CN106796121A - 用于时计设定杆的位置传感器 - Google Patents

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CN106796121A CN201580054191.2A CN201580054191A CN106796121A CN 106796121 A CN106796121 A CN 106796121A CN 201580054191 A CN201580054191 A CN 201580054191A CN 106796121 A CN106796121 A CN 106796121A
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Abstract

描述了用于确定时计中的可旋转元件(3)(诸如手表的设定杆)的瞬时角位置的电容式传感器。静止电极(11，12，13，21，22，23)被布置成与可旋转元件(3)的转子电极(5a，5b)一起形成第一差分电容对(1)和第二差分电容对(2)。传感器计算单元被配置为感测来自差分电容对(1，2)的差值，并且使用将差分电容值与角位置值相关联的预定信息从差值来评估可旋转元件(3)的角位置。

Description

用于时计设定杆的位置传感器
技术领域
本发明涉及一种感测时计的可旋转设定杆的位置和/或运动的领域。更具体地但非唯一地，本发明涉及适于感测时计设定杆的运动和/或位置的电容式传感器布置。
背景技术
在诸如机电时计的组合机械运动部分和电子控制电路的装置中，需要精确的传感器来感测旋转的机械部分的位置和/或运动。对于具有可旋转设定杆的手表，例如，需要精确和响应的传感器来检测设定杆的瞬时角位置和/或旋转，以使得可将佩戴者的偏好快速且准确地转换成由手表的电子控制系统使用的电子信息。特别是在可穿戴时计领域中，使这种传感器的精度和速度最大化，同时使功耗最小化是重要的。此外，诸如手表的设定杆的部件的小尺寸性质意味着旋转/运动传感器必须能够检测微小物体的微小移动，例如具有一毫米或甚至更小直径的设定杆的旋转。传感器部件同样必须很小，因为空间有限。这种传感器应当优选地是非接触的(contactless)，以便减少磨损，并且从而延长时计的使用寿命。传感器部件同样应易于制造。
现有技术
在美国专利US6252825中已经提出了非接触传感器，其描述了用于检测时计的设定杆的位置和/或运动的电容式传感器的使用。该设定杆设置有转子电极，其被成形为便于调节两个定子电极之间的电容。同样描述了一种实施例，其中两个这种电容被正交布置，以便传感器控制系统能够推断设定杆的旋转方向。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于确定时计的可旋转元件的瞬时角位置的电容式传感器，该电容式传感器包括多个定子电极，以及被布置为与可旋转元件一起旋转的至少一个转子电极，其中至少一个转子电极和定子电极被布置成在可旋转元件的旋转循环(cycle)期间在多个定子电极中的每一个定子电极之间提供电容，以使得电容中的每一个电容由于所述一个转子电极的影响而至少在所述旋转循环的一部分上变化，以及其中：至少一个转子电极包括第一转子电极和第二转子电极；电容包括第一差分电容对，所述第一差分电容对包括在旋转循环的第一部分期间形成在定子电极的第一定子电极和定子电极的第二定子电极之间的第一电容，以及在旋转循环的第二部分期间形成在第二定子电极和定子电极的第三定子电极之间的第二电容，第一电容具有第一瞬时电容值X1，并且第二电容具有第二瞬时电容值X2；并且电容包括第二差分电容对，所述第二差分电容对包括在旋转循环的第三部分期间形成在定子电极的第四电极和定子电极的第五电极之间的第三电容，以及在旋转循环的第四部分期间形成在第五定子电极和定子电极的第六定子电极之间的第四电容，第三电容具有第三瞬时电容值X3，并且第四电容具有第四瞬时电容值X4。电容值X1、X2、X3和X4取决于所述第一和第二转子电极的角度定位而变化。
