CN101842665B - 包含塑性元件的位置编码器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种位置传感器，特别是包括底座的转子位置传感器。在所述底座的表面内形成了设置有导电涂层的轨道，用于评估信号。由于所述轨道形成在所述底座内，因此通过设计测量获得了对涡流行为理想的位置相关的调制，导致了低制造公差和降低的生产成本。

Description

包含塑性元件的位置编码器

技术领域

本发明通常涉及涡流传感器组件，其中基于位置相关的涡流损耗来确定编码元件相对于线圈组件的位置，并且本发明特别涉及用于这种传感器组件的编码元件。

背景技术

在许多技术领域中，必须以由相应的使用目的规定的精度来确定运动物体的位置。为此，开发了许多传感器系统，其中通过例如光、电、磁和其它作用，至少可以以足够高的精度来测量两个元件之间的相对位置。特别是在正使用非常严格的环境条件例如高操作温度与强磁场相结合(例如这可能由大操作电流所引起)的技术部分中，通常使用传感器组件，在所述传感器组件中使用位置相关的涡流的生成来确定部件的位置。为此，在这种涡流传感器组件的一些实例中，检测到由涡流引起的一个或多个线圈的衰减，其中所述一个或多个线圈被设置作为固定部件，而活动部件包括适当材料的轨道，导致了位置相关的涡流的生成并且因此导致了衰减。基于所述位置相关的涡流，通过所生成的衰减(例如可基于频率变化、相位变化、振幅变化或所述参数的组合来确定)与轨道的特定设计的相关性，能够确定运动轨道相对于一个或多个固定线圈的位置。

在这方面的一个重要应用是确定电机的转子的位置从而确定用于供给适当的电流和电压值的适当的控制信号。例如，对于电机需要非常可变的转速和适度大的控制带宽的多个应用目的来说，重要的是实时地以高分辨率(resolution)注入电压或电流值，这在许多情况下需要相对精确地判断转子的位置。例如，对于近似永久励磁的同步电机或无刷直流电机的有效操作来说，重要的是依据在角形部分内部使用的磁体的磁极数量来非常确切地获知转子的位置，以便使定子绕组以适当的形式供给能量，从而获得理想的操作模式。为此，通常使用无触点传感器机构，其中使用基于例如磁开关或霍耳传感器的传感器组件，然而所述传感器组件相对复杂并且还易受噪声的影响，其中在许多应用中通常不能达到必要的空间分辨率。由于特别是用于检测角位置，通常需要将编码元件与电机的转子窄空间地联结，因此在编码元件附近可能出现大电流或强磁场以及相对高的温度，使得根据涡流原理的传感器在此变得特别有用，这是因为一方面它们可被设计为不被强的外部磁场干扰，而另一方面在传感器组件被激活时允许转子位置的高空间分辨率。

在这种常规的传感器组件中，典型地使用例如与电机的转子相联结的编码轮，该编码轮的外围包括适当形成的例如形式为正弦变化的金属导体(例如，为铜或铝)的轨道，所述轨道由线圈组件读取。因此所述编码轮与电机的转子机械接触，除对于强磁场的理想的抗扰性以外，它还必须适于电机的其它操作条件，例如，相对于当前温度(prevailing temperature)、必要的速度范围等。另一方面，相对于涡流传感器系统的集成，在大规模制造中也需要高的恒定精度，从而允许传感器的始终如一的功能而在安装过程中不需要为最终用途进行复杂的调节工作。因此，通常，在常规的编码轮中，相对于强度的严格的机械特性、无噪声运转以及必要的电特性，即通过近似正弦变化的线圈对导电性的位置相关的调节，在编码轮的制造、编码轮的最终装配以及调节时需要相应的努力。

发明内容

因此，考虑到上述情况，本发明的目的是提供用于基于涡流的传感器组件的编码元件，其中可以改善与必要的电行为相结合的机械稳定特性和精度特性和/或可以在较小的努力下实现所述特性。

根据本发明的一个方案，上述目的通过一种用于在传感线圈组件中产生位置相关的涡流损耗的位置编码器来实现。所述位置编码器包括底座，所述底座由塑料制成并且其表面在操作过程中将在传感线圈组件的方向上定向。此外，所述位置编码器包括轨道，所述轨道通过在塑料的表面中的凹槽和/或突起形成在所述底座中，所述轨道沿预定运动方向延伸并且至少在与预定运动方向垂直的方向上变化。此外，还存在涂层，其至少设置在所述轨道上并且包括导电材料。

