CN105518467A - 用于确定可旋转物体的转速的传感器设备以及具有该传感器设备的涡轮增压器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定可旋转物体(26；2)的转速的传感器设备(20)，其包括具有传感器段(6)、安装段(5)以及连接器段(7)的传感器外壳(21)，所述传感器段(6)和连接器段(7)被布置在所述安装段(5)的相对侧，其中感测元件(15)被布置在所述传感器段(6)的传感器尖端(37)处，其特征在于，传感器电子元器件(9)被布置在所述传感器段(6)的内部，所述传感器电子元器件(9)包括集成绝缘衬底上硅片的电路(10)。所述集成绝缘衬底上硅片的电路(10)被嵌入在柔性聚合物基板(24)之间本发明还涉及具有这样的传感器设备(20)的涡轮增压器(28)。所述传感器设备(20)被设计成持续地在至少200℃的温度下工作。

Description

用于确定可旋转物体的转速的传感器设备以及具有该传感器设备的涡轮增压器
相关申请的交叉引用
本申请要求2013年8月29日提交的瑞士专利申请No.1471/13的优先权，其通过整体引用合并与此。
技术领域
根据独立权利要求的序言部分，本发明涉及用于确定可旋转物体的转速的传感器设备，以及涉及具有这样的传感器设备的涡轮增压器。可旋转物体可以是例如比如用在汽车中的涡轮增压器的压缩机叶轮，但不应被限于此。
发明背景
涡轮增压器将汽车引擎的废气中的废弃能量转换成压缩空气，压缩空气随后被推送回到汽车引擎中。这导致引擎燃烧更多燃料并因此产生更多动力，同时更少的能量被消耗，由此提高了燃烧过程的总效率。涡轮增压器通常包括涡轮机叶轮以及压缩机叶轮，两者通过轴承系统上所支撑的公共轴连接。涡轮机叶轮被废气驱动，进而驱动压缩机叶轮，压缩机叶轮抽进并压缩环境空气，环境空气随后被馈送到引擎的气缸中。通过涡轮增压，较小引擎的性能水平被提升到不采用涡轮增压的较大引擎的性能水平，且具有较少的燃料消耗和排放。因此，涡轮增压被越来越多地被乘用型、商务型、越野型和运动型车辆中的柴油和汽油引擎所采用。
确定涡轮增压器的压缩机叶轮的转速对于优化其效率以及确定涡轮增压器和引擎停留在它们各自的安全工作范围内而言是重要的。如今的涡轮增压器需要在越来越高的废气温度和压缩机进气口温度的情况下可靠地并且持续地工作。与其柴油版相比，现代的汽油涡轮增压器不得不在高得多的发动机舱温度环境下工作，其中压缩机叶轮处的温度在200℃附近或更高。现代涡轮增压器压缩机叶轮通常由坚固、轻质的导电材料(诸如铝、钛或镁)所构造，这类材料能够承受高压。这类压缩机叶轮的转速可优选地通过活跃涡电流原理来测量，其中振荡系统和感测线圈生成的磁场被用于当压缩机叶片经过传感器尖端前的磁场时检测它们，。
被普遍用于汽车应用场合中的电子电路、组件和互联通常不能够承受持续地暴露于高于150℃的温度。因此，涡轮增压器速度传感器常常通过经由连接到传感器电子元器件的线缆将传感器头/传感器尖端与位置靠近压缩机叶轮的感测元件连接来实现，传感器电子元器件位于与涡轮增压器隔开一距离的在引擎舱内的较凉爽环境中的分开的外壳中。
然而，感测元件和传感器电子元器件的分开可导致与来自用在汽车内的其它电子设备的干扰有关的更高的易损性、更大的空间要求、更高的不稳定性、更低的总效率、降低的信号质量、以及更高的制造成本。另外，封装、罩壳、以及密封被重复，一次针对感测元件，而另一次针对传感器电子元器件。即，制造复杂性被提高了。
