DE4201721C2 - Berührungsloser Geber - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum berührungslosen Messen der Position oder des Winkels nach der Gattung des Hauptan­ spruchs. Aus der DE-OS 32 44 891 ist bereits eine Einrichtung zur berührungslosen Positionsmessung bekannt. Diese Einrichtung zur berührungslosen Positionsmessung weist eine Vielzahl von in herkömm­ licher Weise gewickelten Spulen als Sensoren auf. Durch Anlegen eines elektrischen Wechselfeldes erzeugen diese Spulen ein Magnet­ feld. In räumlicher Nähe zu der Vielzahl der Sensorspulen ist eine Spule mit einem Verbraucher als Positionsindikator angeordnet. Je nach Position der Sensorspulen gegenüber dem Positionsindikator wird durch das Magnetfeld elektrische Leistung von den Sensorspulen in­ duktiv zur Spule des Positionsindikators transferiert. Die Sensor­ spule, die den geringsten Abstand zum Positionsindikator aufweist, zeigt so den größten Leistungsverlust. Durch sequentielle Abfrage der einzelnen Sensorspulen wird die Position gegenüber dem Posi­ tionsindikator ermittelt.

In der DE 32 44 891 A1 ist eine Vorrichtung zur berührungslosen Positionsmessung mit einem Läufer und einem Stator, die relativ zueinander verschiebbar sind, bekannt. Dabei sind, entweder auf dem Läufer oder auf dem Stator, eine Vielzahl von Sensoren angeordnet, in denen durch einen dazu verschiebbaren Sender (Positionsindikator) Signale erzeugt werden. Die Signale der Vielzahl der Sensoren wird durch einen Multiplexer abgefragt. Als Sensoren sind beispielsweise Spulen oder Magnetdioden offenbart.

In der DE 32 11 469 A1 wird eine Vorrichtung zur Positionsmessung offenbart, bei der eine Vielzahl von magnetostriktiven Sensoren seine Lage relativ zu einem Positionsindikator, der beispielsweise als Magnet ausgebildet ist, ändern. Durch Auswertung der Signale der Vielzahl der Sensoren kann die relative Lage zum Positionsindikator bestimmt werden. Die magnetostriktiven Sensorelemente sind durch Dünnschichttechnologie auf einem Substrat hergestellt.

Aus der DE 32 45 501 A1 ist ein induktiver Wegaufnehmer mit einer Vielzahl von Spulen bekannt, die über die zu messende Wegstrecke angeordnet sind. Durch einen Mikrocomputer können die verschiedenen Spulen derart zusammengeschaltet werden, daß sich jeweils eine Brückenschaltung von den benachbarten Spulen herausbildet, in deren Nähe sich ein Dämpfungselement, welches die Induktivität der Spulen ändert, befindet.

Aus der GB 14 85 646 ist ein Positionssensor bekannt, bei dem eine Vielzahl von Sensorspulen auf einem plattenförmigen Substrat angeordnet ist. Relativ zu diesen Sensorspulen kann eine Sendespule verschoben werden, die dann ein Signal in den Sensorspulen erzeugt. Die Sensorspulen können gerade oder kreisförmig auf der Platte angeordnet sein. Die Kopplung zwischen der Sendespule und den Sensorspulen wird durch ein magnetisches Joch verbessert.

