DE102018102698A1 - Inductive position sensor - Google Patents

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Steffen Hoppe
Henning Irle
Marc Seiffert
Andreas Stumpf
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Hella GmbH and Co KGaA
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Hella GmbH and Co KGaA
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen induktiven Positionssensor zur Erfassung einer Position eines beweglichen Teils (2) relativ zu einem Stator (4), wobei der Stator (4) mindestens eine Erregerspule und mindestens eine Sensorspule aufweist und ein mit dem beweglichen Teil (2) verbindbarer oder an dem beweglichen Teil ausgebildeter Cursor (6) die mindestens eine Erregerspule mit der mindestens einen Sensorspule induktiv koppelt.Um einen induktiven Positionssensor anzugeben, der auch bei widrigen Umgebungsbedingungen einsetzbar ist, wird vorgeschlagen, dass der Cursor (6) eine dreidimensionale Form aufweist, wobei mindestens ein erster Bereich (6.1.1) des Cursors (6) als ein elektrisch leitender Kopplungsbereich (6.1.1) zur induktiven Kopplung der Erregerspule mit der mindestens einen Sensorspule und mindestens ein zweiter Bereich (6.1.2) des Cursors (6) als ein zur induktiven Kopplung der Erregerspule mit der mindestens einen Sensorspule im Wesentlichen nicht beitragender elektrisch leitender Nichtkopplungsbereich (6.1.2) ausgebildet ist, und wobei der Nichtkopplungsbereich (6.1.2) mit dem Kopplungsbereich (6.1.1) elektrisch leitend verbunden ist.The present invention relates to an inductive position sensor for detecting a position of a movable part (2) relative to a stator (4), the stator (4) comprising at least one exciting coil and at least one sensor coil and one connectable to the movable part (2) In order to provide an inductive position sensor which can also be used in adverse environmental conditions, it is proposed that the cursor (6) has a three-dimensional shape, wherein at least one first area (6.1.1) of the cursor (6) as an electrically conductive coupling area (6.1.1) for inductive coupling of the exciter coil with the at least one sensor coil and at least one second area (6.1.2) of the cursor (6) as a for the inductive coupling of the excitation coil with the at least one sensor coil substantially not contributing electrical h conductive non-coupling region (6.1.2) is formed, and wherein the non-coupling region (6.1.2) is electrically conductively connected to the coupling region (6.1.1).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen induktiven Positionssensor zur Erfassung einer Position eines beweglichen Teils relativ zu einem Stator der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art, wobei der Stator mindestens eine Erregerspule und mindestens eine Sensorspule aufweist und ein mit dem beweglichen Teil verbindbarer oder an dem beweglichen Teil ausgebildeter Cursor die mindestens eine Erregerspule in einem Betriebszustand des induktiven Positionssensors mit der mindestens einen Sensorspule induktiv koppelt, und wobei mittels einer Auswerteschaltung in Abhängigkeit der induktiven Kopplung zwischen der Erregerspule und der mindestens einen Sensorspule die relative Position des beweglichen Teils zu dem Stator ermittelbar ist.The present invention relates to an inductive position sensor for detecting a position of a movable part relative to a stator referred to in the preamble of claim 1, wherein the stator has at least one exciting coil and at least one sensor coil and connectable to the movable part or on the movable part trained cursor the at least one excitation coil in an operating state of the inductive position sensor with the at least one sensor coil inductively coupled, and wherein by means of an evaluation circuit in dependence of the inductive coupling between the excitation coil and the at least one sensor coil, the relative position of the movable member to the stator determined is.

Derartige induktive Positionssensoren sind aus dem Stand der Technik in zahlreichen Ausführungsvarianten bereits bekannt.Such inductive position sensors are already known from the prior art in numerous variants.

Beispielsweise ist aus der DE 195 04 307 A1 eine Einrichtung zur Erfassung von Position und/oder Geschwindigkeit eines beweglichen Geräteteils bekannt, wobei die bekannte Einrichtung einen mit dem beweglichen Geräteteil starr verbundenen Informationsträger, der in mindestens einer Spur ein Muster von einzelnen, in Bewegungsrichtung gesehen hintereinander angeordneten Informationsabschnitten aufweist, eine in Wechselwirkung mit den Informationsabschnitten tretende, entsprechende Signale erzeugende Sensorvorrichtung und Mittel zum Aufbereiten und Verarbeiten der an der Sensorvorrichtung abzunehmenden Signale enthält. Die daraus bekannten Informationsabschnitte bestehen aus einem elektrisch leitenden Material und sind gegenseitig durch Zonen verminderter elektrischer Leitfähigkeit getrennt, wobei die Mittel zum Erzeugen von Wirbelströmen in den Informationsabschnitten vorgesehen sind und die Sensorvorrichtung zum induktiven Erfassen der mit den Wirbelströmen verbundenen Magnetfelder ausgebildet ist.For example, is from the DE 195 04 307 A1 a device for detecting the position and / or speed of a movable device part known, the known device having a rigidly connected to the movable device part information carrier having in at least one track a pattern of individual, viewed in the direction of movement successively arranged information sections, one in interaction with The sensor device, which emits signals corresponding to the information sections, and contains means for preparing and processing the signals to be taken from the sensor device. The known information sections consist of an electrically conductive material and are mutually separated by zones of reduced electrical conductivity, wherein the means for generating eddy currents are provided in the information sections and the sensor device is designed for inductive detection of the magnetic fields associated with the eddy currents.

Hier setzt die vorliegende Erfindung an.This is where the present invention begins.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen induktiven Positionssensor anzugeben, der auch bei widrigen Umgebungsbedingungen einsetzbar ist.The present invention has for its object to provide an inductive position sensor that can be used even in adverse environmental conditions.

Diese Aufgabe wird durch einen induktiven Positionssensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, gekennzeichnet dadurch, dass der Cursor eine dreidimensionale Form aufweist, wobei mindestens ein erster Bereich des Cursors als ein elektrisch leitender Kopplungsbereich zur induktiven Kopplung der Erregerspule mit der mindestens einen Sensorspule und mindestens ein zweiter Bereich des Cursors als ein zur induktiven Kopplung der Erregerspule mit der mindestens einen Sensorspule im Wesentlichen nicht beitragender elektrisch leitender Nichtkopplungsbereich ausgebildet sind, und wobei der Nichtkopplungsbereich eine im Wesentlichen zu dem Kopplungsbereich vergleichbar hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist und der Nichtkopplungsbereich mit dem Kopplungsbereich elektrisch leitend verbunden ist. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.This object is achieved by an inductive position sensor having the features of claim 1, characterized in that the cursor has a three-dimensional shape, wherein at least a first portion of the cursor as an electrically conductive coupling region for inductive coupling of the excitation coil with the at least one sensor coil and at least a second region of the cursor is formed as an electrically non-coupling region which essentially does not contribute to the inductive coupling of the excitation coil to the at least one sensor coil, and wherein the non-coupling region has an electrical conductivity which is substantially comparable to the coupling region and the non-coupling region is electrically conductive with the coupling region connected is. The subclaims relate to advantageous developments of the invention.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen induktiven Positionssensors liegt insbesondere darin, dass dieser robust gegenüber Umwelteinflüssen ist und damit beispielsweise auch bei hohen Umgebungstemperaturen, korrosiver Umgebung und Vibrationen einsetzbar ist. Aufgrund der dreidimensionalen Form des Cursors mit mindestens einem Kopplungsbereich und mindestens einem Nichtkopplungsbereich ist eine induktive Sensierung der Position des beweglichen Teils zu dem Stator ermöglicht, ohne dass der zweite Bereich im Wesentlichen als ein elektrischer Isolator ausgebildet sein muss. Entsprechend vereinfacht sich der Aufbau des Cursors.A significant advantage of the inductive position sensor according to the invention is in particular that it is robust against environmental influences and thus can be used, for example, even at high ambient temperatures, corrosive environment and vibrations. Due to the three-dimensional shape of the cursor with at least one coupling region and at least one non-coupling region, an inductive sensing of the position of the movable part to the stator is made possible, without the second region having to be substantially formed as an electrical insulator. Accordingly, the structure of the cursor simplifies.