因此，根据本发明的位置编码器包括由塑料制成的底座，因此相对于材料成分以及相对于形状和尺寸，该底座均可以通过非常柔性且有效的方式以高精度和低制造成本制成。此处，位置编码器的一个表面，即承载相对于位置相关的涡流生成而形成的轨道的表面，首先通过塑性材料按其形状成形而预先确定，以便轨道也可以例如通过与底座相同的操作以高精度和较小的努力制成。因此，例如沿运动方向，即在位置编码器的操作过程中对位置编码器相对于传感线圈组件的位置进行检测的方向，所构造的轨道的空间结构可以通过结构测量以高精度限定，例如通过注射成型的方式同时轨道的电特性通过涂层来调节。这样，一方面能够通过底座的塑性材料实现适于相应目标的理想的机械稳定性，其中另一方面以非常小的制造努力保证了轨道路径的非常精密的结构，在最终分析中该轨道路径提供了理想的空间分辨率。电特性即轨道的导电性由涂层确保，因此这提供了选择适当材料例如适当的金属、合金、半导体材料、导电塑料等的高度灵活性，其中相对于实现所生成的导电轨道的整体精度，涂层的涂覆没有那么重要，这是由于位置相关的轨道的导电性基本上是由以塑性材料形成的外形的几何形状给定的。

在一个优选实施例中，轨道被构造为在表面中的突起。这意味着在所述实施例中在操作过程中面向传感线圈组件的表面显示出沿运动方向的适当设计的突起，该运动方向示出了理想的空间变化。由于在表面中形成的轨道的突起结构，可以自动地获得在操作过程中突起部相对于传感线圈组件距非突起部的不同距离，以便由于该结构，在与轨道的表面相比较低的底座的表面之间的涡流行为中实现了明显的差异，即使该表面部分地或全部地涂覆导电材料，该表面也对涡流生成施加非常小的影响从而简化了涂覆过程。

在另一个优选实施例中，轨道的高度沿预定运动方向恒定而轨道的宽度沿预定运动方向是可变的。这意味着位置相关的涡流生成能力是由横向变化即由轨道宽度的变化产生的，而该轨道根据基本恒定的值从表面抬起。

在另一个优选结构中，轨道的高度沿预定运动方向变化。因此，在所述实施例中，相对于固定传感线圈组件，可以通过轨道的变化高度、从而通过轨道表面的变化距离以及从而通过用作信号区域的涂层的变化距离实现位置相关的涡流的生成。可以在塑料底座中通过有效的方式实现轨道的表面形态的相应设计，其中使用了适当的制造方法，例如注射成型方法等。因此，可以通过可再生且有效的方式实现适当的高度轮廓。

在另一个优选设计中，与轨道的高度相结合，轨道的宽度也沿预定运动方向变化。由传感线圈组件引起的轨道对变化磁场的响应行为可以以非常有效的方式来调制，其中，可以使用两个自由度，两个自由度一起允许沿运动方向每单位长度一个强变化。此外，由于涡流行为的双重调制，可以实现较低的容错，这是由于一个尺寸的相应的制造不准确度可能具有不太明显的影响。

在一个优选实施例中，预定方向的运动是旋转运动。这意味着位置编码器被构造为沿与旋转运动相对应的弯曲路径来检测位置，其中在一个优选实施例中至少可以在理想的角范围内检测相应的机械的转子的角位置。在这种情况下，根据本发明的位置编码器可以用于至少在角形部分的范围内确定转子的位置，这例如在永久励磁的同步电机或无刷直流电机中是重要的，以实现定子线圈的最优控制。

在另一个优选的变型中，所述底座适于紧固到回转式机械的转子或与回转式机械相联结的元件上。因此根据本发明的位置编码器可以通过有效且精确的方式制造，如上所述，其中进一步给出了随后以适当的方式将所述编码器与回转式机械相联结的可能性。因而可以实现位置编码器的独立、因此便宜并且精确的制造，其中通过对例如注射成型等的适当选择可以实现适应相应的回转式机械的高度灵活性。因此，一方面对回转式机械和位置编码器的制造给出了高度的独立性，另一方面在底座的结构上可以考虑回转式机械的特定特征。

在一个优选实施例中，所述表面在与转子的旋转轴垂直的方向上定向。这意味着在该组件中并入到该表面中的轨道和由此限定的信号区域也在与转子的旋转轴垂直的方向上定向，导致了“轴向”布局，其中传感线圈组件在轴向上与表面间隔开并因此与轨道间隔开。如果在轴向上给出了足够的结构容积，则由于传感线圈组件可以定位在由转子预先确定的直径内，因此这导致了径向上的非常紧凑的结构。

在另一个优选的设计中，所述表面与转子的旋转轴平行定向。这意味着所述表面以及因此轨道可以被构造在编码轮的周向上，并且因此可以通过传感线圈组件在径向上读取。如果需要的话，这实现了径向上的紧凑结构，如果将回转式机械设置在电机和相应的传动装置之间的驱动轴上，则这对汽车工业中的特定应用将会是尤其有益的。

在一个实施例中，涂层至少部分地设置在所述表面上。如上所述，由于轨道的表面形态，可以实现对涡流行为的有效调制而不需要涂层的准确位置。这意味着在必要时，可以将涂层涂覆到轨道上或者还涂覆到部分或全部的表面上，由此，基于所使用的制造方法，由于不需要选择性应用涂层，因此可以使制造程序相应地简化。在其它情况下，涂层的材料成分可以设计为一方面它可产生理想的导电性，而另一方面还允许对底座或至少表面的理想的保护作用或钝化，以便可以通过有效的方式调节电行为和表面特性二者。

