DE112021003215T5

DE112021003215T5 - Drehmomenterfassungsvorrichtung und Verfahren

Info

Publication number: DE112021003215T5
Application number: DE112021003215.1T
Authority: DE
Inventors: David Witts; Paul Smith
Original assignee: Kyocera Avx Components Werne GmbH
Current assignee: Kyocera Avx Components Werne GmbH
Priority date: 2020-06-11
Filing date: 2021-06-02
Publication date: 2023-04-27
Also published as: US20230273080A1; CN115698662A; WO2021250510A1; US12013300B2; US20210389196A1; US11692887B2

Abstract

Ein Drehmomentsensor kann so konfiguriert werden, dass er die Positionen von Rotorzielen in Bezug auf die Position der jeweiligen Empfängerstrukturen erfasst. Ein Drehmomentsensor kann eine Oszillatorschaltung umfassen, die mit einer Erregerspule gekoppelt ist. Die Oszillatorschaltung kann so konfiguriert sein, dass sie ein periodisches Spannungssignal erzeugt und die Erregerspule mit dem periodischen Spannungssignal erregt. Der induktive Drehmomentsensor kann eine Statorleiterplatte mit Empfängern mit periodisch wiederholten Empfängerstrukturen enthalten. Der induktive Drehmomentsensor kann Rotortargets enthalten, die mit entsprechenden Rotoren gekoppelt sind, wobei die Rotortargets so konfiguriert sein können, dass sie die Stärke der induktiven Kopplung zwischen der Erregerspule und den entsprechenden Empfängern beeinflussen. Der induktive Drehmomentsensor kann einen Verarbeitungsschaltkreis enthalten, der so konfiguriert ist, dass er Signale liefert, die mit den Positionen der Rotortargets relativ zu ihren jeweiligen Empfängerstrukturen verbunden sind.

Description

BEANSPRUCHUNG DER PRIORITÄT
Die vorliegende Patentanmeldung beansprucht die Priorität von US-Patentanmeldung Seriennummer 17/106,720 mit dem Titel „Torque Sensing Device and Method“, eingereicht am 30. November 2020, welche den Vorteil der vorläufigen US-Patentanmeldung Seriennummer 63/037,652 mit dem Titel „Torque Sensing Device and Method“, eingereicht am 11. Juni 2020, beansprucht, auf die in diesem Dokument verwiesen wird.
FACHGEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Drehmomentsensoren und insbesondere ein System und Verfahren zum induktiven Detektieren des Drehmoments zwischen einem ersten Element und einem zweiten Element.
Hintergrund
Verschiedene Formen von Drehmomentsensoren zum Detektieren des Drehmoments zwischen einem ersten Element in Bezug auf ein zweites Element sind bekannt. In einigen Fällen kann ein Element ein induktives Sensorelement tragen, während das andere Element ein magnetisches oder leitfähiges Target tragen kann. Das induktive Sensorelement kann ausgestaltet sein, ein Drehmoment basierend auf elektromagnetischen Feldern zu detektieren, die sich aus Positionen des weichmagnetischen oder leitfähigen Targets in Bezug auf das induktive Sensorelement ergeben.
Zusammenfassung
Aspekte und Vorteile von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden teilweise in der folgenden Beschreibung dargelegt oder können der Beschreibung entnommen werden oder können durch die Praxis der Ausführungsformen erfahren werden.
Ein beispielhafter Aspekt der vorliegenden Offenbarung richtet sich auf einen Drehmomentsensor. Der Drehmomentsensor umfasst mindestens eine Erregerspule. Der Drehmomentsensor umfasst mindestens eine Oszillatorschaltung, die mit der Erregerspule gekoppelt ist. Die Oszillatorschaltung ist ausgestaltet, ein periodisches Spannungssignal zu erzeugen und die Erregerspule mit dem periodischen Spannungssignal zu erregen. Der Drehmomentsensor umfasst einen ersten Kanal. Der erste Kanal umfasst einen ersten Empfänger. Der erste Empfänger kann eine Vielzahl von ersten Empfängerstrukturen umfassen, die sich periodisch wiederholen. Der erste Kanal kann ein erstes Rotor-Target umfassen, das ausgestaltet ist, mit einem ersten Rotor gekoppelt zu werden. Das erste Rotor-Target kann ausgestaltet sein, eine Stärke der induktiven Kopplung zwischen der Erregerspule und dem ersten Empfänger zu beeinflussen. Der Drehmomentsensor kann einen zweiten Kanal umfassen. Der zweite Kanal kann einen zweiten Empfänger umfassen. Der zweite Empfänger umfasst eine Vielzahl von zweiten Empfängerstrukturen, die sich periodisch wiederholen. Der zweite Empfänger umfasst ein zweites Rotor-Target, das ausgestaltet ist, mit einem zweiten Rotor gekoppelt zu werden. Das zweite Rotor-Target kann ausgestaltet sein, eine Stärke der induktiven Kopplung zwischen der Erregerspule und dem zweiten Empfänger zu beeinflussen. Der Drehmomentsensor kann eine Verarbeitungsschaltung umfassen, die ausgestaltet ist, ein erstes Signal bereitzustellen, das der Verarbeitungsschaltung zugehörig ist, die ausgestaltet ist, ein erstes Signal bereitzustellen, das dem ersten Kanal zugehörig ist und indikativ für eine Position des ersten Rotor-Targets in Bezug auf den ersten Empfänger ist. Die Verarbeitungsschaltung kann ausgestaltet sein, ein zweites Signal bereitzustellen, das dem zweiten Kanal zugehörig ist und indikativ für eine Position des zweiten Rotor-Targets in Bezug auf den zweiten Empfänger ist. Der Drehmomentsensor umfasst ein oder mehrere Merkmal/e zur Reduzierung der elektromagnetischen Kopplung des ersten Kanals und des zweiten Kanals.
Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile verschiedener Ausführungsformen werden mit Bezug auf die folgende Beschreibung und die beigefügten Ansprüche besser verständlich. Die begleitenden Zeichnungen, die eingebunden sind und einen Teil dieser Patentanmeldung darstellen, veranschaulichen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung und dienen, zusammen mit der Beschreibung, zur Erklärung der zugehörigen Grundsätze.
Figurenliste
Ausführungsformen, die sich an einen Durchschnittsfachmann richten, werden ausführlich in der Beschreibung besprochen, die auf die beigefügten Figuren verweist. Es zeigen

1 eine schematische Darstellung von ausgewählten Abschnitten eines Drehmomentsensors, umfassend eine Verarbeitungsschaltung gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
2 eine schematische Darstellung eines Drehmomentsensors gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
3 eine Draufsicht auf ein erstes Rotor-Target und elektromotorische Kräfte, die in einer Sinuswicklung eines ersten Empfängers gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung erzeugt werden;
4 eine Draufsicht auf ein zweites Rotor-Target und elektromotorische Kräfte, die in einer Sinuswicklung eines zweiten Empfängers gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung erzeugt werden;
5 eine Draufsicht auf ein zweites Rotor-Target, umfassend Ferritabschnitte gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
6 eine Draufsicht auf einen Abschnitt von Rotor-Targets gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung;
7 eine Draufsicht auf einen Abschnitt von Empfängerstrukturen gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung;
8 eine Draufsicht auf Rotor-Targets gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung; und
9 eine Draufsicht auf Rotor-Targets mit jeweiligen resonanten und nichtresonanten Target-Strukturen gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Nun wird ausführlich Bezug genommen auf Ausführungsformen, von denen ein oder mehrere Beispiele in den Zeichnungen veranschaulicht sind. Jedes Beispiel dient der Erläuterung der Ausführungsformen und soll die vorliegende Offenbarung nicht einschränken. Tatsächlich wird Fachleuten offensichtlich sein, dass verschiedene Abwandlungen und Variationen an den Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Beispielsweise können Merkmale, die als Teil einer Ausführungsform veranschaulicht oder beschrieben werden, mit einer anderen Ausführungsform verwendet werden, um noch eine weitere Ausführungsform zu hervorzubringen. Somit ist beabsichtigt, dass Aspekte der vorliegenden Offenbarung solche Abwandlungen und Variationen abdecken.
