• 专利附录
  • 专利说明
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  • 类似技术
  • 同族专利
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  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    Induktiver Winkelsensor, insbesondere für die Messung von Torsionswinkeln, zum Beispiel an Lenksäulen: DOLLAR A - mit einem Stator (1), der zumindest ein Erregerelement und zumindest ein erstes Empfangselement umfasst, DOLLAR A - mit einem ersten Rotor (2), DOLLAR A - mit einem zweiten Rotor (3), der zumindest ein induktives Koppelelement (10) umfasst, und mit einem Torsionselement (9), auf dem der erste Rotor (2) und der zweite Rotor (3) beabstandet voneinander angeordnet sind.
    公开号:DE102004027954A1
    申请号:DE102004027954
    申请日:2004-06-08
    公开日:2005-12-29
    发明作者:Dirk Galen Circle Ann Arbor Hobein；Henning Irle；Norbert Kost；Franz-Josef Schmidt
    申请人:Hella KGAA Huek and Co；
    IPC主号:B62D6-10
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft einen induktiven Winkelsensor, insbesondere für die Messungvon Torsionswinkeln zum Beispiel an Lenksäulen in Kraftfahrzeugen.
    [0002] Ausdem Stand der Technik, zum Beispiel aus der Druckschrift mit derVeröffentlichungsnummer DE 197 38 893 A1 sindinduktive Winkelsensoren bekannt. Derartige induktive Winkelsensoren weisenErregerspulen und mehrere um einen vorgegebenen Winkelbetrag gegeneinanderversetzt angeordnete Empfangsspulen auf. Die Erregerspule und dieEmpfangsspulen sind dazu auf einem Stator angeordnet. Ein Rotor,dessen Drehwinkel in Bezug auf den Stator durch den Winkelsensorzu erfassen ist, umfasst ein induktives Koppelelement, und koppeltSignale in die Empfangsspulen des Stators ein, die von dem Drehwinkeldes Rotors abhängen.Die Empfangsspulen liefern dann Ausgangssignale, die ausgewertetwerden können,um die Winkelposition des Rotors im Bezug auf den Stator zu ermitteln.
    [0003] Einsolcher Winkelsensor kann beispielsweise dazu verwendet werden,um die Torsion eines Stabes zu messen. Dazu wird der Rotor beabstandetzu dem Stator auf dem Stab drehfest befestigt. Die Verdrehung desStabs kann dann erfasst werden. Problematisch ist eine Erfassungdes Torsionswinkels jedoch dann, wenn der Stab nicht nur in sichverdreht, sondern auch gegenüberder Umgebung gedreht wird. Dieses ist üblicherweise bei einer Lenksäule der Fall.Problematisch bei der Verwendung des Winkelsensors an einem sichdrehenden Torsionsstab ist, dass der Stator nicht gegenüber anderenelektrischen Einheiten, mit denen er verbunden ist, und die er mitden Sensorsignalen versorgen soll, ruht. Der Stator dreht sich vielmehrgegenüberden Einheiten, welche Schwierigkeiten für die elektrische Versorgungdes Winkelsensors und mit der Übermittelung derSensorsignale nach sich zieht. Eine Möglichkeit der Verbindung desWinkelsensors und insbesondere des Stators des Winkelsensors ist,den Stator über einFlachbandkabel, welches in verschiedene Richtungen mehrfach auf-und abgewickelt werden kann, anzuschließen. Die Verbindung bei einemFlachbandkabel zieht jedoch immer wieder Probleme mit Kabelbrüchen nachsich.
    [0004] DieZuverlässigkeitdes Anschlusses beim Flachbandkabel ist nicht immer gegeben.
    [0005] Hiersetzt die vorliegende Erfindung an.
    [0006] Dervorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen induktivenWinkelsensor vorzuschlagen, der für die Messung von Torsionswinkeln geeignetist, wobei das tordierende Element rotieren kann.
    [0007] DieseAufgabe wird durch einen erfindungsgemäßen Winkelsensor nach Anspruch1 gelöst. Weiterbildungenund Konkretisierungen eines solchen Winkelsensors finden sich inden Unteransprüchen.
    [0008] Einerfindungsgemäßer Winkelsensorweist demgemäß einenStator mit zumindest einem Erregerelement und einem ersten Empfangselementauf. Er umfasst ferner einen ersten Rotor und neben diesem erstenRotor einen zweiten Rotor, der zumindest ein induktives Koppelelementumfasst. Der erste Rotor und der zweite Rotor sind auf einem Torsionselementbeabstandet voneinander angeordnet. Bei der erfindungsgemäßen Anordnungsind nur die beiden Rotoren auf dem Torsionselement angeordnet,währendder Stator ortsfest ist. Damit bereitet die elektrische Anbindungdes Stators keine Probleme.