在另一个优选的实施例中，涂层设置在底座的至少另一个表面上。如上所述，涂层可以用作钝化材料，以便优选地底座的其它部分也可以因此被覆盖。此外，由于底座的至少另一个表面设置有涂层，因此能够在多种不同的涂覆方法中进行选择，这根本不允许选择性沉积或只是在很大的努力下允许，因此在此相对于涂层的材料组分和制造成本给出了高度的灵活性。

在另一个实施例中，涂层包含金属。因为大量的金属或合金是可用的，因此可以通过非常有效的方式建立导电性，这一方面示出了理想的高导电性，而另一方面示出了关于化学稳定性等的适当的行为。在其它情况下，适当的金属可以以任意理想的方式包含在涂层中以便实现必要的导电性以及机械和化学的标准。

在一个示例性实施例中，涂层设置为金属层。因此可以实现非常有效的导电性调制，其中可以将待涂覆的金属的量保持为相对小，这是由于可以通过适当的方式调节金属层的厚度。在此可行的是，仅仅轨道的表面，即主要用作生成涡流的轨道的信号区域，或底座的其它部分或整个底座可以设置有金属层，在这种情况下导致了特别有效的制造可能性。这意味着在这种情况下，底座可以以高精度制造，塑料轨道形成在底座中，然后可以涂覆金属层而不需要对目标的应用作进一步测量或选择性去除部分的涂层。

在一个优选实施例中，涂层至少包括一个第一局部层和形成在所述第一局部层上方的一个第二局部层，其中所述第一局部层和/或所述第二局部层设置为导电层。这意味着为涂层设置的层状结构为理想特性的设定带来了高度的灵活性，例如相对于导电性、对严格的环境条件的抵抗性，例如相对于侵蚀、机械强度等。例如，可以应用层状结构，其中，首先第一局部层直接涂覆到轨道或底座上，所述第一层确保随后沉积在其上的材料的必要的高粘附力。然后可以相对于理想的导电性而选择所述材料。如果需要的话，其后可以具有一个或多个另外的层，这取决于相应的应用。在一个示例性实施例中，涂层的最外局部层是导电层，以便在传感线圈组件和位置编码器之间的给定平均距离处，由于导电层定位为最外层，因此呈现出对涡流生成的高灵敏度。在另一个实施例中，涂层的最外局部层被设置作为位于其下方的一个或多个局部层的保护层，所述一个或多个局部层中的至少一个局部层被构造为导电层。因此，理想的导电材料，例如，金属、金属合金等，可以相对于它们的电行为来选择，而最外层可用于钝化，以便可以通过适当的方式整体地调节涂层的例如抗蚀性、表面硬度等。

此处，最外局部层可设置为适度薄的层，以便传感线圈组件和轨道之间的有效“空隙”的尺寸不会无谓地增大。在并入理想的应用之前或并入的过程中，保护层的设置(可依次仅适用于轨道或导电材料或者还可以适用于底座的较大区域或整个区域)为位置处理器的制造和处理带来了更高的可靠性，而且还在严格的环境条件下在位置编码器的操作过程中导致了更可靠的功能。在一些实施例中，用作导电材料的局部层和用作保护材料的局部层不是以相同的方式构造以覆盖整个区域的，即，导电局部层可以基本上限制在轨道的区域，而保护层可以设置在底座的大部分表面区域上，以便整体或至少部分地为底座提供由保护层产生的表面特性。

在另一个优选的实施例中，涂层是导电性半导体材料，其与轨道协作从而确保理想的位置相关的涡流行为。例如，通常的半导体材料，诸如非晶硅等，可以通过公知的方法诸如相对低温的CVD(化学气相沉积)，以非常有效的方式涂覆到载体材料即底座体或其一部分上，导致了整体上的低制造成本和制造方法的高精度。还可以通过相应地采取半导体材料而在大范围内调节理想的导电程度。在一些情况下，导电性半导体材料也可用作塑性材料的有效钝化，从而不再需要另外的保护层，因而实现了底座表面的高度的化学和机械的抗性。

在一个优选实施例中，轨道在预定运动方向上形成为连续轨道。这意味着沿着运动方向，即，沿着轨道的纵向，所述轨道是连续的，以便涡流可以沿运动方向连续地生成而与传感线圈组件的结构无关。这可以通过涡流行为的连续变化，在给定尺寸的位置编码器处即在预定运动方向上的给定长度处产生高度的空间分辨率。由于特别是最后达到的位置相关的涡流行为通过结构测量的方式例如通过在底座的表面中形成轨道来实现，因此即使相对复杂的轨道形状，例如正弦曲线形状或其它弯曲的形状，也可以作为连续的单元制造，然后在进一步的组装或以及在操作过程中可以基本保持轨道的形状。