Beispielhafte Aspekte der vorliegenden Offenbarung richten sich auf Drehmomentsensoren, die das Drehmoment für Vorrichtungen basierend auf Signalen bestimmen, die der Position von Empfängern in Zusammenhang mit jeweiligen sich auf den Vorrichtungen befindenden Rotor-Targets zugehörig sind. Die offenbarte Technologie kann eine Vielzahl von Techniken verwenden, um die Genauigkeit der Drehmomentmessung zu verbessern. Insbesondere verwendet die offenbarte Technologie verschiedene Techniken und Ausgestaltungen, um eine Entkopplung (z. B. elektromagnetische Kopplung) zwischen Empfängerspule und/oder Target-Strukturen von unterschiedlichen Kanälen in dem Drehmomentsensor zu gewährleisten. Die Techniken können beispielsweise das Aufweisen von Rotor-Targets, die aus unterschiedlichen Arten von Materialien bestehen, die Verwendung unterschiedlicher Verhältnisse von Empfängerperioden in Zusammenhang mit Rotor-Targets, Erzeugen eines zeitlich variierbaren Magnetfelds in einem Rotor-Target, das in Bezug auf ein zeitlich variierbares Magnetfeld eines anderen Rotor-Targets phasenverschoben ist, und Anordnen der Rotoren, sodass die Rotor-Targets geometrisch entkoppelt werden, umfassen.
Ein Drehmomentsensor kann ausgestaltet sein, das Drehmoment für Vorrichtungen zu bestimmen, umfassend solche Vorrichtungen, die zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs verwendet werden. Beispielsweise kann die genaue Bestimmung des Drehmoments in einer Vorrichtung, wie einer Lenksäule eines Kraftfahrzeugs, zu Verbesserungen der betrieblichen Sicherheit des zugehörigen Kraftfahrzeugs führen. Ein Drehmomentsensor kann das Drehmoment an der Lenksäule eines Automobils unter Verwendung der Stärke der induktiven Kopplung zwischen Rotor-Targets und jeweiligen Empfängerstrukturen eines Drehmomentsensors bestimmen, der in der Lenksäule angeordnet ist, um das Drehmoment basierend auf den relativen Positionen der Rotor-Targets zu bestimmen.
Der Drehmomentsensor kann eine Vielzahl von Kanälen umfassen, wie beispielsweise einen ersten Kanal und einen zweiten Kanal. Eine Oszillatorschaltung, die mit einer Erregerspule gekoppelt ist, kann ausgestaltet sein, ein periodisches Spannungssignal zu erzeugen. Der Drehmomentsensor kann auch eine Statorleiterplatte umfassen, die eine Vielzahl von Empfängern umfasst, wie beispielsweise einen oder mehrere Empfänger, die jedem Kanal zugehörig sind. Der Drehmomentsensor kann jeweilige Rotor-Targets für jeden Kanal umfassen, wie etwa ein erstes Rotor-Target und ein zweites Rotor-Target, die mit unterschiedlichen Rotoren gekoppelt sind. Ferner kann der Drehmomentsensor eine Verarbeitungsschaltung umfassen, die ausgestaltet ist, Signale bereitzustellen, die der Position der Rotor-Targets in Bezug auf Empfängerstrukturen für jeden Kanal und daher der Position der Rotoren zugehörig sind. Diese Signale können zur Drehmomentbestimmung verarbeitet werden.
Insbesondere kann der Drehmomentsensor mindestens eine Erregerspule umfassen, die mit mindestens einer Oszillatorschaltung gekoppelt ist. Die Oszillatorschaltung kann ausgestaltet sein, ein periodisches Spannungssignal zu erzeugen und die Erregerspule mit dem periodischen Spannungssignal zu erregen.
Das periodische Spannungssignal (und der daraus resultierende Strom) kann elektromotorische Kräfte in einer Vielzahl von Empfängern induzieren, die jeweils eine Anzahl von Empfängerstrukturen umfassen. Jede der Empfängerstrukturen kann sich periodisch innerhalb des Empfängers wiederholen. Jeder Empfänger der Vielzahl von Empfängern kann eine Empfängerspule (z. B. Sinus- und/oder Cosinus-Wicklung) sein. Jede der Vielzahl von Empfängerspulen kann eine jeweilige Periode aufweisen und kann ausgestaltet sein, elektromagnetisch mit einem entsprechenden Rotor-Target gekoppelt zu werden. In einigen Ausführungsformen kann die Vielzahl von Empfängern einen ersten Empfänger und einen zweiten Empfänger umfassen. Der erste Empfänger kann einem ersten Kanal zugehörig sein. Der zweite Empfänger kann einem zweiten Kanal zugehörig sein.
Ein Magnetfeld, das von einem Strom erzeugt wird, der durch die Erregerspule fließt, kann eine elektromotorische Kraft in jedem Empfänger induzieren (z. B. durch ein elektromagnetisches Feld), die ein Signal erzeugt, das abhängig von der Position eines jeweiligen Rotor-Targets in Bezug auf einen jeweiligen Empfänger der Vielzahl von Empfängern und der Erregerspule ist. Beispielsweise kann das erste Rotor-Target das elektromagnetische Feld in einer Weise abwandeln, die basierend auf der Position des ersten Rotor-Targets in Bezug auf den ersten Empfänger detektierbar ist. Ferner kann das zweite Rotor-Target das elektromagnetische Feld in einer Weise abwandeln, die basierend auf der Position des zweiten Rotor-Targets in Bezug auf den zweiten Empfänger detektierbar ist. Signale, die in dem ersten Empfänger und dem zweiten Empfänger induziert werden, können verarbeitet werden, um das Drehmoment zu bestimmen.
Ein beispielhafter Aspekt der vorliegenden Offenbarung richtet sich auf einen Drehmomentsensor. Der Drehmomentsensor umfasst mindestens eine Erregerspule. Der Drehmomentsensor umfasst mindestens eine Oszillatorschaltung, die mit der Erregerspule gekoppelt ist. Die Oszillatorschaltung ist ausgestaltet, ein periodisches Spannungssignal zu erzeugen und die Erregerspule mit dem periodischen Spannungssignal zu erregen. Der Drehmomentsensor umfasst einen ersten Kanal. Der erste Kanal umfasst einen ersten Empfänger. Der erste Empfänger kann eine Vielzahl von ersten Empfängerstrukturen umfassen, die sich periodisch wiederholen. Der erste Kanal kann ein erstes Rotor-Target umfassen, das ausgestaltet ist, mit einem ersten Rotor gekoppelt zu werden. Das erste Rotor-Target kann ausgestaltet sein, eine Stärke der induktiven Kopplung zwischen der Erregerspule und dem ersten Empfänger zu beeinflussen. Der Drehmomentsensor kann einen zweiten Kanal umfassen. Der zweite Kanal kann einen zweiten Empfänger umfassen. Der zweite Empfänger umfasst eine Vielzahl von zweiten Empfängerstrukturen, die periodisch sich periodisch wiederholen. Der zweite Empfänger umfasst ein zweites Rotor-Target, das ausgestaltet ist, mit einem zweiten Rotor gekoppelt zu werden. Das zweite Rotor-Target kann ausgestaltet sein, eine Stärke der induktiven Kopplung zwischen der Erregerspule und dem zweiten Empfänger zu beeinflussen. Der Drehmomentsensor kann eine Verarbeitungsschaltung umfassen, die ausgestaltet ist, eine einem ersten Signal zugehörige Verarbeitungsschaltung bereitzustellen, die ausgestaltet ist, ein erstes dem ersten Kanal zugehöriges Signal bereitzustellen, das indikativ für eine Position des ersten Rotor-Targets in Bezug auf den ersten Empfänger ist. Die Verarbeitungsschaltung kann ausgestaltet sein, ein zweites dem zweiten Kanal zugehöriges Signal bereitzustellen, das indikativ für eine Position des zweiten Rotor-Targets in Bezug auf den zweiten Empfänger ist. Der Drehmomentsensor umfasst ein oder mehrere Merkmale zum Reduzieren der elektromagnetischen Kopplung des ersten Kanals und des zweiten Kanals.
