CN108700433A - 旋转角度传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种旋转角度传感器(10)，包括具有定子发射线圈(20)和定子接收线圈(22)的定子元件(12)；关于所述定子元件(12)围绕旋转轴线(R)能旋转地受支承的转子元件(14)，该转子元件具有相互电连接的转子接收线圈(28)和转子发射线圈(30)；其中，所述转子接收线圈(28)与所述定子发射线圈(20)感应地耦合，使得通过所述定子发射线圈(20)产生的电磁场在所述转子接收线圈(28)中感应出电流，该电流流经所述转子发射线圈(30)，使得所述转子发射线圈(30)产生另外的电磁场；其中，所述定子接收线圈(22)与所述转子发射线圈(30)感应地耦合，使得该感应耦合与所述定子元件(12)和所述转子元件(14)之间的旋转角度有关，并且由所述转子发射线圈(30)产生的所述另外的电磁场在所述定子接收线圈(22)中感应出与角度有关的交流电压；其中，所述定子发射线圈(20)具有圆形的外部部分绕组(34a)和圆形的内部部分绕组(34b)，该内部部分绕组布置在所述外部部分绕组(34a)内部并且该内部部分绕组与所述外部部分绕组(34a)这样电连接，使得所述内部部分绕组相对于所述外部部分绕组(34a)关于电流流动方向而言反向地定向；其中，所述转子接收线圈(28)具有圆形的外部部分绕组(34a)和圆形的内部部分绕组(34b)，该内部部分绕组布置在所述外部部分绕组(34a)内部并且该内部部分绕组与所述外部部分绕组(34a)这样电连接，使得所述内部部分绕组相对于所述外部部分绕组(34a)关于电流流动方向而言反向地定向；其中，所述定子发射线圈(20)的所述外部部分绕组(34a)和所述转子接收线圈(28)的所述外部部分绕组(34a)相互对准；其中，所述定子发射线圈(20)的所述内部部分绕组(34b)和所述转子接收线圈(28)的所述内部部分绕组(34b)相互对准。

Description

旋转角度传感器
技术领域
本发明涉及一种旋转角度传感器，通过该旋转角度传感器例如可以确定轴和另外的构件之间的旋转角度。
背景技术
为了测量旋转角度例如已知旋转角度传感器，在所述旋转角度传感器中磁体通过相应的磁场传感器旋转。磁场向量的测量允许推断出旋转角度。这类传感器也对外部的磁场做出反应，所述磁场例如通过由相邻布置的电缆线产生的电流引起并且可能是对干扰非常敏感的。
另一类型的旋转角度传感器利用涡流效应。在此，例如金属靶标在传感器线圈上方运动，该传感器线圈被供给以交流电压并且在靶标中感应出涡流。这导致传感器线圈的电感的减小并且允许通过频率变化推断出旋转角度。例如线圈是振荡回路的组成部分，该振荡回路的共振频率在电感改变时移动。然而这种类型的旋转角度传感器可以具有相对于装配公差(主要是靶标的倾斜)的高的横向灵敏度。所产生的频率也可以通过外部的电磁场干扰(Injection Locking，注入锁定)，因为通常以在几十MHz的范围内的频率工作。
EP 0 909 955 B1示出具有在靶标上短路的平面导体线环的旋转角度传感器，所述导体线环与励磁线圈的电磁交变场相互作用。
发明内容
本发明的实施方式能够以有利的方式实现，提供能特别经济地制造的旋转角度传感器，其中，所述旋转角度传感器提供简单地分析处理的测量信号。
此外，关于本发明的实施方式的想法可以视为以下面所描述的思想和认知为基础。
本发明涉及一种旋转角度传感器，该旋转角度传感器尤其可以使用在具有高电磁干扰场的环境中。旋转角度传感器例如可以使用在车辆中的马达室中或马达室附近，例如用于确定节气门的位置、BLDC马达的转子位置、加速踏板的位置或凸轮轴的位置。在下面描述的旋转角度传感器是成本有利的，需要小的结构空间并且基于简单的测量原理。
