DE102018200234A1 - Sensor system for determining at least one rotational property of a rotating element - Google Patents

Sensor system for determining at least one rotational property of a rotating element Download PDF

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Markus Hinterkausen
Anton Dukart
Fabian Utermoehlen
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Abstract

Es wird ein Sensorsystem (110) zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse A rotierenden Elements (112) vorgeschlagen. Das Sensorsystem (110) umfasst:- mindestens ein erstes Geberrad (122), wobei das erste Geberrad (122) mit mindestens einem ersten Teil (116) eines rotierenden Elements (112) verbindbar ist, wobei das erste Geberrad (122) weiterhin mindestens zwei erste elektrisch leitfähige Segmente (156) und mindestens zwei erste elektrisch nicht leitfähige Segmente (158) umfasst, welche jeweils radial um die Rotationsachse A angeordnet sind;- mindestens ein zweites Geberrad (124), wobei das zweite Geberrad (124) mit mindestens einem zweiten Teil (118) des rotierenden Elements (112) verbindbar ist, wobei das zweite Geberrad (124) mindestens zwei zweite elektrisch leitfähige Segmente (148) und mindestens zwei zweite elektrisch nicht leitfähige Segmente (150) umfasst, welche jeweils radial um die Rotationsachse A angeordnet sind;- mindestens ein Torsionselement (120), wobei der erste Teil (116) und der zweite Teil (118) durch das Torsionselement (120) zueinander drehbar koppelbar sind;- mindestens ein Sensorelement (134), wobei das Sensorelement (134) eingerichtet ist, eine relative Verdrehung des ersten Geberrads (122) und des zweiten Geberrads (124) zueinander abhängig von einem Überdeckungsmaß der ersten elektrisch leitfähigen Segmente (156) und der zweiten elektrisch leitfähigen Segmente (150) zu bestimmen; dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (134) mindestens eine Erregerspule (138), und mindestens eine zwei Empfängerspulen (140, 142) aufweist, welche zumindest abschnittsweise kreisförmig ausgebildet sind.A sensor system (110) for determining at least one rotational property of an element (112) rotating about at least one axis of rotation A is proposed. The sensor system (110) comprises: - at least one first sender wheel (122), wherein the first sender wheel (122) is connectable to at least a first part (116) of a rotating element (112), wherein the first sender wheel (122) further comprises at least two first electrically conductive segments (156) and at least two first electrically non-conductive segments (158), which are each arranged radially about the axis of rotation A, - at least one second encoder wheel (124), wherein the second encoder wheel (124) with at least one second Part (118) of the rotating element (112) is connectable, wherein the second sender wheel (124) at least two second electrically conductive segments (148) and at least two second electrically non-conductive segments (150), each arranged radially about the axis of rotation A. - at least one torsion element (120), wherein the first part (116) and the second part (118) are rotatably coupled to each other by the torsion element (120), - at least e in sensor element (134), wherein the sensor element (134) is arranged, a relative rotation of the first encoder wheel (122) and the second encoder wheel (124) to each other depending on a Überdeckungsmaß the first electrically conductive segments (156) and the second electrically conductive segments (150) to be determined; characterized in that the sensor element (134) at least one excitation coil (138), and at least one two receiver coils (140, 142), which are at least partially circular in shape.

Description

Stand der TechnikState of the art

Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Sensoren bekannt, welche mindestens eine Rotationseigenschaft rotierender Elemente erfassen. Beispiele derartiger Sensoren sind in Konrad Reif (Hrsg.): Sensoren im Kraftfahrzeug, 2. Auflage, 2012, Seiten 63-74 und 120-129 beschrieben. Beispielsweise kann eine Lage einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine relativ zu einer Kurbelwelle mit einem so genannten Phasengeber mittels eines Hall-Sensors bestimmt werden.Numerous sensors are known from the prior art which detect at least one rotational property of rotating elements. Examples of such sensors are described in Konrad Reif (ed.): Sensors in motor vehicles, 2nd edition, 2012, pages 63-74 and 120-129. For example, a position of a camshaft of an internal combustion engine can be determined relative to a crankshaft with a so-called phase encoder by means of a Hall sensor.

Typischerweise wird auf der sich drehenden Achse ein Geberrad angebracht. Auf dem Geberrad können sich Zähne befinden, die durch den Hall-Sensor abgetastet werden, wenn sich die Nockenwelle dreht. So wird in der DE 10 2012 213 539 A1 ein Verfahren zur Bestimmung einer Phasenlage einer verstellbaren Nockenwelle einer Brennkraftmaschine, die ein Geberrad und einen Nockenwellenversteller umfasst, beschrieben. Die Phasenlage der Nockenwelle wird anhand von durch das Geberrad ausgelösten Phasenflankeninterrupts und eines Modells, das abhängig von mindestens einer Betriebskenngröße des Nockenwellenverstellers ist, bestimmt.Typically, a donor wheel is mounted on the rotating axle. There may be teeth on the sender wheel that are sensed by the Hall sensor as the camshaft rotates. So will in the DE 10 2012 213 539 A1 a method for determining a phase angle of an adjustable camshaft of an internal combustion engine, which comprises a transmitter wheel and a camshaft adjuster is described. The phase angle of the camshaft is determined on the basis of triggered by the encoder wheel phase edge interrupts and a model that is dependent on at least one operating characteristic of the camshaft adjuster.

In DE 10 2004 019 379 A1 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln eines Differenzwinkels beschrieben. Drehmomente in einem Triebstrang sollen einfacher und besser erfasst werden können. Hierzu ist vorgesehen, einen Differenzwinkel an zwei Messstellen dadurch zu ermitteln, dass die Drehwinkel an den beiden Messstellen jeweils beaufschlagt mit einem entsprechenden Übersetzungsverhältnis voneinander subtrahiert werden. Aus dem Differenzwinkel kann ohne Umweg über die Drehgeschwindigkeit direkt auf ein übertragenes Drehmoment geschlossen werden.In DE 10 2004 019 379 A1 For example, a method and apparatus for determining a differential angle will be described. Torque in a powertrain should be easier and better recorded. For this purpose, it is provided to determine a differential angle at two measuring points by subtracting the rotational angles at the two measuring points in each case applied with a corresponding transmission ratio. From the differential angle can be closed directly to a transmitted torque without detouring over the rotational speed.

Trotz der durch derartige Sensorvorrichtungen bewirkten Verbesserungen besteht nach wie vor ein Verbesserungspotenzial. Eine Herausforderung bei vielen bekannten Verfahren besteht weiterhin darin, eine gleichzeitige Bestimmung eines Drehwinkels einer Welle und eines Drehmoments zu ermöglichen.Despite the improvements made by such sensor devices, there is still room for improvement. A challenge in many known methods is still to allow a simultaneous determination of a rotation angle of a shaft and a torque.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird daher ein Sensorsystem zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines rotierenden Elements vorgeschlagen.In the context of the present invention, therefore, a sensor system for determining at least one rotational property of a rotating element is proposed.

Das Sensorsystem umfasst mindestens ein erstes Geberrad. Das erste Geberrad ist mit mindestens einen ersten Teil eines rotierenden Elements verbindbar. Das erste Geberrad umfasst mindestens zwei erste elektrisch leitfähige Segmente und mindestens zwei erste elektrisch nicht leitfähige Segmente, welche jeweils radial um die Rotationsachse angeordnet sind. Das Sensorsystem umfasst mindestens ein zweites Geberrad. Das zweite Geberrad ist mit mindestens einem zweiten Teil des rotierenden Elements verbindbar. Das zweite Geberrad umfasst mindestens zwei zweite elektrisch nicht leitfähige Segmente und mindestens zwei zweite elektrisch leitfähige Segmente, welche jeweils radial um die Rotationsachse angeordnet sind. Das Sensorsystem umfasst weiterhin mindestens ein Torsionselement, wobei der erste Teil und der zweite Teil durch das Torsionselement zueinander drehbar koppelbar sind sowie mindestens ein Sensorelement. Das Sensorelement umfasst mindestens eine Erregerspule und mindestens zwei Empfängerspulen. Der Erregerspule und die Empfängerspulen sind jeweils zumindest abschnittsweise kreisförmig ausgebildet.The sensor system comprises at least a first sender wheel. The first encoder wheel is connectable to at least a first part of a rotating element. The first encoder wheel comprises at least two first electrically conductive segments and at least two first electrically non-conductive segments, which are each arranged radially around the axis of rotation. The sensor system comprises at least one second sender wheel. The second encoder wheel is connectable to at least a second part of the rotating element. The second encoder wheel comprises at least two second electrically non-conductive segments and at least two second electrically conductive segments, which are each arranged radially around the axis of rotation. The sensor system further comprises at least one torsion element, wherein the first part and the second part are rotatably coupled to each other by the torsion element and at least one sensor element. The sensor element comprises at least one exciter coil and at least two receiver coils. The excitation coil and the receiver coils are each formed at least partially circular.

Unter einem „Sensorsystem“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Vorrichtung verstanden, welche geeignet ist, mindestens eine Messgröße zu erfassen. Unter einem Sensorsystem zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft wird dementsprechend ein Sensorsystem verstanden, welches eingerichtet ist, um die mindestens eine Rotationseigenschaft zu erfassen, beispielsweise zu messen, und welche beispielsweise mindestens ein elektrisches Signal entsprechend der erfassten Eigenschaft erzeugen kann, wie beispielsweise eine Spannung oder einen Strom. Auch Kombinationen von Eigenschaften können erfassbar sein.In the context of the present invention, a "sensor system" is basically understood to mean any device which is suitable for detecting at least one measured variable. Accordingly, a sensor system for determining at least one rotation property is understood to mean a sensor system which is set up to detect, for example measure, the at least one rotation property and which can generate, for example, at least one electrical signal corresponding to the detected property, such as a voltage or a Electricity. Combinations of properties can also be detected.

Unter einer „Rotationseigenschaft“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine Eigenschaft verstanden, welche die Rotation des rotierenden Elements zumindest teilweise beschreibt. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Winkelgeschwindigkeit, eine Drehzahl, eine Winkelbeschleunigung, eine Winkelposition oder eine andere Eigenschaft handeln, welche eine kontinuierliche oder diskontinuierliche, gleichförmige oder ungleichförmige Rotation oder Drehung des rotierenden Elements zumindest teilweise charakterisieren kann. Beispielsweise kann es sich bei der Rotationseigenschaft um eine Position, insbesondere eine Winkelposition, eine Winkelbeschleunigung oder um eine Kombination von mindestens zwei dieser Größen handeln. Auch andere Eigenschaften und/oder andere Kombinationen von Eigenschaften können erfassbar sein.In the context of the present invention, a "rotation property" is basically understood to mean a property which at least partially describes the rotation of the rotating element. This may, for example, be an angular velocity, a rotational speed, an angular acceleration, an angular position or another property which may at least partially characterize a continuous or discontinuous, uniform or non-uniform rotation or rotation of the rotating element. For example, the rotation property may be a position, in particular an angular position, an angular acceleration or a combination of at least two of these variables. Other properties and / or other combinations of properties may also be detectable.

