DE112018007005T5

DE112018007005T5 - Mehrzyklischer doppelt-redundanter mechanismus zum erfassen der winkelposition und zugehöriges anwendungsverfahren für präzise winkelverschiebungsmessung

Info

Publication number: DE112018007005T5
Application number: DE112018007005.0T
Authority: DE
Inventors: Ganesh Shaga; Bala Sundaram Nauduri
Original assignee: Microsemi Corp
Current assignee: Microsemi Corp
Priority date: 2018-02-02
Filing date: 2018-12-03
Publication date: 2020-10-29
Anticipated expiration: 2038-12-04
Also published as: US10921155B2; US20190242725A1; CN111630349B; CN111630349A; DE112018007005B4; WO2019152092A1

Abstract

Ein Gerät kann einen ersten planaren induktiven Sensor mit zwei Oszillatorspulen und zwei Sensorspulen einschließen. Das Gerät kann auch einen zweiten planaren induktiven Sensor einschließen, der unabhängig vom ersten Sensor ist und ebenfalls ein Oszillator- und Sensorspulenpaar einschließt. Das Gerät kann ferner einen Hochfrequenz-Wechselstrom-Trägergenerator einschließen, der dafür konfiguriert ist, hochfrequente Wechselstrom-Trägersignale in die Oszillatorspulen einzuspeisen. Das Trägersignal für die Oszillatorspule des ersten planaren induktiven Sensors ist mit einer zweiten Oszillatorspule desselben planaren induktiven Sensors um 180 Grad phasenverschoben und in entgegengesetzter geometrischer Richtung gewickelt, und die Oszillatorspulen des anderen induktiven Sensors können ebenfalls in ähnlicher Weise gewickelt sein. Die beiden Sensorspulen des ersten planaren induktiven Sensors können um 90 Grad zueinander phasenverschoben sein, und die Sensorspulen des anderen induktiven Sensors können ebenfalls in ähnlicher Weise gewickelt sein.

Description

HINTERGRUND:
Gebiet:
Verschiedene Positionserfassungsanwendungen können von einer doppelt-redundanten Erfassung profitieren. Zum Beispiel können ein mehrzyklischer doppeltredundanter Mechanismus zum Erfassen der Winkelposition und das zugehörige Anwendungsverfahren hilfreich für präzise Winkelverschiebungsmessungen in sicherheitskritischen Anwendungen sein, bei denen ein Ausfall des Erfassungssystems zu keiner Katastrophe führt, da es durch ein ähnliches System mit gleichem Formfaktor unterstützt wird und im selben Raum untergebracht ist.
Beschreibung des Standes der Technik:
Positionssensoren sind ein gängiges Element in der Automobil-, Industrie-, Luft- und Raumfahrtbranche. Allgemeiner gesagt sind äußerst robuste und zuverlässige Positionssensoren immer dann wertvoll, wenn es um Sicherheit geht. Die meisten Sicherheitsanforderungen können durch elektrisch redundante Positionssensoranordnungen erfüllt werden, was durch Verwendung von zwei unabhängigen Positionssensoren zum Messen desselben Parameters erreicht werden kann.
Als redundante Positionssensoren werden Potentiometer verwendet. Sie sind Kontaktsensoren und führen zu Verschleiß und Geräuschen. Um diese Nachteile zu vermeiden, werden berührungslose Sensoren verwendet. Diese Sensoren basieren auf induktiven, kapazitiven, optischen und Hall-Effekt-Prinzipien. Optische Kodierer bieten eine gute Auflösung, führen jedoch zu höheren Kosten und Zuverlässigkeitsproblemen in der rauen/verunreinigten Umgebung. Die Hallsensoren sind empfindlich gegenüber Temperatur und externen Magnetfeldern. Kapazitive Sensoren sind sehr empfindlich gegenüber extremen Umgebungsänderungen. Das Implementieren eines Redundanzdesigns mit Hall-, optischen und kapazitiven Technologien kann die Anzahl der Komponenten und die Kosten erhöhen.
Außerdem sind herkömmliche induktive Positionssensoren teuer. Sie sind sowohl kosten- als auch platzintensiv: Sie nehmen erheblichen dreidimensionalen Raum ein, da sie radial auf einen Kern gewickelt sind.
