CN109416262A - 旋转角度传感器，用于该旋转角度传感器的定子元件以及转子元件 - Google Patents

旋转角度传感器，用于该旋转角度传感器的定子元件以及转子元件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种旋转角度传感器(10)，包括定子元件(12)，关于所述定子元件(12)围绕旋转轴线(A)能旋转地受支承的转子元件(14)，其中，旋转角度能够通过在所述转子元件(14)和所述定子元件(12)之间的感应耦合感测。在此设置为，在所述定子元件(12)上布置有至少一个补偿元件(1、2、3)，其中，所述至少一个补偿元件(1、2、3)包括用于发射电磁补偿交变场的至少一个补偿发射线圈(22、28)和用于接收电磁交变场的至少一个补偿接收线圈(30)。在此，所述转子元件(14)具有至少一个第一导电区段(32、36)。在此，所述至少一个第一导电区段(32、36)这样布置在所述转子元件(14)上并且这样与所述补偿元件(1、2、3)的所述至少一个补偿发射线圈(22、28)和所述至少一个补偿接收线圈(30)感应耦合，使得在通过所述少一个补偿发射线圈(22、28)发射所述电磁补偿交变场时在所述至少一个第一补偿接收线圈(30)中感应出的补偿交变电压主要取决于所述定子元件(12)和所述转子元件(14)彼此关于所述旋转轴线(A)的相对径向布置。

Description

旋转角度传感器，用于该旋转角度传感器的定子元件以及转 子元件
技术领域
本发明涉及一种旋转角度传感器、用于该旋转角度传感器的定子元件以及转子元件。
背景技术
通过将发射线圈和接收线圈布置在旋转角度传感器的定子上，所述发射线圈和接收线圈与在转子上的靶标这样感应耦合，使得在通过发射线圈发射电磁交变场时在接收线圈中感应出交变电压，可以根据所感应出的交变电压感测旋转角度。这例如在EP 0 909955 B1中进行了描述。
发明内容
本发明从以下认知出发，对于实际的传感器而言，由于关于定子元件和转子元件的相对位置方面的支承间隙或由制造决定的公差可能出现误差，该误差如此大，使得不能再满足关于所测量的旋转角度的精度方面的规定。
因此，可以产生以下需求：提供旋转角度传感器，该旋转角度传感器即使在定子元件或定子相对于转子元件或转子与理想位置、如对中位置存在径向偏差的情况下也补偿在用于角度感测的测量信号中的在此出现的变化。
因此，本发明的任务是，提供改进的旋转角度传感器。
该任务通过根据权利要求1所述的旋转角度传感器和根据并且权利要求所述的定子元件以及转子元件解决。
本发明的其他有利构型在从属权利要求中说明。
相应的旋转角度传感器包括定子元件和相对于定子元件围绕旋转轴线可旋转地受支承的转子元件，其中，可以通过在转子元件和定子元件之间的感应耦合来感测旋转角度，其中，在定子元件上布置有至少一个补偿元件，其中，所述至少一个补偿元件包括用于发射电磁补偿交变场的至少一个补偿发射线圈和用于接收电磁交变场的至少一个补偿接收线圈，其中，转子元件具有至少一个第一导电区段，其中，所述至少一个第一导电区段这样布置在转子元件上并且与补偿元件的所述至少一个补偿发射线圈和所述至少一个补偿接收线圈这样感应耦合，使得在通过所述至少一个补偿发射线圈发射电磁补偿交变场的情况下在所述至少一个第一补偿接收线圈中感应出的补偿交变电压主要取决于定子元件和转子元件彼此关于旋转轴线的相对径向布置。
在此理解为，补偿交变电压也可以取决于旋转角度。然而优选地，补偿元件这样构型，使得在转子元件和定子元件之间的限定布置中的纯旋转运动不改变或仅微小地改变补偿交变电压。只有在定子元件和转子元件之间的径向移动、例如由于相对于旋转轴线的支承间隙而引起的离心布置才会可测量地改变补偿交变电压。优选地，补偿交变电压在它的大小或幅度方面与相对于限定的径向布置的偏差有关地和/或成比例地改变。例如幅度可以随着沿径向方向增大的偏差而提升。可以设置为，补偿交变电压仅对于沿着笛卡尔坐标轴系统中的一个方向的移动敏感。那么两个与旋转轴线不共线的并且彼此相向布置的补偿元件的设置也能够实现对于在垂直于旋转轴线的平面中沿着所有方向的移动的敏感性。
在本申请的意义中，“导电”区段也可以理解为“能导电的区段”。在此，要理解为，在本申请的意义中通常称为绝缘体或作为绝缘体使用的材料不被视为“导电的”或“能导电的”。例如金属板可以是导电的或者说能导电的。
通过发射电磁补偿交变场，在所述至少一个第一补偿接收线圈中感应出补偿交变电压。在此，转子元件的第一导电区段、也可称为所谓的靶标可以用于感应耦合。在此，感应耦合取决于靶标和补偿元件的相对径向布置。靶标布置在转子元件上，补偿元件布置在定子元件上。由此转子元件和定子元件的相对径向布置影响取决于补偿元件和靶标之间的感应耦合而感应出的补偿交变电压。因此，通过监控感应出的补偿交变电压可以监控转子元件和定子元件的相对径向布置。按照所述至少一个补偿接收线圈通过转子元件的第一导电区段或者说通过靶标的相对覆盖改变通过补偿发射线圈感应出的电压的幅度。
