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Die Erfindung betrifft einen induktiven Positionssensor, mit einem an einem beweglichen Element anordenbaren Koppelelement, mit zumindest einer Sensoreinheit zum Erfassen einer Position des Koppelelementes, wobei die Sensoreinheit zumindest eine ansteuerbare Senderspule zum Erzeugen elektromagnetischer Wellen und zumindest eine Empfängerspule zum Erfassen der von der Senderspule erzeugten und durch das Koppelelement beeinflussten elektromagnetischen Wellen aufweist, und mit einer mehrere Lagen aufweisenden Leiterplatte, wobei die Spulen der Sensoreinheit auf der Leiterplatte ausgebildet sind.
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Weiterhin betrifft die Erfindung eine Einrichtung, mit einem induktiven Positionssensor.
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Stand der Technik
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Induktive Positionssensoren sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt. Ein induktiver Positionssensor weist üblicherweise eine Sensoreinheit auf, die zumindest eine ansteuerbare Senderspule zum Erzeugen elektromagnetischer Wellen aufweist. Die erzeugten Wellen werden durch ein Koppelelement des Positionssensors beeinflusst und die beeinflussten Wellen werden durch zumindest eine Empfängerspule der Sensoreinheit erfasst. Dabei nutzen induktive Positionssensoren den Effekt, dass die durch die Senderspule erzeugten Wellen in Abhängigkeit von der Position des Koppelelementes unterschiedlich durch das Koppelelement beeinflusst werden. Demnach werden auch die durch die Empfängerspule erfassten Wellen durch die Position des Koppelelementes beeinflusst. Entsprechend kann die Position des Koppelelementes in Abhängigkeit von den durch die Empfängerspule erfassten elektromagnetischen Wellen bestimmt beziehungsweise ermittelt werden. Ist das Koppelelement an einem beweglichen Element angeordnet, so kann durch Ermitteln der Position des Koppelelementes mittelbar die Position des beweglichen Elementes ermittelt werden. Typischerweise sind die Senderspule und die Empfängerspule auf einer gemeinsamen, mehrere Lagen aufweisenden Leiterplatte des Positionssensors ausgebildet.
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Ein induktiver Positionssensor der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der Patentschrift
DE 10 2016 202 871 B3 bekannt. Im Falle dieses vorbekannten Positionssensors sind die Senderspule und die Empfängerspule derart verteilt auf den mehreren Lagen der Leiterplatte ausgebildet, dass die Senderspule die Empfängerspule bezogen auf eine senkrecht zu der Leiterplatte ausgerichtete Achse radial umschließt.
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Offenbarung der Erfindung
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Der erfindungsgemäße induktive Positionssensor zeichnet sich mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch aus, dass die Senderspule und die Empfängerspule derart verteilt auf den Lagen der Leiterplatte ausgebildet sind, dass die Senderspule der Empfängerspule bezogen auf die senkrecht zu der Leiterplatte ausgerichtete Achse zumindest abschnittsweise axial gegenüberliegt. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Positionssensors kann die Dimensionierung der Senderspule verglichen mit vorbekannten Positionssensoren in radialer Richtung verringert werden. Dadurch kann der Positionssensor insgesamt kleiner ausgebildet werden ohne dadurch die Empfindlichkeit der Sensoreinheit zu verringern. Zudem bietet die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Positionssensors einen größeren Variationsbereich bei der Einstellung der Induktivität der Senderspule. Diese wird maßgeblich durch die Geometrie der Senderspule sowie den Abstand der Senderspule zu dem Koppelelement bestimmt. Vorzugsweise weist der Positionssensor eine Recheneinheit auf, die dazu ausgebildet ist, die durch die Empfängerspule erfassten elektromagnetischen Wellen auszuwerten. Beispielsweise ist die Recheneinheit dazu ausgebildet, das durch die Empfängerspule erfasste Signal, also die erfassten Wellen, zu demodulieren.
