DE112018008038T5

DE112018008038T5 - Positionserfassungsvorrichtung und Verfahren

Info

Publication number: DE112018008038T5
Application number: DE112018008038.2T
Authority: DE
Inventors: David Witts; Peter Constantinou; Paul Smith; Timothy Biggs; Andrew Parker
Original assignee: AB Elektronik GmbH
Current assignee: Elektronik De AB GmbH
Priority date: 2018-10-16
Filing date: 2018-10-16
Publication date: 2021-06-24
Also published as: US12013264B2; WO2020079384A1; US20210381853A1

Abstract

Es wird eine Positionserfassungsvorrichtung bereitgestellt. In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst die Positionserfassungsvorrichtung ein erstes Glied, auf dem eine Erregerwicklung und eine Detektorwicklung gebildet sind, und ein zweites Glied, auf dem ein Resonanzkreis gebildet ist. Ein integrierter Schaltkreis, der eine Erregersignalerzeugungs- und eine Detektionssignalverarbeitungsschaltung aufweist, ist so angeordnet, dass er ein alternierendes Erregersignal bei einer Resonanzfrequenz des Resonanzkreises erzeugt und ein alternierendes Detektionssignal, das in der Detektorwicklung als Ergebnis eines magnetischen Felds induziert wird, das von dem alternierenden Erregersignal erzeugt wird, das durch die Detektorwicklung wandert, verarbeitet, und die Erregerwicklung und die Detektorwicklung sind so angeordnet, dass das Detektionssignal in Abhängigkeit von der relativen Position des ersten und zweiten Glieds variiert. Eine Phasenverschiebungsschaltung ist so angeordnet, dass eines, das Erregersignal oder das Detektionssignal, eine Phasenverschiebung erfährt, sodass das Erregersignal, das von dem integrierten Schaltkreis ausgegeben wird, und das Detektionssignal, das in den Detektionsschaltkreis eingegeben wird, in Phase oder in Gegenphase zueinander sind.

Description

Technisches Gebiet
Beispielhafte Aspekte der vorliegenden Offenbarung betreffen die induktive Erfassung der relativen Drehposition zwischen zwei Gliedern.
Allgemeiner Stand der Technik
Verschiedene Formen induktiver Positionssensoren sind zum Detektieren der Position eines ersten Glieds relativ zu einem zweiten Glied bekannt. In einigen Beispielen trägt ein Glied eine Sendeantenne und eine Empfangsantenne, während das andere Glied ein zwischengeschaltetes Kopplungselement trägt. Die Sendeantenne und die Empfangsantenne sind so angeordnet, dass in Abwesenheit des zwischengeschalteten Kopplungselements ein durch einen Wechselstrom, der durch die Sendeantenne hindurchfließt, generiertes Magnetfeld ein Nullsignal in der Empfangsantenne induziert (die Sendeantenne und die Empfangsantenne werden dann als balanciert bezeichnet). In Gegenwart des zwischengeschalteten Kopplungselements induziert jedoch ein durch einen Wechselstrom, der durch die Sendeantenne hindurchfließt, generiertes Magnetfeld eine elektromotorische Kraft in der Empfangsantenne, die einen Strom generiert, der von der Position des zwischengeschalteten Kopplungselements relativ zu der Sendeantenne und der Empfangsantenne abhängig ist. Mittels Analyse dieses Stroms kann die relative Position der zwei Glieder bestimmt werden.
Integrierte Schaltkreise zur induktiven Positionserfassung sind beispielsweise als anwendungsspezifisches Standardprodukt im Handel erhältlich. Diese Verfügbarkeit verbessert die kommerzielle Einsatzreife induktiver Positionssensoren, indem Kosten vermindert werden. Derzeit sind diese integrierten Schaltkreise für induktive Positionssensoren ausgelegt, in denen das zwischengeschaltete Kopplungselement in Form eines Stücks Leitermaterials oder einer Leiterbahn, die in einer Schleife gebildet ist, vorliegt.
