JP2019520577A - 回転角度センサ並びに回転角度センサ用のステータエレメント及びロータエレメント - Google Patents

回転角度センサ並びに回転角度センサ用のステータエレメント及びロータエレメント Download PDF

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Abstract

本発明は、ステータエレメント(12)と、このステータエレメント(12)に対して回転軸線(A)を中心として回転可能に支持されたロータエレメント(14)とを含み、ロータエレメント(14)とステータエレメント(12)との間の誘導結合により回転角度を検出可能である、回転角度センサ(10)に関する。ここで、ステータエレメント(12)に少なくとも1つの補償エレメントが配置されており、少なくとも1つの補償エレメントは、1つの電磁的な補償交流場を送信する少なくとも1つの補償送信コイル(22,28)と、複数の電磁的な交流場を受信する少なくとも1つの補償受信コイル(30)とを含む。ここで、ロータエレメント(14)は、少なくとも1つの第1の導電性部分(32)を有する。ここで、少なくとも1つの第1の導電性部分(32)は、少なくとも1つの補償送信コイル(22,28)によって電磁的な補償交流場が送信される際に、少なくとも1つの補償受信コイル(30)内に誘導される補償交流電圧が、主として、回転軸線(A)に関するステータエレメント(12)とロータエレメント(14)との相互の半径方向の相対配置に依存するように、ロータエレメント(14)に配置されており、かつ、補償エレメントの少なくとも1つの補償送信コイル(22,28)と少なくとも1つの補償受信コイル(30)とに誘導結合されている。

Description

従来技術
本発明は、回転角度センサ並びに回転角度センサ用のステータエレメント及びロータエレメントに関する。
ロータ上にターゲットに誘導結合された回転角度センサのステータに送信コイル及び受信コイルを配置し、送信コイルによって電磁的な交流場が送信される際に受信コイル内に交流電圧が誘導されるようにすることにより、誘導された交流電圧に依存して回転角度を検出することができる。このことは、例えば欧州特許第0909955号明細書(EP0909955B1)に記載されている。
欧州特許第0909955号明細書
発明の開示
本発明は、実際のセンサにおいてステータエレメント及びロータエレメントの相対位置に関連する軸受遊び又は製造差に起因してトレランスが発生することがあり、このトレランスが例えば測定される回転角度の精度に関連する性能を充足することができなくなるほど大きくなり得るという認識を基礎としている。
従って、ロータエレメント又はロータに対して相対的なステータエレメント又はステータにつき理想的な位置、例えばセンタリングされた位置からの半径方向の偏差がある場合にも、角度検出のための測定信号にここで生じた変化を補償する回転角度センサを提供することへの需要が存在し得る。
利点
従って、本発明の課題は、改善された回転角度センサを提供することである。
この課題は、請求項1に記載の回転角度センサ、並びに、後方の各請求項に記載のステータエレメント及びロータエレメントによって解決される。
本発明のさらなる有利な各構成は、各従属請求項に示されている。
対応する回転角度センサは、ステータエレメントと、このステータエレメントに対して回転軸線を中心として回転可能に支持されたロータエレメントとを含み、ロータエレメントとステータエレメントとの間の誘導結合により回転角度を検出可能である、回転角度センサにおいて、ステータエレメントに少なくとも1つの補償エレメントが配置されており、少なくとも1つの補償エレメントは、1つの電磁的な補償交流場を送信する少なくとも1つの補償送信コイルと、複数の電磁的な交流場を受信する少なくとも1つの補償受信コイルとを含み、ロータエレメントは、少なくとも1つの第1の導電性部分を有し、この少なくとも1つの第1の導電性部分は、少なくとも1つの補償送信コイルによって電磁的な補償交流場が送信される際に、少なくとも1つの第1の補償受信コイル内に誘導される補償交流電圧が、主として、回転軸線に関するステータエレメントとロータエレメントとの相互の半径方向の相対配置に依存するように、ロータエレメントに配置されており、かつ、補償エレメントの少なくとも1つの補償送信コイルと補償エレメントの少なくとも1つの補償受信コイルとに誘導結合されている。
ここで、補償交流電圧は回転角度にも依存し得ることを理解されたい。ただし、好ましくは、補償エレメントは、ロータエレメントとステータエレメントとの定められた配置における純粋な回転運動が補償交流電圧を全く又は僅かしか変化させないように形成される。ステータエレメントとロータエレメントとの半径方向のずれ、例えば回転軸線に関する軸受遊びによる偏心配置のみでも、補償交流電圧は測定可能に変化する。好ましくは、補償交流電圧は、大きさ又は振幅の点で、定義された半径方向の配置からの偏差に依存して及び/又はこの偏差に比例して変化する。例えば、半径方向の偏差が増大するにつれ、振幅も増大し得る。補償交流電圧は、チャート状の軸線系における一方向に沿ったずれに対してのみ感応性を有するように構成可能である。この場合、回転軸線に対して共直線でなく相互に配置された2つの補償エレメントを設けることにより、回転軸線に対して垂直な平面における全ての方向のずれについても感度を得ることができる。
「導電性を有する」セクションとは、本明細書においては「導電性部分」とも理解することができる。ここで、一般に絶縁材と称されている又は絶縁材として使用されているプラスチックは、本明細書においては「導電性を有する」もの又は「導電性の」ものとは見なさない。例示にすぎないが、金属薄板は導電性を有し得るし、又は、導電性のものとなり得る。
電磁的な補償交流場の送信により、少なくとも1つの第1の補償受信コイル内に補償交流電圧が誘導される。ここで、いわゆるターゲットとも称し得る、ロータエレメントの第1の導電性部分が、誘導結合のために使用される。ここでの誘導結合は、ターゲットと補償エレメントとの半径方向の相対配置に依存する。ターゲットはロータエレメントに配置されており、補償エレメントはステータエレメントに配置されている。このため、ロータエレメントとステータエレメントとの半径方向の相対配置は、補償エレメントとターゲットとの間の誘導結合に依存して、誘導される補償交流電圧に影響する。よって、誘導される補償交流電圧を監視することにより、ロータエレメントとステータエレメントとの半径方向の相対配置を監視することができる。ロータエレメントの第1の導電性部分又はターゲットによる少なくとも1つの補償受信コイルの相対的なカバー率に応じて、補償送信コイルにより誘導される電圧の振幅が変化する。
有利には、ステータエレメントは、電磁的な角度検出交流場を送信する少なくとも1つの角度検出送信コイルと、複数の電磁的な交流場を検出する少なくとも1つの角度検出受信コイルとを含み、ロータエレメントは、少なくとも1つの第2の導電性部分を有する。この場合、例えば、少なくとも1つの第2の導電性部分は、回転軸線に関して、円環扇形状に構成することができる。ここで、少なくとも1つの第2の導電性部分は、少なくとも1つの角度検出送信コイルによって電磁的な角度検出交流場が送信される際に、少なくとも1つの角度検出受信コイル内に少なくとも1つの角度検出交流電圧が誘導されるように、少なくとも1つの角度検出受信コイルに誘導結合され、少なくとも1つの第2の導電性部分は、少なくとも1つの角度検出受信コイル内に誘導された第1の交流電圧が、ステータエレメントとロータエレメントとの成す回転角度に依存するように、ロータエレメントに配置される。特に有利には、誘導される角度検出交流電圧は、主として、ステータエレメントとロータエレメントとの成す回転角度に依存する。これにより特にコンパクトな配置が得られる。なぜなら、角度検出にとって重要な第2のセクションと、補償にとって重要な第1のセクションとを、単一のターゲット内、例えばロータエレメント内又はロータ内に構成することができるからである。