In der DE 34 43 176 C1 wird ein Verfahren zu Kalibrierung eines Positionsgebers beschrieben, der eine Vielzahl von Sensorelementen aufweist, die als Spulen ausgebildet sind. Die Signale in den Spulen werden durch einen als Magneten ausgebildeten Positionsindikator erzeugt. Dabei kann die Position des Positionsindikators relativ zu den Sensoren durch Interpolation ermittelt werden.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum berührungslosen Messen der Po­ sition oder des Winkels weist demgegenüber den Vorteil auf, daß nur die Signale einer einzigen Spule, der Läuferspule, ausgewertet wer­ den. Nur diese eine Spule muß daher eine Vielzahl von Windungen auf­ weisen. Alle weiteren Spulen können in ihrer Ausgestaltung sehr ein­ fach gehalten sein und können mit einfachen Mitteln angesteuert wer­ den. Der Vorteil der berührungslosen und somit verschleißfreien Mes­ sung bleibt dabei jedoch erhalten.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor­ teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung zum berührungslosen Messen der Position oder des Winkels möglich. Besonders einfach und kostengünstig wird der Stator als Hybridplatte mit Statorspulen in Dick- oder Dünnfilmtech­ nik ausgeführt. Besonders platzsparend kann der Multiplexer auf der Statorplatte angeordnet werden. Durch einen Vorverstärker werden die Signale der Läuferspule in geeigneter Weise für die Signalauswertung verstärkt und aufbereitet. Für eine besonders einfache Ausführungs­ form der Erfindung weisen die Statorspulen jeweils nur eine Windung auf. Die Anordnung der Statorspulen auf dem Stator ist beliebig, insbesondere ist eine geradlinige Anordnung für lineare Positions­ messungen oder eine kreisförmige Anordnung für Winkelmessungen mög­ lich. Durch die Verwendung eines magnetischen Jochs, wird die induk­ tive Kopplung zwischen Statorspulen und Läuferspule verbessert. Eine besonders einfache Anordnung der Statorspulen geht von räumlich nebeneinanderliegenden Statorspulen aus, wobei diese den gleichen Abstand zueinander aufweisen, wenn die Meßgenauigkeit über den gesamten Meßbereich gleich gut sein soll. Durch eine Anordnung der Statorspulen übereinander, die eine Kodierung der Überdeckten Fläche bewirkt, kann die Position des Läufers auch mit sehr wenigen Statorspulen gemessen werden. Eine einfache Form der Kodierung be­ steht beispielsweise aus der Verwendung eines binären Kodes. Bei nebeneinanderliegenden Statorspulen ist die Signalauswertung beson­ ders einfach, wenn dem Läufer der Standort der Statorspule zugewie­ sen wird, die aktiviert ist, wenn ein Signal vorbestimmter Höhe von der Läuferspule abgegeben wird. Genauer ist jedoch eine Interpola­ tion zwischen verschiedenen Statorspulen. Für besonders störsichere Signalausgabe kann die Position des Läufers einfach in ein Analog­ signal umgesetzt werden. Die Auswertung der übereinanderliegenden Spulen erfolgt besonders schnell, da vergleichsweise wenig Spulen angesteuert werden müssen.

Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen darge­ stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel als linearer Positionsgeber,

Fig. 2 in einem Struktogramm wie dem Läufer der Standort von Sta­ torspulen zugewiesen wird,

Fig. 3 in einem Struktogramm wie dem Läufer Standorte zwischen den Statorspulen zugeordnet wird,

Fig. 4 in einem Struktogramm wie die Position des Läufers in ein Analogsignal umgesetzt wird,

Fig. 5 die binäre Kodierung durch übereinanderlie­ gende Spulen,

Fig. 6 in einem Struktogramm wie die binäre Kodierung ausgewertet wird,

Fig. 7 ein Ausführungsbeispiel als Winkelgeber.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist mit 1 ein Läufer und mit 2 ein Stator bezeichnet. Der Läufer 1 besteht aus einem magnetischen Joch, das als einstückiger Bogen 13 ausgeführt ist, und einer Läuferspule 4. Das magnetische Joch 13 weist einen Spalt auf, in dem sich der Stator befindet. Die Läuferspule 4 ist mit einem Vorverstärker 8 verbunden, der Vorverstärker 8 ist mit einer Vorrichtung zur Signalauswertung 6 verbunden. Der Stator 2 besteht aus einer Hybridplatte 9 mit aufge­ brachten Statorspulen 5. Die Statorspulen sind mit Zahlen von 100 bis 10n durchnumeriert. Durch Zuleitungen 20 sind die Statorspulen 5 mit einem Multiplexer 11 verbunden. Der Multiplexer 11 ist mit einer Spannungsquelle 7 und über mehrere Verbindungsleitungen 21 mit der Vorrichtung zur Signalauswertung 6, vorzugsweise einem Mikrorechner verbunden. Die Vorrichtung zur Signalauswertung 6 kann über die hier angedeuteten Leitungen 22 mit anderer, externer Elektronik verbunden werden. Dies kann auch über den Tiefpaßfilter 18 erfolgen.

Der Läufer 1 kann in der durch die Pfeile angedeuteten Richtung relativ zum Stator verschoben werden.