Kurzdarstellung
Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Positionserfassungsvorrichtung bereitgestellt, die ein erstes Glied, auf dem eine Erregerwicklung und eine Detektorwicklung gebildet sind, und ein zweites Glied, auf dem ein Resonanzkreis gebildet ist, umfasst. Ein integrierter Schaltkreis, umfassend eine Erregersignalerzeugungs- und Detektionssignalverarbeitungsschaltung, ist so angeordnet, dass er ein alternierendes Erregersignal bei einer Resonanzfrequenz des Resonanzkreises erzeugt und ein alternierendes Detektionssignal verarbeitet, das in der Detektorwicklung als Ergebnis eines magnetischen Feldes induziert wird, das erzeugt wird, indem das alternierende Erregersignal durch die Detektorwicklung fließt, wobei die Erregerwicklung und die Detektorwicklung so angeordnet sind, dass das Detektionssignal in Abhängigkeit von der relativen Position des ersten und zweiten Glieds variiert. Die Positionserfassungsvorrichtung umfasst ferner eine Phasenverschiebungsschaltung, die so angeordnet ist, dass eines, das Erregersignal oder das Detektionssignal, eine Phasenverschiebung erfährt, sodass das Erregersignal, das von dem integrierten Schaltkreis ausgegeben wird, und das Detektionssignal, das in den Detektionsschaltkreis eingegeben wird, in Phase oder in Gegenphase zueinander sind.
Weitere Aspekte sind in den begleitenden Zeichnungen dargelegt.
Figurenliste

1 zeigt schematisch die Hauptkomponenten eines ersten Beispiels eines induktiven Positi onssensors;
2 ist ein Schaltkreisdiagramm, das Komponenten eines zweiten Beispiels eines Positionssensors zeigt;
3 ist ein Schaltkreisdiagramm für einen 90°-Phasenverschiebungsschaltkreis, der einen Teil der Schaltung bildet, die in 2 veranschaulicht ist; und
4 ist ein Schaltkreisdiagramm, das Komponenten eines dritten Beispiels eines Positionssensors zeigt.

Ausführliche Beschreibung
Eine beispielhafte Ausführungsform stellt eine Positionserfassungsvorrichtung bereit, umfassend ein erstes Glied, auf dem eine Erregerwicklung und eine Detektorwicklung gebildet sind, und ein zweites Glied, auf dem ein Resonanzkreis gebildet ist. Ein integrierter Schaltkreis, der eine Erregersignalerzeugungs- und eine Detektionssignalverarbeitungsschaltung aufweist, ist so angeordnet, dass er ein alternierendes Erregersignal bei einer Resonanzfrequenz des Resonanzkreises erzeugt und ein alternierendes Detektionssignal, das in der Detektorwicklung als Ergebnis eines magnetischen Felds induziert wird, das von dem alternierenden Erregersignal erzeugt wird, das durch die Detektorwicklung wandert, verarbeitet, wobei die Erregerwicklung und die Detektorwicklung so angeordnet sind, dass das Detektionssignal in Abhängigkeit von der relativen Position des ersten und zweiten Glieds variiert. Eine Phasenverschiebungsschaltung ist so angeordnet, dass eines, das Erregersignal oder das Detektionssignal, eine Phasenverschiebung erfährt, sodass das Erregersignal, das von dem integrierten Schaltkreis ausgegeben wird, und das Detektionssignal, das in den Detektionsschaltkreis eingegeben wird, in Phase oder in Gegenphase zueinander sind.
Die Detektorwicklung und die Phasenverschiebungsschaltung können einen Parallelresonanzkreis bilden, der einen Kondensator parallel zu der Detektorwicklung umfassen kann. Die Resonanzfrequenz des Parallelresonanzkreises kann im Wesentlichen zur Resonanzfrequenz des Resonanzkreises passen, der auf dem zweiten Glied gebildet ist.
Die Phasenverschiebungsschaltung kann einen 90°-Phasenverschiebungsschaltkreis zwischen der Detektorwicklung und dem integrierten Schaltkreis umfassen. Alternativ kann die Phasenverschiebungsschaltung einen Induktor, einen Impedanzpufferschaltkreis und einen 90°-Phasenverschiebungsschaltkreis umfassen, wobei der Induktor so angeordnet ist, dass eine Frequenz des Erregersignals, das von dem integrierten Schaltkreis ausgegeben wird, gesteuert wird, wobei der Impedanzpufferschaltkreis zwischen dem Induktor und dem 90°-Phasenverschiebungsschaltkreis angeordnet ist, und der 90°-Phasenverschiebungsschaltkreis zwischen dem Impedanzpufferschaltkreis und der Detektorwicklung angeordnet ist.
