CN115060159A - 电感式角度传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电感式角度传感器，包括同轴设置的转子导电目标及定子线圈，定子线圈包括一激励线圈及两个绕轴错位90°设置的接收线圈，其中：每个接收线圈，由一根导线绕制而成且具有互不重叠的多极对接收线圈和单极对接收线圈，多极对接收线圈具有多个第一磁通区，在激励线圈的作用下相邻两个第一磁通区形成的电流回路的极性相反，单极对接收线圈具有两个极性相反的第二磁通区；转子导电目标，具有多个第一阻挡区以及第二阻挡区，当转子导电目标绕轴转动时，第一磁通区被第一阻挡区覆盖的磁通面积以及第二磁通区被第二阻挡区覆盖的磁通面积随转子导电目标转动的角度成正弦或余弦函数变化。本发明实现了高分辨率的绝对角度的测量。

Description

电感式角度传感器

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种电感式角度传感器。

背景技术

可靠和低成本的角度传感器具有足够的精度，在工业、汽车和机器人应用中具有很大的需求。其中，角度传感器在汽车应用中的应用包括节气门定位、方向盘传感和踏板位置传感。同时，角度测量是机器人常用的测量方法，包括车轮定位和关节角度测量。电感式角度传感器由于其特殊结构而具备的高可靠性、高分辨率和对外部环境的不敏感而被认为是一个有吸引力的选择，而基于PCB应用开发的电感式角度传感器更具备低成本、高紧凑型、线圈布局可控等现实意义。

传统的电感式绝对角度传感器包括一个激励线圈和两个接收线圈。两个接收线圈被布置为同轴交错90°，且均具有一个极对，其中一个接收线圈产生正弦信号，另一个接收线圈产生余弦信号，这样的传感器结构能够测出目标的绝对角度位置。通过在360°整圆范围内增加接收线圈极对的数目和适当的改变目标转子形状配置，就可以通过生成比单极对接收线圈生成的正弦和余弦信号具有更高频率的正余弦信号来提高每次旋转测量的机械角度精度和分辨率，但是如果使用这种结构，被测目标的绝对角度信息将会无法获取。

为了既确定被测目标转子的绝对角度又实现高分辨率测量，公开号为CN113984093A的中国发明专利介绍了一种位置传感器，其包括至少一个发射线圈、绝对位置接收线圈对、高分辨率位置接收线圈对和导电移动目标，其中绝对位置接收线圈对和高分辨率位置接收线圈对一起限定了电感式角度传感器的测量区域，并且移动目标可以在该测量区域中移动，其中绝对位置线圈对具有第一正弦接收线圈和第一余弦接收线圈，两者在电感式角度传感器的测量区域之上具有一个周期；而高分辨率位置接收线圈对具有第二正弦接收线圈和第二余弦接收线圈，两者在电感式角度传感器的测量区域之上具有至少两个周期；绝对位置接收线圈对和高分辨率位置接收线圈对被布置在电感式角度传感器的印刷电路板的相同区域中。该专利描述的传感器将绝对位置接收线圈与高分辨率位置接收线圈放在同一块PCB基底上，以实现传感器的高分辨率绝对角度测量，但是该专利所涉及到的PCB板的接收线圈较多，需大量增加具有更多寄生电容的过孔和多余的影响信号质量的环路面积、输出接口多(至少8个)且必须使用两个信号调理电路来处理传感器输出信号，这无疑是大大提高了传感器系统的成本且降低了信号处理的效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电感式角度传感器，一方面实现了高分辨率的绝对角度的测量，另一方面能够在空间上节省PCB板的面积与层数，减少过孔带来的寄生电容以及减少接收线圈所需的输出接口，从而降低所述电感式角度传感器的制作成本，提高信号的处理效率。

为了达到上述目的，本发明提供了一种电感式角度传感器，包括同轴设置的转子导电目标及定子线圈，所述定子线圈包括一激励线圈及两个接收线圈，两个所述接收线圈绕轴错位90°设置，其中：

