DE102009009085A1

DE102009009085A1 - Position sensor device for contactless inductive detection of translational and rotational movements of gear shaft in motor vehicle, has coupling elements in shape of ring segment and screw segment, respectively

Info

Publication number: DE102009009085A1
Application number: DE102009009085A
Authority: DE
Inventors: Dirk Hobein; Steffen Hoppe
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2009-02-14
Filing date: 2009-02-14
Publication date: 2010-08-19

Abstract

The device (1) has an excitation coil for passing alternating current to generate electro-magnetic field during operation of the sensor device. Two inductive receivers in which electric voltages are induced. Two inductive coupling elements (4, 5) are arranged on a component (2), and influence strength of inductive coupling between the excitation coil and the inductive receivers, respectively. One of the inductive coupling elements (4) is ring or ring segment-shaped, and the other inductive coupling element (5) is screw segment-shaped.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Positionssensoreinrichtung, geeignet zur berührungslosen, induktiven Erfassung translatorischer und rotatorischer Bewegungen eines Bauteils, umfassend zumindest eine Erregerspule, durch die während des Betriebs der Positionssensoreinrichtung ein Wechselstrom zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes fließen kann, ein erstes induktives Empfängermittel, in dem eine elektrische Spannung induziert werden kann, mindestens ein zweites induktives Empfängermittel, in dem eine elektrische Spannung induziert werden kann, ein erstes induktives Koppelelement, das an dem Bauteil angeordnet ist, geeignet, die Stärke der induktiven Kopplung zwischen der mindestens einen Erregerspule und dem ersten induktiven Empfängermittel zu beeinflussen, und mindestens ein zweites induktives Koppelelement, das an dem Bauteil angeordnet ist, geeignet, die Stärke der induktiven Kopplung zwischen der mindestens einen Erregerspule und dem zweiten induktiven Empfängermittel zu beeinflussen.The The present invention relates to a position sensor device, suitable for non-contact, inductive detection translational and rotational movements of a component, comprising at least one Excitation coil through which during operation of the position sensor device an alternating current for generating an electromagnetic field flow, a first inductive receiver means, in which an electrical voltage can be induced, at least a second inductive receiver means in which an electrical voltage can be induced, a first inductive coupling element, the is arranged on the component, suitable, the strength of inductive coupling between the at least one exciter coil and to influence the first inductive receiver means, and at least one second inductive coupling element, on the component is arranged, suitable, the strength of the inductive coupling between the at least one excitation coil and the second inductive To influence recipient means.

Positionssensoreinrichtungen sind aus dem Stand der Technik in zahlreichen unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt. Sie werden beispielsweise in Kraftfahrzeugen eingesetzt, um die Position eines bewegbaren Bauteils bestimmen zu können. Steigende Anforderungen mechatronischer Systeme an Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit haben in der Vergangenheit bereits zum vermehrten Einsatz kontaktloser Positionssensoreinrichtungen geführt. Ein Beispiel hierfür sind induktive Positionssensoreinrichtungen, wie sie unter anderem aus der DE 199 17 240 A1 oder aus der DE 199 41 464 A1 bekannt sind. Der Stator weist planare Erreger- und Empfängerspulen sowie eine Auswerteelektronik auf. Der Rotor ist aus Leiterschlaufen in einer bestimmten Geometrie aufgebaut. Während des Betriebs werden die Erregerspulen von einem Wechselstrom durchflossen. Dadurch wird ein elektromagnetisches Feld erzeugt, welches die Leiterschleifen des Rotors durchsetzt. Im Rotor fließt dann ebenfalls ein Wechselstrom, der wiederum ein elektromagnetisches Feld mit einer Rückwirkung auf die Empfängerspulen erzeugt. In den Empfängerspulen werden elektrische Spannungen induziert, die von der Position des Rotors abhängig sind und von der Auswerte elektronik ausgewertet werden. Auf diesem Messprinzip basierend können sowohl Weg- als auch Winkelpositionen eines bewegbaren Bauteils bestimmt werden.Position sensor devices are known in the prior art in numerous different embodiments. They are used for example in motor vehicles to determine the position of a movable component. Increasing demands of mechatronic systems on reliability and availability have already led to the increased use of contactless position sensor devices in the past. An example of this are inductive position sensor devices, such as those from the DE 199 17 240 A1 or from the DE 199 41 464 A1 are known. The stator has planar excitation and receiver coils and evaluation electronics. The rotor is made up of conductor loops in a specific geometry. During operation, the excitation coils are traversed by an alternating current. As a result, an electromagnetic field is generated, which passes through the conductor loops of the rotor. In the rotor then also flows an alternating current, which in turn generates an electromagnetic field with a retroactive effect on the receiver coils. In the receiver coils electrical voltages are induced, which are dependent on the position of the rotor and are evaluated by the evaluation electronics. Based on this measurement principle, both path and angular positions of a movable component can be determined.

