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DE102023102164B4 - Secondary coil arrangement for an inductive encoder - Google Patents

Secondary coil arrangement for an inductive encoder Download PDF

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DE102023102164B4
DE102023102164B4 DE102023102164.8A DE102023102164A DE102023102164B4 DE 102023102164 B4 DE102023102164 B4 DE 102023102164B4 DE 102023102164 A DE102023102164 A DE 102023102164A DE 102023102164 B4 DE102023102164 B4 DE 102023102164B4
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Patrick Albrand
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PWB Encoders GmbH
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PWB Encoders GmbH
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    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G01D5/12Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
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    • G01D5/2046Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the mutual induction between two or more coils by a movable ferromagnetic element, e.g. a core

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sekundärspulenanordnung (1) für einen induktiven Encoder (10), wobei die Sekundärspulenanordnung (1) eine Vielzahl von als Leiterbahnen auf einer Leiterplatte ausgebildeten und untereinander kreuzungsfrei elektrisch verbundenen Teilsegmenten (2.1, 2.2) einer Sinusfunktion und/oder eine Vielzahl von als Leiterbahnen auf der Leiterplatte ausgebildeten untereinander kreuzungsfrei elektrisch verbundenen Teilsegmenten (3.1, 3.2) einer Cosinusfunktion aufweist, wobei diese Teilsegmente (2.1, 2.2, 3.1, 3.2) die Sinusfunktion bzw. die Cosinusfunktion abschnittsweise mit periodischen Unterbrechungen nachbilden, (3.1, 3.2).

Figure DE102023102164B4_0000
The invention relates to a secondary coil arrangement (1) for an inductive encoder (10), wherein the secondary coil arrangement (1) has a plurality of sub-segments (2.1, 2.2) of a sine function formed as conductor tracks on a circuit board and electrically connected to one another without crossing and/or a plurality of sub-segments (3.1, 3.2) of a cosine function formed as conductor tracks on the circuit board and electrically connected to one another without crossing, wherein these sub-segments (2.1, 2.2, 3.1, 3.2) simulate the sine function or the cosine function in sections with periodic interruptions (3.1, 3.2).
Figure DE102023102164B4_0000

Description

Die Erfindung betrifft eine Sekundärspulenanordnung für_einen induktiven Encoder.The invention relates to a secondary coil arrangement for an inductive encoder.

Induktive Encoder werden beispielsweise für Weg- und Winkelmessungen eingesetzt, die starken umweltbedingten Störeinflüssen unterliegen. Solche induktiven Encoder können ähnlich einem Transformator mit einer einspeisenden Primärspule und einer Sekundärspule aufgebaut sein, an der eine induzierte Spannung gemessen wird. Die Funktionsweise des induktiven Encoders hängt dabei stark von der Geometrie der Primärspule und der Sekundärspule ab. Es wird insbesondere angestrebt, die Geometrie der Spulen so zu konstruieren, dass an der Sekundärspule sinusförmige Signale mit hoher Güte entstehen und ausgewertet werden können. Dabei wird für die Ausführung der Geometrie der Spulen von induktiven Encodern beispielsweise Leiterplattenmaterial verwendet. Auf dem Leiterplattenmaterial sind Durchkontaktierungen technisch realisierbar und somit auch Kreuzungen möglich, die das Design der Spule erleichtern. Durchkontaktierungen wirken sich jedoch negativ auf die Signalgüte aus und verhindern eine weitreichende Verkürzung der Periodenlänge.Inductive encoders are used, for example, for path and angle measurements that are subject to strong environmental interference. Such inductive encoders can be constructed in a similar way to a transformer with a primary coil that feeds in and a secondary coil on which an induced voltage is measured. The way the inductive encoder works depends heavily on the geometry of the primary coil and the secondary coil. The aim is in particular to design the geometry of the coils in such a way that sinusoidal signals with high quality are generated and can be evaluated on the secondary coil. For example, circuit board material is used to create the geometry of the coils of inductive encoders. Vias are technically feasible on the circuit board material and thus crossings are also possible, which makes the design of the coil easier. However, vias have a negative effect on the signal quality and prevent a significant shortening of the period length.

Die Sekundärspulen sind im Stand der Technik meist sinusförmig und cosinusförmig ausgeführt. Bei der Modulation mit einem der Periodenlänge entsprechend gestalteten Target ergeben sich somit Sinus-Signale und Cosinus-Signale. Diese ermöglichen eine absolute Winkelauswertung durch die Arcustangensfunktion über eine Periode.In the current state of the art, the secondary coils are usually designed to be sinusoidal and cosinusoidal. When modulated with a target designed to match the period length, sinusoidal signals and cosinusoidal signals are produced. These enable absolute angle evaluation using the arctangent function over a period.

Bei solchen Spulengeometrien entstehen Kreuzungen, die den Einsatz von Durchkontaktierungen notwendig machen. Dies hat jedoch den Nachteil, dass die Anzahl der Perioden, und die damit verbundene Auflösung des Encoders durch den erhöhten Platzbedarf der Durchkontaktierungen in seinem Maximum beschränkt ist. Die Verwendung von mehreren Lagen im Leiterplattenmaterial bewirkt zudem Offset- und Linearitätsverschiebungen, da das Target nicht immer denselben Abstand zur Sekundärspule besitzt. In den Kupferflächen der Durchkontaktierungen wird außerdem ebenfalls eine Spannung induziert, die einen negativen Einfluss auf das Messsignal haben kann.Such coil geometries result in intersections that require the use of vias. However, this has the disadvantage that the number of periods and the associated resolution of the encoder is limited to its maximum due to the increased space required by the vias. The use of multiple layers in the circuit board material also causes offset and linearity shifts, as the target is not always the same distance from the secondary coil. A voltage is also induced in the copper surfaces of the vias, which can have a negative influence on the measurement signal.

DE 103 20 990 A1 beschreibt einen induktiven Drehwinkelsensor, bestehend aus

  • - einer Leiterplatte, auf der eine Erregerleiterbahn und mindestens eine Empfängerleiterbahn aufgebracht sind, wobei die mindestens eine Empfängerleiterbahn einen ersten Teilabschnitt aufweist, der in einer ersten Ebene verläuft, und einen zweiten Teilabschnitt aufweist, der in einer zweiten Ebene verläuft,
  • - einem Teilungselement, welches relativ zur Leiterplatte drehbar ist und eine Teilungsspur umfasst, die aus alternierend angeordneten, elektrisch leitfähigen und nichtleitfähigen Teilungsbereichen besteht, wobei die mindestens eine Empfängerleiterbahn innerhalb einer Umdrehung relativ zum Teilungselement eine ungerade Anzahl von Signalperioden liefert, wobei der erste Teilabschnitt der mindestens einen Empfängerleiterbahn eine größere Länge aufweist als der zweite Teilabschnitt.
DE 103 20 990 A1 describes an inductive angle sensor consisting of
  • - a printed circuit board on which an excitation conductor track and at least one receiver conductor track are applied, wherein the at least one receiver conductor track has a first partial section which runs in a first plane and a second partial section which runs in a second plane,
  • - a dividing element which is rotatable relative to the circuit board and comprises a dividing track which consists of alternately arranged, electrically conductive and non-conductive dividing regions, wherein the at least one receiver conductor track delivers an odd number of signal periods within one revolution relative to the dividing element, wherein the first subsection of the at least one receiver conductor track has a greater length than the second subsection.

DE 102021 121 052 A1 beschreibt eine Sekundärspulenanordnung für ein induktives Encodersystem mit einer Mehrzahl an Sekundärspulen, wobei jede Sekundärspule eine Sekundärspulenleiterbahn aufweist, wobei die Sekundärspulenleiterbahnen kreuzungsfrei auf einem Leitungsträger angeordnet sind. Ferner ist ein induktives Encodersystem mit mindestens einer Primärspule beschrieben, die einen Modulationsbereich aufweist, sowie mindestens einer Empfängerspur, die mindestens einen Empfängerleitungssatz und eine vorstehend genannte Sekundärspulenanordnung aufweist, wobei die Sekundärspulenanordnung innerhalb des Modulationsbereichs angeordnet ist. EN 102021 121 052 A1 describes a secondary coil arrangement for an inductive encoder system with a plurality of secondary coils, each secondary coil having a secondary coil conductor track, the secondary coil conductor tracks being arranged without crossing on a conductor carrier. Furthermore, an inductive encoder system is described with at least one primary coil having a modulation region, and at least one receiver track having at least one receiver line set and an above-mentioned secondary coil arrangement, the secondary coil arrangement being arranged within the modulation region.

DE 10 2004 026 311 A1 beschreibt einen Positionsgeber, umfassend mindestens zwei Senderspulen und eine Empfängerspule und eine relativ zu den Spulen bewegbar angeordnete Teilungsstruktur, wobei Teilungsstruktur, Senderspulenwicklungen und Empfängerspulenwicklung im Wesentlichen in zueinander parallel liegenden Ebenen oder zumindest Quasi-Ebenen angeordnet sind, wobei Senderspulen und Empfängerspule induktiv und/oder kapazitiv gekoppelt sind und die Stärke der Kopplung von der zu den Spulen relativen Position und/oder Orientierung der Teilungsstruktur abhängig veränderbar ist, wobei jede Senderspulenwicklung mindestens zwei Bereiche umschließt, die zueinander unterschiedliche Magnetflussrichtung erzeugen, wobei die Bereiche der ersten und zweiten Senderspulenwicklung überlappend angeordnet sind, die Empfängerspulenwicklung derart geformt ist, dass ihre Leiterschleife und/oder Wicklung im Wesentlichen der Einhüllenden aller Bereiche der Senderspulenwicklungen folgt. EN 10 2004 026 311 A1 describes a position sensor comprising at least two transmitter coils and one receiver coil and a division structure arranged to be movable relative to the coils, wherein the division structure, transmitter coil windings and receiver coil winding are arranged essentially in planes that are parallel to one another or at least quasi-planes, wherein the transmitter coils and receiver coil are inductively and/or capacitively coupled and the strength of the coupling can be changed depending on the position and/or orientation of the division structure relative to the coils, wherein each transmitter coil winding encloses at least two regions that generate different magnetic flux directions relative to one another, wherein the regions of the first and second transmitter coil windings are arranged to overlap, the receiver coil winding is shaped such that its conductor loop and/or winding essentially follows the envelope of all regions of the transmitter coil windings.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine neuartige Sekundärspulenanordnung für einen induktiven Encoder anzugeben.The invention is based on the object of specifying a novel secondary coil arrangement for an inductive encoder.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Sekundärspulenanordnung für einen induktiven Encoder mit den Merkmalen des Anspruchs 1.The object is achieved according to the invention by a secondary coil arrangement for an inductive encoder with the features of claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the subclaims.

Eine erfindungsgemäße Sekundärspulenanordnung weist eine Vielzahl von als Leiterbahnen auf einer Leiterplatte ausgebildeten und untereinander kreuzungsfrei elektrisch verbundenen Teilsegmenten einer Sinusfunktion und eine Vielzahl von als Leiterbahnen auf der Leiterplatte ausgebildeten untereinander kreuzungsfrei elektrisch verbundenen Teilsegmenten einer Cosinusfunktion auf. Diese Teilsegmente bilden die Sinusfunktion bzw. die Cosinusfunktion abschnittsweise mit periodischen Unterbrechungen nach.A secondary coil arrangement according to the invention has a plurality of sub-segments of a sine function, which are designed as conductor tracks on a circuit board and are electrically connected to one another without crossing, and a plurality of sub-segments of a cosine function, which are designed as conductor tracks on the circuit board and are electrically connected to one another without crossing. These sub-segments reproduce the sine function or the cosine function in sections with periodic interruptions.

Die auf diese Weise gebildeten Abschnitte der Sinusfunktion und/oder der Cosinusfunktion können eine mäanderähnliche Form bilden Das mit dieser Sekundärspulenanordnung generierte elektrische Signal weist eine hohe Güte auf.The sections of the sine function and/or the cosine function formed in this way can form a meander-like shape. The electrical signal generated with this secondary coil arrangement has a high quality.

In einer Ausführungsform greifen die der Sinusfunktion zugeordneten Teilsegmente in die Unterbrechungen der Cosinusfunktion ein und die der Cosinusfunktion zugeordneten Teilsegmente greifen in die Unterbrechungen der Sinusfunktion ein.In one embodiment, the subsegments assigned to the sine function intervene in the interruptions of the cosine function and the subsegments assigned to the cosine function intervene in the interruptions of the sine function.

Auf diese Weise werden die Teilsegmente miteinander verschachtelt und somit Verbindungslinien reduziert und die Steigung bei kürzeren Periodenlängen reduziert.In this way, the subsegments are nested with each other, thus reducing connecting lines and reducing the slope at shorter period lengths.

Die erfindungsgemäße Lösung stellt mäanderähnliche, kreuzungsfreie und durchkontaktierungsfreie Spulen-Geometrien bereit, die den Vorteil haben, fertigungstechnisch variabel bei der Wahl der Materialen zu sein.The solution according to the invention provides meander-like, crossing-free and through-hole-free coil geometries, which have the advantage of being variable in terms of manufacturing technology in the choice of materials.

Die erfindungsgemäße Geometrie der Spulen ermöglicht es, auf Durchkontaktierungen zu verzichten, da diese bei der erfindungsgemäßen Geometrie nicht mehr notwendig für die Funktionsweise des induktiven Encoders sind. Auf diese Weise ist eine Skalierbarkeit der Auflösung und der Größe des Encoders möglich, die lediglich abhängig von der Strukturbreite der Leiterbahnen ist. Dies erlaubt eine erheblich höhere Auflösung und die fertigungstechnische Verwendung anderer Trägermaterialen. Wird die gesamte Geometrie der Sekundärspulen auf einer Lage realisiert, so weist das Target immer denselben Abstand zu den Sekundärspulen auf und verhindert so Linearitätsverschiebungen sowie Amplitudensprünge.The geometry of the coils according to the invention makes it possible to dispense with through-holes, since these are no longer necessary for the inductive encoder to function with the geometry according to the invention. In this way, the resolution and size of the encoder can be scaled, which is only dependent on the structure width of the conductor tracks. This allows a significantly higher resolution and the use of other carrier materials in production. If the entire geometry of the secondary coils is realized on one layer, the target always has the same distance from the secondary coils, thus preventing linearity shifts and amplitude jumps.

