DE102015220631A1

DE102015220631A1 - Rotation angle sensor

Info

Publication number: DE102015220631A1
Application number: DE102015220631.9A
Authority: DE
Inventors: Ingo Herrmann; Fabian Utermoehlen; Stefan Leidich; Andreas Merz; Dayo Oshinubi; Oliver Krayl; Thomas Buck
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-10-22
Filing date: 2015-10-22
Publication date: 2017-04-27
Also published as: CN107024232B; CN107024232A

Abstract

Ein Drehwinkelsensor (10), umfasst ein Statorelement (12) mit drei Spulen (20); ein bezüglich des Statorelements (12) drehbar gelagertes Rotorelement (14), das dazu ausgeführt ist, abhängig von einem Drehwinkel unterschiedlich stark mit jeder der drei Spulen (20) induktiv zu koppeln; und eine Auswerteeinheit (22) zum Bestimmen des Drehwinkels zwischen dem Rotorelement (14) und dem Statorelement (12). Die wenigstens drei Spulen (20) sind in einer Dreiecksschaltung (30) zusammengeschaltet, wobei die Auswerteeinheit (22) dazu ausgeführt ist, die drei Spulen (20) über eine dreiphasige Zuleitung (32) mit einer dreiphasigen Wechselspannung (V1, V2, V3) zu versorgen und einen Betrag und/oder eine Phase wenigstens eines Strangstromes in der Zuleitung (32) zu ermitteln und daraus den Drehwinkel zu bestimmen.A rotation angle sensor (10) comprises a stator element (12) with three coils (20); a rotor member (14) rotatably supported with respect to the stator member (12) and adapted to inductively couple with each of the three coils (20) differently depending on a rotation angle; and an evaluation unit (22) for determining the angle of rotation between the rotor element (14) and the stator element (12). The at least three coils (20) are interconnected in a triangular circuit (30), the evaluation unit (22) being designed to connect the three coils (20) to a three-phase AC voltage (V1, V2, V3) via a three-phase supply line (32). to supply and determine an amount and / or a phase of at least one phase current in the supply line (32) and to determine therefrom the rotation angle.

Description

Gebiet der Erfindung Field of the invention

Die Erfindung betrifft einen Drehwinkelsensor, mit dem beispielsweise ein Drehwinkel zwischen einer Welle und einem weiteren Bauteil bestimmt werden kann. The invention relates to a rotation angle sensor with which, for example, a rotation angle between a shaft and a further component can be determined.

Stand der Technik State of the art

Um Drehwinkel zu messen, sind beispielsweise Drehwinkelsensoren bekannt, bei denen ein Magnet über einen entsprechenden Magnetfeldsensor gedreht wird. Die Messung des Magnetfeldvektors erlaubt dann einen Rückschluss auf den Drehwinkel. Derartige Sensoren reagieren auch auf externe Magnetfelder, die beispielsweise durch einen Stromfluss von benachbart angeordneten Stromkabeln verursacht werden und können sehr störempfindlich sein. In order to measure rotational angles, for example, rotational angle sensors are known in which a magnet is rotated via a corresponding magnetic field sensor. The measurement of the magnetic field vector then allows a conclusion about the angle of rotation. Such sensors also respond to external magnetic fields, which are caused for example by a current flow of adjacently arranged power cables and can be very susceptible to interference.

Ein weiterer Typ Drehwinkelsensor nutzt einen Wirbelstromeffekt aus. Dabei wird beispielsweise ein metallisches Target über Sensorspulen bewegt, die mit einer Wechselspannung versorgt werden und in dem Target einen Wirbelstrom induzieren. Dies führt zur Reduzierung der Induktivitäten der Sensorspulen und erlaubt, über eine Frequenzänderung auf den Drehwinkel zu schließen. Beispielsweise sind die Spulen Bestandteil eines Schwingkreises, dessen Resonanzfrequenz sich bei einer Veränderung der Induktivität verschiebt. Dieser Typ von Drehwinkelsensor kann jedoch eine hohe Querempfindlichkeit gegenüber Einbautoleranzen (vor allem ein Verkippen des Targets) aufweisen. Auch kann die erzeugte Frequenz durch externe elektromagnetische Felder gestört werden (Injection Locking), da üblicherweise mit Frequenzen im Bereich von einigen zehn MHz gearbeitet wird. Another type of rotation angle sensor uses an eddy current effect. In this case, for example, a metallic target is moved via sensor coils, which are supplied with an alternating voltage and induce an eddy current in the target. This leads to the reduction of the inductance of the sensor coils and allows to close the rotation angle via a frequency change. For example, the coils are part of a resonant circuit whose resonant frequency shifts when the inductance changes. However, this type of rotation angle sensor can have a high cross-sensitivity to installation tolerances (especially a tilting of the target). Also, the frequency generated by external electromagnetic fields can be disturbed (injection locking), since it is usually worked with frequencies in the range of several tens of MHz.

Aus den Druckschriften US 7 191 759 B2 , US 7 276 897 B2 , EP 0 909 955 B1 , US 6 236 199 B1 und EP 0 182 085 B1 sind außerdem Drehwinkelsensoren auf Basis von gekoppelten Spulen bekannt. In diesen Druckschriften wird in einer einzigen Erregerspule ein elektromagnetisches Wechselfeld aufgebaut, das in mehrere Empfangsspulen koppelt und dort jeweils eine Spannung induziert. Für die Messung des Drehwinkels wird ein drehbar gelagertes, elektrisch leitfähiges Target verwendet, das in Abhängigkeit seiner Winkelposition die induktive Kopplung zwischen der Erregerspule und den Empfangsspulen beeinflusst. From the pamphlets US Pat. No. 7,191,759 B2 . US Pat. No. 7,276,897 B2 . EP 0 909 955 B1 . US Pat. No. 6,236,199 B1 and EP 0 182 085 B1 are also known rotation angle sensors based on coupled coils. In these documents, an electromagnetic alternating field is constructed in a single field coil, which couples in a plurality of receiving coils and there induces a voltage. For the measurement of the angle of rotation, a rotatably mounted, electrically conductive target is used, which influences the inductive coupling between the exciter coil and the receiver coils as a function of its angular position.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

Vorteile der Erfindung Advantages of the invention

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in vorteilhafter Weise ermöglichen, einen Drehwinkel zwischen einer Welle und einem weiteren Bauteil auf eine Art und Weise zu bestimmen, so dass Störungen von außen und/oder Bauteiltoleranzen nur wenig Einfluss auf eine Messung haben. Embodiments of the present invention may advantageously enable a rotation angle between a shaft and another component to be determined in a manner such that external disturbances and / or component tolerances have little effect on a measurement.

