WO2012113361A1 - Inductive sensor - Google Patents

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WO2012113361A1
WO2012113361A1 PCT/DE2011/000178 DE2011000178W WO2012113361A1 WO 2012113361 A1 WO2012113361 A1 WO 2012113361A1 DE 2011000178 W DE2011000178 W DE 2011000178W WO 2012113361 A1 WO2012113361 A1 WO 2012113361A1
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inductive sensor
sensor according
electrical conductor
coil
detection
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PCT/DE2011/000178
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Inventor
Jörg GROSS
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Balluff Gmbh
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Publication date
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    • HELECTRICITY
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    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/945Proximity switches
    • H03K17/95Proximity switches using a magnetic detector
    • H03K17/952Proximity switches using a magnetic detector using inductive coils
    • H03K17/9522Proximity switches using a magnetic detector using inductive coils with a galvanically isolated probe
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical 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
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    • G01D5/14Mechanical 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
    • G01D5/20Mechanical 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
    • G01D5/204Mechanical 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
    • G01D5/2053Mechanical 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 a movable non-ferromagnetic conductive element
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    • H03K17/952Proximity switches using a magnetic detector using inductive coils
    • H03K2017/9527Details of coils in the emitter or receiver; Magnetic detector comprising emitting and receiving coils

Definitions

  • the invention is based on an inductive sensor according to the preamble of the independent claim.
  • CONFIRMATION COPY pronounced sensitivity in the direction of the target, ie in the detection direction of the inductive sensor, and at the same time as possible no sensitivity to an electromagnetically active material in his
  • inductive sensor in which two coils are connected as excitation coils and a receiving coil is provided, the same problem occurs. Also in this case, electrically conductive or magnetizable material in the region of the inductive sensor should have as little influence as possible on the measurement result and ultimately on the achievable safe detection range.
  • an alignment of a magnetic field can be achieved by means of an eddy current shield, which encloses a coil system in the shape of a cup.
  • This solution has two significant disadvantages. On the one hand, a considerable wall thickness of the eddy current shielding is required for a sufficient shielding effect, which is difficult to accommodate in small designs. On the other hand, the eddy current shield causes a distortion of the excitation field symmetry, so that the suppression of the exciter field can no longer be ensured by a differential arrangement of detection coils.
  • US Pat. No. 6,057,683 describes an inductive sensor which has an exciter coil which is arranged within an electrically conductive sensor housing.
  • the sensor housing is designed as a field concentrator, which has a slotted cylinder wall and a slotted bottom.
  • the invention has for its object to provide an inductive sensor with the largest possible detection range.
  • the arrangement of at least one eddy-current-carrying conductor in the spool lenan extract of the invention leads to a bundling of the exciter field, without further stress radial space of the sensor housing.
  • magnetic field can be shaped such that substantially only one orthogonal to the axial sensor direction spanned surface of substantially axial flux density components with positive and negative amplitudes is interspersed.
  • the magnetic flux is bundled by the at least one eddy currents leading conductor in a comparable manner in the direction of the target to be detected, as determined by the known ferromag netic
  • Fluxing devices is achieved, but without their disadvantages, which are particularly in the influence of external magnetic fields.
  • the absence of break-prone ferrite flux conductors also increases mechanical robustness.
  • the measures according to the invention enable the realization of a sensor housing of the inductive sensor with a small housing diameter.
  • the achievable field concentration is advantageous for a flush installation of the inductive sensor according to the invention in a sensor holder.
  • the measures according to the invention furthermore make it possible to minimize the sensitivity of the overall system to electromagnetically active objects in the immediate vicinity of the inductive sensor.
  • the at least one eddy currents leading conductor is to be designed such that the eddy currents distributed over the circumference of the at least one exciter coil, resulting in extinction of the exciter field in individual areas. This requirement is achieved by the realization of the electrical conductor with the leading in the circumferential direction of the exciting coil at least two each an eddy current areas.
  • FIG. 2 shows an isometric view of eddy current-carrying regions of the electrical conductor
  • FIG. 5 shows an isometric view of the underside of the two-part eddy current conductor shown in FIG. 4,
  • FIG. 7 shows an isometric view of the upper side of a one-piece conductor, which is arranged in a housing and carries eddy currents according to an alternative embodiment
  • FIG. 8 shows an isometric view of the underside of the conductor shown in FIG. 7,
  • FIG. 11 shows an isometric view of the top side of the conductor carrying eddy currents shown in FIG. 10,
  • FIG. 13 shows a sectional view of a two-part eddy-current-carrying conductor according to yet another embodiment
  • FIG. 16 shows a further embodiment of an inductive sensor according to the invention with two coils.
  • FIG. 1 shows a sectional view through an inductive sensor 10 according to the invention with two electrical conductors 12, each of which contains a plurality of regions 16a, 16b, 16c which, in the presence of an excitation field, each lead to an eddy current.
  • the inductive sensor 10 contains a coil arrangement 18, which in the exemplary embodiment shown comprises an exciter coil 20 and two detection coils 22, 24.
  • an eddy currents leading conductor 12 is disposed in front of and an eddy currents of leading conductors 12 behind the excitation coil 20.
  • the protective cover 38 is realized as a metallic, ie electrically conductive protective cover 38.
  • the inductive sensor 10 provides a switching signal obtained by means of an electronic circuit, not shown in more detail, when a target 40 located within a detection range A is detected.
  • an alternating magnetic field is generated by means of the at least one exciter coil 20, which in the detection direction 26 of the inductive
  • the target 40 must have magnetic field-influencing properties, so that a change of the magnetic field can occur on the basis of the voltage induced in at least one detection coil 22, 24, which is evaluated.
  • the inductive sensor 10 can be operated as a gradiometer.
  • the coil arrangement 18 with the three coils 20, 22, 24 is to be tuned in such a way that the two detection coils 22, 24 are adjusted without the presence of a target 40 and no difference signal occurs.
  • the reverse function is also realizable, so that the gradiometer is matched with the present target 40 in the switching point.
  • a target 40 within the detection area A results in a difference of the induced voltages due to the difference in the distance of the detection coils 22, 24 from the target 40, which is detected and evaluated.
  • a suppression of the field of excitation with respect to the detection coil 24 in front of the detection direction 26 also results from the fact that the positive and negative axial flux density components of the exciter field alternating over the circumference of the coil arrangement 18 are integrated over the cross section of the front detection coil 24 , largely cancel.
  • the flux density component passing through the front detection coil 24 and resulting from the influence of the target 40 is distributed coaxially.
  • a directional separation between the exciter field and the field reaction of the target 40 to be detected results, so to speak.
  • the rear detection coil 22, as seen in the detection direction 26, can be dispensed with in principle.
  • a corresponding embodiment will be shown in more detail below in connection with FIG. 16.
  • An increase in the detection range A of the inductive sensor 10 is achieved by the inventively provided at least one electrical conductor 12, the at least two circumferentially arranged in the circumferential direction of the exciter coil 20 areas 16a, 16b, 16c, which in the presence of an exciter field each carry an eddy current.
  • leading conductors 12 may be present in the inductive sensor 10 according to the invention, which is preferably arranged in front of the at least one exciter coil 20 with respect to the detection direction 26.
  • the eddy-current-carrying conductor 12 may also be positioned behind the at least one exciter coil 20.
  • an eddy current of leading conductors 12 in the detection direction 26 in front of the excitation coil 20 and a further eddy current of leading conductors 12 are arranged behind the exciter coil 20 by way of example.
  • the at least one eddy currents leading conductor 12 leads in the circumferential direction of the inductive sensor 10 to alternately oppositely directed magnetic flux density components, which largely cancel out in the vicinity of the inductive sensor 10 outside the sensor housing 28, so that the resulting magnetic field is at least approximately zero.
  • electromagnetically active material in the outer region of the inductive sensor 10 according to the invention can not affect the magnetic flux in the at least one detection coil 22, 24.
  • the sensitivity in the detection direction 26 can be significantly increased, so that the Detection area A is larger.
  • the optimization can be done in terms of both the amount of the field and its phase.
  • the protective cover 38 is realized with electrically conductive material, the alternating directions of the axial flux density components that enforce the protective cover 38 cause the influence of the detection signal by the eddy currents induced by the excitation field in the protective cover 38 to be comparatively small.
  • FIG. 2 shows an isometric view of an electrical conductor 12 used in the exemplary embodiment according to FIG. 1 with the regions 16a, 16b, 16c, 16d, which each lead to an eddy current in the presence of an exciter field.
  • the optimization of the magnetic field is preferably carried out on the basis of experiments or calculations which leads to a specification of the shape of the eddy-current-carrying conductor 12 and its geometrical arrangement in the inductive sensor 10.
  • the respective one eddy current leading portions 16a, 16b, 16c, 16d are characterized in particular by the respectively formed surface, which is penetrated by the field lines of the exciter field of the excitation coil 20.
  • the area of the eddy-current-carrying regions 16a, 16b, 16c, 16d effective in relation to the exciting field is to be matched to the desired intensity of the eddy currents.
  • the eddy currents cause caused field lines are directed opposite to the field lines of the exciter field.
  • the unspecified distances of an eddy-current-carrying conductor 12 to individual coils 20, 22, 24 can be varied.
  • the embodiment shown in FIG. 2 is cylindrical regions 16a, 16b, 16c, 16d, which have a predetermined thickness D. exhibit.
  • the eddy currents leading conductor 12 can also be replaced by a
  • FIG. 3 shows a field distribution 50 in a plan view in the direction of the protective cover 38 of the inductive sensor 10 according to the invention.
  • the reproduced field distribution 50 is based on eight regions 16 of an eddy-current-carrying conductor 12 which have eight partial regions 52 with respect to the circumference of the inductive sensor 10. in which the magnetic field with respect to the sensor axis 34 points perpendicularly out of the plane of the drawing and alternately corresponding to eight subregions 54, in which the magnetic field with respect to the sensor axis 34 perpendicular to the Pointing into the drawing plane. It is also essential that outside the dashed line indicated circumference 56 of the sensor housing 28 almost no magnetic field occurs more.
  • FIG. 4 shows an isometric view of the upper side of a two-part eddy-current-carrying conductor 12.
  • an inner first part 60 of the eddy-current-carrying conductor 12 and a radially adjacent inner part 60 an outer second part 62 of FIG Eddy currents leading conductor 12 is arranged.
  • the excitation coil 20 is positioned at least approximately in the radial direction at the transition between the inner first and outer second part 60, 62 of the eddy-current-carrying conductor 12.
  • the outer second part 62 of the eddy-current-carrying conductor 12 has, with respect to the circumferential direction, a plurality of rotationally symmetrically arranged regions 16a, 16b, 16c, 16d, which are bevelled with respect to the sensor axis 34, the bevels 64a, 64b, 64c, 64d in the detection direction 26 are inclined inwards to the front.
  • the inner first part 60 of the eddy-current-carrying conductor 12 has recesses 66a, 66b which lie opposite the segments 16a, 16b, 16c, 16d of the outer part 62.