Durch den hier gezeigten Aufbau kann elektrische Leistung von den Statorspulen 5 auf die Läuferspule 4 übertragen werden. Wird bei­ spielsweise, wie in Fig. 1 durch die fett durchgezogene Linie ange­ deutet, die Statorspule mit der Nummer 103 von einem zeitlich ver­ änderlichen Strom durchflossen, so wird durch Induktion ein Signal in der Läuferspule 4 erzeugt. Voraussetzung dafür ist, daß die magnetischen Feldlinien, die in der Statorspule 103 erzeugt werden, durch die Läuferspule 4 fließen. Dies kann, wie hier gezeigt, durch ein weichmagnetisches Joch 13 erfolgen. Ebensogut ist es jedoch mög­ lich, die induktive Kopplung durch räumliche Nähe von Statorspule 5 und Läuferspule 4 zu erreichen. Die durch Induktion in der Läufer­ spule 4 erreichte Spannung ist proportional zur Anzahl der Windungen in der Läuferspule 4. Für ein deutliches Signal ist es daher vor­ teilhaft, wenn die Läuferspule 4 möglichst viele Windungen aufweist. Eine hohe Zahl von Windungen ist bei Kopplung durch räumliche Nähe nur auf Kosten der Ortsauflösung zu erreichen, da die Spulengröße mit der Zahl der Windungen steigt. Die induktive Kopplung durch ein magnetisches Joch ist daher besonders vorteilhaft. Die Statorspulen 5 können jedoch besonders einfach ausgeführt werden. In Fig. 1 weisen die Statorspulen 5 jeweils nur eine Windung auf. Die in Fig. 1 gezeigten Statorspulen können wegen ihrer geringen Windungszahl besonders kostengünstig auf einer Leiter- oder Hybridplatte erzeugt werden. Als Techniken für die Herstellung der Statorspulen 5 eignen sich die Methoden der Leiterplatten-, Dickfilm- oder Dünnfilmtech­ nik. Die Hybridplatte 9 wird in der Beschreibung zu Fig. 7 näher erläutert.

Die Bestimmung der Position des Läufers 1 relativ zum Stator 2 er­ folgt durch Aktivieren der Statorspulen 5 und Auswerten der Signale der Läuferspule 4. In Fig. 1 wird die dazu notwendige Elektronik beispielhaft durch einen Vorverstärker 8, einen Multiplexer 11 und eine Auswerteeinheit 6 darstellt. Als Auswerteeinheit 6 wird hier exemplarisch ein Mikroprozessor verwendet, dessen verschiedene Ar­ beitsweisen in den Fig. 2, 3, 4 und 6 beschrieben werden. Für den Fachmann liegen jedoch äquivalente Lösungen in Analogtechnik oder andere Auswerteschaltungen mit Mikroprozessoren nahe. Die Auswerte­ einheit 6 gibt durch Anlegen von Spannungen an die Leitungen 21 eine Zahl an den Multiplexer 11. Als Reaktion auf diese Zahl legt der Multiplexer 11 eine Spannungsdifferenz zwischen zwei der Leitungen 20 an. Die Spannungsdifferenz wird von einer Spannungsquelle 7 er­ zeugt. Die Spannungsquelle 7 ist hier direkt mit dem Multiplexer 11 verbunden. Ebensogut ist es möglich, daß die Auswerteeinheit 6 mit einer Spannungsquelle verbunden ist und zwei der Leitungen 21 dazu genutzt werden, dem Multiplexer 11 eine Spannungsdifferenz zuzufüh­ ren. Die Spannungsquelle 7 kann sowohl einen Gleichstrom, wie auch einen Wechselstrom erzeugen. Im Falle einer Gleichspannungsquelle 7 könnte die Läuferspule 4 jeweils nur beim Einschalten einer Stator­ spule 5 ein Signal liefern, im Fall einer Wech­ selspannungsquelle würde die Läuferspule 4 so lange ein Signal lie­ fern, wie sie mit einer aktivierten Statorspule 5 induktiv gekoppelt ist.

In Fig. 1 sind die Statorspulen 5 alle gleich groß und weisen den gleichen Abstand zueinander auf. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die Genauigkeit der Positionsmessung auf dem gesamten Meßbe­ reich gleich sein soll. Ebensogut ist es jedoch möglich, daß die Statorspulen 5 in bestimmten Bereichen enger beieinanderliegen, bei­ spielsweise wenn durch eine Regeleinrichtung eine bestimmte Position eingehalten werden soll.