有利には、少なくとも1つの補償エレメント又は少なくとも1つの補償受信コイルが、少なくとも1つの角度検出受信コイルの半径方向外側に位置する。これにより、半径方向の偏差を特に確実に識別可能である。というのは、このようにすることで、角度検出コイルと補償コイルとの相互影響が最小化されるからである。
有利には、少なくとも1つの補償送信コイルが補償交流場を形成し、かつ、少なくとも1つの角度検出送信コイルが角度検出交流場を形成するように、ステータエレメントに配置される。これにより、ケーブル又は導体路の簡単なガイドによってコイルどうしを接続することができる。
有利には、少なくとも1つの角度検出送信コイルが、半径方向外側で少なくとも1つの角度検出受信コイルを周方向で取り囲むように配置される。これにより、回路板上の特にコンパクトな構造が可能となる。従って、特に有利には、ステータエレメントを単一の回路板上に配置することができる。
有利には、少なくとも1つの補償受信コイルの巻線は、少なくとも1つの第1の導電性部分に対して、回転軸線に関する半径方向で少なくとも部分的に、第1の導電性部分に重なるように配置される。ここで、例えば、第1の導電性部分の半径方向の広がりは、少なくとも1つの補償受信コイルの半径方向の広がりより小さくてよい。これにより、補償交流電圧の変化分又は誘導される補償交流電圧の実際値を特に良好に検出可能である。この場合、補償交流電圧は、少なくとも1つの補償送信コイルの電磁的な補償交流場によって、少なくとも1つの第1の導電性部分との結合において、少なくとも1つの第1の補償受信コイル内に誘導される。半径方向に沿った少なくとも1つの第1の導電性部分の小さな位置変化は、こうした幾何学寸法比において特に正確に検出可能となる。従って、回転軸線に関するステータエレメントとロータエレメントとの相互の半径方向の相対配置の小さな偏差も、識別可能となる。例えば、このようにして、定められた基準位置からの偏差、例えば回転軸線に関するステータエレメントとロータエレメントとのセンタリング位置からの偏差を、特に正確に検出可能である。
有利には、少なくとも1つの第1の導電性部分は、ロータエレメントを取り囲むように周方向に延在する導電性円環である。これにより、単一の補償エレメントのみによって既に偏差の識別が可能である。
有利には、少なくとも1つの第1の導電性部分は、回転軸線から半径方向に延在する。この場合、少なくとも1つの第2の導電性部分は、半径方向で回転軸線へ向かって延在するように、少なくとも1つの第1の導電性部分に接続される。この場合、少なくとも1つの第2の導電性部分は、半径方向で見て、回転軸線と少なくとも1つの第1の導電性部分との間に配置される。この場合、半径方向で見て、少なくとも1つの第2の導電性部分と少なくとも1つの第1の導電性部分との間に、空隙又はスリットが設けられる。当該空隙又はスリットは、円環扇形状であってよく、好ましくは周方向に延在してよい。少なくとも1つの第1の導電性部分の縁と少なくとも1つの第2の導電性部分の縁とが各セクションの相互に向かい合う面において画定している幾何学線は、これらのセクション間の境界を形成する。空隙又はスリットにより、少なくとも1つの第1の導電性部分及び少なくとも1つの第2の導電性部分を形成している各面が、好ましくは当該境界で中断される。これにより、少なくとも1つの第1の導電性部分は少なくとも1つの補償受信コイルに重なり得るが、少なくとも1つの第2の導電性部分は補償受信コイルから離れて位置している。これにより、第2の導電性部分による寄生誘導結合に対する識別のロバスト性が高まる。
有利には、空隙又はスリットの半径方向の広がりは、補償受信コイルの半径方向の広がりと少なくとも1つの第1の導電性部分の半径方向の広がりとの差の少なくとも50%である。これにより、機能性が改善される。センタリングのケース、即ち、ステータエレメント及びロータエレメントの双方が回転軸線に関してセンタリングされている場合においては、少なくとも1つの第1の導電性部分が例えば各補償受信コイルの巻線間の中央にある。半径方向内側へ向かって偏向が最大となる場合、少なくとも1つの第1の導電性部分は、好ましくは角度検出受信コイルの巻線の完全に外側に位置する。半径方向外側への偏向があり、この偏向において少なくとも1つの第1の導電性部分がまさに補償受信コイル内に位置する場合、同時に、少なくとも1つの第2の導電性部分が半径方向内側へ向かって補償受信コイルに全く又は最小限しか重ならないことが保証される。よって、半径方向外側へ向かうずれに対し、少なくとも1つの第2の導電性部分は、補償受信コイルに重なるようには配置されない。少なくとも1つの第1の導電性部分は、少なくとも1つの補償受信コイルの半径方向の広がりとして、半径方向に好ましくは最小限の寸法を有する。空隙幅又はスリット幅は、好ましくは、半径方向ずれがある場合、少なくとも1つの第2の導電性部分が少なくとも1つの補償エレメントに重ならず、即ち、間隔が充分に大きいため、少なくとも1つの第2の導電性部分と少なくとも1つの補償エレメントとの間の(強い)誘導結合が生じない大きさに選定される。このようにすれば、少なくとも1つの補償エレメントが少なくとも1つの第1の導電性部分とのみ又は主としてこれとのみ結合し、角度検出に考慮される補償測定結果が少なくとも1つの第2の導電性部分によって誤らないことが保証される。
有利には、少なくとも1つの第2の導電性部分及び少なくとも1つの第1の導電性部分は、回転軸線に関する半径方向で相互に接続している、特に円環扇形状の面を形成しており、ここで特に第1の導電性部分は空隙又はスリットを含む。これにより、単純な、特に一体形の、導電性材料からの製造が可能となる。この場合、空隙又はスリットは、例えば薄板から打ち抜きによって形成可能である。
有利には、少なくとも1つの補償受信コイルは、同数の第1の部分巻線と第2の部分巻線とを含み、これらの第1の部分巻線及び第2の部分巻線は、電磁的な補償交流場によって、第1の部分巻線内に第1の交流電圧成分が誘導され、第2の部分巻線内に反対符号の第2の交流電圧成分が誘導されるように、相互にかつ回転軸線に関して配置される。この場合、第1の交流電圧成分及び第2の交流電圧成分は、少なくとも1つの第1の導電性部分の、回転軸線に関して設定された半径方向配置において補償される。上述した半径方向中央の配置においては、部分巻線内に誘導される交流電圧に、好ましくは0V(零ボルト)の合成電圧が重なる。従って、一方向又は他の方向での偏差を、誘導電圧の振幅において識別することができる。このために、有利には、各部分巻線は、相互に反対の方向に巻き回される。例えば、ロータエレメント及びステータエレメントが回転軸線に関してセンタリング配置される場合、又は基準位置に相当する位置に配置された場合、少なくとも1つの補償受信コイルに対して少なくとも1つの第1の導電性部分が中央に配置されるように設定することができる。こうして、誘導された補償交流電圧が2つの部分巻線内で補償される。