In einigen Ausführungsformen ist M eine Anzahl der ersten Empfängerstrukturen und N ist eine Anzahl der zweiten Empfängerstrukturen, sodass M = 2 N ± 1 ist. In diesen Ausführungsformen kann das erste Rotor-Target eine Vielzahl von Target-Flügeln aufweisen, die sich periodisch wiederholen. Jeder Target-Flügel kann eine Winkelbreite aufweisen. Die Winkelbreite jedes Target-Flügels des ersten Rotor-Targets ist ungefähr gleich einer Winkelbreite entsprechend einer einzelnen Periode der Vielzahl von zweiten Empfängerstrukturen des zweiten Empfängers.
In einigen Ausführungsformen variiert eine strukturelle Phase des ersten Empfängers entlang sowohl einer Umfangsrichtung als auch einer radialen Richtung des ersten Empfängers. Eine strukturelle Phasenverschiebung in der radialen Richtung des ersten Empfängers tritt an einem spezifischen Punkt entlang der radialen Richtung des ersten Empfängers auf. Die strukturelle Phasenverschiebung kann ungefähr 180° (z. B. entgegengesetzte Phasen) betragen.
In einigen Ausführungsformen variiert eine strukturelle Phase des ersten Rotor-Targets entlang sowohl einer Umfangsrichtung als auch einer radialen Richtung des Rotor-Targets in einer Weise entsprechend einem ersten Empfänger. Ein erster Abschnitt des ersten Rotor-Targets kann beispielsweise ein leitfähiges Material umfassen und ein zweiter Abschnitt des ersten Rotor-Targets umfasst ein magnetisches und nicht-leitfähiges Material.
In einigen Ausführungsformen kann eine strukturelle Phase des zweiten Empfängers entlang einer Umfangsrichtung variieren und ist entlang einer radialen Richtung des zweiten Empfängers konstant. Eine strukturelle Phase des zweiten Rotor-Targets variiert entlang einer Umfangsrichtung und ist entlang einer radialen Richtung des zweiten Rotor-Targets in einer Weise konstant, die dem zweiten Empfänger entspricht.
In einigen Ausführungsformen variiert die strukturelle Phase des ersten Empfängers kontinuierlich entlang mindestens eines Abschnitts der radialen Richtung des ersten Empfängers. Die strukturelle Phase des zweiten Empfängers variiert kontinuierlich entlang mindestens eines Abschnitts der radialen Richtung des zweiten Empfängers. In einigen Fällen weisen der erste Empfänger und der zweite Empfänger eine strukturelle Phasenveränderung in einer radialen Richtung in der ersten und in der zweiten Empfängerstruktur auf, die von ungefähr gleicher Größe, aber entgegengesetzter Richtung in Bezug zueinander sind.
In einigen Ausführungsformen ist ein zeitlich variierbares Magnetfeld, das von dem ersten Rotor-Target erzeugt wird, in Bezug auf ein zeitlich variierbares Magnetfeld, das von dem zweiten Rotor-Target erzeugt wird, phasenverschoben. Das zeitlich variierbare Magnetfeld, das von dem ersten Rotor-Target erzeugt wird, kann um ungefähr 90° in Bezug auf das zeitlich variierbare Magnetfeld phasenverschoben sein, das von dem zweiten Rotor-Target erzeugt wird. Das zweite Rotor-Target umfasst eine Resonanzschaltung, die eine Induktivität und eine Kapazität aufweist.
In einigen Ausführungsformen wiederholen sich die Target-Flügel nicht kontinuierlich über einen gesamten Umfang des ersten Empfängers. Die Vielzahl von Target-Flügeln des ersten Rotor-Targets weisen kumulative Überlappung von weniger als 120° mit einer Vielzahl von Target-Flügeln des zweiten Rotor-Targets auf. Beispielsweise umfasst die Vielzahl von Target-Flügeln einen ersten Satz von Target-Flügeln und einen zweiten Satz von Target-Flügeln, wobei der erste Satz von Target-Flügeln ungefähr 180° von dem zweiten Satz von Target-Flügeln angeordnet ist.
Die offenbarte Technologie bietet zahlreiche technische Effekte und Vorteile einschließlich einer Verbesserung der Genauigkeit der Drehmomentdetektion unter Verwendung eines Drehmomentsensors. Insbesondere verwendet die offenbarte Technologie verschiedene Techniken und Ausgestaltungen, um eine elektromagnetische Entkopplung zwischen ersten und zweiten Kanälen in einem Drehmomentsensor zu gewährleisten. Dies kann zu einer genaueren Bestimmung des Drehmoments zur Verwendung in Anwendungen wie beispielsweise Automobilanwendungen (z. B. Drehmoment in einer Lenksäule) führen.
Es werden nun Drehmomentsensoren gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung mit Bezug auf 1-9 beschrieben.
1 zeigt eine schematische Darstellung ausgewählter Abschnitte eines einzelnen Kanals eines Drehmomentsensors, umfassend eine Verarbeitungsschaltung gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Wie in 1 gezeigt, umfasst in diesem Beispiel der Drehmomentsensor 100 eine Erregerspule, die von einer Erregerwicklung 1 gebildet ist, eine oder mehrere Empfängerspulen, die von einer ersten Detektionswicklung 3 gebildet ist bzw. sind (nachfolgend als die Sinus-Wicklung 3 bezeichnet) und eine zweite Detektionswicklung 5 (nachfolgend als die Cosinus-Wicklung bezeichnet) und ein Rotor-Target 7. Ferner kann das Rotor-Target 7 der Sinus-Wicklung 3 und der Cosinus-Wicklung 5 zugehörig sein. Die Erregerspule und die Empfängerspulen können auf einem ersten Element (nicht gezeigt) gebildet sein, und das Rotor-Target 7 kann auf einem zweiten Element (auch nicht gezeigt) derart gebildet sein, dass relative Bewegung zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element eine entsprechende relative Bewegung (z. B. Drehbewegung) zwischen einerseits der Erregerspule und den Empfängerspulen und andererseits dem Rotor-Target 7 verursacht.