Bei dem erfindungsgemäßen induktiven Positionssensor kann es sich um einen Inkrementalgeber wie auch um einen Sensor handeln, der eine absolute Erfassung der Position des beweglichen Teils relativ zu dem Stator ermöglicht. Mittels eines Inkrementalgebers ist lediglich eine digitale Erfassung der Position des beweglichen Teils relativ zu dem Stator möglich, die zudem von der Historie der zuvor gezählten Inkremente abhängig ist und somit nach einem Reset des Systems oder nach dem Einschalten keine unmittelbare absolute Positionsinformation zu liefern vermag. Mittels der Auswerteschaltung des induktiven Positionssensors kann auf dem Fachmann bekannte Weise nicht nur die Position des beweglichen Teils relativ zu dem Stator, sondern auch ein von dem beweglichen Teil zurückgelegter Weg oder Drehwinkel oder eine Geschwindigkeit oder eine Drehzahl des beweglichen Teils ermittelt werden. Ferner kann die Auswerteschaltung Mittel zur Signalverstärkung und Signalaufbereitung umfassen.The inductive position sensor according to the invention may be an incremental encoder as well as a sensor which allows absolute detection of the position of the movable part relative to the stator. By means of an incremental encoder only a digital detection of the position of the movable part relative to the stator is possible, which is also dependent on the history of the previously counted increments and thus can not provide immediate absolute position information after a reset of the system or after switching. By means of the evaluation circuit of the inductive position sensor can be determined in a manner known to those skilled not only the position of the movable part relative to the stator, but also a distance traveled by the movable part way or angle of rotation or a speed or a rotational speed of the movable part. Furthermore, the evaluation circuit may comprise means for signal amplification and signal conditioning.

Grundsätzlich ist der Cursor des induktiven Positionssensors nach Art, Form, Dimensionierung, Anordnung oder Ausbildung an dem beweglichen Teil, Material und Herstellung in weiten geeigneten Grenzen frei wählbar. Zweckmäßigerweise weist der Kopplungsbereich des Cursors in einem Kopplungszustand dieses Kopplungsbereichs relativ zu einem diesem Kopplungsbereich zugeordneten Nichtkopplungsbereich des mindestens einen Nichtkopplungsbereichs des Cursors einen geringeren Abstand zu einer Ebene der mindestens einen Sensorspule auf. Hierdurch ist der Cursor mit dem mindestens einen Kopplungsbereich und dem mindestens einen Nichtkopplungsbereich konstruktiv einfach realisierbar.Basically, the cursor of the inductive position sensor on the type, shape, dimensioning, arrangement or training on the moving part, material and manufacturing freely selectable within wide appropriate limits. The coupling region of the cursor in a coupling state of this coupling region expediently has a smaller distance from a plane of the at least one sensor coil relative to a non-coupling region of the at least one non-coupling region of the cursor assigned to this coupling region. As a result, the cursor with the at least one coupling region and the at least one non-coupling region is structurally simple to implement.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen induktiven Positionssensors gemäß der vorgenannten Ausführungsform sieht vor, dass der mindestens eine Kopplungsbereich als ein Zahnkopf mindestens eines Zahnes eines als Zahnrad oder als eine Zahnstange ausgebildeten Cursors und der mindestens eine Nichtkopplungsbereich als ein Zahnfuß des Zahnes des Zahnrades oder der Zahnstange ausgebildet sind. Auf diese Weise ist der Cursor mit dem mindestens einen Kopplungsbereich und dem mindestens einen Nichtkopplungsbereich konstruktiv besonders einfach realisiert. Zahnräder und Zahnstangen sind weit verbreitete und dem Fachmann vertraute Konstruktionselemente. Das Zahnrad kann dabei beispielsweise als ein Zahnrad mit einer Stirnverzahnung, Kegelverzahnung oder als ein Planrad ausgebildet sein. An advantageous development of the inductive position sensor according to the invention according to the aforementioned embodiment provides that the at least one coupling region as a tooth tip of at least one tooth formed as a gear or a rack cursor and the at least one non-coupling region as a tooth root of the tooth of the toothed wheel or rack are. In this way, the cursor with the at least one coupling region and the at least one non-coupling region is realized in a structurally particularly simple manner. Gears and racks are widely used and familiar to those skilled in construction elements. The gear may be formed, for example, as a gear with a spur toothing, conical or as a face gear.

Grundsätzlich ist der mindestens eine Zahn mit Zahnkopf und Zahnfuß in weiten geeigneten Grenzen frei wählbar. Zweckmäßigerweise weist das Zahnrad oder die Zahnstange eine Mehrzahl von Zähnen auf, wobei sich die Zahnköpfe und Zahnfüße der Zähne in regelmäßigen Abständen wiederholen. Zahnkopf und der dazu korrespondierende Zahnfuß bilden somit eine Periode. Bei einem Zahnrad mit einer Stirnverzahnung oder Kegelverzahnung oder einem als Planrad ausgebildeten Zahnrad können die Zähne mit deren Zahnköpfen und den dazu korrespondierenden Zahnfüßen entsprechend als eine umlaufende periodische Verzahnung ausgebildet sein. Dies ist beispielsweise dann sinnvoll, wenn Drehungen des beweglichen Teils von 360° oder mehr ausgewertet werden sollen. Jedoch ist es auch denkbar, dass für Drehungen des beweglichen Teils von kleiner 360° Zahnräder nicht umlaufend Zähne aufweisen, sondern lediglich Zähne korrespondierend zu einem vorher festgelegten Drehbereich des beweglichen Teils aufweisen.Basically, the at least one tooth with tooth tip and tooth root is freely selectable within wide suitable limits. Conveniently, the gear or the rack on a plurality of teeth, wherein the tooth tips and tooth roots of the teeth repeat at regular intervals. Tooth head and the corresponding tooth root thus form a period. In the case of a toothed wheel with spur toothing or conical toothing or a toothed wheel designed as a crown gear, the teeth with their tooth tips and the corresponding tooth roots can be designed correspondingly as a circumferential periodic toothing. This is useful, for example, if rotations of the moving part of 360 ° or more are to be evaluated. However, it is also conceivable that for rotations of the movable part of less than 360 ° gears do not have circumferential teeth, but only have teeth corresponding to a predetermined rotation range of the movable part.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der beiden letztgenannten Ausführungsformen sieht vor, dass mindestens eine Zahnflanke des mindestens einen Zahns des Zahnrads oder der Zahnstange relativ zu dem Zahnkopf reduziert ist. Auf diese Weise ist es möglich, die Auswertung in der Auswerteschaltung zu vereinfachen und damit zu verbessern. Jeweils eine Zahnflanke des Zahns verbindet den Zahnkopf des Zahns mit einem zu dem Zahn korrespondierenden Zahnfuß. Beispielsweise könnte mindestens eine der Zahnflanken einseitig oder beidseitig bis auf einen schmalen den Zahnkopf mit dem Zahnfuß verbindenden Steg entfernt oder nicht ausgebildet sein. Hierbei ist allgemein zu gewährleisten, dass eine Reduzierung der Zahnflanke nicht zu einer Reduzierung des Zahnkopfes führt.A particularly advantageous development of the two last-mentioned embodiments provides that at least one tooth flank of the at least one tooth of the toothed wheel or toothed rack is reduced relative to the tooth head. In this way it is possible to simplify the evaluation in the evaluation circuit and thus to improve. In each case a tooth flank of the tooth connects the tooth tip of the tooth with a tooth root corresponding to the tooth. For example, at least one of the tooth flanks could be unilaterally or bilaterally removed or not formed, except for a narrow web connecting the tooth tip to the tooth root. This is generally to ensure that a reduction of the tooth flank does not lead to a reduction of the tooth head.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen induktiven Positionssensors sieht vor, dass der Cursor aus einem elektrisch leitenden Vollmaterial ausgebildet ist. Hierdurch ist der Cursor und damit der erfindungsgemäße induktive Positionssensor sehr robust ausgebildet und damit auch für besonders widrige Umgebungsbedingungen geeignet.A particularly advantageous embodiment of the inductive position sensor according to the invention provides that the cursor is formed from an electrically conductive solid material. As a result, the cursor and thus the inductive position sensor according to the invention is very robust and thus suitable for particularly adverse environmental conditions.

