EP4189331A2 - Detection device for a position sensor and detection system comprising such a detection device - Google Patents

Detection device for a position sensor and detection system comprising such a detection device

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EP4189331A2
EP4189331A2 EP21754780.1A EP21754780A EP4189331A2 EP 4189331 A2 EP4189331 A2 EP 4189331A2 EP 21754780 A EP21754780 A EP 21754780A EP 4189331 A2 EP4189331 A2 EP 4189331A2
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EP
European Patent Office
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windings
winding
secondary windings
detection device
subgroup
Prior art date
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Pending
Application number
EP21754780.1A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Franz Straubinger
Markus Simon
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Sumida Components and Modules GmbH
Original Assignee
Sumida Components and Modules GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Sumida Components and Modules GmbH filed Critical Sumida Components and Modules GmbH
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Pending legal-status Critical Current

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    • G01D5/2086Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the mutual induction between two or more coils by movement of two or more coils with respect to two or more other coils
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/30Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes

Definitions

  • the present invention relates to a detection device for a position sensor and a detection system with such a detection device.
  • the present invention relates to a detection device that is used in a position sensor in order to detect an angular position of the sensor element relative to the detection device together with a sensor element that is arranged rotatably relative to the detection device.
  • such an eddy current sensor arrangement which detects damping of one or more coils caused by eddy currents, the one or more coils being provided as stationary components and a moving component having a track made of a suitable material, which a position-dependent generation of eddy currents and thus damping.
  • the position of the moving track with respect to the one or more stationary coils can thus be determined by a correlation of the damping caused and the special shape of the track.
  • An exemplary application in this regard is determining the position of a rotor of an electrical machine in order to use it to determine suitable control signals for supplying suitable current and voltage values. For example, in many cases where very variable rotational speeds and a moderately large control bandwidth are required for the electrical machine, it is important to acquire output voltage signals from sensor systems with a high temporal resolution in order to be able to determine the position of the rotor relatively precisely. With regard to efficient operation of permanent magnet synchronous machines, for example, it is necessary to position the rotor according to the number of poles to know within an angular section with good accuracy in order to energize stator windings appro net so that a desired mode of operation is established.
  • Document US 2017/0268907 A1 shows a position sensor with a rectangular primary coil surrounding two sinusoidal secondary coils. These coils are formed in a printed circuit board. A position transmitter is also provided here for position determination, as a result of which a position along a linear movement is determined.
  • the publication WO 2006/074560 A2 shows an eddy current sensor which is provided on a magnetic bearing device in order to carry out a distance measurement on the bearing.
  • a position sensor is known from document US 2015/0362340 A1, which has a primary coil, a plurality of secondary coils and a transmitter element. The coils are integrated into a printed circuit board.
  • a detection device for a position sensor such as a rotor position sensor or a position sensor in general, which does not detect a position of a rotor of an electrical machine, but a position of any rotating part, such as a part that, for example, has a gear is flanged to a rotor of an electrical machine, or a rotating part which rotates only in a limited angular range or continuously.
  • the sensing device includes at least a primary winding and a secondary winding circuit.
  • the secondary winding circuit has a plurality of secondary windings which are inductively coupled to the at least one primary winding.
  • the plurality of secondary windings is designed as two sinusoidal coils, each with a center tap.
  • sinusoidal also means “cosinusoidal” or a general shape resulting from a phase shift by any phase from a sinusoidal curve or a general shape resulting from a continuous deformation of a sinusoidal curve.
  • sinusoidal can also apply to a curvilinear shape that merely corresponds to a section of a sine or cosine curve or a continuous deformation thereof.
  • the sinusoidal coils easily enable a sinusoidal measurement signal to be generated using a simple encoder structure in a detection system, for example with a strip-shaped encoder structure with a substantially constant width along the encoder structure over one revolution, but with the strip having interruptions, which ensure that a sinusoidal coil scanning the encoder structure has an overlap region (i.e. area of the coil projected onto the strip) between two interruptions, which results in a monotonically increasing or decreasing signal in the coil as the strip is scanned .
  • the center tap of each sinusoidal coil enables tapping via a single secondary winding in each case in a simple manner.
  • the center tap may be provided as a vertical contact in a printed circuit board if the secondary windings are configured as single or multi-layer sinusoidal planar coils.
  • sinusoidal windings are in the form of sinusoidal conductor tracks or a sinusoidal winding is formed or composed of one or more sinusoidal conductor track sections.
  • a center tap is designed as a vertical contact in the printed circuit board, for example in the form of one or more vias, which divides a sinusoidal trace section in the middle into two subsections or two subsections that have a sinusoidal shape when viewed from above divided into two substantially equal track sections.
  • substantially can mean a tolerance of at most 40% in a length of a track section, preferably at most 30% or at most 20% or at most 10%, more preferably at most 5%.
  • Different layers can be connected to one another at the center tap of a multi-layer winding.
  • the primary winding may be formed as a rectangular coil surrounding the plurality of secondary windings in plan view. This provides an advantageous coupling between the primary winding and the secondary windings.
  • the plurality of secondary windings may comprise a first subset of at least two secondary windings arranged in series with one another and a second subset of at least two secondary windings arranged in series with one another.
  • the detection device can also have a resistor or capacitor.
  • the resistor or capacitor can be arranged between a secondary winding from the first subgroup and a secondary winding from the second subgroup and/or it can be arranged in parallel with a first secondary winding from the first subgroup, possibly with a second resistor or capacitor, which can be arranged in parallel with a first secondary winding from the second subgroup.
  • the resistor or capacitor between a secondary winding from the first subgroup and a secondary winding from the second subgroup can be used to achieve phase alignment between the individual subgroups, and on the other hand, the resistor or capacitor can be arranged in parallel with the first secondary winding from the first subgroup possibly with the second resistor or capacitor in parallel arrangement to the first secondary winding from the second subgroup an offset adjustment can be achieved.
  • This also allows a phase offset to be compensated for, which otherwise always occurs, since windings in an arrangement have couplings of different strengths to windings of adjacent coil pairs over only one circular segment, and/or an offset that occurs in an asymmetrical coil arrangement is compensated.
  • improved temperature stability can also be achieved by a combination of a capacitor and a resistor.
  • the at least one primary winding and the secondary winding circuit can be integrated together in a printed circuit board.
  • a number of primary windings and a number of secondary windings may be the same and one primary winding may be aligned with exactly one secondary winding (ie, a pair of coils is formed) in the circuit board.
  • a 1:1 mapping between primary windings and secondary windings is provided, with a coupling between a primary winding and an associated secondary winding being improved.
  • a sensitivity to electromagnetic Technical interference fields are reduced because the use of more than one primary winding in the primary winding circuit means that an area occupied by a primary winding in the circuit board is less than if only one primary winding is provided.
  • smaller sized primaries allow for space savings in the design of the primary winding circuitry since space is now available adjacent to and between individual primary windings.
  • a size of a primary winding can be matched to a size of the associated secondary winding, which enables a coupling between primary windings and associated secondary windings to be improved and a secondary winding to be disturbed a primary winding associated with an adjacent secondary winding is reduced.
  • the secondary windings can be in the form of sinusoidal coils.
  • Sinusoidal coils allow a sinusoidal measurement signal to be generated using a simple encoder structure in a detection system, for example a strip-shaped encoder structure with a substantially constant width along the encoder structure over one revolution, with the strip having interruptions that ensure that a sinusoidal coil scanning the transducer structure has an overlap region (ie area of the coil projected onto the strip) between two discontinuities which results in a monotonically increasing or decreasing signal in the coil as the strip is scanned.
  • the plurality of secondary windings can be designed as two sinusoidal coils, each with a center tap, whereby two secondary windings can be realized by means of a sinusoidal coil with a center tap.
  • the secondary winding circuit may further comprise a first resistor arranged in parallel with a first secondary winding from the first subgroup and a second resistor arranged in parallel with a first secondary winding from the second subgroup.
  • An offset adjustment can be achieved by the first resistor and the second resistor.
  • a capacitor can be provided instead of the first resistor and/or a capacitor can be provided instead of the second resistor.
  • first resistor and the second resistor can be provided, so that only in an offset adjustment is achieved in a subgroup, it being possible for a capacitor to be provided instead of this resistor, so that an offset adjustment is achieved by a capacitor only in a subgroup.
  • the secondary winding circuit can also comprise a first capacitor and a second capacitor, the first capacitor being arranged in parallel with a second secondary winding from the first subgroup and the second capacitor being arranged in parallel with a second secondary winding from the second subgroup is.
  • This can increase temperature stability in each subgroup in the case of a combination of the first resistor and the first capacitor in the first subgroup and a combination of the second resistor and the second capacitor in the second subgroup.
  • only one of the first and second capacitors can be provided, so that improved temperature stability is only achieved in a subgroup.
  • a detection device for a position sensor such as a rotor position sensor or, in general, a position sensor that does not detect a position of a rotor of an electrical machine, but a position of any rotating part, such as a part that, for example, has a gear machine is flanged to a rotor of an electrical machine, or a rotating part which rotates richly or continuously only in a limited Winkelbe.
  • the detection device for a position sensor comprises at least one primary winding and a secondary winding circuit with a plurality of secondary windings which are inductively coupled to the at least one primary winding, the plurality of secondary windings being a first subgroup of at least two mutually in secondary windings arranged in a series and a second subgroup of at least two secondary windings arranged in a series with one another, and wherein the secondary winding circuit further comprises a first resistor or capacitor which is arranged between a secondary winding from the first subgroup and a secondary winding from the second subgroup or which is arranged in parallel with a first secondary winding from the first subgroup or the second subgroup.
  • the at least one primary winding and the secondary winding circuit may be integrated together into a printed circuit board.
  • a number of primary windings and a number of secondary windings can be the same and one primary winding can be aligned with exactly one secondary winding in the printed circuit board.
  • the secondary winding circuit may further include an additional resistor or capacitor disposed between two other secondary windings each of which is one of the first subset and one of the second subset.
  • the plurality of secondary windings may be formed as two sinusoidal coils, each center-tapped, and only one primary winding formed as a rectangular coil surrounding the secondary windings in plan view may be provided.
  • the secondary windings in each subset may be arranged in the secondary winding circuit connected relative to the or at least one primary winding such that a differential signal is provided by each subset during operation of the sensing device.
  • the secondary winding circuit may further comprise a first capacitor and a second capacitor, wherein the first capacitor is arranged in parallel with a second secondary winding from the first subgroup and the second capacitor is arranged in parallel with a second secondary winding from the second subgroup .
  • a detection system comprises a detection device according to the first or second aspect and a transmitter element that is arranged rotatably relative to the detection device, wherein the transmitter element has a transmitter structure that is formed from an electrically conductive material.
  • an angular position between the detection device and the encoder element is advantageously detected when the encoder element is moved relative to the detection device.
  • a relative rotary motion between the encoder element and the detection device can be caused by a rotary motion of a rotor, in special applications this can be a rotor of an electrical machine, a rotor in the secondary winding Generate lungs induced voltage depending on a current position of the donor element to the detection device.
  • a magnetic field generated by the primary winding circuit is modulated by the pickup element and the modulated magnetic field induces in the secondary windings of the sensing device a voltage signal that is a signal modulated by a pickup structure of the pickup element of the electrical signal applied to the primary winding circuit is, wherein the transmitter structure has a form or shape of the transmitter structure that varies as a function of the angle along a rotation of the transmitter element with respect to the detection device.
  • the primary and secondary windings may be provided as air coils, which means that the primary and secondary windings are provided without a magnetizable core.
  • air coils are wound and mounted on a carrier such as a suitable substrate or printed circuit board or flexible circuit board.
  • FIG. 1a-1b schematically show a rotor position sensor according to some illustrative embodiments in plan views, the view in Fig. 1b being a sectional view taken along line 1b-1b in Fig. 1a;
  • FIG. 2 schematically shows, in a cut-away perspective view, a rotor position sensor in accordance with other illustrative embodiments
  • 3 schematically shows in a plan view a sensing device according to some illustrative embodiments
  • 4 schematically shows an arrangement of secondary windings with respect to a sensor structure and the resulting output signals of the detection device according to some illustrative embodiments
  • FIG. 5 schematically shows arrangements of individual secondary windings with respect to a transmitter structure according to some illustrative embodiments
  • FIG. 6 schematically shows in top view a primary winding and a plurality of secondary windings according to some illustrative embodiments
  • Fig. 8 schematically in a top view secondary windings with several turns
  • FIG. 9 schematically shows a circuit view of a detection system according to some illustrative embodiments.
  • FIG. 10 schematically shows a sectional view of a sensing system with a pair of coils disposed in a printed circuit board, according to some illustrative embodiments
  • FIG. 11 schematically shows a circuit view of a detection system according to some other illustrative embodiments
  • FIG. 12 schematically shows a circuit view of a detection system according to still some other illustrative embodiments.
  • FIG. 13 schematically shows a circuit diagram of a plurality of primary windings according to some illustrative embodiments.
  • a rotor position sensor generally comprises a detection system for detecting an angular position between a detection device of the detection system and a sensor element of the detection system.
  • the encoder element has an encoder structure which is formed from an electrically/magnetically conductive material and, in the case of a complete rotation (ie a rotation of 360° about an axis of rotation of the encoder element, relative to the detection device) changes as a function of the angle, as a result of which an angular position between the detection device and the encoder element is detected.
  • a primary winding circuit in the detection device generates a magnetic field that is modulated by the transmitter structure of the transmitter element.
  • a correspondingly modulated magnetic field in turn induces correspondingly modulated electrical signals in a plurality of secondary windings of the sensing device. From a comparison between an electrical signal that is applied to the primary winding circuit for generating the magnetic field and the electrical signal that is output by the secondary windings in response to this, an angular position between the transmitter element and the detection device can be inferred.
  • FIGS. 1a, 1b and 2 two alternative configurations for a rotor position sensor with a detection system for detecting an angular position between a detection device and a sensor element of the detection system are now described.
  • Fig. 1a shows a schematic side view of a rotor position sensor 1 of an electrical machine.
  • a transmitter structure 3 is attached to an axial surface of a rotor, for example a rotor 2 of an electrical machine, and can be moved with it.
  • the electrical machine can be a permanent magnet excited machine in which an angle signal is used for electrical commutation.
  • a detection device 4 is provided, which is arranged axially opposite the encoder structure 3 .
  • the sensor structure 3 and the detection device 4 form a detection system for the rotor position sensor 1, with the sensor structure 3 being arranged so as to be rotatable relative to the detection device 4.
  • the encoder structure 3 is applied to a suitable carrier material 7a or attached directly to a base material of the rotor 2, which is seated on a shaft 2a.
  • a base material of the rotor 2 is understood to mean a material that is intended for the function of the rotor 2, such as a material for holding components of the electrical machine, such as magnets and the like.
  • FIG. 1b shows a section along the line 1b-1b in FIG 2 around the shaft 2a by 360°).
  • track 3a can instead be configured as a strip of substantially constant width (without the in Fig. 1b shown periodically varying width, with periodic interruptions in Strei fen are provided) or be designed as a strip with monotonically over a complete mechanical revolution of the rotor's 2 changing width.
  • the encoder structure 3 can have repeating triangular structures instead of the track 3a illustrated in FIG. 1b.
  • other shapes that result in a position-dependent change in inductance such as rectangular structures, etc., can also be used.
  • the donor structure 3 may comprise aluminum, steel, copper, a printed circuit board, one or more conductive foils, or a metalized plastic, for example.
  • the transmitter structure 3 can only be electrically conductive, in particular the transmitter structure is not magnetic or magnetisable, and can therefore comprise an electrically conductive component embedded in or attached to a carrier material of the rotor 2 that is not electrically conductive.
  • the sensor structure can be formed by a magnetic or magnetizable material that is embedded in a carrier material of the rotor 2 or placed on it.
  • FIG. 2 a cut-away perspective view schematically shows a rotor position sensor 10 according to illustrative embodiments in which the rotor position sensor 10 is mounted on a motor and is configured as an alternative configuration to the rotor position sensor 1 of FIGS. 1a and 1b.
  • the rotor position sensor 10 has a detection system that is formed from a detection device 12 and a sensor structure 14 , the sensor structure 14 being arranged to be rotatable about a rotor axis R with respect to the detection device 12 .
  • the transmitter structure 14 is in this case attached to a radial surface of a rotor, for example a rotor 18 of an electrical machine, and can be moved with it.
  • the motor has a stator coil 19 wound on a stator of the motor.
  • the transmitter structure 14 may be formed in accordance with the transmitter structure 3, reference being made to the above description in this regard.
  • the detection device is arranged radially opposite to the encoder structure 14 on the outside on a motor housing 16 of the motor, the stator coil 19 being at rest relative to the rotor 18 .
  • the motor housing 16 is partially cut away for reasons of illustration in order to show the transmitter structure 14 arranged under the detection device 12, which would otherwise be covered by the motor housing 16 in the perspective view of FIG.
  • sensing device 12 may include a plurality of windings (not shown) and electronic circuitry (not shown). which processes the signal output by the windings and outputs them as position signals, such as electrical signals such as voltage amplitudes, differential voltages, current amplitudes, differential currents, frequencies, phase angles, etc., a rotational angle position of the rotor 18 relative to the detection device 12 being derivable from these electrical signals .
  • the sensing device 20 includes a printed circuit board 22 having a plurality of coils, such as a plurality of secondary windings 24a, 24b, 24c and 24d, disposed in the printed circuit board 22 side-by-side. Furthermore, at least one primary winding (not shown) can be formed in the printed circuit board 22 . For example, a single primary winding (not shown) may be provided, which primary winding (not shown) may surround the secondary windings 24a through 24d in the plan view shown in FIG.
  • two primary windings can be provided, with one of the primary windings (not shown) surrounding the two adjacent secondary windings 24a and 24b in the plan view shown, while the other primary winding (not shown) surrounding the two adjacent secondary windings lungs 24c and 24d may surround in the top view shown.
  • four primary windings can be provided, with each of these primary windings (not shown) being able to overlay one of the secondary windings 24a to 24d essentially congruently.
  • the secondary windings 24a to 24d may be in the form of rectangular coils (as shown in phantom in FIG. 3).
  • rectangular is meant a shape that results from a rectangle by deforming (stretching or compressing at least one side of the rectangle) the rectangle (such as a trapezoid) or is a rectangle. Compression of a line to a point should also be understood as falling under the term “deforming”, so that a rectangle can also be deformed into a triangle.
  • the printed circuit board 22 can be used in the rotor position encoder of FIGS. 1a and 1b in such a way that the printed circuit board 22 would be identified with the reference number 4 in connection with FIG. 1b.
  • the term rectangular would also mean a shape that can result from a rectangle by deforming (as described above), it also being possible for at least one radial side of a deformed rectangle to have a curvature in an axial arrangement according to FIG. 1b , which essentially curves on a radial line around the shaft 2a in Fig. 1b in circuit board 22 (see reference numeral 4 in Figure 1b in this regard).
  • a correspondingly curved radial side can correspond to a circular arc section around the shaft 2a in Fig. 1b at the location of the radial side with respect to the shaft 2a.
  • the printed circuit board 22 can be used in the rotor position encoder of FIG. 2 in such a way that the printed circuit board 22 in connection with FIG. 2 faces the detection device 12 in FIG would identify.
  • This lower surface of the sensing device 12 in FIG. 2 may be planar or formed according to a circular arc section about the rotor axis R in FIG. 2 at the location of the lower surface of the sensing device 12 in FIG.
  • the term rectangular would also mean a shape that can result from a rectangle by deforming (as described above), it also being possible for at least one radial side of a deformed rectangle to have a curvature in a radial arrangement according to FIG.
  • circuit board 22 which substantially corresponds to a curvature on a radial line about rotor axis R in FIG. 2 in circuit board 22 (cf. lower surface of sensing device 12 in FIG. 2 in this regard). Furthermore, the printed circuit board 22 can be oriented in an application as an element of the detection device 12 in FIG. 2 in connection with FIG. 2 in the detection device 12 of FIG R in Fig. 2 would be oriented.
  • the secondary windings 24a-24d are integrated into a material of the circuit board 22, illustrated by the dashed representation of the secondary windings 24a-24d.
  • This provides improved integrity of the secondary windings 24a-24d even under severe environmental conditions.
  • the secondary windings 24a to 24d can be encapsulated or cast with a suitable material, with or without a carrier material, or can be installed in a housing or only provided with a printed circuit board.
  • each of the secondary windings 24a to 24d does not necessarily have to be completely embedded in the material of the printed circuit board 22, but an uppermost conductor surface of each of the secondary windings 24a to 24d can remain free or the covering of the secondary windings 24a to 24d can be small, so that together with a thickness of the material of the printed circuit board 22, a desired gap to a transmitter structure (not shown) results.
  • the secondary windings may be mounted on the printed circuit board 22 and connected to electrical leads (not shown) in the printed circuit board 22 via external terminals (not shown) of the printed circuit board 22 .
  • FIG. 4 a relationship between transmitter structure and secondary windings is described, according to some illustrative embodiments, and the electrical signals output from the secondary windings.
  • Fig. 4 shows schematically the arrangement of a transmitter structure 36 of a transmitter element 37 in relation to a plurality of secondary windings 50.
  • the plurality of secondary windings 50 is formed by four secondary windings 34a, 34b, 34c and 34d, which are shown as rectangular windings and with reference are arranged on the transmitter structure 36 side by side.
  • the transmitter structure 36 represents a structure as described above with reference to the preceding figures, so that the above description is not repeated here.
  • the encoder structure 36 is a structure formed from an electrically conductive material, which is formed periodically along one or more revolutions of a rotor (not shown), for example at least one period of the encoder structure 36 means a full revolution of the rotor (not shown).
  • the secondary windings 34a to 34d are arranged side by side with respect to the transmitter structure 36 such that the secondary windings 34a to 34d are arranged substantially equidistant from one another along a period of the transmitter structure 36 .
  • a section of the transmitter structure 36 can thus be assigned to each of the secondary windings 34a to 34d, so that the transmitter structure 36 is divided into four sections which are essentially of equal size along the period of the transmitter structure 36 .
  • the secondary windings are offset from each other by a quarter of the period of the transmitter structure 36 with respect to the period of the transmitter structure.
  • the secondary winding 34a has a relation of a quarter of the period of the sensor structure 36 to the secondary winding 34b, the secondary winding 34a has a relation of half a period of the sensor structure 36 to the secondary winding 34c and the secondary winding 34a has a relation to the secondary winding 34d a relation of three quarters of the period of the encoder structure 36.
  • a signal processing circuit 32 connected to the secondary windings 34a-34d that receives and processes electrical signals output by the secondary windings 34a-34d and outputs 30 as processed signals.
  • the signal processing circuitry may perform filtering and/or offset adjustment and/or phase adjustment, as discussed in more detail below.
  • the secondary windings 34a and 34c are connected to one another in a subgroup 35a and output electrical signals to the signal-processing circuit 32.
  • the secondary windings 34b and 34c are connected to each other in a subgroup 35b and output electrical signals to the signal-processing circuit 32.
  • the processed signals 30 shown in FIG. 4 are shown as an example over a time interval that corresponds exactly to one period of the transmitter structure 36 .
  • the time interval illustrated represents an interval in which the plurality of secondary windings 50 sweeps or samples an entire period of the encoder structure 36 .
  • the signals output by the subgroup 35a are represented as “sine” in the processed signals 30, while the signals output by the subgroup 35b are represented as “cosine” in the processed signals 30.
  • sine and cosine signals allow an unambiguous identification of an angular position and direction of rotation of the secondary windings 34a to 34d with respect to the transmitter structure 36 and thus by a detection device comprising the secondary windings with respect to the transmitter structure 36.
  • individual secondary windings 64a-64d are shown relative to different portions 63a-63d of a transmitter structure at the same time. It can be seen that between the sections 63a and 63b scanned by the secondary windings 64a and 64b there is an angular position of 180° relative to one period of the transmitter structure. Correspondingly, between the sections 63c and 63d scanned by the secondary windings 64c and 64d, there is an angular position of 180° relative to one period of the transmitter structure.
  • the secondary windings 64a-64d in FIG. 5 can be identified with the secondary windings 34a-34d, with portions 63a-63d then representing portions of the pickup structure 36 being sensed by the corresponding secondary windings 34a-34d at the same time .
  • the transmitter structure can be sinusoidal on or on a transmitter element.
  • the sinusoidal shape is advantageous liable, since this geometry enables the sensor structure to form a damping surface in the form of a sine track, which in turn can influence an electrical signal detected by a detection device in a sine-like manner and is therefore easy to evaluate.
  • this does not represent a restriction and, in principle, other encoder structures can also be used, as has already been noted above.
  • encoder structures are not necessarily periodic several times during a full rotation, as long as an unambiguous assignment of electrical signals detected by a detection device scanning the encoder structure to a position or angular position of the detection device with respect to the encoder structure along a full rotation is possible.
  • output signals modulated by a transducer element are provided from various subsets of secondary windings (see, for example, subsets 35a and 35b in FIG Frequency of an output signal corresponding to a transmitter structure of the transmitter element in the course of a rotational movement of the transmitter element relative to the detection device can be changed.
  • Subgroups of secondary windings can be defined with reference to the transmitter structure in that the electrical signals output by two subgroups have a phase offset of 90° with respect to one period of the transmitter structure. This allows the provision of output signals from the subgroups which are related to one another in a sine and cosine manner and can therefore be easily evaluated using known methods.
  • the secondary windings can be arranged in relation to one another in such a way that they output electrical signals with respect to one another, which have either a phase offset of 180° in relation to a period of the encoder structure or a phase offset of 360° in relation to a period of the encoder structure .
  • the signals output by the secondary windings in a sub-array can be provided as differential output signals of the sub-array, so that identical spurious signals generated by each secondary winding in a sub-array are compensated for.
  • FIGS. 6 to 8 Illustrative embodiments are described with reference to FIGS. 6 to 8, in which the secondary windings are formed as sinusoidal coils.
  • sinusoidal secondary windings it is not necessary for a transducer structure of a transducer element to have a varying structure along a complete rotation.
  • an electrical output signal is produced which represents a sine signal modified in accordance with the periodically changing transmitter structure.
  • a sinusoidal Sensor structure sampled by a sinusoidal secondary winding to an electrical signal proportional to sin 2 .
  • the sensing device 100 includes a primary winding 110 and a plurality of secondary windings provided by the sinusoidal coil 120a and by the sinusoidal coil 120b.
  • the primary winding is a rectangular coil surrounding the plurality of secondary windings in the plan view shown.
  • a circuit board of the registering device 100 is not shown.
  • Each of the sinusoidal coils 120a and 120b is formed from two sinusoidal coil sections which have a phase offset of 180° with respect to their sinusoidal shape.
  • each of the sinusoidal coils 120a and 120b is represented in its shape similar to "°°". however, are offset by 90° relative to their sinusoidal shape. This represents an advantageous but non-limiting example in which corresponding coils can be easily mass-produced and an output of sinusoidal signals is guaranteed.
  • the sinusoidal coils 120a and 120b are preferably formed as multi-layer coils in which vertical contacts V between the individual layers establish an electrical connection.
  • the vertical contacts also serve as outer contacts.
  • this does not constitute a restriction and an overpass and/or underpass such as a bridge contact can only be provided at a point where crossover would occur, with the secondary windings, with the exception of the bridge contacts, being in the same plane of a printed circuit board would walk.
  • a sinusoidal coil 220 is shown having two secondary windings 222a and 222b, each one turn, with the secondary windings 222a and 222b being arranged in series and having opposite winding senses to one another.
  • Vertical contacts V1 and V7 represent external contacts to sinusoidal coil 220, such that vertical contact V1 represents external contact of secondary winding 222a, while vertical contact V7 represents external contact of secondary winding 222b.
  • More vertical contacts V2, V3, V4, V5 and V6 are used for vertical connection between different horizontal planes (not shown) of a printed circuit board (not shown) in which individual winding sections of the sinusoidal coil 220 run.
  • sections that extend between vertical contacts V1 and V2, V3 and V1, and V5 and V6 lie in a first plane, while sections that extend between vertical contacts V2 and V3, V4 and V5, and V6 and V7 lie in a second level different from the first level.
  • a center tap M1 is realized by the vertical contacts V4, so that a voltage signal can be tapped across the secondary winding 222a between V1 and M1 and a voltage signal across the secondary winding 222b between M1 and V7.
  • the center tap M1 allows each of the secondary windings 222a and 222b to be connected to an electrical component to allow for a correction in the signal output by the sinusoidal coil 220.
  • a sinusoidal coil 320 is shown having two secondary windings 322a and 322b each with multiple turns, the secondary windings 322a and 322b being arranged in series and having opposite winding senses to one another.
  • Vertical contacts represent external contacts to the sinusoidal coil 320 and internal connections between different planes in which individual winding sections of the sinusoidal coil 320 run, in analogy to the above description of Fig. 7.
  • a center tap M2 is implemented so that a voltage signal across secondary winding 322a and a voltage signal across secondary winding 322b can be tapped through M2.
  • a detection system 400 with a detection device 410 and a transmitter element is shown, which is illustrated using a transmitter structure 420 of the transmitter element in FIG. 9 .
  • the encoder structure 420 is shown as a sinusoidally varying structure, this is not a limitation and alternative encoder structures may be employed, as variously noted above.
  • a direction of rotation, in which the transmitter element moves relative to the detection device 410, is shown in FIG. 9 by means of an arrow DR for illustration.
  • the sensing device 410 includes a plurality of primary windings 402 and a plurality of secondary windings 404 . These windings can be integrated into a printed circuit board (not shown), as described above with reference to various illustrative embodiments.
  • the plurality of primary windings 402 includes four primary windings 402a through 402b and the plurality of secondary windings 404 has four secondary windings 404a to 404b.
  • the number of secondary windings is not limited to four, and a multiple of four secondary windings can be provided. With regard to the number of primary windings, instead of four primary windings, a number of primary windings can be provided which corresponds 1:1 to the number of secondary windings.