有利地，定子元件具有用于发射电磁角度感测交变场的至少一个角度感测发射线圈和用于感测电磁交变场的至少一个角度感测接收线圈，其中，转子元件具有至少一个第二导电区段。在此，所述至少一个第二导电区段例如可以关于旋转轴线圆环扇形地构造。在此，所述至少一个第二导电区段与所述至少一个角度感测接收线圈这样感应耦合，使得在通过所述至少一个角度感测发射线圈发射电磁角度感测交变场时在所述至少一个角度感测接收线圈中感应出至少一个角度感测交变电压，其中，所述至少一个第二导电区段这样布置在转子元件上，使得在所述至少一个角度感测接收线圈中感应出的第一交变电压取决于在定子元件和转子元件之间的旋转角度。特别有利地，感应出的角度感测交变电压主要取决于在定子元件和转子元件之间的旋转角度。这产生特别紧凑的布置，因为对于角度感测而言重要的第二区段和对于补偿而言重要的第一区段可以构造在例如在转子元件或转子中的单个靶标中。
有利地，所述至少一个补偿元件或所述至少一个补偿接收线圈位于所述至少一个角度感测接收线圈的径向外部。由此特别可靠地识别径向偏差，因为由此使角度感测线圈和补偿线圈的交互影响最小化。
有利地，用于产生补偿交变场的所述至少一个补偿发射线圈和用于产生角度感测交变场的所述至少一个角度感测发射线圈布置在定子元件上。这能够实现用于线圈的触点接通的简化的线缆引导或印制导线引导。
有利地，所述至少一个角度感测发射线圈在径向外部环绕所述至少一个角度感测接收线圈地布置。这能够实现在电路板上的特别紧凑的结构方式。特别有利地，定子元件由此可以布置在单个电路板上。
有利地，所述至少一个补偿接收线圈的绕组关于所述至少一个第一导电区段而言相对于旋转轴线在径向上与第一导电区段至少部分重叠地布置。在此，例如第一导电区段的径向延展尺寸小于所述至少一个补偿接收线圈的径向延展尺寸。由此可以特别好地探测补偿交变电压的变化或这种感应出的补偿交变电压的当前值。在此，在所述至少一个第一导电区段耦合的情况下，通过所述至少一个补偿发射线圈的电磁补偿交变场在所述至少一个第一补偿接收线圈中感应出补偿交变电压。在这种几何比例的情况下可以特别精确地感测所述至少一个第一导电区段沿着径向方向的小的位置变化。因此也可以识别出定子元件和转子元件彼此关于旋转轴线的相对径向布置的小的偏差。例如能够以该方式特别准确地感测限定的参考位置、例如定子元件和转子元件之间的对中位置关于旋转轴线的偏差。
有利地，所述至少一个第一导电区段是围绕转子元件在周向方向上环绕的导电圆环。这已经能够通过仅仅单个补偿元件实现偏差的识别。
有利地，所述至少一个第一导电区段从旋转轴线在径向上延伸。在此，所述至少一个第二导电区段径向地、朝着旋转轴线的方向延伸地衔接到所述至少一个第一导电区段上。在此，沿径向方向观察，所述至少一个第二导电区段布置在旋转轴线和所述至少一个第一导电区段之间。在此，沿径向方向观察，在所述至少一个第二导电区段和所述至少一个第一导电区段之间设置有间隙或缝隙。该间隙或缝隙可以是圆环扇形的并且优选可以沿周向方向延伸。几何线形成在所述区段之间的界限，所述至少一个第一导电区段的边缘和所述至少一个第二导电区段的边缘在相应区段的相对彼此的一侧上限界在该几何线上。所述至少一个第一导电区段和所述至少一个第二导电区段形成的面通过间隙或缝隙优选在该界限处中断。这能够实现所述至少一个第一导电区段与所述至少一个补偿接收线圈的重叠，而所述至少一个第二导电区段与所述至少一个补偿接收线圈间隔开。由此提升关于通过第二电区段产生的寄生感应耦合的识别的稳固性。
有利地，间隙或缝隙沿径向方向的延展尺寸为补偿接收线圈的径向延展尺寸和所述至少一个第一导电区段的径向延展尺寸的差的至少50％。由此改善功能性。在对中的情况下，即当定子元件和转子元件关于旋转轴线对中心时，所述至少一个第一导电区段例如居中地处于相应的补偿接收线圈的绕组之间。在径向向内最大偏移的情况下，所述至少一个第一导电区段优选完全位于角度感测接收线圈的绕组外部。在径向向外偏移的情况下，其中所述至少一个第一导电区段刚好还位于补偿接收线圈内部，同时确保，所述至少一个第二导电区段还未与补偿接收线圈或者仅最小地与补偿接收线圈在径向内部重叠。对于这种向径向外部的移动，所述至少一个第二导电区段还未与补偿接收线圈重叠地布置。所述至少一个第一导电区段在径向上优选具有比所述至少一个补偿接收线圈的径向延展尺寸更小的尺寸。间隙宽度或缝隙宽度优选如此大地定尺寸，使得在出现径向错位的情况下所述至少一个第二导电区段不与所述至少一个补偿元件重叠，即间距足够大，从而在所述至少一个第二导电区段和所述至少一个补偿元件之间不产生(强烈的)感应耦合。以该方式确保，所述至少一个补偿元件仅仅或者说主要仅与所述至少一个第一导电区段耦合并且补偿测量结果不会由于考虑用于角度感测的所述至少一个第二导电区段而扭曲。