Die Detektorwicklung kann eine erste Detektorwicklung sein, und das Detektionssignal ist ein erstes Detektionssignal, und die Positionserfassungsvorrichtung kann ferner eine zweite Detektorwicklung umfassen, die so angeordnet ist, dass ein alternierendes zweites Detektionssignal in der zweiten Detektorwicklung als Ergebnis eines magnetischen Felds induziert wird, das von dem alternierenden Erregersignal erzeugt wird, das durch die Detektorwicklung wandert, wobei die Erregerwicklung und die zweite Detektorwicklung so angeordnet sind, dass das Detektionssignal in Abhängigkeit von der relativen Position des ersten und zweiten Glieds variiert, und der integrierte Schaltkreis so angeordnet ist, dass er das erste Detektionssignal und das zweite Detektionssignal verarbeitet.
Der integrierte Schaltkreis kann eine synchrone Demodulationsschaltung umfassen. Der integrierte Schaltkreis kann ferner eine Treiberschaltung umfassen, die so angeordnet ist, dass sie das Erregersignal und ein Demodulationssignal erzeugt, wobei der integrierte Schaltkreis so angeordnet ist, dass er das Demodulationssignal der synchronen Demodulationsschaltung zuführt.
Beispielhafte Ausführungsformen können auch eine Positionserfassungsvorrichtung bereitstellen, die ein erstes Glied, auf dem eine Erregerwicklung und eine Detektorwicklung gebildet sind, und ein zweites Glied, auf dem ein Resonanzkreis gebildet ist, umfasst. Die Erregerwicklung und die Detektorwicklung können jeweilige Layouts aufweisen, die so angeordnet sind, dass Strom, der in der Erregerwicklung fließt, ein Signal in der Detektorwicklung erzeugt, das abhängig von den relativen Positionen des ersten und zweiten Glieds ist, wobei die Detektorwicklung einen Teil eines Parallelresonanzkreises bilden kann.
Der Parallelresonanzkreis kann einen Kondensator parallel zur Detektorwicklung umfassen. Die Resonanzfrequenz des Parallelresonanzkreises kann im Wesentlichen zu einer Resonanzfrequenz des Resonanzkreises passen, der auf dem zweiten Glied gebildet ist.
Die Positionserfassungsvorrichtung kann ferner einen integrierten Schaltkreis zum Zuführen eines Erregersignals zur Erregerwicklung und zum Verarbeiten des Signals in der Detektorwicklung umfassen. Das Erregersignal kann eine Frequenz aufweisen, die im Wesentlichen auf die Frequenz des Resonanzkreises abgestimmt ist, der auf dem zweiten Glied gebildet ist. Die Resonanzfrequenz des Parallelresonanzkreises ist im Wesentlichen auf eine Resonanzfrequenz des Resonanzkreises abgestimmt, der auf dem zweiten Glied gebildet ist.
Auf diese Weise kann in den beispielhaften Ausführungsformen der integrierte Schaltkreis eher ein integrierter Schaltkreis, der zur Verwendung mit einem zwischengeschalteten Kopplungselement in Form eines Leitermaterials oder einer Leiterbahn, die in einer Schleife gebildet ist, ausgelegt ist, als ein Resonanzkreis sein.
Die Verwendung eines Resonanzkreises als zwischengeschaltetes Kopplungselement weist mehrere Vorteile auf. Beispielsweise kann der Resonanzkreis die Signalstärke in der Detektorwicklung erhöhen und kann auch einen Filtereffekt bereitstellen, um Frequenzen abseits der Resonanzfrequenz zu entfernen.
In einem Beispiel bildet die Phasenverschiebungsschaltung in Kombination mit der Detektorwicklung einen Parallelresonanzkreis. Dies kann einen weiteren Filtereffekt bereitstellen.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen offensichtlich, die nur beispielhaft gegeben ist und die mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen gemacht wird.
Ein induktiver Positionssensor gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird nun mit Bezug auf 1 beschrieben. Wie schematisch in 1 beschrieben, weist in diesem Beispiel der induktive Positionssensor eine Sendeantenne, die von einer Erregerwicklung 1 gebildet ist, eine Empfangsantenne, die von einer ersten Detektorwicklung 3 (nachfolgend als die Sinuswicklung 3 bezeichnet) und einer zweiten Detektorwicklung 5 (nachfolgend als die Kosinuswicklung 5 bezeichnet) gebildet ist, und ein zwischengeschaltetes Kopplungselement 7 auf. Die Sendeantenne und die Empfangsantenne sind auf einem ersten Glied (nicht gezeigt) gebildet, und das zwischengeschaltete Kopplungselement 7 ist auf einem zweiten Glied (ebenfalls nicht gezeigt) auf solche Weise gebildet, dass die relative Bewegung zwischen dem ersten Glied und dem zweiten Glied eine entsprechende relative Bewegung (zum Beispiel Drehbewegung) zwischen einerseits der Sendeantenne und der Empfangsantenne, und andererseits dem zwischengeschalteten Kopplungselement verursacht.