KURZDARSTELLUNG:
Gemäß bestimmten Ausführungsformen kann ein Gerät einen ersten planaren induktiven Sensor mit zwei Oszillatorspulen, die um 180 Grad zueinander phasenverschoben sind, und zwei Sensorspulen einschließen. Das Gerät kann auch einen zweiten, vom ersten Sensor unabhängigen planaren induktiven Sensor mit zwei Oszillatorspulen, die um 180 Grad zueinander phasenverschoben sind, und zwei Sensorspulen einschließen. Das Gerät kann ferner einen Hochfrequenz-Wechselstrom-Trägergenerator einschließen, der konfiguriert ist, hochfrequente Wechselstrom-Trägersignale in die Oszillatorspulen einzuspeisen. Ein Trägersignal für die Oszillatorspulen des ersten planaren induktiven Sensors kann mit einem Trägersignal für die Oszillatorspulen des zweiten planaren induktiven Sensors in Phase sein. Die Oszillatorspulen des ersten planaren induktiven Sensors können in gleicher geometrischer Richtung gewickelt sein wie entsprechende Oszillatorspulen des zweiten planaren induktiven Sensors. Die zwei Sensorspulen des ersten planaren induktiven Sensors können um 90 Grad zueinander phasenverschoben sein. Die zwei Sensorspulen des zweiten planaren induktiven Sensors können um 90 Grad zueinander phasenverschoben sein.
Bei bestimmten Ausführungsformen kann ein Verfahren das Bereitstellen eines Geräts einschließen, das einen ersten planaren induktiven Sensor mit zwei Oszillatorspulen und zwei Sensorspulen sowie einen zweiten planaren induktiven Sensor, der von dem ersten Sensor unabhängig ist und ebenfalls zwei Oszillatorspulen und zwei Sensorspulen einschließt, aufweist. Das Verfahren kann auch das Bereitstellen eines Ziels einschließen, das elektromagnetisch mit jeder der Sensorspulen verbunden ist. Das Verfahren kann ferner das Erfassen einer Winkelposition des Ziels auf Basis von Spannungen einschließen, die in den Sensorspulen induziert werden.
Figurenliste

Zum Verständnis der Erfindung sollte auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen werden:
1 veranschaulicht zwei unabhängige Oszillatorspulenpaare gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
2A zeigt ein erstes Sensorspulenpaar gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
2B zeigt ein zweites Sensorspulenpaar gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
3 veranschaulicht eine Zielplatte gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
4A veranschaulicht eine obere Schicht einer vierschichtigen Leiterplatte gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
4B veranschaulicht eine mittlere Schicht 1 der vierschichtigen Leiterplatte gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt eine durchsichtige Veranschaulichung der vierschichtigen Leiterplatte und einer Zielleiterplatte gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
6A veranschaulicht ein Ziel, das an einer 0-Grad-Position angeordnet ist, gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
6B veranschaulicht ein Ziel, das an einer 90-Grad-Position angeordnet ist, gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
6C veranschaulicht ein Ziel, das an einer 180-Grad-Position angeordnet ist, gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
6D veranschaulicht ein Ziel, das an einer 270-Grad-Position angeordnet ist, gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
7A veranschaulicht die induzierte Spannung in dem ersten Sensorspulenpaar gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
7B veranschaulicht die induzierte Spannung in dem zweiten Sensorspulenpaar gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
8 veranschaulicht ein Verfahren gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
9 veranschaulicht eine dreidimensionale Ansicht einer Sensorspule gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG:
Bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen einen doppelt-redundanten Mechanismus zum Erfassen einer Position unter Verwendung planarer induktiver Sensortechnologie. Mit dieser Technologie können geringere Winkelverschiebungen mit höherer Genauigkeit gemessen werden als in vielen alternativen Designs. Dieses Design kann unter Verwendung von zwei unabhängigen Sensoren mit jeweils mehreren Zyklen implementiert werden, ohne die Größe und die Anzahl der Leiterplattenschichten der Vorrichtung im Vergleich zu einem Einzelsensoransatz (nicht redundant) zu erhöhen. Die zwei unabhängigen Sensoren können zwei isolierte Stromversorgungen, Oszillatorspulen, Sensorspulen und Massepfade einschließen. Wenn einer dieser Sensoren ausfällt, kann der andere immer noch funktionieren und die Anwendung unterstützen. Diese Sensoren können kostengünstig mit stationären Leiterplatten (PCB), Spulen und einem Metallziel gebaut sein. Ein einziger Fehler in einer Leiterplattenkomponente und/oder Pin-Ebene führt nicht zum Ausfall beider Sensoren. Dieses Design ist somit einzigartig. Darüber hinaus können bestimmte Ausführungsformen dieses Designs sicherheitskritische Automobilanwendungen im Vergleich zu anderen induktiven Technologiedesigns besser bedienen. Darüber hinaus können bestimmte Ausführungsformen auch mit anderen heutigen Technologien wie Hall-Effekt, kapazitiv und optisch konkurrieren.
Bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können verschiedene Vorteile und/oder Vorzüge haben. Zum Beispiel kann das Design gemäß bestimmten Ausführungsformen eine neue planare induktive Sensortechnologie verwenden, die aufgrund des Wegfalls beweglicher elektrischer Kontakte, des guten Temperaturverhaltens und der Staubbeständigkeit robust sein kann. Diese induktiven Sensorvorrichtungen können als absolute Positionssensorvorrichtungen verwendet werden, was bedeutet, dass sie die Position bestimmen können, ohne das Ziel beim Einschalten zu bewegen.
Bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung schließen ein Sensordesign ein, das mehrzyklische Positionserkennung mit Redundanz beinhaltet, ohne Auswirkungen auf die Kosten, Fläche, Anzahl der Leiterplattenschichten und Genauigkeit im Vergleich zu zwei unabhängigen traditionellen planaren induktiven Sensoren für Redundanz. Dies ist möglicherweise die am besten geeignete Lösung für platzsparende und preisbewusste Anwendungen mit hoher Genauigkeit.
Da bestimmte Ausführungsformen Redundanz und eine mehrzyklische Konfiguration beinhalten, können bestimmte Ausführungsformen besonders für die Automobilindustrie geeignet sein, in der sicherheitskritische Positionssensoren erforderlich sind. Einige der Positionserfassungsanwendungen umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Bremspedal, Drosselklappe, Aktuatoren und Motorsteuerung.
Bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können im Vergleich zu früheren Ansätzen finanziell vorteilhaft sein. Zum Beispiel kann ein planarer induktiver Positionssensor gemäß bestimmten Ausführungsformen kostengünstig sein, da Spulen auf Leiterplatten angeordnet sind.
Außerdem können durch bestimmte Ausführungsformen Single-Point-of-Failure-Probleme vermieden werden. Zum Beispiel können bei bestimmten Ausführungsformen zwei unabhängige Sensorspulen und integrierte Schaltkreise (ICs) mit der gleichen Fläche für einen einzigen Sensor verwendet werden. Wenn ein Sensor ausfällt, kann der andere Sensor Rückmeldungsinformationen liefern und den Zweck erfüllen.
Darüber hinaus können bestimmte Ausführungsformen für Messungen mit geringem Winkel mit höherer Genauigkeit verwendet werden. Dies kann durch mehrzyklische Messung erreicht werden. Außerdem kann durch die mehrzyklische Messung auch die Notwendigkeit einer präzisen mechanischen Montage entfallen.
Induktive Sensoren können verwendet werden, um eine lineare Verschiebung oder eine Winkelbewegung in ein proportionales elektrisches Signal umzuwandeln. Ein induktiver Sensor kann zwei Primärspulen einschließen, die die Schwingung aufrechterhalten, sowie zwei Sekundärspulen, die bei Vorhandensein eines Ziels Positionsinformationen empfangen.