Zur Veranschaulichung und Diskussion werden Aspekte der vorliegenden Offenbarung mit Bezug auf Empfängerspulen besprochen, die eine Sinus-Wicklung und eine Cosinus-Wicklung aufweisen. Durchschnittsfachleute werden unter Verwendung der in diesem Dokument bereitgestellten Offenbarungen verstehen, dass eine beliebige Anzahl von Wicklungen/Spulen mit einem beliebigen geeigneten Abstand verwendet werden können (z.B. drei Wicklungen mit einem Abstand von 120°), ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Die Erregerwicklung 1, die Sinus-Wicklung 3 und die Cosinus-Wicklung 5 können jeweils durch eine jeweilige leitfähige Wicklung gebildet sein, wobei die Enden jeder leitfähigen Wicklung elektrisch mit entsprechenden Anschlüssen der Verarbeitungsschaltung (z. B. integrierte Schaltung 9), wie eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (Application Specific Integrated Circuit - ASIC) oder ein anwendungsspezifisches Standardprodukt (Application Specific Standard Product - ASSP), gekoppelt sein können. In anderen Beispielen könnte die integrierte Schaltung 9 alternativ mehrere miteinander verbundene Vorrichtungen nutzen und/oder kann unter Verwendung einer oder mehrerer geeigneter Komponenten (z. B. elektronischer Komponenten wie diskreter elektronischer Komponenten) implementiert sein.
Wie in 1 gezeigt, umfasst die integrierte Schaltung 9 eine Sende („TX“)-Treiberstufe 11, die ein Wechselstromsignal zur Versorgung der Erregerspule erzeugt. In diesem Beispiel ist die TX-Treiberstufe 11 ein freilaufender Oszillator, der einen Wechselstrom bei einer Ansteuerfrequenz erzeugt, die von der Induktivität der Erregerspule und der Kapazität eines Kondensators 13 bestimmt wird, der parallel zur Erregerwicklung 1 angeschlossen ist.
Das Versorgen der Erregerwicklung 1 mit Wechselstrom induziert elektromotorische Kräfte in der Sinus-Wicklung 3 und der Cosinus-Wicklung 5, die bewirken, dass ein Strom in der Sinus-Wicklung 3 und der Cosinus-Wicklung 5 fließt. Als Folge der Anordnung der Sinus-Wicklung 3 und der Cosinus-Wicklung 5 in Bezug auf die Anordnung der Erregerwicklung 1 sind die direkt in der Sinus-Wicklung 3 und der Cosinus-Wicklung 5 induzierten Kräfte ausgeglichen und verursachen daher, dass ein zu vernachlässigender Strom in der Sinus-Wicklung 3 und der Cosinus-Wicklung 5 fließt. Die über die Rotor-Targets 7 induzierten elektromotorischen Kräfte verursachen jedoch, dass ein Strom in der Sinus-Wicklung 3 und der Cosinus-Wicklung 5 fließt. Wie in 1 gezeigt, sind die Sinus-Wicklung 3 und die Cosinus-Wicklung 5 separate Wicklungen, sodass separate Ströme in der Sinus-Wicklung 3 und der Cosinus-Wicklung 5 fließen. Die Sinus-Wicklung 3 und die Cosinus-Wicklung 5 sind elektrisch mit separaten Anschlüssen der integrierten Schaltung 9 gekoppelt, wobei der Strom, der in der Sinus-Wicklung 3 fließt, verarbeitet wird, ein Sinus-Ausgabesignal 23 bereitzustellen und der Strom, der in der Cosinus-Wicklung 5 fließt, verarbeitet wird, ein Cosinus-Ausgabesignal 25 bereitzustellen. Die relativen Größen des Sinus-Ausgabesignals 23 und des Cosinus-Ausgabesignals 25 sind indikativ für die relative Position des ersten Elements und des zweiten Elements.
Beim Eintreten in die integrierte Schaltung 9 fließt Strom, der in der Sinus-Wicklung 3 fließt, zuerst durch eine EMV-Filterstufe 15, um Signalkomponenten bei Frequenzen zu reduzieren, die von der Ansteuerfrequenz entfernt sind. Die herausgefilterten Signalkomponenten können beispielsweise durch Interferenz von elektrischen Signalen verursacht werden, die von anderen nahegelegenen elektrischen Komponenten erzeugt werden.
Das gefilterte elektrische Signal durchläuft dann eine synchrone Demodulationsstufe 17, in der das gefilterte elektrische Signal mit einem Demodulationssignal von der TX-Treiberstufe 11 gemischt wird. Das demodulierte elektrische Signal durchläuft dann durch eine Tiefpassfilterstufe 19, um die Hochfrequenzkomponenten, die den Oberschwingungen des Ansteuersignals entsprechen, zu entfernen, wobei die Basisbandkomponente zurückgelassen wird, und durchläuft dann die Verstärkungs- und Ausgabepufferstufe 21, die erlaubt, dass eine anpassbare Verstärkung angewandt wird, bevor das Sinus-Ausgabesignal 23 von der Verarbeitungsschaltung 9 ausgegeben wird. Die Signale können dann verarbeitet werden, um das Drehmoment zu bestimmen. Wie aus 1 offensichtlich wird, wird der Strom, der in der Cosinus-Wicklung 5 induziert wird, auch einer EMV-Filterung 15, synchroner Demodulation 17, Tiefpassfilterung 19 und Verstärkungs- und Ausgabepufferung 21 innerhalb der Verarbeitungsschaltung 9 unterzogen, bevor er als das Cosinus-Ausgabesignal 25 ausgegeben wird.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Drehmomentsensors gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Der Drehmomentsensor 200 kann mehrere Kanäle umfassen, um die Positionen von zwei Rotoren in Bezug auf ein Element (z. B. wie in einer Lenksäule) zu detektieren. Wie in 2 gezeigt, kann ein Drehmomentsensor 200 eine Statorleiterplatte 220 umfassen. Die Statorleiterplatte 220 kann zwischen einem ersten Rotor 208 und einem zweiten Rotor 210 angeordnet sein. Der erste Rotor 208 und der zweite Rotor 210 können ausgestaltet sein, drehbar in Bezug zu einander und/oder in Bezug auf die Statorleiterplatte 220 zu sein. Der induktive Drehmomentsensor 200 kann auch eine Erregerspule (nicht gezeigt) zusätzlich zu einer Oszillatorschaltung (nicht gezeigt) umfassen. Die Erregerspule kann ausgestaltet sein, ein periodisches Wechselstromsignal zu erzeugen und kann es während des Betriebs des Drehmomentsensors 200 in die Erregerspule einkoppeln.
In einigen Ausführungsformen kann der induktive Drehmomentsensor 200 verwendet werden, das Drehmoment (z. B. Lenkmoment) einer Lenkvorrichtung, einschließlich der Lenksäule eines Automobils, zu bestimmen. Wie gezeigt, umfasst die Lenksäule 222 ein Torsionselement 206 (Torsionsfederelement), das zwischen einem Lenksäulenabschnitt 202 und einen zweiten Lenksäulenabschnitt 204 positioniert werden kann. Das Lenkmoment kann basierend zumindest teilweise auf der Torsion des Abschnitts der Lenksäule 222, in dem das Torsionselement 206 angeordnet ist, bestimmt werden. Ferner kann die Torsion des Lenksäulenabschnitts 202 in Bezug auf den Lenksäulenabschnitt 204 relativ bestimmt werden.
Der erste Rotor 208 kann an einem ersten Ende des Torsionselements 206 angeordnet sein, und zweite Rotor 210 kann an einem zweiten Ende des Torsionselements 206, das dem ersten Ende gegenüberliegt, angeordnet sein. An den Seiten, die dem Rotor 208 und dem Rotor 210 zugewandt sind, kann die Statorleiterplatte 220 den ersten Empfänger 216 und den zweiten Empfänger 218 umfassen. Ferner kann ein erstes Rotor-Target 212 mit dem ersten Rotor 208 gekoppelt sein. Ein zweites Rotor-Target 214 kann mit dem zweiten Rotor 210 gekoppelt sein. In einigen Ausführungsformen kann bzw. können der erste Rotor 208 und/oder der zweite Rotor 210 jeweils eine Vielzahl von Target-Flügeln umfassen (wie nachfolgend ausführlich besprochen wird).