在另一个优选实施例中，在预定运动方向上的轨道包括空间上的周期性部分，从而在每个周期性部分内可以实现理想的高空间分辨率。在回转式位置编码器中，需要在特定的角形部分内依据所用的极对来识别转子的角度相关位置，因此通过设置相应数目的周期性部分，可以通过有效的方式模仿轨道中的“电”旋转角，从而在电相关的每个角形部分内可以实现对回转式机械的定子线圈的理想的精确控制。

在另一个优选实施例中，底座包括另一个轨道，所述另一个轨道通过塑料的凹槽和/或突起形成在表面中，沿预定运动方向延伸并且至少在与预定运动方向垂直的方向上变化。由于设置了所述另一个轨道，因此在必要时能够通过适当的方式例如降低空间分辨率来调节测量范围，以有利于较长的测量路径。这意味着通过对轨道和另一个轨道的不同调制，可以扩大测量范围，例如，轨道确保了在小的周期性重复部分内的必要的精确分辨率，而另一个轨道允许对刚检测到的部分的识别。

在本发明的另一个方案中，上述目的通过用于在传感线圈组件中产生位置相关的涡流损耗的位置编码器而实现。此处，位置编码器包括由非导电性载体材料和导电材料构成的底座。进一步设置了由导电材料限定的轨道，该轨道嵌在非导电性材料中，沿预定运动方向延伸，并且至少沿与预定运动方向垂直的方向变化以便生成位置相关的涡流。

在另一个实施例中，提供了一个表面，在位置编码器的操作过程中该表面必须朝向传感线圈组件定向并且基本上是非成形的。

由于位置编码器的所述设计结构，导电材料设置在底座体中以便轨道形成于其中，由此，由于轨道嵌在底座中，并且由于在另一个实施例中表面覆盖了轨道，因此在非常严格的操作条件下实现了高度的机械和化学的完整性。此外，能够通过该结构以精确且可再生的方式提供用于位置相关的涡流的生成的轨道，其中实现了位置编码器的理想的高机械稳定性，或其中导电材料可以有助于增强底座的非导电性载体材料的稳定性。

在一个示例性实施例中，导电材料以成形元件的形式设置。这意味着成形元件形式的导电材料，例如，适当设计的金属件形式的导电材料，可以在底座的制造过程中例如通过在注射成型中定位等有效地插入非导电性载体材料中，以便可以以高度的可再生性实现非常有效的制造过程。在一个实施例中，成形元件包括第一部分和第二部分，所述第一部分相对于所述表面具有第一距离，所述第二部分相对于所述表面具有第二大距离。这样，成形元件可以设置为稳定的相干元件，例如金属件，并可以在非导电性载体材料中适当地定位，以便距所述表面具有第一小距离的部分可以作为用于生成位置相关的涡流的有效轨道，而具有较大距离的第二部分可以用于非导电性载体材料的机械稳定性和/或成形元件的更好的定位，而不对涡流的生成产生任何明显的影响。这意味着特别是当成形元件被设置作为固有稳定的元件时，可以实现所述元件在非导电性载体材料中的有效定位以及位置编码器的固有稳定性的增加。

有益地，底座被构造为用于旋转运动的位置检测，以便所述底座可以有益地用于与电机例如永久励磁的同步电机、无刷直流电机、异步电机等的结合，如已经在前述方案下详细说明的，位置编码器对于所需的特性例如化学稳定性、机械稳定性、形状等是适用的，其中可以使用可再生的便宜且精确的制造方法。而且，在位置编码器的变型即具有适当的轨道形式的集成导电材料的非导电性载体材料中，可以设置轴向和径向的变型，以便同样是相对于传感器组件的位置或类型，实现了高度的结构灵活性。

