DE102020209601A1

DE102020209601A1 - Erfassungsvorrichtung für einen Lagegeber und Erfassungssystem mit einer solchen Erfassungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102020209601A1
Application number: DE102020209601.5A
Authority: DE
Inventors: Franz Straubinger; Markus Simon
Original assignee: Sumida Components and Modules GmbH
Current assignee: Sumida Components and Modules GmbH
Priority date: 2020-07-30
Filing date: 2020-07-30
Publication date: 2022-02-03
Also published as: WO2022023550A2; US20230304831A1; KR20230042375A; WO2022023550A3; EP4189331A2; CN116507884A; JP2023536824A

Abstract

Die Erfindung stellt in anschaulichen Ausführungsformen Erfassungsvorrichtung für einen Lagegeber und Erfassungssystem mit einer solchen Erfassungsvorrichtung. In einem Aspekt umfasst die Erfassungsvorrichtung eine Leiterplatte, eine Mehrzahl von Primärwicklungen und eine Mehrzahl von Sekundärwicklungen, die in die Leiterplatte integriert oder daran angerbracht sind, wobei je eine Primärwicklung und je eine Sekundärwicklung in einem Spulenpaar angeordnet sind, so dass die Wicklungen in jedem Spulenpaar eine maximale induktive Kopplung im Vergleich zu einer induktiven Kopplung zwischen einer Wicklung aus diesem Spulenpaar und einer Wicklung aus einem anderen Spulenpaar aufweisen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Erfassungsvorrichtung für einen Lagegeber und ein Erfassungssystem mit einer solchen Erfassungsvorrichtung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Erfassungsvorrichtung, die in einem Lagegeber eingesetzt wird, um zusammen mit einem Geberelement, das relativ zur Erfassungsvorrichtung drehbar angeordnet ist, eine Winkellage des Geberelements relativ zur Erfassungsvorrichtung zu erfassen.
In vielen technischen Bereichen ist es erforderlich, die Position eines sich bewegenden Objekts mit einer durch die jeweiligen Einsatzzwecke vorgegebenen Genauigkeit zu bestimmen. Zu diesem Zweck wurden zahlreiche Sensorsysteme entwickelt, in denen zumindest die relative Position zwischen zwei Elementen mit ausreichend hoher Präzision durch beispielsweise optische, elektrische, magnetische und andere Wechselwirkungen gemessen werden kann. Insbesondere in technischen Bereichen, in denen sehr anspruchsvolle Umgebungsbedingungen vorherrschen, etwa hohe Betriebstemperaturen in Verbindung mit hohen magnetischen Feldern, die z. B. durch hohe Betriebsströme hervorgerufen werden können, werden häufig Sensoranordnungen eingesetzt, in denen die positionsabhängige Erzeugung von Wirbelströmen zur Ermittlung der Position einer Komponente herangezogen wird. Dazu wird in einigen Beispielen einer derartigen Wirbelstromsensoranordnung vorgesehen, die eine durch Wirbelströme hervorgerufene Dämpfung einer oder mehrerer Spulen erfasst, wobei die eine oder mehreren Spulen als ortsfeste Komponenten vorgesehen sind und eine bewegte Komponente eine Spur aus einem geeigneten Material aufweist, die zu einer positionsabhängigen Wirbelstromerzeugung und damit Dämpfung führt. Auf der Grundlage dieser positionsabhängigen Wirbelstromerzeugung kann somit durch eine Korrelation der hervorgerufenen Dämpfung und der besonderen Gestalt der Spur die Position der sich bewegenden Spur mit Bezug auf die eine oder mehreren ortsfesten Spulen bestimmt werden.
Eine beispielhafte Anwendung in dieser Hinsicht ist die Bestimmung der Lage eines Rotors einer elektrischen Maschine, um damit geeignete Ansteuersignale für das Zuführen geeigneter Strom- und Spannungswerte zu ermitteln. Beispielsweise ist es in vielen Fällen, in denen sehr variable Drehgeschwindigkeiten und eine moderat große Steuerungsbandbreite für die elektrische Maschine erforderlich sind, wichtig, Ausgangsspannungssignale von Sensorsystemen mit einer hohen zeitlichen Auflösung zu erfassen, um relativ präzise die Lage des Rotors bestimmen zu können. Im Hinblick auf eine effiziente Betriebsweise von etwa permanent erregten Synchronmaschinen ist es z.B. erforderlich, die Stellung des Rotors entsprechend der Polzahl innerhalb eines Winkelabschnitts mit guter Genauigkeit zu kennen, um Statorwicklungen geeignet zu bestromen, so dass sich eine gewünschte Betriebsweise einstellt. Häufig werden dazu berührungslose, auf Spulen beruhende Sensoranordnungen eingesetzt, die jedoch einen relativ großen Bauraum für die Spulen und die damit verbundene Auswertungselektronik benötigen. Häufig ist eine räumlich sehr enge Kopplung zwischen Geberelement und Rotor in der elektrischen Maschine erforderlich, wobei in der Nähe des Geberelements hohe Ströme mit entsprechend hohen Magnetfeldern, wie auch relativ hohe Temperaturen auftreten, die zu Störungen in den Ausgangssignalen der Spulen führen. Diese Störanfälligkeit resultiert letztendlich auch in einer schlechteren räumlichen Auflösung der Lage eines Rotors. Neben einer gewünschten Störsicherheit im Hinblick auf hohe magnetische Felder ist im Hinblick auf Sensoranordnung für elektrische Maschinen aber auch eine Anpassung der Sensoranordnungen an die Betriebsbedingungen der elektrischen Maschine erwünscht, beispielsweise im Hinblick auf die vorherrschenden Temperaturen, den erforderlichen Drehzahlbereich, und dergleichen.
Zusätzlich zu den obigen Gesichtspunkten bestehen unabhängig von einer konkreten Anwendung im Hinblick auf die Bereitstellung und Integration von Komponenten eines Sensorsystems die Erfordernisse einer hohen gleichbleibenden Präzision bei einer Fertigung von Sensoranordnungen, etwa in der Massenfertigung. Dies erlaubt eine gleichmäßige Funktion von Sensoranordnungen ohne aufwendige Justierarbeiten bei der Installation in der Endanwendung.
Die Schrift US 2017/0268907 A1 zeigt einen Positionssensor mit einer rechteckigen Primärspule, die zwei sinusförmige Sekundärspulen umgibt. Diese Spulen sind in einer Leiterplatte ausgebildet. Zur Positionsbestimmung ist hier ferner ein Positionstransmitter vorgesehen, wodurch eine Position entlang einer linearen Bewegung bestimmt wird.
In der Schrift WO 2006/074560 A2 ist ein Wirbelstromsensor gezeigt, der an einer magnetischen Lagervorrichtung vorgesehen ist, um am Lager eine Abstandsmessung vorzunehmen.
Aus der Schrift US 2015/0362340 A1 ist ein Positionssensor bekannt, der eine Primärspule, mehrere Sekundärspulen und ein Geberelement aufweist. Die Spulen sind in eine Leiterplatte integriert.
Angesichts des oben dargestellten Stands der Technik ist es eine Aufgabe, eine Erfassungsvorrichtung und ein Erfassungssystem mit einer solchen Erfassungsvorrichtung bereitzustellen, die trotz einer kompakten Ausgestaltung eine hohe Präzision und geringe Störanfälligkeit aufweisen.
In einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Erfassungsvorrichtung für einen Lagegeber bereit, wie z.B. ein Rotorlagegeber oder allgemein ein Lagegeber, der nicht eine Lage eines Rotors einer elektrischen Maschine, sondern eine Lage eines beliebigen rotierenden Teils erfasst, wie etwa eines Teils, das beispielsweise über ein Getriebe an einen Rotor einer elektrischen Maschine angeflanscht ist, oder ein rotierendes Teil, welches nur in einem begrenzten Winkelbereich oder kontinuierlich rotiert.
In anschaulichen Ausführungsformen des ersten Aspekts umfasst diese Erfassungsvorrichtung eine Leiterplatte, eine Mehrzahl von Primärwicklungen und eine Mehrzahl von Sekundärwicklungen, wobei die Mehrzahl von Primärwicklungen und/oder die Mehrzahl von Sekundärwicklungen in die Leiterplatte integriert oder daran angebracht sind, und wobei je eine Primärwicklung und je eine Sekundärwicklung in einem Spulenpaar angeordnet sind, so dass die Wicklungen in jedem Spulenpaar eine maximale induktive Kopplung im Vergleich zu einer induktiven Kopplung zwischen einer Wicklung aus diesem Spulenpaar und einer Wicklung aus einem anderen Spulenpaar aufweisen. In anschaulichen Beispielen hierin können die Sekundärwicklungen in der Leiterplatte in einer Sekundärwicklungsschaltung mit weiteren in die Leiterplatte integrierten elektrischen und/oder elektronischen Komponenten wenigstens teilweise miteinander verschaltet sein oder die Sekundärwicklungen können in der Leiterplatte unverbunden bereitgestellt sein, so dass eine Verschaltung der Sekundärwicklungen über elektrische und/oder elektronische Komponenten erfolgt, die von außen mit der Leiterplatte verbunden sind. Zusätzlich oder alternativ können die Primärwicklungen mit weiteren in die Leiterplatte integrierten elektrischen und/oder elektronischen Komponenten wenigstens teilweise miteinander verschaltet sein oder die Primärwicklungen können in der Leiterplatte unverbunden bereitgestellt sein, so dass eine Verschaltung der Sekundärwicklungen über elektrische und/oder elektronische Komponenten erfolgt, die von außen mit der Leiterplatte verbunden sind.
Die Erfassungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt kann aufgrund der einzelnen Spulenpaare kompakter ausgestaltet sein, da durch die Spulenpaare ein großflächiges Spulendesign vermieden wird, so dass eine entsprechende Erfassungsvorrichtung kompakter ausgeführt werden kann. Weiterhin erhöht sich durch die Vermeidung von großflächigen Spulen die Störfestigkeit der Erfassungsvorrichtung gegenüber elektromagnetischen Feldern, da kleinere Spulenflächen bereitgestellt werden, so dass hier weniger Störfelder durch die Wicklungen eingefangen werden. Außerdem weisen die Spulenpaare gegenüber einer Anordnung mit Spulen mit großflächigem Spulendesign eine verbesserte Kopplung auf, so dass hier weniger Verstärkung der in den Sekundärwicklungen induzierten Messsignale erforderlich ist, was zu einer kompakten Auslegung von Erfassungsvorrichtungen beiträgt. Damit ergibt sich die Möglichkeit, die Erfassungsvorrichtung besser an vorgegebene Bauräume anzupassen und/oder vorgegebene Bauräume optimal auszunutzen, beispielswiese in dem zusätzlich zu der Erfassungsvorrichtung noch weitere Komponenten in die vorgegebenen Bauräume integriert werden können. Andererseits erlauben die Spulenpaare eine bessere EMV, da aufgrund eines kompakten Designs eine geringere Abstrahlung durch die Erfassungsvorrichtung möglich ist.
In einer ersten Ausführungsform des ersten Aspekts können die Wicklungen aus jedem Spulenpaar in einer Dickenrichtung der Leiterplatte zueinander gegenüberliegend angeordnet sein und die Spulenpaare können quer zur Dickenrichtung verteilt angeordnet sein. Dies stellt eine vorteilhafte Ausgestaltung der Spulenpaare in der Leiterplatte dar, die einerseits eine verbesserte Kopplung zwischen den Wicklungen in jedem Spulenpaar und andererseits ein geringes Übersprechen der Spulenpaare untereinander in einer kompakten Ausgestaltung der Leiterplatte ermöglicht.
In einer dritten Ausführungsform des ersten Aspekts können die Sekundärwicklungen als rechteckförmige Spulen ausgebildet sein. Dabei lassen sich rechteckförmige Spulen auf sehr einfache Weise mit kleiner Spulenfläche bereitstellen. Eine Spulenfläche bedeutet dabei eine von der/den Windung(en) einer Wicklung umgebene Fläche in einer Draufsicht auf die Wicklung parallel zur Wickelachse.