每个所述接收线圈，由一根导线绕制而成且具有互不重叠的多极对接收线圈和单极对接收线圈，所述多极对接收线圈具有多个第一磁通区，且所述多个第一磁通区配置为，在所述激励线圈的作用下相邻两个第一磁通区形成的电流回路的极性相反，所述单极对接收线圈具有两个极性相反的第二磁通区；

所述转子导电目标，具有多个彼此间隔且与所述第一磁通区的形状相适应的第一阻挡区，以及与所述第二磁通区的形状相适应的第二阻挡区，当所述转子导电目标绕轴转动时，所述第一磁通区被所述第一阻挡区覆盖的磁通面积以及所述第二磁通区被所述第二阻挡区覆盖的磁通面积随所述转子导电目标转动的角度成正弦或余弦函数变化。

可选的，所述转子导电目标的第一阻挡区的个数为所述多极对接收线圈的第一磁通区个数的一半。

可选的，当所述转子导电目标转动预定角度时，各所述第一阻挡区能够刚好覆盖所述多极对接收线圈中所有极性相同的第一磁通区。

可选的，所述转子导电目标的第二阻挡区配置为，当各所述第一阻挡区能够刚好覆盖所述多极对接收线圈中所有极性相同的第一磁通区时，所述第二阻挡区能够刚好覆盖同样极性的第二磁通区。

可选的，所述单极对接收线圈的两个第二磁通区之间还具有一中心区，所述转子导电目标的中心还具有能够覆盖至少部分所述中心区的中心阻挡区。

可选的，所述激励线圈及两个所述接收线圈各自具有一对输出接口，用于与内置于或者外接于所述电感式角度传感器的信号处理单元连接，所述信号处理单元用于向所述激励线圈提供信号和/或用于处理所述接收线圈的信号。

可选的，所述转子导电目标为两个，两个所述转子导电目标分别位于所述定子线圈的相对两侧，两个所述转子导电目标通过一转轴连接以保持两个所述转子导电目标之间的间距恒定。

可选的，所述电感式角度传感器集成于PCB板中。

可选的，所述PCB板具有四层，其中，两个所述接收线圈分别位于所述PCB板上相同的两层内。

可选的，所述多极对接收线圈与所述单极对接收线圈通过一连接部连接，所述连接部沿垂直于所述PCB板的方向设置。

本发明提供了一种电感式角度传感器，至少具有以下有益效果之一：

1)通过将接收线圈设计为一根导线绕制而成且具有互不重叠的多极对接收线圈和单极对接收线圈的结构形式，并通过设计特定形状的转子导电目标，使所述单极对接收线圈能够实现绝对角度的测量，多极对接收线圈能够保证角度测量的分辨率，从而实现高分辨率的绝对角度的测量；

2)由于只需要两个接收线圈，在空间上能节省PCB板的面积与层数，减少过孔带来的寄生电容以及减少接收线圈所需的输出接口数目，从而降低所述电感式角度传感器的制作成本，提高信号的处理效率；

3)解决了现有的高分辨率电感式角度传感器无法进行绝对角度测量，现有的绝对角度传感器测量精度、分辨率低的技术难题，同时解决一些高分辨率绝对角度传感器存在的输出接口复杂、PCB基底层数多等影响制作成本及信号处理效率的难题；

4)每个接收线圈只需通过一对输出接口(输入端口及输出端口)与信号处理单元连接，且每个电感式角度传感器只需一套信号处理单元(位置传感器专用芯片)配合就可实现角度信息的输出，大大降低了所述电感式角度传感器的制作成本，提高了所述电感式角度传感器的信号处理效率；