根据本发明的实施方式，旋转角度传感器包括具有定子发射线圈和定子接收线圈的定子元件；关于定子元件可围绕旋转轴线旋转地受支承的转子元件，该转子元件具有相互电连接的转子接收线圈和转子发射线圈；其中，转子接收线圈与定子发射线圈感应地耦合，使得通过定子发射线圈产生的电磁场在转子接收线圈中感应出电流，该电流流经转子发射线圈，从而转子发射线圈产生另外的电磁场；其中，定子接收线圈与转子发射线圈感应地耦合，使得感应耦合与定子元件和转子元件之间的旋转角度有关，并且由转子发射线圈产生的所述另外的电磁场在定子接收线圈中感应出与角度有关的交流电压。例如布置在定子电路板上的定子发射线圈例如加载以交流电压，该交流电压具有几MHz的范围内(优选5MHz)的频率。由此产生电磁交变场，该电磁交变场耦合到转子接收线圈中并且在那里感应出相应的交流电压。转子发射线圈与转子接收线圈串联，该转子发射线圈又产生电磁交变场并且反射到定子元件上，在那里所述定子元件在例如也可以布置在定子电路板上的一个或多个定子接收线圈中感应出与角度相关的交流电压。整体上定子发射线圈和所述一个或多个定子接收线圈之间的耦合与旋转角度有关地受影响。耦合系数的典型值范围在-0.3和+0.3之间。通过在定子接收线圈中感应出的信号与载体信号(定子发射线圈的信号)的解调可以推断出耦合的量值和相位。该量值可以随着旋转角度持续地改变。耦合的相位可以理想地为0°或180°。
如果转子发射线圈和定子接收线圈这样实施，使得所述转子发射线圈和所述定子接收线圈产生基本上呈正弦形状的信号，那么可以以特别简单的方式由这些信号确定旋转角度。在使用两个具有关于测量范围的90°相移的接收线圈的情况下，可以通过量值乘以相位的余弦将两个测量信号转化为(理想的)无偏移的正弦/余弦系统。在使用三个具有关于测量范围的120°相移的接收线圈的情况下，产生三相正弦信号，该正弦信号可以通过使用克拉克变换(Clarke-Transformation)转化为正弦/余弦系统。然后通过将反正切函数应用到正弦/余弦系统中的变换信号上可以在两种情况中推断出旋转角度。
此外，定子发射线圈具有圆形的外部部分绕组和圆形的内部部分绕组，该内部部分绕组布置在外部部分绕组内部并且该内部部分绕组与外部部分绕组这样电连接，使得所述内部部分绕组相对于外部部分绕组关于电流流动方向而言是反向定向的。转子接收线圈具有圆形的外部部分绕组和圆形的内部部分绕组，该内部部分绕组布置在外部部分绕组内部并且该内部部分绕组与外部部分绕组这样电连接，使得所述内部部分绕组相对于外部部分绕组关于电流流动方向而言是反向定向的。换言之，定子发射线圈和转子接收线圈分别具有两个彼此嵌套并且反向定向的部分绕组。在此，关于电流流动方向而言，反向定向的部分绕组可以如此设计，使得在电流流动通过对应的线圈时部分绕组分别被电流向左或向右地流经。线圈的部分绕组可以是线圈的导线区段，该导线区段环绕相同的或基本上相同的面积。定子发射线圈和/或转子接收线圈的两个部分绕组可以串联。
定子发射线圈的外部部分绕组和转子接收线圈的外部部分绕组相互对准，并且定子发射线圈的内部部分绕组和转子接收线圈的内部部分绕组相互对准。在此，相互对准可以意味着，各个部分绕组参照旋转轴线或定子元件的对称轴线基本上重叠。
通过反向定向的部分绕组可以降低旋转角度传感器相对于基本上均匀的电磁交变场的敏感性。如果定子发射线圈和/或转子接收线圈被该场穿过，那么在所述部分绕组中的每个部分绕组中产生感应电压，但该感应电压相互抵消或至少减小。
整体上旋转角度传感器可以基于该简单的测量原理成本有利地实施，因为不需要昂贵的磁体。产生的测量信号可以通过简单的逆变换(基于克拉克变换)来分析处理。此外，旋转角度传感器是针对公差稳固的，即在装配时可以允许较大的机械公差，并且相对于外部干扰场是特别不敏感的。
根据本发明的实施方式，定子发射线圈的外部部分绕组和内部部分绕组这样实施，使得所述定子发射线圈的外部部分绕组和内部部分绕组基本上产生相同的磁通量。根据本发明的实施方式，转子接收线圈的外部部分绕组和内部部分绕组这样实施，使得所述转子接收线圈的外部部分绕组和内部部分绕组基本上产生相同的磁通量。定子发射线圈和/或转子接收线圈可以如此实施(大致通过选择各个部分绕组的导体线环的数量)，使得当它们的各个部分绕组被电流(所述电流在相同线圈的部分绕组中大小相同，因为这些部分绕组串联)流经时，所述部分绕组产生相同的磁通量。因为部分绕组反向地定向，所以在线圈中的通过外部磁场感应出的电压基本上完全抵消。这例如尤其适用于在线圈的区域中的均匀的外部磁场。
在前面和在接下来，“基本上”或“大致”意味着最大偏差5％或1％。
根据本发明的实施方式，定子发射线圈和/或转子接收线圈的外部部分绕组具有多个导体线环，所述导体线环分别完全围绕定子元件。根据本发明的实施方式，定子发射线圈和/或转子接收线圈的内部部分绕组具有多个导体线环，所述导体线环分别完全围绕定子元件。导体线环例如可以基于在定子电路板上的印制导线。这些导体线环或印制导线可以螺旋形地延伸。在此，“完全围绕”可以意味着，导体线环以大致360°围绕转子元件的旋转轴线或定子元件的对称轴线。在接头导线紧密相邻的情况下，在其上安装有接头的这些导体线环也可以(在本申请的意义上)完全围绕定子元件或转子元件。