  • the recesses 66a, 66b are chamfered in the radial sensor direction, wherein the bevels 68a, 68b correspond to the slopes 64a, 64b, 64c, 64d of the outer second part 62.
  • the bevels 68a, 68b are chamfered to the rear outside.
  • FIG. 5 shows an isometric view of the underside of the two-part eddy-current-carrying conductor 12 according to FIG. 4, matching parts of FIGS. 4 and 5 being denoted the same. This also applies to the following figures.
  • FIG. 6 shows a sectional view of the two-part eddy current-carrying conductor 12 according to FIGS. 4 and 5 with a view of the underside.
  • Figure 7 shows an isometric view of the top of a one-piece, arranged in the inner housing 30 eddy currents leading conductor 12.
  • the eddy currents leading conductor 12 is realized as an electrically conductive disk 70, which is positioned in the detection embodiment 26 seen in the embodiment shown in front of the exciting coil 20.
  • the disc 70 has channels 72 in the axial direction, which are provided in a radius which is greater than the radius of the excitation coil 20 and alternate with further, tilted to the axial direction of channels 74, which on the front side with respect to the detection direction 26 in a radius larger than the radius of the excitation coil 20, but on the side of the exciting coil 20 but have a radius which is smaller than the radius of the exciting coil 20.
  • the channels 72, 74 are arranged in the embodiment shown rotationally symmetrical with respect to the sensor axis 34.
  • the channels 72 and / or the tilted channels 74 may additionally be tilted in the tangential direction. Furthermore, the channels 72 and / or the tilted channels 74 may have a cross-section that is in relation to the Sensor direction 26 increases or decreases.
  • the axial channels 72 each form a region 16a, 16b.
  • the regions 16a, 16b are rotationally symmetrical with respect to the sensor axis 34 in the exemplary embodiment.
  • FIG. 8 shows an isometric view with a view of the underside of the eddy current 12 shown in FIG. 7
  • FIG. 9 shows a sectional view of a side view of the eddy current 12 shown in FIGS. 7 and 8.
  • FIG. 10 shows an isometric view of the underside of a two-part eddy-current-carrying conductor 12 according to a further embodiment.
  • the two parts 60, 62 of the eddy-current-carrying conductor 12 have wavy boundaries 80, 82 with respect to the circumferential direction.
  • the wave peaks of one part 60 of the eddy-current-carrying conductor 12 are opposite the troughs of the other part 62.
  • a balancing possibility for balancing the positive and negative axial flux density components can be created by the two parts 60, 62 being rotated against one another.
  • the wave-shaped boundaries 80, 82 in this case have a sawtooth-shaped course in a cylindrical sectional area.
  • the second outer part 62 preferably has slopes 84, in particular in the region of the wave crests, which are inclined inwards with respect to the detection direction 26. Accordingly, the first inner part 60 also have bevels 86 on its wave crests which are inclined outwards in relation to the detection direction 26.
  • Figure 1 1 shows an isometric view of the top of the eddy current conductor 12 shown in Figure 10 and Figure 12 shows a cross-sectional view of the eddy currents shown in Figures 10 and 11 leading conductor 12 in which the ramps 84, 86 stand out clearly.
  • FIG. 13 shows a sectional view of a two-part electrical conductor 12 with regions 16a, 16b, 16c, 16d, which in each case lead to an eddy current in the presence of an exciter field, according to yet another embodiment.
  • the at least one excitation coil 20 is arranged in a gap 90 between the inner and outer part 60, 62 of the electrical conductor 12.
  • the at least one excitation coil 20 can be arranged generally at the transition between the inner first and outer second part (60, 62) of the electrical conductor (12) viewed in the radial direction, so that the at least one exciter coil 20, as seen in the detection direction 26, also before or can be arranged behind the gap 90.
  • the at least one exciter coil 20 can be arranged according to an embodiment with appropriate isolation even within the electrical conductor 12. Another difference is that, according to the exemplary embodiment shown in FIG. 13, the outer part 62 of the electrical conductor 12 is integrated into the inner housing 30. With this measure, the
  • FIG. 14 shows an isometric view of the underside of the eddy current conductor 12 shown in FIG. 13, which provides a complete view of the at least one exciter coil 20 positioned in the gap 90.
  • Figure 15 shows an alternative embodiment of the inductive sensor 10 according to the invention with two eddy currents leading conductors 12 and three coils 20, 22, 24.
  • the structure corresponds essentially to the reproduced in Figure 1 structure, but the two eddy currents leading conductors 12 are designed differently.
  • the arranged between the excitation coil 20 and the rear detection coil 22 eddy currents leading conductor 12 is configured as shown in Figure 2, while arranged between the excitation coil 20 and the front detection coil 24 eddy currents leading conductor 12 as shown in Figures 10-12 configured is.
  • FIG. 16 shows a further embodiment of the inductive sensor 10 according to the invention, in which apart from the excitation coil 20 only one detection coil 24 positioned in the detection direction 26 and positioned in front of the exciter coil 20 is provided.
  • the eddy currents leading conductor 12 is disposed between the two coils 20, 24.
  • the eddy-current-carrying conductor 12 is configured as shown in FIGS. 10 to 12.

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Abstract

The invention relates to an inductive sensor (10), comprising a coil arrangement (18), which contains at least one exciting coil (20) and at least one detecting coil (22, 24), wherein the coil arrangement (18) can be influenced by an electromagnetic interaction with a target (40) to be detected. The inductive sensor (10) according to the invention is characterized in that an electrical conductor (12), which is arranged in the excitation field of the at least one exciting coil (20), is provided. The electrical conductor has at least two regions (16a, 16b, 16c, 16d) in the circumferential direction of the exciting coil (20), which regions each conduct an eddy current in the presence of an excitation field. The at least one electrical conductor (12) having the regions (16a, 16b, 16c, 16d) that conduct eddy currents leads to a concentration of the alternating magnetic field produced by the at least one exciting coil (20), wherein substantially axial flux density components having positive and negative amplitudes pass through essentially only one area extending orthogonally to the axial sensor direction. Thus high insensitivity to electromagnetically active material outside the inductive sensor (10) according to the invention and a greater detection region (A) are achieved.

Description

Beschreibung Titel  Description title
Induktiver Sensor Inductive sensor
Die Erfindung geht aus von einem induktiven Sensor nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs. The invention is based on an inductive sensor according to the preamble of the independent claim.
Bei einem induktiven Sensor tritt eine vergleichsweise hohe Feldamplitude wenigstens einer Erregerspule gegenüber einer extrem kleinen Feldamplitude auf, die aus der Rückwirkung eines zu detektierenden Ziels resultiert. Eine Erfassung der Änderung der Feldamplitude durch den Einfluss des mit dem induktiven Sensor zu erfassenden Ziels erfordert eine Auflösung des Mess- Systems von mehreren Größenordnungen. Größere Detektionsbereiche können mit einem kostengünstigen Mess-System nicht ohne Weiteres erreicht werden. Hierbei ist zu beachten, dass eine Erhöhung des Detektions- bereichs von beispielsweise zweifach auf dreifach ungefähr eine zehnfache Erhöhung der Auflösung des Mess-Systems erfordert. In the case of an inductive sensor, a comparatively high field amplitude of at least one exciter coil occurs in comparison with an extremely small field amplitude resulting from the retroactivity of a target to be detected. A detection of the change of the field amplitude by the influence of the target to be detected by the inductive sensor requires a resolution of the measuring system of several orders of magnitude. Larger detection ranges can not be easily achieved with a cost-effective measuring system. It should be noted that an increase in the detection range from, for example, two times to three times, requires approximately a tenfold increase in the resolution of the measurement system.
Mit einem als Gradiometer ausgestalteten induktiven Sensor kann prinzipiell eine sehr hohe Unterdrückung des Erregerfeldes erreicht werden, wenn die Detektionsspulen derart angeordnet werden, dass die von den Spulen jeweils umfassten Flussanteile nahezu identisch sind. Ein induktiver Sensor, der eine With an inductive sensor designed as a gradiometer, a very high suppression of the exciter field can in principle be achieved if the detection coils are arranged in such a way that the flux components respectively encompassed by the coils are almost identical. An inductive sensor, the one
BESTÄTIGUNGSKOPIE ausgeprägte Empfindlichkeit in Richtung des Ziels, also in Detektionsrichtung des induktiven Sensors, und gleichzeitig möglichst keine Empfindlichkeit gegenüber einem elektromagnetisch wirksamen Material in seiner CONFIRMATION COPY pronounced sensitivity in the direction of the target, ie in the detection direction of the inductive sensor, and at the same time as possible no sensitivity to an electromagnetically active material in his
unmittelbaren Umgebung aufweisen soll, erfordert prinzipiell eine sehr wirksame Ausrichtung des magnetischen Feldes. To have a direct environment requires in principle a very effective orientation of the magnetic field.
Bei einer alternativen Ausgestaltung des induktiven Sensors, bei dem zwei Spulen als Erregerspulen geschaltet sind und eine Empfangsspule vorgesehen ist, tritt die gleiche Problematik auf. Auch in diesem Fall sollte elektrisch leitfähiges oder magnetisierbares Material im Bereich des induktiven Sensors möglichst keinen Einfluss auf das Messergebnis und letztlich auf den erreichbaren sicheren Detektionsbereich haben. In an alternative embodiment of the inductive sensor, in which two coils are connected as excitation coils and a receiving coil is provided, the same problem occurs. Also in this case, electrically conductive or magnetizable material in the region of the inductive sensor should have as little influence as possible on the measurement result and ultimately on the achievable safe detection range.
Stand der Technik State of the art
Grundsätzlich kann eine Ausrichtung eines magnetischen Feldes mittels einer Wirbelstromabschirmung erreicht werden, die ein Spulensystem topfförmig umschließt. Diese Lösung weist zwei erhebliche Nachteile auf. Einerseits ist für eine ausreichende Schirmwirkung eine erhebliche Wandstärke der Wirbelstromschirmung erforderlich, die bei kleinen Bauformen schwer unterzubringen ist. Andererseits verursacht die Wirbelstromschirmung eine Verzerrung der Symmetrie des Erregerfeldes, sodass die Unterdrückung des Erregerfeldes durch eine differenzielle Anordnung von Detektionsspulen nicht mehr sichergestellt werden kann. In principle, an alignment of a magnetic field can be achieved by means of an eddy current shield, which encloses a coil system in the shape of a cup. This solution has two significant disadvantages. On the one hand, a considerable wall thickness of the eddy current shielding is required for a sufficient shielding effect, which is difficult to accommodate in small designs. On the other hand, the eddy current shield causes a distortion of the excitation field symmetry, so that the suppression of the exciter field can no longer be ensured by a differential arrangement of detection coils.