Eine einfache Auswertung bei nebeneinanderliegenden Statorspulen 5 besteht darin, dem Läufer 1 den Standort der Statorspule 5 zuzu­ weisen, die aktiviert ist, wenn ein Signal vorbestimmter Höhe von der Läuferspule 4 abgegeben wird. Dem in der Fig. 1 gezeigten Läu­ fer 1, der entlang der durch die Pfeile gezeigten Richtung ver­ schiebbar ist, wird somit eine der Positionen zwischen 100 und 10n der Statorspulen 5 zugeordnet. In diesem Fall konnte beispielsweise der Vorverstärker 8 so ausgelegt werden, daß er die Höhe des Span­ nungssignals der Läuferspule 4 erkennt und daraufhin ein Spannungs­ signal an die Auswerteeinheit 6 abgibt. Das Signal der Läuferspule 4 würde somit im Vorverstärker 8 nicht nur verstärkt, sondern auch in ein für die Auswerteeinheit 6 geeignetes Signal umgesetzt. Die ent­ sprechende Arbeitsweise der Auswerteeinheit 6 ist in Fig. 2 darge­ stellt.

Für viele Anwendungen sind jedoch n diskrete Positionen wie sie durch die Statorspulen 5 vorgegeben werden, nicht ausreichend. In diesem Fall sind durch Auswertung der Höhe der Signale der Läufer­ spule 4 auch Positionen des Läufers 1 zwischen den Statorspulen 5 zu ermitteln. Die entsprechende Arbeitsweise der Auswerteeinheit 6 ist in Fig. 3 dargestellt.

Wenn die Genauigkeit von n diskreten Positionen des Läufers 1 aus­ reichend ist, so kann die Position des Läufers 1 besonders einfach in ein analoges Ausgangssignal umgesetzt werden. Zu diesem Zweck werden alle Statorspulen 5 von 100 bis 10n gleichlang aktiviert. Bei Aktivierung der ersten Statorspule 5 mit der Nummer 100 wird der Eingang des Tiefpasses 18 auf ein bestimmtes Potential gelegt. Der Eingang des Tiefpasses 18 verbleibt auf diesem Potential bis ein Signal vorbestimmter Höhe von der Läuferspule 4 abgegeben wird. Die Höhe des Signals entspricht dabei mindestens dem Signal, das erzeugt wird, wenn der Läufer exakt zwischen zwei Statorspulen 5 angeordnet ist. Mit dem Auftreten dieses Signals wird der Eingang des Tiefpas­ ses 18 auf ein anderes Potential gelegt. Der Eingang des Tiefpasses verbleibt auf diesem Potential bis nach der Aktivierung der nten Statorspule 5 mit der Nummer 10n wieder die Statorspule 5 mit der Nummer 100 aktiviert wird. Wenn der Tiefpass 18 so ausgelegt ist, daß er über mehrere Durchläufe der Aktivierung aller Statorspulen 5 das Spannungssignal integriert, so wird sich der Ausgang des Tief­ passes 18 auf ein Spannungssignal einstellen, das proportional zur Position des Läufers 1 relativ zum Stator 2 ist. Die entsprechende Arbeitsweise der Auswerteeinheit 6 ist in Fig. 4 dargestellt.

In Fig. 2 wird in einem Struktogramm dargestellt, wie die Auswerte­ einheit 6 dem Läufer 1 den Standort einer Statorspule 5 zuordnet. Beim Start der Auswerteeinheit 6 erfolgt zunächst der mit 200 be­ zeichnete Programmschritt, bei dem die Zahl Z den Wert 0 zugewiesen bekommt. Im darauffolgenden Schritt 201 wird die Statorspule 5 mit der Nummer Z aktiviert. Dies erfolgt dadurch, daß entsprechende Steuerimpulse an den Multiplexer 11 abgegeben werden. Im darauf­ folgenden Schritt 202 wird überprüft, ob daraufhin entsprechende Signale von der Läuferspule 4 bzw. dem Vorverstärker 8 eintreffen. Ohne ein solches Signal wird als nächstes der Schritt 204 abgear­ beitet, mit einem Signal wird zunächst der Schritt 203 abgearbeitet. Im Programmschritt 203 wird die Zahl Z, die der aktuellen Position des Läufers 1 entspricht, über die Ausgänge 22 der Auswerteeinheit 6 an externe Schaltkreise abgegeben. Im nun folgenden Programmschritt 204 wird die Zahl Z um 1 erhöht. Im darauffolgenden Programmschritt 205 wird dieser Wert Z mit einem fest vorgegebenen Wert N vergli­ chen. N entspricht dabei der Anzahl der Statorspulen 5. Ist Z dabei kleiner als N, so wird wieder auf den Programmschritt 201 gesprungen und die nächste Statorspule 5 mit der neuen Nummer Z aktiviert. Ist Z gleich oder größer als N so wird im darauffolgenden Programm­ schritt 200 die Zahl Z wieder auf 0 zurückgesetzt. Durch das hier beschriebene Verfahren können N verschiedene Positionen des Läufers 1 gegenüber dem Stator 2 ermittelt werden.

