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Die Erfindung betrifft eine Messwerterfassungsvorrichtung für eine induktive Sensoranordnung. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch eine induktive Sensoranordnung mit mindestens einer solchen Messwerterfassungsvorrichtung.
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Aus dem Stand der Technik sind induktive Sensoranordnungen bekannt, welche eine Messwerterfassungsvorrichtung mit mindestens einer Erregerstruktur und mindestens einer Empfangsstruktur und mindestens eine Koppelvorrichtung aufweist, welche auch als Target bezeichnet wird. Zudem umfasst die mindestens eine Erregerstruktur mindestens eine Erregerspule. Die mindestens eine Koppelvorrichtung umfasst mindestens ein elektrisch leitendes Koppelelement. Die mindestens eine Empfangsstruktur weist mindestens eine, meist jedoch zwei Empfangsspulen auf. Die mindestens eine Erregerspule wird von einem hochfrequenten Strom durchflossen, welcher ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, welches in der mindestens einen Koppelvorrichtung Wirbelströme induziert. Hierbei hängt die induktive Kopplung der mindestens einen Erregerspule und der mindestens einen Empfangsspule von der Position der korrespondierenden Koppelvorrichtung ab. Durch das induzierte Spannungssignal in der mindestens einen Empfangsspule kann auf die aktuelle Position der Koppelvorrichtung und somit auf die aktuelle Position eines Körpers geschlossen werden, dessen Bewegung erfasst werden soll.
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Aus der
DE 10 2020 206 396 A1 ist ein induktiven Winkelsensor bekannt, welcher eine induktive Target-Anordnung mit k-facher Symmetrie sowie eine erste Pickup-Spulenanordnung mit k-facher Symmetrie und eine zweite Pickup-Spulenanordnung mit k-facher Symmetrie aufweist. Eine Kombinationsvorrichtung ist ausgestaltet, um Signale der ersten Pickup-Spulenanordnung mit Signalen der zweiten Pickup-Spulenanordnung zu kombinieren und basierend hierauf einen Winkelfehler-kompensierten Rotationswinkel zu ermitteln. Die Pickup-Einzelspulen der ersten und zweiten Pickup-Spulenanordnung sind jeweils um einen geometrischen Versatzwinkel relativ zueinander rotatorisch um die Rotationsachse versetzt. Zusätzlich ist die gesamte erste Pickup-Spulenanordnung um einen geometrischen Versatzwinkel relativ zu der gesamten zweiten Pickup-Spulenanordnung rotatorisch um die Rotationsachse versetzt. Bei einer möglichen Ausführungsform sind die erste und die zweite Pickup-Spulenanordnung galvanisch miteinander gekoppelt und bilden ein oder mehrere Pickup-Einzelspulenpaare, wobei in jedem Pickup-Einzelspulenpaar jeweils eine der Pickup-Einzelspulen der ersten Pickup-Spulenanordnung mit jeweils einer, um den geometrischen Versatzwinkel dazu versetzten, Pickup-Einzelspule der zweiten Pickup-Spulenanordnung in einer Reihenschaltung oder Parallelschaltung zusammengeschaltet ist. Die Kombinationsvorrichtung ist ausgestaltet, um basierend auf einer Kombination der Signale der jeweils zusammengeschalteten Pickup-Einzelspulen der ein oder mehreren Pickup-Einzelspulenpaare den Winkelfehler-kompensierten Rotationswinkel zwischen dem Stator und dem Rotor zu ermitteln.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Messwerterfassungsvorrichtung für eine induktive Sensoranordnung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, dass durch effizientes Platzieren von Verbindungsstrukturen zwischen mehreren Windungen einer Empfangsspule innerhalb einer korrespondierenden Empfangsstruktur Platz eingespart und die Amplitude der induzierten Spannung erhöht und der Winkelfehler der Messwerterfassungsvorrichtung gleichzeitig verkleinert werden kann. Durch eine solche vorzeitige Terminierung einer Schleifenstruktur der Empfängerspule kann eine Reihenschaltung von mindestens zwei Windungen der Empfängerspule und/oder eine Umkehrung der Durchflussrichtung einer Windung ermöglicht werden. Zudem kann durch die Reihenschaltung innerhalb der Empfangsstruktur eine höhere Nutzspannung in der Empfangsspule induziert werden als mit einer Reihenschaltung außerhalb der Empfangsstruktur. Eine höhere induzierte Spannung ergibt ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis und ein erhöhte EMV-Robustheit (EMV: Elektromagnetische Verträglichkeit). Des Weiteren ermöglicht dies den Einsatz von kostengünstigeren Halbleiterverstärkern mit geringeren Verstärkungsfaktoren. Unter dem Begriff „innerhalb der Empfangsstruktur“ wird hier verstanden, dass die Verbindungsstrukturen innerhalb der Fläche angeordnet sind, welche von der Empfangsstruktur aufgespannt wird. Erstreckt sich die Empfangsstruktur beispielsweise in einer ersten Richtung y von y_min bis y_max und in einer zweiten Richtung x von x_min bis x_max ist die Verbindungsstruktur zwischen y_min und y_max bzw. zwischen x_min und x_max angeordnet. Hierbei hängen Form und Ausführung der Verbindungsstruktur von den jeweiligen Parametern ab.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine Messwerterfassungsvorrichtung für eine induktive Sensoranordnung mit einem Schaltungsträger zur Verfügung, welcher mindestens eine Empfangsstruktur umfasst. Die mindestens eine Empfangsstruktur umfasst mindestens eine Empfangsspule mit mindestens zwei Windungen. Eine einzelne Windung der mindestens einen Empfangsspule weist jeweils zwei Schleifenstrukturen mit mehreren Schleifenabschnitten auf und ist in mindestens zwei Ebenen des Schaltungsträgers ausgebildet. In verschiedenen Ebenen des Schaltungsträgers angeordnete Abschnitte der einzelnen Schleifenstrukturen sind über Durchkontaktierungen elektrisch miteinander verbunden. Die Schleifenabschnitte der beiden Schleifenstrukturen der einzelnen Windungen weisen entgegengesetzte Durchflussrichtungen auf. Die Schleifenstrukturen der mindestens zwei elektrisch in Reihe geschalteten Windungen der mindestens einen Empfangsspule sind um einen vorgegeben Abstand versetzt zueinander angeordnet. Hierbei sind Enden der einzelnen Schleifenstrukturen der mindestens zwei Windungen der mindestens einen Empfangsspule an Endbereichen der korrespondierenden Empfangsstruktur jeweils über mindestens eine Verbindungsstruktur so miteinander verbunden, dass eine elektrische Reihenschaltung von mindestens zwei Windungen und/oder eine Umkehr einer Durchflussrichtung innerhalb einer der mindestens zwei Windungen entsteht.
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Zudem wird ein induktive Sensoranordnung zur Erfassung einer Bewegung eines beweglichen Körpers, mit mindestens einer Koppelvorrichtung und einer solchen Messwerterfassungsvorrichtung vorgeschlagen. Hierbei ist die mindestens eine Koppelvorrichtung oder die Messwerterfassungsvorrichtung mit dem beweglichen Körper gekoppelt, dessen Bewegung erfasst werden soll. Auf einem Schaltungsträger der Messwerterfassungsvorrichtung ist mindestens eine Erregerstruktur angeordnet. Die mindestens eine Erregerstruktur ist mit mindestens einer Auswerte- und Steuerschaltung gekoppelt, welche während des Betriebs ein periodisches Wechselsignal in die mindestens eine Erregerstruktur einkoppelt. Die mindestens eine Koppelvorrichtung ist ausgeführt, eine induktive Kopplung zwischen der mindestens einen Erregerstruktur und mindestens einer Empfangsstruktur der Messwerterfassungsvorrichtung zu beeinflussen. Die mindestens eine Auswerte- und Steuereinheit ist ausgeführt, in der mindestens einen Empfangsstruktur induzierte Signale zu empfangen und auszuwerten und eine aktuelle Relativposition der beweglichen Koppelvorrichtung zu der mindestens einen Empfangsstruktur und/oder eine aktuelle Position des beweglichen Körpers zu bestimmen.
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Die induktive Sensoranordnung kann beispielsweise als Linearwegsensor, bei welchem der bewegliche Körper eine zu erfassende Translationsbewegung entlang einer Bewegungsachse ausführt, oder als Drehwinkelsensor bzw. Rotorlagesensor ausgeführt sein, bei welchem der bewegliche Körper eine zu erfassende Drehbewegung um eine Drehachse ausführt. Bei einem induktiven Rotationsensor kann die Messwerterfassungsvorrichtung vorzugsweise eine platzsparende „C“-Form aufweisen, welche auf eine Welle aufgesteckt werden kann. Dadurch kann das Fertigungskonzept zur Integration der induktiven Sensoranordnung vereinfacht werden. Ein Spulenlayout für eine solche Messwerterfassungsvorrichtung kann bei geeigneter Wahl des Ursprungs (0, 0) durch eine Koordinatentransformation von Polarkoordinaten eines Spulenlayouts einer Messwerterfassungsvorrichtung für einen induktiven Linearwegsensor in kartesische Koordinaten ermittelt werden.