Eine Vorrichtung zur Ausrichtung eines magnetischen Feldes ist beispielsweise in der Patentschrift US 5 248 989 beschrieben. Die Ausrichtung erfolgt mit einem Wirbelstrom führenden Leiter, der als Metallplatte mit einem Schlitz gefertigt ist. Der Wirbelstrom entsteht als Gegenreaktion zu einem Erregerfeld, das eine Erregerspule erzeugt, welche vom Wirbelstrom führenden Leiter umgeben ist. A device for aligning a magnetic field is described, for example, in US Pat. No. 5,248,989. The alignment is done with an eddy-current-carrying conductor, which is made as a metal plate with a slot. The eddy current is generated as a counterreaction to an exciter field, which generates an exciting coil, which leads from the eddy current Head is surrounded.
Weiterhin ist in der Patentschrift US 6 057 683 ein induktiver Sensor beschrieben, der eine Erregerspule aufweist, die innerhalb eines elektrisch leitfähigen Sensorgehäuses angeordnet ist. Das Sensorgehäuse ist als Feldkon- zentrator ausgebildet, der eine geschlitzte Zylinderwand und einen geschlitzten Boden aufweist. Furthermore, US Pat. No. 6,057,683 describes an inductive sensor which has an exciter coil which is arranged within an electrically conductive sensor housing. The sensor housing is designed as a field concentrator, which has a slotted cylinder wall and a slotted bottom.
In der Patentschrift DE 10 2006 053 222 B4 ist ein als induktiver Näherungsschalter ausgestalteter induktiver Sensor beschrieben, der eine auf einem Spulenträger angeordnete Sendespule und wenigstens eine Detektionsspule aufweist. Eine als Ergänzungsspule bezeichnete Spule, welche ein zu dem von der wenigstens einen Sendespule der Spulenanordnung erzeugten Erregerfeld proportionales Kompensationsfeld aufbauen soll, ist ebenfalls auf einem Spulenträger angeordnet, auf dessen Rückseite ein elektrisch leitender Schirm vorgesehen ist. The patent DE 10 2006 053 222 B4 describes an inductive sensor designed as an inductive proximity switch, which has a transmitting coil arranged on a coil carrier and at least one detection coil. A coil designated as a supplementary coil, which is intended to build up a compensation field proportional to the excitation field generated by the at least one transmitting coil of the coil arrangement, is likewise arranged on a coil carrier, on whose rear side an electrically conductive screen is provided.
Allgemein üblich ist eine Ausrichtung eines magnetischen Feldes mittels fer- romagnetischem Material. Hierzu werden ferromagnetische Schalenkerne eingesetzt. In der Praxis muss hierbei mit teils erheblichen Chargenabweichungen in der Fertigung der ferromagnetischen Materialien gerechnet werden, die in den Datenblättern zwar im Rahmen von Toleranzbereichen spezifiziert sind, bei der Fertigung eines induktiven Näherungssensors jedoch eine Justierung jedes einzelnen Sensors erforderlich machen. Gleichermaßen muss auf Geometrietoleranzen reagiert werden. Der gravierendste Nachteil eines ferromagnetischen Flussleiters liegt jedoch in der Abhängigkeit seiner Permeabilität von der (Gleichstrom-)Vormagnetisierung. Im industriellen Einsatz der induktiven Näherungssensoren muss mit derartigen externen An orientation of a magnetic field by means of ferromagnetic material is generally customary. For this purpose ferromagnetic shell cores are used. In practice, this must be expected in some cases considerable batch deviations in the production of ferromagnetic materials, which are indeed specified in the data sheets in the context of tolerance ranges, but make an adjustment of each sensor in the manufacture of an inductive proximity sensor. Equally, it is necessary to react to geometry tolerances. The most serious disadvantage of a ferromagnetic flux guide, however, is the dependence of its permeability on the (DC) bias. In industrial use of inductive proximity sensors must with such external
Magnetfeldern im Bereich von Anlagen, beispielsweise Schweißanlagen, die starke Magnetfelder erzeugen, stets gerechnet werden. Induktive Näherungssensoren, die in der vorliegenden Patentanmeldung eingesetzt werden, sind im Internet unter dem zur Anmelderin führenden Link: http://www.balluff.com beschrieben. Die induktiven Näherungssensoren stellen ein Schaltsignal bereit, das die Anwesenheit eines Ziels innerhalb eines spezifizierten Detektionsbereichs signalisiert. Magnetic fields in the range of equipment, such as welding systems that generate strong magnetic fields are always calculated. Inductive proximity sensors used in the present patent application are described in the internet under the applicant's link: http://www.balluff.com. The inductive proximity sensors provide a switching signal that signals the presence of a target within a specified detection range.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen induktiven Sensor mit einem möglichst großen Detektionsbereich anzugeben. The invention has for its object to provide an inductive sensor with the largest possible detection range.
Die Aufgabe wird durch die im unabhängigen Anspruch angegebenen Merkmale gelöst. The object is achieved by the features specified in the independent claim.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Die Erfindung geht aus von einem induktiven Sensor mit einer Spulenanordnung die wenigstens eine Erregerspule und wenigstens eine Detektions- spule enthält, wobei die Spulenanordnung durch eine elektromagnetische Wechselwirkung mit einem zu detektierenden Ziel beeinflussbar ist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass ein im Erregerfeld der wenigstens einen Erregerspule angeordneter elektrischer Leiter vorgesehen ist, der in Umfangsrichtung der Erregerspule wenigstens zwei Bereiche aufweist, welche bei Vorhandensein eines Erregerfelds jeweils einen Wirbelstrom führen. The invention is based on an inductive sensor with a coil arrangement which contains at least one exciter coil and at least one detection coil, wherein the coil arrangement can be influenced by an electromagnetic interaction with a target to be detected. The invention is characterized in that an electrical conductor arranged in the exciting field of the at least one exciter coil is provided, which has at least two regions in the circumferential direction of the exciter coil, which each lead to an eddy current in the presence of an exciter field.
Der elektrische Leiter mit den bei Vorhandensein eines Erregerfelds jeweils einen Wirbelstrom führenden Bereichen wird im Folgenden auch kurz als Wirbelströme führender Leiter bezeichnet. The electrical conductor with the regions which in each case have an eddy current in the presence of an exciting field is also referred to below as the eddy currents of leading conductors.
Die Anordnung wenigstens eines Wirbelströme führenden Leiters in der Spu- lenanordnung des erfindungsgemäßen, beispielsweise als Gradiometer ausgestalteten induktiven Sensors führt zu einer Bündelung des Erregerfeldes, ohne weiteren radialen Bauraum des Sensorgehäuses zu beanspruchen. Das von einer beispielsweise toroidförmigen Erregerspule ausgehende The arrangement of at least one eddy-current-carrying conductor in the spool lenanordnung of the invention, for example, designed as a gradiometer inductive sensor leads to a bundling of the exciter field, without further stress radial space of the sensor housing. The emanating from an example toroidal exciter coil
magnetische Feld kann derart geformt werden, dass im Wesentlichen nur eine orthogonal zur axialen Sensorrichtung aufgespannte Fläche von im Wesentlichen axialen Flussdichtekomponenten mit positiven und negativen Amplituden durchsetzt wird. magnetic field can be shaped such that substantially only one orthogonal to the axial sensor direction spanned surface of substantially axial flux density components with positive and negative amplitudes is interspersed.
Das magnetische Wechselfeld wird also derart geformt, dass es in axialer Richtung überwiegend axialparallele Flussdichtekomponenten positiver und negativer Amplituden aufweist, die bei einem beispielsweise rotationssymmetrischen induktiven Sensor rotationssymmetrisch, jedoch nicht koaxial angeordnet sind. Das bedeutet, dass die Austrittsfläche des induktiven Sensors abwechselnd von positiven und negativen Flussdichtekomponenten durchsetzt wird, die auf einem koaxialen Ring liegen. The magnetic alternating field is thus shaped such that it has predominantly axially parallel flux density components of positive and negative amplitudes in the axial direction, which are rotationally symmetrical, but not coaxial, in a rotationally symmetrical inductive sensor, for example. This means that the output surface of the inductive sensor is interspersed alternately by positive and negative flux density components which lie on a coaxial ring.
Der magnetische Fluss wird durch den wenigstens einen Wirbelströme führenden Leiter in vergleichbarer Weise in Richtung des zu detektierenden Ziels gebündelt, wie dies durch die bekannten ferromag netischen The magnetic flux is bundled by the at least one eddy currents leading conductor in a comparable manner in the direction of the target to be detected, as determined by the known ferromag netic
Flussleiteinrichtungen erreicht wird, jedoch ohne deren Nachteile, die insbesondere in der Beeinflussung durch externe Magnetfelder liegen. Das Fehlen von bruchanfälligen Flussleitern aus Ferrit erhöht zudem die mechanische Robustheit. Fluxing devices is achieved, but without their disadvantages, which are particularly in the influence of external magnetic fields. The absence of break-prone ferrite flux conductors also increases mechanical robustness.
Die Symmetrie des Gradienten der axialen Flussdichtekomponente einer zylindrischen Erregerspule wird durch eine einseitige Abschirmung in axialer Richtung erheblich gestört. In axialer Richtung oberhalb und unterhalb einer Erregerspule angeordnete Spulen eines axialen Gradiometers werden daher von Flussdichteanteilen durchdrungen, die sich nach Betrag und insbeson- dere Phase erheblich unterscheiden. Hier ermöglicht der erfindungsgemäße Einsatz des wenigstens einen elektrischen Leiters mit den wenigstens zwei Bereichen, die bei Vorhandensein eines Erregerfeldes jeweils einen Wirbelstrom führen, eine Formung der Geometrie des Erregerfeldes, sodass dessen Symmetrie bezüglich der wenigstens einen Empfangspule des induktiven Sensors in der erforderlichen Weise erzielt wird, wobei die Optimierung hinsichtlich sowohl des Betrags des Feldes als auch hinsichtlich dessen Phase erfolgen kann. The symmetry of the gradient of the axial flux density component of a cylindrical exciter coil is significantly disturbed by a one-sided shield in the axial direction. Coils of an axial gradiometer arranged in the axial direction above and below an exciter coil are therefore penetrated by flux density components which vary in magnitude and in particular significantly differentiate between phases. Here, the use according to the invention of the at least one electrical conductor with the at least two regions which each lead to an eddy current in the presence of a field exciter, a shaping of the geometry of the exciter field, so that its symmetry with respect to the at least one receiving coil of the inductive sensor is achieved in the required manner where optimization can be made in terms of both the amount of the field and its phase.
Die erfindungsgemäßen Maßnahmen ermöglichen die Realisierung eines Sensorgehäuses des induktiven Sensors mit einem geringen Gehäusedurchmesser. Die erzielbare Feldbündelung ist vorteilhaft für einen bündigen Einbau des erfindungsgemäßen induktiven Sensors in einer Sensorhalterung. The measures according to the invention enable the realization of a sensor housing of the inductive sensor with a small housing diameter. The achievable field concentration is advantageous for a flush installation of the inductive sensor according to the invention in a sensor holder.