Eine zu der vorgenannten Ausführungsform alternative vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen induktiven Positionssensors sieht vor, dass der Cursor einen Kern und eine auf dem Kern angeordnete elektrisch leitende Beschichtung aufweist oder als eine elektrisch leitende Beschichtung des beweglichen Teils ausgebildet ist. An alternative advantageous embodiment of the inductive position sensor according to the invention to the aforementioned embodiment provides that the cursor has a core and an electrically conductive coating disposed on the core or is formed as an electrically conductive coating of the movable part.

Auf diese Weise ist beispielsweise eine für den speziellen Einsatzzweck besonders geeignete Materialkombination des Cursors ermöglicht. Darüber hinaus braucht der Cursor nicht vollständig aus einem elektrisch leitenden Material ausgebildet sein. Es ist ausreichend, wenn lediglich die auf dem Kern angeordnete Beschichtung elektrisch leitend ausgebildet ist. Analoges gilt für eine elektrisch leitende Beschichtung des beweglichen Teils. Die elektrisch leitende Beschichtung des Kerns oder des beweglichen Teils ist dabei nach Art, Material, Dimensionierung, Verbindungstechnik und Anordnung in weiten geeigneten Grenzen frei wählbar. Beispielsweise könnte die elektrisch leitende Beschichtung als eine Plattierung des Kerns oder des beweglichen Teils ausgebildet sein.In this way, for example, a particularly suitable for the specific application material combination of the cursor is possible. In addition, the cursor does not need to be formed entirely of an electrically conductive material. It is sufficient if only the coating arranged on the core is designed to be electrically conductive. The same applies to an electrically conductive coating of the movable part. The electrically conductive coating of the core or the movable part is freely selectable according to type, material, dimensioning, connection technology and arrangement within wide suitable limits. For example, the electrically conductive coating could be formed as a cladding of the core or the movable part.

Das elektrisch leitende Material des mit dem beweglichen Teil verbundenen oder an dem beweglichen Teil ausgebildeten Cursors ist in weiten geeigneten Grenzen frei wählbar. Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen induktiven Positionssensors sieht jedoch vor, dass das elektrisch leitende Material des Cursors als ein nicht ferromagnetisches Material ausgebildet ist. Hierdurch ist die elektrisch leitende Beschichtung des Cursors oder der aus einem elektrisch leitenden Vollmaterial hergestellte Cursor besonders für den Einsatz unter korrosiven Umgebungsbedingungen geeignet. Das elektrisch leitende Material kann als ein nicht ferromagnetisches Metall, beispielsweise Kupfer, Aluminium, Edelstahl oder dergleichen, ausgebildet sein.The electrically conductive material of the cursor connected to the movable part or formed on the movable part cursor can be freely selected within wide suitable limits. An advantageous development of the inductive position sensor according to the invention, however, provides that the electrically conductive material of the cursor is formed as a non-ferromagnetic material. As a result, the electrically conductive coating of the cursor or the cursor made of an electrically conductive solid material is particularly suitable for use under corrosive environmental conditions. The electrically conductive material may be formed as a non-ferromagnetic metal, such as copper, aluminum, stainless steel or the like.

Grundsätzlich ist es ausreichend, wenn der Cursor eine Spur mit mindestens einem Kopplungsbereich und mindestens einem Nichtkopplungsbereich aufweist, der mindestens eine Sensorspule des Stators zugeordnet ist.In principle, it is sufficient if the cursor has a track with at least one coupling region and at least one non-coupling region, which is assigned to at least one sensor coil of the stator.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen induktiven Positionssensors sieht vor, dass der Stator mindestens zwei Sensorspulen und der Cursor mindestens zwei zueinander parallel angeordnete Spuren mit jeweils mindestens einem Kopplungsbereich und mindestens einem Nichtkopplungsbereich aufweist, wobei die mindestens zwei Spuren in dem Betriebszustand des induktiven Positionssensors jeweils eine induktive Kopplung der Erregerspule mit voneinander verschiedenen Sensorspulen der mindestens zwei Sensorspulen ausbilden. Auf diese Weise ist die induktive Erfassung der Position des beweglichen Teils relativ zu dem Stator weiter verbessert.An advantageous development of the inductive position sensor according to the invention provides that the stator has at least two sensor coils and the cursor has at least two tracks arranged parallel to each other, each having at least one coupling region and at least one non-coupling region, wherein the at least two Traces in the operating state of the inductive position sensor each form an inductive coupling of the excitation coil with mutually different sensor coils of the at least two sensor coils. In this way, the inductive detection of the position of the movable part relative to the stator is further improved.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform sieht vor, dass die mindestens zwei Spuren eine voneinander verschiedene Anzahl von Kopplungsbereichen mit dazu korrespondierenden Nichtkopplungsbereichen aufweisen, wobei die Kopplungsbereiche und Nichtkopplungsbereiche der mindestens zwei Spuren derart ausgebildet und zueinander angeordnet sind, dass eine Auswertung der relativen Position des beweglichen Teils zu dem Stator mittels der Auswerteschaltung nach Art des Nonius-Prinzips ermöglicht ist. Hierdurch ist eine induktive Erfassung der Position des beweglichen Teils relativ zu dem Stator jederzeit ermöglicht. Diese Fähigkeit wird auch als „True Power On“ bezeichnet, wonach eine Positionserfassung auch direkt nach dem Einschalten des erfindungsgemäßen induktiven Positionssensors, also nach dessen Überführung in dessen Betriebszustand, möglich ist. Entsprechend ist auch eine Indexierung oder dergleichen bei dem erfindungsgemäßen induktiven Positionssensor gemäß der vorliegenden Ausführungsform nicht erforderlich.A particularly advantageous development of the aforementioned embodiment provides that the at least two tracks have a mutually different number of coupling regions with non-coupling regions corresponding thereto, wherein the coupling regions and non-coupling regions of the at least two tracks are formed and arranged relative to one another such that an evaluation of the relative position of the movable part is made possible to the stator by means of the evaluation circuit on the type of vernier principle. As a result, an inductive detection of the position of the movable part relative to the stator is possible at any time. This capability is also referred to as "True Power On", according to which a position detection is also possible directly after switching on the inductive position sensor according to the invention, ie after its transfer into its operating state. Accordingly, indexing or the like is not required in the inductive position sensor according to the present invention according to the present embodiment.

Anhand der beigefügten, grob schematischen Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt:

  • 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen induktiven Positionssensors in einer teilweisen Seitenansicht,
  • 2 das erste Ausführungsbeispiel aus 1 in einer ersten Detailansicht im Bereich eines Zahns, in einer teilweisen Frontansicht,
  • 3 das erste Ausführungsbeispiel aus 1 in einer zweiten Detailansicht im Bereich eines Zahns, in einer teilweisen Draufsicht und
  • 4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen induktiven Positionssensors in einer teilweisen Draufsicht.
Reference to the accompanying, rough schematic drawing, the invention will be explained in more detail below. Showing:
  • 1 A first embodiment of an inductive position sensor according to the invention in a partial side view,
  • 2 the first embodiment 1 in a first detail view in the area of a tooth, in a partial front view,
  • 3 the first embodiment 1 in a second detail view in the area of a tooth, in a partial plan view and
  • 4 A second embodiment of an inductive position sensor according to the invention in a partial plan view.

