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Die Erfindung betrifft eine induktive Sensoreinheit, mit zumindest einer Sendespule, mit zumindest einer induktiv mit der Sendespule gekoppelten ersten Empfangsspule, und mit einer Entstöreinheit, die zumindest einen Kondensator aufweist, der mit der ersten Empfangsspule einerseits und mit einem Masseanschluss andererseits elektrisch verbunden ist.
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Außerdem betrifft die Erfindung ein System mit einer drehbar gelagerten Welle und mit einer derartigen induktiven Sensoreinheit.
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Stand der Technik
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Induktive Sensoreinheiten nutzen den Effekt, dass die Induktivität einer Spule durch magnetische und nicht magnetische metallische Objekte im Umfeld der Spule beeinflusst wird. Dabei sind induktive Sensoreinheiten bekannt, die zumindest eine Sendespule und zumindest eine induktiv mit der Sendespule gekoppelte erste Empfangsspule aufweisen. Wird die Sendespule mit einem elektrischen Erregerstrom beaufschlagt, so induziert die Sendespule aufgrund der induktiven Kopplung der Sendespule mit der ersten Empfangsspule eine elektrische erste Spulenspannung in die erste Empfangsspule. Befindet sich ein magnetisches oder ein nicht magnetisches metallisches Objekt im Umfeld der ersten Empfangsspule so wird wie zuvor erwähnt die Induktivität der ersten Empfangsspule und somit die erste Spulenspannung durch das Objekt beeinflusst.
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Um eine derartige induktive Sensoreinheit vor elektromagnetischer Störstrahlung zu schützen, ist zudem oftmals eine Entstöreinheit vorgesehen, die zumindest einen Kondensator aufweist, der mit der ersten Empfangsspule einerseits und mit einem Masseanschluss andererseits elektrisch verbunden ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße induktive Sensoreinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 zeichnet sich dadurch aus, dass der Kondensator bezogen auf eine Längserstreckung eines Spulendrahtes der ersten Empfangsspule zumindest etwa mit einer Mitte der ersten Empfangsspule elektrisch verbunden ist. Auf einen weiteren der ersten Empfangsspule zugeordneten und elektrisch mit der ersten Empfangsspule verbundenen Kondensator wird vorzugsweise verzichtet. Die erste Empfangsspule weist bezogen auf die Längserstreckung des Spulendrahtes ein erstes Ende und ein zweites Ende auf. Zwischen den beiden Enden liegt die Mitte der ersten Empfangsspule, wobei die Mitte bezogen auf die Längserstreckung des Spulendrahtes etwa gleich weit von den beiden Enden beabstandet ist, sodass ein zwischen dem ersten Ende und der Mitte gelegener erster Abschnitt des Spulendrahtes beziehungsweise der ersten Empfangsspule im Hinblick auf seine Längserstreckung einem zwischen der Mitte und dem zweiten Ende gelegenen zweiten Abschnitt des Spulendrahtes beziehungsweise der Empfangsspule entspricht. Der Kondensator ist zumindest etwa mit der Mitte der ersten Empfangsspule verbunden. Vorzugsweise ist der Kondensator genau mit der Mitte verbunden. Alternativ dazu ist der Kondensator vorzugsweise mit einer Stelle der ersten Empfangsspule verbunden, die bezogen auf die Längserstreckung des Spulendrahtes benachbart zu der Mitte gelegen ist. Vorzugsweise weicht die Stelle bezogen auf die Längserstreckung des Spulendrahtes um höchstens zwanzig Prozent von der Mitte ab, besonders bevorzugt um höchstens zwei Prozent. Die Mitte beziehungsweise die Stelle bildet dabei einen Anschluss, durch den die erste Empfangsspule elektrisch mit dem Kondensator verbunden ist. Der Kondensator ist zumindest etwa mit der Mitte einerseits und mit dem Masseanschluss andererseits verbunden. Insofern ist eine erste Elektrode des Kondensators elektrisch zumindest etwa mit der Mitte verbunden und eine zweite Elektrode des Kondensators ist elektrisch mit dem Masseanschluss verbunden. Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, die Entstöreinheit mit einem ersten Kondensator und einem zweiten Kondensator auszustatten, wobei der erste Kondensator im Bereich des ersten Endes des Spulendrahtes der ersten Empfangsspule elektrisch mit der ersten Empfangsspule verbunden ist, und wobei der zweite Kondensator im Bereich des zweiten Endes des Spulendrahtes der ersten Empfangsspule elektrisch mit der ersten Empfangsspule verbunden ist. Demgegenüber bietet die erfindungsgemäße Lösung den Vorteil, dass zur Ausbildung der Entstöreinheit eine geringere Anzahl an Kondensatoren notwendig ist. Entsprechend wird der für die Entstöreinheit benötigte Bauraum verringert. Das erste und das zweite Ende des Spulendrahtes der ersten Empfangsspule sind in der Regel mit einem ersten Anschlusspin beziehungsweise einem zweiten Anschlusspin einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) der Sensoreinheit elektrisch verbunden. Gegenüber vorbekannten Entstöreinheiten, die einen ersten und einen zweiten Kondensator aufweisen, bietet die erfindungsgemäße Lösung zudem den Vorteil, dass die kapazitive Belastung der Anschlusspins der ASIC verringert wird. Hierdurch kann die Eingangsempfindlichkeit der ASIC gesteigert werden.
