DE102020102577A1

DE102020102577A1 - Positionssensor zur induktiven Erfassung einer Position

Info

Publication number: DE102020102577A1
Application number: DE102020102577.7A
Authority: DE
Inventors: Gabriele Kriener; Johannes Nordhorn; Roman Schamne; Marc Seiffert; Fabian Utermoehlen
Original assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2019-12-12
Filing date: 2020-02-03
Publication date: 2021-06-17

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Positionssensor (10) zur induktiven Erfassung einer Position, aufweisend:- wenigstens ein Erregerelement (20) zur Erzeugung eines Detektionsfeldes, wobei das Erregerelement (20) entlang eines Kopplungsbereiches (11) verläuft,- wenigstens ein Empfangselement (30) im Kopplungsbereich (11) zur induktiven Kopplung mit dem Erregerelement (20) über das Detektionsfeld,- ein in verschiedenen Positionen bewegbar angeordnetes positionsgebendes Element (40), welches wenigstens ein Funktionselement (41) aufweist, um die induktive Kopplung positionsabhängig zu beeinflussen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Positionssensor gemäß der im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher definierten Art.
Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, dass induktive Positionssensoren z. B. bei Fahrzeugen eingesetzt werden, um die Position einer Welle oder dergleichen zu bestimmen. Induktive Positionssensoren werden üblicherweise mit positionsgebenden Elementen (im Folgenden auch „Rotor“ bezeichnet) verwendet, bei denen der Rotor nicht geschlossene Fenster (Flügel) aufweist. Durch die Verwendung eines solchen Flügelrotors können Kreisströme im Material verhindert werden und somit ein hohes Nutzsignal erreicht werden. Auch ist es bekannt, und für viele Applikationen vorteilhaft, dass das positionsgebende Element in ein vorhandenes Blechteil oder dergleichen integriert wird. Hierzu bieten sich konkret Aussparungen (also Löcher) im Material an. Das positionsgebende Element kann dabei als flächiges Teil ausgeführt sein, und die funktionsgebenden Elemente als Löcher im Material ausgebildet sein. Ein derartiges positionsgebendes Element wird nachfolgend auch als Fensterrotor bezeichnet.
Die Ausbildung des Rotors als Fensterrotor stellt jedoch hohe Anforderungen an das zu erzeugende magnetische Feld und somit an die Wicklungstechnik des verwendeten Spulensystems. Bspw. können Wirbelströme am Rotor entstehen, die einen Großteil der Energie aus dem Sensor benötigen, sodass das Nutzsignal beeinträchtigt wird. Auch kann bei Positionssensoren mit kreisrund ausgeführter Wicklung und einem Fensterrotor nachteilhaft sein, dass die Sendespule einen hohen Kreisstrom in den Rotor induziert, welcher jedoch nicht zum Nutzsignal beiträgt. Dieser Kreisstrom kann zu einem schwachen Nutzsignal mit zusätzlich oft schlechter Linearität und dementsprechenden Performanceeinbußen bezogen auf die dargestellte Positionsinformation führen. Kreisrund ausgeführte Erregerwicklungen haben zudem eine starke Abstrahlcharakteristik und durch ihre große Fläche eine hohe Sensitivität auf eingestrahlte Felder.
Die Dokumente DE 10 2004 027 954 B4 und EP 1 158 276 A1 zeigen gattungsgemäße Positionssensoren.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ausbildung eines Positionssensors vorzuschlagen, und konkret die Nachteile eines Fensterrotors zu reduzieren.
Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch einen Positionssensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst durch einen Positionssensor zur induktiven Erfassung einer Position, vorzugsweise für eine Komponente wie eine elektrische Maschine eines Fahrzeuges. Das Fahrzeug kann hierbei als Kraftfahrzeug und/oder Elektrofahrzeug ausgebildet sein, sodass die elektrische Maschine als ein Antrieb, insbesondere Hauptantrieb, des Fahrzeuges ausgeführt ist. Dabei kann die Position bspw. die Position einer Welle der elektrischen Maschine betreffen.