In einer vierten Ausführungsform des ersten Aspekts können die Sekundärwicklungen in einer Sekundärwicklungsschaltung in eine erste Untergruppe und eine zweite Untergruppe unterteilt sein, wobei lediglich die Sekundärwicklungen in jeder Untergruppe zueinander in Reihe geschaltet sind. Die Sekundärwicklungsschaltung kann ferner einen ersten Widerstand, der zu einer ersten Sekundärwicklung aus der ersten Untergruppe parallel geschaltet ist, und einen zweiten Widerstand umfassen, der zu einer ersten Sekundärwicklung aus der zweiten Untergruppe parallel geschaltet ist. Durch den ersten Widerstand und den zweiten Widerstand kann ein Offsetabgleich erreicht werden. In Erfassungsvorrichtungen, bei denen die Sekundärwicklungen nicht gleichmäßig über einen Vollkreis um eine Achse herum angeordnet sind, tritt aufgrund der zwangsläufig um die Achse asymmetrischen Anordnung der Sekundärwicklungen ein Offset in Signalen auf, die durch die Sekundärwicklungen ausgegeben werden. Alternativ kann anstelle des ersten Widerstands ein Kondensator und/oder anstelle des zweiten Widerstands ein Kondensator vorgesehen sein. Weiterhin kann auch nur einer von dem ersten Widerstand und dem zweiten Widerstand vorgesehen sein, so dass nur in einer Untergruppe ein Offsetabgleich erreicht wird, wobei anstelle dieses Widerstands ein Kondensator vorgesehen sein kann, so dass lediglich in einer Untergruppe ein Offsetabgleich durch einen Kondensator erreicht wird. In einem speziellen anschaulichen Beispiel der vierten Ausführungsform können wenigstens ein Widerstand und/oder wenigstens ein Kondensator in eine integrierte Schaltung innerhalb der Leiterplatte integriert sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der vierten Ausführungsform des ersten Aspekts kann die Sekundärwicklungsschaltung ferner einen ersten Kondensator und einen zweiten Kondensator umfassen, wobei der erste Kondensator zu einer zweiten Sekundärwicklung aus der ersten Untergruppe parallel geschaltet ist und der zweite Kondensator zu einer zweiten Sekundärwicklung aus der zweiten Untergruppe parallel geschaltet ist. Dies kann im Falle einer Kombination aus dem ersten Widerstand und dem ersten Kondensator in der ersten Untergruppe und von zweitem Widerstand und zweitem Kondensator in der zweiten Untergruppe eine Temperaturstabilität in jeder Untergruppe erhöhen. Alternativ kann nur einer von dem ersten und zweiten Kondensator vorgesehen sein, so dass nur in einer Untergruppe eine verbesserte Temperaturstabilität erreicht wird. In einem speziellen anschaulichen Beispiel dieser vorteilhaften Ausgestaltung der vierten Ausführungsform können wenigstens ein Widerstand und/oder wenigstens ein Kondensator in eine integrierte Schaltung innerhalb der Leiterplatte integriert sein.
In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der vierten Ausführungsform des ersten Aspekts kann die Sekundärwicklungsschaltung ferner einen Zusatzwiderstand oder Zusatzkondensator umfassen, der zwischen eine Sekundärwicklung aus der ersten Untergruppe und eine Sekundärwicklung aus der zweiten Untergruppe geschaltet ist. Dies kann auch eine Alternative zu der fünften Ausführungsform („alternative fünfte Ausführungsform“) sein, wobei anstelle des ersten und/oder zweiten Widerstands (bzw. Kondensators) oder anstelle von beiden Widerständen (bzw. Kondensatoren) ferner der Zusatzwiderstand oder Zusatzkondensator vorgesehen ist. Durch den Zusatzwiderstand oder Zusatzkondensator kann ein Phasenabgleich zwischen den einzelnen Untergruppen erreicht werden. Dabei wird ein Phasenversatz abgeglichen, der auftritt, da die Wicklungen unterschiedlich starke Kopplungen zu den Wicklungen von benachbarten Spulenpaaren aufweisen. Auch hier kann ferner durch eine Kombination aus einem Kondensator und einem Widerstand, die jeweils zwischen einer Wicklung der ersten Untergruppe und einer Wicklung der zweiten Untergruppe angeordnet sind, eine verbesserte Temperaturstabilität erreicht werden. In einem speziellen anschaulichen Beispiel dieser anderen vorteilhaften Ausgestaltung der vierten Ausführungsform können wenigstens ein Widerstand und/oder wenigstens ein Kondensator in eine integrierte Schaltung innerhalb der Leiterplatte integriert sein.
In einem zweiten Aspekt wird eine Erfassungsvorrichtung für einen Lagegeber bereitgestellt, wie z.B. ein Rotorlagegeber oder allgemein ein Lagegeber, der nicht eine Lage eines Rotors einer elektrischen Maschine, sondern eine Lage eines beliebigen rotierenden Teils erfasst, wie etwa eines Teils, das beispielsweise über ein Getriebe an einen Rotor einer elektrischen Maschine angeflanscht ist, oder ein rotierendes Teil, welches nur in einem begrenzten Winkelbereich oder kontinuierlich rotiert.
In anschaulichen Ausführungsformen des zweiten Aspekts umfasst die Erfassungsvorrichtung wenigstens eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklungsschaltung. Die Sekundärwicklungsschaltung weist dabei eine Mehrzahl von Sekundärwicklungen, die mit der wenigstens einen Primärwicklung induktiv gekoppelt sind, und einen Widerstand oder Kondensator auf. Dabei weist die Mehrzahl von Sekundärwicklungen eine erste Untergruppe aus mindestens zwei zueinander in Reihe geschalteten Sekundärwicklungen und eine zweite Untergruppe aus mindestens zwei zueinander in Reihe geschalteten Sekundärwicklungen auf. Es kann hier nun der Widerstand oder Kondensator zwischen eine Sekundärwicklung aus der ersten Untergruppe und eine Sekundärwicklung aus der zweiten Untergruppe geschaltet sein und/oder er kann zu einer ersten Sekundärwicklung aus der ersten Untergruppe parallel geschaltet sein, möglicherweise mit einem zweiten Widerstand oder Kondensator, der zu einer ersten Sekundärwicklung aus der zweiten Untergruppe parallel geschaltet sein kann. Hierbei kann einerseits durch den Widerstand oder Kondensator zwischen einer Sekundärwicklung aus der ersten Untergruppe und einer Sekundärwicklung aus der zweiten Untergruppe ein Phasenabgleich zwischen den einzelnen Untergruppen erreicht werden, andererseits kann durch den Widerstand oder Kondensator in Parallelschaltung zu der ersten Sekundärwicklung aus der ersten Untergruppe möglicherweise mit dem zweiten Widerstand oder Kondensator in Parallelschaltung zu der ersten Sekundärwicklung aus der zweiten Untergruppe ein Offset-Abgleich erreicht werden. Dies ermöglicht, dass ein Phasenversatz abgeglichen wird, der sonst immer auftritt, da die Wicklungen unterschiedlich starke Kopplungen zu Wicklungen von benachbarten Spulenpaaren aufweisen und/oder ein Offset abgeglichen wird, der bei einer asymmetrischen Spulenanordnung auftritt. In vorteilhafteren Ausgestaltungen hierin kann ferner durch eine Kombination aus einem Kondensator und einem Widerstand eine verbesserte Temperaturstabilität erreicht werden.
In einer ersten Ausführungsform des zweiten Aspekts können die wenigstens eine Primärwicklung und die Sekundärwicklungsschaltung zusammen in eine Leiterplatte integriert sein. Damit wird ein sehr kompaktes Design für die Erfassungsvorrichtung bereitgestellt. In einigen speziellen anschaulichen Ausgestaltungen hierin können eine Anzahl an Primärwicklungen und eine Anzahl an Sekundärwicklungen gleich sein und es kann in der Leiterplatte jeweils eine Primärwicklung genau einer Sekundärwicklung zugerichtet sein (d.h. es wird ein Spulenpaar gebildet). In diesem Fall wird eine 1:1-Zuordnung zwischen Primärwicklungen und Sekundärwicklungen bereitgestellt, wobei eine Kopplung zwischen einer Primärwicklung und einer zugeordneten Sekundärwicklung verbessert ist. Weiterhin ist hier eine Empfindlichkeit gegenüber elektromagnetischen Störfeldern verringert, da durch die Verwendung von mehr als einer Primärwicklung in der Primärwicklungsschaltung eine von einer Primärwicklung eingenommene Fläche in der Leiterplatte geringer ist als wenn lediglich eine Primärwicklung vorgesehen ist. Auch erlauben Primärwicklungen von kleinerer Größe eine Platzeinsparung im Design der Primärwicklungsschaltung, da nun Platz neben und zwischen einzelnen Primärwicklungen verfügbar wird. Neben einem Verzicht auf eine großflächige Primärwicklung, die eine große Einfangfläche für Störfelder bietet, kann eine Größe einer Primärwicklung auf eine Größe der zugeordneten Sekundärwicklung abgestimmt werden, was ermöglicht, dass eine Kopplung zwischen Primärwicklungen und zugeordneten Sekundärwicklungen verbessert und eine Störung einer Sekundärwicklung durch eine Primärwicklung, die einer benachbarten Sekundärwicklung zugeordnet ist, verringert wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der ersten Ausführungsform des zweiten Aspekts können die Sekundärwicklungen als sinusförmige Spulen ausgebildet sein. Dabei erlauben sinusförmige Spulen eine Erzeugung eines sinusförmigen Messsignals unter Nutzung einer einfachen Geberstruktur in einem Erfassungssystem, beispielsweise einer streifenförmigen Geberstruktur mit im Wesentlichen konstanter Breite entlang der Geberstruktur über einem Umlauf, wobei der Streifen jedoch Unterbrechungen aufweist, die dafür sorgen, dass eine sinusförmige Spule, die die Geberstruktur abtastet, einen Überlappungsbereich (d.h. auf den Streifen projizierte Fläche der Spule) zwischen zwei Unterbrechungen aufweist, der zu einem monoton steigenden oder fallenden Signal einer in der Spule beim Abtasten des Streifens führt. Beispielsweise kann hierbei die Mehrzahl von Sekundärwicklungen als zwei sinusförmige Spulen jeweils mit Mittelabgriff ausgebildet sein, wobei sich durch eine sinusförmige Spule mit Mittelabgriff zwei Sekundärwicklungen verwirklichen, über die durch den Mittelabgriff auf einfache Weise ein Abgriff über jeweils einer einzelnen Sekundärwicklung ermöglicht.
In einer zweiten Ausführungsform des zweiten Aspekts kann die Sekundärwicklungsschaltung ferner einen ersten Widerstand, der zu einer ersten Sekundärwicklung aus der ersten Untergruppe parallel geschaltet ist, und einen zweiten Widerstand umfassen, der zu einer ersten Sekundärwicklung aus der zweiten Untergruppe parallel geschaltet ist. Durch den ersten Widerstand und den zweiten Widerstand kann ein Offsetabgleich erreicht werden. In Erfassungsvorrichtungen, bei denen die Sekundärwicklungen nicht gleichmäßig über einen Vollkreis um eine Achse herum angeordnet sind, tritt aufgrund der zwangsläufig um die Achse asymmetrischen Anordnung der Sekundärwicklung ein Offset in Signalen auf, die durch die Sekundärwicklungen ausgegeben werden. Alternativ kann anstelle des ersten Widerstands ein Kondensator und/oder anstelle des zweiten Widerstands ein Kondensator vorgesehen sein. Weiterhin kann auch nur einer von dem ersten Widerstand und dem zweiten Widerstand vorgesehen sein, so dass nur in einer Untergruppe ein Offsetabgleich erreicht wird, wobei anstelle dieses Widerstands ein Kondensator vorgesehen sein kann, so dass lediglich in einer Untergruppe ein Offsetabgleich durch einen Kondensator erreicht wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der zweiten Ausführungsform des zweiten Aspekts kann die Sekundärwicklungsschaltung ferner einen ersten Kondensator und einen zweiten Kondensator umfassen, wobei der erste Kondensator zu einer zweiten Sekundärwicklung aus der ersten Untergruppe parallel geschaltet ist und der zweite Kondensator zu einer zweiten Sekundärwicklung aus der zweiten Untergruppe parallel geschaltet ist. Dies kann im Falle einer Kombination aus dem ersten Widerstand und dem ersten Kondensator in der ersten Untergruppe und einer Kombination aus dem zweiten Widerstand und dem zweiten Kondensator in der zweiten Untergruppe eine Temperaturstabilität in jeder Untergruppe erhöhen. Alternativ kann nur einer von dem ersten und zweiten Kondensator vorgesehen sein, so dass nur in einer Untergruppe eine verbesserte Temperaturstabilität erreicht wird.
In weiteren Ausführungsformen des ersten und zweiten Aspekts können die erste Untergruppe und die zweite Untergruppe jeweils zwei Sekundärwicklungen mit entgegengesetztem Wicklungssinn aufweisen. Dadurch wird eine Ausgabe von differentiellen Ausgangssignalen für die Untergruppen in der Sekundärwicklungsschaltung bereitgestellt, so dass beispielsweise über die Sekundärwicklungen eingestreute Störsignale kompensiert werden können.
In einem dritten Aspekt wird ein Erfassungssystem bereitgestellt. In anschaulichen Ausführungsformen umfasst das Erfassungssystem eine Erfassungsvorrichtung gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt und ein Geberelement, das relativ zur Erfassungsvorrichtung drehbar angeordnet ist, wobei das Geberelement eine Geberstruktur aufweist, die aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet ist.
Im Erfassungssystem des dritten Aspekts wird in vorteilhafter Weise eine Winkellage zwischen Erfassungsvorrichtung und Geberelement erfasst, wenn das Geberelement relativ zur Erfassungsvorrichtung bewegt wird. Beispielsweise kann eine relative Drehbewegung zwischen Geberelement und Erfassungsvorrichtung durch eine Drehbewegung eines Läufers, in speziellen Anwendungen kann dies ein Rotor einer elektrischen Maschine sein, eine in den Sekundärwicklungen induzierte Spannung in Abhängigkeit von einer momentanen Position des Geberelements zu der Erfassungsvorrichtung erzeugen. In anderen Worten wird ein von der Primärwicklungsschaltung erzeugtes magnetisches Feld durch das Geberelement moduliert und das modulierte magnetische Feld induziert in den Sekundärwicklungen der Erfassungsvorrichtung ein Spannungssignal, das ein durch eine Geberstruktur des Geberelements moduliertes Signal des elektrischen Signals darstellt, das an die Primärwicklungsschaltung angelegt wird, wobei die Geberstruktur entlang eines Umlaufs des Geberelements bezüglich der Erfassungsvorrichtung eine winkelabhängig variierende Form bzw. Gestalt der Geberstruktur aufweist.