Insbesondere kann es sich bei der Rotationseigenschaft um einen Drehwinkel handeln. Der Begriff „Drehung“ bezeichnet im Allgemeinen eine Selbstabbildung eines Objektes mit mindestens einem Fixpunkt. Bei einer Drehung können Abstände, Längen und Winkel des Objekts unverändert bleiben, nur eine Lage kann sich verändern. Bei der Drehung kann ein Punkt fest sein, der seine Lage nicht ändert. Der Punkt kann als Fixpunkt oder Drehzentrum bezeichnet werden. Bei der Drehung werden grundsätzlich alle Punkte des Objektes um einen gleichen Drehwinkel verschoben, welcher als Winkel zwischen P und P' bezeichnet werden kann. Das Objekt ändert bei der Drehung grundsätzlich nur seine Lage, sein Aussehen bleibt gleich. Dies kommt daher, dass der Abstand der Punkte P und P' zum Drehzentrum Z identisch bleibt. Unter einem „Drehwinkel“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein Winkel verstanden, um den ein geometrisches Objekt gedreht wird. Der Drehwinkel ist somit bei allen Punkten des Objektes gleich. Weiterhin kann es sich bei der Rotationseigenschaft um ein Drehmoment handeln. Der Begriff „Drehmoment“ bezeichnet im Allgemeinen eine Drehwirkung einer Kraft auf ein beliebiges, drehbar gelagertes Objekt. Das Drehmoment gibt grundsätzlich an, wie stark eine Kraft auf das drehbar gelagerte Objekt wirkt. Entscheidend für eine Wirkung einer Kraft auf einen drehbaren Körper können ein Betrag der Kraft, eine Richtung der Kraft sowie ein Abstand einer Wirkungslinie der Kraft von der Drehachse sein. Insbesondere kann das Sensorsystem eingerichtet sein, um mindestens einen Drehwinkel und mindestens ein Drehmoment zu bestimmen.In particular, the rotation property may be a rotation angle. The term "rotation" generally refers to a self-imaging of an object with at least one fixed point. When rotated, the distances, lengths, and angles of the object can be changed stay, only one situation can change. During rotation, a point may be fixed that does not change its position. The point can be called a fixed point or center of rotation. During the rotation, in principle all points of the object are shifted by an identical angle of rotation, which can be designated as an angle between P and P '. The object basically only changes its position during rotation, its appearance remains the same. This is because the distance of the points P and P 'to the center of rotation Z remains identical. In the context of the present invention, a "rotation angle" is basically understood to mean an angle about which a geometric object is rotated. The angle of rotation is thus the same for all points of the object. Furthermore, the rotation property may be a torque. The term "torque" generally refers to a rotational action of a force on any rotatably mounted object. The torque basically indicates how strong a force acts on the rotatably mounted object. Decisive for an effect of a force on a rotatable body may be an amount of force, a direction of the force and a distance of a line of action of the force from the axis of rotation. In particular, the sensor system can be configured to determine at least one angle of rotation and at least one torque.

Unter einem „rotierenden Element“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges Element verstanden, welches um mindestens eine Achse rotiert. Beispielsweise kann das rotierende Element eine Welle sein, beispielsweise eine Welle in einer Antriebsmaschine, beispielsweise eine Nockenwelle oder eine Kurbelwelle. Beispielsweise kann eine Winkelposition einer Nockenwelle oder eine Drehzahl einer Nockenwelle oder eine Winkelbeschleunigung einer Nockenwelle oder eine Kombination von mindestens zwei dieser Größen bestimmt werden. Auch andere Eigenschaften und/oder andere Kombinationen von Eigenschaften können erfassbar sein.In the context of the present invention, a "rotating element" is basically understood to mean any element which rotates about at least one axis. For example, the rotating element may be a shaft, for example a shaft in an engine, for example a camshaft or a crankshaft. For example, an angular position of a camshaft or a rotational speed of a camshaft or an angular acceleration of a camshaft or a combination of at least two of these variables can be determined. Other properties and / or other combinations of properties may also be detectable.

Das rotierende Element weist einen ersten Teil und einen zweiten Teil auf. Die Bezeichnungen „erster Teil“ und „zweiter Teil“ sind als reine Beschreibungen anzusehen, ohne eine Reihenfolge oder Rangfolge anzugeben und beispielsweise ohne die Möglichkeit auszuschließen, dass mehrere Arten von ersten Teilen bzw. zweiten Teilen oder jeweils genau eine Art vorgesehen sein kann. Weiterhin können zusätzliche Teile, beispielsweise eine oder mehrere dritte Teile vorhanden sein.The rotating element has a first part and a second part. The terms "first part" and "second part" are to be considered as pure descriptions without indicating an order or ranking and, for example, without precluding the possibility that several types of first parts or second parts or exactly one kind may be provided. Furthermore, additional parts, for example, one or more third parts may be present.

Der Begriff „Torsionselement“ bezeichnet grundsätzlich ein beliebiges Element, welches, bei einer Belastung mit einem Drehmoment und/oder einem Torsionsmoment, welches um eine Längsachse des Elements wirkt, verformbar ist, insbesondere schraubenförmig verformbar. Ein Einwirken des Torsionsmoments auf das Element kann dazu führen, dass sich ein Objekt um einen Verdrehwinkel verdreht und um einen Scherwinkel verzerrt. Das Torsionselement kann insbesondere ganz oder teilweise als Zylinder, insbesondere als Hohlzylinder ausgebildet sein. Das erste Geberrad und das zweite Geberrad können um einen Torsionswinkel gegeneinander verdrehbar sein. Der Torsionswinkel kann daher einem Differenzwinkel zwischen dem ersten Geberrad und dem zweiten Geberrad entsprechen. Der Torsionswinkel kann insbesondere 0,25° bis 10°, vorzugsweise 0,5° bis 5° und besonders bevorzugt 1° bis 3° betragen.The term "torsion element" basically refers to any element which, in the case of a load with a torque and / or a torsional moment, which acts around a longitudinal axis of the element, is deformable, in particular helically deformable. An effect of the torsion moment on the element can cause an object to twist through a twist angle and distort it by a shear angle. The torsion element can in particular be wholly or partly designed as a cylinder, in particular as a hollow cylinder. The first encoder wheel and the second encoder wheel can be rotated by a torsion angle against each other. The torsion angle can therefore correspond to a difference angle between the first encoder wheel and the second encoder wheel. The torsion angle may in particular be 0.25 to 10 °, preferably 0.5 to 5 ° and particularly preferably 1 to 3 °.

Die Bezeichnungen „erstes Geberrad“ und „zweites Geberrad“ sind als reine Beschreibungen anzusehen, ohne eine Reihenfolge oder Rangfolge anzugeben und beispielsweise ohne die Möglichkeit auszuschließen, dass mehrere Arten von ersten Geberrädern bzw. zweiten Geberrädern oder jeweils genau eine Art vorgesehen sein kann. Weiterhin können zusätzliche Geberräder, beispielsweise eine oder mehrere dritte Geberräder vorhanden sein. Unter einem „Geberrad“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges mit dem rotierenden Element verbindbares Bauelement verstanden werden, das eingerichtet ist, bei Verbindung mit dem rotierenden Element pro Umdrehung des rotierenden Elements mindestens ein messbares Signal, insbesondere eine Magnetfeldänderung, zu bewirken.The terms "first sender wheel" and "second sender wheel" are to be regarded as pure descriptions without indicating an order or ranking and excluding, for example, without the possibility that several types of first donor wheels or second donor wheels or just one kind may be provided. Furthermore, additional donor wheels, for example, one or more third donor wheels may be present. In the context of the present invention, a "sensor wheel" can in principle be understood to be any component which can be connected to the rotating element and is designed to effect at least one measurable signal, in particular a change in magnetic field, upon connection to the rotating element per revolution of the rotating element.

Das erste Geberrad ist, wie bereits oben ausgeführt, mit dem ersten Teil des rotierenden Elements verbindbar und das zweite Geberrad ist mit dem zweiten Teil des rotierenden Elements verbindbar. Das erste Geberrad und/oder das zweite Geberrad können beispielsweise permanent oder reversibel mit dem rotierenden Element verbunden oder verbindbar sein oder können auch einstückig mit dem rotierenden Element ausgebildet oder in das rotierende Element integriert sein.As already mentioned above, the first sender wheel can be connected to the first part of the rotating element and the second sender wheel can be connected to the second part of the rotating element. The first sender wheel and / or the second sender wheel may, for example, be permanently or reversibly connected or connectable to the rotating element or may also be integrally formed with the rotating element or integrated into the rotating element.

Das erste Geberrad kann ein Verbindungselement, beispielsweise eine Hülse, aufweisen, wobei das Verbindungselement eingerichtet ist, das erste Geberrad fest mit dem ersten Teil des rotierenden Elements und/oder mit dem Torsionselement zu verbinden. Das Verbindungselement kann insbesondere eine Aussparung aufweisen und der erste Teil des rotierenden Elements kann zumindest teilweise in der Aussparung aufgenommen sein. Das erste Geberrad kann zumindest teilweise planar ausgebildet sein und das Verbindungselement kann zumindest teilweise als Hohlzylinder ausgebildet sein. Das Torsionselement kann zumindest teilweise von dem Verbindungselement umhüllt sein. Die zweiten elektrisch leitfähigen Segmente und die zweiten elektrisch nicht leitfähigen Segmente können jeweils radial um das Verbindungselement angeordnet sein. Insbesondere können die zweiten elektrisch leitfähigen Segmente und die zweiten elektrisch nicht leitfähigen Segmente jeweils alternierend um das Verbindungselement angeordnet sein.The first sender wheel may have a connecting element, for example a sleeve, wherein the connecting element is set up to firmly connect the first sender wheel to the first part of the rotating element and / or to the torsion element. The connecting element may in particular have a recess and the first part of the rotating element may be at least partially received in the recess. The first encoder wheel may be formed at least partially planar and the connecting element may be at least partially formed as a hollow cylinder. The torsion element may be at least partially enveloped by the connecting element. The second electrically conductive segments and the second electrically non-conductive segments may each radially around the Be arranged connecting element. In particular, the second electrically conductive segments and the second electrically non-conductive segments can each be arranged alternately around the connecting element.

Das zweite Geberrad kann mindestens ein ringförmiges Element aufweisen. Der Begriff „ringförmiges Element“ bezeichnet grundsätzlich ein beliebiges Element, welches ganz oder zumindest teilweise als Ring geformt ist. Das ringförmige Element kann insbesondere eine Durchgangsöffnung aufweisen. Die Durchgangsöffnung kann ganz oder zumindest teilweise eine Form aufweisen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem Kreis, einem Ellipsoid, einer Ovalfrom. Auch andere Ausgestaltungen sind grundsätzlich denkbar. Das zweite Geberrad kann mittels des ringförmigen Elements mit dem zweiten Teil des rotierenden Elements verbindbar sein. Die zweiten elektrisch leitfähigen Segmente und die zweiten elektrisch nicht leitfähigen Segmente können jeweils radial um das ringförmige Element angeordnet sein. Insbesondere können die zweiten elektrisch leitfähigen Segmente und die zweiten elektrisch nicht leitfähigen Segmente jeweils alternierend um das ringförmige Element angeordnet sein. Insbesondere können die zweiten elektrisch leitfähigen Segmente und die zweiten elektrisch nicht leitfähigen Segmente jeweils an dem ringförmigen Element befestigt sein. Das ringförmige Element kann ganz oder zumindest teilweise aus mindestens einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt sein, insbesondere aus mindestens einem Material mit einer elektrischen Leitfähigkeit von größer als 106 S·cm-1. Insbesondere kann das ringförmige Element aus mindestens einem Material hergestellt sein, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Aluminium, Kupfer, Stahl. Auch andere Materialien sind grundsätzlich denkbar.The second sender wheel may have at least one annular element. The term "annular element" basically refers to any element that is completely or at least partially shaped as a ring. The annular element may in particular have a passage opening. The through-hole may be wholly or at least partly of a shape selected from the group consisting of: a circle, an ellipsoid, an oval-shaped. Other embodiments are conceivable in principle. The second sender wheel can be connectable by means of the annular element with the second part of the rotating element. The second electrically conductive segments and the second electrically non-conductive segments may each be arranged radially around the annular element. In particular, the second electrically conductive segments and the second electrically non-conductive segments may each be arranged alternately around the annular element. In particular, the second electrically conductive segments and the second electrically non-conductive segments may each be attached to the annular element. The annular element can be wholly or at least partially made of at least one electrically conductive material, in particular of at least one material with an electrical conductivity of greater than 10 6 S · cm -1 . In particular, the annular member may be made of at least one material selected from the group consisting of: aluminum, copper, steel. Other materials are also conceivable.