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Unter einer Auswerte- und Steuereinheit kann vorliegend eine elektrische Baugruppe bzw. elektrische Schaltung verstanden werden, welche erfasste Sensorsignale aufbereitet bzw. verarbeitet bzw. auswertet. Vorzugsweise kann die Auswerte- und Steuereinheit als ASIC-Baustein (ASIC: Anwendungsspezifische integrierte Schaltung) ausgeführt sein. Die Auswerte- und Steuereinheit kann mindestens eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil des ASIC-Bausteins sein. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Unter der Erregerstruktur kann nachfolgend eine Erregerspule mit einer vorgegebenen Windungszahl verstanden werden, welche das von der Auswerte- und Steuereinheit eingekoppelte Wechselsignal aussendet.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Messwerterfassungsvorrichtung für eine induktive Sensoranordnung und der im unabhängigen Patentanspruch 14 angegebenen induktiven Sensoranordnung möglich.
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Besonders vorteilhaft ist, dass eine Anzahl der Verbindungsstrukturen auf einer Anzahl der Windungen der mindestens einen Empfangsspule basieren kann. Hierdurch kann die elektrische Reihenschaltung der Windungen der mindestens einen Empfangsspule systematisch umgesetzt werden.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Messwerterfassungsvorrichtung kann die mindestens eine Verbindungsstruktur eine Durchkontaktierung umfassen, welche zwei in verschiedenen Ebenen angeordnete einzelne Schleifenstrukturen von zwei Windungen oder einer gemeinsamen der mindestens zwei Windungen miteinander verbindet. Hierbei können die beiden einzelnen Schleifenstrukturen vor dem korrespondierenden Ende der Empfangsstruktur an der Durchkontaktierung enden. Dadurch werden die beiden Schleifenstrukturen „vorzeitig“, d.h. vor Erreichen des Endes der Empfangsstruktur terminiert. Vorzugsweise kann die Durchkontaktierung im Bereich eines Kreuzungspunkts der beiden in verschiedenen Ebenen angeordneten einzelnen Schleifenstrukturen angeordnet sein. Alternativ kann die mindestens eine Verbindungsstruktur ein Leiterbahnstück umfassen, welches an Kontaktpunkten jeweils mit einem Ende von zwei in derselben Ebene angeordneten einzelnen Schleifenstrukturen von zwei Windungen oder von einer gemeinsamen der mindestens zwei Windungen verbunden ist und diese miteinander verbindet. Wenn die zu verbindenden Windungen in derselben Ebene der Leiterplatte „enden“, ist keine Durchkontaktierung erforderlich, sondern ein Leiterbahnstück ist ausreichend. Hierbei können die beiden zu verbindenden Schleifenstrukturen „vorzeitig“, d.h. vor Erreichen des Endes der Empfangsstruktur terminiert werden, um innerhalb der Empfangsstruktur Platz zum Aufbringen des Leiterbahnstücks der Verbindungsstruktur zu schaffen. Als weitere Alternative kann die mindestens einen Verbindungsstruktur eine Durchkontaktierung und mindestens ein Leiterbahnstück in einer der beiden Ebenen oder in beiden Ebenen umfassen und zwei in verschiedenen Ebenen angeordnete einzelne Schleifenstrukturen von zwei Windungen oder einer gemeinsamen der mindestens zwei Windungen miteinander verbinden. Durch die alternativen Ausführungsmöglichkeiten der Verbindungsstruktur kann diese einfach an die baulichen Gegebenheiten der Empfangsstruktur angepasst werden. Verbindet die Verbindungsstruktur die Schleifenstrukturen von zwei verschiedenen Windungen der Empfangsspule, dann kann eine elektrische Reihenschaltung der beiden Windungen umgesetzt werden, welche bevorzugt auch die Durchflussrichtung der dadurch verbundenen Schleifenstrukturen der beiden Windungen zur Folge hat. Verbindet die Verbindungsstruktur die Schleifenstrukturen von einer gemeinsamen bzw. von derselben Windung der Empfangsspule, dann kann eine Umkehrung der Durchflussrichtung innerhalb der Windung umgesetzt werden. Eine eindeutige Definition der gesamten Durchflussrichtung einer Empfangsspule ist von der Polarität der Messung der induzierten Signale abhängig. Daher ist eine Umkehrung aller Durchflussrichtungen als gleichwertig zu betrachten und lediglich definitionsabhängig.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Messwerterfassungsvorrichtung kann die Durchkontaktierung in einer Ebene mit einem Ende einer der beiden Schleifenstrukturen und in der anderen Ebene mit dem mindestens einen Leiterbahnstück verbunden sein, welches an einem Kontaktpunkt mit einem Ende der anderen der beiden Schleifenstrukturen verbunden sein kann. Hierbei kann die Position der Durchkontaktierung entlang der korrespondierenden Schleifenstruktur verschoben, werden, um diese vor Erreichen des Endes der Empfangsstruktur zu terminieren, solange hierdurch kein Kurzschluss oder Design-Rule Verletzung auftritt. Unter einer Design-Rule Verletzung kann beispielsweise das Unterschreiten eines minimalen Abstands zwischen Leiterbahn und Durchkontaktierung und/oder Leiterbahn und Leiterbahn verstanden werden. Alternativ kann ein erstes Leiterbahnstück in einer Ebene mit der Durchkontaktierung und an einem Kontaktpunkt mit einem Ende einer der Schleifenstrukturen verbunden sein, und ein zweites Leiterbahnstück kann in einer anderen Ebene mit der Durchkontaktierung und an einem Kontaktpunkt mit einem Ende der anderen der beiden Schleifenstrukturen verbunden sein.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Messwerterfassungsvorrichtung können sich die Schleifenabschnitte der beiden Schleifenstrukturen jeweils periodisch wiederholen. Hierbei kann eine vollständige Periode der Schleifenabschnitte einem Sinusverlauf oder einem Rechteckverlauf oder einem Dreieckverlauf entsprechen und eine Anzahl der sich periodisch wiederholenden Schleifenabschnitte kann eine Periodizität der Empfangsstruktur definieren. Selbstverständlich können die sich periodisch wiederholenden Schleifenabschnitte auch andere geeignete Formen bzw. Mischformen aufweisen. Durch die vorzeitige Terminierung kann sich die Form der Schleifenabschnitte der Schleifenstrukturen an den Enden der Empfangsstruktur von der Form der sich wiederholenden Schleifenabschnitte der Schleifenstrukturen in den restlichen Bereichen der Empfangsstruktur unterscheiden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Messwerterfassungsvorrichtung können die in verschiedenen Ebenen des Schaltungsträgers angeordneten Abschnitte der einzelnen Schleifenstrukturen beispielsweise einer halben oder einer viertel oder einer achtel Periode der sich wiederholenden Schleifenabschnitte entsprechen.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Messwerterfassungsvorrichtung kann der Abstand benachbarter Schleifenstrukturen der mindestens einen Empfangsstruktur auf einer Anzahl von Empfangsstrukturen und auf einer Anzahl von Empfangsspulen und auf einer Anzahl von Windungen der mindestens einen Empfangsspule und auf der Periodizität der mindestens einen Empfangsstruktur basieren. Hierbei können die Abstände der Schleifenstrukturen der Windungen der mindestens einen Empfangsspule der gleichen Empfangsstruktur gleich groß sein. Gleich große Abstände ermöglichen eine optimale Ausnutzung des vorhandenen Bauraums hinsichtlich der Maximierung der Windungsanzahl um gleichzeitig eine Design-Rule Verletzung zu vermeiden. Vorzugsweise können die Schleifenstrukturen der einzelnen Windungen der mindestens einen Empfangsspule näherungsweise deckungsgleich ausgeführt sein. Alternativ können sich die Abstände zwischen den Schleifenstrukturen der Windungen der mindestens einen Empfangsspule unterscheiden, insbesondere wenn die mindestens eine Empfangsspule mehr als zwei Windungen aufweist.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Messwerterfassungsvorrichtung können Schleifenstrukturen der Windungen von mehreren Empfangsspulen alternierend entlang der Empfangsstruktur angeordnet sein. Das bedeutet, dass bei zwei Empfangsspulen eine Schleifenstruktur einer ersten Empfangsspule und dann eine Schleifenstruktur einer zweiten Empfangsspule gefolgt von einer Schleifenstruktur der ersten Empfangsspule usw. angeordnet sein können. Alternativ können Schleifenstrukturen der Windungen von mehreren Empfangsspulen nach den Empfangsspulen gruppiert entlang der Empfangsstruktur angeordnet sein. Das bedeutet, dass bei drei Windungen je Empfangsspule zuerst drei Schleifenstrukturen der einzelnen Windungen der ersten Empfangsspule und dann drei Schleifenstrukturen der einzelnen Windungen der zweiten Empfangsspule gefolgt von drei Schleifenstrukturen der einzelnen Windungen der ersten Empfangsspule usw. angeordnet sein können.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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- 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen induktiven Sensoranordnung mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messwerterfassungsvorrichtung, wobei ein Schaltungsträger der Messwerterfassungsvorrichtung transparent dargestellt ist.
