WO2021043644A1 - Sensor assembly for detecting a rotation angle of a flow element - Google Patents

Sensor assembly for detecting a rotation angle of a flow element Download PDF

Info

Publication number
WO2021043644A1
WO2021043644A1 PCT/EP2020/073820 EP2020073820W WO2021043644A1 WO 2021043644 A1 WO2021043644 A1 WO 2021043644A1 EP 2020073820 W EP2020073820 W EP 2020073820W WO 2021043644 A1 WO2021043644 A1 WO 2021043644A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
coil
rotation
sensor arrangement
angle
coils
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/073820
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Ajoy Palit
Jörg Grotendorst
Maik Hubert
Original Assignee
Zf Friedrichshafen Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zf Friedrichshafen Ag filed Critical Zf Friedrichshafen Ag
Publication of WO2021043644A1 publication Critical patent/WO2021043644A1/en

Links

Classifications

    • 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
    • G01D5/12Mechanical 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
    • 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
    • G01D5/2006Mechanical 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 self-induction of one or more coils
    • G01D5/202Mechanical 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 self-induction of one or more coils by movable a non-ferromagnetic conductive element

Definitions

  • the invention relates to a sensor arrangement for detecting an angle of rotation of a flux element that is rotatable about an axis of rotation along a circular path.
  • the object of the present invention is to propose improvements in relation to a rotation angle detection.
  • the sensor arrangement is used to detect an angle of rotation of a flux element.
  • the flux element can be rotated about an axis of rotation along a circular path.
  • the sensor arrangement contains at least one, in particular exactly one, in a preferred embodiment at least two coil groups interacting with the flux element.
  • Each of the coil groups contains at least two coils.
  • the interaction comprises a relative rotation between the coil and the flux element by different angles of rotation.
  • a magnetic field generated by the coil generates eddy currents of varying strength in the flux element, so that the inductances of the coil change in each case.
  • the coils are in particular flat coils
  • the flux element is in particular plate-shaped, for example a copper plate or a copper activator.
  • the coils and flux element are arranged flat parallel to one another or rotatable with respect to one another with the interposition of an in particular narrow air gap.
  • the coil groups extend in an axis of rotation concentrically surrounding the surface.
  • the orientation of the surface to the axis of rotation can be selected differently, see below.
  • the area runs parallel to the circular path and along the circular path.
  • a respective coil group is limited along the circular path to a respective coil angle, i.e. part of the circumference.
  • the coil group is therefore limited to a certain angular section in the circumferential direction of the axis of rotation, e.g. maximally or exactly to 180 ° (for a coil group) or maximally or precisely to a quadrant of 90 ° (for at least two coil groups).
  • the coil angles of all coil groups add up to a total angle of less than 360 °. Not the entire circumference around the axis of rotation is occupied by groups of coils. Along the circular path there is therefore at least one empty area (in the embodiment of at least two coil groups: between two coil groups each), in which there is no coil group or coil. The respective empty area extends over a respective empty angle. The sum of all empty angles and the total angle results in the entire circumference of 360 ° around the axis of rotation.
  • the sensor arrangement also contains the flux element, which extends parallel with the interposition of a spacing gap to the surface and thus to the coils in order to act differently depending on the angle of rotation on the inductances of the coils.
  • the flux element has an angular extent along the circular path that is greater than the largest coil angle.
  • the sensor arrangement contains an evaluation device which is set up to determine for each of the coils their current inductance (i.e. depending on the relative position between flux element and coil or angle of rotation) and to determine a current angle of rotation of the flux element on the basis of at least two, in particular all, to determine determined inductances. All angles are to be considered as angles with respect to the axis of rotation, ie in the circumferential direction of the axis of rotation, that is, along the circular path.
  • the invention is based on the knowledge that inductive rotor angular-position measurement sensors (IRPS) require a large circuit board surface when trapezoidal planar coils with a rotational shape have to be printed on an entire ring-shaped circuit board.
  • IRPS inductive rotor angular-position measurement sensors
  • large trapezoidal coils produce the change in inductance signals (which are complex functions of the angular position of the copper activator or target). Therefore, the generated functions of the inductances versus the angle of rotation are not easy to process with inexpensive signal shaping hardware and microcontroller / signal processor.
  • DSP digital signal processors
  • the invention can be implemented for both radial and axial versions of sensor arrangements or sensors, see below.
  • the invention can be used in particular for detecting the rotor position of an electric machine or an electric motor, and in particular in e-mobility projects.
  • At least two of the coil angles are of the same size and / or at least two of the empty angles are of the same size.
  • all coil angles are the same size and / or all empty angles are the same size.
  • at least one, in particular all, coil angles and one, in particular all, empty angles are the same size. This leads to particularly simple arrangements.
  • the total angle is 180 ° and / or the angular extent is 360 ° and / or at least one of the coil angles is 180 ° and / or at least one of the empty angles is 180 °.
  • the total angle of 180 ° only half of the circumference around the axis of rotation results as the area required for coils or circuit boards on which coils are arranged.
  • An angular expansion of 360 ° for the flux element is particularly suitable in a 180 ° arrangement of precisely one coil group.
  • the total angle is 180 ° and / or the angular extent is 180 ° and / or at least one of the coil angles is 90 ° and / or at least one of the empty angles is 90 °.
  • a total angle of 180 ° only results Half of the circumference around the axis of rotation as space requirement for coils or printed circuit boards on which coils are arranged.
  • An angular extension of 180 ° for the flow element is particularly suitable in a two-quadrant arrangement, see below.
  • Corresponding 90 ° angles are also suitable for this two-quadrant arrangement, see below.
  • the flow element is designed to be contiguous along the circular path. This results in a particularly simple flow element.
  • the flow element is divided into at least two sections.
  • the alternatives arise that at least two of the sections adjoin one another and / or are spaced apart from one another.
  • the flow element can thus have different sections or parts that do not all have to be related; one or more gaps may exist between adjacent sections.
  • Advantages for correspondingly designed flux elements arise depending on the specific arrangement and division of the coil groups.
  • the angular extent is at least as large as the largest sum of a coil angle and an adjacent empty angle with the given division for a specific sensor arrangement. This ensures for all angles of rotation that the flux element can always completely cover every pair of adjacent coil groups and empty angles. This leads to a particularly easy evaluation of the angle of rotation from the inductances.
  • These coils are then arranged rotationally symmetrically to the axis of rotation. This is to be understood as meaning that these move apart from one another or are congruent by rotating them by the difference angle of the coil groups. So within the coil type there is a rotation mirroring or rotation of the coils, in particular by an angle of 360 ° divided by the number of coil groups.
  • four coils are in two coil types provided in two coil groups of two coils each. A particularly simple and homogeneous evaluation of the inductances can be carried out by using the same coils accordingly.
  • a respective section of the flux element is assigned to at least one coil type.
  • exactly two different coil types are provided, and thus exactly two sections, that is to say one per coil type. This leads to a further homogenization of the evaluation of the inductances.
  • At least one of the sections is congruent with the assigned coil type.
  • the section covers exactly a respective coil of the coil type, that is, it forms a parallel image of the corresponding coil transversely to its direction of extension.
  • At least one of the coil groups at least two of the coils lie next to one another in the area perpendicular to the circular path. This applies in particular in the radial direction or axial direction of the axis of rotation. This applies in particular to all coil groups and all coils. In particular, different sections which are assigned to corresponding coils or coil types can be arranged particularly favorably in the flux element.
  • At least one of the coils has a shape that tapers along the circular path.
  • the tapering relates to a certain direction of rotation with respect to the axis of rotation, in the opposite direction the coil is then designed to widen.
  • tapering or enlargement for un ferent coils of a coil group are designed in opposite directions, especially in the case of two coils. In this way, particularly favorable inductance curves can be generated over the angle of rotation of the flux element.
  • at least one of the coil groups has the shape of a circular ring segment or a circumferential section of a circular cylinder jacket. This results in geometrically particularly simple embodiments for the coil groups. In this way, particularly simple geometric shapes are also possible for the flow element. In particular, this embodiment can be combined with the arrangement of the coils “next to one another”.
  • the surface has the shape of a disk transverse to the axis of rotation.
  • An axial arrangement can thus be created.
  • the surface has the shape of the jacket of a straight circular cylinder with respect to the axis of rotation.
  • a radial arrangement can thus be created.
  • the surface has the shape of a jacket of a right circular truncated cone with respect to the axis of rotation. This results in a conical "mixed shape" of the arrangement between circular disk and cylinder shape. In this way, a suitable geometry of the sensor arrangement can always be selected for many geometrical requirements.
  • the invention is based on the following findings, observations and considerations and also has the following embodiments.
  • the embodiments are sometimes also referred to as "the invention” for the sake of simplicity.
  • the embodiments can also contain parts or combinations of the above-mentioned embodiments or correspond to them and / or optionally also include embodiments not mentioned so far.
  • planar trapezoidal coils in rotation form in a (based on the circumference around the axis of rotation) first semicircular circumference (for a single coil group) or a first and third quadrant (for at least two or exactly two coil groups) of a circular disk (Printed circuit board, PCB, printed circuit board) implemented. Therefore, half of the circuit board area is required compared to a sensor in which the circuit board surrounds the axis of rotation completely dig. This reduces both the size of the sensors and the circuit board costs.
  • a very special form of the flux element is proposed, in particular a copper (Cu) activator element, namely similar, in particular corresponding or the same as the coil contours.
  • This flux element (Cu activator element) creates a simple "scissors / X-shaped" course of the inductivity L (nH) of the coils over the angle of rotation or a theta (°) rotary position. Due to the simple nature of the inductance curve, an angle position detection algorithm (algorithm for determining the angle of rotation) and its implementation processor (microcontroller) can be used in the form of a low-cost solution.
  • Figure 1 two coil groups and two empty areas of a sensor arrangement
  • FIG. 2 shows a flow element of the sensor arrangement from FIG. 1,
  • FIG. 3 shows the assembled sensor arrangement from FIGS. 1, 2 at angles of rotation of the flux element of a) 0 °, b) 90 °, c) 180 ° and d) 270 °.
  • FIG. 4 shows the course of the inductances of the coils of the sensor arrangement from FIGS. 1-3 over the angle of rotation
  • FIG. 5 a) coil groups and empty areas and b) a flux element of an alternative sensor arrangement
  • FIG. 6 simulation results for a clockwise rotating flux element