有利地，所述至少一个第二导电区段和所述至少一个第一导电区段形成关于旋转轴线在径向上彼此衔接的、尤其圆环扇形的面，其中，第一导电区段尤其包围间隙或缝隙。这能够实现由导电材料的简单的、尤其一件式的生产。在此，间隙或缝隙例如由薄板冲压出。
有利地，所述至少一个补偿接收线圈包括相同数量的第一部分绕组和第二部分绕组，所述第一部分绕组和第二部分绕组这样相对彼此地并且关于旋转轴线地布置，使得通过电磁补偿交变场在第一部分绕组中感应出第一交变电压分量并且在第二部分绕组中感应出具有相反正负号的第二交变电压分量。在此，第一交变电压分量和第二交变电压分量在所述至少一个第一导电区段关于旋转轴线处于预给定的径向布置中时相互抵消。在上面提到的径向居中的布置的情况下，在部分绕组中感应出的交变电压叠加成优选0V(零伏)的合成电压。因此，沿着一个或另一个方向的偏差可以在感应出的电压的幅度上看出来。对此有利地，部分绕组沿彼此相反的方向缠绕。例如可以在转子元件和定子元件关于旋转轴线对中布置的情况下或者在相应于参考位置定位的情况下设定所述至少一个第一导电区段关于所述至少一个补偿接收线圈的这种居中布置。那么感应出的补偿交变电压在两个部分绕组中相互抵消。
有利地，至少一个补偿元件和至少一个第一导电区段的数量一致。有利地，在定子元件上在0°和170°至190°范围内、优选180°的最大角度之间的预给定扇形段中布置有两个补偿接收线圈，其中，在转子元件上在0°和170°至190°范围内、优选180°的最大角度之间的预给定扇形段中设置有两个第一导电区段。附加地或替代地，至少两个补偿接收线圈和至少两个第一导电区段沿定子元件或转子元件的周向方向以尤其在70°和100°之间的、优选90°的预给定角度错位地布置。
这是用于实施为旋转角度段传感器的旋转角度传感器的特别有利的布置。如果例如选择180°的扇形段，那么可以使旋转角度传感器的结构尺寸相对于360°的扇形段而言减半。如果附加地例如选择90°的错位，那么一方面可以如此限定具有在旋转轴线中的原点的笛卡尔坐标系，使得两个补偿接收线圈沿负x方向和沿正x方向以相对于原点相同的间距布置。另一方面，一个补偿接收线圈可以沿正y方向以与所述两个补偿接收线圈相对于原点相同的间距布置。由此能够测量转子元件相对于定子元件的相对布置的径向偏差作为沿着x轴线和y轴线的偏差的线性组合。在这种情况下，例如在转子元件的静止位置中在旋转角度传感器中三个第一导电区段以90°错位地布置。优选地，所述导电区段中的两个导电区段如此布置，使得所述两个导电区段在该静止位置中沿负x方向和沿正x方向以相对于原点相同的间距布置，并且所述第一导电区段中的一个第一导电区段沿正y方向以与所述两个导电区段相对于原点相同的间距布置。由此可以在静止位置中识别转子元件从它的对中位置沿x方向和沿y方向的偏差。这样通过向量测量直接确定水平的以及垂直的错位。由此可以在90°错位的情况下直接测量x公差和y公差，而不必进行换算。
本发明也涉及用于旋转角度传感器的所述类型的定子元件和转子元件。
附图说明
下面参照附图详细阐释本发明的优选实施方式。
在附图中：
图1示意性示出旋转角度传感器的一部分的视图，
图2示意性示出用于旋转角度传感器的定子的一部分的视图，
图3示意性示出根据第一实施方式的旋转角度传感器的一部分，
图4示意性示出根据第一实施方式的旋转角度传感器的一部分的详细视图，
图5a、5b、5c示意性示出根据图4的旋转角度传感器的部件的不同相对布置的视图，
图6示意性示出根据第二实施方式的转子元件。
具体实施方式
图1示意性示出旋转角度传感器10，包括定子元件12和相对于定子元件12围绕旋转轴线A可旋转地受支承的转子元件14。
旋转角度可以通过在转子元件14和定子元件12之间的感应耦合来感测。关于感应耦合和所述感应耦合用于确定旋转角度的应用的细节例如在EP 0 909 955 B1中进行描述。
与此相应地，定子元件12例如具有在图1中示出的用于发射电磁角度感测交变场的至少一个角度感测发射线圈22和用于感测电磁交变场的至少一个角度感测接收线圈20。
在下面，“径向”或“径向布置”意味着从旋转轴线A出发的轮辐形的方向或布置。在下面，“环绕”或“环绕方向”意味着基本上在垂直于旋转轴线A的平面中的圆形方向。在下面，“轴向方向”意味着沿着旋转轴线A的方向。
用于旋转角度传感器10的传感器电路板例如包括至少一个环绕布置的角度感测发射线圈22，该角度感测发射线圈具有一个或多个绕组并且优选实施为平面线圈。有利地，绕组可以在多层电路板的多个平面中实现，以便可以产生足够大的电磁交变场。所述至少一个角度感测发射线圈22被加载以交变电压，该交变电压在频率在几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的幅度。