    [0009] Dererste Rotor eines erfindungsgemäßen Winkelsensorskann zumindest ein zweites Empfangselement umfassen. Dieses zweiteEmpfangselement kann dann mit dem Koppelelement des zweiten Rotorszusammenwirken. Es ist dadurch möglich, dassdie Verdrehung des ersten Rotors relativ zum zweiten Rotor über dasZusammenspiel von Koppelelement und Empfangselement und Erregerelement desStators ermittelt wird.
    [0010] Einerfindungsgemäßer Winkelsensorkann ferner Elemente zur vorteilhaft drahtlosen und berührungsfreien Übertragungeiner Versorgungsspannung vom Stator zum ersten Rotor aufweisen.Damit könnenelektronische Elemente, die vorzugsweise auf dem ersten Rotor angeordnetsein können,mit elektrischer Energie versorgt werden. Diese elektronischen Elementekönnenbeispielsweise zur Auswertung von dem zweiten Empfangselement gelieferterSignale dienen.
    [0011] Dererste Rotor umfasst vorteilhaft zumindest ein Sendeelement für eine berührungsfreie Übertragungder von den elektronischen Elementen zur Auswertung erzeugten Signale.Das Sendeelement kann dann die von den elektronischen Elementenerzeugten Signale zum Stator übertragen.
    [0012] DasSendeelement auf dem ersten Rotor kann vorteilhaft zumindest eineSpule umfassen. Ebenso könnendie Empfangselemente des Stators und des ersten Rotors Spulen sein.Auch das Erregerelement des Stators kann eine Spule sein. Die Spule kannzugleich das Empfangselement des Stators bilden.
    [0013] Dererste Rotor kann zwischen dem Stator und dem zweiten Rotor angeordnetsein. Insbesondere bei einem sehr dünn ausgeführten zweiten Rotor kann derzweite Rotor auch zwischen dem Stator und dem ersten Rotor angeordnetsein. Ferner kann der induktive Winkelsensor so eingerichtet sein,dass auch der Drehwinkel zwischen dem ersten Rotor und dem Statorerfasst wird, wobei dazu die schon vorhandenen Erregerelemente,Empfangselemente und Spulen genutzt werden können.
    [0014] EinBeispiel füreinen erfindungsgemäßen induktivenWinkelsensor ist anhand der Zeichnung näher beschrieben. Darin zeigt
    [0015] 1 denschematischen Aufbau des erfindungsgemäßen Winkelsensors.
    [0016] Derin der 1 dargestellte erfindungsgemäße Winkelsensor kann dazu benutztwerden, um die Torsion eines Torsionselementes, welches durch einenTorsionsstab 9 gebildet wird, zu messen. Dazu sind aufdem Torsionsstab 9 beabstandet voneinander und drehfestein erster Rotor 2 und ein zweiter Rotor 3 befestigt.Mittels des Sensors kann der Torsionswinkel zwischen den Befestigungsortendes ersten Rotors 2 und des zweiten Rotors 3 bestimmtwerden. Ferner umfasst der Winkelsensor neben dem ersten Rotor 2,dem zweiten Rotor 3 und dem Torsionsstab 9 einenStator 1. Durch diesen Stator 1 ist der Torsionsstabhindurchgeführt.Der Torsionsstab 9 kann sich dabei gegenüber demStator 1 frei drehen.
    [0017] Dererfindungsgemäße Winkelsensorkann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden, umdie durch einen Fahrzeugführeraufgebrachte und auf die Lenkung einwirkende Kraft zu bestimmen.Dazu ist der Torsionsstab 9 in der Lenksäule derLenkung angeordnet. Durch ein Verdrehen des Lenkrads übt der Fahrzeugführer eineKraft auf den Torsionsstab aus, der zu einer Torsion des Torsionsstabsführt.Die Torsion des Torsionsstabs wird mittels des Winkelsensors erfasstund an ein Steuergerätfür eineServolenkung als Eingangsgröße weitergegeben.Aufgrund der Eingangsgröße ermitteltdas Steuergerätanschließenddie Kraft, welche auf die Rädereinwirken muss, um den gewünschtenEinschlag an den Rädernzu erreichen. Währendder erste Rotor 2 und der zweite Rotor 3 dabeidrehfest an dem Torsionsstab 9 und damit an der Lenksäule befestigtsind, ist der Stator 1 drehfest zur Karosserie angebracht.
    [0018] DerStator 1 umfasst eine Leiterplatte, auf welcher eine Spule 4 angebrachtist, die ein Erregerelement, ein Übertragungselement für eine Versorgungsspannungund ein Empfangselement bildet. Der Stator 1 umfasst fernereinen ASIC 8, der ein elektronisches Element zur Verarbeitungund Auswertung von Sensorsignalen bildet.