Hochfrequente Wechselstrom-Trägersignale (AC) können in Oszillatorspulen eingespeist werden. Oszillatorspulen, jede mit einem Reihenkondensator, bilden Tankschaltungen. Die jeweiligen Signale für diese Schaltungen, OSC1- und OSC2-Signale, können um 180° zueinander phasenverschoben sein. Die Spulen für OSC1 und OSC2 können geometrisch in entgegengesetzter Richtung gewickelt sein, so dass der Strom in beiden Spulen in die gleiche Richtung fließen kann und sich dadurch Felder addieren. Das so erzeugte Magnetfeld kann an die Sensorspulen ankoppeln. Jede Sekundärspule kann zwei angepasste Segmente mit in entgegengesetzter Richtung fließendem Strom aufweisen. Die zwei Segmente können die gleiche geometrische Form haben. Die zwei Segmente können auf der Leiterplatte so angeordnet sein, dass der Strom in einem Segment in entgegengesetzter Richtung zum anderen Segment fließt. Wenn kein Ziel vorhanden ist, kann die induzierte Spannung in den Sekundärspulen Null sein. Wenn ein Metallziel mit einem bestimmten Luftspalt in das System eingeführt wird, können Wirbelströme in dem Ziel eine Differenz der Sensorspulenspannungen verursachen.
Bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bieten ein mechanisches 60-Grad-Design, das in einer vierschichtigen Leiterplatte implementiert ist. Das Design kann zwei Oszillatorspulen- und Sensorspulenpaare einschließen.
1 veranschaulicht zwei unabhängige Oszillatorspulenpaare gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Insbesondere sind die beiden unabhängigen Oszillatorspulenpaare O₁₁ , O₁₂ und O₂₁ , O₂₂ dargestellt. Diese Oszillatoren können auf Basis einer verzweigten Topologie auf der mittleren Schicht 2 und der unteren Schicht einer vierschichtigen Leiterplatte angeordnet sein. Das Oszillatorspulenpaar kann von zwei unabhängigen Stromversorgungen mit der Bezeichnung V_in1 und V_in2 versorgt werden. Die Signale von O₁₁ und O₁₂ können um 180° zueinander phasenverschoben sein. O₂₁ und O₂₂ können ähnlich platziert sein, können aber durch V_in2 erregt werden, wie in 1 gezeigt.
Zusätzlich zu den beiden unabhängigen Oszillatorspulenpaaren, die in 1 dargestellt sind, kann das System auch zwei unabhängige Sensorspulenpaare C₁₁ , C₁₂ und C₂₁ , C₂₂ einschließen, wie in 2A und 2B gezeigt. Die beiden unabhängigen Sensorspulenpaare können jeweils die obere und untere Seite der in 5 gezeigten gestrichelten Bezugslinie einnehmen, während die Oszillatorspulen die gleiche Fläche einnehmen können, die sowohl der oberen als auch der unteren Seite entspricht. Die Sensorspulen können die obere und mittlere Schicht 1 der vierschichtigen Leiterplatte gemeinsam verwenden, wie in 4A und 4B gezeigt. 4A zeigt eine obere Schicht einer vierschichtigen Leiterplatte gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, während 4B eine mittlere Schicht 1 der vierschichtigen Leiterplatte gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt.
2A zeigt ein erstes Sensorspulenpaar gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Wie in 2A gezeigt, können die Sensorspulen C₁₁ und C₁₂ mit einer 90°-Phasenverschiebung zueinander angeordnet sein. Dies lässt sich durch Anordnen der Spulen mit einem vorbestimmten mechanischen Versatz von 15° erreichen. Zum Beispiel kann eine mechanische Drehung der Zielplatte um 360° sechs elektrische Zyklen von Sinus und Kosinus erzeugen, was drei elektrische Zyklen für eine 180°-Drehung bedeutet. Die Spanne eines einzelnen elektrischen Zyklus kann sich über 60° erstrecken, d. h. 180°/3 elektrische Zyklen = 60° für 1 elektrischen Zyklus. Die Zielplatte kann dementsprechend mit sechs Blättern für eine vollständige mechanische 360°-Drehung des Ziels und folglich mit drei Blättern für eine mechanische 180°-Drehung des Ziels gestaltet sein (zum Beispiel können sich drei Blätter in der oberen Hälfte des Ziels und drei Blätter in der unteren Hälfte des Ziels in dessen Ausgangsposition befinden). Das Verhältnis von mechanischer Drehung zu elektrischer Drehung beträgt also eine mechanische Drehung pro sechs elektrische Drehungen oder 1:6. Um eine elektrische Trennung von der mechanischen Trennung zu erhalten, erinnern Sie sich daran, dass elektrisch Sinus und Kosinus um 90° zueinander phasenverschoben sind. Da das Verhältnis zwischen mechanischer und elektrischer Drehung 1:6 ist, entspricht eine mechanische Trennung von 1 Grad einer elektrischen Drehung von 6 Grad. Daher können in diesem System die Startpunkte der Spulen mechanisch um eine mechanische Trennung von 90°/6 = 15° getrennt sein, um eine elektrische Trennung von 90° zu erreichen. Wenn bei einer elektrischen Trennung von 90° eine Sensorspule mit einer Sinusfunktion angetrieben wird, wird die nächste getrennte Sensorspule mit einer Kosinusfunktion angetrieben.