Erfindungsgemäß ist mindestens eines oder jedes der Teilsegmente als ein zumindest annähernd S-förmiger Abschnitt einer Sinusfunktion bzw. Cosinusfunktion von deren Minimum bis zum nachfolgenden Maximum oder von deren Maximum bis zum nachfolgenden Minimum ausgebildet.According to the invention, at least one or each of the sub-segments is designed as an at least approximately S-shaped section of a sine function or cosine function from its minimum to the subsequent maximum or from its maximum to the subsequent minimum.

In einer Ausführungsform sind für die Sinusfunktion entlang einer Längsrichtung oder Rotationsrichtung des Encoders in mindestens einer Ebene oder mindestens einem Kreis jeweils eine Mehrzahl von Paaren von Teilsegmenten aus jeweils einem ersten Teilsegment und einem zweiten Teilsegment periodisch mit einem Abstand von beispielsweise 4π, bezogen auf eine Periodendauer dieser Sinusfunktion, angeordnet. Das zweite Teilsegment des Paars ist mit seinem Minimum bei der Position des Maximums des ersten Teilsegments in Längsrichtung oder Rotationsrichtung oder mit seinem Maximum bei der Position des Minimums des ersten Teilsegments in Längsrichtung oder Rotationsrichtung angeordnet. Die Maxima oder Minima der beiden Teilsegmente des Paars in einer der Ebenen oder einem der Kreise sind miteinander durch ein Leiterbahnsegment verbunden, wobei das nächste Paar von Teilsegmenten für die Sinusfunktion in einem Abstand von 2π ab dem Ende des hier betrachteten vorherigen Paars oder 4π ab dem Beginn des hier betrachteten vorherigen Paars folgt, wobei das Minimum oder Maximum des zweiten Teilsegments des oder jedes Paars in einer der Ebenen oder einem der Kreise mit dem Minimum bzw. Maximum des ersten Teilsegments des jeweils nachfolgenden Paars durch ein Leiterbahnsegment verbunden ist.In one embodiment, for the sine function along a longitudinal direction or rotation direction of the encoder, a plurality of pairs of sub-segments each consisting of a first sub-segment and a second sub-segment are arranged periodically with a distance of, for example, 4π, based on a period of this sine function, in at least one plane or at least one circle. The second sub-segment of the pair is arranged with its minimum at the position of the maximum of the first sub-segment in the longitudinal direction or rotation direction or with its maximum at the position of the minimum of the first sub-segment in the longitudinal direction or rotation direction. The maxima or minima of the two sub-segments of the pair in one of the planes or one of the circles are connected to each other by a conductor track segment, the next pair of sub-segments for the sine function following at a distance of 2π from the end of the previous pair considered here or 4π from the beginning of the previous pair considered here, the minimum or maximum of the second sub-segment of the or each pair in one of the planes or one of the circles being connected to the minimum or maximum of the first sub-segment of the respective subsequent pair by a conductor track segment.

In einer Ausführungsform sind für die Cosinusfunktion entlang einer Längsrichtung oder Rotationsrichtung des Encoders in mindestens einer Ebene oder mindestens einem Kreis eine Mehrzahl von Paaren von Teilsegmenten aus jeweils einem ersten Teilsegment und einem zweiten Teilsegment periodisch mit einem Abstand von beispielsweise 4π, bezogen auf eine Periodendauer dieser Cosinusfunktion, angeordnet. Das zweite Teilsegment des Paars ist mit seinem Minimum bei der Position des Maximums des ersten Teilsegments in Längsrichtung oder Rotationsrichtung oder mit seinem Maximum bei der Position des Minimums des ersten Teilsegments in Längsrichtung oder Rotationsrichtung angeordnet. Die Maxima oder Minima der beiden Teilsegmente des Paars in einer der Ebenen oder einem der Kreise sind miteinander durch ein Leiterbahnsegment verbunden. Das nächste Paar von Teilsegmenten für die Cosinusfunktion folgt in einem Abstand von 2π ab dem Ende des hier betrachteten vorherigen Paars oder 4π ab dem Beginn des hier betrachteten vorherigen Paars, wobei das Maximum oder Minimum des zweiten Teilsegments des oder jedes Paars in einer der Ebenen oder einem der Kreise mit dem Maximum bzw. Minimum des ersten Teilsegments des jeweils nachfolgenden Paars durch ein Leiterbahnsegment verbunden ist.In one embodiment, for the cosine function along a longitudinal direction or rotation direction of the encoder, a plurality of pairs of sub-segments each consisting of a first sub-segment and a second sub-segment are arranged periodically with a distance of, for example, 4π, based on a period of this cosine function, in at least one plane or at least one circle. The second sub-segment of the pair is arranged with its minimum at the position of the maximum of the first sub-segment in the longitudinal direction or rotation direction, or with its maximum at the position of the minimum of the first sub-segment in the longitudinal direction or rotation direction. The maxima or minima of the two sub-segments of the pair in one of the planes or one of the circles are connected to one another by a conductor track segment. The next pair of subsegments for the cosine function follows at a distance of 2π from the end of the previous pair considered here or 4π from the beginning of the previous pair considered here, whereby the maximum or minimum of the second subsegment of the or each pair in one of the planes or one of the circles is connected to the maximum or minimum of the first subsegment of the respective subsequent pair by a conductor track segment.

In einer Ausführungsform überschneiden sich ein oder mehrere Paare oder alle Paare von Teilsegmenten für die Cosinusfunktion in ihrer Position mit jeweils einem Paar von Teilsegmenten für die Sinusfunktion, wobei die Überschneidung insbesondere π 2

Figure DE102023102164B4_0001
beträgt.In one embodiment, one or more pairs or all pairs of subsegments for the cosine function overlap in their position with a pair of sub-segments for the sine function, whereby the overlap in particular π 2
Figure DE102023102164B4_0001
amounts.

In einer Ausführungsform verläuft das Leiterbahnsegment in Längsrichtung oder Rotationsrichtung. Anderenfalls wäre eine zusätzliche Flächenänderung die Folge und damit verbunden eine Verfälschung des Signals.In one embodiment, the conductor track segment runs in the longitudinal direction or rotational direction. Otherwise, an additional change in area would be the result and, as a result, a distortion of the signal.

In einer Ausführungsform ist das Leiterbahnsegment jeweils in einer Querrichtung oder Radialrichtung von den jeweiligen Maxima bzw. Minima um einen Abstand versetzt angeordnet.In one embodiment, the conductor track segment is arranged offset by a distance in a transverse direction or radial direction from the respective maxima or minima.

In einer Ausführungsform sind mindestens zwei einander in Längsrichtung parallele Ebenen oder in Rotationsrichtung konzentrische Kreise vorgesehen, in denen jeweils eine Mehrzahl von Paaren von Teilsegmenten für die Sinusfunktion und/oder Cosinusfunktion angeordnet ist, wobei einander entsprechende Teilsegmente in einander benachbarten Ebenen oder Kreisen zueinander in Reihe geschaltet sind, wobei die Minima oder Maxima der beiden Teilsegmente eines Paars in einer der Ebenen oder in einem der Kreise miteinander durch ein Leiterbahnsegment verbunden sind, wobei das Maximum oder Minimum des zweiten Teilsegments eines oder jedes Paars in einer anderen Ebene oder einem anderen Kreis mit dem Maximum oder Minimum des ersten Teilsegments des jeweils nachfolgenden Paars in derselben Ebene oder im selben Kreis durch ein Leiterbahnsegment verbunden ist.In one embodiment, at least two planes parallel to one another in the longitudinal direction or circles concentric in the direction of rotation are provided, in each of which a plurality of pairs of sub-segments for the sine function and/or cosine function are arranged, wherein corresponding sub-segments in adjacent planes or circles are connected in series with one another, wherein the minima or maxima of the two sub-segments of a pair in one of the planes or in one of the circles are connected to one another by a conductor track segment, wherein the maximum or minimum of the second sub-segment of one or each pair in another plane or another circle is connected to the maximum or minimum of the first sub-segment of the respective subsequent pair in the same plane or in the same circle by a conductor track segment.

In einer Ausführungsform sind in jeder Ebene oder in jedem Kreis jeweils nur als zumindest annähernd S-förmiger Abschnitt einer Sinusfunktion bzw. Cosinusfunktion von deren Minimum bis zum nachfolgenden Maximum ausgebildete Teilsegmente oder jeweils nur als zumindest annähernd S-förmiger Abschnitt einer Sinusfunktion bzw. Cosinusfunktion von deren Maximum bis zum nachfolgenden Minimum ausgebildete Teilsegmente angeordnet. Innerhalb einer Ebene oder eines Kreises sind also nur gleichartig ausgebildete Teilsegmente angeordnet.In one embodiment, in each plane or in each circle, only partial segments formed as at least approximately S-shaped sections of a sine function or cosine function from its minimum to the subsequent maximum are arranged, or only partial segments formed as at least approximately S-shaped sections of a sine function or cosine function from its maximum to the subsequent minimum are arranged. Only partial segments formed in the same way are therefore arranged within a plane or a circle.

In einer Ausführungsform sind mindestens zwei einander in Längsrichtung parallele Ebenen oder in Rotationsrichtung konzentrische Kreise vorgesehen, wobei in zumindest einer der Ebenen oder in zumindest einem der Kreise jeweils nur als zumindest annähernd S-förmiger Abschnitt einer Sinusfunktion bzw. Cosinusfunktion von deren Minimum bis zum nachfolgenden Maximum ausgebildete Teilsegmente angeordnet sind, wobei in zumindest einer anderen der Ebenen oder in zumindest einem anderen der Kreise jeweils nur als zumindest annähernd S-förmiger Abschnitt einer Sinusfunktion bzw. Cosinusfunktion von deren Maximum bis zum nachfolgenden Minimum ausgebildete Teilsegmente angeordnet sind. Bei mehr als einer Ebene oder mehr als einem Kreis können also in einem Kreis anders ausgebildete Teilsegmente angeordnet sein als in einem anderen der Kreise. In anderen Ausführungsformen können aber auch in mehreren oder allen Ebenen oder Kreisen gleichartig ausgebildete Teilsegmente angeordnet sein.In one embodiment, at least two planes parallel to one another in the longitudinal direction or circles concentric in the direction of rotation are provided, wherein in at least one of the planes or in at least one of the circles only partial segments are arranged which are designed as at least approximately S-shaped sections of a sine function or cosine function from its minimum to the subsequent maximum, wherein in at least one other of the planes or in at least one other of the circles only partial segments are arranged which are designed as at least approximately S-shaped sections of a sine function or cosine function from its maximum to the subsequent minimum. If there is more than one plane or more than one circle, different partial segments can be arranged in one circle than in another of the circles. In other embodiments, however, similar partial segments can also be arranged in several or all planes or circles.

Die Leiterbahnen können alle in einer Lage auf der Leiterplatte angeordnet sein.The conductor tracks can all be arranged in one layer on the circuit board.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein induktiver Encoder vorgeschlagen, umfassend eine Primärspule, eine Sekundärspulenanordnung wie oben beschrieben und ein relativ zur Sekundärspulenanordnung bewegliches Target zur Feldschwächung eines von der Primärspule bei Beaufschlagung mit einer Wechselspannung erzeugten magnetischen Wechselfelds an der Sekundärspulenanordnung.According to one aspect of the present invention, an inductive encoder is proposed, comprising a primary coil, a secondary coil arrangement as described above and a target movable relative to the secondary coil arrangement for field weakening of an alternating magnetic field generated by the primary coil when subjected to an alternating voltage at the secondary coil arrangement.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.

Darin zeigen:

  • 1 einen induktiven Encoder mit einer Sekundärspulenanordnung,
  • 2 eine schematische Ansicht einer durch Feldschwächung mittels eines Targets modulierten, in der Sekundärspulenanordnung induzierten Spannung,
  • 3 eine schematische Ansicht eines rotatorischen induktiven Encoders,
  • 4 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines rotatorischen induktiven Encoders,
  • 5 eine schematische Ansicht mehrerer sinusförmiger Teilsegmente mit unterschiedlicher Periodenlänge,
  • 6 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines linearen induktiven Encoders,
  • 7 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines linearen induktiven Encoders,
  • 8 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines rotatorischen induktiven Encoders, und
  • 9 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines rotatorischen induktiven Encoders.
Shown here:
  • 1 an inductive encoder with a secondary coil arrangement,
  • 2 a schematic view of a voltage induced in the secondary coil arrangement modulated by field weakening by means of a target,
  • 3 a schematic view of a rotary inductive encoder,
  • 4 a schematic view of another embodiment of a rotary inductive encoder,
  • 5 a schematic view of several sinusoidal sub-segments with different period lengths,
  • 6 a schematic view of another embodiment of a linear inductive encoder,
  • 7 a schematic view of another embodiment of a linear inductive encoder,
  • 8 a schematic view of another embodiment of a rotary inductive encoder, and
  • 9 a schematic view of another embodiment of a rotary inductive encoder.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided with the same reference numerals in all figures.