In der Erfassungsvorrichtung gemäß dem ersten und/oder zweiten Aspekt können die Primär- und Sekundärwicklungen als Luftspulen bereitgestellt sein, was bedeutet, dass die Primär- und Sekundärwicklungen ohne einen magnetisierbaren Kern bereitgestellt sind. In diesem Fall tragen externe Magnetfelder aufgrund des Fehlens eines magnetischen Kernmaterials in der Spule nicht oder nur in tolerierbarem Maße zu einer Aufmagnetisierung oder auch Sättigung bei, so dass das gewonnene Ausgangssignal relativ störunanfällig ist, beispielsweise gegenüber den großen Magnetfeldern, die in elektrischen Maschinen auftreten. Somit können Wirbelstromverluste der Geberstruktur, wenn diese zumindest teilweise aus einem elektrisch/magnetisch leitenden Material aufgebaut ist, zur Beeinflussung der Ausgangssignale der Erfassungsvorrichtung ausgenutzt werden, so dass die Erfassungsvorrichtung gemäß dem ersten und zweiten Aspekt im Hinblick auf elektromagnetische Einflüsse störfest ist.
Weitere Vorteile und anschauliche Ausführungsformen der oben dargestellten Aspekte der Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Figuren beschrieben, wobei:

1a-1b schematisch einen Rotorlagegeber gemäß einiger anschaulicher Ausführungsformen in ebenen Ansichten zeigen, wobei die Ansicht in 1b eine Schnittansicht entlang der Linie 1 b-1 b in 1a darstellt;
2 schematisch in einer ausgeschnittenen perspektivischen Ansicht einen Rotorlagegeber gemäß anderen anschaulichen Ausführungsformen zeigt;
3 schematisch in einer ebenen Ansicht eine Erfassungsvorrichtung gemäß einiger anschaulicher Ausführungsformen zeigt;
4 schematisch eine Anordnung von Sekundärwicklungen mit Bezug auf eine Geberstruktur und die sich daraus ergebenden Ausgangssignale der Erfassungsvorrichtung gemäß einiger anschaulicher Ausführungsformen zeigt;
5 schematisch Anordnungen von einzelnen Sekundärwicklungen mit Bezug auf eine Geberstruktur gemäß einiger anschaulicher Ausführungsformen zeigt;
6 schematisch in einer Aufsicht eine Primärwicklung und eine Mehrzahl von Sekundärwicklungen gemäß einiger anschaulicher Ausführungsformen zeigt;
7 schematisch in einer Aufsicht Sekundärwicklungen mit Mittelabgriff gemäß einigen anschaulichen Ausführungsformen zeigt;
8 schematisch in einer Aufsicht Sekundärwicklungen mit mehreren Windungen und Mittelabgriff gemäß einigen anschaulichen Ausführungsformen zeigt
9 schematisch eine Schaltungsansicht eines Erfassungssystems gemäß einigen anschaulichen Ausführungsformen zeigt;
10 schematisch eine Schnittansicht eines Erfassungssystems gemäß einigen anschaulichen Ausführungsformen zeigt, wobei in einer Leiterplatte ein Spulenpaar angeordnet ist;
11 schematisch eine Schaltungsansicht eines Erfassungssystems gemäß einigen anderen anschaulichen Ausführungsformen zeigt;
12 schematisch eine Schaltungsansicht eines Erfassungssystems gemäß wieder einigen anderen anschaulichen Ausführungsformen zeigt; und
13 schematisch eine Schaltungsansicht einer Mehrzahl von Primärwicklungen gemäß einigen anschaulichen Ausführungsformen zeigt.

Verschiedene nachfolgend beschriebene anschauliche Ausführungsformen können eine Anwendung von Erfassungsvorrichtungen in Rotorlagegebern betreffen. Dabei umfasst ein Rotorlagegeber gemäß anschaulichen Ausführungsformen allgemeinen ein Erfassungssystem zur Erfassung einer Winkellage zwischen einer Erfassungsvorrichtung des Erfassungssystems und ein Geberelement des Erfassungssystems. Das Geberelement weist dabei eine Geberstruktur auf, die aus einem elektrisch/magnetisch leitfähigen Material gebildet ist und sich bei einer vollständigen Drehung (d.h. eine Drehung um 360° um eine Drehachse des Geberelements relativ zur Erfassungsvorrichtung) winkelabhängig ändert, wodurch eine Winkellage zwischen Erfassungsvorrichtung und Geberelement erfasst wird.
Eine Primärwicklungsschaltung in der Erfassungsvorrichtung erzeugt dabei ein magnetisches Feld, das durch die Geberstruktur des Geberelements moduliert wird. Ein entsprechend moduliertes magnetisches Feld induziert wiederrum in einer Mehrzahl von Sekundärwicklungen der Erfassungsvorrichtung entsprechend modulierte elektrische Signale. Aus einem Vergleich zwischen einem elektrischen Signal, das an die Primärwicklungsschaltung zur Erzeugung des magnetischen Felds angelegt ist, und dem elektrischen Signal, das durch die Sekundärwicklungen darauf in Antwort ausgeben wird, kann auf eine Winkellage zwischen Geberelement und Erfassungsvorrichtung geschlossen werden.
Mit Bezug auf die 1a, 1b und 2 werden nun zwei alternative Ausgestaltungen für einen Rotorlagegeber mit einem Erfassungssystem zur Erfassung einer Winkellage zwischen einer Erfassungsvorrichtung des Erfassungssystems und einem Geberelement des Erfassungssystems beschrieben.
1a zeigt schematisch in einer Seitenansicht einen Rotorlagegeber 1 einer elektrischen Maschine. Dabei ist eine Geberstruktur 3 an einer axialen Oberfläche eines Läufers, beispielsweise ein Rotor 2 einer elektrischen Maschine, angebracht und mit diesem bewegbar. In anschaulichen Beispielen kann die elektrische Maschine eine permanentmagnetisch erregte Maschine sein, in der ein Winkelsignal zur elektrischen Kommutierung verwendet wird. Weiterhin ist eine Erfassungsvorrichtung 4 bereitgestellt, die der Geberstruktur 3 axial gegenüberliegend angeordnet ist. Die Geberstruktur 3 und die Erfassungsvorrichtung 4 bilden ein Erfassungssystem für den Rotorlagegeber 1, wobei die Geberstruktur 3 relativ zu der Erfassungsvorrichtung 4 drehbar angeordnet ist.
Gemäß anschaulichen Ausführungsformen ist die Geberstruktur 3 auf einem geeigneten Trägermaterial 7a aufgebracht oder direkt in einem Basismaterial des Rotors 2, der auf einer Welle 2a sitzt, angebracht. Unter einem Basismaterial des Rotors 2 wird ein Material verstanden, das für die Funktion des Rotors 2 vorgesehen ist, wie z.B. ein Material zur Halterung von Komponenten der elektrischen Maschine, wie etwa Magnete und dergleichen.
1b zeigt einen Schnitt entlang der Linie 1b-1b in 1a, wobei die Geberstruktur 3 in dieser Ausführungsform eine einzelne Spur 3a aufweist, die sich periodisch über einen vollständigen mechanischen Umlauf des Rotors 2 (d.h. eine Drehung des Rotors 2 um die Welle 2a um 360°) erstreckt. Dies stellt jedoch keine Beschränkung der vorliegenden Erfindung dar und die Spur 3a kann stattdessen als ein Streifen von im Wesentlichen konstanter Breite (ohne die in 1b dargestellte periodisch variierende Breite, wobei periodisch Unterbrechungen im Streifen vorgesehen sind) oder als ein Streifen mit sich monoton über einen vollständigen mechanischen Umlauf des Rotors 2 ändernder Breite ausgebildet sein. Gemäß einigen beispielhaften Ausgestaltungen kann die Geberstruktur 3 anstelle der in 1b dargestellten Spur 3a sich wiederholende Dreieckstrukturen aufweisen. Es könne aber auch andere Formen, die eine positionsabhängige Induktivitätsänderung ergeben, etwa rechteckförmige Strukturen etc. verwendet werden. In einigen anschaulichen Beispielen kann die Geberstruktur 3 beispielsweise Aluminium, Stahl, Kupfer, eine Leiterplatte, einer oder mehrere leitende Folien oder einen metallisierten Kunststoff umfassen. Im Allgemeinen kann die Geberstruktur 3 lediglich elektrisch leitfähig sein, insbesondere ist die Geberstruktur nicht magnetisch oder magnetisierbar, und kann daher einen elektrisch leitfähigen Bestandteil aufweisen, der in ein Trägermaterial des Rotors 2 eingebettet oder daran angebracht ist, das nicht elektrisch leitfähig ist. Dies stellt jedoch keine Beschränkung der Erfindung dar und die Geberstruktur kann durch ein magnetisches oder magnetisierbares Material gebildet sein, das in ein Trägermaterial des Rotors 2 eingebettet oder daran angebracht ist.
Mit Bezug auf 2 ist in einer ausgeschnittenen perspektivischen Ansicht schematisch ein Rotorlagegeber 10 gemäß anschaulicher Ausführungsformen dargestellt, in denen der Rotorlagegeber 10 an einem Motor angebracht und als eine zu dem Rotorlagegeber 1 in 1a und 1b alternative Ausgestaltung ausgebildet ist. Der Rotorlagegeber 10 weist dabei ein Erfassungssystem auf, das aus einer Erfassungsvorrichtung 12 und einer Geberstruktur 14 gebildet ist, wobei die Geberstruktur 14 zu der Erfassungsvorrichtung 12 um eine Rotorachse R drehbar angeordnet ist. Die Geberstruktur 14 ist hierbei an einer radialen Oberfläche eines Läufers, beispielsweise ein Rotor 18 einer elektrischen Maschine, angebracht und mit diesem bewegbar. Wie in 2 dargestellt, weist der Motor eine Stator-Spule 19 auf, mit der ein Stator des Motors bewickelt ist. Die Geberstruktur 14 kann entsprechend der Geberstruktur 3 ausgebildet sein, wobei auf die obige Beschreibung in dieser Hinsicht Bezug genommen wird.
Gemäß der Darstellung in 2 ist die Erfassungsvorrichtung radial gegenüberliegend zu der Geberstruktur 14 an von außen an einem Motorgehäuse 16 des Motors angeordnet, wobei die Stator-Spule 19 relativ zum Rotor 18 ruht. In der Darstellung von 2 ist das Motorgehäuse 16 aus darstellungsgründen teilweise aufgeschnitten, um die unter der Erfassungsvorrichtung 12 angeordnete Geberstruktur 14 zu zeigen, die in der perspektivischen Ansicht von 2 sonst durch das Motorgehäuse 16 verdeckt würde.
Gemäß einigen anschaulichen Ausführungsformen kann die Erfassungsvorrichtung 12 eine Mehrzahl von Wicklungen (nicht dargestellt) und eine elektronische Schaltung (nicht dargestellt) umfassen, die von den Wicklungen ausgegebene Signal verarbeitet und als Positionssignale ausgibt, wie z.B. elektrische Signale wie Spannungsamplituden, Differenzspannungen, Stromamplituden, Differenzströme, Frequenzen, Phasenlagen usw., wobei aus diesen elektrischen Signale eine Drehwinkellage des Rotors 18 relativ zur Erfassungsvorrichtung 12 ableitbar ist.
Mit Bezug auf 3 werden einige anschauliche Ausführungsformen einer Erfassungsvorrichtung 20 im Folgenden genauer erläutert. Die Erfassungsvorrichtung 20 weist eine Leiterplatte 22 mit einer Mehrzahl von Spulen auf, wie eine Mehrzahl von Sekundärwicklungen 24a, 24b, 24c und 24d, die in der Leiterplatte 22 nebeneinander angeordnet sind. Es kann ferner mindestens eine Primärwicklung (nicht dargestellt) in der Leiterplatte 22 ausgebildet sein. Beispielsweise kann eine einzige Primärwicklung (nicht dargestellt) vorgesehen sein, wobei diese Primärwicklung (nicht dargestellt) die Sekundärwicklungen 24a bis 24d in der in 3 dargestellten Aufsicht umgeben kann. Alternativ können zwei Primärwicklungen (nicht dargestellt) vorgesehen sein, wobei eine der Primärwicklungen (nicht dargestellt) die zwei nebeneinander angeordnete Sekundärwicklungen 24a und 24b in der dargestellten Aufsicht umgeben kann, während die andere der Primärwicklungen (nicht dargestellt) die zwei benachbarten Sekundärwicklungen 24c und 24d in der dargestellten Aufsicht umgeben kann. In einer weiteren Alternative können vier Primärwicklungen (nicht dargestellt) vorgesehen sein, wobei eine jede dieser Primärwicklungen (nicht dargestellt) jeweils eine der Sekundärwicklungen 24a bis 24d im Wesentlichen kongruent überlagern kann.
Die Sekundärwicklungen 24a bis 24d können als rechteckförmige Spulen (wie in 3 gestrichelt dargestellt ist) ausgebildet sein. Unter dem Begriff rechteckförmig wird eine Form verstanden, die aus einem Rechteck unter Deformieren (Strecken oder Stauchen von wenigstens einer Seite des Rechtecks) des Rechtecks hervorgeht (wie z.B. ein Trapez) oder ein Rechteck ist. Dabei soll auch eine Stauchung einer Strecke auf einen Punkt als unter den Begriff „Deformieren“ fallend verstanden werden, so dass ein Rechteck auch in ein Dreieck deformiert werden kann.