Der erste Empfänger 216 (z. B. Sinus- und/oder Cosinus-Wicklung) kann dem ersten Rotor-Target 212 zugehörig sein, und eine Seite des ersten Empfängers 216, die dem ersten Rotor-Target 212 zugewandt ist, kann eine Anzahl M von periodisch wiederholten Empfängerstrukturen aufweisen. Ein zweiter Empfänger 218 (z. B. Sinus- und/oder Cosinus-Wicklung) kann dem zweiten Rotor-Target 214 zugehörig sein, und eine Seite des zweiten Empfängers 218, die dem zweiten Rotor-Target 214 zugewandt ist, kann eine Anzahl N von periodisch wiederholten Empfängerstrukturen aufweisen. Der erste Empfänger 216 und der zweite Empfänger 218 können als Empfängerspulen implementiert sein, wobei der erste Empfänger 216 und der zweite Empfänger 218 jeweils eine periodisch wiederholte Schleifenstruktur umfassen, die die Empfängerstruktur des ersten Empfängers 216 bzw. des zweiten Empfängers 218 bilden. Jede periodisch wiederholte Struktur bildet eine Empfängerstruktur. In einigen Ausführungsformen wird eine Anzahl M der ersten Empfängerstrukturen des ersten Empfängers basierend auf einer Anzahl N der zweiten Empfängerstrukturen bestimmt, sodass M = 2 N ist. In einigen Ausführungsformen wird eine Anzahl M der ersten Empfängerstrukturen des ersten Empfängers basierend auf einer Anzahl N der zweiten Empfängerstrukturen bestimmt, sodass M = 2 N ± 1 ist.
Der Rotor 208 kann ein erstes Rotor-Target 212 umfassen, das einem ersten Kanal des Drehmomentsensors 200 zugehörig ist. Der Rotor 210 kann ein zweites Rotor-Target 214 umfassen, das einem zweiten Kanal des Drehmomentsensors 200 zugehörig ist. Die Drehung des Rotors 208 kann eine Ausrichtung zwischen dem Rotor-Target 212 und dem entsprechenden ersten Empfänger 216 des ersten Kanals verändern, wodurch sich eine Stärke der induktiven Kopplung zwischen dem ersten Rotor-Target 212 und dem ersten Empfänger 216 verändert. Die Drehung des Rotors 210 kann einen Abstand zwischen dem zweiten Rotor-Target 214 und dem zweiten Empfänger 218 des zweiten Kanals verändern, wodurch sich eine Stärke der induktiven Kopplung zwischen dem zweiten Rotor-Target 214 und dem zweiten Empfänger 218 verändert. Diese Veränderung der Stärke der induktiven Kopplung/en kann verarbeitet werden, um Signale zu bestimmen, die indikativ für eine Position des Rotors 208 und 210 ist. Die Torsion (z. B. das Lenkmoment) des Lenksäulenabschnitts 202 und des Lenksäulenabschnitts 204 kann basierend zumindest teilweise auf einer Position des ersten Rotor-Targets relativ zu der ersten Empfängerstruktur (z. B. ein erster gemessener Drehwinkel) und einer Position des zweiten Rotor-Targets relativ zu der zweiten Empfängerstruktur (z. B ein zweiter gemessener Drehwinkel) bestimmt werden. Die Differenz zwischen den beiden gemessenen Drehwinkeln (z. B. Winkeldifferenzverfahren) kann verwendet werden, um das Drehmoment zu bestimmen.
3 und 4 zeigen Rotor-Targets und Empfänger für verschiedene Kanäle für einen Drehmomentsensor gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die Ausgestaltung der mit Bezug auf 3 bis 4 beschriebenen Rotor-Targets und Empfänger kann beispielsweise verwendet werden, wenn eine Anzahl M der ersten Empfängerstrukturen des ersten Empfängers basierend auf der Anzahl N der zweiten Empfängerstrukturen bestimmt wird, sodass M = 2 N ist, um eine Interferenz zwischen Kanälen in dem Drehmomentsensor zu reduzieren. Die Ausgestaltung der mit Bezug auf 3 bis 4 beschriebenen Rotor-Targets und Empfänger kann beispielsweise auch verwendet werden, wenn eine Anzahl M der ersten Empfängerstrukturen des ersten Empfängers basierend auf einer Anzahl N der zweiten Empfängerstrukturen bestimmt wird, sodass M = 2 N ± 1 ist.
3 zeigt beispielsweise eine Draufsicht auf ein Muster von leitfähigem Material eines ersten Rotor-Targets 212 und eines entsprechenden ersten Empfängers 216 (z. B. Sinus-Wicklung) für einen ersten Kanal eines Drehmomentsensors (z. B. Drehmomentsensor 200) gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Wie gezeigt, kann das erste Rotor-Target 212 eine Vielzahl von Target-Flügeln 302 (z. B. vier Target-Flügel) umfassen.
Das erste Rotor-Target 212 umfasst abwechselnde Strukturphasen in der Umfangsrichtung. Beispielsweise entspricht eine erste Strukturphase dem Vorhandensein eines Target-Flügels 302. Eine zweite Strukturphase entspricht einem Nichtvorhandensein eines Target-Flügels 302. Wie gezeigt, ist die strukturelle Phase des ersten Rotor-Targets 212 in einer radialen Richtung konstant, variiert aber entlang einer Umfangsrichtung. Beispielsweise gibt es alle 45° eine strukturelle Phasenverschiebung in dem ersten Rotor-Target 212. Auf diese Weise kann es alle 180° auf der Skala des Empfängers 216 eine elektrische Phasenverschiebung geben.
Ein beispielhafter Target-Flügel 306 erstreckt sich zwischen 310 und 312 und weist eine Winkelbreite 308 auf. Die Winkelbreite 308 jedes Target-Flügels beträgt mechanisch ungefähr 45° auf der Skala des Targets und weist alle 180° auf der Skala des Empfängers 216 eine elektrische Phasenverschiebung auf. Die Winkelbreite 308 jedes Target-Flügels des ersten Rotor-Targets 212 kann ausgewählt sein, eine Kopplung mit dem zweiten Empfänger 218 zu reduzieren. Beispielsweise kann dies in einigen Ausführungsformen gleich der Periode jeder Empfängerstruktur auf den ersten Empfänger 216 sein.
Der erste Empfänger 216 kann eine geformte Empfängerspule umfassen, sodass das auf ihr empfangene Signal als Sinusfunktion mit Target-Position variiert. Wie jede Sinuskurve kann die Empfängerspule sowohl eine Amplitude als auch eine Phase haben. Eine strukturelle Phase der Empfängerspule kann in ihrer Position entlang dem Messpfad variieren. Insbesondere kann die Empfängerspule eine Vielzahl von Empfängerstrukturen mit einer sinusförmigen Veränderung aufweisen. Jede Empfängerstruktur kann entweder einer positiven Strukturphase oder einer negativen Strukturphase zugehörig sein, indem unterschiedliche Wicklungsrichtungen (im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn) verwendet werden. Beispielsweise kann in dem Beispiel von 3 der erste Empfänger 216 eine Vielzahl von positiven Empfängerstrukturen 316 und eine Vielzahl von negativen Empfängerstrukturen 318 umfassen. Wie gezeigt, kann ein erster Empfänger 216 eine strukturelle Phase aufweisen, die in der radialen Richtung konstant ist, (z. B. positiv oder negativ bleibt), aber in der Umfangsrichtung variiert (z. B. sich von positiv zu negativ oder umgekehrt ändert).
