[发明专利]旋转角度传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种旋转角度传感器，尤其涉及一种用来捕捉机动车的转向轴的旋转位置的旋转角度传感器，该转向轴能够执行多次旋转。

背景技术

DE 10 2005 007 259 B4描述了一种位置测量装置，其具有可旋转的轴、通过多个弹簧与该轴耦合的磁环以及设置在该磁环的外圆周上的磁轭。该磁环能够具有在圆周方向上交替分布的北极和南极。在该轴旋转时，该磁环通过磁力首先只是尾随地朝轴运动，直到由弹簧施加的旋转力大于该磁力，接着磁环突然地运动并且释放动能，该动能通过设置在磁轭上的线圈产生电子脉冲，该电子脉冲在评估装置中进行计算并且存储在非易失性存储器中。因此，该计算出的电子脉冲是磁环的旋转角度的尺度。通过该非易失性存储器，既使在电源电压失效时也能够唤起最后一次存储的数值。当然如果磁环在电源电压失效时旋转，则旋转位置的存储的数值不再与实际数值一致并且所有后续的测量结果都是错误的。

从DE 199 62 241 A1 和 DE 195 06 938 A1已知旋转角度传感器，其中两个测量齿轮与该轴的齿轮相耦合，其中这两个测量齿轮具有不同的齿数，虽然其中的一个测量齿轮在预设的测量范围中实施次数为n次的完整旋转，而第二测量齿轮则实施次数不同的（n-1或n+1）次完整旋转。两个传感器扫描这两个测量齿轮的旋转位置，并且相应地产生输出信号，由它们的相位差中可求得绝对的位置信号。

在这些旋转角度传感器中，测量精确度还取决于制齿的精度。通过跟轴间距有关的制造公差和安装公差，并且通过磨损，齿轮可能发生不应有的运动，在通常的意义中也可称为滑移，从而引起测量错误。在旋转方向折回时，该错误以滞后错误的形式表现出来。在齿轮和齿杆中的另一错误来源在于齿部和齿槽的形状缺少一致性，并且还在于齿部分布的不均匀性，这甚至会在齿部无间隙啮合时引起线性错误。非圆的齿轮也是这种情况，其后果是，在特定的旋转位置范围中存在着间隙，但在其它旋转位置范围中不存在间隙。在此需注意，在大多数测量应用情况中使用塑料齿轮。

为了解决该问题，DE 199 62 241 A1建议，将测量齿轮通过弹簧弹性地朝轴的齿轮绷紧。

DE 199 37 120 C2描述了一种转向角测量装置，其具有围绕着车辆的转向柱呈螺旋状设置的盘形弹簧，它的一个端部设置在转向柱上并且它的另一个端部位置固定地设置，其中在该盘形弹簧上设置有用来测量盘形弹簧的延伸和/或弯曲的测量元件。从盘形弹簧的测得的延伸和/或弯曲中确定转向角。

DE 198 356 886 A1描述了一种具有盘形弹簧的转向角传感器，它同样固定在转向轴和壳体上。传感器探测到盘形弹簧的电感的变化，该电感变化是由绕组数量的变化引起的。盘形弹簧是由弹性材料构成的弹性的扁平的带子，它通常也称为钟表弹簧。

DE 42 33 393 A1建议，设置弹簧膜片，它固定在壳体上并且固定在沿着该轴可移动的移动螺母上。伸展测量带探测该弹簧膜片的变形。

DE 198 95 106 C1示出了一种旋转位置传感器，其具有可旋转的轴和围绕着该轴的固定的定子。在该轴和该定子之间的空隙中设置有两个依次相连的、具有反向缠绕方向的盘形弹簧，在它们的连接区域中设置有包覆电极，它们与固定电极一起作用在定子上形成电容器。在该轴旋转时，这两个电极改变它们的相对位置并且导致了电容器的电容变化，该电容变化是轴相对于定子的旋转的尺度。

对于转向轴的旋转角度来说，现代的机动车电子需要高精度的旋转角度信号。因此，需要良好的线性、无滞后、高分辨率和高测量速度。无磨损和长的使用寿命同样也是理所当然的标准，如低的零件成本。

为了满足这些标准，上述具有测量齿轮的传感器非常繁杂且昂贵。借助弹簧工作的上述传感器不能带来所需的测量精度，尤其不能带来所需的分辨率。

发明内容

本发明的目的是，如下改进前述类型的旋转角度传感器，即它能满足上述标准并且尤其能提供高精度的、具有良好分辨率的输出信号。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种用来测量轴的旋转位置的旋转角度传感器，其具有两个传感器，其中第一传感器测量轴的旋转位置，而第二传感器测量一个物件的位置，该物件通过至少一个第一弹簧与该轴耦合，并且通过至少一个第二弹簧与位置固定的壳体耦合。

本发明的基本理念是，使用两个传感器，其中第一传感器直接测量轴的移位，而第二传感器测量物件的移位，该物件通过两个弹簧组与该轴耦合并且与位置固定的不可扭转的物体耦合。