Gemäß einigen anschaulichen Ausführungsformen kann die Leiterplatte 22 in dem Rotorlagegeber von 1a und 1b derart eingesetzt sein, dass die Leiterplatte 22 im Zusammenhang mit 1b mit dem Bezugszeichen 4 zu identifizieren wäre. In diesem Fall wäre unter dem Begriff rechteckförmig auch eine Form zu verstehen, die aus einem Rechteck durch Deformieren (wie oben beschrieben) hervorgehen kann, wobei ferner wenigstens eine radiale Seite eines deformierten Rechtecks in einer axialen Anordnung gemäß 1b eine Krümmung aufweisen kann, die im Wesentlichen einer Krümmung auf einer radialen Linie um die Welle 2a in 1b herum in der Leiterplatte 22 (vgl. Bezugszeichen 4 in 1b in dieser Hinsicht) entspricht. Mit anderen Worten kann eine entsprechend gekrümmte radiale Seite einem Kreisbogenabschnitt um die Welle 2a in 1b an der Stelle der radialen Seite bezüglich der Welle 2a entsprechen.
Gemäß anderen anschaulichen Ausführungsformen kann die Leiterplatte 22 in dem Rotorlagegeber von 2 derart eingesetzt sein, dass die Leiterplatte 22 im Zusammenhang mit 2 mit einer der Geberstruktur 14 in 2 zugerichteten unteren Fläche der Erfassungsvorrichtung 12 in 2 zu identifizieren wäre. Diese untere Fläche der Erfassungsvorrichtung 12 in 2 kann planar sein oder entsprechend einem Kreisbogenabschnitt um die Rotorachse R in 2 herum an der Stelle der unteren Fläche der Erfassungsvorrichtung 12 in 2 ausgebildet sein. In diesem Fall wäre unter dem Begriff rechteckförmig auch eine Form zu verstehen, die aus einem Rechteck durch Deformieren (wie oben beschrieben) hervorgehen kann, wobei ferner wenigstens eine radiale Seite eines deformierten Rechtecks in einer radialen Anordnung gemäß 2 eine Krümmung aufweisen kann, die im Wesentlichen einer Krümmung auf einer radialen Linie um die Rotorachse R in 2 herum in der Leiterplatte 22 (vgl. untere Fläche von Erfassungsvorrichtung 12 in 2 in dieser Hinsicht) entspricht. Weiterhin kann die Leiterplatte 22 in einer Anwendung als Element der Erfassungsvorrichtung 12 in 2 im Zusammenhang mit 2 in der Erfassungsvorrichtung 12 von 2 derart orientiert, dass eine Flächennormale der Leiterplatte parallel zu einer radialen Richtung bezüglich einer Drehung um die Rotorachse R in 2 orientiert wäre.
Mit Bezug auf 3 ist eine Ausführungsform gezeigt, in der die Sekundärwicklungen 24a bis 24d in ein Material der Leiterplatte 22 integriert ist, was durch die gestrichelte Darstellung der Sekundärwicklungen 24a bis 24d veranschaulicht wird. Dies stellt eine verbesserte Integrität der Sekundärwicklungen 24a bis 24d selbst bei anspruchsvollen Umgebungsbedingungen bereit. Dazu können die Sekundärwicklungen 24a bis 24d mit oder ohne ein Trägermaterial mit einem geeigneten Material umspritzt oder vergossen oder in einem Gehäuse verbaut oder nur mit einer Leiterplatte bereitgestellt werden. Bei der Umspritzung oder dem Verguss der Sekundärwicklungen muss nicht unbedingt jede der Sekundärwicklungen 24a bis 24d vollständig in das Material der Leiterplatte 22 eingebettet sein, sondern es kann eine oberste Leiteroberfläche von jeder der Sekundärwicklungen 24a bis 24d frei bleiben oder die Bedeckung der Sekundärwicklungen 24a bis 24d kann gering sein, so dass sich zusammen mit einer Dicke des Materials der Leiterplatte 22 ein gewünschter Spalt zu einer Geberstruktur (nicht dargestellt) ergibt. Alternativ können die Sekundärwicklungen auf der Leiterplatte 22 angebracht und mit elektrischen Leitungen (nicht dargestellt) in der Leiterplatte 22 über externe Anschlüsse (nicht dargestellt) der Leiterplatte 22 verbunden sein.
Im Hinblick auf die 1 bis 3 wird angemerkt, dass aufgrund einer kleineren Abmessung der dargestellten Erfassungsvorrichtungen gegenüber einer Umfanglänge der dargestellten Geberstrukturen, die Sekundärwicklungen und entsprechend auch die nicht dargestellte(n) Primärwicklung(en) lediglich über einen Kreisbogenabschnitt des Stators angeordnet sind.
Mit Bezug auf 4 werden ein Zusammenhang zwischen Geberstruktur und Sekundärwicklungen gemäß einigen anschaulichen Ausführungsformen und die von den Sekundärwicklungen ausgegebenen elektrischen Signale beschrieben.
4 zeigt schematisch die Anordnung einer Geberstruktur 36 eines Geberelements 37 in Relation zu einer Mehrzahl von Sekundärwicklungen 50. Die Mehrzahl von Sekundärwicklungen 50 wird durch vier Sekundärwicklungen 34a, 34b, 34c und 34d gebildet, die darstellungsgemäß als rechteckförmige Wicklungen ausgebildet und mit Bezug auf die Geberstruktur 36 nebeneinander angeordnet sind. Die Geberstruktur 36 stellt hierbei eine Struktur dar, wie oben mit Bezug auf die vorhergehenden Figuren beschrieben ist, so dass hier keine weitere Wiederholung der obigen Beschreibung erfolgt. Insbesondere stellt die Geberstruktur 36 eine Struktur gebildet aus einem elektrisch leitfähigen Material dar, die entlang eines Umlaufs eines Läufers (nicht dargestellt) einfach oder mehrfach periodisch ausgebildet ist, beispielsweise mindestens eine Periode der Geberstruktur 36 eine volle Umdrehung des Läufers (nicht dargestellt) bedeutet.
Mit Bezug auf 4 sind die Sekundärwicklungen 34a bis 34d mit Bezug auf die Geberstruktur 36 derart nebeneinander angeordnet, dass die Sekundärwicklungen 34a bis 34d entlang einer Periode der Geberstruktur 36 zueinander im Wesentlichen äquidistant angeordnet sind. Damit lassen sich den Sekundärwicklungen 34a bis 34d jeweils ein Abschnitt der Geberstruktur 36 zuordnen, so dass die Geberstruktur 36 in vier im Wesentlichen entlang der Periode der Geberstruktur 36 gleich große Abschnitte aufgeteilt wird. Mit anderen Worten sind die Sekundärwicklungen zueinander jeweils mit Bezug auf die Periode der Geberstruktur um ein Viertel der Periode der Geberstruktur 36 nebeneinander versetzt angeordnet. Damit weist die Sekundärwicklung 34a zu der Sekundärwicklung 34b eine Relation von einem Viertel der Periode der Geberstruktur 36 auf, die Sekundärwicklung 34a weist zu der Sekundärwicklung 34c eine Relation von einer halben Periode der Geberstruktur 36 auf und die Sekundärwicklung 34a weist zu der Sekundärwicklung 34d eine Relation von einem Dreiviertel der Periode der Geberstruktur 36 auf.
Mit Bezug auf die schematische Darstellung von 4 ist ferner eine signalverarbeitende Schaltung 32 dargestellt, die mit den Sekundärwicklungen 34a bis 34d verbunden ist, die durch die Sekundärwicklungen 34a bis 34d ausgegebene elektrische Signale empfängt, verarbeitet und als verarbeitete Signale 30 ausgibt. In einigen anschaulichen Beispielen kann durch die signalverarbeitende Schaltung eine Filterung und/oder ein Offsetabgleich und/oder ein Phasenabgleich bewirken, wie weiter unten ausführlicher erläutert wird. Dabei sind die Sekundärwicklungen 34a und 34c in einer Untergruppe 35a miteinander verschaltet und geben elektrische Signale an die signalverarbeitende Schaltung 32 aus. Weiterhin sind die Sekundärwicklungen 34b und 34c miteinander in einer Untergruppe 35b verschaltet und geben elektrische Signale an die signalverarbeitende Schaltung 32 aus.
Die in 4 dargestellten verarbeiteten Signale 30 sind beispielshaft über ein Zeitintervall dargestellt, dass genau einer Periode der Geberstruktur 36 entspricht. Mit anderen Worten, das dargestellte Zeitintervall stellt ein Intervall dar, in dem die Mehrzahl von Sekundärwicklungen 50 eine ganze Periode der Geberstruktur 36 überstreicht bzw. abtastet. Dabei sind mit Bezug auf die Geberstruktur 36 die von der Untergruppe 35a ausgegebenen Signale als „Sinus“ in den verarbeiteten Signalen 30 dargestellt, während die von der Untergruppe 35b ausgegebenen Signale als „Cosinus“ in den verarbeiteten Signalen 30 dargestellt sind. Diese Sinus- und Cosinus-Signale erlauben eine eindeutige Identifizierung einer Winkellage und Drehrichtung der Sekundärwicklungen 34a bis 34d bezüglich der Geberstruktur 36 und damit von einer die Sekundärwicklungen umfassenden Erfassungsvorrichtung bezüglich der Geberstruktur 36.
Mit Bezug auf 5 sind einzelne Sekundärwicklungen 64a bis 64d bezüglich verschiedener Abschnitte 63a bis 63d einer Geberstruktur zum gleichen Zeitpunkt dargestellt. Dabei ist ersichtlich, dass zwischen den von den Sekundärwicklungen 64a und 64b abgetasteten Abschnitten 63a und 63b eine Winkellage von 180° bezogen auf eine Periode der Geberstruktur besteht. Entsprechend besteht zwischen den von den Sekundärwicklungen 64c und 64d abgetasteten Abschnitten 63c und 63d eine Winkellage von 180° bezogen auf eine Periode der Geberstruktur. Hingegen besteht zwischen den von den Sekundärwicklungen 64a und 64c abgetasteten Abschnitten 63a und 63c eine Winkellage von 90° bezogen auf eine Periode der Geberstruktur, während zwischen den von den Sekundärwicklungen 64b und 64d abgetasteten Abschnitten 63c und 63d eine Winkellage von 90° bezogen auf eine Periode der Geberstruktur besteht.
Hinsichtlich 4 können die Sekundärwicklungen 64a bis 64d in 5 mit den Sekundärwicklungen 34a bis 34d identifiziert werden, wobei die Abschnitte 63a bis 63d dann Abschnitte der Geberstruktur 36 darstellen, die von den entsprechenden Sekundärwicklungen 34a bis 34d zum gleichen Zeitpunkt abgetastet werden.
In den mit Bezug auf die 1 bis 5 beschriebenen Ausführungsformen kann die Geberstruktur sinusförmig auf oder an einem Geberelement ausgebildet sein. Dabei ist die Sinusform vorteilhaft, da durch diese Geometrie die Geberstruktur in der Lage ist, eine Bedämpfungsfläche in Form einer Sinusspur zu bilden, womit wiederum ein von einer Erfassungsvorrichtung erfasstes elektrisches Signal sinusartig beeinflussbar ist und damit leicht auswertbar ist. Dies stellt jedoch keine Beschränkung dar und grundsätzlich können auch andere Geberstrukturen verwendet werden, wie weiter oben schon angemerkt wurde. Im Allgemeinen sind Geberstrukturen nicht unbedingt mehrfach periodisch bei einem vollen Umlauf, solange eine eindeutige Zuordnung von durch eine die Geberstruktur abtastende Erfassungsvorrichtung erfassten elektrischen Signalen zu einer Position bzw. Winkellage der Erfassungsvorrichtung bezüglich der Geberstruktur entlang eines vollen Umlaufs möglich ist.
Entsprechend der obigen Beschreibung verschiedener Ausführungsformen werden in einem Erfassungssystem gemäß einigen anschaulichen Ausführungsformen durch ein Geberelement modulierte Ausgangssignale von verschiedenen Untergruppen von Sekundärwicklungen (vgl. beispielsweise Untergruppen 35a und 35b in 4) bereitgestellt, bei denen die Amplitude und/oder Phase und/oder Frequenz eines Ausgangssignals entsprechend einer Geberstruktur des Geberelements im Verlauf einer Drehbewegung vom Geberelement relativ zur Erfassungsvorrichtung geändert werden. Untergruppen von Sekundärwicklungen können mit Bezug auf die Geberstruktur festgelegt werden, in dem die von zwei Untergruppen ausgegebenen elektrischen Signale bezüglich einer Periode der Geberstruktur zueinander einen Phasenversatz von 90° Grad aufweisen. Dies erlaubt die Bereitstellung von Ausgangssignalen der Untergruppen, die in einer sinus- und cosinusartigen Beziehung zueinander stehen und daher leicht mit bekannten Methoden auszuwerten sind. Innerhalb einer Untergruppe können die Sekundwicklungen derart zueinander angeordnet sein, dass sie mit Bezug zueinander elektrische Signale ausgeben, die entweder einen Phasenversatz von 180° bezogen auf eine Periode der Geberstruktur oder einen Phasenversatz von 360° bezogen auf eine Periode der Geberstruktur aufweisen. Im Falle eines Phasenversatzes von 180° können die von den Sekundärwicklungen in einer Untergruppe ausgegebenen Signale als differentielle Ausgangssignale der Untergruppe bereitgestellt werden, so dass gleiche Störsignale, die von jeder Sekundärwicklung in einer Untergruppe erzeugt werden, kompensiert werden.