Ein erfindungsgemäßer Positionssensor kann wenigstens ein Erregerelement zur Erzeugung eines Detektionsfeldes aufweisen, wobei das Erregerelement entlang eines (also innerhalb eines) Kopplungsbereiches verläuft. Der Kopplungsbereich kann dabei als ein geometrisch vordefinierter Bereich des Positionssensors verstanden werden, in dem das Erregerelement angeordnet wird bzw. ist. Somit soll im Rahmen der Erfindung die Definition des Kopplungsbereichs lediglich dazu dienen, die geometrischen Zusammenhänge der verwendeten Elemente in vereinfachter Weise zu beschreiben. Das Erregerelement ist bspw. als eine Spule, insbesondere als eine Sendespule, ausgebildet, um das Detektionsfeld in der Art eines elektromagnetischen Feldes zu erzeugen.
Darüber hinaus kann der erfindungsgemäße Positionssensor wenigstens ein Empfangselement - insbesondere ebenfalls im Kopplungsbereich - aufweisen, wobei das Empfangselement zur induktiven Kopplung mit dem Erregerelement über das Detektionsfeld dienen kann. In anderen Worten können das Erregerelement und das wenigstens eine Empfangselement (über das Detektionsfeld) induktiv gekoppelt sein. Hierzu wird das Erregerelement z. B. elektrisch mit einem Wechselstrom betrieben, um das Detektionsfeld entstehen zu lassen. Auch das wenigstens eine Empfangselement kann jeweils als Spule, also als Sendespule, ausgebildet sein. Es können z. B. wenigstens zwei oder wenigstens drei oder genau drei Empfangselemente vorgesehen sein. Das wenigstens eine Empfangselement ist z. B. am Stator des Positionssensors fest angeordnet.
Der Kopplungsbereich kann sich in zwei oder drei Dimensionen innerhalb des Positionssensors erstrecken. Sowohl das Erregerelement als auch das wenigstens eine Empfangselement können jeweils in einem Teilbereich des Kopplungsbereichs angeordnet sein. Der Kopplungsbereich ist bspw. kreisrund und folgt somit einer Form des Rotors des Positionssensors.
Ferner ist ein in verschiedenen Positionen bewegbar, insbesondere drehbar, angeordnetes positionsgebendes Element vorgesehen. Das positionsgebende Element bildet dabei bspw. den Rotor des Positionssensors, und ist entsprechend relativ zu einem feststehenden Teil, also einem Stator des Positionssensors, bewegbar und vorzugsweise rotierbar ausgebildet. Um die konkrete Position, vorzugsweise Winkelposition, in der sich das positionsgebende Element befindet, erfassbar zu machen, kann das positionsgebende Element wenigstens ein, insbesondere induktives und/oder induktiv wirksames, Funktionselement aufweisen. Dieses kann dazu dienen, die induktive Kopplung (des Erregerelements und des Empfangselements) positionsabhängig (also abhängig von der aktuellen Ist-Position des positionsgebenden Elements) zu beeinflussen. Damit ist es möglich, dass durch eine Untersuchung einer Veränderung der induktiven Kopplung die Position erfasst werden kann. Hierzu wird bspw. ein elektrisches Signal als Nutzsignal durch eine Auswertevorrichtung ausgewertet, wobei das elektrische Signal durch das Empfangselement über den Empfang des Detektionsfeldes (bspw. eines induzierten Stroms) erzeugt werden kann.
Im Rahmen der Erfindung ist insbesondere vorgesehen, dass der Verlauf des Erregerelements entlang des Kopplungsbereiches (also bspw. kreisförmig) wenigstens eine Richtungsumkehr aufweist, um darüber wenigstens einen Polaritätswechsel für das Detektionsfeld bereitzustellen. Bspw. kann ein oder es können drei oder mehr Polaritätswechsel innerhalb eines Messbereiches vorgesehen sein. Der Messbereich bezeichnet hierbei den Wiederholwinkel zwischen den einzelnen Funktionselementen am positionsgebenden Element. Es können somit auch mehrere Funktionselemente wiederholt in einer Kreisform am positionsgebenden Element angeordnet sein, sodass zwischen den einzelnen Funktionselementen sich der Messbereich ausbildet (z. B. 90 °). Die Polarität des erzeugten Detektionsfeldes ist damit über den Messbereich nicht homogen, sondern einfach oder mehrfach invertiert. Es kann erfindungsgemäß das Erregerelement in dieser Weise modifiziert werden, und optional auch das Empfangselement daran angepasst werden. Bspw. ist das Empfangselement als sinusförmige Spule ausgebildet, die entlang des Kopplungsbereichs verläuft.