传感器电子元器件常常被放置在外壳区段的相同部分中，该部分被用于将速度传感器连接到汽车和/或引擎控制单元的车载电子网络，然而这可能对于信号质量存在很强的负面影响。另外，取决于具体应用，分开放置的传感器电子元器件可能越来越多地承受震动、冲击等，这可能损坏传感器电子元器件和/或导致它们不正常工作。
如今对于涡轮增压器速度的测量的应用的挑战在于推进器/压缩机叶轮(目标叶轮)通常非常薄(几十毫米；尤其是对于乘用车)并因此传递很低的信号。此外，感测距离/空气间隙(即感测元件(通常是标准扁平线圈，诸如盘形线圈)和目标(叶片)之间的距离)是变化的，因为线圈是平的而涡轮增压器外壳的内壁是圆的/马鞍形的且推进器/压缩机叶轮叶轮是弧型的。
目前，采用相对较大的线圈来获得足够强的输出信号。然而，在涡轮增压器应用中，需要较小的感测元件/线圈来使得小的/薄的传感器设备尖端能够避免负面的副作用，诸如可能对涡轮增压器的运作产生负面影响的热点和空气动力学扰乱。
采用大的扁平线圈，对变化的感测距离/空气间隙的扰乱影响甚至更强，并且将这类大型线圈形成为马鞍形在技术上是困难的。此外，采用这种大型线圈的传感器尖端太大，以致于难以被插入新一代的小型涡轮增压器。线圈一般通过电焊连接到传感器设备，然而，电焊是一个复杂和危险的生产步骤。
在DE102009027853A1中，速度传感器被布置在涡轮增压器外壳的壁中的凹坑中，其中感测尖端朝向压缩机叶轮。然而，传感器尖端通过耐热元件与涡轮增压器内部分开。此外，传感器电子元器件位于涡轮增压器之外。
类似地，WO2013/102510A1公开了一种布置在涡轮增压器的壁中的速度传感器，其中传感器尖端通过薄壁以及薄壁和传感器尖端之间的间隙与涡轮增压器内部(即压缩机叶轮腔)分开，即传感器尖端位于与封闭或“盲的”洞中，与盲洞的底壁分开。诸如专用集成电路(ASIC)之类的电子元器件被放置在传感器外壳的凸缘中，传感器外壳被安装到涡轮增压器外壳的外壁上。因此，在这两种情况下，速度传感器都需要通过薄壁/隔热元件与涡轮增压器的内部分开，然而，这会影响信号质量。此外，传感器电子元器件被布置在涡轮增压器外壳之外。
US7,378,721B2公开了一种用于涡轮增压器的速度传感器，该速度传感器具有圆柱形外壳以供纳入到涡轮增压器壁中。在圆柱形外壳内，布置了用于支持至少一个电子组件的引线框基板。该电子组件用丝焊连接到引线框基板，其中引线框由热固塑料封裹。导电的环氧树脂被用于维持电子组件和引线框之间的连接。通过使用引线框基板，消除了对于印刷电路板或陶瓷基板的需要。电子组件可包括专用集成电路(ASIC)。速度传感器可抵挡涡轮增压器的压缩机旁的大约190℃的温度。
发明描述
本发明的目的在于提供一种用于确定可旋转物体(具体来说是涡轮增压器的压缩机叶轮)的转速的传感器设备，该可旋转物体能够抵挡高于180℃的温度，具体来说是在至少200℃的温度下持续工作，同时维持足够的信号质量并且无需将传感器电子元器件放置在涡轮增压器之外的较凉爽的环境中。本发明的又一目的在于提供一种具有这样的传感器设备的涡轮增压器。
为了实现这一目的以及本发明的更进一步的目的(这些目的将随着描述推进而变得更显而易见)，提供了传感器设备，所述传感器设备包括具有传感器段、安装段和连接器段的传感器外壳。传感器段和连接器段被布置在安装段的相对侧。感测元件被布置在传感器段的传感器尖端，其中“传感器尖端”表示传感器段的最远离安装段的那端。此外，传感器电子元器件被布置在感测段内部，传感器电子元器件包括绝缘硅片(SOI)电路。集成的绝缘衬底上硅片的电路被嵌入在柔性或半柔性聚合物基板之间。传感器电子元器件可用于提供输入信号给感测元件和/或评估和/或放大感测元件所提供的输出信号/测量信号。
