DE3642607A1

DE3642607A1 - Position measurement transmitter

Info

Publication number: DE3642607A1
Application number: DE19863642607
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr Ing Brandstaetter; Rainer Dipl Ing Wirtz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1986-12-13
Filing date: 1986-12-13
Publication date: 1988-06-23

Abstract

In the case of a position measurement transmitter (10) which is based on the principle of magnetic induction coupling, the conductor tracks (17) of the rotor (11) have no connections. The conductor tracks (17) are constructed in a meandering shape and are short-circuited. However, they can also be applied to the rotor (11) as flat, electrically insulated conductor tracks (28), in the form of sectors. The rotor (11) can thus move in an unlimited manner. Measurements are made only on the conductor tracks (16) of the stator (12). The position measurement transmitter (10) is thus of simple construction and has a high measurement accuracy. Interference influences can be eliminated and the rotation direction can be detected by means of a special construction of the transmitter and receiver conductor tracks on the stator (12). <IMAGE>

Description

State of the art

Die Erfindung geht aus von einem Positionsmeßwertgeber nach der Gat tung des Hauptanspruchs. Bei einem bekannten Meßwertgeber wird die Spannung an der Primär- und an der Sekundärwicklung, die auf den beiden rotierenden Elementen angeordnet sind, für die Auswertung verwendet. Dabei weisen sowohl der Stator als auch der Rotor Zulei tungen auf. Die sich bewegende Wicklung wird bei begrenzter Linear- oder Drehbewegung über bewegliche Zuleitungen kontaktiert. Bei unbe grenzter Drehbewegung muß die bewegte Wicklung über Schleifringe oder über koaxial gewickelte rotierende Transformatoren zugänglich sein. Dadurch ist der Meßwertgeber nur begrenzt einsetzbar. Er baut sehr aufwendig und ist störanfällig.The invention is based on a position sensor according to the Gat main claim. In a known sensor, the Voltage on the primary and secondary windings on the two rotating elements are arranged for evaluation used. Both the stator and the rotor point to Zulei on. The moving winding is limited when the linear or contacted rotary movement via movable feed lines. At unbe The moving winding must have limited rotational movement via slip rings or accessible via coaxially wound rotating transformers be. This means that the sensor can only be used to a limited extent. He builds very complex and prone to failure.

Advantages of the invention

Der erfindungsgemäße Positionsmeßwertgeber mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß nur an den Leiterbahnen des Stators gemessen wird. Der Stator weist kei ne Zuleitungen auf. Er ist dadurch unbegrenzt beweglich und baut be sonders einfach. Es ergeben sich keine Probleme mit der Meßwertüber tragung bzw. Energieübertragung während der Rotation. Schleifringe und rotierende Transformatoren sind nicht notwendig. Die Leiterbah nen können durch fotochemische Prozesse kostengünstig und einfach hergestellt werden. Durch die flächenförmige, segmentartige Ausbil dung der Leiterbahnen des Rotors ist eine hohe Winkelauflösung und Winkelgenauigkeit des Aufnehmers erreichbar. Da sich magnetisch lei tende Flächen und magnetisch nicht leitende Flächen abwechseln, wird das Meßsignal vergrößert und die Meßgenauigkeit verbessert. Die Lei terbahnen des Senders und des Empfängers sind in einfacher Weise auf der Vorder- bzw. Rückseite des Stators angeordnet. Verwendet man als Empfänger zwei Leiterbahnen, deren Weginformation sinus- und cosi nusförmig mit dem Drehwinkel zusammenhängen, so kann die Drehrich tung erkannt werden, und die Störfestigkeit wird erhöht.The position transducer according to the invention with the characteristic Features of the main claim has the advantage that only is measured on the conductor tracks of the stator. The stator has no ne supply lines. As a result, it can be moved and built without limits particularly easy. There are no problems with the measured value Carrying or energy transfer during rotation. Slip rings and rotating transformers are not necessary. The ladder can be inexpensive and simple through photochemical processes getting produced. Thanks to the flat, segment-like design the conductor tracks of the rotor is a high angular resolution and Angular accuracy of the transducer achievable. Because magnetic lei alternating surfaces and magnetically non-conductive surfaces the measurement signal is enlarged and the measurement accuracy is improved. The lei tracks of the transmitter and the receiver are in a simple manner the front or back of the stator. Used as Receiver two conductor tracks, the path information sine and cosi rotatably related to the angle of rotation, so the turning direction tion are detected and the immunity is increased.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale möglich.The measures listed in the subclaims provide for partial training and improvements in the main claim specified features possible.

drawing

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigtEmbodiments of the invention are shown in the drawing and explained in more detail in the following description. It shows

Fig. 1 einen Schnitt durch den Meßwertgeber und eine Darstellung der Leiterbahnen, Fig. 1 shows a section through the transducer and a representation of the conductive traces,

