CN116507884A - 用于位置传感器的检测装置和包括这种检测装置的检测系统 - Google Patents

Abstract

在几个明显的实施例中，本发明涉及用于位置传感器的检测装置和包括这种检测装置的检测系统。在一些实施例中，所述检测装置包括至少一个初级绕组和次级绕组电路。所述次级绕组电路具有电感耦合到所述至少一个初级绕组的多个次级绕组，并且所述多个次级绕组被设计为两个正弦线圈，各个正弦线圈具有中心抽头。

Description

用于位置传感器的检测装置和包括这种检测装置的检测系统

技术领域

本发明涉及用于位置传感器的检测装置和包括这种检测装置的检测系统。特别地，本发明涉及用于位置传感器中的检测装置，以便与相对于检测装置可旋转地布置的传感器元件相结合，来检测传感器元件相对于检测装置的角位置。

背景技术

在许多技术领域中，需要以相应应用指定的精度确定移动物体的位置。为此，已经开发了许多传感器系统，其中至少两个元件之间的相对位置可以通过例如光、电、磁和其他相互作用以足够高的精度测量。特别是在背景条件非常苛刻的技术领域中(诸如可能由高工作电流引起高工作温度又结合了高磁场)，通常使用如下的传感器布置：其中，使用位置依赖的涡流的产生来确定部件的位置。为此，在这种涡流传感器布置的一些示例中，检测由涡流引起的一个以上的线圈的阻尼，其中一个以上的线圈被设置为静止部件，并且移动部件具有由合适材料制成的轨道，这导致位置依赖涡流产生并因此导致阻尼。基于这种位置依赖涡流产生，可以因此通过将感应阻尼和轨道的特定形状相关联，来确定移动轨道相对于一个以上的静止线圈的位置。

在这点上的示例性应用是电机的转子的位置的确定，从而确定合适的驱动信号，以提供合适的电流和电压值。例如，在电机需要非常可变的转速和适度宽的控制带宽的许多情况下，重要的是从具有高时间分辨率的传感器系统获取输出电压信号，以能够相对精确地确定转子的位置。关于例如永久励磁同步电机的有效运行，例如需要根据角截面内的极数以良好的精度知道转子的位置，以适当地激励定子绕组，使得实现期望的运行。基于非接触线圈的传感器布置经常用于此目的，但是它们需要相对大的安装空间用于线圈和相关的评估电子设备。传感器元件和电机中的转子之间经常需要非常紧密的耦合，由此在传感器元件附近出现具有相应高磁场和相对高温度的高电流，导致线圈的输出信号中的干扰。这种对干扰的敏感性最终也导致转子位置的较差的空间分辨率。然而，除了关于高磁场的期望的抗干扰性之外，关于用于电机的传感器布置，还期望传感器布置适应于电机的运行条件，例如关于主导温度、所需速度范围等。

除了上述方面之外，在传感器布置的制造中，例如在大规模生产中，存在高的、一致的精度要求，而不考虑关于传感器系统的部件的提供和集成的具体应用。这允许传感器布置功能一致，而不需要在最终应用中的安装期间进行耗时的调整工作。

US 2017/0268907 A1示出了具有围绕两个正弦次级线圈的矩形初级线圈的位置传感器。这些线圈形成在印刷电路板中。这里进一步提供了用于位置确定的位置发送器，由此确定沿着线性运动的位置。

在WO 2006/074560 A2中，示出了涡流传感器，其设置在磁性轴承装置上，以对轴承进行距离测量。

US 2015/0362340 A1描述了包括初级线圈、几个次级线圈和传感器元件的位置传感器。线圈被集成在印刷电路板中。

在已知的转子位置传感器中，由于围绕轴的次级绕组的必然不对称布置，存在由在围绕轴的整个圆周上的不均匀布置的次级绕组输出的信号中出现偏移的问题。此外，由于转子位置传感器中的单独绕组经历与相邻绕组不同程度的耦合的事实，转子位置传感器的相位信号出现偏移，特别是当绕组仅布置在整个圆周的一段上时，由于与内部绕组相比，外部绕组仅具有一个相邻绕组。因此，这些完全由转子位置传感器中的绕组的布置引起的信号中的偏移是误差源，除非提供补偿，否则该误差源对转子位置传感器的精度产生负面影响。

发明内容

鉴于上述现有技术，本发明的目的是提供尽管设计紧凑但高精度且对干扰低敏感性的检测装置和具有这种检测装置的检测系统。

基于并非每个次级绕组都以相同程度耦合到相邻的次级绕组的事实，在独立权利要求1和7的范围内，通过补偿位置传感器检测装置的次级绕组电路中产生的相位偏移，来实现上述目的。该解决方案的出发点是，认识到相位不对准是由外部次级绕组“只看到”一个相邻的次级绕组，而内部次级绕组“看到”两侧相邻的次级绕组引起的。这意味着次级绕组电路的次级绕组对相邻线圈具有不同的耦合，因为次级绕组仅布置在圆的一段上，而不是整个圆周上，使得每个次级绕组“看到”两个相邻的绕组。考虑到不期望的相位偏移，在独立权利要求的范围内实现了该技术教导：以经济的方式均匀地补偿相位偏移，由于相位偏移通过独立权利要求作为单个问题来解决，因此实现了相位偏移补偿。

在第一方案中，提供了位置传感器检测装置，诸如转子位置传感器或一般的位置传感器，其不检测电机的转子的位置，而是检测任何旋转部件的位置，诸如经由齿轮箱而法兰连接到电机转子的部件，或仅在有限角范围内旋转或连续旋转的旋转部件。在第一方案的说明性实施例中，检测装置至少包括初级绕组和次级绕组电路。

在该方案中，次级绕组电路包括电感耦合到至少一个初级绕组的多个次级绕组。多个次级绕组被配置为两个正弦线圈，各个正弦线圈具有中心抽头(center tap)。在本文中，“正弦”也意味着“余弦”或通过正弦曲线的任何相位的相移获得的一般形状，或者通过正弦曲线的连续变形获得的一般形状。此外，“正弦”也可以适用于仅对应于正弦或余弦曲线的部分截面或其连续变形的曲线形状。

正弦线圈以简单的方式允许使用检测系统中的简单传感器结构产生正弦测量信号，例如，在一次旋转中沿着传感器结构具有基本上恒定宽度的条带形传感器结构，但条带具有中断，确保扫描传感器结构的正弦线圈在两个中断之间具有重叠区域(即，投影到条带上的区域，即，投影到条带上的线圈区域)，从而在扫描条带时在线圈中产生单调增加或减小的信号。来自正弦线圈的中心抽头提供了一次分接(tapping)一个次级绕组的简单方法。

例如，如果次级绕组是单层或多层正弦平面线圈，则中心抽头可作为印刷电路板中的竖直触点。这意味着正弦绕组以正弦导体轨道(sinusoidal conductor track)的形式形成，或者正弦绕组由一个以上的正弦导体轨道段形成或组成。然后，在这种情况下，中心抽头形成为印刷电路板中的竖直触点，例如以一个以上的通孔的形式，其将正弦导体轨道段中心地划分为两个子段，或者将在平面图中具有正弦形状的两个子段划分为长度基本上相同的两个轨道段。这里，“基本上”可以指示轨道段的长度中最多40％的公差，优选最多30％或最多20％或最多10％，进一步优选最多5％。不同的层可以在多层绕组的中心抽头处互连。

在该方案的第一实施例中，初级绕组可形成为在平面图中围绕多个次级绕组的矩形线圈。

这提供了初级绕组和次级绕组之间的有利耦合。

在该方案的第二实施例中，多个次级绕组可包括至少两个彼此串联布置的次级绕组的第一子集和至少两个彼此串联布置的次级绕组的第二子集。这允许各个子集中次级绕组的差分电路布置。在这种情况下，检测装置可以进一步包括电阻器或电容器。例如，电阻器或电容器现在可以布置在来自第一子集的次级绕组和来自第二子集的次级绕组之间，和/或它可以与来自第一子集的第一次级绕组并联布置，可能具有可以与来自第二子集的第一次级绕组并联布置的第二电阻器或电容器。这里，一方面，可以通过来自第一子集的次级绕组和来自第二子集的次级绕组之间的电阻器或电容器来实现单独子集之间的相位平衡，另一方面，可以通过与来自第一子集的第一次级绕组并联布置的电阻器或电容器来实现偏移平衡，其中第二电阻器或电容器可能与来自第二子集的第一次级绕组并联布置。这还允许对相位偏移进行补偿，否则该相位偏移总会发生，因为仅在一个电路段上的布置中的绕组与相邻线圈对的绕组具有不同的强耦合，和/或允许对不对称线圈布置中发生的偏移进行补偿。在这里更有利的实施例中，通过电容器和电阻器的组合可以进一步实现改进的温度稳定性。