Die Erfindung betrifft einen Drehwinkelsensor, der insbesondere in einer Umgebung mit hohen elektromagnetischen Störfeldern eingesetzt werden kann. Beispielsweise kann der Drehwinkelsensor im Motorraum oder in der Nähe des Motorraums eines Fahrzeugs verwendet werden, beispielsweise zur Bestimmung einer Position einer Drosselklappe; einer Rotorposition eines BLDC-Motors, einer Position eines Fahrpedals oder einer Position einer Nockenwelle. The invention relates to a rotation angle sensor, which can be used in particular in an environment with high electromagnetic interference fields. For example, the rotation angle sensor may be used in the engine compartment or in the vicinity of the engine compartment of a vehicle, for example, to determine a position of a throttle valve; a rotor position of a BLDC motor, a position of an accelerator pedal or a position of a camshaft.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Drehwinkelsensor ein Statorelement mit drei Spulen, ein bezüglich des Statorelements drehbar gelagertes Rotorelement, das dazu ausgeführt ist, abhängig von einem Drehwinkel unterschiedlich stark mit jeder der drei Spulen induktiv zu koppeln bzw. mit einem Induktionselement die drei Spulen unterschiedlich zu überdecken; und eine Auswerteeinheit zum Bestimmen des Drehwinkels zwischen dem Rotorelement und dem Statorelement. Das Statorelement, das auch die Auswerteeinheit (beispielsweise ein IC, also ein integrierter Schaltkreis, oder ein ASIC, also ein anwenderspezifischer integrierter Schaltkreis) tragen kann, kann beispielsweise gegenüber dem Ende einer Welle angeordnet sein, auf dem das Rotorelement befestigt ist. Das Rotorelement kann ein Target bzw. Induktionselement tragen, das mit der Welle mitbewegt wird, die Spulen überdeckt und dadurch die Induktivität der Spulen verändert. According to one embodiment of the invention, the rotation angle sensor comprises a stator element with three coils, a rotor element rotatably mounted with respect to the stator element, which is designed to inductively couple with each of the three coils differently depending on a rotation angle or with different inductance with an induction element to cover; and an evaluation unit for determining the angle of rotation between the rotor element and the stator element. The stator element, which can also carry the evaluation unit (for example an IC, ie an integrated circuit, or an ASIC, ie a user-specific integrated circuit), can be arranged, for example, opposite the end of a shaft on which the rotor element is fastened. The rotor element may carry a target or induction element, which is moved along with the shaft, covering the coils and thereby changing the inductance of the coils.

Weiter ist die Auswerteeinheit dazu ausgeführt, die drei Spulen über eine dreiphasige Zuleitung mit einer dreiphasigen Wechselspannung zu versorgen. Die Einzelspannungen der Wechselspannung können beispielsweise jeweils um 120° phasenverschoben sein und/ oder können die gleiche Frequenz und/oder die gleiche Amplitude bzw. den gleichen Betrag aufweisen. Im Regelfall wird die Auswerteeinheit drei um 120° gegenüber einander verschobenen Spannungen gleicher Frequenz und gleichen Betrags als Wechselspannung bereitstellen. Dreiphasige Spannungssysteme sind häufig vorhanden und können auch in einem Fahrzeug auf einfache Art und Weise erzeugt werden. Die Wechselspannung kann beispielsweise eine Frequenz unter einem MHz sein Außerdem ist die Auswerteeinheit dazu ausgeführt, einen Betrag und/oder eine Phase wenigstens eines Strangstromes in der Zuleitung zu ermitteln, um daraus den Drehwinkel zu bestimmen. Beispielsweise werden aufgrund eines leitfähigen Induktionselements, das auf dem Rotor angeordnet ist, die Induktivitäten der Spulen beeinflusst, was zu unterschiedlichen Strangströmen in den drei Leitern der Zuleitung führt. Furthermore, the evaluation unit is designed to supply the three coils via a three-phase supply line with a three-phase AC voltage. The individual voltages of the alternating voltage can, for example, each be phase-shifted by 120 ° and / or can have the same frequency and / or the same amplitude or the same amount. As a rule, the evaluation unit will provide three voltages shifted by 120 ° with respect to each other of the same frequency and the same amount as AC voltage. Three-phase voltage systems are often present and can also be generated in a vehicle in a simple manner. The AC voltage may be, for example, a frequency below one MHz. In addition, the evaluation unit is designed to have at least one magnitude and / or one phase To determine a strand current in the supply line to determine the angle of rotation. For example, due to a conductive inductor disposed on the rotor, the inductances of the coils are affected, resulting in different phase currents in the three conductors of the lead.

Beispielsweise kann in jedem Leiter der Zuleitung ein Messwiderstand angeordnet sein, z.B. zwischen den Eckpunkten der Dreiecksschaltung und jeweils einer Wechselspannungsquelle der Auswerteeinheit. Der jeweilige Messwiderstand muss nicht als gesondertes Bauteil vorliegen, sondern kann auch ein Innenwiderstand der Auswerteeinheit sein. For example, a measuring resistor may be arranged in each conductor of the supply line, e.g. between the corner points of the triangular circuit and in each case an AC voltage source of the evaluation unit. The respective measuring resistor need not be present as a separate component, but may also be an internal resistance of the evaluation unit.

Durch Messen eines oder mehrerer der Strangströme (beispielsweise über die Spannungen an den jeweiligen Messwiderständen) kann die Auswerteeinheit den aktuellen relativen Drehwinkel zwischen dem Rotorelement und dem Statorelement bestimmen. Beispielsweise kann ein Strangstrom ein (in der Regel sinusförmiger) Wechselstrom mit Betrag und Phase sein, der als Wechselspannung über den Spannungsabfall an den Messwiderständen gemessen wird. Dabei kann die Auswerteeinheit aus dem Betrag und/oder der Phase der Strangströme den Drehwinkel bestimmen. By measuring one or more of the phase currents (for example, via the voltages at the respective measuring resistors), the evaluation unit can determine the current relative angle of rotation between the rotor element and the stator element. For example, a phase current can be a (usually sinusoidal) alternating current with magnitude and phase, which is measured as an alternating voltage via the voltage drop across the measuring resistors. In this case, the evaluation unit can determine the angle of rotation from the amount and / or the phase of the phase currents.

