CN112368548B - 旋转位置感测设备及方法 - Google Patents

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Abstract

提供了旋转位置传感器。在一示例实施方式中，旋转位置传感器可以包括第一构件和第二构件，第一和第二构件中的一个具有发射天线和接收天线，而第一和第二构件中的另一个具有中间耦合元件。接收天线具有至少一个接收导电绕组，其布置为形成第一组电流回路和第二组电流回路。中间耦合元件包括以图案布置的导电材料。中间耦合元件的图案与第一和第二组电流回路的布局相互布置，以使得由背景磁场在第一组电流回路中感应的任何电动势由背景磁场在第二组电流回路中感应的电动势基本平衡。

Description

旋转位置感测设备及方法
技术领域
本公开的示例方面涉及两个构件之间的相对旋转位置的感应感测。
背景技术
已知各种形式的感应位置传感器用于检测第一构件相对于第二构件的位置。在一些情况下，一个构件承载发射天线和接收天线，而另一构件承载中间耦合元件。发射天线和接收天线布置成使得在中间耦合元件不存在的情况下，由流过发射天线的交流电产生的磁场在接收天线中感应出零信号(发射天线和接收天线然后称为平衡)。然而，在存在中间耦合元件的情况下，由流过发射天线的交流电产生的磁场在接收天线中感应出电动势，该电动势产生的电流取决于中间耦合元件相对于发射和接收天线的位置。通过分析该电流，可以确定两个构件的相对位置。
发明内容
根据第一方面，提供了一种旋转位置传感器，包括第一构件和第二构件，第一构件和第二构件中的一个具有发射天线和接收天线，而第一构件和第二构件中的另一个具有中间耦合元件。发射天线具有至少一个导电绕组，其布置成使流过发射导电绕组的电流产生磁场，而接收天线具有至少一个接收导电绕组，其布置成形成第一组电流回路和第二组电流回路，该第一组电流回路和第二组电流回路布置成使得在接收导电绕组中流动的电流在第一组电流回路中以第一旋转感流动，而在第二组电流回路中以与第一旋转感相反的第二旋转感流动。中间耦合元件包括以图案布置的导电材料，使得由发射天线产生的磁场在接收天线的导电绕组中感应的净电动势根据第一和第二构件的相对旋转位置而变化。中间耦合元件的图案与第一组电流回路和第二组电流回路的布局相互布置，使得由交变背景磁场在第一组电流回路中感应的任何电动势由交变背景磁场在第二组电流回路中感应的电动势基本平衡，而与第一和第二构件的相对旋转位置无关。
进一步的方面在所附权利要求中提出。
从以下仅以示例的方式给出的优选实施例的描述中，本公开的其他特征和优点将变得显而易见，所述优选实施例是参照附图进行的。
附图说明
图1示出了旋转位置传感器的主要部件；
图2示出了在根据第一示例的旋转位置传感器的第一构件上的发射天线和接收天线的布局的平面图；
图3示出了在根据第一示例的旋转位置传感器的第二构件上形成中间耦合元件的导电图案的平面图；
图4A示出了形成根据第一示例的旋转位置传感器的发射天线的导电绕组的布局；
图4B示出了形成根据第一示例的旋转位置传感器的接收天线的正弦绕组的导电绕组的布局；
图4C示出了形成根据第一示例的旋转位置传感器的接收天线的余弦绕组的导电绕组的布局；
图5示意性地示出了在图3所示的中间耦合元件不存在的情况下由交变背景磁场在图4B所示的正弦绕组中产生的电动势；
图6示意性地示出了在图3所示的中间耦合元件存在的情况下由交变背景磁场在图4B所示的正弦绕组中产生的电动势；
图7示出了根据第二示例的旋转位置传感器的第一构件上的发射天线和接收天线的布局的平面图；
图8示出了在根据第二示例的旋转位置传感器的第二构件上形成中间耦合元件的导电图案的平面图；
图9A示出了形成根据第二示例的旋转位置传感器的发射天线的导电绕组的布局；
图9B示出了形成根据第二示例的旋转位置传感器的接收天线的正弦绕组的导电绕组的布局；
图9C示出了形成根据第二示例的旋转位置传感器的接收天线的余弦绕组的导电绕组的布局；
图10示意性地示出了在图8所示的中间耦合元件不存在的情况下，由交变背景磁场在图9B所示的正弦绕组中产生的电动势；
图11示意性地示出了在图8所示的中间耦合元件存在的情况下，由交变背景磁场在图9B所示的正弦绕组中产生的电动势；
图12示出了在根据第三示例的旋转位置传感器的第一构件上的发射天线和接收天线的布局的平面图；
图13A示出了形成根据第三示例的旋转位置传感器的发射天线的导电绕组的布局；
图13B示出了形成根据第三示例的旋转位置传感器的接收天线的正弦绕组的导电绕组的布局；
图13C示出了形成根据第三示例的旋转位置传感器的接收天线的余弦绕组的导电绕组的布局；