1 zeigt eine Ausführungsform einer Sekundärspulenanordnung 1 eines induktiven Encoders 10. 1 shows an embodiment of a secondary coil arrangement 1 of an inductive encoder 10.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird anstelle der im Stand der Technik üblichen Sekundärspulen mit sinusförmiger und cosinusförmiger Geometrie eine mäanderartige Sekundärspulenanordnung 1 vorgeschlagen, die eine Vielzahl von als Leiterbahnen ausgebildeten Teilsegmenten 2.1, 2.2 einer Sinusfunktion und eine Vielzahl von Teilsegmenten 3.1, 3.2 einer Cosinusfunktion mit einer Länge von jeweils 180° oder π hinsichtlich einer Periodenlänge der betrachteten Sinusfunktion oder Cosinusfunktion von 2π aufweist. Diese Teilsegmente 2.1, 2.2 bzw. 3.1, 3.2 werden über zwei Perioden in einer solchen Weise miteinander verbunden, dass keine Kreuzungen entstehen. Diese Teilsegmente 2.1, 2.2 bzw. 3.1, 3.2 spannen eine Fläche auf, die für die Modulation mit einem Target 4 genutzt wird. Diese Fläche wird von einem durch eine Primärspule 11 erzeugten Wechselfeld durchdrungen, beispielsweise durch Beaufschlagung der Primärspule 11 mit einem Sinussignal. Somit wird in der Sekundärspulenanordnung 1 eine Wechselspannung induziert, welche man als Träger bezeichnet.According to the present invention, instead of the secondary coils with sinusoidal and cosinusoidal geometry that are usual in the prior art, a meandering secondary coil arrangement 1 is proposed, which has a plurality of sub-segments 2.1, 2.2 of a sine function designed as conductor tracks and a plurality of sub-segments 3.1, 3.2 of a cosine function with a length of 180° or π in relation to a period length of the sine function or cosine function under consideration of 2π. These sub-segments 2.1, 2.2 or 3.1, 3.2 are connected to one another over two periods in such a way that no crossings occur. These sub-segments 2.1, 2.2 or 3.1, 3.2 span an area that is used for modulation with a target 4. This surface is penetrated by an alternating field generated by a primary coil 11, for example by applying a sinusoidal signal to the primary coil 11. An alternating voltage is thus induced in the secondary coil arrangement 1, which is referred to as a carrier.

Erfindungsgemäß ist jedes der Teilsegmente 2.1, 2.2 bzw. 3.1, 3.2 als ein zumindest annähernd S-förmiger Abschnitt einer Sinusfunktion bzw. Cosinusfunktion von deren Minimum bis zum nachfolgenden Maximum (das heißt π 2

Figure DE102023102164B4_0002
bis + π 2
Figure DE102023102164B4_0003
bei der Sinusfunktion und π bis 2π bei der Cosinusfunktion) ausgebildet. Dabei sind für die Sinusfunktion entlang einer Längsrichtung x des Encoders 10 eine Mehrzahl von Paaren von Teilsegmenten 2.1, 2.2 periodisch mit einem Abstand von beispielsweise 4π, bezogen auf eine Periodendauer dieser Sinusfunktion, angeordnet, wobei ein erstes Teilsegment 2.1 eines Paars mit seinem Minimum bei der Position π 2
Figure DE102023102164B4_0004
und seinem Maximum bei der Position + π 2
Figure DE102023102164B4_0005
2 2 angeordnet ist, wobei ein zweites Teilsegment 2.2 des Paars mit seinem Minimum bei der Position π 2
Figure DE102023102164B4_0006
und seinem Maximum bei der Position + 2
Figure DE102023102164B4_0007
angeordnet ist. Dabei sind die Maxima der beiden Teilsegmente 2.1, 2.2 des Paars miteinander durch ein in Längsrichtung x verlaufendes Leiterbahnsegment 5 verbunden. Das nächste Paar folgt in einem Abstand von 2π ab dem Ende des vorherigen Paars oder 4π ab dem Beginn des vorherigen Paars, das heißt ein erstes Teilsegment 2.1 des nächsten Paars ist mit seinem Minimum bei der Position 2
Figure DE102023102164B4_0008
und seinem Maximum bei der Position + 2
Figure DE102023102164B4_0009
angeordnet, wobei ein zweites Teilsegment 2.2 des nächsten Paars mit seinem Minimum bei der Position 2
Figure DE102023102164B4_0010
und seinem Maximum bei der Position + 11π 2
Figure DE102023102164B4_0011
angeordnet ist. Das Minimum des zweiten Teilsegments 2.2 eines oder jedes Paars ist mit dem Minimum des ersten Teilsegments 2.1 des jeweils nachfolgenden Paars durch ein in Längsrichtung x verlaufendes Leiterbahnsegment 6 verbunden.According to the invention, each of the sub-segments 2.1, 2.2 or 3.1, 3.2 is designed as an at least approximately S-shaped section of a sine function or cosine function from its minimum to the subsequent maximum (i.e. π 2
Figure DE102023102164B4_0002
until + π 2
Figure DE102023102164B4_0003
for the sine function and π to 2π for the cosine function). For the sine function, a plurality of pairs of sub-segments 2.1, 2.2 are arranged periodically along a longitudinal direction x of the encoder 10 with a distance of, for example, 4π, based on a period of this sine function, with a first sub-segment 2.1 of a pair having its minimum at the position π 2
Figure DE102023102164B4_0004
and its maximum at the position + π 2
Figure DE102023102164B4_0005
2 2, wherein a second sub-segment 2.2 of the pair has its minimum at the position π 2
Figure DE102023102164B4_0006
and its maximum at the position + 2
Figure DE102023102164B4_0007
The maxima of the two sub-segments 2.1, 2.2 of the pair are connected to each other by a conductor track segment 5 running in the longitudinal direction x. The next pair follows at a distance of 2π from the end of the previous pair or 4π from the beginning of the previous pair, i.e. a first sub-segment 2.1 of the next pair has its minimum at the position 2
Figure DE102023102164B4_0008
and its maximum at the position + 2
Figure DE102023102164B4_0009
arranged, with a second sub-segment 2.2 of the next pair having its minimum at the position 2
Figure DE102023102164B4_0010
and its maximum at the position + 11π 2
Figure DE102023102164B4_0011
The minimum of the second sub-segment 2.2 of one or each pair is connected to the minimum of the first sub-segment 2.1 of the respective subsequent pair by a conductor track segment 6 running in the longitudinal direction x.

Dabei kann das Leiterbahnsegment 5, 6 jeweils in einer Querrichtung y, das heißt quer zur Längsrichtung x, von den jeweiligen Maxima bzw. Minima um einen insbesondere geringen Abstand versetzt angeordnet sein. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich.The conductor track segment 5, 6 can be arranged offset from the respective maxima or minima by a particularly small distance in a transverse direction y, i.e. transverse to the longitudinal direction x. However, this is not absolutely necessary.

In ähnlicher Weise sind für die Cosinusfunktion entlang der Längsrichtung x des Encoders 10 eine Mehrzahl von Paaren von Teilsegmenten 3.1, 3.2 periodisch mit einem Abstand von beispielsweise 4π, bezogen auf eine Periodendauer dieser Cosinusfunktion, angeordnet, wobei ein erstes Teilsegment 3.1 eines Paars mit seinem Minimum bei der Position π und seinem Maximum bei der Position 2π angeordnet ist, wobei ein zweites Teilsegment 3.2 des Paars mit seinem Minimum bei der Position 2π und seinem Maximum bei der Position 3π angeordnet ist. Dabei sind die Minima der beiden Teilsegmente 3.1, 3.2 des Paars miteinander durch ein in der Längsrichtung x verlaufendes Leiterbahnsegment 7 verbunden. Das nächste Paar folgt in einem Abstand von 2π ab dem Ende des vorherigen Paars oder 4π ab dem Beginn des vorherigen Paars, das heißt ein erstes Teilsegment 3.1 des nächsten Paars ist mit seinem Minimum bei der Position 5π und seinem Maximum bei der Position 6π angeordnet, wobei ein zweites Teilsegment 3.2 des nächsten Paars mit seinem Minimum bei der Position 6π und seinem Maximum bei der Position 7π angeordnet ist. Das Maximum des zweiten Teilsegments 3.2 eines oder jedes Paars ist mit dem Maximum des ersten Teilsegments 3.1 des jeweils nachfolgenden Paars durch ein in Längsrichtung x verlaufendes Leiterbahnsegment 8 verbunden.Similarly, for the cosine function along the longitudinal direction x of the encoder 10, a plurality of pairs of sub-segments 3.1, 3.2 are arranged periodically with a distance of, for example, 4π, based on a period of this cosine function, wherein a first sub-segment 3.1 of a pair is arranged with its minimum at position π and its maximum at position 2π, wherein a second sub-segment 3.2 of the pair is arranged with its minimum at position 2π and its maximum at position 3π. The minima of the two sub-segments 3.1, 3.2 of the pair are connected to one another by a conductor track segment 7 running in the longitudinal direction x. The next pair follows at a distance of 2π from the end of the previous pair or 4π from the beginning of the previous pair, i.e. a first sub-segment 3.1 of the next pair is arranged with its minimum at position 5π and its maximum at position 6π, with a second sub-segment 3.2 of the next pair being arranged with its minimum at position 6π and its maximum at position 7π. The maximum of the second sub-segment 3.2 of one or each pair is connected to the maximum of the first sub-segment 3.1 of the respective subsequent pair by a conductor track segment 8 running in the longitudinal direction x.

Dabei kann das Leiterbahnsegment 7, 8 jeweils in der Querrichtung y von den jeweiligen Maxima bzw. Minima um einen insbesondere geringen Abstand versetzt angeordnet sein.In this case, the conductor track segment 7, 8 can be arranged offset in the transverse direction y from the respective maxima or minima by a particularly small distance.

Auf diese Weise sind die Sinusfunktionen und die Cosinusfunktionen der Sekundärspulenanordnung 1 miteinander verzahnt, ohne dass Kreuzungspunkte zwischen den Leiterbahnen auftreten.In this way, the sine functions and the cosine functions of the secondary coil arrangement 1 are interlocked without any crossing points occurring between the conductor tracks.

Der Encoder 10 weist ferner ein oder mehrere in der Längsrichtung x bewegliche Targets 4, vorzugsweise aus einem Metall mit einer Permeabilität <= 1 auf. Bei einem Metall oder einem magnetisierbaren oder magnetisierten Material, insbesondere einem ferromagnetischen Material hoher Permeabilität, kehrt sich das Wirkprinzip des Targets 4 um.The encoder 10 further comprises one or more targets 4 movable in the longitudinal direction x, preferably made of a metal with a permeability <= 1. In the case of a metal or a magnet izable or magnetized material, in particular a ferromagnetic material with high permeability, the operating principle of the target 4 is reversed.

Das Target 4 kann in der Längsrichtung x eine Länge von mindestens etwa π (entsprechend 180°) aufweisen. Bei einem kürzeren Target 4 verringert sich die Signalamplitude deutlich. Mit einer Länge des Targets 4 von 250° bis 270° kann die größte Amplitude erreicht werden. In der Querrichtung y kann das Target 4 eine Breite aufweisen, die über den Abstand zwischen dem Minimum und dem Maximum jedes Teilsegments 2.1, 2.2 bzw. 3.1, 3.2 hinausgeht. Beispielsweise kann die Breite des Targets 4 so gewählt sein, dass es die Teilsegmente 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 und mindestens 50% der Primärspule 11 mit abdeckt. Vorzugsweise kann eine Mehrzahl von Targets 4 vorgesehen sein, die periodisch nacheinander mit einem Abstand von π untereinander beziehungsweise mit einer Periodenlänge von 2π angeordnet sind.The target 4 can have a length of at least about π (corresponding to 180°) in the longitudinal direction x. With a shorter target 4, the signal amplitude is significantly reduced. With a length of the target 4 of 250° to 270°, the greatest amplitude can be achieved. In the transverse direction y, the target 4 can have a width that exceeds the distance between the minimum and the maximum of each sub-segment 2.1, 2.2 or 3.1, 3.2. For example, the width of the target 4 can be selected such that it covers the sub-segments 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 and at least 50% of the primary coil 11. Preferably, a plurality of targets 4 can be provided, which are arranged periodically one after the other with a distance of π from one another or with a period length of 2π.

Beim Überstreichen der Sekundärspulenanordnung 1 durch das Target 4 resultiert ein Stromverlauf durch die Teilsegmente 2.1, 2.2 der Sinusfunktion und/oder Teilsegmente 3.1, 3.2 der Cosinusfunktion der Sekundärspulenanordnung 1, bei dem die Teilsegmente 2.1, 2.2 bzw. 3.1, 3.2 alternierend in elektrisch positiver und negativer Richtung durchlaufen werden, so dass sich eine Sinusfunktion bzw. Cosinusfunktion ergibt.When the target 4 passes over the secondary coil arrangement 1, a current flow results through the sub-segments 2.1, 2.2 of the sine function and/or sub-segments 3.1, 3.2 of the cosine function of the secondary coil arrangement 1, in which the sub-segments 2.1, 2.2 or 3.1, 3.2 are alternately passed through in electrically positive and negative directions, so that a sine function or cosine function is obtained.