有利には、少なくとも1つの補償エレメントの数と少なくとも1つの第1の導電性部分の数とが一致する。有利には、ステータエレメントに、0°から170°乃至190°までの範囲内、好ましくは180°の最大角度までの設定された部分円で、2つの補償受信コイルが配置され、ロータエレメントに、0°から170°乃至190°までの範囲内、好ましくは180°の最大角度までの設定された部分円で、2つの第1の導電性部分が設けられる。これに加えて又はこれに代えて、少なくとも2つの補償受信コイル及び少なくとも2つの第1の導電性部分を、ステータエレメント又はロータエレメントの周方向で、設定された角度、特に70°乃至100°、好ましくは90°だけずらして配置してもよい。
これは、回転角度セグメントセンサとして構成された回転角度センサにとって特に都合の良い配置である。例えば180°の部分円が選択される場合、360°の部分円に対する回転角度センサの構造寸法を1/2とすることができる。付加的に例えば90°のオフセットが選択される場合、一方では、負のx方向及び正のx方向の2つの補償受信コイルが原点までの距離が等しい位置に来るように、回転軸線上に原点を有するチャート状の座標系を定めることができる。他方では、正のy方向で、同様に1つの補償受信コイルを、原点までの距離が等しい位置に配置することができる。これにより、ステータエレメントに対するロータエレメントの相対配置の半径方向の偏差が、x軸及びy軸に沿った偏差の線形結合として測定される。この場合、例えば、回転角度センサのロータエレメントの静止位置において、3つの第1の導電性部分を90°ずつずらして配置可能である。好ましくは、2つの導電性部分が静止位置で負のx方向及び正のx方向で原点までの距離が等しい位置に来るように配置され、1つの第1の導電性部分が正のy方向で原点までの距離が等しい位置に来るように配置される。これにより、静止位置において、ロータエレメントの、x方向及びy方向でのセンタリング位置からの偏差を識別可能である。こうして、ベクトル測定により、直接に水平方向オフセット及び垂直方向オフセットが求められる。これにより、90°のオフセットにおいて、換算を行う必要なしに、直接にx方向トレランス及びy方向トレランスを測定することができる。
本発明は、回転角度センサ用の上述した形式のステータエレメント及びロータエレメントにも関する。
本発明の好ましい複数の実施形態を以下に添付図面に即して詳細に説明する。
回転角度センサの一部を概略的に示す図である。 回転角度センサ用のステータの一部を概略的に示す図である。 第1の実施形態による回転角度センサの一部を概略的に示す図である。 第1の実施形態による回転角度センサの一部の詳細を概略的に示す図である。 a,b,cとも、図4の回転角度センサの各要素の種々の相対配置を概略的に示す図である。 第2の実施形態によるロータエレメントを概略的に示す図である。
図1には、ステータエレメント12とこのステータエレメント12に対して回転軸線Aを中心として回転可能に支持されたロータエレメント14とを含む回転角度センサ10が概略的に示されている。
回転角度は、ロータエレメント14とステータエレメント12との間の誘導結合によって検出可能である。誘導結合及びその回転角度検出への利用の詳細については、例えば、欧州特許第0909955号明細書(EP0909955B1)に記載されている。
対応して、ステータエレメント12は、例えば図1に示されている、電磁的な角度検出交流場を送信する少なくとも1つの角度検出送信コイル22と、複数の電磁的な交流場を検出する少なくとも1つの角度検出受信コイル20とを備える。
「半径方向」、「半径方向配置」とは、以下においては、回転軸線Aからスポーク状に放射する方向又は配置を意味する。「周状」、「周方向」とは、以下においては、主として回転軸線Aに対して垂直な平面における円周状の方向を意味する。「軸線方向」とは、以下においては、回転軸線Aに沿った方向を意味する。
回転角度センサ10用のセンサ回路板は、例えば、少なくとも1つの周状に配置された角度検出送信コイル22を含み、この角度検出送信コイル22は、1つ又は複数の巻線を有し、好ましくはプレーナコイルとして構成されている。当該巻線は、充分に大きな電磁的な交流場を形成可能とするため、有利には、多層回路板の複数の平面に実現可能である。少なくとも1つの角度検出送信コイル22には、0.5V乃至10Vの範囲の振幅、好ましくは1.5Vの振幅と、数メガヘルツの範囲の周波数、好ましくは5MHzの周波数とを有する交流電圧が印加される。
図2には、回転角度セグメントセンサとして構成された回転角度センサ用の公知の例示的なセンサ回路板のレイアウトが示されている。これは、回転軸線Aを中心として360°延在するように各コイルが設けられているということでなく、各コイルが回転角度センサの設定された測定領域βに適合するように設定された開放角度αで配置されているということを意味する。従って、測定領域βも360°より小さい。測定領域βは、基本的には、β=0°乃至β=360°の全ての角度をカバーすることができるが、有利には、測定領域βは値β=360°/nを占める。ここで、nは1より大きい自然数である。例えば、測定領域β=120°である。周状の角度検出送信コイル22の開放角度αは、少なくとも1つの角度検出送信コイル22の、半径方向に延在する導体路の領域の場の均質性が少なくとも1つの角度検出受信コイル20に与える影響を小さく保つため、好ましくは、測定領域βより5°乃至10°大きい。これによりさらに、測定領域βの相対的に均質な起磁力が得られる。
少なくとも1つの角度検出送信コイル22は、半径方向に延在する複数の導体路を有し、これらの各導体路は円弧によって相互に接続されている。当該円弧状の導体路は、内側へ向かっては内径riにより、また、外側へ向かっては外径raにより、画定される。外径raは、例えば利用可能な構造空間によって画定され、数十ミリメートルであって、好ましくは25mmである。内径riは、シャフトの導入出が可能となる大きさに設計されるが、これが必要ない場合には0mmであってもよい。場の強度を増大するため、少なくとも1つの角度検出送信コイル22は、センサ回路板の複数の平面に構成することができる。
少なくとも1つの角度検出送信コイル22の内室には、それぞれ通電の際に種々の方向(時計回り又は反時計回りに)電流が通流する例えば2つの部分巻線から形成された、例えば少なくとも1つの角度検出受信コイル20が延在している。各部分巻線は、回路板の種々の平面内で、特に、各巻線の交点の箇所に形成可能である。
図3には、回転角度センサ10の第1の実施形態の平面図が示されている。回転角度センサ10は、コイル装置23を有する。当該コイル装置23は、例えば、図2において説明した少なくとも1つの角度検出送信コイル22及び少なくとも1つの角度検出受信コイル20の装置に対応して構成されている。ロータエレメント14は、少なくとも1つの第1の導電性部分32を有し、さらに少なくとも1つの第2の導電性部分26を有する。
少なくとも1つの第2の導電性部分26は、好ましくは、回転軸線Aに関する円環扇形状に構成されている。他の形状、例えば長方形状又は円形状又は一般的な四角形状も同様に可能である。
少なくとも1つの第2の導電性部分26は、少なくとも1つの角度検出送信コイル22によって電磁的な角度検出交流場が送信される際に、少なくとも1つの角度検出受信コイル20内に少なくとも1つの角度検出交流電圧が誘導されるように、少なくとも1つの角度検出受信コイル20に誘導結合されている。少なくとも1つの第2の導電性部分26は、少なくとも1つの角度検出受信コイル20内に誘導された角度検出交流電圧が主としてステータエレメント12とロータエレメント14との成す回転角度に依存するように、ロータエレメント14に配置されている。少なくとも1つの角度検出送信コイル22、少なくとも1つの角度検出受信コイル20及び少なくとも1つの第2の導電性部分26の配置の詳細並びに回転角度検出の詳細については、欧州特許第0909955号明細書(EP0909955B1)から公知である。