图14示意性地示出了在与图8所示相匹配的中间耦合元件存在的情况下由交变背景磁场在图13B所示的正弦绕组中产生的电动势；
图15示出了在根据第四示例的旋转位置传感器的第一构件上的发射天线和接收天线的布局的平面图；
图16A示出了形成根据第四示例的旋转位置传感器的发射天线的导电绕组的布局；
图16B示出了形成根据第四示例的旋转位置传感器的接收天线的正弦绕组的导电绕组的布局；
图16C示出了形成根据第四示例的旋转位置传感器的接收天线的余弦绕组的导电绕组的布局；
图17示出了根据第四示例的中间耦合元件；
图18示出了根据第五示例的中间耦合元件；
图19示出了根据第六示例的中间耦合元件；
图20示出了根据第七示例的中间耦合元件；
图21示出了根据第八示例的中间耦合元件；以及
图22示出了根据第九示例的中间耦合元件。
具体实施方式
现在将参考图1至6描述根据本公开的示例实施例的旋转位置传感器。如图1示意性地示出，在该示例中，旋转位置传感器具有发射天线1、由正弦绕组3和余弦绕组5形成的接收天线以及中间耦合元件7。发射天线1和接收天线形成在第一构件(未示出)上且中间耦合元件7形成在第二构件(也未示出)上，使得第一构件和第二构件之间的相对旋转运动导致一方面在发射天线1和接收天线之间且另一方面与中间耦合元件之间相应的相对旋转运动。
发射天线1、正弦绕组3和余弦绕组5分别由各自的导电绕组形成，每个导电绕组的端部电连接到处理电路9的相应端子。在此示例中，处理电路9是以半导体集成电路器件的形式，比如专用集成电路(ASIC)或专用标准产品(ASSP)。在其他示例中，处理电路9可以可替代地利用多个互连的设备和/或可以使用一个或多个合适的部件(例如电子部件，比如离散电子部件)来实现。
如图1所示，处理电路9包括TX驱动级11，其产生振荡电信号以提供给发射天线1。在该示例中，TX驱动级11是自由运行的振荡器，其以由发射天线1的电感和与发射天线1并联连接的电容器13的电容确定的驱动频率产生振荡电信号。该驱动频率通常选择为几MHz，例如在约1MHz至约6MHz的范围内。如本文所用，术语“约”与数值结合使用旨在是指在所述数值的20％以内。
向发射天线3提供振荡电流会在正弦绕组3和余弦绕组5中感应出电动势，这会导致电流在正弦绕组3和余弦绕组5中流动。如图1所示，正弦绕组3和余弦绕组5是分开的绕组，使得分开的电流在正弦绕组3和余弦绕组5中流动。正弦绕组3和余弦绕组5电连接到处理电路9的分开的端子，在正弦绕组3中流动的电流被处理以提供正弦输出信号23，而在余弦绕组5中流动的电流被处理以提供余弦输出信号25。正弦输出信号23和余弦输出信号25的相对大小指示第一构件和第二构件的相对旋转位置。
在进入处理电路9时，在正弦绕组3中流动的电流首先流经EMC滤波级15，以减少远离驱动频率的频率处的信号分量。例如，过滤出的信号分量可能是由来自其他附近电气部件产生的电信号的干扰引起的。
滤波后的电信号然后经过同步解调级17，其中滤波后的电信号与来自TX驱动级11的解调信号混合。解调信号与驱动信号同相，并且由于中间耦合元件7由导电材料形成，所以来自正弦绕组3的电信号与驱动信号异相180°。因此，由同步解调产生的解调后的电信号具有基带分量，其大小根据第一和第二构件的相对旋转位置以及在驱动频率的两倍和驱动频率的高次谐波时的较高频率分量而变化。
解调后的电信号然后通过低通滤波级19，以去除与驱动信号的谐波相对应的高频分量，而留下基带分量，然后通过增益和输出缓冲级21，从而允许在处理电路9输出正弦输出信号23之前施加可调增益。
从图1可以明显看出，在余弦绕组5中感应的电流在作为余弦输出信号25输出之前还经过处理电路9内的EMC滤波15、同步解调17、低通滤波19以及增益和输出缓冲21。
发射天线1、正弦绕组3和余弦绕组5由布置在第一构件上的导电迹线形成，而中间耦合元件7由布置在第二构件上的导电材料的图案31形成。
在该示例中，图2示出了第一构件上的导电迹线的布局，图3示出了第二构件上的导电材料的图案31。为了便于说明，图4A、4B和4C分别单独示出形成发射天线1的导电迹线、形成正弦绕组3的导电迹线和形成余弦绕组5的导电迹线。从图2可以看出，导电迹线形成以第一构件的旋转轴线29为中心的大致旋转对称的图案。
如图4A所示，形成发射天线1的导电迹线具有：内组回路41，其环绕从旋转轴线29延伸第一径向范围49a的中心部分；以及外组回路43，其环绕内组回路41，使得在第二径向范围49b上在内组回路41与外组回路43之间形成环。从图4A的角度来看，提供给端子45处的导电迹线的驱动电流以一个旋转感(例如顺时针)围绕外组回路43流动并且以相反的旋转感(例如逆时针)围绕内组回路41流动。然后，驱动电流流到端子47(应当理解，穿过内组回路41的导电迹线的径向部分和穿过外组回路的导电迹线的径向部分分别与内组回路41和外组回路43电绝缘)。通过向发射天线1提供振荡电信号，产生磁场，该磁场具有通过内组回路41和外组回路43之间的环的一个极性的场分量和通过由内组回路41环绕的中心部分的相反极性的场分量。