Mit Bezug auf die 6 bis 8 werden anschauliche Ausführungsformen beschrieben, bei denen die Sekundärwicklungen als sinusförmige Spulen ausgebildet sind. Im Falle von sinusförmigen Sekundärwicklungen ist es nicht erforderlich, dass eine Geberstruktur eines Geberelements eine sich ändernde Struktur entlang einer vollständigen Drehung aufweist. Falls eine sich periodisch ändernde Geberstruktur von einer sinusförmigen Sekundärwicklung abgetastet wird, so ergibt sich ein elektrisches Ausgangssignal, das eine entsprechend der sich periodisch ändernden Geberstruktur modifiziertes Sinus-Signal darstellt. Beispielsweise führt eine sinusförmige Geberstruktur, die von einer sinusförmigen Sekundärwicklung abgetastet wird, zu einem elektrischen Signal, das proportional zu sin² ist.
Mit Bezug auf 6 ist eine Erfassungsvorrichtung 100 schematisch dargestellt. Die Erfassungsvorrichtung 100 umfasst eine Primärwicklung 110 und eine Mehrzahl von Sekundärwicklungen, die durch die sinusförmige Spule 120a und durch die sinusförmige Spule 120b bereitgestellt werden. Die Primärwicklung stellt eine rechteckförmige Spule dar, die die Mehrzahl von Sekundärwicklungen in der dargestellten Aufsicht umgibt. Eine Leiterplatte der Erfassungsvorrichtung 100 ist nicht dargestellt.
Jede der sinusförmigen Spulen 120a und 120b ist aus zwei sinusförmigen Spulenabschnitten gebildet, die zueinander einen Phasenversatz von 180° bezogen auf ihre Sinusform aufweisen. Damit stellt sich anschaulich jede der sinusförmigen Spulen 120a und 120b in ihrer Form ähnlich zu „∞“ dar. In speziellen anschaulichen Beispielen können die sinusförmige Spule 120a und die sinusförmige Spule 120b bezogen auf ihre Gestalt im Wesentlichen deckungsgleich ausgebildet sein, wobei sie jedoch um 90° bezogen auf ihre Sinusform versetzt angeordnet sind. Die stellt ein vorteilhaftes, jedoch nicht beschränkendes Beispiel dar, bei dem entsprechende Spulen leicht in einer Massenfertigung herstellbar sind und eine Ausgabe von sinusförmigen Signalen gewährleistet wird.
Da jede der sinusförmigen Spulen 120a und 120b einander und untereinander mehrfach überlappen, sind die sinusförmigen Spulen 120a und 120b als vorzugsweise als mehrlagige Spulen ausgebildet, bei denen vertikale Kontakte V zwischen den einzelnen Lagen eine elektrische Verbindung herstellen. Im Hinblick auf die Sekundärwicklungen und die Primärwicklung 110 dienen die vertikalen Kontakte auch als äußere Kontakte. Dies stellt jedoch keine Beschränkung dar und es können lediglich an einer Stelle, an der ein Überkreuzen auftreten würde, eine Über- und/oder Unterführung wie ein Brückenkontakt vorgesehen sein, wobei die Sekundärwicklungen mit Ausnahme der Brückenkontakte in der gleichen Ebene einer Leiterplatte verlaufen würden.
Mit Bezug auf 7 ist eine zu 6 alternative Ausführungsform dargestellt. Genauer ist eine sinusförmige Spule 220 mit zwei Sekundärwicklungen 222a und 222b jeweils mit einer Windung gezeigt, wobei die Sekundärwicklungen 222a und 222b in Reihe geschaltet sind und einen zueinander entgegengesetzten Windungssinn aufweisen. Vertikale Kontakte V1 und V7 stellen äußere Kontakte zu der sinusförmigen Spule 220 dar, so dass der vertikale Kontakt V1 einen externen Kontakt der Sekundärwicklung 222a darstellt, während der vertikale Kontakt V7 einen externen Kontakt der Sekundärwicklung 222b darstellt. Weitere vertikale Kontakte V2, V3, V4, V5 und V6 dienen zur vertikalen Verbindung zwischen unterschiedlichen horizontalen Ebenen (nicht dargestellt) einer Leiterplatte (nicht dargestellt), in der einzelne Windungsabschnitte der sinusförmigen Spule 220 verlaufen. Beispielsweise liegen Abschnitte, die sich zwischen den vertikalen Kontakten V1 und V2, V3 und V1 und V5 und V6 erstrecken, in einer ersten Ebene, während Abschnitte, die sich zwischen den vertikalen Kontakten V2 und V3, V4 und V5 und V6 und V7 erstrecken in einer zur ersten Ebene verschiedenen zweiten Ebene. Durch die vertikalen Kontakte V4 ist ein Mittelabgriff M1 realisiert, so dass ein Spannungssignal über der Sekundärwicklung 222a zwischen V1 und M1 und ein Spannungssignal über der Sekundärwicklung 222b zwischen M1 und V7 abgegriffen werden kann.
Durch den Mittelabgriff M1 ist es möglich, jede der Sekundärwicklungen 222a und 222b mit einer elektrischen Komponente zu verbinden, um eine Korrektur im durch die sinusförmige Spule 220 ausgegebenen Signal zu ermöglichen.
Mit Bezug auf 8 ist eine zu 7 alternative Ausführungsform dargestellt. Genauer ist eine sinusförmige Spule 320 mit zwei Sekundärwicklungen 322a und 322b jeweils mit mehreren Windungen gezeigt, wobei die Sekundärwicklungen 322a und 322b in Reihe geschaltet sind und einen zueinander entgegengesetzten Windungssinn aufweisen. Vertikale Kontakte stellen äußere Kontakte zu der sinusförmigen Spule 320 und innere Verbindungen zwischen verschiedenen Ebenen dar, in denen einzelne Windungsabschnitte der sinusförmigen Spule 320 verlaufen, in Analogie zu der obigen Beschreibung von 7. Ferner ist ein Mittelabgriff M2 realisiert, so dass ein Spannungssignal über der Sekundärwicklung 322a und ein Spannungssignal über der Sekundärwicklung 322b durch M2 abgegriffen werden kann.
Mit Bezug auf 9 ist ein Erfassungssystem 400 mit einer Erfassungsvorrichtung 410 und einem Geberelement dargestellt, welches anhand einer Geberstruktur 420 des Geberelements in 9 veranschaulicht wird. Zwar ist die Geberstruktur 420 als eine sich sinusförmig ändernde Struktur dargestellt, doch stellt dies keine Beschränkung dar und es können alternative Geberstrukturen eingesetzt werden, wie oben verschiedentlich angemerkt ist. Eine Drehrichtung, in der sich das Geberelement relativ zu der Erfassungsvorrichtung 410 bewegt, ist in 9 schematisch anhand eines Pfeils DR zur Veranschaulichung gezeigt.
Gemäß der Darstellung in 9 weist die Erfassungsvorrichtung 410 eine Mehrzahl von Primärwicklungen 402 und eine Mehrzahl von Sekundärwicklungen 404 auf. Diese Wicklungen können in eine Leiterplatte (nicht dargestellt) integriert sein, wie oben anhand von verschiedenen anschaulichen Ausführungsformen beschrieben ist. Die Mehrzahl von Primärwicklungen 402 weist vier Primärwicklungen 402a bis 402b auf und die Mehrzahl von Sekundärwicklungen 404 weist vier Sekundärwicklungen 404a bis 404b auf. Die Anzahl von Sekundärwicklungen ist nicht auf vier beschränkt und es kann ein Vielfaches von vier Sekundärwicklungen vorgesehen sein. Hinsichtlich einer Anzahl von Primärwicklungen kann anstelle von vier Primärwicklungen eine Anzahl von Primärwicklungen bereitgestellt sein, die der Anzahl von Sekundärwicklungen 1:1 entspricht. Alternativ kann eine Untergruppe von Sekundärwicklungen aus der Mehrzahl von Sekundärwicklungen genau einer Primärwicklung zugeordnet sein. Beispielsweise kann je eine Primärwicklung aus einer Mehrzahl von Primärwicklungen zwei oder mehr Sekundärwicklungen zugeordnet sein, so dass jede Primärwicklung einer Untergruppe von Sekundärwicklungen zugeordnet ist, wobei jede Untergruppe eine gleiche Anzahl von Sekundärwicklungen aufweist.
Mit Bezug auf 9 ist eine elektronische Schaltung 430 vorgesehen, die einerseits ein elektrisches Signal an die Mehrzahl von Primärwicklungen 402 anlegt, andererseits durch die Mehrzahl von Sekundärwicklungen 404 ausgegebene elektrische Signale empfängt. Beispielsweise kann die elektronische Schaltung eine Oszillatorschaltung (in 9 sind lediglich Oszillatoranschlüsse Osz1 und Osz2 dargestellt) aufweisen, durch die eine periodisches elektrisches Signal an die Mehrzahl von Primärwicklungen 402 angelegt wird.
Die Mehrzahl von Primärwicklungen 402 kann in einer Resonatorschaltung 403 verschaltet sein, die durch die Oszillatorschaltung der elektronischen Schaltung 430 gespeist wird. Beispielsweise kann die Mehrzahl von Primärwicklungen 402 durch eine Reihenschaltung der Primärwicklungen 402a bis 402d gebildet sein. Dies stellt jedoch keine Beschränkung dar und es kann eine geeignete Parallelschaltung von wenigstens einigen der Primärwicklungen 402a bis 402d vorgesehen sein.
Die Sekundärwicklungen 404a bis 404d der Mehrzahl von Sekundärwicklungen 404 können in Untergruppen aus je zwei in Reihe geschalteten Sekundärwicklungen unterteilt sein, die separat mit der elektronischen Schaltung 430 verbunden sind. Beispielsweise können die Sekundärwicklungen 404a und 404c zueinander in Reihe geschaltet sein und eine Untergruppe von Sekundärwicklungen bilden, während die Sekundärwicklungen 404b und 404d zueinander in Reihe geschaltet sind und eine andere Untergruppe von Sekundärwicklungen bilden. Jede dieser Untergruppen stellt für die elektronische Schaltung 430 elektrische Signale bereit, auf deren Basis eine Winkellagebestimmung in dem Erfassungssystem 400 erfolgen kann. Die Sekundärwicklungen in jeder Untergruppe sind derart relativ zueinander gewickelt und miteinander verschaltet, dass ein von einer Untergruppe ausgegebenes Spannungssignal ein Differentialsignal darstellt. Dies bedeutet, dass ein Spannungssignal, das durch eine Untergruppe ausgegeben wird, einer Differenz aus Spannungen entspricht, die in den einzelnen Wicklungen der Untergruppe induziert werden. Verschiedene Ausführungsformen, in denen von jede Untergruppe ausgebildet ist, um ein Differentialsignal auszugeben, werden mit Bezug auf die 9, 11 und 12 unten ausführlicher beschrieben.
Hinsichtlich der anhand von 9 beschriebenen Ausführungsformen bedeutet dies, dass alle Primärwicklungen 402a bis 402d und alle Sekundärwicklungen 404a bis 404d gleichen Wicklungssinn relativ zueinander aufweisen, jedoch die Sekundärwicklungen 404a und 404c in einer Untergruppe derart miteinander verschaltet sind, dass über dieser Untergruppe ein Differentialsignal abgegriffen werden kann. Gleichfalls sind die Sekundärwicklungen 404b und 404d in einer anderen Untergruppe derart miteinander verschaltet, dass über dieser Untergruppe ein Differentialsignal abgegriffen werden kann. Somit kann durch die Sekundärwicklungen 404a und 404c an der elektronischen Schaltung 430 durch die Anschlüsse „sin+“ und „sin-“ ein Differentialsignal bereitgestellt werden, während durch die Sekundärwicklungen 404b und 404d an der elektronischen Schaltung 430 durch die Anschlüsse „cos+“ und „cos-“ auch ein Differentialsignal bereitgestellt wird. Mit Bezug zueinander sind die elektrischen Signale der Untergruppe aus den Sekundärwicklungen 404a und 404c einerseits und der Untergruppe aus den Sekundärwicklungen 404b und 404d andererseits periodische Signale, die um 90° zueinander Phasenversetzt sind, wie aus der obigen Diskussion von anschaulichen Ausführungsformen hervorgeht.
Im Hinblick auf andere Ausgestaltungen der Geberstruktur 420, die von der dargestellten Geberstruktur 420 verschieden sind (wie weiter oben hinsichtlich verschiedener Ausgestaltungen von Geberstrukturen beschrieben ist), kann eine geeignete Form für die Sekundärwicklungen und Primärwicklungen gewählt werden, beispielsweise in Form von sinusförmigen Spulen oder rechteckförmigen Spulen.