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Hierzu ist die Recheneinheit durch elektrische Verbindungsleitungen elektrisch mit der Empfängerspule verbunden. Vorzugsweise ist die Recheneinheit dazu ausgebildet, das demodulierte Signal einem Steuergerät bereitzustellen, wobei das Steuergerät dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von dem demodulierten Signal die Position des Koppelelementes zu ermitteln. Vorzugsweise ist die Recheneinheit auch dazu ausgebildet, die Senderspule anzusteuern. Hierzu ist die Recheneinheit durch elektrische Verbindungsleitungen elektrisch mit der Senderspule verbunden. Besonders bevorzugt ist die Recheneinheit als anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) ausgebildet. Erfindungsgemäß liegt die Senderspule der Empfängerspule zumindest abschnittsweise axial gegenüber. Es liegt also zumindest ein Spulenabschnitt der Senderspule zumindest einem Spulenabschnitt der Empfängerspule axial gegenüber. Die vorstehend genannten Verbindungsleitungen bilden keinen Spulenabschnitt der Senderspule beziehungsweise der Empfängerspule. Insofern liegt die Senderspule nicht bereits dann der Empfängerspule axial gegenüber, wenn die Verbindungsleitungen, durch die die Senderspule mit der Recheneinheit verbunden ist, der Empfängerspule axial gegenüberliegen. Entsprechend liegt die Empfängerspule auch nicht bereits dann der Senderspule axial gegenüber, wenn die Verbindungsleitungen, durch die die Empfängerspule mit der Recheneinheit verbunden ist, der Senderspule axial gegenüberliegen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Leiterplatte zumindest eine empfängerspulenfreie Lage aufweist, wobei ein Senderspulenabschnitt der Senderspule derart auf der empfängerspulenfreien Lage ausgebildet ist, dass der Senderspulenabschnitt der Empfängerspule axial gegenüberliegt. Es ergibt sich daraus der Vorteil, dass der auf der empfängerspulenfreien Lage ausgebildete Senderspulenabschnitt unabhängig von der Dimensionierung der Empfängerspule dimensioniert werden kann. Beispielsweise kann eine Windungszahl des auf der empfängerspulenfreien Lage ausgebildeten Senderspulenabschnitts unabhängig von der Dimensionierung der Empfängerspule gewählt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Leiterplatte zumindest eine senderspulenfreie Lage aufweist, wobei ein Empfängerspulenabschnitt der Empfängerspule derart auf der senderspulenfreien Lage ausgebildet ist, dass der Empfängerspulenabschnitt der Senderspule axial gegenüberliegt. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass die Fläche der Empfängerspule gesteigert werden kann, wodurch letztlich eine Amplitude des Signals gesteigert wird. Zudem kann der auf der senderspulenfreien Lage ausgebildete Empfängerspulenabschnitt unabhängig von der Dimensionierung der Senderspule dimensioniert werden. Beispielsweise kann eine Windungszahl des auf der senderspulenfreien Lage ausgebildeten Empfängerspulenabschnitts unabhängig von der Dimensionierung der Senderspule gewählt werden.
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Vorzugsweise weist die Leiterplatte zumindest eine Lage auf, auf der sowohl die Senderspule als auch die Empfängerspule ausgebildet sind. Auf dieser Lage liegen sich die Senderspule und die Empfängerspule demnach bezogen auf die senkrecht zu der Leiterplatte ausgerichtete Achse radial gegenüber.
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Vorzugsweise sind die Senderspule und die Empfängerspule auf jeweils unterschiedlichen Lagen der Leiterplatte ausgebildet. Insofern ist die Senderspule nur auf empfängerspulenfreien Lagen ausgebildet und die Empfängerspule ist nur auf senderspulenfreien Lagen ausgebildet. Entsprechend sind die Senderspule und die Empfängerspule bezogen auf die senkrecht zu der Leiterplatte ausgerichtete Achse axial voneinander beabstandet. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass die Geometrien der Senderspule und der Empfängerspule unabhängig voneinander gewählt werden können.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Senderspule auf einer von dem Koppelelement abgewandten Seite der Empfängerspule angeordnet ist. Die Empfängerspule ist demnach zwischen dem Koppelelement und der Senderspule angeordnet. Durch eine derartige Anordnung der Spulen weist die Sensoreinheit eine besonders hohe Empfindlichkeit auf. Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Empfängerspule auf einer von dem Koppelelement abgewandten Seite der Senderspule angeordnet ist. Die Senderspule ist dann zwischen dem Koppelelement und der Empfängerspule angeordnet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Empfängerspule eine maximale Radialerstreckung aufweist, die zumindest im Wesentlichen einer maximalen Radialerstreckung der Senderspule entspricht. Durch eine derartige Ausgestaltung der Spulen wird der auf der Leiterplatte vorhandene Bauraum möglichst optimal ausgenutzt, wodurch die Amplitude des Signals maximiert wird. Unter einer Radialerstreckung ist dabei eine Erstreckung zu verstehen, die senkrecht zu der Achse verläuft. Sämtliche möglichen Radialerstreckungen verlaufen demnach parallel zu den Lagen der Leiterplatte.