如图4B所示，正弦绕组3形成两组电流回路。在第一组电流回路5la-51d中以一个旋转感(例如顺时针)流动的电流在第二组电流回路中以另一旋转感(例如逆时针)流动。第一组的电流回路51以对称方式与第二组的电流回路53在角度上相互交叉。因此，沿旋转方向前进，形成正弦绕组3的导电绕组的布局周期性地重复，每个周期包括第一组的回路51和第二组的回路53。在此示例中，有四个周期，但也可以使用其他数量的周期。
以类似的方式，如图4C所示，余弦绕组形成两组电流回路，电流在第一组的电流回路61a-61d中以一个旋转感(例如顺时针)流动，而在第二电流组的电流回路63a-63d中以相反的旋转感(例如逆时针)流动。第一组的电流回路61以对称方式与第二组的电流回路63在角度上相互交叉。因此，沿旋转方向前进，形成余弦绕组5的导电绕组的布局周期性地重复，每个周期包括第一组的回路61和第二组的回路63。余弦绕组5具有与正弦绕组3相同数量的绕组，但相对于正弦绕组3在角度上偏移四分之一周期。
在中间耦合元件7不存在的情况下，由发射天线1产生的磁场在正弦绕组3中直接感应的电动势彼此平衡，使得由于发射天线1产生的磁场而没有电流直接在正弦绕组3中流动。此外，如图5示意性所示，在中间耦合元件7不存在的情况下，由在正弦绕组3的范围内基本均匀的任何交变背景磁场在正弦绕组3中感应的电动势基本彼此平衡，导致基本没有相关的电流流动。以类似的方式，在中间耦合元件7不存在的情况下，由发射天线1产生的磁场在余弦绕组5中直接感应的电动势彼此平衡，使得由于发射天线1产生的磁场而没有电流直接在余弦绕组5中流动，并且类似地，由在余弦绕组5的范围内基本均匀的任何背景交变磁场在余弦绕组5中感应的电动势基本彼此平衡，导致基本没有相关的电流流动。
如图3所示，形成中间耦合元件的导电材料的图案31也沿旋转方向周期性地重复，具有与正弦绕组3和余弦绕组5相同数量的周期(在该示例中为四个)。每个周期对应于圆的扇区33，并且由两个相邻不重叠的子扇区35a、35b形成。在第一子扇区35a中，在从图案的中心延伸到第一径向位置的第一径向范围37a中不存在导电材料，而在从第一径向位置延伸到第二径向位置的第二径向范围37b中存在导电材料。在第二子扇区35b上，在第一径向范围37a中存在导电材料，而在第二径向范围37b中不存在导电材料，从而第一和第二子扇区35a、35b中的子图案是互补的。在第一径向范围37a和第二径向范围37b的边界处，在第一子扇区37a和第二子扇区37b中的导电材料之间提供间隙，以避免形成不希望的电流回路。
图6示出了在第一和第二构件的一个相对旋转位置中叠加在正弦绕组3上的中间耦合元件7的导电图案31。关于由发射天线1产生的磁场，在导电图案31的第一径向范围37a上耦合发生在第一组电流回路的电流回路51中，而在导电图案31的第二径向范围37b上耦合发生在第二组电流回路中。然而，假设由发射天线1在第一径向范围37a上产生的磁场的极性与由发射天线1在第二径向范围37b上产生的磁场的极性相反，则感应电动势共同作用从而在正弦绕组3中产生电流。由于由发射天线1产生的磁场而在正弦绕组3中感应的电流大小将根据第一和第二正弦函数而取决于第一和第二构件的相对旋转位置而变化。类似地，由于由发射天线1产生的磁场而在余弦绕组5中感应的电流的大小将根据与第一正弦函数异相90°的第二正弦函数而取决于第一和第二构件的相对旋转位置而变化。
关于任何交变背景磁场，中间耦合元件7的导电材料屏蔽接收天线的相邻部分。然而，中间耦合元件7的图案31与正弦绕组3的第一组电流回路51和第二组电流回路53的布局相互布置，使得由其余背景交变磁场在第一组电流回路51中感应的任何电动势由背景交变磁场在第二组电流回路53中感应的电动势基本平衡。这与第一和第二构件的相对旋转位置无关。对于在接近于驱动频率的频率处的任何背景磁场的分量，其不会被EMC滤波和同步解调滤除，这从对应于由发射天线1产生的场感应的电流的信号中去除可能的噪声分量，从而提高了信噪比。
参照图1至6描述的示例在形成中间耦合元件7的导电材料31的图案和发射天线1的导电迹线的布局方面与常规设计不同。如上所述，差异可以实现许多技术效果和收益。例如，差异可通过均匀交变背景磁场实现在正弦绕组3和余弦绕组5中感应的电磁力的平衡，而与第一构件和第二构件之间的相对旋转位置无关。现在将参考图7至9描述根据本公开的示例性实施例的另一旋转位置传感器，其中该旋转传感器在发射天线和接收天线的布局方面与常规设计不同，以实现同样的效果。