附图说明

在附随的专利权利要求中限定了另外的优选实施例，并且这些另外优选实施例通过以下参照附图对另外的示例性实施例的详细说明而变得显而易见，其中：

图1a示意性地示出了根据一个实施例的用于具有单个高架轨道的回转式机械的位置编码器的立体图；

图1b示意性地示出了根据示例性实施例的用于线性运动的位置编码器的顶视图；

图1c和1c示意性地示出了根据多个实施例的图1a的位置编码器的横截面图；

图1e和1f分别相应地示出了根据示例性实施例的用于径向结构的回转式机械的位置编码器的横截面图和局部顶视图；

图1g示意性地示出了一个实施例的横截面图，其中轨道以根据示例性实施例的适当设计的“凹陷”或凹槽的形式设置在塑性材料中；

图1h示意性地示出了横截面图，其中用于产生理想的导电性的涂层以多个局部层的形式设置；

图1i和1j分别相应地示出了顶视图和横截面图，其中局部相关的涡流生成行为通过改变轨道的高度而实现；

图1k至1m分别示意性地示出了根据示例性实施例的与传感线圈组件相结合的位置编码器的横截面图和顶视图；

图1n示意性地示出了根据示例性实施例的具有多个编码器轨道的位置编码器的顶视图；

图2a至2c示意性地示出了位置编码器的横截面图，其中导电材料集成到非导电性载体材料中，其形成了根据另外的示例性实施例的位置相关的轨道；以及

图2d示意性地示出了位置编码器的顶视图，其中示出了导电材料的基本上呈二维的结构。

具体实施方式

现在将参考附图对本发明的另外的示例性实施例进行说明。

图1a示意性地示出了位置编码器100的立体图，所述位置编码器100在所说明的实施例被设置用于确定回转式机械诸如电机的转子的角位置，例如永久励磁的同步电机的转子的角位置等。位置编码器100包括底座101，在所说明的实施例中该底座由塑料制成，其中任意理想的适当的材料混合物可以用作所述塑性材料。特别是可以使用在显示必要的机械稳定性的相应的回转式机械的速度范围内的适当的材料。也可以通过适当的方式选择底座101的厚度，此处底座101被构造为盘的形式并具有用于紧固到回转式机械的旋转轴或转子上的相应的孔105，从而实现必要的稳定性并因而确保小的结构高度。例如，底座101的厚度可以是几毫米到几厘米。位置编码器100进一步包括表面106，在位置编码器100的操作过程中表面106朝向传感线圈组件，如下文将详细描述的，其中表面106的一部分位于线圈的“检测区域”中，这取决于相应的传感线圈组件的结构。在所说明的实施例中，轨道102以突起的形式设置在表面106的上方，突起的宽度沿运动方向104变化，以便获得不同的宽度102a、102b，并且在线圈102的宽度102a、102b之间的分配以及沿运动方向104的路径，即在这种情况下的旋转角，至少在单个部分中是明确给定的。轨道102可采用的不同的宽度102a、102b的值取决于传感线圈组件的横向检测面积，其中典型地可以使用1mm或更小的最小宽度，以及几mm或更大例如几厘米的最大宽度。此外，轨道102的形状不限制为特定的设计，只要至少在特定的部分内在涡流行为的形成或调制与在运动方向或纵向104上的位置之间给出了明确的分配即可。例如，示出的是连续或相干的正弦形式，但其它形式也是可行的，例如三角形设计等。此外，位置编码器100包括至少在轨道102的信号区域上的涂层103，涂层103与表面106平行并且提供了轨道102的导电性，以便在由传感线圈组件检测涡流生成期间可用的导电材料的各自的有效数量或表面也根据宽度102a、102b沿而运动方向104变化。此处涂层103呈任意理想的导电材料的形式，例如金属、金属合金、导电半导体、导电塑料等。

图1b示意性地示出了根据另一个实施例的位置编码器100的顶视图，其中位置编码器被构造为沿平直的运动方向104检测位置。在这种情况下，例如底座体101设置为长方形材料件，从而限定了其上依次形成有轨道102的表面106。对于底座101和轨道102的塑性材料以及涂层103的选择，可以应用与上述图1的转子位置编码器100相同的标准。

图1c示意性地示出了图1a的转子位置编码器100沿截面线1c的横截面图。如图所示，位置编码器100包括底座101，在底座101上形成有表面106和轨道102。此外，所说明的实施例中的涂层103恰好形成在轨道102的与表面106平行的表面上。在其它实施例中，涂层103可以示出对表面106和底座101的任意理想程度的覆盖，如下文将要进行详细说明的。

可以通过有效的方式制造位置编码器100，其中首先将底座101与轨道102一起制造，例如，这可以以基于适当的模板的注射成型方法为基础来实现。在其它情况下还可以通过铣削底座101来制造轨道102。在其它实施例中，如果轨道102设置为连续的轨道，则轨道102可以通过单独的制造过程制造，其中，适当的塑性材料以特殊方式铸造或制造。因此轨道102可以通过热处理或其它方法设置在底座101上。从而可以实现底座101包括轨道102的可靠且可再生的形状，以便功能性行为即位置相关的涡流生成基本上通过结构测量来固定，其中可以直接考虑在选择底座101和轨道102的材料上的灵活性以及多种应用时的形状。在其它实施例中轨道可由彼此分开的单个部分制成，单个部分与底座101一起制成或也可制成为随后紧固到底座101上的单独的单元。

在一些实施例中，然后例如可以通过涂覆方法，例如通过溅射、电镀、化学气相沉积、物理气相沉积等涂覆适当的材料来制造涂层103。这可以局部完成，以便如图1c所示，涂层103恰好设置在信号区域上，即，设置在轨道102的与表面106平行的表面上，然而在其它涂覆方法中，在较大区域上进行涂层103的涂覆，或者随后以选择性方式再次去除涂层的一部分。在一些实施例中，涂层103包括金属，诸如铜、铝或相应的合金，从而可以在涂层103中获得理想的高表面导电性。在其它情况下，导电材料可以以掺杂半导体材料、导电性塑性材料等形式设置在涂层103中。