- 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen ersten Endbereich der erfindungsgemäßen Messwerterfassungsvorrichtung aus 1.
- 3 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung des ersten Endbereichs der erfindungsgemäßen Messwerterfassungsvorrichtung aus 2.
- 4 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen zweiten Endbereich der erfindungsgemäßen Messwerterfassungsvorrichtung aus 1.
- 5 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung des zweiten Endbereichs der erfindungsgemäßen Messwerterfassungsvorrichtung aus 4.
- 6 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen induktiven Sensoranordnung mit einem zweiten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messwerterfassungsvorrichtung, wobei ein Schaltungsträger der Messwerterfassungsvorrichtung transparent dargestellt ist.
- 7 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen ersten Endbereich der erfindungsgemäßen Messwerterfassungsvorrichtung aus 6.
- 8 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung des ersten Endbereichs der erfindungsgemäßen Messwerterfassungsvorrichtung aus 7.
- 9 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen zweiten Endbereich der erfindungsgemäßen Messwerterfassungsvorrichtung aus 6.
- 10 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung des zweiten Endbereichs der erfindungsgemäßen Messwerterfassungsvorrichtung aus 9.
- 11 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen induktiven Sensoranordnung mit einem dritten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messwerterfassungsvorrichtung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Wie aus 1 bis 11 ersichtlich ist, umfassen die dargestellten Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Messwerterfassungsvorrichtung 10 für eine induktive Sensoranordnung 1, einen Schaltungsträger 11, welcher mindestens eine Empfangsstruktur 14 umfasst, welche mindestens eine Empfangsspule 16 mit mindestens zwei Windungen 1W1, 1W2, 1W3, 2W1, 2W2, 2W3 umfasst. Eine einzelne Windung 1W1, 1W2, 1W3, 2W1, 2W2, 2W3 der mindestens einen Empfangsspule 16 weist jeweils zwei Schleifenstrukturen 18A, 18B mit mehreren Schleifenabschnitten SA auf und ist in mindestens zwei Ebenen des Schaltungsträgers 11 ausgebildet. In verschiedenen Ebenen des Schaltungsträgers 11 angeordnete Abschnitte der einzelnen Schleifenstrukturen 18A, 18B sind über Durchkontaktierungen DK miteinander elektrisch verbunden. Die Schleifenabschnitte SA der beiden Schleifenstrukturen 18A, 18B der einzelnen Windungen 1W1, 1W2, 1W3, 2W1, 2W2, 2W3 weisen entgegengesetzte Durchflussrichtungen auf. Die Schleifenstrukturen 18A, 18B der mindestens zwei elektrisch in Reihe geschalteten Windungen 1W1, 1W2, 1W3, 2W1, 2W2, 2W3 der mindestens einen Empfangsspule 16 sind um einen vorgegeben Abstand versetzt zueinander angeordnet. Hierbei sind Enden der einzelnen Schleifenstrukturen 18A, 18B der mindestens zwei Windungen 1W1, 1W2, 1W3, 2W1, 2W2, 2W3 der mindestens einen Empfangsspule 16 an Endbereichen 14.1, 14.2 der korrespondierenden Empfangsstruktur 14 jeweils über mindestens eine Verbindungsstruktur 20 so miteinander verbunden, dass eine elektrische Reihenschaltung von mindestens zwei Windungen 1W1, 1W2, 1W3, 2W1, 2W2, 2W3 und/oder eine Umkehr einer Durchflussrichtung innerhalb einer der mindestens zwei Windungen 1W1, 1W2, 1W3, 2W1, 2W2, 2W3 entsteht.
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Eine Anzahl der Verbindungsstrukturen 20 basiert auf einer Anzahl der Windungen 1W1, 1W2, 1W3, 2W1, 2W2, 2W3 der mindestens einen Empfangsspule 16. Wie aus 1 bis 10 weiter ersichtlich ist, wiederholen sich die Schleifenabschnitte SA der beiden Schleifenstrukturen 18A, 18B in den dargestellten Ausführungsbeispielen jeweils periodisch. Hierbei entspricht eine vollständige Periode der sich periodisch wiederholenden Schleifenabschnitte SA jeweils einem Sinusverlauf bzw. Cosinusverlauf. Alternativ können die sich periodisch wiederholenden Schleifenabschnitte SA auch einem Rechteckverlauf oder einem Dreieckverlauf entsprechen. Zudem entsprechen die in verschiedenen Ebenen des Schaltungsträgers 11 angeordneten Abschnitte der einzelnen Schleifenstrukturen 18A, 18B einer halben Periode der sich wiederholenden Schleifenabschnitte SA. Hierbei sind die Durchkontaktierungen DK, welche die auf einer in den Darstellungen unteren Ebene des Schaltungsträgers 11 angeordnete Abschnitte der einzelnen Schleifenstrukturen 18A, 18B mit den auf einer in den Darstellungen oberen Ebene des Schaltungsträgers 11 angeordneten Abschnitte der einzelnen Schleifenstrukturen 18A, 18B verbinden, jeweils an einem in den Darstellungen oberen Rand der Empfangsstruktur 14 und an einem in den Darstellungen unteren Rand der Empfangsstruktur 14 angeordnet. In den dargestellten Ausführungsbeispielen der Messwerterfassungsvorrichtung 10 sind die beiden Schleifenstrukturen 18A, 18B der mindestens einen Empfangsspule 16 um 180° versetzt zueinander angeordnet und die Durchflussrichtung verläuft in einer ersten Schleifenstruktur 18A der mindestens zwei elektrisch in Reihe geschalteten Windungen 1W1, 1W2, 1W3, 2W1, 2W2, 2W3 der mindestens einen Empfangsspule 16 in positive x-Richtung (hier von links nach rechts) und in einer zweiten Schleifenstruktur 18B der mindestens zwei elektrisch in Reihe geschalteten Windungen 1W1, 1W2, 1W3, 2W1, 2W2, 2W3 der mindestens einen Empfangsspule 16 in negative x-Richtung (hier von rechts nach links). Durch die beiden um eine halbe Periode bzw. um 180° entlang der Bewegungsbahn BB zueinander versetzt angeordneten Schleifenstrukturen 18A, 18B mit gegenläufiger Durchlaufrichtung, werden zwischen der ersten Schleifenstruktur 18A und der zweiten Schleifenstruktur 18B der mindestens zwei Windungen 1W1, 1W2, 1W3, 2W1, 2W2, 2W3 der mindestens einen Empfangsspule 16 jeweils Flächen eingeschlossen, welche eine unterschiedliche der Flächennormale aufweisen. In Abhängigkeit von der Periodizität der Windungen 1W1, 1W2, 1W3, 2W1, 2W2, 2W3 der mindestens einen Empfangsspule 16 wird eine entsprechende Anzahl von Flächenpaaren zwischen den beiden Schleifenstrukturen 18A, 18B der mindestens zwei elektrisch in Reihe geschalteten Windungen W1, W2 eingeschlossen. Alternativ können die in verschiedenen Ebenen des Schaltungsträgers 11 angeordneten Abschnitte der einzelnen Schleifenstrukturen 18A, 18B einer viertel oder einer achtel Periode entsprechen. Durch die vorzeitige Terminierung kann sich die Form der Schleifenabschnitte SA der Schleifenstrukturen 18A, 18B an den Enden der Empfangsstruktur 14 von der Form der sich wiederholenden Schleifenabschnitte SA der Schleifenstrukturen 18A, 18B in den restlichen Bereichen der Empfangsstruktur 14 unterscheiden.
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Wie aus 1 bis 11 weiter ersichtlich ist, basiert der Abstand benachbarter Schleifenstrukturen 18A, 18B der mindestens einen Empfangsstruktur 14 auf einer Anzahl von Empfangsstrukturen 14 und auf einer Anzahl von Empfangsspulen 16 und auf einer Anzahl von Windungen 1W1, 1W2, 1W3, 2W1, 2W2, 2W3 der mindestens einen Empfangsspule 16 und auf der Periodizität der mindestens einen Empfangsstruktur 14 und unterscheidet sich daher bei den dargestellten verschiedenen Ausführungsbeispielen der Messwerterfassungsvorrichtung 10. In den dargestellten Ausführungsbeispielen der Messwerterfassungsvorrichtung 10 sind die Abstände der Schleifenstrukturen 18A, 18B von Windungen 1W1, 1W2, 1W3, 2W1, 2W2, 2W3 der mindestens einen Empfangsspule 16 der gleichen Empfangsstruktur 14 gleich groß. Zudem sind die Schleifenstrukturen 18A, 18B der Windungen 1W1, 1W2, 1W3, 2W1, 2W2, 2W3 von mehreren Empfangsspulen 16 nach den Empfangsspulen 16 gruppiert entlang der Empfangsstruktur 14 angeordnet.