さらに、ステータエレメントには、少なくとも1つの第1の補償エレメント1、第2の補償エレメント2及び第3の補償エレメント3が配置されている。
当該補償エレメント1,2,3のそれぞれは、1つの電磁的な補償交流場を送信する少なくとも1つの補償送信コイル28と、複数の電磁的な交流場を受信する少なくとも1つの補償受信コイル30とを含む。
少なくとも1つの第1の導電性部分32は、少なくとも1つの補償送信コイル28によって電磁的な補償交流場が送信される際に、少なくとも1つの第1の補償受信コイル30内に誘導される補償交流電圧が、主として、回転軸線Aに関するステータエレメント12とロータエレメント14との相互の半径方向の相対配置に依存するように、ロータエレメント14に配置されており、かつ、各補償エレメント1,2,3の少なくとも1つの補償送信コイル28及び少なくとも1つの補償受信コイル30に誘導結合されている。誘導結合は、例えば回転角度検出について説明したように行われる。つまり、結合係数、即ち、補償受信コイル30での電圧と補償送信コイル28での電圧との振幅比は、各補償エレメント1,2,3に対する各第1の導電性部分32の相対位置に関連する情報、ひいては特にロータエレメント14に対するステータエレメント12の半径方向の相対位置に関連する情報を提供する。
補償交流場を形成する少なくとも1つの補償送信コイル28と、角度検出交流場を形成する少なくとも1つの角度検出送信コイル22とは、例えばステータエレメント12に、図1に示したように配置される。
これに代えて、補償受信コイル30は、ステータエレメント12の角度検出送信コイル22内に配置可能である。このようにすれば、回転角度センサ10又はステータエレメント12を、さらに小さく又はさらに小さな直径を有するように構成することができる。
少なくとも1つの補償エレメント1,2,3又は少なくとも1つの補償受信コイル30は、好ましくは、主として回転軸線Aに対して垂直に延在する平面に対して平行に配置されている。好ましくは、少なくとも1つの補償エレメント1,2,3又は少なくとも1つの補償受信コイル30は、回転軸線Aに対して垂直な平面への投影で見て、少なくとも1つの角度検出受信コイル20に平面状には重ならない。好ましくは、この場合、少なくとも1つの補償エレメント1,2,3又は少なくとも1つの補償受信コイル30は、半径方向で少なくとも1つの角度検出受信コイル20の外側、即ち、回転軸線Aから見てより遠い位置にある。
少なくとも1つの補償受信コイル30の巻線は、少なくとも1つの第1の導電性部分32に対して、回転軸線Aに関する半径方向で、ロータエレメント14とステータエレメント12とをセンタリングした位置において少なくとも部分的に重なって配置可能である。ここで、例えば、少なくとも1つの第1の導電性部分32の半径方向の広がりは、少なくとも1つの補償受信コイル30の半径方向の広がりより小さい。
第1の実施形態によれば、少なくとも1つの第1の導電性部分32は、主として円環扇形状に形成されている。少なくとも1つの第1の導電性部分32は、第1の実施形態によれば、回転軸線Aから半径方向外側へ延在する。円環扇形状に代えて、他の形状、例えば長方形状又は円形状も用いることができる。
少なくとも1つの第2の導電性部分26は、少なくとも1つの第1の導電性部分32に半径方向で見て接続しており、回転軸線Aへ向かって延在している。少なくとも1つの第2の導電性部分26は、半径方向で見て、回転軸線Aと少なくとも1つの第1の導電性部分32との間に配置されている。半径方向で見て、少なくとも1つの第2の導電性部分26と少なくとも1つの第1の導電性部分32との間には、好ましくは周方向に延在する、好ましくは円環扇形状の空隙34又はスリット34が設けられている。空隙34又はスリット34は、長方形状又は他の形状を有し得る。
好ましくは、少なくとも1つの第2の導電性部分26と少なくとも1つの第1の導電性部分32とが、回転軸線Aに関する半径方向で相互に接続した、特に円環扇形状の面38を形成し、ここで、特に少なくとも1つの第1の導電性部分32が空隙34又はスリット34を含む。面38は、他の形状、例えば長方形状又は円形状によって定めることもできる。
角度検出送信コイル22を含むコイル装置23が図3に概略的に示されている。角度検出送信コイル22は、x軸に関して反時計回りに、δ=20°乃至δ=160°の円弧として配置されている。その平均の半径方向の広がりDは、破線で示されており、数十ミリメートルから数百ミリメートルの値、例えば10mm乃至200mmの値を取る。装置の開放角度はα=140°である。他の角度も同様に可能である。
図3には、ステータエレメント12及びロータエレメント14の配置の平面図が示されている。ステータエレメント12には3つの補償エレメント1,2,3が配置されており、さらにコイル装置23が配置されている。ここで、コイル装置23は、例えば図2と同様に構成可能である。ロータエレメント14は、純粋に例示としてであるが、良好な理解のため、第1の導電性部分32、空隙34及び第2の導電性部分26から形成された、単一の台形状のロータセクションによって示されている。ロータエレメントが例えば同数のロータセクション32,34,26も有し得ることが理解される。例えば、補償エレメント1,2,3と同数のロータセクション32,34,26が設けられる。また、補償エレメント1,2,3より少数又は多数のロータセクション32,34,26を設けることもできる。例えば、2つ、3つ又は4つのロータセクション32,34,26が設けられる。ロータセクション32,34,26は、円形扇形状を有してもよいし、又は、円環扇形状の形状であってもよい。
第1の補償エレメント1、第2の補償エレメント2及び第3の補償エレメント3の図示の配置は、δ=20°乃至δ=160°の円弧として形成されている。個々の補償エレメント1,2,3は、例えば図3のように、δ=25°乃至δ=50°の第1の円弧、δ=77.5°乃至δ=102.5°の第2の円弧、δ=130°乃至δ=155°の第3の円弧として延在する。第1の補償エレメント1、第2の補償エレメント2及び第3の補償エレメント3は、この場合、半径方向で見て、コイル装置23の外径raよりも大きな、回転軸線Aまでの距離を有する。
図4には、第1の実施形態による回転角度センサ10の一部の図が概略的に示されている。少なくとも1つの補償受信コイル30は、第1の半径方向の広がりD1を有する。少なくとも1つの第1の導電性部分32は、第2の半径方向の広がりD2を有する。ここで、少なくとも1つの第1の導電性部分32は、半径方向内側へ向かって見て、空隙34又はスリット34によって画定される。空隙34又はスリット34は、第3の半径方向の広がりD3を有する。
空隙34又はスリット34の第3の半径方向の広がりD3は、好ましくは、少なくとも1つの補償受信コイル30の第1の半径方向の広がりD1と少なくとも1つの第1の導電性部分32の第2の半径方向の広がりD2との差の少なくとも50%である。
空隙34若しくはスリット34又は円環状の少なくとも1つの第1の導電性部分32に代えて、好ましくはトレランスの測定のみに用いられる他の付加的な構造を設けることもできる。