Die erfindungsgemäßen Maßnahmen ermöglichen weiterhin eine Minimierung der Empfindlichkeit des Gesamtsystems gegenüber elektromagnetisch wirksamen Objekten in der unmittelbaren Nähe des induktiven Sensors. Der wenigstens eine Wirbelströme führende Leiter ist derart auszugestalten, dass die Wirbelströme über den Umfang der wenigstens einen Erregerspule verteilt, in einzelnen Bereichen eine Auslöschung des Erregerfeldes ergeben. Diese Voraussetzung wird durch die Realisierung des elektrischen Leiters mit den in Umfangsrichtung der Erregerspule wenigstens zwei jeweils einen Wirbelstrom führenden Bereichen erreicht. The measures according to the invention furthermore make it possible to minimize the sensitivity of the overall system to electromagnetically active objects in the immediate vicinity of the inductive sensor. The at least one eddy currents leading conductor is to be designed such that the eddy currents distributed over the circumference of the at least one exciter coil, resulting in extinction of the exciter field in individual areas. This requirement is achieved by the realization of the electrical conductor with the leading in the circumferential direction of the exciting coil at least two each an eddy current areas.
Die resultierende axiale Komponente der magnetischen Flussdichte weist dann, über den Umfang des Spulensystems verteilt, abwechselnd positive und negative Anteile auf. Durch die mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen erzielte Konstellation des magnetischen Flusses wechseln sich demnach außerhalb des induktiven Sensors und in gegebenenfalls vorhandenen, den induktiven Sensor umgebenden elektromagnetisch wirksamen Materialen über den Umfang verteilt Bereiche induzierter Wirbelströme mit wechselnder Stromrichtung ab, sodass sich insgesamt der Einfluss auf das Spulensystem des erfindungsgemäßen induktiven Sensors weitestgehend aufhebt. The resulting axial component of the magnetic flux density then has, distributed over the circumference of the coil system, alternately positive and negative components. The constellation of the magnetic flux achieved with the measures according to the invention thus alternates outside the inductive sensor and in optionally present electromagnetically active materials surrounding the inductive sensor Distributed regions of induced eddy currents with alternating current direction are distributed over the circumference, so that overall the influence on the coil system of the inductive sensor according to the invention is largely eliminated.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen induktiven Sensors sind Gegenstände jeweils der abhängigen Ansprüche. Advantageous developments and refinements of the inductive sensor according to the invention are objects of the dependent claims.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.
Kurzbeschreibung der Figuren Brief description of the figures
Figur 1 zeigt ein Schnittbild durch einen erfindungsgemäßen Sensor mit elektrischen Leitern, die Wirbelströme führende Bereiche aufweisen, FIG. 1 shows a sectional view through a sensor according to the invention with electrical conductors which have eddy-current-carrying regions,
Figur 2 zeigt eine isometrische Ansicht von Wirbelströme führenden Bereichen des elektrischen Leiters, FIG. 2 shows an isometric view of eddy current-carrying regions of the electrical conductor,
Figur 3 zeigt die axiale Komponente einer magnetischen Flussdichteverteilung in einer Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen induktiven Sensor, Figur 4 zeigt eine isometrische Ansicht der Oberseite eines zweiteiligen Wirbelströme führenden Leiters,  3 shows the axial component of a magnetic flux density distribution in a plan view of an inductive sensor according to the invention, FIG. 4 shows an isometric view of the upper side of a two-part eddy-current-carrying conductor,
Figur 5 zeigt eine isometrische Ansicht der Unterseite des in Figur 4 gezeigten zweiteiligen Wirbelströme führenden Leiters,  FIG. 5 shows an isometric view of the underside of the two-part eddy current conductor shown in FIG. 4,
Figur 6 zeigt ein Schnittbild des in den Figuren 4 und 5 gezeigten zweiteiligen Wirbelströme führenden Leiters, FIG. 6 shows a sectional view of the two-part eddy current conductor shown in FIGS. 4 and 5,
Figur 7 zeigt eine isometrische Ansicht der Oberseite eines einteiligen, in einem Gehäuse angeordneten Wirbelströme führenden Leiters gemäß einer alternativen Ausgestaltung,  FIG. 7 shows an isometric view of the upper side of a one-piece conductor, which is arranged in a housing and carries eddy currents according to an alternative embodiment,
Figur 8 zeigt eine isometrische Ansicht der Unterseite des in Figur 7 gezeigten Wirbelströme führenden Leiters,  FIG. 8 shows an isometric view of the underside of the conductor shown in FIG. 7,
Figur 9 zeigt ein Schnittbild des in den Figuren 7 und 8 gezeigten Wirbel- ströme führenden Leiters, FIG. 9 shows a sectional view of the vortex shown in FIGS. 7 and 8. currents of the leading conductor,
Figur 10 zeigt eine isometrische Ansicht der Unterseite eines zweiteiligen Wirbelströme führenden Leiters gemäß einer weiteren Ausgestaltung,  FIG. 10 shows an isometric view of the underside of a two-part eddy-current-carrying conductor according to a further embodiment,
Figur 1 1 zeigt eine isometrische Ansicht der Oberseite des in Figur 10 gezeigten Wirbelströme führenden Leiters, FIG. 11 shows an isometric view of the top side of the conductor carrying eddy currents shown in FIG. 10,
Figur 12 zeigt ein Schnittbild des in den Figuren 10 und 11 gezeigten Wirbelströme führenden Leiters,  FIG. 12 shows a sectional view of the conductor carrying eddy currents shown in FIGS. 10 and 11,
Figur 13 zeigt ein Schnittbild eines zweiteiligen Wirbelströme führenden Leiters gemäß einer nochmals anderen Ausgestaltung,  FIG. 13 shows a sectional view of a two-part eddy-current-carrying conductor according to yet another embodiment,
Figur 14 zeigt eine isometrische Ansicht der Unterseite des in Figur 13 gezeigten Wirbelströme führenden Leiters, FIG. 14 shows an isometric view of the underside of the conductor carrying eddy currents shown in FIG. 13,
Figur 15 zeigt eine alternative Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen induktiven Sensors mit zwei unterschiedlich ausgestalteten Wirbelströme führenden Leitern sowie drei Spulen und  Figure 15 shows an alternative embodiment of an inductive sensor according to the invention with two differently configured eddy currents leading conductors and three coils and
Figur 16 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen induktiven Sensors mit zwei Spulen.  FIG. 16 shows a further embodiment of an inductive sensor according to the invention with two coils.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele Detailed description of the embodiments
Figur 1 zeigt ein Schnittbild durch einen erfindungsgemäßen induktiven Sensor 10 mit zwei elektrischen Leitern 12, die jeweils mehrere Bereiche 16a, 16b, 16c enthalten, die bei Vorhandensein eines Erregerfeldes jeweils einen Wirbelstrom führen. Der induktive Sensor 10 enthält eine Spulenanordnung 18, die im gezeigten Ausführungsbeispiel eine Erregerspule 20 sowie zwei Detektionsspulen 22, 24 umfasst. In Detektionsrichtung 26 des induktiven Sensors 10, die vom induktiven Sensor 10 wegzeigt, ist ein Wirbelströme führender Leiter 12 vor und ein Wirbelströme führender Leiter 12 hinter der Erregerspule 20 angeordnet. Die Wirbelströme führenden Leiter 12 sowie die Spulenanordnung 18 sind in einem Sensorgehäuse 28 angeordnet, das im gezeigten Ausführungsbeispiel ein inneres Gehäuse 30 und ein äußeres Gehäuse 32 aufweist. Das Sensorgehäuse 28 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel zylindrisch mit einer Sensorachse 34 ausgebildet. Vorzugsweise ist das innere Gehäuse 30 elektrisch leitfähig. Üblicherweise ist auch das äußere Gehäuse 32 aus Metall gefertigt. Das Sensorgehäuse 28 ist auf seiner Rückseite geschlossen und auf seiner Vorderseite in Detektionsrichtung 26 mit einem Schutzdeckel 38 abgeschlossen. FIG. 1 shows a sectional view through an inductive sensor 10 according to the invention with two electrical conductors 12, each of which contains a plurality of regions 16a, 16b, 16c which, in the presence of an excitation field, each lead to an eddy current. The inductive sensor 10 contains a coil arrangement 18, which in the exemplary embodiment shown comprises an exciter coil 20 and two detection coils 22, 24. In the detection direction 26 of the inductive sensor 10, which points away from the inductive sensor 10, an eddy currents leading conductor 12 is disposed in front of and an eddy currents of leading conductors 12 behind the excitation coil 20. The eddy currents leading conductor 12 and the coil assembly 18 are arranged in a sensor housing 28, which has an inner housing 30 and an outer housing 32 in the illustrated embodiment. The sensor housing 28 is cylindrical in the embodiment shown with a sensor axis 34. Preferably, the inner housing 30 is electrically conductive. Usually, the outer housing 32 is made of metal. The sensor housing 28 is closed on its rear side and closed on its front side in the detection direction 26 with a protective cover 38.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Schutzdeckel 38 als metallischer, also elektrisch leitfähiger Schutzdeckel 38 realisiert ist. An embodiment provides that the protective cover 38 is realized as a metallic, ie electrically conductive protective cover 38.
Der erfindungsgemäße induktive Sensor 10 stellt ein mittels einer nicht näher gezeigten elektronischen Schaltung gewonnenes Schaltsignal bereit, wenn ein innerhalb eines Detektionsbereichs A liegendes Ziel 40 detektiert wird. Hierzu wird mittels der wenigstens einen Erregerspule 20 ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, welches in Detektionsrichtung 26 des induktiven The inductive sensor 10 according to the invention provides a switching signal obtained by means of an electronic circuit, not shown in more detail, when a target 40 located within a detection range A is detected. For this purpose, an alternating magnetic field is generated by means of the at least one exciter coil 20, which in the detection direction 26 of the inductive
Sensors 10 außerhalb in Detektionsrichtung 26 vor dem Schutzdeckel 38 auftritt. Das Ziel 40 muss magnetfeldbeeinflussende Eigenschaften aufweisen, sodass eine Änderung des Magnetfelds anhand der in wenigstens eine De- tektionsspule 22, 24 induzierten Spannung auftreten kann, welche bewertet wird. Sensor 10 occurs outside in the detection direction 26 before the protective cover 38. The target 40 must have magnetic field-influencing properties, so that a change of the magnetic field can occur on the basis of the voltage induced in at least one detection coil 22, 24, which is evaluated.
Bei der in Figur 1 gezeigten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen induktiven Sensors 10 sind zwei Detektionsspulen 22, 24 vorgesehen, sodass der induktive Sensor 10 als Gradiometer betrieben werden kann. Die Spulenanordnung 18 mit den drei Spulen 20, 22, 24 ist derart abzustimmen, dass die beiden Detektionsspulen 22, 24 ohne anwesendes Ziel 40 abgeglichen sind und kein Differenzsignal auftritt. Die umgekehrte Funktion ist ebenfalls realisierbar, sodass das Gradiometer mit anwesendem Ziel 40 im Schaltpunkt abgeglichen ist. 1, two detection coils 22, 24 are provided, so that the inductive sensor 10 can be operated as a gradiometer. The coil arrangement 18 with the three coils 20, 22, 24 is to be tuned in such a way that the two detection coils 22, 24 are adjusted without the presence of a target 40 and no difference signal occurs. The reverse function is also realizable, so that the gradiometer is matched with the present target 40 in the switching point.