在该方案的第三实施例中，至少一个初级绕组和次级绕组电路可一起集成在印刷电路板中。这为检测装置提供了非常紧凑的设计。在本文的一些特定说明性实施例中，初级绕组的数量和次级绕组的数量可以相同，并且在印刷电路板中，初级绕组可以一次被分配给或对准恰好一个次级绕组(即，形成线圈对)。在这种情况下，提供了初级绕组和次级绕组之间的1：1分配，由此改进了初级绕组和相关联的次级绕组之间的耦合。此外，这里降低了对电磁干扰场的敏感性，因为在初级绕组电路中使用多于一个初级绕组意味着初级绕组所占据的引线板中的面积小于仅设置一个初级绕组时的面积。此外，较小尺寸的初级绕组允许在初级绕组电路的设计中节省空间，因为空间现在在两个单独初级绕组附近和两个单独初级绕组之间变得可用。除了消除对为干扰场提供大捕获(trapping)面积的大面积初级绕组的需要之外，初级绕组的尺寸可以与相关联的次级绕组的尺寸相匹配，允许改进初级绕组和相关联的次级绕组之间的耦合，并且允许降低与相邻的次级绕组相关联的初级绕组对次级绕组的干扰。

在本实施例的有利实施例中，次级绕组可以是正弦线圈。在这种情况下，正弦线圈允许使用检测系统中的简单传感器结构来产生正弦测量信号，例如，在电路上沿着传感器结构具有基本上恒定宽度的条带形传感器结构，但是条带具有中断，确保扫描传感器结构的正弦线圈具有重叠区域(即，投影到该条带上)。例如，条带可以具有多个次级线圈，但是条带可以具有中断，该中断导致扫描传感器结构的正弦线圈在两个中断之间具有重叠区域(即，条带上线圈的投影面积)，这导致随着条带被扫描，线圈中的信号单调增加或减小。例如，多个次级绕组可以形成为两个正弦线圈，各个正弦线圈具有中心抽头，由此具有中心抽头的正弦线圈设置两个次级绕组，两个次级绕组可以容易地由中心抽头在单个次级绕组上抽头。

在该方案的第四实施例中，次级绕组电路可以进一步包括与第一子集的第一次级绕组并联的第一电阻器和与第二子集的第一次级绕组并联的第二电阻器。第一电阻器和第二电阻器可以用于实现偏移匹配。在检测装置中，次级绕组不均匀地布置在围绕轴的整个圆周上，由于次级绕组围绕轴的必然不对称布置，在次级绕组输出的信号中出现偏移。可替代地，可以设置电容器来代替第一电阻器，和/或电容器来代替第二电阻器。此外，可以仅设置第一电阻器和第二电阻器中的一个，使得仅在子集中实现偏移匹配，而可以提供电容器来代替该电阻器，使得仅在子集中通过电容器实现偏移匹配。

在本实施例的有利实施例中，次级绕组电路可以进一步包括第一电容器和第二电容器，其中第一电容器与来自第一子集的第二次级绕组并联布置，并且第二电容器与来自第二子集的第二次级绕组并联布置。在第一子集中的第一电阻器和第一电容器的组合以及第二子集中的第二电阻器和第二电容器的组合的情况下，这可以增加各个子集中的温度稳定性。可替代地，可以仅设置第一电容器和第二电容器中的一个，使得仅在一个子集中实现改进的温度稳定性。

在第二方案中，提供了用于位置传感器的检测装置，诸如转子位置传感器或通常的位置传感器，其不检测电机的转子的位置，而是检测任何旋转部件的位置，例如经由齿轮箱而法兰连接到电机转子的部件，或者仅在有限角范围内旋转或连续旋转的旋转部件。在第一方案的说明性实施例中，用于位置传感器的检测装置包括至少一个初级绕组和次级绕组电路，次级绕组电路包括电感耦合到至少一个初级绕组的多个次级绕组，其中多个次级绕组包括彼此串联布置的至少两个次级绕组的第一子集和彼此串联布置的至少两个次级绕组的第二子集，并且其中次级绕组电路进一步包括第一电阻器或电容器，第一电阻器或电容器布置在第一子集的次级绕组和第二子集的次级绕组之间，或者与第一子集或第二子集的第一次级绕组并联布置。

在该方案的一些实施例中，至少一个初级绕组和次级绕组电路可一起集成在印刷电路板中。

在该方案的一些实施例中，初级绕组的数量和次级绕组的数量可以相同，并且初级绕组可以与电路板中的一个次级绕组对齐或分配给一个次级绕组。

在该方案的一些实施例中，次级绕组电路可以进一步包括布置在两个其他次级绕组之间的额外电阻器或电容器，两个其他次级绕组中的一个来自第一子集，另一个来自第二子集。

在该方案的一些实施例中，多个次级绕组可以形成为两个正弦线圈，各个正弦线圈具有中心抽头，并且可以仅设置一个初级绕组，初级绕组形成为在平面图中围绕次级绕组的矩形线圈。

在该方案的一些实施例中，各个子集中的次级绕组可以相对于一个以上的初级绕组以有线方式布置在次级绕组电路中，使得在检测装置的操作期间从各个子集中提供差分信号。

在该方案的一些实施例中，次级绕组电路可以进一步包括第一电容器和第二电容器，其中第一电容器与来自第一子集的第二次级绕组并联布置，并且第二电容器与来自第二子集的第二次级绕组并联布置。

在第三方案中，提供了检测系统。在说明性实施例中，检测系统包括根据第一和第二方案中的一个的检测装置以及相对于检测装置可旋转地布置的传感器元件，该传感器元件包括由导电材料形成的传感器结构。

在第三方案的检测系统中，当传感器元件相对于检测装置移动时，可以有利地检测到检测装置和传感器元件之间的角位置。例如，由于转子(在特定应用中可以是电机的转子)的旋转运动而导致的传感器元件和检测装置之间的相对旋转运动，可以根据传感器元件相对于检测装置的瞬时位置在次级绕组中产生感应电压。换句话说，由初级绕组电路产生的磁场被传感器元件调制，并且调制的磁场在检测装置的次级绕组中感应出电压信号，该电压信号表示由施加到初级绕组电路的传感器元件的传感器结构调制的信号，该传感器结构沿着传感器元件相对于检测装置的旋转具有传感器结构的形状或形式，该形状或形式根据角变化。

在根据第一和/或第二方案的检测装置中，初级和次级绕组可以被设置为空心线圈，这意味着初级和次级绕组没有设置可磁化芯。在这种情况下，由于线圈中没有磁芯材料，外部磁场对磁化或甚至饱和没有贡献，或者仅在可容许的程度上有贡献，因此所获得的输出信号相对不受干扰，例如，来自电机中出现的大磁场的干扰。因此，如果传感器结构至少部分地由导电/导磁材料组成，则传感器结构的涡流损耗可以被利用，以影响检测装置的输出信号，使得根据第一和第二方案的检测装置不受电磁影响的干扰。例如，空心线圈被缠绕并附接到载体，例如合适的基板或印刷电路板或柔性印刷电路板。