所提出的新的解决方案能够更精确地测量可旋转元件的位置和/或运动，从而提供更精细的分辨率，而不需要更多数量的传感器的转子和/或定子电极。
在确定角位置上使用差分电容值进一步提高了电容式传感器对诸如寄生电容或由于湿度或温度改变而引起的变化等外部影响的抗干扰性，并且从而提高了其测量精度。根据本发明的优选实施例，转子电极由围绕其旋转轴线在任一侧上沿着直径对称地伸展的两个相同部分制成，以使得仅以+/-180度的精度来确定该位置。因此，仅提供增量传感器用于测量角位移或角速度，但不包括绝对角位置。
根据本发明的变型，第一和第二转子电极以及第一、第二、第三、第四、第五和第六定子电极被配置成使得C1、C2、C3和C4的电容值可分别在第一和第二，第二和第三，第四和第五以及第五和第六定子电极之间被感测。
根据本发明的另一变型，电容式传感器包括传感器驱动电路，该传感器驱动电路用于分别感测电容C1、C2、C3和C4的电容值X1、X2、X3和X4，以及用于通过评估第一差分电容值X1-2＝X1-X2和第二差分电容值X3-4＝X3-X4来确定角位置和/或位移。
根据本发明的另一变型，第一差分电容对和第二差分电容对被布置成使得X1-2作为可旋转元件的旋转位置的第一函数而变化，并且X3-4作为可旋转元件的旋转位置的第二函数而变化。
根据本发明的另一变型，第一和/或第二函数基本上是具有180°的周期的正弦曲线或余弦曲线。
根据本发明的另一变型，第二函数具有与第一函数相同的形式，但是相对于第一函数在旋转循环中相移了一个相移角。
根据本发明的另一变型，相移角基本上为45度，+/-90度，这允许借助于三角公式来导出可旋转元件的旋转位置。
根据本发明的另一变型，第一、第二和第三，和/或第四、第五和第六定子电极被布置在与可旋转元件的旋转轴线正交的公共平面中。这允许简化加工过程并提高所提供的传感器装置的紧凑性(compactness)。
根据本发明的另一变型，第一转子电极和/或第二转子电极形成在可旋转元件的轴向端面中。优选地，第一和第二转子电极也形成在同一平面上，以便简化加工。
根据本发明的另一变型，第一、第二和第三，和/或第四、第五和第六定子电极被布置成邻近可旋转元件的外周面。
根据本发明的另一变型，第一转子电极和/或第二转子电极形成在可旋转元件的外周面中或外周面上。
根据本发明的另一变型，电容式传感器包括定子元件，该定子元件包括关于可旋转元件的旋转轴线布置的多个角定子电极区域，其中第一差分电容对位于角定子电极区域中的第一角定子电极区域中，并且第二差分电容对位于角定子电极区域中的第二角定子电极区域中，该第二角定子电极区域与第一角定子电极区域成角度地移位相移角。
根据本发明的另一变型，电容式传感器包括转子元件，该转子元件包括关于可旋转元件的旋转轴线布置的多个角转子电极区域，其中第一转子电极包括角转子电极区域中的第一角转子电极区域，并且第二转子电极包括角转子电极区域中的第二角转子电极区域，第一角转子电极区域在比第二角转子电极区域更大的角扇区上扩展。
根据本发明的另一变型，可旋转元件被组装到时计的设定杆的末端(distalend)。
本发明的目的同样在于提供用于如上所述的电容式传感器的传感器计算单元，传感器计算单元被配置为通过如下项确定包括两个转子电极的可旋转元件的瞬时角度取向：
确定第一电容C1和第二电容C2之间的第一差分瞬时值(X1-2)，以及第三电容C3和第四电容C4之间的第二差分瞬时值(X3-4)；
使用第一函数的预定对应信息，识别与第一差分瞬时值(X1-2)对应的第一函数的第一多个合理值(plausible value)；
使用第二函数的预定对应信息，识别与第二差分瞬时值(X3-4)对应的第二函数的第二多个合理值；以及
其中所述第二多个合理值是分开180°并且对应于两个转子电极的角位置的一对角度值，以及