Ein weiteres Beispiel für eine Positionssensoreinrichtung, die zur Erfassung translatorischer oder rotatorischer Bewegungen eines Bauteils geeignet ist, liefert die DE 41 03 603 C2 . Bei dieser Lösung ist eine langgestreckte Messspulenanordnung vorgesehen, in der ein weichmagnetischer Kern in Längsrichtung stationär angeordnet ist. Ferner ist ein von dem Bauteil weg bewegbarer Steuermagnet vorgesehen, der in Längsrichtung des weichmagnetischen Kerns bewegbar ist, diesen positionsabhängig magnetisch sättigt und damit die elektrischen Werte der Messspulenanordnung steuert. Eine Auswerteeinheit dient der Auswertung der sich positionsabhängig ändernden elektrischen Werte der Messspulenanordnung.Another example of a position sensor device, which is suitable for detecting translational or rotational movements of a component, provides the DE 41 03 603 C2 , In this solution, an elongate measuring coil arrangement is provided, in which a soft-magnetic core is arranged stationary in the longitudinal direction. Further, a movable away from the component control magnet is provided which is movable in the longitudinal direction of the soft magnetic core, magnetically saturates this position-dependent and thus controls the electrical values of the measuring coil assembly. An evaluation unit is used to evaluate the position-dependent changing electrical values of the measuring coil arrangement.

Die DE 103 29 045 B4 zeigt eine Einrichtung zur Ermittlung einer Endlagenposition eines Antriebsglieds, insbesondere eines druckmittelbetriebenen Linear- oder Drehantriebs, wobei das Antriebsglied einen Permanentmagneten zum magnetischen Zusammenwirken mit außerhalb oder an einem Antriebsgehäuse angeordneten Mitteln zur Detektion der Endlagenposition aufweist, die ein Potentiometerfolienelement umfassen.The DE 103 29 045 B4 shows a device for determining an end position of a drive member, in particular a fluid-operated linear or rotary drive, wherein the drive member comprises a permanent magnet for magnetic interaction with outside or arranged on a drive housing means for detecting the end position comprising a Potentiometerfolienelement.

Wenn die Position eines translatorisch und rotatorisch bewegbaren Bauteils berührungslos auf induktivem Wege erfasst werden soll, ist eine Positionssensoreinrichtung erforderlich, die einen sehr großen Dynamikbereich aufweist, der mit den aus dem Stand der Technik bekannten induktiven Positionssensoreinrichtungen nicht erreicht werden kann.If the position of a translationally and rotationally movable component contactlessly by inductive means, a position sensor device is required, which is a very large Dynamic range, which with the known from the prior art inductive position sensor devices can not be achieved.

Hier setzt die vorliegende Erfindung an.Here uses the present invention.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Positionssensoreinrichtung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die zur berührungslosen, induktiven Erfassung translatorischer und rotatorischer Bewegungen eines Bauteils geeignet ist und einen großen Dynamikbereich aufweist.Of the The present invention is based on the object, a position sensor device of the type mentioned above to provide the Non-contact, inductive detection translational and rotational movements of a component is suitable and a has a large dynamic range.