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Wie aus 1 und 6 weiter ersichtlich ist, ist die induktive Sensoranordnung 1 in den dargestellten Ausführungsbeispielen jeweils als induktiver Linearwegsensor ausgeführt und umfasst zur Erfassung einer Bewegung eines nicht dargestellten linear beweglichen Körpers jeweils mindestens eine Koppelvorrichtung 3 und eine erfindungsbemäße Messwerterfassungsvorrichtung 10. Hierbei ist die mindestens eine Koppelvorrichtung 3 oder die Messwerterfassungsvorrichtung 10 mit dem nicht dargestellten beweglichen Körper gekoppelt, dessen lineare Bewegung entlang der Bewegungsbahn BB erfasst werden soll. Auf einem Schaltungsträger 11 der Messwerterfassungsvorrichtung 10 ist mindestens eine Erregerstruktur 13 angeordnet. Die mindestens eine Erregerstruktur 13 ist mit mindestens einer Auswerte- und Steuerschaltung 12 gekoppelt, welche während des Betriebs ein periodisches Wechselsignal in die mindestens eine Erregerstruktur 13 einkoppelt. Die mindestens eine Koppelvorrichtung 3 umfasst eine elektrisch leitendes Koppelelement 3.1 und ist ausgeführt, eine induktive Kopplung zwischen der mindestens einen Erregerstruktur 13 und mindestens einer Empfangsstruktur 14 der Messwerterfassungsvorrichtung 10 zu beeinflussen. Die mindestens eine Auswerte- und Steuereinheit 12 ist ausgeführt, in der mindestens einen Empfangsstruktur 14 induzierte Signale zu empfangen und auszuwerten und eine aktuelle Relativposition der beweglichen Koppelvorrichtung 3 zu der mindestens einen Empfangsstruktur 14 und/oder eine aktuelle Position des beweglichen Körpers zu bestimmen. Wie aus 1 und 6 weiter ersichtlich ist, erstreckt sich die Empfangsstruktur14 in einer ersten Richtung y von y_min bis y_max und in einer zweiten Richtung x entlang einer Bewegungsbahne BB der Koppelvorrichtung 3 von x_min bis x_max und spannt eine korrespondierende Ebene zwischen (y_max - y_min) und (x_max - x_min) auf.
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Um die Übersichtlichkeit zu wahren, ist eine elektrische Verbindung der mindestens einen Empfangsspule 16 der mindestens einen Empfangsstruktur 14 zu der Auswerte- und Steuereinheit 12 in 1 bis 11 nicht dargestellt. Dies stellt keinen Kurzschluss der mindestens einen Empfangsspule 16 dar. Selbstverständlich kann die mindestens eine Empfangsspule 16 an geeigneter Stelle, beispielsweise an einer Durchkontaktierung DK, aufgetrennt werden und durch zusätzliche Leiterbahnen zur Auswerte- und Steuereinheit 12 geführt werden, so dass dort eine Auswertung der induzierten Signale erfolgen kann.
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Wie aus 1 bis 5 weiter ersichtlich ist, umfasst ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen induktiven Sensoranordnung 1A ein erstes Ausführungsbeispiel der Messwerterfassungsvorrichtung 10A, welche eine Empfangsstruktur 14A umfasst, und die Erregerstruktur 13, welche im dargestellten ersten Ausführungsbeispiel der induktiven Sensoranordnung 1A eine Erregerspule 13A mit in zwei Ebenen des Schaltungsträgers 11 angeordneten vier Windungen umfasst. Das bedeutet, dass in jeder Ebene des Schaltungsträgers 11 zwei Windungen angeordnet sind. Die Empfangsstruktur 14A umfasst zwei Empfangsspulen 16A, 16B, welche jeweils drei Windungen 1W1, 1W2, 1W3, 2W1, 2W2, 2W3 aufweisen und in zwei Ebenen des Schaltungsträgers 11 ausgebildet sind. Hierbei bildet eine erste Empfangsspule 16A einen Sinuskanal und eine zweite Empfangsspule 16B einen Cosinuskanal aus. Die einzelnen Windungen 1W1, 1W2, 1W3, 2W1, 2W2, 2W3 der beiden Empfangsspulen 16A, 16B weisen jeweils zwei Schleifenstrukturen 18A, 18B mit jeweils fünf Schleifenabschnitten SA auf. Die Schleifenabschnitte SA der beiden Schleifenstrukturen 18A, 18B der einzelnen Windungen 1W1, 1W2, 1W3, 2W1, 2W2, 2W3 weisen im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Sinusform und entgegengesetzte Durchflussrichtungen auf. Die Schleifenstrukturen 18A, 18B der drei elektrisch in Reihe geschalteten Windungen 1W1, 1W2, 1W3, 2W1, 2W2, 2W3 der beiden Empfangsspulen 16A, 16B sind um einen vorgegeben Abstand versetzt zueinander angeordnet. Hierbei sind Enden der einzelnen Schleifenstrukturen 18A, 18B der drei Windungen 1W1, 1W2, 1W3, 2W1, 2W2, 2W3 der beiden Empfangsspule 16A, 16B an Endbereichen 14.1, 14.2 der Empfangsstruktur 14A jeweils über drei Verbindungsstrukturen 20A1, 20B1, 20C1, 20D1, 20E1, 20F1, 20A2, 20B2, 20C2, 20D2, 20E2, 20F2 so miteinander verbunden, dass jeweils eine elektrische Reihenschaltung der drei Windungen 1W1, 1W2, 1W3, 2W1, 2W2, 2W3 der beiden Empfangsspulen 16A, 16B und/oder eine Umkehr der Durchflussrichtung innerhalb einer der drei Windungen 1W1, 1W2, 1W3, 2W1, 2W2, 2W3 entsteht.
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Wie aus 1 bis 3 weiter ersichtlich ist, umfassen eine erste Verbindungsstruktur 20A1, eine zweite Verbindungsstruktur 20B1 und eine dritte Verbindungsstruktur 20C1 der ersten Empfangsspule 16A an einem ersten Ende 14.1 der Empfangsstruktur 14A jeweils eine Durchkontaktierung DK und zwei gerade Leiterbahnstücke 22 in zwei Ebenen des Schaltungsträgers 11. Hierbei verbindet die erste Verbindungsstruktur 20A1 eine zweite Schleifenstruktur 18B einer dritten Windung 1W3 der ersten Empfangsspule 16A mit einer ersten Schleifenstruktur 18A einer ersten Windung 1W1 der ersten Empfangsspule 16A. Hierzu ist ein auf einer in der Darstellung oberen Ebene des Schaltungsträgers 11 angeordnetes in y-Richtung verlaufendes gerades Leiterbahnstück 22 mit einem ersten Ende an einem Kontaktpunkt 24, mit einem vorzeitigen Ende der zweiten Schleifenstruktur 18B der dritten Windung 1W3 und mit einem zweiten Ende mit der Durchkontaktierung DK verbunden. Ein auf einer in der Darstellung unteren Ebene des Schaltungsträgers 11 angeordnetes in y-Richtung verlaufendes gerades Leiterbahnstück 22 ist mit einem ersten Ende an einem Kontaktpunkt 24 mit einem vorzeitigen Ende der ersten Schleifenstruktur 18A der ersten Windung 1W1 und mit einem zweiten Ende mit der Durchkontaktierung DK verbunden. Die zweite Verbindungsstruktur 20B1 der ersten Empfangsspule 16A verbindet eine zweite Schleifenstruktur 18B einer zweiten Windung 1W2 mit einer ersten Schleifenstruktur 18A der zweiten Windung 1W2. Hierzu ist ein auf einer in der Darstellung oberen Ebene des Schaltungsträgers 11 angeordnetes in y-Richtung verlaufendes gerades Leiterbahnstück 22 mit einem ersten Ende an einem Kontaktpunkt 24 mit einem vorzeitigen Ende der zweiten Schleifenstruktur 18B der zweiten Windung 1W2 und mit einem zweiten Ende mit der Durchkontaktierung DK verbunden. Ein auf einer in der Darstellung unteren Ebene des Schaltungsträgers 11 angeordnetes in y-Richtung verlaufendes gerades Leiterbahnstück 22 ist mit einem ersten Ende an einem Kontaktpunkt 24 mit einem vorzeitigen Ende der ersten Schleifenstruktur 18A der zweiten Windung 1W2 und mit einem zweiten Ende mit der Durchkontaktierung DK verbunden. Die dritte Verbindungsstruktur 20C1 der ersten Empfangsspule 16A verbindet eine zweite Schleifenstruktur 18B der ersten Windung 1W1 mit einer ersten Schleifenstruktur 18A der dritten Windung 1W3. Hierzu ist ein auf einer in der Darstellung oberen Ebene des Schaltungsträgers 11 angeordnetes in y-Richtung verlaufendes gerades Leiterbahnstück 22 mit einem ersten Ende an einem Kontaktpunkt 24 mit einem vorzeitigen Ende der zweiten Schleifenstruktur 18B der ersten Windung 1W1 und mit einem zweiten Ende mit der Durchkontaktierung DK verbunden. Ein auf einer in der Darstellung unteren Ebene des Schaltungsträgers 11 angeordnetes in y-Richtung verlaufendes gerades Leiterbahnstück 22 ist mit einem ersten Ende an einem Kontaktpunkt 24 mit einem vorzeitigen Ende der ersten Schleifenstruktur 18A der dritten Windung 1W3 und mit einem zweiten Ende mit der Durchkontaktierung DK verbunden.