Bspw. kann das Erregerelement zunächst in einem ersten Pfad kreisförmig entlang einer Kreisbahn des Kopplungsbereichs verlaufen, um dann durch die Richtungsumkehr in einem zweiten Pfad die Kreisbahn wieder zurück zu verlaufen. Somit ist die Richtungsumkehr im konkreten Fall des kreisförmigen Kopplungsbereichs als Drehrichtungsumkehr oder Umkehr der Umlaufrichtung zu verstehen. Die Richtung, und insbesondere die Drehrichtung, entlang welcher das Erregerelement verläuft, kann sich dabei an einem oder mehreren Positionen des Erregerelements verändern. Die Umkehrung der Verlaufsrichtung hat dabei zur Folge, dass auch der Strom im Erregerelement relativ zum Empfangselement die Richtung verändert, und sich somit auch die Polarität des Detektionsfelds verändert. Damit kann eine optimierte Spulengeometrie für einen induktiven Positionssensor bereitgestellt werden.
Zwischen dem wenigstens einen Empfangselement und dem wenigstens einen Erregerelement kann eine induktive Kopplung entstehen. Hierzu kann eine Ansteuerungsanordnung eine Oszillatorschaltung aufweisen, die ein periodisches Wechselspannungssignal erzeugt und in das Erregerelement einkoppelt. Das wenigstens eine Empfangselement und das wenigstens eine Erregerelement können ferner als Leiterbahnen auf einer Leiterplatte, insbesondere Multilayer-Leiterplatte, ausgebildet sein. Es kann zusätzlich eine Auswertevorrichtung zur Auswertung der in das wenigstens eine Empfangselement induzierte Signal vorhanden sein. Das Funktionselement kann dazu ausgeführt sein, die Stärke der induktiven Kopplung zwischen dem Erregerelement und dem Empfangselement zu beeinflussen. Bspw. kann das Funktionselement hierzu als elektrisch leitendes Element oder als Aussparung eines elektrisch leitenden Elements ausgeführt sein.
Der erfindungsgemäße Positionssensor kann ein feststehendes Teil, den Stator, und ein in verschiedenen Positionen, insbesondere Winkelpositionen, bewegliches Teil, den Rotor, aufweisen. Der Rotor kann dabei auch als ein Stanzteil ausgebildet sein, z. B. freitragend oder auf Kunststoffträger aufgebracht. Auf dem Stator kann sich das Erregerelement in der Form einer kreisrunden Leiterbahnschleife befinden. Das Erregerelement kann auf diese Weise positions-, insbesondere drehwinkelunabhängig in das Empfangselement einen Wirbelstrom induzieren.
Es kann weiter möglich sein, dass das positionsgebende Element als ein rotierbar angeordneter Rotor, insbesondere Fensterrotor, ausgebildet ist, wobei vorzugsweise der Rotor das wenigstens eine Funktionselement in der Form von geschlossenen Aussparungen (geschlossene „Fenster“) aufweist. Das Funktionselement kann somit von der herkömmlichen Gestalt als nicht geschlossene Fenster (Flügel) abweichen. Auf diese Weise können Kreisströme im Material zumindest verringert und ein hohes Nutzsignal erreicht werden. Das positionsgebende Element kann in ein vorhandenes Blechteil und/oder in einen Teil einer Komponente eines Fahrzeuges integriert sein.