Im Folgenden wird die Funktionsweise des Encoders 10 anhand des Induktionsgesetzes hergeleitet: U i = N Δ B Δ t A

Figure DE102023102164B4_0012

Ui
induzierte Spannung
N
Faktor für Windungszahl der Spule
B
magnetische Flussdichte
t
Zeit
A
Fläche
In the following, the functionality of the encoder 10 is derived using the law of induction: U i = N Δ B Δ t A
Figure DE102023102164B4_0012
Wow
induced voltage
N
Factor for number of turns of the coil
B
magnetic flux density
t
Time
A
Area

Die Primärspule 11 wird mit einer sinusförmigen Wechselspannung gespeist: U ( t ) = U ^ sin ( ω τ )

Figure DE102023102164B4_0013

U
Spannung
Amplitude
ω
Kreisfrequenz
The primary coil 11 is supplied with a sinusoidal alternating voltage: U ( t ) = U ^ sin ( ω τ )
Figure DE102023102164B4_0013
U
Tension
Û
amplitude
ω
Angular frequency

Daraus ergibt sich eine harmonische Veränderung der magnetischen Flussdichte B mit der Kreisfrequenz ω: B ( t ) = B ^ cos ( ω t )

Figure DE102023102164B4_0014
This results in a harmonic change of the magnetic flux density B with the angular frequency ω: B ( t ) = B ^ cos ( ω t )
Figure DE102023102164B4_0014

Eingesetzt in das Induktionsgesetz ergibt sich folgender Zusammenhang: U 1 = N d ( B ^ c o s ( ω t ) ) d t A

Figure DE102023102164B4_0015
mit Anwendung der Kettenregel der Differenzialrechnung: U i = N B ^ ( sin ( ω t ) ω ) Α
Figure DE102023102164B4_0016
U i = N B ω Α sin ( ω t )
Figure DE102023102164B4_0017
Ist kein Target 4 zur Feldschwächung über der Sekundärspulenanordnung 1 vorhanden, so ist die induzierte Spannung Ui maximal und es findet keine Modulation statt. An der Sekundärspulenanordnung 1 wird somit eine sinusförmige Wechselspannung als induzierte Spannung Ui gemessen.Inserted into the law of induction, the following relationship results: U 1 = N d ( B ^ c O s ( ω t ) ) d t A
Figure DE102023102164B4_0015
using the chain rule of differential calculus: U i = N B ^ ( sin ( ω t ) ω ) A
Figure DE102023102164B4_0016
U i = N B ω A sin ( ω t )
Figure DE102023102164B4_0017
If there is no target 4 for field weakening above the secondary coil arrangement 1, the induced voltage U i is maximum and no modulation takes place. A sinusoidal alternating voltage is thus measured at the secondary coil arrangement 1 as the induced voltage U i .

Wird jedoch ein Target 4 über der Sekundärspulenanordnung 1 platziert, so wird das Wechselfeld unter dem Target 4 geschwächt. Dies hat zur Folge, dass sich die Größe der Fläche verändert, die vom Wechselfeld durchdrungen wird. Nimmt man Bezug auf die zuvor hergeleitete Formel für die induzierte Spannung Ui, so erkennt man, dass eine Änderung der durchdrungenen Fläche einen direkten Einfluss auf die induzierte Spannung Ui hat. Durch die Form der von den Teilsegmenten 2.1, 2.2 bzw. 3.1, 3.2 aufgespannten Fläche und dem senkrecht zur Längsrichtung x stehenden Target 4 ergibt sich bei einer linearen Bewegung des Targets 4 ein sinusförmiger Amplitudenverlauf der induzierten Spannung Ui. However, if a target 4 is placed above the secondary coil arrangement 1, the alternating field beneath the target 4 is weakened. This results in a change in the size of the area penetrated by the alternating field. If one refers to the previously derived formula for the induced voltage U i , it can be seen that a change in the penetrated area has a direct influence on the induced voltage U i . Due to the shape of the area spanned by the sub-segments 2.1, 2.2 or 3.1, 3.2 and the target 4 which is perpendicular to the longitudinal direction x, a linear movement of the target 4 results in a sinusoidal amplitude curve of the induced voltage U i .

Nimmt durch das sich bewegende Target 4 die Fläche A ab, die vom Wechselfeld durchdrungen wird, so ist die Flächenänderung negativ und die induzierte Spannung Ui damit von umgekehrter Polarität. Daraus entsteht die negative Sinus-Halbwelle und umgekehrt die positive.If the area A penetrated by the alternating field decreases due to the moving target 4, the change in area is negative and the induced voltage U i is therefore of reversed polarity. This creates the negative sine half-wave and vice versa the positive one.

2 ist eine schematische Ansicht der durch die Feldschwächung mittels des Targets 4 modulierten induzierten Spannung Ui über der Zeit t. 2 is a schematic view of the induced voltage U i modulated by the field weakening by means of the target 4 over time t.

Das Prinzip dieser Lösung kann auf lineare sowie rotative induktive Encoder angewandt werden. 3 ist eine schematische Ansicht eines rotatorischen induktiven Encoders 10 mit beispielhaft 32 Perioden pro Umdrehung, das heißt über 360°. Die oben zu 1 beschriebenen Zusammenhänge finden analog auch auf 3 Anwendung.The principle of this solution can be applied to linear as well as rotary inductive encoders. 3 is a schematic view of a rotary inductive encoder 10 with, for example, 32 periods per revolution, i.e. over 360°. The above 1 The relationships described above also apply to 3 Application.

Es ist daher auch hier eine mäanderartige Sekundärspulenanordnung 1 vorgesehen, die eine Vielzahl von als Leiterbahnen ausgebildeten Teilsegmenten 2.1, 2.2 einer Sinusfunktion und eine Vielzahl von Teilsegmenten 3.1, 3.2 einer Cosinusfunktion mit einer Länge von jeweils 180° oder π hinsichtlich der Periodenlänge der betrachteten Sinusfunktion oder Cosinusfunktion von 2π aufweist. Diese Teilsegmente 2.1, 2.2 bzw. 3.1, 3.2 werden über zwei Perioden in einer solchen Weise miteinander verbunden, dass keine Kreuzungen entstehen. Diese Teilsegmente 2.1, 2.2 bzw. 3.1, 3.2 spannen eine Fläche auf, die für die Modulation mit einem Target 4 genutzt wird. Diese Fläche wird von einem durch eine Primärspule 11 erzeugten Wechselfeld durchdrungen. Somit wird in der Sekundärspulenanordnung 1 eine Wechselspannung induziert, welche man als Träger bezeichnet.Therefore, a meandering secondary coil arrangement 1 is also provided here, which has a large number of partial segments 2.1, 2.2 of a sine function designed as conductor tracks and a large number of partial segments 3.1, 3.2 of a cosine function, each with a length of 180° or π with respect to the period length of the sine function or cosine function under consideration of 2π. These partial segments 2.1, 2.2 or 3.1, 3.2 are connected to one another over two periods in such a way that no crossings occur. These partial segments 2.1, 2.2 or 3.1, 3.2 span an area that is used for modulation with a target 4. This area is penetrated by an alternating field generated by a primary coil 11. An alternating voltage is thus induced in the secondary coil arrangement 1, which is referred to as a carrier.

Jedes der Teilsegmente 2.1, 2.2 bzw. 3.1, 3.2 ist als ein zumindest annähernd S-förmiger Abschnitt einer Sinusfunktion bzw. Cosinusfunktion von deren Minimum bis zum nachfolgenden Maximum (das heißt π 2

Figure DE102023102164B4_0018
bis + π 2
Figure DE102023102164B4_0019
bei der Sinusfunktion und π bis 2π bei der Cosinusfunktion) ausgebildet. Dabei sind für die Sinusfunktion entlang einer Rotationsrichtung d des Encoders 10 eine Mehrzahl von Paaren von Teilsegmenten 2.1, 2.2 periodisch mit einem Abstand von beispielsweise 4π, bezogen auf eine Periodendauer dieser Sinusfunktion, angeordnet, wobei ein erstes Teilsegment 2.1 eines Paars mit seinem Minimum bei der Winkelposition π 2
Figure DE102023102164B4_0020
und seinem Maximum bei der Winkelposition + π 2
Figure DE102023102164B4_0021
angeordnet ist, wobei ein zweites Teilsegment 2.2 des Paars mit seinem Minimum bei der Winkelposition π 2
Figure DE102023102164B4_0022
und seinem Maximum bei der Winkelposition + 2
Figure DE102023102164B4_0023
angeordnet ist. Dabei sind die Maxima der beiden Teilsegmente 2.1, 2.2 des Paars miteinander durch ein in Rotationsrichtung d verlaufendes Leiterbahnsegment 5 verbunden. Das nächste Paar folgt in einem Abstand von 2π ab dem Ende des vorherigen Paars oder 4π ab dem Beginn des vorherigen Paars, das heißt ein erstes Teilsegment 2.1 des nächsten Paars ist mit seinem Minimum bei der Winkelposition 2
Figure DE102023102164B4_0024
und seinem Maximum bei der Winkelposition + 2
Figure DE102023102164B4_0025
angeordnet, wobei ein zweites Teilsegment 2.2 des nächsten Paars mit seinem Minimum bei der Winkelposition 2
Figure DE102023102164B4_0026
und seinem Maximum bei der Winkelposition + 11π 2
Figure DE102023102164B4_0027
angeordnet ist. Das Minimum des zweiten Teilsegments 2.2 eines oder jedes Paars ist mit dem Minimum des ersten Teilsegments 2.1 des jeweils nachfolgenden Paars durch ein in Rotationsrichtung d verlaufendes Leiterbahnsegment 6 verbunden.Each of the sub-segments 2.1, 2.2 or 3.1, 3.2 is designed as an at least approximately S-shaped section of a sine function or cosine function from its minimum to the subsequent maximum (i.e. π 2
Figure DE102023102164B4_0018
until + π 2
Figure DE102023102164B4_0019
for the sine function and π to 2π for the cosine function). For the sine function, a plurality of pairs of sub-segments 2.1, 2.2 are arranged periodically along a direction of rotation d of the encoder 10 with a distance of, for example, 4π, based on a period of this sine function, with a first sub-segment 2.1 of a pair having its minimum at the angular position π 2
Figure DE102023102164B4_0020
and its maximum at the angular position + π 2
Figure DE102023102164B4_0021
wherein a second sub-segment 2.2 of the pair has its minimum at the angular position π 2
Figure DE102023102164B4_0022
and its maximum at the angular position + 2
Figure DE102023102164B4_0023
The maxima of the two sub-segments 2.1, 2.2 of the pair are connected to each other by a conductor track segment 5 running in the direction of rotation d. The next pair follows at a distance of 2π from the end of the previous pair or 4π from the beginning of the previous pair, i.e. a first sub-segment 2.1 of the next pair has its minimum at the angular position 2
Figure DE102023102164B4_0024
and its maximum at the angular position + 2
Figure DE102023102164B4_0025
arranged, with a second sub-segment 2.2 of the next pair having its minimum at the angular position 2
Figure DE102023102164B4_0026
and its maximum at the angular position + 11π 2
Figure DE102023102164B4_0027
The minimum of the second sub-segment 2.2 of one or each pair is connected to the minimum of the first sub-segment 2.1 of the respective subsequent pair by a conductor track segment 6 running in the direction of rotation d.

Dabei kann das Leiterbahnsegment 5, 6 jeweils in einer Radialrichtung r, das heißt rechtwinklig zur Rotationsrichtung d von den jeweiligen Maxima bzw. Minima um einen insbesondere geringen Abstand versetzt angeordnet sein.In this case, the conductor track segment 5, 6 can be arranged offset from the respective maxima or minima by a particularly small distance in a radial direction r, i.e. at right angles to the direction of rotation d.

In ähnlicher Weise sind für die Cosinusfunktion entlang der Rotationsrichtung d des Encoders 10 eine Mehrzahl von Paaren von Teilsegmenten 3.1, 3.2 periodisch mit einem Abstand von beispielsweise 4π, bezogen auf eine Periodendauer dieser Cosinusfunktion, angeordnet, wobei ein erstes Teilsegment 3.1 eines Paars mit seinem Minimum bei der Winkelposition π und seinem Maximum bei der Winkelposition 2π angeordnet ist, wobei ein zweites Teilsegment 3.2 des Paars mit seinem Minimum bei der Winkelposition 2π und seinem Maximum bei der Winkelposition 3π angeordnet ist. Dabei sind die Minima der beiden Teilsegmente 3.1, 3.2 des Paars miteinander durch ein in der Rotationsrichtung d verlaufendes Leiterbahnsegment 7 verbunden. Das nächste Paar folgt in einem Abstand von 2π ab dem Ende des vorherigen Paars oder 4π ab dem Beginn des vorherigen Paars, das heißt ein erstes Teilsegment 3.1 des nächsten Paars ist mit seinem Minimum bei der Winkelposition 5π und seinem Maximum bei der Winkelposition 6π angeordnet, wobei ein zweites Teilsegment 3.2 des nächsten Paars mit seinem Minimum bei der Winkelposition 6π und seinem Maximum bei der Winkelposition 7π angeordnet ist. Das Maximum des zweiten Teilsegments 3.2 eines oder jedes Paars ist mit dem Maximum des ersten Teilsegments 3.1 des jeweils nachfolgenden Paars durch ein in Rotationsrichtung d verlaufendes Leiterbahnsegment 8 verbunden.Similarly, for the cosine function along the direction of rotation d of the encoder 10, a plurality of pairs of sub-segments 3.1, 3.2 are arranged periodically with a distance of, for example, 4π, based on a period of this cosine function, wherein a first sub-segment 3.1 of a pair is arranged with its minimum at the angular position π and its maximum at the angular position 2π, wherein a second sub-segment 3.2 of the pair is arranged with its minimum at the angular position 2π and its maximum at the angular position 3π. The minima of the two sub-segments 3.1, 3.2 of the pair are connected to one another by a conductor track segment 7 running in the direction of rotation d. The next pair follows at a distance of 2π from the end of the previous pair or 4π from the beginning of the previous pair, i.e. a first sub-segment 3.1 of the next pair is arranged with its minimum at the angular position 5π and its maximum at the angular position 6π, with a second sub-segment 3.2 of the next pair being arranged with its minimum at the angular position 6π and its maximum at the angular position 7π. The maximum of the second sub-segment 3.2 of one or each pair is connected to the maximum of the first sub-segment 3.1 of the respective subsequent pair by a conductor track segment 8 running in the direction of rotation d.

Dabei kann das Leiterbahnsegment 7, 8 jeweils in der Radialrichtung r von den jeweiligen Maxima bzw. Minima um einen insbesondere geringen Abstand versetzt angeordnet sein.In this case, the conductor track segment 7, 8 can be arranged offset in the radial direction r from the respective maxima or minima by a particularly small distance.