Ein Ziel 40 innerhalb des Detektionsbereichs A führt aufgrund des unterschiedlichen Abstands der Detektionsspulen 22, 24 zum Ziel 40 zu einer Differenz der induzierten Spannungen, welche erfasst und bewertet wird. A target 40 within the detection area A results in a difference of the induced voltages due to the difference in the distance of the detection coils 22, 24 from the target 40, which is detected and evaluated.
Mit der exemplarisch in Figur 1 gezeigten Anordnung kann prinzipiell eine sehr hohe Unterdrückung des Erregerfeldes in Bezug auf die Detektionsspulen 22, 24 erreicht werden. With the arrangement shown by way of example in FIG. 1, in principle a very high suppression of the excitation field with respect to the detection coils 22, 24 can be achieved.
Eine Unterdrückung des Erregerfeldes in Bezug auf die in Bezug auf die De- tektionsrichtung 26 vordere Detektionsspule 24 ergibt sich auch dadurch, dass sich die über den Umfang der Spulenanordnung 18 abwechselnden positiven und negativen axialen Flussdichteanteile des Erregerfeldes, integriert über den Querschnitt der vorderen Detektionsspule 24, weitgehend aufheben. Der die vordere Detektionsspule 24 durchsetzende Flussdichteanteil, der vom Einfluss des Ziels 40 herrührt, ist dagegen koaxial verteilt. Somit ergibt sich gewissermaßen eine Richtungstrennung zwischen dem Erregerfeld und der zu detektierenden Feldrückwirkung des Ziels 40. Aufgrund dieser Wirkung kann rein prinzipiell auf die in Detektionsrichtung 26 gesehen hintere Detektionsspule 22 verzichtet werden. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel wird weiter unten in Verbindung mit Figur 16 noch näher gezeigt. A suppression of the field of excitation with respect to the detection coil 24 in front of the detection direction 26 also results from the fact that the positive and negative axial flux density components of the exciter field alternating over the circumference of the coil arrangement 18 are integrated over the cross section of the front detection coil 24 , largely cancel. By contrast, the flux density component passing through the front detection coil 24 and resulting from the influence of the target 40 is distributed coaxially. As a result, a directional separation between the exciter field and the field reaction of the target 40 to be detected results, so to speak. Because of this effect, the rear detection coil 22, as seen in the detection direction 26, can be dispensed with in principle. A corresponding embodiment will be shown in more detail below in connection with FIG. 16.
Zum Erreichen eines möglichst großen Detektionsbereichs A des induktiven Sensors 10 ist eine ausgeprägte Empfindlichkeit in Richtung des Ziels 40, also in Detektionsrichtung 26 des induktiven Sensors 10, und gleichzeitig möglichst keine Empfindlichkeit gegenüber einem elektromagnetisch wirksamen Material in der Umgebung des induktiven Sensors 10 erforderlich. Hierzu ist eine sehr wirksame Ausrichtung des magnetischen Feldes erforderlich. Im Idealfall soll im Außenbereich des induktiven Sensors 10, außer in Detektionsrichtung 26, überhaupt kein Magnetfeld auftreten. In order to achieve the largest possible detection range A of the inductive sensor 10, a pronounced sensitivity in the direction of the target 40, ie in the detection direction 26 of the inductive sensor 10, and at the same time no sensitivity to an electromagnetically active material in the vicinity of the inductive sensor 10 is required. For this purpose, a very effective alignment of the magnetic field is required. Ideally, in the outer region of the inductive sensor 10, except in the detection direction 26, no magnetic field at all.
Eine Erhöhung des Detektionsbereichs A des induktiven Sensors 10 wird durch den erfindungsgemäß vorgesehenen wenigstens einen elektrischen Leiter 12 erreicht, der wenigstens zwei in Umfangsrichtung der Erregerspule 20 angeordnete Bereiche 16a, 16b, 16c, die bei Vorhandensein eines Erregerfeldes jeweils einen Wirbelstrom führen. An increase in the detection range A of the inductive sensor 10 is achieved by the inventively provided at least one electrical conductor 12, the at least two circumferentially arranged in the circumferential direction of the exciter coil 20 areas 16a, 16b, 16c, which in the presence of an exciter field each carry an eddy current.
Grundsätzlich kann lediglich nur ein Wirbelströme führender Leiter 12 im erfindungsgemäßen induktiven Sensor 10 vorhanden sein, der in Bezug auf die Detektionsrichtung 26 vorzugsweise vor der wenigstens einen Erregerspule 20 angeordnet ist. Alternativ kann der Wirbelströme führende Leiter 12 jedoch auch hinter der wenigstens einen Erregerspule 20 positioniert sein. Bei dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist beispielhaft ein Wirbelströme führender Leiter 12 in Detektionsrichtung 26 vor der Erregerspule 20 und ein weiterer Wirbelströme führender Leiter 12 hinter der Erregerspule 20 angeordnet. In principle, only one eddy currents of leading conductors 12 may be present in the inductive sensor 10 according to the invention, which is preferably arranged in front of the at least one exciter coil 20 with respect to the detection direction 26. Alternatively, however, the eddy-current-carrying conductor 12 may also be positioned behind the at least one exciter coil 20. In the exemplary embodiment shown in FIG. 1, an eddy current of leading conductors 12 in the detection direction 26 in front of the excitation coil 20 and a further eddy current of leading conductors 12 are arranged behind the exciter coil 20 by way of example.
Der wenigstens eine Wirbelströme führende Leiter 12 führt in Umfangsrichtung des induktiven Sensors 10 zu abwechselnd entgegengesetzt gerichteten magnetischen Flussdichtekomponenten, die sich in der Umgebung des induktiven Sensors 10 außerhalb des Sensorgehäuses 28 weitgehend aufheben, sodass das resultierende Magnetfeld wenigstens näherungsweise zu null wird. Dadurch kann elektromagnetisch wirksames Material im Außenbereich des erfindungsgemäßen induktiven Sensors 10 (außer in Detektionsrichtung 26) keine Beeinflussung des magnetischen Flusses in der wenigstens einen Detektionsspule 22, 24 bewirken. Die Empfindlichkeit in Detektionsrichtung 26 kann dadurch erheblich gesteigert werden, sodass der Detektionsbereich A größer wird. The at least one eddy currents leading conductor 12 leads in the circumferential direction of the inductive sensor 10 to alternately oppositely directed magnetic flux density components, which largely cancel out in the vicinity of the inductive sensor 10 outside the sensor housing 28, so that the resulting magnetic field is at least approximately zero. As a result, electromagnetically active material in the outer region of the inductive sensor 10 according to the invention (except in the detection direction 26) can not affect the magnetic flux in the at least one detection coil 22, 24. The sensitivity in the detection direction 26 can be significantly increased, so that the Detection area A is larger.
Der erfindungsgemäße Einsatz des wenigstens einen elektrischen Leiters 12 mit den wenigstens zwei Bereichen 16a, 16b, 16c, die bei Vorhandensein eines Erregerfeldes jeweils einen Wirbelstrom führen, ermöglicht eine The use according to the invention of the at least one electrical conductor 12 with the at least two regions 16a, 16b, 16c, which in each case lead to an eddy current in the presence of an excitation field, makes possible a
Formung der Geometrie des magnetischen Erregerfeldes, sodass dessen Symmetrie bezüglich der wenigstens einen Detektionsspule 22, 24 erzielt wird. Die Optimierung kann hinsichtlich sowohl des Betrags des Feldes als auch hinsichtlich dessen Phase erfolgen. Forming the geometry of the magnetic excitation field, so that its symmetry with respect to the at least one detection coil 22, 24 is achieved. The optimization can be done in terms of both the amount of the field and its phase.
Sofern der Schutzdeckel 38 mit elektrisch leitfähigem Material realisiert ist, bewirken die abwechselnden Richtungen der axialen Flussdichtekomponenten, die den Schutzdeckel 38 durchsetzen, dass die Beeinflussung des Detektionssignals durch die vom Erregerfeld im Schutzdeckel 38 induzierten Wirbelströme vergleichsweise gering ist. If the protective cover 38 is realized with electrically conductive material, the alternating directions of the axial flux density components that enforce the protective cover 38 cause the influence of the detection signal by the eddy currents induced by the excitation field in the protective cover 38 to be comparatively small.
In Figur 2 ist eine isometrische Ansicht eines im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 eingesetzten elektrischen Leiters 12 mit den Bereichen 16a, 16b, 16c, 16d gezeigt, die bei Vorhandensein eines Erregerfeldes jeweils einen Wirbelstrom führen. Die Optimierung des magnetischen Feldes erfolgt vorzugsweise anhand von Versuchen oder anhand von Berechnungen, die in eine Vorgabe der Form des Wirbelströme führenden Leiters 12 und dessen geometrische Anordnung im induktiven Sensor 10 führt. FIG. 2 shows an isometric view of an electrical conductor 12 used in the exemplary embodiment according to FIG. 1 with the regions 16a, 16b, 16c, 16d, which each lead to an eddy current in the presence of an exciter field. The optimization of the magnetic field is preferably carried out on the basis of experiments or calculations which leads to a specification of the shape of the eddy-current-carrying conductor 12 and its geometrical arrangement in the inductive sensor 10.
Die jeweils einen Wirbelstrom führenden Bereiche 16a, 16b, 16c, 16d zeichnen sich insbesondere durch die jeweils herausgebildete Fläche aus, welche von den Feldlinien des Erregerfeldes der Erregerspule 20 durchsetzt wird. Die in Bezug auf das Erregerfeld wirksame Fläche der jeweils einen Wirbelstrom führenden Bereiche 16a, 16b, 16c, 16d ist auf die gewünschte Stärke der Wirbelströme abzustimmen. Die durch die Wirbelströme ver- ursachten Feldlinien sind entgegengesetzt zu den Feldlinien des Erregerfeldes gerichtet. The respective one eddy current leading portions 16a, 16b, 16c, 16d are characterized in particular by the respectively formed surface, which is penetrated by the field lines of the exciter field of the excitation coil 20. The area of the eddy-current-carrying regions 16a, 16b, 16c, 16d effective in relation to the exciting field is to be matched to the desired intensity of the eddy currents. The eddy currents cause caused field lines are directed opposite to the field lines of the exciter field.
