[发明专利]用于对旋转的机械部件进行角度测量的线性感应式位置传感器

说明书

本发明涉及一种线性感应式传感器（1至3），一方面，所述线性感应式传感器具有变压器式固定部分（1），所述变压器式固定部分具有初级电路和至少两个次级电路，高频交流电流流过所述初级电路，所述高频交流电流能够在所述至少两个次级电路中的每一个上产生电压，并且另一方面，所述线性感应式传感器具有移动部分（2、3），所述移动部分具有旨在被固定在执行围绕轴线的旋转移动的机械部件上的目标件，所述感应式传感器（1至3）对所述机械部件进行角度测量。所述目标件是由具有中心凹陷（4）的环形件（3）的环形面承载的金属螺旋件（2），所述环形件（3）旨在被固定在所述部件上同时与所述部件同心，所述螺旋件（2）从所述环形件（3）轴向突出，同时围绕所述凹陷（4）旋转至少一圈并且移动远离所述凹陷（4）。

技术领域

本发明涉及一种用于对旋转的机械部件进行角度测量的线性感应位置传感器。在一个这样的构造中，该线性位置传感器实现通常由旋转传感器履行的功能，因此替代该旋转传感器。

背景技术

任意类型的感应式传感器（无论是线性的还是旋转的）都具有如下优点：其能够在不要求与需要了解其位置的部件接触的情况下确定机械部件或者任意其它元件的位置。该优点意味着这样的传感器可以应用于各种类型的行业中。这样的传感器还用在已经做出本发明的所有消费者应用中，例如，用在汽车领域中。然而，该传感器也可以用在其它多种不同领域中。

主要存在三种感应式传感器。第一种传感器涉及线性感应式传感器，通过该线性感应式传感器来测量机械部件的平移移动。第二种传感器涉及旋转感应式传感器，该旋转感应式传感器跟踪机械部件围绕轴线的旋转移动，这些旋转感应式传感器也用术语“旋转变压器”表示。术语“旋转变压器”涉及甚至进一步能够在高旋转速度下进行测量的位置传感器。第三种传感器涉及能够执行线性测量功能以及旋转测量功能的传感器，其中有以品牌Inductosyn®进行销售的传感器。

非接触式感应式传感器是位置传感器，其原理是基于在高频且没有磁路下操作的变压器的初级与次级之间的耦合的变化。因此，这样的传感器包括变压器式固定部分，该变压器式固定部分具有初级电路和至少两个次级电路，高频交流电流能够在所述至少两个次级电路中的每一个上产生电压。变压器能够仅仅是印刷电路，在该印刷电路上，初级和次级是由刻在该印刷电路上的印制线形成。

耦合根据移动导电部件的位置而变化，该移动导电部件是产生电流的部位并且需要精确地了解其相对于变压器的位置，该部件形成第二部分，该第二部分是感应式传感器的唯一移动部分并且被称为目标件。该感应式传感器被称为非接触式感应式传感器是因为在该感应式传感器的固定部分与移动部分之间不存在接触。

初级电路由外部源供电，该外部源在高频下随着时间而变化，并且次级电路是产生电压的部位。需要了解其位置的导电目标件通常具有简单的形状。对于设计用于测量机械部件的平移移动的线性传感器而言，目标件具有平行六面体形状，并且对于旋转传感器而言，目标件包括具有给定角度的角度扇形。这些目标件中的每一个的尺寸以及初级电路和次级电路的元件都必须被选择以便优化特定的线性传感器或旋转传感器的特性。

根据目标件的位置，次级的磁通量除以初级的磁通量形成具有给定幅值的精确值的包络线，该包络线独立于时间。次级和初级的磁通量的值有利地被设定成在传感器的整个行程上产生目标件的位置的正弦函数和余弦函数。

这些正弦函数和余弦函数在传感器的电子处理中非常有用。在进行反正切之前计算这两个函数的比率，因此该反正切的结果给出目标件的位置的图像。正弦函数和余弦函数的自变量是目标件的位置的线性或仿射函数。因此，目标件的行程表示这些三角函数的空间周期的差不多大的部分。

因此，该传感器的行为与具有发射初级绕组和两个次级绕组的变压器的行为相同。从物理的观点来看，初级与次级的耦合的改变是借助于电磁趋肤效应（skin effect）发生的。