图1d示意性地示出了根据另一个实施例的位置编码器100，其中涂层103至少覆盖表面106，如果需要的话，还进一步覆盖底座101的表面。如果需要的话，涂层103还可以几乎整体地覆盖底座101，其中对底座101延伸超过轨道103的覆盖对信号行为的影响很小，这是因为：由于轨道102的突起结构，在适当的信号区域103a和其它较低的表面部103b之间提供了足够大的距离，以便恰好通过信号区域103a的变化宽度来实现对涡流行为的不同调制。这意味着由于在位置编码器100的右部分示出的轨道102的位置处，区域延伸非常大的下部103b对传感线圈组件的影响小很多，使得在整体上在右侧的较小的信号区域103a同样实现了相应较小的涡流，因此与位置编码器100的右部分示出的轨道102的位置相比，在图1d的左部分中，由于与传感线圈组件等距离处的较大的横向延伸，信号区域103a实现了较强的涡流的生成。

图1e示意性地示出了在径向实施例中即在表面106与位置编码器100的旋转轴107基本平行布置的实施例中的位置编码器100的横截面图，而在图1a、1c和1d示出的“轴向”实施例中，表面106沿基本垂直于旋转轴107的方向定向。因此，如图所示，底座101的表面106被主要构造为柱面，在该柱面上轨道102设置有沿运动方向变化的理想宽度。对于所述实施例，还可以获得上述关于底座106、轨道102和涂层103的制造和材料选择的益处。

图1f示意性地示出了表面106和涂层103的一部分的顶视图，其中轨道102形成于表面106中。

图1g示意性地示出了根据另一个实施例的位置编码器100，其中轨道102以凹槽的形式形成在表面106中，导致了与图1d相比基本相反的行为。这意味着在图1g所示的实施例中，在传感线圈组件的影响下，在左侧的两个位置中，可以预期到相对大的涡流，而由于轨道或凹槽102的较大的横向尺寸，在右侧生成了相当小的部分涡流，这是由于现在导电表面103a、103b设置有足够大的距离，例如几毫米。对于底座101和轨道102的制造，与上述相同的标准是可行的。这意味着沿横向变化的凹槽形式的轨道102可以通过任意适当的方法形成，例如注射成型方法、铣削等。

图1h示意性地示出了根据另一个实施例的位置编码器100，其中涂层103至少包括第一局部层113和第二局部层123，如果需要的话还可以设置另外的层。在一个实施例中，局部层113被设置作为导电材料，例如在所说明的实施例中，局部层113至少涂到表面106的整个区域上。在所说明的实施例中，局部层123是涂层103的最外层，并且此处可用作导电层113的钝化的适当的保护层。例如，层123可以设置为任意理想的适当的介质材料，从而给予层113中的导电材料特定的理想特性，例如，关于化学抗性等。例如，层123可以以塑性材料的形式设置，例如设置为聚合体材料，或者它还可以例如以二氧化硅、氧化铝、玻璃材料、塑料、聚合材料的形式设置为无机涂层，这取决于理想的表面性质等。在这种情况下，涂层123设置有足够的厚度以便一方面展现出理想的保护作用，而另一方面不会无谓地增加传感线圈组件和电操作表面103a之间的有效距离。例如，适当的涂层可以设置有从几微米到几十或几百微米的范围内的几乎任意的理想层厚，或者在必要时，也可以有更大的厚度。包含导电材料的局部层113还可以设置有相对小的层厚，这是例如由于其机械完整性可以由位于其上方的层123确保。因此可以以导电材料方面较小的材料花费来实现理想的电行为，因而确保了位置编码器100的理想的表面质量。如果需要的话，层113和123可以表现出对底座101不同程度的盖以改进功能行为，如果需要的话，或节省材料成本。例如，层113的导电材料可以仅设置在特定的部位例如信号区域103a上或任意地设置在表面106上，然而在必要时，层123几乎可以设置在整个底座101上，以实现理想的保护动作。在其它实施例中，层123是导电材料，而层113用作对于底座101的材料以及对于位于其上方的层展示出良好的粘附力的粘合层。此处层113可以是导电材料或也可以是绝缘材料。

图1i示意性地示出了根据另一个实施例的位置编码器100的顶视图，其中轨道102以几乎恒定的宽度设置在表面106上。在所述实施例中，通过轨道102沿运动方向的“高度调制”的方式来实现位置编码器100的功能所需的对涡流行为的调制。

图1j示意性地示出了沿图1i的截面线1j的横截面图，该图示出了用于生成大涡流的位置(左侧)以及用于生成小涡流的位置(右侧)。这意味着轨道102具有沿运动方向变化的高度，以便涂层103距传感线圈组件的距离也变化并且因而响应于位置对涡流行为进行调制。在所述实施例中，通过任意上述的方法有效地涂覆了具有导电材料的涂层103，然而在其它实施例中还可以通过箔材料来设置有效涂层，这是特别地由于轨道102的相对恒定宽度允许通过辊子等来涂覆。

在另外的示例性实施例中，对图1i和1j示出的轨道102的高度调制还可以与宽度的相应变化以有效的方式结合，如前述实施例说明的，以便沿运动方向104而对涡流行为进行非常有效且充分的位置相关的调制，这是由于涂层103的导电材料的高度因此距离以及横向尺寸正在变化。这在位置沿运动方向变化时产生了很大的涡流响应的变化率，使得相邻位置输出明显不同的信号。