根据本发明的实施方式，定子发射线圈的外部部分绕组的有效面积(相应于由该外部部分绕组的导体线环展开的面积的总和)基本上相当于定子发射线圈的内部部分绕组的有效面积：根据本发明的实施方式，转子接收线圈的外部部分绕组的有效面积(相应于由该外部部分绕组的导体线环展开的面积的总和)基本上相当于转子接收线圈的内部部分绕组的有效面积：在此，线圈的有效面积可以确定通过线圈的磁通量，该磁通量可以是线圈的有效面积和电流强度的乘积。每个导体线环可以在完全围绕之后形成自己的面积，然后对于下一个导体线环在完全围绕之后将另外的围绕的面积加到该面积中。
根据本发明的实施方式，定子发射线圈和/或转子接收线圈的外部部分绕组具有多个导体线环，尤其围绕定子元件的对称轴线或旋转轴线观察，所述导体线环形成螺旋线。根据本发明的实施方式，定子发射线圈和/或转子接收线圈的内部部分绕组具有多个导体线环，尤其围绕定子元件的对称轴线或旋转轴线观察，所述导体线环形成螺旋线。在此，螺旋线可以是一曲线，该曲线相对于旋转轴线或对称轴线的距离持续增大。
根据本发明的实施方式，定子发射线圈和/或转子接收线圈的外部部分绕组和内部部分绕组体与定子发射线圈的对称轴线或旋转轴线共轴地布置。定子元件和转子元件的部分绕组以该方式相同地重叠或总是相同对准地取向，而与旋转角度无关。
根据本发明的实施方式，定子发射线圈和/或转子接收线圈实施为在定子电路板上或在转子电路板上的呈印制导线形式的平面线圈。可能的是，部分绕组和/或线圈的印制导线布置在各个电路板的多个平面中。也可能的是，部分绕组实施为在对应的电路板的仅一个平面中。
根据本发明的实施方式，所述一个或多个定子接收线圈布置在定子元件的发射环区域中，该发射环区域在径向外部受外部部分绕组限界并且在径向内部受定子发射线圈的内部部分绕组限界。因此，所述一个或多个定子接收线圈仅由通过定子发射线圈和/或转子发射线圈的两个部分绕组同时产生的磁通量穿过。所述定子接收线圈或所述定子接收线圈中的每个定子接收线圈可以具有多个关于电流流动方向而言反向定向的部分绕组。
根据本发明的实施方式，转子发射线圈布置在转子元件的环区域中，该环区域在径向外部由外部部分绕组限界并且在径向内部由内部部分绕组限界。转子发射线圈也可以具有多个关于电流流动方向而言反向定向的部分绕组。
根据本发明的实施方式，定子接收线圈完全覆盖接收环区域(在发射环区域内部)，其中，转子发射线圈具有多个镰形的部分绕组，所述部分绕组与接收环区域相对置。由此可以实现，由定子接收线圈产生的测量信号(即感应出的交流电压的幅值)基本上与旋转角度正弦形地相关，由此可以特别简单地分析处理测量信号。
本发明的另一方面涉及一种用于旋转角度传感器的定子元件和/或转子元件，如上面和下面所述的那样。
根据本发明的实施方式，定子元件包括定子发射线圈和定子接收线圈，其中，定子发射线圈具有圆形的外部部分绕组和圆形的内部部分绕组，该内部部分绕组布置在外部部分绕组内部并且该内部部分绕组与外部部分绕组这样电连接，使得所述内部部分绕组相对于外部部分绕组关于电流流动方向而言反向地定向，并且，其中，外部部分绕组和内部部分绕组尤其产生基本上相同的磁通量。
根据本发明的实施方式，转子元件包括转子发射线圈和转子接收线圈，其中，转子接收线圈具有圆形的外部部分绕组和圆形的内部部分绕组，该内部部分绕组布置在外部部分绕组内部并且该内部部分绕组与外部部分绕组这样电连接，使得所述内部部分绕组相对于外部部分绕组关于电流流动方向而言反向地定向，并且，其中，外部部分绕组和内部部分绕组尤其产生基本上相同的磁通量。
附图说明
下面参照附图描述本发明的实施方式，其中，附图和说明书均不视为对本发明的限制。
图1示意性示出根据本发明的实施方式的旋转角度传感器的横截面。
图2示意性示出用于根据本发明的实施方式的定子元件的定子发射线圈的俯视图。
图3示意性示出根据本发明的实施方式的定子元件的定子接收线圈的几何形状。
图4示出用于根据本发明的实施方式的定子元件的线圈布局。
图5示意性示出根据本发明的实施方式的旋转角度传感器的定子接收线圈的几何形状。
图6示出用于根据本发明的实施方式的定子元件的线圈布局。
图7示出用于根据本发明的实施方式的转子元件的线圈布局。