5)通过引入两个一样的转子导电目标及其相应的布局方式，解决了现有的电感式传感器输出信号幅度受转定子间距变化影响大的难题。

附图说明

本领域的普通技术人员将会理解，提供的附图用于更好地理解本发明，而不对本发明的范围构成任何限制。其中：

图1为本发明实施例一提供的电感式角度传感器的示意图；

图2为本发明实施例一提供的接收线圈的平面示意图；

图3为本发明实施例一提供的接收线圈的三维示意图；

图4为本发明实施例一提供的多极对接收线圈的磁通区分布图；

图5为本发明实施例一提供的转子导电目标的示意图；

图6为本发明实施例一提供的多极对接收线圈与转子导电目标的示意图；

图7为本发明实施例二提供的接收线圈的平面示意图；

图8为本发明实施例三提供的转子导电目标的示意图；

图9为本发明实施例四提供的转子导电目标的示意图。

附图中：

1-PCB板；2-转子导电目标；3-激励线圈；4-接收线圈；5-信号处理单元；6-过孔；7-输出接口；

21-第一阻挡区；22-第一阻挡区；23-中心阻挡区；41-多极对接收线圈；42-单极对接收线圈；43-连接部；410-第一磁通区；420-第二磁通区；P1、P2、P3…P10-第一磁通区。

具体实施方式

正如背景技术所述，传统的电感式绝对角度传感器包括一个激励线圈和两个接收线圈，两个接收线圈被布置为同轴交错90°，且均具有一个极对，其中一个接收线圈产生正弦信号，另一个接收线圈产生余弦信号，这样的传感器结构能够测出目标的绝对角度位置。当通过在360°整圆范围内增加接收线圈极对的数目和适当的改变目标转子形状配置时，就可以通过生成比单极对接收线圈生成的正弦和余弦信号具有更高频率的正余弦信号来提高每次旋转测量的机械角度精度和分辨率，但是如果使用这种结构，被测目标的绝对角度信息将会无法获取。

本发明旨在解决高分辨率电感式角度传感器无法进行绝对角度测量，绝对角度传感器测量精度、分辨率低的技术难题，同时解决现有的一些高分辨率绝对角度传感器存在的输出接口复杂、PCB基底层数多等影响制作成本及信号处理效率的难题。

基于此，本发明提供了一种电感式角度传感器，包括同轴设置的转子导电目标及定子线圈，所述定子线圈包括一激励线圈及两个接收线圈，两个所述接收线圈绕轴错位90°设置，其中：

每个所述接收线圈，由一根导线绕制而成且具有互不重叠的多极对接收线圈和单极对接收线圈，所述多极对接收线圈具有多个第一磁通区，且所述多个第一磁通区配置为，在所述激励线圈的作用下相邻两个第一磁通区形成的电流回路的极性相反，所述单极对接收线圈具有两个极性相反的第二磁通区；

所述转子导电目标，具有多个彼此间隔且与所述第一磁通区的形状相适应的第一阻挡区，以及与所述第二磁通区的形状相适应的第二阻挡区，当所述转子导电目标绕轴转动时，所述第一磁通区被所述第一阻挡区覆盖的磁通面积以及所述第二磁通区被所述第二阻挡区覆盖的磁通面积随所述转子导电目标转动的角度成正弦或余弦函数变化。

通过将接收线圈设计为一根导线绕制而成且具有互不重叠的多极对接收线圈和单极对接收线圈的结构形式，并通过设计特定形状的转子导电目标，使所述单极对接收线圈能够实现绝对角度的测量，多极对接收线圈能够保证角度测量的分辨率，从而实现高分辨率的绝对角度测量。由于只需要两个接收线圈，在空间上能节省PCB板的面积与层数，减少过孔带来的寄生电容以及减少接收线圈所需的输出接口，从而降低所述电感式角度传感器的制作成本，提高信号的处理效率。

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。

本发明中所使用的单数形式术语“一”、“一个”以及“该”可包括复数对象，除非内容另外明确指出外。本发明中所使用的术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。本发明中所使用的术语“若干”通常是以包括“至少一个”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。本发明中所使用的术语“至少两个”通常是以包括“两个或两个以上”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者至少两个该特征。

实施例一

请参照图1-图6，本实施例提供了一种电感式角度传感器，包括同轴设置的转子导电目标2及定子线圈，所述定子线圈包括一激励线圈3及两个接收线圈4，两个所述接收线圈4绕轴错位90°设置，其中：