In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen induktiven Positionssensors in einer teilweisen Seitenansicht gezeigt. Der induktive Positionssensor ist zur Ermittlung des Drehwinkels und der Drehgeschwindigkeit eines beweglichen Teils 2 relativ zu einem Stator 4 ausgebildet. Das bewegliche Teil 2 und der Stator 4 sind in einem nicht dargestellten Kraftfahrzeug verbaut. Der Stator 4 weist eine nicht dargestellte Erregerspule und drei nicht dargestellte Sensorspulen auf, die auf dem Fachmann bekannte Weise auf dem Stator 4 angeordnet sind. Die drei Sensorspulen sind dabei auf dem Fachmann ebenfalls bekannte Weise versetzt zueinander angeordnet. Der Stator 4 mit der Erregerspule und den drei Sensorspulen ist in einer Ebene angeordnet, die in 1 durch eine gestrichelte Linie 5 symbolisiert ist.In 1 a first embodiment of an inductive position sensor according to the invention is shown in a partial side view. The inductive position sensor is for detecting the rotation angle and the rotation speed of a movable part 2 relative to a stator 4 educated. The moving part 2 and the stator 4 are installed in a motor vehicle, not shown. The stator 4 has an excitation coil, not shown, and three sensor coils, not shown, on the specialist in the known manner on the stator 4 are arranged. The three sensor coils are arranged offset to one another in a manner also known to those skilled in the art. The stator 4 with the excitation coil and the three sensor coils is arranged in a plane which in 1 by a dashed line 5 is symbolized.

In einer davon abweichenden Ausführungsform eines erfindungsgemäßen induktiven Positionssensors kann jedoch auch vorgesehen sein, dass sich die mindestens eine Erregerspule und die mindestens eine Sensorspule beispielsweise auf die verschiedenen Ebenen einer mindestens 2-lagigen Leiterkarte (PCB = Printed Circuit Board) verteilen und miteinander mittels Durchkontaktierungen derart verbunden sind, dass sie in einer geometrischen wie auch elektrisch wirksamen Mittelung der Flächen eine mittlere Ebene projizieren.In a different embodiment of an inductive position sensor according to the invention, however, it can also be provided that the at least one exciter coil and the at least one sensor coil are distributed to the different levels of an at least 2-layer printed circuit board (PCB) and to each other by means of plated-through holes are connected in such a way that they project a middle plane in a geometric as well as electrically effective averaging of the surfaces.

Mit dem beweglichen Teil 2 ist ein Cursor 6 drehfest verbunden. Das bewegliche Teil 2 und der Cursor 6 sind um eine gemeinsame Drehachse drehbeweglich angeordnet. Die Drehachse ist in 1 durch ein Kreuz 8 symbolisiert. Der Cursor 6 ist als ein Zahnrad 6 mit einer Mehrzahl von Zähnen 6.1 ausgebildet, wobei die Mehrzahl von Zähnen 6.1 zu der Drehachse 8 radial angeordnet sind. Das Zahnrad 6 ist also als ein Stirnrad 6 ausgebildet. Da sich das bewegliche Teil 2 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel lediglich in einem Winkelbereich von weniger als 360° um die Drehachse 8 dreht, ist eine umlaufende Anordnung von Zähnen 6.1 an dem Zahnrad 6 nicht erforderlich. Entsprechend weist das Zahnrad 6 lediglich in einem zu dem Drehwinkelbereich des beweglichen Teils 2 korrespondierenden Abschnitt Zähne 6.1 auf. Für Drehungen des beweglichen Teils um mindestens 360° wäre im Unterschied dazu eine umlaufende Anordnung von Zähnen an dem Zahnrad erforderlich.With the moving part 2 is a cursor 6 rotatably connected. The moving part 2 and the cursor 6 are rotatably mounted about a common axis of rotation. The axis of rotation is in 1 through a cross 8th symbolizes. The cursor 6 is as a gear 6 with a plurality of teeth 6.1 formed, wherein the plurality of teeth 6.1 to the rotation axis 8th are arranged radially. The gear 6 is so as a spur gear 6 educated. Because the moving part 2 in the present embodiment only in an angular range of less than 360 ° about the axis of rotation 8th turns, is a circumferential array of teeth 6.1 on the gear 6 not mandatory. Accordingly, the gear 6 only in one to the rotation angle range of the movable part 2 corresponding section teeth 6.1 on. For rotations of the movable part by at least 360 ° would be required in contrast to a circumferential arrangement of teeth on the gear.

Der Stator 4 umfasst ferner eine nicht dargestellte Auswerteschaltung zur Ermittlung der relativen Position des beweglichen Teils 2 relativ zu dem Stator 4 in Abhängigkeit der induktiven Kopplung zwischen der Erregerspule und den drei Sensorspulen des Stators 4 mittels des Cursors 6 in einem Betriebszustand des induktiven Positionssensors gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, also wenn der induktive Positionssensor eingeschaltet ist. Dies wird nachfolgend noch näher erläutert. Aus der so ermittelten Position des beweglichen Teils 2 relativ zu dem Stator 4 wird dann bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel auf dem Fachmann bekannte Weise mittels der Auswerteschaltung der Drehwinkel und die Drehgeschwindigkeit des beweglichen Teils 2 relativ zu dem Stator 4 ermittelt.The stator 4 further comprises an evaluation circuit, not shown, for determining the relative position of the movable part 2 relative to the stator 4 as a function of the inductive coupling between the exciter coil and the three sensor coils of the stator 4 by means of the cursor 6 in an operating state of the inductive position sensor according to the present embodiment, that is, when the inductive position sensor is turned on. This will be explained in more detail below. From the position of the moving part determined in this way 2 relative to the stator 4 Then, in the present embodiment, in the manner known to the person skilled in the art, the rotational angle and the rotational speed of the movable part are determined by means of the evaluation circuit 2 relative to the stator 4 determined.

Die insgesamt sechs Zähne 6.1 bilden zusammen eine Spur von sich in regelmäßigen Abständen wiederholenden Zahnköpfen 6.1.1 und Zahnfüßen 6.1.2, wobei die Zahnköpfe 6.1.1 mit den Zahnfüßen 6.1.2 mittels Zahnflanken 6.1.3 verbunden sind. Die einzelnen Zahnköpfe 6.1.1 der Zähne 6.1 sind voneinander verschieden ausgebildet, um so eine Position des beweglichen Teils 2 relativ zu dem Stator 4 induktiv erfassen zu können. Der Cursor 6 ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem elektrisch leitenden Vollmaterial, nämlich einem nicht ferromagnetischen Metall, hergestellt. Hierdurch ergibt sich eine besonders hohe Präzision des erfindungsgemäßen induktiven Positionssensors, die durch die Herstellung und Bearbeitung eines einzigen Teils entsteht, wobei die Präzision der relativen Anordnung der einzelnen Bereiche des Cursors nicht durch Montagetoleranzen mehrerer miteinander zu verbindender mechanischer Teile eingeschränkt ist.The total of six teeth 6.1 Together they form a trail of periodically repeating tooth heads 6.1.1 and tooth roots 6.1.2 , where the tooth heads 6.1.1 with the teeth feet 6.1.2 by means of tooth flanks 6.1.3 are connected. The individual tooth heads 6.1.1 the teeth 6.1 are formed differently from each other so as to have a position of the movable part 2 relative to the stator 4 to detect inductively. The cursor 6 is made in the present embodiment of an electrically conductive solid material, namely a non-ferromagnetic metal. This results in a particularly high precision of the inductive position sensor according to the invention, which results from the production and processing of a single part, the precision of the relative arrangement of the individual areas of the cursor is not limited by mounting tolerances of several mechanical parts to be joined together.