  • a subgroup of secondary windings from the plurality of secondary windings can be assigned to exactly one primary winding.
  • one primary winding from a plurality of primary windings can be assigned to two or more secondary windings, so that each primary winding is assigned to a subgroup of secondary windings, with each subgroup having the same number of secondary windings.
  • an electronic circuit 430 which, on the one hand, applies an electrical signal to the plurality of primary windings 402 and, on the other hand, receives electrical signals output by the plurality of secondary windings 404 .
  • the electronic circuit can have an oscillator circuit (only oscillator connections Osz1 and Osz2 are shown in FIG. 9) by which a periodic electrical signal is applied to the plurality of primary windings 402.
  • the plurality of primary windings 402 can be connected in a resonator circuit 403 which is fed by the oscillator circuit of the electronic circuit 430 .
  • the plurality of primary windings 402 may be formed by connecting the primary windings 402a through 402d in series.
  • this is not a limitation and a suitable parallel connection of at least some of the primary windings 402a to 402d can be provided.
  • the secondary windings 404 a to 404 d of the plurality of secondary windings 404 may be divided into subgroups of two secondary windings arranged in series, which are separately connected to the electronic circuit 430 .
  • secondary windings 404a and 404c may be in series with one another and form one subset of secondary windings
  • secondary windings 404b and 404d may be in series with one another and form another subset of secondary windings.
  • Each of these subgroups provides electrical signals for the electronic circuit 430, on the basis of which an angular position can be determined in the detection system 400.
  • the secondary windings in each subset are wound and connected relative to each other such that a voltage signal output from a subset is a differential signal.
  • a voltage signal output by a sub-array corresponds to a difference in voltages induced in the individual windings of the sub-array.
  • each company group is arranged to output a differential signal are described in more detail below with reference to FIGS. 9, 11 and 12.
  • a differential signal can be provided by the secondary windings 404a and 404c on the electronic circuit 430 through the "sin+” and “sin-” terminals, while a differential signal can be provided by the secondary windings 404b and 404d on the electronic circuit 430 through the "cos+” and “" terminals. cos-" a differential signal is also provided.
  • the electrical signals of the subset of secondary windings 404a and 404c, on the one hand, and the subset of secondary windings 404b and 404d, on the other hand are periodic signals that are 90° out of phase with one another, as is apparent from the discussion of illustrative embodiments above.
  • a suitable form for the secondary windings and primary windings can be selected, for example in the form of sinusoidal coils or rectangular coils.
  • the plurality of primary windings 402 is arranged with respect to the plurality of secondary windings 404 such that one of the primary windings 402a to 402d and one of the secondary windings 404a to 404d are arranged in a pair of coils, so that these windings in the pair of coils have a have maximum inductive coupling compared to an inductive coupling between a winding from this pair of coils and a winding from another pair of coils.
  • the primary winding 402a and the primary winding 404a form a pair of coils (402a, 404a), which is characterized in that an inductive coupling between the Pri mary winding 402a and the secondary winding 404a compared to an inductive coupling between the primary winding 402a and any one of the secondary windings 404b-404d and also to inductive coupling between the secondary winding 404a and any one of the primary windings 402b-402d.
  • the remaining windings 402b to 402d and 404b to 404d can also be arranged in pairs in coil pairs being.
  • the secondary windings 404a to 404d are connected in a secondary circuit, with every two secondary windings being connected to one another in a subgroup.
  • secondary winding 404a and secondary winding 404c are coupled together in a subset of the plurality of secondary windings 404 and connected to electronic circuitry 430 .
  • the secondary windings 404a and 404c are arranged in series between a two-pole terminal sin+/sin- of the electronic circuit 430 .
  • the secondary windings 404a and 404c can be arranged in series in such a way that the secondary windings 404a and 404c have opposite winding senses relative to one another in the series circuit.
  • differential signals are output to the electronic circuit 430 from this subassembly.
  • the secondary winding 404 b and the secondary winding 404 d form a subset of the plurality of secondary windings 404 and are connected to the electronic circuit 430 .
  • the secondary windings 404b and 404d are arranged in series between a two-pole connection cos+/cos ⁇ of the electronic circuit 430 .
  • the secondary windings 404b and 404d can be arranged in series in such a way that the secondary windings 404b and 404d have opposite winding directions relative to one another in the series circuit.
  • differential signals are output to the electronic circuit 430 from this subset.
  • subgroups represent an interconnection of secondary windings which are directly connected without an element arranged in between.
  • At least one resistor and/or capacitor is also provided in the acquisition system 400 in order to achieve an adjustment of offsets and phases.
  • the secondary windings are not arranged uniformly over a full circle around an axis
  • the detection system 400 with an asymmetrical arrangement of the secondary windings 404a to 404d about an axis of rotation (not shown), to assume that an offset occurs in the signals.
  • secondary windings 404a to 404d phase deviations of 90° and 180° between the secondary windings and subgroups occur, since the secondary windings have couplings to adjacent windings of different strengths.
  • secondary windings 404a and 404d each have only one adjacent secondary winding, while each of secondary windings 404b and 404c has two adjacent secondary windings.
  • offset trimming in the secondary winding circuit may be accomplished by a resistor 406a-406d placed in parallel with a corresponding secondary winding.
  • a resistor 406a-406d placed in parallel with a corresponding secondary winding.
  • only one resistor can be provided in each subgroup. It is also possible for only one resistor to be provided overall. Alternatively, more resistors may be provided, for example each of resistors 406a through 406d may be provided.
  • phasing in the secondary winding circuitry may be accomplished by a resistor 408a-408d, each electrically connecting an input/output of one subset and an input/output of the other subset.
  • One of the resistors 408a to 408d can be sufficient for this. If necessary, one of the resistors 408a to 408d can be combined with another resistor thereof.
  • a capacitor can be provided instead of at least one of the resistors 406a to 406d and/or at least one of the resistors 408a to 408d.
  • a combination of a resistor and a capacitor can contribute to improved temperature stability.
  • one of the resistors 406a and 406c in the subset of the secondary windings 404a and 404c may be replaced with a capacitor placed in parallel with the corresponding secondary winding in that subset.
  • one of the resistors 406b and 406d in the subset of the secondary windings 404b and 404d may be replaced with a capacitor placed in parallel with the corresponding secondary winding in that subset.
  • one resistor may be provided from resistors 408a-408d and a capacitor may be provided in place of any of the remaining resistors from 408a-408d.
  • resistors and capacitors in the secondary winding circuit depend primarily on the layout of the detection device 410 and the detection system 400, respectively. At the beginning of a development, various measurements and/or simulations can be carried out be performed to determine phase shift and offset. Suitable resistors and/or capacitors (also for temperature stability) can then be determined from this, so that appropriate resistors and/or capacitors in the secondary winding circuit can achieve a suitable offset adjustment and/or phase adjustment, possibly with improved temperature stability.
  • FIG. 11 alternative embodiments to FIG. 9 will be described in which subsets of secondary windings are formed to provide a differential signal.
  • the same reference symbols between FIGS. 9 and 11 designate the same features, reference being made to the description above for FIG. 9 for a description of these same features.
  • FIG. 11 shows a detection system 600 which differs from the detection system 400 in FIG. 9 by a detection device 610 . More specifically, sensing device 610 differs from sensing device 410 in FIG. 9 by having a plurality of primary windings 602 and a plurality of secondary windings 604, as will now be described in more detail below.
  • the plurality of primary windings 602 includes primary windings 602a, 602b, 602c and 602d arranged in series, with the primary windings 602a and 602b being co-wound and arranged in series with one another such that both windings are co-sensing from one to one input terminal of the primary winding 602a applied current are traversed sen.
  • the primary windings 602c and 602d are arranged in series with one another wound in the same direction and wound in opposite directions relative to the primary windings 602a and 602b in series, so that a current applied to the primary winding 602a in the primary windings 602c and 602d relative to the primary windings 602a and 602a 602b flows in the opposite direction.
  • a current applied to an input connection of the primary winding 602c flows through the two primary windings 602c and 602d in the same direction.
  • the plurality of secondary windings 604 includes secondary windings 604a, 604b, 604c and 604d arranged in a like-wound arrangement with respect to one another such that the secondary windings 604a and 604b are wound in the same sense relative to the primary windings 602a and 602b, while the secondary windings 604c and 604d are wound relative to each other are reverse wound on the primary windings 602c and 604d.
  • An interconnection of the secondary windings 604a and 604c in the detection device 610 with the electronic circuit 430 is such that a magnetic flux density (not shown) generated by the primary winding 602a during operation of the detection device in the associated secondary winding 604a generates a current which is applied from the secondary winding 604a to the secondary winding 604c and flows through it in the same direction relative to the current flow in the secondary winding 604a.
  • a magnetic flux density (not shown) generated by the primary winding 602b during operation of the detection device generates a current in the associated secondary winding 604b , which is applied from the secondary winding 604b to the secondary winding 604d and flows through it in the same direction relative to the current flow in the secondary winding 604b.
  • coil pairs of primary winding with associated secondary winding are given by (602a, 604a) and (602b, 604b) and (602c, 604c) and (602d, 604d). Windings in the same direction are only present in the coil pairs (602a, 604a) and (602b, 604b), while the windings in the coil pairs (602c, 604c) and (602d, 604d) are in opposite directions to one another.
  • the plurality of secondary windings 604 is divided into two subgroups [604a, 604c] and [604b, 604d], the windings in a subgroup being arranged in series with one another and being traversed in the same direction by a current applied to the subgroup.
  • FIGS. 9 and 11 in which subsets of secondary windings are formed to provide a differential signal.
  • the same reference symbols between FIGS. 9, 11 and 12 designate the same features, reference being made to the description above for FIG. 9 for a description of these same features.
  • FIG. 12 shows a detection system 700 which differs from the detection system 400 in FIG. 9 by a detection device 710 . More specifically, the detection device 710 differs from the detection device 410 in FIG. 9 by a plurality of primary windings 702 and a plurality of secondary windings 704, as will now be described in more detail below.
  • the plurality of primary windings 702 includes primary windings 702a, 702b, 702c and 702d arranged in series, with the primary windings 702a and 702c being co-wound and arranged in series with one another such that both windings are co-sensing from one to one input terminal of the primary winding 702a applied current are traversed.
  • the primary windings 702b and 702d are arranged in series with one another wound in the same direction and wound in opposite directions relative to the primary windings 702a and 702c in series, so that a current applied to the primary winding 702a in the primary windings 702b and 702d relative to the primary windings 702a and 702a 702c flows in the opposite direction. In this case, however, a current applied to an input connection of the primary winding 702b flows through the two primary windings 702b and 702d in the same direction.
  • the primary windings 702a through 704d are arranged in series and in this arrangement have an alternating winding orientation.
  • the plurality of secondary windings 704 includes secondary windings 704a, 704b, 704c, and 704d arranged in an alternating winding orientation with respect to one another that corresponds to the alternating winding orientation of the primary windings 702a through 702d such that the secondary windings 704a and 704c are positioned relative to the primary windings 702a and 702c are co-wound, secondary windings 704b and 704d are co-wound relative to primary windings 702b and 704d, and secondary windings 704a and 704c are counter-wound relative to secondary windings 704b and 704d.
  • the secondary windings 704a and 704c in the detection device 710 are connected to the electronic circuit 430 in such a way that a magnetic flux density (not shown) generated by the primary winding 702a during operation of the detection device generates a current in the associated secondary winding 704a of the secondary winding 704a is applied to the secondary winding 704c and flows through it in the same direction relative to the current flow in the secondary winding 704a.
  • the primary winding 702c has an opposite winding sense to the secondary winding 704a, a magnetic field is generated by the primary winding 702c, which induces a current flowing in the opposite direction in the secondary winding 704c, so that during operation of the detection device 710 a differential signal is generated between the input - and output terminal of a subgroup formed by the secondary windings 704a and 704c results.
  • a magnetic flux density (not shown) generated by the primary winding 702b during operation of the detection device must be in the associated Secondary winding 704b generates a current which is applied from the secondary winding 704b to the secondary winding 704d and flows through it in the same direction relative to the current flow in the secondary winding 704b.
  • the primary winding 702d in the secondary winding 704d creates a relative to the Coil pair consisting of primary winding 702b and secondary winding 704b is induced by current flowing in opposite directions, so that here too a differential signal results between the input and output connection of this subgroup from the secondary windings 704b and 704d.
  • coil pairs of primary winding with associated secondary winding are given by (702a, 704a) and (702b, 704b) and (702c, 704c) and (702d, 704d), coil pairs (702a, 704a) and ( 702c, 704c) have windings in the same sense as one another and the coil pairs (702b, 704a) and (702d, 704c) have windings in the same sense as one another, which have the opposite winding sense to the coil pairs (702a, 704a) and (702c, 704c) or are in opposite senses to one another .
  • the plurality of secondary windings 704 is divided into two subgroups [704a, 704c] and [704b, 704d], the windings in a subgroup being arranged in series with one another and a current applied to the subgroup flowing through them in the same direction.
  • FIG. 11 further illustrative embodiments are described wherein additional coil pairs are added to sensing device 710 to provide symmetrical coupling of end coil pairs formed of windings 702a, 704a, 702d and 704d. This allows an avoidance of an offset in the signals output by the detection device 710 without the need for additional electrical components corresponding to the resistors 406a to 406d and/or corresponding capacitors.
  • additional secondary windings 704e and 704f are provided adjacent to secondary windings 704a and 704d so that secondary windings 704a and 704d are now each sandwiched between two secondary windings (704e and 704b in the case of secondary winding 704a and 704f and 704c in the case of secondary winding 704d).
  • the expense of providing at least one suitably determined resistor and/or capacitor corresponding to elements 406a to 406d can be avoided at the expense of an additional space requirement for the additional primary windings 702e and 702f.
  • secondary windings 704e and 704f these can be unconnected, so that an active connection of these elements in a secondary winding circuit is not required, but the unconnected secondary windings 704e and 704f are each assigned a primary winding 702e and 702f, which forms a coil pair therewith.
  • additional primary windings 702e and 702f these can be arranged in series with the existing primary windings 702a to 702d, so that a winding arrangement with alternating winding senses along the plurality of primary windings 702 is implemented.
  • the additional windings described with reference to Fig. 12 are not limited to the embodiment shown in Fig. 12 and may also be provided in connection with the embodiments shown in Figs. 9 and 11 as described above.
  • a copy of the pair of coils (702f, 704f) from Fig. 12 would be placed to the right of the pair of coils (402a, 404a) in Fig. 9 and to the left of the pair of coils (402d, 404d) in Fig. 9 in accordance with the representation in Fig 12 trained.
  • a copy of the pair of coils (702f, 704f) of FIG. 12 would be formed to the right of the pair of coils (602a, 604a) in FIG Coil pair (602d, 604d) would be formed as an additional pair of coils with un connected additional secondary winding.
  • FIGS. 9, 11 and 12 various embodiments are described in which primary windings and secondary windings are each coupled and/or interconnected with a specific winding direction or winding sense in such a way that in the primary windings they are assigned to a subgroup of secondary windings are, in each case a magnetic field is generated which induces a voltage in the respective associated secondary winding of the sub-assembly such that a voltage difference occurs at connection ends of the sub-assembly to the electronic circuit 430 from the voltages which are correspondingly induced in the secondary windings.
  • the primary winding circuit 801 comprises a plurality of primary windings 802 and a capacitor 807 connected to terminals Osz of the electronic circuit 430 already described above.
  • the primary winding circuit 801 may have a resonator circuit having a resonant frequency determined by the plurality of primary windings 802 and the capacitor 807 and operated by the electronic circuit 430 .
  • the electronic circuit 430 comprises an electrical energy source or is capable of providing electrical energy at the terminals Osz, so that the primary winding circuit 801 is suitably supplied with electrical energy.
  • the plurality of primary windings 802 includes a parallel connection of primary windings 802a through 802d.
  • the primary windings 802a through 802c are arranged in parallel with the primary winding 802d connected to the terminals.
  • the primary winding circuit 802 may be provided in a sensing device as described above with reference to any one of FIGS. 9, 11 and 12, with the plurality of primary windings described above with reference and the transmitter structure to any one of FIGS. 9, 11 and 12 is replaced by the plurality of primary windings 802 of FIG.
  • at least one of the primary windings 802a through 802d can be substituted for at least one of the primary windings 402a through 402d in FIG. 9 or at least one of the primary windings 602a through 602d in FIG at least one replaced primary winding is no longer arranged in series in FIGS. 9, 11 and 12, but is arranged in parallel as shown in FIG.
  • the detection system comprises a detection device 530 with a printed circuit board 501 and a transmitter element 520 with a transmitter structure (not shown).
  • the transmitter structure 520 and the sensing device 510 are spaced from each other by a distance d.
  • d can be in a range from 0.5 mm to 5 mm, preferably in a range from 1 mm to 3 mm, more preferably in a range from 1.5 mm to 2.5 mm.
  • the printed circuit board 501 includes, as shown schematically in FIG. 10, a primary winding 502 and a secondary winding 504.
  • Shield 540 eg, a foil or sheet of electrically conductive material that may be connected to a reference potential, such as ground, or unconnected or electrically floating
  • Shield 540 may be shielded from windings 502 and 504 .
  • circuit board 501 may be multi-layered such that windings 502 and 504, (optional) shield 540, and electronic circuitry 530 may be stacked in various layers.
  • the windings 502 and 504 can be integrated into a first printed circuit board element and the electronic circuit 530 can be integrated into a separate second printed circuit board element, with both conductor Plate elements can be connected to each other via electrical connectors.
  • an orientation of a normal to a circuit board surface of the first circuit board element which corresponds to a winding surface of the first circuit board element, can be essentially perpendicular to a surface normal of the second circuit board element. This configuration can be used in an application according to the rotor position sensor in FIG.
  • the electronic circuit 530 can be multi-layered, for example in two levels with circuit levels 530a and 530b.
  • part of the secondary winding circuit including the resistors and capacitors that are described above in connection with FIGS. 9, 11 and/or 12 can be implemented in the circuit level 530a.
  • the circuit level 530b can correspond to the electronic circuit 430 from at least one of FIGS. 9, 11 and 12, for example.
  • the secondary windings 504 can have a multi-layer design, for example can include winding layers 504-1 and 504-2 or have more layers.
  • the winding layers 504-1 and 504-2 can be spaced apart from each other by, for example, 0.05 mm to 0.2 mm. A distance can be about 100 ⁇ m, for example.
  • the primary winding 502 is shown as a single layer in FIG. 10, this is not a limitation and instead the primary winding 502 can be multi-layered. A distance between individual layers can be formed corresponding to a distance between individual winding layers of the secondary winding 504 .
  • the secondary winding 504 and the primary winding 502 may be spaced from each other by, for example, 0.05 mm to 0.2 mm. A distance can be about 100 ⁇ m, for example.
  • the primary winding 502 can be configured in accordance with a primary winding described above. For example, only a single primary winding based on primary winding 502 can be formed in printed circuit board 501 . Alternatively, the primary winding 502 may represent one of a plurality of primary windings. In illustrative examples, and as described above in connection with some illustrative embodiments, primary winding 502 may be paired with secondary winding 504 . For example, in the printed circuit board 501, a plurality of coil pairs can be distributed perpendicularly to the plane of the paper shown in the sectional representation (corresponds to a thickness direction of the printed circuit board 501). A spacing ranging from about 1 mm to about 2 mm may be formed between the primary winding 502 and the (optional) shield 540 . For example, there can be a distance of about 1.7 mm.
  • a spacing in a range of approximately 0.05 mm to 0.2 mm may be formed between the (optional) shield 540 and the electronic circuitry 530 .
  • the distance can be about 100 ⁇ m, for example.
  • a distance ranging from about 0.05 mm to 0.2 mm can be formed between individual layers of the electronic circuit 530.
  • the distance can be about 100 ⁇ m, for example.
  • windings are described in terms of primary and secondary windings. At least part of these windings can be designed as an air coil, for example. This means that no magnetizable core is provided.
  • sinusoidal coils are described above.
  • sinusoidal sin (cp+90°).
  • Deviations in a range of 50% such as a maximum of 25% or a maximum of 15% or a maximum of 10% or a maximum of 5% or a maximum of 1% are considered tolerable.
  • primary windings and secondary windings can each be coupled and/or connected with a specific winding sense or winding direction in such a way that in each of the Primary windings, which are assigned to a specific subgroup of secondary windings, a magnetic field is generated in each case, which in turn induces a voltage in the respective assigned secondary winding of this specific subgroup in such a way that at the connection ends of this specific subgroup to the electronic circuit 430, a voltage difference from the voltages occurs, which are correspondingly induced in the individual secondary windings of this particular subgroup.
  • a detection device for a position sensor such as a rotor position sensor or, in general, a position sensor that does not detect a position of a rotor of an electrical machine, but rather a position of any rotating part, such as a part that For example, is flanged to a rotor of an electrical machine via a gear, or a rotating part which rotates only in a limited angular range or continuously.
  • this sensing device includes a circuit board, a plurality of primary windings and a plurality of secondary windings, wherein the plurality of primary windings and/or the plurality of secondary windings are integrated into or attached to the circuit board, and each having a primary winding and a Secondary winding are arranged in a pair of coils so that the windings in each pair of coils have a maximum inductive coupling compared to an inductive coupling between tween a winding of this pair of coils and a winding of another pair of coils.
  • the secondary windings in the printed circuit board can be at least partially connected to one another in a secondary winding circuit with other electrical and/or electronic components integrated into the printed circuit board, or the secondary windings can be provided in the printed circuit board in an unconnected manner, so that the secondary windings can be connected via electrical and / or electronic cal components that are connected to the circuit board from the outside.
  • the primary windings can be at least partially interconnected with other electrical and/or electronic components integrated into the circuit board, or the primary windings can be provided unconnected in the circuit board, so that the secondary windings are interconnected via electrical and/or electronic components that externally connected to the printed circuit board.
  • This detection device can be made more compact because of the individual coil pairs, since the coil pairs avoid a large-area coil design, so that a corresponding detection device can be made more compact. Furthermore, the avoidance of large-area coils increases the immunity of the detection device to electromagnetic fields, since smaller coil areas are provided, so that fewer interference fields are captured here by the windings. In addition, the coil pairs have improved coupling compared to an arrangement with coils with a large-area coil design, so that less amplification of the measurement signals induced in the secondary windings is required here, which contributes to a compact design of detection devices.
  • the pairs of coils permit better EMC, since the detection device can emit less radiation due to a compact design.
  • the windings of each pair of coils may be arranged opposite to each other in a thickness direction of the circuit board, and the pairs of coils may be arranged distributed across the thickness direction.
  • the secondary windings can be in the form of rectangular coils.
  • rectangular coils can be provided in a very simple manner with a small coil area.
  • a coil area means an area surrounded by the winding(s) of a winding in a plan view of the winding parallel to the winding axis.
  • the secondary windings in a secondary winding circuit may be divided into a first subgroup and a second subgroup, with only the secondary windings in each subgroup being arranged in series with one another.
  • the secondary winding circuit may further include a first resistor shunted with a first secondary winding from the first subset and a second resistor shunted with a first secondary winding from the second subset.
  • An offset adjustment can be achieved by the first resistor and the second resistor. In sensing devices in which the secondary windings are not evenly spaced over a full circle about an axis, there is an offset in signals output by the secondary windings due to the necessarily asymmetrical placement of the secondary windings about the axis.
  • a capacitor can be provided instead of the first resistor and/or a capacitor can be provided instead of the second resistor. Furthermore, only one of the first resistor and the second resistor can be provided, so that offset compensation is only achieved in one subgroup, with a capacitor being able to be provided instead of this resistor, so that offset compensation is achieved by a capacitor only in one subgroup will.
  • at least one Resistor and / or at least one capacitor can be integrated into an integrated circuit within the printed circuit board.
  • the secondary winding circuit may further comprise a first capacitor and a second capacitor, wherein the first capacitor is shunted with a second secondary winding from the first subset and the second capacitor is shunted with a second secondary winding from the second subset.
  • first resistor and the first capacitor in the first subgroup and the second resistor and second capacitor in the second subgroup this can increase temperature stability in each subgroup.
  • only one of the first and second capacitors can be provided, so that improved temperature stability is only achieved in a subgroup.
  • at least one resistor and/or at least one capacitor can be integrated into an integrated circuit within the printed circuit board.
  • the secondary winding circuit may further include an additional resistor or capacitor interposed between a secondary winding from the first subset and a secondary winding from the second subset.
  • additional resistor or additional capacitor also being provided instead of the first and/or second resistor (or capacitor) or instead of both resistors (or capacitors).
  • a phase adjustment between the individual subgroups can be achieved with the additional resistor or additional capacitor. In this case, a phase shift is compensated for, which occurs because the windings have different levels of coupling to the windings of adjacent pairs of coils.
  • improved temperature stability can also be achieved by a combination of a capacitor and a resistor, each of which is arranged between a winding of the first subgroup and a winding of the second subgroup.
  • at least one resistor and/or at least one capacitor can be integrated into an integrated circuit within the printed circuit board.
  • the first subgroup and the second subgroup can each have two secondary windings with opposite winding senses. Thereby an output of differential output signals for the subgroups in the Secondary winding circuit provided so that interference signals can be compensated, for example, on the secondary winding conditions.
  • At least one of the primary windings and at least one secondary winding can be formed as an air coil, as described above.
  • a rotor position sensor that does not directly indicate a position of a rotor of an electrical machine, but a position of any rotating Part detected, such as a part that is flanged, for example, via a gear to a rotor of an electric machine, or a rotating part, which rotates only in a limited angular range or continuously, such as any rotating actuator.

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Abstract

The invention relates, in several clear embodiments, to a detection device for a position sensor and to a detection system comprising such a detection device. The detection device comprises, in some embodiments, at least one primary winding and a secondary winding circuit. The secondary winding circuit has a plurality of secondary windings which are inductively coupled to the at least one primary winding, and the plurality of secondary windings is designed as two sinusoidal coils, each having a center tap.

Description

Erfassungsvorrichtung für einen Lagegeber und Erfassungssystem mit einer solchen Detection device for a position sensor and detection system with such
Erfassungsvorrichtung detection device
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Erfassungsvorrichtung für einen Lagegeber und ein Er fassungssystem mit einer solchen Erfassungsvorrichtung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Erfassungsvorrichtung, die in einem Lagegeber eingesetzt wird, um zusammen mit einem Geberelement, das relativ zur Erfassungsvorrichtung drehbar angeordnet ist, eine Winkellage des Geberelements relativ zur Erfassungsvorrichtung zu erfassen. The present invention relates to a detection device for a position sensor and a detection system with such a detection device. In particular, the present invention relates to a detection device that is used in a position sensor in order to detect an angular position of the sensor element relative to the detection device together with a sensor element that is arranged rotatably relative to the detection device.
In vielen technischen Bereichen ist es erforderlich, die Position eines sich bewegenden Objekts mit einer durch die jeweiligen Einsatzzwecke vorgegebenen Genauigkeit zu bestimmen. Zu die sem Zweck wurden zahlreiche Sensorsysteme entwickelt, in denen zumindest die relative Posi tion zwischen zwei Elementen mit ausreichend hoher Präzision durch beispielsweise optische, elektrische, magnetische und andere Wechselwirkungen gemessen werden kann. Insbesonde re in technischen Bereichen, in denen sehr anspruchsvolle Umgebungsbedingungen vorherr schen, etwa hohe Betriebstemperaturen in Verbindung mit hohen magnetischen Feldern, die z. B. durch hohe Betriebsströme hervorgerufen werden können, werden häufig Sensoranordnun gen eingesetzt, in denen die positionsabhängige Erzeugung von Wirbelströmen zur Ermittlung der Position einer Komponente herangezogen wird. Dazu wird in einigen Beispielen einer derar tigen Wirbelstromsensoranordnung vorgesehen, die eine durch Wirbelströme hervorgerufene Dämpfung einer oder mehrerer Spulen erfasst, wobei die eine oder mehreren Spulen als orts feste Komponenten vorgesehen sind und eine bewegte Komponente eine Spur aus einem ge eigneten Material aufweist, die zu einer positionsabhängigen Wirbelstromerzeugung und damit Dämpfung führt. Auf der Grundlage dieser positionsabhängigen Wirbelstromerzeugung kann somit durch eine Korrelation der hervorgerufenen Dämpfung und der besonderen Gestalt der Spur die Position der sich bewegenden Spur mit Bezug auf die eine oder mehreren ortsfesten Spulen bestimmt werden. In many technical areas it is necessary to determine the position of a moving object with an accuracy that is specified by the respective application. Numerous sensor systems have been developed for this purpose, in which at least the relative position between two elements can be measured with sufficiently high precision, for example by optical, electrical, magnetic and other interactions. Especially in technical areas where very demanding environmental conditions prevail, such as high operating temperatures in connection with high magnetic fields, e.g. B. can be caused by high operating currents, Sensoranordnun gene are often used in which the position-dependent generation of eddy currents is used to determine the position of a component. For this purpose, in some examples, such an eddy current sensor arrangement is provided, which detects damping of one or more coils caused by eddy currents, the one or more coils being provided as stationary components and a moving component having a track made of a suitable material, which a position-dependent generation of eddy currents and thus damping. On the basis of this position-dependent eddy current generation, the position of the moving track with respect to the one or more stationary coils can thus be determined by a correlation of the damping caused and the special shape of the track.