  • FIG. 7 a status table for a clockwise flux element rotation
  • FIG. 8 shows an alternative sensor arrangement with a single coil group.
  • Figures 1 and 2 together show a disassembled sensor arrangement 2.
  • Figure 1 shows a first part of the sensor arrangement 2, namely two coil groups 4a, b each with two coils 6a-d and two empty areas 8a, b. Each of the coils 6a-d has a respective inductance L1-L4.
  • the sensor arrangement has an axis of rotation 10 which, in FIGS. 1-3, runs perpendicular to the plane of the drawing.
  • FIG. 2 shows a second and thus remaining part of the sensor arrangement 2, namely a flux element 12 which can be rotated about the axis of rotation 10 along a circular path 14.
  • the circular path 14 runs in the plane of the paper in FIG. 2 and is only partially shown.
  • the sensor arrangement 2 serves to detect an angle of rotation D of the flux element 12 about the axis of rotation 10 relative to the part of the sensor arrangement 2 shown in FIG. 1.
  • the flow element 12 has an angular extent W of 180 ° along the circular path 14.
  • the coil groups 4a, b extend in a surface 16 concentrically surrounding the axis of rotation 10, which corresponds to the plane of the paper in FIG. 1 and extends transversely to the axis of rotation 10.
  • the surface 16 thus runs parallel to the circular path 14 and also along the circular path 14.
  • the flux element 12 therefore extends parallel to the surface 16 with the spacing gap a between them.
  • both the coil group 4a and the coil group 4b are each limited to a coil angle S1 and S2 of 90 °. Both coil angles S1 and S2 thus add up to a total angle G of 180 °.
  • the two empty areas 8a, b are each located between the two coil groups 4a, b and extend over a respective empty angle E1 and E2 of 90 ° each. Overall, this results in a two-quadrant arrangement with coils 6a-d in only two quadrants Q1, 3.
  • An evaluation device 18 of the sensor arrangement 2 is only shown symbolically in FIG. This is set up - here by programming a digital signal processor (not shown) - to determine the current inductances L1-4 or the corresponding inductivity value for each of the coils 6a-d at a certain point in time and to determine a current angle of rotation D of the flux element 12 To determine the basis of the four determined inductances L1-L4. The determination takes place on the basis of technical, essentially simple geometrical or field theoretical considerations corresponding to angle sensors known from practice that basically work in the same way and will not be explained in more detail here.
  • Figures 1 and 2 thus show a small and compact inductive rotor angular position measurement sensor (Small and Compact Inductive Rotor Angular Position Measurement Sensor: SCIRAMS).
  • SCIRAMS Small and Compact Inductive Rotor Angular Position Measurement Sensor
  • IRAMS axial type of IRAMS, i.e. an axial IRPS (Inductive Rotor Position Sensor).
  • Figure 1 shows two small circuit boards 20a, b (PCB) each in the form of a quarter of a disc (quarter circular ring segments), which are in a first quadrant Q1 (angle of rotation 0 ° to 90 °) and third quadrant Q3 (angle of rotation 180 ° to 270 °) are mounted, each on a non-metallic circular disc 22 (circular ring).
  • the two trapezoidal coils of the planar type namely coil 6a or L1 and coil 6b or L2
  • the printed circuit board 20b i.e. in the Q3-PCB
  • there are arranged two flat trapezoidal coils namely coil 6c or L3 and coil 6d or L4, which are also in the form of rotation.
  • the radially outer coils 6a, c are uneven numbered (L1 and L3) and the radially inner coils 6b, d (Q1-PCB and Q3-PCB) are even numbered (L2 and L4).
  • the Q2 and Q4 quadrants of the circular disk 22 do not have PCBs and therefore do not contain any planar trapezoidal coils.
  • FIG. 1 thus shows the circular disk 22 which carries PCBs with trapezoidal planar coils 6a-d.
  • FIG. 2 shows a thin / laminar CU activator in the form of the flow element 12, which slides / rotates just above the trapezoidal coils 6a-d while maintaining a fixed gap (spacing gap a).
  • the circular disk 22 has a circular recess or a hole 26 for the assembly (penetration) of a rotor shaft (not shown).
  • FIG. 2 shows a thin and laminar metallic (made of Cu) semicircular plate in the form of the flow element 12, which functions as an activator / target for the inductive sensor or the sensor arrangement 2.
  • the flow element 12 has two sections A1 and A2, which are designed to be connected here.
  • the purpose of the rotating flux element 12 is to change the inductances L1-4 of the respective resting coils 6a-d (which is under the A1 or A2 part or section of the flux element 12) under the influence of eddy currents / to reduce that form in the metallic flux element 12.
  • the contour of the A2 section of the flux element 12 is identical to the contour of the even-numbered (L2 and L4) inner tra pezoidal planar coils 6b, d (coil type 24b).
  • the contour of the A1 portion of the flux element 12 is identical to the contour of the odd-numbered (L1 and L3) outer trapezoidal planar coils 6a, c (coil type 24a).
  • the respective sections A1 and A2 and the associated coils 6a, c and 6b, d are therefore each congruent.
  • the arc lengths B1, 2 of A1 section and A2 section of the flow element 12 are dimensioned such that the A1 section completely covers, for example, one quadrant of the disk, for example on the left side of the circular disk 22, and the A2 section another quadrant , for example on the right side of the circular disk 22, covers completely dig.
  • the entire arc length (angular extent W) of the flow element 12 covers two adjacent quadrants or a semicircle of the circular disk 22.
  • the connecting line (or center in the circumferential direction) of the A1 and A2 sections of the flow element 12 serves as a pointer for the angular position measurement (see Figure 3).
  • FIG. 3 shows the fully assembled sensor arrangement 2 with components from FIGS. 1 and 2.
  • the thin / laminar Cu activator in the form of the flux element 12 is positioned in such a way that it completely covers the L1 coil 6a. This position is considered to be the 0 ° position of the angle of rotation D, since the connecting line between sections A1 and A2 of the flux element 12 is aligned with the 0 ° position of the angle of rotation D.
  • the flux element 12 is located or now rotates above the coils 6a-d and thereby maintains the fixed spacing gap a.
  • Section A1 is located entirely in quadrant Q1 and therefore covers coil 6a (L1).
  • the section A2 is located in quadrant Q4 above the circular disk 22 and does not cover any of the coils 6a-d. Therefore, only the L1 coil 6a is influenced by the A1 section of the Cu activator and its inductance value L1 is reduced to the lowest value Llow (nH).
  • the coils 6b-d (L2, L3 and L4) are, however, not subject to any influence of a part of the flux element 12 and show their respective maximum inductance values L2,3,4 of (or in the vicinity of approximately) Lhigh (nH).
  • the sections A1 and A2 of the flux element 12 partially cover both coils 6a and 6b (L1 and L2), whereby both coils generate an intermediate inductance value L1, 2 between Llow and Lhigh.
  • the flux element 12 completely covers the L2 coil 6b. This is considered to be the 90 ° position of the angle of rotation D because the line connecting A1 and A2 is now aligned with the 90 ° position.
  • Section A1 is now located in quadrant Q2 above circular disk 22 and does not cover any coils 6a-d, from section A2 is located in quadrant Q1 above coil 6b (L2). Only the L2 coil 6b is therefore influenced by the A2 section of the flux element 12.
  • the flux element 12 lies completely above the L3 coil 6c; this is considered to be the 180 ° angular position of the angle of rotation D.
  • Section A1 is located in quadrant Q3 and covers coil 6C (L3), section A2 is located in quadrant Q2.
  • the coil L3 is influenced under the A1 section of the flux element 12.
  • the flux element 12 is positioned such that it completely covers the L4 coil 6d. This corresponds to the 270 ° angular position of the angle of rotation D.
  • section A1 is located in quadrant Q4 and section A2 is located in quadrant Q3 (coil 6d, L4).
  • the L4 coil 6d is under the influence of the section A2 of the flux element 12.
  • the course of the inductances L1-4 is shown when - depending on the angle of rotation D - the flux element partially or completely covers the coils 6a-d.
  • the coil inductances L1-4 change over the angle of rotation D according to the curves presented.
  • the respective inductance value L1-4 is converted into a suitable electrical signal (mV), and then a microcontroller / ASIC (in the evaluation device 18, not shown) is used to estimate or estimate the center position of the flux element 12 (angle of rotation D) . to determine.
  • the flux element 12 is fixedly attached to a rotating (non-metallic, not shown) disk.
  • the latter is also rigidly attached to a rotating shaft of the Ro sector of an electrical machine, not shown.
  • Figure 5 shows an alternative embodiment of a sensor arrangement 2 namely a Radial Type Inductive Rotor Angular Position Measurement Sensor (Radial IRPS): Compared to Figures 1-3, a slight modification was carried out since the sensor arrangement 2 functions as a radial angular position sensor.
  • a Radial Type Inductive Rotor Angular Position Measurement Sensor (Radial IRPS): Compared to Figures 1-3, a slight modification was carried out since the sensor arrangement 2 functions as a radial angular position sensor.
  • FIG. 5a (comparable to FIG. 1), instead of a non-metallic disk 22, a non-metallic cylinder or cylinder jacket 28 of a straight circular cylinder is used.
  • Its length L or height corresponds to the difference between the radii R2-R1 of the circular disk 22 in Figure 1.
  • the radius of the cylinder depends, for example, on the electric motor on which the sensor arrangement 2 is to be used.
  • the two PCBs or printed circuit boards 20a, b, which carry the coils 6a-d, are arranged on the inside of the non-metallic cylinder or cylinder jacket 28 in the inner quadrants Q1 and Q3.
  • the surface 16 is therefore a circular cylinder jacket (radial inner side).
  • the coil groups 4a, b here each have the shape of a quarter of the circumference of a circular cylinder jacket.
  • a further non-metallic cylinder 30 serves to attach the activator or the flux element 12 to the outer surface of the second cylinder 30.
  • the outer radius of the cylinder 30 is such that, when it is firmly connected to the rotor shaft, it rotates inside the cylinder jacket 28, a predetermined vertical air gap (spacing gap a, in mm or) between the PCB coil 6a-d (radially inner surface) and the radially outer surface of the flux element 12 on the cylinder 30 is maintained.
  • the coils 6a, b and the coils 6c, d are each perpendicular to the circular path 14 next to one another on the surface 16.
  • Figure 6 shows simulation results for the clockwise rotating flux element 12 according to Figures 1 to 3. It should be emphasized that the coils 6a (also “T1 / L1) and 6c (also" T3 / L3 ") as" Top “- Coils and the coils 6b (also “B2 / L2”) and 6d (also "B4 / L4") as "bottom” coils together form a trapezoidal coil group 4a, b and two such coil groups 4a, b are used here. Coil group 4a is placed in quadrant Q1, coil group 4b in quadrant Q3. Figure 6 shows the course of the inductances L1 to L4 over the angle of rotation D.
  • FIG. 7 shows in a table for which coils 6a-d (T 1, B2, T3, B4) fall (upper line 34, indicated by the down arrow) or rising (lower line 36, indicated by the up arrow) ) Inductance values (L in pH), i.e. tendencies, result.
  • the coils 6a-d are indicated by the abovementioned designations "T” for "Top” and “B” for “Bottom” and are also entered again in the respective quadrant columns Q1 and Q3 in which they are located.
  • the rotation of the flux element 12 takes place again in a clockwise direction (from left to right in the table).
  • FIG. 7 thus represents a status table for the sensor arrangement 2.
  • the angle of rotation D is shown as a rising angle (0 ° to 720 °).
  • quadrant sequence differs from conventional numbering (usual convention): Q1, Q3 are conventionally numbered, Q2 and Q4 are reversed.
  • FIGS. 8 shows, corresponding to FIGS. 1-3 an alternative sensor arrangement 2 with only one coil group 4a with two coils 6a, b and only one empty area 8a. This extends over an empty angle E1 of 180 °.
  • the coil group 4a extends over the quadrants Q1,2 over a coil angle S1 of 180 °, which is equal to the total angle G.
  • the arcuate thin / laminar flow element 12 (CU activator) extends over an angular extent W of 360 °, the sections A1, A2 each over arc lengths B 1, 2 of 180 °.
  • the circular path 14 around the axis of rotation 10 is only indicated here by dashed lines. Otherwise, the Sensoran arrangement 2 is corresponding or analogous to Figs. 1-3 and is operated like this.
  • the coil group 4a only covers 180 ° of the circular disk 22 here, the sensor arrangement 2 can measure the full 360 ° angle of rotation D of a rotor movement.
  • the coils 4a, b are located on a single printed circuit board 20a (circular ring segment) on the non-metallic circular disk 22 (circular ring).