Das erste Geberrad und das zweite Geberrad können insbesondere in einem Abstand von 100 µm bis 1000 µm, insbesondere von 200 µm bis 800 µm und besonders bevorzugt von 50 µm bis 150 µm zueinander angeordnet sein. Das erste Geberrad und das zweite Geberrad können jedoch auch derart angeordnet sein, dass sich das erste Geberrad und das zweite Geberrad berühren.The first sender wheel and the second sender wheel can be arranged in particular at a distance of 100 .mu.m to 1000 .mu.m, in particular from 200 .mu.m to 800 .mu.m and particularly preferably from 50 .mu.m to 150 .mu.m to each other. However, the first sender wheel and the second sender wheel can also be arranged such that the first sender wheel and the second sender wheel touch.

Das erste Geberrad und/oder das zweite Geberrad können insbesondere planar ausgestaltet sein. Weiterhin können das erste Geberrad und/oder das zweite Geberrad eine zumindest teilweise kreisförmige Grundform aufweisen.The first sender wheel and / or the second sender wheel may in particular be configured in a planar manner. Furthermore, the first sender wheel and / or the second sender wheel may have an at least partially circular basic shape.

Die Bezeichnungen „erstes elektrisch leitfähiges Segment“, „erstes elektrisch nicht leitfähiges Segment“, „zweites elektrisch leitfähiges Segment“ und „zweites elektrisch nicht leitfähiges Segment“ sind als reine Beschreibungen anzusehen, ohne eine Reihenfolge oder Rangfolge anzugeben und beispielsweise ohne die Möglichkeit auszuschließen, dass mehrere Arten von ersten elektrisch leitfähigen Segmenten bzw. zweiten elektrisch leitfähigen Segmenten oder jeweils genau eine Art vorgesehen sein kann. Weiterhin können zusätzliche Segmente, beispielsweise eine oder mehrere dritte elektrisch leitfähige Segmente vorhanden sein.The terms "first electrically conductive segment", "first electrically non-conductive segment", "second electrically conductive segment" and "second electrically non-conductive segment" are to be regarded as mere descriptions without indicating an order or ranking and without precluding, for example, that a plurality of types of first electrically conductive segments or second electrically conductive segments or in each case exactly one type can be provided. Furthermore, additional segments, for example one or more third electrically conductive segments may be present.

Die ersten elektrisch leitfähigen Segmente, die zweiten elektrisch leitfähigen Segmente, die ersten elektrisch nicht leitfähigen Segmente und/oder die zweiten elektrisch nicht leitfähigen Segmente können jeweils zumindest teilweise planar ausgebildet sein. Die ersten elektrisch leitfähigen Segmente, die zweiten elektrisch leitfähigen Segmente, die ersten elektrisch nicht leitfähigen Segmente und/oder die zweiten elektrisch nicht leitfähigen Segmente können sich weiterhin quer, insbesondere senkrecht zu der Rotationsachse erstrecken. Insbesondere kann es sich bei den ersten elektrisch leitfähigen Segmenten, den zweiten elektrisch leitfähigen Segmenten, den ersten elektrisch nicht leitfähigen Segmenten und/oder den zweiten elektrisch nicht leitfähigen Segmenten um Kreissektorsegmente handeln. Der Begriff „Kreissektor“ bezeichnet grundsätzlich eine beliebige Teilfläche einer Kreisfläche, welche von mindestens einem Kreisbogen und mindestens zwei Kreisradien begrenzt ist. Auch andere Formen sind grundsätzlich denkbar. Beispielsweise können die Segmente zumindest teilweise als stiftförmige, eine zahnförmige oder eine zackenförmige Ausbuchtung oder Aussparung ausgebildet sein.The first electrically conductive segments, the second electrically conductive segments, the first electrically non-conductive segments and / or the second electrically non-conductive segments may each be formed at least partially planar. The first electrically conductive segments, the second electrically conductive segments, the first electrically non-conductive segments and / or the second electrically non-conductive segments may continue to extend transversely, in particular perpendicular to the axis of rotation. In particular, the first electrically conductive segments, the second electrically conductive segments, the first electrically nonconductive segments and / or the second electrically nonconductive segments may be circular sector segments. The term "circular sector" basically denotes any partial area of a circular area which is delimited by at least one circular arc and at least two circular radii. Other forms are conceivable in principle. For example, the segments may be at least partially formed as a pin-shaped, a tooth-shaped or a serrated bulge or recess.

Das erste Geberrad kann mindestens drei der ersten elektrisch leitfähigen Segmente und mindestens drei der ersten elektrisch nicht leitfähigen Segmente aufweisen, insbesondere drei der ersten elektrisch leitfähigen Segmente und drei der ersten elektrisch nicht leitfähigen Segmente. Das zweite Geberrad kann mindestens drei der zweiten elektrisch leitfähigen Segmente und mindestens drei der zweiten elektrisch nicht leitfähigen Segmente aufweisen, insbesondere drei der zweiten elektrisch leitfähigen Segmente und drei der zweiten elektrisch nicht leitfähigen Segmente. Insbesondere kann eine Anzahl an den ersten elektrisch nicht leitfähigen Segmenten identisch sein zu einer Anzahl an den ersten elektrisch leitfähigen Segmenten. Insbesondere kann eine Anzahl an den zweiten elektrisch nicht leitfähigen Segmenten identisch sein zu einer Anzahl an den Segmenten.The first encoder wheel may have at least three of the first electrically conductive segments and at least three of the first electrically non-conductive segments, in particular three of the first electrically conductive segments and three of the first electrically non-conductive segments. The second encoder wheel may have at least three of the second electrically conductive segments and at least three of the second electrically non-conductive segments, in particular three of the second electrically conductive segments and three of the second electrically non-conductive segments. In particular, a number of the first electrically non-conductive segments may be identical to a number of the first electrically conductive segments. In particular, a number of the second electrically non-conductive segments may be identical to a number of the segments.

Die ersten elektrisch nicht leitfähigen Segmente und/oder die zweiten elektrisch nicht leitfähigen Segmente können jeweils ganz oder zumindest teilweise aus mindestens einem elektrisch nicht leitfähigen Material hergestellt sein. Das nicht leitfähige Material kann insbesondere eine elektrische Leitfähigkeit von kleiner als 10-8 S·cm-1 sowie einem spezifischen Widerstand von größer als 108 Ω·cm aufweisen. Weiterhin können die ersten elektrisch nicht leitfähigen Segmente und/oder die zweiten elektrisch nicht leitfähigen Segmente ganz oder teilweise aus einem elektrisch schlecht leitfähigen Material hergestellt sein. Das elektrisch schlecht leitfähige Material kann insbesondere eine elektrische Leitfähigkeit von kleiner als 10-3 S·cm-1 aufweisen. Die ersten elektrisch nicht leitfähigen Segmente und/oder die zweiten elektrisch nicht leitfähigen Segmente können insbesondere ganz oder zumindest teilweise aus mindestens einem keramischen Material und/oder aus mindestens einem schwer entflammbaren und flammenhemmenden Verbundwerkstoff, welcher mindestens Epoxidharz und mindestens ein Glasfasergewebe umfasst, hergestellt sein. Auch andere Materialien sind grundsätzlich denkbar. Weiterhin können die ersten elektrisch nicht leitfähigen Segmente und/oder die zweiten elektrisch nicht leitfähigen Segmente als Aussparung, insbesondere als kreissektorförmige Aussparung ausgebildet sein.The first electrically non-conductive segments and / or the second electrically non-conductive segments may each be made entirely or at least partially from at least one electrically non-conductive material. The non-conductive material may in particular have an electrical conductivity of less than 10 -8 S · cm -1 and a resistivity of greater than 10 8 Ω · cm respectively. Furthermore, the first electrically non-conductive segments and / or the second electrically non-conductive segments may be wholly or partly made of a material having poor electrical conductivity. The electrically poorly conductive material may in particular have an electrical conductivity of less than 10 -3 S · cm -1 . The first electrically nonconductive segments and / or the second electrically nonconductive segments may in particular be wholly or at least partially made from at least one ceramic material and / or from at least one flame retardant and flame retardant composite material comprising at least epoxy resin and at least one glass fiber fabric. Other materials are also conceivable. Furthermore, the first electrically non-conductive segments and / or the second electrically non-conductive segments may be formed as a recess, in particular as a circular sector-shaped recess.

Die ersten elektrisch leitfähigen Segmente und/oder die zweiten elektrisch leitfähigen Segmente können jeweils ganz oder zumindest teilweise aus mindestens einem Material mit einer elektrischen Leitfähigkeit von größer als 106 S·cm-1 hergestellt sein. Insbesondere können die ersten elektrisch leitfähigen Segmente und/oder die zweiten elektrisch leitfähigen Segmente ganz oder zumindest teilweise aus mindestens einem Material hergestellt sein, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Aluminium, Kupfer, Stahl. Auch andere Materialien sind grundsätzlich denkbar.The first electrically conductive segments and / or the second electrically conductive segments may each be wholly or at least partially made of at least one material having an electrical conductivity greater than 10 6 S · cm -1 . In particular, the first electrically conductive segments and / or the second electrically conductive segments may be wholly or at least partially made of at least one material selected from the group consisting of: aluminum, copper, steel. Other materials are also conceivable.

Die ersten elektrisch leitfähigen Segmente und die ersten elektrisch nicht leitfähigen Segmente können jeweils dieselbe Form aufweisen. Die zweiten elektrisch leitfähigen Segmente und die zweiten elektrisch nicht leitfähigen Segmente können jeweils dieselbe Form aufweisen.The first electrically conductive segments and the first electrically non-conductive segments may each have the same shape. The second electrically conductive segments and the second electrically non-conductive segments may each have the same shape.

Die ersten elektrisch nicht leitfähigen Segmente können in einem Winkel α1 zueinander beabstandet sein. Die ersten elektrisch leitfähigen Segmente können in einem Winkel β1 zueinander beabstandet sein. Die zweiten elektrisch nicht leitfähigen Segmente können in einem Winkel α2 zueinander beabstandet sein. Die zweiten elektrisch leitfähigen Segmente können in einem Winkel β2 zueinander beabstandet sein. Der Winkel α1 und der Winkel α2 können im Wesentlichen gleich groß sein. Der Winkel β1 und der Winkel β2 können im Wesentlichen gleich groß sein. Der Winkel α1 und der Winkel β1 können im Wesentlichen gleich groß sein. Der Winkel α2 und der Winkel β2 können im Wesentlichen gleich groß sein. Mindestens einer der Winkel α1 , α2 , β1 , β2 kann dem Torsionswinkel im Wesentlichen entsprechen oder im Wesentlichen einem Doppelten des Torsionswinkels entsprechen. Vorzugsweise kann eine Summe von α1 und β1 und/oder eine Summe von α2 und β2 im Wesentlichen einem ganzzahligen Teiler von 360° entsprechen. Es werden auch leichte Abweichungen toleriert. Beispielsweise können Abweichungen toleriert werden, welche nicht mehr als 10%, insbesondere nicht mehr als 5% oder sogar nicht mehr als 2% von dem absoluten Wert der Winkel betragen.The first electrically non-conductive segments may be at an angle α 1 be spaced apart. The first electrically conductive segments can be at an angle β 1 be spaced apart. The second electrically non-conductive segments may be at an angle α 2 be spaced apart. The second electrically conductive segments may be at an angle β 2 be spaced apart. The angle α 1 and the angle α 2 can be essentially the same size. The angle β 1 and the angle β 2 can be essentially the same size. The angle α 1 and the angle β 1 can be essentially the same size. The angle α 2 and the angle β 2 can be essentially the same size. At least one of the angles α 1 . α 2 . β 1 . β 2 may substantially correspond to the torsion angle or substantially equal to twice the torsion angle. Preferably, a sum of α 1 and β 1 and / or a sum of α 2 and β 2 essentially correspond to an integer divisor of 360 °. Even slight deviations are tolerated. For example, deviations may be tolerated which are not more than 10%, in particular not more than 5% or even not more than 2% of the absolute value of the angle.