好ましくは、センタリングのケース、即ち、ロータエレメント14とステータエレメント12とが回転軸線Aに対してセンタリングされており、このため少なくとも1つの第1の導電性部分32が目標位置にある場合において、少なくとも1つの第1の導電性部分32が、少なくとも1つの補償受信コイル30の相補的な巻線30a,30b間又は部分巻線30a,30b間の中央に配置される。例えば、各巻線30a,30b又は部分巻線30a,30bは、0.5×D1、即ち、第1の半径方向の広がりD1の1/2の半径方向の幅又は半径方向の広がりを有する。半径方向外側へ向かう偏向が最大である場合、少なくとも1つの第1の部分32は、正確に、半径方向外側の巻線30a内又は部分巻線30a内に位置する。これは、0.5×(D1−D2)、即ち、少なくとも1つの補償受信コイル30の第1の半径方向の広がりD1と少なくとも1つの第1の導電性部分32の第2の半径方向の広がりD2との差の1/2のずれが生じる場合である。こうしたずれに対して、少なくとも1つの第2の導電性部分26は、好ましくは少なくとも1つの補償受信コイル30の上方に位置しないか、又は少なくとも1つの補償受信コイル30の半径方向内側の巻線30b又は部分巻線30bに重ならない。このために、空隙34又はスリット34の空隙幅又はスリット幅は上述したように選定される。
少なくとも1つの導電性部分32は、この場合、好ましくは図4に示したように幅狭であり、即ち、第1の半径方向の広がりD1を有する少なくとも1つの補償受信コイル30よりも小さな第2の半径方向の広がりD2を有する。従って、好ましくはD2<D1が成り立つ。これによりトレランス識別の感度が向上する。
軸受遊び又は製造差に起因して生じるトレランスにより、回転軸線Aに対する半径方向でのステータエレメント12及びロータエレメント14の相対的なずれが生じ得る。回転角度を求める際の当該トレランスに関連する測定誤差を、図3のチャート状の座標系における位置に即して説明する。ここで、回転軸線Aはz軸である。
少なくとも1つの補償送信コイル28及び少なくとも1つの補償受信コイル30の配置は、例えば円弧により画定される。これは、図3に示したように、角度位置δ=20°から始まる開放角度α=140°を有し、当該角度位置は、コイル装置23の、周状の角度検出送信コイル22の開放角度αに相当する。少なくとも1つの第1の導電性部分32及び少なくとも1つの第2の導電性部分26は、上述したように、x軸に関して角度位置δにあり、かつ、回転軸線Aを中心とした反時計回りの回転に関してチャート状の座標系の原点に位置する。発生し得るクリティカルなトレランスは、x方向のずれΔx及びy方向のずれΔyである。これらのずれは、角度位置δに応じて回転角度の測定誤差に種々の強さで影響する。
角度位置δ=90°においては、x方向のずれのみが直接に第2の導電性部分26の回転に対応する。ロータエレメント14がx軸に沿った当該位置でずれると、回転角度センサ10はこのずれを少なくとも1つの角度検出受信コイル20によって回転角度として検出する。これは、ロータエレメント14が誘導結合された少なくとも1つの第2の導電性部分26とともに、少なくとも1つの角度検出受信コイル20に対してずれるからである。これにより交流電圧信号が変化する。ついで、ステータエレメント12に対するロータエレメント14の回転を実際には起こさずに、回転角度センサ10がこの変化を回転角度の変化に割り当てる。ロータエレメント14の当該位置において、角度誤差への、予測される最大の影響が生じる。当該影響の量は、
Δδx,max=360°・Δxπ・D
の関係式によって近似することができる。
生じるy方向トレランスΔyが測定誤差に与える影響の量は、この位置で最小となり、無視することができる。なぜなら、ロータエレメント14による少なくとも1つの角度検出受信コイル20のカバー率は全く又は僅かしか変化しないからである。
少なくとも1つの第1の導電性部分26が、少なくとも1つの角度検出受信コイル20の、半径方向に延在する境界部に位置する場合、反対の状況が発生する。これは、ロータエレメント14の回転角度δが約0°乃至10°の場合である。この場合、測定誤差は、y方向トレランスに著しく強く依存し、x方向トレランスには最小限にしか依存しない。というのは、当該位置において、y方向のずれが小さい場合にも、ロータエレメント14が、少なくとも1つの角度検出受信コイル20とのカバー率に強い変化を生じさせるからである。回転角度センサ10又はこれに結合された評価電子回路により、当該カバー率の変化が、誘導される角度検出交流電圧の変化の形態で検出され、これに応じて変化した回転角度が出力される。ただし、得られるのは、ロータエレメント14とステータエレメント12との間のy方向のずれのみである。
角度誤差について、ここでは、近似的に、
Δδy,max=cosδ・Δδx,max=cosδ・360°・Δxπ・D
が成り立つ。実際のセンサにおいてx方向トレランス及びy方向トレランスによって生じる誤差は、例えば、上述した少なくとも1つの補償エレメント1,2,3の装置によって識別可能であり、好ましくは回避可能である。好ましくは、補償エレメント1,2,3の数と第1の導電性部分32の数とが一致する。
好ましくは、ステータエレメント12には、0°から170°乃至190°までの範囲内、好ましくは180°の最大角度までの設定された部分円で、少なくとも2つの補償受信コイル30が配置され、ロータエレメント14には、0°から170°乃至190°までの範囲内、好ましくは180°の最大角度までの設定された部分円で、少なくとも2つの第1の導電性部分32が設けられる。これに代えて又はこれに加えて、少なくとも2つの補償受信コイル30及び少なくとも2つの第1の導電性部分32を、ステータエレメント12又はロータエレメント14の周方向で、設定された角度、例えば70°乃至100°、好ましくは90°ずれた状態で配置してもよい。
第1の実施形態においては、少なくとも1つの補償受信コイル30は、好ましくは、同数の第1の部分巻線30a及び第2の部分巻線30bを含み、これらの各部分巻線30a,30bは、電磁的な補償交流場により、第1の巻線30a又は第1の部分基線30a内に第1の交流電圧成分が誘導され、第2の巻線30b又は第2の部分巻線30b内に反対符号の第2の交流電圧成分が誘導されるように、相互にかつ回転軸線Aに関して配置されている。ここで、第1の交流電圧成分と第2の交流電圧成分とは、回転軸線Aに関する、少なくとも1つの第1の導電性部分32の設定された半径方向配置において補償される。
図5のa,b,cは、第1の実施形態による回転角度センサ10の各要素の相対配置の概略図を示している。各要素は、x方向でのステータエレメント12とロータエレメント14との相互に対応する相対位置によって得られる。図5のaの配置においては、少なくとも1つの第1の導電性部分32が、第1の部分巻線30aと第2の部分巻線30bとの移行領域に対して対称に位置している。これにより、2つの交流電圧成分が補償されて、結合係数がゼロとなる。
このことは、少なくとも1つの第1の導電性部分32が目標位置にあり、回転軸線Aに関して、少なくとも1つの第2の導電性部分26の横方向のずれ又は縦方向のずれがないことを意味する。
少なくとも1つの第1の導電性部分32が例えば負のx方向にずれると(図5のb)、第1の導電性部分32が第2の部分巻線30bを覆う面積が増大し、このコイル部分での誘導結合が抑圧される。誘導電圧は第1の部分巻線30a内にとどまり、結合係数は正である。
図5のcには、少なくとも1つの第1の導電性部分32が正のx方向へずれる逆のケースが示されている。従って、対応して負の結合係数が生じる。
好ましくは、少なくとも2つの補償受信コイル30は、角度検出受信コイルの測定領域の外側に配置される。特に有利には、少なくとも2つの補償受信コイル30が使用される際、これら少なくとも2つの補償受信コイル30は、回転軸線Aに関して共直線でなく配置可能である。言い換えれば、複数の補償受信コイル30のうち少なくとも2つは、回転軸線Aが延在する一直線上に位置しない。このため、2つの結合係数を測定することにより、第2の導電性部分26のx方向ずれ及びy方向ずれを逆算することができる。これにより、いずれの時点においても、第2の導電性部分26の位置が既知となる。好ましくは、対応して、誤った角度信号が補正される。