图8示出用于根据本发明的实施方式的转子元件的线圈布局。
附图仅是示意性的并且不是按正确比例的。相同的附图标记在附图中表明相同的或相同作用的特征。
具体实施方式
图1示出由定子元件12和转子元件14组成的旋转角度传感器10。转子元件14可以固定在构件如节气门、马达、凸轮轴、加速踏板等的轴16上或者由该轴16提供。轴16可以围绕旋转轴线R旋转并且定子元件12在相应的轴向方向上与转子元件14相对置。定子元件12例如固定在构件的壳体上。当定子元件12相对于轴16精确取向时，定子元件12的对称轴线T与旋转轴线R一致。
定子元件12包括定子电路板18，在该定子电路板上布置有一个定子发射线圈20和一个或多个定子接收线圈22。线圈20、22的导线可以仅在两个平面中、例如在定子电路板18的两侧上布置。在定子电路板18上可以存在用于控制单元24的其他结构元件。控制单元24可以给定子发射线圈20供应以交流电压(例如具有在1MHz和20MHz之间的、例如为5MHz的频率，和/或具有在0.5V至10V的范围中的、例如为1.5V的电压幅值)并且在每个定子接收线圈22中得到感应的交流电压。控制单元24基于这些测量可以确定定子元件12和转子元件14之间的相对旋转角度。
转子元件14包括转子电路板26。在转子电路板26上布置有一个转子接收线圈28和一个转子发射线圈30。线圈28、30的导线可以仅在转子电路板26的两个平面中、例如在转子电路板26的两侧上布置。
所有线圈20、22、28、30实施为平面线圈，即借助于在电路板18、26上和/或中的印制导线实施的线圈。
图2示出定子发射线圈20，该定子发射线圈包括外部部分绕组34a和内部部分绕组34b，这些部分绕组通过径向延伸的印制导线35串联。要理解为，定子发射线圈20的外部部分绕组34a可以(通过未示出的接头)与控制部24连接。外部部分绕组34a和内部部分绕组34b关于电流流动相反地定向，即，如通过箭头标明的那样，当电流在内部部分绕组34b中向左流动时，该电流在外部部分绕组34a中向右流动。
外部部分绕组34a和内部部分绕组34b环形地并且由多个近似圆形的导体线环36构造，所述导体线环完全围绕对称轴线T。在此，导体线环36分别形成围绕对称轴线T的螺旋线。
外部部分绕组34a和内部部分绕组34b这样实施，使得所述外部部分绕组和所述内部部分绕组产生相同的磁通量，或者，使得由部分绕组34a、34b中的均匀磁场感应的电压通过部分绕组34a、34b的串联相互抵消。
这可以通过以下方式实现，部分绕组34a、34b的有效面积一样大。在此，部分绕组34a、34b的有效面积是由导体线环36展开的面积的总和。
假设所述导体线环中的每个导体线环近似圆形，那么每个导体线环36可以配属有一个圆面积。那么内部部分绕组34b的所有这些圆面积的总和应等于外部部分绕组34a的所有圆面积的总和。
当ra,j和ra,j+1是外部部分绕组34a的导体线环36的(平均)半径并且ra,k和ra,k+1是内部部分绕组34b的导体线环36的(平均)半径时，适用的是，
在此，总共设有n个内部导体线环36和m个外部导体线环36。
如果外部部分绕组34a假设为预给定，那么可以如下地确定内部部分绕组34b的几何形状。在内部部分绕组34b内部存在没有线圈绕组的面积。该面积通过内直径din,min限定。所保留的面积例如可以设置用于使轴穿过的孔或者用于其他线路部件(结构元件、通孔等)。因为在内部部分绕组34a和外部部分绕组34b之间的环区域39中安置有所述一个或多个定子接收线圈22，那么也限定用于内部部分绕组34b的最大外直径din,max。在此适用的是，din,min＝2rin,min以及din,max＝2rin,max。
所示出的外部部分绕组34a具有两个导体线环36。由此得出待抵消的有效面积：
理解为，在1个、3个或更多个导体线环36或者也在另外的几何形状的情况下可以选择相应的待补偿的有效面积。
在通过din,min和din,max预给定的区域中最多可以放置以下数量的绕组：
在这里w表明印制导线宽度并且g表明形成导体线环36的两个印制导线之间的距离。
现在整个展开的面积叠加为：
di,i＝din,min+2·(i-1)·(w+g) (5)
如果Ain≥Aout，那么可以满足所要求的条件。这样选择导体线环36的所需要的数量n：
和