Die Erregerwicklung 1, die Sinuswicklung 3 und die Kosinuswicklung 5 sind jeweils von einer entsprechenden Leiterwicklung gebildet, wobei die Enden jeder Leiterwicklung elektrisch mit jeweiligen Anschlüssen des integrierten Schaltkreises 9 wie einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (Application Specific Integrated Circuit - ASIC) oder einem anwendungsspezifischen Standardprodukt (Application Specific Standard Product - ASSP) gekoppelt sind. Wie in 1 gezeigt umfasst der integrierte Schaltkreis 9 eine TX-Treiberstufe 11, die ein alternierendes elektrisches Signal zur Zuführung zu der Sendeantenne erzeugt. In diesem Beispiel ist die TX-Treiberstufe 11 ein freilaufender Oszillator, der ein alternierendes elektrisches Signal bei einer Treiberfrequenz erzeugt, die von der Induktivität der Sendeantenne und der Kapazität eines Kondensators 13 bestimmt wird, die parallel zu der Erregerwicklung 1 angeschlossen sind. In diesem Beispiel ist das zwischengeschaltete Kopplungselement 7 ein Resonanzkreis, und die Treiberfrequenz ist auf die Resonanzfrequenz dieses Resonanzkreises eingestellt. Normalerweise ist die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises so ausgelegt, dass sie einige wenige MHz beträgt, beispielsweise in dem Bereich von ungefähr 1MHz bis ungefähr 6 MHz. Wie hier verwendet soll die Verwendung der Bezeichnung „ungefähr“ zusammen mit einem numerischen Wert innerhalb von 20 % des angegebenen numerischen Werts liegen.
Das Zuführen eines Wechselstroms zu der Erregerwicklung 1 induziert sowohl direkt als auch über das zwischengeschaltete Kopplungselement 7 elektromotorische Kräfte in der Sinuswicklung 3 und der Kosinuswicklung 5. Als Ergebnis des Layouts der Sinuswicklung 3 und der Kosinuswicklung 5 in Bezug auf das Layout der Erregerwicklung 1 sind die Kräfte, die direkt in der Sinuswicklung 3 und der Kosinuswicklung 5 induziert werden, ausgeglichen und verursachen daher vernachlässigbaren Strom, der in der Sinuswicklung 3 und der Kosinuswicklung 5 fließt. Die elektromotorischen Kräfte, die mittels des zwischengeschalteten Kopplungselements induziert werden, erzeugen jedoch einen Strom, der in der Sinuswicklung 3 und der Kosinuswicklung 5 fließt. Wie in 1 gezeigt sind die Sinuswicklung 3 und die Kosinuswicklung 5 separate Wicklungen, sodass separate Ströme in der Sinuswicklung 3 und der Kosinuswicklung 5 fließen. Die Sinuswicklung 3 und die Kosinuswicklung 5 sind elektrisch an separate Anschlüsse des integrierten Schaltkreises 9 gekoppelt, wobei der Strom, der in der Sinuswicklung 3 fließt, so verarbeitet wird, dass er ein Sinusausgabesignal 23 bereitstellt und der Strom, der in der Kosinuswicklung 5 fließt, so verarbeitet wird, dass er ein Kosinusausgabesignal 25 bereitstellt. Die relativen Größen des Sinusausgabesignals 23 und des Kosinusausgabesignals 25 sind indikativ für die relative Position des ersten Glieds und des zweiten Glieds.
Beim Eintreten in den integrierten Schaltkreis 9 fließt Strom, der in der Sinuswicklung 3 fließt, zuerst durch eine EMV- Filterstufe 15, sodass Signalkomponenten bei Frequenzen abseits der Treiberfrequenz vermindert werden. Die herausgefilterten Signalkomponenten können beispielsweise durch Interferenz von elektrischen Signalen verursacht werden, die von anderen elektrischen Komponenten in der Nähe erzeugt werden.