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Vorzugsweise weist die Sensoreinheit eine induktiv mit der Sendespule gekoppelte zweite Empfangsspule auf. Hierdurch wird die Sensitivität der Sensoreinheit gesteigert. Wird die Sendespule mit dem Erregerstrom beaufschlagt, so wird aufgrund der induktiven Kopplung der Sendespule mit der zweiten Empfangsspule eine elektrische zweite Spulenspannung in die zweite Empfangsspule induziert. Vorzugsweise sind die Empfangsspulen derart ausgebildet, dass in Abwesenheit von magnetischen Objekten und nicht magnetischen metallischen Objekten im Umfeld der Empfangsspulen eine Differenz der ersten Spulenspannung und der zweiten Spulenspannung gleich null oder nahe null ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Entstöreinheit einen weiteren Kondensator aufweist, der bezogen auf eine Längserstreckung des Spulendrahtes der zweiten Empfangsspule zumindest etwa mit einer Mitte der zweiten Empfangsspule einerseits und mit dem Masseanschluss oder mit einem weiteren Masseanschluss andererseits elektrisch verbunden ist. Der weitere Kondensator ist also elektrisch genau mit der Mitte der zweiten Empfangsspule oder mit einer Stelle, die benachbart zu der Mitte gelegen ist verbunden, wie vorstehend mit Bezug auf die erste Empfangsspule und den Kondensator erläutert. Durch den weiteren Kondensator ist auch die zweite Empfangsspule effektiv vor elektromagnetischer Störstrahlung geschützt.
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Vorzugsweise weist die Sensoreinheit eine Leiterplatte auf, wobei zumindest die Sendespule, die erste Empfangsspule und der Kondensator auf der Leiterplatte angeordnet sind. Durch die Anordnung beziehungsweise Ausbildung dieser elektrischen Bauteile auf der Leiterplatte ist die elektrische Verbindung des Kondensators mit der Mitte beziehungsweise der Stelle der ersten Empfangsspule technisch einfach und kostengünstig ausbildbar. Vorzugsweise sind auch optionale elektrische Bauteile wie die zweite Empfangsspule und der weitere Kondensator auf der Leiterplatte angeordnet beziehungsweise ausgebildet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Sendespule die erste Empfangsspule und optional die zweite Empfangsspule umschließt. Hierdurch wird eine vorteilhafte induktive Kopplung der Sendespule mit der ersten Empfangsspule und optional der zweiten Empfangsspule erreicht. Vorzugsweise sind die Sendespule und die erste Empfangsspule und optional die zweite Empfangsspule ringförmig ausgebildet und koaxial zueinander angeordnet.
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Vorzugsweise weist die Sensoreinheit eine Auswerteeinheit auf, die dazu ausgebildet ist, eine Eigenschaft eines durch die Sensoreinheit überwachten Elementes in Abhängigkeit von der in die erste Empfangsspule induzierten elektrischen ersten Spulenspannung zu ermitteln. Wie zuvor erwähnt werden die Induktivität der ersten Empfangsspule und somit die erste Spulenspannung durch ein Element beziehungsweise Objekt im Umfeld der ersten Empfangsspule beeinflusst. Eine Position und/oder ein Drehwinkel des Elementes können demnach in Abhängigkeit von der ersten Spulenspannung ermittelt werden. Weist die Sensoreinheit zusätzlich zu der ersten Empfangsspule die zweite Empfangsspule auf, so ist die Auswerteeinheit zweckmäßigerweise dazu ausgebildet, die Eigenschaft des überwachten Elementes in Abhängigkeit von der ersten Spulenspannung einerseits und der zweiten Spulenspannung andererseits zu ermitteln.
