CN103906994B - 基于涡流的角度传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种感应式角度传感器(2)，包括测量体(10)和与测量体(10)隔开的线圈(18)，该测量体能在角度测量范围内围绕旋转轴线(32)定位在不同的角度位置。在角度测量范围内的每个角度位置，所述测量体(10)的表面与所述线圈(18)相距不同的距离(34)。

Description

基于涡流的角度传感器
技术领域
本发明涉及一种感应式角度传感器和一种信号发送器。
背景技术
涡流传感器——例如由DE 196 31 438 A1已知地——可以用于确定测量体与线圈之间的距离。
使用涡流传感器的感应式角度传感器例如由DE 10 2004 033 083 A1已知。涡流传感器包括用于在可导电的测量体中产生涡流的线圈和测量体本身。线圈和测量体可以相对彼此沿运动方向运动。测量体在此具有可导电的轨道，其这样构造，即线圈的电感在沿运动方向扫描轨道时连续地、也就是说周期性地变化。通过这种方式可以时间连续地执行角度增量测量。
此外由DE 10 2009 033 242 A1已知了，借助涡流传感器确定旋转角度计数。
发明内容
本发明的目的是，改进角度传感器。
该目的通过如下所述的技术方案来实现。
本发明提出，测量体的朝向线圈的表面这样构造，即，在待测量的角度范围内，当测量体沿预定方向转动时，在测量体的表面与线圈之间的距离连续地变化。测量体的朝向线圈的表面在此包括设置在测量体的表面上的部段，该部段在待测量的角度范围内测量体的每个角度位置上都具有测量体与线圈之间的最短的距离(欧几里得距离)。
本发明基于这样的认识：对于涡流测量原理而言，不需要测量体本身朝线圈移动来改变线圈周围的空间的电磁特性。如果空间在测量体的不同的位置构造得不同，就已经可以通过改变测量体相对于线圈的位置来引起空间的电磁特性的变化。
本发明基于这样的思想：使用涡流原理来提供绝对值编码器用于测量角度。这由以下实现：测量体的表面在角度测量范围内的每个角度位置上与线圈之间相距不同的距离，从而可以为每个角度位置分派一个独特的在线圈与测量体表面之间的距离。通过这种方式，可以借助用于使用测量技术评估距离的电路来明确地确定测量体的每个角度位置以及进而确定与测量体相连的测量对象、例如车辆的加速踏板的每个角度位置。
本发明因此提出一种感应式角度传感器，其包括测量体和与测量体隔开的线圈，该测量体能在角度测量范围内围绕旋转轴线定位在不同的角度位置上。根据本发明，所述测量体的表面在角度测量范围内的每个角度位置上与线圈相距不同的距离。
通过本发明可以将涡流测量原理用于确定测量对象的绝对角度。这种涡流传感器是价廉的、精确的和经久耐用的。
在本发明的一个改进方案中，所述测量体的表面与线圈之间的、由角度位置而定的距离在角度测量范围中是单调的。因此，如果测量体在角度测量范围中恒定地沿确定的方向转动，则测量体的表面与线圈之间的距离连续地变大或变小。由此可以特别简单地实现对所确定的距离的评估。
在本发明的一个额外的或另选的改进方案中，所述线圈从旋转轴线看去轴向地与测量体隔开地定位。通过轴向地定位线圈，可以根据本发明通过以下方式以特别简单的方式构造测量体的表面：该表面例如在端侧上被简单地斜切。
在本发明的另一个改进方案中，所述线圈从旋转轴线看去径向地与测量体隔开地定位。线圈的径向定位的优点在于，大多情况下更大的轴向公差或间隙在确定测量体的转动角度的过程中可以被完全消除。