Diese Aufgabe wird durch eine Positionssensoreinrichtung der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.These The object is achieved by a position sensor device of the beginning mentioned type with the features of the characterizing part of the claim 1 solved. The subclaims relate to advantageous Further developments of the invention.

Eine erfindungsgemäße Positionssensoreinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das erste induktive Koppelelement im Wesentlichen ringförmig oder ringsegmentartig ausgebildet ist und dass das zweite induktive Koppelelement im Wesentlichen schraubensegmentartig ausgeführt ist. Während des Betriebs der Positionssensoreinrichtung wird die mindestens eine Erregerspule von einem Wechselstrom durchflossen, wodurch ein elektromagnetisches Feld erzeugt wird, das mit den induktiven Koppelelementen und den induktiven Empfängermitteln in Wechselwirkung treten kann. In den induktiven Empfängermitteln werden elektrische Spannungen induziert, die von der Position des bewegbaren Bauteils und damit von der Position der daran angebrachten induktiven Koppelelemente abhängig sind. Mit Hilfe des ersten ringförmig beziehungsweise im Wesentlichen ringsegmentartig ausgebildeten induktiven Koppelelements und des diesem zugeordneten ersten induktiven Empfängermittels kann eine Translationsbewegung des bewegbaren Bauteils erfasst werden. Das erste induktive Koppelelement verschiebt sich bei einer Translationsbewegung des Bauteils in axialer Richtung relativ zum ersten induktiven Empfängermittel, so dass sich die Stärke des im ersten induktiven Empfängermittels erzeugten Signals in Abhängigkeit von der Position des Bauteils ändert. Wenn das Bauteil demgegenüber lediglich eine Rotationsbewegung ausführt, ändert sich die Relativposition des ersten induktiven Koppelelements in Bezug auf das erste induktive Empfängermittel nicht, so dass sich das Signal nicht ändert. Die Längenausdehnung des ersten induktiven Empfängermittels ist vorzugsweise so groß, dass die gesamte mögliche Translationsbewegung des Bauteils erfasst werden kann.A position sensor device according to the invention is characterized in that the first inductive coupling element is formed substantially annular or ring segment-like and that the second inductive coupling element is designed substantially in the manner of a screw segment. During operation of the position sensor device, the at least one exciter coil is traversed by an alternating current, whereby an electromagnetic field is generated, which can interact with the inductive coupling elements and the inductive receiver means. In the inductive receiver means electrical voltages are induced, which are dependent on the position of the movable member and thus the position of the inductive coupling elements mounted thereon. With the help of the first annular or substantially ring segmentally formed inductive coupling element and the first inductive receiver means associated therewith, a translational movement of the movable member can be detected. The first inductive coupling element shifts in a translational movement of the component in the axial direction relative to the first inductive receiver means, so that the strength of the signal generated in the first inductive receiver means changes in dependence on the position of the component. In contrast, when the component performs only a rotational movement, the relative position of the first inductive coupling element with respect to the first inductive receiver means does not change, so that the signal does not change. The longitudinal extent of the first inductive receiver means is preferably so large that the entire possible translational movement of the component can be detected.