SOI技术的使用具有以下优点：在高温下也同样减轻寄生效果，由此得到更高温度的工作范围和并改善性能(参见http://en.wikipedia.org/wiki/Silicon_on_insulator)。
集成SOI电路优选地由使用SOI技术的ASIC来提供。优选地，集成SOI电路是一种混合模式的集成SOI电路，即具有模拟和数字部件的集成电路。集成SOI电路优选地包括集成振荡器、解调器、配置单元和/或一些外围模块，诸如电源和温度传感器(如果需要的话)。
如所提到的，集成SOI电路被以三明治状的形式嵌入在柔性或半柔性聚合物基板之间(这一嵌入也称为：嵌入式芯片技术或ECT)。
柔性聚合物基板(也称：印布)具体来说由液晶聚合物(LCP)或聚酰亚胺形成。术语“柔性基板”应包括半刚性(也称为半柔性)基板。LCP和聚酰亚胺都具有抵抗高于180℃(具体来说高于200℃)的温度而不降级的优点，并且用于保护嵌入式集成SOI电路。其它电子组件(诸如硅电容器、铁氧体和/或保护组件)可被嵌入在柔性聚合物基板之间，从而得到形成传感器电子元器件的薄的(例如，200微米或更薄)的嵌入式芯片模块。
优选地，集成SOI电路(具体来说是ASIC)进一步包括铜重导层(CuRDL；RDL也可表示重导线)，铜重导层提供ASIC和柔性聚合物基板/印布之间的接口(参见http://www.flipchip.com/bumping-design-options/bump-heights-130um/sfc-redistribution-spheron-or-bcb)。
嵌入在柔性聚合物基板之间的SOI电路和/或其它电子组件与传感器电子元器件的(优选地铜的)接触/迹线/垫之间的电气互联由垂直电气连接提供，该垂直电气连接穿透其柔性聚合物基板中的一个(被定义为顶侧)并且运行通过CuRDL，CuRDL将对去往和来自集成SOI电路的互联重新引导。垂直电气连接可通过钻激光孔或微过孔、随后通过半加成或类似的金属化工艺来形成。为了提高互联的可靠性，优选在电子组件和/或集成SOI电路的每个垫上使用若干个孔或微过孔。
诸如例如电容器之类的其它电子组件被优选地实现为硅组件，并且优选地配备有铜连接垫(或保护性顶层，如果使用了另一种金属的话)以避免形成金属间化合物(IMC)。为了最小化复杂性和成本并且为了提高寿命和可靠性，所有的电气连接优选地实现在集成SOI电路和其他电子组件的同一侧上(顶侧)如以上所提到的，优选地每一个垫配备若干个垂直电气连接以提高互联可靠性。
将嵌入式芯片技术方法(即，使用ECT将集成SOI电路和优选地其它电子组件夹在柔性聚合物基板之间)与提供CuRDL组合提供了以电气接触不与集成SOI电路/ASIC和其它组件(管芯)垫重叠的方式来放置电气接触。
使用ECT将集成SOI电路和优选地其它电子组件夹在柔性聚合物基板之间具有低热膨胀和最小化热-机械应力和剪切力的优点。不需要额外的保护层(例如，保形涂层或环氧树脂密封)。
根据本发明的传感器设备有利地经受连续工作和抵挡在-40℃和至少200℃(或以上，优选地至少250℃峰值温度)之间的循环变化的温度。由于其耐热性，本发明的传感器设备可被用于新世代的涡轮增压汽柴油引擎，所述涡轮增压汽柴油引擎由于缩小了尺寸而生成更高的环境温度。此外，感测元件和传感器电子元器件之间的距离可被最小化，从而允许优化的信号质量和对外部扰乱(例如电磁兼容性(EMC)扰乱)更低的敏感性。此外，传感器设备的紧凑尺寸、采用较少互联的高集成水平、以及不需要连接感测元件和传感器电子元器件的线缆导致相对低的制造成本。由于其小的尺寸，本发明的传感器设备能够容易地分别集成到涡轮增压器和涡轮增压器外壳中，或者具有很少冗余空间的类似应用场合。