C₁₁ und C₁₂ können drei Schleifen auf der Leiterplatte durchlaufen, um die Phasenverschiebungspunkte C₁₁ , C₁₂ zu erreichen, und zum Startpunkt in einer verzweigten Topologie durch die obere und mittlere Schicht 1 der vierschichtigen Leiterplatte zurückkehren. C₁₁ und C₁₂ können an den Endpunkten C₁₁ und C₁₂ terminiert und mit der jeweiligen Masse verbunden sein. Die Phasenverschiebungspunkte können einfach die geometrischen Mittelpunkte der jeweiligen Sensorspulen sein.
9 veranschaulicht eine dreidimensionale Ansicht einer Sensorspule gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Wie in 9 gezeigt, kann eine Spule eine als durchgezogene Linie dargestellte Starthälfte, die am Startpunkt beginnt und am 180-Grad-Phasenverschiebungspunkt endet, und eine als gestrichelte Linie dargestellte Endhälfte, die am 180-Grad-Phasenverschiebungspunkt beginnt und am Endpunkt endet, einschließen. Die Starthälfte kann drei Schleifen 910, 920 und 930 einschließen, während die Endhälfte in ähnlicher Weise drei Schleifen 940, 950 und 960 einschließen kann. Die Starthälfte kann einen Vorwärtspfad für Strom bieten, während die Sendehälfte einen Rückleitungspfad für Strom bieten kann, wie im unteren Abschnitt von 9 veranschaulicht.
2B zeigt ein zweites Sensorspulenpaar gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Wie in 2B gezeigt, können C₂₁ und C₂₂ die anderen zwei Sensorspulen sein, die mit einer Phasenverschiebung von 90° zueinander angeordnet sind. C₂₁ und C₂₂ können drei Zyklen durchlaufen, um die Phasenverschiebungspunkte C₂₁ , C₂₂ zu erreichen, und können zum Startpunkt in einer verzweigten Topologie durch die obere und mittlere Schicht 1 der vierschichtigen Leiterplatte zurückkehren. C₂₁ und C₂₂ können an den Endpunkten C₂₁ und C₂₂ terminiert und mit der jeweiligen Masse verbunden sein.
Ein Hochfrequenzsignal kann unabhängig voneinander in O₁₁ , O₁₂ und O₂₁ , O₂₂ eingeleitet werden. Wenn kein Ziel vorhanden ist, ist die in der Sensorspule induzierte Spannung Null. 3 veranschaulicht eine Zielplatte gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Diese sechsblättrige verzweigte Form stellt eine mögliche Ausführungsform dar. In diesem Fall ist 3 maßstabsgetreu gezeichnet, obwohl Abweichungen von dem Maßstab zulässig sind.
Wenn ein in 3 dargestelltes Ziel (zum Beispiel Zielleiterplatte oder Zielplatte) auf der Sensorspule mit einem bestimmten Luftspalt platziert wird, kann ein zeitveränderliches Magnetfeld Spannung in den Sensorspulen der oberen und unteren Abschnitte der Referenzlinie induzieren, die in 5 gestrichelt dargestellt ist. Das zeitveränderliche Magnetfeld kann das Ergebnis eines oszillierenden Stroms in den Oszillatorspulen sein, der Wirbelströme im Ziel erzeugt. 5 zeigt eine durchsichtige Veranschaulichung der vierschichtigen Leiterplatte und eines Ziels, das eine Platte oder Leiterplatte sein kann, gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Die in den Sensorspulen C₁₁ , C₁₂ , C₂₁ , C₂₂ induzierte Spannung kann unabhängig voneinander zurückgelesen werden, und Positionsinformationen können auf Basis der unabhängigen Spannungen berechnet werden.