Wenn sich das Bauteil ausschließlich translatorisch bewegt, kann diese Bewegung mit Hilfe des zweiten Sensormittels ebenfalls erfasst werden, da sich die Relativposition des dem zweiten Erfassungsmittel zugewandten Abschnitts des im Wesentlichen schraubensegmentartig ausgeführten induktiven Koppelelements verändert. Dadurch verändert sich die Stärke des im zweiten induktiven Empfängermittel erzeugten Signals in Abhängigkeit von der translatorischen Position des Bauteils. Wenn sich das Bauteil demgegenüber (auch) rotatorisch bewegt, so kann diese Drehbewegung mit Hilfe des zweiten Sensormittels der Positionssensoreinrichtung erfasst werden. Bei der Drehung des Bauteils führt das zweite, im Wesentlichen schraubensegmentartig ausgeführte induktive Koppelelement zu einer Änderung der induktiven Kopplung und damit zu einer Änderung des Sensorsignals. Die Steigung des Drehwinkelsignals ist durch die Steigung des im Wesentlichen schraubensegmentartig ausgeführten induktiven Koppelelements definierbar. Die Längenausdehnung des zweiten induktiven Empfängermittels ist dabei vorteilhaft so groß, dass die gesamte mögliche translatorische Bewegung des Bauteils sowie die projizierte Länge des zweiten, im Wesentlichen schraubensegmentartig ausgeführten induktiven Koppelelements vollständig umfasst sind.If the component moves only translationally, This movement can also be done with the help of the second sensor means are detected, since the relative position of the second detection means facing portion of the substantially screw segment changed executed inductive coupling element. This changes the strength of the second inductive receiver means generated signal in dependence from the translational position of the component. When the component on the other hand (also) rotatory moves, so this rotational movement with the aid of the second sensor means of the position sensor device be recorded. During the rotation of the component that leads second, essentially executed like a screw segment inductive coupling element to a change of the inductive Coupling and thus to a change in the sensor signal. The slope of the rotation angle signal is due to the slope of the im Essentially screw-segmented inductive Coupling element definable. The length extension of the second inductive receiver means is advantageous so big that the entire possible translational movement of the Component as well as the projected length of the second, essentially screw segment-like executed inductive coupling element completely are included.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass sie im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen einen sehr großen Dynamikbereich aufweist, so dass die induktive, berührungslose Erfassung der Position eines sich translatorisch und/oder rotatorisch bewegenden Bauteils mit hoher Genauigkeit möglich ist.One Advantage of the solution according to the invention exists in that they are known in comparison to those known from the prior art Solutions has a very large dynamic range, so that the inductive, non-contact detection of the position a translationally and / or rotationally moving component with high accuracy is possible.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass sich das erste induktive Koppelelement zumindest abschnittsweise entlang einer Außenfläche des bewegbaren Bauteils erstreckt. Vorzugsweise kann sich das zweite induktive Koppelelement zumindest abschnittsweise entlang einer Außenfläche des bewegbaren Bauteils erstrecken. Es besteht in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform die Möglichkeit, dass das erste und das zweite induktive Koppelelement in axialer Richtung des Bauteils voneinander beabstandet sind.In a particularly preferred embodiment is provided that the first inductive coupling element at least in sections along an outer surface of the movable member extends. Preferably, the second inductive coupling element at least in sections along an outer surface extend the movable member. It consists in a special advantageous embodiment the possibility that the first and the second inductive coupling element in the axial Direction of the component are spaced apart.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Positionssensoreinrichtung einen Stator aufweist, der von dem Bauteil orthogonal zu dessen Translationsrichtung beabstandet ist und zumindest das erste induktive Empfängermittel und das zweite induktive Empfängermittel umfasst. Vorzugsweise kann der Sta tor darüber hinaus auch die mindestens eine Erregerspule umfassen. Der Stator kann insbesondere eine Leiterplatte umfassen. Das erste induktive Empfängermittel und das zweite induktive Empfängermittel können insbesondere als planare Empfängerspulen ausgebildet sein.In a particularly advantageous embodiment is provided in that the position sensor device has a stator, which differs from the component orthogonal to its translation direction spaced is and at least the first inductive receiver means and the second inductive receiver means. Preferably In addition, the sta tor may also have the at least one Excitation coil include. The stator can in particular a printed circuit board include. The first inductive receiver means and the second one Inductive receiver means may in particular be designed as a planar receiver coils.