Eine beispielhafte Anwendung in dieser Hinsicht ist die Bestimmung der Lage eines Rotors ei ner elektrischen Maschine, um damit geeignete Ansteuersignale für das Zuführen geeigneter Strom- und Spannungswerte zu ermitteln. Beispielsweise ist es in vielen Fällen, in denen sehr variable Drehgeschwindigkeiten und eine moderat große Steuerungsbandbreite für die elektri sche Maschine erforderlich sind, wichtig, Ausgangsspannungssignale von Sensorsystemen mit einer hohen zeitlichen Auflösung zu erfassen, um relativ präzise die Lage des Rotors bestim men zu können. Im Hinblick auf eine effiziente Betriebsweise von etwa permanent erregten Synchronmaschinen ist es z.B. erforderlich, die Stellung des Rotors entsprechend der Polzahl innerhalb eines Winkelabschnitts mit guter Genauigkeit zu kennen, um Statorwicklungen geeig net zu bestromen, so dass sich eine gewünschte Betriebsweise einstellt. Häufig werden dazu berührungslose, auf Spulen beruhende Sensoranordnungen eingesetzt, die jedoch einen relativ großen Bauraum für die Spulen und die damit verbundene Auswertungselektronik benötigen. Häufig ist eine räumlich sehr enge Kopplung zwischen Geberelement und Rotor in der elektri schen Maschine erforderlich, wobei in der Nähe des Geberelements hohe Ströme mit entspre chend hohen Magnetfeldern, wie auch relativ hohe Temperaturen auftreten, die zu Störungen in den Ausgangssignalen der Spulen führen. Diese Störanfälligkeit resultiert letztendlich auch in einer schlechteren räumlichen Auflösung der Lage eines Rotors. Neben einer gewünschten Störsicherheit im Hinblick auf hohe magnetische Felder ist im Hinblick auf Sensoranordnung für elektrische Maschinen aber auch eine Anpassung der Sensoranordnungen an die Betriebsbe dingungen der elektrischen Maschine erwünscht, beispielsweise im Hinblick auf die vorherr schenden Temperaturen, den erforderlichen Drehzahlbereich, und dergleichen. An exemplary application in this regard is determining the position of a rotor of an electrical machine in order to use it to determine suitable control signals for supplying suitable current and voltage values. For example, in many cases where very variable rotational speeds and a moderately large control bandwidth are required for the electrical machine, it is important to acquire output voltage signals from sensor systems with a high temporal resolution in order to be able to determine the position of the rotor relatively precisely. With regard to efficient operation of permanent magnet synchronous machines, for example, it is necessary to position the rotor according to the number of poles to know within an angular section with good accuracy in order to energize stator windings appro net so that a desired mode of operation is established. Contactless sensor arrangements based on coils are often used for this purpose, but they require a relatively large amount of space for the coils and the associated evaluation electronics. A spatially very close coupling between the encoder element and rotor in the electrical machine's is often required, with high currents with correspondingly high magnetic fields and relatively high temperatures occurring in the vicinity of the encoder element, which lead to disturbances in the output signals of the coils. This susceptibility to interference ultimately also results in poorer spatial resolution of the position of a rotor. In addition to a desired interference immunity with regard to high magnetic fields, an adaptation of the sensor arrays to the operating conditions of the electrical machine is also desirable with regard to sensor arrays for electrical machines, for example with regard to the prevailing temperatures, the required speed range, and the like.
Zusätzlich zu den obigen Gesichtspunkten bestehen unabhängig von einer konkreten Anwen dung im Hinblick auf die Bereitstellung und Integration von Komponenten eines Sensorsystems die Erfordernisse einer hohen gleichbleibenden Präzision bei einer Fertigung von Sensoranord nungen, etwa in der Massenfertigung. Dies erlaubt eine gleichmäßige Funktion von Sensoran ordnungen ohne aufwendige Justierarbeiten bei der Installation in der Endanwendung. In addition to the above aspects, there are independent of a specific application with regard to the provision and integration of components of a sensor system, the requirements of a high level of constant precision in the manufacture of sensor arrangements, such as in mass production. This allows sensor configurations to function evenly without the need for time-consuming adjustment work during installation in the end application.
Die Schrift US 2017/0268907 A1 zeigt einen Positionssensor mit einer rechteckigen Primärspu le, die zwei sinusförmige Sekundärspulen umgibt. Diese Spulen sind in einer Leiterplatte aus gebildet. Zur Positionsbestimmung ist hier ferner ein Positionstransmitter vorgesehen, wodurch eine Position entlang einer linearen Bewegung bestimmt wird. Document US 2017/0268907 A1 shows a position sensor with a rectangular primary coil surrounding two sinusoidal secondary coils. These coils are formed in a printed circuit board. A position transmitter is also provided here for position determination, as a result of which a position along a linear movement is determined.
In der Schrift WO 2006/074560 A2 ist ein Wirbelstromsensor gezeigt, der an einer magneti schen Lagervorrichtung vorgesehen ist, um am Lager eine Abstandsmessung vorzunehmen. The publication WO 2006/074560 A2 shows an eddy current sensor which is provided on a magnetic bearing device in order to carry out a distance measurement on the bearing.
Aus der Schrift US 2015/0362340 A1 ist ein Positionssensor bekannt, der eine Primärspule, mehrere Sekundärspulen und ein Geberelement aufweist. Die Spulen sind in eine Leiterplatte integriert. A position sensor is known from document US 2015/0362340 A1, which has a primary coil, a plurality of secondary coils and a transmitter element. The coils are integrated into a printed circuit board.
In bekannten Rotorlagegebern besteht das Problem, dass durch Sekundärwicklungen, die nicht gleichmäßig über einen Vollkreis um eine Achse herum angeordnet sind, aufgrund der zwangs läufig um die Achse asymmetrischen Anordnung der Sekundärwicklungen ein Offset in Signalen auftritt, die durch die Sekundärwicklungen ausgegeben werden. Weiterhin tritt ein Versatz im Phasensignal von Rotorlagegebern auf, der dadurch entsteht, dass einzelne Wicklungen in Ro torlagegebern unterschiedlich starke Kopplungen durch benachbarte Wicklungen erfahren, ins besondere wenn Wcklungen lediglich über einen Abschnitt eines Vollkreises angeordnet sind, da äußere Wcklungen im Gegensatz zu inneren Wcklungen nur eine benachbarte Wcklung haben. Diese rein aus der Anordnung von Wcklungen in Rotorlagegebern hervorgerufenen Versätze in Signalen stellen daher Fehlerquellen dar, die die Genauigkeit von Rotorlagegebern negativ beeinflussen, sofern nicht eine Kompensation erfolgt. In known rotor position sensors, there is the problem that secondary windings that are not arranged uniformly over a full circle around an axis cause an offset in signals that are output by the secondary windings due to the inevitably asymmetrical arrangement of the secondary windings around the axis. Furthermore, there is an offset in Phase signal from rotor position sensors, which occurs when individual windings in rotor position sensors experience couplings of different strengths through neighboring windings, in particular when windings are only arranged over a section of a full circle, since outer windings, in contrast to inner windings, have only one neighboring winding. These offsets in signals, which are caused purely by the arrangement of windings in rotor position sensors, therefore represent sources of errors that have a negative effect on the accuracy of rotor position sensors, unless compensation takes place.
Angesichts des oben dargestellten Stands der Technik ist es eine Aufgabe, eine Erfassungsvor richtung und ein Erfassungssystem mit einer solchen Erfassungsvorrichtung bereitzustellen, die trotz einer kompakten Ausgestaltung eine hohe Präzision und geringe Störanfälligkeit aufwei sen. In view of the prior art presented above, it is an object to provide a detection device and a detection system with such a detection device which, despite a compact design, has high precision and low susceptibility to faults.
Die obige Aufgabe wird im Rahmen der unabhängigen Ansprüche 1 und 7 dadurch gelöst, dass ein Phasenversatz kompensiert wird, der in Sekundärwicklungsschaltungen von Erfassungsvor richtungen für Lagegeber dadurch hervorgerufen wird, dass nicht jede Sekundärwicklung in gleichem Maße an benachbarte Sekundärwicklungen koppelt. Der Ausgangspunkt der Lösung liegt darin, dass erkannt wurde, dass ein Phasenversatz dadurch entsteht, dass die äußeren Sekundärwicklungen lediglich eine benachbarte Sekundärwicklung „sehen“, während innere Sekundärwicklungen auf beiden Seiten benachbarte Sekundärwicklungen „sehen“. Das bedeu tet, dass die Sekundärwicklungen einer Sekundärwicklungsschaltung unterschiedliche Kopp lungen zu benachbarten Spulen haben, da die Sekundärwicklungen lediglich über ein Kreis segment und nicht über einen Vollkreis angeordnet sind, so dass jede Sekundärwicklung zwei Nachbarwicklungen „sieht“. Angesichts eines unerwünschten Phasenversatzes wird im Rahmen der unabhängigen Ansprüche eine technische Lehre verwirklicht, die bei wirtschaftlicher Be trachtungsweise den Phasenversatz einheitlich kompensiert, da der Phasenversatz als ein ein zelnes Problem durch die unabhängigen Ansprüche gelöst wird, die somit eine Phasenversatz kompensation verwirklichen. The above object is achieved within the scope of independent claims 1 and 7 in that a phase shift is compensated for which is caused in the secondary winding circuits of detection devices for position sensors by the fact that not every secondary winding is coupled to adjacent secondary windings to the same extent. The starting point of the solution is the recognition that a phase shift arises from the outer secondary windings only "seeing" an adjacent secondary winding, while inner secondary windings "see" adjacent secondary windings on either side. This means that the secondary windings of a secondary winding circuit have different couplings to neighboring coils, since the secondary windings are only arranged over a circle segment and not over a full circle, so that each secondary winding “sees” two neighboring windings. In view of an undesirable phase shift, a technical teaching is realized within the framework of the independent claims, which, from an economic point of view, uniformly compensates for the phase shift, since the phase shift is solved as an individual problem by the independent claims, which thus realize phase shift compensation.
In einem ersten Aspekt wird eine Erfassungsvorrichtung für einen Lagegeber bereitgestellt, wie z.B. ein Rotorlagegeber oder allgemein ein Lagegeber, der nicht eine Lage eines Rotors einer elektrischen Maschine, sondern eine Lage eines beliebigen rotierenden Teils erfasst, wie etwa eines Teils, das beispielsweise über ein Getriebe an einen Rotor einer elektrischen Maschine angeflanscht ist, oder ein rotierendes Teil, welches nur in einem begrenzten Winkelbereich oder kontinuierlich rotiert. In den anschaulichen Ausführungsformen des ersten Aspekts umfasst die Erfassungsvorrichtung wenigstens eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklungsschaltung. Die Sekundärwicklungsschaltung weist dabei eine Mehrzahl von Sekundärwicklungen auf, die mit der wenigstens einen Primärwicklung induktiv gekoppelt sind. Dabei ist die Mehrzahl von Sekundärwicklungen als zwei sinusförmige Spulen jeweils mit Mittelabgriff ausgebildet. Hierbei ist unter „sinusförmig“ auch „cosinusförmig“ oder eine allgemein um einen durch Phasenver schiebung um eine beliebige Phase aus einer Sinuskurve hervorgehende Gestalt oder eine all gemeine Form, die durch eine stetige Deformation einer sinusförmigen Kurve hervorgeht, zu verstehen. Weiterhin kann „sinusförmig“ auch für eine kurvenförmige Gestalt gelten, die ledig lich einem Teilabschnitt einer Sinus- oder Kosinuskurve bzw. einer stetigen Deformation davon entspricht. In a first aspect, a detection device for a position sensor is provided, such as a rotor position sensor or a position sensor in general, which does not detect a position of a rotor of an electrical machine, but a position of any rotating part, such as a part that, for example, has a gear is flanged to a rotor of an electrical machine, or a rotating part which rotates only in a limited angular range or continuously. In the illustrative embodiments of the first aspect, the sensing device includes at least a primary winding and a secondary winding circuit. In this case, the secondary winding circuit has a plurality of secondary windings which are inductively coupled to the at least one primary winding. In this case, the plurality of secondary windings is designed as two sinusoidal coils, each with a center tap. Here “sinusoidal” also means “cosinusoidal” or a general shape resulting from a phase shift by any phase from a sinusoidal curve or a general shape resulting from a continuous deformation of a sinusoidal curve. Furthermore, “sinusoidal” can also apply to a curvilinear shape that merely corresponds to a section of a sine or cosine curve or a continuous deformation thereof.
Die sinusförmige Spulen ermöglichen auf einfache Weise, dass ein sinusförmiges Messsignals unter Nutzung einer einfachen Geberstruktur in einem Erfassungssystem erzeugt wird, bei spielsweise mit einer streifenförmigen Geberstruktur mit im Wesentlichen konstanter Breite ent lang der Geberstruktur über einem Umlauf, wobei der Streifen jedoch Unterbrechungen auf weist, die dafür sorgen, dass eine sinusförmige Spule, die die Geberstruktur abtastet, einen Überlappungsbereich (d.h. auf den Streifen projizierte Fläche der Spule) zwischen zwei Unter brechungen aufweist, der zu einem monoton steigenden oder fallenden Signal einer in der Spu le beim Abtasten des Streifens führt. Durch den Mittelabgriff von jeder sinusförmigen Spulen wird auf einfache Weise ein Abgriff über jeweils einer einzelnen Sekundärwicklung ermöglicht. The sinusoidal coils easily enable a sinusoidal measurement signal to be generated using a simple encoder structure in a detection system, for example with a strip-shaped encoder structure with a substantially constant width along the encoder structure over one revolution, but with the strip having interruptions, which ensure that a sinusoidal coil scanning the encoder structure has an overlap region (i.e. area of the coil projected onto the strip) between two interruptions, which results in a monotonically increasing or decreasing signal in the coil as the strip is scanned . The center tap of each sinusoidal coil enables tapping via a single secondary winding in each case in a simple manner.
Beispielsweise kann der Mittelabgriff als ein vertikaler Kontakt in einer Leiterplatte bereitgestellt sein, falls die Sekundärwicklungen als ein- oder mehrlagige sinusförmige Planarspulen ausge bildet sind. Dies bedeutet, dass sinusförmige Wicklungen in Form von sinusförmigen Leiterbah nen ausgebildet sind oder sich eine sinusförmige Wicklung durch einen oder mehrere sinusför mige Leiterbahnabschnitte gebildet wird bzw. zusammensetzt. Ein Mittelabgriff ist dann in die sem Fall als ein vertikaler Kontakt in der Leiterplatte, beispielsweise in Form einer oder mehre rer Vias, ausgebildet, der einen sinusförmigen Leiterbahnabschnitt mittig in zwei Unterabschnit te unterteilt oder zwei Unterabschnitte, die in Aufsicht eine sinusförmige Gestalt aufweisen, in zwei im Wesentlichen gleichlange Bahnabschnitte unterteilt. Hierbei kann „im Wesentlichen“ eine Toleranz von höchstens 40% in einer Länge eines Bahnabschnitts, vorzugsweise höchs tens 30% oder höchstens 20% oder höchstens 10%, weiter bevorzugt höchstens 5% bedeuten. Am Mittelabgriff einer mehrlagigen Wicklung können unterschiedliche Lagen miteinander ver bunden sein. For example, the center tap may be provided as a vertical contact in a printed circuit board if the secondary windings are configured as single or multi-layer sinusoidal planar coils. This means that sinusoidal windings are in the form of sinusoidal conductor tracks or a sinusoidal winding is formed or composed of one or more sinusoidal conductor track sections. In this case, a center tap is designed as a vertical contact in the printed circuit board, for example in the form of one or more vias, which divides a sinusoidal trace section in the middle into two subsections or two subsections that have a sinusoidal shape when viewed from above divided into two substantially equal track sections. In this context, “substantially” can mean a tolerance of at most 40% in a length of a track section, preferably at most 30% or at most 20% or at most 10%, more preferably at most 5%. Different layers can be connected to one another at the center tap of a multi-layer winding.
In einer ersten Ausführungsform dieses Aspekts kann die Primärwicklung als eine rechteckför mige Spule ausgebildet sein, die die Mehrzahl von Sekundärwicklungen in Aufsicht umgibt. Dadurch wird eine vorteilhafte Kopplung zwischen Primärwicklung und Sekundärwicklungen bereitgestellt. In a first embodiment of this aspect, the primary winding may be formed as a rectangular coil surrounding the plurality of secondary windings in plan view. This provides an advantageous coupling between the primary winding and the secondary windings.
In einer zweiten Ausführungsform dieses Aspekts kann die Mehrzahl von Sekundärwicklungen eine erste Untergruppe aus mindestens zwei zueinander in Reihe angeordneten Sekundärwick lungen und eine zweite Untergruppe aus mindestens zwei zueinander in Reihe angeordneten Sekundärwicklungen aufweisen. Dies erlaubt eine Differenzschaltung von Sekundärwicklungen in jeder Untergruppe. Dabei kann die Erfassungsvorrichtung ferner einen Widerstand oder Kon densator aufweisen. Beispielsweise kann hier nun der Widerstand oder Kondensator zwischen einer Sekundärwicklung aus der ersten Untergruppe und einer Sekundärwicklung aus der zwei ten Untergruppe angeordnet sein und/oder er kann zu einer ersten Sekundärwicklung aus der ersten Untergruppe parallel angeordnet sein, möglicherweise mit einem zweiten Widerstand oder Kondensator, der zu einer ersten Sekundärwicklung aus der zweiten Untergruppe parallel angeordnet sein kann. Hierbei kann einerseits durch den Widerstand oder Kondensator zwi schen einer Sekundärwicklung aus der ersten Untergruppe und einer Sekundärwicklung aus der zweiten Untergruppe ein Phasenabgleich zwischen den einzelnen Untergruppen erreicht werden, andererseits kann durch den Widerstand oder Kondensator in paralleler Anordnung zu der ersten Sekundärwicklung aus der ersten Untergruppe möglicherweise mit dem zweiten Wi derstand oder Kondensator in paralleler Anordnung zu der ersten Sekundärwicklung aus der zweiten Untergruppe ein Offset-Abgleich erreicht werden. Dies ermöglicht, dass auch ein Pha senversatz abgeglichen wird, der sonst immer auftritt, da Wicklungen in einer Anordnung über lediglich ein Kreissegment unterschiedlich starke Kopplungen zu Wicklungen von benachbarten Spulenpaaren aufweisen, und/oder ein Offset abgeglichen wird, der bei einer asymmetrischen Spulenanordnung auftritt. In vorteilhafteren Ausgestaltungen hierin kann ferner durch eine Kombination aus einem Kondensator und einem Widerstand eine verbesserte Temperaturstabi lität erreicht werden. In a second embodiment of this aspect, the plurality of secondary windings may comprise a first subset of at least two secondary windings arranged in series with one another and a second subset of at least two secondary windings arranged in series with one another. This allows differential switching of secondary windings in each subgroup. In this case, the detection device can also have a resistor or capacitor. For example, here the resistor or capacitor can be arranged between a secondary winding from the first subgroup and a secondary winding from the second subgroup and/or it can be arranged in parallel with a first secondary winding from the first subgroup, possibly with a second resistor or capacitor, which can be arranged in parallel with a first secondary winding from the second subgroup. On the one hand, the resistor or capacitor between a secondary winding from the first subgroup and a secondary winding from the second subgroup can be used to achieve phase alignment between the individual subgroups, and on the other hand, the resistor or capacitor can be arranged in parallel with the first secondary winding from the first subgroup possibly with the second resistor or capacitor in parallel arrangement to the first secondary winding from the second subgroup an offset adjustment can be achieved. This also allows a phase offset to be compensated for, which otherwise always occurs, since windings in an arrangement have couplings of different strengths to windings of adjacent coil pairs over only one circular segment, and/or an offset that occurs in an asymmetrical coil arrangement is compensated. In more advantageous configurations herein, improved temperature stability can also be achieved by a combination of a capacitor and a resistor.
In einer dritten Ausführungsform dieses Aspekts können die wenigstens eine Primärwicklung und die Sekundärwicklungsschaltung zusammen in eine Leiterplatte integriert sein. Damit wird ein sehr kompaktes Design für die Erfassungsvorrichtung bereitgestellt. In einigen speziellen anschaulichen Ausgestaltungen hierin können eine Anzahl an Primärwicklungen und eine An zahl an Sekundärwicklungen gleich sein und es kann in der Leiterplatte jeweils eine Primärwick lung genau einer Sekundärwicklung zugerichtet sein (d.h. es wird ein Spulenpaar gebildet). In diesem Fall wird eine 1:1-Zuordnung zwischen Primärwicklungen und Sekundärwicklungen be reitgestellt, wobei eine Kopplung zwischen einer Primärwicklung und einer zugeordneten Se kundärwicklung verbessert ist. Weiterhin ist hier eine Empfindlichkeit gegenüber elektromagne- tischen Störfeldern verringert, da durch die Verwendung von mehr als einer Primärwicklung in der Primärwicklungsschaltung eine von einer Primärwicklung eingenommene Fläche in der Lei terplatte geringer ist als wenn lediglich eine Primärwicklung vorgesehen ist. Auch erlauben Pri märwicklungen von kleinerer Größe eine Platzeinsparung im Design der Primärwicklungsschal tung, da nun Platz neben und zwischen einzelnen Primärwicklungen verfügbar wird. Neben ei nem Verzicht auf eine großflächige Primärwicklung, die eine große Einfangfläche für Störfelder bietet, kann eine Größe einer Primärwicklung auf eine Größe der zugeordneten Sekundärwick lung abgestimmt werden, was ermöglicht, dass eine Kopplung zwischen Primärwicklungen und zugeordneten Sekundärwicklungen verbessert und eine Störung einer Sekundärwicklung durch eine Primärwicklung, die einer benachbarten Sekundärwicklung zugeordnet ist, verringert wird. In a third embodiment of this aspect, the at least one primary winding and the secondary winding circuit can be integrated together in a printed circuit board. This provides a very compact design for the detection device. In some specific illustrative embodiments herein, a number of primary windings and a number of secondary windings may be the same and one primary winding may be aligned with exactly one secondary winding (ie, a pair of coils is formed) in the circuit board. In this case, a 1:1 mapping between primary windings and secondary windings is provided, with a coupling between a primary winding and an associated secondary winding being improved. Furthermore, a sensitivity to electromagnetic Technical interference fields are reduced because the use of more than one primary winding in the primary winding circuit means that an area occupied by a primary winding in the circuit board is less than if only one primary winding is provided. Also, smaller sized primaries allow for space savings in the design of the primary winding circuitry since space is now available adjacent to and between individual primary windings. In addition to dispensing with a large-area primary winding, which offers a large capture area for interference fields, a size of a primary winding can be matched to a size of the associated secondary winding, which enables a coupling between primary windings and associated secondary windings to be improved and a secondary winding to be disturbed a primary winding associated with an adjacent secondary winding is reduced.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung dieser Ausführungsform können die Sekundärwicklungen als sinusförmige Spulen ausgebildet sein. Dabei erlauben sinusförmige Spulen eine Erzeugung eines sinusförmigen Messsignals unter Nutzung einer einfachen Geberstruktur in einem Erfas sungssystem, beispielsweise einer streifenförmigen Geberstruktur mit im Wesentlichen konstan ter Breite entlang der Geberstruktur über einem Umlauf, wobei der Streifen jedoch Unterbre chungen aufweist, die dafür sorgen, dass eine sinusförmige Spule, die die Geberstruktur abtas tet, einen Überlappungsbereich (d.h. auf den Streifen projizierte Fläche der Spule) zwischen zwei Unterbrechungen aufweist, der zu einem monoton steigenden oder fallenden Signal einer in der Spule beim Abtasten des Streifens führt. Beispielsweise kann hierbei die Mehrzahl von Sekundärwicklungen als zwei sinusförmige Spulen jeweils mit Mittelabgriff ausgebildet sein, wobei sich durch eine sinusförmige Spule mit Mittelabgriff zwei Sekundärwicklungen verwirkli chen, über die durch den Mittelabgriff auf einfache Weise ein Abgriff über jeweils einer einzel nen Sekundärwicklung ermöglicht. In an advantageous refinement of this embodiment, the secondary windings can be in the form of sinusoidal coils. Sinusoidal coils allow a sinusoidal measurement signal to be generated using a simple encoder structure in a detection system, for example a strip-shaped encoder structure with a substantially constant width along the encoder structure over one revolution, with the strip having interruptions that ensure that a sinusoidal coil scanning the transducer structure has an overlap region (ie area of the coil projected onto the strip) between two discontinuities which results in a monotonically increasing or decreasing signal in the coil as the strip is scanned. For example, the plurality of secondary windings can be designed as two sinusoidal coils, each with a center tap, whereby two secondary windings can be realized by means of a sinusoidal coil with a center tap.
In einer vierten Ausführungsform dieses Aspekts kann die Sekundärwicklungsschaltung ferner einen ersten Widerstand, der zu einer ersten Sekundärwicklung aus der ersten Untergruppe parallel angeordnet ist, und einen zweiten Widerstand umfassen, der zu einer ersten Sekun därwicklung aus der zweiten Untergruppe parallel angeordnet ist. Durch den ersten Widerstand und den zweiten Widerstand kann ein Offsetabgleich erreicht werden. In Erfassungsvorrichtun gen, bei denen die Sekundärwicklungen nicht gleichmäßig über einen Vollkreis um eine Achse herum angeordnet sind, tritt aufgrund der zwangsläufig um die Achse asymmetrischen Anord nung der Sekundärwicklung ein Offset in Signalen auf, die durch die Sekundärwicklungen aus gegeben werden. Alternativ kann anstelle des ersten Widerstands ein Kondensator und/oder anstelle des zweiten Widerstands ein Kondensator vorgesehen sein. Weiterhin kann auch nur einer von dem ersten Widerstand und dem zweiten Widerstand vorgesehen sein, so dass nur in einer Untergruppe ein Offsetabgleich erreicht wird, wobei anstelle dieses Widerstands ein Kon densator vorgesehen sein kann, so dass lediglich in einer Untergruppe ein Offsetabgleich durch einen Kondensator erreicht wird. In a fourth embodiment of this aspect, the secondary winding circuit may further comprise a first resistor arranged in parallel with a first secondary winding from the first subgroup and a second resistor arranged in parallel with a first secondary winding from the second subgroup. An offset adjustment can be achieved by the first resistor and the second resistor. In detection devices in which the secondary windings are not arranged uniformly over a full circle around an axis, an offset occurs in signals which are output by the secondary windings due to the inevitably asymmetrical arrangement of the secondary winding around the axis. Alternatively, a capacitor can be provided instead of the first resistor and/or a capacitor can be provided instead of the second resistor. Furthermore, only one of the first resistor and the second resistor can be provided, so that only in an offset adjustment is achieved in a subgroup, it being possible for a capacitor to be provided instead of this resistor, so that an offset adjustment is achieved by a capacitor only in a subgroup.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung dieser Ausführungsform kann die Sekundärwicklungsschal tung ferner einen ersten Kondensator und einen zweiten Kondensator umfassen, wobei der erste Kondensator zu einer zweiten Sekundärwicklung aus der ersten Untergruppe parallel an geordnet ist und der zweite Kondensator zu einer zweiten Sekundärwicklung aus der zweiten Untergruppe parallel angeordnet ist. Dies kann im Falle einer Kombination aus dem ersten Wi derstand und dem ersten Kondensator in der ersten Untergruppe und einer Kombination aus dem zweiten Widerstand und dem zweiten Kondensator in der zweiten Untergruppe eine Tem peraturstabilität in jeder Untergruppe erhöhen. Alternativ kann nur einer von dem ersten und zweiten Kondensator vorgesehen sein, so dass nur in einer Untergruppe eine verbesserte Temperaturstabilität erreicht wird. In an advantageous configuration of this embodiment, the secondary winding circuit can also comprise a first capacitor and a second capacitor, the first capacitor being arranged in parallel with a second secondary winding from the first subgroup and the second capacitor being arranged in parallel with a second secondary winding from the second subgroup is. This can increase temperature stability in each subgroup in the case of a combination of the first resistor and the first capacitor in the first subgroup and a combination of the second resistor and the second capacitor in the second subgroup. Alternatively, only one of the first and second capacitors can be provided, so that improved temperature stability is only achieved in a subgroup.
In einem zweiten Aspekt wird eine Erfassungsvorrichtung für einen Lagegeber bereitgestellt, wie z.B. ein Rotorlagegeber oder allgemein ein Lagegeber, der nicht eine Lage eines Rotors einer elektrischen Maschine, sondern eine Lage eines beliebigen rotierenden Teils erfasst, wie etwa eines Teils, das beispielsweise über ein Getriebe an einen Rotor einer elektrischen Ma schine angeflanscht ist, oder ein rotierendes Teil, welches nur in einem begrenzten Winkelbe reich oder kontinuierlich rotiert. In den anschaulichen Ausführungsformen des ersten Aspekts umfasst die Erfassungsvorrichtung für einen Lagegeber wenigstens eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklungsschaltung mit einer Mehrzahl von Sekundärwicklungen, die mit der we nigstens einen Primärwicklung induktiv gekoppelt sind, wobei die Mehrzahl von Sekundärwick lungen eine erste Untergruppe aus mindestens zwei zueinander in einer Reihe angeordneten Sekundärwicklungen und eine zweite Untergruppe aus mindestens zwei zueinander in einer Reihe angeordneten Sekundärwicklungen aufweist, und wobei die Sekundärwicklungsschaltung ferner einen ersten Widerstand oder Kondensator umfasst, der zwischen einer Sekundärwick lung aus der ersten Untergruppe und einer Sekundärwicklung aus der zweiten Untergruppe angeordnet ist oder der parallel zu einer ersten Sekundärwicklung aus der ersten Untergruppe oder der zweiten Untergruppe angeordnet ist. In a second aspect, a detection device for a position sensor is provided, such as a rotor position sensor or, in general, a position sensor that does not detect a position of a rotor of an electrical machine, but a position of any rotating part, such as a part that, for example, has a gear machine is flanged to a rotor of an electrical machine, or a rotating part which rotates richly or continuously only in a limited Winkelbe. In the illustrative embodiments of the first aspect, the detection device for a position sensor comprises at least one primary winding and a secondary winding circuit with a plurality of secondary windings which are inductively coupled to the at least one primary winding, the plurality of secondary windings being a first subgroup of at least two mutually in secondary windings arranged in a series and a second subgroup of at least two secondary windings arranged in a series with one another, and wherein the secondary winding circuit further comprises a first resistor or capacitor which is arranged between a secondary winding from the first subgroup and a secondary winding from the second subgroup or which is arranged in parallel with a first secondary winding from the first subgroup or the second subgroup.