少なくとも1つの補償受信コイル30、第1の巻線30a若しくは第1の部分巻線30a、又は、第2の巻線30b若しくは第2の部分巻線30bの上述した構成に代えて、他の形状も可能である。例えば、第1の巻線30a又は第1の部分巻線30aと、第2の巻線30b又は第2の部分巻線30bとは、平面図内の長方形状の面に展開されていなくてもよい。また、少なくとも1つの補償送信コイル28又は少なくとも1つの補償受信コイル30の巻線数は、1より多くてもよい。さらに、少なくとも1つの補償受信コイル30は、コイル装置23の少なくとも1つの補償送信コイル28より回転軸線Aの近くに配置可能である。代替的に、少なくとも1つの補償受信コイル30は、少なくとも1つの補償送信コイル28よりも回転軸線Aから間隔を置いて配置されてもよい。
図6には、第2の実施形態による回転角度センサ10の一部が概略的に示されている。当該回転角度センサ10は、第1の実施形態について説明したのと同様に、ステータエレメント12に配置されたロータエレメント14を含む。第1の実施形態とは異なり、第2の実施形態によるロータエレメント14は、少なくとも1つの第1の導電性部分32に代えて、周方向に延在する導電性円環36を有する。
周方向に延在する導電性円環36は、空隙34又はスリット34によって、少なくとも1つの第2の導電性部分26から間隔を置いて配置されている。半径方向で見て、即ち、回転軸線Aへ向かって、少なくとも1つの第2の導電性部分26は、回転軸線Aと周状の導電性円環36との間に配置されている。半径方向で見て、例えば円環扇形状の空隙34又はスリット34が、好ましくは少なくとも1つの第2の導電性部分26と周状の導電性円環36との間で周方向に延在する。周方向で見て、例えば4つの第2の導電性部分26が設けられ、各導電性部分26は、スポークに沿って相互に90°の間隔で、半径方向に、回転軸線Aから周状の導電性円環36まで延在する。なお、これより多数又は少数の第2の導電性部分26を設けてもよい。
ロータエレメント14の少なくとも1つの第2の導電性部分26、コイル装置23及びステータエレメント12の補償エレメント1,2,3は、例えば第1の実施形態において説明したように配置される。周状の導電性円環36は、例えば、第1の実施形態の少なくとも1つの第1の導電性部分32と、回転軸線Aから半径方向に同じ間隔を置いて配置される。空隙34又はスリット34は、例えばどちらの実施形態においても等しい寸法を有する。
好ましくは、コイル装置23は、第1の実施形態とは異なり、回転軸線Aを中心として延在するように、即ち、開放角度α=360°で配置される。この場合、回転角度センサ10の測定領域βは、例えばβ=360°である。この場合、例えば4つの補償エレメントが90°の間隔で対応して配置される。

Claims (14)

  1. ステータエレメント(12)と、
    前記ステータエレメント(12)に対して回転軸線(A)を中心として回転可能に支持されたロータエレメント(14)と、
    を含み、
    前記ロータエレメント(14)と前記ステータエレメント(12)との間の誘導結合により回転角度が検出可能である、回転角度センサ(10)において、
    前記ステータエレメント(12)に少なくとも1つの補償エレメント(1,2,3)が配置されており、
    前記少なくとも1つの補償エレメント(1,2,3)は、1つの電磁的な補償交流場を送信する少なくとも1つの補償送信コイル(22,28)と、複数の電磁的な交流場を受信する少なくとも1つの補償受信コイル(30)とを含み、
    前記ロータエレメント(14)は、少なくとも1つの第1の導電性部分(32,36)を有し、
    前記少なくとも1つの第1の導電性部分(32,36)は、前記少なくとも1つの補償送信コイル(22,28)によって前記電磁的な補償交流場が送信される際に、前記少なくとも1つの補償受信コイル(30)内に誘導される補償交流電圧が、主として、前記回転軸線(A)に関する前記ステータエレメント(12)と前記ロータエレメント(14)との相互の半径方向の相対配置に依存するように、前記ロータエレメント(14)に配置されており、かつ、前記補償エレメント(1,2,3)の前記少なくとも1つの補償送信コイル(22,28)と前記補償エレメント(1,2,3)の前記少なくとも1つの補償受信コイル(30)とに誘導結合されていることを特徴とする、回転角度センサ(10)。
  2. 前記ステータエレメント(12)は、電磁的な角度検出交流場を送信する少なくとも1つの角度検出送信コイル(22)と、複数の電磁的な交流場を検出する少なくとも1つの角度検出受信コイル(20)とを含み、
    前記ロータエレメント(14)は、少なくとも1つの第2の導電性部分(26)を有し、
    特に前記少なくとも1つの第2の導電性部分(26)は、前記回転軸線(A)に関して円環扇形状に構成されており、
    前記少なくとも1つの第2の導電性部分(26)は、前記少なくとも1つの角度検出送信コイル(22)によって前記電磁的な角度検出交流場が送信される際に、前記少なくとも1つの角度検出受信コイル(20)内に少なくとも1つの第1の交流電圧が誘導されるように、前記少なくとも1つの角度検出受信コイル(20)に誘導結合されており、
    前記少なくとも1つの第2の導電性部分(26)は、前記少なくとも1つの角度検出受信コイル(20)内に誘導された前記第1の交流電圧が、特に主として、前記ステータエレメント(12)と前記ロータエレメント(14)との間の回転角度に依存するように、前記ロータエレメント(14)に配置されている、
    請求項1に記載の回転角度センサ(10)。
  3. 前記少なくとも1つの補償エレメント(1,2,3)又は前記少なくとも1つの補償受信コイル(30)は、前記少なくとも1つの角度検出受信コイル(20)の半径方向外側に位置している、
    請求項2に記載の回転角度センサ(10)。
  4. 前記少なくとも1つの補償送信コイル(28)は、前記補償交流場を形成するように前記ステータエレメント(12)に配置されており、前記少なくとも1つの角度検出送信コイル(22)は、前記角度検出交流場を形成するように前記ステータエレメント(12)に配置されている、
    請求項1乃至3のいずれか一項に記載の回転角度センサ(10)。
  5. 前記少なくとも1つの補償受信コイル(30)の巻線は、前記少なくとも1つの第1の導電性部分(32,36)に関して、前記回転軸線(A)に対して半径方向で少なくとも部分的に前記少なくとも1つの第1の導電性部分(32,36)に重なるように配置されており、
    特に前記第1の導電性部分(32,36)の半径方向の広がりは、前記少なくとも1つの補償受信コイル(30)の半径方向の広がりより小さい、
    請求項1乃至4のいずれか一項に記載の回転角度センサ(10)。
  6. 前記少なくとも1つの第1の導電性部分(36)は、前記ロータエレメント(14)を取り囲むように周方向に延在する導電性円環(36)である、
    請求項1乃至5のいずれか一項に記載の回転角度センサ(10)。
  7. 前記少なくとも1つの第1の導電性部分(32)は、前記回転軸線(A)から半径方向に延在しており、
    前記少なくとも1つの第2の導電性部分(26)は、半径方向で前記回転軸線(A)へ向かって延在するように、前記第1の導電性部分(32)に接続されており、