每个所述接收线圈4，由一根导线绕制而成且具有互不重叠的多极对接收线圈41和单极对接收线圈42，所述多极对接收线圈41具有多个第一磁通区410，且所述多个第一磁通区410配置为，在所述激励线圈3的作用下相邻两个第一磁通区410形成的电流回路的极性相反，所述单极对接收线圈42具有两个极性相反的第二磁通区420；

所述转子导电目标2，具有多个彼此间隔且与所述第一磁通区410的形状相适应的第一阻挡区21，以及与所述第二磁通区420的形状相适应的第二阻挡区22，当所述转子导电目标2绕轴转动时，所述第一磁通区410被所述第一阻挡区21覆盖的磁通面积以及所述第二磁通区420被所述第二阻挡区22覆盖的磁通面积随所述转子导电目标2转动的角度成正弦或余弦函数变化。

以下先对本实施例提供的电感式角度传感器的原理进行说明。

所述接收线圈4由于其特殊的结构而在所述激励线圈3产生的交变磁场中不产生感应电压，当在所述接收线圈4上方加上一个转子导电目标2之后，所述转子导电目标2会在所述激励线圈3产生的交变磁场B_S中产生涡流，涡流又会产生新的交变磁场B_R，所述交变磁场B_R会使所述接收线圈4产生感应电压，因此只要将所述接收线圈4绕制成特定的形状再配合相应形状的所述转子导电目标2，就可以使得所述接收线圈4被所述转子导电目标2覆盖的面积(即磁场的磁通面积)随导电目标转动的角度成正弦或余弦函数变化，从而使得感应电压随转子导电目标2转动的角度成正弦或余弦函数关系。

具体的，请结合图4，当所述接收线圈4的中心轴与所述激励线圈3的中心轴重合时，所述多极对接收线圈41在所述激励线圈3产生的径向的匀强交变磁场中会生成P1-P10这10个第一磁通区410，由于P1-P10这10个第一磁通区410的面积相同，且在所述激励线圈3的作用下相邻两个第一磁通区410形成的电流回路的极性(电流方向)相反，通过图4中的箭头进行示意，因此这样一个多极对接收线圈41仅在所述激励线圈3产生的径向的匀强交变磁场的作用下不会产生感应电动势，如果将所述多极对接收线圈41中的一个电流回路称为一极，则本实施例中所述多极对接收线圈41有10极，每对相反的极称为一个极对，因此本实施例中所述多极对接收线圈41具有5个极对，可称之为五极对接收线圈。如图6所示，若将转子导电目标2的每一个第一阻挡区21的形状做成与所述多极对接收线圈41的每一个第一磁通区410的大小相近(此处的大小可以理解为沿周向的尺寸)，且所有第一阻挡区21一起能覆盖半数所述多极对接收线圈41的第一磁通区410，则在所述多极对接收线圈41形成的电流回路中，被所述转子导电目标2覆盖的第一磁通区410与没有被转子导电目标2覆盖的第一磁通区410的磁通量以及磁通量的时间变化率不一致，因此它们产生的感应电动势也将不一致，所以极性相反的电流回路产生的感应电动势将不能相互抵消，所述多极对接收线圈41将产生感应电动势。

本实施例中，将所述多极对接收线圈41的形状函数设为：

式中，C₁、C₂为常数，p为所述多极对接收线圈41的极对数，θ为所述转子导电目标2转动的角度。当所述转子导电目标2转动时，所述多极对接收线圈4被所述第一阻挡区21覆盖的第一磁通区410的磁通面积随所述转子导电目标2转动的角度成正弦或余弦函数变化，变化函数为Φ＝A cos(5θ)，其中A为常数，θ为转子转动的角度。

所述单极对接收线圈42的两个第二磁通区420同理，其磁通面积随所述转子导电目标2转动的角度成正弦或余弦函数变化。

根据上述理论，本实施例是将多极对接收线圈41和单极对接收线圈42空间上不重合的连接在一起用一根导线绕制在PCB板1上形成接收线圈4，这样的接收线圈4配合转子导电目标2工作时，由于是一根导线绕制而成，因此多极对接收线圈41和单极对接收线圈42的磁通面积也将叠加在一起，设转子导电目标2的转动角度θ为关于时间t的函数，即θ＝α(t)，则图1中的各自包括五极对接收线圈41和单极对接收线圈42的两个接收线圈4的总的磁通面积分别如下：