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Wie aus 1 bis 3 weiter ersichtlich ist, umfasst eine erste Verbindungsstruktur 20A2 der zweiten Empfangsspule 16B am ersten Ende 14.1 der Empfangsstruktur 14A eine Durchkontaktierung DK, welche zwei in verschiedenen Ebenen des Schaltungsträgers 11 angeordnete einzelne Schleifenstrukturen 18A, 18B einer ersten Windung 2W1 der zweiten Empfangsspule 16B miteinander verbindet. Hierbei endet eine zweite Schleifenstruktur 18B der ersten Windung 2W1 der zweiten Empfangsspule 16B vor dem ersten Ende 14.1 der Empfangsstruktur 14A an der Durchkontaktierung DK. Eine erste Schleifenstruktur 18A der ersten Windung 2W1 der zweiten Empfangsspule 16B endet ebenfalls vor dem ersten Ende 14.1 der Empfangsstruktur 14A an der Durchkontaktierung DK. Eine zweite Verbindungsstruktur 20B2 und eine dritte Verbindungsstruktur 20C2 der zweiten Empfangsspule 16A umfassen jeweils ein in y-Richtung verlaufendes gerades Leiterbahnstück 22, welches an Kontaktpunkten 24 jeweils mit einem Ende von zwei in derselben Ebene des Schaltungsträgers 11 angeordneten einzelnen Schleifenstrukturen 18A, 18B verbunden sind. Hierzu ist das in y-Richtung verlaufende gerade Leiterbahnstück 22 der zweiten Verbindungsstruktur 20B2 in der unteren Ebene des Schaltungsträgers 11 mit einem ersten Ende an einem Kontaktpunkt 24, welcher eine Durchkontaktierung DK ersetzt, mit einem Ende einer zweiten Schleifenstruktur 18B einer zweiten Windung 2W2 der zweiten Empfangsspule 16B und mit einem zweiten Ende an einem Kontaktpunkt 24 mit einem Ende einer ersten Schleifenstruktur 18A einer dritten Windung 2W3 der zweiten Empfangsspule 16B verbunden. Das in y-Richtung verlaufende gerade Leiterbahnstück 22 der dritten Verbindungsstruktur 20C2 ist in der oberen Ebene des Schaltungsträgers 11 mit einem ersten Ende an einem Kontaktpunkt 24 mit einem Ende einer zweiten Schleifenstruktur 18B der dritten Windung 2W3 der zweiten Empfangsspule 16B und mit einem zweiten Ende an einem Kontaktpunkt 24, welcher eine Durchkontaktierung ersetzt, mit einem Ende einer ersten Schleifenstruktur 18A der zweiten Windung 2W2 der zweiten Empfangsspule 16B verbunden.
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Wie aus 1, 4 und 5 weiter ersichtlich ist, umfasst eine vierte Verbindungsstruktur 20D1 der ersten Empfangsspule 16A am zweiten Ende 14.2 der Empfangsstruktur 14A eine Durchkontaktierung DK, welche eine in der oberen Ebene des Schaltungsträgers 11 angeordnete zweite Schleifenstruktur 18B der ersten Windung 1W1 der ersten Empfangsspule 16A mit der in der unteren Ebene des Schaltungsträgers 11 angeordneten ersten Schleifenstruktur 18A der ersten Windung 1W1 der ersten Empfangsspule 16A verbindet. Hierbei enden die erste Schleifenstruktur 18A und die zweite Schleifenstruktur 18B der ersten Windung 1W1 der ersten Empfangsspule 16A jeweils vorzeitig vor dem zweiten Ende 14.2 der Empfangsstruktur 14A an der Durchkontaktierung DK. Eine fünfte Verbindungsstruktur 20E1 und eine sechste Verbindungsstruktur 20F1 der ersten Empfangsspule 16A umfassen am zweiten Ende 14.2 der Empfangsstruktur 14A jeweils eine Durchkontaktierung DK und ein Leiterbahnstück 22. Hierbei verbindet die fünfte Verbindungsstruktur 20E1 die zweite Schleifenstruktur 18B der dritten Windung 1W3 der ersten Empfangsspule 16A mit der ersten Schleifenstruktur 18A der dritten Windung 1W3 der ersten Empfangsspule 16A. Hierzu ist ein auf der oberen Ebene des Schaltungsträgers 11 angeordnetes Ende der zweiten Schleifenstruktur 18B mit der Durchkontaktierung verbunden und endet vorzeitige an der Durchkontaktierung DK. Ein auf der unteren Ebene des Schaltungsträgers 11 angeordnetes in y-Richtung verlaufendes gerades Leiterbahnstück 22 ist mit einem ersten Ende an einem Kontaktpunkt 24 mit einem vorzeitigen Ende der ersten Schleifenstruktur 18A der dritten Windung 1W3 der ersten Empfangsspule 16A und mit einem zweiten Ende mit der Durchkontaktierung DK verbunden. Die sechste Verbindungsstruktur 20F1 der ersten Empfangsspule 16A verbindet eine zweite Schleifenstruktur 18B der zweiten Windung 1W2 mit der ersten Schleifenstruktur 18A der dritten Windung 1W3. Hierzu ist ein auf der oberen Ebene des Schaltungsträgers 11 angeordnetes in y-Richtung verlaufendes gerades Leiterbahnstück 22 mit einem ersten Ende an einem Kontaktpunkt 24 mit einem vorzeitigen Ende der zweiten Schleifenstruktur 18B der zweiten Windung 1W2 und mit einem zweiten Ende mit der Durchkontaktierung DK verbunden. Ein auf der unteren Ebene des Schaltungsträgers 11 angeordnetes Ende der ersten Schleifenstruktur 18A der dritten Windung 1W3 ist mit der Durchkontaktierung DK verbunden und endet vorzeitig an der Durchkontaktierung.
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Wie aus 1, 4 und 5 weiter ersichtlich ist, umfasst eine vierte Verbindungsstruktur 20D2 der zweiten Empfangsspule 16B am zweiten Ende 14.2 der Empfangsstruktur 14A eine Durchkontaktierung DK, welche eine in der oberen Ebene des Schaltungsträgers 11 angeordnete zweite Schleifenstruktur 18B der dritten Windung 2W3 der zweiten Empfangsspule 16B mit der in der unteren Ebene des Schaltungsträgers 11 angeordneten ersten Schleifenstruktur 18A der dritten Windung 2W3 der zweiten Empfangsspule 16B verbindet. Hierbei enden die erste Schleifenstruktur 18A und die zweite Schleifenstruktur 18B der dritten Windung 2W3 der zweiten Empfangsspule 16B jeweils vorzeitig vor dem zweiten Ende 14.2 der Empfangsstruktur 14A an der Durchkontaktierung DK. Eine fünfte Verbindungsstruktur 20E2 und eine sechste Verbindungsstruktur 20F2 der zweiten Empfangsspule 16B umfassen am zweiten Ende 14.2 der Empfangsstruktur 14A jeweils ein in y-Richtung verlaufendes gerades Leiterbahnstück 22, welche an Kontaktpunkten 24 jeweils mit einem Ende von zwei in derselben Ebene des Schaltungsträgers 11 angeordneten einzelnen Schleifenstrukturen 18A, 18B verbunden sind. Hierzu ist das in y-Richtung verlaufende gerade Leiterbahnstück 22 der fünften Verbindungsstruktur 20E2 in der oberen Ebene des Schaltungsträgers 11 mit einem ersten Ende an einem Kontaktpunkt 24 mit dem Ende der ersten Schleifenstruktur 18A der ersten Windung 2W1 der zweiten Empfangsspule 16B und mit einem zweiten Ende an einem Kontaktpunkt 24, welcher eine Durchkontaktierung DK ersetzt, mit einem Ende der zweiten Schleifenstruktur 18B der zweiten Windung 2W2 der zweiten Empfangsspule 16B verbunden. Das in y-Richtung verlaufende gerade Leiterbahnstück 22 der sechsten Verbindungsstruktur 20F2 ist in der unteren Ebene des Schaltungsträgers 11 mit einem ersten Ende an einem Kontaktpunkt 24, welcher eine Durchkontaktierung DK ersetzt, mit einem Ende der ersten Schleifenstruktur 18A der zweiten Windung 2W2 der zweiten Empfangsspule 16B und mit einem zweiten Ende an einem Kontaktpunkt 24 mit einem Ende einer zweiten Schleifenstruktur 18A der ersten Windung 2W1 der zweiten Empfangsspule 16B verbunden.