选择最接近先前的最后一个计算出的角位置的该对第二多个合理值之间的一个角度值作为瞬时角位置。
最大旋转速度确定了两次测量之间的最大时间。如果任意选择初始值，则该位置被限定在180°的范围内，这对于大多数手表应用来说都是足够的，在这种情况下，不需要绝对角度定位，而只需要增量检测。如果需要绝对位置，则应优选添加每360°具有一个脉冲的另一个传感器，或者应修改转子电极对的结构，以便能够彼此相对区分它们中的每一个。
附图说明
从以下参考附图描述的非限制性示例性实施例的描述中，本发明的其它特征和优点将变得显而易见，在附图中：
-图1以等距示意图示出了根据本发明的用于时计设定杆的电容式传感器组件的示例；
-图2以等距示意图示出了在图1中所示的示例电容式传感器组件中使用的转子电极布置；
-图3以示意性平面图示出了在图1中所示的示例电容式传感器组件中使用的定子电极布置；
-图4示出了在图1中所示的示例电容式传感器组件中使用的转子电极的端视图；
-图5示出了图1的示例电容式传感器组件相对于定子电极的角度和电容；
-图6示出了与图1中所示的示例电容式传感器组件中使用的转子电极相关的角度；
-图7以图形方式示出了图1的示例电容式传感器中的两个差分电容对的差值在旋转循环期间如何变化；
-图8示出了根据本发明的电容式传感器组件的替代实施例的透视图，其中定子电极被布置在卷绕在可旋转元件周围的柔性基板上；
-图9示出了平行于图8的定子电极安装的一系列电容器的详细透视图；
-图10示出了在与图8的可旋转元件的旋转轴线垂直的平面中的转子和定子电极的截面图；
-图11示出了可应用于本发明的可旋转元件的替代形式。
具体实施方式
现在将参考附图详细描述本发明的实施例。出现在不同附图中的相同或对应的功能和结构元件被分配相同的参考标记。
图1示出了诸如可在时计中找到的小齿轮轴或设定杆的可旋转元件的示例。在下面描述的示例实施例中，手表的设定杆将作为本发明的电容式传感器的应用的说明性示例。设定杆同样可被称为冠状杆。注意，设定杆本身未在图1中示出。可旋转元件3可关于旋转轴线4旋转，并且设置有用于与设定杆的对应部分啮合的啮合部件(在该示例中为槽8)。在该示例中的啮合部件被设计成与设定杆配合，以使得设定杆可沿着旋转轴线4轴向移动，而不引起可旋转元件3的任何轴向运动，但是使得设定杆的任何旋转运动被转换成可旋转元件3的旋转运动。
图1中所示的可旋转元件3在其远端处设置有一个或多个转子电极5。在该示例中，存在相对于旋转轴线4彼此在直径方向相对布置的两个转子电极。转子电极5基本上是平坦的并且被布置成面对多个定子电极，该定子电极与转子电极在同一平面上是相似平坦的，并且通过薄的电介质与转子电极分开，该薄电介质例如可以是空气间隙或诸如塑料薄膜的一块固体介电材料。例如定子电极可有利地被形成为在印刷电路板(PCB)10上的轨道，并且由于稍后将描述的原因，它们被布置成形成由箭头1和2指示的两个差分电容对。PCB 10同样可承载传感器驱动电路9，用于向差分电容对1和2提供电接口。
在手表的情况中，图1所示的各种元件的尺寸将是微小的。例如，可旋转元件3的直径可以为1mm或更小，并且PCB 10可具有五或六平方毫米或更小的面积。
图2示出了图1中所示的可旋转元件3的不同视图。该视图示出了两个电极5a和5b的形状，其可通过在可旋转元件3的末端处的外周表面中铣削两个肩部6而形成。可旋转元件3的端面同样可包括间隔元件7，用于提供与PCB 10的物理接触，并且由此保持与PCB 10的恒定间隔。具有槽8、间隔元件7以及肩部6的这种可旋转元件3即使在其尺寸较小时，也可使用标准的机床技术轻松地由金属制成。对于用于手表的设定杆的可旋转元件3，间隔元件7具有通常包括在0.05mm和0.15mm内的厚度，并且允许提供更大的冲击稳定性。