    前記第2の導電性部分(26)は、半径方向で見て、前記回転軸線(A)と前記第1の導電性部分(32)との間に配置されており、
    半径方向で見て、前記第2の導電性部分(26)と前記第1の導電性部分(32)との間に、好ましくは周方向に延在する、好ましくは円環扇形状の空隙(34)又はスリット(34)が設けられている、
    請求項1乃至5のいずれか一項に記載の回転角度センサ(10)。
  8. 半径方向における前記空隙(34)又は前記スリット(34)の広がり(D3)は、前記補償受信コイル(30)の半径方向の広がり(D1)と前記第1の導電性部分(32,36)の半径方向の広がり(D2)との差の少なくとも50%である、
    請求項6又は7に記載の回転角度センサ(10)。
  9. 前記少なくとも1つの第2の導電性部分(26)及び前記少なくとも1つの第1の導電性部分(32)は、前記回転軸線(A)に関して半径方向で相互に接続している、特に円環扇形状の面(38)を形成しており、
    特に前記第1の導電性部分(32)は、前記空隙(34)又は前記スリット(34)を含む、
    請求項7に記載の回転角度センサ(10)。
  10. 前記少なくとも1つの補償受信コイル(30)は、同数の第1の部分巻線(30a)と第2の部分巻線(30b)とを含み、前記第1の部分巻線(30a)及び前記第2の部分巻線(30b)は、前記電磁的な補償交流場によって、第1の巻線(30a)又は前記第1の部分巻線(30a)内に第1の交流電圧成分が誘導され、第2の巻線(30b)又は前記第2の部分巻線(30b)内に反対符号の第2の交流電圧成分が誘導されるように、相互にかつ前記回転軸線(A)に関して配置されており、
    前記第1の交流電圧成分及び前記第2の交流電圧成分は、前記少なくとも1つの第1の導電性部分(32)の、前記回転軸線(A)に関して設定された半径方向配置において補償される、
    請求項1乃至9のいずれか一項に記載の回転角度センサ(10)。
  11. 前記少なくとも1つの補償エレメント(1,2,3)の数と前記少なくとも1つの第1の導電性部分(32)の数とが一致する、
    請求項1乃至10のいずれか一項に記載の回転角度センサ(10)。
  12. 前記ステータエレメント(12)において、0°から170°乃至190°までの範囲内、好ましくは180°の最大角度までの設定された部分円内に少なくとも2つの補償受信コイル(30)が配置されており、前記ロータエレメント(14)において、0°から170°乃至190°までの範囲内、好ましくは180°の最大角度までの設定された部分円内に少なくとも2つの第1の導電性部分(32)が設けられている、
    及び/又は、
    前記少なくとも2つの補償受信コイル(30)及び前記少なくとも2つの第1の導電性部分(32)が、前記ステータエレメント(12)又は前記ロータエレメント(14)の周方向で、設定された角度、特に70°乃至100°、好ましくは90°だけずらされて配置されている、
    請求項10に記載の回転角度センサ(10)。
  13. 請求項1乃至12のいずれか一項に記載の回転角度センサ(10)用のステータエレメント(12)において、
    前記ステータエレメント(12)に少なくとも1つの補償エレメント(1,2,3)が配置されており、
    前記少なくとも1つの補償エレメント(1,2,3)は、1つの電磁的な補償交流場を送信する少なくとも1つの補償送信コイル(22,28)と、複数の電磁的な交流場を受信する少なくとも1つの補償受信コイル(30)とを含み、
    前記ロータエレメント(14)は、少なくとも1つの第1の導電性部分(32,36)を有し、
    前記少なくとも1つの第1の導電性部分(32,36)は、前記少なくとも1つの補償送信コイル(22,28)によって前記電磁的な補償交流場が送信される際に、前記少なくとも1つの補償受信コイル(30)内に誘導される補償交流電圧が、主として、前記回転軸線(A)に関する前記ステータエレメント(12)と前記ロータエレメント(14)との相互の半径方向の相対配置に依存するように、前記ロータエレメント(14)に配置されており、かつ、前記少なくとも1つの補償送信コイル(22,28)に誘導結合可能であることを特徴とする、ステータエレメント(12)。
  14. 請求項1乃至12のいずれか一項に記載の回転角度センサ(10)用のロータエレメント(14)において、
    前記ロータエレメント(14)は、ステータエレメント(12)に対して回転軸線(A)を中心として回転可能に支持可能であり、
    前記ステータエレメント(12)に少なくとも1つの補償エレメント(1,2,3)が配置されており、
    前記少なくとも1つの補償エレメント(1,2,3)は、1つの電磁的な補償交流場を送信する少なくとも1つの補償送信コイル(22,28)と、複数の電磁的な交流場を受信する少なくとも1つの補償受信コイル(30)とを含み、
    前記ロータエレメント(14)は、少なくとも1つの第1の導電性部分(32,36)を有し、
    前記少なくとも1つの第1の導電性部分(32,36)は、前記少なくとも1つの補償送信コイル(22,28)によって前記電磁的な補償交流場が送信される際に、前記少なくとも1つの補償受信コイル(30)内に誘導される補償交流電圧が、主として、前記回転軸線(A)に関する前記ステータエレメント(12)と前記ロータエレメント(14)との相互の半径方向の相対配置に依存するように、前記ロータエレメント(14)に配置されており、かつ、前記補償送信コイル(22,28)に誘導結合可能であることを特徴とする、ロータエレメント(14)。
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016217254B4 (de) * 2016-09-09 2022-02-17 Robert Bosch Gmbh Drehwinkelsensor, Statorelement sowie Rotorelement für diesen
DE102019123548A1 (de) * 2019-09-03 2021-03-04 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Rotorelement einer Rotorlagesensorvorrichtung, Rotorlagesensorvorrichtung und elektrische Rotationsmaschine
EP3792600A1 (en) * 2019-09-12 2021-03-17 TE Connectivity Belgium BVBA Sensor device for measuring the rotational position of an element
EP4065935A1 (en) * 2019-11-29 2022-10-05 HELLA GmbH & Co. KGaA Linear motion sensor
DE102020206396A1 (de) * 2020-05-20 2021-11-25 Infineon Technologies Ag Induktiver winkelsensor mit zwei zueinander versetzt angeordneten pickup-spulenanordnungen
US11221236B1 (en) 2020-07-13 2022-01-11 Microchip Technology Inc. Angular position sensor and associated method of use