Aspekte der vorliegenden Offenbarung werden mit Bezug auf eine sinusförmige Empfängerspulenform besprochen. Durchschnittsfachleute werden unter Verwendung der in diesem Dokument bereitgestellten Offenbarungen verstehen, dass andere Verfahren einer sinusförmigen Antwort von einer Spule verwendet werden können, ohne von dem Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen, wie durch Annähern des Sinus an eine „Rechteckwellen“-Form, dem sorgfältigen Platzieren von „kastenförmig“ oder „rechteckig“ geformten Spulen, der Trennung des Targets, um die Antwort der „Rechteckquelle“ zu glätten, etc.
4 zeigt eine Draufsicht auf ein zweites Rotor-Target 214 und einen zweiten Empfänger 218 gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Wie gezeigt, kann das zweite Rotor-Target 214 eine Vielzahl von Target-Flügeln 402 umfassen. Das zweite Rotor-Target 214 umfasst abwechselnde strukturelle Phasen sowohl in der Umfangsrichtung als auch der radialen Richtung. Beispielsweise entspricht eine erste Phase dem Vorhandensein eines Target-Flügels 402. Eine zweite Phase entspricht einem Nichtvorhandensein eines Target-Flügels 402. Wie gezeigt, kann die strukturelle Phase des zweiten Rotor-Targets 214 entlang einer Umfangsrichtung variieren. Beispielsweise gibt es alle 45° eine strukturelle Phasenverschiebung in dem zweiten Rotor-Target 214 entlang der Umfangsrichtung. Ferner umfasst das zweite Rotor-Target 214 sich abwechselnde Phasen in der radialen Richtung. Beispielsweise kann eine erste strukturelle Phase einem äußeren Abschnitt des zweiten Rotor-Targets 214 entsprechen, der den äußeren Flügelabschnitt 404 umfasst. Zusätzlich kann eine zweite strukturelle Phase einem inneren Abschnitt des zweiten Rotor-Targets 214 entsprechen, der den inneren Flügelabschnitt 406 (Nichtvorhandensein eines Leiters) umfasst. Die Grenze (z. B. strukturelle Phasenverschiebung) zwischen dem äußeren Abschnitt des zweiten Rotor-Targets 214 und dem inneren Abschnitt des zweiten Rotor-Targets 214 wird durch die spezifischen Punkte 408 angezeigt. Wie gezeigt, variiert die Phase des Rotor-Targets 214 entlang sowohl der radialen Richtung als auch der Umfangsrichtung. Ferner kann die Phase des Rotor-Targets 214 auf eine Weise variieren, die dem zweiten Empfänger 218 entspricht.
Positive und negative Abschnitte beispielhafter Empfängerstrukturen eines beispielhaften zweiten Empfängers 218 sind in 4 gezeigt. Wie gezeigt, kann der zweite Empfänger 218 eine strukturelle Phase aufweisen, die entlang sowohl einer radialen Richtung als auch einer Umfangsrichtung variiert (z. B. von positiv zu negativ oder umgekehrt ändert). Als Beispiel einer strukturellen Phase des zweiten Empfängers 218, die in der Umfangsrichtung variiert, kann eine erste Phase dem Abschnitt 410 des zweiten Empfängers 218 entsprechen und eine zweite Phase kann dem Abschnitt 412 des zweiten Empfängers 218 entsprechen. Als Beispiel der Phase, die in radialer Richtung variiert, kann eine erste Phase dem Abschnitt 414 des zweiten Empfängers 218 entsprechen, und eine zweite Phase kann dem Abschnitt 412 des zweiten Empfängers 218 entsprechen. Ferner kann eine strukturelle Phasenverschiebung in der radialen Richtung des zweiten Empfängers 218 an einem spezifischen Punkt entlang der radialen Richtung des zweiten Empfängers 218 auftreten. Beispielsweise kann die strukturelle Phasenverschiebung in der radialen Richtung des zweiten Empfängers 218 an dem Punkt 416 auftreten. In einigen Ausführungsformen kann die strukturelle Phasenverschiebung in der radialen Richtung ungefähr 180° betragen (z. B. die Phasenverschiebung von dem Abschnitt 414 zu dem Abschnitt 412).
5 zeigt eine Draufsicht auf ein zweites Rotor-Target gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Das zweite Rotor-Target 214 kann Abschnitte umfassen, die aus leitfähigem Material sind, und Abschnitte, die aus magnetischem und nicht-leitfähigem Material sind. Beispielsweise kann der äußere Flügelabschnitt 506 einer Vielzahl von Target-Flügeln 502 leitfähiges Material umfassen. Ferner kann ein innerer Flügelabschnitt 504 desselben Flügels magnetisches und nicht-leitfähiges Material umfassen. In einigen Ausführungsformen kann der innere Flügelabschnitt 504 Ferrit umfassen oder von ihm bedeckt sein, um das Magnetfeld des inneren Flügelabschnitts 504 zu verstärken. Auf diese Weise kann die Phase des zweiten Rotor-Targets 214 entlang sowohl einer radialen Richtung als auch einer Umfangsrichtung variieren.
In einigen Ausführungsformen können beide Kanäle des Drehmomentsensors Rotor-Targets und Empfänger umfassen, die die gleiche Ausgestaltung aufweisen, wie die Ausgestaltung, die mit Bezug auf 3 beschrieben ist. In diesem Fall wird jedoch, um Interferenz zwischen Kanälen zu reduzieren, eine Anzahl M der ersten Empfängerstrukturen des ersten Empfängers basierend auf einer Anzahl N der zweiten Empfängerstrukturen bestimmt, sodass M = 2 N ± 1 ist. In diesem Fall und in einigen Ausführungsformen kann die Winkelbreite jedes Target-Flügels des ersten Rotor-Targets eines ersten Kanals so eingestellt werden, dass sie ungefähr gleich einer Winkelbreite ist, die einer einzigen Periode der Vielzahl von zweiten Empfängerstrukturen des zweiten Empfängers eines zweiten Kanals entspricht.
6 zeigt eine Draufsicht auf einen Abschnitt von beispielhaften Rotor-Targets gemäß beispielhaften Aspekten der vorliegenden Offenbarung. 6 zeigt das erste Rotor-Target 212 (auch in 2 gezeigt), das so ausgestaltet ist, dass es orthogonal zu dem Rotor-Target 214 ist. Das erste Rotor-Target 212 kann eine Vielzahl von Target-Flügeln 606 (z. B. vier Target-Flügel) umfassen, welche den Target-Flügel 608 umfassen. Das erste Rotor-Target 212 umfasst abwechselnde Phasen in der Umfangsrichtung. Beispielsweise entspricht eine erste Phase dem Vorhandensein des Target-Flügels 608. Eine zweite Phase kann dem Nichtvorhandensein eines Target-Flügels 608 oder einem beliebigen der Vielzahl von Flügeln 606 entsprechen. Somit kann eine Phase des ersten Rotor-Targets 212 entlang einer Umfangsrichtung des ersten Rotor-Targets 212 variieren. Ferner kann eine Phase des ersten Rotor-Targets 212 entlang der radialen Richtung des ersten Rotor-Targets 212 kontinuierlich variierbar sein.