In Fig. 3 wird eine Arbeitsweise der Auswerteeinheit 6 beschrieben, die die Ermittlung beliebiger Positionen des Lagers 1 zwischen den Statorspulen 5 erlaubt. Zunächst wird in einem Schritt 210 einer Zahl Z der Wert 0 zugeordnet. Im darauffolgenden Programmschritt 211 wird die Spule mit der Nummer Z aktiviert, indem die Steuereinheit 6 Steuerimpulse an den Multiplexer 11 abgibt. Im Programmschritt 212 werden die daraufhin von der Läuferspule 4 bzw. dem Vorverstärker 8 eingehenden Signale abgespeichert. Es wird eine Tabelle angelegt, in der jedem Wert der Zahl Z eine bestimmte Signalhöhe zugeordnet wird. Im darauffolgenden Programmschritt 213 wird der Wert der Zahl Z um 1 erhöht. Im darauffolgenden Schritt 214 wird der Wert der Zahl Z mit einer vorgegebenen Zahl N verglichen. Die Zahl N entspricht dabei der Anzahl der Statorspulen 5. Ist der Wert Z kleiner als die Anzahl N der Statorspulen 5, so wird durch Zurückspringen auf den Schritt 211 und weiteres Durchlaufen der Programmschleife die Tabelle mit Zahlen Z und dazugehörigem Signal vervollständigt. Wenn die Zahl Z den Wert N erreicht, so enthält die Tabelle die Impulshöhen der Läuferspule 4 für alle N Statorspulen 5. Anhand dieser Werte wird im Programmschritt 215 die Position des Läufers 1 errechnet und die entsprechende Information über die Ausgänge 22 an externe Schalt­ kreise abgegeben. Besonders einfach erfolgt die Berechnung der Position des Läufers 1 indem zunächst die Statorspule 5 ermittelt wird, bei deren Aktivierung das größte Signal der Läuferspule 4 erzeugt wurde. Von den beiden benachbarten Spulen wird dann diejeni­ ge mit dem größeren Signal ausgewählt. Die Position des Läufers wird dann zwischen der Spule mit dem größten Signal und der ausgewählten Nachbarspule errechnet, indem die relative Position des Läufers 1 zwischen diesen beiden Spulen mit der relativen Signalhöhe gewichtet wird. Dem Fachmann sind jedoch eine Vielzahl von anderen Möglichkei­ ten für die Errechnung der Läuferposition aus der abgespeicherten Tabelle geläufig. Auf den Programmschritt 215 erfolgt wieder der Schritt 210 bei dem der Wert der Zahl Z wieder auf 0 gesetzt wird.

In Fig. 4 wird in einem Struktogramm beschrieben, wie die Position des Läufers 1 besonders einfach in ein analoges Signal umgesetzt werden kann. Beim Start der Auswerteeinheit 6 wird in einem ersten Programmschritt 220 der Zahl Z der Wert 0 zugeordnet. Im darauffol­ genden Schritt 221 wird der Ausgang 23 der Auswerteeinheit 6, der mit einem Tiefpaß 18 verbunden ist, auf ein bestimmtes Potential beispielsweise das Potential 0 gelegt. Danach erfolgt im Schritt 222 die Aktivierung der Statorspule mit der Nummer Z. Dazu werden ent­ sprechende Steuerimpulse an den Multiplexer 11 abgegeben. Im darauf­ folgenden Schritt 223 werden entsprechende Impulse der Läuferspule 4 bzw. des Vorverstärkers 8 abgefragt. Wird dabei kein Signal festge­ stellt, so erfolgt unmittelbar der Schritt 225, wenn ein Signal festgestellt wird, so erfolgt der Schritt 224 und erst danach der Programmschritt 225. Im Programmschritt 224, d. h. beim Vorliegen eines Signales, wird das Potential des Ausgangs 23 geändert, bei­ spielsweise auf den Wert 1. Im nachfolgenden Schritt 225 wird der Wert der Zahl Z um 1 erhöht. Im Programmschritt 226 wird anhand der Größe der Zahl Z entschieden, ob bereits alle Statorspulen 5 akti­ viert worden sind. Solange Z dabei kleiner ist als die vorgegebene Zahl N wird die Programmschleife mit den Schritten 222 bis 226 durchlaufen. Wenn die Zahl Z den Wert N erreicht, so wird Z im Schritt 220 wieder auf 0 gesetzt und im Schritt 222 das Potential am Ausgang 23 wieder auf 0 gesetzt. Durch dieses Verfahren wird er­ reicht, daß das Potential am Eingang des Tiefpasses 18 zeitweise den Wert 0 und zeitweise den Wert 1 aufweist, wobei die relative Zeit­ dauer im einen oder anderen Zustand ein Maß für die Position des Läufers 1 ist. Da die Zeitkonstante des Tiefpasses 18 länger ist als die Zeit, die zur Aktivierung aller Statorspulen 5 benötigt wird, stellt sich am Ausgang des Tiefpasses 18 ein Potential mit einem Wert zwischen 0 und 1 ein, das proportional zur relativen Position des Läufers 1 ist.

