[发明专利]转角传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种转角传感器，借助该转角传感器可以例如确定轴和其它构件之间的转角。

背景技术

为了测量转角，已知例如转角传感器，在这些转角传感器中，磁铁通过相应的磁场传感器被转动。磁场向量的测量则允许得出转角。这种传感器也对外部磁场做出反应，这些外部磁场例如通过电流由相邻布置的电线引起并且可能因此对干扰非常敏感。

另一类转角传感器利用涡流效应。在此，例如金属靶通过传感器线圈运动，该传感器线圈以交流电压供给并且在靶中感应出涡流。这导致传感器线圈的电感减小并且允许通过频率改变得出转角。例如线圈是谐振电路的组成部分，该谐振电路的共振频率在电感改变时被偏移。然而这类转角传感器可以具有相对于安装公差(首先是靶的倾斜)的高横向灵敏度。也能够通过外部的电磁场干扰产生的频率(注频锁相:injection locking)，因为这通常以在几十兆赫范围中的频率工作。

此外，由文献US 7 191 759 B2、US 7 276 897 B2、EP 0 909 955 B1、US 6 236 199 B1和EP 0 182 085 B1公知基于耦合线圈的转角传感器。在这些文献中，在唯一的励磁线圈中建立电磁交变场，该电磁交变场耦合到多个接收线圈中并且在那里分别感应出电压。可转动支承的、导电的靶被用于测量转角，该靶与它的角度位置有关地影响励磁线圈和接收线圈之间的感应耦合。

发明内容

本发明的实施方式可以以有利的方式实现，以一种方式确定轴和其它构件之间的转角，使得外部干扰和/或构件公差对测量仅有小的影响。

本发明涉及一种转角传感器，该转角传感器尤其可以应用在具有高电磁干扰场的环境中。例如，可以在车辆的发动机室中或在发动机室附近使用转角传感器，例如用于确定节气门的位置、BLDC电动机(无刷直流电动机)的转子位置、油门踏板的位置或凸轮轴的位置。

根据本发明的实施方式，转角传感器包括具有接收线圈和至少两个发射线圈的定子元件；相对于定子元件可转动地支承的转子元件，该转子元件实施成用于与转角有关地不同程度地与至少两个发射线圈的每一个感应耦合或者通过感应元件不同程度地覆盖该至少两个发射线圈；并且包括用于确定转子元件和定子元件之间转角的分析处理单元。也可以承载分析处理单元(例如IC、即集成电路，或ASIC、即专用集成电路)的定子元件可以例如面对轴的端部布置，在该端部上固定有转子元件。转子元件可以承载靶或感应元件，该靶或感应元件随轴一起运动、覆盖发射线圈并且由此改变线圈的电感。

另外，分析处理单元实施成用于尤其同时给至少两个发射线圈供给以不同的交流电压并且用于测量或测定或确定或感测在接收线圈中感应出的交流电压并且由此确定转角。发射线圈中的两个或多个被通电。给至少两个发射线圈通电可以例如同时进行。产生了电磁交变场，该电磁交变场与转子元件的位置有关地在接收线圈中感应出不同的电压，这些电压允许推断出转角。例如，在交流电压的情况下可以确定相位和/或量值或者说幅值并且从中计算出转角。

交流电压(给发射线圈供给以该交流电压)可以是不同的：这些交流电压具有不同的频率、不同的相位和/或不同的幅值。

在接收线圈中的交流电压可以通过分析处理单元由此得出：测量在接收线圈中感应的电压或由此得出流动的电流。输送给发射线圈的交流电压和/或感应的交流电压可以例如具有在0.5到5兆赫兹范围内的频率。

根据本发明的实施方式，分析处理单元实施成用于给发射线圈供给以相同频率的有相位差的交流电压。不同相位的交流电压在接收线圈中感应出交流电压，该交流电压的相对于所产生的交流电压的相位差与转角有关。

例如，转子元件可以包括两个发射线圈，给这两个发射线圈供给以交流电压，该交流电压的相位呈90度角相互错开。以这种方式，产生的电压向量是线性独立的并且电压信号可以良好地相互分离。

定子元件也可以包括三个发射线圈，这些发射线圈被供给以交流电压，该交流电压的相位呈120度角相互错开。在这种情况下，在相同幅值时的瞬时值的和总是为零。

根据本发明的实施方式，分析处理单元实施成用于求得在接收线圈中感应出的交流电压相对于发射线圈的交流电压的相位差并且由该相位差确定转角。相位差可以例如借助I&Q(In-Phase-&-Quadrature同相/正交)解调制来确定，在该解调制中求得相位和量值。