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Vorzugsweise ist die Leiterplatte kreisscheibenförmig, insbesondere kreisringscheibenförmig, oder streifenförmig ausgebildet. Ist der Positionssensor als Drehwinkelsensor ausgebildet, so ist die Leiterplatte vorzugsweise kreisscheibenförmig ausgebildet. Der als Drehwinkelsensor ausgebildete Positionssensor ist dazu ausgebildet, als Position des Koppelelementes eine Drehposition beziehungsweise einen Drehwinkel des Koppelelementes zu erfassen. Ist der Positionssensor jedoch als Linearwegsensor ausgebildet, so ist die Leiterplatte vorzugsweise streifenförmig ausgebildet. Der als Linearwegsensor ausgebildete Positionssensor ist dazu ausgebildet, als Position des Koppelelementes eine Verschiebeposition des Koppelelementes zu erfassen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Sensoreinheit zumindest zwei Empfängerspulen aufweist, wobei die Empfängerspulen auf denselben Lagen der Leiterplatte ausgebildet sind. Die Sensoreinheit weist also eine erste Empfängerspule und eine zweite Empfängerspule auf. Dabei sind die Empfängerspulen vorzugsweise derart ausgebildet beziehungsweise angeordnet, dass die erste Empfängerspule ein sinusförmiges Signal und die zweite Empfängerspule ein kosinusförmiges Signal erfasst. Ist der Positionssensor als Drehwinkelsensor ausgebildet, so ist der Drehwinkel des Koppelelementes dann durch Ermitteln des Arkustangens (sin/cos) bestimmbar.
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Vorzugsweise weist der Positionssensor eine weitere Sensoreinheit zum Erfassen einer Position eines weiteren Koppelelementes auf, wobei die weitere Sensoreinheit zumindest eine Senderspule und zumindest eine Empfängerspule aufweist, und wobei die Spulen der weiteren Sensoreinheit auf der Leiterplatte ausgebildet sind. Bei einer derartigen Ausgestaltung kann der Positionssensor als Torque- and Angle Sensor (TAS) eingesetzt werden. In diesem Fall sind dann das Koppelelement und das weitere Koppelelement drehfest mit derselben Welle verbunden und die Leiterplatte ist zwischen dem Koppelelement einerseits und dem weiteren Koppelelement andererseits angeordnet. Der als Torque- and Angle Sensor ausgebildete Positionssensor ist dann dazu ausgebildet, sowohl ein durch die Welle erzeugtes Drehmoment als auch einen Drehwinkel der Welle zu erfassen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Senderspule der Sensoreinheit und die Senderspule der weiteren Sensoreinheit durch die Empfängerspule der Sensoreinheit einerseits und die Empfängerspule der weiteren Sensoreinheit andererseits axial umschlossen sind. Die Senderspulen sind also zwischen den Empfängerspulen angeordnet. Die beiden Sensoreinheiten weisen dann eine besonders hohe Empfindlichkeit auf. Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Empfängerspule der Sensoreinheit und die Empfängerspule der weiteren Sensoreinheit durch die Senderspule der Sensoreinheit einerseits und die Senderspule der weiteren Sensoreinheit andererseits axial umschlossen sind.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung weist ein bewegliches Element und einen induktiven Positionssensor zum Erfassen einer Position des beweglichen Elementes auf. Die Einrichtung zeichnet sich mit den Merkmalen des Anspruchs 12 durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Positionssensors aus. Auch daraus ergeben sich die bereits genannten Vorteile. Weitere bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung sowie aus den Ansprüchen. Das Koppelelement ist zum Erfassen der Position des Elementes direkt oder indirekt an dem Element angeordnet. Vorzugsweise ist die Einrichtung als Antriebseinrichtung ausgebildet. Bei dem beweglichen Element handelt es sich dann um ein Aktuatorelement der Antriebseinrichtung. Das Aktuatorelement ist vorzugsweise drehbar oder verschiebbar gelagert. Ist das Aktuatorelement drehbar gelagert, so ist der Positionssensor als Drehwinkelsensor ausgebildet. Ist das Aktuatorelement verschiebbar gelagert, so ist der Positionssensor als Linearwegsensor ausgebildet. Gemäß einer weiteren Ausführungsform handelt es sich bei dem Element beispielsweise um ein betätigbares Pedal. Der Positionssensor ist dann als Pedalwegsensor ausgebildet.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dazu zeigen
- 1 eine Antriebseinrichtung mit einem induktiven Positionssensor,
- 2 eine Leitplatte des Positionssensors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
- 3 weitere Darstellungen des Positionssensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
- 4 eine Leiterplatte des Positionssensors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel und
- 5 den Positionssensor gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt in einer vereinfachten Darstellung eine vorteilhafte Antriebseinrichtung 1 für einen hier nicht näher dargestellten Verbraucher, beispielsweise ein Bremssystem, insbesondere eine Parkbremse, eines Kraftfahrzeugs.
