置的接片和缺口。作为替代方案，所述刻度轨道能够由刻度结构所构成，所述刻度结构具有沿所述第一方向交替地布置的、可导电的以及不导电的区域。所述刻度结构也能够包括其它的铁磁的几何结构。刻度周期是一种通过所述刻度结构来确定的几何上的长度。在一个刻度周期之内比如刚好有一个传导的面和一个非传导的面或者刚好一个接片和一个缺口。在扫过刻度周期时，通过所述扫描元件能够产生信号周期。

所述刻度元件有利地具有圆形的外轮廓，所述圆形的外轮廓则具有一定的直径。此外，所述第二接收器轨道具有至少一条接收器线路，所述接收器线路沿所述第一方向在特定的长度的范围内延伸，其中所述长度大于一半的直径。所述长度以有利的方式是所述直径至少0.75倍大小。此外，所述第一接收器轨道能够具有至少一条接收器线路，所述接收器线路沿所述第一方向在第一长度的范围内延伸，其中所述第一长度大于所述直径。所述第一长度有利地大于1.5倍的直径或者大于双倍的直径。

在本发明的另一种设计方案中，所述刻度元件具有圆形的外轮廓，所述圆形的外轮廓则具有一定的直径，并且所述第二接收器轨道的接收器线路根据具有第二周期的第二周期性的模式来布置。在此，所述第二周期大于所述直径。

所述位置测量装置尤其能够在不取决于所述刻度元件的角度位置的情况下检测所述刻度元件的沿第一侧向的方向的相对位置。

在本发明的一种有利的设计方案中，通过所述第一接收器轨道的接收器线路能够产生具有第一幅度量的第一信号，并且通过所述第二接收器轨道的接收器线路能够产生具有第二幅度量的第二信号。在此，如此配置所述位置测量装置，从而在所述第一幅度量和所述第二幅度量的基础上能够确定所述扫描元件与所述刻度元件之间沿第二方向的间距。比如形成由所述第一幅度量和所述第二幅度量构成的商数，该商数包含关于所述间距的信息。作为替代方案，为此目的也能够形成由所述第一幅度量和所述第二幅度量构成的差。

本发明也包括一种位置测量装置，该位置测量装置比如用于根据游标原理来检测绝对的角度位置，所述位置测量装置的扫描元件具有多个沿轴向的方向偏移地布置的第一接收器轨道，其中而后所述刻度元件也具有多条沿轴向的方向偏移地布置的刻度轨道。这样的位置测量装置也能够具有多条沿轴向的方向偏移地布置的第二接收器轨道。通过对于所检测的信号或者其幅度量的合理的处理，能够在以这种布置结构也能够额外地确定所述轴线相对于所述扫描元件的倾斜。

本发明的有利的设计方案从从属权利要求中得知。

附图说明

所述根据本发明的感应的位置测量装置的另外的细节和优点从以下借助附图对一种实施例所作的描述中得出。

图1示出了用于确定相对的角度位置的位置测量装置的透视图；

图2示出了刻度元件的俯视图；

图3示出了扫描元件的部件以及所述刻度元件的透视图；

图4示出了所述扫描元件的第一接收器轨道和激励线路的俯视图；

图5示出了所述扫描元件的第二接收器轨道和激励线路的俯视图；

图6示出了用于确定扫描元件与刻度元件之间的间距的曲线图；

图7是所述刻度元件和所述扫描元件的俯视图。

具体实施方式

借助于位置测量装置对本发明进行描述，所述位置测量装置被确定用于检测扫描元件1与能够围绕着轴线a旋转的刻度元件2或者标尺之间的角度位置（图1）。

为了达到与运行相适应的状态，使所述刻度元件2沿第一方向x相对于所述扫描元件1定位，使得所述扫描元件1和所述刻度元件2以沿第二方向y延伸的气隙彼此对置。

所述刻度元件2构造为具有轴线a的基本上柱筒状的本体，刻度轨道2.1处于其外周侧上（也参见图2）。所述刻度轨道2.1沿圆周方向u延伸并且沿所述圆周方向u具有刻度周期p2.1。在所介绍的实施例中，所述刻度轨道2.1具有接片2.11以及处于其之间的缺口2.12，其中所述第一刻度轨道2.1各具有十二个这样的接片2.11和缺口2.12（n=12）。所述刻度轨道2.1因此由交替地布置的接片2.11和缺口2.12的周期性的序列所构成。所述刻度轨道2.1的刻度周期p2.1从所述接片2.11之一的长度t1和所述缺口2.12之一的长度g1的总和中产生，其中所述长度t1、g1沿圆周方向u延伸。所述长度t1对所有接片2.11来说一样大，所述缺口2.12的长度g1也相应地一样大。在所介绍的实施例中，所述刻度元件2的直径d为九毫米。因此，能够以如下方式求取所述刻度周期p2.1：