Insbesondere können die ersten elektrisch leitfähigen Segmente jeweils eine erste kreisbogenförmige Seite aufweisen und die ersten elektrisch nicht leitfähigen Segmente können jeweils eine zweite kreisbogenförmige Seite aufweisen. Die erste kreisbogenförmige Seite kann den Winkel α1 zu der Rotationsachse aufspannen und die zweite kreisbogenförmige Seite kann den Winkel β1 zu der Rotationsachse aufspannen. Insbesondere können die zweiten elektrisch leitfähigen Segmente jeweils eine dritte kreisbogenförmige Seite aufweisen und die zweiten elektrisch nicht leitfähigen Segmente können jeweils eine vierte kreisbogenförmige Seite aufweisen. Die dritte kreisbogenförmige Seite kann den Winkel α2 zu der Rotationsachse aufspannen und die vierte kreisbogenförmige Seite kann den Winkel β2 zu der Rotationsachse aufspannen. Der Winkel α1 und der Winkel α2 können im Wesentlichen gleich groß sein. Der Winkel β1 und der Winkel α1 können im Wesentlichen gleich groß sein. Der Winkel β2 und der Winkel α2 können im Wesentlichen gleich groß sein. Der Begriff „in einem Winkel zueinander beabstandet“ bezeichnet im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich, dass zwei oder mehr Objekte, welche sich radial von einer Achse erstrecken, zu der Achse den Winkel aufspannen.In particular, the first electrically conductive segments can each have a first circular-arc-shaped side, and the first electrically non-conductive segments can each have a second circular-arc-shaped side. The first circular arc-shaped side can be the angle α 1 span to the axis of rotation and the second arcuate side can the angle β 1 span to the axis of rotation. In particular, the second electrically conductive segments can each have a third circular-arc-shaped side, and the second electrically non-conductive segments can each have a fourth circular-arc-shaped side. The third circular arc-shaped side can be the angle α 2 span to the axis of rotation and the fourth circular arc-shaped side can angle β 2 span to the axis of rotation. The angle α 1 and the angle α 2 can be essentially the same size. The angle β 1 and the angle α 1 can be essentially the same size. The angle β 2 and the angle α 2 can be essentially the same size. The term "spaced apart at an angle" in the context of the present invention basically means that two or more objects, which extend radially from one axis, span the angle to the axis.

Das erste Geberrad kann einen Durchmesser d1 aufweisen und das zweite Geberrad kann einen Durchmesser d2 aufweisen. Der Durchmesser d2 des zweiten Geberrads kann vorzugsweise 10 mm bis 100 mm betragen, vorzugsweise 20 mm bis 80 mm und besonders bevorzugt 30 mm bis 50 mm. Der Durchmesser d2 kann größer sein als der Durchmesser d1 . Insbesondere kann der Durchmesser d1 um 1 mm bis 20 mm, vorzugsweis vom 2 mm bis 15 mm, besonders bevorzugt um 3 mm bis 10 mm, kleiner sein als der Durchmesser d2 . Das zweite Geberrad kann zwischen dem ersten Geberrad und dem Sensorelement angeordnet sein.The first donor wheel can have a diameter d 1 and the second encoder wheel may have a diameter d 2 respectively. The diameter d 2 The second encoder wheel may preferably be 10 mm to 100 mm, preferably 20 mm to 80 mm, and more preferably 30 mm to 50 mm. The diameter d 2 can be larger than the diameter d 1 , In particular, the diameter can be d 1 from 1 mm to 20 mm, preferably from 2 mm to 15 mm, more preferably from 3 mm to 10 mm, smaller than the diameter d 2 , The second sender wheel may be arranged between the first sender wheel and the sensor element.

Das zweite Geberrad kann einen Radius rg2 um die Rotationsachse aufweisen. Der Radius rg2 kann dem Durchmesser d2 entsprechen. Insbesondere können die zweiten elektrisch leitfähigen Segmente und/oder die zweiten elektrisch nicht leitfähigen Segmente innerhalb des Radius rg2 um die Rotationsachse angeordnet sein. Das erste Geberrad kann einen Radius rg1 um die Rotationsachse aufweisen. Der Radius rg1 kann dem Durchmesser d1 entsprechen. Insbesondere können die zweiten elektrisch leitfähigen Segmente und/oder die zweiten elektrisch nicht leitfähigen Segmente innerhalb des Radius rg1 um die Rotationsachse angeordnet sein. Der Radius rg1 kann größer sein als der Radius rg2 . Das ringförmige Element des zweiten Geberrads kann einen Radius rg0 um die Rotationsachse aufweisen. Der Radius rg0 kann kleiner sein als der Radius rg1 .The second encoder wheel can have a radius r g2 around the axis of rotation. The radius r g2 can be the diameter d 2 correspond. In particular, the second electrically conductive segments and / or the second electrically non-conductive segments within the radius r g2 be arranged around the axis of rotation. The first donor wheel can have a radius r g1 around the axis of rotation. The radius r g1 can be the diameter d 1 correspond. In particular, the second electrically conductive segments and / or the second electrically non-conductive segments within of the radius r g1 be arranged around the axis of rotation. The radius r g1 can be greater than the radius r g2 , The annular element of the second encoder wheel may have a radius r g0 around the axis of rotation. The radius r g0 can be smaller than the radius r g1 ,

Unter einem „Sensorelement“ im Sinne der vorliegenden Erfindung ist grundsätzlich eine beliebige Vorrichtung zu verstehen, welche eingerichtet ist, um mindestens eine Eigenschaft oder eine Messgröße zu erfassen, insbesondere eine physikalische Messgröße. Das Sensorelement kann insbesondere eingerichtet sein, um mindestens ein Sensorsignal zu erzeugen, insbesondere mindestens ein elektrisches Sensorsignal, beispielsweise ein analoges und/oder digitales Sensorsignal. Insbesondere kann die erfasste Eigenschaft eine Position, beispielsweise eine Winkelposition umfassen. Insbesondere kann es sich bei dem Sensorelement um einen induktiven Magnetsensor handeln. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch grundsätzlich möglich. Das Sensorelement kann insbesondere als Leiterplatte ausgestaltet sein. Das Sensorelement kann eine Durchführung aufweisen und das rotierende Element, insbesondere der zweite Teil des rotierenden Elements kann zumindest teilweise in der Durchführung aufgenommen sein. Das Sensorelement kann unterhalb des zweiten Geberrads angeordnet sein. Weiterhin kann das Sensorelement ortsfest in Bezug auf eine Verdrehung des rotierenden Elements angebracht sein.In principle, a "sensor element" in the sense of the present invention is understood to mean any device which is set up to detect at least one property or a measured variable, in particular a physical measured variable. The sensor element may in particular be designed to generate at least one sensor signal, in particular at least one electrical sensor signal, for example an analog and / or digital sensor signal. In particular, the detected property may include a position, for example an angular position. In particular, the sensor element may be an inductive magnetic sensor. However, other embodiments are possible in principle. The sensor element can be configured in particular as a printed circuit board. The sensor element may have a passage, and the rotating element, in particular the second part of the rotating element, may be accommodated at least partially in the passage. The sensor element may be arranged below the second encoder wheel. Furthermore, the sensor element may be fixed in relation to a rotation of the rotating element.

Das Sensorelement kann mindestens eine Spulenanordnung umfassen. Unter einer „Spulenanordnung“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Vorrichtung verstanden werden, die mindestens eine Spule umfasst. Unter einer „Spule“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges Bauelement verstanden, welches eine Induktivität aufweist und geeignet ist, bei Stromfluss ein Magnetfeld zu erzeugen und/oder umgekehrt. Beispielsweise kann eine Spule mindestens eine vollständige oder teilweise geschlossene Leiterschleife oder Windung umfassen.The sensor element may comprise at least one coil arrangement. In the context of the present invention, a "coil arrangement" can in principle be understood to mean any device which comprises at least one coil. In the context of the present invention, a "coil" is fundamentally understood to mean any component which has an inductance and is suitable for generating a magnetic field during current flow and / or vice versa. For example, a coil may comprise at least one complete or partially closed conductor loop or winding.

Das Sensorelement umfasst, wie bereits oben ausgeführt, mindestens eine Erregerspule und mindestens zwei Empfängerspulen. Unter einer „Erregerspule“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine Spule verstanden werden, welche bei Anlegen einer elektrischen Spannung und/oder eines elektrischen Stroms einen magnetischen Fluss erzeugt. Die Erregerspule kann mindestens eine Erregerwindung aufweisen. Die Erregerspule kann daher auch als umlaufende Erregerspule bezeichnet werden. Die Erregerspule kann eingerichtet sein, um mit einer Wechselspannung beaufschlagt zu werden. Die Wechselspannung kann 1 MHz bis 10 MHz, vorzugsweise 2 MHz bis 5 MHz und besonders bevorzugt 3,5 MHz betragen. Die Erregerspule kann folglich eingerichtet sein, um ein elektromagnetisches Wechselfeld zu erzeugen. Das elektromagnetische Wechselfeld kann eingerichtet sein, um in den Empfängerspulen zu koppeln und Wechselwirkungen zu induzieren. Unter einer „Empfängerspule“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine Spule verstanden, welche eingerichtet ist, aufgrund einer induktiven Kopplung zwischen Erregerspule und Empfängerspule ein Signal zu erzeugen, welches abhängig ist von der induktiven Kopplung. Die Empfängerspulen können innerhalb der Erregerspule angeordnet sein. Das erste Geberrad und/oder das zweite Geberrad können mit den Empfängerspulen induktiv koppelbar sein.The sensor element comprises, as already stated above, at least one exciter coil and at least two receiver coils. In the context of the present invention, an "exciter coil" can basically be understood to mean a coil which generates a magnetic flux when an electrical voltage and / or an electrical current are applied. The exciter coil may have at least one exciter coil. The exciter coil can therefore also be referred to as a circulating exciter coil. The excitation coil may be configured to be charged with an AC voltage. The alternating voltage can be 1 MHz to 10 MHz, preferably 2 MHz to 5 MHz and particularly preferably 3.5 MHz. The exciter coil may thus be arranged to generate an electromagnetic alternating field. The alternating electromagnetic field may be configured to couple in the receiver coils and induce interactions. In the context of the present invention, a "receiver coil" is basically understood to mean a coil which is set up to generate a signal due to an inductive coupling between the exciter coil and the receiver coil, which signal depends on the inductive coupling. The receiver coils may be disposed within the exciter coil. The first transmitter wheel and / or the second transmitter wheel may be inductively coupled to the receiver coils.

Das Sensorsystem kann eingerichtet sein, eine induktive Kopplung und/oder eine Änderung einer induktiven Kopplung zwischen der Erregerspule und den Empfängerspulen zu erfassen. Insbesondere kann das Sensorelement eingerichtet sein, die durch eine Bewegung und/oder eine Position des ersten Geberrades und des zweiten Geberrads bewirkte induktive Kopplung und/oder die durch eine Bewegung und/oder eine Position des Geberrades bewirkte Änderung der induktiven Kopplung zwischen der Erregerspule und den Empfängerspulen zu erfassen. Hierfür kann das Sensorelement beispielsweise eine entsprechende Auswerteeinheit aufweisen. Insbesondere kann die Auswerteeinheit mindestens eine Auswerteschaltung aufweisen. Insbesondere kann die Auswerteschaltung eingerichtet sein, die Signale des Positionssensors auszuwerten. Bei der Auswerteschaltung kann es sich beispielsweise um einen Prozessor handeln. Die Auswerteeinheit kann mit der mindestens einen Spulenanordnung auf einem gemeinsamen Schaltungsträger angeordnet sein. Die Auswerteeinheit kann auch von der mindestens einen Spulenanordnung getrennt angeordnet sein.The sensor system may be configured to detect an inductive coupling and / or a change in an inductive coupling between the exciter coil and the receiver coils. In particular, the sensor element can be set up, the inductive coupling caused by a movement and / or a position of the first sender wheel and the second sender wheel and / or the change in the inductive coupling between the exciter coil and the one caused by a movement and / or a position of the sender wheel To detect receiver coils. For this purpose, the sensor element may, for example, have a corresponding evaluation unit. In particular, the evaluation unit can have at least one evaluation circuit. In particular, the evaluation circuit may be configured to evaluate the signals of the position sensor. The evaluation circuit may be, for example, a processor. The evaluation unit can be arranged with the at least one coil arrangement on a common circuit carrier. The evaluation unit can also be arranged separately from the at least one coil arrangement.