Ferner kann das zweite Rotor-Target 214 eine Vielzahl von Target-Flügeln 610 (z. B. vier Target-Flügel), einschließlich den Target-Flügel 612, umfassen. Das zweite Rotor-Target 214 umfasst abwechselnde Phasen in der Umfangsrichtung. Beispielsweise entspricht eine erste Phase dem Vorhandensein des Target-Flügels 612. Eine zweite Phase entspricht einem Nichtvorhandensein eines Target-Flügels 612 oder einem beliebigen der Vielzahl von Target-Flügeln 610. Ferner kann eine Phase des zweiten Rotor-Targets 214 entlang der radialen Richtung des ersten Rotor-Targets 214 kontinuierlich variierbar sein. Die Veränderung der strukturellen Phase in einer radialen Richtung in dem ersten Rotor-Target 212 und in dem zweiten Rotor-Target 214 sind von im Wesentlichen gleicher Größe, aber entgegengesetzter Richtung in Bezug zueinander.
7 zeigt eine Draufsicht auf einen Abschnitt von Empfängerstrukturen gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung. 7 zeigt erste Empfängerstrukturen 702 des ersten Empfängers 216, der auch in 2 gezeigt ist. Der erste Empfänger 216 kann abwechselnde Phasen in der Umfangsrichtung umfassen. Beispielsweise entspricht eine erste Phase der Empfängerstruktur 714. Eine zweite Phase entspricht der Empfängerstruktur 718. Somit variiert die Phase des ersten Empfängers 216 entlang einer Umfangsrichtung des ersten Empfängers 216. Ferner kann eine Phase des ersten Empfängers 216 kontinuierlich entlang mindestens einem Abschnitt einer radialen Richtung des ersten Empfängers 216 variieren. Beispielsweise kann der Abschnitt 714 (z. B. ein positiver Abschnitt) einer ersten Phase entsprechen und der Abschnitt 724 (z. B ein negativer Abschnitt) kann einer zweiten Phase entsprechen und dadurch die Phase in der radialen Richtung des ersten Empfängers 216 variieren.
Der zweite Empfänger 218 kann abwechselnde Phasen in der Umfangsrichtung umfassen. Beispielsweise weist die Empfängerstruktur 720 eine erste Phase auf. Die Empfängerstruktur 716 weist eine zweite Phase auf. Somit variiert die Phase des zweiten Empfängers 218 entlang einer Umfangsrichtung des zweiten Empfängers 218. Ferner kann eine Phase des zweiten Empfängers 218 kontinuierlich entlang mindestens einem Abschnitt einer radialen Richtung des zweiten Empfängers 218 variieren.
In 7 sind die Vielzahl von Empfängerstrukturen 702 nicht so dargestellt, dass sie sich kontinuierlich um den gesamten Umfang des ersten Empfängers 216 wiederholen. Ähnlich sind die Vielzahl von Empfängerstrukturen 704 nicht so dargestellt, dass sie sich um den gesamten Umfang des zweiten Empfängers 218 kontinuierlich wiederholen. Durchschnittsfachleute werden unter Verwendung der in diesem Dokument bereitgestellten Offenbarungen verstehen, dass sich die Empfängerstrukturen 702 über den gesamten 360°-Umfang des ersten Empfängers 216 kontinuierlich wiederholen können. Ähnlich können sich die Empfängerstrukturen 704 kontinuierlich um den gesamten 360°-Umfang des ersten Empfängers 218 wiederholen.
8 zeigt eine Draufsicht auf Rotor-Targets gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung. 8 zeigt ein Beispiel von geometrischer Entkopplung zwischen einem Rotor-Target 212 und dem Rotor-Target 214. Wie gezeigt, sind die Vielzahl von Target-Flügeln 802 des ersten Rotor-Targets 212 orthogonal zu der Vielzahl von Target-Flügeln 804 des zweiten Rotor-Targets 214 (die Vielzahl von Target-Flügeln 802 sind in Bezug auf die Vielzahl von Target-Flügeln 804 um 90° gedreht). Dadurch, dass die Vielzahl von Target-Flügeln 802 orthogonal zu der Vielzahl von Target-Flügeln 804 ist, kann Interferenz zwischen den unterschiedlichen Kanälen des Drehmomentsensors reduziert werden.
In einigen Ausführungsformen überlappen die Vielzahl von Target-Flügeln 802 des ersten Rotor-Targets 212 nicht die Vielzahl von Target-Flügeln 804 des zweiten Rotor-Targets 214. In einigen Ausführungsformen weisen die Vielzahl von Target-Flügeln 802 des ersten Rotor-Targets 212 und die Vielzahl von Target-Flügeln 804 des zweiten Rotor-Targets 215 eine kumulative Überlappung von weniger als 120° um die Umfangsrichtung auf, wie weniger als 90° kumulative Überlappung um die Umfangsrichtung, wie beispielsweise weniger als 30° kumulative Überlappung um die Umfangsrichtung, wie beispielsweise weniger als 15° kumulative Überlappung um die Umfangsrichtung, wie beispielsweise weniger als 10° kumulative Überlappung um die Umfangsrichtung, wie beispielsweise weniger als 5° kumulative Überlappung um die Umfangsrichtung. Wie hierin verwendet, bezieht sich die kumulative Überlappung auf einen Gesamtbetrag an Umfangsüberlappung zwischen Target-Strukturen, ungeachtet dessen, ob die Überlappung zusammenhängend oder nicht zusammenhängend ist
Wie in 8 gezeigt, kann die Vielzahl von Target-Flügeln 802 des ersten Targets 212 einen ersten Satz von Target-Flügeln und einen zweiten Satz von Target-Flügeln umfassen, die sich ungefähr 180° voneinander entfernt befinden. Ähnlich können die Vielzahl von Target-Flügeln 804 des zweiten Targets 214 einen ersten Satz von Target-Flügeln und einen zweiten Satz von Target-Flügeln umfassen, die sich ungefähr 180° entfernt voneinander befinden.
9 zeigt eine Draufsicht auf Rotor-Targets mit jeweiligen Resonanzschaltungen und Nicht-Resonanzschaltungen gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung. 9 zeigt Rotor-Targets, umfassend das erste Rotor-Target 212 und das zweite Rotor-Target 214. Das erste Rotor-Target 212 und/oder das zweite Rotor-Target 214 können aus festem Metall oder einer geschlossenen Schleife bestehen, die von einer Leiterbahn gebildet ist. In diesem Beispiel ist das erste Rotor-Target 212 ein nicht-resonantes Target und das zweite Rotor-Target 214 ist ein resonantes Target. Ferner kann das zweite Rotor-Target 214 eine Resonanzschaltung 906 umfassen, die einen Induktor und/oder einen Kondensator umfasst. In einigen Ausführungsformen kann das erste Rotor-Target 212, das nicht-resonant sein kann, in ein resonantes Target umgewandelt werden, indem ein Kondensator hinzugefügt wird, sodass das erste Rotor-Target 212 eine Resonanzfrequenz aufweist, die im Wesentlichen gleich der Frequenz einer Sendespulen-Ansteuerfrequenz ist.
Ein zeitlich variierbares Magnetfeld, das von dem ersten Rotor-Target 212 (z. B. das nicht-resonante Rotor-Target) erzeugt wird kann in Bezug auf ein sich zeitlich variierbares Magnetfeld, das von dem zweiten Rotor-Target 214 (z. B. dem resonanten Rotor-Target) erzeugt wird, phasenverschoben sein. Ferner kann das zeitlich variierbare Magnetfeld des ersten Rotor-Targets 212 um ungefähr 90° in Bezug auf das zeitlich variierbare Magnetfeld, das von dem zweiten Rotor-Target 214 erzeugt wird, phasenverschoben sein.
In einigen Ausführungsformen wird eine Anzahl M der ersten Empfängerstrukturen des ersten Empfängers basierend auf einer Anzahl N der zweiten Empfängerstrukturen bestimmt, sodass M = 2 N ± 1 ist.