替代地，也可能通过烧结将集成SOI电路和传感器电子元器件的其它电子组件安装到高温印刷电路板(PCB)，高温印刷电路板由例如陶瓷或环氧树脂纤维层压板(例如FR-5)来形成，其中集成SOI电路的接触垫和其它电子组件通过粘合来连接。然而，可用PCB的材料常常可能不够耐热，并且电子组件、集成SOI电路和黏合剂不得不通过覆盖层和环氧树脂来保护，然而这在高于150℃的温度下快速地降级。
在一个实施例中，本发明的传感器设备的感测元件包括双D线圈(也称为：DD线圈)，具体来说是马鞍形DD线圈，其优选地被印刷在柔性聚合物基板上(也称为：柔印刷方法)。
在另一实施例中，本发明的传感器设备的感测元件包括L线圈，其优选地被印刷在柔性聚合物基板上(也称为：柔印刷方法)。
通过使用柔性聚合物基板，DD线圈或L线圈可被弯曲到所需形状，即贴合涡轮增压器外壳的内壁的轮廓/剖面的形状。柔印刷方法的替代包括使用低温共烧陶瓷(LTCC)技术或缠绕线圈。DD线圈或L线圈的替代包括使用扁平线圈。
本发明的传感器设备可被用于例如汽车、卡车、越野车辆、航空或发电应用中的涡轮增压器压缩机叶轮叶片感测。此外，本发明的传感器设备可被用于需要测量/检测转速的任何应用场合，具体来说，用于小尺寸和/或具有高环境温度和/或其中目标/物体材料具有比铝更低的导电性的应用场合(例如具有由例如钛形成的薄的几何结构的推进器叶片)。
此外，本发明还涉及具有根据本发明的涡轮增压器外壳和传感器设备的涡轮增压器。压缩机叶轮被布置在涡轮增压器外壳内部。涡轮增压器外壳的壁配备有一凹坑，具体来说是一钻孔，传感器设备的传感器段被放置在其中，使得感测元件和传感器电子元器件都被放置在涡轮增压器外壳的壁内。凹坑或钻孔优选地穿透涡轮增压器外壳的壁。传感器段具体来说位于该凹坑中使得其传感器尖端暴露于传感器叶轮，但是与其分开一个窄的空气间隙，该窄的空气间隙优选地为0.7±0.4毫米。传感器设备的安装段被连接到涡轮增压器外壳的壁的外表面。
由于传感器电子元器件被放置在涡轮增压器壁内，因此它们不需要在引擎舱内额外的空间。此外，传感器电子元器件的位置和环境是预先知晓和指定的，这可增加传感器设备的寿命，因为它被推测不会遭受例如任何非预期的震动或温度。此外，对于将传感器设备连接到车载电气系统的线缆束的长度几乎没有限制，因为感测元件和传感器电子元器件靠近，因而不存在明显的由于放大的信号导致的信号损耗。此外，引擎舱内线缆布线的灵活性不受约束，因为传感器电子元器件被集成在涡轮增压器的外壳中。
附图简要说明
本发明的更多有利特征和应用可在从属权利要求和以下对解说本发明的附图的描述中找到。在附图中，在以下的若干附图中类似的附图标记指定相同或类似的部件/组件：
图1示出根据本发明的传感器设备的内部的截面顶视图，
图2示出根据本发明的传感器设备的内部的透视图，其中省略了传感器外壳，
图3示出了根据本发明的传感器设备的传感器电子元器件的分解图，
图4示出DD线圈形式的感测元件(图4a)以及对应的磁场曲线(图4b)，
图5示出扁平线圈形式的感测元件(图5a)以及对应的磁场曲线(图5b)，
图6示出被安装在涡轮增压器外壳中的根据本发明的传感器设备的截面图，
图7示出安装后的根据本发明的传感器设备从顶部来看的透视图，
图8示出安装后的根据本发明的传感器设备的顶视图，
图9示出L线圈形式的感测元件(图9a)以及对应的磁场曲线(图9b)。
具体实施方式