图2示出已知的示例性的用于旋转角度传感器的传感器电路板的布局，该旋转角度传感器实施为旋转角度段传感器。这意味着，没有设置360°环绕旋转轴线A的线圈，而是布置具有适配于旋转角度传感器的预给定测量范围β的预给定开口角度α的线圈。与此相应地，测量范围β也小于360°。测量范围β原则上可以覆盖在β＝0°和β＝360°之间的所有角度，有利地，测量范围β具有值β＝360°/n。在此，n是大于1的自然数。例如测量范围β＝120°。环绕的角度感测发射线圈22的开口角度α优选比测量范围β大5°至10°，以便使在所述至少一个角度感测发射线圈22的径向走向的印制导线的区域中的场不均匀性对于所述至少一个角度感测接收线圈20的影响保持得小。由此还实现测量范围β的相对均匀的磁通势。
所述至少一个角度感测发射线圈22具有径向走向的印制导线，所述印制导线通过圆弧相互连接。圆弧形的印制导线朝内由内半径ri限界并且朝外由外半径ra限界。外半径ra例如由可使用的结构空间限界并且为几十毫米，优选为25mm。内半径ri如此大小地定尺寸，使得能够实现轴贯穿，但是如果不需要所述轴贯穿内半径也可以为0mm。为了增大场强，所述至少一个角度感测发射线圈22可以实施在传感器电路板的多个平面中。
例如至少一个角度感测接收线圈20在所述至少一个角度感测发射线圈22的内部空间中走向，所述至少一个角度感测接收线圈例如由两个部分绕组形成，这两个部分绕组分别在通电流的情况下由电流沿不同方向(沿顺时针或逆时针)流经。部分绕组可以构造在电路板的不同平面中，特别是在绕组的交叉点处。
图3示出旋转角度传感器10的第一实施方式的俯视图。旋转角度传感器10具有线圈组件23。该线圈组件在示例中实施得相应于在图2中描述的所述至少一个角度感测发射线圈22和所述至少一个角度感测接收线圈20的组件。转子元件14具有至少一个第一导电区段32并且还具有至少一个第二导电区段26。
所述至少一个第二导电区段26优选关于旋转轴线A圆环扇形地构造。其他形式、例如矩形或圆形或一般的多边形同样是可能的。
所述至少一个第二导电区段26与所述至少一个角度感测接收线圈20这样感应耦合，使得在通过所述至少一个角度感测发射线圈22发射电磁角度感测交变场时在所述至少一个角度感测接收线圈20中感应出至少一个角度感测交变电压。所述至少一个第二导电区段26这样布置在转子元件14上，使得在所述至少一个角度感测接收线圈20中感应出的角度感测交变电压主要取决于在定子元件12和转子元件14之间的旋转角度。关于所述至少一个角度感测发射线圈22、所述至少一个角度感测接收线圈20和所述至少一个第二导电区段26的布置的细节以及用于确定旋转角度的细节例如由EP 0 909 955 B1已知。
此外，在定子元件上布置有至少一个第一补偿元件1、一个第二补偿元件2和一个第三补偿元件3。
这些补偿元件1、2、3中的每个补偿元件包括用于发射电磁补偿交变场的至少一个补偿发射线圈28和用于接收电磁交变场的至少一个补偿接收线圈30。
所述至少一个第一导电区段32这样布置在转子元件14上并且与各个补偿元件1、2、3的所述至少一个补偿发射线圈22和所述至少一个补偿接收线圈30这样感应耦合，使得在通过所述至少一个补偿发射线圈28发射电磁补偿交变场时在所述至少一个第一补偿接收线圈30感应出的补偿交变电压主要取决于定子元件12和转子元件14彼此关于旋转轴线A的相对径向布置。所述感应耦合例如像对于旋转角度感测所描述的那样进行。由此，耦合系数、即补偿接收线圈30上的电压与补偿发射线圈22上的电压的幅度比例提供关于各个第一导电区段32相对于相应的补偿元件1、2、3的相对位置的信息和由此尤其关于定子元件12相对于转子元件14的相对径向位置的信息。
用于产生补偿交变场的所述至少一个补偿发射线圈28和用于产生角度感测交变场的所述至少一个角度感测发射线圈22例如布置在定子元件12上，如在图1中示出的那样。
与此替代地，补偿接收线圈30可以布置在定子元件12上的角度感测发射线圈22内部。以该方式，旋转角度传感器10或定子元件12还可以更小地构造或具有更小的直径。
所述至少一个补偿元件1、2、3或所述至少一个补偿接收线圈30优选平行于基本上垂直于旋转轴线A走向的平面。优选地，以垂直于旋转轴线A的平面上的投影观察，所述至少一个补偿元件1、2、3或所述至少一个补偿接收线圈30不与所述至少一个角度感测接收线圈20面式地重叠。在此，优选地，所述至少一个补偿元件1、2、3或所述至少一个补偿接收线圈30位于所述至少一个角度感测接收线圈30的径向外部，即从旋转轴线A看相对于该旋转轴线距离更远。
所述至少一个补偿接收线圈30的绕组可以在转子元件14和定子元件12对中的位置中相对于旋转轴线A在径向上关于所述至少一个第一导电区段32而言至少部分重叠地布置，其中，例如所述至少一个第一导电区段32的径向延展尺寸小于所述至少一个补偿接收线圈30的径向延展尺寸。
根据第一实施方式，所述至少一个第一导电区段32基本上圆环扇形地构造。根据第一实施方式，所述至少一个第一导电区段32从旋转轴线A径向向外延伸。替代于圆环扇形也可以使用其他形状，例如矩形或圆形。