Während der Gegenstand der Erfindung in Bezug auf spezifische beispielhafte Ausführungsformen davon ausführlich beschrieben worden ist, versteht es sich, dass Fachleute, die ein Verständnis des Vorstehenden erlangt haben, ohne weiteres Kombinationen, Änderungen, Variationen und Äquivalente zu solchen Ausführungsformen entwickeln können. Entsprechend ist der Umfang der vorliegenden Offenbarung eher beispielhaft als einschränkend zu verstehen, und die Offenbarung des Gegenstands schließt die Einbeziehung solcher Abwandlungen, Variationen und/oder Hinzufügungen des vorliegenden Gegenstands nicht aus, die für einen Durchschnittsfachmann leicht ersichtlich sind.
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

US 17/106720 [0001]
US 63/037652 [0001]

Claims

Drehmomentsensor, umfassend mindestens eine Erregerspule; mindestsens eine Oszillatorschaltung, die mit der Erregerspule gekoppelt ist, wobei die Oszillatorschaltung ausgestaltet ist, ein periodisches Spannungssignal zu erzeugen und die Erregerspule mit dem periodischen Spannungssignal zu erregen; einen ersten Kanal, wobei der erste Kanal umfasst: einen ersten Empfänger, wobei der erste Empfänger eine Vielzahl von ersten Empfängerstrukturen umfasst, die sich periodisch wiederholen; ein erstes Rotor-Target, das ausgestaltet ist, mit einem ersten Rotor gekoppelt zu werden, wobei das erste Rotor-Target ausgestaltet ist, eine Stärke der induktiven Kopplung zwischen der Erregerspule und dem ersten Empfänger zu beeinflussen; einen zweiten Kanal, wobei der zweite Kanal umfasst: einen zweiten Empfänger, wobei der zweite Empfänger eine Vielzahl von zweiten Empfängerstrukturen umfasst, die sich periodisch wiederholen; ein zweites Rotor-Target, das ausgestaltet ist, mit einem zweiten Rotor gekoppelt zu werden, wobei das zweite Rotor-Target ausgestaltet ist, eine Stärke der induktiven Kopplung zwischen der Erregerspule und dem zweiten Empfänger zu beeinflussen; und eine Verarbeitungsschaltung, die ausgestaltet ist, ein erstes Signal bereitzustellen, das dem ersten Kanal zugehörig ist und indikativ für eine Position des ersten Rotor-Targets in Bezug auf den ersten Empfänger ist, wobei die Verarbeitungsschaltung ausgestaltet, ein zweites Signal bereitzustellen, das dem zweiten Kanal zugehörig ist und indikativ für eine Position des zweiten Rotor-Targets in Bezug auf den zweiten Empfänger ist; wobei der Drehmomentsensor ein oder mehrere Merkmal/e umfasst, um die elektromagnetische Kopplung des ersten Kanals und des zweiten Kanals zu reduzieren.
Drehmomentsensor nach Anspruch 1, wobei M eine Anzahl der ersten Empfängerstrukturen ist, und N eine Anzahl der zweiten Empfängerstrukturen ist, wobei M = 2 N ± 1 ist.
Drehmomentsensor nach Anspruch 2, wobei das erste Rotor-Target eine Vielzahl von Target-Flügeln aufweist, die sich periodisch wiederholen, wobei jeder Target-Flügel eine Winkelbreite aufweist, wobei die Winkelbreite jedes Target-Flügels des ersten Rotor-Targets ungefähr gleich einer Winkelbreite entsprechend einer einzelnen Periode der Vielzahl von zweiten Empfängerstrukturen des zweiten Empfängers ist.
Drehmomentsensor nach Anspruch 1, wobei eine strukturelle Phase des ersten Empfängers entlang sowohl einer Umfangsrichtung als auch einer radialen Richtung des ersten Empfängers variiert.
Drehmomentsensor nach Anspruch 4, wobei eine strukturelle Phasenverschiebung in der radialen Richtung des ersten Empfängers an einem spezifischen Punkt entlang der radialen Richtung des ersten Empfängers auftritt.
Drehmomentsensor nach Anspruch 5, wobei die strukturelle Phasenverschiebung ungefähr 180° beträgt.
Drehmomentsensor nach Anspruch 5, wobei eine strukturelle Phase des ersten Rotor-Targets entlang sowohl einer Umfangsrichtung als auch einer radialen Richtung des Rotor-Targets auf eine Weise entsprechend dem ersten Empfänger variiert.
Drehmomentsensor nach Anspruch 7, wobei ein erster Abschnitt des ersten Rotor-Targets ein leitfähiges Material und ein zweiter Abschnitt des ersten Rotor-Targets ein magnetisches und nicht-leitfähiges Material umfasst.
Drehmomentsensor nach Anspruch 4, wobei eine strukturelle Phase des zweiten Empfängers entlang einer Umfangsrichtung variiert und entlang einer radialen Richtung des zweiten Empfängers konstant ist.
Drehmomentsensor nach Anspruch 9, wobei eine strukturelle Phase des zweiten Rotor-Targets entlang einer Umfangsrichtung variiert und entlang einer radialen Richtung des zweiten Rotor-Targets auf eine Weise entsprechend dem zweiten Empfänger konstant ist.
Drehmomentsensor nach Anspruch 4, wobei die strukturelle Phase des ersten Empfängers kontinuierlich entlang mindestens einem Abschnitt der radialen Richtung des ersten Empfängers variiert.
Drehmomentsensor nach Anspruch 11, wobei die strukturelle Phase des zweiten Empfängers kontinuierlich entlang mindestens einem Abschnitt der radialen Richtung des zweiten Empfängers variiert.
Drehmomentsensor nach Anspruch 12, wobei der erste Empfänger und der zweite Empfänger eine Veränderung der strukturellen Phase in einer radialen Richtung aufweisen, die von im Wesentlichen gleicher Größe, aber entgegengesetzter Richtung in Bezug zueinander sind.
Drehmomentsensor nach Anspruch 1, wobei ein zeitlich variierbares Magnetfeld, das von dem ersten Rotor-Target erzeugt wird, in Bezug auf ein zeitlich variierbares Magnetfeld, das von dem zweiten Rotor-Target erzeugt wird, phasenverschoben ist.
Drehmomentsensor nach Anspruch 14, wobei das zeitlich variierbare Magnetfeld, das von dem ersten Rotor-Target erzeugt wird, um ungefähr 90° in Bezug auf das zeitlich variierbare Magnetfeld, das von dem zweiten Rotor-Target erzeugt wird, phasenverschoben ist.
Drehmomentsensor nach Anspruch 14, wobei das zweite Rotor-Target eine Resonanzschaltung umfasst, die einen Induktor und einen Kondensator aufweist.
Drehmomentsensor nach Ansprüchen 1 bis 16, wobei sich eine Vielzahl von Target-Flügeln nicht kontinuierlich um einen gesamten Umfang des ersten Empfängers wiederholt.
Drehmomentsensor nach Anspruch 17, wobei eine Vielzahl von Target-Flügeln des ersten Rotor-Targets eine kumulative Überlappung von weniger als 120° mit einer Vielzahl von Target-Flügeln des zweiten Rotor-Targets aufweisen.
Drehmomentsensor nach Anspruch 17, wobei die Vielzahl von Target-Flügeln einen ersten Satz von Target-Flügeln und einen zweiten Satz von Target-Flügeln umfasst, wobei sich der erste Satz von Target-Flügeln ungefähr 180° von dem zweiten Satz von Target-Flügeln befindet.