S₁＝A₁sin[5α(t)]+A₂sin[a(t)]

S₂＝A₁cos[5α(t)]+A₂cos[α(t)]

式中，A₁、A₂为常数。当采用其他极对数目的多级对接收线圈41时，例如6极对，则上式中的5应当替换为6。

当给所述激励线圈3施加激励信号sin(ω_exct)时，所述电感式角度传感器的理想输出信号为：

其中B_R为交变磁场的大小，k为大于0且小于1的常数，k和单极对接收线圈42与多极对接收线圈41的磁通区总面积之比有关，激励信号频率为ω_exct，A_coil为多极对接收线圈41输出电压的最大幅值，则所述接收线圈4输出信号经信号处理单元5解调后输出信号为：

V_{o_sin}(t)＝A_coil·sin[5α(t)]+A_coil·k·sin[α(t)]

V_{o_cos}(t)＝A_coil·cos[5α(t)]+A_coil·k·coS[α(t)]

两式相除可得：

因此，根据V_{o_sin}(t)和V_{o_cos}(t)的实测值则可以算出角度θ的值。

应当理解的是，所述转子导电目标2转一圈会产生一个周期信号，一个周期内每个角度对应的V_{o_sin}(t)或V_{o_cos}(t)值不同，因此根据传感器输出的V_{o_sin}(t)和V_{o_cos}(t)的值就能算出转子导电目标2在0-360°范围内的绝对角度值。

电感式角度传感器的输出信号中有两个最重要的指标，幅度和offset(直流失调)。在角度传感器的实际应用中，一些非理想因素如转定子间距变化、转定子偏心、转子倾斜等，这些非理想因素都会造成幅度大小的改变或幅度失配以及offset的变化，大大降低了由输出信号计算角度值的精度、准确度等性能。幅度失配指得是两个接收线圈4输出通道输出的信号幅度不相等，主要由两个接收线圈4不完全相同造成；线圈offset指的是接收线圈4输出信号存在的一个不为0的直流值(理论上该直流值应等于0)，主要由接收线圈4内部每个极对不严格相同造成；上述转定子间距变化、转定子偏心、转子倾斜等非理想因素也会造成不同程度的幅度失配以及offset；同时，不同线圈之间的电感耦合及电容耦合也是造成幅度失配和offset的重要原因。如果加上幅度失配和offset的存在，V_{o_sin}(t)或V_{o_cos}(t)的公式将会被改写为：

V_{o_sin}(t)＝A_coil1·sin[5α(t)]+A_coil1·k₁·sin[α(t)]+offset₁

V_{o_cos}(t)＝A_coil1·cos[5α(t)]+A_coil2·k₂·cos[α(t)]+offset₂

其中A_coil1和A_coil2分别为两个五极对接收线圈41输出电压的最大幅值；k₁和k₂为常数，分别和两个接收线圈4中单极对接收线圈42与多极对接收线圈41的磁通区总面积之比有关；offset₁和offset₂为两个接收线圈4各自造成的offset值。由上式可知，幅度失配和offset越小，所述电感式角度传感器输出信号计算角度值越准确。同时，输出信号幅度越大也能使电感式角度传感器性能更好。

本实施例中，所述接收线圈4为两个，每个接收线圈4由多极对接收线圈41和单极对接收线圈42串联而成，其平面图如图2所示，为了使接收线圈4仅在所述激励线圈3产生的径向的匀强交变磁场的作用下不会产生感应电动势，则每个极对对应的两个第一磁通区410的大小和形状相同，所述单极对接收线圈42的两个第二磁通区420的大小和形状相同。