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

The invention relates to a sensor assembly (2) for detecting a rotation angle (D) of a flow element (12), which can be rotated along a circular path (14) about an axis of rotation (10), comprising: at least one coil group (4a, b) each having at least two coils (6a-d) in a plane (16) concentrically surrounding the axis of rotation (10) and positioned in parallel with and along the circular path (14), wherein a respective coil group (4a, b) is limited to a respective coil angle (S1, 2), wherein the coil angles (S1, 2) of all coil groups (4a, b) add up to a total angle (G) of less than 360°; at least one empty region (8a, b) extending over a respective empty angle (E1, 2); the flow element (12) parallel to the plane (16), having an angular extension (W) that is greater than the largest coil angle (S1, 2); and an evaluation device (18) for determining the current inductance (L1-4) of the coils (6a-d) and the current rotation angle (D) based on the inductances (L1-4).

Description

Sensoranordnunq zur Erfassung eines Drehwinkels eines Flusselements Sensor arrangement for detecting an angle of rotation of a flux element
Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur Erfassung eines Drehwinkels eines Flusselements, das entlang einer Kreisbahn um eine Drehachse drehbar ist. The invention relates to a sensor arrangement for detecting an angle of rotation of a flux element that is rotatable about an axis of rotation along a circular path.
Ein Rotor-Positions-Sensor für Antriebsmotoren z.B. von Elektrofahrzeugen, der auf der Modulation von Wirbelströmen und der Verwendung von Spulenpaaren basiert, ist aus "Development of Eddy-Current Rotor Position Sensor, Markus Simon, Busi ness Unit 8, SUMIDA Components & Modules GmbH, Presented at EVTeCand APE Japan on May 23, 2014, JSAE Paper No. 20144103" ("140523_EVTeC_speech.pdf", Download von "https://www.sumida.com/news/index.php7catego- ryld=3&newsld=116" am 19.06.2019) bekannt. A rotor position sensor for drive motors, for example of electric vehicles, which is based on the modulation of eddy currents and the use of coil pairs, is from "Development of Eddy-Current Rotor Position Sensor, Markus Simon, Business Unit 8, SUMIDA Components & Modules GmbH , Presented at EVTeCand APE Japan on May 23, 2014, JSAE Paper No. 20144103 "(" 140523_EVTeC_speech.pdf ", download from" https://www.sumida.com/news/index.php7catego- ryld = 3 & newsld = 116 " on June 19, 2019).
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Verbesserungen in Bezug auf eine Dreh winkelerfassung vorzuschlagen. The object of the present invention is to propose improvements in relation to a rotation angle detection.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Sensoranordnung gemäß Patentanspruch 1. Be vorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sowie anderer Erfin dungskategorien ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der nachfolgenden Be schreibung sowie den beigefügten Figuren. The object is achieved by a sensor arrangement according to claim 1. Preferred or advantageous embodiments of the invention and other inven tion categories emerge from the further claims, the following description and the accompanying figures.
Die Sensoranordnung dient zur Erfassung eines Drehwinkels eines Flusselements. Das Flusselement ist entlang einer Kreisbahn um eine Drehachse drehbar. Die Sen soranordnung enthält mindestens eine, insbesondere genau eine, in einer bevorzug ten Ausführungsform mindestens zwei, mit dem Flusselement wechselwirkende Spu lengruppein). Jede der Spulengruppen enthält mindestens zwei Spulen. Die Wech selwirkung umfasst eine Relativdrehung zwischen Spulen und Flusselement um ver schiedene Drehwinkel. Je nach Drehwinkel erzeugt ein von der Spule erzeugtes Magnetfeld im Flusselement verschieden starke Wirbelströme, sodass sich jeweils veränderte Induktivitäten der Spule ergeben. Diese Induktivitäten können gemessen werden und somit auf die Relativlage zwischen Spule und Flusselement und somit auf den Drehwinkel geschlossen werden. Die Spulen sind insbesondere Flachspulen, das Flusselement ist insbesondere plattenförmig, zum Beispiel eine Kupferplatte bzw. ein Kupferaktivator. Insbesondere sind Spulen und Flusselement unter Zwi schenschaltung eines insbesondere schmalen Luftspalts flächig parallel zueinander angeordnet bzw. zueinander verdrehbar. The sensor arrangement is used to detect an angle of rotation of a flux element. The flux element can be rotated about an axis of rotation along a circular path. The sensor arrangement contains at least one, in particular exactly one, in a preferred embodiment at least two coil groups interacting with the flux element. Each of the coil groups contains at least two coils. The interaction comprises a relative rotation between the coil and the flux element by different angles of rotation. Depending on the angle of rotation, a magnetic field generated by the coil generates eddy currents of varying strength in the flux element, so that the inductances of the coil change in each case. These inductances can be measured and thus conclusions can be drawn about the relative position between coil and flux element and thus about the angle of rotation. The coils are in particular flat coils, the flux element is in particular plate-shaped, for example a copper plate or a copper activator. In particular, the coils and flux element are arranged flat parallel to one another or rotatable with respect to one another with the interposition of an in particular narrow air gap.
Die Spulengruppen erstrecken sich in einer die Drehachse konzentrisch umgeben den Fläche. Die Orientierung der Fläche zur Drehachse kann hierbei unterschiedlich gewählt sein, siehe unten. Die Fläche verläuft parallel zur Kreisbahn und entlang der Kreisbahn. Eine jeweilige Spulengruppe ist entlang der Kreisbahn auf einen jeweili gen Spulenwinkel, d.h. einen Teil des Kreisumfangs, begrenzt. Die Spulengruppe ist also auf einen bestimmten Winkelabschnitt in Umfangsrichtung der Drehachse be grenzt, z.B. maximal oder genau auf 180° (für eine Spulengruppe) oder maximal oder genau auf einen Quadranten von 90° (für mindestens zwei Spulengruppen). The coil groups extend in an axis of rotation concentrically surrounding the surface. The orientation of the surface to the axis of rotation can be selected differently, see below. The area runs parallel to the circular path and along the circular path. A respective coil group is limited along the circular path to a respective coil angle, i.e. part of the circumference. The coil group is therefore limited to a certain angular section in the circumferential direction of the axis of rotation, e.g. maximally or exactly to 180 ° (for a coil group) or maximally or precisely to a quadrant of 90 ° (for at least two coil groups).
Die Spulenwinkel aller Spulengruppen addieren sich zu einem Gesamtwinkel von we niger als 360°. Nicht der gesamte Umfang um die Drehachse ist also von Spulen gruppen besetzt. Entlang der Kreisbahn ist daher mindestens ein Leerbereich (in der Ausführungsform von mindestens zwei Spulengruppen: zwischen je zwei Spulen gruppen) vorhanden, in dem keine Spulengruppe bzw. Spule vorhanden ist. Der je weilige Leerbereich erstreckt sich dabei über einen jeweiligen Leerwinkel. Die Summe aller Leerwinkel und des Gesamtwinkels ergibt den gesamten Kreisumfang von 360° um die Drehachse. The coil angles of all coil groups add up to a total angle of less than 360 °. Not the entire circumference around the axis of rotation is occupied by groups of coils. Along the circular path there is therefore at least one empty area (in the embodiment of at least two coil groups: between two coil groups each), in which there is no coil group or coil. The respective empty area extends over a respective empty angle. The sum of all empty angles and the total angle results in the entire circumference of 360 ° around the axis of rotation.
Die Sensoranordnung enthält außerdem das Flusselement, das sich parallel unter Zwischenlage eines Abstandsspalts zur Fläche und damit zu den Spulen erstreckt, um je nach Drehwinkel unterschiedlich stark auf die Induktivitäten der Spulen einzu wirken. Das Flusselement weist entlang der Kreisbahn eine Winkelausdehnung auf, die größer als der größte Spulenwinkel ist. The sensor arrangement also contains the flux element, which extends parallel with the interposition of a spacing gap to the surface and thus to the coils in order to act differently depending on the angle of rotation on the inductances of the coils. The flux element has an angular extent along the circular path that is greater than the largest coil angle.
Die Sensoranordnung enthält eine Auswerteeinrichtung, die dazu eingerichtet ist, für jede der Spulen deren aktuelle (also je nach Relativlage zwischen Flusselement und Spule bzw. Drehwinkel sich einstellende) Induktivität zu ermitteln und einen aktuellen Drehwinkel des Flusselements auf der Basis wenigstens zweier, insbesondere aller, ermittelter Induktivitäten zu ermitteln. Sämtliche Winkel sind jeweils als Winkel bezüglich der Drehachse, d.h. in Umfangs richtung der Drehachse, also entlang der Kreisbahn zu betrachten. The sensor arrangement contains an evaluation device which is set up to determine for each of the coils their current inductance (i.e. depending on the relative position between flux element and coil or angle of rotation) and to determine a current angle of rotation of the flux element on the basis of at least two, in particular all, to determine determined inductances. All angles are to be considered as angles with respect to the axis of rotation, ie in the circumferential direction of the axis of rotation, that is, along the circular path.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass induktive Rotor-Winkelmeßsenso- ren (inductive rotor angular-position measurement sensor, IRPS) eine große Leiter plattenfläche benötigen, wenn trapezoide Planarspulen mit Rotationsform auf einer gesamten ringförmigen Leiterplatte gedruckt werden müssen. Außerdem erzeugen derartige große trapezoide Spulen die Veränderung in den Induktivitäts-Signalen (welche komplexe Funktionen der Drehwinkel-Position des Kupferaktivators oder Targets sind). Daher sind die erzeugten Funktionen der Induktivitäten gegenüber dem Drehwinkel nicht leicht mit einer kostengünstigen Signalformungs-Hardware und Mikrocontroller / Signalprozessor zu verarbeiten. Kurz zusammengefasst, komplexe Signalverarbeitungsalgorithmen müssen entwickelt werden und deren Implementie rung erfordert kostenintensive Mikrocontroller / Signalprozessoren (DSP, digital Sig nal processor). The invention is based on the knowledge that inductive rotor angular-position measurement sensors (IRPS) require a large circuit board surface when trapezoidal planar coils with a rotational shape have to be printed on an entire ring-shaped circuit board. In addition, such large trapezoidal coils produce the change in inductance signals (which are complex functions of the angular position of the copper activator or target). Therefore, the generated functions of the inductances versus the angle of rotation are not easy to process with inexpensive signal shaping hardware and microcontroller / signal processor. In short, complex signal processing algorithms have to be developed and their implementation requires costly microcontrollers / signal processors (DSP, digital signal processors).
Gemäß der Erfindung ergibt sich damit eine Reduktion der Kosten für Leiterplatten bzw. Spulen und eine einfachere Ermittlung des Drehwinkels durch eine einfachere Auswertung des Sensorsignals bzw. der ermittelten Induktivitäten. According to the invention, this results in a reduction in the costs for printed circuit boards or coils and a simpler determination of the angle of rotation through a simpler evaluation of the sensor signal or the determined inductances.
Die Erfindung kann sowohl für Radial- als auch für Axialversionen von Sensoranord nungen bzw. Sensoren umgesetzt werden, siehe unten. Die Erfindung kann insbe sondere zur Erfassung der Rotorposition einer elektrischen Maschine bzw. eines elektrischen Motors, und insbesondere in Projekten der E -Mobilität, eingesetzt wer den. The invention can be implemented for both radial and axial versions of sensor arrangements or sensors, see below. The invention can be used in particular for detecting the rotor position of an electric machine or an electric motor, and in particular in e-mobility projects.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind - wie oben erläutert - mindestens zwei Spulengruppen vorhanden, und entlang der Kreisbahn ist mindestens ein Leerbe reich zwischen je zwei Spulengruppen vorhanden. So ergeben sich verteilte Spulen strukturen, die insbesondere punkt- / rotationssymmetrisch ausgeführt werden kön nen. In einer bevorzugten Ausführungsform sind entlang der Kreisbahn gleich viele Spu lengruppen und Leerbereiche abwechselnd angeordnet. Hierdurch wird ein einfacher und ab zwei Spulengruppen ein besonders symmetrischer und einfacher Aufbau er möglicht, bei dem sich in Umfangsrichtung um die Drehachse stets Spulengruppen mit Leerbereichen abwechseln. Auch ergeben sich so Vorteile in Bezug auf ein Flus selement, welches über die Spulengruppen hinausragt, siehe unten. In a preferred embodiment - as explained above - at least two coil groups are present, and along the circular path there is at least one empty space between every two coil groups. This results in distributed coil structures which, in particular, can be designed with point / rotation symmetry. In a preferred embodiment, the same number of coil groups and empty areas are arranged alternately along the circular path. As a result, a simple and, from two coil groups, a particularly symmetrical and simple structure is made possible in which coil groups with empty areas always alternate in the circumferential direction around the axis of rotation. This also results in advantages with regard to a flux element that protrudes beyond the coil groups, see below.