在图3中示意性地示出了所述位置测量装置的部件。所述扫描元件1包括平坦的多层的电路板，在所述电路板上在不同的层面上布置了第一接收器轨道1.1和激励线路1.3以及第二接收器轨道1.2和激励线路1.4。为了进行说明，所述层面在图3的视图中分开地示出。在实际上，所述两个层面紧挨着相邻地布置。如此配置所述位置测量装置，从而关于所述轴线a所述第一接收器轨道1.1相对于所述第二接收器轨道1.2以径向的偏移来布置。因此，所述第一接收器轨道1.1比所述第二接收器轨道1.2布置得更加靠近所述轴线a。

所述接收器轨道1.1、1.2分别包括两条接收器线路1.11、1.12；1.21、1.22。在所介绍的实施例中，所述接收器线路1.11、1.12；1.21、1.22构造为印制导线。尤其所述接收器线路1.11、1.12；1.21、1.22或者印制导线在不同的具有贯通接触部（durchkontaktierung）的层面中延伸，因而在交叉点上避免了不期望的短路。在所示出的实施例中，在所述电路板结构中设置了至少四个层。

所述第一接收器轨道1.1的接收器线路1.11、1.12根据图4沿方向x分别具有延伸l11（在所介绍的实施例中l11=19.2mm）并且根据周期性的模式、在所介绍的实施例中根据正弦状的模式来布置。所述第一接收器线路1.11、1.12在这里分别具有八根线匝，因而这些接收器线路分别具有2.4mm的第一周期p1.1。由此，所述第一周期p1.1大致相当于所述刻度周期p2.1，因而适用：

（第一周期p1.1）:（刻度周期p2.1）=2.4mm:2.36mm=1.017

通过所述第一接收器线路1.11、1.12，能够在根本上在所述刻度元件2相对于所述扫描电路板1进行相对旋转时产生相对高分辨率的增量信号。

而所述第二接收器轨道1.2的第二接收器线路1.21、1.22则分别仅仅具有一根线匝（图5）并且分别沿所述方向x具有延伸l12（在所介绍的实施例中l12=11mm），使得这些第二接收器线路分别具有同样为11mm的周期p1.2。

此外，在所述扫描元件1上布置了在附图中未示出的电子的线路以及插头元件。所述扫描元件1被安装在壳体11（图1）中。通过线缆10，所述扫描元件1能够与后续电子装置相连接。

如可以从图3到5中看出的那样，不仅围绕着所述第一而且围绕着所述第二接收器轨道1.1、1.2都分别布置了激励线路1.3、1.4。作为替代方案，也能够仅仅使用一条激励线路。

所述刻度元件2经常布置在机器部件上，其中所述机器部件必须和所述刻度元件2一起在所述扫描元件1之前、比如通过伺服驱动装置来安置，以用于将所述位置测量装置置于与运行相适应的配置之中。比如，如在图7中通过划虚线的箭头所勾画的那样，能够将所述刻度元件2线性地沿x方向置于相应的工作位置中。作为所述线性的运动的替代方案，也能够使用摆转运动或者旋转运动，使得所述轴线a沿弯曲的轨道运动。而后，所述刻度元件2以径向的气隙或者以间距ψ（图7）与所述扫描元件1隔开，而扫描元件1和刻度元件2没有相互接触。通常所述刻度元件2用作转子并且被固定在能够围绕着所述轴线a旋转的机器部件上。而所述扫描元件1而后形成所述位置测量装置的定子，因而将所述扫描元件固定在静止的机器部件上。在所述刻度元件2相对于所述扫描元件1围绕着所述轴线a进行相对旋转时，在所述第一接收器轨道1.1的接收器线路1.11、1.12中，通过感应效应能够产生取决于相应的角度位置的信号并且由此能够检测所述刻度元件2相对于所述扫描元件1的角度位置。