本实施例中，所述多极对接收线圈41的极对数能够决定所述电感式角度传感器的分辨率，所述多极对接收线圈41可以理解为高分辨率角度接收线圈，即所述多极对接收线圈41的极对数越多，则所述电感式角度传感器的分辨率越高，而所述单极对接收线圈42则用于实现对绝对角度信息的测量，所述单极对接收线圈42则可以理解为绝对角度接收线圈，由于所述多极对接收线圈41与所述单极对接收线圈42是由一根导线绕制而成，故所述接收线圈4同时具有高分辨率角度接收线圈和绝对角度接收线圈的结构，从而能够实现高分辨率绝对角度的测量。

需要注意的是，当所述接收线圈4同时具有多极对接收线圈41和单极对接收线圈42时，所述转子导电目标2的形状就需要同时满足两种接收线圈能够产生正余弦信号，以便于当所述转子导电目标2进行转动时，所述接收线圈4被所述第一阻挡区21及第二阻挡区22覆盖的第一磁通区410及第二磁通区420的磁通面积随所述转子导电目标2转动的角度成正弦或余弦函数变化。

本实施例中，所述转子导电目标的第一阻挡区的个数为所述多极对接收线圈的第一磁通区个数的一半。当所述转子导电目标2绕轴转动预定角度时，所有第一阻挡区21能够刚好覆盖所述多极对接收线圈41中所有极性相同的第一磁通区410，也即能够覆盖所述多极对接收线圈41半数的第一磁通区410，与此同时，所述第二阻挡区22能够刚好覆盖所述单极对接收线圈42中与所述第一磁通区极性相同的第二磁通区420。

较佳的，所述转子导电目标2的多个第一阻挡区21具有相同的形状和/或间距。结合图5-图6，所述转子导电目标2覆盖所述多极对接收线圈41的多个第一阻挡区21均匀分布且具有相同的形状，以及所述转子导电目标2还包括覆盖所述单极对接收线圈42的其中一个第二磁通区420的第二阻挡区22。例如，本实施例中，所述多极对接收线圈41具有10个第一磁通区410，所述单极对接收线圈42具有2个第二磁通区420，则所述转子导电目标2一共具有5个第一阻挡区21及一个第二阻挡区22，其中五个第一阻挡区21的形状相同，用于覆盖所述多极对接收线圈41的半数第一磁通区410，剩下一个第二阻挡区22则用于覆盖所述单极对接收线圈42的半数磁通区420。

本实施例中对于所述阻挡区的具体形状不作限制，只要能够覆盖对应的所述多极对接收线圈41的第一磁通区410及所述单极对接收线圈42的磁通区420即可。

本实施例中，所述电感式角度传感器集成于PCB板1中。

较佳的，由于所述接收线圈4只有两个，两个所述接收线圈4可占据所述PCB板1上相同的两层，再加上所述激励线圈3要占据一到两层，故最多只需要四层PCB板即可实现接收线圈4和激励线圈3的布局，如此设计能够极大的减少过孔数量，从而极大的减少寄生电容，提高信号处理的效率。

本实施例中，结合图3，以多极对接收线圈41为五极对为例，每个五极对接收线圈共有25个过孔6，所述多极对接收线圈41极对数越多，所述过孔6就越多，通过设计所述过孔6能够使所述多极对接收线圈和所述单极对接收线圈通过一根导线绕制时在空间上互不重叠。当然，本申请对于所述过孔6的数量不作任何限制，可根据所述极对的数量进行调整。当然，除了图3示例的绕制方式外，所述接收线圈4还可以采用其它的方式绕制在所述PCB板1上，本申请对此不作限制。

本实施例中，所述激励线圈3及两个所述接收线圈4各自具有一对输出接口7，用于与内置于或者外接于所述电感式角度传感器的信号处理单元5连接，所述信号处理单元5用于向所述激励线圈3提供信号和/或用于处理所述接收线圈4的信号。每个接收线圈4只需通过一对输出接口7(输入端口及输出端口)与所述信号处理单元5连接，且每个电感式角度传感器只需一套信号处理单元5(位置传感器专用芯片)配合就可实现角度信息的输出，大大降低了所述电感式角度传感器的制作成本，提高了所述电感式角度传感器的信号处理效率。