图3示出了如何将定子电极布置成以电容性地接近转子电极的方式形成两个差分电容对1和2。在图3中示出了六个定子电极区域11、12、13、21、22和23(用左斜线阴影遮蔽的区域)，在该示例中，它们各自形成为PCB 10的金属轨道的一部分。金属轨道中的每一个金属轨道同样包括连接器垫11'、12'、13'、21'、22'、23'(用右斜线阴影遮蔽)，用于将相应定子电极11、12、13、21、22和23中的每一个定子电极连接到传感器驱动电路9。定子电极11、12、13、21、22和23被形成为以可旋转元件3的旋转轴线4为中心的同心弧段，以便根据可旋转元件3的角位置，将电容值建模为正弦或余弦函数，在该可旋转元件3上配置有转子电极，如下文根据图5-7进一步所描述。这仅仅是可用于执行本发明的定子电极的配置的一个示例。定子和转子电极的其它配置是可能的，其可围绕可旋转元件3的外周而不是(或也)如在所示示例中与旋转轴线4正交布置。图8-11示出了本发明的替代实施例，其中可旋转元件3分成两部分，并且定子电极布置在卷绕在其外周的柔性基板上，如下所述。
在图3中所示的示例中，第一差分电容对1包括第一、第二和第三定子电极区域11、12和13(用左斜线阴影遮蔽)，而第二差分电容对2包括类似阴影的第四、第五和第六定子电极区域21、22和23。当转子电极以电容性地接近的方式面向定子电极中的两个定子电极(例如第一和第二定子电极11和12)形成第一对定子电极时，经由转子电极在定子电极11和12之间产生电容。图4示出了被设计成面向图3中所示的定子电极的转子电极布置的示例，并且由此随着可旋转元件3旋转而在定子电极对之间产生变化的电容。转子电极区域5a和5b被画上阴影以指示旋转元件3的轴向端面的哪些区域与定子电极11、12、13、21、22和23电容接近，其分别形成第一定子电极11和第二定子电极12之间的第一对定子电极，第二定子电极和第三定子电极之间的第二对定子电极，第四定子电极21和第五定子电极22之间的第三对定子电极，以及第五定子电极22和第六定子电极23之间的第四对定子电极。这些转子电极区域5a和5b是概念(notional)区域，并不一定与周围的可旋转元件3的材料不同。可旋转元件3可例如由单一连续的金属或其它导电材料加工，或以其它方式制造。
在所示的示例中，转子电极5a和5b优选地电连接到与金属表壳或机芯板相同的接地电位。因此，不需要在表壳和旋转元件之间设置隔离，这是有利的，因为这种隔离将难以在小体积内实现。在该情况中，转子电极5a和5b在电容中起被动作用，以使得可在到定子电极11、12、13、21、22和23的连接11'、12'、13'、21'、22'、23'处测量电容。
图5和图6示出了与图3和图4中相同的定子和转子电极的布置，但是示意性地指示了角度和电容。X1表示在第一和第二定子电极11和12之间可测量的电容C1的瞬时值。当转子电极5a和5b都没有覆盖第一定子电极11(即，角扇区α5a或α5b中没有部分在α7和α0之间)时，X1具有最大值(为简单起见，将其称为零)，并且当转子电极5a和5b中的任一个完全覆盖第一定子电极11时(即当角扇区α5a或α5b完全包括α7和α0之间的角度时)，即当其隔离性质受转子影响的两个定子电极之间的电介质是最小的时，X1具有最小值。当转子电极5a或5b中的任一个部分地覆盖第一定子电极11时(即，当角扇区α5a或α5b与α7和α0之间的角度部分地重合时)，X1具有中间值。角位置α0、α1、α2、α3、α4、α5、α6以及α7各自指示定子电极11、12、13、21、22和23的定界(即相对于可旋转元件3的旋转的开始或结束)，并且可关于旋转轴线4均匀分布，从而限定每个角度为45度的8个角扇区。转子电极5a和5b中的每一个转子电极的角扇区α5a和α5b可有利地布置为成角度地横跨由角位置α0、α1、α2、α3、α4、α5、α6以及α7限定的两个相邻段，即在该情况中约90度。在可旋转元件3的顺时针旋转(相对于图3和图5中的定子电极为顺时针)期间，随着相应的转子电极5a或5b扫过连续的定子电极对11和12(即第一对)；12和13(即第二对)；21和22(即第三对)；并且最后是22和23(即第四对)，每一个转子电极5a和5b对于每一个电容C1、C2、C3和C4产生有限电容值X1、X2、X3和X4的基本上不间断的变化。图6中的参考标记14指示在两个转子电极5a和5b的中间的中心线，当描述C1、C2、C3和C4的值在可旋转元件3的旋转期间如何变化时该中心线将被用作参考。该中心线14有助于限定可旋转元件3的瞬时角位置αR。