In einer vorteilhaften Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass der Stator eine Auswerteelektronik aufweist, die vorzugsweise als so genannte anwendungsspezifische integrierte Schaltung (engl.: application specific integrated circuit, kurz: ASIC) ausgeführt ist.In an advantageous embodiment is proposed that the stator has an evaluation, preferably as a so-called application-specific integrated circuit (English: application specific integrated circuit, in short: ASIC) is executed.

Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt:Based In the accompanying drawings, the invention will be described below explained in more detail. Showing:

1 eine Seitenansicht einer Positionssensoreinrichtung, die gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist; 1 a side view of a position sensor device, which is carried out according to a preferred embodiment of the present invention;

2 eine perspektivische Darstellung der Positionssensoreinrichtung gemäß 1 ohne Stator. 2 a perspective view of the position sensor device according to 1 without stator.

Eine Positionssensoreinrichtung 1, die gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist und für eine berührungslose, induktive Erfassung translatorischer und rotatorischer Bewegungen eines Bauteils 2 geeignet ist, weist in diesem Ausführungsbeispiel einen Stator 3 und ein erstes induktives Koppelelement 4 sowie ein zweites induktives Koppelelement 5 auf. Die beiden induktiven Koppelelemente 4, 5 sind auf einer Außenfläche des bewegbaren Bauteils 2 angebracht und in axialer Richtung voneinander beabstandet. Das bewegbare Bauteil 2 kann zum Beispiel eine Welle sein, die in oder an einem Getriebe vorgesehen ist.A position sensor device 1 , which is constructed according to a preferred embodiment of the present invention and for a non-contact, inductive detection of translational and rotational movements of a component 2 is suitable, in this embodiment has a stator 3 and a first inductive coupling element 4 and a second inductive coupling element 5 on. The two inductive coupling elements 4 . 5 are on an outer surface of the movable member 2 mounted and spaced apart in the axial direction. The movable component 2 For example, it may be a shaft provided in or on a transmission.

Der Stator 3 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel eine Leiterplatte 30, auf der zumindest eine Erregerspule sowie ein erstes induktives Empfängermittel und zumindest ein zweites induktives Empfängermittel ausgebildet sind. Die beiden induktiven Emp fängermittel sind vorzugsweise räumlich voneinander getrennt und können insbesondere als planare Empfängerspulen ausgebildet sein. Der Stator 3 kann darüber hinaus eine Auswerteelektronik umfassen, die beispielsweise als anwendungsspezifische integrierte Schaltung (engl.: application specific integrated circuit, kurz: ASIC) ausgeführt und ebenfalls auf der Leiterplatte 30 angeordnet sein kann. Ferner ist an der Leiterplatte 30 ein Anschlussstecker 31 angebracht, mittels derer die Positionssensoreinrichtung 1 zum Beispiel an eine zentrale Steuereinheit oder dergleichen angeschlossen werden kann.The stator 3 includes in this embodiment, a circuit board 30 on which at least one excitation coil and a first inductive receiver means and at least one second inductive Empfän are formed. The two inductive Emp catcher means are preferably spatially separated from each other and may be formed in particular as a planar receiver coils. The stator 3 In addition, it may comprise evaluation electronics, which are embodied, for example, as an application-specific integrated circuit (ASIC) and also on the printed circuit board 30 can be arranged. Further, on the circuit board 30 a connector 31 attached, by means of which the position sensor device 1 For example, it can be connected to a central control unit or the like.

Dem ersten induktiven Koppelelement 4 ist das erste induktive Empfängermittel auf dem Stator 3 zugeordnet und dem zweiten induktiven Koppelelement 5 ist das zweite induktive Empfängermittel auf dem Stator 3 zugeordnet. Das erste induktive Koppelelement 4 sowie das erste induktive Empfängermittel bilden somit ein erstes Sensormittel und das zweite induktive Koppelelement 5 sowie das zweite induktive Empfängermittel bilden ein zweites Sensormittel der Positionssensoreinrichtung 1.The first inductive coupling element 4 is the first inductive receiver on the stator 3 assigned and the second inductive coupling element 5 is the second inductive receiver on the stator 3 assigned. The first inductive coupling element 4 as well as the first inductive receiver means thus form a first sensor means and the second inductive coupling element 5 as well as the second inductive receiver means form a second sensor means of the position sensor means 1 ,