Ein typischer Wertebereich eines Kopplungsfaktors kann beispielsweise -0,3 bis +0,3 betragen. Unter einem Koppelfaktor kann dabei insbesondere ein Amplitudenverhältnis zwischen einem Empfangssignal und einem Sende- oder Erregersignal verstanden werden. Der Koppelfaktor kann insbesondere sinusförmig mit dem Drehwinkel verlaufen.A typical value range of a coupling factor may be, for example, -0.3 to +0.3. In this case, a coupling factor can be understood in particular to be an amplitude ratio between a received signal and a transmitted or exciter signal. The coupling factor can in particular run sinusoidally with the angle of rotation.

Wie bereits oben ausgeführt, sind die Erregerspule und die Empfängerspulen jeweils zumindest abschnittsweise kreisförmig ausgebildet. Der Begriff „kreisförmige Ausbildung“ bezeichnet grundsätzlich eine Form eines beliebigen Elements, welche zumindest teilweise wie ein Kreis geformt ist. Abweichungen von einer Kreisform sind jedoch grundsätzlich denkbar, sodass das Element zumindest teilweise eine Ovalform und/oder eine ellipsoide Form aufweisen kann. Auch Kanten an ein oder mehreren Abschnitten des Elements sind grundsätzlich denkbar. Beispielsweise können Abweichungen toleriert werden, welche in jedem Punkt nicht mehr als 20 %, insbesondere nicht mehr als 10 % oder sogar nicht mehr als 5 % von einem absoluten Wert der Kreisform betragen. Der Begriff „abschnittsweise Ausbildung“ bezeichnet grundsätzlich, dass ein beliebiges Element in ein oder mehreren Abschnitten eine gewünschte Form aufweist. Die Abschnitte können aneinander angrenzen. Weiterhin können zwischen den Abschnitten ein oder mehrere weitere Abschnitte angeordnet sein, welche eine andere Form als die gewünschte Form aufweisen. Das Element kann folglich teilweise die gewünschte Form aufweisen. Der Begriff „zumindest abschnittsweise Ausbildung“ bezeichnet grundsätzlich, dass ein beliebiges Element abschnittsweise eine gewünschte Form aufweisen kann. Alternativ kann das ganze Element die gewünschte Form aufweisen. Folglich kann das Element ganz oder teilweise die gewünschte Form aufweisen. Die Erregerspule und die Empfängerspulen können jeweils um die Rotationsachse angeordnet sein. Weiterhin können die Erregerspule und die Empfängerspulen konzentrisch um die Rotationsachse angeordnet sein. Der Begriff „konzentrische Anordnung“ bezeichnet grundsätzlich, dass zwei oder mehrere Objekte symmetrisch um eine gemeinsame Achse, insbesondere um einen gemeinsamen Mittelpunkt, angeordnet sind. Insbesondere können die Erregerspule und die Empfängerspulen jeweils zumindest abschnittsweise kreisförmig angeordnet sein und in unterschiedlichen Radien, wie unten näher erläutert, um eine gleiche Achse, insbesondere um die Rotationsachse, angeordnet sein.As already stated above, the excitation coil and the receiver coils are each formed at least partially circular. The term "circular formation" basically refers to a shape of any element that is at least partially shaped like a circle. Deviations from a circular shape are, however, conceivable in principle, so that the element can at least partially have an oval shape and / or an ellipsoidal shape. Also edges to one or more Sections of the element are conceivable in principle. For example, deviations can be tolerated, which are at any point not more than 20%, in particular not more than 10% or even not more than 5% of an absolute value of the circular shape. The term "sectional formation" basically means that any element in one or more sections has a desired shape. The sections can adjoin one another. Furthermore, one or more further sections, which have a different shape than the desired shape, can be arranged between the sections. The element may thus partially have the desired shape. The term "at least sections of training" basically means that any element may have a desired shape in sections. Alternatively, the whole element may have the desired shape. Consequently, the element may be wholly or partially of the desired shape. The exciter coil and the receiver coils can each be arranged about the axis of rotation. Furthermore, the excitation coil and the receiver coils may be arranged concentrically about the axis of rotation. The term "concentric arrangement" basically means that two or more objects are arranged symmetrically about a common axis, in particular around a common center. In particular, the excitation coil and the receiver coils can each be arranged at least in sections in a circle and arranged in different radii, as explained in greater detail below, about an identical axis, in particular about the axis of rotation.

Das Sensorelement kann mindestens eine erste Empfängerspule und mindestens eine zweite Empfängerspule aufweisen. Weiterhin kann das Sensorelement mindestens eine dritte Empfängerspule aufweisen. Die Bezeichnungen „erste Empfängerspule“, „zweite Empfängerspule“ und „dritte Empfängerspule“ sind als reine Beschreibungen anzusehen, ohne eine Reihenfolge oder Rangfolge anzugeben und beispielsweise ohne die Möglichkeit auszuschließen, dass mehrere Arten von ersten Empfängerspulen, zweiten Empfängerspulen bzw. dritten Empfängerspulen oder jeweils genau eine Art vorgesehen sein kann. Weiterhin können zusätzliche Empfängerspulen, beispielsweise eine oder mehrere vierte Empfängerspulen vorhanden sein.The sensor element may have at least one first receiver coil and at least one second receiver coil. Furthermore, the sensor element can have at least one third receiver coil. The terms "first receiver coil", "second receiver coil" and "third receiver coil" are to be considered as pure descriptions without indicating any order or ranking and, for example, without precluding the possibility of having multiple types of first receiver coils, second receiver coils and third receiver coils, respectively exactly one kind can be provided. Furthermore, additional receiver coils, for example, one or more fourth receiver coils may be present.

Die erste Empfängerspule kann einen Radius re1 um die Rotationsachse A aufweisen. Weiterhin kann die zweite Empfängerspule einen Radius re2 um die Rotationsachse A aufweisen. Der Radius re1 kann größer sein als der Radius re2 . Die Erregerspule einen Radius re0 um die Rotationsachse A aufweisen. Der Radius re3 kann kleiner sein als der Radius re0 . Der Radius rg2 des zweiten Geberrads kann größer gleich dem Radius re2 der zweiten Empfängerspule sein. Der Radius rg1 des ersten Geberrads kann größer gleich dem Radius re1 der ersten Empfängerspule sein. Das Sensorelement kann weiterhin die dritte Empfängerspule aufweisen. Die dritte Empfängerspule kann einen Radius re3 um die Rotationsachse A aufweisen. Der Radius re3 kann kleiner sein als der Radius re2 der zweiten Empfängerspule. Der Radius rg0 des ringförmigen Elements kann größer gleich dem Radius re3 der dritten Empfängerspule sein. Die erste Empfängerspule kann einen Radius re1 um die Rotationsachse A aufweisen. Unter dem Begriff „einen Radius aufweisen“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich verstanden werden, dass ein beliebiges Element durch einen Radius um eine Achse begrenzt ist. Das Element kann daher zumindest teilweise innerhalb des Radius um die Achse angeordnet sein. Bei dem Radius kann es sich um einen Äquivalentradius handeln. Insbesondere können die Erregerspule und/oder die Empfängerspulen jeweils ein oder mehrere Leiterbahnen aufweisen. Die Leiterbahnen können einen Querschnitt aufweisen, insbesondere einen rechteckförmigen Querschnitt mit einem Mittelpunkt, Mehrere Mittelpunkte können eine Linie aufspannen, welche in einem Abstand zu der Rotationsachse angeordnet sind, welche dem Radius re0 , re1 , re2 bzw. re3 entspricht.The first receiver coil can have a radius r e1 have about the axis of rotation A. Furthermore, the second receiver coil has a radius r e2 have about the axis of rotation A. The radius r e1 can be greater than the radius r e2 , The exciter coil a radius r e0 have about the axis of rotation A. The radius r e3 can be smaller than the radius r e0 , The radius r g2 The second encoder wheel can be greater than or equal to the radius r e2 be the second receiver coil. The radius r g1 The first encoder wheel can be greater than or equal to the radius r e1 be the first receiver coil. The sensor element may further comprise the third receiver coil. The third receiver coil can have a radius r e3 have about the axis of rotation A. The radius r e3 can be smaller than the radius r e2 the second receiver coil. The radius r g0 of the annular element may be greater than or equal to the radius r e3 be the third receiver coil. The first receiver coil can have a radius r e1 have about the axis of rotation A. In the context of the present invention, the term "having a radius" can basically be understood to mean that any element is limited by a radius about an axis. The element may therefore be disposed at least partially within the radius about the axis. The radius can be an equivalent radius. In particular, the exciter coil and / or the receiver coils can each have one or more conductor tracks. The conductor tracks may have a cross section, in particular a rectangular cross section with a center point, a plurality of center points may span a line, which are arranged at a distance from the axis of rotation which corresponds to the radius r e0 . r e1 . r e2 or. r e3 equivalent.

In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse rotierenden Elements vorgeschlagen. Das Verfahren erfolgt unter Verwendung eines Sensorsystems gemäß der vorliegenden Erfindung, also gemäß einer der oben genannten Ausführungsformen oder gemäß einer der unten noch näher beschriebenen Ausführungsformen. Dementsprechend kann für Definitionen und optionale Ausgestaltungen weitgehend auf die Beschreibung des Sensorsystems verwiesen werden. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch grundsätzlich möglich.In a further aspect of the present invention, a method is proposed for determining at least one rotational property of an element rotating about at least one axis of rotation. The method is carried out using a sensor system according to the present invention, ie according to one of the above-mentioned embodiments or according to one of the embodiments described in more detail below. Accordingly, for definitions and optional configurations, reference may be made largely to the description of the sensor system. However, other embodiments are possible in principle.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann die Verfahrensschritte, welche im Folgenden beschrieben werden, umfassen. Die Verfahrensschritte können vorzugsweise in der vorgegebenen Reihenfolge durchgeführt werden. Hierbei können ein oder sogar mehrere Verfahrensschritte gleichzeitig oder zeitlich überlappend durchgeführt werden. Weiterhin können einer, mehrere oder alle der Verfahrensschritte einfach oder auch wiederholt durchgeführt werden. Das Verfahren kann darüber hinaus noch weitere Verfahrensschritte umfassen.The method according to the invention can comprise the method steps which are described below. The method steps may preferably be carried out in the predetermined order. In this case, one or even several method steps can be performed simultaneously or overlapping in time. Furthermore, one, several or all of the method steps can be carried out simply or repeatedly. The method may additionally comprise further method steps.

Die Verfahrensschritte sind:

  1. a) Aufnehmen induktiver Signale mittels des Sensorelements; und
  2. b) Auswerten der induktiven Signale und Ermitteln der Rotationseigenschaft mittels der induktiven Signale.
The process steps are:
  1. a) receiving inductive signals by means of the sensor element; and
  2. b) evaluating the inductive signals and determining the rotation property by means of the inductive signals.

Die induktiven Signale können Spannungssignale sein, insbesondere in den Empfängerspulen erzeugte Spannungen. Insbesondere können die Spannungen in den Empfängerspulen aufgrund der induktiven Kopplung der Empfängerspulen mit der mindestens einen Erregerspule erzeugt werden. Insbesondere können die induktive Kopplung und/oder die Änderung der induktiven Kopplung in der Spulenanordnung von einer Bewegung und/oder von einer Position des ersten Geberrads und/oder des zweiten Geberrads abhängen. Weiterhin kann das Verfahren eine Bestimmung der Winkelposition des rotierenden Elements und des Drehmoments mithilfe der erfassten, von der Position und/oder der Bewegung der Geberräder abhängigen induktiven Kopplung und/oder Änderung der induktiven Kopplung umfassen. The inductive signals may be voltage signals, in particular voltages generated in the receiver coils. In particular, the voltages in the receiver coils can be generated due to the inductive coupling of the receiver coils with the at least one exciter coil. In particular, the inductive coupling and / or the change in the inductive coupling in the coil arrangement may depend on a movement and / or on a position of the first encoder wheel and / or the second encoder wheel. Furthermore, the method may include determining the angular position of the rotating element and the torque using the detected, dependent on the position and / or the movement of the encoder wheels inductive coupling and / or changing the inductive coupling.