Das in 3 gezeigte Ziel kann die magnetische Kopplung zwischen dem Oszillator und den Sensorspulen unterstützen und definieren. Die Form des Ziels kann so gestaltet sein, dass bei axialer Drehung die magnetische Kopplung in einer Sinusfunktion angetrieben wird. Das Ziel kann ein einfaches Metallblech, Kupfer auf Leiterplatte oder dergleichen sein. Wenn sich das Ziel dreht, sind die induzierten Spannungen in den Sensorspulen C₁₁ , C₁₂ und C₂₁ , C₂₂ eine Sinus- und Kosinusfunktion, wie in 7a und 7b gezeigt.
Die Beziehung zwischen der Zielposition und der induzierten Sensorspulenspannung kann man erkennen, indem man 6A bis 6D mit 7A und 7B in Beziehung setzt, wie weiter unten erläutert. 7A veranschaulicht die induzierte Spannung in dem ersten Messspulenpaar gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, während 7B die induzierte Spannung in einem zweiten Sensorspulenpaar gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
6A veranschaulicht ein Ziel, das an einer 0-Grad-Position angeordnet ist, gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Die 0-Grad-Position ist eine Referenzposition des Ziels, die wie in 6A gezeigt angeordnet ist. In diesem Fall ist die Höhe der in Spule C₁₁ , C₂₁ induzierten Spannung jeweils in 7A an Punkt a₁ , b₁ dargestellt. Die Höhe der in Spule C₁₂ , C₂₂ induzierten Spannung ist in 7B an Punkt c₁ , d₁ dargestellt.
6B veranschaulicht ein Ziel, das an einer 90-Grad-Position angeordnet ist, gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Somit ist das Ziel relativ zu seiner in 6A gezeigten Ausgangsposition um 90 Grad gedreht. In dem in 6B dargestellten Fall ist der Betrag der in Spule C₁₁ , C₂₁ induzierten Spannung in 7A an Punkt a₂ , b₂ dargestellt. Die Höhe der in Spule C₁₂ , C₂₂ induzierten Spannung ist in 7B an Punkt c₂ , d₂ dargestellt.
6C veranschaulicht ein Ziel, das an einer 180-Grad-Position angeordnet ist, gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. In diesem Fall ist die Höhe der in Spule C₁₁ , C₂₁ induzierten Spannung in 7A an Punkt a₃ , b₃ dargestellt. Die Höhe der in Spule C₁₂ , C₂₂ induzierten Spannung ist in 7B an Punkt c₃ , d₃ dargestellt.
6D veranschaulicht ein Ziel, das an einer 270-Grad-Position angeordnet ist, gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. In diesem Fall ist die Höhe der in Spule C₁₁ , C₂₁ induzierten Spannung in 7A an Punkt a₄ , b₄ dargestellt. Die Höhe der in Spule C₁₂ , C₂₂ induzierten Spannung ist in 7B an Punkt c₄ , d₄ dargestellt.
Der elektrische Zyklus endet an den Punkten a₅ , b₅ , c₅ , d₅ , und der nächste Zyklus wird fortgesetzt, der bei 360 Grad liegen würde, was dem oben erwähnten Fall von 0 Grad entspricht. Sobald das Ziel die gesamte 360°-Drehung abgeschlossen hat, können drei elektrische Zyklen am Ausgang beobachtet werden, wie in 7A und 7B gezeigt.
Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Zum Beispiel kann ein Gerät einen ersten planaren induktiven Sensor mit zwei Oszillatorspulen und zwei Sensorspulen einschließen. Das Gerät kann auch einen zweiten planaren induktiven Sensor einschließen, der unabhängig vom ersten Sensor ist und ebenfalls zwei Oszillatorspulen und zwei Sensorspulen einschließt. Das Gerät kann ferner einen Hochfrequenz-Wechselstrom-Trägergenerator einschließen, der dafür konfiguriert ist, hochfrequente Wechselstrom-Trägersignale in die Oszillatorspulen einzuspeisen. Ein Trägersignal für die Oszillatorspule des ersten planaren induktiven Sensors kann mit einem Trägersignal für die Oszillatorspule desselben planaren induktiven Sensors um 180 Grad phasenverschoben sein. Darüber hinaus kann die Oszillatorspule des ersten planaren induktiven Sensors in einer entgegengesetzten geometrischen Richtung gewickelt sein wie die Oszillatorspule desselben planaren induktiven Sensors. Die zwei Sensorspulen des ersten planaren induktiven Sensors können um 90 Grad zueinander phasenverschoben sein. Zusätzlich sind die zwei Sensorspulen des zweiten planaren induktiven Sensors um 90 Grad zueinander phasenverschoben.
Jede der Sensorspulen kann drei Zyklen durchlaufen, um Phasenverschiebungspunkte zu erreichen, und zum Startpunkt zurückkehren. Die zwei Oszillatorspulen können von unabhängigen Stromversorgungen versorgt werden. Wirbelströme in einem leitfähigen Ziel können Unterschiede in Sensorspulenspannungen verursachen. Der erste planare induktive Sensor kann so konfiguriert sein, dass er gegenüber dem zweiten planaren induktiven Sensor redundant ist. Der erste planare induktive Sensor und der zweite planare induktive Sensor können so konfiguriert sein, dass ein einzelner Sensorfehler, der einen der Sensoren deaktiviert, den anderen Sensor nicht beeinträchtigt.
Ein Ziel kann bereitgestellt sein, das der Leiterplatte mit den Oszillatorspulen und den Sensorspulen axial zugewandt ist. Die Sensorspulen können dafür konfiguriert sein, die Winkelposition des Ziels zu erkennen. Das Ziel kann auf einer Leiterplatte bereitgestellt sein. Die Sensorspulen können dafür konfiguriert sein, eine absolute Winkelposition des Ziels zu erkennen.
8 veranschaulicht ein Verfahren gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren kann in 810 das Bereitstellen eines Geräts einschließen, wie oben beschrieben, das einen ersten planaren induktiven Sensor mit zwei Oszillatorspulen und zwei Sensorspulen sowie einen zweiten planaren induktiven Sensor, der unabhängig vom ersten Sensor ist und ebenfalls zwei Oszillatorspulen und zwei Sensorspulen einschließt, aufweist. Das Gerät kann auch jede der anderen oben beschriebenen Eigenschaften wie Aufbau auf einer einzigen vierschichtigen Leiterplatte einschließen. Das Verfahren kann in 820 ferner das Bereitstellen eines Ziels einschließen, das elektromagnetisch mit jeder der Sensorspulen verbunden ist. Das Verfahren kann in 830 ferner das Erfassen einer Winkelposition des Ziels auf Basis von Spannungen einschließen, die in den Sensorspulen induziert werden. Die erfasste Position kann eine absolute Position sein. Das Verfahren kann in 825 ferner das Bereitstellen von Wechselstrom als Eingang zu den Oszillatorspulen einschließen.