Das erste induktive Koppelelement 4 ist in diesem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen ringsegmentartig ausgebildet, wohingegen das zweite, in axialer Richtung vom ersten Koppelelement 4 beabstandete induktive Koppelelement 5 im Wesentlichen schraubensegmentartig ausgebildet ist. Das erste induktive Koppelelement 4 kann zum Beispiel auch ringförmig ausgeführt sein, mit anderen Worten also einen geschlossenen Ring bilden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn sich das Bauteil 2 um 360° drehen kann.The first inductive coupling element 4 is formed in this embodiment, substantially annular segment-like, whereas the second, in the axial direction of the first coupling element 4 spaced inductive coupling element 5 is formed substantially screw segment-like. The first inductive coupling element 4 For example, it can also be designed annularly, in other words form a closed ring. This is particularly advantageous when the component 2 can rotate 360 °.

Während des Betriebs der Positionssensoreinrichtung 1 wird die mindestens eine Erregerspule von einem Wechselstrom durchflossen, wodurch ein elektromagnetisches Feld erzeugt wird, welches mit den beiden induktiven Koppelelementen 4, 5 sowie mit den beiden induktiven Empfängermitteln auf dem Stator 3 in Wechselwirkung treten kann. In den induktiven Empfängermitteln werden elektrische Spannungen induziert, die von der Position des bewegbaren Bauteils 2 und damit von der Position der daran angebrachten induktiven Koppelelemente 4, 5 abhängig sind und mittels der Auswerteelektronik ausgewertet werden können.During operation of the position sensor device 1 the at least one exciter coil is traversed by an alternating current, whereby an electromagnetic field is generated, which with the two inductive coupling elements 4 . 5 as well as with the two inductive receiver means on the stator 3 can interact. In the inductive receiver means electrical voltages are induced, which depends on the position of the movable member 2 and hence the position of the inductive coupling elements attached thereto 4 . 5 are dependent and can be evaluated by the evaluation.

Mit Hilfe des ersten induktiven Koppelelements 4 und des ersten induktiven Empfängermittels kann eine Translationsbewegung des bewegbaren Bauteils 2 erfasst werden. Das im Wesentlichen ringsegmentartig ausgebildete erste induktive Koppelelement 4 verschiebt sich bei einer Translationsbewegung des Bauteils 2 in axialer Richtung relativ zum Stator 3 und damit auch relativ zu dem ersten induktiven Empfängermittel. Diese Bewegung verändert die induktive Kopplung zwischen der Erregerspule und dem ersten Empfängermittel und damit die Stärke des Messsignals, die mit der translatorischen Position des bewegbaren Bauteils 2 korreliert werden kann. Die räumliche Ausdehnung beziehungsweise Wirkfläche des ersten induktiven Empfängermittels auf dem Stator 3, das zusammen mit dem ersten induktiven Koppelelement 4 das erste Sensormittel der Positionssensoreinrichtung 1 bildet, muss dabei so groß sein, dass die translatorische Bewegung des Bauteils 2 vollständig erfasst werden kann. Wenn das Bauteil 2 lediglich eine Rotationsbewegung ausführt, verändert sich die Relativposition des ersten induktiven Koppelelements 4 in Bezug auf das erste induktive Empfängermittel des Stators 3 demgegenüber nicht.With the help of the first inductive coupling element 4 and the first inductive receiver means may be a translational movement of the movable member 2 be recorded. The essentially annular segment-like formed first inductive coupling element 4 shifts during a translational movement of the component 2 in the axial direction relative to the stator 3 and thus also relative to the first inductive receiver means. This movement alters the inductive coupling between the excitation coil and the first receiver means and thus the strength of the measurement signal, which corresponds to the translational position of the movable component 2 can be correlated. The spatial extent or effective area of the first inductive receiver means on the stator 3 , which together with the first inductive coupling element 4 the first sensor means of the position sensor device 1 must be so large that the translational movement of the component 2 can be fully recorded. If the component 2 only performs a rotational movement, the relative position of the first inductive coupling element changes 4 with respect to the first inductive receiver means of the stator 3 not.