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Wie aus 6 bis 10 weiter ersichtlich ist, umfasst ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen induktiven Sensoranordnung 1 B ein zweites Ausführungsbeispiel der Messwerterfassungsvorrichtung 10B, welche eine Empfangsstruktur 14B umfasst, und die Erregerstruktur 13, welche im dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel der induktiven Sensoranordnung 1B ebenfalls eine Erregerspule 13B mit in zwei Ebenen des Schaltungsträgers 11 angeordneten zwei Windungen umfasst. Die Empfangsstruktur 14B umfasst zwei Empfangsspulen 16A, 16B, welche jeweils zwei Windungen 1W1, 1W2, 2W1, 2W2 aufweisen und in zwei Ebenen des Schaltungsträgers 11 ausgebildet sind. Hierbei bildet eine erste Empfangsspule 16A einen Sinuskanal und eine zweite Empfangsspule 16B einen Cosinuskanal aus. Die einzelnen Windungen 1W1, 1W2, 2W1, 2W2 der beiden Empfangsspulen 16A, 16B weisen jeweils zwei Schleifenstrukturen 18A, 18B mit jeweils zehn Schleifenabschnitten SA auf. Die Schleifenabschnitte SA der beiden Schleifenstrukturen 18A, 18B der einzelnen Windungen 1W1, 1W2, 2W1, 2W2 weisen im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Sinusform und entgegengesetzte Durchflussrichtungen auf. Die Schleifenstrukturen 18A, 18B der zwei elektrisch in Reihe geschalteten Windungen 1W1, 1W2, 2W1, 2W2 der beiden Empfangsspulen 16A, 16B sind um einen vorgegeben Abstand versetzt zueinander angeordnet. Hierbei sind Enden der einzelnen Schleifenstrukturen 18A, 18B der zwei Windungen 1W1, 1W2, 2W1, 2W2 der beiden Empfangsspule 16A, 16B an Endbereichen 14.1, 14.2 der Empfangsstruktur 14B jeweils über zwei Verbindungsstrukturen 20A1, 20B1, 20C1, 20D1, 20A2, 20B2, 20C2, 20D2 so miteinander verbunden, dass jeweils eine elektrische Reihenschaltung der zwei Windungen 1W1, 1W2, 2W1, 2W2 der beiden Empfangsspulen 16A, 16B und/oder eine Umkehr der Durchflussrichtung innerhalb einer der zwei Windungen 1W1, 1W2, 2W1, 2W2 entsteht.
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Wie aus 6 bis 8 weiter ersichtlich ist, umfassen eine erste Verbindungsstruktur 20A1 und eine zweite Verbindungsstruktur 20B1 der ersten Empfangsspule 16A an einem ersten Ende 14.1 der Empfangsstruktur 14B jeweils eine Durchkontaktierung DK. Hierbei verbindet die erste Verbindungsstruktur 20A1 eine zweite Schleifenstruktur 18B einer zweiten Windung 1W2 der ersten Empfangsspule 16A mit einer ersten Schleifenstruktur 18A einer ersten Windung 1W1 der ersten Empfangsspule 16A. Daher enden die zweite Schleifenstruktur 18B der zweiten Windung 1W2 und die erste Schleifenstruktur 18A der ersten Windung 1W1 der ersten Empfangsspule 16A jeweils vorzeitig vor dem ersten Ende 14.1 der Empfangsstruktur 14A an der Durchkontaktierung DK. Die zweite Verbindungsstruktur 20B1 verbindet eine zweite Schleifenstruktur 18B der ersten Windung 1W1 der ersten Empfangsspule 16A mit einer ersten Schleifenstruktur 18A der zweiten Windung 1W2 der ersten Empfangsspule 16A. Daher enden die zweite Schleifenstruktur 18B der ersten Windung 1W1 und die erste Schleifenstruktur 18A der zweiten Windung 1W2 der ersten Empfangsspule 16A jeweils vorzeitig vor dem ersten Ende 14.1 der Empfangsstruktur 14A an der Durchkontaktierung DK.
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Wie aus 6 bis 8 weiter ersichtlich ist, umfassen eine erste Verbindungsstruktur 20A2 und eine zweite Verbindungsstruktur 20B2 der zweiten Empfangsspule 16B an einem ersten Ende 14.1 der Empfangsstruktur 14B jeweils ein in y-Richtung verlaufendes gerades Leiterbahnstück 22, welche an Kontaktpunkten 24 jeweils mit einem Ende von zwei in derselben Ebene des Schaltungsträgers 11 angeordneten einzelnen Schleifenstrukturen 18A, 18B verbunden sind. Hierzu ist das in y-Richtung verlaufende gerade Leiterbahnstück 22 der ersten Verbindungsstruktur 20A2 in der oberen Ebene des Schaltungsträgers 11 mit einem ersten Ende an einem Kontaktpunkt 24, welcher eine Durchkontaktierung DK ersetzt, mit einem Ende einer ersten Schleifenstruktur 18A der ersten Windung 2W1 der zweiten Empfangsspule 16B und mit einem zweiten Ende an einem Kontaktpunkt 24 mit einem Ende der zweiten Schleifenstruktur 18B der zweiten Windung 2W2 der zweiten Empfangsspule 16B verbunden. Das in y-Richtung verlaufende gerade Leiterbahnstück 22 der zweiten Verbindungsstruktur 20B2 ist in der unteren Ebene des Schaltungsträgers 11 mit einem ersten Ende an einem Kontaktpunkt 24 mit einem Ende einer ersten Schleifenstruktur 18A der zweiten Windung 2W2 der zweiten Empfangsspule 16B und mit einem zweiten Ende an einem Kontaktpunkt 24, welcher eine Durchkontaktierung DK ersetzt, mit einem Ende einer zweiten Schleifenstruktur 18B der ersten Windung 2W1 der zweiten Empfangsspule 16B verbunden.
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Wie aus 6, 9 und 10 weiter ersichtlich ist, umfasst eine dritte Verbindungsstruktur 20C1 der ersten Empfangsspule 16A am zweiten Ende 14.2 der Empfangsstruktur 14B eine Durchkontaktierung DK und ein in y-Richtung verlaufendes gerades Leiterbahnstück 22. Hierbei verbindet die dritte Verbindungsstruktur 20C1 die zweite Schleifenstruktur 18B der ersten Windung 1W1 der ersten Empfangsspule 16A mit der ersten Schleifenstruktur 18A der ersten Windung 1W1 der ersten Empfangsspule 16A. Hierzu ist ein auf der unteren Ebene des Schaltungsträgers 11 angeordnetes Ende der ersten Schleifenstruktur 18A mit der Durchkontaktierung DK verbunden und endet vorzeitig an der Durchkontaktierung DK. Ein auf der oberen Ebene des Schaltungsträgers 11 angeordnetes in y-Richtung verlaufendes gerades Leiterbahnstück 22 ist mit einem ersten Ende an einem Kontaktpunkt 24 mit einem vorzeitigen Ende der zweiten Schleifenstruktur 18B der ersten Windung 1W1 der ersten Empfangsspule 16A und mit einem zweiten Ende mit der Durchkontaktierung DK verbunden. Zudem ist eine Durchkontaktierung DK der zweiten Schleifenstruktur 18B der zweiten Windung 1W2 der ersten Empfangsspule 16A durch einen Kontaktpunkt 24 ersetzt, so dass ein eigentlich in der oberen Ebene des Schaltungsträgers 11 verlaufender Abschnitt der zweiten Schleifenstruktur 18B weiter in der unteren Ebene des Schaltungsträgers 11 verläuft. Daher umfasst eine vierte Verbindungsstruktur 20D1 der ersten Empfangsspule 16A am zweiten Ende 14.2 der Empfangsstruktur 14B nur ein in y-Richtung verlaufendes gerades Leiterbahnstück 22 und verbindet die zweite Schleifenstruktur 18B der zweiten Windung 1W2 der ersten Empfangsspule 16A mit der ersten Schleifenstruktur 18A der zweiten Windung 1W2 der ersten Empfangsspule 16A. Hierzu ist ein auf der unteren Ebene des Schaltungsträgers 11 in y-Richtung verlaufendes gerades Leiterbahnstück 22 mit einem ersten Ende an einem Kontaktpunkt 24 mit einem Ende der zweiten Schleifenstruktur 18B der zweiten Windung 1W2 der ersten Empfangsspule 16A und mit einem zweiten Ende an einem Kontaktpunkt 24 mit einem Ende der ersten Schleifenstruktur 18A der zweiten Windung 1W2 der ersten Empfangsspule 16A verbunden.