Da der Drehwinkelsensor so auf einfache Weise den Drehwinkel über eine relative Veränderung der Induktivitäten erfasst, können elektromagnetische Felder, die über die Spulen weitestgehend homogen sind, die Messung nur gering beeinflussen. Damit ist der Drehwinkelsensor gegenüber elektromagnetischen Störungen robust. Da auf eine zusätzliche Erregerspule, die meistens außerhalb der Sensorspulen verläuft, verzichtet werden kann, ist der Bauraum für den Sensor gering. Since the angle of rotation sensor detects in a simple manner the angle of rotation via a relative change in the inductances, electromagnetic fields that are largely homogeneous across the coils can only have a small influence on the measurement. This makes the angle of rotation sensor robust against electromagnetic interference. Since it is possible to dispense with an additional exciter coil, which usually runs outside the sensor coils, the installation space for the sensor is low.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Auswerteeinheit dazu ausgeführt, einen Betrag und/oder eine Phase von zwei oder drei Strangströmen in der Zuleitung zu ermitteln, um daraus den Drehwinkel zu bestimmen. Es muss nicht notwendig sein, alle drei Strangströme zu messen. Beispielsweise kann der Drehwinkel auch basierend auf lediglich zwei Strangströmen bestimmt werden. According to one embodiment of the invention, the evaluation unit is designed to determine an amount and / or a phase of two or three phase currents in the supply line in order to determine the angle of rotation therefrom. It does not have to be necessary to measure all three phase currents. For example, the angle of rotation can also be determined based on only two string currents.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung addieren sich die Strangströme bzw. die momentanen Strangströme bei gleicher Induktivität der Spulen zu 0 (Null). Mit anderen Worten heben sich die Spannungen an den äußeren Anschlüssen der Spulen gegenseitig auf (beispielsweise bei drei um 120° phasenverschobenen Strangströmen gleicher Amplitude). Wenn die Spulen gleiche Induktivität aufweisen, sind dann auch die Strangströme gleich. Ändern sich diese Induktivitäten durch Drehung des Rotorelements, werden die Strangströme unterschiedlich. According to one embodiment of the invention, the phase currents or the instantaneous phase currents add up to 0 (zero) for the same inductance of the coils. In other words, the voltages on the outer terminals of the coils cancel each other out (for example, with three phase-shifted by 120 ° phase currents of the same amplitude). If the coils have the same inductance, then the phase currents are the same. If these inductances change as a result of rotation of the rotor element, the phase currents will be different.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Auswerteeinheit dazu ausgeführt, aus dem Betrag und/oder der Phase des wenigstens einen Strangstroms einen axialen Abstand zwischen dem Statorelement und dem Rotorelement zu bestimmen. Neben dem aktuellen Drehwinkel kann auch der Abstand der beiden Bestandteile (beispielsweise durch eine Mittelung über die Zeit) bestimmt werden, um so systematische Fehler bei der Winkelbestimmung zu reduzieren. According to one embodiment of the invention, the evaluation unit is designed to determine an axial distance between the stator element and the rotor element from the magnitude and / or the phase of the at least one phase current. In addition to the current rotation angle, the distance of the two components (for example, by an averaging over time) can be determined in order to reduce systematic errors in the angle determination.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Spulen planare Spulen. Unter einer planaren Spule ist dabei eine Spule zu verstehen, deren Wicklungen bzw. Windungen alle im Wesentlichen in einer Ebene liegen. Eine planare Spule kann beispielsweise nur 1% der Höhe ihres Durchmessers aufweisen. According to one embodiment of the invention, the coils are planar coils. A planar coil is to be understood as meaning a coil whose windings or turns are all substantially in one plane. For example, a planar coil may only have 1% of the height of its diameter.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Spulen auf und/oder in einer Leiterplatte angeordnet. Beispielsweise können die Wicklungen bzw. Windungen alle auf den beiden Seiten einer Leiterplatte aufgebracht sein. Bei einer Leiterplatte mit mehreren Ebenen können die Wicklungen bzw. Windungen auch innerhalb der Leiterplatte verlaufen. Die Leiterplatte kann auch Bauteile und/oder ein IC für die Auswerteeinheit tragen. According to one embodiment of the invention, the coils are arranged on and / or in a printed circuit board. For example, the windings or windings can all be applied to the two sides of a printed circuit board. In a multi-level circuit board, the windings or windings can also run within the circuit board. The printed circuit board can also carry components and / or an IC for the evaluation unit.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung überdecken sich die Spulen gegenseitig in einer axialen Richtung zumindest teilweise. Die Spulen können im Statorelement im Wesentlichen in einer Ebene (beispielsweise auf oder innerhalb einer Leiterplatte) angeordnet sein, wobei sie in Umfangsrichtung gegenübereinander verschoben sind. Jede der Spulen kann im Wesentlichen in einer Ebene orthogonal zu der axialen Richtung angeordnet sein. Dass sich zwei Spulen in axiale Richtung wenigstens teilweise überdecken, kann so verstanden werden, dass sich die beiden Spulen, wenn sie in der axialen Richtung betrachtet werden, zumindest teilweise überdecken. Dies kann auch so verstanden werden, dass die beiden Spulen bei Projektion in axiale Richtung auf eine Ebene orthogonal zur axialen Richtung sich zumindest teilweise überdecken. According to one embodiment of the invention, the coils overlap each other at least partially in an axial direction. The coils may be arranged in the stator element substantially in one plane (for example, on or within a printed circuit board), wherein they are displaced in the circumferential direction relative to one another. Each of the coils may be disposed substantially in a plane orthogonal to the axial direction. The fact that two coils at least partially overlap in the axial direction can be understood so that the two coils, when viewed in the axial direction, at least partially overlap. This can also be understood that the two coils at least partially overlap when projecting in the axial direction to a plane orthogonal to the axial direction.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist jede der Spulen wenigstens zwei in Umfangsrichtung aufeinander abfolgende Windungen bzw. Segmente auf. Die Spulen können aus axialer Sicht (d.h. mit Blickrichtung in Richtung der Drehachse des Rotorelements) mehrere Schleifen aufweisen. Eine Windung bzw. ein Segment kann dabei eine oder mehrere Leiterschleifen der Spule umfassen, die eine von der Spule umlaufene Fläche ganz umrunden. Die Windungen können in einer Ebene verlaufen, die im Wesentlichen orthogonal zur Drehachse des Rotorelements verläuft. According to one embodiment of the invention, each of the coils has at least two circumferentially successive turns or segments. The coils can have several loops from the axial view (ie, viewed in the direction of the axis of rotation of the rotor element). In this case, one turn or a segment may comprise one or more conductor loops of the coil, which completely surround a surface circumscribed by the coil. The turns may extend in a plane that is substantially orthogonal to the axis of rotation of the rotor element.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist jede der Spulen wenigstens eine erste Windung und wenigstens eine zweite Windung auf, wobei die wenigstens eine erste Windung und die wenigstens eine zweite Windung gegenläufig orientiert sind. Wenn eine Spule mit einer Wechselspannung versorgt wird, erzeugt sie ein elektromagnetisches Wechselfeld, das bei den ersten Windungen (im Wesentlichen) in eine erste Richtung und bei den zweiten Windungen (im Wesentlichen) in eine zweite, entgegengesetzte Richtung orientiert ist. Die erste und zweite Richtung können im Wesentlichen parallel zur Drehachse des Rotorelements verlaufen. According to one embodiment of the invention, each of the coils has at least one first turn and at least one second turn, wherein the at least one first turn and the at least one second turn are oriented in opposite directions. When supplied with an AC voltage, a coil generates an alternating electromagnetic field oriented (essentially) in a first direction at the first turns and (substantially) in a second, opposite direction at the second turns. The first and second directions may be substantially parallel to the axis of rotation of the rotor element.