附图说明

下面参照附图描述本发明的上述方案的进一步优点和说明性实施例，其中：

图1a-图1b在平面图中示意性地示出根据一些说明性实施例的转子位置传感器，图1b中的视图是沿着图1a中的线1b-1b的截面图；

图2示意性地示出根据其他说明性实施例的转子位置传感器的剖视透视图；

图3在平面图中示意性地示出根据一些说明性实施例的检测装置；

图4示意性地示出根据一些说明性实施例的次级绕组相对于传感器结构的布置以及检测装置的最终输出信号；

图5示意性地示出根据一些说明性实施例的单独次级绕组相对于传感器结构的布置；

图6在俯视图中示意性地示出根据一些说明性实施例的初级绕组和多个次级绕组；

图7在俯视图中示意性地示出根据一些说明性实施例的具有中心抽头的次级绕组；

图8在俯视图中示意性地示出根据一些说明性实施例的具有多匝和中心抽头的次级绕组；

图9示意性地示出根据一些说明性实施例的检测系统的电路图；

图10示意性地示出根据一些说明性实施例的检测系统的截面图，其中一对线圈布置在印刷电路板中；

图11示意性地示出根据一些其他说明性实施例的检测系统的电路图；

图12示意性地示出根据进一步的一些说明性实施例的检测系统的电路图；以及

图13示意性地示出根据一些说明性实施例的多个初级绕组的电路图。

具体实施方式

下文描述的各种说明性实施例可以涉及检测装置在转子位置传感器中的应用。在这点上，根据说明性实施例的转子位置传感器通常包括检测系统，用于检测检测系统的检测装置和检测系统的传感器元件之间的角位置。在这点上，传感器元件具有由导电/导磁材料形成的传感器结构，该传感器结构在完全旋转(即，围绕传感器元件相对于检测装置的旋转轴旋转360°)时改变角，从而检测检测装置和传感器元件之间的角位置。

检测装置中的初级绕组电路产生由传感器元件的传感器结构调制的磁场。相应调制的磁场又在检测装置的多个次级绕组中感应出(induces)相应调制的电信号。从施加到初级绕组电路用于产生磁场的电信号和由次级绕组响应于此输出的电信号之间的比较，可以推断传感器元件和检测装置之间的角位置。

现在将参照图1a、图1b和图2，描述具有用于检测检测系统的检测装置和检测系统的传感器元件之间的角位置的检测系统的转子位置传感器的两个替代实施例。

图1a在侧视图中示意性地示出电机的转子位置传感器1。这里，传感器结构3附接到转子(例如电机的转子2)的轴向表面，并且可与转子一起移动。在说明性示例中，电机可以是永磁励磁电机，其中角信号用于电换向。此外，设置了检测装置4，其与传感器结构3轴向相对布置。传感器结构3和检测装置4形成用于转子位置传感器1的检测系统，其中传感器结构3相对于检测装置4可旋转地布置。

根据说明性实施例，传感器结构3应用于合适的载体材料7a或者直接安装在位于轴2a上的转子2的基材中。转子2的基材应当被理解为转子2的功能所需的材料，诸如用于保持电机的部件的材料，诸如磁体等。

图1b示出沿着图1a中1b-1b线的截面，其中，本实施例中的传感器结构3具有在转子2的完整机械旋转(即，转子2围绕轴2a 360°的旋转)上周期性延伸的单一轨道3a。然而，这不是对本发明的限制，轨道3a可以替代地形成为宽度基本上恒定的条带(没有图1b中所示的周期性变化的宽度，其中在条带中提供周期性中断)或者形成为宽度在转子2的完整机械旋转上单调地变化的条带。根据一些示例性实施例，传感器结构3可以具有重复的三角形结构，而不是图1b中所示的轨道3a。然而，也可以使用导致位置依赖电感变化的其他形状，例如矩形结构等。在一些说明性示例中，传感器结构3可以包括例如铝、钢、铜、印刷电路板、一个以上的导电层或金属化塑料。通常，传感器结构3可以仅仅是导电的，并且特别地，传感器结构可以是非磁性的或可磁化的，并且因此可以包括嵌入或附接到转子2的不导电的支撑材料的导电部件。然而，这不是对本发明的限制，并且传感器结构可以由嵌入或附接到转子2的支撑材料的磁性或可磁化材料形成。

参照图2，剖视立体图示意性地示出根据说明性实施例的转子位置传感器10，其中转子位置传感器10附接到电机，并且被配置为图1a和图1b中转子位置传感器1的替代实施例。在这种情况下，转子位置传感器10具有从检测装置12和传感器结构14形成的检测系统，传感器结构14被布置使得其可相对于检测装置12围绕转子轴R旋转。这里传感器结构14附接到转子的径向表面，例如电机的转子18，并且可随其移动。如图2所示，电机具有定子线圈19，其中电机的定子缠绕在定子线圈19上。传感器结构14可以根据传感器结构3形成，并且在这点上参照上面的描述。

根据图2的实施例，检测装置与传感器结构14径向相对地布置在电机的电机外壳16的外侧，其中定子线圈19相对于转子18静止。在图2的图示中，出于显示的原因，电机外壳16被部分切开，以示出布置在检测装置12下方的传感器结构14，否则在图2的透视图中该传感器结构14被电机外壳16遮挡。

根据一些说明性实施例，检测装置12可以包括多个绕组(未示出)和电子电路(未示出)，该电子电路处理从多个绕组输出的信号，并且输出它们作为位置信号，诸如电信号，诸如电压振幅、差分电压、电流振幅、差分电流、频率、相位角等，其中电信号使得能够获得转子18相对于检测装置12的角旋转位置。

参照图3，下文更详细地解释了检测装置20的一些说明性实施例。检测装置20包括电路板22，该电路板22具有多个线圈，诸如多个次级绕组24a、24b、24c和24d，这些线圈并排布置在电路板22中。此外，至少一个初级绕组(未示出)可以形成在电路板22中。例如，可以设置单个初级绕组(未示出)，并且在图3所示的俯视图中，该初级绕组(未示出)可以围绕次级绕组24a到24d。替代地，可以设置两个初级绕组(未示出)，其中一个初级绕组(未示出)可以在所示的俯视图中围绕两个相邻的次级绕组24a和24b，而另一个初级绕组(未示出)可以在所示的俯视图中围绕两个相邻的次级绕组24c和24d。在另一替代方案中，可以设置四个初级绕组(未示出)，这些初级绕组(未示出)中的每一个可以基本上一致地覆盖次级绕组24a到24d中的相应一个。

次级绕组24a到24d可以是矩形线圈(如图3中的虚线所示)。术语矩形被理解为表示矩形或通过使矩形(诸如梯形)变形(拉伸或压缩矩形的至少一个边)而从矩形产生的形状。在本文中，将一条线压缩成一个点也应当被理解为属于术语“变形”，使得矩形也可以变形为三角形。

根据一些说明性实施例，印刷电路板22可以用于图1a和图1b的转子位置传感器，使得印刷电路板22在图1b的背景中由附图标记4标识。在这种情况下，术语矩形还应当被理解为指示可以通过变形由矩形形成的形状(如上所述)，并且此外，在根据图1b的轴向布置中的变形的矩形的至少一个径向侧可以具有与电路板22中围绕图1b中的轴2a的径向线上的曲率基本上对应的曲率(在这点上，参见图1b中的附图标记4)。换句话说，相应弯曲的径向侧可以对应于图1b中在相对于轴2a的径向侧的位置处围绕轴2a的弓形部分。

根据其他说明性实施例，印刷电路板22可以插入图2的转子位置传感器中，使得印刷电路板22在图2的背景中将由图2中检测装置12面向图2中的传感器结构14的下表面识别。图2中检测装置12的下表面可以是平面，或者可以在图2中检测装置12的下表面的位置处根据图2中围绕转子轴R的弧形部分形成。在这种情况下，术语“矩形”还应当被理解为指示可以通过变形从矩形形成的形状(如上所述)，并且此外，在根据图2的径向布置中，变形的矩形的至少一个径向侧可以具有与电路板22中围绕图2中的转子轴R的径向线上的曲率基本上对应的曲率(在这点上，参见图2中的拍摄装置12的下表面)。此外，在作为图2中的检测装置12的元件的应用中，参照图2，印刷电路板22可以在图2的检测装置12中被定向，使得印刷电路板的表面法线被定向为平行于相对于围绕图2中的转子轴R的旋转的径向方向。

参照图3，示出次级绕组24a到24d集成在印刷电路板22的材料中的实施例，如次级绕组24a到24d的虚线所示。即使在挑战性的背景条件下，这也提供了次级绕组24a到24d的改进的完整性。为此，次级绕组24a到24d可以由有或没有载体材料的合适的材料包覆成型或封装，或者它们可以安装在外壳中或仅设置有印刷电路板。当次级绕组被包覆成型或封装时，次级绕组24a到24d中的每一个不一定需要完全嵌入印刷电路板22的材料中，而是次级绕组24a到24d中的每一个的顶部导体表面可以暴露，或者次级绕组24a到24d的覆盖范围可以很小，使得与印刷电路板22的材料的厚度一起，获得到传感器结构(未示出)的期望间隙。替代地，次级绕组可以安装在电路板22上，并且经由电路板22的外部连接(未示出)连接到电路板22中的电引线(未示出)。