Das zweite Sensormittel der Positionssensoreinrichtung 1 wird durch das zweite, im Wesentlichen schraubensegmentartig ausgeführte induktive Koppelelement 5 und das diesem zugeordnete zweite induktive Empfängermittel auf dem Stator 3 gebildet. Wenn das Bauteil 2 lediglich eine Translationsbewegung ausführt, kann diese Bewegung auch mit Hilfe dieses zweiten Sensormittels der Positionssensoreinrichtung 1 erfasst werden, da sich die Relativposition des dem zweiten Erfassungsmittel zugewandten Abschnitts des im Wesentlichen schraubensegmentartig ausgeführten induktiven Koppelelements 5 verändert. Wenn sich das Bauteil 2 (auch) rotatorisch bewegt, so kann diese Drehbewegung mit Hilfe des zweiten Sensormittels der Positionssensoreinrichtung 1 erfasst werden. Bei der Drehung führt das zweite, im Wesentlichen schraubensegmentartig ausgeführte induktive Koppelelement 5 zu einer Änderung der induktiven Kopplung und damit auch zu einer Änderung des Sensorsignals. Die Steigung des Drehwinkelsignals ist durch die Steigung des im Wesentlichen schraubensegmentartigen induktiven Koppelelements 5 definierbar. Die Längenausdehnung des zweiten induktiven Empfängermittels auf dem Stator 3 muss dabei so groß sein, dass die translatorische Bewegung des Bauteils 2 sowie die projizierte Länge (Produkt aus Drehwinkel und Schraubensteigung) des zweiten, im Wesentlichen schraubensegmentartig ausgeführten induktiven Koppelelement 5 vollständig umfasst sind.The second sensor means of the position sensor device 1 is formed by the second, essentially screw segment-like inductive coupling element 5 and the second inductive receiver means associated therewith on the stator 3 educated. If the component 2 only performs a translational movement, this movement can also with the help of this second sensor means of the position sensor device 1 are detected, since the relative position of the second detecting means facing portion of the substantially screw segment-like executed inductive coupling element 5 changed. When the component 2 (Also) rotatably moved, this rotational movement with the aid of the second sensor means of the position sensor device 1 be recorded. During rotation, the second, essentially screw segment-like designed inductive coupling element 5 to a change in the inductive coupling and thus also to a change in the sensor signal. The slope of the rotational angle signal is due to the slope of the substantially screw segment-like inductive coupling element 5 definable. The linear expansion of the second inductive receiver means on the stator 3 must be so large that the translational movement of the component 2 and the projected length (product of angle of rotation and pitch of the screw) of the second, essentially screw segment-like designed inductive coupling element 5 are fully included.

Es wird deutlich, dass das erste Sensormittel und das zweite Sensormittel bei einer reinen Translationsbewegung des Bauteils 2 gleichartige Messsignale liefern. Bei einer kombinierten rotatorischen und translatorischen Bewegung des Bauteils 2 kann aus der Differenz der beiden Sensorsignale der rotatorische Anteil bestimmt werden. Bei einer reinen rotatorischen Bewegung kann die Winkelposition des Bauteils 2 mit Hilfe des zweiten Sensormittels bestimmt werden. Mittels der hier vorgestellten Positionssensoreinrichtung 1 ist es also möglich, mit einem einzelnen Statur und damit einem einzelnen Einbauort die rotatorischen und translatorischen Komponenten der Bewegung des Bauteils 2 zu erfassen.It becomes clear that the first sensor means and the second sensor means in a pure translational movement of the component 2 provide similar measurement signals. In a combined rotational and translational movement of the component 2 can be determined from the difference of the two sensor signals of the rotary component. In a pure rotational movement, the angular position of the component 2 be determined with the aid of the second sensor means. By means of the position sensor device presented here 1 So it is possible with a single stature and thus a single installation the rotational and translational components of the movement of the component 2 capture.