Die von der Spule erzeugten Wechselfelder induzieren Ströme im Rotorelement (abhängig von der Stellung des Rotorelements), die wiederum Wechselfelder erzeugen, die mit der Spule bzw. deren Windungen wechselwirken und somit die Induktivität verändern. The alternating fields generated by the coil induce currents in the rotor element (depending on the position of the rotor element), which in turn generate alternating fields, which interact with the coil or their turns and thus change the inductance.

Ein externes elektromagnetisches Feld, das auf die Spule wirkt und das im Wesentlichen homogen durch zwei entgegengesetzt orientierte Windungen verläuft, erzeugt Ströme in der Spule, die sich (bei gleich großer Induktivität der Windungen) im Wesentlichen aufheben. Auf diese Weise können externe Störfelder ausgeglichen werden. An external electromagnetic field acting on the coil, which passes substantially homogeneously through two oppositely oriented turns, generates currents in the coil that substantially cancel each other (with equal inductance of the turns). In this way, external interference fields can be compensated.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind erste Windungen und zweite Windungen einer Spule in Umfangsrichtung des Statorelements abwechselnd zueinander angeordnet. Auf diese Weise entsteht pro Spule eine Kette von Windungen, die aufeinander abfolgend gegenläufig orientiert sind. According to one embodiment of the invention, first turns and second turns of a coil are arranged alternately in the circumferential direction of the stator element. In this way, per coil, a chain of turns, which are oriented successively in opposite directions arises.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die von den ersten Windungen umlaufene Fläche gleich einer von den zweiten Windungen umlaufene Fläche. Wenn jede der Windungen die gleiche Anzahl an Leiterschleifen aufweist, führt dies dazu, dass im Wesentlichen homogene Störfelder bereits von der Spule unterdrückt werden. Dabei ist es möglich, dass eine oder mehrere Spulen unterschiedlich große Windungen aufweisen. According to one embodiment of the invention, the area circumscribed by the first turns is equal to a surface revolved by the second turns. If each of the windings has the same number of conductor loops, this results in substantially homogeneous interference fields being already suppressed by the coil. It is possible that one or more coils have different sized turns.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umlaufen Windungen einer Spule unterschiedlich große Flächen. Bei mehreren Windungen pro Spule ist es auch möglich, dass die Spulen unterschiedlich große Windungen aufweisen, so dass sich zwar die Spulen überdecken, die Windungen jedoch zueinander versetzt angeordnet sind. According to one embodiment of the invention, turns of a coil rotate around areas of different sizes. With several turns per coil, it is also possible that the coils have different sized turns, so that although the coils overlap, but the turns are arranged offset to each other.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind Windungen der Spulen zueinander versetzt angeordnet. Dadurch überdeckt das Rotorelement bzw. ein darauf befindliches Induktionselement die sich zumindest teilweise überdeckenden Windungen verschiedener Spulen unterschiedlich stark, so dass sich unterschiedliche Induktivitäten der betreffenden Spulen ergeben. According to one embodiment of the invention, windings of the coils are arranged offset to one another. As a result, the rotor element or an induction element located thereon covers the turns of different coils that overlap at least partially differently, so that different inductances of the respective coils result.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Spulen in lediglich einem Winkelbereich des Statorelements angeordnet. Beispielsweise können die Spulen um den Mittelpunkt der Drehachse des Rotorelement um α/N (N Zahl der Spulen, α = Sensierbereich des Sensors, <= 360°) zueinander versetzt angeordnet sein. Es ist auch möglich, dass sich die Spulen vollständig überdecken und lediglich ihre Windungen zueinander versetzt angeordnet sind. According to one embodiment of the invention, the coils are arranged in only one angular range of the stator element. For example, the coils around the center of the axis of rotation of the rotor element by α / N (N number of coils, α = Sensierbereich of the sensor, <= 360 °) can be arranged offset from each other. It is also possible that the coils cover completely and only their turns are arranged offset from each other.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umrundet jede der Spulen das Statorelement komplett. Alle Spulen können entweder entlang eines Kreissegmentbogens (< 360°) oder eines vollen Kreisbogens (= 360°) um das Statorelement angeordnet sein. Es ist zu verstehen, dass in diesem Fall eine Fläche, die von der Spule umlaufen wird, nicht die Achse bzw. das Zentrum des Statorelements überdecken muss. D.h., die Spule kann lediglich in einem Randbereich des Statorelements angeordnet sein. According to one embodiment of the invention, each of the coils completely surrounds the stator element. All coils can be arranged either along a circle segment arc (<360 °) or a full circular arc (= 360 °) around the stator element. It should be understood that in this case, an area that will orbit the coil need not cover the axis or center of the stator element. That is, the coil may be disposed only in an edge portion of the stator element.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Rotorelement wenigstens ein Induktionselement bzw. Target auf, das in einem Winkelbereich des Rotorelements angeordnet ist. Mit anderem Worten umläuft das Induktionselement das Rotorelement nur teilweise. Genauso wie die Spulen kann das Induktionselement lediglich in einem Randbereich des Rotorelements vorgesehen sein. Das Induktionselement kann ein metallisches Target sein, das auf dem Rotorelement drehbar in axialer Richtung dem Statorelement gegenüberliegend angeordnet ist. Das Induktionselement kann aus Vollmaterial oder aus einem Leiter auf einer Leiterplatte hergestellt sein. Das Induktionselement kann auch durch Aussparungen in einem Vollmaterial wie beispielsweise Fräsungen oder als Stanzteil bereitgestellt werden. According to one embodiment of the invention, the rotor element has at least one induction element or target, which is arranged in an angular range of the rotor element. In other words, the induction element rotates only partially the rotor element. Just as the coils, the induction element can be provided only in an edge region of the rotor element. The induction element may be a metallic target, which is arranged on the rotor element rotatable in the axial direction opposite to the stator element. The induction element may be made of solid material or of a conductor on a printed circuit board. The induction element can also be provided by recesses in a solid material such as milling or as a stamped part.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung überdeckt das Induktionselement in axialer Richtung im Wesentlichen lediglich eine Windung einer Spule. Das Induktionselement und die Windung der Spule können im Wesentlichen in einer Ebene orthogonal zu der axialen Richtung angeordnet sein. Dass sich das Induktionselement und die Windung in axiale Richtung wenigstens teilweise überdecken, kann so verstanden werden, dass sie sich, wenn sie in der axialen Richtung betrachtet werden, zumindest teilweise überdecken. Dies kann auch so verstanden werden, dass sie sich bei Projektion in axiale Richtung auf eine Ebene orthogonal zur axialen Richtung zumindest teilweise überdecken. According to one embodiment of the invention, the induction element in the axial direction covers substantially only one turn of a coil. The inductor and the winding of the coil may be arranged substantially in a plane orthogonal to the axial direction. The fact that the induction element and the winding in the axial direction at least partially overlap, can be understood so that they, when viewed in the axial direction, at least partially overlap. This can also be understood that they overlap at least partially when projecting in the axial direction to a plane orthogonal to the axial direction.