In einigen Ausführungsformen dieses Aspekts kann die mindestens eine Primärwicklung und die Sekundärwicklungsschaltung zusammen in eine Leiterplatte integriert sein. In einigen Ausführungsformen dieses Aspekts kann eine Anzahl an Primärwicklungen und eine Anzahl an Sekundärwicklungen gleich sein und in der Leiterplatte jeweils eine Primärwicklung genau einer Sekundärwicklung zugerichtet sein. In some embodiments of this aspect, the at least one primary winding and the secondary winding circuit may be integrated together into a printed circuit board. In some embodiments of this aspect, a number of primary windings and a number of secondary windings can be the same and one primary winding can be aligned with exactly one secondary winding in the printed circuit board.
In einigen Ausführungsformen dieses Aspekts kann die Sekundärwicklungsschaltung ferner einen Zusatzwiderstand oder Zusatzkondensator umfassen, der zwischen zwei anderen Se kundärwicklungen mit jeweils einer aus der ersten Untergruppe und einer aus der zweiten Un tergruppe angeordnet ist. In some embodiments of this aspect, the secondary winding circuit may further include an additional resistor or capacitor disposed between two other secondary windings each of which is one of the first subset and one of the second subset.
In einigen Ausführungsformen dieses Aspekts kann die Mehrzahl von Sekundärwicklungen als zwei sinusförmige Spulen jeweils mit Mittelabgriff ausgebildet sein und lediglich eine Pri märwicklung bereitgestellt sein, die als eine rechteckförmige Spule ausgebildet ist und die Se kundärwicklungen in Aufsicht umgibt. In some embodiments of this aspect, the plurality of secondary windings may be formed as two sinusoidal coils, each center-tapped, and only one primary winding formed as a rectangular coil surrounding the secondary windings in plan view may be provided.
In einigen Ausführungsformen dieses Aspekts kann die Sekundärwicklungen in jeder Unter gruppe derart in der Sekundärwicklungsschaltung verschaltet relativ zu der oder der mindestens einen Primärwicklung angeordnet sein, dass im Betrieb der Erfassungsvorrichtung ein Differen tialsignal von jeder Untergruppe bereitgestellt wird. In some embodiments of this aspect, the secondary windings in each subset may be arranged in the secondary winding circuit connected relative to the or at least one primary winding such that a differential signal is provided by each subset during operation of the sensing device.
In einigen Ausführungsformen dieses Aspekts kann die Sekundärwicklungsschaltung ferner einen ersten Kondensator und einen zweiten Kondensator umfassen, wobei der erste Konden sator parallel zu einer zweiten Sekundärwicklung aus der ersten Untergruppe angeordnet ist und der zweite Kondensator parallel zu einer zweiten Sekundärwicklung aus der zweiten Unter gruppe angeordnet ist. In some embodiments of this aspect, the secondary winding circuit may further comprise a first capacitor and a second capacitor, wherein the first capacitor is arranged in parallel with a second secondary winding from the first subgroup and the second capacitor is arranged in parallel with a second secondary winding from the second subgroup .
In einem dritten Aspekt wird ein Erfassungssystem bereitgestellt. In anschaulichen Ausfüh rungsformen umfasst das Erfassungssystem eine Erfassungsvorrichtung gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt und ein Geberelement, das relativ zur Erfassungsvorrichtung drehbar an geordnet ist, wobei das Geberelement eine Geberstruktur aufweist, die aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet ist. In a third aspect, a detection system is provided. In illustrative embodiments, the detection system comprises a detection device according to the first or second aspect and a transmitter element that is arranged rotatably relative to the detection device, wherein the transmitter element has a transmitter structure that is formed from an electrically conductive material.
Im Erfassungssystem des dritten Aspekts wird in vorteilhafter Weise eine Winkellage zwischen Erfassungsvorrichtung und Geberelement erfasst, wenn das Geberelement relativ zur Erfas sungsvorrichtung bewegt wird. Beispielsweise kann eine relative Drehbewegung zwischen Ge berelement und Erfassungsvorrichtung durch eine Drehbewegung eines Läufers, in speziellen Anwendungen kann dies ein Rotor einer elektrischen Maschine sein, eine in den Sekundärwick- lungen induzierte Spannung in Abhängigkeit von einer momentanen Position des Geberele ments zu der Erfassungsvorrichtung erzeugen. In anderen Worten wird ein von der Primärwick lungsschaltung erzeugtes magnetisches Feld durch das Geberelement moduliert und das mo dulierte magnetische Feld induziert in den Sekundärwicklungen der Erfassungsvorrichtung ein Spannungssignal, das ein durch eine Geberstruktur des Geberelements moduliertes Signal des elektrischen Signals darstellt, das an die Primärwicklungsschaltung angelegt wird, wobei die Geberstruktur entlang eines Umlaufs des Geberelements bezüglich der Erfassungsvorrichtung eine winkelabhängig variierende Form bzw. Gestalt der Geberstruktur aufweist. In the detection system of the third aspect, an angular position between the detection device and the encoder element is advantageously detected when the encoder element is moved relative to the detection device. For example, a relative rotary motion between the encoder element and the detection device can be caused by a rotary motion of a rotor, in special applications this can be a rotor of an electrical machine, a rotor in the secondary winding Generate lungs induced voltage depending on a current position of the donor element to the detection device. In other words, a magnetic field generated by the primary winding circuit is modulated by the pickup element and the modulated magnetic field induces in the secondary windings of the sensing device a voltage signal that is a signal modulated by a pickup structure of the pickup element of the electrical signal applied to the primary winding circuit is, wherein the transmitter structure has a form or shape of the transmitter structure that varies as a function of the angle along a rotation of the transmitter element with respect to the detection device.
In der Erfassungsvorrichtung gemäß dem ersten und/oder zweiten Aspekt können die Primär- und Sekundärwicklungen als Luftspulen bereitgestellt sein, was bedeutet, dass die Primär- und Sekundärwicklungen ohne einen magnetisierbaren Kern bereitgestellt sind. In diesem Fall tra gen externe Magnetfelder aufgrund des Fehlens eines magnetischen Kernmaterials in der Spu le nicht oder nur in tolerierbarem Maße zu einer Aufmagnetisierung oder auch Sättigung bei, so dass das gewonnene Ausgangssignal relativ störunanfällig ist, beispielsweise gegenüber den großen Magnetfeldern, die in elektrischen Maschinen auftreten. Somit können Wirbelstromver luste der Geberstruktur, wenn diese zumindest teilweise aus einem elektrisch/magnetisch lei tenden Material aufgebaut ist, zur Beeinflussung der Ausgangssignale der Erfassungsvorrich tung ausgenutzt werden, so dass die Erfassungsvorrichtung gemäß dem ersten und zweiten Aspekt im Hinblick auf elektromagnetische Einflüsse störfest ist. Beispielsweise werden Luft spulen gewickelt und auf einem Träger, z.B. ein geeignetes Substrat oder eine Leiterplate oder eine flexible Leiterplatte, angebracht. In the detection device according to the first and/or second aspect, the primary and secondary windings may be provided as air coils, which means that the primary and secondary windings are provided without a magnetizable core. In this case, due to the lack of a magnetic core material in the coil, external magnetic fields do not contribute, or only to a tolerable extent, to magnetization or saturation, so that the output signal obtained is relatively immune to interference, for example compared to the large magnetic fields used in electrical machines appear. Thus, eddy current losses of the encoder structure can be used to influence the output signals of the detection device, if this is at least partially made of an electrically/magnetically conductive material, so that the detection device according to the first and second aspect is immune to interference with regard to electromagnetic influences. For example, air coils are wound and mounted on a carrier such as a suitable substrate or printed circuit board or flexible circuit board.
Weitere Vorteile und anschauliche Ausführungsformen der oben dargestellten Aspekte der Er findung werden nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Figuren beschrieben, wobei: Further advantages and illustrative embodiments of the aspects of the invention presented above are described below with reference to the accompanying figures, in which:
Fig. 1a-1b schematisch einen Rotorlagegeber gemäß einiger anschaulicher Ausführungs formen in ebenen Ansichten zeigen, wobei die Ansicht in Fig. 1b eine Schnittan sicht entlang der Linie 1 b-1 b in Fig. 1a darstellt; 1a-1b schematically show a rotor position sensor according to some illustrative embodiments in plan views, the view in Fig. 1b being a sectional view taken along line 1b-1b in Fig. 1a;
Fig. 2 schematisch in einer ausgeschnittenen perspektivischen Ansicht einen Rotorla gegeber gemäß anderen anschaulichen Ausführungsformen zeigt; FIG. 2 schematically shows, in a cut-away perspective view, a rotor position sensor in accordance with other illustrative embodiments; FIG.
Fig. 3 schematisch in einer ebenen Ansicht eine Erfassungsvorrichtung gemäß einiger anschaulicher Ausführungsformen zeigt; Fig. 4 schematisch eine Anordnung von Sekundärwicklungen mit Bezug auf eine Ge berstruktur und die sich daraus ergebenden Ausgangssignale der Erfassungsvor richtung gemäß einiger anschaulicher Ausführungsformen zeigt; 3 schematically shows in a plan view a sensing device according to some illustrative embodiments; 4 schematically shows an arrangement of secondary windings with respect to a sensor structure and the resulting output signals of the detection device according to some illustrative embodiments;
Fig. 5 schematisch Anordnungen von einzelnen Sekundärwicklungen mit Bezug auf eine Geberstruktur gemäß einiger anschaulicher Ausführungsformen zeigt; 5 schematically shows arrangements of individual secondary windings with respect to a transmitter structure according to some illustrative embodiments;
Fig. 6 schematisch in einer Aufsicht eine Primärwicklung und eine Mehrzahl von Se kundärwicklungen gemäß einiger anschaulicher Ausführungsformen zeigt; 6 schematically shows in top view a primary winding and a plurality of secondary windings according to some illustrative embodiments;
Fig. 7 schematisch in einer Aufsicht Sekundärwicklungen mit Mittelabgriff gemäß eini gen anschaulichen Ausführungsformen zeigt; 7 schematically illustrates, in top view, center-tapped secondary windings, in accordance with some illustrative embodiments;
Fig. 8 schematisch in einer Aufsicht Sekundärwicklungen mit mehreren Windungen undFig. 8 schematically in a top view secondary windings with several turns and
Mittelabgriff gemäß einigen anschaulichen Ausführungsformen zeigt12 shows a center tap in accordance with some illustrative embodiments
Fig. 9 schematisch eine Schaltungsansicht eines Erfassungssystems gemäß einigen anschaulichen Ausführungsformen zeigt; 9 schematically shows a circuit view of a detection system according to some illustrative embodiments;
Fig. 10 schematisch eine Schnittansicht eines Erfassungssystems gemäß einigen an schaulichen Ausführungsformen zeigt, wobei in einer Leiterplatte ein Spulenpaar angeordnet ist; 10 schematically shows a sectional view of a sensing system with a pair of coils disposed in a printed circuit board, according to some illustrative embodiments;
Fig. 11 schematisch eine Schaltungsansicht eines Erfassungssystems gemäß einigen anderen anschaulichen Ausführungsformen zeigt; 11 schematically shows a circuit view of a detection system according to some other illustrative embodiments;
Fig. 12 schematisch eine Schaltungsansicht eines Erfassungssystems gemäß wieder einigen anderen anschaulichen Ausführungsformen zeigt; und 12 schematically shows a circuit view of a detection system according to still some other illustrative embodiments; and
Fig. 13 schematisch eine Schaltungsansicht einer Mehrzahl von Primärwicklungen ge mäß einigen anschaulichen Ausführungsformen zeigt. 13 schematically shows a circuit diagram of a plurality of primary windings according to some illustrative embodiments.
Verschiedene nachfolgend beschriebene anschauliche Ausführungsformen können eine An wendung von Erfassungsvorrichtungen in Rotorlagegebern betreffen. Dabei umfasst ein Rotor lagegeber gemäß anschaulichen Ausführungsformen allgemeinen ein Erfassungssystem zur Erfassung einer Winkellage zwischen einer Erfassungsvorrichtung des Erfassungssystems und ein Geberelement des Erfassungssystems. Das Geberelement weist dabei eine Geberstruktur auf, die aus einem elektrisch/magnetisch leitfähigen Material gebildet ist und sich bei einer voll ständigen Drehung (d.h. eine Drehung um 360° um eine Drehachse des Geberelements relativ zur Erfassungsvorrichtung) winkelabhängig ändert, wodurch eine Winkellage zwischen Erfas sungsvorrichtung und Geberelement erfasst wird. Various illustrative embodiments described below may relate to an application of detection devices in rotor position sensors. According to illustrative embodiments, a rotor position sensor generally comprises a detection system for detecting an angular position between a detection device of the detection system and a sensor element of the detection system. The encoder element has an encoder structure which is formed from an electrically/magnetically conductive material and, in the case of a complete rotation (ie a rotation of 360° about an axis of rotation of the encoder element, relative to the detection device) changes as a function of the angle, as a result of which an angular position between the detection device and the encoder element is detected.
Eine Primärwicklungsschaltung in der Erfassungsvorrichtung erzeugt dabei ein magnetisches Feld, das durch die Geberstruktur des Geberelements moduliert wird. Ein entsprechend modu liertes magnetisches Feld induziert wiederrum in einer Mehrzahl von Sekundärwicklungen der Erfassungsvorrichtung entsprechend modulierte elektrische Signale. Aus einem Vergleich zwi schen einem elektrischen Signal, das an die Primärwicklungsschaltung zur Erzeugung des magnetischen Felds angelegt ist, und dem elektrischen Signal, das durch die Sekundärwicklun gen darauf in Antwort ausgeben wird, kann auf eine Winkellage zwischen Geberelement und Erfassungsvorrichtung geschlossen werden. A primary winding circuit in the detection device generates a magnetic field that is modulated by the transmitter structure of the transmitter element. A correspondingly modulated magnetic field in turn induces correspondingly modulated electrical signals in a plurality of secondary windings of the sensing device. From a comparison between an electrical signal that is applied to the primary winding circuit for generating the magnetic field and the electrical signal that is output by the secondary windings in response to this, an angular position between the transmitter element and the detection device can be inferred.
Mit Bezug auf die Fig. 1a, 1b und 2 werden nun zwei alternative Ausgestaltungen für einen Ro torlagegeber mit einem Erfassungssystem zur Erfassung einer Winkellage zwischen einer Er fassungsvorrichtung des Erfassungssystems und einem Geberelement des Erfassungssystems beschrieben. With reference to FIGS. 1a, 1b and 2, two alternative configurations for a rotor position sensor with a detection system for detecting an angular position between a detection device and a sensor element of the detection system are now described.
Fig. 1a zeigt schematisch in einer Seitenansicht einen Rotorlagegeber 1 einer elektrischen Ma schine. Dabei ist eine Geberstruktur 3 an einer axialen Oberfläche eines Läufers, beispielswei se ein Rotor 2 einer elektrischen Maschine, angebracht und mit diesem bewegbar. In anschau lichen Beispielen kann die elektrische Maschine eine permanentmagnetisch erregte Maschine sein, in der ein Winkelsignal zur elektrischen Kommutierung verwendet wird. Weiterhin ist eine Erfassungsvorrichtung 4 bereitgestellt, die der Geberstruktur 3 axial gegenüberliegend ange ordnet ist. Die Geberstruktur 3 und die Erfassungsvorrichtung 4 bilden ein Erfassungssystem für den Rotorlagegeber 1, wobei die Geberstruktur 3 relativ zu der Erfassungsvorrichtung 4 drehbar angeordnet ist. Fig. 1a shows a schematic side view of a rotor position sensor 1 of an electrical machine. In this case, a transmitter structure 3 is attached to an axial surface of a rotor, for example a rotor 2 of an electrical machine, and can be moved with it. In illustrative examples, the electrical machine can be a permanent magnet excited machine in which an angle signal is used for electrical commutation. Furthermore, a detection device 4 is provided, which is arranged axially opposite the encoder structure 3 . The sensor structure 3 and the detection device 4 form a detection system for the rotor position sensor 1, with the sensor structure 3 being arranged so as to be rotatable relative to the detection device 4.
Gemäß anschaulichen Ausführungsformen ist die Geberstruktur 3 auf einem geeigneten Trä germaterial 7a aufgebracht oder direkt in einem Basismaterial des Rotors 2, der auf einer Welle 2a sitzt, angebracht. Unter einem Basismaterial des Rotors 2 wird ein Material verstanden, das für die Funktion des Rotors 2 vorgesehen ist, wie z.B. ein Material zur Halterung von Kompo nenten der elektrischen Maschine, wie etwa Magnete und dergleichen. According to illustrative embodiments, the encoder structure 3 is applied to a suitable carrier material 7a or attached directly to a base material of the rotor 2, which is seated on a shaft 2a. A base material of the rotor 2 is understood to mean a material that is intended for the function of the rotor 2, such as a material for holding components of the electrical machine, such as magnets and the like.
Fig. 1b zeigt einen Schnitt entlang der Linie 1 b— 1 b in Figur 1a, wobei die Geberstruktur 3 in die ser Ausführungsform eine einzelne Spur 3a aufweist, die sich periodisch über einen vollständi gen mechanischen Umlauf des Rotors 2 (d.h. eine Drehung des Rotors 2 um die Welle 2a um 360°) erstreckt. Dies stellt jedoch keine Beschränkung der vorliegenden Erfindung dar und die Spur 3a kann stattdessen als ein Streifen von im Wesentlichen konstanter Breite (ohne die in Fig. 1b dargestellte periodisch variierende Breite, wobei periodisch Unterbrechungen im Strei fen vorgesehen sind) oder als ein Streifen mit sich monoton über einen vollständigen mechani schen Umlauf des Rotors 2 ändernder Breite ausgebildet sein. Gemäß einigen beispielhaften Ausgestaltungen kann die Geberstruktur 3 anstelle der in Fig. 1b dargestellten Spur 3a sich wiederholende Dreieckstrukturen aufweisen. Es könne aber auch andere Formen, die eine posi tionsabhängige Induktivitätsänderung ergeben, etwa rechteckförmige Strukturen etc. verwendet werden. In einigen anschaulichen Beispielen kann die Geberstruktur 3 beispielsweise Alumini um, Stahl, Kupfer, eine Leiterplatte, einer oder mehrere leitende Folien oder einen metallisierten Kunststoff umfassen. Im Allgemeinen kann die Geberstruktur 3 lediglich elektrisch leitfähig sein, insbesondere ist die Geberstruktur nicht magnetisch oder magnetisierbar, und kann daher einen elektrisch leitfähigen Bestandteil aufweisen, der in ein Trägermaterial des Rotors 2 eingebettet oder daran angebracht ist, das nicht elektrisch leitfähig ist. Dies stellt jedoch keine Beschrän kung der Erfindung dar und die Geberstruktur kann durch ein magnetisches oder magnetisier bares Material gebildet sein, das in ein Trägermaterial des Rotors 2 eingebettet oder daran an gebracht ist. 1b shows a section along the line 1b-1b in FIG 2 around the shaft 2a by 360°). However, this does not constitute a limitation of the present invention and track 3a can instead be configured as a strip of substantially constant width (without the in Fig. 1b shown periodically varying width, with periodic interruptions in Strei fen are provided) or be designed as a strip with monotonically over a complete mechanical revolution of the rotor's 2 changing width. According to some exemplary configurations, the encoder structure 3 can have repeating triangular structures instead of the track 3a illustrated in FIG. 1b. However, other shapes that result in a position-dependent change in inductance, such as rectangular structures, etc., can also be used. In some illustrative examples, the donor structure 3 may comprise aluminum, steel, copper, a printed circuit board, one or more conductive foils, or a metalized plastic, for example. In general, the transmitter structure 3 can only be electrically conductive, in particular the transmitter structure is not magnetic or magnetisable, and can therefore comprise an electrically conductive component embedded in or attached to a carrier material of the rotor 2 that is not electrically conductive. However, this does not restrict the invention and the sensor structure can be formed by a magnetic or magnetizable material that is embedded in a carrier material of the rotor 2 or placed on it.
Mit Bezug auf Fig. 2 ist in einer ausgeschnittenen perspektivischen Ansicht schematisch ein Rotorlagegeber 10 gemäß anschaulicher Ausführungsformen dargestellt, in denen der Rotorla gegeber 10 an einem Motor angebracht und als eine zu dem Rotorlagegeber 1 in Fig. 1a und 1b alternative Ausgestaltung ausgebildet ist. Der Rotorlagegeber 10 weist dabei ein Erfas sungssystem auf, das aus einer Erfassungsvorrichtung 12 und einer Geberstruktur 14 gebildet ist, wobei die Geberstruktur 14 zu der Erfassungsvorrichtung 12 um eine Rotorachse R drehbar angeordnet ist. Die Geberstruktur 14 ist hierbei an einer radialen Oberfläche eines Läufers, bei spielsweise ein Rotor 18 einer elektrischen Maschine, angebracht und mit diesem bewegbar. Wie in Fig. 2 dargestellt, weist der Motor eine Stator-Spule 19 auf, mit der ein Stator des Motors bewickelt ist. Die Geberstruktur 14 kann entsprechend der Geberstruktur 3 ausgebildet sein, wobei auf die obige Beschreibung in dieser Hinsicht Bezug genommen wird. Referring to FIG. 2, a cut-away perspective view schematically shows a rotor position sensor 10 according to illustrative embodiments in which the rotor position sensor 10 is mounted on a motor and is configured as an alternative configuration to the rotor position sensor 1 of FIGS. 1a and 1b. The rotor position sensor 10 has a detection system that is formed from a detection device 12 and a sensor structure 14 , the sensor structure 14 being arranged to be rotatable about a rotor axis R with respect to the detection device 12 . The transmitter structure 14 is in this case attached to a radial surface of a rotor, for example a rotor 18 of an electrical machine, and can be moved with it. As shown in FIG. 2, the motor has a stator coil 19 wound on a stator of the motor. The transmitter structure 14 may be formed in accordance with the transmitter structure 3, reference being made to the above description in this regard.
Gemäß der Darstellung in Fig. 2 ist die Erfassungsvorrichtung radial gegenüberliegend zu der Geberstruktur 14 an von außen an einem Motorgehäuse 16 des Motors angeordnet, wobei die Stator-Spule 19 relativ zum Rotor 18 ruht. In der Darstellung von Fig. 2 ist das Motorgehäuse 16 aus darstellungsgründen teilweise aufgeschnitten, um die unter der Erfassungsvorrichtung 12 angeordnete Geberstruktur 14 zu zeigen, die in der perspektivischen Ansicht von Fig. 2 sonst durch das Motorgehäuse 16 verdeckt würde. According to the representation in FIG. 2 , the detection device is arranged radially opposite to the encoder structure 14 on the outside on a motor housing 16 of the motor, the stator coil 19 being at rest relative to the rotor 18 . In the illustration of FIG. 2, the motor housing 16 is partially cut away for reasons of illustration in order to show the transmitter structure 14 arranged under the detection device 12, which would otherwise be covered by the motor housing 16 in the perspective view of FIG.
Gemäß einigen anschaulichen Ausführungsformen kann die Erfassungsvorrichtung 12 eine Mehrzahl von Wicklungen (nicht dargestellt) und eine elektronische Schaltung (nicht dargestellt) umfassen, die von den Wicklungen ausgegebene Signal verarbeitet und als Positionssignale ausgibt, wie z.B. elektrische Signale wie Spannungsamplituden, Differenzspannungen, Stromamplituden, Differenzströme, Frequenzen, Phasenlagen usw., wobei aus diesen elektri schen Signale eine Drehwinkellage des Rotors 18 relativ zur Erfassungsvorrichtung 12 ableitbar ist. According to some illustrative embodiments, sensing device 12 may include a plurality of windings (not shown) and electronic circuitry (not shown). which processes the signal output by the windings and outputs them as position signals, such as electrical signals such as voltage amplitudes, differential voltages, current amplitudes, differential currents, frequencies, phase angles, etc., a rotational angle position of the rotor 18 relative to the detection device 12 being derivable from these electrical signals .
Mit Bezug auf Fig. 3 werden einige anschauliche Ausführungsformen einer Erfassungsvorrich tung 20 im Folgenden genauer erläutert. Die Erfassungsvorrichtung 20 weist eine Leiterplatte 22 mit einer Mehrzahl von Spulen auf, wie eine Mehrzahl von Sekundärwicklungen 24a, 24b, 24c und 24d, die in der Leiterplatte 22 nebeneinander angeordnet sind. Es kann ferner mindes tens eine Primärwicklung (nicht dargestellt) in der Leiterplatte 22 ausgebildet sein. Beispiels weise kann eine einzige Primärwicklung (nicht dargestellt) vorgesehen sein, wobei diese Pri märwicklung (nicht dargestellt) die Sekundärwicklungen 24a bis 24d in der in Fig. 3 dargestell ten Aufsicht umgeben kann. Alternativ können zwei Primärwicklungen (nicht dargestellt) vorge sehen sein, wobei eine der Primärwicklungen (nicht dargestellt) die zwei nebeneinander ange ordnete Sekundärwicklungen 24a und 24b in der dargestellten Aufsicht umgeben kann, wäh rend die andere der Primärwicklungen (nicht dargestellt) die zwei benachbarten Sekundärwick lungen 24c und 24d in der dargestellten Aufsicht umgeben kann. In einer weiteren Alternative können vier Primärwicklungen (nicht dargestellt) vorgesehen sein, wobei eine jede dieser Pri märwicklungen (nicht dargestellt) jeweils eine der Sekundärwicklungen 24a bis 24d im Wesent lichen kongruent überlagern kann. With reference to FIG. 3, some illustrative embodiments of a detection device 20 are explained in more detail below. The sensing device 20 includes a printed circuit board 22 having a plurality of coils, such as a plurality of secondary windings 24a, 24b, 24c and 24d, disposed in the printed circuit board 22 side-by-side. Furthermore, at least one primary winding (not shown) can be formed in the printed circuit board 22 . For example, a single primary winding (not shown) may be provided, which primary winding (not shown) may surround the secondary windings 24a through 24d in the plan view shown in FIG. Alternatively, two primary windings (not shown) can be provided, with one of the primary windings (not shown) surrounding the two adjacent secondary windings 24a and 24b in the plan view shown, while the other primary winding (not shown) surrounding the two adjacent secondary windings lungs 24c and 24d may surround in the top view shown. In a further alternative, four primary windings (not shown) can be provided, with each of these primary windings (not shown) being able to overlay one of the secondary windings 24a to 24d essentially congruently.
Die Sekundärwicklungen 24a bis 24d können als rechteckförmige Spulen (wie in Fig. 3 gestri chelt dargestellt ist) ausgebildet sein. Unter dem Begriff rechteckförmig wird eine Form verstan den, die aus einem Rechteck unter Deformieren (Strecken oder Stauchen von wenigstens einer Seite des Rechtecks) des Rechtecks hervorgeht (wie z.B. ein Trapez) oder ein Rechteck ist. Dabei soll auch eine Stauchung einer Strecke auf einen Punkt als unter den Begriff „Deformie ren“ fallend verstanden werden, so dass ein Rechteck auch in ein Dreieck deformiert werden kann. The secondary windings 24a to 24d may be in the form of rectangular coils (as shown in phantom in FIG. 3). By the term rectangular is meant a shape that results from a rectangle by deforming (stretching or compressing at least one side of the rectangle) the rectangle (such as a trapezoid) or is a rectangle. Compression of a line to a point should also be understood as falling under the term “deforming”, so that a rectangle can also be deformed into a triangle.
Gemäß einigen anschaulichen Ausführungsformen kann die Leiterplatte 22 in dem Rotorlage geber von Fig. 1a und 1b derart eingesetzt sein, dass die Leiterplatte 22 im Zusammenhang mit Fig. 1b mit dem Bezugszeichen 4 zu identifizieren wäre. In diesem Fall wäre unter dem Begriff rechteckförmig auch eine Form zu verstehen, die aus einem Rechteck durch Deformieren (wie oben beschrieben) hervorgehen kann, wobei ferner wenigstens eine radiale Seite eines defor mierten Rechtecks in einer axialen Anordnung gemäß Fig. 1b eine Krümmung aufweisen kann, die im Wesentlichen einer Krümmung auf einer radialen Linie um die Welle 2a in Fig. 1b herum in der Leiterplatte 22 (vgl. Bezugszeichen 4 in Fig. 1b in dieser Hinsicht) entspricht. Mit anderen Worten kann eine entsprechend gekrümmte radiale Seite einem Kreisbogenabschnitt um die Welle 2a in Fig. 1b an der Stelle der radialen Seite bezüglich der Welle 2a entsprechen. According to some illustrative embodiments, the printed circuit board 22 can be used in the rotor position encoder of FIGS. 1a and 1b in such a way that the printed circuit board 22 would be identified with the reference number 4 in connection with FIG. 1b. In this case, the term rectangular would also mean a shape that can result from a rectangle by deforming (as described above), it also being possible for at least one radial side of a deformed rectangle to have a curvature in an axial arrangement according to FIG. 1b , which essentially curves on a radial line around the shaft 2a in Fig. 1b in circuit board 22 (see reference numeral 4 in Figure 1b in this regard). In other words, a correspondingly curved radial side can correspond to a circular arc section around the shaft 2a in Fig. 1b at the location of the radial side with respect to the shaft 2a.