In Fig. 5 wird eine Anordnung von drei übereinanderliegenden Sta­ torspulen 5 gezeigt. Durch die Ausgestaltung der hier gezeigten Statorspulen 5 werden 2ⁿ d. h. acht Positionen binär kodiert. Bei Nebeneinanderanordnung der Statorspulen 5 würden für acht Positionen auch acht Spulen benötigt. Durch die Verwendung von übereinander­ liegenden binär kodierten Statorspulen 5 wird somit die Anzahl der benötigten Statorspulen bei gleicher Anzahl von Positionen ver­ ringert.

Die binäre Kodierung der Position sei hier anhand von Beispielen dargestellt. Die unterste Statorspule 5 sei dabei als erste Ebene bezeichnet, die mittlere als zweite Ebene und die oberste als dritte Ebene. Einem Signal der ersten Ebene wird der Wert 1, einem Signal der zweiten Ebene der Wert 2 und einem Signal der dritten Ebene der Wert vier zugeordnet. Wenn sich der Läufer auf der Position 100 be­ findet, wird bei Aktivierung aller drei Ebenen kein Signal in der Läuferspule 4 erzeugt. Die entsprechende Kodierung 000 entspricht der binären Zahl 0 bzw. der Position 100. Befindet sich der Läufer in der Position 103, so wird bei Aktivierung der ersten Ebene ein Signal erzeugt, ebenso bei Aktivierung der zweiten Ebene, kein Signal wird jedoch bei Aktivierung der dritten Ebene erzeugt. Die entsprechende Kodierung 110 entspricht der binären Ziffer 3 bzw. der Position 103. Befindet sich der Läufer auf der Position 106, so wird bei Aktivierung der ersten Ebene kein Signal und bei Aktivierung der zweiten und dritten Ebene ein Signal erzeugt. Die Kodierung 011 entspricht der binären 6 bzw. der Position 106. In ähnlicher Weise sind beliebige andere Kodierungen der Position denkbar. Die entspre­ chende Arbeitsweise der Auswerteeinheit 6 wird in Fig. 6 darge­ stellt.

Die Herstellung der einzelnen übereinanderliegenden Statorspulen 5 erfolgt beispielsweise durch Mehrlagendickfilmtechnik. Die erste Statorspule wird durch Siebdruck auf einem geeigneten Substrat er­ zeugt. Zur Isolation wird danach ganzflächig eine dielektrische Schicht wieder durch Siebdruck aufgebracht. In gleicher Weise können die weiteren Statorspulen erzeugt werden.

In Fig. 6 wird mittels eines Struktogramms die Auswertung der binä­ ren Kodierung beschrieben. Beim Start der Auswertung wird zunächst in einem ersten Schritt 230 der Zahl Z ein Wert gleich 0 zugewiesen. In dem darauffolgenden Programmschritt 231 wird eine Statorspule 5 mit der Nummer Z aktiviert. Zu diesem Zweck werden entsprechende Steuersignale an den Multiplexer 11 abgegeben. Im darauffolgenden Schritt 232 wird abgespeichert, ob ein Signal von der Läuferspule 4 bzw. dem Vorverstärker 8 eintrifft. Im Programmschritt 233 wird die Zahl Z um 1 erhöht. Mit dem Programmschritt 234 wird überprüft, ob bereits alle Statorspulen 5 aktiviert worden sind. Die Zahl Z wird daher mit der vorgegebenen Zahl N, die der Zahl der Statorspulen 5 entspricht, verglichen. Weist Z einen Wert kleiner als N auf, so wird die Schleife mit den Programmschritten 231 bis 234 erneut durchlaufen. Durch die Programmschleife mit den Schritten von 231 bis 234 wird eine Tabelle erzeugt, in der den Zahlen von 0 bis n entweder ein Signal (=1) oder kein Signal (=0) zugeordnet wird.