参照图1到图3，要注意的是，由于与所示的传感器结构的圆周长度相比，所示的检测装置的尺寸较小，次级绕组和相应的初级绕组(未示出)仅布置在定子的圆弧段上。

参照图4，给出关于根据一些说明性实施例的传感器结构和次级绕组之间的关系以及从次级绕组输出的电信号的描述。

图4示意性地示出与多个次级绕组50相关的传感器元件37的传感器结构36的布置。多个次级绕组50由四个次级绕组34a、34b、34c和34d形成，四个次级绕组根据图示形成为矩形绕组，并且相对于传感器结构36并排布置。这里，传感器结构36表示如上面参照前面的附图所描述的结构，因此这里不再重复上面的描述。特别地，传感器结构36表示由导电材料形成的结构，其以单个或多个周期的方式沿着转子(未示出)的旋转形成，例如传感器结构36的至少一个周期表示转子(未示出)的一个完整旋转。

参照图4，次级绕组34a到34d相对于传感器结构36并排布置，使得次级绕组34a到34d沿着传感器结构36的周期彼此基本上等距布置。因此，次级绕组34a到34d可以各自与传感器结构36的一部分相关联，使得传感器结构36沿着传感器结构36的周期被划分为大小基本上相等的四个部分。换句话说，次级绕组相对于传感器结构的周期彼此偏移传感器结构36的周期的四分之一。因此，次级绕组34a与次级绕组34b具有传感器结构36的四分之一周期的关系，次级绕组34a与次级绕组34c具有传感器结构36的二分之一周期的关系，次级绕组34a与次级绕组34d具有传感器结构36的四分之三周期的关系。

参照图4的示意图，进一步示出连接至次级绕组34a到34d的信号处理电路32，信号处理电路32接收次级绕组34a到34d输出的电信号，对其进行处理，并将其作为处理后的信号30输出。在一些说明性示例中，信号处理电路可以影响滤波和/或偏移平衡和/或相位平衡，这将在下面更详细地讨论。在这点上，次级绕组34a和34c在子集35a中互连，并且向信号处理电路32输出电信号。此外，次级绕组34b和34c在子集35b中彼此互连，并且向信号处理电路32输出电信号。

图4中所示的处理后的信号30在与传感器结构36的周期完全对应的时间间隔内进行例示。换句话说，所示的时间间隔表示多个次级绕组50扫过或扫描传感器结构36的整个周期的间隔。这里，参照传感器结构36，从子集35a输出的信号在处理后的信号30中被表示为“正弦”，而从子集35b输出的信号在处理后的信号30中被表示为“余弦”。这些正弦和余弦信号允许明确的识别次级绕组34a到34d相对于传感器结构36的角位置和旋转的方向，并且因此识别包括次级绕组的检测装置相对于传感器结构36的角位置和旋转方向。

参照图5，单独次级绕组64a到64d与相对于传感器结构的不同部分63a到63d同时示出。这里，很明显，在由次级绕组64a和64b扫描的部分63a和63b之间，相对于传感器结构的周期存在180°的角位置。类似地，在由次级绕组64c和64d扫描的部分63c和63d之间，相对于传感器结构的一个周期存在180°的角位置。另一方面，在由次级绕组64a和64c扫描的部分63a和63c之间，相对于传感器结构的一个周期存在90°的角位置，而在由次级绕组64b和64d扫描的部分63tec和63d之间，相对于传感器结构的一个周期存在90°的角位置。

参照图4，图5中的次级绕组64a到64d可以被识别为次级绕组34a到34d，在这种情况下，部分63a到63d表示传感器结构36由相应的次级绕组34a到34d在相同周期内扫描的部分。

在参照图1到图5所述的实施例中，传感器结构可以在传感器元件上或传感器元件处形成正弦形状。在这种情况下，正弦形状是有利的，因为这种几何形状使得传感器结构能够形成以正弦轨迹的形式的衰减表面，这又使得由检测装置检测到的电信号能够以正弦方式受到影响，并且因此容易被评估。然而，这不是限制，并且如上所述，原则上可以使用其他传感器结构。通常，传感器结构在完整旋转上不一定是多周期的，只要能够将由感测传感器结构的检测装置检测到的电信号，明确地分配给检测装置相对于传感器结构沿着完整旋转的位置或角位置。

根据各种实施例的上述描述，在根据一些说明性实施例的检测系统中，由传感器元件调制的输出信号由次级绕组的各种子集提供(例如，参见图4中的子集35a和35b)，其中，在传感器元件相对于检测装置的旋转移动的过程中，与传感器元件的传感器结构相对应的输出信号的振幅和/或相位和/或频率发生变化。可以相对于传感器结构来限定次级绕组的子集，其中从两个子集输出的电信号相对于传感器结构的周期彼此具有90°的相位偏移。这允许提供彼此具有正弦和余弦关系的子集的输出信号，并且因此易于利用已知的方法评估。在子集内，次级绕组可以以这样的方式相对于彼此布置，使得它们提供相对于传感器结构的一个周期具有180°相位偏移或者相对于传感器结构的一个周期具有360°相位偏移的电信号。在180°相位偏移的情况下，由子集中的次级绕组输出的信号可以被提供为该子集的差分输出信号，使得补偿由子集中的每一个次级绕组产生的相等的噪声信号。

参照图6到图8，描述次级绕组是正弦线圈的说明性实施例。在正弦次级绕组的情况下，传感器元件的传感器结构不一定沿着完整旋转具有变化的结构。如果周期性变化的传感器结构被正弦次级绕组扫描，这导致电输出信号是对应于周期性变化的传感器结构的修改的正弦信号。例如，由正弦次级绕组扫描的正弦传感器结构导致与sin²成比例的电信号。

参照图6，示意性地说明检测装置100。检测装置100包括初级绕组110和由正弦线圈120a和正弦线圈120b提供的多个次级绕组。在所示的俯视图中，初级绕组表示围绕多个次级绕组的矩形线圈。检测装置100的印刷电路板未示出。

正弦线圈120a和120b中的每一个由两个正弦线圈段构成，这两个正弦线圈段相对于彼此的正弦形状相差180°。因此，说明性地，正弦线圈120a和120b中的每一个在形状上类似于oo。在具体的说明性示例中，正弦线圈120a和正弦线圈120b可以在形状上基本上一致，但是相对于它们的正弦形状偏移90°。这表示了有利的但非限制性的示例，在该示例中，相应的线圈可以容易地大量生产，并且确保正弦信号的输出。

由于正弦线圈120a和120b单独重叠并且彼此多次重叠，因此正弦线圈120a和120b优选形成多层线圈，其中两个单独层之间的竖直触点V提供电连接。相对于次级绕组和初级绕组110，竖直触点也用作外部触点。然而，这不是限制，并且可以在将发生交叉的点处仅设置诸如桥触点的天桥和/或地下通道，在这种情况下，除了桥触点之外，次级绕组将在印刷电路板的相同平面中延伸。

参照图7，示出图6的替代实施例。更具体地，正弦线圈220被示为具有两个次级绕组222a和222b，两个次级绕组中的每一个具有一匝，次级绕组222a和222b串联布置并且具有彼此相反的匝。竖直触点V1和V7表示正弦线圈220的外部触点，使得竖直触点V1表示次级绕组222a的外部触点，而竖直触点V7表示次级绕组222b的外部触点。另外的竖直触点V2、V3、V4、V5和V6用于印刷电路板(未示出)的不同水平层(未示出)之间的竖直连接，其中正弦线圈220的单独绕组段延伸。例如，在竖直触点V1和V2、V3和V1以及V5和V6之间延伸的部分在第一层或平面中，而在竖直触点V2和V3、V4和V5以及V6和V7之间延伸的部分在与第一层不同的第二层中。中心抽头M1由竖直触点V4实现，使得电压信号可以在V1和M1之间的次级绕组222a上分接，并且电压信号可以在M1和V7之间的次级绕组222b上分接。