在本发明的一个另外的改进方案中，角度传感器包括另一个线圈，当第一线圈径向地与测量体隔开地定位时，所述另一个线圈相应地从旋转轴线看去轴向地与测量体隔开地定位，或者当第一线圈轴向地与测量体隔开地定位时，所述另一个线圈从旋转轴线看去径向地与测量体隔开地定位。通过所述另一个线圈可以实现冗余，利用这种冗余可以使得第一线圈的测量结果更可信，以便例如确定第一线圈在角度传感器内是否正确定向。
在本发明的又一个改进方案中，所述测量体可以由一种具有导电性能和/或铁磁性能的材料制成。在应用具有导电性能的材料、例如铝或铜时，线圈的电感由于涡流而发生变化。在应用具有铁磁性能的材料、例如软铁时，线圈的电感由于其磁性的改变而发生变化。
在本发明的一个改进方案中，所述线圈是平面线圈。通过平面线圈可以进一步减小角度传感器的尺寸，这是因为平面线圈例如可以平坦地铺设在角度传感器的壳体壁上，而不必伸入到该壳体的内腔中和占据空间。
在本发明的一个另外的改进方案中，所述平面线圈由与平面线圈电连接的电路的印刷导线形成，该电路用于确定电感并用于输出与平面线圈的电感有关的信号。通过这种方式，平面线圈可以仅通过形成印刷导线而直接被安置在电路上。通过这种方式，取消了用于角度传感器的额外的线圈，这进一步减小了角度传感器的尺寸。此外可以节省生产成本和材料成本，这是因为既不必提供额外的线圈也不必在一额外的制造步骤中将额外的线圈安置在电路上。
在本发明的另一个改进方案中，在线圈与测量体之间布置有绝缘部件。该绝缘部件防止角度传感器的元件发生短路和进而防止未定义的测量状态。
本发明也提出了一种用于机动车的信号发送器，该信号发送器包括使轴转动的控制元件和用于确定该控制元件的角度位置的根据本发明的感应式角度传感器。
在本发明的一个特别的设计方案中，所述控制元件是加速踏板。
附图说明
本发明的上述的性能、特征和优点以及如何实现这些性能、特征和优点的方式和方法可结合下面参照附图详细说明的实施例的描述更清楚和更容易地理解，其中：
图1示出根据本发明的角度传感器的第一实施例的透视图，
图2示出根据本发明的角度传感器的第一实施例的透视图，
图3示出根据本发明的角度传感器的第一实施例的截面图，
图4示出根据本发明的角度传感器的第二实施例的截面图，
图5示出用于评估根据本发明的感应式位移传感器的测量结果的示例性的电路。
具体实施方式
参阅图1至图3，其示出根据本发明的角度传感器2的第一实施例。
角度传感器2具有带有穿孔6的把手4，该把手可围绕轴8摆动地支承。在轴8的与把手4对置的侧面上在壳体12中布置有测量体10，下文中对该测量体会有详细描述。轴在轴承14处穿过壳体12。在绘图平面内看径向在测量体10下方，在壳体12的下侧上设计有印刷电路板16，在该印刷电路板上承载有平面线圈18。
测量体10具有四分之一椭圆形的形状，其中，轴8基本上接合在椭圆的中心点20上。如果轴8围绕中心点20沿图1中所示方向21转动，那么椭圆的短半轴顶点22在绘图平面内看沿方向21向上转动，而椭圆的长半轴顶点24在绘图平面内看沿该方向向下转动。由于长半轴顶点24以已知方式具有与短半轴顶点22相比距椭圆的中心点的更大的径向距离，因此沿方向21的转动使得测量体10的表面朝向布置在测量体10下方的平面线圈18运动。
测量体10的椭圆形状仅被选作为例子。根据本发明，与把手4的转动角度有关地和进而与测量体10有关地使测量体10的表面朝向平面线圈18运动的各种形状都是适合的。
平面线圈18由印刷电路板16上的多个印刷导线形成，该印刷电路板具有在图5中示出的示例性的电路26，且被设置用于评估平面线圈18的电感。
参阅图4，其示出根据本发明的角度传感器2的第二实施例。在图4中，与图1至3中相同的元件具有相同的附图标记并且不再次进行描述。