图1示出根据本发明的传感器设备20，其具有传感器外壳21。传感器外壳21包括传感器段6、安装段5以及连接器段7，其中安装段5连接传感器段6和连接器段7，使得它们位于安装段5的相对侧。安装段5优选地形成为凸缘。传感器电子元器件9被布置在传感器段6内部。感测元件15被布置在感测元件6的传感器尖端37，即更加远离安装元件5的端。具体来说，感测元件15被布置在传感器元件6的传感器尖端37内部。感测元件15和传感器电子元器件9通过接触14连接，接触14连接到传感器电子元器件9的接触垫13(参见图2)。传感器电子元器件9和接触14优选地被安装在支撑元件16上，具体来说是支撑板上(参见图2)，其限定了传感器电子元器件9、接触14以及因此还有感测元件15的正确位置。
连接器段7包括接触引线8，具体来说，用于经由线缆与汽车的车载电气系统连接，车载电气系统通常包括控制单元，诸如引擎控制单元。接触引线8被连接到传感器电子元器件9，具体来说是传感器电子元器件9的接触垫13(参见图2和3)。接触引线8和传感器电子元器件9/接触垫13之间的电气连接可通过焊接(soldering)、胶合或电焊(welding)来实现。然而，由于在震动和高温环境下电焊连接的可靠性的缘故，电焊是优选的。这同样适用于接触14和传感器电子元器件9/接触垫13之间的电气连接。
由于传感器电子元器件9和感测元件15的紧密集成的缘故，对于将连接器段7的接触引线8连接到例如引擎控制单元的线缆(未示出)的长度几乎没有限制，直到由于传感器电子元器件9的已经放大的输出信号的缘故而对其产生限制。
对于传感器外壳21，具体来说是传感器段6和安装段5，为了抵抗200℃及以上的高温，传感器外壳21优选地由一种或多种有机聚合物热塑塑料/热塑树脂(例如PEEK(聚醚醚酮))来形成。传感器段6和安装段5优选地通过直接对传感器电子元器件9、接触14、支撑元件16以及优选地还对感测元件15的外缘进行二次成形来形成。连接器段7可被铸造成分开的器件以供插入到安装段5中。优选地，传感器段6、安装段5以及连接器段7被铸造在一起作为一个器件。为了密封和电气隔离接触引线8，在连接器段7中提供密封元件22，接触引线8穿过该密封元件22。密封元件22由耐热材料形成，诸如例如一种或多种氟橡胶，诸如FKM(参见http://en.wikipedia.org/wiki/FKM)。
参照图2和3，传感器电子元器件9包括集成SOI电路10，具体来说，是ASIC形式的。传感器电子元器件9可由ECT板来提供。传感器电子元器件9可进一步包括保护性电子组件11(例如，用于针对静电放电(ESD)和噪声提供保护)以及其它电子组件23，诸如例如一个或多个电容器。
如以上所概括的，ASIC10使用SOI技术来构造，并且优选地包括CuRDL35。ASIC10被夹在柔性聚合物基板24(也称：印布(print))之间。传感器电子元器件9的其它电子组件11、23也被优选地夹在柔性聚合物基板24之间。柔性聚合物基板24优选地由液晶聚合物或聚酰亚胺形成。其它耐热柔性聚合物材料也可被使用。柔性聚合物基板24应形成传感器电子元器件9的部分。
传感器电子元器件9的ASIC10和其它电子组件11、23优选地通过垂直电气连接36来电气连接，垂直电气连接36穿过所有的组件10、11、23，优选地穿过同一柔性聚合物基板24并且进一步穿过组件10、11、23，直到它们到达相应的组件11、23或者(具体来说，在ASIC10的情况下)CuRDL35的接触垫(优选地由铜形成)。通过将电子组件10、11、23夹(预铸造)在柔性聚合物基板24之间，在二次成形具有传感器外壳21的传感器电子元器件9时，热应力被最小化。
为了配置/编程ASIC10，可在柔性聚合物基板24中的一个之上/之中提供与ASIC10电气地连接的若干个配置垫12。通过配置垫12，ASIC10可被配置成符合特定的应用准则，例如与涡轮增压器的压缩机叶轮/推进器的叶片数目和/或转速范围有关的应用准则。附加地或替代地，ASIC10可经由引线8来配置(还参见图8)，例如通过引擎控制单元的命令来配置。在配置ASIC10之后，其配置被优选地受保护而不被覆写。可针对数据完整性执行奇偶控制。