Variiert werden können weiterhin beispielsweise die nicht näher bezeichneten Abstände eines Wirbelströme führenden Leiters 12 zu einzelnen Spulen 20, 22, 24. Bei der in Figur 2 gezeigten Ausgestaltung handelt es sich um zylinderförmige Bereiche 16a, 16b, 16c, 16d, welche eine vorgegebene Dicke D aufweisen. For example, the unspecified distances of an eddy-current-carrying conductor 12 to individual coils 20, 22, 24 can be varied. The embodiment shown in FIG. 2 is cylindrical regions 16a, 16b, 16c, 16d, which have a predetermined thickness D. exhibit.
Die Dicke D kann anhand von Berechnungen und/oder aufgrund von Versuchen festgelegt werden. Die Dicke D der Bereiche 16a, 16b, 16c, 16d wird vorzugsweise in Abhängigkeit von der Frequenz des magnetischen Erregerfeldes gewählt, welche im Bereich von beispielsweise 5 kHz bis 10 MHz liegen kann. Die Dicke D liegt hierbei im Bereich von einigen 10 m bis einigen Millimetern, beispielsweise bei 5 mm. The thickness D can be determined based on calculations and / or on experiments. The thickness D of the regions 16a, 16b, 16c, 16d is preferably selected as a function of the frequency of the magnetic exciter field, which may be in the range of, for example, 5 kHz to 10 MHz. The thickness D is in the range of a few 10 m to a few millimeters, for example, at 5 mm.
Die Wirbelströme führenden Leiter 12 können auch durch einen The eddy currents leading conductor 12 can also be replaced by a
geschichteten Aufbau, beispielsweise innerhalb einer vorzugsweise mehrlagigen gedruckten Leiterplatte realisiert werden. Ebenso können zumindest einzelne Spulen der Spulenanordnung 18 als gedruckte Strukturen auf einer Leiterplatte realisiert sein. layered structure, for example, be realized within a preferably multi-layer printed circuit board. Likewise, at least individual coils of the coil assembly 18 may be realized as printed structures on a printed circuit board.
Figur 3 zeigt eine Feldverteilung 50 in einer Draufsicht in Richtung des Schutzdeckels 38 des erfindungsgemäßen induktiven Sensors 10. Der wiedergegebenen Feldverteilung 50 liegen acht Bereiche 16 eines Wirbelströme führenden Leiters 12 zugrunde, die in Bezug auf den Umfang des induktiven Sensors 10 acht Teilbereiche 52 aufweisen, in denen das magnetische Feld in Bezug auf die Sensorachse 34 senkrecht aus der Zeichenebene herauszeigt und abwechselnd entsprechend acht Teilbereiche 54 aufweist, in denen das magnetische Feld in Bezug auf die Sensorachse 34 senkrecht in die Zeichenebene hineinzeigt. Wesentlich ist weiterhin, dass außerhalb des strichliniert angedeuteten Umfangs 56 des Sensorgehäuses 28 nahezu kein magnetisches Feld mehr auftritt. FIG. 3 shows a field distribution 50 in a plan view in the direction of the protective cover 38 of the inductive sensor 10 according to the invention. The reproduced field distribution 50 is based on eight regions 16 of an eddy-current-carrying conductor 12 which have eight partial regions 52 with respect to the circumference of the inductive sensor 10. in which the magnetic field with respect to the sensor axis 34 points perpendicularly out of the plane of the drawing and alternately corresponding to eight subregions 54, in which the magnetic field with respect to the sensor axis 34 perpendicular to the Pointing into the drawing plane. It is also essential that outside the dashed line indicated circumference 56 of the sensor housing 28 almost no magnetic field occurs more.
Figur 4 zeigt eine isometrische Ansicht der Oberseite eines zweiteilig realisierten Wirbelströme führenden Leiters 12. In radialer Richtung des induktiven Sensors 10 ist ein innerer erster Teil 60 des Wirbelströme führenden Leiters 12 und ein in radialer Richtung benachbart zum inneren Teil 60 ein äußerer zweiter Teil 62 des Wirbelströme führenden Leiters 12 angeordnet. Bei einer solchen Realisierung wird die Erregerspule 20 zumindest näherungsweise in radialer Richtung am Übergang zwischen dem inneren ersten und äußeren zweiten Teil 60, 62 des Wirbelströme führenden Leiters 12 positioniert. FIG. 4 shows an isometric view of the upper side of a two-part eddy-current-carrying conductor 12. In the radial direction of the inductive sensor 10, an inner first part 60 of the eddy-current-carrying conductor 12 and a radially adjacent inner part 60 an outer second part 62 of FIG Eddy currents leading conductor 12 is arranged. In such a realization, the excitation coil 20 is positioned at least approximately in the radial direction at the transition between the inner first and outer second part 60, 62 of the eddy-current-carrying conductor 12.
Der äußere zweite Teil 62 des Wirbelströme führenden Leiters 12 weist in Bezug auf die Umfangsrichtung mehrere rotationssymmetrisch angeordnete Bereiche 16a, 16b, 16c, 16d auf, die gegenüber der Sensorachse 34 angeschrägt sind, wobei die Schrägen 64a, 64b, 64c, 64d in Detektionsrichtung 26 nach vorn innen geneigt sind. The outer second part 62 of the eddy-current-carrying conductor 12 has, with respect to the circumferential direction, a plurality of rotationally symmetrically arranged regions 16a, 16b, 16c, 16d, which are bevelled with respect to the sensor axis 34, the bevels 64a, 64b, 64c, 64d in the detection direction 26 are inclined inwards to the front.
Das innere erste Teil 60 des Wirbelströme führenden Leiters 12 weist Aussparungen 66a, 66b auf, die gegenüber den Segmenten 16a, 16b, 16c, 16d des äußeren Teils 62 liegen. Vorzugsweise sind die Aussparungen 66a, 66b in radialer Sensorrichtung abgeschrägt, wobei die Schrägen 68a, 68b zu den Schrägen 64a, 64b, 64c, 64d des äußeren zweiten Teils 62 korrespondieren. In Detektionsrichtung 26 betrachtet, sind die Schrägen 68a, 68b nach hinten außen angeschrägt. The inner first part 60 of the eddy-current-carrying conductor 12 has recesses 66a, 66b which lie opposite the segments 16a, 16b, 16c, 16d of the outer part 62. Preferably, the recesses 66a, 66b are chamfered in the radial sensor direction, wherein the bevels 68a, 68b correspond to the slopes 64a, 64b, 64c, 64d of the outer second part 62. Viewed in the detection direction 26, the bevels 68a, 68b are chamfered to the rear outside.
Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die tangentialen Begrenzungen der Aussparungen 66a, 66b des inneren Teils 60 in axialer Richtung verkippt werden. Die Verkippung kann auch derart erfolgen, dass gegenüberliegende Begrenzungsflächen mit unterschiedlichen Winkeln verkippt werden, um die Richtung des magnetischen Flusses in tangentialer Richtung zu kippen. In addition, it can be provided that the tangential boundaries of the recesses 66a, 66b of the inner part 60 tilted in the axial direction become. The tilt may also be such that opposite boundary surfaces are tilted at different angles to tilt the direction of the magnetic flux in the tangential direction.
Figur 5 zeigt eine isometrische Ansicht der Unterseite des zweiteiligen Wirbelströme führenden Leiters 12 gemäß Fig 4, wobei übereinstimmende Teile der Figuren 4 und 5 gleich bezeichnet sind. Dies gilt auch für die folgenden Figuren. FIG. 5 shows an isometric view of the underside of the two-part eddy-current-carrying conductor 12 according to FIG. 4, matching parts of FIGS. 4 and 5 being denoted the same. This also applies to the following figures.
Figur 6 zeigt ein Schnittbild des zweiteiligen Wirbelströme führenden Leiters 12 gemäß den Figuren 4 und 5 mit Blick auf die Unterseite. FIG. 6 shows a sectional view of the two-part eddy current-carrying conductor 12 according to FIGS. 4 and 5 with a view of the underside.
Figur 7 zeigt eine isometrische Ansicht der Oberseite eines einteiligen, im inneren Gehäuse 30 angeordneten Wirbelströme führenden Leiters 12. Der Wirbelströme führende Leiter 12 ist als elektrisch leitfähige Scheibe 70 realisiert, die im gezeigten Ausführungsbeispiel in Detektionsrichtung 26 gesehen vor der Erregerspule 20 positioniert ist. Figure 7 shows an isometric view of the top of a one-piece, arranged in the inner housing 30 eddy currents leading conductor 12. The eddy currents leading conductor 12 is realized as an electrically conductive disk 70, which is positioned in the detection embodiment 26 seen in the embodiment shown in front of the exciting coil 20.
Die Scheibe 70 weist Kanäle 72 in axialer Richtung auf, die in einem Radius, der größer als der Radius der Erregerspule 20 ist, vorgesehen sind und sich mit weiteren, zur axialen Richtung gekippten Kanälen 74 abwechseln, die auf der Vorderseite in Bezug auf die Detektionsrichtung 26 in einem Radius beginnen, der größer als der Radius der Erregerspule 20 ist, auf der Seite der Erregerspule 20 aber einen Radius aufweisen, der kleiner als der Radius der Erregerspule 20 ist. Die Kanäle 72, 74 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel rotationssymmetrisch in Bezug auf die Sensorachse 34 angeordnet. The disc 70 has channels 72 in the axial direction, which are provided in a radius which is greater than the radius of the excitation coil 20 and alternate with further, tilted to the axial direction of channels 74, which on the front side with respect to the detection direction 26 in a radius larger than the radius of the excitation coil 20, but on the side of the exciting coil 20 but have a radius which is smaller than the radius of the exciting coil 20. The channels 72, 74 are arranged in the embodiment shown rotationally symmetrical with respect to the sensor axis 34.
Die Kanäle 72 und/oder die gekippten Kanäle 74 können zusätzlich in tangentialer Richtung gekippt sein. Weiterhin können die Kanäle 72 und/oder die gekippten Kanäle 74 einen Querschnitt aufweisen, der in Bezug auf die Sensorrichtung 26 zunimmt oder abnimmt. The channels 72 and / or the tilted channels 74 may additionally be tilted in the tangential direction. Furthermore, the channels 72 and / or the tilted channels 74 may have a cross-section that is in relation to the Sensor direction 26 increases or decreases.
Die axialen Kanäle 72, gegebenenfalls in Verbindung mit den gekippten Kanälen 74 bilden jeweils einen Bereich 16a, 16b. Die Bereiche 16a, 16b sind im Ausführungsbeispiel rotationssymmetrisch in Bezug auf die Sensorachse 34 positioniert. The axial channels 72, optionally in conjunction with the tilted channels 74, each form a region 16a, 16b. The regions 16a, 16b are rotationally symmetrical with respect to the sensor axis 34 in the exemplary embodiment.
Figur 8 zeigt eine isometrische Ansicht mit Blick auf die Unterseite des in Figur 7 gezeigten Wirbelströme führenden Leiters 12 und Figur 9 zeigt ein Schnittbild einer Seitenansicht des in den Figuren 7 und 8 gezeigten Wirbelströme führenden Leiters 12. FIG. 8 shows an isometric view with a view of the underside of the eddy current 12 shown in FIG. 7 and FIG. 9 shows a sectional view of a side view of the eddy current 12 shown in FIGS. 7 and 8.