通过中心抽头M1，可以将次级绕组222a和222b中的每一个连接到电气部件，以允许校正由正弦线圈220输出的信号。

参照图8，示出图7的替代实施例。更具体地，正弦线圈320被示为具有两个次级绕组322a和322b，每一个次级绕组具有多匝，次级绕组322a和322b串联布置并且相对于彼此具有相反的旋转方向。竖直触点表示正弦线圈320的外部触点和不同层之间的内部连接，其中正弦线圈320的单独绕组段被布线，类似于图7的上述描述。此外，实施中心抽头M2，使得次级绕组322a两端的电压信号和次级绕组322b两端的电压信号可以被M2分接。

参照图9，参照图9中传感器元件的传感器结构420，示出包括检测装置410和传感器元件的检测系统400。虽然传感器结构420被示出为正弦变化的结构，但是这不是限制，并且可以使用替代的传感器结构，如上所述。传感器元件相对于检测装置410移动的旋转方向在图9中用箭头DR示意性地示出。

根据图9中的实施例，检测装置410包括多个初级绕组402和多个次级绕组404。这些绕组可以集成在印刷电路板(未示出)中，如上面参照各种说明性实施例所述。多个初级绕组402具有四个初级绕组402a到402b，并且多个次级绕组404具有四个次级绕组404a到404b。次级绕组的数量不限于四个，并且可以设置四个次级绕组的倍数。相对于初级绕组的数量，代替四个初级绕组，可以设置初级绕组的数量，使得它与次级绕组的数量匹配为1：1。替代地，来自多个次级绕组的次级绕组的子集可以恰好与一个初级绕组相关联。例如，来自多个初级绕组中的每一个的一个初级绕组可以与两个以上的次级绕组相关联，使得每一个初级绕组与次级绕组的子集相关联，每一个子集具有相等数量的次级绕组。

参照图9，设置了电子电路430，其将电信号施加到多个初级绕组402，并接收由多个次级绕组404输出的电信号。例如，电子电路可以包括振荡器电路(图9中仅示出振荡器端子Osz1和Osz2)，通过该振荡器电路，周期性电信号被施加到多个初级绕组402。

多个初级绕组402可以连接在由电子电路430的振荡器电路供电的谐振电路403中。例如，多个初级绕组402可以由初级绕组402a到402d的串联连接而形成。然而，这不是限制，并且可以设置初级绕组402a到402d中的至少一些的合适的并联连接。

多个次级绕组404的次级绕组404a到404d可以被分到两个次级绕组的子集中，各个次级绕组串联布置，分别连接到电子电路430。例如，次级绕组404a和404c可以彼此串联布置并形成次级绕组的一个子集，而次级绕组404b和404d可以彼此串联布置并形成次级绕组的另一个子集。这些子集中的每一个向电子电路430提供电信号，基于该电信号可以在检测系统400中进行角位置确定。每个子集中的次级绕组相对于彼此缠绕和互连，使得由子集输出的电压信号是差分信号。这意味着由子集输出的电压信号对应于子集的单独绕组中感应的电压差。下面参照图9、图11和图12，更详细地描述各个子集被配置为输出差分信号的各种实施例。

相对于参照图9所述的实施例，这意味着所有初级绕组402a到402d和所有次级绕组404a到404d相对于彼此具有相同的缠绕方向(winding sense)，但次级绕组404a和404c在子集中互连，使得可以从该子集分接差分信号。同样，次级绕组404b和404d在另一个子集中互连，使得可以从该子集中分接差分信号。因此，差分信号可以由电子电路430中的次级绕组404a和404c通过端子“sin+”和“sin-”提供，同时差分信号也由电子电路430中的次级绕组404b和404d通过端子“cos+”和“cos-”提供。相互参照，一方面，次级绕组404a和404c的子集的电信号，而另一方面，次级绕组404b和404d的子集的电信号是彼此90°异相的周期性信号，这可以从说明性实施例的上述讨论中理解。

相对于不同于所示传感器结构420(如上文相对于传感器结构的各种实施例所述)的传感器结构420的其他实施例，可以为次级绕组和初级绕组选择合适的形状，例如正弦线圈或矩形线圈的形式。

在一些说明性实施例中，多个初级绕组402相对于多个次级绕组404布置，使得初级绕组402a到402d中相应的一个和次级绕组404a到404d中相应的一个布置在线圈对中，使得线圈对中的这些绕组与该线圈对中的绕组和不同线圈对中的绕组之间的电感耦合相比，具有最大电感耦合。例如，这具体意味着初级绕组402a和初级绕组404a形成线圈对(402a，404a)，该线圈对被指定使得初级绕组402a和次级绕组404a之间的电感耦合与初级绕组402a和次级绕组404b到404d中的任一个之间的电感耦合相比最大，并且还与次级绕组404a和初级绕组402b到402d中的任一个之间的电感耦合相比最大。因此，剩余的绕组402b到402d和404b到404d也可以以线圈对布置。这可以根据绕组的布置中的特定说明性(但非限制性)示例来实现，其中一个初级绕组和一个次级绕组每个都彼此直接相对或者彼此交错。以这样的方式，各个线圈对产生最大的信号强度，使得线圈对产生的信号几乎不需要放大。在进一步的说明性示例中，线圈对中的初级和次级绕组可以全等。

如图9所示，次级绕组404a到404d连接在次级电路中，两个次级绕组各个连接在子集中。关于图9中的图示，次级绕组404a和次级绕组404c在多个次级绕组404的子集中彼此互连，并且连接到电子电路430。例如，次级绕组404a和404c串联布置在电子电路430的两极端子sin+/sin-之间。在这点上，次级绕组404a和404c可以串联布置，使得次级绕组404a和404c在串联连接中相对于彼此具有相反的缠绕方向。结果，差分信号从该子集输出到电子电路430。此外，次级绕组404b和次级绕组404d形成多个次级绕组404的子集，并且连接到电子电路430。例如，次级绕组404b和404d串联布置在电子电路430的两极端子cos+/cos-之间。在这点上，次级绕组404b和404d可以串联布置，使得次级绕组404b和404d在串联连接中相对于彼此具有相反的缠绕方向。结果，差分信号从该子集输出到电子电路430。本示例中的子集表示次级绕组的互连，这些次级绕组在没有中间元件的情况下直接连接。

根据图9中的实施例，检测系统400中进一步设置了至少一个电阻器和/或电容器，以实现偏移和相位的平衡。如上所述，在具有检测装置的转子位置传感器中，其中次级绕组不均匀地布置在围绕轴的整个圆周上，由于次级绕组围绕轴的必然不对称布置，在由次级绕组输出的信号中出现偏移。在当前情况下，对于检测系统400，如果次级绕组404a到404d围绕旋转轴(未示出)不对称地布置，则可以假设信号中将出现偏移。此外，当次级绕组404a到404d不对称布置时，在次级绕组和子集之间出现90°和180°的相位偏差，因为次级绕组与相邻绕组具有不同程度的耦合。例如，次级绕组404a和404d各个仅具有一个相邻次级绕组，而次级绕组404b和404c中的每一个具有两个相邻次级绕组。

在说明性实施例中，次级绕组电路中的偏移平衡可以通过与相应次级绕组并联布置的电阻器406a到406d实现。例如，在各个子集中可以只设置一个电阻器。此外，可以总共仅设置一个电阻器。替代地，可以设置更多的电阻器，例如，可以设置电阻器406a到406d中的每一个。

在说明性实施例中，次级绕组电路中的相位平衡可通过电阻器408a到408d实现，电阻器中的每一个在一个子集的输入/输出和另一个子集的输入/输出之间建立电连接。为此，电阻器408a至408d中的一个可能是足够了。如果需要，电阻器408a到408d中的一个可以与另一个电阻器组合。

可以设置电容器，代替电阻器406a到406d中的至少一个和/或电阻器408a到408d中的至少一个。电阻器和电容器的组合可以帮助提高温度稳定性。例如，次级绕组404a和404c的子集中的电阻器406a和406c中的一个可以由与该子集中相应的次级绕组并联布置的电容器代替。额外地或替代地，次级绕组404b和404d的子集中的电阻器406b和406d中的一个可以由与该子集中相应的次级绕组并联布置的电容器代替。额外地或替代地，可以从电阻器408a到408d设置电阻器，并且可以设置电容器来代替从408a到408d的剩余电阻器中的一个。