Auf diese Weise sind die Sinusfunktionen und die Cosinusfunktionen der Sekundärspulenanordnung 1 miteinander verzahnt, ohne dass Kreuzungspunkte zwischen den Leiterbahnen auftreten.In this way, the sine functions and the cosine functions of the secondary coil arrangement 1 are interlocked without any crossing points occurring between the conductor tracks.

Der Encoder 10 weist ferner ein oder mehrere in der Rotationsrichtung d bewegliche Targets 4, beispielsweise aus einem Metall und/oder einem magnetisierbaren oder magnetisierten Material, insbesondere einem ferromagnetischen Material hoher Permeabilität, auf.The encoder 10 further comprises one or more targets 4 which are movable in the direction of rotation d and which are made, for example, of a metal and/or a magnetizable or magnetized material, in particular a ferromagnetic material of high permeability.

Das Target 4 oder jedes der Targets 4 kann sich in der Rotationsrichtung d über einen Winkel von etwa π erstrecken. In der Radialrichtung r kann das Target 4 eine Breite aufweisen, die über den Abstand zwischen dem Minimum und dem Maximum jedes Teilsegments 2.1, 2.2 bzw. 3.1, 3.2 hinausgeht. Insbesondere kann eine Mehrzahl von Targets 4 vorgesehen sein, die periodisch nacheinander mit einem Abstand von π untereinander beziehungsweise mit einer Periodenlänge von 2π über den Kreisumfang angeordnet sind.The target 4 or each of the targets 4 can extend in the direction of rotation d over an angle of approximately π. In the radial direction r, the target 4 can have a width which extends over the distance between the minimum and the maximum of each sub-segment 2.1, 2.2 or 3.1, 3.2. In particular, a plurality of targets 4 can be provided which are arranged periodically one after the other with a distance of π between them or with a period length of 2π over the circumference.

Auch kann das Target 4 länger als 180° elek. sein. Anhand eines Linear Entwurfes wurden unterschiedlich lange Targets 4 vermessen. Die größte Signalamplitude konnte mit 250° elek. erzielt werden.The target 4 can also be longer than 180° elec. Targets 4 of different lengths were measured using a linear design. The largest signal amplitude was achieved with 250° elec.

Wie auch aus 3 zu erkennen ist, weist die Sekundärspulenanordnung 1 keine Kreuzungen auf, so dass keine Notwendigkeit besteht, Durchkontaktierungen einzusetzen.As well as from 3 As can be seen, the secondary coil arrangement 1 has no crossings, so that there is no need to use vias.

4 ist eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines rotatorischen induktiven Encoders 10 mit einer mehrfachen Sekundärspulenanordnung 1 und einer Unterteilung in 64 Perioden über 360°. 4 is a schematic view of another embodiment of a rotary inductive encoder 10 with a multiple secondary coil arrangement 1 and a division into 64 periods over 360°.

Die oben zu 3 beschriebenen Zusammenhänge finden analog auch auf 4 Anwendung.The above 3 The relationships described above also apply to 4 Application.

Es ist daher auch hier eine mäanderartige Sekundärspulenanordnung 1 vorgesehen, die eine Vielzahl von als Leiterbahnen ausgebildeten Teilsegmenten 2.1, 2.2 einer Sinusfunktion und eine Vielzahl von Teilsegmenten 3.1, 3.2 einer Cosinusfunktion mit einer Länge von jeweils 180° oder π hinsichtlich der Periodenlänge der betrachteten Sinusfunktion oder Cosinusfunktion von 2π aufweist. Diese Teilsegmente 2.1, 2.2 bzw. 3.1, 3.2 werden über zwei Perioden in einer solchen Weise miteinander verbunden, dass keine Kreuzungen entstehen. Diese Teilsegmente 2.1, 2.2 bzw. 3.1, 3.2 spannen eine Fläche auf, die für die Modulation mit einem Target 4 genutzt wird. Diese Fläche wird von einem durch eine Primärspule 11 erzeugten Wechselfeld durchdrungen. Somit wird in der Sekundärspulenanordnung 1 eine Wechselspannung induziert, welche man als Träger bezeichnet.Therefore, a meandering secondary coil arrangement 1 is also provided here, which has a large number of partial segments 2.1, 2.2 of a sine function designed as conductor tracks and a large number of partial segments 3.1, 3.2 of a cosine function, each with a length of 180° or π with respect to the period length of the sine function or cosine function under consideration of 2π. These partial segments 2.1, 2.2 or 3.1, 3.2 are connected to one another over two periods in such a way that no crossings occur. These partial segments 2.1, 2.2 or 3.1, 3.2 span an area that is used for modulation with a target 4. This area is penetrated by an alternating field generated by a primary coil 11. An alternating voltage is thus induced in the secondary coil arrangement 1, which is referred to as a carrier.

Jedes der Teilsegmente 2.1, 2.2 bzw. 3.1, 3.2 ist als ein zumindest annähernd S-förmiger Abschnitt einer Sinusfunktion bzw. Cosinusfunktion von deren Minimum bis zum nachfolgenden Maximum (das heißt π 2

Figure DE102023102164B4_0028
bis + π 2
Figure DE102023102164B4_0029
bei der Sinusfunktion und π bis 2π bei der Cosinusfunktion) ausgebildet. Dabei sind für die Sinusfunktion entlang einer Rotationsrichtung d des Encoders 10 eine Mehrzahl von Paaren von Teilsegmenten 2.1, 2.2 periodisch mit einem Abstand von beispielsweise 4π, bezogen auf eine Periodendauer dieser Sinusfunktion, in einem äußeren Kreis 12 und einem konzentrisch im äußeren Kreis 12 angeordneten inneren Kreis 13 angeordnet, wobei in jedem der Kreise 12, 13 jeweils ein erstes Teilsegment 2.1 eines Paars mit seinem Minimum bei der Winkelposition π 2
Figure DE102023102164B4_0030
und seinem Maximum bei der Winkelposition + π 2
Figure DE102023102164B4_0031
angeordnet ist, wobei in jedem der Kreise 12, 13 jeweils ein zweites Teilsegment 2.2 des Paars mit seinem Minimum bei der Winkelposition π 2
Figure DE102023102164B4_0032
und seinem Maximum bei der Winkelposition + 2
Figure DE102023102164B4_0033
angeordnet ist. Dabei sind die beiden ersten Teilsegmente 2.1 der Kreise 12, 13 zueinander in Reihe geschaltet und die beiden zweiten Teilsegmente 2.2 der Kreise 12, 13 zueinander in Reihe geschaltet und die Minima der beiden Teilsegmente 2.1, 2.2 des Paars im inneren Kreis 13 miteinander durch ein in Rotationsrichtung d verlaufendes Leiterbahnsegment 5 verbunden. Das nächste in gleicher Weise gebildete Paar folgt in einem Abstand von 2π ab dem Ende des vorherigen Paars oder 4π ab dem Beginn des vorherigen Paars in jedem der Kreise 12, 13, das heißt ein erstes Teilsegment 2.1 des nächsten Paars in jedem der Kreise 12, 13 ist mit seinem Minimum jeweils bei der Winkelposition 2
Figure DE102023102164B4_0034
und seinem Maximum bei der Winkelposition + 2
Figure DE102023102164B4_0035
angeordnet, wobei ein zweites Teilsegment 2.2 des nächsten Paars in jedem der Kreise 12, 13 jeweils mit seinem Minimum bei der Winkelposition 2
Figure DE102023102164B4_0036
und seinem Maximum bei der Winkelposition + 11π 2
Figure DE102023102164B4_0037
angeordnet ist. Das Maximum des zweiten Teilsegments 2.2 eines oder jedes Paars im äußeren Kreis 12 ist mit dem Maximum des ersten Teilsegments 2.1 des jeweils nachfolgenden Paars im äußeren Kreis 12 durch ein in Rotationsrichtung d verlaufendes Leiterbahnsegment 6 verbunden.Each of the sub-segments 2.1, 2.2 or 3.1, 3.2 is designed as an at least approximately S-shaped section of a sine function or cosine function from its minimum to the subsequent maximum (i.e. π 2
Figure DE102023102164B4_0028
until + π 2
Figure DE102023102164B4_0029
for the sine function and π to 2π for the cosine function). For the sine function, a plurality of pairs of sub-segments 2.1, 2.2 are arranged periodically along a direction of rotation d of the encoder 10 with a distance of, for example, 4π, based on a period of this sine function, in an outer circle 12 and an inner circle 13 arranged concentrically in the outer circle 12, wherein in each of the circles 12, 13 a first sub-segment 2.1 of a pair with its minimum at the angular position π 2
Figure DE102023102164B4_0030
and its maximum at the angular position + π 2
Figure DE102023102164B4_0031
is arranged, wherein in each of the circles 12, 13 a second sub-segment 2.2 of the pair with its minimum at the angular position π 2
Figure DE102023102164B4_0032
and its maximum at the angular position + 2
Figure DE102023102164B4_0033
is arranged. The two first sub-segments 2.1 of the circles 12, 13 are connected in series with each other and the two second sub-segments 2.2 of the circles 12, 13 are connected in series with each other and the minima of the two sub-segments 2.1, 2.2 of the pair in the inner circle 13 are connected to each other by a conductor track segment 5 running in the direction of rotation d. The next pair formed in the same way follows at a distance of 2π from the end of the previous pair or 4π from the beginning of the previous pair in each of the circles 12, 13, i.e. a first sub-segment 2.1 of the next pair in each of the circles 12, 13 is with its minimum in each case at the angular position 2
Figure DE102023102164B4_0034
and its maximum at the angular position + 2
Figure DE102023102164B4_0035
arranged, with a second sub-segment 2.2 of the next pair in each of the circles 12, 13 each having its minimum at the angular position 2
Figure DE102023102164B4_0036
and its maximum at the angular position + 11π 2
Figure DE102023102164B4_0037
The maximum of the second sub-segment 2.2 of one or each pair in the outer circle 12 is connected to the maximum of the first sub-segment 2.1 of the respective subsequent pair in the outer circle 12 by a conductor track segment 6 running in the direction of rotation d.

Dabei kann das Leiterbahnsegment 5, 6 jeweils in einer Radialrichtung r, das heißt rechtwinklig zur Rotationsrichtung d von den jeweiligen Maxima bzw. Minima um einen insbesondere geringen Abstand versetzt angeordnet sein.In this case, the conductor track segment 5, 6 can be arranged offset from the respective maxima or minima by a particularly small distance in a radial direction r, i.e. at right angles to the direction of rotation d.

In ähnlicher Weise sind für die Cosinusfunktion entlang der Rotationsrichtung d des Encoders 10 eine Mehrzahl von Paaren von Teilsegmenten 3.1, 3.2 periodisch mit einem Abstand von beispielsweise 4π, bezogen auf eine Periodendauer dieser Cosinusfunktion, im äußeren Kreis 12 und im inneren Kreis 13 angeordnet, wobei in jedem der Kreise 12, 13 jeweils ein erstes Teilsegment 3.1 eines Paars mit seinem Minimum bei der Winkelposition π und seinem Maximum bei der Winkelposition 2π angeordnet ist, wobei in jedem der Kreise 12, 13 jeweils ein zweites Teilsegment 3.2 des Paars mit seinem Minimum bei der Winkelposition 2π und seinem Maximum bei der Winkelposition 3π angeordnet ist. Dabei sind die beiden ersten Teilsegmente 3.1 der Kreise 12, 13 zueinander in Reihe geschaltet und die beiden zweiten Teilsegmente 3.2 der Kreise 12, 13 zueinander in Reihe geschaltet, wobei die Maxima der beiden Teilsegmente 3.1, 3.2 des Paars im äußeren Kreis 12 miteinander durch ein in der Rotationsrichtung d verlaufendes Leiterbahnsegment 7 verbunden sind. Das nächste in gleicher Weise gebildete Paar folgt in einem Abstand von 2π ab dem Ende des vorherigen Paars oder 4π ab dem Beginn des vorherigen Paars, das heißt ein erstes Teilsegment 3.1 des nächsten Paars in jedem Kreis 12, 13 ist mit seinem Minimum bei der Winkelposition 5π und seinem Maximum bei der Winkelposition 6π angeordnet, wobei ein zweites Teilsegment 3.2 des nächsten Paars in jedem Kreis 12, 13 mit seinem Minimum bei der Winkelposition 6π und seinem Maximum bei der Winkelposition 7π angeordnet ist. Das Minimum des zweiten Teilsegments 3.2 eines oder jedes Paars im inneren Kreis 13 ist mit dem Minimum des ersten Teilsegments 3.1 des jeweils nachfolgenden Paars im inneren Kreis 13 durch ein in Rotationsrichtung d verlaufendes Leiterbahnsegment 8 verbunden.Similarly, for the cosine function along the direction of rotation d of the encoder 10, a plurality of pairs of sub-segments 3.1, 3.2 are arranged periodically with a distance of, for example, 4π, based on a period of this cosine function, in the outer circle 12 and in the inner circle 13, wherein in each of the circles 12, 13 a first sub-segment 3.1 of a pair is arranged with its minimum at the angular position π and its maximum at the angular position 2π, wherein in each of the circles 12, 13 a second sub-segment 3.2 of the pair is arranged with its minimum at the angular position 2π and its maximum at the angular position 3π. The two first sub-segments 3.1 of the circles 12, 13 are connected in series with each other and the two second sub-segments 3.2 of the circles 12, 13 are connected in series with each other, the maxima of the two sub-segments 3.1, 3.2 of the pair in the outer circle 12 being connected to each other by a conductor track segment 7 running in the direction of rotation d. The next pair formed in the same way follows at a distance of 2π from the end of the previous pair or 4π from the beginning of the previous pair, i.e. a first sub-segment 3.1 of the next pair in each circle 12, 13 is arranged with its minimum at the angular position 5π and its maximum at the angular position 6π, wherein a second sub-segment 3.2 of the next pair in each circle 12, 13 is arranged with its minimum at the angular position 6π and its maximum at the angular position 7π. The minimum of the second sub-segment 3.2 of one or each pair in the inner circle 13 is connected to the minimum of the first sub-segment 3.1 of the respective subsequent pair in the inner circle 13 by a conductor track segment 8 running in the direction of rotation d.