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Die Antriebseinrichtung 1 weist eine elektrische Maschine 2 auf. Die Maschine 2 weist als Aktuatorelement eine drehbar gelagerte Antriebswelle 3 auf. Zur Lagerung der Welle ist vorliegend ein eine Radialkraft übertragendes Lager 4 vorgesehen. Die Antriebswelle 3 trägt einen Rotor 5, dem ein gehäusefester Stator 6 zugeordnet ist. Der Rotor 5 und somit die Antriebswelle 3 sind durch eine geeignete Bestromung einer nicht dargestellten Statorwicklung des Stators 6 drehbar. Die Antriebswelle 3 ist mit dem Verbraucher mechanisch gekoppelt oder koppelbar, um diesen anzutreiben.
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Die Antriebseinrichtung 1 weist außerdem einen der Maschine 2 zugeordneten induktiven Positionssensor 7 auf. Der Positionssensor 7 weist ein Koppelelement 8 auf, das drehfest mit der Antriebswelle 3 verbunden ist. Das Koppelelement 8 ist also mit der Antriebswelle 3 mitdrehbar.
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Der Positionssensor 7 weist außerdem eine Leiterplatte 9 auf. Die Leiterplatte 9 ist derart gehäusefest angeordnet, dass die Leiterplatte 9 und die Antriebswelle 3 zueinander verdrehbar sind. Das Koppelelement 8 liegt der Leiterplatte 9 bezogen auf eine Achse Z, die senkrecht zu der Leiterplatte 9 ausgerichtet ist, axial gegenüber. Vorliegend ist die Leiterplatte 9 derart angeordnet beziehungsweise ausgerichtet, dass die Achse Z parallel zu der Rotationsachse R der Antriebswelle 3 verläuft.
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Die Leiterplatte 9 weist mehrere Lagen 10 auf. Vorliegend sind eine erste Lage 10A, eine zweite Lage 10B und eine dritte Lage 10C dargestellt. Die Leiterplatte 9 kann jedoch auch eine davon abweichende, insbesondere größere, Anzahl an Lagen 10 aufweisen. Die Lagen 10 sind bezogen auf die Achse Z axial hintereinander angeordnet. Die erste Lage 10A ist dem Koppelement 8 zugewandt und wird im Folgenden auch als oberste Lage 10A bezeichnet. Dem schließen sich mit aufsteigendem Abstand zu dem Koppelelement 8 die zweite Lage 10B und die dritte Lage 10C an.
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Der Positionssensor 7 weist außerdem eine Sensoreinheit 11 auf. Die Sensoreinheit 11 weist mehrere Spulen auf, die in 1 aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt sind. Die Spulen sind auf den Lagen 10 der Leiterplatte 9 ausgebildet, vorzugsweise als Leiterbahnen. Dabei sind zumindest eine ansteuerbare Senderspule und zumindest eine Empfängerspule vorgesehen.