Dabei ist es vorteilhaft, das Funktionselement in der Form einer Aussparung („Loch“) im Material auszubilden. Das positionsgebende Element kann ferner als flächiges Teil ausgebildet sein, wobei die funktionsgebenden Elemente als Loch im Material ausgeführt sind. Diese Geometrie soll im Folgenden auch als „Fensterrotor“ bezeichnet werden. Um bei dieser Geometrie störende Wirbelströme sowohl radial außen als auch radial innen am Rotor zu vermeiden, können die erfindungsgemäßen Polaritätswechsel bei der Erregerelement vorteilhaft sein. Damit kann vermieden werden, dass die Wirbelströme einen Großteil der Energie aus dem Positionssensor benötigten, sodass das Nutzsignal beeinträchtigt wird.
Ferner ist es optional vorgesehen, dass mehrere Funktionselemente im positionsgebenden Element fest integriert und beabstandet zueinander angeordnet sind, um die positionsabhängige Beeinflussung bereitzustellen. Der Abstand kann hierbei mindestens so groß sein, dass durch den Abstand eine messbare Beeinflussung des Nutzsignals bewirkt wird.
Es kann optional möglich sein, dass das positionsgebende Element rotierbar um eine Rotationsachse angeordnet ist, wobei vorzugsweise die Funktionselemente konzentrisch zur Rotationsachse in einer Kreisform angeordnet sind. Dies kann bewirken, dass bei einer Drehung des positionsgebenden Elements die Funktionselemente abwechseln und abhängig von der Drehung die induktive Kopplung beeinflussen. Auf diese Weise ist die Position anhand des Nutzsignals erfassbar.
Außerdem ist es von Vorteil, wenn das Erregerelement kreisförmig und/oder konzentrisch zur Rotationsachse verläuft. Somit kann das Erregerelement eine längliche Erstreckung im Sinne einer Leiterbahn oder dergleichen aufweisen. Hierbei ist es sinnvoll, eine an die Anordnung der Funktionselemente angepasste Geometrie zu verwenden, um die induktive Kopplung durch die Bewegung der Funktionselemente beeinflussbar zu machen.
Zudem ist im Rahmen der Erfindung denkbar, dass die Funktionselemente zueinander beabstandet entlang des Kopplungsbereiches angeordnet sind, um bevorzugt eine wechselnde Induktivität am positionsgebenden Element auszubilden, sodass vorzugsweise die induktive Kopplung in der Art einer von der Position des positionsgebenden Elements abhängigen wechselnden induktiven Kopplung bereitgestellt ist. Die wechselnde Induktivität kann z. B. dadurch bereitgestellt werden, dass die Funktionselemente als sich in Abhängigkeit von der Position bewegende elektrisch leitende Elemente und/oder Aussparungen eines elektrisch leitenden Elements ausgeführt sind.
Des Weiteren ist es im Rahmen der Erfindung optional möglich, dass der Positionssensor als ein induktiver Winkelsensor ausgebildet ist, um die Position des positionsgebenden Elements in der Art einer Winkelposition zu detektieren. Dies ist z. B. für den Einsatz bei einer Welle eines Motors oder dergleichen sinnvoll.
Ferner ist es optional vorgesehen, dass eine Ansteuerungsanordnung vorgesehen ist, um das Erregerelement (in der Form einer Erregerspule) mit einem Erregerstrom, insbesondere einem Wechselstrom, anzusteuern, um das Detektionsfeld (in der Art eines magnetischen Feldes) zu erzeugen, wobei die Erregerspule derart an einem Stator angeordnet sein kann, dass sich über einen Umfang des Stators verteilt die Polaritätswechsel hinsichtlich des erzeugten Detektionsfeldes ergeben, sodass das Detektionsfeld räumlich mit unterschiedlichen Polaritäten erzeugt werden kann. In anderen Worten wird die Sendespule des Induktivsystems nicht mehr mit homogener Polarität, sondern mit einem oder mehr Polaritätswechseln ausgeführt. Bspw. kann ein oder es können drei oder mehr Polaritätswechsel innerhalb eines Messbereiches vorgesehen sein. Der Messbereich bezeichnet hierbei den Wiederholwinkel zwischen den einzelnen Funktionselementen bzw. Fenstern des Rotors. Der Polaritätswechsel führt dazu, dass die Belastung des Sensoroszillators insgesamt deutlich sinkt, da bspw. der Kreisstrom zumindest reduziert wird und gleichzeitig mehr Nutzsignal zur Auswertung zur Verfügung steht, da die in den Rotor induzierten Ströme überwiegend im Bereich der Empfangselemente fließen. Der Polaritätswechsel kann weiterhin dazu führen, dass die Abstrahlung des Positionssensors im Fernfeld weitestgehend eliminiert wird bei gleichzeitig deutlich erhöhter Robustheit gegenüber eingestrahlten Feldern.