Auf diese Weise ändert das Induktionselement nur die Induktivität höchstens einer Windung und der Drehsensor erhält eine maximale Auflösung. Es ist auch möglich, dass das Rotorelement mehrere Induktionselemente umfasst, die beispielsweise im gleichen Abstand in Umfangsrichtung um die Drehachse angeordnet sind. In this way, the induction element changes only the inductance at most one turn and the rotation sensor receives a maximum resolution. It is also possible that the rotor element comprises a plurality of induction elements, which are arranged for example at the same distance in the circumferential direction about the axis of rotation.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings

Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Zeichnungen noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind. Embodiments of the invention will now be described with reference to the accompanying drawings, in which neither the drawings nor the description are to be construed as limiting the invention.

1 zeigt schematisch einen Drehwinkelsensor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 1 schematically shows a rotation angle sensor according to an embodiment of the invention.

2 zeigt schematisch einen Drehwinkelsensor gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. 2 schematically shows a rotation angle sensor according to another embodiment of the invention.

3A, 3B und 3C zeigen schematisch Spulenlayouts für den Drehwinkelsensor aus der 2. 3A . 3B and 3C schematically show coil layouts for the rotation angle sensor from the 2 ,

4 zeigt ein Induktionselement für den Drehwinkelsensor aus der 2. 4 shows an induction element for the rotation angle sensor of the 2 ,

5 zeigt schematisch einen Drehwinkelsensor gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. 5 schematically shows a rotation angle sensor according to another embodiment of the invention.

6A, 6B und 6C zeigen schematisch Spulenlayouts für den Drehwinkelsensor aus der 5. 6A . 6B and 6C schematically show coil layouts for the rotation angle sensor from the 5 ,

7 zeigt Induktionselemente für den Drehwinkelsensor aus der 5. 7 shows induction elements for the rotation angle sensor from the 5 ,

Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale. The figures are only schematic and not to scale. Like reference numerals designate the same or equivalent features in the figures.

Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention

1 zeigt einen Drehwinkelsensor 10 aus einem Statorelement 12 und einem Rotorelement 14. Das Rotorelement 14 kann auf einer Welle 16 eines Bauteils, wie etwa einer Drosselklappe, einem Motor, einer Nockenwelle, eines Fahrpedals usw., befestigt sein oder von dieser Welle 16 bereitgestellt werden. Die Welle 16 ist um die Achse A drehbar und das Statorelement 12 liegt dem Rotorelement 14 in der entsprechenden axialen Richtung gegenüber. Beispielsweise ist das Statorelement 12 an einem Gehäuse des Bauteils befestigt. 1 shows a rotation angle sensor 10 from a stator element 12 and a rotor element 14 , The rotor element 14 can on a wave 16 a component, such as a throttle, an engine, a camshaft, an accelerator pedal, etc., be attached or from this shaft 16 to be provided. The wave 16 is rotatable about the axis A and the stator element 12 lies the rotor element 14 in the corresponding axial direction opposite. For example, the stator element 12 attached to a housing of the component.

Das Statorelement 12 umfasst eine Leiterplatte 18, auf der eine Mehrzahl von Spulen 20 in der Ebene der Leiterplatte 18 angeordnet sind. Die Leiterplatte 18 kann eine mehrlagige Leiterplatte 18 sein und die Leiter der Spulen 20 können sich auf den beiden Seiten der Leiterplatte 18 und zwischen den einzelnen Lagen der Leiterplatte 18 befinden. Auf der Leiterplatte 18 können sich weitere Bauelemente für eine Auswerteeinheit 22 befinden. Die Auswerteeinheit 22 kann die Spulen 20 mit einem mehrphasigen Wechselstrom versorgen und auch durch Messungen einen relativen Drehwinkel zwischen dem Statorelement 12 und dem Rotorelement 14 bestimmen. The stator element 12 includes a printed circuit board 18 on which a plurality of coils 20 in the plane of the circuit board 18 are arranged. The circuit board 18 can be a multi-layer circuit board 18 his and the conductors of the coils 20 can be on the two sides of the circuit board 18 and between the individual layers of the circuit board 18 are located. On the circuit board 18 can be further components for an evaluation 22 are located. The evaluation unit 22 can the coils 20 with a multi-phase alternating current supply and also by measurements a relative angle of rotation between the stator 12 and the rotor element 14 determine.

Das Rotorelement 14 umfasst ein oder mehrere Induktionselemente 24, die in axialer Richtung den Spulen 20 gegenüberliegen. Die Induktionselemente 24 können, wie in der 1 gezeigt, auf einer weiteren Leiterplatte angeordnet sein, die an der Welle 16 befestigt ist. Es ist auch möglich, dass das oder die Induktionselemente 24 durch Bearbeiten eines Endes der Welle 16 erzeugt werden. The rotor element 14 includes one or more induction elements 24 in the axial direction of the coils 20 are opposite. The induction elements 24 can, as in the 1 shown to be arranged on another circuit board, which is connected to the shaft 16 is attached. It is also possible that the one or more induction elements 24 by working one end of the shaft 16 be generated.

Wenn die Auswerteeinheit 22 die Spulen 20 mit Wechselspannung versorgt, erzeugen diese ein Magnetfeld, das wiederum in dem Induktionselement 24, das aus einem elektrisch leitfähigen Material gefertigt ist, Wirbelströme induziert. Diese Wirbelströme erzeugen wiederum Magnetfelder, die mit den Spulen 20 wechselwirken und die Induktivität der Spulen 20 verändern. Basierend auf diesen veränderten Induktivitäten kann die Auswerteeinheit 22 den Drehwinkel bestimmen. If the evaluation unit 22 the spools 20 supplied with AC voltage, these generate a magnetic field, which in turn in the induction element 24 , which is made of an electrically conductive material, induces eddy currents. These eddy currents in turn generate magnetic fields associated with the coils 20 interact and the inductance of the coils 20 change. Based on these altered inductances, the evaluation unit 22 determine the angle of rotation.