Ein Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet wird leicht erkennen, dass die Erfindung wie vorstehend erläutert mit Schritten in einer anderen Reihenfolge und/oder mit Hardwareelementen in Konfigurationen ausgeführt werden kann, die sich von denen unterscheiden, die offenbart sind. Obwohl die Erfindung auf Basis dieser bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, wäre es für Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich, dass bestimmte Modifikationen, Variationen und alternative Konstruktionen offensichtlich sind, ohne dabei vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

Gerät, umfassend: einen ersten planaren induktiven Sensor umfassend zwei Oszillatorspulen, die um 180 Grad zueinander phasenverschoben sind, und zwei Sensorspulen; einen zweiten planaren induktiven Sensor, der von dem ersten Sensor unabhängig ist, umfassend zwei Oszillatorspulen, die um 180 Grad zueinander phasenverschoben sind, und zwei Sensorspulen; und einen Hochfrequenz-Wechselstrom-Trägergenerator, der konfiguriert ist, hochfrequente Wechselstrom-Trägersignale in die Oszillatorspulen einzuspeisen, wobei ein Trägersignal für die Oszillatorspulen des ersten planaren induktiven Sensors in Phase mit einem Trägersignal für die Oszillatorspulen des zweiten planaren induktiven Sensors ist, wobei die Oszillatorspulen des ersten planaren induktiven Sensors in gleicher geometrischer Richtung gewickelt sind wie entsprechende Oszillatorspulen des zweiten planaren induktiven Sensors, wobei die beiden Sensorspulen des ersten planaren induktiven Sensors um 90 Grad zueinander phasenverschoben sind und wobei die beiden Sensorspulen des zweiten planaren induktiven Sensors um 90 Grad zueinander phasenverschoben sind.
Gerät nach Anspruch 1, wobei jede der Sensorspulen drei Zyklen vollendet, um Phasenverschiebungspunkte zu erreichen und zum Startpunkt zurückzukehren.
Gerät nach Anspruch 1, wobei die zwei Oszillatorspulen von unabhängigen Stromversorgungen versorgt werden.
Gerät nach Anspruch 1, wobei die beiden Oszillatorspulen des ersten planaren induktiven Sensors um 180 Grad zueinander phasenverschoben sind und die jeweiligen zwei Oszillatorspulen des zweiten planaren induktiven Sensors entsprechend um 180 Grad zueinander phasenverschoben sind.
Gerät nach Anspruch 1, wobei der erste planare induktive Sensor so konfiguriert ist, dass er zu dem zweiten planaren induktiven Sensor unabhängig redundant ist.
Gerät nach Anspruch 1, wobei der erste planare induktive Sensor und der zweite planare induktive Sensor so konfiguriert sind, dass ein einzelner Sensorfehler, der einen der Sensoren deaktiviert, den Betrieb des anderen Sensors nicht beeinflusst.
Gerät nach Anspruch 1, wobei ein Ziel bereitgestellt ist, das axial der Leiterplatte zugewandt ist, die die oszillierenden Spulen und die Sensorspulen umfasst, wobei die Sensorspulen konfiguriert sind, die Winkelposition des Ziels zu erkennen.
Gerät nach Anspruch 7, wobei die Sensorspulen konfiguriert sind, die absolute Winkelposition des Ziels zu erkennen.
Gerät nach Anspruch 1, wobei die oszillierenden Spulen und die Sensorspulen von zwei unabhängigen Sensoren auf einer mehrschichtigen Leiterplatte bereitgestellt sind und die gleiche und die Hälfte der radialen Fläche der Leiterplatte einnehmen.
Gerät nach Anspruch 9, wobei die Sensorspulen erste oder letzte zwei Schichten der mehrschichtigen Leiterplatte belegen.
Gerät nach Anspruch 1, wobei die Oszillatorspulen auf zwei Schichten einer mehrschichtigen gedruckten Leiterplatte und die Sensoren auf zwei anderen Schichten angeordnet sind, von denen eine jeweils über der anderen liegt.
Verfahren, umfassend: Bereitstellen einer Vorrichtung mit einem ersten planaren induktiven Sensor, der zwei Oszillatorspulen und zwei Sensorspulen einschließt, sowie mit einem zweiten planaren induktiven Sensor, der vom ersten Sensor unabhängig ist und ebenfalls zwei Oszillatorspulen und zwei Sensorspulen einschließt, Bereitstellen eines Ziels, das elektromagnetisch mit jeder der Sensorspulen verbunden ist; und Erfassen einer Winkelposition des Ziels auf Basis von in den Sensorspulen induzierten Spannungen.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die erfasste Winkelposition eine absolute Position ist.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend: Bereitstellen von um 180 Grad phasenverschobenen Wechselströmen als Eingang zu den einzelnen Sensoroszillatorspulen jeder der zwei Oszillatorspulen des ersten planaren induktiven Sensors und jeder der zwei Oszillatorspulen des zweiten planaren induktiven Sensors.