通过以下方式确保精确地满足条件Ain＝Aout：随后使最大内直径din,max逐步减小直至满足条件。
内部部分绕组34b和外部部分绕组34a可以实施为多层的平面线圈。在此，绝对可能的是，用于内部部分绕组34b的电路板层的数量较大。这降低了内部部分绕组34b的面积需求并且允许具有尽可能大的面积的定子接收线圈22的集成。这产生具有大的幅值的信号，所述信号能容易地确定。
外部部分绕组34a的最大外直径da,max优选在10mm和40mm之间，优选为25mm。
定子发射线圈20可以被加载以交流电压，该交流电压在频率在几MHz的范围内(优选为5MHz)的情况下具有在0.5V至10V的范围内(优选1.5V)的幅值。
图3示意性地示出定子接收线圈22的几何形状，而图4示出具有定子接收线圈22的定子元件12的线圈布局。图3仅示出形状，但没有示出定子接收线圈22的印制导线的精确走向，而在图4中印制导线的部分重叠。在图4中出于概要性的原因省去定子发射线圈20的径向印制导线35。
此外，在图4中仅示出定子接收线圈22。可能的是，在图4中示出的定子元件12包括两个相对彼此移动90°或者三个相对彼此沿周向方向移动或扭转120°的定子接收线圈22。这些定子接收线圈22可以具有与所示出的定子接收线圈22相同的布局。原则上，在这里具有相应的机械扭转的其他线圈数量也是可能的。
在所示出的定子接收线圈22中，在两个平面中的两个印制导线相叠地位于实线区域中。此外，每种线型表示定子电路板18的一个平面/层。实心圆是使两个平面相互连接的通孔。
如由图3和4可看出，定子接收线圈22具有两个反向的或者说关于电流流动相反定向的部分绕组38a、38b。
通常适用的是，所述定子接收线圈22中的每个定子接收线圈可以具有偶数数量2m的部分绕组38a、38b，并且旋转角度传感器10的测量范围Per取决于每个定子接收线圈22的部分绕组38a、38b的数量2m，该测量范围例如可以是360°的整数因数，其中，适用于m＝360°/Per。
例如当m＝1时，图2和3中的定子接收线圈22具有两个部分绕组38a、38b，这导致周期或测量范围为360°。
沿一个方向和沿另一方向定向的部分绕组38a、38b的相同数量导致，通过定子发射线圈20感应的部分电压(在缺少转子元件14的情况下)在总数上抵消并且作为输出信号发送0V给所有定子接收线圈22。这也可以用于自诊断，其中，可以识别出，缺少转子元件14或者所述转子元件具有至少一个电中断部。此外，由于EMV影响所造成的干扰在每个部分绕组38a、38b中感应出不同符号的电压(类似于定子发射线圈20的部分绕组34a、34b)，所述电压通过部分绕组38a、38b的串联又抵消(假设在部分绕组的区域中的干扰是均匀的)。
在定子元件12中，三个定子接收线圈22例如可以相对彼此以角度ξ扭转，该角度能够根据ξ＝Per/3计算(这里例如是120°，因为Per＝360°)。在该扭转的情况下得到三相电系统，该电系统具有120°的电相移。
如有图4得出，部分绕组38a、38b中的每一个部分绕组由位于径向外部的周向导线40和位于径向内部的周向导线42限界，这些周向导线分别通过两个径向导线44相互连接。在图4中仅能看出四个径向导线44中的两个径向导线，因为各两个径向导线44相互重叠地在定子电路板18的两个平面中延伸。
第一部分绕组38a的外周向导线40在敷镀通孔37处的点A(也在图3中示出)上开始并且然后在第一平面中延伸至点B的中心，在那里所述外周向导线在另一敷镀通孔中更换平面。随后所述外周向导线在第二平面中延伸至点C。在这里在第二平面中延伸的外周向导线40在点C上与径向导线44连接，该径向导线在第二平面中延伸至点D并且在那里过渡到第一部分绕组38a的内周向导线42中。第一部分绕组38a的内周向导线42从点D延伸至第二平面中的点E，在点E上通过敷镀通孔37更换到第一平面中，并且随后在第一平面延伸至点F，在那里所述内周向导线过渡到另外的径向导线44中。然后第一部分绕组38a的所述另外的径向导线44延伸至点A’，在点A’上开始第二部分绕组38b。该第二部分绕组沿着点A’至点F’与部分绕组38a相同地构造，只是定子电路板18的两个平面互换。
如下面更确切地描述的那样，外周向导线40在圆上延伸，所述圆的中心M相对于对称轴线T这样移动，使得在其上存在敷镀通孔37的点B具有最大的径向距离。内周向导线42在各个敷镀通孔37的右侧和左侧也在圆上延伸，然而所述圆的中心(出于概要性原因未示出)相对于对称轴线T这样移动，使得各个敷镀通孔37具有最小的径向距离。