Die 2 zeigt einen Drehwinkelsensor 10. Dieser weist drei Spulen auf, eine erste Spule 20a, eine zweite Spule 20b und eine dritte Spule 20c. Die drei Spulen 20a, 20b, 20c überdecken in diesem Ausführungsbeispiel lediglich einen Winkelbereich um die Achse A kleiner als 360° (hier etwa 120°). Zur besseren Übersichtlichkeit überdeckt jede der Spulen nicht den kompletten Winkelbereich. The 2 shows a rotation angle sensor 10 , This has three coils, a first coil 20a , a second coil 20b and a third coil 20c , The three coils 20a . 20b . 20c cover in this embodiment, only an angular range about the axis A smaller than 360 ° (here about 120 °). For better clarity, each of the coils does not cover the entire angular range.

Die drei Spulen 20a, 20b, 20c sind an ersten Anschlüssen 26 mit der Auswerteeinheit 22 verbunden und werden dort von der Auswerteeinheit 22 mit einer dreiphasigen Wechselspannung mit drei Einzelspannungen V1, V2, V3 versorgt. Die anderen Anschlüsse 28 sind mit den Anschlüssen 26 derart verbunden, dass sich eine Dreiecksschaltung 30 aus den drei Spulen 20a, 20b, 20c ergibt. Dabei ist der andere Anschluss 28 der ersten Spule 20a mit dem ersten Anschluss 26 der zweiten Spule 20b verbunden. Der andere Anschluss 28 der zweiten Spule 20b ist mit dem ersten Anschluss 26 der dritten Spule 20c verbunden. Und der andere Anschluss 28 der dritten Spule 20c ist mit dem ersten Anschluss 26 der ersten Spule 20a verbunden. Auf diese Weise ist die Dreiecksschaltung 30 zusammengesetzt. Die Einzelspannungen V1, V2, V3 der Wechselspannung können die gleiche Frequenz und die gleiche Amplitude aufweisen und dabei jeweils um 120° phasenverschoben sein. The three coils 20a . 20b . 20c are at first connections 26 with the evaluation unit 22 connected and are there by the evaluation unit 22 supplied with a three-phase AC voltage with three individual voltages V1, V2, V3. The other connections 28 are with the connections 26 connected in such a way that a triangular circuit 30 from the three coils 20a . 20b . 20c results. Here is the other connection 28 the first coil 20a with the first connection 26 the second coil 20b connected. The other connection 28 the second coil 20b is with the first connection 26 the third coil 20c connected. And the other connection 28 the third coil 20c is with the first connection 26 the first coil 20a connected. This is the triangle circuit 30 composed. The individual voltages V1, V2, V3 of the alternating voltage can have the same frequency and the same amplitude and in each case be phase-shifted by 120 °.

Die Dreiecksschaltung 30 wird über eine dreiphasige Zuleitung 32 von der Auswerteeinheit 22 mit der Wechselspannung V1, V2, V3 versorgt. In jedem Strang der Zuleitung 32 befindet sich ein Messwiderstand Rm1, Rm2, Rm3, über den die an dem jeweiligen Widerstand abfallende Spannung Vm1, Vm2, Vm3 von der Auswerteeinheit 22 gemessen werden kann. Aus den Spannungen Vm1, Vm2, Vm3 kann dann der jeweilige Strangstrom bestimmt werden. The triangle circuit 30 is via a three-phase supply line 32 from the evaluation unit 22 supplied with the AC voltage V1, V2, V3. In each strand of the supply line 32 there is a measuring resistor Rm1, Rm2, Rm3, via which the voltage Vm1, Vm2, Vm3 dropping at the respective resistor from the evaluation unit 22 can be measured. From the voltages Vm1, Vm2, Vm3 then the respective phase current can be determined.

Aufgrund der unterschiedlichen Induktivitäten der drei Spulen 20a, 20b, 20c, die durch die vom Drehwinkel abhängigen Stellung des Induktionselements 24 verursacht werden, sind auch die Strangströme vom Drehwinkel abhängig. Insbesondere sind der Betrag und/oder die Phase jedes Strangstroms vom Drehwinkel abhängig. Aus den Beträgen und den Phasen der drei Strangströme kann die Auswerteeinheit 22 dann den Drehwinkel bestimmen. Due to the different inductances of the three coils 20a . 20b . 20c , by the dependent of the rotation angle position of the induction element 24 caused, the strand currents are dependent on the rotation angle. In particular, the magnitude and / or the phase of each phase current are dependent on the angle of rotation. From the amounts and the phases of the three phase currents, the evaluation unit 22 then determine the angle of rotation.

Wenn die Induktivitäten der ersten Spule 20a, der zweiten Spule 20b und der dritten Spule 20c gleich groß sind, sind auch die Ströme in den Strängen der Zuleitung 32 gleich groß. Durch das leitfähige Induktionselement 24, welches in axialer Richtung betrachtet den drei Spulen 20a, 20b, 20c gegenüberliegt, ändern sich die Induktivitäten der Spulen 20a, 20b, 20c und es kommt zu einem Ungleichgewicht der Strangströme. Durch Messung aller drei Strangströme nach Betrag und Phase (durch Messung bzw. Erfassung bzw. Bestimmung der an den Widerständen abfallenden Spannungen nach Betrag und Phase) kann sowohl der Abstand des Induktionselements 24 bzw. des Rotorelements 14 von dem Sensorelement 12 in axialer Richtung als auch die Position des Induktionselements und damit der Drehwinkel bestimmt werden. When the inductors of the first coil 20a , the second coil 20b and the third coil 20c are the same size, are also the currents in the strands of the supply line 32 same size. Through the conductive induction element 24 , which viewed in the axial direction of the three coils 20a . 20b . 20c opposite, the inductances of the coils change 20a . 20b . 20c and there is an imbalance of the strand currents. By measuring all three phase currents by magnitude and phase (by measuring or detection or determining the voltage dropping across the resistors by magnitude and phase), both the distance of the induction element 24 or the rotor element 14 from the sensor element 12 in the axial direction as well as the position of the induction element and thus the angle of rotation can be determined.