Gemäß anderen anschaulichen Ausführungsformen kann die Leiterplatte 22 in dem Rotorlage geber von Fig. 2 derart eingesetzt sein, dass die Leiterplatte 22 im Zusammenhang mit Fig. 2 mit einer der Geberstruktur 14 in Fig. 2 zugerichteten unteren Fläche der Erfassungsvorrichtung 12 in Fig. 2 zu identifizieren wäre. Diese untere Fläche der Erfassungsvorrichtung 12 in Fig. 2 kann planar sein oder entsprechend einem Kreisbogenabschnitt um die Rotorachse R in Fig. 2 herum an der Stelle der unteren Fläche der Erfassungsvorrichtung 12 in Fig. 2 ausgebildet sein. In diesem Fall wäre unter dem Begriff rechteckförmig auch eine Form zu verstehen, die aus einem Rechteck durch Deformieren (wie oben beschrieben) hervorgehen kann, wobei ferner wenigstens eine radiale Seite eines deformierten Rechtecks in einer radialen Anordnung gemäß Fig. 2 eine Krümmung aufweisen kann, die im Wesentlichen einer Krümmung auf einer radialen Linie um die Rotorachse R in Fig. 2 herum in der Leiterplatte 22 (vgl. untere Fläche von Erfas sungsvorrichtung 12 in Fig. 2 in dieser Hinsicht) entspricht. Weiterhin kann die Leiterplatte 22 in einer Anwendung als Element der Erfassungsvorrichtung 12 in Fig. 2 im Zusammenhang mit Fig. 2 in der Erfassungsvorrichtung 12 von Fig. 2 derart orientiert, dass eine Flächennormale der Leiterplatte parallel zu einer radialen Richtung bezüglich einer Drehung um die Rotorachse R in Fig. 2 orientiert wäre. According to other illustrative embodiments, the printed circuit board 22 can be used in the rotor position encoder of FIG. 2 in such a way that the printed circuit board 22 in connection with FIG. 2 faces the detection device 12 in FIG would identify. This lower surface of the sensing device 12 in FIG. 2 may be planar or formed according to a circular arc section about the rotor axis R in FIG. 2 at the location of the lower surface of the sensing device 12 in FIG. In this case, the term rectangular would also mean a shape that can result from a rectangle by deforming (as described above), it also being possible for at least one radial side of a deformed rectangle to have a curvature in a radial arrangement according to FIG. which substantially corresponds to a curvature on a radial line about rotor axis R in FIG. 2 in circuit board 22 (cf. lower surface of sensing device 12 in FIG. 2 in this regard). Furthermore, the printed circuit board 22 can be oriented in an application as an element of the detection device 12 in FIG. 2 in connection with FIG. 2 in the detection device 12 of FIG R in Fig. 2 would be oriented.
Mit Bezug auf Fig. 3 ist eine Ausführungsform gezeigt, in der die Sekundärwicklungen 24a bis 24d in ein Material der Leiterplatte 22 integriert ist, was durch die gestrichelte Darstellung der Sekundärwicklungen 24a bis 24d veranschaulicht wird. Dies stellt eine verbesserte Integrität der Sekundärwicklungen 24a bis 24d selbst bei anspruchsvollen Umgebungsbedingungen bereit. Dazu können die Sekundärwicklungen 24a bis 24d mit oder ohne ein Trägermaterial mit einem geeigneten Material umspritzt oder vergossen oder in einem Gehäuse verbaut oder nur mit ei ner Leiterplatte bereitgestellt werden. Bei der Umspritzung oder dem Verguss der Sekun därwicklungen muss nicht unbedingt jede der Sekundärwicklungen 24a bis 24d vollständig in das Material der Leiterplatte 22 eingebettet sein, sondern es kann eine oberste Leiteroberfläche von jeder der Sekundärwicklungen 24a bis 24d frei bleiben oder die Bedeckung der Sekun därwicklungen 24a bis 24d kann gering sein, so dass sich zusammen mit einer Dicke des Mate rials der Leiterplatte 22 ein gewünschter Spalt zu einer Geberstruktur (nicht dargestellt) ergibt. Alternativ können die Sekundärwicklungen auf der Leiterplatte 22 angebracht und mit elektri schen Leitungen (nicht dargestellt) in der Leiterplatte 22 über externe Anschlüsse (nicht darge stellt) der Leiterplatte 22 verbunden sein. Im Hinblick auf die Fig. 1 bis 3 wird angemerkt, dass aufgrund einer kleineren Abmessung der dargestellten Erfassungsvorrichtungen gegenüber einer Umfanglänge der dargestellten Geber strukturen, die Sekundärwicklungen und entsprechend auch die nicht dargestellte(n) Pri märwicklungen) lediglich über einen Kreisbogenabschnitt des Stators angeordnet sind. Referring to FIG. 3, an embodiment is shown in which the secondary windings 24a-24d are integrated into a material of the circuit board 22, illustrated by the dashed representation of the secondary windings 24a-24d. This provides improved integrity of the secondary windings 24a-24d even under severe environmental conditions. For this purpose, the secondary windings 24a to 24d can be encapsulated or cast with a suitable material, with or without a carrier material, or can be installed in a housing or only provided with a printed circuit board. When the secondary windings are overmolded or encapsulated, each of the secondary windings 24a to 24d does not necessarily have to be completely embedded in the material of the printed circuit board 22, but an uppermost conductor surface of each of the secondary windings 24a to 24d can remain free or the covering of the secondary windings 24a to 24d can be small, so that together with a thickness of the material of the printed circuit board 22, a desired gap to a transmitter structure (not shown) results. Alternatively, the secondary windings may be mounted on the printed circuit board 22 and connected to electrical leads (not shown) in the printed circuit board 22 via external terminals (not shown) of the printed circuit board 22 . With regard to FIGS. 1 to 3, it is noted that due to the smaller dimensions of the detection devices shown compared to a circumferential length of the encoder structures shown, the secondary windings and correspondingly also the primary winding(s) (not shown) are arranged only over a circular arc section of the stator .
Mit Bezug auf Fig. 4 werden ein Zusammenhang zwischen Geberstruktur und Sekundärwick lungen gemäß einigen anschaulichen Ausführungsformen und die von den Sekundärwicklungen ausgegebenen elektrischen Signale beschrieben. Referring to FIG. 4 , a relationship between transmitter structure and secondary windings is described, according to some illustrative embodiments, and the electrical signals output from the secondary windings.
Fig. 4 zeigt schematisch die Anordnung einer Geberstruktur 36 eines Geberelements 37 in Re lation zu einer Mehrzahl von Sekundärwicklungen 50. Die Mehrzahl von Sekundärwicklungen 50 wird durch vier Sekundärwicklungen 34a, 34b, 34c und 34d gebildet, die darstellungsgemäß als rechteckförmige Wicklungen ausgebildet und mit Bezug auf die Geberstruktur 36 nebenei nander angeordnet sind. Die Geberstruktur 36 stellt hierbei eine Struktur dar, wie oben mit Be zug auf die vorhergehenden Figuren beschrieben ist, so dass hier keine weitere Wiederholung der obigen Beschreibung erfolgt. Insbesondere stellt die Geberstruktur 36 eine Struktur gebildet aus einem elektrisch leitfähigen Material dar, die entlang eines Umlaufs eines Läufers (nicht dargestellt) einfach oder mehrfach periodisch ausgebildet ist, beispielsweise mindestens eine Periode der Geberstruktur 36 eine volle Umdrehung des Läufers (nicht dargestellt) bedeutet.Fig. 4 shows schematically the arrangement of a transmitter structure 36 of a transmitter element 37 in relation to a plurality of secondary windings 50. The plurality of secondary windings 50 is formed by four secondary windings 34a, 34b, 34c and 34d, which are shown as rectangular windings and with reference are arranged on the transmitter structure 36 side by side. In this case, the transmitter structure 36 represents a structure as described above with reference to the preceding figures, so that the above description is not repeated here. In particular, the encoder structure 36 is a structure formed from an electrically conductive material, which is formed periodically along one or more revolutions of a rotor (not shown), for example at least one period of the encoder structure 36 means a full revolution of the rotor (not shown).
Mit Bezug auf Fig. 4 sind die Sekundärwicklungen 34a bis 34d mit Bezug auf die Geberstruktur 36 derart nebeneinander angeordnet, dass die Sekundärwicklungen 34a bis 34d entlang einer Periode der Geberstruktur 36 zueinander im Wesentlichen äquidistant angeordnet sind. Damit lassen sich den Sekundärwicklungen 34a bis 34d jeweils ein Abschnitt der Geberstruktur 36 zuordnen, so dass die Geberstruktur 36 in vier im Wesentlichen entlang der Periode der Geber struktur 36 gleich große Abschnitte aufgeteilt wird. Mit anderen Worten sind die Sekundärwick lungen zueinander jeweils mit Bezug auf die Periode der Geberstruktur um ein Viertel der Peri ode der Geberstruktur 36 nebeneinander versetzt angeordnet. Damit weist die Sekundärwick lung 34a zu der Sekundärwicklung 34b eine Relation von einem Viertel der Periode der Geber struktur 36 auf, die Sekundärwicklung 34a weist zu der Sekundärwicklung 34c eine Relation von einer halben Periode der Geberstruktur 36 auf und die Sekundärwicklung 34a weist zu der Sekundärwicklung 34d eine Relation von einem Dreiviertel der Periode der Geberstruktur 36 auf. With reference to FIG. 4 , the secondary windings 34a to 34d are arranged side by side with respect to the transmitter structure 36 such that the secondary windings 34a to 34d are arranged substantially equidistant from one another along a period of the transmitter structure 36 . A section of the transmitter structure 36 can thus be assigned to each of the secondary windings 34a to 34d, so that the transmitter structure 36 is divided into four sections which are essentially of equal size along the period of the transmitter structure 36 . In other words, the secondary windings are offset from each other by a quarter of the period of the transmitter structure 36 with respect to the period of the transmitter structure. Thus, the secondary winding 34a has a relation of a quarter of the period of the sensor structure 36 to the secondary winding 34b, the secondary winding 34a has a relation of half a period of the sensor structure 36 to the secondary winding 34c and the secondary winding 34a has a relation to the secondary winding 34d a relation of three quarters of the period of the encoder structure 36.
Mit Bezug auf die schematische Darstellung von Fig. 4 ist ferner eine signalverarbeitende Schaltung 32 dargestellt, die mit den Sekundärwicklungen 34a bis 34d verbunden ist, die durch die Sekundärwicklungen 34a bis 34d ausgegebene elektrische Signale empfängt, verarbeitet und als verarbeitete Signale 30 ausgibt. In einigen anschaulichen Beispielen kann durch die signalverarbeitende Schaltung eine Filterung und/oder ein Offsetabgleich und/oder ein Pha- senabgleich bewirken, wie weiter unten ausführlicher erläutert wird. Dabei sind die Sekun därwicklungen 34a und 34c in einer Untergruppe 35a miteinander verschaltet und geben elekt rische Signale an die signalverarbeitende Schaltung 32 aus. Weiterhin sind die Sekundärwick lungen 34b und 34c miteinander in einer Untergruppe 35b verschaltet und geben elektrische Signale an die signalverarbeitende Schaltung 32 aus. Also referring to the schematic representation of FIG. 4, there is shown a signal processing circuit 32 connected to the secondary windings 34a-34d that receives and processes electrical signals output by the secondary windings 34a-34d and outputs 30 as processed signals. In some illustrative examples, the signal processing circuitry may perform filtering and/or offset adjustment and/or phase adjustment, as discussed in more detail below. The secondary windings 34a and 34c are connected to one another in a subgroup 35a and output electrical signals to the signal-processing circuit 32. FIG. Furthermore, the secondary windings 34b and 34c are connected to each other in a subgroup 35b and output electrical signals to the signal-processing circuit 32. FIG.
Die in Fig. 4 dargestellten verarbeiteten Signale 30 sind beispielshaft über ein Zeitintervall dar gestellt, dass genau einer Periode der Geberstruktur 36 entspricht. Mit anderen Worten, das dargestellte Zeitintervall stellt ein Intervall dar, in dem die Mehrzahl von Sekundärwicklungen 50 eine ganze Periode der Geberstruktur 36 überstreicht bzw. abtastet. Dabei sind mit Bezug auf die Geberstruktur 36 die von der Untergruppe 35a ausgegebenen Signale als „Sinus“ in den verarbeiteten Signalen 30 dargestellt, während die von der Untergruppe 35b ausgegebenen Signale als „Cosinus“ in den verarbeiteten Signalen 30 dargestellt sind. Diese Sinus- und Cosi nus-Signale erlauben eine eindeutige Identifizierung einer Winkellage und Drehrichtung der Sekundärwicklungen 34a bis 34d bezüglich der Geberstruktur 36 und damit von einer die Se kundärwicklungen umfassenden Erfassungsvorrichtung bezüglich der Geberstruktur 36. The processed signals 30 shown in FIG. 4 are shown as an example over a time interval that corresponds exactly to one period of the transmitter structure 36 . In other words, the time interval illustrated represents an interval in which the plurality of secondary windings 50 sweeps or samples an entire period of the encoder structure 36 . With reference to the encoder structure 36, the signals output by the subgroup 35a are represented as “sine” in the processed signals 30, while the signals output by the subgroup 35b are represented as “cosine” in the processed signals 30. These sine and cosine signals allow an unambiguous identification of an angular position and direction of rotation of the secondary windings 34a to 34d with respect to the transmitter structure 36 and thus by a detection device comprising the secondary windings with respect to the transmitter structure 36.
Mit Bezug auf Fig. 5 sind einzelne Sekundärwicklungen 64a bis 64d bezüglich verschiedener Abschnitte 63a bis 63d einer Geberstruktur zum gleichen Zeitpunkt dargestellt. Dabei ist ersicht lich, dass zwischen den von den Sekundärwicklungen 64a und 64b abgetasteten Abschnitten 63a und 63b eine Winkellage von 180° bezogen auf eine Periode der Geberstruktur besteht. Entsprechend besteht zwischen den von den Sekundärwicklungen 64c und 64d abgetasteten Abschnitten 63c und 63d eine Winkellage von 180° bezogen auf eine Periode der Geberstruk tur. Hingegen besteht zwischen den von den Sekundärwicklungen 64a und 64c abgetasteten Abschnitten 63a und 63c eine Winkellage von 90° bezogen auf eine Periode der Geberstruktur, während zwischen den von den Sekundärwicklungen 64b und 64d abgetasteten Abschnitten 63tec und 63d eine Winkellage von 90° bezogen auf eine Periode der Geberstruktur besteht.Referring to FIG. 5, individual secondary windings 64a-64d are shown relative to different portions 63a-63d of a transmitter structure at the same time. It can be seen that between the sections 63a and 63b scanned by the secondary windings 64a and 64b there is an angular position of 180° relative to one period of the transmitter structure. Correspondingly, between the sections 63c and 63d scanned by the secondary windings 64c and 64d, there is an angular position of 180° relative to one period of the transmitter structure. On the other hand, between the sections 63a and 63c scanned by the secondary windings 64a and 64c there is an angular position of 90° in relation to one period of the encoder structure, while between the sections 63tec and 63d scanned by the secondary windings 64b and 64d there is an angular position of 90° in relation to one period of the donor structure.
Hinsichtlich Fig. 4 können die Sekundärwicklungen 64a bis 64d in Fig. 5 mit den Sekundärwick lungen 34a bis 34d identifiziert werden, wobei die Abschnitte 63a bis 63d dann Abschnitte der Geberstruktur 36 darstellen, die von den entsprechenden Sekundärwicklungen 34a bis 34d zum gleichen Zeitpunkt abgetastet werden. Referring to FIG. 4, the secondary windings 64a-64d in FIG. 5 can be identified with the secondary windings 34a-34d, with portions 63a-63d then representing portions of the pickup structure 36 being sensed by the corresponding secondary windings 34a-34d at the same time .
In den mit Bezug auf die Fig. 1 bis 5 beschriebenen Ausführungsformen kann die Geberstruktur sinusförmig auf oder an einem Geberelement ausgebildet sein. Dabei ist die Sinusform vorteil- haft, da durch diese Geometrie die Geberstruktur in der Lage ist, eine Bedämpfungsfläche in Form einer Sinusspur zu bilden, womit wiederum ein von einer Erfassungsvorrichtung erfasstes elektrisches Signal sinusartig beeinflussbar ist und damit leicht auswertbar ist. Dies stellt jedoch keine Beschränkung dar und grundsätzlich können auch andere Geberstrukturen verwendet werden, wie weiter oben schon angemerkt wurde. Im Allgemeinen sind Geberstrukturen nicht unbedingt mehrfach periodisch bei einem vollen Umlauf, solange eine eindeutige Zuordnung von durch eine die Geberstruktur abtastende Erfassungsvorrichtung erfassten elektrischen Sig nalen zu einer Position bzw. Winkellage der Erfassungsvorrichtung bezüglich der Geberstruktur entlang eines vollen Umlaufs möglich ist. In the embodiments described with reference to FIGS. 1 to 5, the transmitter structure can be sinusoidal on or on a transmitter element. The sinusoidal shape is advantageous liable, since this geometry enables the sensor structure to form a damping surface in the form of a sine track, which in turn can influence an electrical signal detected by a detection device in a sine-like manner and is therefore easy to evaluate. However, this does not represent a restriction and, in principle, other encoder structures can also be used, as has already been noted above. In general, encoder structures are not necessarily periodic several times during a full rotation, as long as an unambiguous assignment of electrical signals detected by a detection device scanning the encoder structure to a position or angular position of the detection device with respect to the encoder structure along a full rotation is possible.
Entsprechend der obigen Beschreibung verschiedener Ausführungsformen werden in einem Erfassungssystem gemäß einigen anschaulichen Ausführungsformen durch ein Geberelement modulierte Ausgangssignale von verschiedenen Untergruppen von Sekundärwicklungen (vgl. beispielsweise Untergruppen 35a und 35b in Fig. 4) bereitgestellt, bei denen die Amplitude und/oder Phase und/oder Frequenz eines Ausgangssignals entsprechend einer Geberstruktur des Geberelements im Verlauf einer Drehbewegung vom Geberelement relativ zur Erfassungs vorrichtung geändert werden. Untergruppen von Sekundärwicklungen können mit Bezug auf die Geberstruktur festgelegt werden, in dem die von zwei Untergruppen ausgegebenen elektri schen Signale bezüglich einer Periode der Geberstruktur zueinander einen Phasenversatz von 90° Grad aufweisen. Dies erlaubt die Bereitstellung von Ausgangssignalen der Untergruppen, die in einer sinus- und cosinusartigen Beziehung zueinander stehen und daher leicht mit be kannten Methoden auszuwerten sind. Innerhalb einer Untergruppe können die Sekundwicklun- gen derart zueinander angeordnet sein, dass sie mit Bezug zueinander elektrische Signale ausgeben, die entweder einen Phasenversatz von 180° bezogen auf eine Periode der Geber struktur oder einen Phasenversatz von 360° bezogen auf eine Periode der Geberstruktur auf weisen. Im Falle eines Phasenversatzes von 180° können die von den Sekundärwicklungen in einer Untergruppe ausgegebenen Signale als differentielle Ausgangssignale der Untergruppe bereitgestellt werden, so dass gleiche Störsignale, die von jeder Sekundärwicklung in einer Un tergruppe erzeugt werden, kompensiert werden. In accordance with the above description of various embodiments, in a sensing system according to some illustrative embodiments, output signals modulated by a transducer element are provided from various subsets of secondary windings (see, for example, subsets 35a and 35b in FIG Frequency of an output signal corresponding to a transmitter structure of the transmitter element in the course of a rotational movement of the transmitter element relative to the detection device can be changed. Subgroups of secondary windings can be defined with reference to the transmitter structure in that the electrical signals output by two subgroups have a phase offset of 90° with respect to one period of the transmitter structure. This allows the provision of output signals from the subgroups which are related to one another in a sine and cosine manner and can therefore be easily evaluated using known methods. Within a subgroup, the secondary windings can be arranged in relation to one another in such a way that they output electrical signals with respect to one another, which have either a phase offset of 180° in relation to a period of the encoder structure or a phase offset of 360° in relation to a period of the encoder structure . In the case of a phase shift of 180°, the signals output by the secondary windings in a sub-array can be provided as differential output signals of the sub-array, so that identical spurious signals generated by each secondary winding in a sub-array are compensated for.
Mit Bezug auf die Fig. 6 bis 8 werden anschauliche Ausführungsformen beschrieben, bei denen die Sekundärwicklungen als sinusförmige Spulen ausgebildet sind. Im Falle von sinusförmigen Sekundärwicklungen ist es nicht erforderlich, dass eine Geberstruktur eines Geberelements eine sich ändernde Struktur entlang einer vollständigen Drehung aufweist. Falls eine sich perio disch ändernde Geberstruktur von einer sinusförmigen Sekundärwicklung abgetastet wird, so ergibt sich ein elektrisches Ausgangssignal, das eine entsprechend der sich periodisch ändern den Geberstruktur modifiziertes Sinus-Signal darstellt. Beispielsweise führt eine sinusförmige Geberstruktur, die von einer sinusförmigen Sekundärwicklung abgetastet wird, zu einem elektri schen Signal, das proportional zu sin2 ist. Illustrative embodiments are described with reference to FIGS. 6 to 8, in which the secondary windings are formed as sinusoidal coils. In the case of sinusoidal secondary windings, it is not necessary for a transducer structure of a transducer element to have a varying structure along a complete rotation. If a periodically changing transmitter structure is sampled by a sinusoidal secondary winding, an electrical output signal is produced which represents a sine signal modified in accordance with the periodically changing transmitter structure. For example, a sinusoidal Sensor structure sampled by a sinusoidal secondary winding to an electrical signal proportional to sin 2 .
Mit Bezug auf Fig. 6 ist eine Erfassungsvorrichtung 100 schematisch dargestellt. Die Erfas sungsvorrichtung 100 umfasst eine Primärwicklung 110 und eine Mehrzahl von Sekundärwick lungen, die durch die sinusförmige Spule 120a und durch die sinusförmige Spule 120b bereit gestellt werden. Die Primärwicklung stellt eine rechteckförmige Spule dar, die die Mehrzahl von Sekundärwicklungen in der dargestellten Aufsicht umgibt. Eine Leiterplatte der Erfassungsvor richtung 100 ist nicht dargestellt. Referring to Figure 6, a sensing device 100 is shown schematically. The sensing device 100 includes a primary winding 110 and a plurality of secondary windings provided by the sinusoidal coil 120a and by the sinusoidal coil 120b. The primary winding is a rectangular coil surrounding the plurality of secondary windings in the plan view shown. A circuit board of the registering device 100 is not shown.
Jede der sinusförmigen Spulen 120a und 120b ist aus zwei sinusförmigen Spulenabschnitten gebildet, die zueinander einen Phasenversatz von 180° bezogen auf ihre Sinusform aufweisen. Damit stellt sich anschaulich jede der sinusförmigen Spulen 120a und 120b in ihrer Form ähn lich zu „°°“ dar. In speziellen anschaulichen Beispielen können die sinusförmige Spule 120a und die sinusförmige Spule 120b bezogen auf ihre Gestalt im Wesentlichen deckungsgleich ausge bildet sein, wobei sie jedoch um 90° bezogen auf ihre Sinusform versetzt angeordnet sind. Die stellt ein vorteilhaftes, jedoch nicht beschränkendes Beispiel dar, bei dem entsprechende Spu len leicht in einer Massenfertigung herstellbar sind und eine Ausgabe von sinusförmigen Signa len gewährleistet wird. Each of the sinusoidal coils 120a and 120b is formed from two sinusoidal coil sections which have a phase offset of 180° with respect to their sinusoidal shape. Thus, each of the sinusoidal coils 120a and 120b is represented in its shape similar to "°°". however, are offset by 90° relative to their sinusoidal shape. This represents an advantageous but non-limiting example in which corresponding coils can be easily mass-produced and an output of sinusoidal signals is guaranteed.
Da jede der sinusförmigen Spulen 120a und 120b einander und untereinander mehrfach über lappen, sind die sinusförmigen Spulen 120a und 120b als vorzugsweise als mehrlagige Spulen ausgebildet, bei denen vertikale Kontakte V zwischen den einzelnen Lagen eine elektrische Verbindung hersteilen. Im Hinblick auf die Sekundärwicklungen und die Primärwicklung 110 dienen die vertikalen Kontakte auch als äußere Kontakte. Dies stellt jedoch keine Beschrän kung dar und es können lediglich an einer Stelle, an der ein Überkreuzen auftreten würde, eine Über- und/oder Unterführung wie ein Brückenkontakt vorgesehen sein, wobei die Sekun därwicklungen mit Ausnahme der Brückenkontakte in der gleichen Ebene einer Leiterplatte ver laufen würden. Because each of the sinusoidal coils 120a and 120b overlaps and overlaps one another multiple times, the sinusoidal coils 120a and 120b are preferably formed as multi-layer coils in which vertical contacts V between the individual layers establish an electrical connection. With respect to the secondary windings and the primary winding 110, the vertical contacts also serve as outer contacts. However, this does not constitute a restriction and an overpass and/or underpass such as a bridge contact can only be provided at a point where crossover would occur, with the secondary windings, with the exception of the bridge contacts, being in the same plane of a printed circuit board would walk.
Mit Bezug auf Fig. 7 ist eine zu Fig. 6 alternative Ausführungsform dargestellt. Genauer ist eine sinusförmige Spule 220 mit zwei Sekundärwicklungen 222a und 222b jeweils mit einer Windung gezeigt, wobei die Sekundärwicklungen 222a und 222b in Reihe angeordnet sind und einen zueinander entgegengesetzten Windungssinn aufweisen. Vertikale Kontakte V1 und V7 stellen äußere Kontakte zu der sinusförmigen Spule 220 dar, so dass der vertikale Kontakt V1 einen externen Kontakt der Sekundärwicklung 222a darstellt, während der vertikale Kontakt V7 einen externen Kontakt der Sekundärwicklung 222b darstellt. Weitere vertikale Kontakte V2, V3, V4, V5 und V6 dienen zur vertikalen Verbindung zwischen unterschiedlichen horizontalen Ebenen (nicht dargestellt) einer Leiterplatte (nicht dargestellt), in der einzelne Windungsabschnitte der sinusförmigen Spule 220 verlaufen. Beispielsweise liegen Abschnitte, die sich zwischen den vertikalen Kontakten V1 und V2, V3 und V1 und V5 und V6 erstrecken, in einer ersten Ebene, während Abschnitte, die sich zwischen den vertikalen Kontakten V2 und V3, V4 und V5 und V6 und V7 erstrecken in einer zur ersten Ebene verschiedenen zweiten Ebene. Durch die vertika len Kontakte V4 ist ein Mittelabgriff M1 realisiert, so dass ein Spannungssignal über der Sekun därwicklung 222a zwischen V1 und M1 und ein Spannungssignal über der Sekundärwicklung 222b zwischen M1 und V7 abgegriffen werden kann. Referring to FIG. 7, an alternative embodiment to FIG. 6 is shown. More specifically, a sinusoidal coil 220 is shown having two secondary windings 222a and 222b, each one turn, with the secondary windings 222a and 222b being arranged in series and having opposite winding senses to one another. Vertical contacts V1 and V7 represent external contacts to sinusoidal coil 220, such that vertical contact V1 represents external contact of secondary winding 222a, while vertical contact V7 represents external contact of secondary winding 222b. More vertical contacts V2, V3, V4, V5 and V6 are used for vertical connection between different horizontal planes (not shown) of a printed circuit board (not shown) in which individual winding sections of the sinusoidal coil 220 run. For example, sections that extend between vertical contacts V1 and V2, V3 and V1, and V5 and V6 lie in a first plane, while sections that extend between vertical contacts V2 and V3, V4 and V5, and V6 and V7 lie in a second level different from the first level. A center tap M1 is realized by the vertical contacts V4, so that a voltage signal can be tapped across the secondary winding 222a between V1 and M1 and a voltage signal across the secondary winding 222b between M1 and V7.
Durch den Mittelabgriff M1 ist es möglich, jede der Sekundärwicklungen 222a und 222b mit ei ner elektrischen Komponente zu verbinden, um eine Korrektur im durch die sinusförmige Spule 220 ausgegebenen Signal zu ermöglichen. The center tap M1 allows each of the secondary windings 222a and 222b to be connected to an electrical component to allow for a correction in the signal output by the sinusoidal coil 220.
Mit Bezug auf Fig. 8 ist eine zu Fig. 7 alternative Ausführungsform dargestellt. Genauer ist eine sinusförmige Spule 320 mit zwei Sekundärwicklungen 322a und 322b jeweils mit mehreren Windungen gezeigt, wobei die Sekundärwicklungen 322a und 322b in Reihe angeordnet sind und einen zueinander entgegengesetzten Windungssinn aufweisen. Vertikale Kontakte stellen äußere Kontakte zu der sinusförmigen Spule 320 und innere Verbindungen zwischen verschie denen Ebenen dar, in denen einzelne Windungsabschnitte der sinusförmigen Spule 320 verlau fen, in Analogie zu der obigen Beschreibung von Fig. 7. Ferner ist ein Mittelabgriff M2 realisiert, so dass ein Spannungssignal über der Sekundärwicklung 322a und ein Spannungssignal über der Sekundärwicklung 322b durch M2 abgegriffen werden kann. Referring to FIG. 8, an alternative embodiment to FIG. 7 is shown. More specifically, a sinusoidal coil 320 is shown having two secondary windings 322a and 322b each with multiple turns, the secondary windings 322a and 322b being arranged in series and having opposite winding senses to one another. Vertical contacts represent external contacts to the sinusoidal coil 320 and internal connections between different planes in which individual winding sections of the sinusoidal coil 320 run, in analogy to the above description of Fig. 7. Furthermore, a center tap M2 is implemented so that a voltage signal across secondary winding 322a and a voltage signal across secondary winding 322b can be tapped through M2.
Mit Bezug auf Fig. 9 ist ein Erfassungssystem 400 mit einer Erfassungsvorrichtung 410 und einem Geberelement dargestellt, welches anhand einer Geberstruktur 420 des Geberelements in Fig. 9 veranschaulicht wird. Zwar ist die Geberstruktur 420 als eine sich sinusförmig ändern de Struktur dargestellt, doch stellt dies keine Beschränkung dar und es können alternative Ge berstrukturen eingesetzt werden, wie oben verschiedentlich angemerkt ist. Eine Drehrichtung, in der sich das Geberelement relativ zu der Erfassungsvorrichtung 410 bewegt, ist in Fig. 9 sche matisch anhand eines Pfeils DR zur Veranschaulichung gezeigt. Referring to FIG. 9 , a detection system 400 with a detection device 410 and a transmitter element is shown, which is illustrated using a transmitter structure 420 of the transmitter element in FIG. 9 . While the encoder structure 420 is shown as a sinusoidally varying structure, this is not a limitation and alternative encoder structures may be employed, as variously noted above. A direction of rotation, in which the transmitter element moves relative to the detection device 410, is shown in FIG. 9 by means of an arrow DR for illustration.