出于概要性原因，图5和图6类似于图3和4地分别仅示出刚好一个定子接收线圈22或一个定子元件12的布局。实际线圈布局例如可以具有三个定子接收线圈22，所述三个定子接收线圈可以相对彼此以角度ξ(对于三个转子接收线圈而言ξ＝Per/3)扭转，该角度能够如上面已经解释的那样计算。对于两个转子接收线圈而言公式为ξ＝Per/4。在当前情况下周期或测量范围为180°。
在这里，定子接收线圈22具有四个部分绕组38a、38b，所述四个部分绕组基本上覆盖一圆并且将圆面划分成四个相同大小的面。两个关于对称轴线T相对置的部分绕组38a沿第一方向定向，两个另外的部分绕组38b沿相反的方向、即反向地定向。
部分绕组38a、38b中的每个部分绕组与图3和4的印制导线相同地在定子电路板18的第一和第二平面中沿着点A至A’导向。
如下面还进一步详细地描述，外周向导线40在圆上延伸，所述圆的中心M相对于对称轴线T这样移动，使得在其上存在敷镀通孔37的点B具有最大径向距离。内周向导线42在各个敷镀通孔37的右侧和左侧也在圆上延伸，然而所述圆的圆心(出于概要性原因未示出)相对于对称轴线T这样移动，使得各个敷镀通孔具有最小径向距离。
为了产生旋转角度传感器10的实际布局，可以使另外的定子接收线圈22相对彼此沿着周向方向扭转地布置。因为在图5和6中示出的单个定子接收线圈22由各四个部分绕组38a、38b构造(所述四个部分绕组分别沿着定子发射线圈20的周向方向覆盖90°的环区域39)，因此定子接收线圈由于180°的测量范围相对彼此分别移动60°(参见图6)。
下面描述一方法，通过该方法可以产生用于图3和4(360°的测量范围)和图5和6(180°的测量范围)的定子元件12的线圈布局，但不限制于这两种测量范围。由于该原因说明一般适用的公式。
环区域39、即在外部部分绕组34a和内部部分绕组34b之间的面的优化利用可以通过多个结构圆的灵活定位来实现，随后由这些结构圆组成定子接收线圈22的部分绕组38a、38b。对于每对径向相对置的部分绕组38a、38b(在图4中有一对，在图6中有两对)而言，外周向导线40通过两个结构圆限定，所述两个结构圆相对彼此沿着两个部分绕组38a、38b的镜对称轴线S移动并且它们的中心M位于该镜对称轴线S上。
在多对(数量为m)部分绕组38a、38b的情况下，镜对称轴线S这样布置，使得所述镜对称轴线分别相对彼此沿着周向方向以180°/m移动或者说扭转，即例如图6中的所述两个镜对称轴线S相互垂直(成90°)。
结构圆的直径可以为定子发射线圈20的直径的约1/3。各两个结构圆相对彼此的移动可以在它们直径的30％和50％之间、例如为40％。以该方式可以一方面确保最大面积利用，并且另一方面能够在两个平面中实现三个扭转的定子接收线圈22。
在此，使外周向导线40与内周向导线42连接的径向导线44关于对称轴线T径向延伸。径向导线44的外端部位于围绕中心M的结构圆的交点上。
内周向导线42也可以通过结构圆来限定，其中，每个部分绕组38a、38b使用两个结构圆，所述结构圆的中心沿着垂直于部分绕组38a、38b的镜对称轴线S的轴线移动。这总共得出用于内周向导线42的4m个结构圆。用于内周向导线42的结构圆的直径为用于外周向导线40的结构圆的直径的10％至20％、例如为15％。
在此，用于内周向导线42的两个结构圆的、靠近对称轴线T的交点限定敷镀通孔37的位置。
图7以俯视图示出用于图1中的旋转角度传感器10的转子元件14，该转子元件包括转子接收线圈28和转子发射线圈30并且该转子元件可以与图3和4中的定子元件12一起使用。
转子接收线圈28包括外部部分绕组34a和内部部分绕组34b，该转子接收线圈可以类似于图2中的定子发射线圈地构造。在此，转子接收线圈28的部分绕组34a、34b具有与定子发射线圈20的各个部分绕组34a、34b相同的大小并且覆盖所述定子发射线圈的各个部分绕组。在转子接收线圈28中由左旋和右旋的导体线环36包围的有效面积也可以是一致的，以便抑制电磁兼容性(EMV)耦合。原则上也可能是其他尺寸和绕组数量关系。这样例如在转子元件14上的每个部分绕组34a、34b的导体线环36的数量也可以不同于在定子元件12上的相应部分绕组34a、34b的导体线环36的数量。