Ferner sind Redundanzen vorhanden, die insbesondere bei einem Einsatz der hier vorgestellten Positionssensoreinrichtung 1 in sicherheitsrelevanten Bereichen eine Plausibilitätsprüfung ermöglichen. Die Basis hierfür bildet eine mechanische Führung des Bauteils 2, die nicht alle möglichen Bewegungen des Bauteils 2 zulässt. Diese „nicht möglichen” Bewegungen können als nicht zulässige Sensorsignale mittels der Positionssensoreinrichtung 1 gemessen werden und lassen sich als „falsche” Sensorsignale oder als nichtfunktionsfähige mechanische Führung interpretieren und können in einem Diagnosesystem eines übergeordneten Steuergeräts des Kraftfahrzeugs erkannt werden.Furthermore, there are redundancies which, in particular when using the position sensor device presented here 1 enable a plausibility check in safety-relevant areas. The basis for this is a mechanical guidance of the component 2 not all possible movements of the component 2 allows. These "impossible" movements can be as non-permissible sensor signals by means of the position sensor device 1 can be measured and interpreted as "wrong" sensor signals or as non-functional mechanical guidance and can be detected in a diagnostic system of a higher-level control unit of the motor vehicle.

11: PositionssensoreinrichtungPosition sensor means
22: Bauteilcomponent
33: Statorstator
44: erstes induktives Koppelelementfirst inductive coupling element
55: zweites induktives Koppelelementsecond inductive coupling element
3030: Leiterplattecircuit board
3131: Anschlusssteckerconnector

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 19917240 A1 [0002]
- DE 19941464 A1 [0002]
- DE 4103603 C2 [0003]
- DE 10329045 B4 [0004]

Claims

Position sensor device ( 1 ), suitable for non-contact, inductive detection of translational and rotational movements of a component ( 2 ), comprising - at least one exciter coil, through which during operation of the position sensor device ( 1 ) an alternating current for generating an electromagnetic field can flow, - a first inductive receiver means, in which an electrical voltage can be induced, - at least one second inductive receiver means, in which an electrical voltage can be induced, - a first inductive coupling element ( 4 ) attached to the component ( 2 ) is arranged, suitable for influencing the strength of the inductive coupling between the at least one exciter coil and the first inductive receiver means, and - at least one second inductive coupling element ( 5 ) attached to the component ( 2 ), adapted to influence the strength of the inductive coupling between the at least one exciting coil and the second inductive receiving means, characterized in that the first inductive coupling element ( 4 ) is formed substantially annular or ring segment-like and that the second inductive coupling element ( 5 ) is executed essentially in the manner of a screw segment.

Position sensor device ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the first inductive coupling element ( 4 ) at least in sections along an outer surface of the movable component ( 2 ).

Position sensor device ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the second inductive coupling element ( 5 ) at least in sections along an outer surface of the movable component ( 2 ).

Position sensor device ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the first and the second inductive coupling element ( 4 . 5 ) in the axial direction of the component ( 2 ) are spaced from each other.

Position sensor device ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the position sensor device ( 1 ) a stator ( 3 ), of the component ( 2 ) is orthogonal to its translation direction and at least comprises the first inductive receiver means and the second inductive receiver means.

Position sensor device ( 1 ) according to claim 5, characterized in that the stator ( 3 ) comprising at least one exciting coil.

Position sensor device ( 1 ) according to one of claims 5 or 6, characterized in that the stator ( 3 ) as a printed circuit board ( 30 ) is trained.

Position sensor device ( 1 ) according to one of claims 5 to 7, characterized in that the stator ( 3 ) has an evaluation.