Es kann ferner möglich sein, dass das Erregerelement (wenigstens) eine Leiterbahn auf unterschiedlichen Lagen einer Leiterplatte eines Stators aufweist. Entsprechend kann die Leiterplatte als eine mehrlagige Leiterplatte ausgeführt sein. Die Anordnung auf unterschiedlichen Lagen hat den Vorteil, dass auf einfache Weise die Richtungsumkehr durchgeführt werden kann.
Optional ist es denkbar, dass eine Überkreuzung der Leiterbahn der unterschiedlichen Lagen vorgesehen ist, um den Polaritätswechsel dort bereitzustellen. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass die Richtungsumkehr bei einem Lagenwechsel des Erregerelements vorgesehen ist. Dies stellt somit eine technisch einfache Möglichkeit zur Bereitstellung der Polaritätswechsel dar.
Des Weiteren ist es im Rahmen der Erfindung optional möglich, dass das Erregerelement für einen Lagenwechsel eine Durchkontaktierung aufweist, um dort die Richtungsumkehr bereitzustellen. Durch die Durchkontaktierung (engl. „via“) kann die Leiterbahn von einer ersten Lage auf einer zweiten Lage der Leiterplatte weitergeführt werden.
Es kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass der Kopplungsbereich eine Kreisform aufweist, und das Erregerelement parallel zueinander angeordnete kreisbogenförmige Teilelemente aufweist, welche zur elektrischen Stromführung in gegenläufige Stromrichtungen ausgeführt sind, wobei vorzugsweise die Teilelemente wiederholt entlang des Kopplungsbereichs angeordnet sind, wobei bevorzugt Überkreuzungen des Erregerelements vorgesehen sind, um eine - bezogen auf die Kreisform - radiale Position der Teilelemente bei jeder Überkreuzung zu wechseln. Somit kann eine Geometrie des Erregerelements genutzt werden, welche in einfacher Weise die Polaritätswechsel ermöglicht. Das Erregerelement kann hierbei als ein einziger Strompfad (insbesondere ohne Abzweigung oder Unterbrechung) ausgeführt sein.
Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass das Erregerelement im Uhrzeigersinn entlang des gesamten oder überwiegenden Kopplungsbereichs und ausgehend von der Richtungsumkehr entgegengesetzt hierzu entlang des gesamten oder überwiegenden Kopplungsbereichs verläuft. Somit kann eine einfache Richtungsumkehr bereitgestellt werden, um die Polaritätswechsel zu bewirken.
In einer weiteren Möglichkeit kann vorgesehen sein, dass der Positionssensor zur Integration in eine Komponente eines Fahrzeuges ausgeführt ist. Dies ermöglicht es z. B., zuverlässig die Position einer Welle eines Antriebs des Fahrzeuges zu erfassen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines positionsgebenden Elements eines erfindungsgemäßen Positionssensors,
2 eine schematische Darstellung eines Erregerelements des erfindungsgemäßen Positionssensors,
3 eine schematische Darstellung von Teilelementen des Erregerelements in einer Draufsicht auf eine Leiterplatte des erfindungsgemäßen Positionssensors,
4 eine schematische Schnittansicht der Leiterplatte,
5 eine schematische Darstellung von Teilen des erfindungsgemäßen Positionssensors,
6 eine weitere schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Positionssensors.