本实施例中，两个所述接收线圈4绕轴错位90°设置，以便于在通过所述信号处理单元5处理信号后，其中一个接收线圈4输出的是正弦信号，而另一个接收线圈4输出的是余弦信号，实现对角度的信息测量。并且，由于每个接收线圈4由多极对接收线圈41和单极对接收线圈42串联而成，则每个接收线圈4输出的信号为多极对接收线圈41和单极对接收线圈42的叠加信号，即每个接收线圈4的输出信号为正弦+正弦信号或余弦+余弦信号的形式。

请继续参照图1-图3，所述多极对接收线圈41与所述单极对接收线圈42通过一连接部43连接，所述连接部43沿垂直于所述PCB板1的方向设置。根据前文所述，由于是所述接收线圈4由一根导线绕制而成，故所述多极对接收线圈41和所述单极对接收线圈42的磁通面积将叠加在一起，而所述连接部43是制作在PCB不同层的垂直方向，它的横截面平行于交变磁场，因此不存在磁通面积，故不需参与角度的计算。

本实施例中，所述转子导电目标2的材质为金属。较佳的，所述转子导电目标2的材质为铜金属，价格便宜，制作方便。

实施例二

请参照图7，图7为本发明实施例二提供的接收线圈的平面示意图，实施例二与实施例一的不同之处在于，在实施例二中增大了所述连接部43的长度，相当于增大了所述多极对接收线圈41与所述单极对接收线圈42的间距，从而减小了所述接收线圈4产生的内部感应电流对磁场的干扰及减小两种不同极对接收线圈4部分的寄生电容耦合(金属板间电容值与其间距成反比)，从而减小所述接收线圈4的直流失调offset，使得所述电感式角度传感器性能得到提高。

并且，由于增加所述连接部43的长度的同时可以通过减小所述多极对接收线圈41的第一磁通区410的面积，使得所述单极对接收线圈42与所述多极对接收线圈41的磁通区总面积之比增大，进而使得角度的绝对测量信息更准确。

实施例三

请参照图8，图8为本发明实施例三提供的转子导电目标的示意图，实施例三与实施例一的不同之处在于，针对所述单极对接收线圈42的两个磁通区420之间的中心区，在实施例三中，在所述转子导电目标2的中心形成一覆盖至少部分所述中心区的中心阻挡区23，相当于在转子导电目标2的中心处增加了一块圆形的中心阻挡区23，通过所述中心阻挡区23可以充分利用所述接收线圈4的中心部分的磁场产生涡流，从而增大涡流磁场的大小，相较于实施例一的结构能够有效增加信号幅度。

实施例四

请参照图9，图9为本发明实施例四提供的转子导电目标2的示意图，实施例四与实施例一的不同之处在于，所述转子导电目标2为两个，两个所述转子导电目标2分别位于所述定子线圈3的相对两侧，两个所述转子导电目标2通过一转轴连接以保持两个所述转子导电目标2之间的间距恒定。本实施例中，两个所述转子导电目标2的中心以及定子线圈的圆心完全对齐并相隔一定的距离，且这两个转子导电目标2由一根转轴固定，它们的间距不会发生改变，能够实现同步转动或同步平移。

若规定其中一个转子导电目标2为主转子导电目标2，另一个为从转子导电目标2，由于两个转子导电目标2用一根转轴以一个恒定的间距固定，所以当主转子导电目标2因为某种原因垂直远离定子线圈一定距离时，从转子导电目标2就会相应的垂直靠近定子线圈相同距离，因此定子线圈到两个转子导电目标2的总距离依然不变。这种结构可以使定子线圈和两个转子导电目标2的总距离得以固定住，不论转子导电目标2发生怎样的移动，两个转子导电目标2与定子线圈之间的距离(Air gap)都不会变，这样使得输出信号的幅度几乎不发生变化，从而不影响角度信息的输出。也就是说，相比于实施例一，具有两个转子导电目标2的电感式角度传感器的输出信号的幅度更大，但是相比于一个转子导电目标2受转子导电目标2与定子线圈之间的间距的变化影响却更小。因此，本实施例通过引入两个一样的转子导电目标及其相应的布局方式，解决了现有的电感式传感器输出信号幅度受转定子间距变化影响大的难题。

