[发明专利]旋转角度传感器

说明书

技术领域

本发明涉及旋转角度传感器，通过所述旋转角度传感器例如可以确定一轴和另外的构件之间的旋转角度。

背景技术

为了测量旋转角度，例如已知旋转角度传感器，其中，使磁体旋转通过相应的磁场传感器。对磁场矢量的测量则允许推导出旋转角度。这种传感器也对外部磁场作出反应，所述外部磁场例如可以通过相邻布置的电流缆线的电流引起并且对干扰非常敏感。

另一种旋转角度传感器利用涡电流效应。在此，例如通过传感器线圈使金属靶运动，所述传感器线圈被供以交流电压并且在该靶中感应引起涡电流。这导致传感器线圈的电感降低并且允许通过频率改变推导出旋转角度。例如，线圈为振荡回路的组成部分，所述振荡回路的谐振频率在电感改变时移动。然而，这种旋转角度传感器可以相对于安装公差(主要是靶的倾斜)具有高的横向灵敏性。产生的频率也会被外部电磁场干扰(锁相，Injection Locking)，因为通常以数十MHz范围内的频率工作。

由文献US7191759B2，US7276897B2，EP0909955Bl，US6236199Bl和EP0182085B还已知基于耦合的线圈的旋转角度传感器。在这些文献中，在唯一一个激励线圈中建立交变电磁场，所述交变电磁场耦合到多个接收线圈中并且在那里分别感应引起一电压。为了测量旋转角度，使用可旋转地受支承的、能导电的靶，所述靶根据其角度位置影响激励线圈和接收线圈之间的电感耦合。

发明内容

发明优点

本发明实施方式可通过有利的方式使得能这样确定轴和另外的构件之间的旋转角度，使得外部和/或构件公差的干扰对测量仅产生小的影响。

本发明涉及一种旋转角度传感器，所述旋转角度传感器尤其可以在具有高电磁干扰场的环境中使用。所述旋转角度传感器例如可以在车辆的发动机室中或者发动机室附近使用，例如用于确定节流阀位置、BLDC-发动机的转子位置、驾驶踏板位置或者凸轮轴位置。

根据本发明的一种实施方式，所述旋转角度传感器包括：定子元件，该定子元件具有一个接收线圈和至少两个发送线圈；可相对于该定子元件旋转地受支承的转子元件，该转子元件实施成用于：根据旋转角度与所述至少两个发送线圈中的每一个以感应的方式不同程度地耦合，或以感应元件不同地覆盖所述至少两个发送线圈；和分析处理单元，该分析处理单元用于确定转子元件与定子元件之间的旋转角度。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)的定子元件可以与轴的在其上固定转子元件的端部对置地布置。转子元件可承载一靶或者说感应元件，所述靶或者说感应元件随轴一起运动、覆盖发送线圈并由此改变发送线圈的电感。

所述分析处理单元实施成用于给发送线圈周期性地依次供应交流电压，使得分别给一个或多个发送线圈供应交流电压并且剩下的一个或多个发送线圈保持不通电。在上下文中，“不通电”表示涉及的发送线圈不直接被分析处理单元供应以交流电压。但可以的是，在涉及的发送线圈中感应引起电压。因为所述旋转角度传感器的所有发送线圈根据旋转角度与转子以感应的方式不同程度地耦合，所以也产生这些线圈与接收线圈的、与旋转角度有关的耦合，所述耦合针对每个发送线圈是不同的。由此在接收线圈中周期性地感应引起不同的交流电压，所述交流电压相对于激励或发送交流电压的形状(例如相位或相移)和/或振幅或者说量值与旋转角度有关。

此外，所述分析处理单元实施成用于由通过通电的发送线圈而在接收线圈中周期性地感应引起的交流电压求取旋转角度。例如可在两个发送线圈(这两个发送线圈在一个周期期间交替地被通电)的情况下，分别求取或测量通过这两个发送线圈而在接收线圈中感应引起的两个交流电压的相位和/或振幅。然后可由所求取的值来确定旋转角度。

接收线圈中的交流电压可通过分析处理单元以下述方式求取：求取在接收线圈中感应引起的电压或测量通过该电压产生的电流。供应给发送线圈的交流电压和/或感应引起的交流电压例如可具有0.5至5MHz之间的范围内的频率。

根据本发明的一种实施方式，所述分析处理单元实施成用于在同一时间仅给一个发送线圈供应交流电压。例如在两个发送线圈的情况下，可以在两个时间步骤中给两个发送线圈交替地通电。在三个发送线圈的情况下，可在三个时间步骤期间始终分别仅给其中一个线圈通电。分析处理单元可对每个通电的发送线圈求取接收线圈中的交流电压的相移并由所述相移确定与该相移相关的旋转角度。