具体来说，可针对以下参数/特征来配置ASIC：叶片(分割物)数目、双脉冲抑制、去抖动器、输出脉宽、输出信号的最大频率范围、错误检测频率范围、检测阈值和迟滞、短路检测时间、过温关闭阈值、振荡器修整、解调器修整、带隙修整、和/或错误标记禁用和启用。错误标记禁用和启用可特别关注：线圈断裂(感测元件15的断裂)、过温检测(关于传感器设备环境)、数据完整性检测、过电压和电压不足检测(例如，用于保护传感器设备20所连接到的引擎控制单元)、频率错误(例如，压缩机叶轮速度是否过低)。
因此，诊断功能/系统可被纳入在ASIC中并且以取决于应用场合的方式来配置，诊断系统监视过电压和电压不足、过温、数据完整性、频率错误、线圈/感测元件15断裂、和/或短路。
此外，通过对ASIC10的适当配置，本发明的传感器设备20甚至更适用于薄的目标，例如具有低导电性的薄的推进器/压缩机叶轮叶片。此外，通过适当的配置，ASIC10和传感器电子元器件9可因此被匹配于感测元件15及其输出信号。通过适当地配置ASIC10，其可被调整到不同的应用场合(例如，不同的压缩机叶轮)以及不同类型的感测元件15。
由于诊断功能可被直接在ASIC10中实现，传感器设备20将会被连接到的顾客的引擎控制单元可被更简单地设计，因为诊断功能被移到了ASIC10。ASIC10可随后直接将相关诊断信息发送给引擎控制单元。
对于测量诸如压缩机叶轮叶片之类的可旋转物体的转速，感测元件15是这一线圈、电容器以及集成SOI电路/ASIC10形成的振荡器槽的一部分。这导致在感测元件15周围的电磁场的生成，其磁通量线“射出”感测元件15的平面。如果诸如推进器/压缩机叶片26之类的导电目标/物体接近感测元件15，则磁通量线穿过叶片26并在其中引起涡电流。叶片26内的涡电流也生成电磁场，该电磁场与感测元件15所生成的电磁场反作用，由此影响感测元件15的电感，并因此影响振荡频率。当叶片26接近感测元件15时，涡电流效应增大。感测元件15的变化的电感反映在对振荡频率进行调制时。传感器电子元器件9和/或引擎控制单元对频率的评估得到对应于推进器/压缩机叶轮叶片26的转速的电路或电压信号，使得转速可被确定。
参照图2和4，感测元件15由线圈实现，具体来说，由根据图4的实施例中的双D线圈57(也称：DD线圈)实现。其它线圈配置/形状也是可能的。以下将结合图5和9描述优选的线圈类型。DD线圈57的材料优选地是一种低电阻率材料，如铜或银。考虑所要求的DD线圈57的物理属性，(弯曲和不弯曲的)线的间距被特别地选择，使得DD线圈57具有小的尺寸/直径，其中直径为例如3.6毫米。采用这样的小直径的DD线圈57，小的/薄的传感器设备尖端(传感器设备20的小的末端)以及薄的传感器段6可被实现，例如在传感器尖端37处具有不大于4.5毫米的直径，并且对于传感器段6的轴，具有不大于8.2毫米的直径。因此，传感器段6要被插入其中的涡轮增压器外壳中的凹坑(例如，钻孔)也需要在直径上是小的，例如具有稍稍大于4.5毫米的内径。这样的凹坑/钻孔越小，涡轮增压器的性能和效率就越佳。
优选地，DD线圈57被印刷到柔性聚合物基板25(也称印布)——而不是被缠绕——以进一步确保小的尺寸。通过使用柔性聚合物基板25，DD线圈57可以被容易地弯曲成适合的形状，即对应于感测元件15要被布置于的位置处的涡轮增压器外壳的内壁的形状。柔性DD线圈57可因此被弯曲成三维形状，优选地弯曲成马鞍形形状。柔性聚合物基板25的材料被选择为高度耐热的，具体来说，抵挡至少高达200℃的温度，优选地至少高达230℃。适合的材料是例如液晶聚合物或聚酰亚胺。柔性聚合物基板25还保护DD线圈不破裂，否则DD线圈可能由于其固有的易碎性而断裂。