图7示出了随着可旋转元件3的中心线14连续扫过角位置α0、α1、α2、α3、α4、α5、α6以及α7，电容值X1、X2、X3和X4中的每一个电容值如何在这种顺时针旋转期间随着可旋转元件3的角位置α而变化。图7同样示出了在可旋转元件3通过角位置α0、α1、α2、α3、α4、α5、α6以及α7的相同的顺时针旋转期间，差值X1-X2和X3-X4如何变化。图7同样示出了如何可以从电容C1和C2之间的瞬时差值X1-X2以及电容C3和C4之间的X3-X4推断可旋转元件3的角位置的示例。在所示的示例中，X1-X2和X3-X4的瞬时测量值分别为X1-2和X3-4。量X1-X2根据第一函数随着角位置α而变化，并且量X3-X4根据第二函数随着角位置α而变化。定子和转子电极可被布置成使得第二函数类似于第一函数，但相移了预定的相移角。在前面的图1-6的所示示例中，如当将X1-X2的值与图7上的X3-X4中的值进行比较时可观察到，相移角被选择为基本上135度。事实上，当考虑所有角度α0、α1、α2、α3、α4、α5、α6以及α7为45度的倍数时，可理解，满足以下等式：
X1-X2(α)＝X3-X4(α+135)
如根据优选实施例在图1-6上所示，定子和转子电极可被布置为使得第一和第二函数可近似为正弦或余弦函数。在该情况下，假定函数X3-X4(α)＝cos(2α)，则根据前面的等式得出：
X1-X2(2α)＝cos[2(α+135)]＝cos[2α+270]＝cos[2α-90]＝sin(2α)，并且因此
X1-X2/X3-X4＝tan(2α)，
其允许根据下式导出可旋转元件3的瞬时角位置α：
α＝Arctan(X1-2/X3-4)/2，
其中alpha(α)是+/-90°之间的值。
根据上述公式和等式，可理解，α的第二可能绝对值为α+/-180°，这意味着传感器不能区分转子电极的两个对称位置，其中两个转子电极的位置5a和5b是反向的。
实际上替代135度的相移，可施加45度加或减90度的任意相移，而不会明显地改变三角公式的内容。实际上，可理解，施加45度而不是135的相移仅改变函数X3-X4(α)的符号，因为
cos[2(α+45)]＝cos[2α+90]＝-sin(2α)
在具有定子和转子元件的其它配置的情况下，其它数学函数可用于从测量值X1-2和X3-4确定角位置α，但是具有较少的计算简单性。可理解，根据上述优选实施例，传感器的角度分辨率在任何情况下远远优于定子电极的每个角扇区(即45度)中的角度分辨率。
可替代地，当第一和第二函数不能通过余弦函数的正弦近似时，例如，为了简化转子电极的制造，角位置α的值可通过对应数据或其它对应信息源的查找表而与值X1-2和X3-4相关，如在下面进一步考虑到图7的底部来解释。第一和第二函数的形式更通常地取决于转子电极的形状(例如，角扇区值α5a或α5b)和定子电极的尺寸(例如，当考虑α0和α7作为边界角位置并且同样取决于其半径时)。如根据X1-X2曲线图可理解，在给定的即时时刻，对于第一差分电容对1的给定测量值X1-2，存在可旋转元件3的角位置α的四个可能值αA、αB、αC和αD。其中，对于在与值X1-2的时刻相同的时刻进行的测量，仅角位置αB和αD对应于考虑到第二差分电容对2的X3-X4的值X3-4而合理的X3-X4(在点E和F处)的αE和αF值。