从径向上看，所述至少一个第二导电区段26衔接到所述至少一个第一导电区段32上并且朝着旋转轴线A的方向延伸。沿径向方向观察，所述至少一个第二导电区段26布置在旋转轴线A和所述至少一个第一导电区段32之间。沿径向方向观察，在所述至少一个第二导电区段26和所述至少一个第一导电区段32之间设置有优选圆环扇形的间隙34或缝隙34，所述间隙或缝隙优选沿周向方向延伸。间隙34或缝隙34也可以具有矩形形状或其他形状。
优选地，所述至少一个第二导电区段26和所述至少一个第一导电区段32形成关于旋转轴线A在径向上彼此衔接的、尤其圆环扇形的面38，其中，尤其所述至少一个第一导电区段32包围间隙34或缝隙34。面38可以表现出其他形状、例如矩形或圆形。
在图3中示意性示出具有角度感测发射线圈22的线圈组件23。角度感测发射线圈22布置在关于x轴线逆时针的δ＝20°至δ＝160°的圆弧段中。所述角度感测发射线圈的平均径向延展尺寸D以虚线示出并且具有在几十mm和几百mm之间、例如在10mm和200mm之间的值。所述组件的开口角度为α＝140°。其他角度同样是可能的。
图3示出由定子元件12和转子元件14的布置的俯视图。在定子元件12上布置有3个补偿元件1、2、3以及线圈组件23。在此，线圈组件23例如可以如图2那样构造。为了更好的概要性的目的，纯示例性地示出具有仅几个梯形转子区段的转子元件12，该转子区段由第一导电区段32、间隙34和第二导电区段26形成。理解为，转子元件也可以具有多个例如相同的转子区段32、34、26。例如同样设置与补偿元件1、2、3一样多的转子区段32、34、26。但是也可以设置比补偿元件1、2、3更少或更多的转子区段32、34、26。例如设置两个、三个或四个转子区段32、34、26。转子区段32、34、26也可以具有扇形构型或圆环扇形构型。
具有第一补偿元件1、第二补偿元件2和第三补偿元件3的所示出的布置形成在δ＝20°至δ＝160°的圆弧段中。各个补偿元件1、2、3如在图3中那样在δ＝25°至δ＝50°的第一圆弧段、在δ＝77.5°至δ＝102.5°的第二圆弧段和在δ＝130°至δ＝155°的第三圆弧段中延伸。在此，第一补偿元件1、第二补偿元件2和第三补偿元件3在径向上看相对于旋转轴线A的间距大于线圈组件23的外半径ra。
图4示意性示出根据第一实施方式的旋转角度传感器10的局部的视图。所述至少一个补偿接收线圈30具有第一径向延展尺寸D1。所述至少一个第一导电区段32具有第二径向延展尺寸D2。在此，所述至少一个第一导电区段32径向向内观察通过间隙34或缝隙34限界。间隙34或缝隙34具有第三径向延展尺寸D3。
间隙34或缝隙34的第三径向延展尺寸D3在径向方向上优选为所述至少一个补偿接收线圈30的第一径向延展尺寸D1和所述至少一个第一导电区段32的第二径向延展尺寸D2的差的至少50％。
替代于间隙34或缝隙34或圆环形的至少一个第一导电区段32，可以设置另外的附加结构，该附加结构优选仅用于测量公差。
优选地，在对中的情况下，即当转子元件14和定子元件12相对于旋转轴线A对中并且所述至少一个第一导电区段32由此位于额定位置中时，所述至少一个第一导电区段32居中地布置在所述至少一个补偿接收线圈30的反向绕组30a、30b或部分绕组30a、30b之间。在示例中，每个绕组30a、30b或部分绕组30a、30b具有0.5xD1的径向宽度或径向延展尺寸、即第一径向延展尺寸D1的一半。在径向向外的最大偏移的情况下，所述至少一个第一区段32刚好还位于径向外绕组30a或部分绕组30a的内部。在移动了0.5x(D1-D2)、即所述至少一个补偿接收线圈30的第一径向延展尺寸和所述至少一个第一导电区段32的第二径向延展尺寸D2的差的一半之后是这种情况。对于该移动，所述至少一个第二导电区段26优选不位于所述至少一个补偿接收线圈30上方或者说不与所述至少一个补偿接收线圈30的径向内绕组30b或部分绕组30b重叠。为此如上面解释的那样选择间隙34或缝隙34的间隙宽度或缝隙宽度。
在此，所述至少一个第一导电区段32优选如在图4中示出的那样不如具有第一径向延展尺寸D1的所述至少一个补偿接收线圈30那么宽，即具有比所述至少一个补偿接收线圈更小的第二径向延展尺寸D2。那么优选适用D2<D1。这改善了用于识别公差的敏感性。
支承间隙或由制造决定而出现的公差能够实现定子元件12和转子元件14相对于旋转轴线A的相对移动。在确定旋转角度时与此有关的测量误差根据所述定子元件和转子元件在图3中的笛卡尔坐标系中的位置来描述。在此，旋转轴线A是z轴。
所述至少一个补偿发射线圈28和所述至少一个补偿接收线圈30的布置在示例中通过圆弧段限界。如在图3中示出的那样，该圆弧段具有从角度位置δ＝20°开始的开口角度α＝140°，该开口角度相应于线圈组件23的环绕的角度感测发射线圈22的开口角度α。如所述那样，所述至少一个第一导电区段32和所述至少一个第二导电区段26位于参照x轴并且参照在笛卡尔坐标系的原点围绕旋转轴线A逆时针转动的角度位置δ中。可能出现的关键公差是沿x方向的移动Δx以及沿y方向的移动Δy。这些关键公差视角度位置δ而定不同强度地影响旋转角度的测量误差。