Ferner kann das Verfahren das Aufbereiten der induktiven Signale durch eine Auswerteschaltung umfassen. Weiterhin kann das Verfahren das Weiterleiten der induktiven Signale an ein Steuergerät, beispielsweise einen Prozessor, umfassen. Weiterhin kann das Verfahren eine Ermittlung der Rotationseigenschaft, beispielsweise der Winkelposition, mittels einer Auswertung der induktiven Signale umfassen.Furthermore, the method may include the processing of the inductive signals by an evaluation circuit. Furthermore, the method may include forwarding the inductive signals to a control device, for example a processor. Furthermore, the method may comprise a determination of the rotational property, for example the angular position, by means of an evaluation of the inductive signals.

Das Sensorelement kann die mindestens eine erste Empfängerspule und die mindestens eine zweite Empfängerspule aufweisen. Aus einer Differenz zwischen einem ersten induktiven Signal der ersten Empfängerspule und einem zweiten induktiven Signal der zweiten Empfängerspule kann mindestens eine Rotationseigenschaft ermittelt werden.The sensor element may comprise the at least one first receiver coil and the at least one second receiver coil. From a difference between a first inductive signal of the first receiver coil and a second inductive signal of the second receiver coil, at least one rotational property can be determined.

Insbesondere kann die erste Empfängerspule den Radius re1 um die Rotationsachse A aufweisen und die zweite Empfängerspule kann den Radius re2 um die Rotationsachse A aufweisen, wobei re1 > re2. Das zweite Geberrad kann den Radius rg2 um die Rotationsachse aufweisen, wobei re2 ≤ rg2. Das erste Geberrad den Radius rg1 um die Rotationsachse A aufweisen, wobei re1 ≤ rg1. Aus der Differenz zwischen dem ersten induktiven Signal und dem zweiten induktiven Signal kann mindestens ein Abstand zwischen dem ersten Geberrad und dem zweiten Geberrad ermittelt werdenIn particular, the first receiver coil can be the radius r e1 have the axis of rotation A and the second receiver coil can the radius r e2 around the axis of rotation A, where r e1 > r e2 . The second encoder wheel can be the radius r g2 around the axis of rotation, where r e2 ≤ r g2 . The first donor wheel the radius r g1 around the axis of rotation A, where r e1 ≤ r g1 . From the difference between the first inductive signal and the second inductive signal, at least one distance between the first encoder wheel and the second encoder wheel can be determined

Das Sensorelement kann weiterhin mindestens eine dritte Empfängerspule aufweisen. Die dritte Empfängerspule kann den Radius re3 um die Rotationsachse A aufweisen, wobei re2 > re3. Das zweite Geberrad kann weiterhin das mindestens eine ringförmige Element aufweisen und das zweite Geberrad mittels des ringförmigen Elements mit dem zweiten Teil des rotierenden Elements verbindbar sein. Das ringförmige Element kann den Radius rg1 um die Rotationsachse aufweisen, wobei re1 ≤ rg1. Aus einer Differenz zwischen dem zweiten induktiven Signal und einem dritten induktiven Signal der dritten Empfängerspule kann mindestens ein Drehmoment ermittelt werden. Aus dem dritten induktiven Signal der dritten Empfängerspule kann weiterhin auf einen Abstand zwischen dem Sensorelement und dem ringförmigen Element geschlossen werden.The sensor element may further comprise at least a third receiver coil. The third receiver coil can be the radius r e3 around the axis of rotation A, where r e2 > r e3 . The second sender wheel can furthermore have the at least one annular element and the second sender wheel can be connectable to the second part of the rotating element by means of the annular element. The annular element can be the radius r g1 around the axis of rotation, where r e1 ≤ r g1 . From a difference between the second inductive signal and a third inductive signal of the third receiver coil, at least one torque can be determined. From the third inductive signal of the third receiver coil can be further closed to a distance between the sensor element and the annular element.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die vorgeschlagene Vorrichtung und das vorgeschlagene Verfahren weisen gegenüber bekannten Vorrichtungen und Verfahren zahlreiche Vorteile auf. Insbesondere kann die Vorrichtung kostengünstig sein, da lediglich ein Sensorelement verwendet werden kann. Weiterhin kann eine Sensorauswertung grundsätzlich sehr einfach sein, da ein Berechnungsaufwand reduziert ist. Das Sensorsystem kann einen geringen Bauraum aufweisen. Darüber hinaus kann das Sensorsystem, insbesondere durch einen Einsatz von Kompensationsstrukturen, toleranzrobust und temperaturstabil sein. Weiterhin kann das Verfahren ein einfaches Messprinzip darstellen und ein einfach umsetzbares Redundanzprinzip aufweisen. Weiterhin kann das Sensorsystem eine sehr hohe Sensitivität aufweisen und das Messprinzip kann unabhängig von vielen Fremdeinflüssen wie Luftfeuchtigkeit, Schmierstoffen und Störfeldern sein. Eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung kann hier grundsätzlich genutzt werden. Das Sensorsystem kann grundsätzlich ein fremdrobustes System darstellen, welches im Gegensatz zu magnetischen Prinzipien auch in einem Umfeld hoher Ströme, insbesondere Motorströme, beispielsweise in einem Elektrofahrzeug, eingesetzt werden kann.The proposed device and method have numerous advantages over known devices and methods. In particular, the device can be inexpensive, since only one sensor element can be used. Furthermore, a sensor evaluation can basically be very simple, since a calculation effort is reduced. The sensor system can have a small installation space. In addition, the sensor system, in particular through the use of compensation structures, tolerances robust and temperature stable. Furthermore, the method can represent a simple measuring principle and have an easily implementable redundancy principle. Furthermore, the sensor system can have a very high sensitivity and the measuring principle can be independent of many external influences such as humidity, lubricants and interference fields. An application-specific integrated circuit can in principle be used here. Basically, the sensor system can be an externally robust system which, in contrast to magnetic principles, can also be used in an environment of high currents, in particular motor currents, for example in an electric vehicle.

Figurenlistelist of figures

Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind.Further optional details and features of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments, which are shown schematically in the figures.

Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Sensorsystems in einer Schnittdarstellung;
  • 2A und 2B schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen eines zweiten Geberrads (2A) und eines ersten Geberrads (2B);
  • 3A bis 3C verschiedene Ansichten des ersten Geberrads und des zweiten Geberrads in Draufsicht; und
  • 4 schematische Darstellung eines exemplarischen Ausführungsbeispiels eines Sensorelements
Show it:
  • 1 a schematic representation of an embodiment of a sensor system according to the invention in a sectional view;
  • 2A and 2 B schematic representations of embodiments of a second encoder wheel ( 2A) and a first donor wheel ( 2 B) ;
  • 3A to 3C different views of the first encoder wheel and the second encoder wheel in plan view; and
  • 4 schematic representation of an exemplary embodiment of a sensor element

Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Sensorsystems 110 dargestellt. Das Sensorsystem 110 umfasst ein rotierendes Element 112. Insbesondere kann es sich bei dem rotierenden Element 112 um eine Welle 114 handeln. Das rotierende Element weist einen ersten Teil 116 und einen zweiten Teil 118 auf. Der erste Teil 116 und der zweite Teil 118 sind durch ein Torsionselement 120 miteinander verbunden. Das Sensorsystem 110 weist weiterhin mindestens ein erstes Geberrad 122 und mindestens ein zweites Geberrad 124 auf. Das erste Geberrad 122 kann mit dem ersten Teil 116 des rotierenden Elements 112 starr verbunden sein. Das zweite Geberrad 124 kann ein Verbindungselement 126, beispielsweise eine Hülse 128, aufweisen und das Verbindungselement 126 kann das zweite Geberrad 124 fest mit dem zweiten Teil 118 des rotierenden Elements 112 verbinden. Das Verbindungselement 126 kann insbesondere eine Aussparung 130 aufweisen und der zweite Teil 118 des rotierenden Elements 112 kann zumindest teilweise in der Aussparung 130 aufgenommen sein. Das zweite Geberrad 131 kann ein ringförmiges Element 132 aufweisen und das ringförmige Element 132 kann das zweite Geberrad 131 fest mit dem zweiten Teil 118 des rotierenden Elements verbinden. Weiterhin weist das Sensorsystem 110 ein Sensorelement 134 auf. Das Sensorelement 134 kann eine Durchführung 136 aufweisen und das rotierende Element 112 kann zumindest teilweise in der Durchführung 136 aufgenommen sein. Das Sensorelement 134 kann unterhalb des ersten Geberrads 122 angeordnet sein. Weiterhin kann das Sensorelement 134 ortsfest in Bezug auf eine Verdrehung des rotierenden Elements 112 angebracht sein. Das Sensorelement umfasst mindestens eine Erregerspule 138 und mindestens zwei Empfängerspulen. Das Sensorelement 134 gemäß 1 kann mindestens eine erste Empfängerspule 140, mindestens eine zweite Empfängerspule 142 und mindestens eine dritten Empfängerspule 144 aufweisen.In 1 is an embodiment of a sensor system 110 shown. The sensor system 110 comprises a rotating element 112 , In particular, it may be in the rotating element 112 around a wave 114 act. The rotating element has a first part 116 and a second part 118 on. The first part 116 and the second part 118 are through a torsion element 120 connected with each other. The sensor system 110 also has at least one first sender wheel 122 and at least one second sender wheel 124 on. The first donor wheel 122 can with the first part 116 of the rotating element 112 be rigidly connected. The second donor wheel 124 can be a connecting element 126 For example, a sleeve 128 , and the connecting element 126 can the second donor wheel 124 stuck with the second part 118 of the rotating element 112 connect. The connecting element 126 in particular, a recess 130 and the second part 118 of the rotating element 112 can be at least partially in the recess 130 be included. The second donor wheel 131 can be an annular element 132 and the annular element 132 can the second donor wheel 131 stuck with the second part 118 connect the rotating element. Furthermore, the sensor system 110 a sensor element 134 on. The sensor element 134 can be an implementation 136 and the rotating element 112 Can be at least partially in the implementation 136 be included. The sensor element 134 can be below the first sender wheel 122 be arranged. Furthermore, the sensor element 134 stationary with respect to a rotation of the rotating element 112 to be appropriate. The sensor element comprises at least one exciter coil 138 and at least two receiver coils. The sensor element 134 according to 1 can be at least a first receiver coil 140 , at least one second receiver coil 142 and at least a third receiver coil 144 respectively.