这允许取决于两个对称布置的转子电极5a和5b的角位置导出实际的角位置对αE和αF。该对的两个角度αE和αF被分开180度，因为它们实际上对应于在每个电极5a和5b之间的沿在图6所示的中心线14伸展的两个可能的角度。在图7的底部上，可理解，在αB和αE之间存在轻微的偏移，而αD和αF完全相同。这仅仅示出与正弦/余弦函数相比，该建模是不完美的，但是并不能帮助区分这两个可能值以确定可旋转元件的实际瞬时角位置αR。
由于转子电极5a、5b的对称布置，并且当传感器被用于增量检测时，可在实际角位置对αE和αF的两个可能值之间任意选择第一瞬时角位置αR。然而，一旦已经设定了该第一角位置，则通过在角位置对αE和αF的两个可能的角度值之间选择两个值中的最接近最后计算出的瞬时角位置αR的一个值来优选递归地限定瞬时角位置αR。从经验和统计的角度来看，考虑最后一个测量的值，这对应于最可能的位置。在图7上，该所寻求的角位置结果对应于αF。
只要角速度保持在由系统设定的上限下，则然后可通过计算瞬时角位置αR和最后计算出的瞬时角位置之间的差来容易地计算角位移，其产生包括在-90°和90°之间的角度。除了别的之外，该限制可取决于测量的频率。旋转方向然后简单地用该差角的符号指示。
最大允许旋转速度确定两次测量之间的最大时间。该测量速率与转子电极的数量成正比。采用理想的绝对传感器，测量速率可以是带有2个转子电极的提供的变体的值的一半。目标是在时间间隔期间测量可能是几圈(>>360°)的角位移。可从角位移容易地计算旋转速度和方向。
采用标准数字增量传感器，转子电极(诸如齿)的数量应远高于如所提出的解决方案的框架中的两个，以便具有相同的分辨率。由于小的可用体积，不可能实现这种小齿。结果，提供的增量传感器允许解决该技术问题，以显著增加角分辨率，而不同时需要增加转子电极的数量。
然而，应当理解，上述优选的计算方法仅仅是可用于从电容的测量值推断实际角位置的可能方法中的一个方法。该计算可通过PCB 10上的传感器驱动电路9中的适当电路和/或软件，或者由单独的处理器单元执行。包括两个转子电极和两个差分电容对的上述示例配置同样仅仅是用于实施本发明的可能配置中的一个配置。可使用其它数量的转子和/或静止电极(static electrode)，和/或电极之间的其它相对角度。
以下描述的下列图8-11示出了本发明的替代实施例，其中定子电极不再布置在PCB 10的相同平面上，而是在卷绕可旋转元件3的柔性基板100上，即在此示出的安装在时计杆30的末端处。可旋转元件3本身被分成两个不同的子片，即第一子转子31和第二子转子32，该第一子转子31和第二子转子32由缝80间隔开，其中可存放固定元件(未示出)，以便允许沿着旋转轴线4进行精确的轴向定位。
如根据图9可理解的，根据阵列图案排列定子电极，其中示出：
-中心行R，其包括4个厚电极R1、R2、R3和R4，以及
-两个侧行，即第一侧行L和第二侧行L'，其每一个包括4个更薄的电极(即分别为L1、L2、L3、L4和L1'、L2'、L3'和L4')。
如根据图8可理解的，第一子转子31被设置成填充定子电极的第一侧行L和电极的中心行R之间的间隙，而第二子转子32被设置成填充定子电极的第二侧行L'和中心电极R之间的间隙。因此，第一侧行L1的第一电极和第一中心电极R1之间的电容值(形成第一对定子电极)取决于其旋转循环上第一子转子31的角位置而改变，而同时在第二侧行L1'的第一电极和第一中心电极R1之间(形成另一第一对定子电极)的电容值取决于其旋转循环上第二子转子32的角位置而改变。这同样适用于分别由定子电极L2-R2和L2'-R2、L3-R3和L3'-R3、L4-R4和L4'-R4形成的每一个第二、第三和第四对电极。如在图1-5的先前实施例所示，两个可旋转元件而不是单个可旋转元件可用的事实，同样允许使形成在两串(series)定子电极之间的每个电容C1、C2、C3和C4的电容值X1、X2、X3、X4加倍，因为例如在布线图案从中心行R开始的情况下，在中心行R的任一侧上具有两个侧行L、L'允许具有并联分支的两个容量。