US11656101B2 (en) 2020-11-05 2023-05-23 Microchip Technology, Inc. Redundant angular position sensor and associated method of use
CN116568995A (zh) * 2020-12-11 2023-08-08 马渊马达株式会社 旋转变压器
US11598654B2 (en) 2020-12-14 2023-03-07 Microchip Technology Inc. High resolution angular inductive sensor and associated method of use
US11898887B2 (en) 2021-03-25 2024-02-13 Microchip Technology Incorporated Sense coil for inductive rotational-position sensing, and related devices, systems, and methods
CN115877281A (zh) * 2021-09-27 2023-03-31 财团法人工业技术研究院 免电池旋转检测装置
WO2023134820A1 (de) * 2022-01-14 2023-07-20 Continental Automotive Technologies GmbH Induktive positionssensoreinrichtung und bremsanlage mit einer induktiven positionssensoreinrichtung
CN117639296B (zh) * 2024-01-25 2024-05-14 山东富锐光学科技有限公司 一种磁感应无线电能传输装置

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63145902A (ja) * 1986-12-09 1988-06-18 Nippon Steel Corp 渦流式偏芯測定装置
JPH02501590A (ja) * 1986-12-13 1990-05-31 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング 回転角および/または回転速度測定装置
JPH11295009A (ja) * 1998-04-10 1999-10-29 Hitachi Ltd 軸変位検出計およびその製作方法
JP2006234787A (ja) * 2005-01-25 2006-09-07 Furukawa Electric Co Ltd:The 変位センサ
JP2007532872A (ja) * 2004-04-09 2007-11-15 ケイエスアール インターナショナル カンパニー 誘導位置センサー
JP2011506951A (ja) * 2007-12-12 2011-03-03 ケイエスアール テクノロジーズ カンパニー 誘導位置センサ
US20150260550A1 (en) * 2014-03-13 2015-09-17 Salunda Limited Sensor Arrangement for a Rotatable Element

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4016470A (en) * 1975-05-19 1977-04-05 Xerox Corporation Electrical centering and boring system for transducers
EP0292426A3 (de) * 1987-05-18 1991-01-02 C.A. Weidmüller GmbH & Co. Einrichtung zum Ermitteln der Lage eines rotationssymmetrischen Körpers bezüglich einer Referenzachse
JP2911664B2 (ja) * 1991-09-25 1999-06-23 オークマ株式会社 多変位検出装置
DE19738836A1 (de) 1997-09-05 1999-03-11 Hella Kg Hueck & Co Induktiver Winkelsensor
CN100445694C (zh) * 2004-04-09 2008-12-24 Ksr科技公司 感应位置传感器
DE102007037217B4 (de) * 2007-08-07 2023-11-16 Robert Bosch Gmbh Induktive Messeinrichtung zur berührungslosen Erfassung der relativen Drehposition zwischen zwei Körpern mit diametral angeordneten Spulen
JP5540308B2 (ja) * 2009-10-16 2014-07-02 株式会社ミツトヨ ロータリーエンコーダ
US9360971B2 (en) * 2012-02-10 2016-06-07 3M Innovative Properties Company Mesh patterns for touch sensor electrodes
JP2014006175A (ja) * 2012-06-26 2014-01-16 Aisan Ind Co Ltd 角度センサ
TWI477159B (zh) * 2014-05-27 2015-03-11 Cotron Corp 振動元件
GB2531348B (en) * 2014-10-17 2019-04-24 Murata Manufacturing Co Compact embedded isolation transformer device and method of making the same

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63145902A (ja) * 1986-12-09 1988-06-18 Nippon Steel Corp 渦流式偏芯測定装置
JPH02501590A (ja) * 1986-12-13 1990-05-31 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング 回転角および/または回転速度測定装置
JPH11295009A (ja) * 1998-04-10 1999-10-29 Hitachi Ltd 軸変位検出計およびその製作方法
JP2007532872A (ja) * 2004-04-09 2007-11-15 ケイエスアール インターナショナル カンパニー 誘導位置センサー
JP2006234787A (ja) * 2005-01-25 2006-09-07 Furukawa Electric Co Ltd:The 変位センサ
JP2011506951A (ja) * 2007-12-12 2011-03-03 ケイエスアール テクノロジーズ カンパニー 誘導位置センサ
US20150260550A1 (en) * 2014-03-13 2015-09-17 Salunda Limited Sensor Arrangement for a Rotatable Element

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