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Der Positionssensor 7 weist außerdem eine Recheneinheit 12 auf, die gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als anwenderspezifische integrierte Schaltung (ASIC) ausgebildet ist. Die Recheneinheit 12 ist in 1 lediglich schematisch dargestellt. Vorzugsweise ist auch die Recheneinheit 12 auf der Leiterplatte 9 ausgebildet. Die Recheneinheit 12 ist elektrisch mit der Senderspule verbunden und dazu ausgebildet, die Senderspule dazu anzusteuern, ein Signal mittels elektromagnetischer Wellen auszusenden, das das Koppelelement 8 durchdringt. Die elektromagnetischen Wellen werden durch das Koppelelement 8 beeinflusst, zu der Empfängerspule reflektiert oder geleitet und durch die Empfängerspule erfasst. Dabei werden die elektromagnetischen Wellen in Abhängigkeit von der Drehposition beziehungsweise dem Drehwinkel des Koppelelementes 8 durch das Koppelement 8 unterschiedlich beeinflusst. Entsprechend werden bei unterschiedlichen Drehwinkeln des Koppelelementes 8 durch die Empfängerspule unterschiedliche elektromagnetische Wellen erfasst. Die Recheneinheit 12 ist elektrisch mit der Empfängerspule verbunden und dazu ausgebildet, die erfassten elektromagnetischen Wellen zu demodulieren. Die Recheneinheit 12 ist mit einem nicht dargestellten Steuergerät kommunikationstechnisch verbunden, wobei das Steuergerät dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von den demodulierten Wellen den Drehwinkel des Koppelelementes 8 zu ermitteln. Aufgrund der drehfesten Verbindung des Koppelelementes 8 mit der Antriebswelle 3 korreliert der Drehwinkel der Antriebswelle 3 mit dem des Koppelelementes 8. Ermittelt das Steuergerät den Drehwinkel des Koppelelementes 8, so ermittelt das Steuergerät somit mittelbar den Drehwinkel der Antriebswelle 3.
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Im Folgenden wird anhand der 2 und 3 ein erstes Ausführungsbeispiel des Positionssensors 7 näher erläutert.
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In 2 ist eine Schnittdarstellung eines Abschnitts der Leiterplatte 9 dargestellt. Die Leiterplatte 9 weist gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel des Positionssensors 7 vier Lagen 10 auf, nämlich eine dem Koppelelement 8 zugewandte erste Lage 10A, eine zweite Lage 10B, eine dritte Lage IOC und eine vierte Lage 10D.
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Die Sensoreinheit 11 weist eine Senderspule 13 sowie eine erste Empfängerspule 14A und eine zweite Empfängerspule 14B auf. Die Senderspule 13 einerseits und die Empfängerspulen 14A, 14B andererseits sind auf jeweils unterschiedlichen Lagen 10 der Leiterplatte 9 ausgebildet. Vorliegend ist die Senderspule 13 auf der dritten Lage 10C und der vierten Lage 10D ausgebildet. Die Empfängerspulen 14A, 14B sind gemeinsam auf der ersten Lage 10A und der zweiten Lage 10B ausgebildet. Die Senderspule 13 ist also nur in empfängerspulenfreien Lagen 10C, 10D ausgebildet. Entsprechend sind die Empfängerspulen 14A, 14B nur in sensorspulenfreien Lagen 10A, 10B ausgebildet. Übergänge von einer Lage 10 in eine benachbarte Lage 10 werden dabei jeweils durch eine Durchkontaktierung erreicht. In 2 sind mehrere Durchkontaktierungen 30 ersichtlich, durch die die erste Empfängerspule 14A von der ersten Lage 10A in die zweite Lage 10B übergeht, sowie mehrere Durchkontaktierungen 31, durch die die zweite Empfängerspule 14B von der ersten Lage 10A in die zweite Lage 10B übergeht.
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Aufgrund der Ausbildung der Senderspule 13 und der Empfängerspulen 14A, 14B auf jeweils unterschiedlichen Lagen 10 der Leiterplatte 9 ist die Senderspule 13 von den Empfängerspulen 14A, 14B bezogen auf die Achse Z axial beabstandet. Dabei liegt die Senderspule 13 den Empfängerspulen 14A, 14B bezogen auf die Achse Z zumindest abschnittsweise axial gegenüber. Die Senderspule 13 und die Empfängerspulen 14A, 14B liegen somit bezogen auf die Achse Z radial zumindest abschnittsweise auf derselben Höhe.