Diese Tabelle entspricht also einer Folge von Nullen und Einsen d. h. einer binären Zahl. Diese binäre Zahl wird dann im Programmschritt 235 in eine entsprechende Positionsangabe des Läufers 1 umgerechnet und über die Ausgänge 22 an externe Schaltkreise abgegeben.

In Fig. 7 wird die erfindungsgemäße Vorrichtung zum berührungslosen Messen eines Winkels gezeigt. Der Stator 32 besteht aus einer Hy­ bridplatte 39 und einer weichmagnetischen Platte 14. Der Stator 32 weist eine Öffnung 16 auf, durch die eine weichmagnetische Drehachse 15 hindurchragt. Durch den weichmagnetischen Arm 17 wird das magne­ tische Joch vervollständigt. Auf der Oberseite des Hybridsubstrats 39 ist die Läuferspule 34 um die Öffnung 16 herum angeordnet. Die Statorspulen 35 sind kreisförmig um die Öffnung 16 herum angeordnet. Aus Vereinfachungsgründen sind die Statorspulen in der Fig. 7 nur schematisch dargestellt, ebenso wurde auf die Darstellung der Zulei­ tungen verzichtet. Bis auf die kreisförmige Anordnung entsprechen die in Fig. 7 verwendeten Statorspulen 35 den Statorspulen, wie sie aus Fig. 1 bzw. aus Fig. 5 bekannt sind. Mit 25 und 26 sind Bau­ elemente auf der Oberfläche der Hybridplatte 39 bezeichnet. Das Bau­ element 25 ist dabei durch aufgebrachte Leiterbahnen auf der Ober­ fläche der Platte 39 kontaktiert. Das Bauelement 26 ist durch Bond­ drähte 27 mit den Leiterbahnen auf der Oberfläche der Hybridplatte 39 verbunden. Schematisch sind auch Bondpads 28 für die Verbindung zu anderen Schaltungen gezeigt.

Durch Verdrehen der Drehachse 15 wird der Arm 17 in eine neue Posi­ tion gegenüber den Statorspulen 35 gebracht. Drehachse 15 und magne­ tischer Arm 17 sind dabei so ausgelegt, daß der Arm 17 einen gerin­ gen Abstand zu den Statorspulen 35 aufweist, sie jedoch nicht be­ rührt. Zusammen mit der weichmagnetischen Platte 14 wird so ein magnetisches Joch gebildet, das den durch die Statorspulen 35 er­ zeugten magnetischen Fluß auch durch die Läuferspule 34 leitet. Durch die Oberflächenmontage der Läuferspule 34 auf der Oberfläche des Hybridsubstrats 39 kann die Verbindung der Läuferspule 34 mit den Bauelementen 25, 26 durch auf der Oberfläche der Hybridplatte 39 aufgebrachte Leiterbahnen erfolgen. Durch die Bauelemente 25, 26 wird schematisch eine Auswerteelektronik wie sie zu Fig. 1 be­ schrieben wurde, dargestellt.

Die hier gezeigten Anordnungen in Fig. 1 und 7 arbeiten als soge­ nannte absolute Geber, d. h. die relative Lage des Läufers zum Sta­ tor ist unabhängig von zuvor erfolgten Verschiebungen oder irgend­ welchen Referenzpunkten.

Claims (17)