图1k示意性地示出了根据轴向实施例的位置编码器100的布局，例如如图1a所示，其中位置编码器100安装在回转式机械170例如电机上。这意味着位置编码器100与机械170的转子180机械地联结，以便其绕旋转轴107旋转。此外，传感线圈组件150与线圈102固定地轴向间隔开安装，以便通过涂覆涂层103而建立轨道102与组件150中的一个或多个线圈之间的相互作用，其中由于组件150中的一个或多个线圈的局部相关的衰减，相应的信号对于评估单元160是可用的。

图1l示意性地示出了根据径向实施例的位置编码器100，如图1e所示，其中垂直于旋转轴107的轨道102现在由传感线圈组件150读取。

图1m示意性地示出了处于轴向布局，即旋转轴107基本垂直于表面106定向的具有相应的传感线圈组件150的位置编码器100的顶视图。

图1n示意性地示出了根据另外的实施例的位置编码器100，其中设置了至少一个另一个轨道102n，并且示出了响应于位置而沿运动方向变化的涡流行为。因此可以获得更多的位置信息，例如轨道102、102n表示不同的纵向测量范围。例如，在所说明的实施例中，轨道102包括多个周期性重复的部分112a，…，112b，这对传感线圈组件而言是相同的单元，但由于每个部分112a、112b内较大的空间调制因此允许理想的高空间分辨率。另一方面，轨道102b表现出较小的空间分辨能力，即，涡流行为沿运动方向104的变化没有那么明显，但是获得了较大的测量路径，即，在所说明的实例中，可以任意地盖360度的整个周长的较大的角范围。轨道102n可以与轨道102相同的方式制造，在这种情况下还导致了高度的可再生性和精度。更具体地，通过轨道102、102n的结构固定，能够实现轨道之间的较小的空间距离，在给定尺寸的表面106和底座体101处分别产生了高“信息密度”。

应该注意的是，也可以在径向实施例中设置具有多个轨道102、102n的相应的结构，或可以设置混合的实施例，此处一个或多个轨道设置为轴向轨道，如图1n所示，而一个或多个轨道可以设置为径向轨道，例如图1i中示出和说明的单个轨道。

现在将参考图2a至2d说明另外的示例性实施例，其中在位置编码器的底座中实现了涡流行为的有效结构，此处在示例性实施例中底座基本上是由封闭导电材料的非导电性载体材料构成的。

图2a示意性地示出了位置编码器200的横截面，位置编码器200被设置作为轴向转子位置编码器。位置编码器200包括底座201，底座201在所说明的实施例中主要由非导电性材料例如塑料构成，导电材料203局部地插入其中，以便因而限定了导致理想的位置相关的涡流行为的轨道202，如上所述。此外，在所说明的实施例中，形成了至少在轨道202上方盖导电层203的表面206。在所说明的实施例中，例如，导电材料203以成形材料件例如含金属的材料件的形式设置，在一些示例性实施例中导电材料203表现出适度高的固有稳定性，以便即使所述底座设置有适度小的厚度，导电材料203的设置也可以提高底座201的机械稳定性。例如，导电材料203可以例如通过冲压以适当成形的金属板的形式设置，然后其以适当的方式插入底座201的材料中。为此，如果需要的话，固有稳定形式的导电材料203例如可以注射成型，而导电材料203被塑性材料完全封闭。这意味着在这种情况下，获得了不成形的表面206，其可能简化了位置编码器200的处理和安装，还为导电材料203提供了相应的保护。另一方面，可以通过使材料203成形而以有效且可再生的方式来实现对涡流行为的理想调制。可以通过适当的方式将在导电材料203上方的表面206的材料厚度设定得如此小，以便可以实现理想的保护动作并且将相对于编码器线圈组件的相应的“空隙”保持在较小值。应该注意的是，在示例性实施例中，表面202形式的底座体201的非导电性材料不需要覆盖整个导电材料203，而且用作实现基本平整的表面，而导电材料203的突起部形成表面202的一部分。此外，应该注意的是，轨道202还可以由底座内的“突起”部限定。

图2b示意性地示出了在另一个实施例中的位置编码器200，其中相应的孔203b设置在导电材料203的降低的部分中，以便例如在对导电材料203进行注射成型时，可发生塑性材料与导电材料203的有效“齿接”而不对涡流行为产生实质影响，这是由于降低的部分难以对任意速度的涡流行为产生任何影响。结果，可以通过成形材料的方式以有效方式保持轨道202的空间限定，而通过孔203b实现底座201的高稳定性。