In einer bevorzugten Variante der Ausführungsform mit mindestens zwei Spulengrup pen sind mindestens zwei der Spulenwinkel gleich groß und/oder mindestens zwei der Leerwinkel sind gleich groß. Insbesondere sind alle Spulenwinkel gleich groß und/oder alle Leerwinkel gleich groß. Alternativ oder zusätzlich sind mindestens ein, insbesondere alle, Spulenwinkel und ein, insbesondere alle, Leerwinkel gleich groß. Dies führt zu besonders einfachen Anordnungen. In a preferred variant of the embodiment with at least two coil groups, at least two of the coil angles are of the same size and / or at least two of the empty angles are of the same size. In particular, all coil angles are the same size and / or all empty angles are the same size. Alternatively or additionally, at least one, in particular all, coil angles and one, in particular all, empty angles are the same size. This leads to particularly simple arrangements.
In einer bevorzugten Variante der Ausführungsform mit mindestens zwei Spulengrup pen sind genau zwei Spulengruppen und genau zwei Leerbereiche vorhanden. Ins gesamt sind somit minimal vier, insbesondere genau vier, Spulen vorhanden. Somit ergibt sich eine besonders einfache Ausführungsform. Insbesondere kann so eine Zwei-Quadranten-Anordnung erfolgen, siehe unten. In a preferred variant of the embodiment with at least two Spulengrup pen, there are exactly two coil groups and exactly two empty areas. In total, there are thus a minimum of four, in particular exactly four, coils. This results in a particularly simple embodiment. In particular, a two-quadrant arrangement can thus take place, see below.
In einer bevorzugten Ausführungsform - insbesondere der Variante mit genau einer Spulengruppe - beträgt der Gesamtwinkel 180° und/oder die Winkelausdehnung be trägt 360° und/oder mindestens einer der Spulenwinkel beträgt 180° und/oder min destens einer der Leerwinkel beträgt 180°. Für einen Gesamtwinkel von 180° ergibt sich nur die Hälfte des Umfangs um die Drehachse als Flächenbedarf für Spulen bzw. Leiterplatten, auf welchen Spulen angeordnet sind. Eine Winkelausdehnung von 360° für das Flusselement eignet sich besonders in einer 180°-Anordnung genau einer Spulengruppe. In a preferred embodiment - in particular the variant with exactly one coil group - the total angle is 180 ° and / or the angular extent is 360 ° and / or at least one of the coil angles is 180 ° and / or at least one of the empty angles is 180 °. For a total angle of 180 °, only half of the circumference around the axis of rotation results as the area required for coils or circuit boards on which coils are arranged. An angular expansion of 360 ° for the flux element is particularly suitable in a 180 ° arrangement of precisely one coil group.
In einer bevorzugten Variante der Ausführungsform mit mindestens zwei Spulengrup pen beträgt der Gesamtwinkel 180° und/oder die Winkelausdehnung beträgt 180° und/oder mindestens einer der Spulenwinkel beträgt 90° und/oder mindestens einer der Leerwinkel beträgt 90°. Für einen Gesamtwinkel von 180° ergibt sich nur die Hälfte des Umfangs um die Drehachse als Flächenbedarf für Spulen bzw. Leiterplat ten, auf welchen Spulen angeordnet sind. Eine Winkelausdehnung von 180° für das Flusselement eignet sich besonders in einer Zwei-Quadranten-Anordnung, siehe un ten. Auch entsprechende 90°-Winkel eignen sich für diese Zwei-Quadranten-Anord- nung, siehe unten. In a preferred variant of the embodiment with at least two coil groups, the total angle is 180 ° and / or the angular extent is 180 ° and / or at least one of the coil angles is 90 ° and / or at least one of the empty angles is 90 °. For a total angle of 180 ° only results Half of the circumference around the axis of rotation as space requirement for coils or printed circuit boards on which coils are arranged. An angular extension of 180 ° for the flow element is particularly suitable in a two-quadrant arrangement, see below. Corresponding 90 ° angles are also suitable for this two-quadrant arrangement, see below.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Flusselement entlang der Kreisbahn zusammenhängend ausgeführt. Somit ergibt sich ein besonders einfaches Flussele ment. Alternativ ist das Flusselement in mindestens zwei Abschnitte aufgeteilt. Hier ergeben sich wieder die Alternativen, dass mindestens zwei der Abschnitte aneinan der anschließen und/oder voneinander beabstandet sind. Das Flusselement kann also verschiedene Abschnitte bzw. Teile aufweisen, die nicht alle Zusammenhängen müssen; eine oder mehrere Lücken können zwischen benachbarten Abschnitten vor handen sein. Vorteile für entsprechend ausgestaltete Flusselemente ergeben sich je nach konkreter Anordnung und Aufteilung der Spulengruppen. In a preferred embodiment, the flow element is designed to be contiguous along the circular path. This results in a particularly simple flow element. Alternatively, the flow element is divided into at least two sections. Here again the alternatives arise that at least two of the sections adjoin one another and / or are spaced apart from one another. The flow element can thus have different sections or parts that do not all have to be related; one or more gaps may exist between adjacent sections. Advantages for correspondingly designed flux elements arise depending on the specific arrangement and division of the coil groups.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Winkelausdehnung mindestens so groß wie die größte Summe eines Spulenwinkels und eines angrenzenden Leerwinkels bei der jeweils gegebenen Aufteilung für eine bestimmte Sensoranordnung. Damit wird für alle Drehwinkel sichergestellt, dass das Flusselement stets vollständig jedes Paar aus benachbarter Spulengruppe und Leerwinkel überdecken kann. Dies führt zu einer besonders leichten Auswertbarkeit des Drehwinkels aus den Induktivitäten. In a preferred embodiment, the angular extent is at least as large as the largest sum of a coil angle and an adjacent empty angle with the given division for a specific sensor arrangement. This ensures for all angles of rotation that the flux element can always completely cover every pair of adjacent coil groups and empty angles. This leads to a particularly easy evaluation of the angle of rotation from the inductances.
In einer bevorzugten Variante der Ausführungsform mit mindestens zwei Spulengrup pen ist mindestens ein Spulentyp für gleiche Spulen vorhanden und mindestens zwei Spulengruppen enthalten je eine der gleichen Spulen. Diese Spulen sind dann rotati onssymmetrisch zur Drehachse angeordnet. Hierunter ist zu verstehen, dass diese durch Verdrehung um den Differenzwinkel der Spulengruppen auseinander hervor gehen bzw. deckungsgleich sind. Innerhalb des Spulentyps findet also eine Rotati onsspiegelung bzw. -drehung der Spulen statt, insbesondere um einen Winkel von 360° geteilt durch die Anzahl der Spulengruppen. Insbesondere sind vier Spulen in zwei Spulentypen in zwei Spulengruppen zu je zwei Spulen vorgesehen. Durch ent sprechend gleiche Spulen kann eine besonders einfache und homogene Auswertung der Induktivitäten erfolgen. In a preferred variant of the embodiment with at least two coil groups there is at least one type of coil for the same coils and at least two coil groups each contain one of the same coils. These coils are then arranged rotationally symmetrically to the axis of rotation. This is to be understood as meaning that these move apart from one another or are congruent by rotating them by the difference angle of the coil groups. So within the coil type there is a rotation mirroring or rotation of the coils, in particular by an angle of 360 ° divided by the number of coil groups. In particular, four coils are in two coil types provided in two coil groups of two coils each. A particularly simple and homogeneous evaluation of the inductances can be carried out by using the same coils accordingly.
In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform ist mindestens einem Spulen typ ein jeweiliger Abschnitt des Flusselements zugeordnet. Insbesondere sind genau zwei verschiedene Spulentypen vorgesehen, und damit genau zwei Abschnitte, also je einer pro Spulentyp. Dies führt zu einer weiteren Homogenisierung der Auswer tung der Induktivitäten. In a preferred variant of this embodiment, a respective section of the flux element is assigned to at least one coil type. In particular, exactly two different coil types are provided, and thus exactly two sections, that is to say one per coil type. This leads to a further homogenization of the evaluation of the inductances.
In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform ist mindestens einer der Ab schnitte deckungsgleich zum zugeordneten Spulentyp. Insbesondere deckt dabei für einen bestimmten Drehwinkel der Abschnitt exakt eine jeweilige Spule des Spulen typs ab, bildet also quer zu deren Erstreckungsrichtung ein paralleles Abbild der ent sprechenden Spule. Somit werden bei maximaler Wirkung auf die Induktivitäten der Spule die Abmessungen bzw. die Querausdehnung des Abschnitts parallel zur Spule so klein wie möglich gehalten. In a preferred variant of this embodiment, at least one of the sections is congruent with the assigned coil type. In particular, for a certain angle of rotation, the section covers exactly a respective coil of the coil type, that is, it forms a parallel image of the corresponding coil transversely to its direction of extension. Thus, with maximum effect on the inductances of the coil, the dimensions or the transverse extent of the section parallel to the coil are kept as small as possible.
In einer bevorzugten Ausführungsform liegen in mindestens einer der Spulengruppen mindestens zwei der Spulen in der Fläche senkrecht zur Kreisbahn nebeneinander. Dies gilt insbesondere in Radialrichtung oder Axialrichtung der Drehachse. Insbeson dere gilt dies für alle Spulengruppen und alle Spulen. So können insbesondere auch im Flusselement verschiedene Abschnitte, die entsprechenden Spulen bzw. Spulen typen zugeordnet sind, besonders günstig angeordnet werden. In a preferred embodiment, in at least one of the coil groups, at least two of the coils lie next to one another in the area perpendicular to the circular path. This applies in particular in the radial direction or axial direction of the axis of rotation. This applies in particular to all coil groups and all coils. In particular, different sections which are assigned to corresponding coils or coil types can be arranged particularly favorably in the flux element.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist mindestens eine der Spulen eine sich entlang der Kreisbahn verjüngende Form auf. Die Verjüngung bezieht sich auf einen bestimmten Drehsinn bezüglich der Drehachse, in der Gegenrichtung ist die Spule dann erweiternd ausgeführt. Insbesondere sind Verjüngung bzw. Erweiterung für un terschiedliche Spulen einer Spulengruppe gegenläufig ausgeführt, insbesondere bei zwei Spulen. Somit können besonders günstige Induktivitäts-Verläufe über dem Drehwinkel des Flusselements erzeugt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform weist mindestens eine der Spulengruppen die Form eines Kreisringsegments oder eines Umfangsabschnitts eines Kreiszylinder mantels auf. Somit ergeben sich geometrisch besonders einfache Ausführungsfor men für die Spulengruppen. Damit sind auch besonders einfache geometrische For men für das Flusselement möglich. Insbesondere kann diese Ausführungsform mit der Anordnung der Spulen "nebeneinander" kombiniert werden. In a preferred embodiment, at least one of the coils has a shape that tapers along the circular path. The tapering relates to a certain direction of rotation with respect to the axis of rotation, in the opposite direction the coil is then designed to widen. In particular, tapering or enlargement for un ferent coils of a coil group are designed in opposite directions, especially in the case of two coils. In this way, particularly favorable inductance curves can be generated over the angle of rotation of the flux element. In a preferred embodiment, at least one of the coil groups has the shape of a circular ring segment or a circumferential section of a circular cylinder jacket. This results in geometrically particularly simple embodiments for the coil groups. In this way, particularly simple geometric shapes are also possible for the flow element. In particular, this embodiment can be combined with the arrangement of the coils “next to one another”.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Fläche die Form einer Scheibe quer zur Drehachse auf. So kann eine Axialanordnung geschaffen werden. Alternativ weist die Fläche die Form eines Mantels eines geraden Kreiszylinders bezüglich der Drehachse auf. So kann eine radiale Anordnung geschaffen werden. Alternativ weist die Fläche die Form eines Mantels eines geraden Kreiskegelstumpfes bezüglich der Drehachse auf. Dies ergibt eine kegelförmige "Mischform" der Anordnung zwischen Kreisscheiben- und Zylinder-Form. Somit kann für viele geometrische Anforderungen eine stets passende Geometrie der Sensoranordnung gewählt werden. In a preferred embodiment, the surface has the shape of a disk transverse to the axis of rotation. An axial arrangement can thus be created. Alternatively, the surface has the shape of the jacket of a straight circular cylinder with respect to the axis of rotation. A radial arrangement can thus be created. Alternatively, the surface has the shape of a jacket of a right circular truncated cone with respect to the axis of rotation. This results in a conical "mixed shape" of the arrangement between circular disk and cylinder shape. In this way, a suitable geometry of the sensor arrangement can always be selected for many geometrical requirements.