In den nachfolgenden Figuren werden für die gleichen technischen Merkmale auch von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen die identischen Bezugszeichen verwendet.
In 1 ist ein erfindungsgemäßer Positionssensor 10 zur induktiven Erfassung einer Position gezeigt. Gemäß 6 kann es sich bei der Position z. B. um die Position eines beweglichen Teils einer Komponente 2 eines Fahrzeuges 1 handeln. Konkret kann der Positionssensor 10 an einer Welle 3 der Komponente 2 in der Form einer elektrischen Maschine 2 des Fahrzeuges 1 angeordnet sein, um die Winkelposition der Welle 3 zu erfassen. Für die Bereitstellung der Erfassung kann eine Ansteuerungsanordnung 5 vorgesehen sein, welche wenigstens ein (in den 1 bis 5 gezeigtes) Erregerelement 20 des Positionssensors 10 zur Erzeugung eines Detektionsfeldes ansteuert. Dabei kann das Erregerelement 20 in der Form einer Erregerspule mit einem Erregerstrom, insbesondere einem Wechselstrom, angesteuert werden, um das Detektionsfeld in der Art eines magnetischen Feldes zu erzeugen.
Des Weiteren ist in 1 gezeigt, dass das Erregerelement 20 entlang eines Kopplungsbereiches 11 verläuft, welcher im gezeigten Beispiel kreisrund ausgebildet ist. Auf einer ähnlichen oder gleichen Kreisbahn kann ferner wenigstens ein Empfangselement 30 im Kopplungsbereich 11 angeordnet sein, um eine induktive Kopplung zwischen dem Empfangselement 30 und dem Erregerelement 20 über das Detektionsfeld bereitzustellen. Gemäß 5 können hierbei auch mehrere, insbesondere drei, Empfangselemente 30 vorgesehen sein. Ein in verschiedene Positionen bewegbar angeordnetes positionsgebendes Element 40 kann ferner wenigstens ein Funktionselement 41 aufweisen, um diese induktive Kopplung positionsabhängig zu beeinflussen. Im gezeigten Beispiel weist der Stator 60 sowohl das Erregerelement 20 als auch die Empfangselemente 30 auf. Der Rotor 40 als positionsgebendes Element 40 ist hierbei ein separates Element, welches vereinfacht als geschlossene Spule dargestellt werden kann. In 1 sind beispielhaft 9 Funktionselemente 41 vorgesehen, die in einem festen Abstand voneinander entlang der gleichen Kreisbahn des Erregerelements 20 angeordnet sind. Das positionsgebende Element 40 ist hierbei als ein rotierbar angeordneter Rotor 40, insbesondere Fensterrotor, ausgebildet, wobei der Rotor 40 das wenigstens eine Funktionselement 41 in der Form von geschlossenen Aussparungen - also Fenstern - aufweist. Dabei kann das positionsgebende Element 40 rotierbar um eine Rotationsachse R angeordnet sein, wobei die Funktionselemente 41 konzentrisch zur Rotationsachse R in einer Kreisform angeordnet sind, und auch das Erregerelement 20 kreisförmig und konzentrisch zur Rotationsachse R verläuft.
In 2 ist ein Messbereich 70 dargestellt, welcher beispielhaft 90 ° beträgt. Es ist anhand der 2 und 3 erkennbar, dass der Verlauf des Erregerelements 20 entlang des Kopplungsbereiches 11 wenigstens eine Richtungsumkehr 50 aufweist, um darüber wenigstens einen Polaritätswechsel 51 für das Detektionsfeld bereitzustellen. Das Erregerelement 20 kann dabei derart an einem Stator 60 angeordnet sein, dass sich über einen Umfang des Stators 60 verteilt die Polaritätswechsel 51 hinsichtlich des erzeugten Detektionsfeldes ergeben, sodass das Detektionsfeld räumlich mit unterschiedlichen Polaritäten „+“ und „-“ erzeugt wird. Im Messbereich 70 können mindestens oder genau ein oder mindestens oder genau drei Polaritätswechsel 51 auf diese Weise vorgesehen sein. Konkret wird anhand 2 und 3 deutlich, dass pro Messbereich 70 ein Wechsel der Orientierung des Erregerelements 20 stattfindet. Letztere besteht damit aus abwechselnd rechts- und linksumlaufenden Teilwindungen (in 2 mit + und - gekennzeichnet). Diese können an einem Übergangspunkt in der Mitte des Messbereiches in Reihe geschaltet werden. Dies kann in zwei Lagen 62, 63 einer Leiterplatte 61 direkt übereinander erfolgen.