Das zweite Geberrad 124 kann einen Radius rg2 um die Rotationsachse aufweisen. Das erste Geberrad kann einen Radius rg1 um die Rotationsachse aufweisen. Der Radius rg1 kann größer sein als der Radius rg2 . Das ringförmige Element 132 des zweiten Geberrads 124 kann einen Radius rg0 um die Rotationsachse aufweisen. Der Radius rg0 kann kleiner sein als der Radius rg1 . Die erste Empfängerspule 140 kann einen Radius re1 um die Rotationsachse A aufweisen. Weiterhin kann die zweite Empfängerspule 142 einen Radius re2 um die Rotationsachse A aufweisen. Der Radius re1 kann größer sein als der Radius re2 . Die Erregerspule 138 kann einen Radius re0 um die Rotationsachse A aufweisen. Das ringförmige Element 132 kann einen Radius rg0 um die Rotationsachse A aufweisen. Der Radius re3 kann kleiner sein als der Radius re0 . Der Radius rg2 des zweiten Geberrads 124 kann größer gleich dem Radius re2 der zweiten Empfängerspule 142 sein. Der Radius rg1 des ersten Geberrads 122 kann größer gleich dem Radius re1 der ersten Empfängerspule 140 sein. Die dritte Empfängerspule 144 kann einen Radius re3 um die Rotationsachse A aufweisen. Der Radius re3 kann kleiner sein das der Radius re2 der zweiten Empfängerspule. Der Radius rg0 des ringförmigen Elements kann größer gleich dem Radius re3 der dritten Empfängerspule seinThe second donor wheel 124 can have a radius r g2 around the axis of rotation. The first donor wheel can have a radius r g1 around the axis of rotation. The radius r g1 can be greater than the radius r g2 , The annular element 132 of the second encoder wheel 124 can have a radius r g0 around the axis of rotation. The radius r g0 can be smaller than the radius r g1 , The first receiver coil 140 can have a radius r e1 have about the axis of rotation A. Furthermore, the second receiver coil 142 a radius r e2 have about the axis of rotation A. The radius r e1 can be greater than the radius r e2 , The exciter coil 138 can have a radius r e0 have about the axis of rotation A. The annular element 132 can have a radius r g0 have about the axis of rotation A. The radius r e3 can be smaller than the radius r e0 , The radius r g2 of the second encoder wheel 124 can be greater than or equal to the radius r e2 the second receiver coil 142 his. The radius r g1 the first donor wheel 122 can be greater than or equal to the radius r e1 the first receiver coil 140 his. The third receiver coil 144 can have a radius r e3 have about the axis of rotation A. The radius r e3 may be smaller than the radius r e2 the second receiver coil. The radius r g0 of the annular element may be greater than or equal to the radius r e3 be the third receiver coil

2A und 2B zeigen schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen eines zweiten Geberrads 124 (2A) und eines ersten Geberrads 122 (2B). Das erste Geberrad 122 und das zweite Geberrad können zumindest teilweise dem ersten Geberrad 122 und dem zweiten Geberrad 124 gemäß 1 entsprechen, sodass auf die Beschreibung der 1 verwiesen werden kann. 2A and 2 B show schematic representations of embodiments of a second encoder wheel 124 ( 2A) and a first donor wheel 122 ( 2 B) , The first donor wheel 122 and the second encoder wheel can at least partially the first encoder wheel 122 and the second donor wheel 124 according to 1 correspond to the description of the 1 can be referenced.

Das zweite Geberrad 124 gemäß 2A kann eine kreisförmige Grundform aufweisen. Das zweite Geberrad 124 kann mindestens zwei zweite elektrisch leitfähige Segmente 148 und mindestens zwei erste elektrisch nicht leitfähige Segmente 150 aufweisen. Die zweiten elektrisch leitfähigen Segmente 148 und/oder die zweiten elektrisch nicht leitfähigen Segmente 150 können insbesondere planar ausgebildet sein und sich quer, insbesondere senkrecht zu der Rotationsachse A erstrecken. Die zweiten elektrisch leitfähigen Segmente 148 und die zweiten elektrisch nicht leitfähige Segmente 150 können als Kreissektorsegmente ausgestaltet sein. Die zweiten elektrisch nicht leitfähigen Segmente 150 können als Aussparung 142 ausgebildet sein, insbesondere als kreissektorförmige Aussparung 142. Die zweiten elektrisch leitfähigen Segmente 148 und die zweiten elektrisch nicht leitfähige Segmente 150 können jeweils dieselbe Form aufweisen. Die zweiten elektrisch leitfähigen Segmente 148 können jeweils eine dritte kreisbogenförmige Seite 152 aufweisen und die zweiten elektrisch nicht leitfähigen Segmente 150 können jeweils eine vierte kreisbogenförmige Seite 154 aufweisen. Die dritte kreisbogenförmige Seite 152 kann einen Winkel α1 zu der Rotationsachse A aufspannen und die zweite kreisbogenförmige Seite 154 kann einen Winkel β1 zu der Rotationsachse A aufspannen. Das zweite Geberrad 124 kann einen Durchmesser d2 aufweisen, welcher ein Doppeltes des Radius rg2 entspricht.The second donor wheel 124 according to 2A can have a circular basic shape. The second donor wheel 124 can be at least two second electrically conductive segments 148 and at least two first electrically non-conductive segments 150 respectively. The second electrically conductive segments 148 and / or the second electrically non-conductive segments 150 can in particular be planar and extend transversely, in particular perpendicular to the axis of rotation A. The second electrically conductive segments 148 and the second electrically non-conductive segments 150 can be configured as circular sector segments. The second electrically non-conductive segments 150 can as a recess 142 be formed, in particular as a circular sector-shaped recess 142 , The second electrically conductive segments 148 and the second electrically non-conductive segments 150 can each have the same shape. The second electrically conductive segments 148 can each have a third arcuate side 152 and the second electrically non-conductive segments 150 can each have a fourth arcuate side 154 respectively. The third circular arc-shaped side 152 can span an angle α 1 to the rotation axis A and the second circular arc-shaped side 154 can span an angle β 1 to the rotation axis A. The second donor wheel 124 can have a diameter d 2 having a double of the radius r g2 equivalent.

Das erste Geberrad 122 gemäß 2B kann mindestens zwei erste elektrisch leitfähige Segmente 138 und mindestens zwei zweite elektrisch nicht leitfähige Segmente 140 aufweisen. Die zweiten elektrisch leitfähigen Segmente 138 und die zweiten elektrisch nicht leitfähigen Segmente 140 können insbesondere planar ausgebildet sein und sich quer, insbesondere senkrecht zu der Rotationsachse A erstrecken. Die ersten elektrisch leitfähigen Segmente 156 und die ersten elektrisch nicht leitfähigen Segmente 158 können als Kreissektorsegmente ausgestaltet sein. Die ersten elektrisch nicht leitfähigen Segmente 156 können als Aussparung 146 ausgebildet sein, insbesondere als kreissektorförmige Aussparung 142. Die ersten elektrisch leitfähigen Segmente 156 und die ersten elektrisch nicht leitfähigen Segmente 158 können jeweils dieselbe Form aufweisen. Die ersten elektrisch leitfähigen Segmente 156 können jeweils eine erste kreisbogenförmige Seite 160 aufweisen und die zweiten elektrisch nicht leitfähigen Segmente 158 können jeweils eine zweite kreisbogenförmige Seite 162 aufweisen. Die erste kreisbogenförmige Seite 160 kann einen Winkel α2 zu der Rotationsachse A aufspannen und die zweite kreisbogenförmige Seite 162 kann einen Winkel β2 zu der Rotationsachse A aufspannen. Der Winkel α1 und der Winkel α2 können im Wesentlichen gleich groß sein. Der Winkel β1 und der Winkel α1 können im Wesentlichen gleich groß sein. Der Winkel β2 und der Winkel α2 können im Wesentlichen gleich groß sein. Das erste Geberrad 122 kann einen Durchmesser d1 aufweisen, welcher ein Doppeltes des Radius rg1 entspricht.The first donor wheel 122 according to 2 B may be at least two first electrically conductive segments 138 and at least two second electrically non-conductive segments 140 respectively. The second electrically conductive segments 138 and the second electrically non-conductive segments 140 can in particular be planar and extend transversely, in particular perpendicular to the axis of rotation A. The first electrically conductive segments 156 and the first electrically non-conductive segments 158 can be configured as circular sector segments. The first electrically non-conductive segments 156 can as a recess 146 be formed, in particular as a circular sector-shaped recess 142 , The first electrically conductive segments 156 and the first electrically non-conductive segments 158 can each have the same shape. The first electrically conductive segments 156 can each have a first arcuate side 160 and the second electrically non-conductive segments 158 can each have a second arcuate side 162 respectively. The first circular arc-shaped side 160 can be an angle α 2 span to the rotation axis A and the second circular arc-shaped side 162 can be an angle β 2 span up to the axis of rotation A. The angle α 1 and the angle α 2 can be essentially the same size. The angle β 1 and the angle α 1 can be essentially the same size. The angle β 2 and the angle α 2 can be essentially the same size. The first donor wheel 122 can have a diameter d 1 having a double of the radius r g1 equivalent.

3A bis 3C zeigen verschiedene Ansichten des ersten Geberrads 122 und des zweiten Geberrads 124 in Draufsicht. In 3A ist keine relative Verdrehung dargestellt, in 3B eine mittlere relative Verdrehung und in 3C eine große relative Verdrehung. Für eine maximale Sensitivität des Sensorelements 134 können das erste Geberrad 122 und das zweite Geberrad 124 so relativ zueinander verdreht positioniert werden, dass sie in der Draufsicht ohne Wirken eines Drehmoments gemeinsam eine durchgehende elektrisch leitende Fläche bilden, wie in 3A dargestellt. Kommt es nun zum Wirken eines Drehmomentes und einer relativen Verdrehung des ersten Geberrads 122 und des zweiten Geberrads 124, kann sich in einer Draufsicht je nach relativen Verdrehwinkel ein variabler Bereich einer elektrisch isolierenden bzw. schlechter leitenden Fläche ergeben, wie in 3B und 3C dargestellt. Eine Detektion einer Größe dieser Fläche kann einen Rückschluss auf einen Verdrehwinkel zulassen und es kann ein Drehmoment ermittelt werden. 3A to 3C show different views of the first donor wheel 122 and the second encoder wheel 124 in plan view. In 3A No relative rotation is shown in 3B a mean relative twist and in 3C a large relative twist. For maximum sensitivity of the sensor element 134 can be the first donor wheel 122 and the second donor wheel 124 be positioned so rotated relative to each other that they form together in the plan view without acting on a torque together a continuous electrically conductive surface, as in 3A shown. Now it comes to the action of a torque and a relative rotation of the first encoder wheel 122 and the second encoder wheel 124 Depending on the relative angle of rotation, a variable area of an electrically insulating or less conductive surface may result in a plan view, as in FIG 3B and 3C shown. A detection of a size of this surface can allow a conclusion on a twist angle and it can be determined a torque.

In 4 zeigt eine schematische Darstellung des exemplarischen Ausführungsbeispiels eines Sensorelements 134. Das Sensorelement 134 entspricht zumindest weitgehend dem Sensorelement 134 wie es in 1 dargestellt ist, sodass zumindest weitgehend auf obige Diskussion verwiesen werden kann.In 4 shows a schematic representation of the exemplary embodiment of a sensor element 134 , The sensor element 134 at least largely corresponds to the sensor element 134 as it is in 1 is shown so that at least largely referenced above discussion.