Die Erfindung beruht auf folgenden Erkenntnissen, Beobachtungen bzw. Überlegun gen und weist noch die nachfolgenden Ausführungsformen auf. Die Ausführungsfor men werden dabei teils vereinfachend auch "die Erfindung" genannt. Die Ausfüh rungsformen können hierbei auch Teile oder Kombinationen der oben genannten Ausführungsformen enthalten oder diesen entsprechen und/oder gegebenenfalls auch bisher nicht erwähnte Ausführungsformen einschließen. The invention is based on the following findings, observations and considerations and also has the following embodiments. The embodiments are sometimes also referred to as "the invention" for the sake of simplicity. The embodiments can also contain parts or combinations of the above-mentioned embodiments or correspond to them and / or optionally also include embodiments not mentioned so far.
Gemäß der Erfindung sind insbesondere planare trapezoide Spulen (in Rotations form) in einem (bezogen auf den Umfang um die Drehachse) ersten Halbkreisumfang (für eine einzige Spulengruppe) oder einem ersten und dritten Quadranten (für min destens zwei oder genau zwei Spulengruppen) einer Kreisscheibe (Leiterplatte, PCB, printed Circuit board) implementiert. Daher wird die Hälfte der Leiterplattenfläche im Vergleich zu einem Sensor benötigt, bei dem die Leiterplatte die Drehachse vollstän dig umgibt. Dies reduziert sowohl die Größe der Sensoren als auch die Leiterplatten kosten. Vorgeschlagen wird eine ganz spezielle Form des Flusselements, insbeson dere Kupfer(Cu)-Aktivator-Elements, nämlich ähnlich, insbesondere entsprechend bzw. gleich, den Spulenkonturen. Die Drehbewegung dieses Flusselements (Cu-Akti- vator-Elements) erzeugt einen einfachen "Scheren- / X-förmigen" Verlauf der Indukti vität L (nH) der Spulen über dem Drehwinkel bzw. einer Theta(°)-Drehposition. Auf grund der einfachen Natur der Induktivitätskurve kann ein Winkelpositionserfas sungsalgorithmus (Algorithmus zur Ermittlung des Drehwinkels) und dessen Imple mentierungsprozessor (Mikrocontroller) in Form einer kostengünstigen (low cost) Lö sung verwendet werden. According to the invention, in particular, planar trapezoidal coils (in rotation form) in a (based on the circumference around the axis of rotation) first semicircular circumference (for a single coil group) or a first and third quadrant (for at least two or exactly two coil groups) of a circular disk (Printed circuit board, PCB, printed circuit board) implemented. Therefore, half of the circuit board area is required compared to a sensor in which the circuit board surrounds the axis of rotation completely dig. This reduces both the size of the sensors and the circuit board costs. A very special form of the flux element is proposed, in particular a copper (Cu) activator element, namely similar, in particular corresponding or the same as the coil contours. The rotary movement of this flux element (Cu activator element) creates a simple "scissors / X-shaped" course of the inductivity L (nH) of the coils over the angle of rotation or a theta (°) rotary position. Due to the simple nature of the inductance curve, an angle position detection algorithm (algorithm for determining the angle of rotation) and its implementation processor (microcontroller) can be used in the form of a low-cost solution.
Weitere Merkmale, Wirkungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nach folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung so wie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen, jeweils in einer schematischen Prinzips kizze: Further features, effects and advantages of the invention emerge from the following description of a preferred exemplary embodiment of the invention and the attached figures. In each case show in a schematic principle sketch:
Figur 1 zwei Spulengruppen und zwei Leerbereiche einer Sensoranordnung,Figure 1 two coil groups and two empty areas of a sensor arrangement,
Figur 2 ein Flusselement der Sensoranordnung aus Figur 1 , FIG. 2 shows a flow element of the sensor arrangement from FIG. 1,
Figur 3 die zusammengebaute Sensoranordnung aus Figs. 1 ,2 bei Drehwinkeln des Flusselements von a) 0°, b) 90°, c) 180° und d) 270°. FIG. 3 shows the assembled sensor arrangement from FIGS. 1, 2 at angles of rotation of the flux element of a) 0 °, b) 90 °, c) 180 ° and d) 270 °.
Figur 4 den Verlauf der Induktivitäten der Spulen der Sensoranordnung aus den Figs. 1-3 über dem Drehwinkel, FIG. 4 shows the course of the inductances of the coils of the sensor arrangement from FIGS. 1-3 over the angle of rotation,
Figur 5 a) Spulengruppen und Leerbereiche und b) ein Flusselement einer alternati ven Sensoranordnung, FIG. 5 a) coil groups and empty areas and b) a flux element of an alternative sensor arrangement,
Figur 6 Simulationsergebnisse für ein im Uhrzeigersinn rotierendes Flusselement, Figur 7 eine Zustandstabelle für eine Flusselement-Rotation im Uhrzeigersinn,FIG. 6 simulation results for a clockwise rotating flux element, FIG. 7 a status table for a clockwise flux element rotation,
Figur 8 eine alternative Sensoranordnung mit einer einzigen Spulengruppe. FIG. 8 shows an alternative sensor arrangement with a single coil group.
Die Figuren 1 und 2 zusammen zeigen eine zerlegte Sensoranordnung 2. Figur 1 zeigt einen ersten Teil der Sensoranordnung 2, nämlich zwei Spulengruppen 4a, b mit je zwei Spulen 6a-d sowie zwei Leerbereiche 8a, b. Jede der Spulen 6a -d weist dabei eine jeweilige Induktivität L1-L4 auf. Die Sensoranordnung weist eine Drehachse 10 auf, die in den Figuren 1-3 jeweils senkrecht zur Zeichenebene verläuft. Figur 2 zeigt einen zweiten und damit restlichen Teil der Sensoranordnung 2, nämlich ein Flusselement 12, welches um die Drehachse 10 entlang einer Kreisbahn 14 dreh bar ist. Die Kreisbahn 14 verläuft in Figur 2 in der Papierebene und ist nur teilweise dargestellt. Die Sensoranordnung 2 dient zur Erfassung eines Drehwinkels D des Flusselements 12 um die Drehachse 10 relativ zu dem in Figur 1 dargestellten Teil der Sensoranordnung 2. Figures 1 and 2 together show a disassembled sensor arrangement 2. Figure 1 shows a first part of the sensor arrangement 2, namely two coil groups 4a, b each with two coils 6a-d and two empty areas 8a, b. Each of the coils 6a-d has a respective inductance L1-L4. The sensor arrangement has an axis of rotation 10 which, in FIGS. 1-3, runs perpendicular to the plane of the drawing. FIG. 2 shows a second and thus remaining part of the sensor arrangement 2, namely a flux element 12 which can be rotated about the axis of rotation 10 along a circular path 14. The circular path 14 runs in the plane of the paper in FIG. 2 and is only partially shown. The sensor arrangement 2 serves to detect an angle of rotation D of the flux element 12 about the axis of rotation 10 relative to the part of the sensor arrangement 2 shown in FIG. 1.
Das Flusselement 12 weist entlang der Kreisbahn 14 eine Winkelausdehnung W von 180° auf. The flow element 12 has an angular extent W of 180 ° along the circular path 14.
Im zusammengebauten Zustand der Sensoranordnung 2 (siehe Figur 3) befindet sich das Flusselement 12 nur durch einen hier symbolisch angedeuteten Abstandsspalt a, hier einen Luftspalt, getrennt oberhalb (d.h. in der Figur dem Betrachter zugewandt) der Anordnung aus Figur 1. Deshalb entsteht eine Wechselwirkung zwischen Flus selement 12 und Spulen 6a-d dahingehend, dass die Induktivitäten L1-4 der Spulen 6a-d je nach Drehwinkel D des Flusselements 12 variieren. In the assembled state of the sensor arrangement 2 (see Figure 3), the flow element 12 is only through a spacing gap a symbolically indicated here, here an air gap, separated above (ie facing the viewer in the figure) of the arrangement from Figure 1. Therefore, an interaction occurs between the flux element 12 and the coils 6a-d to the effect that the inductances L1-4 of the coils 6a-d vary depending on the angle of rotation D of the flux element 12.
Die Spulengruppen 4a, b erstrecken sich in einer die Drehachse 10 konzentrisch um gebenden Fläche 16, die in Figur 1 der Papierebene entspricht und quer zur Dreh achse 10 verläuft. Die Fläche 16 verläuft damit parallel zur Kreisbahn 14 und auch entlang der Kreisbahn 14. Das Flusselement 12 erstreckt sich daher parallel unter Zwischenlage des Abstandsspalts a zur Fläche 16. The coil groups 4a, b extend in a surface 16 concentrically surrounding the axis of rotation 10, which corresponds to the plane of the paper in FIG. 1 and extends transversely to the axis of rotation 10. The surface 16 thus runs parallel to the circular path 14 and also along the circular path 14. The flux element 12 therefore extends parallel to the surface 16 with the spacing gap a between them.
Entlang der Kreisbahn 14, das heißt in Umfangsrichtung bezüglich der Drehachse 10 sind sowohl die Spulengruppe 4a als auch die Spulengruppe 4b jeweils auf einen Spulenwinkel S1 und S2 von 90° begrenzt. Beide Spulenwinkel S1 und S2 addieren sich damit zu einem Gesamtwinkel G von 180°. Along the circular path 14, that is to say in the circumferential direction with respect to the axis of rotation 10, both the coil group 4a and the coil group 4b are each limited to a coil angle S1 and S2 of 90 °. Both coil angles S1 and S2 thus add up to a total angle G of 180 °.
Die beiden Leerbereiche 8a, b befinden sich jeweils zwischen den beiden Spulen gruppen 4a, b und erstrecken sich über einen jeweiligen Leerwinkel E1 und E2 von je 90°. Insgesamt ergibt sich so eine Zwei-Quadranten-Anordnung mit Spulen 6a-d in nur zwei Quadranten Q1 ,3. Die Winkelausdehnung W von 180° ist damit mindestens (bzw. hier genau gleich) so groß wie die größte mögliche Summe eines Spulenwinkels (hier beide S1,2 = 90°) und eines Leerwinkels (hier auch beide E1 ,2 = 90°) bei der gegebenen Sensoranord nung 2. Die größte Summe sind damit ebenfalls 180°. The two empty areas 8a, b are each located between the two coil groups 4a, b and extend over a respective empty angle E1 and E2 of 90 ° each. Overall, this results in a two-quadrant arrangement with coils 6a-d in only two quadrants Q1, 3. The angular extent W of 180 ° is at least (or here exactly the same) as large as the largest possible sum of a coil angle (here both S1,2 = 90 °) and an empty angle (here both E1, 2 = 90 °) at the given sensor arrangement 2. The largest sum is thus also 180 °.
Lediglich symbolisch ist in Figur 1 noch eine Auswerteeinrichtung 18 der Sensoran ordnung 2 dargestellt. Diese ist - hier durch Programmierung eines nicht dargestell ten digitalen Signalprozessors - dazu eingerichtet, für jede der Spulen 6a-d zu einem bestimmten Zeitpunkt deren aktuelle Induktivitäten L1-4 bzw. den entsprechenden In duktivitätswert zu ermitteln und einen aktuellen Drehwinkel D des Flusselements 12 auf Basis der vier ermittelten Induktivitäten L1-L4 zu ermitteln. Die Ermittlung erfolgt anhand fachüblicher, im Wesentlichen einfacher geometrischer bzw. feldtheoreti scher, Überlegungen entsprechend zu aus der Praxis bekannten prinzipiell gleichar tig arbeitenden Winkelsensoren und soll hier nicht näher erläutert werden. An evaluation device 18 of the sensor arrangement 2 is only shown symbolically in FIG. This is set up - here by programming a digital signal processor (not shown) - to determine the current inductances L1-4 or the corresponding inductivity value for each of the coils 6a-d at a certain point in time and to determine a current angle of rotation D of the flux element 12 To determine the basis of the four determined inductances L1-L4. The determination takes place on the basis of technical, essentially simple geometrical or field theoretical considerations corresponding to angle sensors known from practice that basically work in the same way and will not be explained in more detail here.