在该示例中，图7示出了在第一构件上形成发射天线1和接收天线71的导电迹线的布局，而图8示出了在第二构件上的导电材料的图案81。为了便于说明，图9A、9B和9C分别单独示出了形成发射天线1的导电迹线、形成正弦绕组3的导电迹线和形成余弦绕组5的导电迹线。如图7所示，发射天线1和接收天线1的导电迹线关于第一构件的旋转轴线29大致旋转对称。
从图9A中可以看出，形成发射天线1的导电迹线与形成如图4A所示的先前示例的发射天线的导电迹线具有基本相同的布局，因此，相同的参考标记用于指代相同的特征。特别地，导电迹线具有：内组回路41，其环绕从旋转轴线29延伸第一径向范围49a的中心部分；以及外组回路43，其环绕内组回路41，使得在第二径向范围49b上在内组回路41与外组回路43之间形成环。从图9A的角度来看，提供给端子45处的导电迹线的驱动电流以一个旋转感(例如顺时针)围绕外组回路43流动并且以相反的旋转感(例如逆时针)围绕内组回路41流动。然后，驱动电流流到端子47(应当理解，穿过内组回路41的导电迹线的径向部分和穿过外组回路的导电迹线的径向部分分别与内组回路41和外组回路43电绝缘)。通过向发射天线1提供振荡电信号，产生磁场，该磁场具有通过内组回路41和外组回路43之间的环的一个极性的场分量和通过由内组回路41环绕的中心部分的相反极性的场分量。
如图9B所示，接收天线71的正弦绕组形成两组电流回路。在第一组电流回路9la-9ld中，电流沿一个旋转感(例如顺时针)流动，而在第二组电流回路53a-53d中，电流沿另一旋转感(例如逆时针)流动。电流回路91、93分别由在第一径向范围95a内的第一子回路和在第二径向范围内的第二子回路形成，第二径向范围以不重叠的方式延伸超过第一径向范围，第一子回路与第二子回路在角度上偏移。第一组的电流回路91以对称方式与第二组的电流回路93在角度上相互交叉。因此，沿旋转方向前进，形成正弦绕组3的导电绕组的布局在圆的扇区上周期性地重复，扇区97包括与第二子扇区在角度上相邻的第一子扇区，其中第一子扇区在第一径向范围95a内包括第一组电流回路91之一的子回路，并且在第二径向范围95b内包括第二组电流回路93之一的子回路，并且其中第二子扇区在第一径向范围95a内包括第二组电流回路93之一的子回路，并且在第二径向范围95b内包括第一组电流回路91之一的子回路。在此示例中，有四个周期，但也可以使用其他数量的周期。
以类似的方式，如图9C所示，余弦绕组形成两组电流回路，电流在第一组的电流回路101a-10ld中以一个旋转感(例如顺时针)流动，而在第二电流组的电流回路103a-103d中以相反的旋转感(例如逆时针)流动。第一组的电流回路101以与图9B所示的正弦绕组相同的方式以对称方式与第二组的电流回路103在角度上相互交叉，但相对于正弦绕组在角度上偏移四分之一周期。
在中间耦合元件不存在的情况下，由发射天线1产生的磁场在正弦绕组中直接感应的电动势彼此平衡，使得由于发射天线1产生的磁场而没有电流直接在正弦绕组3中流动。此外，如图10示意性所示，在中间耦合元件不存在的情况下，由在正弦绕组的范围内基本均匀的任何背景磁场在正弦绕组中感应的电动势基本彼此平衡，导致基本没有相关的电流流动。以类似的方式，在中间耦合元件不存在的情况下，由发射天线1产生的磁场在余弦绕组中直接感应的电动势彼此平衡，使得由于发射天线1产生的磁场而没有电流直接在余弦绕组中流动，并且类似地，由在余弦绕组的范围内基本均匀的任何背景磁场在余弦绕组中感应的电动势基本彼此平衡，导致基本没有相关的电流流动。
如图8所示，形成中间耦合元件的导电材料的图案81也在旋转方向上周期性地重复，其周期数与正弦绕组和余弦绕组相同(在该示例中为四个)。每个周期对应于圆的扇区，并且由两个相邻不重叠的子扇区形成。在第一子扇区35a中不存在导电材料，而在第二子扇区35b中存在导电材料。这对应于中间耦合元件的常规设计。
关于任何交变背景磁场，中间耦合元件的图案81和正弦绕组的第一组电流回路91和第二组电流回路93的布局相互布置，使得如图11所示，由背景交变磁场在第一组电流回路91中感应的任何电动势由背景交变磁场在第二组电流回路93中感应的电动势基本平衡。这与第一和第二构件的相对旋转位置无关。对于在接近于驱动频率的频率处的任何背景磁场的分量，其不会被EMC滤波和同步解调滤除，这从对应于由发射天线1产生的场感应的电流的信号中去除可能的噪声分量，从而提高了信噪比。