    [0019] Dererste Rotor 2 umfasst ebenfalls eine Leiterplatte, aufwelcher zwei Spulen 5, 6 und ein als elektronischesElement dienender ASIC 7 angeordnet sind. Von den beidenSpulen dient die eine Spule 5 als Sendeelement und Empfangselement,während dieandere Spule 6 als Empfangselement dient. Das ASIC 7 istmit der einen Spule 5 verbunden und koppelt das zu sendendeSignal in die Spule 5 ein. Das von der Spule 5 gesendeteSignal 5 wird von der Spule 4 des Stators 1 empfangen.Das ASIC 7 wird von einer elektrischen Spannung versorgt,die mittels der Spule 4 des Stators 1, auf denersten Rotor 2 übertragenwird. Die dazu von dem Stator 1 mittels der Spule 4 übertrageneelektrische Energie wird überdie Spule 5 in das ASIC eingekoppelt.
    [0020] Derzweite Rotor 3 umfasst ebenfalls eine Leiterplatte, diedrehfest mit dem Torsionsstab 9 verbunden ist. Auf derLeiterplatte ist im Wesentlichen eine Leiterschleife 10 angebracht.In diese Leiterschleife wird durch den Strom durch die Spule 4 des Stators 1 eineSpannung induziert, wodurch es zu einem Stromfluss in der Leiterschleife 10 kommt.Dieser Stromfluss führtzu einem elektromagnetischen Feld, welches von der als Empfangselementwirkende Spule 6 des ersten Rotors 2 aufgenommenwird. Das aus dem von der Spule 6 aufgenommene Signal wirddem ASIC 7 zugeführt,in dem die aus dem Signal gewonnene Information ausgewertet wird.Diese Information wird dann überdie Spule 5 an den Stator 1 gesendet. In dem Stator 1 wirddie gewonnene Information von der als Empfangselement wirkenden Spule 4 aufgenommenund dem ASIC 8 zugeführt.
    [0021] DieLeiterschleife 10 des zweiten Rotors 3 ist mäanderförmig ausgeführt, wiees aus den aus dem Stand der Technik bekannten induktiven Winkelsensorenbekannt ist.
    [0022] Dererste Rotor eines erfindungsgemäßen Winkelsensorshat mehrere Funktionen. Zum einen erfasst er die Drehwinkeldifferenzzwischen dem ersten Rotor 2 und dem zweiten Rotor 3.Diese Winkeldifferenz kann er wie ein Stator bei herkömmlichen Winkelsensorenmit dem Empfangselement erfassen, das durch die Spule 6 gebildetwird. Das erfasste Signal wird auf dem ersten Rotor 2 mittelsdes ASICS 7 aufbereitet und über die andere Spule 5 anden Stator gesendet. Der erste Rotor hat damit zum einen eine Empfangsfunktion,eine Verarbeitungsfunktion und eine Sendefunktion.
    权利要求:
    Claims (10)
    [1] Induktiver Winkelsensor, insbesondere für die Messungvon Torsionswinkeln, zum Beispiel an Lenksäulen: – mit einem Stator (1),der zumindest ein Erregerelement (4) und zumindest einerstes Empfangselement (4) umfasst, – mit einemerster Rotor (2), – mit einem zweiten Rotor (3),der zumindest ein induktives Koppelelement (10) umfasst,und mit einem Torsionselement (9) auf dem der erste Rotor(2) und der zweite Rotor (3) beabstandet voneinanderangeordnet sind.
    [2] Winkelsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass der erste Rotor (2) zumindest ein zweites Empfangselement(6) umfasst.
    [3] Winkelsensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,dass das zweite Empfangselement (6) mit dem Koppelelement(10) zusammenwirkt.
    [4] Winkelsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,dass der Winkelsensor Elemente (4) zur vorteilhaft drahtlosenund berührungsfreien Übertragungeiner Versorgungsspannung vom Stator (1) zum ersten Rotor(2) umfasst.
    [5] Winkelsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,dass der erste Rotor (2) elektronische Elemente (7)zur Auswertung der von dem zweiten Empfangselement (6)gelieferten Signale umfasst.
    [6] Winkelsensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,dass der erste Rotor (2) zumindest ein Sendeelement (5)für eineberührungsfreie Übertragungder von dem elektronischen Element (7) des ersten Rotors(2) erzeugten Signalen zum Stator (1) umfasst.
    [7] Winkelsensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,dass das Sendeelement (5) auf dem ersten Rotor (2)zumindest eine Spule (5) umfasst.
    [8] Winkelsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,dass die Empfangselemente Spulen (6) umfassen.
    [9] Winkelsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,dass die Erregerelemente Spulen (4) umfassen.
    [10] Winkelsensor nach einem der Ansprüche 1 bis9, dadurch gekennzeichnet, dass das Torsionselement (9)ein Torsionsstab (9) ist.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
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    引用文献:
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    2018-01-09| R016| Response to examination communication|
    2018-03-05| R018| Grant decision by examination section/examining division|
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    优先权:
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