Gemäß der Darstellung in Fig. 9 weist die Erfassungsvorrichtung 410 eine Mehrzahl von Pri märwicklungen 402 und eine Mehrzahl von Sekundärwicklungen 404 auf. Diese Wicklungen können in eine Leiterplatte (nicht dargestellt) integriert sein, wie oben anhand von verschiede nen anschaulichen Ausführungsformen beschrieben ist. Die Mehrzahl von Primärwicklungen 402 weist vier Primärwicklungen 402a bis 402b auf und die Mehrzahl von Sekundärwicklungen 404 weist vier Sekundärwicklungen 404a bis 404b auf. Die Anzahl von Sekundärwicklungen ist nicht auf vier beschränkt und es kann ein Vielfaches von vier Sekundärwicklungen vorgesehen sein. Hinsichtlich einer Anzahl von Primärwicklungen kann anstelle von vier Primärwicklungen eine Anzahl von Primärwicklungen bereitgestellt sein, die der Anzahl von Sekundärwicklungen 1:1 entspricht. Alternativ kann eine Untergruppe von Sekundärwicklungen aus der Mehrzahl von Sekundärwicklungen genau einer Primärwicklung zugeordnet sein. Beispielsweise kann je eine Primärwicklung aus einer Mehrzahl von Primärwicklungen zwei oder mehr Sekundärwicklungen zugeordnet sein, so dass jede Primärwicklung einer Untergruppe von Sekundärwicklungen zu geordnet ist, wobei jede Untergruppe eine gleiche Anzahl von Sekundärwicklungen aufweist.As shown in FIG. 9, the sensing device 410 includes a plurality of primary windings 402 and a plurality of secondary windings 404 . These windings can be integrated into a printed circuit board (not shown), as described above with reference to various illustrative embodiments. The plurality of primary windings 402 includes four primary windings 402a through 402b and the plurality of secondary windings 404 has four secondary windings 404a to 404b. The number of secondary windings is not limited to four, and a multiple of four secondary windings can be provided. With regard to the number of primary windings, instead of four primary windings, a number of primary windings can be provided which corresponds 1:1 to the number of secondary windings. Alternatively, a subgroup of secondary windings from the plurality of secondary windings can be assigned to exactly one primary winding. For example, one primary winding from a plurality of primary windings can be assigned to two or more secondary windings, so that each primary winding is assigned to a subgroup of secondary windings, with each subgroup having the same number of secondary windings.
Mit Bezug auf Fig. 9 ist eine elektronische Schaltung 430 vorgesehen, die einerseits ein elektri sches Signal an die Mehrzahl von Primärwicklungen 402 anlegt, andererseits durch die Mehr zahl von Sekundärwicklungen 404 ausgegebene elektrische Signale empfängt. Beispielsweise kann die elektronische Schaltung eine Oszillatorschaltung (in Fig. 9 sind lediglich Oszillatoran schlüsse Osz1 und Osz2 dargestellt) aufweisen, durch die eine periodisches elektrisches Signal an die Mehrzahl von Primärwicklungen 402 angelegt wird. With reference to FIG. 9, an electronic circuit 430 is provided which, on the one hand, applies an electrical signal to the plurality of primary windings 402 and, on the other hand, receives electrical signals output by the plurality of secondary windings 404 . For example, the electronic circuit can have an oscillator circuit (only oscillator connections Osz1 and Osz2 are shown in FIG. 9) by which a periodic electrical signal is applied to the plurality of primary windings 402.
Die Mehrzahl von Primärwicklungen 402 kann in einer Resonatorschaltung 403 verschaltet sein, die durch die Oszillatorschaltung der elektronischen Schaltung 430 gespeist wird. Bei spielsweise kann die Mehrzahl von Primärwicklungen 402 durch eine Reihenschaltung der Pri märwicklungen 402a bis 402d gebildet sein. Dies stellt jedoch keine Beschränkung dar und es kann eine geeignete Parallelschaltung von wenigstens einigen der Primärwicklungen 402a bis 402d vorgesehen sein. The plurality of primary windings 402 can be connected in a resonator circuit 403 which is fed by the oscillator circuit of the electronic circuit 430 . For example, the plurality of primary windings 402 may be formed by connecting the primary windings 402a through 402d in series. However, this is not a limitation and a suitable parallel connection of at least some of the primary windings 402a to 402d can be provided.
Die Sekundärwicklungen 404a bis 404d der Mehrzahl von Sekundärwicklungen 404 können in Untergruppen aus je zwei in Reihe angeordneten Sekundärwicklungen unterteilt sein, die sepa rat mit der elektronischen Schaltung 430 verbunden sind. Beispielsweise können die Sekun därwicklungen 404a und 404c zueinander in Reihe angeordnet sein und eine Untergruppe von Sekundärwicklungen bilden, während die Sekundärwicklungen 404b und 404d zueinander in Reihe angeordnet sind und eine andere Untergruppe von Sekundärwicklungen bilden. Jede dieser Untergruppen stellt für die elektronische Schaltung 430 elektrische Signale bereit, auf deren Basis eine Winkellagebestimmung in dem Erfassungssystem 400 erfolgen kann. Die Se kundärwicklungen in jeder Untergruppe sind derart relativ zueinander gewickelt und miteinander verschaltet, dass ein von einer Untergruppe ausgegebenes Spannungssignal ein Differential signal darstellt. Dies bedeutet, dass ein Spannungssignal, das durch eine Untergruppe ausge geben wird, einer Differenz aus Spannungen entspricht, die in den einzelnen Wcklungen der Untergruppe induziert werden. Verschiedene Ausführungsformen, in denen von jede Unter- gruppe ausgebildet ist, um ein Differentialsignal auszugeben, werden mit Bezug auf die Fig. 9, 11 und 12 unten ausführlicher beschrieben. The secondary windings 404 a to 404 d of the plurality of secondary windings 404 may be divided into subgroups of two secondary windings arranged in series, which are separately connected to the electronic circuit 430 . For example, secondary windings 404a and 404c may be in series with one another and form one subset of secondary windings, while secondary windings 404b and 404d may be in series with one another and form another subset of secondary windings. Each of these subgroups provides electrical signals for the electronic circuit 430, on the basis of which an angular position can be determined in the detection system 400. The secondary windings in each subset are wound and connected relative to each other such that a voltage signal output from a subset is a differential signal. This means that a voltage signal output by a sub-array corresponds to a difference in voltages induced in the individual windings of the sub-array. Various embodiments in which each company group is arranged to output a differential signal are described in more detail below with reference to FIGS. 9, 11 and 12.
Hinsichtlich der anhand von Fig. 9 beschriebenen Ausführungsformen bedeutet dies, dass alle Primärwicklungen 402a bis 402d und alle Sekundärwicklungen 404a bis 404d gleichen Wick lungssinn relativ zueinander aufweisen, jedoch die Sekundärwicklungen 404a und 404c in einer Untergruppe derart miteinander verschaltet sind, dass über dieser Untergruppe ein Differential signal abgegriffen werden kann. Gleichfalls sind die Sekundärwicklungen 404b und 404d in ei ner anderen Untergruppe derart miteinander verschaltet, dass über dieser Untergruppe ein Dif ferentialsignal abgegriffen werden kann. Somit kann durch die Sekundärwicklungen 404a und 404c an der elektronischen Schaltung 430 durch die Anschlüsse „sin+“ und „sin-“ ein Differenti alsignal bereitgestellt werden, während durch die Sekundärwicklungen 404b und 404d an der elektronischen Schaltung 430 durch die Anschlüsse „cos+“ und „cos-“ auch ein Differentialsignal bereitgestellt wird. Mit Bezug zueinander sind die elektrischen Signale der Untergruppe aus den Sekundärwicklungen 404a und 404c einerseits und der Untergruppe aus den Sekundärwicklun gen 404b und 404d andererseits periodische Signale, die um 90° zueinander Phasenversetzt sind, wie aus der obigen Diskussion von anschaulichen Ausführungsformen hervorgeht. With regard to the embodiments described with reference to FIG. 9, this means that all primary windings 402a to 402d and all secondary windings 404a to 404d have the same winding direction relative to one another, but the secondary windings 404a and 404c are connected to one another in a subgroup in such a way that a Differential signal can be tapped. Likewise, the secondary windings 404b and 404d are connected to one another in another subgroup in such a way that a differential signal can be tapped off via this subgroup. Thus, a differential signal can be provided by the secondary windings 404a and 404c on the electronic circuit 430 through the "sin+" and "sin-" terminals, while a differential signal can be provided by the secondary windings 404b and 404d on the electronic circuit 430 through the "cos+" and "" terminals. cos-" a differential signal is also provided. With respect to one another, the electrical signals of the subset of secondary windings 404a and 404c, on the one hand, and the subset of secondary windings 404b and 404d, on the other hand, are periodic signals that are 90° out of phase with one another, as is apparent from the discussion of illustrative embodiments above.
Im Hinblick auf andere Ausgestaltungen der Geberstruktur 420, die von der dargestellten Ge berstruktur 420 verschieden sind (wie weiter oben hinsichtlich verschiedener Ausgestaltungen von Geberstrukturen beschrieben ist), kann eine geeignete Form für die Sekundärwicklungen und Primärwicklungen gewählt werden, beispielsweise in Form von sinusförmigen Spulen oder rechteckförmigen Spulen. With regard to other configurations of the transmitter structure 420 that are different from the illustrated transmitter structure 420 (as described above with regard to various configurations of transmitter structures), a suitable form for the secondary windings and primary windings can be selected, for example in the form of sinusoidal coils or rectangular coils.
In einigen anschaulichen Ausführungsformen ist die Mehrzahl von Primärwicklungen 402 be züglich der Mehrzahl von Sekundärwicklungen 404 derart angeordnet, dass je eine der Pri märwicklungen 402a bis 402d und je eine der Sekundärwicklungen 404a bis 404d in einem Spulenpaar angeordnet sind, so dass diese Wicklungen im Spulenpaar eine maximale induktive Kopplung im Vergleich zu einer induktiven Kopplung zwischen einer Wicklung aus diesem Spu lenpaar und einer Wicklung aus einem anderen Spulenpaar aufweisen. Beispielsweise bedeutet dies konkret, dass die Primärwicklung 402a und die Primärwicklung 404a ein Spulenpaar (402a, 404a) bilden, das dadurch ausgezeichnet ist, dass eine induktive Kopplung zwischen der Pri märwicklung 402a und der Sekundärwicklung 404a im Vergleich zu einer induktiven Kopplung zwischen der Primärwicklung 402a und einer beliebigen der Sekundärwicklungen 404b bis 404d und auch zu einer induktiven Kopplung zwischen der Sekundärwicklung 404a und einer beliebi gen der Primärwicklungen 402b bis 402d maximal ist. Entsprechend können auch die verblie benen Wicklungen 402b bis 402d und 404b bis 404d paarweise in Spulenpaaren angeordnet sein. Dies kann gemäß einem speziellen anschaulichen (aber nicht beschränkenden Beispiel) in einer Anordnung der Wicklungen realisiert sein, in der sich je eine Primärwicklung und je eine Sekundärwicklung unmittelbar gegenüberliegen oder miteinander verschränkt sind. Dadurch werden durch jedes Spulenpaar maximale Signalstärken erzeugt, so dass wenig bis keine Ver stärkung durch von Spulenpaaren erzeugten Signalen erforderlich ist. In weiteren anschauli chen Beispielen können die Primär- und Sekundärwicklungen in einem Spulenpaar deckungs gleich sein. In some illustrative embodiments, the plurality of primary windings 402 is arranged with respect to the plurality of secondary windings 404 such that one of the primary windings 402a to 402d and one of the secondary windings 404a to 404d are arranged in a pair of coils, so that these windings in the pair of coils have a have maximum inductive coupling compared to an inductive coupling between a winding from this pair of coils and a winding from another pair of coils. For example, this means in concrete terms that the primary winding 402a and the primary winding 404a form a pair of coils (402a, 404a), which is characterized in that an inductive coupling between the Pri mary winding 402a and the secondary winding 404a compared to an inductive coupling between the primary winding 402a and any one of the secondary windings 404b-404d and also to inductive coupling between the secondary winding 404a and any one of the primary windings 402b-402d. Correspondingly, the remaining windings 402b to 402d and 404b to 404d can also be arranged in pairs in coil pairs being. This can be implemented, according to a specific illustrative (but not limiting) example, in an arrangement of the windings in which a primary winding and a secondary winding are directly opposite or intertwined. This produces maximum signal strengths from each pair of coils, requiring little to no amplification of signals generated by pairs of coils. In other illustrative examples, the primary and secondary windings in a pair of coils may be congruent.
Die Sekundärwicklungen 404a bis 404d sind, wie in Fig. 9 dargestellt ist, in einer Sekundär schaltung verschaltet, wobei je zwei Sekundärwicklungen in einer Untergruppe miteinander ver schaltet sind. Hinsichtlich der Darstellung in Fig. 9 sind die Sekundärwicklung 404a und die Se kundärwicklung 404c miteinander in einer Untergruppe der Mehrzahl von Sekundärwicklungen 404 verschaltet und mit der elektronischen Schaltung 430 verbunden. Beispielsweise sind die Sekundärwicklungen 404a und 404c zwischen einem zweipoligen Anschluss sin+/sin- der elekt ronischen Schaltung 430 in Reihe angeordnet. Dabei können die Sekundärwicklungen 404a und 404c derart in Reihe angeordnet sein, dass die Sekundärwicklungen 404a und 404c relativ zueinander einen entgegengesetzten Windungssinn in der Reihenschaltung aufweisen. Dadurch werden von dieser Untergruppe Differentialsignale an die elektronische Schaltung 430 ausgegeben. Weiterhin bilden die Sekundärwicklung 404b und die Sekundärwicklung 404d eine Untergruppe der Mehrzahl von Sekundärwicklungen 404 und sind mit der elektronischen Schal tung 430 verbunden. Beispielsweise sind die Sekundärwicklungen 404b und 404d zwischen einem zweipoligen Anschluss cos+/cos- der elektronischen Schaltung 430 in Reihe angeordnet. Dabei können die Sekundärwicklungen 404b und 404d derart in Reihe angeordnet sein, dass die Sekundärwicklungen 404b und 404d relativ zueinander einen entgegengesetzten Win dungssinn in der Reihenschaltung aufweisen. Dadurch werden von dieser Untergruppe Diffe rentialsignale an die elektronische Schaltung 430 ausgegeben. Untergruppen stellen in diesem Beispiel eine Verschaltung von Sekundärwicklungen dar, die ohne ein dazwischen angeordne tes Element direkt verbunden sind. As shown in FIG. 9, the secondary windings 404a to 404d are connected in a secondary circuit, with every two secondary windings being connected to one another in a subgroup. Referring to FIG. 9 , secondary winding 404a and secondary winding 404c are coupled together in a subset of the plurality of secondary windings 404 and connected to electronic circuitry 430 . For example, the secondary windings 404a and 404c are arranged in series between a two-pole terminal sin+/sin- of the electronic circuit 430 . In this case, the secondary windings 404a and 404c can be arranged in series in such a way that the secondary windings 404a and 404c have opposite winding senses relative to one another in the series circuit. As a result, differential signals are output to the electronic circuit 430 from this subassembly. Furthermore, the secondary winding 404 b and the secondary winding 404 d form a subset of the plurality of secondary windings 404 and are connected to the electronic circuit 430 . For example, the secondary windings 404b and 404d are arranged in series between a two-pole connection cos+/cos− of the electronic circuit 430 . In this case, the secondary windings 404b and 404d can be arranged in series in such a way that the secondary windings 404b and 404d have opposite winding directions relative to one another in the series circuit. As a result, differential signals are output to the electronic circuit 430 from this subset. In this example, subgroups represent an interconnection of secondary windings which are directly connected without an element arranged in between.
Gemäß der Darstellung in Fig. 9 sind in dem Erfassungssystem 400 ferner wenigstens ein Wi derstand und/oder Kondensator vorgesehen, um einen Abgleich von Offsets und Phasen zu erreichen. Wie weiter oben erläutert wurde, tritt in Rotorlagegebern mit Erfassungsvorrichtun gen, bei denen Sekundärwicklungen nicht gleichmäßig über einen Vollkreis um eine Achse her um angeordnet sind, aufgrund der zwangsläufig asymmetrischen Anordnung der Sekundärwick lungen um die Achse ein Offset in Signalen auf, die durch die Sekundärwicklungen ausgegeben werden. Im gegenwärtigen Fall ist für das Erfassungssystem 400 bei einer asymmetrischen Anordnung der Sekundärwicklungen 404a bis 404d um eine Drehachse (nicht dargestellt) da- von auszugehen, dass ein Offset in den Signalen auftritt. Weiterhin treten bei einer asymmetri schen Anordnung der Sekundärwicklungen 404a bis 404d Phasenabweichungen von 90° und 180° Phasenlagen zwischen den Sekundärwicklungen und Untergruppen auf, da die Sekun därwicklungen unterschiedlich starke Kopplungen zu benachbarten Wicklungen aufweisen. Zum Beispiel haben die Sekundärwicklungen 404a und 404d jeweils nur eine benachbarte Sekun därwicklung, während jede der Sekundärwicklungen 404b und 404c zwei benachbarte Sekun därwicklungen aufweist. According to the illustration in FIG. 9, at least one resistor and/or capacitor is also provided in the acquisition system 400 in order to achieve an adjustment of offsets and phases. As explained above, in rotor position sensors with detection devices in which the secondary windings are not arranged uniformly over a full circle around an axis, there is an offset in signals generated by the secondary windings due to the inevitably asymmetrical arrangement of the secondary windings around the axis be issued. In the present case, for the detection system 400, with an asymmetrical arrangement of the secondary windings 404a to 404d about an axis of rotation (not shown), to assume that an offset occurs in the signals. Furthermore, with an asymmetrical arrangement of the secondary windings 404a to 404d, phase deviations of 90° and 180° between the secondary windings and subgroups occur, since the secondary windings have couplings to adjacent windings of different strengths. For example, secondary windings 404a and 404d each have only one adjacent secondary winding, while each of secondary windings 404b and 404c has two adjacent secondary windings.
In anschaulichen Ausführungsformen kann ein Offsetabgleich in der Sekundärwicklungsschal tung durch einen Widerstand 406a bis 406d erreicht werden, der zu einer entsprechenden Se kundärwicklung parallel angeordnet ist. Zum Beispiel kann in jeder Untergruppe lediglich ein Widerstand vorgesehen sein. Es kann auch insgesamt nur ein Widerstand vorgesehen sein. Alternativ können mehr Widerstände vorgesehen sein, beispielsweise kann jeder der Wider stände 406a bis 406d vorgesehen sein. In illustrative embodiments, offset trimming in the secondary winding circuit may be accomplished by a resistor 406a-406d placed in parallel with a corresponding secondary winding. For example, only one resistor can be provided in each subgroup. It is also possible for only one resistor to be provided overall. Alternatively, more resistors may be provided, for example each of resistors 406a through 406d may be provided.
In anschaulichen Ausführungsformen kann ein Phasenabgleich in der Sekundärwicklungsschal tung durch einen Widerstand 408a bis 408d erreicht werden, der jeweils eine elektrische Ver bindung zwischen einem Eingang/Ausgang einer Untergruppe und einem Eingang/Ausgang der anderen Untergruppe herstellt. Hierzu kann schon einer der Widerstände 408a bis 408d ausrei chen. Bei Bedarf kann einer der Widerstände 408a bis 408d mit einem anderen Widerstand daraus kombiniert werden. In illustrative embodiments, phasing in the secondary winding circuitry may be accomplished by a resistor 408a-408d, each electrically connecting an input/output of one subset and an input/output of the other subset. One of the resistors 408a to 408d can be sufficient for this. If necessary, one of the resistors 408a to 408d can be combined with another resistor thereof.
Anstelle von mindestens einem der Widerstände 406a bis 406d und/oder von mindestens ei nem der Widerstände 408a bis 408d kann ein Kondensator vorgesehen sein. Eine Kombination von einem Widerstand und einem Kondensator kann zu einer verbesserten Temperaturstabilität beitragen. Beispielsweise kann einer der Widerstände 406a und 406c in der Untergruppe der Sekundärwicklungen 404a und 404c durch einen Kondensator ersetzt sein, der zu der entspre chenden Sekundärwicklung in dieser Untergruppe parallel angeordnet ist. Zusätzlich oder alter nativ kann einer der Widerstände 406b und 406d in der Untergruppe der Sekundärwicklungen 404b und 404d durch einen Kondensator ersetzt sein, der zu der entsprechenden Sekun därwicklung in dieser Untergruppe parallel angeordnet ist. Zusätzlich oder alternativ kann ein Widerstand aus den Widerständen 408a bis 408d bereitgestellt sein und es kann ein Kondensa tor anstelle von einem der verbleibenden Widerstände aus 408a bis 408d bereitgestellt sein.A capacitor can be provided instead of at least one of the resistors 406a to 406d and/or at least one of the resistors 408a to 408d. A combination of a resistor and a capacitor can contribute to improved temperature stability. For example, one of the resistors 406a and 406c in the subset of the secondary windings 404a and 404c may be replaced with a capacitor placed in parallel with the corresponding secondary winding in that subset. Additionally or alternatively, one of the resistors 406b and 406d in the subset of the secondary windings 404b and 404d may be replaced with a capacitor placed in parallel with the corresponding secondary winding in that subset. Additionally or alternatively, one resistor may be provided from resistors 408a-408d and a capacitor may be provided in place of any of the remaining resistors from 408a-408d.
Konkrete Werte für Widerstände und Kondensatoren in der Sekundärwicklungsschaltung sind überwiegend vom Layout der Erfassungsvorrichtung 410 bzw. des Erfassungssystems 400 ab hängig. Am Anfang einer Entwicklung können diverse Messungen und/oder Simulationen durchgeführt werden, um Phasenversatz und Offset zu bestimmen. Daraus können dann ge eignete Widerstände und/oder Kondensatoren (auch für Temperaturstabilität) bestimmt werden, so dass durch entsprechende Widerstände und/oder Kondensatoren in der Sekundärwicklungs schaltung ein geeigneter Offsetabgleich und/oder Phasenabgleich gegebenenfalls mit verbes serter Temperaturstabilität erreicht wird. Concrete values for resistors and capacitors in the secondary winding circuit depend primarily on the layout of the detection device 410 and the detection system 400, respectively. At the beginning of a development, various measurements and/or simulations can be carried out be performed to determine phase shift and offset. Suitable resistors and/or capacitors (also for temperature stability) can then be determined from this, so that appropriate resistors and/or capacitors in the secondary winding circuit can achieve a suitable offset adjustment and/or phase adjustment, possibly with improved temperature stability.
Im Hinblick auf Fig. 11 werden nun zu Fig. 9 alternative Ausführungsformen beschrieben, in denen Untergruppen aus Sekundärwicklungen ausgebildet sind, um ein Differentialsignal be reitzustellen. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen zwischen den Fig. 9 und 11 gleiche Merkmale, wobei für eine Beschreibung dieser gleichen Merkmale auf die Beschreibung oben zu Fig. 9 verwiesen wird. Referring now to FIG. 11, alternative embodiments to FIG. 9 will be described in which subsets of secondary windings are formed to provide a differential signal. The same reference symbols between FIGS. 9 and 11 designate the same features, reference being made to the description above for FIG. 9 for a description of these same features.
Fig. 11 zeigt ein Erfassungssystem 600, das sich von dem Erfassungssystem 400 in Fig. 9 durch eine Erfassungsvorrichtung 610 unterscheidet. Genauer unterscheidet sich die Erfas sungsvorrichtung 610 von der Erfassungsvorrichtung 410 in Fig. 9 durch eine Mehrzahl von Primärwicklungen 602 und eine Mehrzahl von Sekundärwicklungen 604, wie nun unten ausführ licher beschrieben wird. FIG. 11 shows a detection system 600 which differs from the detection system 400 in FIG. 9 by a detection device 610 . More specifically, sensing device 610 differs from sensing device 410 in FIG. 9 by having a plurality of primary windings 602 and a plurality of secondary windings 604, as will now be described in more detail below.
Die Mehrzahl von Primärwicklungen 602 weist Primärwicklungen 602a, 602b, 602c und 602d auf, die in Reihe angeordnet sind, wobei die Primärwicklungen 602a und 602b gleichsinnig ge wickelten und derart zueinander in Reihe angeordnet sind, dass beide Wicklungen gleichsinnig von einem an einen Eingangsanschluss der Primärwicklung 602a angelegten Strom durchflos sen werden. Weiterhin sind die Primärwicklungen 602c und 602d zueinander gleichsinnig gewi ckelt in Reihe angeordnet und relativ zu den Primärwicklungen 602a und 602b gegensinnig ge wickelt in Reihe angeordnet, so dass ein an die Primärwicklung 602a angelegter Strom in den Primärwicklungen 602c und 602d relativ zu den Primärwicklungen 602a und 602b gegensinnig fließt. Dabei werden die beiden Primärwicklungen 602c und 602d jedoch gleichsinnig von einem an einen Eingangsanschluss der Primärwicklung 602c angelegten Strom durchflossen. The plurality of primary windings 602 includes primary windings 602a, 602b, 602c and 602d arranged in series, with the primary windings 602a and 602b being co-wound and arranged in series with one another such that both windings are co-sensing from one to one input terminal of the primary winding 602a applied current are traversed sen. Furthermore, the primary windings 602c and 602d are arranged in series with one another wound in the same direction and wound in opposite directions relative to the primary windings 602a and 602b in series, so that a current applied to the primary winding 602a in the primary windings 602c and 602d relative to the primary windings 602a and 602a 602b flows in the opposite direction. However, a current applied to an input connection of the primary winding 602c flows through the two primary windings 602c and 602d in the same direction.
Die Mehrzahl von Sekundärwicklungen 604 weist Sekundärwicklungen 604a, 604b, 604c und 604d auf, die zueinander in einer gleichsinnigen Wicklungsanordnung angeordnet sind, so dass die Sekundärwicklungen 604a und 604b relativ zu den Primärwicklungen 602a und 602b gleichsinnig gewickelt sind, während die Sekundärwicklungen 604c und 604d relativ zu den Primärwicklungen 602c und 604d gegensinnig gewickelt sind. Eine Verschaltung der Sekun därwicklungen 604a und 604c in der Erfassungsvorrichtung 610 mit der elektronischen Schal tung 430 ist derart, dass eine im Betrieb der Erfassungsvorrichtung durch die Primärwicklung 602a erzeugte magnetische Flussdichte (nicht dargestellt) in der zugeordneten Sekundärwick- lung 604a einen Strom erzeugt, der von der Sekundärwicklung 604a an die Sekundärwicklung 604c angelegt wird und diese relativ zum Stromfluss in der Sekundärwicklung 604a gleichsinnig durchfließt. Da jedoch im Spulenpaar aus der Primärwicklung 602c und der Sekundärwicklung 604c die Wicklungen zueinander einen entgegengesetzten Wcklungssinn aufweisen, wird hier ein entgegengesetzt fließender Strom induziert, so dass sich im Betrieb der Erfassungsvorrich tung 610 ein Differentialsignal zwischen Eingangs- und Ausgangsanschluss einer Untergruppe gebildet durch die Sekundärwicklungen 604a und 604c ergibt. Entsprechend gilt für eine Ver schaltung der Sekundärwicklungen 604b und 604d in einer Untergruppe der Erfassungsvorrich tung 610 mit der elektronischen Schaltung 430, dass eine im Betrieb der Erfassungsvorrichtung durch die Primärwicklung 602b erzeugte magnetische Flussdichte (nicht dargestellt) in der zu geordneten Sekundärwicklung 604b ein Strom erzeugt, der von der Sekundärwicklung 604b an die Sekundärwicklung 604d angelegt wird und diese relativ zum Stromfluss in der Sekun därwicklung 604b gleichsinnig durchfließt. Da jedoch im Spulenpaar aus der Primärwicklung 602d und der Sekundärwicklung 604d die Wicklungen zueinander einen entgegengesetzten Wicklungssinn aufweisen, wird hier im Betrieb der Erfassungsvorrichtung 610 durch die Pri märwicklung 602d in der Sekundärwicklung 604d ein entgegengesetzt fließender Strom indu ziert, so dass sich ein Differentialsignal zwischen Eingangs- und Ausgangsanschluss von dieser Untergruppe aus den Sekundärwicklungen 604b und 604d ergibt. The plurality of secondary windings 604 includes secondary windings 604a, 604b, 604c and 604d arranged in a like-wound arrangement with respect to one another such that the secondary windings 604a and 604b are wound in the same sense relative to the primary windings 602a and 602b, while the secondary windings 604c and 604d are wound relative to each other are reverse wound on the primary windings 602c and 604d. An interconnection of the secondary windings 604a and 604c in the detection device 610 with the electronic circuit 430 is such that a magnetic flux density (not shown) generated by the primary winding 602a during operation of the detection device in the associated secondary winding 604a generates a current which is applied from the secondary winding 604a to the secondary winding 604c and flows through it in the same direction relative to the current flow in the secondary winding 604a. However, since the windings in the pair of coils consisting of the primary winding 602c and the secondary winding 604c have opposite winding senses to one another, a current flowing in the opposite direction is induced here, so that during operation of the detection device 610 a differential signal is formed between the input and output connection of a subgroup formed by the secondary windings 604a and 604c. Correspondingly, when the secondary windings 604b and 604d are connected in a subgroup of the detection device 610 to the electronic circuit 430, a magnetic flux density (not shown) generated by the primary winding 602b during operation of the detection device generates a current in the associated secondary winding 604b , which is applied from the secondary winding 604b to the secondary winding 604d and flows through it in the same direction relative to the current flow in the secondary winding 604b. However, since the windings in the pair of coils consisting of the primary winding 602d and the secondary winding 604d have opposite winding senses to one another, an oppositely flowing current is induced here during operation of the detection device 610 through the primary winding 602d in the secondary winding 604d, so that a differential signal is generated between the input - and output terminal from this subset of secondary windings 604b and 604d.