在参照图1至6和图7至11描述的示例中，发射天线和接收天线延伸360°，因此可以在旋转运动的整个范围内提供指示第一和第二构件的相对位置的数据(将意识到，所提供的数据可能未指示唯一位置，而是指示了有限数量的可能位置之一)。在其他旋转传感器中，第一和第二构件的相对运动可被限制在角度范围内。对于这样的布置，已知根据角度运动的范围仅在第一构件的扇区上设置发射天线和接收天线。然而，常规布置会遭受由背景交变磁场引起的噪声问题。图12至14描绘了根据本公开示例性实施例的旋转位置，实施例采用发射天线和接收天线的布局，以减小具有受限运动角度范围的旋转位置传感器的这种噪声。
图12示出了在第一构件上形成发射天线和接收天线的导电绕组的布局。为了便于说明，图13A至13C分别示出了形成发射天线的导电迹线131、形成接收天线的正弦绕组的导电迹线141以及形成接收天线的余弦绕组的导电迹线151。
如图13A所示，形成发射天线的导电迹线131具有与以旋转轴线为中心的圆的第一小圆弧大致对准的第一回路133a和与第一回路在直径上相对并与以旋转轴线为中心的圆的第二小圆弧大致对准的第二回路133b。在任何时候，电流以相反的旋转感流过第一回路133a和第二回路133b(即从图13A的角度来看，顺时针流过第一回路133a且逆时针流过第二回路133b，反之亦然)，从而流过导电迹线131的交流电由于电流流过第一回路133a而产生磁场，该磁场的极性与由于电流流过第二回路133b而产生的磁场相反。应当理解，第一回路133a和第二回路133b由两个分开的导电迹线连接，这两个导电迹线彼此绝缘但遵循基本相同的路径。
如图13B所示，形成接收天线的正弦绕组的导电迹线141具有包括两个电流回路143a、143b的第一组电流回路以及包括两个电流回路145a、145b的第二组电流回路。导电迹线141缠绕成使得在导电迹线141中流动的电流将在一个旋转感上流过第一组电流回路143，而在相反的旋转感上流过第二组电流回路145。第一组电流回路中的一个电流回路143a和第二组电流回路中的一个电流回路145a通常与发射天线的导电迹线131的第一回路133a对准，但彼此在角度上间隔开，并且类似地，第一组电流回路中的另一电流回路143b和第二组电流回路中的另一电流回路145b与发射天线的导电迹线131的第二回路133b大致对准，但彼此在角度上间隔开。第一组电流回路的每个电流回路143与第二组电流回路的电流回路145在直径上相对。应当理解，第一组电流回路的第一回路143a和第一组电流回路的第二回路143b由彼此绝缘但遵循基本相同路径的两个分开的导电迹线连接。
如图13C所示，接收天线的余弦绕组的布局导电迹线151基本对应于旋转四分之一周期的正弦绕组的导电迹线的布局。
在该示例中，形成中间耦合元件的导电材料的图案与图8所示的图案相同，并且将使用相同参考标记81进行引用。
关于任何交变背景磁场，中间耦合元件的图案81和正弦绕组的第一组电流回路143和第二组电流回路145的布局相互布置，使得如图14所示，由背景交变磁场在第一组电流回路143的电流回路中感应的任何电动势由背景交变磁场在第二组电流回路145的电流回路中感应的电动势基本平衡。这与第一和第二构件的相对旋转位置无关。对于在接近于驱动频率的频率处的任何背景磁场的分量，其不会被EMC滤波和同步解调滤除，这从对应于由发射天线1产生的场感应的电流的信号中去除可能的噪声分量，从而提高了信噪比。
先前描述的实施例全部涉及新颖的发射天线布局与新颖的接收天线布局或形成在中间耦合元件上的新颖的导电图案的组合的使用。现在将参考图15至17描述示例，其在中间耦合元件上使用新颖的导电图案。
图15示出了形成在第一构件上以形成发射天线和接收天线的导电迹线。为了便于说明，分别单独在图16A至16B中示出了形成发射天线的导电迹线171、形成正弦绕组的导电迹线181和形成余弦绕组的导电迹线191。如图16A所示，形成发射天线的导电迹线由以旋转轴线为中心并且具有相似半径的一组回路形成。如图16B和16C所示，形成用于接收天线的正弦绕组的导电迹线181和形成用于接收天线的余弦绕组的导电迹线与分别在图4B和4C中示出的基本相同。
在该示例中，如图17所示，中间耦合元件上的导电材料201为厚度变化的连续图案的形式。特别地，在该示例中，导电材料201在接收天线的整个范围上延伸，并且具有第一厚度为d1的区域和第二厚度为d2的区域。通过比较图17和图8可以看出，在图17的中间耦合元件中具有第一厚度d1的区域基本对应于在图8中不存在导电材料的区域，而在图17的中间耦合元件中具有第二厚度d2的区域基本对应于在图8中存在导电材料的区域。本领域技术人员将理解，关于由流过导电材料的导电迹线171的交流电产生的磁场，根据第一和第二构件的相对旋转位置，借助于图8的中间耦合元件中的导电材料201的图案，将在接收天线的导电迹线181、191中感应出电磁力。此外，图17的中间耦合元件的导电材料201在接收天线上方的连续范围将屏蔽接收天线免受交变背景磁场的影响，从而降低噪声。在该示例中，第一厚度d1和第二厚度d2之间的差约为与正弦绕组和余弦绕组的回路的宽度相同量级，从而导致良好的信号强度。