在角度位置δ＝90°的情况下，仅沿x方向的移动直接相当于第二导电区段26的扭转。如果转子元件14在该位置中沿着x轴线移动，那么旋转角度传感器10通过所述至少一个角度感测接收线圈20将该移动感测为旋转角度，因为具有其感应耦合的至少一个第二区段26的转子元件14关于所述至少一个角度感测接收线圈20移动。由此改变交变电压信号。然后旋转角度传感器10针对所述改变配属有旋转角度的改变，而实际上没有发生转子元件14关于定子元件12的转动。在转子元件14的该位置中，得到对于角度误差的最大预期影响。该影响可以通过以下关系近似计算：
Δδx，max＝360°·Δxπ·D
所出现的y公差Δy对测量误差的影响在该位置上最小并且可忽略，因为所述至少一个角度感测接收线圈20通过转子元件14的覆盖度未改变或没有改变很多。
当所述至少一个第一导电区段26位于所述至少一个角度感测接收线圈20的径向走向的限界处时，出现相反的情形。在旋转角度δ为转子元件14的大约0°至10°时是这种情况。在这里，测量误差明显更强烈地取决于y公差并且最少地取决于x公差。因为在该位置中即使在出现沿y方向的小的移动的情况下转子元件14也会产生在与所述至少一个角度感测接收线圈20的覆盖度方面的强烈变化。旋转角度传感器10或与该旋转角度传感器耦合的分析处理电子部件会以改变的所感应出的角度感测交变电压的形式感测这种覆盖的变化并且与此相应地输出改变的旋转角度(即使仅存在转子元件14和定子元件12之间的沿y方向的移动)。
在这里，对于角度误差近似地适用于：
Δδy，max＝cosδ·Δδx，max＝cosδ·360°·Δxπ·D
在实际传感器中由于x公差和y公差而产生的误差例如通过所述补偿元件1、2、3中的至少一个补偿元件的布置变得可识别并且优选被避免。优选地，补偿元件1、2、3和第一导电区段32的数量一致。
优选地，在定子元件12上在0°和170°至190°范围内、优选180°的最大角度之间的预给定扇形段中布置有至少两个补偿接收线圈30，其中，在转子元件14上在0°和170°至190°范围内、优选180°的最大角度之间的预给定扇形段中设置有至少两个第一导电区段32。替代地或附加地，所述至少两个补偿接收线圈30和所述至少两个第一导电区段32沿定子元件12或转子元件14的周向方向以尤其在70°和100°之间的、优选90°的预给定角度错位地布置。
在第一实施方式中，所述至少一个补偿接收线圈30优选包括相同数量的第一部分绕组30a和第二部分绕组30b，所述第一部分绕组和第二部分绕组这样相对彼此地并且关于旋转轴线A地布置，使得通过在第一绕组30a或第一部分绕组30a中的电磁补偿交变场感应出第一交变电压分量并且在第二绕组30b或第二部分绕组30b中感应出具有相反正负号的第二交变电压分量，其中，第一交变电压分量和第二交变电压分量在所述至少一个第一导电区段32关于旋转轴线A处于预给定的径向布置中时相互抵消。
图5a、5b和5c示意性示出根据第一实施方式的旋转角度传感器10的部件的相对布置的视图。所述视图通过定子元件12和转子元件14彼此沿x方向的相应相对位置得出。在根据图5a的布置中，所述至少一个第一导电区段32相对于第一部分绕组30a和第二部分绕组30b的过渡区域对称。由此两个交变电压分量相互抵消并且耦合系数是零。
这意味着，所述至少一个第一导电区段32位于额定位置中，即不存在所述至少一个第二导电区段26关于旋转轴线A的横向的或垂直的错位。
如果现在所述至少一个第一导电区段32例如沿负x方向移动(图5b)，那么第一导电区段32越来越多地遮盖第二部分绕组30b并且在该线圈部分中的感应耦合被抑制。在第一部分绕组30a中感应出的电压剩余并且耦合系数是正的。
图5c示出对于所述至少一个第一导电区段32沿正x方向移动的相反情况。因此相应地得出负耦合系数。
优选地，所述补偿接收线圈30中的至少两个补偿接收线圈布置在角度感测接收线圈测量区域的外部。特别有利地，在使用所述至少两个补偿接收线圈30的情况下这些补偿接收线圈中的至少两个补偿接收线圈可以关于旋转轴线A不共线地布置。换言之：多个补偿接收线圈30中的至少两个补偿接收线圈不位于旋转轴线A也位于的直线上。由此可以通过两个耦合系数的测量推算出第二导电区域26的x错位和y错位。由此对于任何时间点，第二导电区域26的位置是已知的。优选地，相应地修正错误的角度信号。