Dabei kann das Leiterbahnsegment 7, 8 jeweils in der Radialrichtung r von den jeweiligen Maxima bzw. Minima um einen insbesondere geringen Abstand versetzt angeordnet sein.In this case, the conductor track segment 7, 8 can be arranged offset in the radial direction r from the respective maxima or minima by a particularly small distance.

Für die Reihenschaltung einander zugeordneter Teilsegmente 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 im äußeren und inneren Kreis 12, 13 können jeweils weitere Leiterbahnsegmente 14 vorgesehen sein, die vorzugsweise entweder in Rotationsrichtung d oder in Radialrichtung r verlaufen.For the series connection of mutually assigned sub-segments 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 in the outer and inner circles 12, 13, further conductor track segments 14 can be provided, which preferably run either in the direction of rotation d or in the radial direction r.

Auf diese Weise sind die Sinusfunktionen und die Cosinusfunktionen der Sekundärspulenanordnung 1 miteinander verzahnt, ohne dass Kreuzungspunkte zwischen den Leiterbahnen auftreten.In this way, the sine functions and the cosine functions of the secondary coil arrangement 1 are interlocked without any crossing points occurring between the conductor tracks.

Wie auch aus 4 zu erkennen ist, weist die Sekundärspulenanordnung 1 keine Kreuzungen auf, so dass keine Notwendigkeit besteht, Durchkontaktierungen einzusetzen.As well as from 4 As can be seen, the secondary coil arrangement 1 has no crossings, so that there is no need to use vias.

Die mehrfache Sekundärspulenanordnung 1 hat mehrere Vorteile gegenüber der einfachen Ausführung. Zum einen wird die vom Wechselfeld durchdrungene Fläche vergrößert und damit der Signalhub erhöht. Dies verbessert das Signal-Rausch-Verhältnis und sorgt damit für ein noch robusteres Gesamtsystem. Durch die Verkürzung der Periodenlänge bei höheren Auflösungen erhöht sich die Steigung der Teilsegmente 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 und diese können sich dann einer Geraden annähern. Die mehrfache Anordnung der Teilsegmente 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 verhindert genau dieses Problem. Die benötigte Steigung verteilt sich so auf mehrere Teilsegmente 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 mit geringerer Steigung. Ein weiterer Vorteil ist die Vergrößerung der Fläche und damit verbunden eine höherer Signalamplitude. 5 ist eine schematische Ansicht mehrerer sinusförmiger Teilsegmente 2.1, 2.1', 2.1'', 2.1''' mit unterschiedlicher Periodenlänge. Bei kürzerer Periodenlänge, das heißt Unterteilung des Vollkreises in mehr Perioden, nähern sich die Teilsegmente 2.1, 2.1', 2.1'', 2.1''' einer Geraden an.The multiple secondary coil arrangement 1 has several advantages over the simple design. Firstly, the area penetrated by the alternating field is enlarged and thus the signal swing is increased. This improves the signal-to-noise ratio and thus ensures an even more robust overall system. By shortening the period length at higher resolutions, the slope of the sub-segments 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 increases and these can then approach a straight line. The multiple arrangement of the sub-segments 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 prevents exactly this problem. The required slope is distributed over several sub-segments 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 with a lower slope. Another advantage is the enlargement of the area and thus a higher signal amplitude. 5 is a schematic view of several sinusoidal sub-segments 2.1, 2.1', 2.1'', 2.1''' with different period lengths. With a shorter period length, i.e. dividing the full circle into more periods, the sub-segments 2.1, 2.1', 2.1'', 2.1''' approach a straight line.

6 ist eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines linearen induktiven Encoders 10 mit einer mehrfachen Sekundärspulenanordnung 1. 6 is a schematic view of another embodiment of a linear inductive encoder 10 with a multiple secondary coil arrangement 1.

Diese Ausführungsform verwendet eine Mehrfachanordnung der Teilsegmente 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 in Längsposition, wobei die Anzahl der Anordnungen immer eine gerade Zahl sein muss. Dabei wird jedes zweite Teilsegment 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 für eine geschicktere Verbindung in Querrichtung y gespiegelt angeordnet. Dadurch entfallen die Verbindungen in Längsrichtung x zwischen den Teilsegmenten 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 in einer Längsposition, wie sie in 3 vorhanden sind. Zusätzlich kann der Versatz in Querrichtung y minimiert werden oder ganz entfallen. Dadurch lässt sich die Sekundärspulenanordnung 1 kompakter ausführen und der Offset des Sensorsignals wird reduziert. 7 zeigt diese Ausführungsform anhand eines getesteten Leiterplattenlayouts.This embodiment uses a multiple arrangement of the sub-segments 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 in a longitudinal position, whereby the number of arrangements must always be an even number. Every second sub-segment 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 is arranged mirrored for a more clever connection in the transverse direction y. This eliminates the connections in the longitudinal direction x between the sub-segments 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 in a longitudinal position, as in 3 are present. In addition, the offset in the transverse direction y can be minimized or eliminated entirely. This allows the secondary coil arrangement 1 to be made more compact and the offset of the sensor signal is reduced. 7 shows this embodiment using a tested circuit board layout.

Durch das Verwenden von Teilsegmenten 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 mit unterschiedlich großen Amplituden lässt sich der Versatz in Querrichtung y komplett vermeiden. Eine negative Beeinflussung der Signalgüte konnte in Messungen nicht nachgewiesen werden.By using sub-segments 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 with different amplitudes, the offset in the transverse direction y can be completely avoided. A negative influence on the signal quality could not be proven in measurements.

8 ist eine schematische Ansicht einer analogen Ausführungsform eines rotatorischen induktiven Encoders 10 mit Teilsegmenten 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 mit unterschiedlich großen Amplituden ohne Versatz in Radialrichtung r. 8 is a schematic view of an analog embodiment of a rotary inductive encoder 10 with subsegments 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 with different amplitudes without offset in the radial direction r.

Die weiteren Teilsegmente 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 spannen eine Fläche mit den gleichen Abmessungen, wie die der ursprünglichen auf. Dadurch vergrößert sich die Fläche deutlich, über der die Modulation mit dem Target 4 entsteht. Solange die aufgespannte Fläche eine Sinusform an ihren Kanten in Längsrichtung x besitzt und geometrisch richtig platziert ist, trägt jede Fläche zur Erhöhung der Signalamplitude bei.The other sub-segments 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 span an area with the same dimensions as the original. This significantly increases the area over which the modulation with the target 4 occurs. As long as the spanned area has a sinusoidal shape at its edges in the longitudinal direction x and is geometrically positioned correctly, each area contributes to increasing the signal amplitude.

Die Polarität der induzierten Spannung ändert sich durch das Hinzufügen weiterer Teilsegmente 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 nicht. Ob in ein Teilsegment 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 eine positive oder negative Spannung induziert wird, hängt vom Richtungssinn der gesamten Schlaufe ab. Mit Schlaufe sind dabei die Teilsegmente 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 und Verbindungen gemeint, die eine Fläche aufspannen.The polarity of the induced voltage does not change by adding further sub-segments 2.1, 2.2, 3.1, 3.2. Whether a positive or negative voltage is added to a sub-segment 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 The voltage induced depends on the direction of the entire loop. The term loop refers to the sub-segments 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 and connections that span a surface.

Damit eine negative Spannung induziert wird, müsste der Strom die Schlaufe in entgegengesetzter Richtung durchfließen. Würde man diese Fläche dann um 180° elektrisch verschieben, so würde sich die Polarität der Spannung wieder umkehren und die Signalamplitude nochmals gesteigert werden. Diese Anordnung bedarf allerdings wieder unerwünschter Kreuzungen und wird deswegen hier nicht weiter erläutert. Eine solche Ausführungsform benötigt dann vier statt zwei Sekundärspulen. Das heißt für Sin+, Sin-, Cos+, Cos- je eine Sekundärspule. 9 zeigt schematisch eine solche Anordnung.In order for a negative voltage to be induced, the current would have to flow through the loop in the opposite direction. If this area were then electrically shifted by 180°, the polarity of the voltage would be reversed and the signal amplitude would be increased again. However, this arrangement again requires unwanted crossings and is therefore not explained further here. Such an embodiment then requires four secondary coils instead of two. This means one secondary coil each for Sin+, Sin-, Cos+, Cos-. 9 shows schematically such an arrangement.

Auch in der Ausführungsform nach 6 ist eine mäanderartige Sekundärspulenanordnung 1 vorgesehen, die eine Vielzahl von als Leiterbahnen ausgebildeten Teilsegmenten 2.1, 2.2 einer Sinusfunktion und eine Vielzahl von Teilsegmenten 3.1, 3.2 einer Cosinusfunktion mit einer Länge von jeweils 180° oder π hinsichtlich der Periodenlänge der betrachteten Sinusfunktion oder Cosinusfunktion von 2π aufweist. Diese Teilsegmente 2.1, 2.2 bzw. 3.1, 3.2 werden über zwei Perioden in einer solchen Weise miteinander verbunden, dass keine Kreuzungen entstehen. Diese Teilsegmente 2.1, 2.2 bzw. 3.1, 3.2 spannen eine Fläche auf, die für die Modulation mit einem Target 4 genutzt wird. Diese Fläche wird von einem durch eine Primärspule 11 erzeugten Wechselfeld durchdrungen. Somit wird in der Sekundärspulenanordnung 1 eine Wechselspannung induziert, welche man als Träger bezeichnet.Also in the embodiment according to 6 a meandering secondary coil arrangement 1 is provided which has a plurality of partial segments 2.1, 2.2 of a sine function designed as conductor tracks and a plurality of partial segments 3.1, 3.2 of a cosine function each with a length of 180° or π with respect to the period length of the sine function or cosine function under consideration of 2π. These partial segments 2.1, 2.2 or 3.1, 3.2 are connected to one another over two periods in such a way that no crossings occur. These partial segments 2.1, 2.2 or 3.1, 3.2 span an area which is used for modulation with a target 4. This area is penetrated by an alternating field generated by a primary coil 11. An alternating voltage is thus induced in the secondary coil arrangement 1, which is referred to as a carrier.

Jedes der Teilsegmente 2.1, 2.2 bzw. 3.1, 3.2 ist als ein zumindest annähernd S-förmiger Abschnitt einer Sinusfunktion bzw. Cosinusfunktion von deren Minimum bis zum nachfolgenden Maximum (das heißt π 2