在一些实施例中，图17的中间耦合元件可以由图18的中间耦合元件代替以增加信号强度。在该示例中，薄层铁磁材料211形成在非导电基板213(例如印刷电路板)上，其图案与图8的中间耦合元件的导电材料的图案匹配。给定铁磁材料的薄度，交变背景磁场将基本上不受阻碍地穿过图18的中间耦合元件。因此，由背景交变磁场在第一组电流回路141的电流回路中感应的任何电动势由背景交变磁场在第二组电流回路143的电流回路中感应的电动势基本平衡。
图17和18示出了中间耦合元件，其中中间耦合元件的导电材料与整个接收天线重叠，从而使接收天线免受任何背景交变磁场的影响。在一些实施例中，中间耦合元件由导电材料和铁磁材料的交替扇区以与图17和18所示相同的图案形成。在这种布置中，在正弦绕组和余弦绕组中流动的电流中将存在噪声分量，因为铁磁材料不能屏蔽接收天线免受背景交变磁场的影响。然而，由于导电材料和铁磁材料都以给定由导电材料和铁磁材料所赋予的相移的差异的协同方式贡献于在正弦绕组和余弦绕组中流动的电流的信号分量，因此随着信号的增加，信噪比仍然得以改善。
尽管图3和8的中间耦合元件具有由导电材料的均匀范围形成的图案，但这不是必需的。如图19所示，图3的图案可以由图案221代替，其中导电材料的每个范围被与该范围的外围相对应的导电回路代替。对于图19的中间耦合元件，交变背景磁场将感应电动势，其使具有相同方向感的电流在每个回路中流动，从而产生与背景磁场相反的磁场。这样，图19的中间耦合元件以与图3的中间耦合元件类似的方式对背景交变磁场提供屏蔽作用。因此，对于利用图3的中间耦合元件的实施例，可以替代地使用图19的中间耦合元件。
以类似的方式，图20示出了导电迹线的图案231，其可以代替图8的中间耦合元件使用。
可以替代地将图19的中间耦合元件中形成回路的导电迹线连接起来，以形成一个闭合的导电绕组241(即端部相互连接的导电绕组)，如图21所示，或者多个闭合的导电绕组，如图22所示，其中导电迹线形成四个导电绕组25la-25ld，其中每个导电绕组相对于均匀背景磁场形成平衡组顺时针和逆时针回路。对于图21和22的中间耦合元件，不是屏蔽接收天线免受背景磁场的影响，导电绕组相对于背景磁场的平衡导致因背景交变磁场而在中间耦合元件中没有净电流流动。因此，没有平衡中间耦合元件相对于接收天线的导电绕组的屏蔽效果，图21和22的中间耦合元件有效地完全消除了中间耦合元件对交变背景磁场的屏蔽效果。假定接收天线本身相对于背景磁场是平衡的，则基本避免了由交变背景磁场引起的接收天线中的噪声。因此，对于利用图3的中间耦合元件的实施例，可以替代地使用图21或22的中间耦合元件。
在图12至14的示例中，第一组回路中的每个回路与第二组电流回路中的回路在直径上相对。在一些实施例中，不同的段可以相对于彼此旋转中间耦合元件的导电图案的周期性的一半的任何倍数。
尽管在以上给出的所有示例中，接收天线具有正弦绕组和余弦绕组，但这不是必需的，可以仅使用正弦绕组和余弦绕组中的一种。在这样的布置中，可以利用反馈信号来改变施加到发射天线的振荡驱动电流的大小，从而可以仅从在单正弦/余弦绕组中流动的电流得出位置信息。以上实施例应被理解为本公开的说明性示例。
设想了本公开的其他实施例。应当理解，关于任何一个实施例描述的任何特征可以单独使用或者与所描述的其他特征结合使用，并且还可以与任何其他实施例的一个或多个特征结合使用或者与任何其他实施例的任意组合结合使用。此外，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，也可以采用上面未描述的等同和修改。

Claims (15)

1.一种旋转位置传感器，包括第一构件和第二构件，所述第一构件和第二构件中的一个具有发射天线和接收天线，而所述第一构件和第二构件中的另一个具有中间耦合元件，
所述发射天线包括至少一个导电绕组，其布置成使得在至少一个导电绕组中流动的交流电产生发射交变磁场，
所述接收天线包括布置在具有第一组电流回路和第二组电流回路的布局中的导电绕组，所述第一组电流回路和第二组电流回路布置成使得在所述导电绕组中流动的电流在第一组电流回路中以第一旋转感流动，而在第二组电流回路中以与第一旋转感相反的第二旋转感流动，以及
所述中间耦合元件包括以图案布置的导电材料，使得由所述发射交变磁场在所述接收天线的导电绕组中感应的电动势根据所述第一和第二构件的相对旋转位置而变化，