Figur 10 zeigt eine isometrische Ansicht der Unterseite eines zweiteiligen Wirbelströme führenden Leiters 12 gemäß einer weiteren Ausgestaltung. Die beiden Teile 60, 62 des Wirbelströme führenden Leiters 12 weisen in Bezug auf die Umfangsrichtung wellenförmige Begrenzungen 80, 82 auf. In radialer Sensorrichtung liegen die Wellenberge des einen Teils 60 des Wirbelströme führenden Leiters 12 den Wellentälern des anderen Teils 62 gegenüber. FIG. 10 shows an isometric view of the underside of a two-part eddy-current-carrying conductor 12 according to a further embodiment. The two parts 60, 62 of the eddy-current-carrying conductor 12 have wavy boundaries 80, 82 with respect to the circumferential direction. In the radial sensor direction, the wave peaks of one part 60 of the eddy-current-carrying conductor 12 are opposite the troughs of the other part 62.
Bei einer entsprechenden Ausgestaltung der Wellenform, insbesondere bei einem sägezahnförmigen Querschnitt des Spaltes in tangentialer Richtung kann eine Abgleichmöglichkeit zur Balancierung der positiven und negativen axialen Flussdichteanteile geschaffen werden, indem die beiden Teile 60, 62 gegeneinander verdreht werden. Die wellenförmigen Begrenzungen 80, 82 weisen hierbei in einer zylindrischen Schnittfläche einen sägezahnförmigen Verlauf auf. With a corresponding embodiment of the waveform, in particular in the case of a sawtooth-shaped cross section of the gap in the tangential direction, a balancing possibility for balancing the positive and negative axial flux density components can be created by the two parts 60, 62 being rotated against one another. The wave-shaped boundaries 80, 82 in this case have a sawtooth-shaped course in a cylindrical sectional area.
Vorzugsweise weist auch hier das zweite äußere Teil 62 insbesondere im Bereich der Wellenberge Schrägen 84 auf, die in Bezug auf die Detektions- richtung 26 nach vorn innen geneigt sind. Entsprechend kann das erste innere Teil 60 an seinen Wellenbergen ebenfalls Schrägen 86 aufweisen, die in Bezug auf die Detektionsrichtung 26 nach vorn außen geneigt sind. Here, too, the second outer part 62 preferably has slopes 84, in particular in the region of the wave crests, which are inclined inwards with respect to the detection direction 26. Accordingly, the first inner part 60 also have bevels 86 on its wave crests which are inclined outwards in relation to the detection direction 26.
Ein Wellenberg in Verbindung mit dem benachbarten Wellental insbesondere des äußeren Teils 62 des elektrischen Leiters 12 bilden die Wirbelströme führenden Bereiche 16a, 16b, die wieder rotationssymmetrisch um die Sensorachse 34 positioniert sind. A wave crest in conjunction with the adjacent wave trough, in particular of the outer part 62 of the electrical conductor 12, form the eddy current-carrying regions 16a, 16b, which are again rotationally symmetrically positioned about the sensor axis 34.
Figur 1 1 zeigt eine isometrische Ansicht der Oberseite des in Figur 10 gezeigten Wirbelströme führenden Leiters 12 und Figur 12 zeigt ein Schnittbild des in den Figuren 10 und 11 gezeigten Wirbelströme führenden Leiters 12, in welchem die Schrägen 84, 86 deutlich hervortreten. Figure 1 1 shows an isometric view of the top of the eddy current conductor 12 shown in Figure 10 and Figure 12 shows a cross-sectional view of the eddy currents shown in Figures 10 and 11 leading conductor 12 in which the ramps 84, 86 stand out clearly.
In Figur 13 ist ein Schnittbild eines zweiteiligen elektrischen Leiters 12 mit Bereichen 16a, 16b, 16c, 16d, die bei Vorhandensein eines Erregerfeldes jeweils einen Wirbelstrom führen, gemäß einer nochmals anderen Ausgestaltung dargestellt. Die wenigstens eine Erregerspule 20 ist in einem Spalt 90 zwischen dem inneren und äußeren Teil 60, 62 des elektrischen Leiters 12 angeordnet. FIG. 13 shows a sectional view of a two-part electrical conductor 12 with regions 16a, 16b, 16c, 16d, which in each case lead to an eddy current in the presence of an exciter field, according to yet another embodiment. The at least one excitation coil 20 is arranged in a gap 90 between the inner and outer part 60, 62 of the electrical conductor 12.
Die wenigstens eine Erregerspule 20 kann in radialer Richtung betrachtet generell am Übergang zwischen dem inneren ersten und äußeren zweiten Teil (60, 62) des elektrischen Leiters (12) angeordnet sein, sodass die wenigstens eine Erregerspule 20, in Detektionsrichtung 26 gesehen, ebenso vor oder hinter dem Spalt 90 angeordnet sein kann. The at least one excitation coil 20 can be arranged generally at the transition between the inner first and outer second part (60, 62) of the electrical conductor (12) viewed in the radial direction, so that the at least one exciter coil 20, as seen in the detection direction 26, also before or can be arranged behind the gap 90.
Weiterhin kann die wenigstens eine Erregerspule 20 gemäß einer Ausgestaltung bei entsprechender Isolierung sogar innerhalb des elektrischen Leiters 12 angeordnet sein. Ein weiterer Unterschied liegt darin, dass gemäß dem in Figur 13 gezeigten Ausführungsbeispiel das äußere Teil 62 des elektrischen Leiters 12 in das innere Gehäuse 30 integriert ist. Mit dieser Maßnahme wird die Furthermore, the at least one exciter coil 20 can be arranged according to an embodiment with appropriate isolation even within the electrical conductor 12. Another difference is that, according to the exemplary embodiment shown in FIG. 13, the outer part 62 of the electrical conductor 12 is integrated into the inner housing 30. With this measure, the
Positionierungstoleranz bei der Fertigung der beiden Bauteile minimiert. Positioning tolerance in the production of the two components minimized.
Figur 14 zeigt eine isometrische Ansicht der Unterseite des in Figur 13 gezeigten Wirbelströme führenden Leiters 12, die eine vollständige Sicht auf die im Spalt 90 positionierte wenigstens eine Erregerspule 20 freigibt. FIG. 14 shows an isometric view of the underside of the eddy current conductor 12 shown in FIG. 13, which provides a complete view of the at least one exciter coil 20 positioned in the gap 90.
Figur 15 zeigt eine alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen induktiven Sensors 10 mit zwei Wirbelströme führenden Leitern 12 sowie drei Spulen 20, 22, 24. Der Aufbau entspricht im Wesentlichen dem in Figur 1 wiedergegebenen Aufbau, wobei jedoch die beiden Wirbelströme führenden Leiter 12 unterschiedlich ausgestaltet sind. Der zwischen der Erregerspule 20 und der hinteren Detektionsspule 22 angeordnete Wirbelströme führende Leiter 12 ist gemäß der Darstellung in Figur 2 ausgestaltet, während der zwischen der Erregerspule 20 und der vorderen Detektionsspule 24 angeordnete Wirbelströme führende Leiter 12 gemäß der Darstellung in den Figuren 10 - 12 ausgestaltet ist. Figure 15 shows an alternative embodiment of the inductive sensor 10 according to the invention with two eddy currents leading conductors 12 and three coils 20, 22, 24. The structure corresponds essentially to the reproduced in Figure 1 structure, but the two eddy currents leading conductors 12 are designed differently. The arranged between the excitation coil 20 and the rear detection coil 22 eddy currents leading conductor 12 is configured as shown in Figure 2, while arranged between the excitation coil 20 and the front detection coil 24 eddy currents leading conductor 12 as shown in Figures 10-12 configured is.
In Figur 16 ist eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen induktiven Sensors 10 dargestellt, bei dem neben der Erregerspule 20 lediglich eine, in Detektionsrichtung 26 gesehen, vor der Erregerspule 20 positionierte Detektionsspule 24 vorgesehen ist. Der Wirbelströme führende Leiter 12 ist zwischen den beiden Spulen 20, 24 angeordnet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Wirbelströme führende Leiter 12 gemäß der Darstellung in den Figuren 10 - 12 ausgestaltet. FIG. 16 shows a further embodiment of the inductive sensor 10 according to the invention, in which apart from the excitation coil 20 only one detection coil 24 positioned in the detection direction 26 and positioned in front of the exciter coil 20 is provided. The eddy currents leading conductor 12 is disposed between the two coils 20, 24. In the exemplary embodiment shown, the eddy-current-carrying conductor 12 is configured as shown in FIGS. 10 to 12.

Claims

Ansprüche claims
1. Induktiver Sensor mit einer Spulenanordnung (18), die wenigstens eine Erregerspule (20) und wenigstens eine Detektionsspule (22, 24) enthält, wobei die Spulenanordnung (18) durch eine elektromagnetische An inductive sensor comprising a coil assembly (18) including at least one excitation coil (20) and at least one detection coil (22, 24), the coil assembly (18) being formed by an electromagnetic coil
Wechselwirkung mit einem zu detektierenden Ziel (40) beeinflussbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein im Erregerfeld der wenigstens einen Erregerspule (20) angeordneter elektrischer Leiter (12) vorgesehen ist, der in Umfangsrichtung der Erregerspule (20) wenigstens zwei Bereiche (16a, 16b, 16c, 16d) aufweist, die bei Vorhandensein eines Erregerfelds jeweils einen Wirbelstrom führen.  Interaction with a target to be detected (40) can be influenced, characterized in that in the excitation field of the at least one excitation coil (20) arranged electrical conductor (12) is provided, in the circumferential direction of the excitation coil (20) at least two regions (16a, 16b , 16c, 16d), which each lead to an eddy current in the presence of a field exciter.
2. Induktiver Sensor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine elektrische Leiter (12) mit den jeweils einen Wirbelstrom führenden Bereichen (16a, 16b, 16c, 16d) in Detektionsrichtung (26) des induktiven Sensors (10) vor der wenigstens einen Erregerspule (20) angeordnet ist. 2. Inductive sensor according to claim 1, characterized in that the at least one electrical conductor (12) with the respective one eddy current leading portions (16a, 16b, 16c, 16d) in the detection direction (26) of the inductive sensor (10) before at least an excitation coil (20) is arranged.
3. Induktiver Sensor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine elektrische Leiter (12) mit den jeweils einen Wirbelstrom führenden Bereichen (16a, 16b, 16c, 16d) in Detektionsrichtung (26) des induktiven Sensors (10) hinter der wenigstens einen Erregerspule (20) angeordnet ist. 3. Inductive sensor according to claim 1, characterized in that the at least one electrical conductor (12) with the respective one eddy current leading portions (16a, 16b, 16c, 16d) in the detection direction (26) of the inductive sensor (10) behind the at least an excitation coil (20) is arranged.