Figure DE102023102164B4_0038
bis + π 2
Figure DE102023102164B4_0039
bei der Sinusfunktion und π bis 2π bei der Cosinusfunktion) oder von deren Maximum bis zum nachfolgenden Minimum (das heißt + π 2
Figure DE102023102164B4_0040
bis + 2
Figure DE102023102164B4_0041
bei der Sinusfunktion und 0 bis π bei der Cosinusfunktion) ausgebildet. Dabei sind für die Sinusfunktion entlang einer Längsrichtung x des Encoders 10 eine Mehrzahl von Paaren von Teilsegmenten 2.1, 2.2 periodisch mit einem Abstand von beispielsweise 4π, bezogen auf eine Periodendauer dieser Sinusfunktion, in einer ersten Ebene 15 und einer parallel dazu angeordneten zweiten Ebene 16 angeordnet, wobei in der ersten Ebene 15 ein erstes Teilsegment 2.1 eines Paars mit seinem Minimum bei der Position π 2
Figure DE102023102164B4_0042
und seinem Maximum bei der Position + π 2
Figure DE102023102164B4_0043
angeordnet ist, wobei in der zweiten Ebene 16 ein erstes Teilsegment 2.1 eines Paars mit seinem Maximum bei der Position π 2
Figure DE102023102164B4_0044
und seinem Minimum bei der Position + π 2
Figure DE102023102164B4_0045
angeordnet ist, wobei in der ersten Ebene 15 ein zweites Teilsegment 2.2 des Paars mit seinem Minimum bei der Position π 2
Figure DE102023102164B4_0046
und seinem Maximum bei der Position + 2
Figure DE102023102164B4_0047
angeordnet ist, und wobei in der zweiten Ebene 16 ein zweites Teilsegment 2.2 des Paars mit seinem Maximum bei der Position π 2
Figure DE102023102164B4_0048
und seinem Minimum bei der Position + 2
Figure DE102023102164B4_0049
angeordnet ist. Dabei sind die beiden ersten Teilsegmente 2.1 der Ebenen 15, 16 zueinander in Reihe geschaltet und die beiden zweiten Teilsegmente 2.2 der Ebenen 15, 16 zueinander in Reihe geschaltet und die Maxima der beiden Teilsegmente 2.1, 2.2 des Paars in der ersten Ebene 15 miteinander durch ein in Längsrichtung x verlaufendes Leiterbahnsegment 5 verbunden. Das nächste in gleicher Weise gebildete Paar folgt in einem Abstand von 2π ab dem Ende des vorherigen Paars oder 4π ab dem Beginn des vorherigen Paars in jeder der Ebenen 15, 16, das heißt ein erstes Teilsegment 2.1 des nächsten Paars in jeder der Ebenen 15, 16 ist mit seinem Minimum bzw. Maximum jeweils bei der Position 2
Figure DE102023102164B4_0050
und seinem Maximum bzw. Minimum bei der Position + 2
Figure DE102023102164B4_0051
angeordnet, wobei ein zweites Teilsegment 2.2 des nächsten Paars in jeder der Ebenen 15, 16 jeweils mit seinem Minimum bzw. Maximum bei der Position 2
Figure DE102023102164B4_0052
und seinem Maximum bzw. Minimum bei der Position + 11π 2
Figure DE102023102164B4_0053
angeordnet ist. Das Minimum des zweiten Teilsegments 2.2 eines oder jedes Paars in der zweiten Ebene 16 ist mit dem Minimum des ersten Teilsegments 2.1 des jeweils nachfolgenden Paars in der zweiten Ebene 16 durch ein in Längsrichtung x verlaufendes Leiterbahnsegment 6 verbunden.Each of the sub-segments 2.1, 2.2 or 3.1, 3.2 is designed as an at least approximately S-shaped section of a sine function or cosine function from its minimum to the subsequent maximum (i.e. π 2
Figure DE102023102164B4_0038
until + π 2
Figure DE102023102164B4_0039
for the sine function and π to 2π for the cosine function) or from its maximum to the following minimum (that is + π 2
Figure DE102023102164B4_0040
until + 2
Figure DE102023102164B4_0041
for the sine function and 0 to π for the cosine function). For the sine function, a plurality of pairs of sub-segments 2.1, 2.2 are arranged periodically along a longitudinal direction x of the encoder 10 with a distance of, for example, 4π, based on a period of this sine function, in a first plane 15 and a second plane 16 arranged parallel thereto, wherein in the first plane 15 a first sub-segment 2.1 of a pair with its minimum at the position π 2
Figure DE102023102164B4_0042
and its maximum at the position + π 2
Figure DE102023102164B4_0043
is arranged, wherein in the second plane 16 a first sub-segment 2.1 of a pair with its maximum at the position π 2
Figure DE102023102164B4_0044
and its minimum at position + π 2
Figure DE102023102164B4_0045
is arranged, wherein in the first plane 15 a second sub-segment 2.2 of the pair with its minimum at the position π 2
Figure DE102023102164B4_0046
and its maximum at the position + 2
Figure DE102023102164B4_0047
and wherein in the second plane 16 a second sub-segment 2.2 of the pair with its maximum at the position π 2
Figure DE102023102164B4_0048
and its minimum at position + 2
Figure DE102023102164B4_0049
is arranged. The two first sub-segments 2.1 of the levels 15, 16 are connected in series with each other and the two second sub-segments 2.2 of the levels 15, 16 are connected in series with each other and the maxima of the two sub-segments 2.1, 2.2 of the pair in the first level 15 are connected to each other by a conductor track segment 5 running in the longitudinal direction x. The next pair formed in the same way follows at a distance of 2π from the end of the previous pair or 4π from the beginning of the previous pair in each of the levels 15, 16, i.e. a first sub-segment 2.1 of the next pair in each of the levels 15, 16 is with its minimum or maximum in each case at the position 2
Figure DE102023102164B4_0050
and its maximum or minimum at the position + 2
Figure DE102023102164B4_0051
arranged, with a second sub-segment 2.2 of the next pair in each of the levels 15, 16 each with its minimum or maximum at the position 2
Figure DE102023102164B4_0052
and its maximum or minimum at the position + 11π 2
Figure DE102023102164B4_0053
The minimum of the second sub-segment 2.2 of one or each pair in the second level 16 is connected to the minimum of the first sub-segment 2.1 of the respective subsequent pair in the second level 16 by a conductor track segment 6 running in the longitudinal direction x.

Dabei kann das Leiterbahnsegment 5, 6 jeweils in einer Querrichtung y, das heißt rechtwinklig zur Längsrichtung x von den jeweiligen Maxima bzw. Minima um einen insbesondere geringen Abstand versetzt angeordnet sein.In this case, the conductor track segment 5, 6 can be arranged offset from the respective maxima or minima by a particularly small distance in a transverse direction y, that is to say at right angles to the longitudinal direction x.

In ähnlicher Weise sind für die Cosinusfunktion entlang der Längsrichtung x des Encoders 10 eine Mehrzahl von Paaren von Teilsegmenten 3.1, 3.2 periodisch mit einem Abstand von beispielsweise 4π, bezogen auf eine Periodendauer dieser Cosinusfunktion, in der ersten Ebene 15 und der zweiten Ebene 16 angeordnet, wobei in der ersten Ebene 15 ein erstes Teilsegment 3.1 eines Paars mit seinem Minimum bei der Position 2π und seinem Maximum bei der Position 3π angeordnet ist, wobei in der ersten Ebene 15 ein zweites Teilsegment 3.2 des Paars mit seinem Minimum bei der Position 3π und seinem Maximum bei der Position 4π angeordnet ist, wobei in der zweiten Ebene 16 ein erstes Teilsegment 3.1 eines Paars mit seinem Maximum bei der Position 2π und seinem Minimum bei der Position 3π angeordnet ist, wobei in der zweiten Ebene 16 ein zweites Teilsegment 3.2 des Paars mit seinem Maximum bei der Position 3π und seinem Minimum bei der Position 4π angeordnet ist. Dabei sind die beiden ersten Teilsegmente 3.1 der Ebenen 15, 16 zueinander in Reihe geschaltet und die beiden zweiten Teilsegmente 3.2 der Ebenen 15, 16 zueinander in Reihe geschaltet, wobei die Minima der beiden Teilsegmente 3.1, 3.2 des Paars in der zweiten Ebene 16 miteinander durch ein in der Längsrichtung x verlaufendes Leiterbahnsegment 7 verbunden sind. Das nächste in gleicher Weise gebildete Paar folgt in einem Abstand von 2π ab dem Ende des vorherigen Paars oder 4π ab dem Beginn des vorherigen Paars, das heißt ein erstes Teilsegment 3.1 des nächsten Paars in jedem Kreis 12, 13 ist mit seinem Minimum bzw. Maximum bei der Position 6π und seinem Maximum bei der Position 7π angeordnet, wobei ein zweites Teilsegment 3.2 des nächsten Paars in jeder Ebene 15, 16 mit seinem Minimum bzw. Maximum bei der Position 7π und seinem Maximum bzw. Minimum bei der Position 8π angeordnet ist. Das Maximum des zweiten Teilsegments 3.2 eines oder jedes Paars in der ersten Ebene 15 ist mit dem Maximum des ersten Teilsegments 3.1 des jeweils nachfolgenden Paars in der ersten Ebene 15 durch ein in Längsrichtung x verlaufendes Leiterbahnsegment 8 verbunden.Similarly, for the cosine function along the longitudinal direction x of the encoder 10, a plurality of pairs of sub-segments 3.1, 3.2 are arranged periodically with a distance of, for example, 4π, based on a period of this cosine function, in the first plane 15 and the second plane 16, wherein in the first plane 15 a first sub-segment 3.1 of a pair with its minimum at the position 2π and its maximum at position 3π, wherein in the first level 15 a second sub-segment 3.2 of the pair is arranged with its minimum at position 3π and its maximum at position 4π, wherein in the second level 16 a first sub-segment 3.1 of a pair is arranged with its maximum at position 2π and its minimum at position 3π, wherein in the second level 16 a second sub-segment 3.2 of the pair is arranged with its maximum at position 3π and its minimum at position 4π. The two first sub-segments 3.1 of levels 15, 16 are connected in series with one another and the two second sub-segments 3.2 of levels 15, 16 are connected in series with one another, wherein the minima of the two sub-segments 3.1, 3.2 of the pair in the second level 16 are connected to one another by a conductor track segment 7 running in the longitudinal direction x. The next pair formed in the same way follows at a distance of 2π from the end of the previous pair or 4π from the beginning of the previous pair, i.e. a first sub-segment 3.1 of the next pair in each circle 12, 13 is arranged with its minimum or maximum at position 6π and its maximum at position 7π, wherein a second sub-segment 3.2 of the next pair in each plane 15, 16 is arranged with its minimum or maximum at position 7π and its maximum or minimum at position 8π. The maximum of the second sub-segment 3.2 of one or each pair in the first plane 15 is connected to the maximum of the first sub-segment 3.1 of the respective subsequent pair in the first plane 15 by a conductor track segment 8 running in the longitudinal direction x.

Dabei kann das Leiterbahnsegment 7, 8 jeweils in der Querrichtung y von den jeweiligen Maxima bzw. Minima um einen insbesondere geringen Abstand versetzt angeordnet sein.In this case, the conductor track segment 7, 8 can be arranged offset in the transverse direction y from the respective maxima or minima by a particularly small distance.

Für die Reihenschaltung einander zugeordneter Teilsegmente 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 im äußeren und inneren Kreis 12, 13 können jeweils weitere Leiterbahnsegmente 14 vorgesehen sein, die vorzugsweise entweder in Längsrichtung x oder in Querrichtung y verlaufen.For the series connection of mutually assigned sub-segments 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 in the outer and inner circles 12, 13, further conductor track segments 14 can be provided, which preferably run either in the longitudinal direction x or in the transverse direction y.

Auf diese Weise sind die Sinusfunktionen und die Cosinusfunktionen der Sekundärspulenanordnung 1 miteinander verzahnt, ohne dass Kreuzungspunkte zwischen den Leiterbahnen auftreten.In this way, the sine functions and the cosine functions of the secondary coil arrangement 1 are interlocked without any crossing points occurring between the conductor tracks.

Wie auch aus 6 zu erkennen ist, weist die Sekundärspulenanordnung 1 keine Kreuzungen auf, so dass keine Notwendigkeit besteht, Durchkontaktierungen einzusetzen.As well as from 6 As can be seen, the secondary coil arrangement 1 has no crossings, so that there is no need to use vias.

BEZUGSZEICHENLISTELIST OF REFERENCE SYMBOLS

11
SekundärspulenanordnungSecondary coil arrangement
2.1, 2.1', 2.1'', 2.1''', 2.22.1, 2.1', 2.1'', 2.1''', 2.2
TeilsegmentSubsegment
3.1,3.23.1,3.2
TeilsegmentSubsegment
44
TargetTarget
55
LeiterbahnsegmentConductor track segment
66
LeiterbahnsegmentConductor track segment
77
LeiterbahnsegmentConductor track segment
88
LeiterbahnsegmentConductor track segment
1010
EncoderEncoders
1111
PrimärspulePrimary coil
1212
KreisCircle
1313
KreisCircle
1414
LeiterbahnsegmentConductor track segment
1515
Ebenelevel
1616
Ebene Level
dd
RotationsrichtungRotation direction
rr
RadialrichtungRadial direction
tt
ZeitTime
UiWow
induzierte Spannunginduced voltage
xx
LängsrichtungLongitudinal direction
yy
QuerrichtungTransverse direction

Claims (11)

