用于無接觸測量角度的方法和角度傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于無接觸地測量在第一機械元件和可相對于第一機械元件旋轉的第二機械元件之間的角度的方法。該方法例如能夠用于測量汽車領域中的角度。本發明還涉及一種用于測量角度的角度傳感器。
【背景技術】
[0002]DE 10 2008 012 922 Al示出一種具有平面布置的定子和轉子的感應式角度傳感器，其中在定子上設置勵磁元件和至少一個接收元件。轉子包括圓形導體，在所述圓形導體的外環周上構成圓環區段形式的翼部。
[0003]從DE 101 56 238 Al中已知用于機動車的感應式的角度傳感器，其中勵磁線圈經由可移動的感應式的耦合元件與多個接收線圈感應耦合。耦合元件分別構成為具有周期幾何形狀的導體圈。
[0004]DE 199 46 934 Al示出用于應用在機動車中的模塊，所述模塊設置用于測量角度、用于無接觸的能量傳遞和用于無接觸的信息傳遞。該模塊包括具有初級線圈的定子側的器件和具有短接的次級線圈的轉子側的器件以用于確定角位置。
【發明內容】
[0005]基于現有技術，本發明的目的在于:在感應測量角度時提高精度并且降低例如用于在汽車領域中的應用的對此所需的電流需求。此外，應當改進對于外部影響、即例如提高的溫度或從外部作用的磁場的魯棒性。
[0006]所述目的通過根據所附的權利要求1的方法以及通過根據所附的并列的權利要求10的角度傳感器來實現。
[0007]根據本發明的方法用于測量第一機械元件和能相對于所述第一機械元件圍繞旋轉軸線旋轉的第二機械元件之間的角度。在此，其能夠為可彼此以任意多轉數旋轉的機械元件或者為僅受限制地、例如僅彼此能夠旋轉四分之一轉的機械元件。可旋轉的第二機械元件例如能夠為調節設備，使得借助根據本發明的方法能夠測量調節設備的位置。根據本發明的方法優選應用在汽車領域中。
[0008]多個線圈抗轉動地與第一機械元件連接。線圈優選固定地與第一機械元件連接。線圈包括至少五個圍繞所述旋轉軸線分布的發射線圈。每個發射線圈設置在圍繞旋轉軸線的扇區中。線圈的扇區與旋轉軸線同軸地設置。鐵芯元件與第二機械元件固定地連接。鐵芯元件優選與第二機械元件固定地連接。鐵芯元件以圍繞旋轉軸線的扇區的形式與發射線圈相對置。因此，設置在扇區中的發射線圈和扇區形的鐵芯元件相對置。鐵芯元件的扇區同樣與旋轉軸線同軸地設置。鐵芯元件的扇區具有比發射線圈的各個扇區更大的圓心角。優選地，鐵芯元件的扇區具有至少是發射線圈的各個扇區的圓心角雙倍大的圓心角。因為鐵芯元件不完整地在環周上圍繞旋轉軸線作用，所以其僅覆蓋發射線圈的圍繞旋轉軸線分布的一部分。在每個角位置中，發射線圈中的至少一個完全不被鐵芯元件覆蓋。在每個角位置中，發射線圈中的至少一個部分地由鐵芯元件覆蓋。原則上，根據要測量的角度、即鐵芯元件的角位置或角方位，由鐵芯元件對發射線圈的扇區覆蓋相應的扇區的0%和100%之間的份額。由于扇區形作用的鐵芯元件，發射線圈的扇區的被覆蓋的份額同樣具有扇區形狀。因此，相應的發射線圈的扇區的扇區形的覆蓋部的圓心角與相應的發射線圈的扇區的圓心角的比例為所提出的份額。
[0009]線圈和鐵芯元件能夠理解為角度傳感器的部件。就此，根據本發明的方法也為用于運行角度傳感器的方法。
[0010]根據本發明的方法首先包括如下步驟:其中對各個發射線圈加載電的初級電壓脈沖。通過初級電壓脈沖分別在至少一個另外的線圈中感生次級電壓脈沖。能夠將次級電壓脈沖分別與初級電壓脈沖中的一個相關聯，進而也與通過所述初級電壓脈沖加載的發射線圈相關聯。次級電壓脈沖的振幅分別與通過鐵心元件覆蓋分別相關聯的發射線圈的扇區的份額相關。當分別相關聯的發射線圈的扇區完全地由鐵芯元件覆蓋時，那么這引起次級電壓脈沖的高的振幅。如果相反分別相關聯的發射線圈的扇區完全不被鐵芯元件覆蓋，那么這引起次級電壓脈沖的小的振幅。