次级绕组电路中电阻器和电容器的具体值主要取决于检测装置410或检测系统400的布局。可以在开发的开始执行各种测量和/或模拟，以确定相位偏移和偏移。由此，然后可以确定合适的电阻器和/或电容器(包括温度稳定性)，使得可以通过在次级绕组电路中使用合适的电阻器和/或电容器来实现合适的偏移匹配和/或相位匹配，如果必要的话，具有改进的温度稳定性。

关于图11，现在描述图9的替代实施例，其中形成次级绕组子集以提供差分信号。这里，图9和图11之间相同的附图标记表示相同的特征，并且参照以上对图9的描述来描述这些相同的特征。

图11示出与图9中的检测系统400不同的检测系统600，不同之处在于检测系统600包括检测装置610。更具体地，检测装置610与图9中的检测装置410的不同在于具有多个初级绕组602和多个次级绕组604，这将在下面更详细地描述。

多个初级绕组602包括串联布置的初级绕组602a、602b、602c和602d，初级绕组602a和602b在相同的方向上缠绕并彼此串联布置，使得在两个绕组中，施加到初级绕组602a的输入端子的电流在相同的方向上流动。此外，初级绕组602c和602d相对于彼此在相同的方向上串联缠绕，并且相对于初级绕组602a和602b在相反的方向上串联缠绕，使得施加到初级绕组602a的电流相对于初级绕组602a和602b在相反的方向上在初级绕组602c和602d中流动。然而，施加到初级绕组602c的输入端子的电流在相同的方向上流过两个初级绕组602c和602d。

多个次级绕组604包括次级绕组604a、604b、604c和604d，它们以彼此相同的缠绕方向布置，使得次级绕组604a和604b相对于初级绕组602a和602b在相同的方向上缠绕，而次级绕组604c和604d相对于初级绕组602c和604d在相反的方向上缠绕。检测装置610中的次级绕组604a和604c与电子电路430的互连，使得在检测装置的操作期间由初级绕组602a产生的磁通量密度(未示出)在相关联的次级绕组604a中产生电流，该电流由次级绕组604a施加到次级绕组604c，并且在相对于次级绕组604a中的电流的相同的方向上流过次级绕组604c。然而，由于在包括初级绕组602c和次级绕组604c的线圈对中，绕组具有彼此相反的绕组方向，因此这里感应出相反的流动电流，使得在检测装置610的操作中，在由次级绕组604a和604c形成的子集的输入端子和输出端子之间产生差分信号。因此，当检测装置610的子集中的次级绕组604b和604d连接到电子电路430时，在检测装置的操作期间由初级绕组602b产生的磁通量密度(未示出)在相关联的次级绕组604b中产生电流，该电流从次级绕组604b施加到次级绕组604d，并且在相对于次级绕组604b中的电流的相同的方向上流过。然而，由于在由初级绕组602d和次级绕组604d组成的线圈对中，绕组具有彼此相反的绕组方向，因此在检测装置610的操作期间，初级绕组602d在次级绕组604d中感应出相反的流动电流，导致来自次级绕组604b和604d的该子集的输入和输出端子之间的差分信号。

参照图11，由(602a，604a)和(602b，604b)以及(602c，604c)和(602d，604d)给出初级绕组和相关联的次级绕组的线圈对。仅在线圈对(602a，604a)和(602b，604b)中存在相同方向的绕组，而线圈对(602c，604c)和(602d，604d)中的绕组彼此相反地缠绕。此外，多个次级绕组604被划分为两个子集[604a、604c]和[604b、604d]，其中一个子集中的绕组被布置为彼此串联，施加到该子集的电流在相同的方向上流动。

关于图12，现在描述图9和图11的进一步的其他替代实施例，其中，子集从次级绕组形成，以提供差分信号。这里，图9、图11和图12之间相同的附图标记表示相同的特征，并且参照以上对图9的描述来描述这些相同的特征。

图12示出与图9中的检测系统400不同的检测系统700，不同之处在于检测系统700包括检测装置710。更具体地，检测装置710与图9中的检测装置410的不同在于具有多个初级绕组702和多个次级绕组704，这将在下面更详细地描述。

多个初级绕组702包括串联布置的初级绕组702a、702b、702c和702d，初级绕组702a和702c在相同的方向上缠绕并彼此串联布置，使得施加到初级绕组702a输入端子的电流在相同的方向上流过两个绕组。此外，初级绕组702b和702d串联布置，相对于彼此在相同的方向上缠绕，并且相对于初级绕组702a和702c串联布置，在相反的方向上缠绕，使得施加到初级绕组702a的电流相对于初级绕组702a和702c在相反的方向上在初级绕组702b和702d中流动。然而，施加到初级绕组702b的输入端子的电流在相同的方向上流过两个初级绕组702b和702d。初级绕组702a到704d串联布置，并且在这种布置中具有交替的绕组定向。

多个次级绕组704的次级绕组704a、704b、704c和704d相对于彼此在与初级绕组702a至702d的交替缠绕方向相对应的交替缠绕方向上布置，因此次级绕组704a和704c相对于初级绕组702a和702c在相同的方向上缠绕，次级绕组704b和704d相对于初级绕组702b和704d在相同的方向上缠绕，并且次级绕组704a和704c相对于次级绕组704b和704d在相反的方向上缠绕。检测装置710中的次级绕组704a和704c与电子电路430的互连使得在检测装置的操作期间由初级绕组702a产生的磁通量密度(未示出)在相关联的次级绕组704a中产生电流，该电流由次级绕组704a施加到次级绕组704c，并且在相对于次级绕组704a中的电流的相同的方向上，流过次级绕组704c。然而，由于初级绕组702c与次级绕组704a相比具有相反的绕组方向，因此初级绕组702c产生磁场，该磁场在次级绕组704c中感应出相反的流动电流，导致在检测装置710的操作期间，在由次级绕组704a和704c形成的子集的输入端子和输出端子之间产生差分信号。因此，当次级绕组704b和704d在检测装置710的子集中与电子电路430互连时，在检测装置的操作期间由初级绕组702b产生的磁通量密度(未示出)在相关联的次级绕组704b中产生电流，该电流从次级绕组704b施加到次级绕组704d，并且在相对于次级绕组704b中的电流的相同的方向上流过后者。然而，由于在由初级绕组702d和次级绕组704d组成的线圈对中，绕组具有与次级绕组704b的绕组方向相反方向的绕组方向，这里，在检测装置710的操作期间，初级绕组702d在次级绕组704d中感应出相对于初级绕组702b和次级绕组704b的线圈对在相反的方向上流动的电流，使得在次级绕组704b和704d的这个子集的输入端子和输出端子之间也产生差分信号。

参照图12，由(702a，704a)和(702b，704b)和(702c，704c)和(702d，704d)给出初级绕组和相关联的次级绕组的线圈对，其中线圈对(702a，704a)和(702c，704c)具有相对于彼此在相同的方向上缠绕的绕组，并且线圈对(702b，704a)和(702d，704c)具有相对于彼此在相同的方向上缠绕的绕组，这些绕组在方向或缠绕方向上与线圈对(702a，704a)和(702c，704c)相反。多个次级绕组704被划分为两个子集[704a、704c]和[704b、704d]，其中一个子集中的绕组被布置为彼此串联，并且施加到该子集的电流在相同的方向上流过它们。

参照图11，描述进一步的说明性实施例，其中向检测装置710添加了额外线圈对，以提供由绕组702a、704a、702d和704d形成的末端线圈对的对称耦合。这允许避免由检测装置710输出的信号中的偏移，而不需要对应于电阻器406a到406d和/或对应电容器的额外电气部件。另一方面，邻近次级绕组704a和704d设置额外次级绕组704e和704f，使得次级绕组704a和704d现在各个都设置在两个次级绕组之间(在次级绕组704a的情况下是704e和704b，并且在次级绕组704d的情况下是704f和704c)。因此，以额外初级绕组702e和702f的额外空间需求为代价，可以避免设置对应于元件406a到406d中的至少一个适当确定的电阻器和/或电容器的费用。关于次级绕组704e和704f，它们可以是未连接的，使得不需要次级绕组电路中这些元件的有源互连，而是未连接的次级绕组704e和704f都与初级绕组702e和702f相关联，因此形成线圈对。