In einigen anschaulichen Ausführungsformen ist die Mehrzahl von Primärwicklungen 402 bezüglich der Mehrzahl von Sekundärwicklungen 404 derart angeordnet, dass je eine der Primärwicklungen 402a bis 402d und je eine der Sekundärwicklungen 404a bis 404d in einem Spulenpaar angeordnet sind, so dass diese Wicklungen im Spulenpaar eine maximale induktive Kopplung im Vergleich zu einer induktiven Kopplung zwischen einer Wicklung aus diesem Spulenpaar und einer Wicklung aus einem anderen Spulenpaar aufweisen. Beispielsweise bedeutet dies konkret, dass die Primärwicklung 402a und die Primärwicklung 404a ein Spulenpaar (402a, 404a) bilden, das dadurch ausgezeichnet ist, dass eine induktive Kopplung zwischen der Primärwicklung 402a und der Sekundärwicklung 404a im Vergleich zu einer induktiven Kopplung zwischen der Primärwicklung 402a und einer beliebigen der Sekundärwicklungen 404b bis 404d und auch zu einer induktiven Kopplung zwischen der Sekundärwicklung 404a und einer beliebigen der Primärwicklungen 402b bis 402d maximal ist. Entsprechend können auch die verbliebenen Wicklungen 402b bis 402d und 404b bis 404d paarweise in Spulenpaaren angeordnet sein. Dies kann gemäß einem speziellen anschaulichen (aber nicht beschränkenden Beispiel) in einer Anordnung der Wicklungen realisiert sein, in der sich je eine Primärwicklung und je eine Sekundärwicklung unmittelbar gegenüberliegen oder miteinander verschränkt sind. Dadurch werden durch jedes Spulenpaar maximale Signalstärken erzeugt, so dass wenig bis keine Verstärkung durch von Spulenpaaren erzeugten Signalen erforderlich ist. In weiteren anschaulichen Beispielen können die Primär- und Sekundärwicklungen in einem Spulenpaar deckungsgleich sein.
Die Sekundärwicklungen 404a bis 404d sind, wie in 9 dargestellt ist, in einer Sekundärschaltung verschaltet, wobei je zwei Sekundärwicklungen in einer Untergruppe miteinander verschaltet sind. Hinsichtlich der Darstellung in 9 sind die Sekundärwicklung 404a und die Sekundärwicklung 404c miteinander in einer Untergruppe der Mehrzahl von Sekundärwicklungen 404 verschaltet und mit der elektronischen Schaltung 430 verbunden. Beispielsweise sind die Sekundärwicklungen 404a und 404c zwischen einem zweipoligen Anschluss sin+/sin- der elektronischen Schaltung 430 in Reihe geschaltet. Dabei können die Sekundärwicklungen 404a und 404c derart in Reihe geschaltet sein, dass die Sekundärwicklungen 404a und 404c relativ zueinander einen entgegengesetzten Windungssinn in der Reihenschaltung aufweisen. Dadurch werden von dieser Untergruppe Differentialsignale an die elektronische Schaltung 430 ausgegeben. Weiterhin bilden die Sekundärwicklung 404b und die Sekundärwicklung 404d eine Untergruppe der Mehrzahl von Sekundärwicklungen 404 und sind mit der elektronischen Schaltung 430 verbunden. Beispielsweise sind die Sekundärwicklungen 404b und 404d zwischen einem zweipoligen Anschluss cos+/cos- der elektronischen Schaltung 430 in Reihe geschaltet. Dabei können die Sekundärwicklungen 404b und 404d derart in Reihe geschaltet sein, dass die Sekundärwicklungen 404b und 404d relativ zueinander einen entgegengesetzten Windungssinn in der Reihenschaltung aufweisen. Dadurch werden von dieser Untergruppe Differentialsignale an die elektronische Schaltung 430 ausgegeben. Untergruppen stellen in diesem Beispiel eine Verschaltung von Sekundärwicklungen dar, die ohne ein dazwischengeschaltetes Element direkt verbunden sind.
Gemäß der Darstellung in 9 sind in dem Erfassungssystem 400 ferner wenigstens ein Widerstand und/oder Kondensator vorgesehen, um einen Abgleich von Offsets und Phasen zu erreichen. Wie weiter oben erläutert wurde, tritt in Rotorlagegebern mit Erfassungsvorrichtungen, bei denen Sekundärwicklungen nicht gleichmäßig über einen Vollkreis um eine Achse herum angeordnet sind, aufgrund der zwangsläufig asymmetrischen Anordnung der Sekundärwicklungen um die Achse ein Offset in Signalen auf, die durch die Sekundärwicklungen ausgegeben werden. Im gegenwärtigen Fall ist für das Erfassungssystem 400 bei einer asymmetrischen Anordnung der Sekundärwicklungen 404a bis 404d um eine Drehachse (nicht dargestellt) davon auszugehen, dass ein Offset in den Signalen auftritt. Weiterhin treten bei einer asymmetrischen Anordnung der Sekundärwicklungen 404a bis 404d Phasenabweichungen von 90° und 180° Phasenlagen zwischen den Sekundärwicklungen und Untergruppen auf, da die Sekundärwicklungen unterschiedlich starke Kopplungen zu benachbarten Wicklungen aufweisen. Zum Beispiel haben die Sekundärwicklungen 404a und 404d jeweils nur eine benachbarte Sekundärwicklung, während jede der Sekundärwicklungen 404b und 404c zwei benachbarte Sekundärwicklungen aufweist.
In anschaulichen Ausführungsformen kann ein Offsetabgleich in der Sekundärwicklungsschaltung durch einen Widerstand 406a bis 406d erreicht werden, der zu einer entsprechenden Sekundärwicklung parallel geschaltet ist. Zum Beispiel kann in jeder Untergruppe lediglich ein Widerstand vorgesehen sein. Es kann auch insgesamt nur ein Widerstand vorgesehen sein. Alternativ können mehr Widerstände vorgesehen sein, beispielsweise kann jeder der Widerstände 406a bis 406d vorgesehen sein.
In anschaulichen Ausführungsformen kann ein Phasenabgleich in der Sekundärwicklungsschaltung durch einen Widerstand 408a bis 408d erreicht werden, der jeweils eine elektrische Verbindung zwischen einem Eingang/Ausgang einer Untergruppe und einem Eingang/Ausgang der anderen Untergruppe herstellt. Hierzu kann schon einer der Widerstände 408a bis 408d ausreichen. Bei Bedarf kann einer der Widerstände 408a bis 408d mit einem anderen Widerstand daraus kombiniert werden.
Anstelle von mindestens einem der Widerstände 406a bis 406d und/oder von mindestens einem der Widerstände 408a bis 408d kann ein Kondensator vorgesehen sein. Eine Kombination von einem Widerstand und einem Kondensator kann zu einer verbesserten Temperaturstabilität beitragen. Beispielsweise kann einer der Widerstände 406a und 406c in der Untergruppe der Sekundärwicklungen 404a und 404c durch einen Kondensator ersetzt sein, der zu der entsprechenden Sekundärwicklung in dieser Untergruppe parallel geschaltet ist. Zusätzlich oder alternativ kann einer der Widerstände 406b und 406d in der Untergruppe der Sekundärwicklungen 404b und 404d durch einen Kondensator ersetzt sein, der zu der entsprechenden Sekundärwicklung in dieser Untergruppe parallel geschaltet ist. Zusätzlich oder alternativ kann ein Widerstand aus den Widerständen 408a bis 408d bereitgestellt sein und es kann ein Kondensator anstelle von einem der verbleibenden Widerstände aus 408a bis 408d bereitgestellt sein.
Konkrete Werte für Widerstände und Kondensatoren in der Sekundärwicklungsschaltung sind überwiegend vom Layout der Erfassungsvorrichtung 410 bzw. des Erfassungssystems 400 abhängig. Am Anfang einer Entwicklung können diverse Messungen und/oder Simulationen durchgeführt werden, um Phasenversatz und Offset zu bestimmen. Daraus können dann geeignete Widerstände und/oder Kondensatoren (auch für Temperaturstabilität) bestimmt werden, so dass durch entsprechende Widerstände und/oder Kondensatoren in der Sekundärwicklungsschaltung ein geeigneter Offsetabgleich und/oder Phasenabgleich gegebenenfalls mit verbesserter Temperaturstabilität erreicht wird.
Im Hinblick auf 11 werden nun zu 9 alternative Ausführungsformen beschrieben, in denen Untergruppen aus Sekundärwicklungen ausgebildet sind, um ein Differentialsignal bereitzustellen. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen zwischen den 9 und 11 gleiche Merkmale, wobei für eine Beschreibung dieser gleichen Merkmale auf die Beschreibung oben zu 9 verwiesen wird.
11 zeigt ein Erfassungssystem 600, das sich von dem Erfassungssystem 400 in 9 durch eine Erfassungsvorrichtung 610 unterscheidet. Genauer unterscheidet sich die Erfassungsvorrichtung 610 von der Erfassungsvorrichtung 410 in 9 durch eine Mehrzahl von Primärwicklungen 602 und eine Mehrzahl von Sekundärwicklungen 604, wie nun unten ausführlicher beschrieben wird.
Die Mehrzahl von Primärwicklungen 602 weist Primärwicklungen 602a, 602b, 602c und 602d auf, die in Reihe geschaltet sind, wobei die Primärwicklungen 602a und 602b gleichsinnig gewickelten und derart zueinander in Reihe geschaltet sind, dass beide Wicklungen gleichsinnig von einem an einen Eingangsanschluss der Primärwicklung 602a angelegten Strom durchflossen werden. Weiterhin sind die Primärwicklungen 602c und 602d zueinander gleichsinnig gewickelt in Reihe geschaltet und relativ zu den Primärwicklungen 602a und 602b gegensinnig gewickelt in Reihe geschaltet, so dass ein an die Primärwicklung 602a angelegter Strom in den Primärwicklungen 602c und 602d relativ zu den Primärwicklungen 602a und 602b gegensinnig fließt. Dabei werden die beiden Primärwicklungen 602c und 602d jedoch gleichsinnig von einem an einen Eingangsanschluss der Primärwicklung 602c angelegten Strom durchflossen.
Die Mehrzahl von Sekundärwicklungen 604 weist Sekundärwicklungen 604a, 604b, 604c und 604d auf, die zueinander in einer gleichsinnigen Wicklungsanordnung angeordnet sind, so dass die Sekundärwicklungen 604a und 604b relativ zu den Primärwicklungen 602a und 602b gleichsinnig gewickelt sind, während die Sekundärwicklungen 604c und 604d relativ zu den Primärwicklungen 602c und 604d gegensinnig gewickelt sind. Eine Verschaltung der Sekundärwicklungen 604a und 604c in der Erfassungsvorrichtung 610 mit der elektronischen Schaltung 430 ist derart, dass eine im Betrieb der Erfassungsvorrichtung durch die Primärwicklung 602a erzeugte magnetische Flussdichte (nicht dargestellt) in der zugeordneten Sekundärwicklung 604a einen Strom erzeugt, der von der Sekundärwicklung 604a an die Sekundärwicklung 604c angelegt wird und diese relativ zum Stromfluss in der Sekundärwicklung 604a gleichsinnig durchfließt. Da jedoch im Spulenpaar aus der Primärwicklung 602c und der Sekundärwicklung 604c die Wicklungen zueinander einen entgegengesetzten Wicklungssinn aufweisen, wird hier ein entgegengesetzt fließender Strom induziert, so dass sich im Betrieb der Erfassungsvorrichtung 610 ein Differentialsignal zwischen Eingangs- und Ausgangsanschluss einer Untergruppe gebildet durch die Sekundärwicklungen 604a und 604c ergibt. Entsprechend gilt für eine Verschaltung der Sekundärwicklungen 604b und 604d in einer Untergruppe der Erfassungsvorrichtung 610 mit der elektronischen Schaltung 430, dass eine im Betrieb der Erfassungsvorrichtung durch die Primärwicklung 602b erzeugte magnetische Flussdichte (nicht dargestellt) in der zugeordneten Sekundärwicklung 604b ein Strom erzeugt, der von der Sekundärwicklung 604b an die Sekundärwicklung 604d angelegt wird und diese relativ zum Stromfluss in der Sekundärwicklung 604b gleichsinnig durchfließt. Da jedoch im Spulenpaar aus der Primärwicklung 602d und der Sekundärwicklung 604d die Wicklungen zueinander einen entgegengesetzten Wicklungssinn aufweisen, wird hier im Betrieb der Erfassungsvorrichtung 610 durch die Primärwicklung 602d in der Sekundärwicklung 604d ein entgegengesetzt fließender Strom induziert, so dass sich ein Differentialsignal zwischen Eingangs- und Ausgangsanschluss von dieser Untergruppe aus den Sekundärwicklungen 604b und 604d ergibt.
Mit Bezug auf 11 sind Spulenpaare aus Primärwicklung mit zugeordneter Sekundärwicklung gegeben durch (602a, 604a) und (602b, 604b) und (602c, 604c) und (602d, 604d). Lediglich in den Spulenpaaren (602a, 604a) und (602b, 604b) sind gleichsinnige Wicklungen vorhanden, während die Wicklungen in den Spulenpaaren (602c, 604c) und (602d, 604d) zueinander gegensinnig sind. Weiterhin ist die Mehrzahl von Sekundärwicklungen 604 in zwei Untergruppen [604a, 604c] und [604b, 604d] unterteilt, wobei die Wicklungen in einer Untergruppe zueinander in Reihe geschaltet sind und gleichsinnig von einem an die Untergruppe angelegten Strom durchflossen werden.
Im Hinblick auf 12 werden nun zu den 9 und 11 weitere alternative Ausführungsformen beschrieben, in denen Untergruppen aus Sekundärwicklungen ausgebildet sind, um ein Differentialsignal bereitzustellen. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen zwischen den 9, 11 und 12 gleiche Merkmale, wobei für eine Beschreibung dieser gleichen Merkmale auf die Beschreibung oben zu 9 verwiesen wird.
12 zeigt ein Erfassungssystem 700, das sich von dem Erfassungssystem 400 in 9 durch eine Erfassungsvorrichtung 710 unterscheidet. Genauer unterscheidet sich die Erfassungsvorrichtung 710 von der Erfassungsvorrichtung 410 in 9 durch eine Mehrzahl von Primärwicklungen 702 und eine Mehrzahl von Sekundärwicklungen 704, wie nun unten ausführlicher beschrieben wird.