Die Figuren 1 und 2 zeigen damit einen kleinen und kompakten induktiven Rotor- Winkelpositions-Meßsensor (Small and Compact Inductive Rotor Angular-Position Measurement Sensor: SCIRAMS). Insbesondere zeigen sie einen Axialtyp eines IRAMS, d.h. einen Axial-IRPS (Inductive Rotor Position Sensor). Figures 1 and 2 thus show a small and compact inductive rotor angular position measurement sensor (Small and Compact Inductive Rotor Angular Position Measurement Sensor: SCIRAMS). In particular, they show an axial type of IRAMS, i.e. an axial IRPS (Inductive Rotor Position Sensor).
Figur 1 zeigt dabei zwei kleine Leiterplatten 20a, b (PCB) in Form je eines Viertels ei ner Scheibe (Viertel-Kreisring-Segmente), die in einem ersten Quadranten Q1 (Dreh winkel 0° bis 90°) und dritten Quadranten Q3 (Drehwinkel 180° bis 270°) montiert sind, jeweils auf einer nicht-metallischen Kreisscheibe 22 (Kreisring). In der Leiter platte 20a, also im Q1-PCB, sind die beiden trapezförmige Spulen vom planaren Typ, nämlich Spule 6a bzw. L1 und Spule 6b bzw. L2 gedruckt, die in Rotationsform (also die Drehachse 10 entlang der Kreisbahn 14 umgebend) vorliegen. In ähnlicherWeise sind in der Leiterplatte 20b, also im Q3-PCB, zwei ebene trapezförmige Spulen, näm lich Spule 6c bzw. L3 und Spule 6d bzw. L4 angeordnet, die ebenfalls in Rotations form vorliegen. Figure 1 shows two small circuit boards 20a, b (PCB) each in the form of a quarter of a disc (quarter circular ring segments), which are in a first quadrant Q1 (angle of rotation 0 ° to 90 °) and third quadrant Q3 (angle of rotation 180 ° to 270 °) are mounted, each on a non-metallic circular disc 22 (circular ring). In the printed circuit board 20a, so in the Q1-PCB, the two trapezoidal coils of the planar type, namely coil 6a or L1 and coil 6b or L2, are printed, which are in the form of rotation (i.e. surrounding the axis of rotation 10 along the circular path 14) . Similarly, in the printed circuit board 20b, i.e. in the Q3-PCB, there are arranged two flat trapezoidal coils, namely coil 6c or L3 and coil 6d or L4, which are also in the form of rotation.
Es ist zu beachten, dass die radial äußeren Spulen 6a, c (Q1-PCB und Q3-PCB) un gerade nummeriert sind (L1 und L3) und die radial inneren Spulen 6b, d (Q1-PCB und Q3-PCB) gerade nummeriert sind (L2 und L4). Im Gegensatz dazu haben die Q2- und Q4-Quadranten der Kreisscheibe 22 keine PCBs und enthalten daher keine planaren Trapezspulen. Darüber hinaus sind die beiden ungeradzahligen Spulen 6a (L1) und 6c (L3) vom gleichen Spulentyp 24a (Geometrie / Form / Kontur, Spur- Breite, Windungsabstand und Windungszahlen usw.), und in gleicher Weise sind auch die beiden geradzahligen Spulen 6b (L2) und 6d (L4) vom gleichen Spulentyp 24b (Geometrie / Form / Kontur, Spur-Breite, Windungsabstand und Windungszahl usw.). Figur 1 zeigt damit die Kreisscheibe 22, die PCBs mit trapezoiden Planar-Spu- len 6a-d trägt. Note that the radially outer coils 6a, c (Q1-PCB and Q3-PCB) are uneven numbered (L1 and L3) and the radially inner coils 6b, d (Q1-PCB and Q3-PCB) are even numbered (L2 and L4). In contrast, the Q2 and Q4 quadrants of the circular disk 22 do not have PCBs and therefore do not contain any planar trapezoidal coils. In addition, the two odd-numbered coils 6a (L1) and 6c (L3) are of the same coil type 24a (geometry / shape / contour, track width, winding spacing and number of turns, etc.), and the two even-numbered coils 6b ( L2) and 6d (L4) of the same coil type 24b (geometry / shape / contour, track width, winding spacing and number of windings, etc.). FIG. 1 thus shows the circular disk 22 which carries PCBs with trapezoidal planar coils 6a-d.
Figur 2 zeigt einen dünnen / laminaren CU-Aktivator in Form des Flusselements 12, der knapp oberhalb der trapezoiden Spulen 6a-d gleitet / rotiert und dabei einen fixen Zwischenraum (Abstandsspalt a) aufrecht erhält. FIG. 2 shows a thin / laminar CU activator in the form of the flow element 12, which slides / rotates just above the trapezoidal coils 6a-d while maintaining a fixed gap (spacing gap a).
Zentral weist die Kreisscheibe 22 eine kreisförmige Aussparung bzw. ein Loch 26 für die Montage (Durchsetzen) einer nicht dargestellten Rotorwelle auf. In the center, the circular disk 22 has a circular recess or a hole 26 for the assembly (penetration) of a rotor shaft (not shown).
Figur 2 zeigt eine dünne und laminare metallische (aus Cu gefertigte) halbkreisför mige Platte in Form des Flusselements 12, die als Aktivator / Target für den indukti ven Sensor bzw. die Sensoranordnung 2 fungiert. Das Flusselement 12 weist zwei Abschnitte A1 und A2 auf, die hier zusammenhängend ausgeführt sind. Das rotie rende Flusselement 12 hat den Zweck, die Induktivitäten L1-4 der betreffenden ru henden Spulen 6a-d (die unter dem A1- oder A2-Teil bzw. -Abschnitt des Flussele ments 12 liegt) unter dem Einfluss von Wirbelströmen zu ändern / zu verringern, die sich im metallischen Flusselement 12 bilden. Die Kontur des A2-Abschnitts des Flus selements 12 ist identisch mit der Kontur der geradzahligen (L2 und L4) inneren tra pezförmigen planaren Spulen 6b, d (Spulentyp 24b). In ähnlicherWeise ist die Kontur des A1 -Abschnitts des Flusselements 12 identisch mit der Kontur der ungeradzahli gen (L1 und L3) äußeren trapezförmigen planaren Spulen 6a, c (Spulentyp 24a). Die jeweiligen Abschnitte A1 und A2 und die zugehörigen Spulen 6a, c und 6b, d sind also jeweils deckungsgleich. Die Bogenlängen B1 ,2 von A1 - Abschnitt und A2- Abschnitt des Flusselements 12 sind so bemessen, dass der A1 -Abschnitt z.B. einen Quadranten der Scheibe, z.B. auf der linken Seite der Kreisscheibe 22, vollständig abdeckt und der A2- Abschnitt einen anderen Quadranten, z.B. auf der rechten Seite der Kreisscheibe 22, vollstän dig abdeckt. Daher bedeckt die gesamte Bogenlänge (Winkelausdehnung W) des Flusselements 12 (A1- und A2- Abschnitte zusammen) zwei benachbarte Quadran ten oder einen Halbkreis der Kreisscheibe 22. Die Verbindungslinie (bzw. Mitte in Umfangsrichtung) der A1- und A2- Abschnitte des Flusselements 12 dient als Zeiger für die Winkelpositionsmessung (siehe Figur 3). FIG. 2 shows a thin and laminar metallic (made of Cu) semicircular plate in the form of the flow element 12, which functions as an activator / target for the inductive sensor or the sensor arrangement 2. The flow element 12 has two sections A1 and A2, which are designed to be connected here. The purpose of the rotating flux element 12 is to change the inductances L1-4 of the respective resting coils 6a-d (which is under the A1 or A2 part or section of the flux element 12) under the influence of eddy currents / to reduce that form in the metallic flux element 12. The contour of the A2 section of the flux element 12 is identical to the contour of the even-numbered (L2 and L4) inner tra pezoidal planar coils 6b, d (coil type 24b). Similarly, the contour of the A1 portion of the flux element 12 is identical to the contour of the odd-numbered (L1 and L3) outer trapezoidal planar coils 6a, c (coil type 24a). The respective sections A1 and A2 and the associated coils 6a, c and 6b, d are therefore each congruent. The arc lengths B1, 2 of A1 section and A2 section of the flow element 12 are dimensioned such that the A1 section completely covers, for example, one quadrant of the disk, for example on the left side of the circular disk 22, and the A2 section another quadrant , for example on the right side of the circular disk 22, covers completely dig. Therefore, the entire arc length (angular extent W) of the flow element 12 (A1 and A2 sections together) covers two adjacent quadrants or a semicircle of the circular disk 22. The connecting line (or center in the circumferential direction) of the A1 and A2 sections of the flow element 12 serves as a pointer for the angular position measurement (see Figure 3).
Figur 3 zeigt die fertigmontierte Sensoranordnung 2 mit Komponenten aus Figuren 1 und 2. FIG. 3 shows the fully assembled sensor arrangement 2 with components from FIGS. 1 and 2.
In Figur 3a ist der dünne / laminare Cu-Aktivator in Form des Flusselements 12 so positioniert, dass er die L1 -Spule 6a vollständig abdeckt. Diese Position wird als 0°- Position des Drehwinkels D betrachtet, da die Verbindungslinie zwischen den Ab schnitten A1 und A2 des Flusselements 12 auf die 0°-Position des Drehwinkels D ausgerichtet ist. Das Flusselement 12 befindet sich bzw. rotiert nun oberhalb der Spulen 6a-d und hält dabei den festen Abstandsspalt a aufrecht. In FIG. 3a, the thin / laminar Cu activator in the form of the flux element 12 is positioned in such a way that it completely covers the L1 coil 6a. This position is considered to be the 0 ° position of the angle of rotation D, since the connecting line between sections A1 and A2 of the flux element 12 is aligned with the 0 ° position of the angle of rotation D. The flux element 12 is located or now rotates above the coils 6a-d and thereby maintains the fixed spacing gap a.
Der Abschnitt A1 befindet sich vollständig im Quadranten Q1 und bedeckt daher die Spule 6a (L1). Der Abschnitt A2 befindet sich im Quadranten Q4 über der Kreis scheibe 22 und bedeckt keine der Spulen 6a-d. Daher wird nur die L1 -Spule 6a vom A1 -Abschnitt des Cu-Aktivators beeinflusst und ihr Induktivitätswert L1 wird auf den niedrigsten Wert Llow (nH) reduziert. Die Spulen 6b-d (L2, L3 und L4) unterliegen je doch keinem Einfluss eines Teils des Flusselements 12 und zeigen ihre jeweiligen maximalen Induktivitätswerte L2,3,4 von (bzw. in der Nähe von etwa) Lhigh (nH). Section A1 is located entirely in quadrant Q1 and therefore covers coil 6a (L1). The section A2 is located in quadrant Q4 above the circular disk 22 and does not cover any of the coils 6a-d. Therefore, only the L1 coil 6a is influenced by the A1 section of the Cu activator and its inductance value L1 is reduced to the lowest value Llow (nH). The coils 6b-d (L2, L3 and L4) are, however, not subject to any influence of a part of the flux element 12 and show their respective maximum inductance values L2,3,4 of (or in the vicinity of approximately) Lhigh (nH).
Wenn sich der Aktivator im Uhrzeigersinn um beispielsweise 45° dreht (nicht darge stellte Zwischenstellung zwischen den Positionen aus den Figuren 3a, b), bedecken die Abschnitte A1 und A2 des Flusselements 12 teilweise beide Spulen 6a und 6b (L1 bzw. L2), wodurch beide Spulen einen Zwischen-Induktivitätswert L1 ,2 zwischen Llow und Lhigh erzeugen. Gemäß Figur 3b bedeckt das Flusselement 12 die L2-Spule 6b vollständig. Dies wird als 90°-Position des Drehwinkels D angesehen, da die Verbindungslinie von A1 und A2 jetzt auf die 90°-Position ausgerichtet ist. Der Abschnitt A1 befindet sich nun im Quadranten Q2 über der Kreisscheibe 22 und bedeckt keinerlei Spulen 6a -d, der Ab schnitt A2 befindet sich im Quadranten Q1 über der Spule 6b (L2). Es wird also nur die L2-Spule 6b vom A2 -Abschnitt des Flusselements 12 beeinflusst. If the activator rotates clockwise by 45 °, for example (not shown intermediate position between the positions from Figures 3a, b), the sections A1 and A2 of the flux element 12 partially cover both coils 6a and 6b (L1 and L2), whereby both coils generate an intermediate inductance value L1, 2 between Llow and Lhigh. According to FIG. 3b, the flux element 12 completely covers the L2 coil 6b. This is considered to be the 90 ° position of the angle of rotation D because the line connecting A1 and A2 is now aligned with the 90 ° position. Section A1 is now located in quadrant Q2 above circular disk 22 and does not cover any coils 6a-d, from section A2 is located in quadrant Q1 above coil 6b (L2). Only the L2 coil 6b is therefore influenced by the A2 section of the flux element 12.
Gemäß Figur 3c liegt das Flusselement 12 vollständig über der L3-Spule 6c, dies wird als 180°-Winkelposition des Drehwinkels D betrachtet. Der Abschnitt A1 befindet sich im Quadranten Q3 und bedeckt die Spule 6C (L3), der Abschnitt A2 befindet sich im Quadranten Q2. Die Spule L3 ist unter dem A1 -Abschnitt des Flusselements 12 beeinflusst. According to FIG. 3c, the flux element 12 lies completely above the L3 coil 6c; this is considered to be the 180 ° angular position of the angle of rotation D. Section A1 is located in quadrant Q3 and covers coil 6C (L3), section A2 is located in quadrant Q2. The coil L3 is influenced under the A1 section of the flux element 12.