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Das erfindungsgemäße System weist eine Welle auf, die in einem Gehäuse drehbar gelagert ist, und zeichnet sich mit den Merkmalen des Anspruchs 7 zum Ermitteln eines Drehwinkels der Welle durch die erfindungsgemäße induktive Sensoreinheit aus. Auch daraus ergeben sich die bereits genannten Vorteile. Weitere bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Systems ist vorgesehen, dass die Sensoreinheit gehäusefest angeordnet und dazu ausgebildet ist, einen drehfest mit der Welle verbundenen Messwertgeber zu erfassen. Aus der gehäusefesten Anordnung der Sensoreinheit ergibt sich der Vorteil, dass eine elektrische Verbindung der Sensoreinheit mit weiteren gehäusefesten Elementen wie beispielsweise Steuergeräten einfach möglich ist. Alternativ dazu ist die Sensoreinheit vorzugsweise drehfest mit der Welle verbunden und dazu ausgebildet, einen gehäusefesten Messwertgeber zu erfassen.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dazu zeigen
- 1 eine schematische Darstellung eines Systems mit einer drehbar gelagerten Welle und einer induktiven Sensoreinheit und
- 2 eine Draufsicht auf die induktive Sensoreinheit.
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein System 1. Das System 1 weist eine Welle 2 auf, die in einem nicht dargestellten Gehäuse drehbar gelagert ist. An der Welle 2 ist ein Messwertgeber 3 angeordnet, bei dem es sich vorliegend um ein metallisches Objekt 3 handelt, das auch als Target 3 bezeichnet wird. Gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Messwertgeber 3 ringförmig ausgebildet. Die Welle 2 und der Messwertgeber 3 sind koaxial zueinander angeordnet.
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Das System 1 weist außerdem eine induktive Sensoreinheit 4 auf. Die Sensoreinheit 4 ist gehäusefest angeordnet und dazu ausgebildet, einen Drehwinkel des Messwertgebers 3 und somit einen Drehwinkel der Welle 2 zu erfassen. Hierzu weist die Sensoreinheit 4 eine Sendespule 5, eine erste Empfangsspule 6 und eine zweite Empfangsspule 7 auf.
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Die Sendespule 5 und die Empfangsspulen 6 und 7 sind mit einer ASIC 8 der Sensoreinheit 4 elektrisch verbunden. Hierzu weist die ASIC 8 sechs Anschlusspins 9, 10, 11, 12, 13 und 14 auf.
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Die erste Empfangsspule 6 weist einen ersten Spulendraht 15 auf. Ein erstes Ende 16 des ersten Spulendrahts 15 ist elektrisch mit einem ersten Anschlusspin 9 der Anschlusspins verbunden. Ein zweites Ende 17 des ersten Spulendrahts 15 ist elektrisch mit einem zweiten Anschlusspin 10 der Anschlusspins verbunden.
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Die zweite Empfangsspule 7 weist einen zweiten Spulendraht 18 auf. Ein erstes Ende 19 des zweiten Spulendrahts 18 ist elektrisch mit einem dritten Anschlusspin 11 der Anschlusspins verbunden. Ein zweites Ende 20 des zweiten Spulendrahts 18 ist elektrisch mit einem vierten Anschlusspin 12 der Anschlusspins verbunden.
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Die Sendespule 5 weist einen dritten Spulendraht 21 auf. Ein erstes Ende 22 des dritten Spulendrahts 21 ist elektrisch mit einem fünften Anschlusspin 13 der Anschlusspins verbunden. Ein zweites Ende 23 des dritten Spulendrahts 21 ist elektrisch mit einem sechsten Anschlusspin 14 der Anschlusspins verbunden.
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Die Sendespule 5 ist induktiv mit den Empfangsspulen 6 und 7 gekoppelt. Wird die Sendespule 5 mit einem elektrischen Erregerstrom beaufschlagt, so wird eine elektrische erste Spulenspannung in die erste Empfangsspule 6 induziert und eine elektrische zweite Spulenspannung wird in die zweite Empfangsspule 7 induziert. Die Empfangsspulen 6 und 7 sind derart ausgebildet und angeordnet, dass bei einer Abwesenheit der Welle 2 und des Messwertgebers 3 eine Differenz der ersten Spulenspannung und der zweiten Spulenspannung gleich null oder nahe null ist. Befindet sich die Welle 2 mit dem Messwertgeber 3 jedoch im Umfeld der Empfangsspulen 6 und 7, so wird die Differenz der Spulenströme durch den Drehwinkel der Welle 2 beziehungsweise den Drehwinkel des Messwertgebers 3 beeinflusst. Die ASIC 8 weist eine nicht dargestellte Auswerteeinheit auf, die dazu ausgebildet ist, die erste Spulenspannung und die zweite Spulenspannung zu überwachen und in Abhängigkeit von den erfassten Spulenspannungen den Drehwinkel der Welle 2 zu ermitteln.