如在图9上所示，示出了在第一子转子31或第二子转子32的平面中的任一个平面中的截面图，用于产生角度值的该替代实施例的功能原理在其它方面非常类似于图1-5所示的先前优选实施例中的一个实施例，因为在第一电容C1和第二电容C2之间的角位移仍然为90度，而在第一和第三电容C3之间的角位移现在只是45度而不是在图5上的135度，如前所述，当正弦建模可用于导出转子的实际角位置时，其仅影响函数的符号。尽管如此，分别由第一和第二电容C1和C2形成的第一差分电容对1以及由第三和第四电容形成的第二差分电容对2允许导出可旋转元件3的角位置。与图5的先前实施例相比，这些差分电容对现在仅由互锁电容构成。
优选地选择确定电容值的输出信号波形的可旋转元件3的几何形状以覆盖大约两个相邻的角扇区-这里对应于电容C2、C4的定子电极各自扩展45度，并使另外两个-在此为电容C1、C3-没有被覆盖。然而，作为图10上所示的变型实施例，同样可考虑椭圆形状，而不会对电容值的正弦建模产生太大的损害(prejudice)。基于表中对应数据查询的计算在任何情况下仍然是可用的，并且因此选择容易制造的形状(诸如图10中的形状)可被用于批量生产。

Claims (15)

1.一种电容式传感器，用于确定时计的可旋转元件(3)的瞬时角位置(αR)，所述电容式传感器包括多个定子电极(11，12，13，21，22，23)，以及被布置为与所述可旋转元件(3)一起旋转的至少一个转子电极(5a，5b)，其中所述至少一个转子电极(5a，5b)和所述定子电极(11，12，13，21，22，23)被布置为在所述可旋转元件(3)的旋转循环期间，在所述多个定子电极(11，12，13，21，22，23)中的两个定子电极之间提供电容(C1，C2，C3，C4)，以使得所述电容(C1，C2，C3，C4)中的每一个电容由于所述转子电极(5a，5b)的影响而至少在所述旋转循环的一部分上变化，
其特征在于，
所述至少一个转子电极(5a，5b)包括第一转子电极(5a)和第二转子电极(5b)；
所述电容(C1，C2，C3，C4)包括第一差分电容对(1)，所述第一差分电容对(1)包括形成在第一对定子电极之间的第一电容(C1)和形成在第二对定子电极之间的第二电容(C2)，取决于所述转子电极(5a，5b)的角度定位，所述第一电容(C1)具有瞬时第一电容值X1并且所述第二电容(C2)具有瞬时第二电容值X2；以及
所述电容(C1，C2，C3，C4)包括第二差分电容对(2)，所述第二差分电容对(2)包括形成在第三对定子电极之间的第三电容(C3)和形成在第四对定子电极之间的第四电容(C4)，取决于所述转子电极(5a，5b)的角度定位，所述第三电容(C3)具有瞬时第三电容值X3并且所述第四电容(C4)具有瞬时第四电容值X4。
2.根据权利要求1所述的电容式传感器，其中：
所述第一和第二转子电极(5a，5b)以及第一、第二、第三、第四、第五和第六定子电极(11，12，13，21，22，23)被配置成使得所述瞬时的第一、第二、第三以及第四电容值X1、X2、X3和X4相应地可在所述第一定子电极(11)和所述第二定子电极(12)，所述第二定子电极(12)和所述第三定子电极(13)，所述第四定子电极(21)和所述第五定子电极(22)以及所述第五定子电极(22)和所述第六定子电极(23)之间分别被感测。
3.根据权利要求1或2所述的电容式传感器，包括传感器驱动电路(9)，所述传感器驱动电路(9)用于感测电容值X1、X2、X3和X4，并且用于通过评估第一差分电容值X1-2＝X1-X2和第二差分电容值X3-4＝X3-X4来确定所述瞬时角位置(αR)。