转子发射线圈30具有两个分别呈镰形的部分绕组46a、46。第一部分绕组46a相对于第二部分绕组46b(关于电流流动)反向地定向。部分绕组46a、46b的几何形状可以是一致的。部分绕组46a、46b位于转子发射线圈30的布置在部分绕组34a、34b之间的环区域39中。两个镰形的部分绕组46a、46b由基本上圆弧形的导线区段形成。
转子接收线圈28和转子发射线圈30相互电连接或串联。为此，转子发射线圈30的部分绕组46a和径向延伸的印制导线35在其相互重叠的区域中分别分开并且十字型地相互连接。
在图8中示出转子元件14的布局，该转子元件可以与图5和6中的定子元件12一起使用。在图8中，转子发射线圈30由四个镰形的部分绕组46a、46b构造，所述部分绕组沿周向方向围绕旋转轴线R并且分别覆盖90°。关于旋转轴线R相对置的部分绕组46a、46b关于电流流动具有相同的定向，而沿周向方向相邻的部分绕组46a、46b具有反向的定向。
转子发射线圈30或其部分绕组46a、46b也可以基于多个结构圆来限定。
在图7中(测量范围为360°)，部分绕组46a、46b在此可以通过两个具有相同的直径的结构圆限定，所述结构圆的中心M沿着部分绕组46a、46b的镜对称轴线S相对彼此移动。
在图8中，所述四个部分绕组46a、46b通过四个较大的结构圆(其中心M沿着关于旋转轴线R的第一线段移动)和四个较小的结构圆(其中心M’沿着关于旋转轴线R的第二线段移动)来限定。在此，所有中心M、M’位于镜对称轴线S上。已经证明，当较大的和较小的结构圆的直径的比例为大约时，可以实现最好的测量信号。有利的是，在相邻的部分绕组46a、46b的交点处，较大圆的端部段近似没有弯折地过渡到相邻的较小圆的端部段中。
最后要指出，概念如“具有”、“包括”等不排除其他元件或步骤并且概念“一个”不排除多个。在权利要求中的附图标记不视为限制。

Claims (12)

1.旋转角度传感器(10)，包括：
具有定子发射线圈(20)和定子接收线圈(22)的定子元件(12)；
关于所述定子元件(12)围绕旋转轴线(R)能旋转地受支承的转子元件(14)，该转子元件具有相互电连接的转子接收线圈(28)和转子发射线圈(30)；其中，所述转子接收线圈(28)与所述定子发射线圈(20)感应地耦合，使得通过所述定子发射线圈(20)产生的电磁场在所述转子接收线圈(28)中感应出电流，该电流流经所述转子发射线圈(30)，使得所述转子发射线圈(30)产生另外的电磁场；其中，所述定子接收线圈(22)与所述转子发射线圈(30)感应地耦合，使得该感应耦合与所述定子元件(12)和所述转子元件(14)之间的旋转角度有关，并且，由所述转子发射线圈(30)产生的所述另外的电磁场在所述定子接收线圈(22)中感应出与角度有关的交流电压；其特征在于，
所述定子发射线圈(20)具有圆形的外部部分绕组(34a)和圆形的内部部分绕组(34b)，该内部部分绕组布置在所述外部部分绕组(34a)内部并且该内部部分绕组与所述外部部分绕组(34a)这样电连接，使得所述内部部分绕组相对于所述外部部分绕组(34a)关于电流流动方向而言反向地定向；
所述转子接收线圈(28)具有圆形的外部部分绕组(34a)和圆形的内部部分绕组(34b)，该内部部分绕组布置在所述外部部分绕组(34a)内部并且该内部部分绕组与所述外部部分绕组(34a)这样电连接，使得所述内部部分绕组相对于所述外部部分绕组(34a)关于电流流动方向而言反向地定向；
其中，所述定子发射线圈(20)的所述外部部分绕组(34a)和所述转子接收线圈(28)的所述外部部分绕组(34a)相互对准；其中，所述定子发射线圈(20)的所述内部部分绕组(34b)和所述转子接收线圈(28)的所述内部部分绕组(34b)相互对准。
2.根据权利要求1所述的旋转角度传感器(10)，
其中，所述定子发射线圈(20)的所述外部部分绕组(34a)和所述内部部分绕组(34b)这样实施，使得所述定子发射线圈的所述外部部分绕组和所述内部部分绕组基本上产生相同的磁通量，和/或，
其中，所述转子接收线圈(28)的所述外部部分绕组(34a)和所述内部部分绕组(34b)这样实施，使得所述转子接收线圈的所述外部部分绕组和所述内部部分绕组基本上产生相同的磁通量。
3.根据权利要求1或2所述的旋转角度传感器(10)，
其中，所述定子发射线圈(20)的和/或所述转子接收线圈(28)的所述外部部分绕组(34a)具有多个导体线环(36)，所述导体线环分别完全围绕所述定子元件(12)或所述转子元件(14)；和/或，