Die Mehrzahl von Primärwicklungen 702 weist Primärwicklungen 702a, 702b, 702c und 702d auf, die in Reihe geschaltet sind, wobei die Primärwicklungen 702a und 702c gleichsinnig gewickelten und derart zueinander in Reihe geschaltet sind, dass beide Wicklungen gleichsinnig von einem an einen Eingangsanschluss der Primärwicklung 702a angelegten Strom durchflossen werden. Weiterhin sind die Primärwicklungen 702b und 702d zueinander gleichsinnig gewickelt in Reihe geschaltet und relativ zu den Primärwicklungen 702a und 702c gegensinnig gewickelt in Reihe geschaltet, so dass ein an die Primärwicklung 702a angelegter Strom in den Primärwicklungen 702b und 702d relativ zu den Primärwicklungen 702a und 702c gegensinnig fließt. Dabei werden die beiden Primärwicklungen 702b und 702d jedoch gleichsinnig von einem an einen Eingangsanschluss der Primärwicklung 702b angelegten Strom durchflossen. Die Primärwicklungen 702a bis 704d sind in Reihe geschaltet und weisen in dieser Anordnung eine alternierende Wicklungsorientierung auf.
Die Mehrzahl von Sekundärwicklungen 704 weist Sekundärwicklungen 704a, 704b, 704c und 704d auf, die zueinander in einer alternierenden Wicklungsorientierung angeordnet sind, die der alternierenden Wicklungsorientierung der Primärwicklungen 702a bis 702d entspricht, so dass die Sekundärwicklungen 704a und 704c relativ zu den Primärwicklungen 702a und 702c gleichsinnig gewickelt sind, die Sekundärwicklungen 704b und 704d relativ zu den Primärwicklungen 702b und 704d gleichsinnig gewickelt sind und die Sekundärwicklungen 704a und 704c relativ zu Sekundärwicklungen 704b und 704d gegensinnig gewickelt sind. Eine Verschaltung der Sekundärwicklungen 704a und 704c in der Erfassungsvorrichtung 710 mit der elektronischen Schaltung 430 ist derart, dass eine im Betrieb der Erfassungsvorrichtung durch die Primärwicklung 702a erzeugte magnetische Flussdichte (nicht dargestellt) in der zugeordneten Sekundärwicklung 704a einen Strom erzeugt, der von der Sekundärwicklung 704a an die Sekundärwicklung 704c angelegt wird und diese relativ zum Stromfluss in der Sekundärwicklung 704a gleichsinnig durchfließt. Da jedoch die Primärwicklung 702c zu der Sekundärwicklung 704a die einen entgegengesetzten Wicklungssinn aufweist, wird durch die Primärwicklung 702c ein magnetisches Feld erzeugt, das in der Sekundärwicklung 704c einen entgegengesetzt fließenden Strom induziert, so dass sich im Betrieb der Erfassungsvorrichtung 710 ein Differentialsignal zwischen Eingangs- und Ausgangsanschluss einer Untergruppe gebildet durch die Sekundärwicklungen 704a und 704c ergibt. Entsprechend gilt für eine Verschaltung der Sekundärwicklungen 704b und 704d in einer Untergruppe der Erfassungsvorrichtung 710 mit der elektronischen Schaltung 430, dass eine im Betrieb der Erfassungsvorrichtung durch die Primärwicklung 702b erzeugte magnetische Flussdichte (nicht dargestellt) in der zugeordneten Sekundärwicklung 704b ein Strom erzeugt, der von der Sekundärwicklung 704b an die Sekundärwicklung 704d angelegt wird und diese relativ zum Stromfluss in der Sekundärwicklung 704b gleichsinnig durchfließt. Da jedoch im Spulenpaar aus der Primärwicklung 702d und der Sekundärwicklung 704d die Wicklungen einen Wicklungssinn aufweisen, der zu dem Wicklungssinn der Sekundärwicklung 704b entgegengesetzt orientiert ist, wird hier im Betrieb der Erfassungsvorrichtung 710 durch die Primärwicklung 702d in der Sekundärwicklung 704d ein relativ zu dem Spulenpaar aus Primärwicklung 702b und Sekundärwicklung 704b entgegengesetzt fließender Strom induziert, so dass sich auch hier ein Differentialsignal zwischen Eingangs- und Ausgangsanschluss dieser Untergruppe aus den Sekundärwicklungen 704b und 704d ergibt.
Mit Bezug auf 12 sind Spulenpaare aus Primärwicklung mit zugeordneter Sekundärwicklung gegeben durch (702a, 704a) und (702b, 704b) und (702c, 704c) und (702d, 704d), wobei die Spulenpaare (702a, 704a) und (702c, 704c) zueinander gleichsinnige Wicklungen aufweisen und die Spulenpaare (702b, 704a) und (702d, 704c) zueinander gleichsinnige Wicklungen, die zu den Spulenpaaren (702a, 704a) und (702c, 704c) entgegengesetzten Wicklungssinn aufweisen bzw. zueinander gegensinnig sind. Weiterhin ist die Mehrzahl von Sekundärwicklungen 704 in zwei Untergruppen [704a, 704c] und [704b, 704d] unterteilt, wobei die Wicklungen in einer Untergruppe zueinander in Reihe geschaltet sind und von einem an die Untergruppe angelegten Strom gleichsinnig durchflossen werden.
Mit Bezug auf 11 werden weitere anschauliche Ausgestaltungen beschrieben, wobei zusätzliche Spulenpaare zu der Erfassungsvorrichtung 710 hinzugefügt sind, um eine symmetrische Kopplung der endseitigen Spulenpaare gebildet aus den Wicklungen 702a, 704a, 702d und 704d bereitzustellen. Dies erlaubt eine Vermeidung eines Offsets in den von der Erfassungsvorrichtung 710 ausgegeben Signalen, ohne dass zusätzliche elektrische Komponenten entsprechend den Widerständen 406a bis 406d und/oder entsprechende Kondensatoren erforderlich sind. Andererseits werden zusätzliche Sekundärwicklungen 704e und 704f neben den Sekundärwicklungen 704a und 704d vorgesehen, so dass die Sekundärwicklungen 704a und 704d nun jeweils zwischen zwei Sekundärwicklungen (704e und 704b im Falle der Sekundärwicklung 704a und 704f und 704c im Falle der Sekundärwicklung 704d) angeordnet sind. Dadurch kann ein Aufwand für eine Bereitstellung an wenigstens einem geeignet bestimmten Widerstand und/oder Kondensator entsprechend den Elementen 406a bis 406d auf Kosten eines zusätzlichen Raumbedarfs für die zusätzlichen Primärwicklungen 702e und 702f vermieden werden. Hinsichtlich der Sekundärwicklungen 704e und 704f können diese unverbunden sein, so dass eine aktive Verschaltung dieser Elemente in einer Sekundärwicklungsschaltung nicht erforderlich ist, wobei jedoch den nicht verbundenen Sekundärwicklungen 704e und 704f jeweils eine Primärwicklung 702e und 702f zugeordnet ist, die damit ein Spulenpaar bildet.
Hinsichtlich zusätzlicher Primärwicklungen 702e und 702f können diese zu den bestehenden Primärwicklungen 702a bis 702d entsprechend in Reihe geschaltet sein, so dass weiterhin eine Wicklungsanordnung mit alternierendem Wicklungssinn entlang der Mehrzahl von Primärwicklungen 702 realisiert wird.
Die mit Bezug auf 12 beschriebenen zusätzlichen Wicklungen sind nicht auf die in 12 dargestellte Ausführungsform beschränkt und können ebenfalls im Zusammenhang mit den in den 9 und 11 dargestellten Ausführungsformen entsprechend der obigen Beschreibung bereitgestellt sein. Beispielsweise würde dazu in 9 eine Kopie des Spulenpaares (702f, 704f) aus 12 rechts des Spulenpaares (402a, 404a) in 9 und links des Spulenpaares (402d, 404d) in 9 entsprechend der Darstellung in 12 ausgebildet. Hinsichtlich 11 würde dazu eine Kopie des Spulenpaares (702f, 704f) aus 12 rechts des Spulenpaares (602a, 604a) in 9 ausgebildet, während links des Spulenpaares (602d, 604d) in 11 ein Spulenpaar entsprechend dem Spulenpaar (602d, 604d) als zusätzliches Spulenpaar mit unverbundener zusätzlicher Sekundärwicklung ausgebildet würde.
Im Hinblick auf die 9, 11 und 12 sind verschiedene Ausführungsformen beschrieben, in denen Primärwicklungen und Sekundärwicklungen jeweils mit einem bestimmten Wicklungssinn bzw. Windungssinn derart gekoppelt und/oder verschaltet sind, so dass in den Primärwicklungen, die einer Untergruppe von Sekundärwicklungen zugeordnet sind, jeweils ein magnetisches Feld erzeugt wird, das in der jeweiligen zugeordneten Sekundärwicklung der Untergruppe eine Spannung derart induziert, dass an Anschlussenden der Untergruppe zur elektronischen Schaltung 430 eine Spannungsdifferenz aus den Spannungen auftritt, die in den Sekundärwicklungen entsprechend induziert werden.
Mit Bezug auf 13 ist eine Primärwicklungsschaltung 801 gemäß einigen anschaulichen Ausführungsformen dargestellt. Die Primärwicklungsschaltung 801 umfasst eine Mehrzahl von Primärwicklungen 802 und einen Kondensator 807, die mit Anschlüssen Osz der elektronischen Schaltung 430 verbunden sind, die schon oben beschrieben wurde. Die Primärwicklungsschaltung 801 kann eine Resonatorschaltung mit einer durch die Mehrzahl von Primärwicklungen 802 und den Kondensator 807 bestimmte Resonzfrequenz aufweist und durch die elektronische Schaltung 430 betrieben wird. Beispielsweise umfasst die elektronische Schaltung 430 eine elektrische Energiequelle oder ist dazu in der Lage, an den Anschlüssen Osz eine elektrische Energie bereitzustellen, so dass in der Primärwicklungsschaltung 801 geeignet mit elektrischer Energie versorgt wird.
Mit Bezug auf 13 weist die Mehrzahl von Primärwicklungen 802 eine Parallelschaltung von Primärwicklungen 802a bis 802d auf. Beispielsweise sind die Primärwicklungen 802a bis 802c zu der mit den Anschlüssen verbundenen Primärwicklung 802d parallel geschaltet.
Die Primärwicklungsschaltung 802 kann in einer Erfassungsvorrichtung vorgesehen sein, wie oben mit Bezug auf eine der 9, 11 und 12 beschrieben ist, wobei die Mehrzahl von Primärwicklungen, die oben mit Bezug und die Geberstruktur auf eine der 9, 11 und 12 beschrieben ist, durch die Mehrzahl von Primärwicklungen 802 aus 13 ersetzt wird. Alternativ kann wenigstes eine der Primärwicklungen 802a bis 802d anstelle von wenigstens einer der Primärwicklungen 402a bis 402d in 9 oder wenigstens einer der Primärwicklungen 602a bis 602d in 11 oder wenigstens einer der Primärwicklungen 702a bis 702d entsprechend ersetzt werden, so dass dies wenigstens eine ersetzte Primärwicklung in den 9, 11 und 12 nicht mehr in Reihe geschaltet ist, sondern gemäß der Darstellung in 13 parallel geschaltet ist.
Mit Bezug auf 10 ist schematisch eine Schnittansicht durch ein Erfassungssystem 500 gemäß einigen anschaulichen Ausführungsformen dargestellt, welches in einem Rotorlagegeber verwendet werden kann, beispielsweise einem der Rotorlagegeber, die mit Bezug auf die 1a, 1b und 2 oben beschrieben sind. Das Erfassungssystem umfasst eine Erfassungsvorrichtung 530 mit einer Leiterplatte 501 und ein Geberelement 520 mit einer Geberstruktur (nicht dargestellt). Die Geberstruktur 520 und die Erfassungsvorrichtung 510 sind voneinander unter einem Abstand d beabstandet. Beispielweise kann d in einem Bereich von 0,5 mm bis 5 mm liegen, vorzugsweise in einem Bereich von 1 mm bis 3 mm, weiter bevorzugt in einem Bereich von 1,5 mm bis 2,5mm.
Die Leiterplatte 501 umfasst, wie in 10 schematisch dargestellt ist, eine Primärwicklung 502 und eine Sekundärwicklung 504. Optional kann, wie in 10 dargestellt ist, ferner in die Leiterplatte 501 eine elektronische Schaltung 530 integriert sein, die durch eine optionale Abschirmung 540 (z.B. eine Folie oder Lage aus einem elektrisch leitfähigen Material, welches mit einem Referenzpotential verbunden, beispielsweise Masse, oder unverbunden bzw. elektrisch schwebend sein kann) gegenüber den Wicklungen 502 und 504 abgeschirmt sein kann.
In einigen anschaulichen Ausführungsformen kann die Leiterplatte 501 mehrlagig ausgebildet sein, so dass die Wicklungen 502 und 504, die (optionale) Abschirmung 540 und die elektronische Schaltung 530 in verschiedenen Lagen übereinander angeordnet sein können. Alternativ können die Wicklungen 502 und 504 in ein erstes Leiterplattenelement und die elektronische Schaltung 530 in ein separates zweites Leiterplattenelement integriert sein, wobei beide Leiterplattenelemente über elektrische Verbinder miteinander verbunden sein können. Hierbei kann eine Orientierung einer Normalen zu einer Leiterplattenfläche des ersten Leiterplattenelements, die einer Wicklungsfläche des ersten Leiterplattenelements entspricht, im Wesentlichen senkrecht zu einer Flächennormalen des zweiten Leiterplattenelements sein. Diese Konfiguration kann in einer Anwendung gemäß dem Rotorlagegeber in 2 eingesetzt werden.