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Wie aus 6, 9 und 10 weiter ersichtlich ist, umfasst eine dritte Verbindungsstruktur 20C2 der zweiten Empfangsspule 16B am zweiten Ende 14.2 der Empfangsstruktur 14B eine Durchkontaktierung DK, welche zwei in verschiedenen Ebenen des Schaltungsträgers 11 angeordnete einzelne Schleifenstrukturen 18A, 18B der zweiten Windung 2W2 der zweiten Empfangsspule 16B miteinander verbindet. Hierbei enden die zweite Schleifenstruktur 18B und die erste Schleifenstruktur 18A der zweiten Windung 2W2 der zweiten Empfangsspule 16B jeweils vorzeitig vor dem zweiten Ende 14.2 der Empfangsstruktur 14B an der Durchkontaktierung DK. Zudem ist eine Durchkontaktierung DK der ersten Schleifenstruktur 18A der ersten Windung 1W1 der zweiten Empfangsspule 16B vom oberen Rand der Empfangsstruktur 14B entlang der ersten Schleifenstruktur 18A in negative x-Richtung und in negative y-Richtung versetzt, so dass ein Abschnitt der ersten Schleifenstruktur 18A anstatt in der unteren Ebene des Schaltungsträgers 11 in der oberen Ebene des Schaltungsträgers 11 angeordnet ist, wobei ein Kontaktpunkt 24 die Durchkontaktierung am oberen Rand der Empfangsstruktur 14B ersetzt. Des Weiteren ist eine Durchkontaktierung DK der zweiten Schleifenstruktur 18B der ersten Windung 2W1 der zweiten Empfangsspule 16B am unteren Rand der Empfangsstruktur 14B durch einen Kontaktpunkt 24 ersetzt. Daher umfasst eine vierte Verbindungsstruktur 20D2 der zweiten Empfangsspule 16B am zweiten Ende 14.2 der Empfangsstruktur 14B nur ein in y-Richtung verlaufendes gerades Leiterbahnstück 22 und verbindet die zweite Schleifenstruktur 18B der ersten Windung 2W1 der zweiten Empfangsspule 16B mit der ersten Schleifenstruktur 18A der ersten Windung 2W1 der zweiten Empfangsspule 16B. Hierzu ist ein auf der oberen Ebene des Schaltungsträgers 11 in y-Richtung verlaufendes gerades Leiterbahnstück 22 mit einem ersten Ende an dem Kontaktpunkt 24 am oberen Rand der Empfangsstruktur 14B mit einem Ende der ersten Schleifenstruktur 18A der ersten Windung 2W1 der zweiten Empfangsspule 16B und mit einem zweiten Ende an dem Kontaktpunkt 24 am unteren Rand der Empfangsstruktur 14B mit einem Ende der zweiten Schleifenstruktur 18B der ersten Windung 2W1 der zweiten Empfangsspule 16B verbunden.
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Wie aus 11 weiter ersichtlich ist, ist die induktive Sensoranordnung 1C in dem dargestellten dritten Ausführungsbeispiel als induktiver Drehwinkelsensor bzw. Rotorlagesensor ausgeführt, bei welchem der nicht dargestellte bewegliche Körper eine zu erfassende Drehbewegung um eine Drehachse ausführt. Analog zu den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen umfasst die induktive Sensoranordnung 1C zur Erfassung einer Bewegung eines nicht dargestellten drehbeweglichen Körpers mindestens eine nicht näher dargestellte Koppelvorrichtung und eine erfindungsbemäße Messwerterfassungsvorrichtung 10C, welche im dargestellten dritten Ausführungsbeispiel der induktiven Sensoranordnung 1C eine platzsparende „C“-Form aufweist, welche auf eine Welle aufgesteckt werden kann. Hierbei ist die mindestens eine Koppelvorrichtung 3 oder die Messwerterfassungsvorrichtung 10C mit dem nicht dargestellten beweglichen Körper gekoppelt, dessen Drehbewegung erfasst werden soll. Auf einem Schaltungsträger 11 der Messwerterfassungsvorrichtung 10C ist mindestens eine Erregerstruktur 13 angeordnet. Die mindestens eine Erregerstruktur 13 ist mit einer Auswerte- und Steuerschaltung 12 gekoppelt, welche während des Betriebs ein periodisches Wechselsignal in die mindestens eine Erregerstruktur 13 einkoppelt. Die mindestens eine Koppelvorrichtung umfasst eine elektrisch leitendes Koppelelement und ist ausgeführt, eine induktive Kopplung zwischen der mindestens einen Erregerstruktur 13 und mindestens einer Empfangsstruktur 14 der Messwerterfassungsvorrichtung 10C zu beeinflussen. Die mindestens eine Auswerte- und Steuereinheit 12 ist ausgeführt, in der mindestens einen Empfangsstruktur 14 induzierte Signale zu empfangen und auszuwerten und eine aktuelle Relativposition der beweglichen Koppelvorrichtung zu der mindestens einen Empfangsstruktur 14 und/oder eine aktuelle Position des beweglichen Körpers zu bestimmen.
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Wie aus 11 weiter ersichtlich ist, umfasst das dargestellte dritte Ausführungsbeispiel der Messwerterfassungsvorrichtung 10C eine Empfangsstruktur 14C, und die Erregerstruktur 13, welche im dargestellten dritten Ausführungsbeispiel der induktiven Sensoranordnung 1C eine Erregerspule 13C mit in zwei Ebenen des Schaltungsträgers 11 angeordneten sechs Windungen umfasst. Das bedeutet, dass in jeder Ebene des Schaltungsträgers 11 drei Windungen angeordnet sind. Die Empfangsstruktur 14C umfasst zwei Empfangsspulen 16A, 16B, welche jeweils zwei Windungen 1W1, 1W2, 2W1, 2W2 aufweisen und in zwei Ebenen des Schaltungsträgers 11 ausgebildet sind. Hierbei bildet eine erste Empfangsspule 16A einen Sinuskanal und eine zweite Empfangsspule 16B einen Cosinuskanal aus. Die einzelnen Windungen 1W1, 1W2, 2W1, 2W2 der beiden Empfangsspulen 16A, 16B weisen jeweils zwei Schleifenstrukturen 18A, 18B auf, welche jeweils einen Schleifenabschnitt SA ausbilden. Die Schleifenabschnitte SA bzw. die beiden Schleifenstrukturen 18A, 18B der einzelnen Windungen 1W1, 1W2, 2W1, 2W2 weisen im dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils eine Sinusform und entgegengesetzte Durchflussrichtungen auf. Die Schleifenstrukturen 18A, 18B der zwei elektrisch in Reihe geschalteten Windungen 1W1, 1W2, 2W1, 2W2 der beiden Empfangsspulen 16A, 16B sind um einen vorgegebenen Abstand versetzt zueinander angeordnet. Hierbei sind Enden der einzelnen Schleifenstrukturen 18A, 18B der zwei Windungen 1W1, 1W2, 2W1, 2W2 der beiden Empfangsspule 16A, 16B an Endbereichen 14.1, 14.2 der Empfangsstruktur 14B jeweils über zwei Verbindungsstrukturen 20A1, 20B1, 20C1, 20D1, 20A2, 20B2, 20C2, 20D2 so miteinander verbunden, dass jeweils eine elektrische Reihenschaltung der zwei Windungen 1W1, 1W2, 2W1, 2W2 der beiden Empfangsspulen 16A, 16B und/oder eine Umkehr der Durchflussrichtung innerhalb einer der zwei Windungen 1W1, 1W2, 2W1, 2W2 entsteht.