1. Vorrichtung zum berührungslosen Messen der Position oder des Winkels, mit einem Läufer (1, 31) und einem Stator (2, 32), die relativ zueinander verschiebbar sind, wobei der Läufer mit einer Läuferspule (4, 34) und der Stator mit mehreren Statorspulen (5, 35) versehen ist und die Läuferspule (4, 34) induktiv mit mindestens einer der Statorspulen (5, 35) koppelt, und mit einer Auswerte­ einheit (6), dadurch gekennzeichnet, daß die Statorspulen (5) ein­ zeln, zeitlich nacheinander aktivierbar sind und im aktiven Zustand mit einer Spannungsquelle (7) verbunden sind, daß die Läuferspule (4, 34) mit der Auswerteeinheit (6) verbunden ist, und daß die Er­ mittlung der Position oder des Winkels durch die Aktivierung min­ destens einer Statorspule (5, 35) und gleichzeitiger Auswertung von Signalen der Läuferspule (4, 34) in der Auswerteeinheit (6) erfolgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (2, 32) als Hybridplatte (9, 39) mit Statorspulen (5, 35) in Dick- oder Dünnfilmtechnik ausgeführt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivierung der Statorspule durch einen Multiplexer (11) er­ folgt, der auf dem Stator (2, 32) angeordnet und mit der Auswerte­ einheit (6) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Läuferspule (4, 34) über einen Vorverstärker (8) mit der Auswerteeinheit (6) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorspulen (5, 35) jeweils nur eine Win­ dung (10) aufweisen.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorspulen (5, 35) gerade oder kreisförmig auf dem Stator angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Läuferspule (4, 34) und die Statorspulen (5, 35) durch ein magnetisches Joch induktiv gekoppelt sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Joch als einstückiger Bogen (13) mit einem kleinen Spalt ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Joch durch eine weichmagnetische Platte (14) unter dem Stator (32), einer weichmagnetischen Drehachse (15) die durch eine Öffnung (16) des Stators (32) hindurchgreift und einem weichmagne­ tischem Arm (17) gebildet ist, und daß die Läuferspule (34) um die Drehachse (15) auf dem Stator (32) angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorspulen (5, 35) räumlich nebeneinander auf dem Stator (2, 32) angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle Statorspulen (5, 35) gleich groß sind und den gleichen Abstand zueinander aufweisen.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Statorspulen (5, 35) übereinander in mindestens zwei Lagen auf derselben Fläche des Stators (2, 32) angeordnet sind, und die unterschiedliche Anordnung der Statorspulen (5, 35) in den ein­ zelnen Lagen eine Kodierung des Standortes des Läufers (1, 31) rela­ tiv zum Stator (2, 32) bewirkt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Lage zwei gleichgroße Bereiche aufweist, von denen einer von der ersten Statorspule umfaßt wird und der zweite nicht umfaßt wird, daß die jeweils folgende Lage doppelt soviele untereinander gleichgroße Bereiche aufweist, von denen jeweils die Hälfte von der entsprechenden Statorspule umfaßt und die zweite Hälfte nicht umfaßt wird und daß bei jeder der mindestens zwei Lagen jeweils ein umfaßter Bereich neben einem nicht umfaßten Bereich gelegen ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Auswerteeinheit (6) dem Läufer (1, 31) den Standort der Statorspule (5, 35) zuweist, die aktiviert ist wenn ein Signal vorbestimmter Höhe von der Läuferspule (4, 34) abgegeben wird.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Auswerteeinheit (6) die Höhe der Signale der Läu­ ferspule (4, 34) bei Aktivierung von mindestens zwei nebeneinander­ liegenden Statorspulen (5, 35) dazu nutzt, dem Läufer (1, 31) durch Interpolation einen Standort zwischen den Statorspulen zuzuweisen.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Auswerteeinheit (6) über einen Ausgang (23) mit dem Eingang eines Tiefpasses (18) verbunden ist, daß alle Stator­ spulen (5, 35) in einer vorbestimmten Zeit in festgelegter Reihen­ folge gleichlang aktiviert werden, daß bei Aktivierung der ersten Statorspule (5, 35) die Auswerteeinheit (6) den Ausgang (23) auf ein bestimmtes Potential legt, daß bei Eintreffen eines Signals vorbestimmter Höhe der Läuferspule (4, 34) die Auswerteeinheit (6) den Ausgang (23) auf ein anderes Potential legt, und daß die Zeit­ konstante des Tiefpasses länger ist als die Zeit für die Aktivierung aller Statorspulen (5, 35).

17. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorspule (5, 35) der ersten Lage aktiviert wird und die Auswerte­ einheit (6) diese Aktivierung auswertet, indem sie bei einem Signal der Läuferspule (4, 34) den Läufer (1, 31) innerhalb der umfaßten Hälfte und ohne Signal der Läuferspule (4, 34) in der anderen Hälfte zuordnet, und daß bei der gleichen Auswertung der folgenden Lagen nur noch die Bereiche berücksichtigt werden, innerhalb derer der Läufer (1, 31) durch die Auswertung der vorhergehenden Statorspulen (5, 35) liegen kann.