Gemäß Figur 3d ist das Flusselement 12 so positioniert, dass es die L4-Spule 6d vollständig bedeckt. Dies entspricht der 270°-Winkelstellung des Drehwinkels D. In diesem Fall befindet sich der Abschnitt A1 im Quadranten Q4 und der Abschnitt A2 im Quadranten Q3 (Spule 6d, L4). Die L4-Spule 6d ist unter dem Einfluss des Ab schnitts A2 des Flusselements 12. According to FIG. 3d, the flux element 12 is positioned such that it completely covers the L4 coil 6d. This corresponds to the 270 ° angular position of the angle of rotation D. In this case, section A1 is located in quadrant Q4 and section A2 is located in quadrant Q3 (coil 6d, L4). The L4 coil 6d is under the influence of the section A2 of the flux element 12.
In Figur 4 ist der Verlauf der Induktivitäten L1-4 dargestellt, wenn - je nach Drehwin kel D - das Flusselement die Spulen 6a-d teilweise oder vollständig bedeckt. Die Spuleninduktivitäten L1-4 ändern sich über dem Drehwinkel D entsprechend der dar gestellten Kurven. Der jeweilige Induktivitätswert L1-4 wird in ein geeignetes elektri sches Signal (mV) umgewandelt, und danach wird ein Mikrocontroller/ ASIC (in der Auswerteeinrichtung 18, nicht dargestellt) verwendet, um die Mittelposition des Flus selements 12 (Drehwinkel D) zu schätzen bzw. zu ermitteln. Dabei ist das Flussele ment 12 fest an einer sich drehenden (nichtmetallischen, nicht dargestellten) Scheibe angebracht. Letztere ist dazu ebenfalls starr an einer sich drehenden Welle des Ro tors einer nicht dargestellten elektrischen Maschine angebracht. Der Teil der Senso ranordnung 2 aus Figur 1 dagegen ist ortsfest in Bezug auf den Stator der Maschine fixiert. Der Drehwinkel D der Sensoranordnung 2 gibt daher den Drehwinkel D des Rotors zum Stator an. Die Zuordnung der Quadranten Q1-4 zu den Drehwinkeln ist in Figur 4 eingetragen. Pfeil 32 deutet die Rotation des Flusselements 12 im Uhrzeiger sinn an. In Figure 4, the course of the inductances L1-4 is shown when - depending on the angle of rotation D - the flux element partially or completely covers the coils 6a-d. The coil inductances L1-4 change over the angle of rotation D according to the curves presented. The respective inductance value L1-4 is converted into a suitable electrical signal (mV), and then a microcontroller / ASIC (in the evaluation device 18, not shown) is used to estimate or estimate the center position of the flux element 12 (angle of rotation D) . to determine. The flux element 12 is fixedly attached to a rotating (non-metallic, not shown) disk. The latter is also rigidly attached to a rotating shaft of the Ro sector of an electrical machine, not shown. The part of the sensor arrangement 2 from FIG. 1, on the other hand, is fixed in a stationary manner with respect to the stator of the machine. The angle of rotation D of the sensor arrangement 2 therefore indicates the angle of rotation D of the rotor to the stator. The assignment of quadrants Q1-4 to the angles of rotation is in Figure 4 entered. Arrow 32 indicates the clockwise rotation of the flux element 12.
Figur 5 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Sensoranordnung 2 nämlich ei nen Radial Type Inductive Rotor Angular-Position Measurement Sensor (Radial IRPS): Gegenüber den Figuren 1-3 wurde eine leichte Modifikation durchgeführt, da mit die Sensoranordnung 2 als radialer Winkelpositionssensor funktioniert. Figure 5 shows an alternative embodiment of a sensor arrangement 2 namely a Radial Type Inductive Rotor Angular Position Measurement Sensor (Radial IRPS): Compared to Figures 1-3, a slight modification was carried out since the sensor arrangement 2 functions as a radial angular position sensor.
Flier wird gemäß Figur 5a (vergleichbar Figur 1) anstelle einer nichtmetallischen Scheibe 22 ein nichtmetallischer Zylinder bzw. Zylindermantel 28 eines geraden Kreiszylinders verwendet. Dessen Länge L bzw. Höhe entspricht der Differenz der Radien R2-R1 der Kreisscheibe 22 in Figur 1. Der Radius des Zylinders ist z.B. vom E-Motor abhängig, an dem die Sensoranordnung 2 eingesetzt werden soll. Die zwei PCBs bzw. Leiterplatten 20a, b, die die Spulen 6a-d tragen, sind auf der Innenseite des nichtmetallischen Zylinders bzw. Zylindermantels 28 in den inneren Quadranten Q1 und Q3 angeordnet. Die Fläche 16 ist also ein Kreiszylindermantel (radiale Innen seite). According to FIG. 5a (comparable to FIG. 1), instead of a non-metallic disk 22, a non-metallic cylinder or cylinder jacket 28 of a straight circular cylinder is used. Its length L or height corresponds to the difference between the radii R2-R1 of the circular disk 22 in Figure 1. The radius of the cylinder depends, for example, on the electric motor on which the sensor arrangement 2 is to be used. The two PCBs or printed circuit boards 20a, b, which carry the coils 6a-d, are arranged on the inside of the non-metallic cylinder or cylinder jacket 28 in the inner quadrants Q1 and Q3. The surface 16 is therefore a circular cylinder jacket (radial inner side).
Die Spulengruppen 4a, b weisen hier also jeweils die Form eines Viertels des Um fangs eines Kreiszylindermantels auf. The coil groups 4a, b here each have the shape of a quarter of the circumference of a circular cylinder jacket.
Gemäß Figur 5b dient ein weiterer nichtmetallischer Zylinder 30 dazu, den Aktivator bzw. das Flusselement 12 an der Außenfläche des zweiten Zylinders 30 anzubrin gen. Der äußere Radius des Zylinders 30 ist derart, dass er sich, wenn er fest mit der Rotorwelle verbunden ist, innerhalb des Zylindermantels 28 dreht, wobei ein vorbe stimmter vertikaler Luftspalt (Abstandsspalte a, in mm oder) zwischen der PCB-Spule 6a-d (radial innere Oberfläche) und der radial äußeren Oberfläche des Flusselements 12 am Zylinder 30 aufrechterhalten wird. According to FIG. 5b, a further non-metallic cylinder 30 serves to attach the activator or the flux element 12 to the outer surface of the second cylinder 30. The outer radius of the cylinder 30 is such that, when it is firmly connected to the rotor shaft, it rotates inside the cylinder jacket 28, a predetermined vertical air gap (spacing gap a, in mm or) between the PCB coil 6a-d (radially inner surface) and the radially outer surface of the flux element 12 on the cylinder 30 is maintained.
Für beide Ausführungsformen (Figuren 1-3 und Figur 5) liegen also auf der Fläche 16 die Spulen 6a, b und die Spulen 6c, d jeweils senkrecht zur Kreisbahn 14 nebeneinan der. Figur 6 zeigt Simulationsergebnisse für das im Uhrzeigersinn rotierende Flussele ment 12 gemäß der Figuren 1 bis 3. Es ist zu betonen, dass die Spulen 6a (auch "T1 / L1 ) und 6c (auch "T3 / L3") als "Top"-Spulen und die Spulen 6b (auch "B2 / L2") und 6d (auch "B4 / L4") als "Bottom'-Spulen zusammen eine trapezoide Spulengruppe 4a, b bilden und hier zwei solcher Spulengruppen 4a, b verwendet werden. Spulen gruppe 4a ist im Quadranten Q1 , Spulengruppe 4b im Quadranten Q3 platziert. Figur 6 zeigt der Verlauf der Induktivitäten L1 bis L4 über dem Drehwinkel D. For both embodiments (FIGS. 1-3 and FIG. 5), the coils 6a, b and the coils 6c, d are each perpendicular to the circular path 14 next to one another on the surface 16. Figure 6 shows simulation results for the clockwise rotating flux element 12 according to Figures 1 to 3. It should be emphasized that the coils 6a (also "T1 / L1) and 6c (also" T3 / L3 ") as" Top "- Coils and the coils 6b (also "B2 / L2") and 6d (also "B4 / L4") as "bottom" coils together form a trapezoidal coil group 4a, b and two such coil groups 4a, b are used here. Coil group 4a is placed in quadrant Q1, coil group 4b in quadrant Q3. Figure 6 shows the course of the inductances L1 to L4 over the angle of rotation D.
Figur 7 zeigt in einer Tabelle, für welche Spulen 6a-d (T 1 , B2, T3, B4) sich jeweils fal lende (obere Zeile 34, angedeutet durch Pfeil nach unten) oder steigende (untere Zeile 36, angedeutet durch Pfeil nach oben) Induktivitätswerte (L in pH), also Ten denzen, ergeben. Die Spulen 6a-d sind dabei über die o.g. Bezeichnungen "T" für "Top" und "B" für "Bottom" angegeben und auch nochmals in den jeweiligen Quad- ranten-Spalten Q1 und Q3, in denen sie sich befinden, eingetragen. Die Rotation des Flusselements 12 findet wieder im Uhrzeigersinn (in der Tabelle von links nach rechts) statt. Figur 7 stellt damit eine Zustandstabelle für die Sensoranordnung 2 dar. Der Drehwinkel D ist als steigender Winkel (0° bis 720°) dargestellt. FIG. 7 shows in a table for which coils 6a-d (T 1, B2, T3, B4) fall (upper line 34, indicated by the down arrow) or rising (lower line 36, indicated by the up arrow) ) Inductance values (L in pH), i.e. tendencies, result. The coils 6a-d are indicated by the abovementioned designations "T" for "Top" and "B" for "Bottom" and are also entered again in the respective quadrant columns Q1 and Q3 in which they are located. The rotation of the flux element 12 takes place again in a clockwise direction (from left to right in the table). FIG. 7 thus represents a status table for the sensor arrangement 2. The angle of rotation D is shown as a rising angle (0 ° to 720 °).
Dabei ist es sehr wichtig, folgendes zu betonen: Für eine Drehung des Flussele ments 12 im Uhrzeigersinn (untere Zeile in der Tabelle, Fig. 7) zeigt die Tabelle für die Rotation (Q1 -> Q2 -> Q3 -> Q4) sequentiell für die T1-, B2-, T3- und B4-Spulen 4a-d ansteigende Induktivitäten (Werte). It is very important to emphasize the following: For a clockwise rotation of the flux element 12 (lower line in the table, Fig. 7), the table shows the rotation (Q1 -> Q2 -> Q3 -> Q4) sequentially for the T1, B2, T3 and B4 coils 4a-d increasing inductances (values).
Für die Rotation entgegen dem Uhrzeigersinn zeigt die untere Zeile der Tabelle, dass sequentiell die B4-, T3-, B2- und T1 -Spulen 4a-d ansteigende Induktivitäten (Werte) aufweisen. For the counterclockwise rotation, the lower line of the table shows that sequentially the B4, T3, B2 and T1 coils 4a-d have increasing inductances (values).
Bezüglich der Figuren ist zu beachten, dass die Quadrantenreihenfolge von einer konventionellen Nummerierung (übliche Konvention) abweicht: Q1 , Q3 sind konventi onell nummeriert, Q2 und Q4 sind demgegenüber vertauscht. With regard to the figures, it should be noted that the quadrant sequence differs from conventional numbering (usual convention): Q1, Q3 are conventionally numbered, Q2 and Q4 are reversed.
Die Figuren 8 zeigt entsprechend zu Figs. 1 - 3 eine alternative Sensoranordnung 2 mit nur einer Spulengruppe 4a mit zwei Spulen 6a, b und nur einem Leerbereich 8a. Dieser erstreckt sich über einen Leerwinkel E1 von 180°. Die Spulengruppe 4a er streckt sich über die Quadranten Q1,2 über einen Spulenwinkel S1 von 180°, der gleich dem Gesamtwinkel G ist. Das bogenförmige dünne / laminare Flusselement 12 (CU-Aktivator) erstreckt sich über eine Winkelausdehnung W von 360°, die Ab schnitte A1 , A2 jeweils über Bogenlängen B 1 ,2 von jeweils 180°. Die Kreisbahn 14 um die Drehachse 10 ist hier nur gestrichelt angedeutet. Ansonsten ist die Sensoran ordnung 2 entsprechend bzw. sinngemäß zu Figs. 1-3 aufgebaut und wird wie diese betrieben. Obschon hier die Spulengruppe 4a nur 180° der Kreisscheibe 22 abdeckt, kann die Sensoranordnung 2 den vollen 360° Drehwinkel D einer Rotorbewegung messen. FIGS. 8 shows, corresponding to FIGS. 1-3 an alternative sensor arrangement 2 with only one coil group 4a with two coils 6a, b and only one empty area 8a. This extends over an empty angle E1 of 180 °. The coil group 4a extends over the quadrants Q1,2 over a coil angle S1 of 180 °, which is equal to the total angle G. The arcuate thin / laminar flow element 12 (CU activator) extends over an angular extent W of 360 °, the sections A1, A2 each over arc lengths B 1, 2 of 180 °. The circular path 14 around the axis of rotation 10 is only indicated here by dashed lines. Otherwise, the Sensoran arrangement 2 is corresponding or analogous to Figs. 1-3 and is operated like this. Although the coil group 4a only covers 180 ° of the circular disk 22 here, the sensor arrangement 2 can measure the full 360 ° angle of rotation D of a rotor movement.
Die Spulen 4a, b befinden sich auf einer einzigen Leiterplatte 20a (Kreisringsegment) auf der nichtmetallischen Kreisscheibe 22 (Kreisring). The coils 4a, b are located on a single printed circuit board 20a (circular ring segment) on the non-metallic circular disk 22 (circular ring).
Bezuqszeichen Sensoranordnung a, b Spulengruppe a-d Spule a, b Leerbereich Referring to sensor arrangement a, b coil group a-d coil a, b empty area
10 Drehachse 10 axis of rotation
12 Flusselement 12 flow element
14 Kreisbahn 14 circular path
16 Fläche 16 area
18 Auswerteeinrichtung 18 Evaluation device
20a, b Leiterplatte 20a, b circuit board
22 Kreisscheibe 22 circular disc
24a, b Spulentyp 24a, b coil type
26 Loch 26 holes
28 Zylindermantel 28 cylinder jacket
30 Zylinder 30 cylinders
32 Pfeil 32 arrow
34 Zeile (oben) 34 line (top)
36 Zeile (unten) 36 line (bottom)
L1-4 Induktivitäten L1-4 inductors
D Drehwinkel D rotation angle
W Winkelausdehnung W angular expansion
S1 ,2 Spulenwinkel S1, 2 coil angles
G Gesamtwinkel G total angle
E1 ,2 Leerwinkel a Abstandsspalt E1, 2 empty angles a spacing gap
Q1-4 Quadrant Q1-4 quadrant
A1 ,2 Abschnitt A1, 2 section
B1 ,2 Bogenlänge B1, 2 arc length
L Länge L length
R1 ,2 Radius R1, 2 radius