Der radiale Abstand der Zahnköpfe 6.1.1 des Zahnrads 6 relativ zu der Drehachse 8 ist derart gewählt, dass die in dem Betriebszustand des induktiven Positionssensors jeweils dem Stator 4 direkt gegenüberliegenden Zahnköpfe 6.1.1 des Zahnrads 6 eine induktive Kopplung zwischen der Erregerspule und den drei Sensorspulen des Stators 4 bewirken, während der radiale Abstand der Zahnfüße 6.1.2 des Zahnrads 6 relativ zu der Drehachse 8 derart gewählt ist, dass die dem Stator 4 in dem Betriebszustand des induktiven Positionssensor direkt gegenüberliegenden Zahnfüße 6.1.2 des Zahnrads 6 im Wesentlichen keine induktive Kopplung zwischen der Erregerspule und den drei Sensorspulen des Stators 4 bewirken.The radial distance of the tooth heads 6.1.1 of the gear 6 relative to the axis of rotation 8th is selected such that in the operating state of the inductive position sensor respectively the stator 4 directly opposite tooth heads 6.1.1 of the gear 6 an inductive coupling between the exciter coil and the three sensor coils of the stator 4 cause, while the radial distance of the tooth feet 6.1.2 of the gear 6 relative to the axis of rotation 8th is chosen such that the the stator 4 in the operating state of the inductive position sensor directly opposite tooth feet 6.1.2 of the gear 6 essentially no inductive coupling between the exciter coil and the three sensor coils of the stator 4 effect.

Wie aus der Zusammenschau von 1 mit den 2 und 3 deutlich erkennbar ist, weist der Cursor 6 eine dreidimensionale Form auf, wobei mindestens ein erster Bereich des Cursors 6, nämlich die Zahnköpfe 6.1.1 der Zähne 6.1, als ein elektrisch leitender Kopplungsbereich 6.1.1 zur induktiven Kopplung der Erregerspule mit den drei Sensorspulen des Stators 4 in dem Betriebszustand des induktiven Positionssensor ausgebildet ist. Jeder Zahnkopf 6.1.1 der Zähne 6.1 bildet somit einen elektrisch leitenden Kopplungsbereich 6.1.1 zur induktiven Kopplung der Erregerspule mit den drei Sensorspulen des Stators 4, wenn dieser Zahnkopf 6.1.1 den drei Sensorspulen direkt gegenüberliegt. Die Zahnfüße 6.1.2 der Zähne 6.1 bilden im Unterschied dazu jeweils einen zweiten Bereich des Cursors 6, nämlich einen elektrisch leitenden Nichtkopplungsbereich, der zur induktiven Kopplung der Erregerspule mit den drei Sensorspulen des Stators 4 in dem Betriebszustand des induktiven Positionssensors im Wesentlichen nichts beiträgt.As from the synopsis of 1 with the 2 and 3 clearly recognizable, the cursor points 6 a three-dimensional shape, wherein at least a first portion of the cursor 6 namely the tooth heads 6.1.1 the teeth 6.1 , as an electrically conductive coupling region 6.1.1 for inductive coupling of the exciter coil with the three sensor coils of the stator 4 is formed in the operating state of the inductive position sensor. Every tooth head 6.1.1 the teeth 6.1 thus forms an electrically conductive coupling region 6.1.1 for inductive coupling of the exciter coil with the three sensor coils of the stator 4 if this tooth head 6.1.1 directly opposite the three sensor coils. The tooth feet 6.1.2 the teeth 6.1 In contrast, each form a second area of the cursor 6 namely, an electrically conductive non-coupling region, for inductive coupling of the excitation coil with the three sensor coils of the stator 4 contributes substantially nothing in the operating state of the inductive position sensor.

Da der Cursor 6 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem elektrisch leitendenden Vollmaterial hergestellt ist, weisen die Kopplungsbereiche 6.1.1 und die Nichtkopplungsbereiche 6.1.2 zum einen eine identisch hohe elektrische Leitfähigkeit auf. Zum anderen sind die elektrisch leitenden Nichtkopplungsbereiche 6.1.2 mit den elektrisch leitenden Kopplungsbereichen 6.1.1 elektrisch leitend verbunden. Die Kopplungsbereiche 6.1.1 des Cursors 6, nämlich die Zahnköpfe 6.1.1 des Zahnrads 6, weisen bei einem Vorbeilauf des jeweiligen Kopplungsbereichs 6.1.1 an dem Stator 4 bei der Drehung des beweglichen Teils 2 um die Drehachse 8, also in einem Kopplungszustand dieses Kopplungsbereichs 6.1.1, im Vergleich zu den Nichtkopplungsbereichen 6.1.2 des Cursors 6, nämlich den Zahnfüßen 6.1.2 des Zahnrads 6, einen geringeren Abstand relativ zu der Ebene 5, in der der Stator 4 mit der Erregerspule und den drei Sensorspulen angeordnet ist, auf. Siehe hierzu 1.Because the cursor 6 made in the present embodiment of an electrically conductive solid material, have the coupling regions 6.1.1 and the non-coupling areas 6.1.2 on the one hand to an identical high electrical conductivity. On the other hand, the electrically conductive non-coupling areas 6.1.2 with the electrically conductive coupling regions 6.1.1 electrically connected. The coupling areas 6.1.1 of the cursor 6 namely the tooth heads 6.1.1 of the gear 6 , indicate a passage of the respective coupling area 6.1.1 on the stator 4 during the rotation of the moving part 2 around the axis of rotation 8th , ie in a coupling state of this coupling region 6.1.1 , compared to the non-coupling areas 6.1.2 of the cursor 6 namely the feet of the feet 6.1.2 of the gear 6 , a smaller distance relative to the plane 5 in which the stator 4 is arranged with the exciter coil and the three sensor coils on. See also 1 ,

Um die induktive Kopplung zwischen der Erregerspule und den drei Sensorspulen des Stators 4 mittels der dem Stator 4 direkt gegenüberliegenden Zahnköpfen 6.1.1 des Zahnrads 6 und damit die Auswertung in der Auswerteschaltung zu verbessern, sind die Zahnflanken 6.1.3 der Zähne 6.1 des Zahnrads 6 relativ zu dem Zahnkopf 6.1.1 reduziert. Siehe hierzu insbesondere die 2 und 3, aus denen die Reduzierung der Zahnflanken 6.1.3 der Zähne 6.1 anhand eines Zahns 6.1 exemplarisch dargestellt ist.To the inductive coupling between the exciter coil and the three sensor coils of the stator 4 by means of the stator 4 directly opposite tooth heads 6.1.1 of the gear 6 and thus to improve the evaluation in the evaluation circuit, the tooth flanks 6.1.3 the teeth 6.1 of the gear 6 relative to the tooth head 6.1.1 reduced. See in particular the 2 and 3 that make up the reduction of tooth flanks 6.1.3 the teeth 6.1 on the basis of a tooth 6.1 is shown as an example.

2 zeigt ein Detail des ersten Ausführungsbeispiels im Bereich eines Zahns 6.1 des Zahnrads 6 in einer teilweisen Frontansicht, während in 3 das Detail aus 2 in einer teilweisen Draufsicht dargestellt ist. Die Blickrichtung gemäß 3 entspricht in der Bildebene von 2 einem Blick von oben auf den Zahnkopf 6.1.1. Wie aus der Zusammenschau der 1 bis 3 deutlich ersichtlich ist, ist der in den 2 und 3 exemplarisch dargestellte Zahn 6.1 des Zahnrads 6 beidseitig reduziert, beispielsweise beidseitig eingefräst, so dass die Zahnflanken 6.1.3 dieses Zahns 6.1 bis auf einen Steg mit einer Stegbreite b reduziert sind. Analog zu dem in den 2 und 3 exemplarisch dargestellten Zahn 6.1 sind alle übrigen Zähne 6.1 des Zahnrads 6 ausgebildet, so dass die Zahnflanken 6.1.3 aller Zähne 6.1 des Zahnrads 6 auf die vorgenannte Weise reduziert sind. 2 shows a detail of the first embodiment in the region of a tooth 6.1 of the gear 6 in a partial front view, while in 3 the detail 2 is shown in a partial plan view. The viewing direction according to 3 corresponds in the image plane of 2 a view from the top of the tooth head 6.1.1 , As from the synopsis of 1 to 3 is clearly evident, is in the 2 and 3 exemplified tooth 6.1 of the gear 6 Reduced on both sides, for example milled on both sides, so that the tooth flanks 6.1.3 this tooth 6.1 are reduced to a bridge with a web width b. Analogous to that in the 2 and 3 exemplified tooth 6.1 are all other teeth 6.1 of the gear 6 formed so that the tooth flanks 6.1.3 all teeth 6.1 of the gear 6 are reduced in the aforementioned manner.