综上，本发明各实施例提供了一种电感式角度传感器，通过将接收线圈设计为一根导线绕制而成且具有互不重叠的多极对接收线圈和单极对接收线圈的结构形式，并通过设计特定形状的转子导电目标，使所述单极对接收线圈能够实现绝对角度的测量，多极对接收线圈能够保证角度测量的分辨率，从而实现高分辨率的绝对角度测量。由于只需要两个接收线圈，在空间上能节省PCB板的面积与层数，减少过孔带来的寄生电容以及减少接收线圈所需的输出接口，从而降低所述电感式角度传感器的制作成本，提高信号的处理效率。此外，每个接收线圈只需通过一对输出接口(输入端口及输出端口)与所述信号处理单元连接，且每个电感式角度传感器只需一套信号处理单元(位置传感器专用芯片)配合就可实现角度信息的输出，大大降低了所述电感式角度传感器的制作成本，提高了所述电感式角度传感器的信号处理效率。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电感式角度传感器，其特征在于，包括同轴设置的转子导电目标及定子线圈，所述定子线圈包括一激励线圈及两个接收线圈，两个所述接收线圈绕轴错位90°设置，其中：

每个所述接收线圈，由一根导线绕制而成且具有互不重叠的多极对接收线圈和单极对接收线圈，所述多极对接收线圈具有多个第一磁通区，且所述多个第一磁通区配置为，在所述激励线圈的作用下相邻两个第一磁通区形成的电流回路的极性相反，所述单极对接收线圈具有两个极性相反的第二磁通区；

所述转子导电目标，具有多个彼此间隔且与所述第一磁通区的形状相适应的第一阻挡区，以及与所述第二磁通区的形状相适应的第二阻挡区，当所述转子导电目标绕轴转动时，所述第一磁通区被所述第一阻挡区覆盖的磁通面积以及所述第二磁通区被所述第二阻挡区覆盖的磁通面积随所述转子导电目标转动的角度成正弦或余弦函数变化。

2.如权利要求1所述的电感式角度传感器，其特征在于，所述转子导电目标的第一阻挡区的个数为所述多极对接收线圈的第一磁通区个数的一半。

3.如权利要求2所述的电感式角度传感器，其特征在于，当所述转子导电目标转动预定角度时，各所述第一阻挡区能够刚好覆盖所述多极对接收线圈中所有极性相同的第一磁通区。

4.如权利要求3所述的电感式角度传感器，其特征在于，所述转子导电目标的第二阻挡区配置为，当各所述第一阻挡区能够刚好覆盖所述多极对接收线圈中所有极性相同的第一磁通区时，所述第二阻挡区能够刚好覆盖同样极性的第二磁通区。

5.如权利要求1至4中任一项所述的电感式角度传感器，其特征在于，所述单极对接收线圈的两个第二磁通区之间还具有一中心区，所述转子导电目标的中心还具有能够覆盖至少部分所述中心区的中心阻挡区。

6.如权利要求1所述的电感式角度传感器，其特征在于，所述激励线圈及两个所述接收线圈各自具有一对输出接口，用于与内置于或者外接于所述电感式角度传感器的信号处理单元连接，所述信号处理单元用于向所述激励线圈提供信号和/或用于处理所述接收线圈的信号。

7.如权利要求1所述的电感式角度传感器，其特征在于，所述转子导电目标为两个，两个所述转子导电目标分别位于所述定子线圈的相对两侧，两个所述转子导电目标通过一转轴连接以保持两个所述转子导电目标之间的间距恒定。

8.如权利要求1所述的电感式角度传感器，其特征在于，所述电感式角度传感器集成于PCB板中。

9.如权利要求8所述的电感式角度传感器，其特征在于，所述PCB板具有四层，其中，两个所述接收线圈分别位于所述PCB板上相同的两层内。

10.如权利要求8所述的电感式角度传感器，其特征在于，所述多极对接收线圈与所述单极对接收线圈通过一连接部连接，所述连接部沿垂直于所述PCB板的方向设置。

Images