Ferner kann das Erregerelement 20 eine Leiterbahn auf unterschiedlichen Lagen 62, 63 der Leiterplatte 61 eines Stators 60 aufweisen. Es kann eine Überkreuzung 65 der Leiterbahn der unterschiedlichen Lagen 62, 63 vorgesehen sein, um den Polaritätswechsel 51 dort bereitzustellen. Die Richtungsumkehr 50 kann somit bei einem Lagenwechsel 64 des Erregerelements 20 vorgesehen sein. Dieser kann, wie ebenfalls in 3 dargestellt ist, über eine Durchkontaktierung 64 ermöglicht werden, um dort die Richtungsumkehr 50 bereitzustellen. Die Leiterbahn auf der ersten Lage 62 ist hierbei mit einer durchgehenden und die Leiterbahn auf der zweiten Lage 63 mit einer gestrichelten Linie gezeigt. Zur Vereinfachung ist die Leiterbahn nur teilweise und nicht für sämtliche Messbereiche 70 dargestellt. Es kann jedoch möglich sein, dass sich das Erregerelement 20 als eine einzige Leiterbahn über den gesamten Umfang des Rotors 40 fortsetzt und somit weitere Überkreuzungen 65, ggf. jedoch nur diesen einen Lagenwechsel bzw. nur diese eine Richtungsumkehr 50 mittels einer Durchkontaktierung 64 aufweist. Es findet daher auch keine Berührung der Leiterbahnen an der Überkreuzung 65 statt. In 4 ist die Anordnung der Leiterbahn auf den verschiedenen Lagen 62, 63 näher verdeutlicht, wobei hier eine Schnittansicht orthogonal zur Ansicht in 3 gezeigt ist.
Gemäß 3 kann ferner der Kopplungsbereich 11 eine Kreisform aufweisen, und das Erregerelement 20 parallel zueinander angeordnete kreisbogenförmige Teilelemente 21, 22 aufweist, welche zur Stromführung in gegenläufige Stromrichtungen ausgeführt sind. Dabei sind die Teilelemente 21, 22 wiederholt entlang des Kopplungsbereichs 11 angeordnet, wobei die Überkreuzungen 65 des Erregerelements 20 dazu dienen, eine bezogen auf die Kreisform radiale Position der Teilelemente 21, 22 bei jeder Überkreuzung 65 zu wechseln.
Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
2: Komponente, elektrische Maschine
3: Welle
5: Ansteuerungsanordnung
10: Positionssensor
11: Kopplungsbereich
20: Erregerelement
30: Empfangselement
40: positionsgebendes Element, Rotor
41: Funktionselement
50: Richtungsumkehr
51: Polaritätswechsel
60: Stator
61: Leiterplatte
62: erste Lage
63: zweite Lage
64: Durchkontaktierung
65: Überkreuzung
+,-: Polaritäten
70: Messbereich
21,22: Teilelemente
R: Rotationsachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102004027954 B4 [0004]
EP 1158276 A1 [0004]

Claims

Positionssensor (10) zur induktiven Erfassung einer Position, aufweisend: - wenigstens ein Erregerelement (20) zur Erzeugung eines Detektionsfeldes, wobei das Erregerelement (20) entlang eines Kopplungsbereiches (11) verläuft, - wenigstens ein Empfangselement (30) zur induktiven Kopplung mit dem Erregerelement (20) über das Detektionsfeld, - ein in verschiedenen Positionen bewegbar angeordnetes positionsgebendes Element (40), welches wenigstens ein Funktionselement (41) aufweist, um die induktive Kopplung positionsabhängig zu beeinflussen, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf des Erregerelements (20) entlang des Kopplungsbereiches (11) wenigstens eine Richtungsumkehr (50) aufweist, um darüber wenigstens einen Polaritätswechsel (51) für das Detektionsfeld bereitzustellen.