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Um die Sensoreinheit 4 vor elektromagnetischer Störstrahlung zu schützen, weist die Sensoreinheit 4 eine Entstöreinheit 24 auf. Die Entstöreinheit 24 weist einen Kondensator 25 und einen weiteren Kondensator 30 auf.
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Der Kondensator 25 ist der ersten Empfangsspule 6 zugeordnet. Eine erste Elektrode 26 des Kondensators 25 ist bezogen auf eine Längserstreckung des ersten Spulendrahtes 15 zumindest etwa mit einer Mitte 27 der ersten Empfangsspule 6 elektrisch verbunden. Vorliegend ist die erste Elektrode 26 genau mit der Mitte 27 verbunden. Eine zweite Elektrode 28 des Kondensators 25 ist mit einem Masseanschluss 29 elektrisch verbunden.
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Der weitere Kondensator 30 ist der zweiten Empfangsspule 7 zugeordnet. Eine erste Elektrode 31 des Weiteren Kondensators 30 ist bezogen auf eine Längserstreckung des zweiten Spulendrahtes 18 zumindest etwa mit einer Mitte 32 der zweiten Empfangsspule 7 elektrisch verbunden. Vorliegend ist die erste Elektrode 31 genau mit der Mitte 32 verbunden. Eine zweite Elektrode 33 des Weiteren Kondensators 30 ist mit einem weiteren Masseanschluss 34 elektrisch verbunden.
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Jeder der Empfangsspulen 6 und 7 ist also jeweils ein Kondensator 25 oder 30 der Entstöreinheit 24 zugeordnet, sodass die Anzahl an Kondensatoren der Entstöreinheit 24 der Anzahl an Empfangsspulen entspricht.
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Der Sendespule 5 sind ein dritter Kondensator 44 und ein vierter Kondensator 35 zugeordnet. Eine erste Elektrode 36 des dritten Kondensators 44 ist im Bereich des ersten Endes 22 des dritten Spulendrahts 21 elektrisch mit der Sendespule 5 verbunden. Eine zweite Elektrode 37 des dritten Kondensators 44 ist elektrisch mit einem dritten Masseanschluss 38 verbunden. Eine erste Elektrode 39 des vierten Kondensators 35 ist im Bereich des zweiten Endes 23 des dritten Spulendrahts 21 elektrisch mit der Sendespule 5 verbunden. Eine zweite Elektrode 40 des vierten Kondensators 35 ist elektrisch mit dem dritten Masseanschluss 38 verbunden. Durch die Kondensatoren 35 und 44 ist ein Beaufschlagen der Sendespule 5 mit einem gewünschten Erregerstrom vorteilhaft möglich. Die Ausgestaltung der Kondensatoren 35 und 44 ist in 1 lediglich beispielhaft dargestellt. Alternativ dazu ist eine andere Anzahl an der Sendespule 5 zugeordneten Kondensatoren vorgesehen und/oder die der Sendespule 5 zugeordneten Kondensatoren sind an anderen Stellen der Sendespule 5 elektrisch mit der Sendespule 5 verbunden.
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2 zeigt eine Draufsicht auf die induktive Sensoreinheit 4. Die Sensoreinheit 4 weist eine Leiterplatte 41 auf, auf der die Sendespule 5 und die Empfangsspulen 6 und 7 angeordnet sind. Auch die Kondensatoren 25 und 30 sind auf der Leiterplatte 41 angeordnet. Allerdings sind die Kondensatoren 25 und 30 in 2 nicht ersichtlich.
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Die Sendespule 5 und die Empfangsspulen 6 und 7 sind jeweils ringförmig ausgebildet und konzentrisch zueinander angeordnet. Die Sendespule 5 umschließt die erste Empfangsspule 6 und die zweite Empfangsspule 7. Eine derartige Anordnung beziehungsweise Ausbildung der Spulen 5, 6 und 7 gewährleistet eine vorteilhafte induktive Kopplung zwischen der Sendespule 5 und den Empfangsspulen 6 und 7.
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Die Leiterplatte 41 weist außerdem eine Vorfräsung 42 auf. Die Vorfräsung 42 ist ringförmig in einem äußeren Bereich der Leiterplatte 41 ausgebildet und umschließt somit die Sendespule 5 sowie die Empfangsspulen 6 und 7.