4.根据权利要求3所述的电容式传感器，其中所述第一差分电容对(1)和所述第二差分电容对(2)被布置成使得所述第一差分电容值X1-2作为所述可旋转元件(3)的所述瞬时角位置(αR)的第一函数而变化，并且所述第二差分电容值X3-4作为所述可旋转元件(3)的所述瞬时角位置(αR)的第二函数而变化。
5.根据权利要求4所述的电容式传感器，其中所述第一和/或第二函数基本上是具有180°周期的正弦曲线或余弦曲线。
6.根据权利要求4或权利要求5所述的电容式传感器，其中所述第二函数具有与所述第一函数基本上相同的形式，并且相对于所述第一函数在所述旋转循环中相移了一个相移角(α0至α3)。
7.根据权利要求6所述的电容式传感器，其中所述相移角基本上为135度或45度。
8.根据前述权利要求中任一项所述的电容式传感器，其中所述第一定子电极(11)、第二定子电极(12)和第三定子电极(13)，和/或所述第四定子电极(21)、第五定子电极(22)和第六定子电极(23)被布置在与所述可旋转元件(3)的所述旋转轴线(4)正交的公共平面中。
9.根据前述权利要求中任一项所述的电容式传感器，其中所述第一转子电极(5a)和/或所述第二转子电极(5b)被形成在所述可旋转元件(3)的轴向端面中。
10.根据前述权利要求中任一项所述的电容式传感器，其中所述第一定子电极(11)、第二定子电极(12)和第三定子电极(13)，和/或第四定子电极(21)、第五定子电极(22)和第六定子电极(23)被布置成邻近所述可旋转元件(3)的外周面。
11.根据权利要求10所述的电容式传感器，其中所述第一转子电极(5a)和/或所述第二转子电极(5b)形成在所述可旋转元件(3)的所述外周面中或所述外周面上。
12.根据权利要求6至11中任一项所述的电容式传感器，包括定子元件(10)，所述定子元件(10)包括关于所述可旋转元件(3)的所述旋转轴线(4)布置的多个角定子电极区域(α7至α2；α2至α5)，其中所述第一差分电容对(1)位于所述角定子电极区域中的第一角定子电极区域(α7至α2)中，并且所述第二差分电容对(2)位于所述角定子电极区域中的第二角定子电极区域(α2至α5)中，所述第二角定子电极区域从所述第一角定子电极区域成角度地移位所述相移角。
13.根据权利要求6至11中任一项所述的电容式传感器，包括转子元件(5)，所述转子元件(5)包括关于所述可旋转元件(3)的旋转轴线(4)布置的多个角转子电极区域(5a，5b)，其中所述第一转子电极(5a)包括所述角转子电极区域(5a，5b)中的第一角转子电极区域，并且所述第二转子电极(5b)包括所述角转子电极区域(5a，5b)中的第二角转子电极区域，所述第一角转子电极区域(5a)覆盖比所述第二角转子电极区域(5b)更大的角扇区。
14.根据前述权利要求中任一项所述的电容式传感器，其中所述可旋转元件(3)被布置成被安装到所述时计的设定杆。
15.根据权利要求4至14中任一项所述的用于电容式传感器的传感器计算单元(9)，所述传感器计算单元(9)被配置为通过如下项确定所述可旋转元件(3)的所述瞬时角位置(αR)：
确定所述第一电容(C1)和所述第二电容(C2)之间的第一差分电容值X1-2＝X1-X2的第一差分瞬时值(X1-2)，以及所述第三电容(C3)和所述第四电容(C4)之间的第二差分电容值X3-4＝X3-X4的第二差分瞬时值(X3-4)；
使用所述第一函数的预定对应信息，识别与所述第一差分瞬时值(X1-2)对应的所述第一函数的第一多个合理值(αA，αB，αC，αD)；
使用所述第二函数的预定对应信息，识别与所述第二瞬时值(X3-4)对应的所述第二函数的第二多个合理值(αE，αF)；其中所述第二多个合理值(αE，αF)是取决于所述两个转子电极(5a，5b)的角位置的分开180°的一对角度值，以及
选择该对第二多个合理值(αE，αF)中的最接近最后一个先前计算的角位置的一个角度值作为所述瞬时角位置(αR)。
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