Im Nachfolgenden wird die Funktionsweise des erfindungsgemäßen induktiven Positionssensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel anhand der 1 bis 3 näher erläutert.In the following, the operation of the inductive position sensor according to the invention according to the first embodiment with reference to the 1 to 3 explained in more detail.

In Abhängigkeit der Drehlage des beweglichen Teils 2 um die Drehachse 8 relativ zu dem Stator 4 gelangen ein oder mehrere Zähne 6.1 des Zahnrads 6 mit deren jeweiligen Zahnkopf 6.1.1 in Wirkverbindung mit der Erregerspule und den drei Sensorspulen des Stators 4. Wie oben bereits erläutert, sind die Zahnköpfe 6.1.1 der einzelnen Zähne 6.1 des Zahnrads 6 voneinander verschieden ausgebildet. Der zu dem jeweiligen Zahnkopf 6.1.1 korrespondierende Zahnfuß 6.1.2 ist im Unterschied dazu, aufgrund des größeren Abstands von der Ebene 5 und damit von der Erregerspule und den drei Sensorspulen des Stators 4, im Wesentlichen nicht in Wirkverbindung mit der Erregerspule und den drei Sensorspulen des Stators 4. Das Zahnrad 6, also der Cursor 6, stellt somit mittels dieses Zahnkopfs 6.1.1 oder dieser Zahnköpfe 6.1.1 eine induktive Kopplung der Erregerspule mit jeder der drei Sensorspulen des Stators 4 her. Aufgrund der Verschiedenartigkeit der einzelnen Zahnköpfe 6.1.1 des Zahnrads 6 führt die induktive Kopplung der Erregerspule mit den drei Sensorspulen des Stators 4 mittels des Zahnrads 6 für jede Position des beweglichen Teils 2 relativ zu dem Stator 4 zu einer eindeutigen Kombination von Ausgangssignalen der drei Sensorspulen, die an die Auswerteschaltung zur Auswertung weitergeleitet werden.Depending on the rotational position of the moving part 2 around the axis of rotation 8th relative to the stator 4 get one or more teeth 6.1 of the gear 6 with their respective tooth head 6.1.1 in operative connection with the exciter coil and the three sensor coils of the stator 4 , As already explained above, the tooth tips are 6.1.1 the individual teeth 6.1 of the gear 6 formed differently from each other. The to the respective tooth head 6.1.1 corresponding tooth root 6.1.2 is different, due to the greater distance from the plane 5 and thus of the exciter coil and the three sensor coils of the stator 4 substantially not operatively connected to the exciter coil and the three sensor coils of the stator 4 , The gear 6 So the cursor 6 , thus provides by means of this tooth head 6.1.1 or those tooth heads 6.1.1 an inductive coupling of the exciter coil with each of the three sensor coils of the stator 4 ago. Due to the diversity of the individual tooth heads 6.1.1 of the gear 6 performs the inductive coupling of the exciter coil with the three sensor coils of the stator 4 by means of the gear 6 for every position of the moving part 2 relative to the stator 4 to a unique combination of output signals of the three sensor coils, which are forwarded to the evaluation circuit for evaluation.

4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen induktiven Positionssensors. Gleiche oder gleichwirkende Teile sind in den 1 bis 4 mit den gleichen Bezugszeichen dargestellt. Es werden nachfolgend lediglich die Unterschiede des zweiten Ausführungsbeispiels im Vergleich zu dem ersten Ausführungsbeispiel erläutert. Ansonsten entspricht das zweite Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel. 4 shows a second embodiment of an inductive position sensor according to the invention. Same or equivalent parts are in the 1 to 4 represented by the same reference numerals. Only the differences of the second embodiment in comparison to the first embodiment will be explained below. Otherwise, the second embodiment corresponds to the first embodiment.

Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel weist der Cursor 6, also das Zahnrad 6, anstelle von einer einzigen Spur zwei zueinander parallel angeordnete Spuren auf. Jede der beiden Spuren ist analog zu der aus dem ersten Ausführungsbeispiel bekannten Spur ausgebildet, wobei die zwei Spuren in dem Betriebszustand des induktiven Positionssensors jeweils eine induktive Kopplung der Erregerspule mit voneinander verschiedenen Sensorspulen aufweisen. Das Zahnrad 6 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist somit als ein Doppelzahnrad 6 mit zwei zueinander parallel angeordneten Spuren von radial verlaufenden Zähnen ausgebildet. In dem zweiten Ausführungsbeispiel sind jeder der zwei Spuren jeweils drei Sensorspulen zugeordnet, während lediglich eine einzige Erregerspule für beide Spuren verwendet wird. Entsprechend sind auf dem Stator des zweiten Ausführungsbeispiels eine Erregerspule und insgesamt sechs Sensorspulen angeordnet.Unlike the first embodiment, the cursor points 6 So the gear 6 , Instead of a single track on two parallel tracks arranged on. Each of the two tracks is formed analogously to the track known from the first exemplary embodiment, the two tracks in the operating state of the inductive position sensor each having an inductive coupling of the exciter coil with mutually different sensor coils. The gear 6 according to the second embodiment is thus as a double gear 6 formed with two mutually parallel tracks of radially extending teeth. In the second embodiment, each of the two tracks are each associated with three sensor coils, while only a single field coil is used for both tracks. Accordingly, an excitation coil and a total of six sensor coils are arranged on the stator of the second embodiment.

In 4 ist eine Abwicklung der Zahnköpfe 6.1.1 der Zähne 6.1 des Zahnrads 6 dargestellt, wobei jeder Zahnkopf 6.1.1 mittels einer schraffierten Fläche symbolisiert ist. In 4 is a development of the tooth heads 6.1.1 the teeth 6.1 of the gear 6 shown, each tooth head 6.1.1 symbolized by a hatched area.

Die beiden parallel zueinander angeordneten Spuren sind hier durch die unterschiedliche Schraffur der zu der jeweiligen Spur korrespondierenden Zahnköpfe 6.1.1 erkennbar. Eine erste Spur ist in der Bildebene von 4 unten dargestellt und umfasst insgesamt sechs Zähne mit sechs Zahnköpfen 6.1.1, jeweils mit einer Schraffur von links oben nach rechts unten. Eine zweite Spur ist in der Bildebene von 4 oben dargestellt und umfasst insgesamt sieben Zähne mit sieben Zahnköpfen 6.1.1, jeweils mit einer Schraffur von links unten nach rechts oben. Die den jeweiligen Zahnköpfen 6.1.1 zugeordneten Zahnfüße 6.1.2 sind in der 4 ebenfalls dargestellt.The two tracks arranged parallel to one another are here characterized by the different hatching of the tooth heads corresponding to the respective track 6.1.1 recognizable. A first track is in the image plane of 4 shown below and comprises a total of six teeth with six tooth heads 6.1.1 , each with a hatching from top left to bottom right. A second track is in the image plane of 4 shown above and comprises a total of seven teeth with seven teeth heads 6.1.1 , each with a hatching from bottom left to top right. The respective tooth heads 6.1.1 associated tooth feet 6.1.2 are in the 4 also shown.