Das gefilterte elektrische Signal wandert dann durch eine synchrone Demodulationsstufe 17, in der das gefilterte elektrische Signal mit einem Demodulationssignal von der TX-Treiberstufe 11 gemischt wird. Der integrierte Schaltkreis 9 ist so ausgelegt, dass er mit einem nicht-resonanten zwischengeschalteten Kopplungselement verwendet wird, und daher ist das Demodulationssignal in Phase mit dem Treibersignal. Wie nachfolgend ausführlicher besprochen wird, bildet die Sinuswicklung 3, um zu ermöglichen, dass der integrierte Schaltkreis mit einem zwischengeschalteten Kopplungselement in Form eines Resonanzkreises verwendet wird, einen Teil eines Parallelresonanzkreises, sodass das demodulierte elektrische Signal, das aus der synchronen Demodulation resultiert, eine Basisbandkomponente aufweist, deren Größe in Abhängigkeit von der relativen Position des ersten und zweiten Glieds und höheren Frequenzkomponenten beim Zweifachen der Treiberfrequenz und bei höheren Oberwellen der Treiberfrequenz variiert.
Das demodulierte elektrische Signal durchläuft dann eine Tiefpass-Filterstufe 19, um die Hochfrequenzkomponenten, die Oberwellen des Treibersignals entsprechen, zu entfernen, wodurch die Basisbandkomponente zurückbleibt, und durchläuft dann die Verstärkungs- und Ausgabepufferstufe 21, die erlaubt, dass eine anpassbare Verstärkung angewandt wird, bevor das Sinusausgabesignal 23 von der Verarbeitungsschaltung 9 ausgegeben wird.
Wie aus 1 offensichtlich wird, wird Strom, der in der Kosinuswicklung 5 induziert wird, auch einer EMV-Filterung 15, synchronen Demodulation 17, Tiefpassfilterung 19 und Verstärkungs- und Ausgabepufferung 21 innerhalb der Verarbeitungsschaltung 9 unterzogen, bevor er als das Kosinusausgabesignal 25 ausgegeben wird. Erneut bildet die Kosinuswicklung 5 einen Teil eines Parallelresonanzkreises.
Die Erregerwicklung 1, die Sinuswicklung 3 und die Kosinuswicklung 5 werden von Leiterbahnen gebildet, die auf dem ersten Glied angeordnet sind, und das zwischengeschaltete Kopplungselement 7 wird von einem Resonanzkreis auf analoge Weise zu den Leiterbahnen und dem Resonanzkreis gebildet, die in der internationalen Patentveröffentlichung WO 95/31696 besprochen werden, auf deren gesamten Inhalt hiermit durch Bezugnahme verwiesen wird. In beispielhaften Ausführungsformen sind sowohl die Sinuswicklung 3 als auch die Kosinuswicklung 5 von einer Leiterbahn gebildet, die einem sinusförmigen Vorwärtspfad entlang dem ersten Glied folgt, bis sie es erreicht, und dann entlang dem ersten Glied zurückkehrt und einem sinusförmigen Rückkehrpfad bis zum Startende folgt. Für jede, die Sinuswicklung 3 und die Kosinuswicklung 5, weisen der jeweilige sinusförmige Vorwärts- und Rückwärtspfad eine gemeinsame Periode auf und befinden sich in Gegenphase, d.h. sie sind im Wesentlichen um 180° phasenverschoben. Auf diese Weise wird tatsächlich eine Reihe von Stromschleifen gebildet, wobei die Polarität jeder Stromschleife entgegengesetzt zu der ihrer unmittelbaren Nachbarn ist. Die Erregerwicklung 1 verläuft um die Peripherie des ersten Glieds und kann eine einzelne Leiterschlaufe umfassen oder kann alternativ viele Windungen eines Leiterdrahts umfassen.
Wie zuvor erwähnt gleichen sich in Abwesenheit des zwischengeschalteten Kopplungselements 7 die elektromotorischen Kräfte, die direkt in der Sinuswicklung 3 von dem magnetischen Feld induziert werden, das von dem Strom erzeugt wird, der in der Erregerwicklung 1 fließt, aus, sodass kein Strom in der Sinuswicklung 3 direkt als ein Ergebnis des magnetischen Felds fließt, das von der Erregerwicklung 1 erzeugt wird. Auf ähnliche Weise gleichen sich in Abwesenheit des zwischengeschalteten Kopplungselements 7 die elektromotorischen Kräfte, die direkt in der Kosinuswicklung 5 von dem magnetischen Feld induziert werden, das von Strom erzeugt wird, der in der Erregerwicklung 1 fließt, aus, sodass kein Strom in der Kosinuswicklung 5 direkt als ein Ergebnis des magnetischen Felds fließt, das von der Erregerwicklung 1 erzeugt wird.
