[发明专利]具有两个线圈的线圈系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有彼此电连接的并且基本上相互间同轴地布置的第一线圈和第二线圈的线圈系统，其中，第一线圈具有沿线圈系统的纵向方向递增的缠绕密度。此外，本发明还涉及一种位置传感器以及一种该线圈系统的制造方法。

背景技术

无接触式线性位置传感器的不同的实施方式是公知的。最重要的代表性是利用磁场来感测。在此涉及利用霍尔效应或感应定律的传感器。后者又可以根据其作用原理分成两个组。两个组的共同之处是由线圈和探测元件组成的系统，探测元件在第一组中必须是导电的，而在第二组中必须是软磁性的材料。

第一组(涡流传感器)利用感应来在导电的材料中构建反向场，该反向场使激励场衰减。利用探测元件来改变与行程成正比的衰减度。还要用来维持激励场所需要的能量可以用作测量变量。在此，探测行程的元件(探测元件)并不进入线圈。

第二组的不同之处在于，线圈中的磁场直接受软磁性的探测元件影响。在此测量线圈的感应强度，其中具有不同的措施。在插棒式线圈传感器的情况下，位置感测基于充分利用软磁性的铁的相对导磁率和与之关联的如下事实，即，线圈的感应强度表现出与线圈芯的相对导磁率成正比的特性。线圈芯在此用作探测行程的元件，这导致感应强度改变，并且进而导致与行程成正比的测量变量。为此，线性的单线圈或处于多个室中的单线圈用于影响敏感性。根据LVDT(线性差动变压器)原理或PLCD(永磁体线性无接触位移)原理的传感器可以描述为差动变压器。在此使用了一个初级线圈和两个次级线圈，其中，这两个都沿待感测的行程布置。长的初级线圈位于传感器的两个端部上的短的次级线圈之间的中部。所有的三个线圈都位于软磁性的棒上，软磁性的棒平行于测量行程地布置。借助用作探测元件的磁体可以影响从初级线圈到次级线圈上的磁场分布。

在这些公知的传感器中不利的是，构建它们成本过高。与之相应地，在文献DE 38 01 779 C2中描述的位置传感器或基于传感器的线圈系统构建简单并且基本上仅需要两个同轴的线圈，其具有可在线圈内部运动的导磁的探测元件。在此，其中一个线圈沿纵向方向具有改变的缠绕密度。

已证明的是，这样构建的位置传感器不太适用于精密的用途，这是因为它具有太小的测量精确度。

发明内容

因此，本发明的任务是提供一种线圈系统，利用该线圈系统可以实现一种高精确度的位置传感器。此外，本发明的任务是提供这种传感器以及一种针对这种线圈系统的制造方法。该任务通过具有权利要求1的特征的线圈系统并且通过具有权利要求9的特征的位置传感器和通过具有权利要求12的特征的制造方法来解决。特别优选的实施方案可以从相应的从属权利要求中得知。

依次，本发明涉及一种尤其是针对位置传感器的线圈系统。线圈系统具有第一线圈和第二线圈，它们彼此电连接并且基本上相互间同轴地布置，其中，第一线圈具有沿线圈系统的纵向方向递增的缠绕密度。此外，第二线圈具有沿线圈系统的纵向方向递减的缠绕密度。

依次，第一绕组沿线圈系统的纵向方向的缠绕密度递增，而第二绕组沿该纵向方向的缠绕密度同时递减。因此，线圈的缠绕密度沿线圈纵向方向相反地发展。由此，第二线圈不再仅用作针对第一线圈的参考线圈，替代地，现在当线圈系统在具有这种探测元件的位置传感器中使用时，第二线圈的感应强度也依赖于导磁的探测元件的位置。因此位置传感器的或线圈系统的测量分辨率得到明显改进，并且可以借助该线圈系统实现高精确度的位置传感器。缠绕密度在此尤其被理解为绕组在沿线圈系统的纵向方向的每个长度单位上的数量。

尤其地，通过缠绕层的径向数量的递增或递减导致缠绕密度的改变。因此，线圈在线圈系统的纵向方向上的填充系数保持恒定，由此，导致位置传感器的或线圈系统的沿纵向方向的良好的测量分辨率恒定。线圈分别尤其是邻周期性地(orthozyklisch)缠绕，由此，同样可以实现特别好的填充系数。此外，线圈特别优选地具有互相相反的缠绕方向。因此，线圈在通电时构建出相互影响的磁场。

在线圈系统通电时，电压在线圈系统内部的分布依赖于线圈的欧姆的和感应的部分。配属于线圈的导磁的探测元件在此明显对各线圈的感应强度产生影响，其中，该影响由于沿线圈纵向方向改变的缠绕密度而依赖于探测元件的位置。因此，可以通过对线圈系统的两个线圈之间的电压差进行评估来推断探测元件相对于线圈系统的位置。

在优选的实施方案中，第一线圈沿线圈系统的纵向方向的缠绕密度基本上以与第二线圈的缠绕密度递减的程度一样的方式递增。因此，虽然每个线圈的缠绕密度发生改变，但总缠绕密度却保持恒定。线圈系统由此可以实施得非常紧凑，并且具有沿纵向方向恒定的外直径。