Claims

Patentansprüche Claims
1. Sensoranordnung (2) zur Erfassung eines Drehwinkels (D) eines Flusselements (12), das entlang einer Kreisbahn (14) um eine Drehachse (10) drehbar ist, 1. Sensor arrangement (2) for detecting an angle of rotation (D) of a flux element (12) which can be rotated along a circular path (14) about an axis of rotation (10),
- mit mindestens einer mit dem Flusselement (12) wechselwirkenden Spulengruppe (4a, b) mit jeweils mindestens zwei Spulen (6a-d), - With at least one coil group (4a, b) interacting with the flux element (12), each with at least two coils (6a-d),
- wobei sich die Spulengruppen (6a-d) in einer die Drehachse (10) konzentrisch um gebenden Fläche (16) erstrecken, - The coil groups (6a-d) extending in a surface (16) concentrically surrounding the axis of rotation (10),
- wobei die Fläche (16) parallel zur und entlang der Kreisbahn (14) verläuft, und eine jeweilige Spulengruppe (4a, b) entlang der Kreisbahn (14) auf einen jeweiligen Spu lenwinkel (S1 ,2) begrenzt ist, - wherein the surface (16) runs parallel to and along the circular path (14), and a respective coil group (4a, b) along the circular path (14) is limited to a respective Spu lenwinkel (S1, 2),
- wobei sich die Spulenwinkel (S1 ,2) aller Spulengruppen (4a, b) zu einem Gesamt winkel (G) von weniger als 360° addieren, - The coil angles (S1, 2) of all coil groups (4a, b) add up to a total angle (G) of less than 360 °,
- wobei entlang der Kreisbahn (14) mindestens ein Leerbereich (8a, b) vorhanden ist, der sich über einen jeweiligen Leerwinkel (E1 ,2) erstreckt, - wherein at least one empty area (8a, b) is present along the circular path (14) which extends over a respective empty angle (E1, 2),
- mit dem Flusselement (12), das sich parallel unter Zwischenlage eines Abstands spalts (a) zur Fläche (16) erstreckt, - With the flux element (12), which extends parallel with the interposition of a gap gap (a) to the surface (16),
- wobei das Flusselement (12) entlang der Kreisbahn (14) eine Winkelausdehnung (W) aufweist, die größer als der größte Spulenwinkel (S1 ,2) ist, - wherein the flux element (12) along the circular path (14) has an angular extent (W) which is greater than the largest coil angle (S1, 2),
- mit einer Auswerteeinrichtung (18), die dazu eingerichtet ist, für jede der Spulen (6a-d) deren aktuelle Induktivität (L1-4) zu ermitteln und einen aktuellen Drehwinkel (D) des Flusselements (12) auf der Basis wenigstens zweier ermittelter Induktivitäten (L1-4) zu ermitteln. - With an evaluation device (18) which is set up to determine the current inductance (L1-4) for each of the coils (6a-d) and a current angle of rotation (D) of the flux element (12) on the basis of at least two determined To determine inductances (L1-4).
2. Sensoranordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Spulengruppen (4a, b) vorhanden sind, und entlang der Kreisbahn (14) mindes tens ein Leerbereich (8a, b) zwischen je zwei Spulengruppen (4a, b) vorhanden ist. 2. Sensor arrangement according to claim 1, characterized in that at least two coil groups (4a, b) are present, and along the circular path (14) there is at least one empty area (8a, b) between each two coil groups (4a, b).
3. Sensoranordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass entlang der Kreisbahn (14) gleich viele Spulengruppen (4a, b) und Leerbereiche (8a, b) abwechselnd angeordnet sind. 3. Sensor arrangement (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the same number of coil groups (4a, b) and empty areas (8a, b) are arranged alternately along the circular path (14).
4. Sensoranordnung (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der Spulenwinkel (S1 ,2) gleich groß sind und/oder mindestens zwei der Leerwinkel (E1,2) gleich groß sind. 4. Sensor arrangement (2) according to one of claims 2 to 3, characterized in that at least two of the coil angles (S1, 2) are of the same size and / or at least two of the empty angles (E1,2) are of the same size.
5. Sensoranordnung (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass genau zwei Spulengruppen (4a, b) und genau zwei Leerbereiche (8a, b) vorhan den sind. 5. Sensor arrangement (2) according to one of claims 2 to 4, characterized in that exactly two coil groups (4a, b) and exactly two empty areas (8a, b) are IN ANY.
6. Sensoranordnung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtwinkel (G) 180° beträgt und/oder die Winkelausdehnung (W) 360° beträgt und/oder mindestens einer der Spulenwinkel (S1 ,2) 180° beträgt und/oder mindestens einer der Leerwinkel (E1 ,2) 180°beträgt. 6. Sensor arrangement (2) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the total angle (G) is 180 ° and / or the angular extent (W) is 360 ° and / or at least one of the coil angles (S1, 2) is 180 ° and / or at least one of the empty angles (E1, 2) is 180 °.
7. Sensoranordnung (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtwinkel (G) 180° beträgt und/oder die Winkelausdehnung (W) 180° beträgt und/oder mindestens einer der Spulenwinkel (S1 ,2) 90° beträgt und/oder min destens einer der Leerwinkel (E1 ,2) 90° beträgt. 7. Sensor arrangement (2) according to one of claims 2 to 5, characterized in that the total angle (G) is 180 ° and / or the angular extent (W) is 180 ° and / or at least one of the coil angles (S1, 2) is 90 ° and / or at least one of the empty angles (E1, 2) is 90 °.
8. Sensoranordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass das Flusselement (12) entlang der Kreisbahn (14) zusammen hängend ausgeführt ist oder in mindestens zwei aneinander anschließende oder von einander beabstandete Abschnitte (A1 ,2) aufgeteilt ist. 8. Sensor arrangement (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the flow element (12) is designed to be suspended along the circular path (14) or is divided into at least two adjoining or spaced apart sections (A1, 2) .
9. Sensoranordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass die Winkelausdehnung (W) mindestens so groß ist wie die größte Summe eines Spulenwinkels (S1 ,2) und eines angrenzenden Leerwinkels (E1 ,2). 9. Sensor arrangement (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the angular extent (W) is at least as large as the largest sum of a coil angle (S1, 2) and an adjacent empty angle (E1, 2).
10. Sensoranordnung (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeich net, dass mindestens ein Spulentyp (24a, b) für gleiche Spulen (6a-d) vorhanden ist und mindestens zwei Spulengruppen (4a, b) je eine der gleichen Spulen (6a-d) ent halten, die rotationssymmetrisch zur Drehachse (10) angeordnet sind. 10. Sensor arrangement (2) according to one of claims 2 to 9, characterized in that at least one type of coil (24a, b) is present for the same coils (6a-d) and at least two coil groups (4a, b) are each one of the same Hold coils (6a-d) ent, which are arranged rotationally symmetrical to the axis of rotation (10).
11. Sensoranordnung (2) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindes tens einem Spulentyp (24a, b) ein jeweiliger Abschnitt (A1 ,2) des Flusselements (12) zugeordnet ist. 11. Sensor arrangement (2) according to claim 10, characterized in that at least one coil type (24a, b) is assigned a respective section (A1, 2) of the flux element (12).
12. Sensoranordnung (2) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass mindes tens einer der Abschnitte (A1 ,2) deckungsgleich zum zugeordneten Spulentyp (24a, b) ist. 12. Sensor arrangement (2) according to claim 11, characterized in that at least one of the sections (A1, 2) is congruent with the associated coil type (24a, b).
13. Sensoranordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass in mindestens einer der Spulengruppen (4a, b) mindestens zwei der Spulen (6a-d) in der Fläche (16) senkrecht zur Kreisbahn (14) nebeneinander lie gen. 13. Sensor arrangement (2) according to one of the preceding claims, characterized in that in at least one of the coil groups (4a, b) at least two of the coils (6a-d) in the surface (16) perpendicular to the circular path (14) lie side by side gene.
14. Sensoranordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass mindestens eine der Spulen (6a-d) eine sich entlang der Kreis bahn (14) verjüngende Form aufweist. 14. Sensor arrangement (2) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the coils (6a-d) has a shape tapering along the circular path (14).
15. Sensoranordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass mindestens eine der Spulengruppen (4a, b) die Form eines Kreis ringsegments oder eines Umfangsabschnitts eines Kreiszylindermantels aufweist. 15. Sensor arrangement (2) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the coil groups (4a, b) has the shape of a circular segment or a peripheral portion of a circular cylinder jacket.
16. Sensoranordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass die Fläche (16) die Form einer Scheibe quer zur Drehachse (10) oder eines Mantels eines geraden Kreiskegelstumpfes oder eines Mantels eines ge raden Kreiszylinders bezüglich der Drehachse (10) aufweist. 16. Sensor arrangement (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the surface (16) has the shape of a disc transverse to the axis of rotation (10) or a jacket of a straight truncated circular cone or a jacket of a straight circular cylinder with respect to the axis of rotation (10 ) having.
PCT/EP2020/073820 2019-09-04 2020-08-26 Sensor assembly for detecting a rotation angle of a flow element WO2021043644A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019213389.4 2019-09-04
DE102019213389.4A DE102019213389A1 (en) 2019-09-04 2019-09-04 Sensor arrangement for detecting an angle of rotation of a flux element

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021043644A1 true WO2021043644A1 (en) 2021-03-11

Family

ID=72291016

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2020/073820 WO2021043644A1 (en) 2019-09-04 2020-08-26 Sensor assembly for detecting a rotation angle of a flow element

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102019213389A1 (en)
WO (1) WO2021043644A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022213180A1 (en) 2022-12-07 2024-06-13 Zf Friedrichshafen Ag Rotation angle detection with geometrically simple sensor arrangement

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10044839A1 (en) * 1999-09-27 2001-04-05 Siemens Ag Contactless position sensor for detecting movable object e.g. in motor vehicle
DE102007037217A1 (en) * 2007-08-07 2009-02-12 Robert Bosch Gmbh Measuring device for use in motor vehicle i.e. motorcycle, for contactless detection of relative rotary position between bodies, has coil pairs with coils arranged with respect to rotational axis in diametrically opposite manner
DE102014208642A1 (en) * 2014-05-08 2015-11-12 Robert Bosch Gmbh Sensor arrangement for detecting angles of rotation on a rotating component in a vehicle
DE102014220458A1 (en) * 2014-10-09 2016-04-14 Robert Bosch Gmbh Sensor arrangement for the contactless detection of angles of rotation on a rotating component
DE102015202732A1 (en) * 2015-02-16 2016-08-18 Robert Bosch Gmbh Sensor arrangement for detecting angles of rotation on a rotating component in a vehicle

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9123633D0 (en) * 1991-11-07 1992-01-02 Radiodetection Ltd Devices comprising angular displacement sensors
DE4335701C2 (en) * 1993-10-20 1996-04-04 Ifm Electronic Gmbh Inductive angle measuring device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10044839A1 (en) * 1999-09-27 2001-04-05 Siemens Ag Contactless position sensor for detecting movable object e.g. in motor vehicle
DE102007037217A1 (en) * 2007-08-07 2009-02-12 Robert Bosch Gmbh Measuring device for use in motor vehicle i.e. motorcycle, for contactless detection of relative rotary position between bodies, has coil pairs with coils arranged with respect to rotational axis in diametrically opposite manner
DE102014208642A1 (en) * 2014-05-08 2015-11-12 Robert Bosch Gmbh Sensor arrangement for detecting angles of rotation on a rotating component in a vehicle
DE102014220458A1 (en) * 2014-10-09 2016-04-14 Robert Bosch Gmbh Sensor arrangement for the contactless detection of angles of rotation on a rotating component
DE102015202732A1 (en) * 2015-02-16 2016-08-18 Robert Bosch Gmbh Sensor arrangement for detecting angles of rotation on a rotating component in a vehicle

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MARKUS SIMON: "EVTeCand APE Japan on May 23, 2014, JSAE Paper No. 20144103", 23 May 2014, SUMIDA COMPONENTS & MODULES GMBH, article "Development of Eddy-Current Rotor Position Sensor"

Also Published As

Publication number Publication date
DE102019213389A1 (en) 2021-03-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3880829T2 (en) INDUCTIVE SHIFT PROBE.
DE102017210655B4 (en) Rotation angle sensor
EP3365634B1 (en) Rotation angle sensor
DE102005030358B4 (en) Electromagnetic induction position sensor
EP0510367B1 (en) Inductive position sensor
DE69736737T2 (en) EDDY CURRENT FAULT DETECTOR
DE102015220615A1 (en) Rotation angle sensor
DE2305384C2 (en) Arrangement for determining the diaper position and speed
EP0528199B1 (en) Transducer for inductively producing a measurement signal
DE102015220617A1 (en) Rotation angle sensor
DE112019004599T5 (en) COUPLER ELEMENT SHAPES FOR INDUCTIVE POSITION SENSORS
DE112019004235T5 (en) Inductive angle position sensor on one shaft end with a metal-ferrite complementary coupler
WO1992014121A1 (en) Device for measuring angle of rotation
WO2021043644A1 (en) Sensor assembly for detecting a rotation angle of a flow element
EP2169356B1 (en) Method for determining the axial position of the runner of a linear motor
DE4243022C2 (en) Measuring device for determining an angle of rotation
DE2848173C3 (en) Sensor arrangement
CH682360A5 (en)
DE2222928C3 (en) Rotary transformer or rotary inductor
DE4021637A1 (en) Inductive position transducer, e.g. for machine carriage - has ferromagnetic short circuit body so that magnetic flux produced by stimulation coil forms closed ring
DE102016224854A1 (en) Sensor system for determining at least one rotational property of an element rotating about at least one axis of rotation
DE19800380C2 (en) Inductive angle measuring device
DE102020205202A1 (en) Inductive angle measuring device
DE102022121645A1 (en) Inductive proximity sensor and method for detecting objects
DE102022213180A1 (en) Rotation angle detection with geometrically simple sensor arrangement

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20764336

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20764336

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1