Mit Bezug auf Fig. 11 sind Spulenpaare aus Primärwicklung mit zugeordneter Sekundärwick lung gegeben durch (602a, 604a) und (602b, 604b) und (602c, 604c) und (602d, 604d). Ledig lich in den Spulenpaaren (602a, 604a) und (602b, 604b) sind gleichsinnige Wcklungen vorhan den, während die Wcklungen in den Spulenpaaren (602c, 604c) und (602d, 604d) zueinander gegensinnig sind. Weiterhin ist die Mehrzahl von Sekundärwicklungen 604 in zwei Untergrup pen [604a, 604c] und [604b, 604d] unterteilt, wobei die Wicklungen in einer Untergruppe zuei nander in Reihe angeordnet sind und gleichsinnig von einem an die Untergruppe angelegten Strom durchflossen werden. Referring to Figure 11, coil pairs of primary winding with associated secondary winding are given by (602a, 604a) and (602b, 604b) and (602c, 604c) and (602d, 604d). Windings in the same direction are only present in the coil pairs (602a, 604a) and (602b, 604b), while the windings in the coil pairs (602c, 604c) and (602d, 604d) are in opposite directions to one another. Furthermore, the plurality of secondary windings 604 is divided into two subgroups [604a, 604c] and [604b, 604d], the windings in a subgroup being arranged in series with one another and being traversed in the same direction by a current applied to the subgroup.
Im Hinblick auf Fig. 12 werden nun zu den Fig. 9 und 11 weitere alternative Ausführungsformen beschrieben, in denen Untergruppen aus Sekundärwicklungen ausgebildet sind, um ein Diffe rentialsignal bereitzustellen. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen zwischen den Fig. 9, 11 und 12 gleiche Merkmale, wobei für eine Beschreibung dieser gleichen Merkmale auf die Be schreibung oben zu Fig. 9 verwiesen wird. 12, further alternative embodiments will now be described to FIGS. 9 and 11 in which subsets of secondary windings are formed to provide a differential signal. The same reference symbols between FIGS. 9, 11 and 12 designate the same features, reference being made to the description above for FIG. 9 for a description of these same features.
Fig. 12 zeigt ein Erfassungssystem 700, das sich von dem Erfassungssystem 400 in Fig. 9 durch eine Erfassungsvorrichtung 710 unterscheidet. Genauer unterscheidet sich die Erfas sungsvorrichtung 710 von der Erfassungsvorrichtung 410 in Fig. 9 durch eine Mehrzahl von Primärwicklungen 702 und eine Mehrzahl von Sekundärwicklungen 704, wie nun unten ausführ licher beschrieben wird. FIG. 12 shows a detection system 700 which differs from the detection system 400 in FIG. 9 by a detection device 710 . More specifically, the detection device 710 differs from the detection device 410 in FIG. 9 by a plurality of primary windings 702 and a plurality of secondary windings 704, as will now be described in more detail below.
Die Mehrzahl von Primärwicklungen 702 weist Primärwicklungen 702a, 702b, 702c und 702d auf, die in Reihe angeordnet sind, wobei die Primärwicklungen 702a und 702c gleichsinnig ge wickelten und derart zueinander in Reihe angeordnet sind, dass beide Wicklungen gleichsinnig von einem an einen Eingangsanschluss der Primärwicklung 702a angelegten Strom durchflos sen werden. Weiterhin sind die Primärwicklungen 702b und 702d zueinander gleichsinnig gewi ckelt in Reihe angeordnet und relativ zu den Primärwicklungen 702a und 702c gegensinnig ge wickelt in Reihe angeordnet, so dass ein an die Primärwicklung 702a angelegter Strom in den Primärwicklungen 702b und 702d relativ zu den Primärwicklungen 702a und 702c gegensinnig fließt. Dabei werden die beiden Primärwicklungen 702b und 702d jedoch gleichsinnig von ei nem an einen Eingangsanschluss der Primärwicklung 702b angelegten Strom durchflossen. Die Primärwicklungen 702a bis 704d sind in Reihe angeordnet und weisen in dieser Anordnung eine alternierende Wcklungsorientierung auf. The plurality of primary windings 702 includes primary windings 702a, 702b, 702c and 702d arranged in series, with the primary windings 702a and 702c being co-wound and arranged in series with one another such that both windings are co-sensing from one to one input terminal of the primary winding 702a applied current are traversed. Furthermore, the primary windings 702b and 702d are arranged in series with one another wound in the same direction and wound in opposite directions relative to the primary windings 702a and 702c in series, so that a current applied to the primary winding 702a in the primary windings 702b and 702d relative to the primary windings 702a and 702a 702c flows in the opposite direction. In this case, however, a current applied to an input connection of the primary winding 702b flows through the two primary windings 702b and 702d in the same direction. The primary windings 702a through 704d are arranged in series and in this arrangement have an alternating winding orientation.
Die Mehrzahl von Sekundärwicklungen 704 weist Sekundärwicklungen 704a, 704b, 704c und 704d auf, die zueinander in einer alternierenden Wicklungsorientierung angeordnet sind, die der alternierenden Wcklungsorientierung der Primärwicklungen 702a bis 702d entspricht, so dass die Sekundärwicklungen 704a und 704c relativ zu den Primärwicklungen 702a und 702c gleich sinnig gewickelt sind, die Sekundärwicklungen 704b und 704d relativ zu den Primärwicklungen 702b und 704d gleichsinnig gewickelt sind und die Sekundärwicklungen 704a und 704c relativ zu Sekundärwicklungen 704b und 704d gegensinnig gewickelt sind. Eine Verschaltung der Se kundärwicklungen 704a und 704c in der Erfassungsvorrichtung 710 mit der elektronischen Schaltung 430 ist derart, dass eine im Betrieb der Erfassungsvorrichtung durch die Primärwick lung 702a erzeugte magnetische Flussdichte (nicht dargestellt) in der zugeordneten Sekun därwicklung 704a einen Strom erzeugt, der von der Sekundärwicklung 704a an die Sekun därwicklung 704c angelegt wird und diese relativ zum Stromfluss in der Sekundärwicklung 704a gleichsinnig durchfließt. Da jedoch die Primärwicklung 702c zu der Sekundärwicklung 704a die einen entgegengesetzten Wcklungssinn aufweist, wird durch die Primärwicklung 702c ein magnetisches Feld erzeugt, das in der Sekundärwicklung 704c einen entgegengesetzt fließen den Strom induziert, so dass sich im Betrieb der Erfassungsvorrichtung 710 ein Differentialsig nal zwischen Eingangs- und Ausgangsanschluss einer Untergruppe gebildet durch die Sekun därwicklungen 704a und 704c ergibt. Entsprechend gilt für eine Verschaltung der Sekun därwicklungen 704b und 704d in einer Untergruppe der Erfassungsvorrichtung 710 mit der elektronischen Schaltung 430, dass eine im Betrieb der Erfassungsvorrichtung durch die Pri märwicklung 702b erzeugte magnetische Flussdichte (nicht dargestellt) in der zugeordneten Sekundärwicklung 704b ein Strom erzeugt, der von der Sekundärwicklung 704b an die Sekun därwicklung 704d angelegt wird und diese relativ zum Stromfluss in der Sekundärwicklung 704b gleichsinnig durchfließt. Da jedoch im Spulenpaar aus der Primärwicklung 702d und der Sekun därwicklung 704d die Wicklungen einen Wcklungssinn aufweisen, der zu dem Wicklungssinn der Sekundärwicklung 704b entgegengesetzt orientiert ist, wird hier im Betrieb der Erfassungs vorrichtung 710 durch die Primärwicklung 702d in der Sekundärwicklung 704d ein relativ zu dem Spulenpaar aus Primärwicklung 702b und Sekundärwicklung 704b entgegengesetzt flie ßender Strom induziert, so dass sich auch hier ein Differentialsignal zwischen Eingangs- und Ausgangsanschluss dieser Untergruppe aus den Sekundärwicklungen 704b und 704d ergibt.The plurality of secondary windings 704 includes secondary windings 704a, 704b, 704c, and 704d arranged in an alternating winding orientation with respect to one another that corresponds to the alternating winding orientation of the primary windings 702a through 702d such that the secondary windings 704a and 704c are positioned relative to the primary windings 702a and 702c are co-wound, secondary windings 704b and 704d are co-wound relative to primary windings 702b and 704d, and secondary windings 704a and 704c are counter-wound relative to secondary windings 704b and 704d. The secondary windings 704a and 704c in the detection device 710 are connected to the electronic circuit 430 in such a way that a magnetic flux density (not shown) generated by the primary winding 702a during operation of the detection device generates a current in the associated secondary winding 704a of the secondary winding 704a is applied to the secondary winding 704c and flows through it in the same direction relative to the current flow in the secondary winding 704a. However, since the primary winding 702c has an opposite winding sense to the secondary winding 704a, a magnetic field is generated by the primary winding 702c, which induces a current flowing in the opposite direction in the secondary winding 704c, so that during operation of the detection device 710 a differential signal is generated between the input - and output terminal of a subgroup formed by the secondary windings 704a and 704c results. Correspondingly, when the secondary windings 704b and 704d are interconnected in a subgroup of the detection device 710 with the electronic circuit 430, a magnetic flux density (not shown) generated by the primary winding 702b during operation of the detection device must be in the associated Secondary winding 704b generates a current which is applied from the secondary winding 704b to the secondary winding 704d and flows through it in the same direction relative to the current flow in the secondary winding 704b. However, since the windings in the pair of coils consisting of the primary winding 702d and the secondary winding 704d have a winding sense which is oriented in the opposite direction to the winding sense of the secondary winding 704b, here, during operation of the detection device 710, the primary winding 702d in the secondary winding 704d creates a relative to the Coil pair consisting of primary winding 702b and secondary winding 704b is induced by current flowing in opposite directions, so that here too a differential signal results between the input and output connection of this subgroup from the secondary windings 704b and 704d.
Mit Bezug auf Fig. 12 sind Spulenpaare aus Primärwicklung mit zugeordneter Sekundärwick lung gegeben durch (702a, 704a) und (702b, 704b) und (702c, 704c) und (702d, 704d), wobei die Spulenpaare (702a, 704a) und (702c, 704c) zueinander gleichsinnige Wcklungen aufwei sen und die Spulenpaare (702b, 704a) und (702d, 704c) zueinander gleichsinnige Wcklungen, die zu den Spulenpaaren (702a, 704a) und (702c, 704c) entgegengesetzten Wicklungssinn aufweisen bzw. zueinander gegensinnig sind. Weiterhin ist die Mehrzahl von Sekundärwicklun gen 704 in zwei Untergruppen [704a, 704c] und [704b, 704d] unterteilt, wobei die Wicklungen in einer Untergruppe zueinander in Reihe angeordnet sind und von einem an die Untergruppe angelegten Strom gleichsinnig durchflossen werden. Referring to Fig. 12, coil pairs of primary winding with associated secondary winding are given by (702a, 704a) and (702b, 704b) and (702c, 704c) and (702d, 704d), coil pairs (702a, 704a) and ( 702c, 704c) have windings in the same sense as one another and the coil pairs (702b, 704a) and (702d, 704c) have windings in the same sense as one another, which have the opposite winding sense to the coil pairs (702a, 704a) and (702c, 704c) or are in opposite senses to one another . Furthermore, the plurality of secondary windings 704 is divided into two subgroups [704a, 704c] and [704b, 704d], the windings in a subgroup being arranged in series with one another and a current applied to the subgroup flowing through them in the same direction.
Mit Bezug auf Fig. 11 werden weitere anschauliche Ausgestaltungen beschrieben, wobei zu sätzliche Spulenpaare zu der Erfassungsvorrichtung 710 hinzugefügt sind, um eine symmetri sche Kopplung der endseitigen Spulenpaare gebildet aus den Wcklungen 702a, 704a, 702d und 704d bereitzustellen. Dies erlaubt eine Vermeidung eines Offsets in den von der Erfas sungsvorrichtung 710 ausgegeben Signalen, ohne dass zusätzliche elektrische Komponenten entsprechend den Widerständen 406a bis 406d und/oder entsprechende Kondensatoren erfor derlich sind. Andererseits werden zusätzliche Sekundärwicklungen 704e und 704f neben den Sekundärwicklungen 704a und 704d vorgesehen, so dass die Sekundärwicklungen 704a und 704d nun jeweils zwischen zwei Sekundärwicklungen (704e und 704b im Falle der Sekun därwicklung 704a und 704f und 704c im Falle der Sekundärwicklung 704d) angeordnet sind. Dadurch kann ein Aufwand für eine Bereitstellung an wenigstens einem geeignet bestimmten Widerstand und/oder Kondensator entsprechend den Elementen 406a bis 406d auf Kosten ei nes zusätzlichen Raumbedarfs für die zusätzlichen Primärwicklungen 702e und 702f vermieden werden. Hinsichtlich der Sekundärwicklungen 704e und 704f können diese unverbunden sein, so dass eine aktive Verschaltung dieser Elemente in einer Sekundärwicklungsschaltung nicht erforderlich ist, wobei jedoch den nicht verbundenen Sekundärwicklungen 704e und 704f je weils eine Primärwicklung 702e und 702f zugeordnet ist, die damit ein Spulenpaar bildet. Hinsichtlich zusätzlicher Primärwicklungen 702e und 702f können diese zu den bestehenden Primärwicklungen 702a bis 702d entsprechend in Reihe angeordnet sein, so dass weiterhin eine Wicklungsanordnung mit alternierendem Wicklungssinn entlang der Mehrzahl von Pri märwicklungen 702 realisiert wird. Referring to FIG. 11, further illustrative embodiments are described wherein additional coil pairs are added to sensing device 710 to provide symmetrical coupling of end coil pairs formed of windings 702a, 704a, 702d and 704d. This allows an avoidance of an offset in the signals output by the detection device 710 without the need for additional electrical components corresponding to the resistors 406a to 406d and/or corresponding capacitors. On the other hand, additional secondary windings 704e and 704f are provided adjacent to secondary windings 704a and 704d so that secondary windings 704a and 704d are now each sandwiched between two secondary windings (704e and 704b in the case of secondary winding 704a and 704f and 704c in the case of secondary winding 704d). As a result, the expense of providing at least one suitably determined resistor and/or capacitor corresponding to elements 406a to 406d can be avoided at the expense of an additional space requirement for the additional primary windings 702e and 702f. With regard to the secondary windings 704e and 704f, these can be unconnected, so that an active connection of these elements in a secondary winding circuit is not required, but the unconnected secondary windings 704e and 704f are each assigned a primary winding 702e and 702f, which forms a coil pair therewith. With regard to additional primary windings 702e and 702f, these can be arranged in series with the existing primary windings 702a to 702d, so that a winding arrangement with alternating winding senses along the plurality of primary windings 702 is implemented.
Die mit Bezug auf Fig. 12 beschriebenen zusätzlichen Wcklungen sind nicht auf die in Fig. 12 dargestellte Ausführungsform beschränkt und können ebenfalls im Zusammenhang mit den in den Fig. 9 und 11 dargestellten Ausführungsformen entsprechend der obigen Beschreibung bereitgestellt sein. Beispielsweise würde dazu in Fig. 9 eine Kopie des Spulenpaares (702f, 704f) aus Fig. 12 rechts des Spulenpaares (402a, 404a) in Fig. 9 und links des Spulenpaares (402d, 404d) in Fig. 9 entsprechend der Darstellung in Fig. 12 ausgebildet. Hinsichtlich Fig. 11 würde dazu eine Kopie des Spulenpaares (702f, 704f) aus Fig. 12 rechts des Spulenpaares (602a, 604a) in Fig. 9 ausgebildet, während links des Spulenpaares (602d, 604d) in Fig. 11 ein Spulenpaar entsprechend dem Spulenpaar (602d, 604d) als zusätzliches Spulenpaar mit un verbundener zusätzlicher Sekundärwicklung ausgebildet würde. The additional windings described with reference to Fig. 12 are not limited to the embodiment shown in Fig. 12 and may also be provided in connection with the embodiments shown in Figs. 9 and 11 as described above. For example, in Fig. 9 a copy of the pair of coils (702f, 704f) from Fig. 12 would be placed to the right of the pair of coils (402a, 404a) in Fig. 9 and to the left of the pair of coils (402d, 404d) in Fig. 9 in accordance with the representation in Fig 12 trained. With respect to FIG. 11, a copy of the pair of coils (702f, 704f) of FIG. 12 would be formed to the right of the pair of coils (602a, 604a) in FIG Coil pair (602d, 604d) would be formed as an additional pair of coils with un connected additional secondary winding.
Im Hinblick auf die Fig. 9, 11 und 12 sind verschiedene Ausführungsformen beschrieben, in denen Primärwicklungen und Sekundärwicklungen jeweils mit einem bestimmten Wicklungssinn bzw. Windungssinn derart gekoppelt und/oder verschaltet sind, so dass in den Primärwicklun gen, die einer Untergruppe von Sekundärwicklungen zugeordnet sind, jeweils ein magnetisches Feld erzeugt wird, das in der jeweiligen zugeordneten Sekundärwicklung der Untergruppe eine Spannung derart induziert, dass an Anschlussenden der Untergruppe zur elektronischen Schal tung 430 eine Spannungsdifferenz aus den Spannungen auftritt, die in den Sekundärwicklungen entsprechend induziert werden. With regard to FIGS. 9, 11 and 12, various embodiments are described in which primary windings and secondary windings are each coupled and/or interconnected with a specific winding direction or winding sense in such a way that in the primary windings they are assigned to a subgroup of secondary windings are, in each case a magnetic field is generated which induces a voltage in the respective associated secondary winding of the sub-assembly such that a voltage difference occurs at connection ends of the sub-assembly to the electronic circuit 430 from the voltages which are correspondingly induced in the secondary windings.
Mit Bezug auf Fig. 13 ist eine Primärwicklungsschaltung 801 gemäß einigen anschaulichen Ausführungsformen dargestellt. Die Primärwicklungsschaltung 801 umfasst eine Mehrzahl von Primärwicklungen 802 und einen Kondensator 807, die mit Anschlüssen Osz der elektronischen Schaltung 430 verbunden sind, die schon oben beschrieben wurde. Die Primärwicklungsschal tung 801 kann eine Resonatorschaltung mit einer durch die Mehrzahl von Primärwicklungen 802 und den Kondensator 807 bestimmte Resonzfrequenz aufweist und durch die elektronische Schaltung 430 betrieben wird. Beispielsweise umfasst die elektronische Schaltung 430 eine elektrische Energiequelle oder ist dazu in der Lage, an den Anschlüssen Osz eine elektrische Energie bereitzustellen, so dass in der Primärwicklungsschaltung 801 geeignet mit elektrischer Energie versorgt wird. Mit Bezug auf Fig. 13 weist die Mehrzahl von Primärwicklungen 802 eine Parallelschaltung von Primärwicklungen 802a bis 802d auf. Beispielsweise sind die Primärwicklungen 802a bis 802c zu der mit den Anschlüssen verbundenen Primärwicklung 802d parallel angeordnet. Referring to FIG. 13, a primary winding circuit 801 is illustrated in accordance with some illustrative embodiments. The primary winding circuit 801 comprises a plurality of primary windings 802 and a capacitor 807 connected to terminals Osz of the electronic circuit 430 already described above. The primary winding circuit 801 may have a resonator circuit having a resonant frequency determined by the plurality of primary windings 802 and the capacitor 807 and operated by the electronic circuit 430 . For example, the electronic circuit 430 comprises an electrical energy source or is capable of providing electrical energy at the terminals Osz, so that the primary winding circuit 801 is suitably supplied with electrical energy. Referring to FIG. 13, the plurality of primary windings 802 includes a parallel connection of primary windings 802a through 802d. For example, the primary windings 802a through 802c are arranged in parallel with the primary winding 802d connected to the terminals.
Die Primärwicklungsschaltung 802 kann in einer Erfassungsvorrichtung vorgesehen sein, wie oben mit Bezug auf eine der Fig. 9, 11 und 12 beschrieben ist, wobei die Mehrzahl von Pri märwicklungen, die oben mit Bezug und die Geberstruktur auf eine der Fig. 9, 11 und 12 be schrieben ist, durch die Mehrzahl von Primärwicklungen 802 aus Fig. 13 ersetzt wird. Alternativ kann wenigstes eine der Primärwicklungen 802a bis 802d anstelle von wenigstens einer der Primärwicklungen 402a bis 402d in Fig. 9 oder wenigstens einer der Primärwicklungen 602a bis 602d in Fig. 11 oder wenigstens einer der Primärwicklungen 702a bis 702d entsprechend er setzt werden, so dass dies wenigstens eine ersetzte Primärwicklung in den Fig. 9, 11 und 12 nicht mehr in Reihe angeordnet ist, sondern gemäß der Darstellung in Fig. 13 parallel angeord net ist. The primary winding circuit 802 may be provided in a sensing device as described above with reference to any one of FIGS. 9, 11 and 12, with the plurality of primary windings described above with reference and the transmitter structure to any one of FIGS. 9, 11 and 12 is replaced by the plurality of primary windings 802 of FIG. Alternatively, at least one of the primary windings 802a through 802d can be substituted for at least one of the primary windings 402a through 402d in FIG. 9 or at least one of the primary windings 602a through 602d in FIG at least one replaced primary winding is no longer arranged in series in FIGS. 9, 11 and 12, but is arranged in parallel as shown in FIG.
Mit Bezug auf Fig. 10 ist schematisch eine Schnittansicht durch ein Erfassungssystem 500 ge mäß einigen anschaulichen Ausführungsformen dargestellt, welches in einem Rotorlagegeber verwendet werden kann, beispielsweise einem der Rotorlagegeber, die mit Bezug auf die Fig. 1a, 1b und 2 oben beschrieben sind. Das Erfassungssystem umfasst eine Erfassungsvorrich tung 530 mit einer Leiterplatte 501 und ein Geberelement 520 mit einer Geberstruktur (nicht dargestellt). Die Geberstruktur 520 und die Erfassungsvorrichtung 510 sind voneinander unter einem Abstand d beabstandet. Beispielweise kann d in einem Bereich von 0,5 mm bis 5 mm liegen, vorzugsweise in einem Bereich von 1 mm bis 3 mm, weiter bevorzugt in einem Bereich von 1,5 mm bis 2,5mm. Referring to FIG. 10, there is schematically shown a sectional view through a sensing system 500 that may be used in a rotor position sensor, such as one of the rotor position sensors described with reference to FIGS. 1a, 1b and 2 above, according to some illustrative embodiments. The detection system comprises a detection device 530 with a printed circuit board 501 and a transmitter element 520 with a transmitter structure (not shown). The transmitter structure 520 and the sensing device 510 are spaced from each other by a distance d. For example, d can be in a range from 0.5 mm to 5 mm, preferably in a range from 1 mm to 3 mm, more preferably in a range from 1.5 mm to 2.5 mm.
Die Leiterplatte 501 umfasst, wie in Fig. 10 schematisch dargestellt ist, eine Primärwicklung 502 und eine Sekundärwicklung 504. Optional kann, wie in Fig. 10 dargestellt ist, ferner in die Lei terplatte 501 eine elektronische Schaltung 530 integriert sein, die durch eine optionale Abschir mung 540 (z.B. eine Folie oder Lage aus einem elektrisch leitfähigen Material, welches mit ei nem Referenzpotential verbunden, beispielsweise Masse, oder unverbunden bzw. elektrisch schwebend sein kann) gegenüber den Wicklungen 502 und 504 abgeschirmt sein kann. The printed circuit board 501 includes, as shown schematically in FIG. 10, a primary winding 502 and a secondary winding 504. Optionally, as shown in FIG Shield 540 (eg, a foil or sheet of electrically conductive material that may be connected to a reference potential, such as ground, or unconnected or electrically floating) may be shielded from windings 502 and 504 .
In einigen anschaulichen Ausführungsformen kann die Leiterplatte 501 mehrlagig ausgebildet sein, so dass die Wcklungen 502 und 504, die (optionale) Abschirmung 540 und die elektroni sche Schaltung 530 in verschiedenen Lagen übereinander angeordnet sein können. Alternativ können die Wicklungen 502 und 504 in ein erstes Leiterplattenelement und die elektronische Schaltung 530 in ein separates zweites Leiterplattenelement integriert sein, wobei beide Leiter- Plattenelemente über elektrische Verbinder miteinander verbunden sein können. Hierbei kann eine Orientierung einer Normalen zu einer Leiterplattenfläche des ersten Leiterplattenelements, die einer Wicklungsfläche des ersten Leiterplattenelements entspricht, im Wesentlichen senk recht zu einer Flächennormalen des zweiten Leiterplattenelements sein. Diese Konfiguration kann in einer Anwendung gemäß dem Rotorlagegeber in Fig. 2 eingesetzt werden. In some illustrative embodiments, circuit board 501 may be multi-layered such that windings 502 and 504, (optional) shield 540, and electronic circuitry 530 may be stacked in various layers. Alternatively, the windings 502 and 504 can be integrated into a first printed circuit board element and the electronic circuit 530 can be integrated into a separate second printed circuit board element, with both conductor Plate elements can be connected to each other via electrical connectors. In this case, an orientation of a normal to a circuit board surface of the first circuit board element, which corresponds to a winding surface of the first circuit board element, can be essentially perpendicular to a surface normal of the second circuit board element. This configuration can be used in an application according to the rotor position sensor in FIG.
In einigen anschaulichen Ausführungsformen kann die elektronische Schaltung 530 mehrlagig ausgebildet sein, beispielsweise in zwei Ebene mit Schaltungsebenen 530a und 530b ausgebil det sein. Dabei kann beispielsweise in der Schaltungsebene 530a ein Teil der Sekundärwick lungsschaltung umfassend die Widerstände und Kondensatoren, die im Zusammenhang mit den Fig. 9, 11 und/oder 12 oben beschrieben sind, implementiert sein. Die Schaltungsebene 530b kann beispielsweise der elektronischen Schaltung 430 aus wenigstens einer der Fig. 9, 11 und 12 entsprechen. In some illustrative embodiments, the electronic circuit 530 can be multi-layered, for example in two levels with circuit levels 530a and 530b. In this case, for example, part of the secondary winding circuit including the resistors and capacitors that are described above in connection with FIGS. 9, 11 and/or 12 can be implemented in the circuit level 530a. The circuit level 530b can correspond to the electronic circuit 430 from at least one of FIGS. 9, 11 and 12, for example.
Die Sekundärwicklungen 504 können, wie in Fig. 10 dargestellt ist, mehrlagig ausgebildet sein, beispielsweise Wndungslagen 504-1 und 504-2 umfassen oder mehr Schichten aufweisen. Die Windungslagen 504-1 und 504-2 können voneinander um beispielsweise 0,05 mm bis 0,2 mm beabstandet sein. Ein Abstand kann beispielsweise etwa 100 pm betragen. As shown in FIG. 10, the secondary windings 504 can have a multi-layer design, for example can include winding layers 504-1 and 504-2 or have more layers. The winding layers 504-1 and 504-2 can be spaced apart from each other by, for example, 0.05 mm to 0.2 mm. A distance can be about 100 μm, for example.
Die Primärwicklung 502 ist zwar in Fig. 10 einlagig dargestellt, diese stellt jedoch keine Be schränkung dar und stattdessen kann die Primärwicklung 502 mehrlagig ausgebildet sein. Ein Abstand zwischen einzelnen Lagen kann entsprechend einem Abstand zwischen einzelnen Windungslagen der Sekundärwicklung 504 ausgebildet sein. Die Sekundärwicklung 504 und die Primärwicklung 502 können voneinander um beispielsweise 0,05 mm bis 0,2 mm beabstandet sein. Ein Abstand kann beispielsweise etwa 100 pm betragen. Although the primary winding 502 is shown as a single layer in FIG. 10, this is not a limitation and instead the primary winding 502 can be multi-layered. A distance between individual layers can be formed corresponding to a distance between individual winding layers of the secondary winding 504 . The secondary winding 504 and the primary winding 502 may be spaced from each other by, for example, 0.05 mm to 0.2 mm. A distance can be about 100 μm, for example.
Die Primärwicklung 502 kann entsprechen einer oben beschriebenen Primärwicklung ausgebil det sein. Beispielsweise kann in der Leiterplatte 501 lediglich eine einzelne Primärwicklung an hand der Primärwicklung 502 ausgebildet sein. Alternativ kann die Primärwicklung 502 eine Primärwicklung aus einer Mehrzahl von Primärwicklungen darstellen. In anschaulichen Beispie len, und wie weiter oben im Zusammenhang mit einigen anschaulichen Ausführungsformen beschrieben ist, kann die Primärwicklung 502 mit der Sekundärwicklung 504 in einem Spulen paar angeordnet sein. Beispielsweise können in der Leiterplatte 501 mehrere Spulenpaare senkrecht zu der in der Schnittdarstellen gezeigten Papierebene (entspricht einer Dickenrich tung der Leiterplatte 501) verteilt angeordnet sein. Zwischen der Primärwicklung 502 und der (optionalen) Abschirmung 540 kann ein Abstand aus einem Bereich von etwa 1 mm bis etwa 2 mm ausgebildet sein. Beispielsweise kann ein Ab stand von etwa 1,7 mm vorhanden sein. The primary winding 502 can be configured in accordance with a primary winding described above. For example, only a single primary winding based on primary winding 502 can be formed in printed circuit board 501 . Alternatively, the primary winding 502 may represent one of a plurality of primary windings. In illustrative examples, and as described above in connection with some illustrative embodiments, primary winding 502 may be paired with secondary winding 504 . For example, in the printed circuit board 501, a plurality of coil pairs can be distributed perpendicularly to the plane of the paper shown in the sectional representation (corresponds to a thickness direction of the printed circuit board 501). A spacing ranging from about 1 mm to about 2 mm may be formed between the primary winding 502 and the (optional) shield 540 . For example, there can be a distance of about 1.7 mm.