柔性聚合物基板25可由传感器电子元器件9的柔性聚合物基板24中的一个来实现，这简化了感测元件15和传感器电子元器件9之间的连接并且可减少内部连接。
除了将DD线圈57印刷到柔性聚合物基板25上之外，还可使用各种技术来集成DD线圈57，诸如例如LTCC(低温共烧陶瓷)技术。这允许取决于特定的环境条件(诸如非常高温的应用场合以及机械强度)来灵活的采用线圈集成。
由于其形状/几何结构(参见图2和4)，DD线圈57特别适用于检测/测量其磁场受薄叶片26(具体来说，具有小于1毫米的厚度)导致的变化。DD线圈57的输出信号的形状也很好地适用于例如由传感器电子元器件9和/或引擎控制单元来进一步的分析和评估。
由于DD线圈57的优选的马鞍形形状，其必须被充分地朝向叶片/目标26，使得DD线圈57生成的磁场受较大的有效目标/叶片表面的影响(“感测”)，由此通过引入到叶片26中的更高的涡电流的反作用而提高阻抗以及因此的DD线圈57的输出信号的调制。
图4、5和9分别示出DD线圈57、通常采用的扁平线圈27以及L线圈47及它们生成的磁场B的比较。“X”、“Y”以及“Z”标记相应的方向。虚线箭头指示目标/叶片26移动的方向。在图4b)、5b)和9b)的示图中，目标/叶片26的黑色区域/部分是目标/叶片26“被感测到的”区域/部分，并且因此最受线圈57、27、47的磁场的相应分量BY(Y方向上)和BZ(Z方向上)的影响。
对于扁平线圈27，当目标/叶片26位于线圈27的中间处时(此处在Z方向上没有磁场分量BZ)，在输出信号中存在“下沉”(即，双脉冲内的谷)。由于Y方向上的磁场BY看到的小的有效区域/部分的缘故，Y方向上的磁场分量BY不能对此补偿。
对于L线圈，图9b)的左侧的场被严重削弱，由此降低了这部分所递送的信号并因此降低了“下沉”效果，而保持了信号幅值。
另一方面，对于DD线圈57，在叶片26处于DD线圈57的中间或侧面时，Z方向的磁场分量BZ影响/“感测”叶片26的较大区域/部分。Y方向上的磁场分量BY仅受到对应的叶片26的较小有效区域/部分的轻微影响。因此，DD线圈57的特定几何结构严重降低或可能甚至完全抑制采用传统扁平线圈27以及当用于检测薄叶片26时观测到的输出信号中的下沉/谷。因此，DD线圈57的使用得到更尖锐的信号形状用于稳定的信号处理(与使用扁平线圈27相比)，但是具有更低信号幅值的缺陷。
DD线圈57可被配置有补充层，该补充层可被实现为2层线圈以便加强其生成的磁场并且提高信号强度。
三维(具体来说是马鞍形)形式的感测元件/DD线圈57和所得到的三维(具体来说是马鞍形形式)的设备20的感测元件6的尖端/头部可沿着涡轮增压器外壳的内部/内侧轮廓。由此，将提高传感器尖端(传感器设备20的末端)上的温度的气流漩涡/涡流可被有利地避免，否则这可能对涡轮增压器的效率产生影响。
此外，可在DD线圈57和目标/叶片26之间在DD线圈57的整个表面上实现更恒定的空气间隙/感测距离，这导致加强以及增加的DD线圈/感测元件57的输出信号的准确性。
图6、7和8示出涡轮增压器28(的一部分)，其具有涡轮增压器外壳1、压缩机叶轮2以及外壳内的压缩机进口29，压缩机叶轮2通过轴(未示出)连接到涡轮机叶轮。涡轮增压器外壳1配备有孔30(具体来说是诸如钻孔之类的圆柱形孔)形式的凹坑，其优选地在朝向压缩机叶轮2(的叶片26)的方向上完全穿透涡轮增压器外壳1的壁。