Wie aus der 4 deutlich ersichtlich ist, weisen die Zahnköpfe 6.1.1 der ersten Spur und der zweiten Spur jeweils eine einheitliche Fläche auf, während sich die jeweiligen Flächen der Zahnköpfe 6.1.1 der ersten Spur von den jeweiligen Flächen der Zahnköpfe 6.1.1 der zweiten Spur unterscheiden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die jeweiligen Flächen der Zahnköpfe 6.1.1 der zweiten Spur kleiner als die jeweiligen Flächen der Zahnköpfe 6.1.1 der ersten Spur. Darüber hinaus ist aus 4 erkennbar, dass sich die Abstände zwischen den einzelnen Zahnköpfen 6.1.1, also die Breite der Zahnfüße 6.1.2, der ersten Spur von der zweiten Spur unterscheiden. Die Abstände zwischen den einzelnen Zahnköpfen 6.1.1 jeder Spur, also die Breite der Zahnfüße 6.1.2 jeder Spur, sind konstant. Ferner sind in 4 die Bereiche des Stators mittels jeweils eines Rechtecks 4.1 symbolisiert, in denen die der jeweiligen Spur des Cursors 6 zugeordneten Sensorspulen angeordnet sind. Auf diese Weise ist aus 4 ersichtlich, dass zu einer bestimmten Drehlage des beweglichen Teils und damit zu einer bestimmten Drehlage des Cursors 6 um die Drehachse in jeder der beiden Spuren des Cursors 6 bestimmte Zähne 6.1 mit deren Zahnköpfen 6.1.1 der Erregerspule und den jeweiligen Sensorspulen gegenüberliegen. Entsprechend ergibt sich für jede Drehlage des Cursors 6 und damit für jede Drehlage des beweglichen Teils um die Drehachse eine eindeutige Kombination von Zahnköpfen 6.1.1 der ersten und der zweiten Spur, die der Erregerspule und den jeweiligen Sensorspulen des Stators gegenüberliegen.Like from the 4 clearly seen, have the tooth heads 6.1.1 each of the first track and the second track has a uniform area while the respective surfaces of the tooth tips are 6.1.1 the first trace of the respective surfaces of the tooth heads 6.1.1 distinguish the second track. In the present embodiment, the respective surfaces of the teeth heads 6.1.1 the second track smaller than the respective areas of the tooth heads 6.1.1 the first track. In addition, is off 4 recognizable that the distances between the individual tooth heads 6.1.1 So the width of the tooth feet 6.1.2 to distinguish the first track from the second track. The distances between the individual tooth heads 6.1.1 every track, so the width of the tooth feet 6.1.2 every track, are constant. Furthermore, in 4 the areas of the stator by means of a rectangle 4.1 symbolizes that of the respective track of the cursor 6 associated sensor coils are arranged. This way is off 4 can be seen that at a certain rotational position of the movable part and thus to a specific rotational position of the cursor 6 around the rotation axis in each of the two tracks of the cursor 6 certain teeth 6.1 with their tooth heads 6.1.1 the excitation coil and the respective sensor coils are opposite. The result is the same for every rotational position of the cursor 6 and thus for each rotational position of the movable part about the axis of rotation a unique combination of tooth tips 6.1.1 the first and second tracks facing the exciter coil and the respective sensor coils of the stator.

Somit weisen die zwei Spuren eine voneinander verschiedene Anzahl von Kopplungsbereichen 6.1.1 mit dazu korrespondierenden Nichtkopplungsbereichen 6.1.2 auf, wobei die Kopplungsbereiche 6.1.1 und Nichtkopplungsbereiche 6.1.2 der zwei Spuren derart ausgebildet und zueinander angeordnet sind, dass eine Auswertung der relativen Position des beweglichen Teils zu dem Stator mittels der Auswerteschaltung nach Art des Nonius-Prinzips ermöglicht ist.Thus, the two tracks have a different number of coupling areas 6.1.1 with corresponding non-coupling areas 6.1.2 on, with the coupling areas 6.1.1 and non-coupling areas 6.1.2 the two tracks are formed and arranged relative to each other such that an evaluation of the relative position of the movable part to the stator by means of the evaluation circuit is made possible in the manner of the vernier principle.

Für die Auswertung kann beispielsweise eine gemeinsame Auswerteschaltung im Multiplexbetrieb verwendet werden.For example, a common evaluation circuit in multiplex mode can be used for the evaluation.

Die Erfindung ist nicht auf die vorliegenden Ausführungsbeispiele begrenzt. Beispielsweise ist die Erfindung auch in anderen Technikbereichen vorteilhaft einsetzbar. Anstelle den Cursor als ein Zahnrad mit einer Stirnverzahnung auszubilden, ist es auch denkbar, dass das Zahnrad als ein Planrad ausgebildet ist. Die Zähne des Planrads erheben sich aus einer gemeinsamen Ebene. Neben der in den beiden Ausführungsbeispielen erläuterten teilweisen Anordnung von Zähnen an dem Zahnrad ist auch eine umlaufende Anordnung von Zähnen an einem Zahnrad denkbar, um auch Drehungen des beweglichen Teils von mindestens 360° auswerten zu können. Darüber hinaus ist es möglich, den Cursor als eine Zahnstange auszubilden.The invention is not limited to the present embodiments. For example, the invention can also be used advantageously in other fields of technology. Instead of the cursor as a Form gear with a spur toothing, it is also conceivable that the gear is formed as a face wheel. The teeth of the crown wheel rise from a common plane. In addition to the explained in the two embodiments, partial arrangement of teeth on the gear and a circumferential arrangement of teeth on a gear is conceivable to evaluate also rotations of the movable part of at least 360 ° can. In addition, it is possible to form the cursor as a rack.

Anstelle einer symmetrischen Ausbildung der Reduzierung der Zahnflanken ist auch eine asymmetrische Ausbildung grundsätzlich denkbar. Darüber hinaus ist auch jede andere für den jeweiligen Einsatzfall geeignete Ausbildung der Reduzierung der Zahnflanken möglich.Instead of a symmetrical design of the reduction of the tooth flanks and an asymmetric design is conceivable in principle. In addition, any other suitable for the particular application training the reduction of the tooth flanks is possible.

Die Kopplungsbereiche müssen nicht zwingend als Zahnköpfe von Zähnen und die Nichtkopplungsbereiche müssen nicht zwingend als Zahnfüße dieser Zähne ausgebildet sein, die mittels Zahnflanken miteinander verbunden sind.The coupling areas do not necessarily have to be tooth tips of teeth, and the non-coupling areas do not necessarily have to be formed as tooth feet of these teeth, which are connected to one another by means of tooth flanks.

Der Cursor kann auch aus dem beweglichen Teil ausgebildet oder als eine elektrisch leitende Beschichtung eines Kerns oder des beweglichen Teils ausgebildet sein.The cursor may also be formed from the movable part or formed as an electrically conductive coating of a core or the movable part.

Im Unterschied zu dem oben erläuterten Ausführungsbeispiel kann der Stator auch mehr als eine einzige Erregerspule aufweisen.In contrast to the embodiment explained above, the stator can also have more than one excitation coil.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

22
Bewegliches TeilMoving part
44
Statorstator
4.14.1
Bereich des Stators 4, in dem Sensorspulen angeordnet sindArea of the stator 4 in which sensor coils are arranged
55
Ebene, in der der Stator 4 mit der Erregerspule und den Sensorspulen angeordnet istPlane in which the stator 4 is arranged with the excitation coil and the sensor coils
66
Cursor, als Zahnrad mit einer Stirnverzahnung ausgebildetCursor, designed as a gear with a spur toothing
6.16.1
Zahn des Zahnrads 6 Tooth of the gear 6
6.1.16.1.1
Kopplungsbereich, als Zahnkopf des Zahns 6.1 ausgebildetCoupling area, as a tooth head of the tooth 6.1 educated
6.1.26.1.2
Nichtkopplungsbereich, als Zahnfuß des Zahns 6.1 ausgebildetNon-coupling area, as a tooth root of the tooth 6.1 educated
6.1.36.1.3
Zahnflanke des Zahns 6.1 Tooth flank of the tooth 6.1
88th
Drehachse des beweglichen Teils 2 und des Cursors 6 Rotary axis of the moving part 2 and the cursor 6

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 19504307 A1 [0003]DE 19504307 A1 [0003]

Claims (10)