4. Induktiver Sensor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine elektrische Leiter (12) mit den jeweils einen Wirbelstrom führenden Bereichen (16a, 16b, 16c, 16d) in Detektionsrichtung (26) des induktiven Sensors (10) vor und hinter der wenigstens einen Erregerspule (20) angeordnet sind. 4. Inductive sensor according to claim 1, characterized in that the at least one electrical conductor (12) with the respective one eddy current leading areas (16a, 16b, 16c, 16d) in the detection direction (26) of the inductive sensor (10) in front of and behind the at least one exciter coil (20) are arranged.
5. Induktiver Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Leiter (12) mit den jeweils einen Wirbelstrom führenden Bereichen (16a, 16b, 16c, 16d) unterschiedlich ausgestaltet sind. 5. Inductive sensor according to claim 4, characterized in that the electrical conductors (12) with the respective one eddy current leading portions (16a, 16b, 16c, 16d) are designed differently.
6. Induktiver Sensor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine elektrische Leiter (12) zweiteilig ausgebildet ist, derart, dass in radialer Richtung des induktiven Sensors (10) ein innerer erster Teil (60) des elektrischen Leiters (12) und ein in radialer Richtung benachbart zum inneren ersten Teil (60) äußerer zweiter Teil (62) des elektrischen Leiters (12) angeordnet ist. 6. Inductive sensor according to claim 1, characterized in that the at least one electrical conductor (12) is formed in two parts, such that in the radial direction of the inductive sensor (10) an inner first part (60) of the electrical conductor (12) and an outer second part (62) of the electrical conductor (12) is arranged in the radial direction adjacent to the inner first part (60).
7. Induktiver Sensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Erregerspule (20) in radialer Richtung betrachtet am Übergang zwischen dem inneren ersten und äußeren zweiten Teil (60, 62) des elektrischen Leiters (12) angeordnet ist. 7. Inductive sensor according to claim 6, characterized in that the at least one excitation coil (20) viewed in the radial direction at the transition between the inner first and outer second part (60, 62) of the electrical conductor (12) is arranged.
8. Induktiver Sensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Erregerspule (20) in einem Spalt (90) zwischen den beiden Teilen (60, 62) des elektrischen Leiters (12) angeordnet ist. 8. Inductive sensor according to claim 7, characterized in that the at least one exciter coil (20) in a gap (90) between the two parts (60, 62) of the electrical conductor (12) is arranged.
9. Induktiver Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Erregerspule (20) innerhalb wenigstens eines elektrischen Leiters (12) angeordnet ist. 9. Inductive sensor according to one of claims 1 to 6, characterized in that the at least one excitation coil (20) within at least one electrical conductor (12) is arranged.
10. Induktiver Sensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere zweite Teil (62) des elektrischen Leiters (12) in Umfangsrichtung mehrere rotationssymmetrisch angeordnete Bereiche (16a, 16b, 16c, 16d) aufweist und dass die Bereiche (16a, 16b, 16c, 16d) gegen die Sensorachse (34) angeschrägt sind, derart, dass die Schrägen (64a, 64b, 64c, 64d) in Detektionsrichtung (26) nach vorn innen geneigt sind. 10. Inductive sensor according to claim 6, characterized in that the outer second part (62) of the electrical conductor (12) in the circumferential direction a plurality of rotationally symmetrically arranged regions (16a, 16b, 16c, 16d) and in that the regions (16a, 16b, 16c, 16d) are chamfered against the sensor axis (34), such that the slopes (64a, 64b, 64c, 64d) are inclined inwards in the detection direction (26).
11. Induktiver Sensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Teil (60) des elektrischen Leiters (12) Aussparungen (66a, 66b, 66c, 66d) aufweist, die gegenüber den Bereichen (16a, 16b, 16c, 16d) des äußeren Teils (62) des elektrischen Leiters (12) liegen. 11. Inductive sensor according to claim 6, characterized in that the inner part (60) of the electrical conductor (12) has recesses (66a, 66b, 66c, 66d) which are opposite to the areas (16a, 16b, 16c, 16d) of the outer part (62) of the electrical conductor (12) lie.
12. Induktiver Sensor nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (66a, 66b, 66c, 66d) in radialer Richtung abgeschrägt sind, derart, dass die Schrägen (68a, 68b, 68c, 68d) mit den Schrägen (64a, 64b, 64c, 64d) des äußeren ersten Teils (62) des elektrischen Leiters (12) korrespondieren und in Detektionsrichtung (26) nach hinten außen angeschrägt sind. 12. Inductive sensor according to claim 11, characterized in that the recesses (66a, 66b, 66c, 66d) are chamfered in the radial direction, such that the bevels (68a, 68b, 68c, 68d) with the bevels (64a, 64b , 64c, 64d) of the outer first part (62) of the electrical conductor (12) and are bevelled in the detection direction (26) to the rear outside.
13. Induktiver Sensor nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die tangentialen Begrenzungen der Aussparungen (66a, 66b, 66c, 66d) des inneren Teils (60) in axialer Richtung verkippt sind. 13. Inductive sensor according to claim 11, characterized in that the tangential boundaries of the recesses (66a, 66b, 66c, 66d) of the inner part (60) are tilted in the axial direction.
14. Induktiver Sensor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Leiter (12) einstückig als Scheibe (70) ausgebildet ist und dass mehrere rotationssymmetrisch angeordnete Kanäle (72, 74) in der Scheibe (70) vorgesehen sind, die in einem Radius positioniert sind, der größer als der Radius der Erregerspule (20) ist. 14. Inductive sensor according to claim 1, characterized in that the electrical conductor (12) is integrally formed as a disc (70) and that a plurality of rotationally symmetrically arranged channels (72, 74) in the disc (70) are provided which in a radius positioned larger than the radius of the exciting coil (20).
15. Induktiver Sensor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass 15. Inductive sensor according to claim 14, characterized in that
Kanäle (72) axial in Richtung der Sensorachse (34) vorgesehen sind und dass abwechselnd weitere, in Bezug auf die Sensorachse (34) gekippte Kanäle (74) vorgesehen sind, die auf der Vorderseite in Detektions- richtung (26) betrachtet in einem Radius beginnen, der größer als der Radius der Erregerspule (20) ist, und auf der Seite der Erregerspule (20) einen Radius aufweisen, der kleiner als der Radius der Erregerspule (20) ist. Channels (72) are provided axially in the direction of the sensor axis (34) and that alternately further, with respect to the sensor axis (34) tilted channels (74) are provided, which on the front in detection seen direction (26) start in a radius which is greater than the radius of the exciting coil (20), and on the side of the exciting coil (20) have a radius which is smaller than the radius of the exciting coil (20).
16. Induktiver Sensor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (72) und/oder die axial gekippten Kanäle (74) in tangentialer Richtung gekippt sind. 16. Inductive sensor according to claim 15, characterized in that the channels (72) and / or the axially tilted channels (74) are tilted in the tangential direction.
17. Induktiver Sensor nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Kanäle (72) und/oder der gekippten Kanäle (74) in Detektionsrichtung (26) zunimmt oder abnimmt. 17. Inductive sensor according to claim 15 or 16, characterized in that the cross section of the channels (72) and / or the tilted channels (74) in the detection direction (26) increases or decreases.
18. Induktiver Sensor nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die axialen und die gekippten Kanäle (72, 74) ineinander münden und sich schneiden. 18. Inductive sensor according to one of claims 15 to 17, characterized in that the axial and the tilted channels (72, 74) open into one another and intersect.
19. Induktiver Sensor nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (72, 74) als Bohrungen realisiert sind. 19. Inductive sensor according to one of claims 15 to 18, characterized in that the channels (72, 74) are realized as bores.
20. Induktiver Sensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teile (60, 62) des elektrischen Leiters (12) in Umfangsrichtung wellenförmige Begrenzungen (80, 82) aufweisen. 20. Inductive sensor according to claim 6, characterized in that the two parts (60, 62) of the electrical conductor (12) in the circumferential direction wavy boundaries (80, 82).
21. Induktiver Sensor nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass in radialer Richtung die Wellenberge des einen Teils (60) des elektrischen Leiters (12) den Wellentälern des anderen Teils (62) des Wirbelströme führenden Leiters (12) gegenüberliegen. 21. Inductive sensor according to claim 20, characterized in that in the radial direction, the wave crests of one part (60) of the electrical conductor (12) opposite the wave troughs of the other part (62) of the eddy current leading conductor (12).
22. Induktiver Sensor nach Anspruch 20 oder 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die wellenförmigen Begrenzungen (80, 82) in einer zylindrischen Schnittfläche einen sägezahnförmigen Verlauf aufweisen. 22. Inductive sensor according to claim 20 or 21, characterized in that the wave-shaped boundaries (80, 82) have a sawtooth-shaped profile in a cylindrical sectional area.
23. Induktiver Sensor nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die wellenförmigen Begrenzungen (80, 82) gegeneinander verdrehbar ausgestaltet sind. 23. Inductive sensor according to claim 20, characterized in that the wave-shaped boundaries (80, 82) are designed to rotate against each other.
24. Induktiver Sensor nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die wellenförmigen Begrenzungen (80, 82) in Detektions- richtung (26) abgeschrägt sind, derart, dass die Schrägen (84, 86) in De- tektionsrichtung (26) nach vorn innen geneigt sind. 24. Inductive sensor according to one of claims 20 to 23, characterized in that the wave-shaped boundaries (80, 82) in the detection direction (26) are chamfered, such that the bevels (84, 86) in the detection direction (26 ) are inclined inwards towards the front.
25. Induktiver Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialdicke (D) des wenigstens einen elektrischen Leiters (12) in Abhängigkeit von der Frequenz des von der Erregerspule (20) erzeugten magnetischen Erregerfeldes festgelegt ist. 25. Inductive sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the material thickness (D) of the at least one electrical conductor (12) in dependence on the frequency of the excitation coil (20) generated magnetic exciter field is fixed.
26. Induktiver Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenanordnung (18) und/oder der wenigstens eine elektrische Leiter (12) zumindest teilweise mittels einer gedruckten Leiterplatte realisiert ist. 26. Inductive sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the coil arrangement (18) and / or the at least one electrical conductor (12) is at least partially realized by means of a printed circuit board.
27. Induktiver Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der induktive Sensor (10) in einem Sensorgehäuse (28) angeordnet ist und dass der wenigstens eine elektrische Leiter (12) in ein das Sensorgehäuse (28) enthaltendes inneres Gehäuse (30) integriert ist. 27. Inductive sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the inductive sensor (10) in a sensor housing (28) is arranged and that the at least one electrical conductor (12) in a sensor housing (28) containing the inner housing (30 ) is integrated.
28. Induktiver Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der induktive Sensor (10) in einem Sensorgehäuse (28) angeordnet ist und dass das Sensorgehäuse (28) einen elektrisch leitfähigen Schutzdeckel (38) aufweist. 28. Inductive sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the inductive sensor (10) in a sensor housing (28) is arranged and that the sensor housing (28) has an electrically conductive protective cover (38).
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