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Vorliegend sind die Empfängerspulen 14A, 14B in den beiden oberen Lagen 10A und 10B der Leiterplatte 9 ausgebildet. Die Senderspule 13 ist somit auf einer von dem Koppelelement 8 abgewandten Seite der Empfängerspulen 14A, 14B ausgebildet, sodass die Empfängerspulen 14A, 14B zwischen dem Koppelelement 8 und der Senderspule 13 angeordnet sind.
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3 zeigt weitere Darstellungen des Positionssensors 7 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Dabei zeigt die linke Darstellung A eine perspektivische Ansicht des Positionssensors 7. Die rechte Darstellung B zeigt eine Draufsicht auf den Positionssensor 7.
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Wie aus der Darstellung A ersichtlich ist, ist das Koppelelement 8 kreisscheibenförmig ausgebildet. Dabei weist die Kreisscheibenform des Koppelelementes 8 mehrere Messausnehmungen 15 auf, die in Umfangsrichtung des Koppelelementes 8 verteilt in dem Koppelelement 8 ausgebildet sind. Insbesondere durch die Messausnehmungen 15 wird erreicht, dass die durch die Senderspule 13 ausgesandten elektromagnetischen Wellen in Abhängigkeit von dem Drehwinkel des Koppelelementes 8 unterschiedlich durch das Koppelelement 8 beeinflusst werden. Das Koppelelement 8 weist außerdem einen zentralen Axialdurchbruch 16 auf. Insofern ist das Koppelelement 8 kreisringscheibenförmig ausgebildet. Ist das Koppelelement 8 wie in 1 dargestellt drehfest mit einer Welle verbunden, so durchgreift die Welle den zentralen Axialdurchbruch 16 des Koppelelementes 8.
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Wie aus der Darstellung B ersichtlich, ist die Senderspule 13 kreisringförmig ausgebildet und weist mehrere zueinander konzentrische Windungen auf. Auch die Empfängerspulen 14A, 14B sind jeweils zumindest im Wesentlichen kreisringförmig ausgebildet. Dabei weisen die Empfängerspulen 14A, 14B in Umfangsrichtung der jeweiligen Kreisringform einen wellenförmigen Verlauf auf. Die Senderspule 13 und die Empfängerspulen 14A, 14B sind zueinander koaxial angeordnet.
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Die Senderspule 13 und die Empfängerspulen 14A, 14B sind vorliegend derart dimensioniert, dass eine maximale Radialerstreckung 15 der Senderspule 13 zumindest im Wesentlichen einer maximalen Radialerstreckung 32 der Empfängerspulen 14A, 14B entspricht. Die maximale Radialerstreckung 15 beziehungsweise 32 entspricht dabei dem Durchmesser der jeweiligen Kreisringform.
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Die Leiterplatte 9 ist in 3 nicht dargestellt. Allerdings ist auch die Leiterplatte 9 kreisringscheibenförmig ausgebildet. Insofern weist auch die Leiterplatte 9 einen zentralen Axialdurchbruch auf. Dabei ist ein Durchmesser des zentralen Axialdurchbruchs der Leiterplatte 9 derart dimensioniert, dass die Antriebswelle 3 den Axialdurchbruch berührungslos durchgreifen kann.
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Die Senderspule 13 ist durch zwei elektrische Verbindungsleitungen 17A, 17B elektrisch mit der Recheneinheit 12 verbunden. Ausgehend von der Senderspule 13 verlaufen die Verbindungsleitungen 17A, 17B zur Kontaktierung der Recheneinheit 12 radial nach außen. Die Empfängerspule 14A ist durch zwei elektrische Verbindungsleitungen 18A, 18B elektrisch mit der Recheneinheit 12 verbunden. Ausgehend von der Empfängerspule 14A verlaufen die Verbindungsleitungen 18A, 18B zur Kontaktierung der Recheneinheit 12 radial nach außen. Die Empfängerspule 14B ist durch zwei elektrische Verbindungsleitungen 19A, 19B elektrisch mit der Recheneinheit 12 verbunden.
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Ausgehend von der Empfängerspule 14B verlaufen die Verbindungsleitungen 19A, 19B zur Kontaktierung der Recheneinheit 12 radial nach außen.