Positionssensor (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das positionsgebende Element (40) als ein rotierbar angeordneter Rotor (40), insbesondere Fensterrotor, ausgebildet ist, wobei der Rotor (40) das wenigstens eine Funktionselement (41) in der Form von geschlossenen Aussparungen aufweist.
Positionssensor (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Funktionselemente (41) im positionsgebenden Element (40) fest integriert und beabstandet zueinander angeordnet sind, um die positionsabhängige Beeinflussung bereitzustellen.
Positionssensor (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das positionsgebende Element (40) rotierbar um eine Rotationsachse (R) angeordnet ist, wobei die Funktionselemente (41) konzentrisch zur Rotationsachse (R) in einer Kreisform angeordnet sind.
Positionssensor (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Erregerelement (20) kreisförmig und/oder konzentrisch zur Rotationsachse (R) verläuft.
Positionssensor (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionselemente (41) zueinander beabstandet entlang des Kopplungsbereiches (11) angeordnet sind, um eine wechselnde Induktivität am positionsgebenden Element (40) auszubilden, sodass die induktive Kopplung in der Art einer von der Position des positionsgebenden Elements (40) abhängigen wechselnden induktiven Kopplung bereitgestellt ist.
Positionssensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionssensor (10) als ein induktiver Winkelsensor ausgebildet ist, um die Position des positionsgebenden Elements (40) in der Art einer Winkelposition zu detektieren.
Positionssensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ansteuerungsanordnung (5) vorgesehen ist, um das Erregerelement (20) in der Form einer Erregerspule mit einem Erregerstrom, insbesondere einem Wechselstrom, anzusteuern, um das Detektionsfeld in der Art eines magnetischen Feldes zu erzeugen, wobei die Erregerspule derart an einem Stator (60) angeordnet ist, dass sich über einen Umfang des Stators (60) verteilt die Polaritätswechsel (51) hinsichtlich des erzeugten Detektionsfeldes ergeben, sodass das Detektionsfeld räumlich mit unterschiedlichen Polaritäten (+,-) erzeugt wird.
Positionssensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erregerelement (20) eine Leiterbahn auf unterschiedlichen Lagen (62,63) einer Leiterplatte (61) eines Stators (60) aufweist.
Positionssensor (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Überkreuzung (65) der Leiterbahn der unterschiedlichen Lagen (62,63) vorgesehen ist, um den Polaritätswechsel (51) dort bereitzustellen.
Positionssensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtungsumkehr (50) bei einem Lagenwechsel (64) des Erregerelements (20) vorgesehen ist.
Positionssensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erregerelement (20) für einen Lagenwechsel (64) eine Durchkontaktierung (64) aufweist, um dort die Richtungsumkehr (50) bereitzustellen.
Positionssensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopplungsbereich (11) eine Kreisform aufweist, und das Erregerelement (20) parallel zueinander angeordnete kreisbogenförmige Teilelemente (21,22) aufweist, welche zur Stromführung in gegenläufige Stromrichtungen ausgeführt sind, wobei die Teilelemente (21,22) wiederholt entlang des Kopplungsbereichs (11) angeordnet sind, wobei Überkreuzungen (65) des Erregerelements (20) vorgesehen sind, um eine bezogen auf die Kreisform radiale Position der Teilelemente (21,22) bei jeder Überkreuzung (65) zu wechseln.
Positionssensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erregerelement (20) im Uhrzeigersinn entlang des gesamten oder überwiegenden Kopplungsbereichs (11) und ausgehend von der Richtungsumkehr (50) entgegengesetzt hierzu entlang des gesamten oder überwiegenden Kopplungsbereichs (11) verläuft.
Positionssensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionssensor (10) zur Integration in eine Komponente (2) eines Fahrzeuges (1) ausgeführt ist.