其中，所述中间耦合元件的图案与所述第一组电流回路和第二组电流回路的布局相互布置，使得由背景交变磁场在所述第一组电流回路中感应的任何电动势由所述背景交变磁场在所述第二组电流回路中感应的电动势基本平衡，而与所述第一和第二构件的相对旋转位置无关；
其中，所述接收天线的导电绕组的布局在角度方向上周期性地重复，并且所述中间耦合元件的图案包括以与所述接收天线的导电绕组相同的周期在角度方向上周期性地重复的子图案；且
其中，第一组导电回路和第二组导电回路以对称方式在所述角度方向上相互交叉，使得所述接收天线的导电绕组的角度周期包括所述第一组电流回路中的一个在角度上与所述第二组电流回路中的一个相邻，
其中，所述中间耦合元件的导电材料的子图案包括互补的径向部分，使得沿着半径具有存在导电材料的至少一个第一径向范围和不存在导电材料的至少一个第二径向范围，并且
其中，所述发射天线布置成产生磁场，其在所述第一径向范围内以第一极性并且在所述第二径向范围内以与所述第一极性相反的第二极性耦合到所述接收天线中。
2.根据权利要求1所述的旋转位置传感器，其中，所述发射天线布置为产生所述发射交变磁场，使得所述发射交变磁场在邻近所述旋转位置传感器的轴线的径向部分中以所述第一极性并且在远离所述旋转位置传感器的轴线的径向部分中以所述第二极性耦合到所述第一组电流回路和第二组电流回路中的每个中。
3.根据权利要求1所述的旋转位置传感器，其中，所述接收天线的导电绕组的每个周期对应于圆的扇区，所述扇区包括第一子扇区，其在角度上与第二子扇区相邻，其中，所述第一子扇区在第一径向范围内包括所述第一组电流回路中的一个并且在第二径向范围内包括所述第二组电流回路中的一个，并且其中，所述第二子扇区在第一径向范围内包括所述第二组电流回路中的一个并且在第二径向范围内包括所述第一组电流回路中的一个，
其中，所述中间耦合元件的导电材料的子图案包括其中存在导电材料的子扇区，该导电材料的子扇区与其中不存在导电材料的子扇区相邻。
4.根据权利要求1所述的旋转位置传感器，所述发射天线包括在所述第一构件的第一段内的第一电流回路和在所述第一构件的第二段内的第二电流回路，其中，所述发射天线的第一电流回路和第二电流回路布置成产生相反极性的磁场，
所述接收天线在所述第一段内包括所述第一组电流回路中的至少一个和所述第二组电流回路中的至少一个并且在所述第二段内包括所述第二组电流回路中的至少一个，
其中，所述中间耦合元件的图案布置成使得当在所述第一段中的所述第一组电流回路中的电流回路附近存在导电材料时，在所述第二段中的所述第二组电流回路中的电流回路附近存在导电材料。
5.根据权利要求4所述的旋转位置传感器，其中，所述第一段和第二段在直径上相对。
6.根据权利要求1所述的旋转位置传感器，其中，所述中间耦合元件的导电材料以三维图案布置，所述三维图案在所述接收天线的范围附近延伸以屏蔽接收天线免受所述背景交变磁场的影响，
其中，所述导电材料的第一区域布置得比导电材料的第二区域更靠近所述接收天线，从而由所述发射天线产生的磁场在所述接收天线的导电绕组中感应的电流根据所述第一和第二构件的相对旋转位置而变化。
7.根据前述权利要求中任一项所述的旋转位置传感器，其中，所述中间耦合元件的导电材料屏蔽所述接收天线的相邻部分免受背景交变磁场的影响，并且
其中，所述接收天线的导电绕组的布局布置成使得在与所述第一构件和第二构件的相对旋转位置无关的情况下由穿过所述中间耦合元件的背景交变磁场在所述第一组电流回路中感应的电动势由穿过所述中间耦合元件的背景交变磁场在所述第二组电流回路中感应的电动势平衡。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的旋转位置传感器，其中，所述中间耦合元件的导电材料包括一个或多个闭合的导电绕组，每个闭合的导电绕组包括相对于均匀背景交变磁场的平衡组顺时针和逆时针回路。
9.根据权利要求6所述的旋转位置传感器，其中，所述接收天线的第一和第二组电流回路具有相关宽度，并且其中，所述中间耦合元件的导电材料的第一区域比所述中间耦合元件的导电材料的第二区域更靠近所述接收天线约所述第一和第二组电流回路的宽度的量级的距离。
10.根据权利要求1所述的旋转位置传感器，其中，所述中间耦合元件的导电材料以三维图案布置，所述三维图案在所述接收天线的范围附近延伸以屏蔽所述接收天线免受所述背景交变磁场的影响，
其中，在所述导电材料上形成铁磁材料图案，所述铁磁材料图案布置成使得由所述发射天线产生的磁场在所述接收天线的导电绕组中感应的电流根据所述第一和第二构件的相对旋转位置而变化。