图2c示意性地示出了根据另一个示例性实施例的位置编码器200的横截面图，其中底座201上的导电材料203以基本上“二维”或平面的布局设置，其中基于相应的凹槽或孔203b实现涡流行为的相应的结构或调制。例如，在一个实施例中，以导电材料件的形式设置导电材料203，其优选地是固有稳定的，其中孔203b沿运动方向设置以便有效作用的导电材料的数量有效地响应于位置而变化。例如，在图2c的左侧，由于较小数量的孔203b，实现了导电材料203的高填充度，因此生成了相应的大涡流，而在图2c的右侧，导电材料203的相当小的填充度引起了相当小的涡流形成。

可以基于任意理想的适当方法例如通过导电材料203的注射成型来制造图2c的位置编码器200，其中孔203b再次导致形成主体部的底座201的非导电性材料与导电材料203的有效齿接。因此可以产生还适于非常高的速度的非常稳定的位置编码器。

图2d示意性地示出了如可以在图2c的实施例中使用的导电材料203的顶视图，其中孔203b确保了沿运动方向的位置相关的涡流响应。

在另外的实施例中设置了径向布局，其中导电材料203设置在底座201的表面上，然而其中生成了没有与表面206相似的明显的构造(topology)的表面。当导电材料203也用于增加底座的稳定性时，它也可以以适当的方式设置在径向实施例中，从而以与图2a至2c中所示的方式相似的方式延伸越过底座的较大部分，然而，其中除了边缘上的情况以外，不需要对轨道的生成进行调制，这在径向实施例中由传感线圈检测出。在另外的实施例中，如果需要不止一个轨道，还能够使用径向和轴向组合的形式。

因此，本发明提供了位置编码器，其中底座基本上由非导电性材料特别是塑性材料构成，其中可以通过非常有效且可再生的方式实现位置相关的涡流生成，在一些方案中通过突起和/或凹槽的方式在底座的表面上形成了适当的轨道，其中然后可以涂覆适当的涂层，或者在其它示例性实施例中在基本由塑料制成的底座内制造适当成形的导电材料。底座和相关联的轨道的设计允许几乎任意理想的适当尺寸的位置编码器的设计与相应的应用一致，即长度或直径可以有效地适用于运动部件的尺寸或其形状，其中可以以小成本并且同时以小的制造公差完成制造。

Claims (20)

1.一种位置编码器，其用于在传感线圈组件中产生位置相关的涡流损耗，所述位置编码器包括：

底座，其由塑料制成并且其表面在操作过程中将在所述传感线圈组件的方向上定向；

轨道，其通过在塑料的表面中的突起形成在所述底座中，所述轨道沿预定运动方向延伸并且至少在与所述预定运动方向垂直的方向上变化；以及

涂层，其至少设置在所述轨道上并且包括导电材料。

2.根据权利要求1所述的位置编码器，其中所述轨道的高度沿所述预定运动方向恒定，并且所述轨道的宽度沿所述预定运动方向变化。

3.根据权利要求1所述的位置编码器，其中所述轨道的高度沿所述预定运动方向变化。

4.根据权利要求3所述的位置编码器，其中所述轨道的宽度沿所述预定运动方向变化。

5.根据权利要求1所述的位置编码器，其中预定方向的运动是旋转运动。

6.根据权利要求5所述的位置编码器，其中所述底座适于紧固到回转式机械的转子或与所述回转式机械相联结的元件上。

7.根据权利要求6所述的位置编码器，其中所述表面在与所述转子的旋转轴垂直的方向上定向。

8.根据权利要求6所述的位置编码器，其中所述表面与所述转子的旋转轴平行定向。

9.根据前述任一项权利要求所述的位置编码器，其中所述涂层至少部分地设置在所述表面上。

10.根据权利要求9所述的位置编码器，其中所述涂层设置在所述底座的至少另一个表面上。

11.根据权利要求1至8中任一项所述的位置编码器，其中所述涂层包含金属。

12.根据权利要求11所述的位置编码器，其中所述涂层被设置为金属涂层。

13.根据权利要求11所述的位置编码器，其中所述涂层包括第一局部层和形成在所述第一局部层上的第二局部层，其中所述第一局部层和/或所述第二局部层被设置为导电层。

14.根据权利要求13所述的位置编码器，其中所述第二局部层是所述涂层的最外局部层并被构造为导电层。

15.根据权利要求13所述的位置编码器，其中所述第二局部层是所述涂层的最外局部层并用作位于其下方的所述第一局部层的保护层，所述第一局部层被构造为导电层。

16.根据权利要求1至8中任一项所述的位置编码器，其中所述涂层包括导电性半导体材料。

17.根据权利要求1至8中任一项所述的位置编码器，其中所述轨道在所述预定运动方向上被形成为连续轨道。

18.根据权利要求1至8中任一项所述的位置编码器，其中在所述预定运动方向上的所述轨道包括空间上的周期性部分。

19.根据权利要求17所述的位置编码器，其中所述底座包括另一个轨道，所述另一个轨道通过塑料的凹槽和/或突起形成在所述表面中并且沿所述预定运动方向延伸并且至少在与所述预定运动方向垂直的方向上变化。

20.根据权利要求19所述的位置编码器，其中所述轨道和所述另一个轨道沿所述运动方向不同地变化。

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