用于形成相应的信号的前提是，所述激励线路1.3、1.4在所述接收器轨道1.1、1.2的区域中或者在用其扫描的刻度轨道2.1的区域中产生在时间上变换的电磁的激励场。在所示出的实施例中，所述激励线路1.3、1.4构造为多根平行的通电的单个-印制导线。如果给所述激励线路1.3、1.4通电，那就围绕着相应的激励线路1.3、1.4形成软管状地或者柱筒状地取向的电磁场。所产生的电磁场的场力线以围绕着所述激励线路1.3、1.4的同心圆的形式延伸，其中所述场力线的方向以所熟知的方式和方法取决于所述激励线路1.3、1.4中的电流方向。在所述接片2.11的区域中引起涡流，从而实现对于所述场的取决于角度位置的调制。相应地，能够通过所述接收器轨道1.1来测量相对的角度位置。如此布置所述第一接收器轨道1.1的接收器线路1.11、1.12的配对，使得其相应地提供相偏移了90°的信号，从而也能够确定旋转方向。所述用于确定角度位置的接收器轨道1.1被自身的激励线路1.3所包围。但是，如此求取的角度位置通常具有显著的误差，所述误差通过借助于第二接收器轨道1.2进行的测量来校正或者消除。

所述刻度元件2与所述扫描元件1之间的沿方向x的相对位置ξ用所述第二接收器轨道1.2来检测。由所述接收器线路1.21、1.22所产生的信号取决于所述刻度元件1.2相对于所述扫描元件1.1的沿方向x的位置ξ。

为了通过所述第二接收器轨道1.2来获取用于x位置ξ的信号所需要的激励场由所述激励线路1.3、1.4所产生。所述第二接收器轨道1.2的接收器线路1.21、1.22具有比第一周期p1.1大的第二周期p1.2，由此在实际上没有出现所述刻度元件2.1的角度位置对由所述接收器线路1.21、1.22所产生的信号的影响。在所介绍的实施例中，所述第二周期p1.2是所述第一周期p1.1大约4.6倍的大小或长度。

由此，通过所述位置测量装置能够在使用刚好那些产生电磁场的激励线路1.3、1.4-借助于所述激励线路最后也能够检测其中一个角度位置-的情况下检测所述刻度元件2的、沿正交于所述轴线a取向的方向x的相对的侧向的位置ξ。

所述扫描元件1的电子的线路、比如asic组合件不仅仅作为分析元件来工作，而且也作为激励监测元件来工作，在所述激励监测元件的监测下产生而后通过所述激励线路1.3、1.4流动的激励电流。由此，通过同一个激励监测元件给所述两条激励线路1.3、1.4通电。因而能够放弃用于对沿x方向的相对的位置ξ进行检测的专用的激励线路。

将如此获取的、关于所述刻度元件2的沿x方向精确的相对的位置ξ的信息在所述分析元件中用于对用于角度位置的数值进行校正，从而与常规的角度测量仪相比能够以得到提高的测量精度产生所述数值。

除此以外，也能够通过在所介绍的实施例中所描述的位置测量装置来确定所述刻度元件2相对于所述扫描元件1沿方向y的相对的位置ψ、也就是气隙的大小。为此目的，所述幅度量m1、m2比如从所述乘方的信号幅度s10、s190的总和的根数中产生。所述信号幅度通过以下方式来获取，即：在相控制的情况下对高频的幅度调制的输入信号进行整流。在图6中示出了一张曲线图，在该曲线图中在横坐标上绘示了所述刻度元件2沿第二方向y的间距ψ并且在所述纵坐标上绘示了幅度m。所述两条曲线代表着幅度量m1（ψ）、m2（ψ）的变化曲线，所述幅度量则从所述第一接收器轨道1.1和所述第二接收器轨道1.2中获取。从图6中可以看出，所述两条曲线的间距随着间距ψ的增加而变小。由此，能够在所述第一幅度量m1和所述第二幅度量m2的基础上来明确地确定沿所述第二方向y的间距ψ。比如能够形成商数q（ψ）＝m1（ψ）/m2（ψ），从所述商数的参量中能够明确地确定沿所述第二方向y的间距ψ。

在所介绍的实施例中，所述激励线路1.3、1.4由唯一的激励监测元件来馈电，从而也就是说在所述激励线路1.3、1.4中流动着同一激励电流。通过上面所描述的、用于确定所述刻度元件2的沿第二方向y的间距ψ的方法，能够尽可能地消除通过所述激励电流中的波动引起的误差，因而这些波动在实际上对所述间距ψ的确定没有影响。