Sekundärspulenanordnung (1) für einen induktiven Encoder (10), wobei die Sekundärspulenanordnung (1) eine Vielzahl von als Leiterbahnen auf einer Leiterplatte ausgebildeten und untereinander kreuzungsfrei elektrisch verbundenen Teilsegmenten (2.1, 2.2) einer Sinusfunktion und eine Vielzahl von als Leiterbahnen auf der Leiterplatte ausgebildeten untereinander kreuzungsfrei elektrisch verbundenen Teilsegmenten (3.1, 3.2) einer Cosinusfunktion aufweist, wobei diese Teilsegmente (2.1, 2.2, 3.1, 3.2) die Sinusfunktion bzw. die Cosinusfunktion abschnittsweise mit periodischen Unterbrechungen nachbilden, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines oder jedes der Teilsegmente (2.1, 2.2, 3.1, 3.2) als ein zumindest annähernd S-förmiger Abschnitt einer Sinusfunktion bzw. Cosinusfunktion von deren Minimum bis zum nachfolgenden Maximum oder von deren Maximum bis zum nachfolgenden Minimum ausgebildet ist.Secondary coil arrangement (1) for an inductive encoder (10), wherein the secondary coil arrangement (1) has a plurality of sub-segments (2.1, 2.2) of a sine function formed as conductor tracks on a circuit board and electrically connected to one another without crossing, and a plurality of sub-segments (3.1, 3.2) of a cosine function formed as conductor tracks on the circuit board and electrically connected to one another without crossing, wherein these sub-segments (2.1, 2.2, 3.1, 3.2) reproduce the sine function or the cosine function in sections with periodic interruptions, characterized in that at least one or each of the sub-segments (2.1, 2.2, 3.1, 3.2) is formed as an at least approximately S-shaped section of a sine function or cosine function from its minimum to the subsequent maximum or from its maximum to the subsequent minimum. Sekundärspulenanordnung (1) nach Anspruch 1, wobei die der Sinusfunktion zugeordneten Teilsegmente (2.1, 2.2) in die Unterbrechungen der Cosinusfunktion eingreifen, und wobei die der Cosinusfunktion zugeordneten Teilsegmente (3.1, 3.2) in die Unterbrechungen der Sinusfunktion eingreifen.Secondary coil arrangement (1) according to Claim 1 , whereby the sub-segments (2.1, 2.2) assigned to the sine function are inserted into the interruptions of the Cosine function, and wherein the sub-segments (3.1, 3.2) assigned to the cosine function intervene in the interruptions of the sine function. Sekundärspulenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für die Sinusfunktion entlang einer Längsrichtung (x) oder Rotationsrichtung (d) des Encoders (10) in mindestens einer Ebene (15, 16) oder mindestens einem Kreis (12, 13) jeweils eine Mehrzahl von Paaren von Teilsegmenten (2.1, 2.2) aus jeweils einem ersten Teilsegment (2.1) und einem zweiten Teilsegment (2.2) periodisch mit einem Abstand von beispielsweise 4π, bezogen auf eine Periodendauer dieser Sinusfunktion, angeordnet sind, wobei das zweite Teilsegment (2.2) des Paars mit seinem Minimum bei der Position des Maximums des ersten Teilsegments (2.1) in Längsrichtung (x) oder Rotationsrichtung (d) oder mit seinem Maximum bei der Position des Minimums des ersten Teilsegments (2.1) in Längsrichtung (x) oder Rotationsrichtung (d) angeordnet ist, wobei die Maxima oder Minima der beiden Teilsegmente (2.1, 2.2) des Paars in einer der Ebenen (15, 16) oder einem der Kreise (12, 13) miteinander durch ein Leiterbahnsegment (5) verbunden sind, wobei das nächste Paar von Teilsegmenten (2.1, 2.2) für die Sinusfunktion in einem Abstand von 2π folgt, wobei das Minimum oder Maximum des zweiten Teilsegments (2.2) des oder jedes Paars in einer der Ebenen (15, 16) oder einem der Kreise (12, 13) mit dem Minimum bzw. Maximum des ersten Teilsegments (2.1) des jeweils nachfolgenden Paars durch ein Leiterbahnsegment (6) verbunden ist.Secondary coil arrangement (1) according to one of the preceding claims, wherein for the sine function along a longitudinal direction (x) or rotation direction (d) of the encoder (10) in at least one plane (15, 16) or at least one circle (12, 13) a plurality of pairs of sub-segments (2.1, 2.2) each consisting of a first sub-segment (2.1) and a second sub-segment (2.2) are arranged periodically with a distance of, for example, 4π, based on a period of this sine function, wherein the second sub-segment (2.2) of the pair is arranged with its minimum at the position of the maximum of the first sub-segment (2.1) in the longitudinal direction (x) or rotation direction (d) or with its maximum at the position of the minimum of the first sub-segment (2.1) in the longitudinal direction (x) or rotation direction (d), wherein the maxima or minima of the two sub-segments (2.1, 2.2) of the pair in one of the planes (15, 16) or one of the circles (12, 13) are connected to one another by a conductor track segment (5), the next pair of sub-segments (2.1, 2.2) for the sine function following at a distance of 2π, the minimum or maximum of the second sub-segment (2.2) of the or each pair in one of the planes (15, 16) or one of the circles (12, 13) being connected to the minimum or maximum of the first sub-segment (2.1) of the respective subsequent pair by a conductor track segment (6). Sekundärspulenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für die Cosinusfunktion entlang einer Längsrichtung (x) oder Rotationsrichtung (d) des Encoders (10) in mindestens einer Ebene (15, 16) oder mindestens einem Kreis (12, 13) eine Mehrzahl von Paaren von Teilsegmenten (3.1, 3.2) aus jeweils einem ersten Teilsegment (3.1) und einem zweiten Teilsegment (3.2) periodisch mit einem Abstand von beispielsweise 4π, bezogen auf eine Periodendauer dieser Cosinusfunktion, angeordnet sind, wobei das zweite Teilsegment (3.2) des Paars mit seinem Minimum bei der Position des Maximums des ersten Teilsegments (3.1) in Längsrichtung (x) oder Rotationsrichtung (d) oder mit seinem Maximum bei der Position des Minimums des ersten Teilsegments (3.1) in Längsrichtung (x) oder Rotationsrichtung (d) angeordnet ist, wobei die Maxima oder Minima der beiden Teilsegmente (3.1, 3.2) des Paars in einer der Ebenen (15, 16) oder einem der Kreise (12, 13) miteinander durch ein Leiterbahnsegment (7) verbunden sind, wobei das nächste Paar von Teilsegmenten (3.1, 3.2) für die Cosinusfunktion in einem Abstand von 2π folgt, wobei das Maximum oder Minimum des zweiten Teilsegments (3.2) des oder jedes Paars in einer der Ebenen (15, 16) oder einem der Kreise (12, 13) mit dem Maximum bzw. Minimum des ersten Teilsegments (3.1) des jeweils nachfolgenden Paars durch ein Leiterbahnsegment (8) verbunden ist.Secondary coil arrangement (1) according to one of the preceding claims, wherein for the cosine function along a longitudinal direction (x) or rotation direction (d) of the encoder (10) in at least one plane (15, 16) or at least one circle (12, 13) a plurality of pairs of sub-segments (3.1, 3.2) each comprising a first sub-segment (3.1) and a second sub-segment (3.2) are arranged periodically with a distance of, for example, 4π, based on a period of this cosine function, wherein the second sub-segment (3.2) of the pair is arranged with its minimum at the position of the maximum of the first sub-segment (3.1) in the longitudinal direction (x) or rotation direction (d) or with its maximum at the position of the minimum of the first sub-segment (3.1) in the longitudinal direction (x) or rotation direction (d), wherein the maxima or minima of the two sub-segments (3.1, 3.2) of the pair are in one of the Levels (15, 16) or one of the circles (12, 13) are connected to one another by a conductor track segment (7), the next pair of sub-segments (3.1, 3.2) for the cosine function following at a distance of 2π, the maximum or minimum of the second sub-segment (3.2) of the or each pair in one of the levels (15, 16) or one of the circles (12, 13) being connected to the maximum or minimum of the first sub-segment (3.1) of the respective subsequent pair by a conductor track segment (8). Sekundärspulenanordnung (1) nach Anspruch 4, wobei ein oder mehrere Paare oder alle Paare von Teilsegmenten (3.1, 3.2) für die Cosinusfunktion sich in ihrer Position mit jeweils einem Paar von Teilsegmenten (2.1, 2.2) für die Sinusfunktion überschneiden, wobei die Überschneidung insbesondere π 2
Figure DE102023102164B4_0054
beträgt.
Secondary coil arrangement (1) according to Claim 4 , wherein one or more pairs or all pairs of sub-segments (3.1, 3.2) for the cosine function overlap in their position with a pair of sub-segments (2.1, 2.2) for the sine function, wherein the overlap in particular π 2
Figure DE102023102164B4_0054
amounts.
Sekundärspulenanordnung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei das Leiterbahnsegment (5, 6, 7, 8) in Längsrichtung (x) oder Rotationsrichtung (d) verläuft.Secondary coil arrangement (1) according to one of the Claims 3 until 5 , wherein the conductor track segment (5, 6, 7, 8) runs in the longitudinal direction (x) or rotational direction (d). Sekundärspulenanordnung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei das Leiterbahnsegment (5, 6) jeweils in einer Querrichtung (y) oder Radialrichtung (r) von den jeweiligen Maxima bzw. Minima um einen Abstand versetzt angeordnet ist.Secondary coil arrangement (1) according to one of the Claims 3 until 6 , wherein the conductor track segment (5, 6) is arranged offset by a distance in a transverse direction (y) or radial direction (r) from the respective maxima or minima. Sekundärspulenanordnung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei mindestens zwei einander in Längsrichtung (x) parallele Ebenen (15, 16) oder in Rotationsrichtung (d) konzentrische Kreise (12, 13) vorgesehen sind, in denen jeweils eine Mehrzahl von Paaren von Teilsegmenten (2.1, 2.2, 3.1, 3.2) für die Sinusfunktion und/oder Cosinusfunktion angeordnet ist, wobei einander entsprechende Teilsegmente (2.1, 2.2, 3.1, 3.2) in einander benachbarten Ebenen (15, 16) oder Kreisen (12, 13) zueinander in Reihe geschaltet sind, wobei die Minima oder Maxima der beiden Teilsegmente (2.1, 2.2, 3.1, 3.2) eines Paars in einer der Ebenen (15, 16) oder in einem der Kreise (12, 13) miteinander durch ein Leiterbahnsegment (5, 7) verbunden sind, wobei das Maximum oder Minimum des zweiten Teilsegments (2.2) eines oder jedes Paars in einer anderen Ebene (15, 16) oder einem anderen Kreis (12, 13) mit dem Maximum oder Minimum des ersten Teilsegments (2.1) des jeweils nachfolgenden Paars im derselben Ebene (15, 16) oder im selben Kreis (12, 13) durch ein Leiterbahnsegment (6, 8) verbunden ist.Secondary coil arrangement (1) according to one of the Claims 3 until 7 , wherein at least two planes (15, 16) parallel to one another in the longitudinal direction (x) or concentric circles (12, 13) in the direction of rotation (d) are provided, in each of which a plurality of pairs of sub-segments (2.1, 2.2, 3.1, 3.2) for the sine function and/or cosine function are arranged, wherein corresponding sub-segments (2.1, 2.2, 3.1, 3.2) in adjacent planes (15, 16) or circles (12, 13) are connected in series with one another, wherein the minima or maxima of the two sub-segments (2.1, 2.2, 3.1, 3.2) of a pair in one of the planes (15, 16) or in one of the circles (12, 13) are connected to one another by a conductor track segment (5, 7), wherein the maximum or minimum of the second sub-segment (2.2) of one or each pair in another plane (15, 16) or another circle (12, 13) is connected to the maximum or minimum of the first sub-segment (2.1) of the respective subsequent pair in the same plane (15, 16) or in the same circle (12, 13) by a conductor track segment (6, 8). Sekundärspulenanordnung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei in jeder Ebene (15, 16) oder in jedem Kreis (12, 13) jeweils nur als zumindest annähernd S-förmiger Abschnitt einer Sinusfunktion bzw. Cosinusfunktion von deren Minimum bis zum nachfolgenden Maximum ausgebildete Teilsegmente (2.1, 2.2, 3.1, 3.2) oder jeweils nur als zumindest annähernd S-förmiger Abschnitt einer Sinusfunktion bzw. Cosinusfunktion von deren Maximum bis zum nachfolgenden Minimum ausgebildete Teilsegmente (2.1, 2.2, 3.1, 3.2) angeordnet sind.Secondary coil arrangement (1) according to one of the Claims 3 until 8 , wherein in each plane (15, 16) or in each circle (12, 13) there are only partial segments (2.1, 2.2, 3.1, 3.2) formed as at least approximately S-shaped sections of a sine function or cosine function from its minimum to the following maximum, or only partial segments (2.1, 2.2, 3.1, 3.2) formed as at least approximately S-shaped sections of a sine function or cosine function from its maximum to the following minimum formed sub-segments (2.1, 2.2, 3.1, 3.2) are arranged. Sekundärspulenanordnung (1) nach Anspruch 9, wobei mindestens zwei einander in Längsrichtung (x) parallele Ebenen (15, 16) oder in Rotationsrichtung (d) konzentrische Kreise (12, 13) vorgesehen sind, wobei in zumindest einer der Ebenen (15, 16) oder in zumindest einem der Kreise (12, 13) jeweils nur als zumindest annähernd S-förmiger Abschnitt einer Sinusfunktion bzw. Cosinusfunktion von deren Minimum bis zum nachfolgenden Maximum ausgebildete Teilsegmente (2.1, 2.2, 3.1, 3.2) angeordnet sind, wobei in zumindest einer anderen der Ebenen (15, 16) oder in zumindest einem anderen der Kreise (12, 13) jeweils nur als zumindest annähernd S-förmiger Abschnitt einer Sinusfunktion bzw. Cosinusfunktion von deren Maximum bis zum nachfolgenden Minimum ausgebildete Teilsegmente (2.1, 2.2, 3.1, 3.2) angeordnet sind.Secondary coil arrangement (1) according to Claim 9 , wherein at least two planes (15, 16) parallel to one another in the longitudinal direction (x) or circles (12, 13) concentric in the direction of rotation (d) are provided, wherein in at least one of the planes (15, 16) or in at least one of the circles (12, 13) only partial segments (2.1, 2.2, 3.1, 3.2) are arranged which are in the form of at least an approximately S-shaped section of a sine function or cosine function from its minimum to the subsequent maximum, wherein in at least one other of the planes (15, 16) or in at least one other of the circles (12, 13) only partial segments (2.1, 2.2, 3.1, 3.2) are arranged which are in the form of at least an approximately S-shaped section of a sine function or cosine function from its maximum to the subsequent minimum. Induktiver Encoder (10), umfassend eine Primärspule (11), eine Sekundärspulenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und ein relativ zur Sekundärspulenanordnung (1) bewegliches Target (4) zur Feldschwächung eines von der Primärspule (11) bei Beaufschlagung mit einer Wechselspannung erzeugten magnetischen Wechselfelds an der Sekundärspulenanordnung (1).Inductive encoder (10) comprising a primary coil (11), a secondary coil arrangement (1) according to one of the preceding claims and a target (4) movable relative to the secondary coil arrangement (1) for field weakening of an alternating magnetic field generated by the primary coil (11) when subjected to an alternating voltage at the secondary coil arrangement (1).
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3642607A1 (en) * 1986-12-13 1988-06-23 Bosch Gmbh Robert Position measurement transmitter
DE10320990A1 (en) 2003-05-09 2004-11-25 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh Inductive rotation angle sensor and rotary encoder equipped with it
DE102004026311A1 (en) 2004-05-26 2005-12-29 Sew-Eurodrive Gmbh & Co. Kg Position indicator has two transmitter coils and one receiver coil with inductive coupling and also one divisional structure whereby transmitter coil windings enclose two overlapping areas which generate different magnetic flow directions
DE102021121052A1 (en) 2021-08-12 2023-02-16 Josef Siraky Secondary coil arrangement for an inductive encoder system and inductive encoder system
US20230184602A1 (en) * 2020-12-09 2023-06-15 Hunan Chntek Sensor Technology Co., Ltd. Thin-film pressure sensor and arrangement method thereof

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3642607A1 (en) * 1986-12-13 1988-06-23 Bosch Gmbh Robert Position measurement transmitter
DE10320990A1 (en) 2003-05-09 2004-11-25 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh Inductive rotation angle sensor and rotary encoder equipped with it
DE102004026311A1 (en) 2004-05-26 2005-12-29 Sew-Eurodrive Gmbh & Co. Kg Position indicator has two transmitter coils and one receiver coil with inductive coupling and also one divisional structure whereby transmitter coil windings enclose two overlapping areas which generate different magnetic flow directions
US20230184602A1 (en) * 2020-12-09 2023-06-15 Hunan Chntek Sensor Technology Co., Ltd. Thin-film pressure sensor and arrangement method thereof
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