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Wie aus 11 weiter ersichtlich ist, umfasst eine erste Verbindungsstruktur 20A1 der ersten Empfangsspule 16A an einem ersten Ende 14.1 der Empfangsstruktur 14C ein gerades Leiterbahnstück 22 und eine Durchkontaktierung DK. Hierbei verbindet die erste Verbindungsstruktur 20A1 der ersten Empfangsspule 16A eine zweite Schleifenstruktur 18B der zweiten Windung 1W2 mit der ersten Schleifenstruktur 18A der zweiten Windung 1W2 der ersten Empfangsspule 16A. Hierzu ist das gerade Leiterbahnstück 22 der ersten Verbindungsstruktur 20A1 in der unteren Ebene des Schaltungsträgers 11 mit einem ersten Ende an einem Kontaktpunkt 24 mit einem vorzeitigen Ende der zweiten Schleifenstruktur 18B der zweiten Windung 1W2 der ersten Empfangsspule 16A und mit einem zweiten Ende mit der Durchkontaktierung DK verbunden. Ein Ende der in der oberen Ebene des Schaltungsträgers 11 angeordneten ersten Schleifenstruktur 18A der zweiten Windung 1W2 der ersten Empfangsspule 16A ist mit der Durchkontaktierung DK verbunden und endet dort vorzeitig vor dem ersten Ende 14.1 der Empfangsstruktur 14C. Eine zweite Verbindungsstruktur 20B1 der ersten Empfangsspule 16A umfasst am ersten Ende 14.1 der Empfangsstruktur 14C ein gerades Leiterbahnstück 22. Hierbei verbindet die zweite Verbindungsstruktur 20B1 der ersten Empfangsspule 16A die zweite Schleifenstruktur 18B der ersten Windung 1W1 mit der ersten Schleifenstruktur 18A der ersten Windung 1W1 der ersten Empfangsspule 16A. Hierzu ist das gerade Leiterbahnstück 22 der zweiten Verbindungsstruktur 20B1 in der unteren Ebene des Schaltungsträgers 11 mit einem ersten Ende an einem Kontaktpunkt 24 mit einem Ende der zweiten Schleifenstruktur 18B der ersten Windung 1W1 der ersten Empfangsspule 16A und mit einem zweiten Ende an einem Kontaktpunkt 24 mit einem Ende der ersten Schleifenstruktur 18A der ersten Windung verbunden. Hierbei wurde am oberen Rand der Empfangsstruktur 14C eine Durchkontaktierung DK an der ersten Schleifenstruktur 18A der ersten Windung 1W1 der ersten Empfangsspule 16A weggelassen, damit das Ende der ersten Schleifenstruktur 18A nicht in der oberen Ebene des Schaltungsträgers 11, sondern in der unteren Ebene des Schaltungsträgers 11 weitergeführt ist.
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Wie aus 11 weiter ersichtlich ist, umfasst eine erste Verbindungsstruktur 20A2 der zweiten Empfangsspule 16B am ersten Ende 14.1 der Empfangsstruktur 14C eine Durchkontaktierung DK. Hierbei verbindet die erste Verbindungsstruktur 20A2 der zweiten Empfangsspule 16B eine zweite Schleifenstruktur 18B einer ersten Windung 2W1 der zweiten Empfangsspule 16B mit einer ersten Schleifenstruktur 18A der ersten Windung 2W1 der zweiten Empfangsspule 16B. Hierzu ist das in der unteren Ebene des Schaltungsträgers 11 geführte Ende der ersten Schleifenstruktur 18A der ersten Windung 2W1 der zweiten Empfangsspule 16B mit der Durchkontaktierung DK verbunden und endet dort vorzeitig vor dem ersten Ende 14.1 der Empfangsstruktur 14C. Ein Ende der in der oberen Ebene des Schaltungsträgers 11 angeordneten zweiten Schleifenstruktur 18B der ersten Windung 2W1 der zweiten Empfangsspule 16B ist mit der Durchkontaktierung DK verbunden und endet dort vorzeitig vor dem ersten Ende 14.1 der Empfangsstruktur 14C. Eine zweite Verbindungsstruktur 20B2 der ersten Empfangsspule 16A umfasst am ersten Ende 14.1 der Empfangsstruktur 14C ein gerades Leiterbahnstück 22. Hierbei verbindet die zweite Verbindungsstruktur 20B2 der zweiten Empfangsspule 16B die erste Schleifenstruktur 18A der zweiten Windung 2W2 mit der zweiten Schleifenstruktur 18B der zweiten Windung 2W2 der zweiten Empfangsspule 16B. Hierzu ist das gerade Leiterbahnstück 22 der zweiten Verbindungsstruktur 20B2 in der oberen Ebene des Schaltungsträgers 11 mit einem ersten Ende an einem Kontaktpunkt 24, welcher eine Durchkontaktierung DK ersetzt, mit einem Ende der ersten Schleifenstruktur 18A der zweiten Windung 2W2 der zweiten Empfangsspule 16B und mit einem zweiten Ende an einem Kontaktpunkt 24, welcher ebenfalls eine Durchkontaktierung DK ersetzt, mit einem Ende der zweiten Schleifenstruktur 18B der zweiten Windung verbunden. Hierbei wurde die am oberen Rand der Empfangsstruktur 14C angeordnete Durchkontaktierung DK an der ersten Schleifenstruktur 18A der zweiten Windung 2W2 in Richtung der ersten Schleifenstruktur 18A nach rechts verschoben, damit das Ende der ersten Schleifenstruktur 18A nicht in der unteren Ebene des Schaltungsträgers 11 sondern in der oberen Ebene des Schaltungsträgers 11 weitergeführt ist.
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Wie aus 11 weiter ersichtlich ist, umfassen eine dritte Verbindungsstruktur 20C1 und eine vierte Verbindungsstruktur 20D1 der ersten Empfangsspule 16A am zweiten Ende 14.2 der Empfangsstruktur 14C jeweils eine Durchkontaktierung DK. Hierbei verbindet die dritte Verbindungsstruktur 20C1 der ersten Empfangsspule 16A eine erste Schleifenstruktur 18A der ersten Windung 1W1 der ersten Empfangsspule 16A mit einer zweiten Schleifenstruktur 18B der zweiten Windung 1W2 der ersten Empfangsspule 16A. Hierzu ist das in der unteren Ebene des Schaltungsträgers 11 geführte Ende der zweiten Schleifenstruktur 18B der zweiten Windung 1W2 der ersten Empfangsspule 16A mit der Durchkontaktierung DK verbunden und endet dort vorzeitig vor dem zweiten Ende 14.2 der Empfangsstruktur 14C. Ein Ende der in der oberen Ebene des Schaltungsträgers 11 angeordneten ersten Schleifenstruktur 18A der ersten Windung 1W1 der ersten Empfangsspule 16A ist mit der Durchkontaktierung DK verbunden und endet dort vorzeitig vor dem zweiten Ende 14.2 der Empfangsstruktur 14C. Die vierte Verbindungsstruktur 20D1 der ersten Empfangsspule 16A verbindet eine erste Schleifenstruktur 18A der zweiten Windung 1W2 der ersten Empfangsspule 16A mit einer zweiten Schleifenstruktur 18B der ersten Windung 1W1 der ersten Empfangsspule 16A. Hierzu ist das in der unteren Ebene des Schaltungsträgers 11 geführte Ende der zweiten Schleifenstruktur 18B der ersten Windung 1W1 der ersten Empfangsspule 16A mit der Durchkontaktierung DK verbunden und endet dort vorzeitig vor dem zweiten Ende 14.2 der Empfangsstruktur 14C. Ein Ende der in der oberen Ebene des Schaltungsträgers 11 angeordneten ersten Schleifenstruktur 18A der zweiten Windung 1W2 der ersten Empfangsspule 16A ist mit der Durchkontaktierung DK verbunden und endet dort vorzeitig vor dem zweiten Ende 14.2 der Empfangsstruktur 14C.
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Wie aus 11 weiter ersichtlich ist, umfassen eine dritte Verbindungsstruktur 20C2 und eine vierte Verbindungsstruktur 20D2 der zweiten Empfangsspule 16B am zweiten Ende 14.2 der Empfangsstruktur 14C jeweils ein gerades Leiterbahnstück 22. Hierbei verbindet die dritte Verbindungsstruktur 20C2 der zweiten Empfangsspule 16B die erste Schleifenstruktur 18A der zweiten Windung 2W2 mit der zweiten Schleifenstruktur 18B der ersten Windung 2W1 der zweiten Empfangsspule 16B. Hierzu ist das gerade Leiterbahnstück 22 der dritten Verbindungsstruktur 20C2 in der oberen Ebene des Schaltungsträgers 11 mit einem ersten Ende an einem Kontaktpunkt 24, welcher eine Durchkontaktierung DK ersetzt, mit einem Ende der ersten Schleifenstruktur 18A der zweiten Windung 2W2 der zweiten Empfangsspule 16B und mit einem zweiten Ende an einem Kontaktpunkt 24 mit einem Ende der zweiten Schleifenstruktur 18B der ersten Windung 2W1 der zweiten Empfangsspule 16B verbunden. Die vierte Verbindungsstruktur 20D2 der zweiten Empfangsspule 16B verbindet die erste Schleifenstruktur 18A der ersten Windung 2W1 mit der zweiten Schleifenstruktur 18B der zweiten Windung 2W2 der zweiten Empfangsspule 16B. Hierzu ist das gerade Leiterbahnstück 22 der vierten Verbindungsstruktur 20D2 in der unteren Ebene des Schaltungsträgers 11 mit einem ersten Ende an einem Kontaktpunkt 24 mit einem Ende der ersten Schleifenstruktur 18A der ersten Windung 2W1 der zweiten Empfangsspule 16B und mit einem zweiten Ende an einem Kontaktpunkt 24, welcher eine Durchkontaktierung DK ersetzt, mit einem Ende der zweiten Schleifenstruktur 18B der zweiten Windung 2W2 der zweiten Empfangsspule 16B verbunden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10 2020 206 396 A1 [0003]