11.一种旋转位置传感器，包括第一构件和第二构件，所述第一构件具有发射天线和接收天线，而所述第二构件具有中间耦合元件，
所述发射天线包括至少一个导电绕组，其布置成使得在至少一个导电绕组中流动的交流电产生发射交变磁场，
所述接收天线包括布置成形成第一组电流回路和第二组电流回路的至少一个导电绕组，所述第一组电流回路和第二组电流回路布置成使得在所述导电绕组中流动的电流在第一组电流回路中以第一旋转感流动，而在第二组电流回路中以与第一旋转感相反的第二旋转感流动，以及
所述中间耦合元件包括以图案布置的导电材料区域和铁磁材料区域，使得由所述发射天线产生的磁场在所述接收天线的导电绕组中感应的电流根据所述第一和第二构件的相对旋转位置而变化；
其中，所述接收天线的导电绕组的布局在角度方向上周期性地重复，并且所述中间耦合元件的图案包括以与所述导电绕组相同的周期在角度方向上周期性地重复的子图案；且
其中，第一组导电回路和第二组导电回路以对称方式在所述角度方向上相互交叉，使得所述接收天线的导电绕组的角度周期包括所述第一组电流回路中的一个在角度上与所述第二组电流回路中的一个相邻，
其中，所述中间耦合元件的导电材料的子图案包括互补的径向部分，使得沿着半径具有存在导电材料的至少一个第一径向范围和不存在导电材料的至少一个第二径向范围，并且
其中，所述发射天线布置成产生磁场，其在所述第一径向范围内以第一极性并且在所述第二径向范围内以与所述第一极性相反的第二极性耦合到所述接收天线中。
12.根据权利要求11所述的旋转位置传感器，其中，所述接收天线的导电绕组是第一导电绕组，并且
其中，所述接收天线还包括第二导电绕组，其布置成使得在所述第一绕组和第二绕组中感应的电流的相对大小指示所述第一构件和第二构件的相对旋转位置，
所述第二导电绕组布置成形成第三组电流回路和第四组电流回路，所述第三组电流回路和第四组电流回路布置成使得在所述第二导电绕组中流动的电流在所述第三组电流回路中以第一旋转感流动，而在所述第四组电流回路中以与第一旋转感相反的第二旋转感流动，
其中，所述中间耦合元件的图案与所述第三组电流回路和第四组电流回路的布局相互布置，使得由背景交变磁场在所述第三组电流回路中感应的任何电动势由所述背景交变磁场在所述第四组电流回路中感应的电动势基本平衡，而与所述第一和第二构件的相对旋转位置无关。
13.根据权利要求11或12所述的旋转位置传感器，还包括：
激励电路，其布置成向所述发射天线提供振荡电信号；以及
处理电路，其布置成处理在所述接收天线中流动的电流以产生指示所述第一和第二构件的相对旋转位置的输出信号。
14.根据权利要求13所述的旋转位置传感器，其中，所述激励电路和处理电路被集成在半导体集成电路装置中。
15.一种感测第一构件和第二构件的相对旋转位置的方法，该方法包括：
向形成在所述第一构件上的发射天线提供振荡激励信号，所述发射天线包括至少一个导电绕组，其布置成使得在所述至少一个导电绕组中流动的交流电产生发射交变磁场，
由于由所述发射交变磁场在所述第二构件上形成的中间耦合元件中感应的电流而处理来自形成在所述第一构件上的接收天线的至少一个信号，
其中，所述接收天线包括布置成形成第一组电流回路和第二组电流回路的导电绕组，所述第一组电流回路和第二组电流回路布置成使得在所述导电绕组中流动的电流在第一组电流回路中以第一旋转感流动，而在第二组电流回路中以与第一旋转感相反的第二旋转感流动，
其中，所述中间耦合元件包括以图案布置的导电材料，使得由所述发射交变磁场在所述接收天线的导电绕组中感应的电动势根据所述第一和第二构件的相对旋转位置而变化，
其中，所述中间耦合元件的图案与所述第一组电流回路和第二组电流回路的布局相互布置，使得由背景交变磁场在所述第一组电流回路中感应的任何电动势由所述背景交变磁场在所述第二组电流回路中感应的电动势基本平衡，而与所述第一和第二构件的相对旋转位置无关；
其中，所述接收天线的导电绕组的布局在角度方向上周期性地重复，并且所述中间耦合元件的图案包括以与所述导电绕组相同的周期在角度方向上周期性地重复的子图案；且
其中，第一组导电回路和第二组导电回路以对称方式在所述角度方向上相互交叉，使得所述接收天线的导电绕组的角度周期包括所述第一组电流回路中的一个在角度上与所述第二组电流回路中的一个相邻，
其中，所述中间耦合元件的导电材料的子图案包括互补的径向部分，使得沿着半径具有存在导电材料的至少一个第一径向范围和不存在导电材料的至少一个第二径向范围，并且
其中，所述发射天线布置成产生磁场，其在所述第一径向范围内以第一极性并且在所述第二径向范围内以与所述第一极性相反的第二极性耦合到所述接收天线中。
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