Die 2 zeigt weiter, dass die drei Spulen 20a, 20b, 20c als planare Spulen mit mehreren in einer Ebene liegenden Windungen 34 ausgeführt sind. Die Spulen 20a, 20b, 20c sind in Umfangsrichtung zueinander versetzt auf dem Statorelement 12 angeordnet. Sie überdecken sich, entlang der der axialen Richtung betrachtet bzw. in Aufsicht, entlang der Umfangsrichtung zumindest teilweise. The 2 further shows that the three coils 20a . 20b . 20c as planar coils with several turns lying in one plane 34 are executed. The spools 20a . 20b . 20c are circumferentially offset from each other on the stator 12 arranged. They overlap, along the axial direction viewed in plan view, along the circumferential direction at least partially.

Die 3A, 3B und 3C zeigen schematisch mögliche Spulenlayouts für die drei Spulen 20a, 20b, 20c. Die Spule 20a aus der 3A umfasst je einmal eine erste Windung 34a und eine zweite Windung 34b. Beide Windungen 34a, 34b sind gleich groß bzw. umlaufen die gleiche Fläche. Die beiden Windungen sind entlang der Umfangrichtung gegeneinander versetzt. The 3A . 3B and 3C schematically show possible coil layouts for the three coils 20a . 20b . 20c , The sink 20a from the 3A includes once each a first turn 34a and a second turn 34b , Both turns 34a . 34b are the same size or the same area. The two windings are offset from each other along the circumferential direction.

Die Spulen 20b und 20c aus den 3B und 3C umfassen je zwei erste Windungen 34a und je eine zweite Windung 34b. Die zweite Windung 34b ist in Umfangsrichtung zwischen den ersten Windungen 34a angeordnet. Die ersten Windungen 34a sind unterschiedlich groß und/oder jeweils kleiner als die zweite Windung 34b. Die Summe der von den ersten Windungen 34a umschlossenen Flächen entspricht der von der zweiten Windung 34b umschlossenen Fläche. The spools 20b and 20c from the 3B and 3C each include two first turns 34a and a second turn each 34b , The second turn 34b is in the circumferential direction between the first turns 34a arranged. The first turns 34a are different sizes and / or each smaller than the second turn 34b , The sum of the first turns 34a enclosed areas corresponds to that of the second turn 34b enclosed area.

Die in den 3A, 3B und 3C gezeigten Spulen 20a, 20b, 20c können in einem Drehwinkelsensor so verbaut werden, dass sie sich vollständig überdecken. Jede der Spulen 20a, 20b, 20 wird dabei mit einer Einzelwechselspannung V1, V2, V3 versorgt, so wie es in der 2 gezeigt ist. Auf diese Weise sind die Windungen 34a, 34b der Spulen 20b, 20c, die verschieden große Flächen umlaufen, gegenüber den Windungen 34a, 34b der Spule 20a versetzt, so dass sich eine Windung 34a, 34b einer Spule 20a, 20b, 20c jeweils immer nur teilweise mit einer Windung 34a, 34b einer anderen Spule überdeckt. Auf diese Weise kann eine maximale Winkelauflösung für den von den drei Spulen 20a, 20b, 20c überdeckten Winkelbereich erzielt werden. The in the 3A . 3B and 3C shown coils 20a . 20b . 20c can be installed in a rotation angle sensor so that they completely cover each other. Each of the coils 20a . 20b . 20 is supplied with an individual AC voltage V1, V2, V3, as it is in the 2 is shown. That's how the turns are 34a . 34b the coils 20b . 20c that circulate different sized surfaces, opposite to the turns 34a . 34b the coil 20a offset, leaving a turn 34a . 34b a coil 20a . 20b . 20c always only partially with one turn 34a . 34b covered by another coil. In this way, a maximum angular resolution for that of the three coils 20a . 20b . 20c Covered angle range can be achieved.

Jede der Spulen 20a, 20b, 20c umfasst gegenläufige Windungen, die in erste Windungen 34a mit einer ersten Orientierung und in zweite Windungen 34b mit einer zweiten, gegenläufigen Orientierung unterteilt werden können. Die Windungen 34a, 34b jeder Spule sind in Umfangsrichtung um die Achse A aufeinander abfolgend angeordnet, so dass sich eine Kette von Windungen mit abwechselnder Orientierung ergibt. Each of the coils 20a . 20b . 20c includes opposing turns, in first turns 34a with a first orientation and in second turns 34b can be divided with a second, opposite orientation. The turns 34a . 34b Each coil is arranged in the circumferential direction about the axis A successive to each other, so that there is a chain of turns with alternating orientation.

Die ersten Windungen 34a und die zweiten Windungen 34b umlaufen jeweils die gleiche Fläche, so dass ein homogenes (Stör-)Magnetfeld durch jede der Spulen 20a, 20b, 20c zwar einen Strom in der jeweiligen Windung 34a, 34b erzeugt, wobei sich die einzelnen Ströme jedoch in einer Spule 20a, 20b, 20c gegenseitig aufheben. The first turns 34a and the second turns 34b each revolve around the same area, so that a homogeneous (interference) magnetic field through each of the coils 20a . 20b . 20c Although a current in the respective turn 34a . 34b generated, but the individual streams in a coil 20a . 20b . 20c cancel each other out.

4 zeigt ein Induktionselement 24 und aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich eine Spule, die erste Spule 20a. Die folgenden Ausführungen können jedoch auch für die zweite Spule 20b und die dritte Spule 20c gelten. Wie die 4 zeigt, ist das Induktionselement 24 in etwa so groß wie eine Windung, d.h. überdeckt aus axialer Sicht betrachtet bzw. in einer Projektion entlang der axialen Richtung in etwa die gleiche Fläche entlang des Umfangs. Jede der Windungen 34a, 34b erzeugt ein Magnetfeld, das wiederum in dem Induktionselement 24 Wirbelströme erzeugt, die wiederum ein Magnetfeld erzeugen, die in der jeweiligen Windung Ströme erzeugen und so die Induktivität der jeweiligen Windung 34a, 34b und somit die Gesamtinduktivität der Spule 20a, 20b, 20c verändern. Abhängig von der Winkelstellung des Rotorelements 14 mit dem Induktionselement ändert sich somit die Induktivität der Spulen 20a, 20b, 20c. Da die ersten Windungen 34a und die zweiten Windungen 34b der verschiedenen Spulen 20a, 20b, 20c versetzt zueinander angeordnet sind, ändert das Induktionselement 24 die Induktivitäten jeder Spule 20a, 20b, 20c zusätzlich unterschiedlich, so dass sich eine gute Winkelauflösung des Drehwinkelsensors 10 ergibt. 4 shows an induction element 24 and for the sake of clarity, only one coil, the first coil 20a , However, the following versions can also be used for the second coil 20b and the third coil 20c be valid. As the 4 shows is the induction element 24 approximately as large as a turn, ie viewed from the axial view or in a projection along the axial direction approximately the same area along the circumference. Each of the turns 34a . 34b generates a magnetic field, which in turn in the inductor 24 Generated eddy currents, which in turn generate a magnetic field, which generate currents in the respective turn and so the inductance of the respective turn 34a . 34b and thus the total inductance of the coil 20a . 20b . 20c change. Depending on the angular position of the rotor element 14 thus the inductance of the coils changes with the induction element 20a . 20b . 20c , Because the first turns 34a and the second turns 34b the different coils 20a . 20b . 20c offset from one another, the induction element changes 24 the inductances of each coil 20a . 20b . 20c additionally different, so that a good angular resolution of the rotation angle sensor 10 results.