In einigen anschaulichen Ausführungsformen kann die elektronische Schaltung 530 mehrlagig ausgebildet sein, beispielsweise in zwei Ebene mit Schaltungsebenen 530a und 530b ausgebildet sein. Dabei kann beispielsweise in der Schaltungsebene 530a ein Teil der Sekundärwicklungsschaltung umfassend die Widerstände und Kondensatoren, die im Zusammenhang mit den 9, 11 und/oder 12 oben beschrieben sind, implementiert sein. Die Schaltungsebene 530b kann beispielsweise der elektronischen Schaltung 430 aus wenigstens einer der 9, 11 und 12 entsprechen.
Die Sekundärwicklungen 504 können, wie in 10 dargestellt ist, mehrlagig ausgebildet sein, beispielsweise Windungslagen 504-1 und 504-2 umfassen oder mehr Schichten aufweisen. Die Windungslagen 504-1 und 504-2 können voneinander um beispielsweise 0,05 mm bis 0,2 mm beabstandet sein. Ein Abstand kann beispielsweise etwa 100 µm betragen.
Die Primärwicklung 502 ist zwar in 10 einlagig dargestellt, diese stellt jedoch keine Beschränkung dar und stattdessen kann die Primärwicklung 502 mehrlagig ausgebildet sein. Ein Abstand zwischen einzelnen Lagen kann entsprechend einem Abstand zwischen einzelnen Windungslagen der Sekundärwicklung 504 ausgebildet sein. Die Sekundärwicklung 504 und die Primärwicklung 502 können voneinander um beispielsweise 0,05 mm bis 0,2 mm beabstandet sein. Ein Abstand kann beispielsweise etwa 100 µm betragen.
Die Primärwicklung 502 kann entsprechen einer oben beschriebenen Primärwicklung ausgebildet sein. Beispielsweise kann in der Leiterplatte 501 lediglich eine einzelne Primärwicklung anhand der Primärwicklung 502 ausgebildet sein. Alternativ kann die Primärwicklung 502 eine Primärwicklung aus einer Mehrzahl von Primärwicklungen darstellen. In anschaulichen Beispielen, und wie weiter oben im Zusammenhang mit einigen anschaulichen Ausführungsformen beschrieben ist, kann die Primärwicklung 502 mit der Sekundärwicklung 504 in einem Spulenpaar angeordnet sein. Beispielsweise können in der Leiterplatte 501 mehrere Spulenpaare senkrecht zu der in der Schnittdarstellen gezeigten Papierebene (entspricht einer Dickenrichtung der Leiterplatte 501) verteilt angeordnet sein.
Zwischen der Primärwicklung 502 und der (optionalen) Abschirmung 540 kann ein Abstand aus einem Bereich von etwa 1 mm bis etwa 2 mm ausgebildet sein. Beispielsweise kann ein Abstand von etwa 1,7 mm vorhanden sein.
Zwischen der (optionalen) Abschirmung 540 und der elektronischen Schaltung 530 kann ein Abstand aus einem Bereich von etwa 0,05 mm bis 0,2 mm ausgebildet sein. Der Abstand kann beispielsweise etwa 100 µm betragen.
Zwischen einzelnen Lagen der elektronischen Schaltung 530 kann ein Abstand aus einem Bereich von etwa 0,05 mm bis 0,2 mm ausgebildet sein. Der Abstand kann beispielsweise etwa 100 µm betragen.
Hinsichtlich der in den verschiedenen anschaulichen Ausführungsformen oben sind Wicklungen anhand von Primär- und Sekundärwicklungen beschrieben. Wenigstens ein Teil dieser Wicklungen kann beispielsweise als eine Luftspule ausgebildet sein. Dies bedeutet, dass kein magnetisierbarer Kern vorgesehen ist.
Hinsichtlich einiger anschaulicher Ausführungsformen sind oben „sinusförmige“ Spulen beschrieben. Dabei wird unter den Begriff „sinusförmig“ auch eine „cosinusförmige“ Gestalt fallend angesehen, da Sinus und Cosinus für einen Winkel φ bekanntermaßen durch eine Phasenverschiebung um 90° auseinander hervorgehen: cos φ = sin (φ+90°).
Der Begriff „im Wesentlichen“ soll zum Ausdruck bringen, dass auch Abweichungen und Modifikationen möglich sind, die die Funktion oder den zu erzielenden Effekt wenig bis gar nicht beeinflussen. Dabei werden Abweichungen in einem Bereich von 50%, etwa von höchstens 25% oder von höchstens 15% oder von höchstens 10% oder von höchstens 5% oder von höchstens 1% als tolerierbar angesehen.
Im Hinblick auf verschiedene Ausführungsformen einer Erfassungsvorrichtung mit in Untergruppe verschalteten Sekundärwicklungen ist allgemein aus der obigen Beschreibung zu entnehmen, dass Primärwicklungen und Sekundärwicklungen jeweils mit einem bestimmten Wicklungssinn bzw. Windungssinn derart gekoppelt und/oder verschaltet sein können, so dass in jeder der Primärwicklungen, die einer bestimmten Untergruppe von Sekundärwicklungen zugeordnet sind, jeweils ein magnetisches Feld erzeugt wird, das wiederrum in der jeweiligen zugeordneten Sekundärwicklung dieser bestimmten Untergruppe eine Spannung derart induziert, dass an Anschlussenden dieser bestimmten Untergruppe zur elektronischen Schaltung 430 eine Spannungsdifferenz aus den Spannungen auftritt, die in den einzelnen Sekundärwicklungen dieser bestimmten Untergruppe entsprechend induziert werden.
Obgleich mit Bezug auf die Figuren Anwendungen hinsichtlich eines Rotorlagegebers beschrieben sind, stellt dies keine Beschränkung dar. Anstelle eines Rotorlagegebers kann die Erfindung auf einen Lagegeber angewendet werden, der nicht direkt eine Lage eines Rotors einer elektrischen Maschine, sondern eine Lage eines beliebigen rotierenden Teils erfasst, wie etwa eines Teils, das beispielsweise über ein Getriebe an einen Rotor einer elektrischen Maschine angeflanscht ist, oder ein rotierendes Teil, welches nur in einem begrenzten Winkelbereich oder kontinuierlich rotiert, wie z.B. ein beliebiges rotierendes Stellelement.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2017/0268907 A1 [0005]
WO 2006/074560 A2 [0006]
US 2015/0362340 A1 [0007]

Claims

Erfassungsvorrichtung für einen Lagegeber mit einer Leiterplatte, einer Mehrzahl von Primärwicklungen und einer Mehrzahl von Sekundärwicklungen, wobei die Mehrzahl von Primärwicklungen und/oder die Mehrzahl von Sekundärwicklungen in die Leiterplatte integriert oder daran angebracht sind, und wobei je eine Primärwicklung und je eine Sekundärwicklung in einem Spulenpaar angeordnet sind, so dass die Wicklungen in jedem Spulenpaar eine maximale induktive Kopplung im Vergleich zu einer induktiven Kopplung zwischen einer Wicklung aus diesem Spulenpaar und einer Wicklung aus einem anderen Spulenpaar aufweisen.
Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Wicklungen aus jedem Spulenpaar in einer Dickenrichtung der Leiterplatte einander gegenüberliegend angeordnet sind und die Spulenpaare quer zur Dickenrichtung verteilt angeordnet sind.
Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Wicklungen von jedem Spulenpaar in der Leiterplatte im Wesentlichen zueinander deckungsgleich ausgebildet sind.
Erfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Sekundärwicklungen als rechteckförmige Spulen ausgebildet sind.
Erfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Sekundärwicklungen in einer Sekundärwicklungsschaltung in eine erste Untergruppe und eine zweite Untergruppe unterteilt sind, wobei lediglich die Sekundärwicklungen in jeder Untergruppe zueinander in Reihe geschaltet sind, und die Sekundärwicklungsschaltung ferner einen ersten Widerstand oder Kondensator, der zu einer ersten Sekundärwicklung aus der ersten Untergruppe parallel geschaltet ist, und einen zweiten Widerstand oder Kondensator umfasst, der zu einer ersten Sekundärwicklung aus der zweiten Untergruppe parallel geschaltet ist.
Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Sekundärwicklungsschaltung ferner einen ersten Kondensator und einen zweiten Kondensator umfasst, wobei der erste Kondensator zu einer zweiten Sekundärwicklung aus der ersten Untergruppe parallel geschaltet ist und der zweite Kondensator zu einer zweiten Sekundärwicklung aus der zweiten Untergruppe parallel geschaltet ist.
Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Sekundärwicklungsschaltung ferner einen Zusatzwiderstand oder Zusatzkondensator umfasst, der zwischen einer Sekundärwicklung aus der ersten Untergruppe und einer Sekundärwicklung aus der zweiten Untergruppe geschaltet ist.
Erfassungsvorrichtung für einen Lagegeber, umfassend: wenigstens eine Primärwicklung, und eine Sekundärwicklungsschaltung mit einer Mehrzahl von Sekundärwicklungen, die mit der wenigstens einen Primärwicklung induktiv gekoppelt sind, und einem Widerstand oder Kondensator, wobei die Mehrzahl von Sekundärwicklungen eine erste Untergruppe aus mindestens zwei zueinander in Reihe geschalteten Sekundärwicklungen und eine zweite Untergruppe aus mindestens zwei zueinander in Reihe geschalteten Sekundärwicklungen aufweist, und wobei der Widerstand oder Kondensator zwischen einer Sekundärwicklung aus der ersten Untergruppe und einer Sekundärwicklung aus der zweiten Untergruppe geschaltet ist.
Erfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 8, wobei die Sekundärwicklungsschaltung ferner einen ersten Widerstand, der zu einer ersten Sekundärwicklung aus der ersten Untergruppe parallel geschaltet ist, und einen zweiten Widerstand umfasst, der zu einer ersten Sekundärwicklung aus der zweiten Untergruppe parallel geschaltet ist.
Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Sekundärwicklungsschaltung ferner einen ersten Kondensator und einen zweiten Kondensator umfasst, wobei der erste Kondensator zu einer zweiten Sekundärwicklung aus der ersten Untergruppe parallel geschaltet ist und der zweite Kondensator zu einer zweiten Sekundärwicklung aus der zweiten Untergruppe parallel geschaltet ist.
Erfassungsvorrichtung für einen Lagegeber, umfassend: wenigstens eine Primärwicklung, und eine Sekundärwicklungsschaltung mit einer Mehrzahl von Sekundärwicklungen, die mit der wenigstens einen Primärwicklung induktiv gekoppelt sind, wobei die Mehrzahl von Sekundärwicklungen eine erste Untergruppe aus mindestens zwei zueinander in Reihe geschalteten Sekundärwicklungen und eine zweite Untergruppe aus mindestens zwei zueinander in Reihe geschalteten Sekundärwicklungen aufweist, und wobei die Sekundärwicklungsschaltung ferner einen ersten Widerstand oder Kondensator, der zu einer ersten Sekundärwicklung aus der ersten Untergruppe parallel geschaltet ist, und einen zweiten Widerstand oder Kondensator umfasst, der zu einer ersten Sekundärwicklung aus der zweiten Untergruppe parallel geschaltet ist.
Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Sekundärwicklungsschaltung ferner einen ersten Kondensator und einen zweiten Kondensator umfasst, wobei der erste Kondensator zu einer zweiten Sekundärwicklung aus der ersten Untergruppe parallel geschaltet ist und der zweite Kondensator zu einer zweiten Sekundärwicklung aus der zweiten Untergruppe parallel geschaltet ist.
Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Sekundärwicklungsschaltung ferner einen Zusatzwiderstand oder Zusatzkondensator umfasst, der zwischen einer Sekundärwicklung aus der ersten Untergruppe und einer Sekundärwicklung aus der zweiten Untergruppe geschaltet ist.
Erfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei wenigstens die wenigstens eine Primärwicklung und die Sekundärwicklungsschaltung zusammen in eine Leiterplatte integriert sind.
Erfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei die Mehrzahl von Sekundärwicklungen als zwei sinusförmige Spulen jeweils mit Mittelabgriff ausgebildet sind und lediglich eine Primärwicklung bereitgestellt ist, die als eine rechteckförmige Spule ausgebildet ist und die Sekundärwicklungen in Aufsicht umgibt.
Erfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei eine Anzahl an Primärwicklungen und eine Anzahl an Sekundärwicklungen gleich ist und in der Leiterplatte jeweils eine Primärwicklung genau einer Sekundärwicklung zugerichtet ist.
Erfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 16, wobei die Sekundärwicklungen in jeder Untergruppe derart in der Sekundärwicklungsschaltung verschaltet relativ zu der mindestens einen Primärwicklung angeordnet sind, dass im Betrieb der Erfassungsvorrichtung ein Differentialsignal von jeder Untergruppe bereitgestellt wird.
Erfassungssystem, umfassend: eine Erfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, und ein Geberelement, das relativ zur Erfassungsvorrichtung drehbar angeordnet ist, wobei das Geberelement eine Geberstruktur aufweist, die aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet ist.