关于额外初级绕组702e和702f，它们可以与现有的初级绕组702a到702d串联布置，使得进一步实现沿着多个初级绕组702的交替绕组方向的绕组布置。

参照图12描述的额外绕组不限于图12所示的实施例，也可与上述图9和图11所示的实施例一起设置。例如，关于图9，为此目的，根据图12所示的实施例，图12的线圈对(702f，704f)的副本可以形成在图9中的线圈对(402a，404a)的右侧和图9中的线圈对(402d，404d)的左侧。关于图11，为此目的，图12中的线圈对(702f，704f)的副本可以形成在图9中的线圈对(602a，604a)的右侧，而对应于图11中的线圈对(602d，604d)的线圈对可以形成在线圈对(602d，604d)的左侧，作为具有未连接的额外次级绕组的额外线圈对。

关于图9、图11和图12，描述了各种实施例，其中初级绕组和次级绕组都与特定绕组方向或绕组方向耦合和/或互连，使得在与次级绕组子集相关联的每一个初级绕组中产生磁场，该磁场在子集的相应相关联的次级绕组中感应出电压，使得在电子电路430的子集的端子末端，从次级绕组中相应感应出的电压产生电压差。

参照图13，根据一些说明性实施例示出初级绕组电路801。初级绕组电路801包括多个初级绕组802和电容器807，电容器807连接到上面已经描述的电子电路430的端子Osz。初级绕组电路801可以包括谐振电路，该谐振电路具有由多个初级绕组802和电容器807确定的谐振频率，并且由电子电路430操作。例如，电子电路430包括电源或者能够在端子Osz处提供电力，使得电力被合适地供应到初级绕组电路801中。

参照图13，多个初级绕组802具有并联的初级绕组802a到802d。例如，初级绕组802a到802c与连接到端子的初级绕组802d并联布置。

初级绕组电路802可以设置在上文参照图9、图11和图12中的任一图所述的检测装置中，其中上文参照图9、图11和图12中的任一图所述的多个初级绕组和传感器结构由图13中的多个初级绕组802代替。可替代地，初级绕组802a到802d中的至少一个可以替换图9中的初级绕组402a到402d中的至少一个，或者图11中的初级绕组602a到602d中的至少一个，或者初级绕组702a到702d中的至少一个，使得图9、图11和图12中的该至少一个被替换的初级绕组不再串联布置，而是如图13所示并联布置。

参照图10，示意性示出根据一些说明性实施例的检测系统500的截面图，该检测系统可以用于转子位置传感器，例如上文参照图1a、图1b和图2所述的转子位置传感器中的一个。检测系统包括具有电路板501的检测装置530和具有传感器结构(未示出)的传感器元件520。传感器结构520和检测装置510彼此间隔开距离d。例如，d可以在0.5mm到5mm的范围内，优选在1mm到3mm的范围内，更优选在1.5mm到2.5mm的范围内。

如图10所示，电路板501包括初级绕组502和次级绕组504。可选地，如图10所示，电路板501可以进一步包括电子电路530，该电子电路530可以通过可选的屏蔽540(例如，导电材料的箔或层，其可以连接到参考电位(诸如接地)，或者可以不连接或电浮动)与绕组502和504屏蔽。

在一些说明性实施例中，印刷电路板501可以是多层的，使得绕组502和504、(可选的)屏蔽540和电子电路530可以布置在彼此顶部的不同层中。可替代地，绕组502和504可以集成在第一印刷电路板元件中，电子电路530集成在分开的第二印刷电路板元件中，其中两个印刷电路板元件可以经由电连接器彼此连接。这里，对应于第一电路板元件的缠绕表面的第一电路板元件的电路板表面的法线的定向，可以基本上垂直于第二电路板元件的表面法线。这种配置可以用于根据图2中的转子位置传感器的应用中。

在一些说明性实施例中，电子电路530可以形成在多层中，诸如形成在具有电路层530a和530b的两个平面中。在这点上，例如，电路层530a可以实施包括在上面图9、图11和/或图12的背景中描述的电阻器和电容器的次级绕组电路的一部分。例如，电路层530b可以对应于图9、图11和图12中至少一个的电子电路430。

如图10所示，次级绕组504可以具有多层，例如包括绕组层504-1和504-2，或者可以具有更多层。绕组层504-1和504-2可以彼此间隔开例如0.05mm到0.2mm。例如，距离可以是大约100μm。

尽管初级绕组502在图10中示为单层，但这不是限制性的，相反，初级绕组502可以以多层形成。可以对应于次级绕组504的；两个单独绕组层之间的距离来选择两个单独层之间的距离。次级绕组504和初级绕组502可以彼此间隔开例如0.05mm到0.2mm。例如，距离可以是大约100μm。

初级绕组502可以对应于上述初级绕组形成。例如，仅单个初级绕组可以在初级绕组502处形成在电路板501中。可替代地，初级绕组502可以是多个初级绕组中的初级绕组。在说明性示例中，并且如上文结合一些说明性实施例所述，初级绕组502可以与次级绕组504布置成线圈对。例如，多个线圈对可以垂直于截面图中所示的绘图平面(对应于电路板501的厚度方向)分布在电路板501中。

可以在初级线圈502和(可选的)屏蔽540之间形成大约1mm到大约2mm范围内的距离。例如，可以存在大约1.7mm的距离。

(可选的)屏蔽540和电子电路530之间的距离可以在大0.05mm到大约0.2mm的范围内选择。例如，距离可以是大约100μm。

可以在电子电路530的两个单独层之间形成大约0.05mm到0.2mm范围内的距离。例如，距离可以是大约100μm。

关于上述各种说明性实施例，根据初级和次级绕组描述绕组。例如，这些绕组的至少一部分可以形成为空心线圈。这意味着没有设置可磁化芯。

关于一些说明性实施例，上文描述了“正弦”线圈。在本文中，术语“正弦”也被认为包括“余弦”形状，因为已知角的正弦和余弦相差90°相移：/>

术语“基本上”旨在表示偏差和变型也是可能的，对要实现的功能或效果影响很小或没有影响。在这种情况下，在50％的范围内，例如最多25％或最多15％或最多10％或最多5％或最多1％的偏差被认为是可容许的。

关于次级绕组连接在子集中的检测装置的各种实施例，通常可以从上述描述中推断出，初级绕组和次级绕组分别以特定绕组方向或绕组方向耦合和/或连接，以这种方式初级绕组连接到次级绕组。通常，从上面的描述可以理解，初级绕组和次级绕组可以各自与特定的缠绕方向耦合和/或互连，使得在与次级绕组的特定子集相关联的各个初级绕组中产生磁场，该磁场又在该特定子集的相应相关联的次级绕组中感应出电压，使得在该特定子集到电子电路430的端子处，出现与该特定子集的单独次级绕组中感应出的电压的电压差。

本说明书中公开了位置传感器检测装置的各种实施例，诸如转子位置传感器，或者通常，不是检测电机的转子的位置而是检测任何旋转部件的位置的位置传感器，诸如经由齿轮而法兰连接到电机的转子的部件，或者仅在有限角范围内旋转或连续旋转的旋转部件。

在这些说明性实施例的一些中，该检测装置包括印刷电路板、多个初级绕组和多个次级绕组，其中多个初级绕组和/或多个次级绕组集成在印刷电路板中或附接到印刷电路板，并且其中一个初级绕组和一个次级绕组各自布置在线圈对中，使得各个线圈对中的绕组与该线圈对中的绕组和另一个线圈对中的绕组之间的电感耦合相比，具有最大电感耦合。在本文的说明性示例中，次级绕组可以在次级绕组电路中的印刷电路板中至少部分地与集成在印刷电路板中的其他电气和/或电子部件互连，或者次级绕组可以被设置为在印刷电路板中不连接，使得经由外部连接到印刷电路板的电气和/或电子部件发生次级绕组的互连。额外地或替代地，初级绕组可以至少部分地与集成在印刷电路板中的另外的电气和/或电子部件互连，或者初级绕组可以被设置为印刷电路板中不连接，使得经由从外部连接到印刷电路板的电气和/或电子部件进行次级绕组的互连。由于单独线圈对，该检测装置可以被设计得更紧凑，因为通过线圈对避免了大面积的线圈设计，使得相应的检测装置可以被设计得更紧凑。此外，避免大面积线圈，增加了检测装置对电磁场的抗扰性，因为提供了更小的线圈面积，使得这里被绕组捕获更少的干扰场。此外，与具有大面积线圈设计的线圈的布置相比，线圈对具有改进的耦合，使得这里对于在次级绕组中感应的测量信号需要较小的放大，这有助于检测装置的紧凑设计。这使得可以更好地使检测装置适应给定的安装空间和/或最佳地利用给定的安装空间，例如通过除了检测装置之外进一步将其他部件集成在给定的安装空间中。另一方面，线圈对允许改进的EMC，因为紧凑的设计允许来自检测装置的更少辐射。