在图4中，测量体10在其与轴8对置的轴向端侧28上朝向于轴8的旋转轴线30被斜切。在测量体10的轴向端侧28旁边，平面线圈18从旋转轴线30看去并且在绘图平面内看在轴8的径向上侧布置在电路板16上。通过使把手4转动和进而使测量体10转动，在测量体的轴向端侧28上的边棱32从旋转轴线30看去并且在绘图平面内看由轴8的径向下侧转动到轴8的径向上侧，因此如在根据图1至3的第一实施例中那样，测量体10的表面朝平面线圈18运动。
由于测量体10的表面朝平面线圈18运动，在平面线圈18和测量体10的表面之间的距离34变小。当测量体反向于图1所示方向21转动时该距离34可以变大。平面线圈18的电感36与距离34有关地发生变化。电感36可以利用电路28进行确定和评估。
参阅图5，其示出电路28的示例性的电路图。
在当前的实施方式中，电路28设计为LC门振荡器。其基于平面线圈18的电感36通过并联谐振电路40产生具有与电感36有关的频率的输出信号38。另选地，可以利用其它振荡器、如Meissner振荡器，或者利用其它测量原理、例如平面线圈18的阻抗的确定，来确定电感。
在所示的电路28中的并联谐振电路40由平面线圈18的电感36和电容42组成。由并联谐振电路40产生的振荡44的、对于振荡器必需的增强通过第一变流器46和第二变流器48来实现。到并联谐振电路40上的必需的反馈通过反馈电阻50和反馈电容52来实现。在此，反馈电阻50决定输出信号38的振幅并且进而决定电路28的功率消耗。在并联谐振电路40和第一变流器46之间的过滤器电容54过滤具有低频率的信号分量、例如偏移量。第一变流器46还与另一反馈电阻56一起形成下级的反馈环。

Claims (8)

1.一种感应式角度传感器(2)，包括测量体(10)和与测量体(10)隔开的线圈(18)，该测量体能在角度测量范围内围绕旋转轴线(30)定位在不同的角度位置，其中，在角度测量范围内的每个角度位置，所述测量体(10)的表面与所述线圈(18)相距不同的距离(34)，其特征在于，所述线圈(18)构造成平面线圈，所述感应式角度传感器(2)包括设计成LC门振荡器的电路(28)，该电路(28)基于所述线圈(18)的电感(36)通过并联谐振电路(40)产生具有与所述电感(36)有关的频率的输出信号(38)，所述并联谐振电路(40)由所述线圈(18)的电感(36)和一电容(42)组成。
2.根据权利要求1所述的感应式角度传感器(2)，其特征在于，所述测量体(10)的表面与所述线圈(18)之间的、由角度位置而定的距离(34)在角度测量范围中是单调变化的。
3.根据权利要求1或2所述的感应式角度传感器(2)，其特征在于，所述线圈(18)从所述旋转轴线(30)看去在径向上和/或在轴向上与所述测量体(10)隔开地定位。
4.根据权利要求3所述的感应式角度传感器(2)，包括另一个线圈，所述另一个线圈相应地从所述旋转轴线(30)看去在轴向上或在径向上与所述测量体(10)隔开地定位。
5.根据权利要求1或2所述的感应式角度传感器(2)，其特征在于，所述测量体(10)是导电的和/或铁磁的。
6.根据权利要求1或2所述的感应式角度传感器(2)，包括在所述线圈(18)与所述测量体(10)之间的绝缘部件。
7.一种用于机动车的信号发送器，该信号发送器包括使轴(8)转动的控制元件(4)和用于确定该控制元件(4)的角度位置的、根据权利要求1至6中任一项所述的感应式角度传感器(2)。
8.根据权利要求7所述的信号发送器，其特征在于，所述控制元件是加速踏板。
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