替代于所述至少一个补偿接收线圈30、第一绕组30a、第一部分绕组30a、第二绕组30b或第二部分绕组30b的所描述的设计，其他形式也是可能的。例如第一绕组30a或第一部分绕组30a和第二绕组30b或第二部分绕组30b在俯视图中不必撑开矩形的面。此外，所述至少一个补偿发射线圈28或所述至少一个补偿接收线圈30的绕组数量可以大于一。此外，所述至少一个补偿接收线圈30可以比线圈组件23的所述至少一个补偿发射线圈28更靠近旋转轴线A地布置。替代地，所述至少一个补偿接收线圈30可以比所述至少一个补偿发射线圈28远离旋转轴线A地布置。
图6示意性示出根据第二实施方式的旋转角度传感器10的一部分。该旋转角度传感器包括转子元件14，该转子元件如对于第一实施方式所描述的那样布置在定子元件12上。与第一实施方式不同的是，根据第二实施方式的转子元件14具有替代于所述至少一个第一导电区段32的沿周向方向环绕的导电圆环36。
沿周向方向环绕的导电圆环36通过间隙34或缝隙34与所述至少一个第二导电区段26间隔开。沿径向方向观察，即沿朝着旋转轴线A的方向观察，所述至少一个第二导电区段26布置在旋转轴线A和环绕的导电圆环36之间。沿径向方向观察，例如圆环扇形的间隙34或缝隙34优选在所述至少一个第二导电区段26和环绕的导电圆环36之间沿周向方向延伸。沿周向方向看，例如设置四个第二导电区段26这些第二导电区段沿着相对彼此成90°间距的轮辐从旋转轴线A朝着环绕的导电圆环36径向地延伸。也可以设置更多或更少的第二导电区段26。
转子元件14的所述至少一个第二导电区段26、定子元件12的线圈组件23和补偿元件1、2、3如在第一实施方式中所描述的那样布置。环绕的导电圆环36例如以与第一实施方式的所述至少一个第一导电区段32相对于旋转轴线A的相同间距布置。间隙34或缝隙34例如在两个实施方式中具有相同的尺寸。
优选地，线圈组件23不同于第一实施方式地环绕旋转轴线A，即开口角度是α＝360°。那么旋转角度传感器10的测量范围β例如是β＝360°。在此，例如四个补偿元件以90°的间距相应地布置。

Claims (14)

1.旋转角度传感器(10)，包括
定子元件(12)，
相对于所述定子元件(12)围绕旋转轴线(A)能旋转地受支承的转子元件(14)，其中，旋转角度能够通过在所述转子元件(14)和所述定子元件(12)之间的感应耦合来感测，
其特征在于，
在所述定子元件(12)上布置有至少一个补偿元件(1、2、3)，其中，所述至少一个补偿元件(1、2、3)包括用于发射电磁补偿交变场的至少一个补偿发射线圈(22、28)和用于接收电磁交变场的至少一个补偿接收线圈(30)，
其中，所述转子元件(14)具有至少一个第一导电区段(32、36)，
其中，所述至少一个第一导电区段(32、36)这样布置在所述转子元件(14)上并且这样与所述补偿元件(1、2、3)的所述至少一个补偿发射线圈(22、28)和所述至少一个补偿接收线圈(30)感应耦合，使得在通过所述少一个补偿发射线圈(22、28)发射所述电磁补偿交变场时，在所述至少一个第一补偿接收线圈(30)中感应出的补偿交变电压主要取决于所述定子元件(12)和所述转子元件(14)彼此关于所述旋转轴线(A)的相对径向布置。
2.根据权利要求1所述的旋转角度传感器(10)，其特征在于，所述定子元件(12)具有用于发射电磁角度感测交变场的至少一个角度感测发射线圈(22)和用于感测电磁交变场的至少一个角度感测接收线圈(20)，
其中，所述转子元件(14)具有至少一个第二导电区段(26)，
其中，尤其所述至少一个第二导电区段(26)关于所述旋转轴线(A)圆环扇形地构造，
其中，所述至少一个第二导电区段(26)与所述至少一个角度感测接收线圈(20)这样感应耦合，使得在通过所述至少一个角度感测发射线圈(22)发射所述电磁角度感测交变场时在所述至少一个角度感测接收线圈(20)中感应出至少一个第一交变电压，
其中，所述至少一个第二导电区段(26)这样布置在所述转子元件(14)上，使得在所述至少一个角度感测接收线圈(20)中感应出的所述第一交变电压尤其主要取决于在所述定子元件(12)和所述转子元件(14)之间的旋转角度。
3.根据权利要求2所述的旋转角度传感器(10)，其特征在于，所述至少一个补偿元件(1、2、3)或所述至少一个补偿接收线圈(30)位于所述至少一个角度感测接收线圈(20)的径向外部。
4.根据前述权利要求中任一项所述的旋转角度传感器(10)，其特征在于，用于产生补偿交变场的所述至少一个补偿发射线圈(28)和用于产生角度感测交变场的所述至少一个角度感测发射线圈(22)布置在所述定子元件(12)上。
5.根据前述权利要求中任一项所述的旋转角度传感器(10)，其特征在于，所述至少一个补偿接收线圈(30)的绕组布置成关于所述至少一个第一导电区段(32、36)而言相对于所述旋转轴线(A)在径向上与所述至少一个第一导电区段(32、36)至少部分重叠，其中，尤其所述第一导电区段(32、36)的径向延展尺寸小于所述至少一个补偿接收线圈(30)的径向延展尺寸。