Induktiver Positionssensor zur Erfassung einer Position eines beweglichen Teils (2) relativ zu einem Stator (4), wobei der Stator (4) mindestens eine Erregerspule und mindestens eine Sensorspule aufweist und wobei ein mit dem beweglichen Teil (2) verbindbarer oder an dem beweglichen Teil ausgebildeter Cursor (6) die Erregerspule in einem Betriebszustand des induktiven Positionssensors mit der mindestens einen Sensorspule induktiv koppelt, und wobei mittels einer Auswerteschaltung in Abhängigkeit der induktiven Kopplung zwischen der Erregerspule und der mindestens einen Sensorspule die relative Position des beweglichen Teils (2) zu dem Stator (4) ermittelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Cursor (6) eine dreidimensionale Form aufweist, wobei mindestens ein erster Bereich (6.1.1) des Cursors (6) als ein elektrisch leitender Kopplungsbereich (6.1.1) zur induktiven Kopplung der Erregerspule mit der mindestens einen Sensorspule und mindestens ein zweiter Bereich (6.1.2) des Cursors (6) als ein zur induktiven Kopplung der Erregerspule mit der mindestens einen Sensorspule im Wesentlichen nicht beitragender elektrisch leitender Nichtkopplungsbereich (6.1.2) ausgebildet sind, und wobei der Nichtkopplungsbereich (6.1.2) eine im Wesentlichen zu dem Kopplungsbereich (6.1.1) vergleichbar hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist und der Nichtkopplungsbereich (6.1.2) mit dem Kopplungsbereich (6.1.1) elektrisch leitend verbunden ist.An inductive position sensor for detecting a position of a movable part (2) relative to a stator (4), the stator (4) comprising at least one exciting coil and at least one sensor coil and one connectable to the movable part (2) or to the moving part trained cursor (6) inductively couples the excitation coil in an operating state of the inductive position sensor with the at least one sensor coil, and wherein by means of an evaluation circuit in dependence of the inductive coupling between the exciter coil and the at least one sensor coil, the relative position of the movable part (2) to the Stator (4) can be determined, characterized in that the cursor (6) has a three-dimensional shape, wherein at least a first region (6.1.1) of the cursor (6) as an electrically conductive coupling region (6.1.1) for inductive coupling of Exciter coil with the at least one sensor coil and at least a second region (6.1.2) of the cursor (6) as an inductive coupling of the exciter coil with the at least one sensor coil substantially not contributing electrically conductive non-coupling region (6.1.2) are formed, and wherein the non-coupling region (6.1.2) is a substantially to the coupling region (6.1.1) has comparatively high electrical conductivity and the non-coupling region (6.1.2) is electrically conductively connected to the coupling region (6.1.1). Induktiver Positionssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopplungsbereich (6.1.1) des Cursors (6) in einem Kopplungszustand dieses Kopplungsbereichs (6.1.1) relativ zu einem diesem Kopplungsbereich (6.1.1) zugeordneten Nichtkopplungsbereich (6.1.2) des mindestens einen Nichtkopplungsbereichs (6.1.2) des Cursors (6) einen geringeren Abstand zu einer Ebene (5) der mindestens einen Sensorspule aufweist.Inductive position sensor after Claim 1 , characterized in that the coupling region (6.1.1) of the cursor (6) in a coupling state of this coupling region (6.1.1) relative to a non-coupling region (6.1.2) associated with this coupling region (6.1.1) of the at least one non-coupling region (6.1 .2) of the cursor (6) has a smaller distance from a plane (5) of the at least one sensor coil. Induktiver Positionssensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kopplungsbereich (6.1.1) als ein Zahnkopf (6.1.1) mindestens eines Zahnes (6.1) eines als Zahnrad (6) oder als eine Zahnstange ausgebildeten Cursors (6) und der mindestens eine Nichtkopplungsbereich (6.1.2) als ein Zahnfuß (6.1.2) des Zahnes (6.1) des Zahnrades (6) oder der Zahnstange ausgebildet sind.Inductive position sensor after Claim 2 , characterized in that the at least one coupling region (6.1.1) as a tooth tip (6.1.1) of at least one tooth (6.1) of a gear (6) or as a rack formed cursor (6) and the at least one non-coupling region (6.1 .2) as a tooth root (6.1.2) of the tooth (6.1) of the gear (6) or the rack are formed. Induktiver Positionssensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnrad (6) oder die Zahnstange eine Mehrzahl von Zähnen (6.1) aufweist, wobei sich die Zahnköpfe (6.1.1) und Zahnfüße (6.1.2) der Zähne (6.1) in regelmäßigen Abständen wiederholen.Inductive position sensor after Claim 3 , characterized in that the toothed wheel (6) or the rack has a plurality of teeth (6.1), wherein the tooth heads (6.1.1) and tooth roots (6.1.2) of the teeth (6.1) repeat at regular intervals. Induktiver Positionssensor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Zahnflanke (6.1.3) des mindestens einen Zahns (6.1) des Zahnrads (6) oder der Zahnstange relativ zu dem Zahnkopf (6.1.1) reduziert ist.Inductive position sensor after Claim 3 or 4 , characterized in that at least one tooth flank (6.1.3) of the at least one tooth (6.1) of the gear (6) or the rack relative to the tooth head (6.1.1) is reduced. Induktiver Positionssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Cursor (6) aus einem elektrisch leitenden Vollmaterial ausgebildet ist.Inductive position sensor according to one of Claims 1 to 5 , characterized in that the cursor (6) is formed of an electrically conductive solid material. Induktiver Positionssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Cursor einen Kern und eine auf dem Kern angeordnete elektrisch leitende Beschichtung aufweist oder als eine elektrisch leitende Beschichtung des beweglichen Teils ausgebildet ist.Inductive position sensor according to one of Claims 1 to 5 , characterized in that the cursor has a core and an electrically conductive coating disposed on the core or is formed as an electrically conductive coating of the movable part. Induktiver Positionssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitende Material des Cursors (6) als ein nicht ferromagnetisches Material ausgebildet ist.Inductive position sensor according to one of Claims 1 to 7 , characterized in that the electrically conductive material of the cursor (6) is formed as a non-ferromagnetic material. Induktiver Positionssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (4) mindestens zwei Sensorspulen und der Cursor (6) mindestens zwei zueinander parallel angeordnete Spuren mit jeweils mindestens einem Kopplungsbereich (6.1.1) und mindestens einem Nichtkopplungsbereich (6.1.2) aufweist, wobei die mindestens zwei Spuren in dem Betriebszustand des induktiven Positionssensors jeweils eine induktive Kopplung der Erregerspule mit voneinander verschiedenen Sensorspulen der mindestens zwei Sensorspulen ausbilden.Inductive position sensor according to one of Claims 1 to 8th , characterized in that the stator (4) at least two sensor coils and the cursor (6) at least two mutually parallel tracks each having at least one coupling region (6.1.1) and at least one non-coupling region (6.1.2), wherein the at least two Traces in the operating state of the inductive position sensor each form an inductive coupling of the excitation coil with mutually different sensor coils of the at least two sensor coils. Induktiver Positionssensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Spuren eine voneinander verschiedene Anzahl von Kopplungsbereichen (6.1.1) mit dazu korrespondierenden Nichtkopplungsbereichen (6.1.2) aufweisen, wobei die Kopplungsbereiche (6.1.1) und Nichtkopplungsbereiche (6.1.2) der mindestens zwei Spuren derart ausgebildet und zueinander angeordnet sind, dass eine Auswertung der relativen Position des beweglichen Teils (2) zu dem Stator (4) mittels der Auswerteschaltung nach Art des Nonius-Prinzips ermöglicht ist.Inductive position sensor after Claim 9 , characterized in that the at least two tracks have a mutually different number of coupling regions (6.1.1) with corresponding non-coupling regions (6.1.2), wherein the coupling regions (6.1.1) and non-coupling regions (6.1.2) of the at least two tracks are formed and arranged to one another such that an evaluation of the relative position of the movable part (2) to the stator (4) by means of the evaluation circuit on the type of vernier principle is possible.
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