在进一步的这种实施例中，来自各个线圈对的绕组可以在印刷电路板的厚度方向上彼此相对布置，并且线圈对可以横向于厚度方向以分布方式布置。这表示印刷电路板中线圈对的有利实施例，一方面允许各个线圈对中的绕组之间的改进的耦合，另一方面允许线圈对之间的低串扰，同时提供了印刷电路板的紧凑实施例。

在进一步的这种实施例中，次级绕组可以是矩形线圈。在这点上，可以以非常简单的方式设置具有小线圈区域的矩形线圈。在本文中，线圈区域是指在平行于绕组轴的绕组的俯视图中由绕组的一匝或多匝包围的区域。

在进一步的这种实施例中，次级绕组电路中的次级绕组可以被划分为第一子集和第二子集，仅各个子集中的次级绕组彼此串联布置。次级绕组电路可以进一步包括与来自第一子集的第一次级绕组并联布置的第一电阻器，以及与来自第二子集的第一次级绕组并联布置的第二电阻器。第一电阻器和第二电阻器允许实现偏移匹配。在检测装置中，次级绕组不均匀地布置在围绕轴的整个圆周上，由于次级绕组围绕轴的必然不对称布置，在次级绕组输出的信号中出现偏移。可替代地，可以设置电容器来代替第一电阻器，和/或可以设置电容器来代替第二电阻器。此外，可以仅设置第一电阻器和第二电阻器中的一个，使得仅在一个子集中实现偏移匹配，并且可以设置电容器来代替该电阻器，使得仅在一个子集中通过电容器实现偏移匹配。在第四实施例的特定说明性示例中，至少一个电阻器和/或至少一个电容器可以集成在印刷电路板内的集成电路中。

在进一步的这种实施例中，次级绕组电路可以进一步包括第一电容器和第二电容器，其中第一电容器与来自第一子集的第二次级绕组并联布置，并且第二电容器与来自第二子集的第二次级绕组并联布置。在第一子集中的第一电阻器和第一电容器组合以及第二子集中的第二电阻器和第二电容器组合的情况下，这可以增加各个子集中的温度稳定性。可替代地，可以仅设置第一电容器和第二电容器中的一个，使得仅在一个子集中实现改进的温度稳定性。在第四实施例的这种有利实施例的一个特定说明性示例中，至少一个电阻器和/或至少一个电容器可以集成在印刷电路板内的集成电路中。

在进一步的这种实施例中，次级绕组电路可以进一步包括设置在第一子集的次级绕组和第二子集的次级绕组之间的额外电阻器或电容器。这也可以是第五实施例的替代(“替代的第五实施例”)，其中代替第一和/或第二电阻器(或电容器)或者代替两个电阻器(或电容器)，进一步设置额外电阻器或额外电容器。通过额外电阻器或额外电容器，可以实现两个单独子集之间的相位平衡。因此，平衡了由于绕组与相邻的线圈对的绕组具有不同的强耦合而出现的相位偏移。同样，通过电容器和电阻器的组合可以进一步实现改进的温度稳定性，各个电容器和电阻器布置在第一子集的绕组和第二子集的绕组之间。在第四实施例的该其他有利实施例的特定说明性示例中，至少一个电阻器和/或至少一个电容器可以集成在印刷电路板内的集成电路中。

在进一步的这种实施例中，第一子集和第二子集可以各自具有两个绕组方向相反的次级绕组。这为次级绕组电路中的子集提供了差分输出信号的输出，使得例如可以补偿散布在次级绕组上的寄生信号。

在所述实施例的背景下，初级绕组中的至少一个和次级绕组中的至少一个可以形成为空心线圈，如上所述。

尽管参照与转子位置传感器相关的附图描述了应用，但这不是限制。代替转子位置传感器，本发明可以应用于不直接检测电机的转子的位置的位置传感器，而是检测任何旋转部件的位置，诸如经由齿轮箱而法兰连接到电机的转子的部件，或者仅在有限角范围内旋转或连续旋转的旋转部件，诸如任何旋转致动器。

Claims (14)

1.一种用于位置传感器的检测装置，包括：

初级绕组，以及

次级绕组电路，其具有电感耦合到所述初级绕组的多个次级绕组，

其中，所述多个次级绕组形成为两个正弦线圈(220；320)，各个正弦线圈具有中心抽头(M1；M2)。

2.根据权利要求1所述的检测装置，其中，所述初级绕组形成为在平面图中围绕所述多个次级绕组的矩形线圈。

3.根据权利要求1或2所述的检测装置，其中，所述多个次级绕组包括彼此串联布置的至少两个次级绕组的第一子集和彼此串联布置的至少两个次级绕组的第二子集。

4.根据权利要求3所述的检测装置，进一步包括电阻器或电容器，所述电阻器或电容器布置在所述第一子集的次级绕组和所述第二子集的次级绕组之间。

5.根据权利要求3或4所述的检测装置，其中，所述次级绕组电路进一步包括与来自所述第一子集的第一次级绕组(222a、222b；322a、322b)并联布置的第一电阻器和与来自所述第二子集的第一次级绕组并联布置的第二电阻器。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的检测装置，其中，所述初级绕组和所述次级绕组电路集成在印刷电路板中。

7.一种用于位置传感器的检测装置(100；410；510；610；710)，包括：

至少一个初级绕组(110；402；502；602；702)，以及

次级绕组电路，其具有电感耦合到所述至少一个初级绕组(110；402；502；602；702)的多个次级绕组(120a、120b；220；320；504；604；704)，

其中，所述多个次级绕组(120a、120b；220；320；404；504；604；704)包括至少两个次级绕组(222a、222b；322a；322b；404a、404c；504a、504c；604a、604c；704a、704c)的第一子集和彼此串联布置的至少两个次级绕组的第二子集(404b、404d；504b、504d；604b、604d；704b、704d)，以及

其中，所述次级绕组电路进一步包括第一电阻器或电容器(408a-408d)，所述第一电阻器或电容器布置在来自所述第一子集的次级绕组和来自所述第二子集的次级绕组之间，或者与来自所述第一子集或所述第二子集的第一次级绕组并联布置。

8.根据权利要求7所述的检测装置，其中，所述至少一个初级绕组和所述次级绕组电路集成在印刷电路板中。

9.根据权利要求8所述的检测装置(510)，其中，所述初级绕组(502)的数量和所述次级绕组(504)的数量相同，并且在所述印刷电路板(501)中，各个初级绕组(502)被分配给一个次级绕组(504)。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的检测装置(100；410；510；610；710)，其中，所述次级绕组电路进一步包括额外电阻器或额外电容器，所述额外电阻器或额外电容器布置在两个其他次级绕组之间，两个其他次级绕组中的一个来自所述第一子集，并且另一个来自所述第二子集。

11.根据权利要求7至10中任一项所述的检测装置，其中，所述多个次级绕组形成为两个正弦线圈(220；320)，各个正弦线圈具有中心抽头(M1；M2)，并且仅设置一个初级绕组，所述初级绕组形成为在平面图中的矩形线圈并且围绕所述次级绕组。

12.根据权利要求3至11中任一项所述的检测装置，其中，在各个子集中的所述次级绕组(22a、22b；322a、322b)相对于所述初级绕组或至少一个初级绕组以连接的方式布置在所述次级绕组电路中，以便在所述检测装置的操作期间提供来自各个子集的差分信号。

13.根据权利要求3至12中任一项所述的检测装置(100；410；510；610；710)，其中，所述次级绕组电路进一步包括第一电容器和第二电容器，所述第一电容器与来自所述第一子集的第二次级绕组并联布置，并且所述第二电容器与来自所述第二子集的第二次级绕组并联布置。

14.一种检测系统，包括：

根据权利要求1至13中任一项所述的检测装置，以及

传感器元件，其相对于所述检测装置可旋转地布置，

其中，所述传感器元件包括由导电材料形成的传感器结构。