Das Vorhandensein des zwischengeschalteten Kopplungselements 7 weist den Effekt auf, dass eine Signalkomponente in die Sinuswicklung 3 und die Kosinuswicklung 5 eingebracht wird, deren Größe mit der Position des zwischengeschalteten Kopplungselements 7 auf sinusförmige Weise variiert, wobei die sinusförmige Variation mit der Position in der Sinuswicklung 3 um 90° phasenverschoben zu der sinusförmigen Variation mit der Position in der Kosinuswicklung 5 ist.
Da das zwischengeschaltete Kopplungselement 7 ein Resonanzkreis ist, ist die Phase des Stroms, der in dem zwischengeschalteten Kopplungselement induziert wird, zu dem Strom um 90° phasenverschoben, der von einer einfachen Leiterschleife oder von Wirbelströmen in einem Leitermaterial induziert worden wäre. Das bedeutet, dass die Sinuswicklung 3 und die Kosinuswicklung 5 nicht einfach an den integrierten Schaltkreis 9 angeschlossen werden können, weil dies in zwei Signalen, die im Wesentlichen in Phasenquadratur wären, resultieren würde, die in der synchronen Demodulationsstufe 17 multipliziert werden, was im Wesentlichen dazu führt, dass kein Signal von der synchronen Demodulationsstufe 17 ausgegeben wird. Wie zuvor erwähnt, wird, um dieses Problem zu beheben, die Sinuswicklung 3 zum Bestandteil eines Parallelresonanzkreises gemacht, indem ein erster Kondensator 27a parallel zu der Sinuswicklung 3 über jeweilige Eingabeanschlüsse des integrierten Schaltkreises 9 angeschlossen wird. Indem die Resonanzfrequenz des Parallelresonanzkreises mit der Resonanzfrequenz des Resonanzkreises des zwischengeschalteten Kopplungselements 7 abgestimmt wird, ist das Spannungssignal über den Anschluss in Phase oder in Gegenphase zu dem Erregersignal. Auf ähnliche Weise wird die Kosinuswicklung 5 zum Bestandteil eines Parallelresonanzkreises gemacht, indem ein erster Kondensator 27a parallel zu der Kosinuswicklung 3 über jeweilige Eingabeanschlüsse des integrierten Schaltkreises 9 angeschlossen wird.
Ein zweites Beispiel wird nun mit Bezug auf 2 und 3 beschrieben. In diesem zweiten Beispiel ist, anstatt, dass die Sinuswicklung 3 und die Kosinuswicklung 5 zu Komponenten der jeweiligen Parallelresonanzkreise gemacht werden, die Phase des Erregersignals um 90° verschoben, bevor es der Erregerwicklung 1 zugeführt wird.
2 zeigt andere Komponenten des induktiven Positionssensors als den integrierten Schaltkreis (welcher der gleiche integrierte Schaltkreis ist wie in dem Beispiel, das in 1 veranschaulicht ist), was von den Anschlüssen LCIN und LCOUT zum Zuführen des Erregersignals und den Anschlüssen INOP und INON zum Empfangen des Detektionssignals von der Sinuswicklung 3 und den Anschlüssen IN1P und IN1N zum Empfangen des Detektionssignals von der Kosinuswicklung 5 dargestellt wird.
Wie in 2 gezeigt ist ein Induktor 41 über die Anschlüsse LCIN und LCOUT angeschlossen. Der Induktor 41 stellt zusammen mit den Kondensatoren C1 und C2 die Frequenz des Erregersignals auf die gleiche Frequenz ein wie die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises 7. Das Erregersignal durchläuft dann einen Pufferschaltkreis mit hoher Impedanz 43, sodass die nachfolgende Schaltung das Erregersignal, das von dem integrierten Schaltkreis 9 ausgegeben wird, nicht beeinträchtigt.
Die Ausgabe des Pufferschaltkreises 43 wird in einen 90°-Phasenverschiebungsschaltkreis 45 eingegeben, der die Phase des Erregersignals um 90° verschiebt, bevor er das Erregersignal an die Erregerwicklung 1 anlegt. 3 zeigt einen beispielhaften Schaltkreis für den 90°-Phasenverschiebungsschaltkreis 45, insbesondere ein Allpassfilter, umfassend ein logarithmisches Potentiometer VR1, das angepasst werden kann, um eine 90°-Phasenverschiebung bei der Frequenz des Erregersignals zu erreichen. Es wird geschätzt werden, dass andere Arten einer Phasenverschiebungsschaltung verwendet werden können.
Die Signale, die in der Sinuswicklung 3 und der Kosinuswicklung 5 induziert werden, werden dann direkt in die jeweiligen Anschlüsse des integrierten Schaltkreises 9 eingegeben, da diese Signale entweder in Phase oder in Gegenphase zu dem Erregersignal sein werden, wie es von dem integrierten Schaltkreis 9 ausgegeben wird.