Zwischen der (optionalen) Abschirmung 540 und der elektronischen Schaltung 530 kann ein Abstand aus einem Bereich von etwa 0,05 mm bis 0,2 mm ausgebildet sein. Der Abstand kann beispielsweise etwa 100 pm betragen. A spacing in a range of approximately 0.05 mm to 0.2 mm may be formed between the (optional) shield 540 and the electronic circuitry 530 . The distance can be about 100 μm, for example.
Zwischen einzelnen Lagen der elektronischen Schaltung 530 kann ein Abstand aus einem Be reich von etwa 0,05 mm bis 0,2 mm ausgebildet sein. Der Abstand kann beispielsweise etwa 100 pm betragen. Between individual layers of the electronic circuit 530, a distance ranging from about 0.05 mm to 0.2 mm can be formed. The distance can be about 100 μm, for example.
Hinsichtlich der in den verschiedenen anschaulichen Ausführungsformen oben sind Wicklungen anhand von Primär- und Sekundärwicklungen beschrieben. Wenigstens ein Teil dieser Wick lungen kann beispielsweise als eine Luftspule ausgebildet sein. Dies bedeutet, dass kein mag netisierbarer Kern vorgesehen ist. With respect to the various illustrative embodiments above, windings are described in terms of primary and secondary windings. At least part of these windings can be designed as an air coil, for example. This means that no magnetizable core is provided.
Hinsichtlich einiger anschaulicher Ausführungsformen sind oben „sinusförmige“ Spulen be schrieben. Dabei wird unter den Begriff „sinusförmig“ auch eine „cosinusförmige“ Gestalt fallend angesehen, da Sinus und Cosinus für einen Winkel cp bekanntermaßen durch eine Phasenver schiebung um 90° auseinander hervorgehen: cos cp = sin (cp+90°). In terms of some illustrative embodiments, "sinusoidal" coils are described above. The term "sinusoidal" also includes a "cosinusoidal" shape, since sine and cosine for an angle cp are known to result from a phase shift of 90° apart: cos cp = sin (cp+90°).
Der Begriff „im Wesentlichen“ soll zum Ausdruck bringen, dass auch Abweichungen und Modifi kationen möglich sind, die die Funktion oder den zu erzielenden Effekt wenig bis gar nicht be einflussen. Dabei werden Abweichungen in einem Bereich von 50%, etwa von höchstens 25% oder von höchstens 15% oder von höchstens 10% oder von höchstens 5% oder von höchstens 1% als tolerierbar angesehen. The term "essentially" is intended to express the fact that deviations and modifications are also possible that have little or no effect on the function or the effect to be achieved. Deviations in a range of 50%, such as a maximum of 25% or a maximum of 15% or a maximum of 10% or a maximum of 5% or a maximum of 1% are considered tolerable.
Im Hinblick auf verschiedene Ausführungsformen einer Erfassungsvorrichtung mit in Untergrup pe verschalteten Sekundärwicklungen ist allgemein aus der obigen Beschreibung zu entneh men, dass Primärwicklungen und Sekundärwicklungen jeweils mit einem bestimmten Wick lungssinn bzw. Windungssinn derart gekoppelt und/oder verschaltet sein können, so dass in jeder der Primärwicklungen, die einer bestimmten Untergruppe von Sekundärwicklungen zuge ordnet sind, jeweils ein magnetisches Feld erzeugt wird, das wiederrum in der jeweiligen zuge ordneten Sekundärwicklung dieser bestimmten Untergruppe eine Spannung derart induziert, dass an Anschlussenden dieser bestimmten Untergruppe zur elektronischen Schaltung 430 eine Spannungsdifferenz aus den Spannungen auftritt, die in den einzelnen Sekundärwicklun gen dieser bestimmten Untergruppe entsprechend induziert werden. Es werden in dieser Beschreibung verschiedene Ausführungsformen einer Erfassungsvorrich tung für einen Lagegeber offenbart, wie z.B. einen Rotorlagegeber oder allgemein einen Lage geber, der nicht eine Lage eines Rotors einer elektrischen Maschine, sondern eine Lage eines beliebigen rotierenden Teils erfasst, wie etwa eines Teils, das beispielsweise über ein Getriebe an einen Rotor einer elektrischen Maschine angeflanscht ist, oder ein rotierendes Teil, welches nur in einem begrenzten Winkelbereich oder kontinuierlich rotiert. With regard to various embodiments of a detection device with secondary windings connected in subgroups, it can be generally inferred from the above description that primary windings and secondary windings can each be coupled and/or connected with a specific winding sense or winding direction in such a way that in each of the Primary windings, which are assigned to a specific subgroup of secondary windings, a magnetic field is generated in each case, which in turn induces a voltage in the respective assigned secondary winding of this specific subgroup in such a way that at the connection ends of this specific subgroup to the electronic circuit 430, a voltage difference from the voltages occurs, which are correspondingly induced in the individual secondary windings of this particular subgroup. This description discloses various embodiments of a detection device for a position sensor, such as a rotor position sensor or, in general, a position sensor that does not detect a position of a rotor of an electrical machine, but rather a position of any rotating part, such as a part that For example, is flanged to a rotor of an electrical machine via a gear, or a rotating part which rotates only in a limited angular range or continuously.
In einigen dieser anschaulichen Ausführungsformen umfasst diese Erfassungsvorrichtung eine Leiterplatte, eine Mehrzahl von Primärwicklungen und eine Mehrzahl von Sekundärwicklungen, wobei die Mehrzahl von Primärwicklungen und/oder die Mehrzahl von Sekundärwicklungen in die Leiterplatte integriert oder daran angebracht sind, und wobei je eine Primärwicklung und je eine Sekundärwicklung in einem Spulenpaar angeordnet sind, so dass die Wicklungen in jedem Spulenpaar eine maximale induktive Kopplung im Vergleich zu einer induktiven Kopplung zwi schen einer Wcklung aus diesem Spulenpaar und einer Wcklung aus einem anderen Spulen paar aufweisen. In anschaulichen Beispielen hierin können die Sekundärwicklungen in der Lei terplatte in einer Sekundärwicklungsschaltung mit weiteren in die Leiterplatte integrierten elektrischen und/oder elektronischen Komponenten wenigstens teilweise miteinander verschal tet sein oder die Sekundärwicklungen können in der Leiterplatte unverbunden bereitgestellt sein, so dass eine Verschaltung der Sekundärwicklungen über elektrische und/oder elektroni sche Komponenten erfolgt, die von außen mit der Leiterplatte verbunden sind. Zusätzlich oder alternativ können die Primärwicklungen mit weiteren in die Leiterplatte integrierten elektrischen und/oder elektronischen Komponenten wenigstens teilweise miteinander verschaltet sein oder die Primärwicklungen können in der Leiterplatte unverbunden bereitgestellt sein, so dass eine Verschaltung der Sekundärwicklungen über elektrische und/oder elektronische Komponenten erfolgt, die von außen mit der Leiterplatte verbunden sind. Diese Erfassungsvorrichtung kann aufgrund der einzelnen Spulenpaare kompakter ausgestaltet sein, da durch die Spulenpaare ein großflächiges Spulendesign vermieden wird, so dass eine entsprechende Erfassungsvor richtung kompakter ausgeführt werden kann. Weiterhin erhöht sich durch die Vermeidung von großflächigen Spulen die Störfestigkeit der Erfassungsvorrichtung gegenüber elektromagneti schen Feldern, da kleinere Spulenflächen bereitgestellt werden, so dass hier weniger Störfelder durch die Wcklungen eingefangen werden. Außerdem weisen die Spulenpaare gegenüber ei ner Anordnung mit Spulen mit großflächigem Spulendesign eine verbesserte Kopplung auf, so dass hier weniger Verstärkung der in den Sekundärwicklungen induzierten Messsignale erfor derlich ist, was zu einer kompakten Auslegung von Erfassungsvorrichtungen beiträgt. Damit ergibt sich die Möglichkeit, die Erfassungsvorrichtung besser an vorgegebene Bauräume anzu- passen und/oder vorgegebene Bauräume optimal auszunutzen, beispielswiese in dem zusätz lich zu der Erfassungsvorrichtung noch weitere Komponenten in die vorgegebenen Bauräume integriert werden können. Andererseits erlauben die Spulenpaare eine bessere EMV, da auf grund eines kompakten Designs eine geringere Abstrahlung durch die Erfassungsvorrichtung möglich ist. In some of these illustrative embodiments, this sensing device includes a circuit board, a plurality of primary windings and a plurality of secondary windings, wherein the plurality of primary windings and/or the plurality of secondary windings are integrated into or attached to the circuit board, and each having a primary winding and a Secondary winding are arranged in a pair of coils so that the windings in each pair of coils have a maximum inductive coupling compared to an inductive coupling between tween a winding of this pair of coils and a winding of another pair of coils. In illustrative examples herein, the secondary windings in the printed circuit board can be at least partially connected to one another in a secondary winding circuit with other electrical and/or electronic components integrated into the printed circuit board, or the secondary windings can be provided in the printed circuit board in an unconnected manner, so that the secondary windings can be connected via electrical and / or electronic cal components that are connected to the circuit board from the outside. Additionally or alternatively, the primary windings can be at least partially interconnected with other electrical and/or electronic components integrated into the circuit board, or the primary windings can be provided unconnected in the circuit board, so that the secondary windings are interconnected via electrical and/or electronic components that externally connected to the printed circuit board. This detection device can be made more compact because of the individual coil pairs, since the coil pairs avoid a large-area coil design, so that a corresponding detection device can be made more compact. Furthermore, the avoidance of large-area coils increases the immunity of the detection device to electromagnetic fields, since smaller coil areas are provided, so that fewer interference fields are captured here by the windings. In addition, the coil pairs have improved coupling compared to an arrangement with coils with a large-area coil design, so that less amplification of the measurement signals induced in the secondary windings is required here, which contributes to a compact design of detection devices. This results in the possibility of better adapting the detection device to specified installation spaces fit and/or optimally utilize the given installation space, for example in which further components can be integrated into the given installation space in addition to the detection device. On the other hand, the pairs of coils permit better EMC, since the detection device can emit less radiation due to a compact design.
In weiteren dieser Ausführungsformen können die Wicklungen aus jedem Spulenpaar in einer Dickenrichtung der Leiterplatte zueinander gegenüberliegend angeordnet sein und die Spulen paare können quer zur Dickenrichtung verteilt angeordnet sein. Dies stellt eine vorteilhafte Aus gestaltung der Spulenpaare in der Leiterplatte dar, die einerseits eine verbesserte Kopplung zwischen den Wcklungen in jedem Spulenpaar und andererseits ein geringes Übersprechen der Spulenpaare untereinander in einer kompakten Ausgestaltung der Leiterplatte ermöglicht. In other of these embodiments, the windings of each pair of coils may be arranged opposite to each other in a thickness direction of the circuit board, and the pairs of coils may be arranged distributed across the thickness direction. This represents an advantageous design of the coil pairs in the printed circuit board, which on the one hand allows improved coupling between the windings in each coil pair and on the other hand low crosstalk between the coil pairs in a compact design of the printed circuit board.
In weiteren dieser Ausführungsformen können die Sekundärwicklungen als rechteckförmige Spulen ausgebildet sein. Dabei lassen sich rechteckförmige Spulen auf sehr einfache Weise mit kleiner Spulenfläche bereitstellen. Eine Spulenfläche bedeutet dabei eine von der/den Win dungien) einer Wicklung umgebene Fläche in einer Draufsicht auf die Wicklung parallel zur W- ckelachse. In further of these embodiments, the secondary windings can be in the form of rectangular coils. In this case, rectangular coils can be provided in a very simple manner with a small coil area. A coil area means an area surrounded by the winding(s) of a winding in a plan view of the winding parallel to the winding axis.
In weiteren dieser Ausführungsformen können die Sekundärwicklungen in einer Sekundärwick lungsschaltung in eine erste Untergruppe und eine zweite Untergruppe unterteilt sein, wobei lediglich die Sekundärwicklungen in jeder Untergruppe zueinander in Reihe angeordnet sind. Die Sekundärwicklungsschaltung kann ferner einen ersten Widerstand, der zu einer ersten Se kundärwicklung aus der ersten Untergruppe parallel angeordnet ist, und einen zweiten Wider stand umfassen, der zu einer ersten Sekundärwicklung aus der zweiten Untergruppe parallel angeordnet ist. Durch den ersten Widerstand und den zweiten Widerstand kann ein Offsetab- gleich erreicht werden. In Erfassungsvorrichtungen, bei denen die Sekundärwicklungen nicht gleichmäßig über einen Vollkreis um eine Achse herum angeordnet sind, tritt aufgrund der zwangsläufig um die Achse asymmetrischen Anordnung der Sekundärwicklungen ein Offset in Signalen auf, die durch die Sekundärwicklungen ausgegeben werden. Alternativ kann anstelle des ersten Wderstands ein Kondensator und/oder anstelle des zweiten Widerstands ein Kon densator vorgesehen sein. Weiterhin kann auch nur einer von dem ersten Widerstand und dem zweiten Wderstand vorgesehen sein, so dass nur in einer Untergruppe ein Offsetabgleich er reicht wird, wobei anstelle dieses Wderstands ein Kondensator vorgesehen sein kann, so dass lediglich in einer Untergruppe ein Offsetabgleich durch einen Kondensator erreicht wird. In ei nem speziellen anschaulichen Beispiel der vierten Ausführungsform können wenigstens ein Widerstand und/oder wenigstens ein Kondensator in eine integrierte Schaltung innerhalb der Leiterplatte integriert sein. In further such embodiments, the secondary windings in a secondary winding circuit may be divided into a first subgroup and a second subgroup, with only the secondary windings in each subgroup being arranged in series with one another. The secondary winding circuit may further include a first resistor shunted with a first secondary winding from the first subset and a second resistor shunted with a first secondary winding from the second subset. An offset adjustment can be achieved by the first resistor and the second resistor. In sensing devices in which the secondary windings are not evenly spaced over a full circle about an axis, there is an offset in signals output by the secondary windings due to the necessarily asymmetrical placement of the secondary windings about the axis. Alternatively, a capacitor can be provided instead of the first resistor and/or a capacitor can be provided instead of the second resistor. Furthermore, only one of the first resistor and the second resistor can be provided, so that offset compensation is only achieved in one subgroup, with a capacitor being able to be provided instead of this resistor, so that offset compensation is achieved by a capacitor only in one subgroup will. In a specific illustrative example of the fourth embodiment, at least one Resistor and / or at least one capacitor can be integrated into an integrated circuit within the printed circuit board.
In weiteren dieser Ausführungsformen kann die Sekundärwicklungsschaltung ferner einen ers ten Kondensator und einen zweiten Kondensator umfassen, wobei der erste Kondensator zu einer zweiten Sekundärwicklung aus der ersten Untergruppe parallel angeordnet ist und der zweite Kondensator zu einer zweiten Sekundärwicklung aus der zweiten Untergruppe parallel angeordnet ist. Dies kann im Falle einer Kombination aus dem ersten Widerstand und dem ers ten Kondensator in der ersten Untergruppe und von zweitem Widerstand und zweitem Konden sator in der zweiten Untergruppe eine Temperaturstabilität in jeder Untergruppe erhöhen. Alter nativ kann nur einer von dem ersten und zweiten Kondensator vorgesehen sein, so dass nur in einer Untergruppe eine verbesserte Temperaturstabilität erreicht wird. In einem speziellen an schaulichen Beispiel dieser vorteilhaften Ausgestaltung der vierten Ausführungsform können wenigstens ein Widerstand und/oder wenigstens ein Kondensator in eine integrierte Schaltung innerhalb der Leiterplatte integriert sein. In further such embodiments, the secondary winding circuit may further comprise a first capacitor and a second capacitor, wherein the first capacitor is shunted with a second secondary winding from the first subset and the second capacitor is shunted with a second secondary winding from the second subset. In the case of a combination of the first resistor and the first capacitor in the first subgroup and the second resistor and second capacitor in the second subgroup, this can increase temperature stability in each subgroup. Alternatively, only one of the first and second capacitors can be provided, so that improved temperature stability is only achieved in a subgroup. In a special illustrative example of this advantageous development of the fourth specific embodiment, at least one resistor and/or at least one capacitor can be integrated into an integrated circuit within the printed circuit board.
In weiteren dieser Ausführungsformen kann die Sekundärwicklungsschaltung ferner einen Zu satzwiderstand oder Zusatzkondensator umfassen, der zwischen eine Sekundärwicklung aus der ersten Untergruppe und eine Sekundärwicklung aus der zweiten Untergruppe angeordnet ist. Dies kann auch eine Alternative zu der fünften Ausführungsform („alternative fünfte Ausfüh rungsform“) sein, wobei anstelle des ersten und/oder zweiten Widerstands (bzw. Kondensators) oder anstelle von beiden Widerständen (bzw. Kondensatoren) ferner der Zusatzwiderstand oder Zusatzkondensator vorgesehen ist. Durch den Zusatzwiderstand oder Zusatzkondensator kann ein Phasenabgleich zwischen den einzelnen Untergruppen erreicht werden. Dabei wird ein Phasenversatz abgeglichen, der auftritt, da die Wicklungen unterschiedlich starke Kopplungen zu den Wicklungen von benachbarten Spulenpaaren aufweisen. Auch hier kann ferner durch eine Kombination aus einem Kondensator und einem Widerstand, die jeweils zwischen einer Wicklung der ersten Untergruppe und einer Wicklung der zweiten Untergruppe angeordnet sind, eine verbesserte Temperaturstabilität erreicht werden. In einem speziellen anschaulichen Bei spiel dieser anderen vorteilhaften Ausgestaltung der vierten Ausführungsform können wenigs tens ein Widerstand und/oder wenigstens ein Kondensator in eine integrierte Schaltung inner halb der Leiterplatte integriert sein. In further such embodiments, the secondary winding circuit may further include an additional resistor or capacitor interposed between a secondary winding from the first subset and a secondary winding from the second subset. This can also be an alternative to the fifth embodiment (“alternative fifth embodiment”), the additional resistor or additional capacitor also being provided instead of the first and/or second resistor (or capacitor) or instead of both resistors (or capacitors). . A phase adjustment between the individual subgroups can be achieved with the additional resistor or additional capacitor. In this case, a phase shift is compensated for, which occurs because the windings have different levels of coupling to the windings of adjacent pairs of coils. Here, too, improved temperature stability can also be achieved by a combination of a capacitor and a resistor, each of which is arranged between a winding of the first subgroup and a winding of the second subgroup. In a special illustrative example of this other advantageous refinement of the fourth embodiment, at least one resistor and/or at least one capacitor can be integrated into an integrated circuit within the printed circuit board.
In weiteren dieser Ausführungsformen können die erste Untergruppe und die zweite Untergrup pe jeweils zwei Sekundärwicklungen mit entgegengesetztem Wicklungssinn aufweisen. Dadurch wird eine Ausgabe von differentiellen Ausgangssignalen für die Untergruppen in der Sekundärwicklungsschaltung bereitgestellt, so dass beispielsweise über die Sekundärwicklun gen eingestreute Störsignale kompensiert werden können. In further of these embodiments, the first subgroup and the second subgroup can each have two secondary windings with opposite winding senses. Thereby an output of differential output signals for the subgroups in the Secondary winding circuit provided so that interference signals can be compensated, for example, on the secondary winding conditions.
Im Zusammenhang der beschriebenen Ausführungsformen kann wenigstes eine von den Pri märwicklungen und wenigstens einer Sekundärwicklung als eine Luftspule ausgebildet sein, wie weiter oben beschrieben ist. In the context of the described embodiments, at least one of the primary windings and at least one secondary winding can be formed as an air coil, as described above.
Obgleich mit Bezug auf die Figuren Anwendungen hinsichtlich eines Rotorlagegebers beschrie ben sind, stellt dies keine Beschränkung dar. Anstelle eines Rotorlagegebers kann die Erfin dung auf einen Lagegeber angewendet werden, der nicht direkt eine Lage eines Rotors einer elektrischen Maschine, sondern eine Lage eines beliebigen rotierenden Teils erfasst, wie etwa eines Teils, das beispielsweise über ein Getriebe an einen Rotor einer elektrischen Maschine angeflanscht ist, oder ein rotierendes Teil, welches nur in einem begrenzten Winkelbereich oder kontinuierlich rotiert, wie z.B. ein beliebiges rotierendes Stellelement. Although applications with regard to a rotor position sensor are described with reference to the figures, this does not represent a limitation. Instead of a rotor position sensor, the inventions can be applied to a position sensor that does not directly indicate a position of a rotor of an electrical machine, but a position of any rotating Part detected, such as a part that is flanged, for example, via a gear to a rotor of an electric machine, or a rotating part, which rotates only in a limited angular range or continuously, such as any rotating actuator.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Erfassungsvorrichtung für einen Lagegeber, umfassend: eine Primärwicklung, und eine Sekundärwicklungsschaltung mit einer Mehrzahl von Sekundärwicklungen, die mit der Primärwicklung induktiv gekoppelt sind, wobei die Mehrzahl von Sekundärwicklungen als zwei sinusförmige Spulen (220; 320) jeweils mit Mittelabgriff (M1; M2) ausgebildet sind. A sensing device for a position encoder, comprising: a primary winding, and a secondary winding circuit having a plurality of secondary windings inductively coupled to the primary winding, the plurality of secondary windings as two sinusoidal coils (220; 320) each with a center tap (M1; M2 ) are trained.
2. Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Primärwicklung als eine rechteck förmige Spule ausgebildet ist, die die Mehrzahl von Sekundärwicklungen in Aufsicht umgibt. 2. Detection device according to claim 1, wherein the primary winding is formed as a rectangular coil surrounding the plurality of secondary windings in plan view.
3. Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Mehrzahl von Sekundärwick lungen eine erste Untergruppe aus mindestens zwei zueinander in einer Reihe angeord neten Sekundärwicklungen und eine zweite Untergruppe aus mindestens zwei zueinan der in einer Reihe angeordneten Sekundärwicklungen aufweist. 3. The detection device as claimed in claim 1 or 2, wherein the plurality of secondary windings has a first subgroup of at least two secondary windings arranged in a row and a second subgroup of at least two secondary windings arranged in a row.
4. Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 3, ferner umfassend einen Widerstand oder Kon densator, der zwischen einer Sekundärwicklung aus der ersten Untergruppe und einer Sekundärwicklung aus der zweiten Untergruppe angeordnet ist. 4. Sensing device according to claim 3, further comprising a resistor or capacitor which is arranged between a secondary winding from the first sub-group and a secondary winding from the second sub-group.
5. Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Sekundärwicklungsschaltung ferner einen ersten Widerstand, der parallel zu einer ersten Sekundärwicklung (222a, 222b; 322a, 322b) aus der ersten Untergruppe angeordnet ist, und einen zweiten Wder- stand umfasst, der parallel zu einer ersten Sekundärwicklung aus der zweiten Unter gruppe angeordnet ist. 5. The sensing device of claim 3 or 4, wherein the secondary winding circuit further comprises a first resistor connected in parallel with a first secondary winding (222a, 222b; 322a, 322b) from the first subset and a second resistor connected in parallel with a first secondary winding from the second subgroup is arranged.
6. Erfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Primärwicklung und die Sekundärwicklungsschaltung zusammen in eine Leiterplatte integriert sind. 6. Detection device according to one of claims 1 to 5, wherein the primary winding and the secondary winding circuit are integrated together in a printed circuit board.
7. Erfassungsvorrichtung (100; 410; 510; 610; 710) für einen Lagegeber, umfassend: wenigstens eine Primärwicklung (110; 402; 502; 602; 702), und eine Sekundärwicklungsschaltung mit einer Mehrzahl von Sekundärwicklungen (120a, 120b; 220; 320; 504; 604; 704), die mit der wenigstens einen Primärwicklung (110; 402; 502; 602; 702) induktiv gekoppelt sind, wobei die Mehrzahl von Sekundärwicklungen (120a, 120b; 220; 320; 404; 504; 604; 704) eine erste Untergruppe aus mindestens zwei zueinander in einer Reihe angeordneten Sekundärwicklungen (222a, 222b; 322a, 322b; 404a, 404c; 504a, 504c; 604a, 604c; 704a, 704c) und eine zweite Untergruppe (404b, 404d; 504b, 504d; 604b, 604d; 704b, 704d) aus mindestens zwei zueinander in einer Reihe angeordneten Sekundärwicklun gen aufweist, und wobei die Sekundärwicklungsschaltung ferner einen ersten Widerstand oder Kondensa tor (408a-408d) umfasst, der zwischen einer Sekundärwicklung aus der ersten Unter gruppe und einer Sekundärwicklung aus der zweiten Untergruppe angeordnet ist oder der parallel zu einer ersten Sekundärwicklung aus der ersten Untergruppe oder der zweiten Untergruppe angeordnet ist. 7. Detection device (100; 410; 510; 610; 710) for a position encoder, comprising: at least one primary winding (110; 402; 502; 602; 702), and a secondary winding circuit with a plurality of secondary windings (120a, 120b; 220; 320; 504; 604; 704) inductively coupled to the at least one primary winding (110; 402; 502; 602; 702), the plurality of secondary windings (120a, 120b; 220; 320; 404; 504; 604; 704) a first subgroup of at least two secondary windings (222a, 222b; 322a, 322b; 404a, 404c; 504a, 504c; 604a, 604c; 704a, 704c) arranged in a row with one another and a second subgroup (404b, 404d; 504b, 504d; 604b, 604d; 704b, 704d) of at least two secondary windings arranged in series with one another, and wherein the secondary winding circuit further comprises a first resistor or capacitor (408a-408d) connected between a secondary winding from the first subgroup and a secondary winding from the second sub rgroup is arranged or which is arranged in parallel with a first secondary winding from the first subgroup or the second subgroup.
8. Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die mindestens eine Primärwicklung und die Sekundärwicklungsschaltung zusammen in eine Leiterplatte integriert sind. 8. The sensing device of claim 7, wherein the at least one primary winding and the secondary winding circuit are integrated together into a printed circuit board.
9. Erfassungsvorrichtung (510) nach Anspruch 8, wobei eine Anzahl an Primärwicklungen (502) und eine Anzahl an Sekundärwicklungen (504) gleich ist und in der Leiterplatte (501) jeweils eine Primärwicklung (502) genau einer Sekundärwicklung (504) zugerichtet ist. 9. Detection device (510) according to claim 8, wherein a number of primary windings (502) and a number of secondary windings (504) is the same and in the printed circuit board (501) a primary winding (502) is tailored to exactly one secondary winding (504).
10. Erfassungsvorrichtung (100; 410; 510; 610; 710) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Sekundärwicklungsschaltung ferner einen Zusatzwiderstand oder Zusatzkon densator umfasst, der zwischen zwei anderen Sekundärwicklungen mit jeweils einer aus der ersten Untergruppe und einer aus der zweiten Untergruppe angeordnet ist. The sensing device (100; 410; 510; 610; 710) of any one of claims 7 to 9, wherein the secondary winding circuit further comprises an additional resistor or capacitor connected between two other secondary windings each having one of the first subset and one of the second Subgroup is arranged.
11. Erfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Mehrzahl von Se kundärwicklungen als zwei sinusförmige Spulen (220; 320) jeweils mit Mittelabgriff (M1; M2) ausgebildet sind und lediglich eine Primärwicklung bereitgestellt ist, die als eine rechteckförmige Spule ausgebildet ist und die Sekundärwicklungen in Aufsicht umgibt. 11. Detection device according to one of claims 7 to 10, wherein the plurality of secondary windings as two sinusoidal coils (220; 320) each with a center tap (M1; M2) are formed and only one primary winding is provided, which is formed as a rectangular coil and surrounds the secondary windings in plan view.
12. Erfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 11, wobei die Sekundärwicklun gen (22a, 22b; 322a, 322b) in jeder Untergruppe derart in der Sekundärwicklungsschal tung verschaltet relativ zu der oder der mindestens einen Primärwicklung angeordnet sind, dass im Betrieb der Erfassungsvorrichtung ein Differentialsignal von jeder Unter gruppe bereitgestellt wird. 12. Detection device according to one of claims 3 to 11, wherein the secondary windings (22a, 22b; 322a, 322b) in each subgroup are connected in the secondary winding circuit in such a way that they are connected relative to the or the at least one primary winding such that during operation of the detection device a Differential signal is provided by each subgroup.
13. Erfassungsvorrichtung (100; 410; 510; 610; 710) nach einem der Ansprüche 3 bis 12, wobei die Sekundärwicklungsschaltung ferner einen ersten Kondensator und einen zwei ten Kondensator umfasst, wobei der erste Kondensator parallel zu einer zweiten Sekun därwicklung aus der ersten Untergruppe angeordnet ist und der zweite Kondensator pa rallel zu einer zweiten Sekundärwicklung aus der zweiten Untergruppe angeordnet ist. The sensing device (100; 410; 510; 610; 710) of any one of claims 3 to 12, wherein the secondary winding circuit further comprises a first capacitor and a second capacitor, the first capacitor in parallel with a second secondary winding from the first subset and the second capacitor is arranged in parallel with a second secondary winding from the second subgroup.
14. Erfassungssystem, umfassend: eine Erfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, und ein Geberelement, das relativ zur Erfassungsvorrichtung drehbar angeordnet ist, wobei das Geberelement eine Geberstruktur aufweist, die aus einem elektrisch leitfähi gen Material gebildet ist. 14. A detection system, comprising: a detection device according to any one of claims 1 to 13, and a transmitter element which is arranged rotatably relative to the detection device, wherein the transmitter element has a transmitter structure which is formed from an electrically conductive material.
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