[0011]根據本發明，在完全確定要測量的角度之前進行兩個步驟。在這兩個步驟中的一個步驟中，選擇發射線圈中的其扇區僅部分地被鐵芯元件覆蓋的發射線圈。基于次級電壓脈沖的振幅的比較進行該選擇。根據與所選擇的發射線圈相關聯的次級電壓脈沖的振幅在所提出的步驟中的第二步驟中精確地確定要測量的角度。要測量的角度的確定根據與所選擇的發射線圈相關聯的次級電壓脈沖的振幅與振幅最大值之間的比例形成進行。此外，參考所選擇的發射線圈的扇區，使得第一機械元件和第二機械元件之間的角位置的絕對關系是能實現的。通過與所選擇的發射線圈相關聯的次級電壓脈沖的振幅與振幅最大值之間的比例形成，最后確定所選擇的發射線圈的扇區的覆蓋部的份額。該份額與要測量的角度相關。因為所選擇的發射線圈的扇區的角位置是已知的，因此能夠確定要測量的角度。
[0012]根據本發明的方法一個特別的優點在于:通過至少五個發射線圈的數量和通過選擇具有僅部分地被鐵芯元件覆蓋的扇區的發射線圈能夠基于一個發射線圈進行要測量的角度的確定，所述發射線圈不僅僅在邊緣區域由鐵芯元件覆蓋或未覆蓋。通過排除發射線圈的邊緣區域，根據感生的次級電壓脈沖確定要測量的角度，所述次級電壓脈沖通過發射線圈的中央部分中的磁場引起，在那里磁場盡可能均勻地構成。這引起在確定要測量的角度時的高的精度。
[0013]優選地，鐵心元件對所選擇的發射線圈的扇區相對于其圓心角至少至四分之一進行覆蓋。此外，鐵心元件對所選擇的發射線圈的扇區優選相對于其圓心角直至四分之三進行覆蓋。因此，優選僅扇區相對于其圓心角的中間的一半考慮用于確定要測量的角度。
[0014]在根據本發明的方法的優選的實施方式中，具有僅部分地被鐵芯元件覆蓋的扇區的發射線圈的選擇包括如下子步驟:在第一子步驟中，由兩個振幅形成平均值。要形成的平均值的第一振幅為次級電壓脈沖中的與其扇區完全被鐵芯元件覆蓋的發射線圈相關聯的次級電壓脈沖的振幅。要形成的平均值的第二振幅為次級電壓脈沖中的與其扇區完全不被鐵芯元件覆蓋的發射線圈相關聯的次級電壓脈沖的振幅。在另一子步驟中，選擇具有僅部分地被鐵芯元件覆蓋的扇區的發射線圈中的下述發射線圈，所述發射線圈的相關聯的次級電壓脈沖具有最接近平均值的振幅。由此確保:所選擇的發射線圈最接近被鐵芯元件覆蓋一半。
[0015]在根據本發明的方法的另一優選的實施方式中，具有僅部分地被鐵芯元件覆蓋的扇區的發射線圈中的一個的選擇包括如下子步驟:在第一子步驟中，對于具有僅部分地被鐵心元件覆蓋的扇區的每個發射線圈關聯有一個差值。每個所述差通過被減數和通過減數形成。所述差的被減數分別通過兩個振幅的平均值形成。這兩個所述振幅的第一振幅為次級電壓脈沖中的與具有完全被鐵芯元件覆蓋的傳感器的、距相應的發射線圈最近的相鄰的發射線圈相關聯的次級電壓脈沖的振幅。在此，優選涉及具有完全被鐵芯元件覆蓋的傳感器的下述發射線圈，所述發射線圈與相應的發射線圈直接相鄰。要形成的平均值的兩個振幅的第二振幅是次級電壓脈沖中下述次級電壓脈沖，所述次級電壓脈沖與具有完全不被鐵芯元件覆蓋的扇區的、距相應的發射線圈最近的發射線圈相關聯。其優選涉及具有完全不被鐵芯元件覆蓋的扇區的、與相應的發射線圈直接相鄰的發射線圈。差的減數分別通過與相應的發射線圈相關聯的次級電壓脈沖的振幅形成。在另一步驟中，選擇具有僅部分地被鐵芯元件覆蓋的扇區的發射線圈中的下述發射線圈，所述發射線圈與所述差中的絕對值最小的差相關聯。由此確保:所選擇的發射線圈最接近被鐵芯元件覆蓋一半。
[0016]發射線圈的扇區優選具有相同的圓心角。發射線圈的扇區優選也是相同大的。優選地，發射線圈的扇區圍繞旋轉軸線均勻地分布。
[0017]發射線圈的扇區優選通過圍繞旋轉軸線的圓環扇區形成。旋轉軸線附近的區域例如能夠用于穿引軸，圓環扇區形的扇區圍繞所述軸設置。
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