6.根据前述权利要求中任一项所述的旋转角度传感器(10)，其特征在于，所述至少一个第一导电区段(36)是围绕所述转子元件(14)在周向方向上环绕的能导电的圆环(36)。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的旋转角度传感器(10)，其特征在于，所述至少一个第一导电区段(32)从所述旋转轴线(A)在径向上延伸，其中，所述至少一个第二导电区段(26)在径向上朝着旋转轴线(A)的方向延伸地衔接到所述第一导电区段(32)上，其中，所述第二导电区段(26)沿径向方向观察在所述旋转轴线(A)和所述第一导电区段(32)之间布置，
其中，沿径向方向观察，在所述第二导电区段(26)和所述第一导电区段(32)之间设置有优选圆环扇形的、优选沿周向方向延伸的间隙(34)或缝隙(34)。
8.根据权利要求6或7所述的旋转角度传感器(10)，其特征在于，所述间隙(34)或所述缝隙(34)沿径向方向的延展尺寸(D3)为所述补偿接收线圈(30)的径向延展尺寸(D1)和所述第一导电区段(32、36)的径向延展尺寸(D2)的差的至少50％。
9.根据权利要求7所述的旋转角度传感器(10)，其特征在于，所述至少一个第二导电区段(26)和所述至少一个第一导电区段(32)形成关于所述旋转轴线(A)在径向上彼此衔接的、尤其圆环扇形的面(38)，其中，尤其所述第一导电区段(32)包围所述间隙(34)或所述缝隙(34)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的旋转角度传感器(10)，其特征在于，所述至少一个补偿接收线圈(30)包括相同数量的第一部分绕组(30a)和第二部分绕组(30b)，所述第一部分绕组和所述第二部分绕组这样相对彼此地并且关于所述旋转轴线(A)地布置，使得通过所述电磁补偿交变场在第一绕组(30a)或所述第一部分绕组(30a)中感应出第一交变电压分量并且在第二绕组(30b)或所述第二部分绕组(30b)中感应出具有相反正负号的第二交变电压分量，其中，第一交变电压分量和第二交变电压分量在所述至少一个第一导电区段(32)关于所述旋转轴线(A)处于预给定的径向布置中时相互抵消。
11.根据前述权利要求中任一项所述的旋转角度传感器(10)，其特征在于，至少一个补偿元件(1、2、3)和至少一个第一导电区段(32)的数量一致。
12.根据权利要求10所述的旋转角度传感器(10)，其特征在于，在所述定子元件(12)上在0°和170°至190°范围内、优选180°的最大角度之间的预给定扇形段中布置有至少两个补偿接收线圈(30)，其中，在所述转子元件(14)上在0°和170°至190°范围内、优选180°的最大角度之间的预给定的扇形段中设置有至少两个第一导电区段(32)，
和/或，
所述至少两个补偿接收线圈(30)和所述至少两个第一导电区段(32)沿所述定子元件(12)或所述转子元件(14)的周向方向以尤其在70°和100°之间、优选90°的预给定角度错位地布置。
13.用于根据权利要求1至12中任一项所述的旋转角度传感器(10)的定子元件(12)，其特征在于，
在所述定子元件(12)上布置有至少一个补偿元件(1、2、3)，其中，所述至少一个补偿元件(1、2、3)包括用于发射电磁补偿交变场的至少一个补偿发射线圈(22、28)和用于接收电磁交变场的至少一个补偿接收线圈(30)，
其中，所述转子元件(14)具有至少一个第一导电区段(32、36)，
其中，所述至少一个第一导电区段(32、36)这样布置在所述转子元件(14)上并且能够与所述至少一个补偿发射线圈(22、28)这样感应耦合，使得在通过所述至少一个补偿发射线圈(22、28)发射所述电磁补偿交变场时，在所述至少一个补偿接收线圈(30)中感应出的补偿交变电压主要取决于所述定子元件(12)和转子元件(14)彼此关于所述旋转轴线(A)的相对径向布置。
14.用于根据权利要求1至12中任一项所述的旋转角度传感器(10)的转子元件(14)，其特征在于，所述转子元件(14)能够相对于定子元件(12)围绕旋转轴线(A)能旋转地受支承，
其中，在所述定子元件(12)上布置有至少一个补偿元件(1、2、3)，其中，所述至少一个补偿元件(1、2、3)包括用于发射电磁补偿交变场的至少一个补偿发射线圈(22、28)和用于接收电磁交变场的至少一个补偿接收线圈(30)，
其中，所述转子元件(14)具有至少一个第一导电区段(32、36)，
其中，所述至少一个第一导电区段(32、36)这样布置在转子元件(14)上并且能够与所述补偿发射线圈(22、28)这样感应耦合，使得在通过所述至少一个补偿发射线圈(22、28)发射所述电磁补偿交变场时，在所述至少一个补偿接收线圈(30)中感应出的补偿交变电压主要取决于所述定子元件(12)和所述转子元件(14)彼此关于所述旋转轴线(A)的相对径向布置。
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