本发明的传感器设备20以其优选地轴状的传感器段6插入到圆柱形孔30中，直到其安装段5从外部靠紧涡轮增压器外壳1的壁。连接器段7背向远离涡轮增压器外壳1。具有感测元件15的传感器段6的末端位于圆柱形孔30的内侧开口处，使得旋转叶片26在近距离处经过。
传感器段6的外径基本对应于圆柱形孔30的内径，使得传感器段6紧密地贴合到圆柱形孔30中。为了牢固的放置在圆柱形孔30内，环形密封元件4环绕圆柱形孔30内的传感器设备6以提供传感器设备20在圆柱形钻孔30内的牢固和紧密的贴合。环形密封元件4优选地被提供在从传感器段6到安装段5的过渡处。环形密封元件4优选地由能够抵挡至少200℃的温度的耐热氟橡胶O环密封来提供。
安装段5优选地形成为具有插入孔32的凸缘，螺栓3或其它紧固装置可通过插入孔32以将传感器设备20牢固地附连在涡轮增压器外壳1的外部上。感测元件15和传感器电子元器件9被集成在传感器设备20的轴6中，并因此位于涡轮增压器外壳1的壁内部。
应当理解，虽然本发明的某些实施例被解说和描述与此，但是不限于所描述和示出的具体实施例。因此，如“优选地”或“具体来说”或“具体地”或“有利地”等之类的术语仅仅表示可选和示例性实施例。

Claims (10)

1.一种用于确定可旋转物体(26；2)的转速的传感器设备，包括具有传感器段(6)、安装段(5)以及连接器段(7)的传感器外壳(21)，所述传感器段(6)和连接器段(7)被布置在所述安装段(5)的相对侧，其中感测元件(15)被布置在所述传感器段(6)的传感器尖端(37)处，其特征在于，传感器电子元器件(9)被布置在所述传感器段(6)的内部，所述传感器电子元器件(9)包括集成绝缘衬底上硅片的电路(10)，使得所述传感器设备(20)能够抵挡持续的至少200℃的工作温度，其中所述集成绝缘衬底上硅片的电路(10)被嵌入在柔性聚合物基板(24)之间。
2.根据权利要求1所述的传感器设备，其特征在于，所述集成绝缘衬底上硅片的电路(10)进一步包括铜重导层(35)。
3.根据权利要求1所述的传感器设备，其特征在于，所述柔性聚合物基板(24)的材料包括液晶聚合物和/或聚酰亚胺。
4.根据上述权利要求中的一项所述的传感器设备，其特征在于，所述集成绝缘衬底上硅片的电路(10)配备有垂直电气连接(36)，所述垂直电气连接(36)穿透所述柔性聚合物基板(24)中的一个。
5.根据上述权利要求中的一项所述的传感器设备，其特征在于，所述集成绝缘衬底上硅片的电路(10)由ASIC来提供。
6.根据上述权利要求中的一项所述的传感器设备，其特征在于，所述传感器外壳(21)由有机聚合物热塑塑料形成。
7.根据上述权利要求中的一项所述的传感器设备，其特征在于，所述感测元件(15)包括双D线圈(57)，具体来说，包括马鞍形双D线圈。
8.根据权利要求1到6中的一项所述的传感器设备，其特征在于，所述感测元件(15)包括L线圈(47)。
9.根据权利要求7或8所述的传感器设备，其特征在于，所述双D线圈或L线圈被印刷在柔性聚合物基板(24)上。
10.一种具有涡轮增压器外壳(1)以及根据上述权利要求中的一项所述的传感器设备(20)的涡轮增压器，其中压缩机叶轮(2)被布置在所述涡轮增压器外壳(1)内部并且所述涡轮增压器外壳的壁(1)配备有凹坑(30)，所述传感器设备(20)的传感器段(6)被放置在所述凹坑(30)中，使得所述感测元件(15)和所述传感器电子元器件(9)都位于所述涡轮增压器外壳(1)的壁内，其中所述传感器设备(20)的安装段(5)被连接到所述涡轮增压器外壳(1)的壁的外表面。
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