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Im Folgenden wird mit Bezug auf 4 ein zweites Ausführungsbeispiel des Positionssensors 7 näher erläutert. Hierzu zeigt 4 eine Schnittdarstellung des Positionssensors 7 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
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Gemäß dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Positionssensor 7 als Torque- and Angle Sensor ausgebildet. Insofern ist der Positionssensor 7 dazu ausgebildet, sowohl einen Drehwinkel einer Welle als auch ein durch die Welle erzeugtes Drehmoment zu erfassen. Hierzu weist der Positionssensor 7 zusätzlich zu der Sensoreinheit 11 eine weitere Sensoreinheit 20 auf.
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Gemäß dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Leiterplatte 9 acht Lagen auf, nämlich eine erste Lage 10A, eine zweite Lage 10B, eine dritte Lage IOC, eine vierte Lage 10D, eine fünfte Lage 10E, eine sechste Lage 10F, eine siebte Lage 10G und eine achte Lage 10H. Die Spulen 13, 14A, 14B der Sensoreinheit 11 sind wie in dem ersten Ausführungsbeispiel auf den Lagen 10A bis 10D ausgebildet.
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Auch die weitere Sensoreinheit 20 weist eine Senderspule 22 und zwei Empfängerspulen 23A, 23B auf. Die Senderspule 22 ist auf der fünften Lage 10E und der sechsten Lage 10F der Leiterplatte 9 ausgebildet. Die Empfängerspulen 23A, 23B sind gemeinsam auf der siebten Lage 10G und der achten Lage 10H der Leiterplatte 9 ausgebildet. Insofern werden die Senderspulen 13 und 22 durch die Empfängerspulen 14A, 14B einerseits und die Empfängerspulen 23A, 23B andererseits axial umschlossen. Dabei sind auch die Senderspule 22 und die Empfängerspulen 23A, 23B derart auf den Lagen 10 der Leiterplatte 9 ausgebildet, dass die Senderspule 22 den Empfängerspulen 23A, 23B bezogen auf die Achse Z axial gegenüberliegt. Vorzugsweise ist die weitere Sensoreinheit 20 bezogen auf eine zwischen der Senderspule 13 einerseits und der Senderspule 22 andererseits verlaufende Ebene spiegelsymmetrisch zu der Sensoreinheit 11 ausgebildet.
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Der weiteren Sensoreinheit 20 ist ein weiteres Koppelelement 21 zugeordnet, das im Hinblick auf seine Ausgestaltung vorzugsweise dem Koppelelement 8 entspricht. Das weitere Koppelelement 21 ist auf einer von dem Koppelelement 8 abgewandten Seite der Leiterplatte 9 angeordnet. Die Leiterplatte 9 wird also durch die Koppelelemente 8 und 21 axial umschlossen.
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Im Folgenden wird mit Bezug auf 5 ein drittes Ausführungsbeispiel des Positionssensors 7 näher erläutert. Hierzu zeigt 5 eine Draufsicht auf den Positionssensor 7. Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist der Positionssensor 7 als Linearwegsensor für ein verschiebbar gelagertes Linearaktuatorelement einer elektrischen Maschine ausgebildet. Insofern ist der Positionssensor 7 dazu ausgebildet, eine Verschiebeposition eines an dem Linearaktuatorelement angeordneten Koppelelementes zu erfassen. Hierzu ist die Leiterplatte 9 nicht kreisringscheibenförmig, sondern streifenförmig ausgebildet. Die Senderspule 13 ist rechteckringförmig ausgebildet und erstreckt sich in Längserstreckung der Leiterplatte 9. Auch die Empfängerspulen 14A, 14B erstrecken sich in Längserstreckung der Leiterplatte 9. Ansonsten sind auch in dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel die Senderspule 13 und die Empfängerspulen 14A, 14B derart verteilt auf den Lagen 10 der Leiterplatte 9 ausgebildet, dass die Senderspule 13 den Empfängerspulen zumindest abschnittsweise axial gegenüberliegt.
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In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen sind die Senderspule und die Empfängerspulen stets auf unterschiedlichen Lagen 10 der Leiterplatte 9 ausgebildet. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Leiterplatte 9 zumindest eine Lage 10 auf, auf der zumindest eine Senderspule und zumindest eine Empfängerspule gemeinsam ausgebildet sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016202871 B3 [0004]