Die 5 bis 7 zeigen Darstellungen analog den 2 bis 4. Wenn nichts anderes beschrieben wird, gelten die Ausführungen zu den 2 bis 4 entsprechend. The 5 to 7 show representations analogous to the 2 to 4 , Unless otherwise described, the comments on the 2 to 4 corresponding.

In den 5 bis 7 ist ein Drehwinkelsensor 10 gezeigt, dessen erste Spule 20a, zweite Spule 20b und dritte Spule 20c das Sensorelement 12 vollständig umgeben. Die Spulen 20a, 20b, 20c sind identisch aufgebaut. Genauso wie bei der 2 sind die Spulen 20a, 20b, 20c auf dem Statorelement 12 zueinander versetzt angeordnet. Die jeweils 6 Windungen 34a, 34b der Spulen 20a, 20b, 20c umlaufen jeweils alle die gleiche Fläche, um äußere Störfelder zu kompensieren. Die Anzahl der Windungen ist nicht auf 6 beschränkt, sollte jedoch eine gerade Zahl sein, um Störfelder zu kompensieren. Aus der Anzahl der Windungen und dem Öffnungswinkel ergibt sich die Periodizität des Sensors. In the 5 to 7 is a rotation angle sensor 10 shown, its first coil 20a , second coil 20b and third coil 20c the sensor element 12 completely surrounded. The spools 20a . 20b . 20c are identical. Just like the 2 are the coils 20a . 20b . 20c on the stator element 12 arranged offset from one another. The 6 turns each 34a . 34b the coils 20a . 20b . 20c Each of them revolves around the same area in order to compensate for external interference fields. The number of turns is not limited to 6, but should be an even number to compensate for interference fields. From the number of turns and the opening angle results in the periodicity of the sensor.

Die 7 zeigt eine Ausführungsform des Rotorelements 14 und aus Gründen der Übersichtlichkeit eine Ausführungsform lediglich der ersten Spule 20a des Statorelements 12. Die 7 zeigt, dass auf dem Rotorelement 14 auch drei Induktionselemente 24 angeordnet sein können. Durch die drei um 120° zueinander versetzten Induktionselemente 24, die jeweils in etwa eine Windung 34a, 34b überdecken, kann sich eine bessere Kompensation von Toleranzen bei einem Eindeutigkeitsbereich von 120° ergeben. The 7 shows an embodiment of the rotor element 14 and for the sake of clarity, an embodiment of only the first coil 20a of the stator element 12 , The 7 shows that on the rotor element 14 also three induction elements 24 can be arranged. By the three 120 ° offset from each other induction elements 24 , each about one turn 34a . 34b Cover, a better compensation of tolerances can result in a uniqueness range of 120 °.

Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend“, „umfassend“ etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen. Finally, it should be noted that terms such as "comprising," "comprising," etc., do not exclude other elements or steps, and terms such as "a" or "an" do not exclude a multitude. Reference signs in the claims are not to be considered as limiting.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 7191759 B2 [0004]
US 7276897 B2 [0004]
EP 0909955 B1 [0004]
US 6236199 B1 [0004]
EP 0182085 B1 [0004]

Claims

Angle of rotation sensor ( 10 ), comprising: a stator element ( 12 ) with three coils ( 20 ); with respect to the stator element ( 12 ) rotatably mounted rotor element ( 14 ), which is designed to vary depending on a rotation angle with each of the three coils ( 20 ) to couple inductively; an evaluation unit ( 22 ) for determining the angle of rotation between the rotor element ( 14 ) and the stator element ( 12 ); characterized in that the at least three coils ( 20 ) in a triangular circuit ( 30 ) are interconnected; the evaluation unit ( 22 ), the three coils ( 20 ) via a three-phase supply line ( 32 ) with a three-phase AC voltage (V1, V2, V3) to supply; and the evaluation unit ( 22 ) is executed, an amount and / or a phase of at least one phase current in the supply line ( 32 ) and to determine therefrom the rotation angle.

Angle of rotation sensor ( 10 ) according to claim 1, wherein the evaluation unit ( 22 ) is executed, an amount and / or a phase of two or three phase currents in the supply line ( 32 ) and to determine therefrom the rotation angle.

Angle of rotation sensor ( 10 ) according to claim 1 or 2, wherein the strand currents at the same inductance of the coils ( 20 ) to 0 (zero).

Angle of rotation sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the evaluation unit ( 22 ) is executed, from the amount and / or the phase an axial distance between the stator ( 12 ) and the rotor element ( 14 ).

Angle of rotation sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the coils ( 20 ) are planar coils; and / or wherein the coils ( 20 ) on and / or in a printed circuit board ( 18 ) are arranged.

Angle of rotation sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the coils ( 20 ) at least partially overlap each other in an axial direction; and / or wherein each of the coils ( 20 ) at least two circumferentially successive turns ( 34 ) having.

Angle of rotation sensor ( 10 ) according to any one of the preceding claims, wherein each of the coils ( 20 ) at least one first turn ( 34a ) and at least one second turn ( 34b ), wherein the at least one first turn ( 34a ) and the at least one second turn ( 34b ) are oriented in opposite directions; and / or wherein first turns ( 34a ) and second turns ( 34b ) of a coil ( 20 ) in the circumferential direction of the stator element ( 12 ) are arranged alternately on top of each other; and / or where the first turns ( 34a ) circumferential surface equal to one of the second turns ( 34b ) is circumferential surface.

Angle of rotation sensor ( 10 ) according to any one of the preceding claims, wherein turns ( 34a . 34b ) of a coil ( 20 ) circulate different sized surfaces; and / or turns ( 34a . 34b ) of the coils ( 20 ) are arranged offset from each other.

Angle of rotation sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the coils ( 20 ) in only one angular range of the stator element ( 12 ) are arranged; or wherein each of the coils ( 20 ) the stator element ( 14 ) completely surrounded.

Angle of rotation sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the rotor element ( 14 ) at least one induction element ( 24 ), which is arranged in an angular range of the rotor element; and / or wherein the induction element ( 24 ) in the axial direction only one turn ( 34a . 34b ) of a coil ( 20 ) covered.