其中，所述定子发射线圈(20)的和/或所述转子接收线圈(28)的所述内部部分绕组(34b)具有多个导体线环(36)，所述导体线环分别完全围绕所述定子元件(12)或所述转子元件(14)。
4.根据权利要求3所述的旋转角度传感器(10)，
其中，所述定子发射线圈(20)的所述外部部分绕组(34a)的相应于由所述外部部分绕组的导体线环(36)展开的面积的总和的有效面积基本上相当于所述定子发射线圈(20)的所述内部部分绕组(34b)的有效面积，和/或，
其中，所述转子接收线圈(28)的所述外部部分绕组(34a)的相应于由所述外部部分绕组的导体线环展开的面积的总和的有效面积基本上相当于所述转子接收线圈(28)的所述内部部分绕组(34b)的有效面积。
5.根据前述权利要求中任一项所述的旋转角度传感器(10)，
其中，所述定子发射线圈(20)的和/或所述转子接收线圈(28)的所述外部部分绕组(34a)具有多个导体线环(36)，尤其围绕所述定子元件(12)的对称轴线(T)或所述旋转轴线(R)观察，所述导体线环形成螺旋线；和/或，
其中，所述定子发射线圈(20)的和/或所述转子接收线圈(28)的所述内部部分绕组(34a)具有多个导体线环(36)，尤其围绕所述定子元件(12)的对称轴线(T)或所述旋转轴线(R)观察，所述导体线环形成螺旋线。
6.根据前述权利要求中任一项所述的旋转角度传感器(10)，
其中，所述定子发射线圈(20)的和/或所述转子接收线圈(28)的所述外部部分绕组(34a)和所述内部部分绕组(34b)与所述定子发射线圈(20)的对称轴线(T)或所述旋转轴线(R)同轴地布置。
7.根据前述权利要求中任一项所述的旋转角度传感器(10)，
其中，所述定子发射线圈(20)和/或所述转子接收线圈(28)实施为在电路板(18、26)上的呈印制导线形式的平面线圈。
8.根据前述权利要求中任一项所述的旋转角度传感器(10)，
其中，所述定子接收线圈(22)布置在所述定子元件(12)的环区域(39)中，该环区域在径向外部由所述外部部分绕组(34a)限界并且在径向内部由所述定子发射线圈(20)的所述内部部分绕组(34b)限界；和/或，
其中，所述定子接收线圈具有多个关于电流流动方向而言反向地定向的部分绕组。
9.根据前述权利要求中任一项所述的旋转角度传感器(10)，
其中，所述转子发射线圈(30)布置在所述转子元件(14)的环区域(39)中，该环区域在径向外部由所述外部部分绕组(34a)限界并且在径向内部由所述内部部分绕组(34b)限界；其中，所述转子发射线圈(30)具有多个关于电流流动方向而言反向地定向的部分绕组(46a、46b)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的旋转角度传感器(10)，
其中，所述定子接收线圈(22)完全覆盖接收环区域(39)；
其中，所述转子发射线圈(30)具有多个镰形的部分绕组(46a、46b)，所述部分绕组与所述接收环区域(38)相对置。
11.用于旋转角度传感器(10)的定子元件(12)，包括：定子发射线圈(20)和定子接收线圈(22)；其特征在于，
所述定子发射线圈(20)具有圆形的外部部分绕组(34a)和圆形的内部部分绕组(34b)，该内部部分绕组布置在所述外部部分绕组(34a)内部并且该内部部分绕组与所述外部部分绕组(34a)这样电连接，使得所述内部部分绕组相对于所述外部部分绕组(34a)关于电流流动方向而言反向地定向；并且，其中，所述外部部分绕组(34a)和所述内部部分绕组(34b)尤其产生基本上相同的磁通量。
12.用于旋转角度传感器(10)的转子元件(14)，包括：转子发射线圈(30)和转子接收线圈(28)；其特征在于，
所述转子接收线圈(28)具有圆形的外部部分绕组(34a)和圆形的内部部分绕组(34b)，该内部部分绕组布置在所述外部部分绕组(34a)内部并且该内部部分绕组与所述外部部分绕组(34a)这样电连接，使得所述内部部分绕组相对于所述外部部分绕组(34a)关于电流流动方向而言反向地定向；并且，其中，所述外部部分绕组(34a)和所述内部部分绕组(34b)尤其产生基本上相同的磁通量。
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