In dem zweiten Beispiel wird auf das Erregersignal, das von dem integrierten Schaltkreis 9 ausgegeben wird, bevor es an die Erregerwicklung 3 angelegt wird, eine 90°-Phasenverschiebung angewandt. 4 zeigt ein drittes Beispiel, in dem eine 90°-Phasenverschiebung auf das Signal, das in der Sinuswicklung induziert wird, und auf das Signal, das an die Kosinuswicklung angelegt wird, angewandt wird.
Wie in 4 gezeigt, wird das Signal, das in der Sinuswicklung 3 induziert wird, in einen ersten Pufferschaltkreis 43a eingegeben, und die Ausgabe des ersten Pufferschaltkreises 43a wird in einen ersten 90°-Phasenverschiebungsschaltkreis 45a eingegeben. Ähnlich wird das Signal, das in der Kosinuswicklung 5 induziert wird, in einen zweiten Pufferschaltkreis 43b eingegeben, und die Ausgabe des zweiten Puffersschaltkreises 43b wird in einen zweiten 90°-Phasenverschiebungsschaltkreis 45b eingegeben. In diesem Beispiel sind der erste und der zweite 90°-Phasenverschiebungsschaltkreis die gleichen wie der 90°-Phasenverschiebungsschaltkreis, der in 3 veranschaulicht ist, obgleich geschätzt werden wird, dass alternative Arten einer Phasenverschiebungsschaltung verwendet werden können. Indem die 90°-Phasenverschiebung auf die Signale angewandt wird, die in der Sinuswicklung 3 und der Kosinuswicklung 5 induziert werden, sind die Signale, die von dem integrierten Schaltkreis 9 detektiert werden, in Phase oder in Gegenphase zu dem Erregersignal des integrierten Schaltkreises 9.
Obgleich in allen oben gegebenen Beispielen die Empfangsantenne sowohl eine Sinuswicklung als auch eine Kosinuswicklung aufweist, ist dies nicht wesentlich, und es könnte nur eine, die Sinuswicklung oder die Kosinuswicklung, verwendet werden. In solchen Anordnungen könnte ein Rückmeldungssignal verwendet werden, um die Größe des oszillierenden Treiberstroms zu variieren, der an die Sendeantenne angelegt wird, sodass die Positionsinformationen von gerade dem Strom, der in der einzelnen Sinus-/Kosinuswicklung fließt, abgeleitet werden können. Die obigen Ausführungsformen sind nur als veranschaulichende Beispiele der vorliegenden Offenbarung zu verstehen.
Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind geplant. Es muss verstanden werden, dass jedes Merkmal, das in Bezug auf eine Ausführungsform beschrieben wird, allein verwendet werden kann oder in Kombination mit anderen beschriebenen Merkmalen, und auch in Kombination mit einem oder mehreren Merkmalen einer beliebigen anderen der Ausführungsformen verwendet werden kann oder einer beliebigen Kombination beliebiger anderer der Ausführungsformen. Überdies können auch Äquivalente und Abwandlungen, die nicht oben beschrieben sind, angewandt werden, ohne vom Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen, welcher in den begleitenden Ansprüchen definiert ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 9531696 [0025]

Claims

Positionserfassungsvorrichtung, umfassend: ein erstes Glied, das eine Erregerwicklung und eine Detektorwicklung, die darauf gebildet sind, umfasst; ein zweites Glied, das einen Resonanzkreis, der darauf gebildet ist, umfasst; einen integrierten Schaltkreis, der eine Erregersignalerzeugungs- und eine Detektionssignalverarbeitungsschaltung umfasst, die so angeordnet sind, dass ein alternierendes Erregersignal bei einer Resonanzfrequenz des Resonanzkreises erzeugt wird, und sodass ein alternierendes Detektionssignal, das in der Detektorwicklung als ein Ergebnis eines Magnetfelds, das von dem alternierenden Erregersignal erzeugt wird, das durch die Detektorwicklung fließt, induziert wird, verarbeitet wird, wobei die Erregerwicklung und die Detektorwicklung so angeordnet sind, dass das Detektionssignal in Abhängigkeit von der relativen Position des ersten und zweiten Glieds variiert; und eine Phasenverschiebungsschaltung, die so angeordnet ist, dass eines, das Erregersignal oder das Detektionssignal, eine Phasenverschiebung erfährt, sodass das Erregersignal, das von dem integrierten Schaltkreis ausgegeben wird, und das Detektionssignal, das in den Detektionsschaltkreis eingegeben wird, in Phase oder in Gegenphase zueinander sind.
Positionserfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Detektorwicklung und die Phasenverschiebungsschaltung einen Parallelresonanzkreis bilden.
Positionserfassungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Parallelresonanzkreis einen Kondensator parallel zu der Detektorwicklung umfasst.
Positionserfassungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Resonanzfrequenz des Parallelresonanzkreises im Wesentlichen auf die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises abgestimmt ist, der auf dem zweiten Glied gebildet ist.
Positionserfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Phasenverschiebungsschaltung einen 90°-Phasenverschiebungsschaltkreis zwischen der Detektorwicklung und dem integrierten Schaltkreis umfasst.
Positionserfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Phasenverschiebungsschaltung einen Induktor, einen Impedanzpufferschaltkreis und einen 90°-Phasenverschiebungsschaltkreis umfasst, wobei der Induktor so angeordnet ist, dass eine Frequenz des Erregersignals, das von dem integrierten Schaltkreis ausgegeben wird, gesteuert wird, wobei der Impedanzpufferschaltkreis zwischen dem Induktor und dem 90°-Phasenverschiebungsschaltkreis angeordnet ist, und wobei der 90°-Phasenverschiebungsschaltkreis zwischen dem Impedanzpufferschaltkreis und der Detektorwicklung angeordnet ist.
Positionserfassungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Detektorwicklung eine erste Detektorwicklung ist und das Detektionssignal ein erstes Detektionssignal ist, wobei die Positionserfassungsvorrichtung überdies eine zweite Detektorwicklung umfasst, die so angeordnet ist, dass ein alternierendes zweites Detektionssignal in der zweiten Detektorwicklung als ein Ergebnis eines Magnetfelds induziert wird, das von dem alternierenden Erregersignal erzeugt wird, das durch die Detektorwicklung fließt, wobei die Erregerwicklung und die zweite Detektorwicklung so angeordnet sind, dass das Detektionssignal in Abhängigkeit von der relativen Position des ersten und zweiten Glieds variiert, und wobei der integrierte Schaltkreis so angeordnet ist, dass das erste Detektionssignal und das zweite Detektionssignal verarbeitet werden.
Positionserfassungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der integrierte Schaltkreis eine synchrone Demodulationsschaltung umfasst.
Positionserfassungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei der integrierte Schaltkreis überdies eine Treiberschaltung umfasst, die so angeordnet ist, dass das Erregersignal und ein Demodulationssignal erzeugt werden, wobei der integrierte Schaltkreis so angeordnet ist, dass das Demodulationssignal der synchronen Demodulationsschaltung zugeführt wird.
Positionserfassungsvorrichtung, umfassend: ein erstes Glied, das eine Erregerwicklung und eine Detektorwicklung umfasst, die darauf gebildet sind; ein zweites Glied, das einen darauf gebildeten Resonanzkreis aufweist; wobei die Erregerwicklung und die Detektorwicklung jeweilige Layouts aufweisen, die so angeordnet sind, dass ein Strom, der in der Erregerwicklung fließt, ein Signal in der Detektorwicklung erzeugt, das abhängig von den relativen Positionen des ersten und zweiten Glieds ist, und wobei die Detektorwicklung Teil eines Parallelresonanzkreises ist.
Positionserfassungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei der Parallelresonanzkreis einen Kondensator parallel zu der Detektorwicklung umfasst.
Positionserfassungsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei eine Resonanzfrequenz des Parallelresonanzkreises im Wesentlichen auf eine Resonanzfrequenz des Resonanzkreises, der auf dem zweiten Glied gebildet ist, abgestimmt ist.
Positionserfassungsvorrichtung nach Anspruch 10, überdies umfassend einen integrierten Schaltkreis, um ein Erregersignal der Erregerwicklung zuzuführen und das Signal in der Detektorwicklung zu verarbeiten.
Positionserfassungsvorrichtung nach Anspruch 13, wobei das Erregersignal eine Frequenz aufweist, die im Wesentlichen auf die Frequenz des Resonanzkreises abgestimmt ist, der auf dem zweiten Glied gebildet ist.
Positionserfassungsvorrichtung nach Anspruch 14, wobei eine Resonanzfrequenz des Parallelresonanzkreises im Wesentlichen auf eine Resonanzfrequenz des Resonanzkreises, der auf dem zweiten Glied gebildet ist, abgestimmt ist.