Das Sensorelement 134 weist die Erregerspule 138 auf. Weiterhin kann das Sensorelement 134 die erste Empfängerspule 140, die zweite Empfängerspule 142 und die dritte Empfängerspule 144 aufweisen, jeweils mit den Radien re0 , re1 , re2 und re3 , wie bereits oben erläutert. Die Erregerspule 138 und/oder die Empfängerspulen 140, 142, 144 können jeweils zumindest abschnittsweise kreisförmig ausgebildet sein und konzentrisch um die Rotationsachse A angeordnet sein. Die Erregerspule 138 und/oder die Empfängerspulen 140, 142, 144 können jeweils als Planarspule 164 ausgebildet sein, welche in einer oder mehreren Ebenen einer Leiterplatte (nicht dargestellt) integriert sein können. Die Erregerspule 138 und/oder die Empfängerspulen 140, 142, 144 sind in 4 jeweils mit einer Windung dargestellt. Die Erregerspule 138 und/oder die Empfängerspulen 140, 142, 144 können jedoch auch mehrere Windungen aufweisen. Die Erregerspule 138 kann mit einer Wechselspannung beaufschlagt werden, welche eine Frequenz in einem Bereich von einigen MHz, vorzugsweise von 3,5 MHz aufweist. Dadurch kann ein elektromagnetisches Wechselfeld entstehen, welches in die Empfängerspulen 140, 142, 144 koppeln kann und dort Wechselspannungen induzieren kann. Die dritte Empfängerspule 144 kann, unabhängig von einer Verdrehung des Torsionselements 120, permanent von einem elektrisch leitfähigen Material überdeckt sein. Insbesondere kann die dritte Empfängerspule 144 permanent von dem ringförmigen Element 132 des zweiten Geberrads 124 überdeckt sein. Eine induzierte Spannung kann folglich von einem Abstand zwischen dem Sensorelement 134 und dem zweiten Geberrad 124 abhängen. Die zweite Empfängerspule 142 kann insbesondere empfindlich sein auf eine relative Verdrehung des ersten Geberrads 122 und des zweiten Geberrads 124 und damit auf ein Drehmoment. Die erste Empfängerspule 140 kann weiterhin eingerichtet sein, auf das erste Geberrad 122 zu reagieren. Folglich kann eine Abstandsmessung durchgeführt werden.The sensor element 134 has the exciter coil 138 on. Furthermore, the sensor element 134 the first receiver coil 140 , the second receiver coil 142 and the third receiver coil 144 each with the radii r e0 . r e1 . r e2 and r e3 as explained above. The exciter coil 138 and / or the receiver coils 140 . 142 . 144 can each be at least partially circular and concentric about the axis of rotation A. The exciter coil 138 and / or the receiver coils 140 . 142 . 144 can each as a planar coil 164 be formed, which in one or more levels of a circuit board (not shown) may be integrated. The exciter coil 138 and / or the receiver coils 140 . 142 . 144 are in 4 each represented with one turn. The exciter coil 138 and / or the receiver coils 140 . 142 . 144 However, they can also have several turns. The exciter coil 138 can be acted upon by an alternating voltage having a frequency in the range of a few MHz, preferably 3.5 MHz. As a result, an alternating electromagnetic field can arise, which in the receiver coils 140 . 142 . 144 can couple and induce AC voltages there. The third receiver coil 144 can, regardless of a rotation of the torsion element 120 be permanently covered by an electrically conductive material. In particular, the third receiver coil 144 permanently from the annular element 132 of the second encoder wheel 124 be covered. An induced voltage can thus be a distance between the sensor element 134 and the second donor wheel 124 depend. The second receiver coil 142 may be particularly sensitive to a relative rotation of the first encoder wheel 122 and the second encoder wheel 124 and thus on a torque. The first receiver coil 140 may continue to be set up on the first donor wheel 122 to react. Consequently, a distance measurement can be performed.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102012213539 A1 [0002]DE 102012213539 A1 [0002]
  • DE 102004019379 A1 [0003]DE 102004019379 A1 [0003]

Claims (10)

Sensorsystem (110) zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse A rotierenden Elements (112), wobei das Sensorsystem (110) umfasst: - mindestens ein erstes Geberrad (122), wobei das erste Geberrad (122) mit mindestens einem ersten Teil (116) eines rotierenden Elements (112) verbindbar ist, wobei das erste Geberrad (122) weiterhin mindestens zwei erste elektrisch leitfähige Segmente (156) und mindestens zwei erste elektrisch nicht leitfähige Segmente (158) umfasst, welche jeweils radial um die Rotationsachse A angeordnet sind; - mindestens ein zweites Geberrad (124), wobei das zweite Geberrad (124) mit mindestens einem zweiten Teil (118) des rotierenden Elements (112) verbindbar ist, wobei das zweite Geberrad (124) mindestens zwei zweite elektrisch leitfähige Segmente (148) und mindestens zwei zweite elektrisch nicht leitfähige Segmente (150) umfasst, welche jeweils radial um die Rotationsachse A angeordnet sind; - mindestens ein Torsionselement (120), wobei der erste Teil (116) und der zweite Teil (118) durch das Torsionselement (120) zueinander drehbar koppelbar sind; - mindestens ein Sensorelement (134), wobei das Sensorelement (134) eingerichtet ist, eine relative Verdrehung des ersten Geberrads (122) und des zweiten Geberrads (124) zueinander abhängig von einem Überdeckungsmaß der ersten elektrisch leitfähigen Segmente (156) und der zweiten elektrisch leitfähigen Segmente (150) zu bestimmen; dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (134) mindestens eine Erregerspule (138), und mindestens eine zwei Empfängerspulen (140, 142) aufweist, welche zumindest abschnittsweise kreisförmig ausgebildet sind.Sensor system (110) for determining at least one rotational property of an element (112) rotating about at least one axis of rotation A, the sensor system (110) comprising: - at least one first encoder wheel (122), the first encoder wheel (122) having at least one first part (116) of a rotating element (112) is connectable, wherein the first encoder wheel (122) further comprises at least two first electrically conductive segments (156) and at least two first electrically non-conductive segments (158), each arranged radially about the axis of rotation A. are; - At least a second encoder wheel (124), wherein the second encoder wheel (124) with at least a second part (118) of the rotating element (112) is connectable, wherein the second encoder wheel (124) at least two second electrically conductive segments (148) and comprises at least two second electrically non-conductive segments (150) which are each arranged radially about the axis of rotation A; - At least one torsion element (120), wherein the first part (116) and the second part (118) by the torsion element (120) are rotatably coupled to each other; - At least one sensor element (134), wherein the sensor element (134) is arranged, a relative rotation of the first encoder wheel (122) and the second encoder wheel (124) to each other depending on a Überdeckungsmaß the first electrically conductive segments (156) and the second electrically determine conductive segments (150); characterized in that the sensor element (134) at least one excitation coil (138), and at least one two receiver coils (140, 142), which are at least partially circular in shape. Sensorsystem (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Erregerspule (138) und die Empfängerspulen (140, 142) konzentrisch um die Rotationsache A angeordnet sind.A sensor system (110) according to the preceding claim, wherein the exciter coil (138) and the receiver coils (140, 142) are concentrically disposed about the axis of rotation A. Sensorsystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sensorelement (134) mindestens eine erste Empfängerspule (140) und mindestens eine zweite Empfängerspule (142) aufweist, wobei die erste Empfängerspule (140) einen eines Radius re1 um die Rotationsachse A aufweist, wobei die zweite Empfängerspule (142) einen Radius re2 um die Rotationsachse A aufweist, wobei re1 > re2.A sensor system (110) according to any one of the preceding claims, wherein the sensor element (134) comprises at least a first receiver coil (140) and at least a second receiver coil (142), the first receiver coil (140) having a radius r e1 about the axis of rotation A. wherein the second receiver coil (142) has a radius r e2 about the axis of rotation A, where r e1 > r e2 . Sensorsystem (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das zweite Geberrad (124) einen Radius rg2 um die Rotationsachse A aufweist, wobei re2 ≤ rg2, wobei das erste Geberrad (122) einen Radius rg1 um die Rotationsachse A aufweist, wobei re1 ≤ rg1.A sensor system (110) according to the preceding claim, wherein the second encoder wheel (124) has a radius r g2 about the axis of rotation A, where r e2 ≤ r g2 , wherein the first encoder wheel (122) has a radius r g1 about the axis of rotation A, where r e1 ≤ r g1 . Sensorsystem (110) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sensorelement (134) weiterhin mindestens eine dritte Empfängerspule aufweist, wobei die dritte Empfängerspule einen Radius re3 um die Rotationsachse A aufweist, wobei re3 < re2.The sensor system (110) according to one of the two preceding claims, wherein the sensor element (134) further comprises at least a third receiver coil, wherein the third receiver coil has a radius r e3 about the axis of rotation A, where r e3 <r e2 . Sensorsystem (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das zweite Geberrad (124) mindestens ein ringförmiges Element (132) aufweist, wobei das zweite Geberrad (124) mittels des ringförmigen Elements (132) mit dem zweiten Teil (118) des rotierenden Elements (112) verbindbar ist, wobei das ringförmige Element (132) einen Radius rg1 um die Rotationsachse A aufweist, wobei re1 ≤ rg1.Sensor system (110) according to the preceding claim, wherein the second transmitter wheel (124) has at least one annular element (132), wherein the second transmitter wheel (124) is connected to the second part (118) of the rotating element (132) by means of the annular element (132). 112), wherein the annular member (132) has a radius r g1 about the axis of rotation A, where r e1 ≤ r g1 . Verfahren zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse A rotierenden Elements (112), wobei das Verfahren eine Verwendung mindestens eines Sensorsystems (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst, wobei das Verfahren weiterhin folgende Schritte umfasst: a) Aufnehmen induktiver Signale mittels des Sensorelements (134); und b) Auswerten der induktiven Signale und Ermitteln der Rotationseigenschaft mittels der induktiven Signale.Method for determining at least one rotational property of an element (112) rotating about at least one axis of rotation A, the method comprising using at least one sensor system (110) according to one of the preceding claims, the method further comprising the following steps: a) receiving inductive signals by means of the sensor element (134); and b) evaluating the inductive signals and determining the rotation property by means of the inductive signals. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Sensorelement (134) mindestens eine erste Empfängerspule (140) und mindestens eine zweite Empfängerspule (142) aufweist, wobei aus einer Differenz zwischen einem ersten induktiven Signal der ersten Empfängerspule (140) und einem zweiten induktiven Signal der zweiten Empfängerspule (142) mindestens eine Rotationseigenschaft ermittelt wird.The method of the preceding claim, wherein the sensor element (134) comprises at least a first receiver coil (140) and at least a second receiver coil (142), wherein a difference between a first inductive signal of the first receiver coil (140) and a second inductive signal second receiver coil (142) at least one rotation property is determined. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die erste Empfängerspule (140) einen Radius re1 um die Rotationsachse A aufweist, wobei die zweite Empfängerspule (142) einen Radius re2 um die Rotationsachse A aufweist, wobei re1 > re2, wobei das zweite Geberrad (124) einen Radius rg2 um die Rotationsachse aufweist, wobei re2 ≤ rg2, wobei das erste Geberrad (122) einen Radius rg1 um die Rotationsachse A aufweist, wobei re1 ≤ rg1, wobei aus der Differenz zwischen dem ersten induktiven Signal und dem zweiten induktiven Signal mindestens ein Abstand zwischen dem ersten Geberrad (122) und dem zweiten Geberrad (124) ermittelt wird.A method according to the preceding claim, wherein the first receiver coil (140) has a radius r e1 about the axis of rotation A, the second receiver coil (142) having a radius r e2 about the axis of rotation A, where r e1 > r e2 , the second one Sender wheel (124) has a radius r g2 about the axis of rotation, where r e2 ≦ r g2 , wherein the first sender wheel (122) has a radius r g1 about the axis of rotation A, where r e1 ≦ r g1 , where the difference between the first inductive signal and the second inductive signal at least a distance between the first encoder wheel (122) and the second encoder wheel (124) is determined. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Sensorelement (134) weiterhin mindestens eine dritte Empfängerspule (144) aufweist, wobei die dritte Empfängerspule (144) einen Radius re3 um die Rotationsachse A aufweist, wobei re2 > re3, wobei das zweite Geberrad (124) weiterhin mindestens ein ringförmiges Element (132) aufweist, wobei das zweite Geberrad (124) mittels des ringförmigen Elements (132) mit dem zweiten Teil (118) des rotierenden Elements (112) verbindbar ist, wobei das ringförmige Element (132) innerhalb eines Radius rg1 um die Rotationsachse A angeordnet ist, wobei re1 ≤ rg1, wobei aus einer Differenz zwischen dem zweiten induktiven Signal und einem dritten induktiven Signal der dritten Empfängerspule (144) mindestens ein Drehmoment ermittelt wird.The method of the preceding claim, wherein the sensor element (134) further comprises at least one third receiver coil (144), the third receiver coil (144) having a radius r e3 about the axis of rotation A, where r e2 > r e3 , wherein the second encoder wheel (124) further comprises at least one annular element (132), wherein the second encoder wheel (124) by means of ring-shaped element (132) is connectable to the second part (118) of the rotating element (112), wherein the annular element (132) is arranged within a radius r g1 about the axis of rotation A, wherein r e1 ≤ r g1 , wherein one of Difference between the second inductive signal and a third inductive signal of the third receiver coil (144) at least one torque is determined.
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