Fig. 2 ein Diagramm, Fig. 2 is a diagram,

Fig. 3a, b weitere Darstellun gen der Leiterbahnen, Fig. 3a, b further Imaging Logo gene of the conductor tracks,

Fig. 4 eine besondere Aufteilung der Leiter bahnen, Fig. 4 pave a special division of the ladder,

Fig. 5a, b weitere Darstellungen der Leiterbahnen, Fig. 5a, b show additional views of the conductor tracks,

Fig. 6, 8, 9, 12 bis 15 Abwandlungen der Ausführungsbeispiele und FIGS. 6, 8, 9, 12 to 15 modifications of the embodiments and

Fig. 7, 10, 11 Prinzipdarstellungen zur Erklärung des Meßeffektes. Fig. 7, 10, 11 schematic diagrams for explaining the measurement effect.

Description of the embodiments

Der Positionsmeßwertgeber 10 nach Fig. 1 weist einen kreisförmigen Rotor 11 und einen kreisförmigen Stator 12 auf. Der Stator 12 ist starr befestigt; der Rotor 11 ist auf einer Welle 13 drehfest ange ordnet, die Teil eines Antriebs ist, dessen Winkelverdrehung be stimmt werden soll. Der Stator 12 und der Rotor 11 sind parallel zu einander und mit einem konstanten Abstand "d" angeordnet. Stator 12 und Rotor 11 weisen einen isolierten Träger 14 bzw. 15 auf, auf de nen jeweils auf den einander zugewandten Stirnseiten Leiterbahnen 16 bzw. 17 angeordnet sind. Die Leiterbahnen 16 des Stators 12 sind als ebene, sternförmig gebogene, mäanderförmig verlaufende Leiterbahnen ausgebildet und werden über eine Schaltung 18 von einer Wechsel stromquelle 19 gespeist. Die Leiterbahnen 17 des Rotors 11 sind kurzgeschlossen und weisen keine Zuleitungen auf. Der Winkelabstand zweier aufeinanderfolgender Mäander der Leiterbahnen 16 bzw. 17 ent spricht einem Meßzyklus (Periodenlänge) p des Sensors. Der Abstand zwischen zwei Mäander ist somit p/2.The position sensor 10 according to FIG. 1 has a circular rotor 11 and a circular stator 12 . The stator 12 is rigidly attached; the rotor 11 is rotatably arranged on a shaft 13 which is part of a drive, the angular rotation of which is to be determined. The stator 12 and the rotor 11 are arranged parallel to one another and at a constant distance "d" . Stator 12 and rotor 11 have an insulated carrier 14 and 15 , respectively, on which conductor tracks 16 and 17 are arranged on the mutually facing end faces. The conductor tracks 16 of the stator 12 are designed as flat, star-shaped, meandering conductor tracks and are supplied by an AC power source 19 via a circuit 18 . The conductor tracks 17 of the rotor 11 are short-circuited and have no leads. The angular distance between two successive meanders of the conductor tracks 16 and 17 corresponds to a measuring cycle (period length) p of the sensor. The distance between two meanders is therefore p / 2.

Die Leiterbahnen 16, 17 stehen sich direkt gegenüber. Wird die Lei terbahn 17 des Rotors 11 gegen den Stator 12 verdreht, so ändert sich die an den Klemmen der Leiterbahn 16 des Stators 12 gemessene Impedanz. Stehen sich die Leiterbahnen 16, 17 in axialer Richtung der Welle 13 gesehen, deckungsgleich gegenüber, so ist die gemessene Impedanz minimal. Wenn beide Leiterbahnen 16, 17 um ein Viertel ei ner Periode p gegeneinander verschoben sind, d. h. die beiden Mäan derflächen der Leiterbahnen 16, 17 sich jeweils halb überdecken, dann ist die Impedanz maximal. Während der Rotation ergibt sich der in Fig. 2 dargestellte Kurvenverlauf 22. Es ist der in der Schal tung 18 bestimmte Verlauf der Impedanz I über dem Drehwinkel α dar gestellt.The conductor tracks 16, 17 face each other directly. If the Lei terbahn 17 of the rotor 11 is rotated against the stator 12 , the impedance measured at the terminals of the conductor 16 of the stator 12 changes . If the conductor tracks 16, 17 are congruent when viewed in the axial direction of the shaft 13 , the measured impedance is minimal. If both conductor tracks 16, 17 are shifted from each other by a quarter of a period p , ie the two meander surfaces of the conductor tracks 16, 17 each overlap half, then the impedance is maximum. The curve shape 22 shown in FIG. 2 results during the rotation. It is the course of the impedance I determined in the scarf device 18 over the angle of rotation α represents.

In Fig. 3a und b sind besondere Ausbildungen der Leiterbahnen 17 des Rotors 11 dargestellt. In Fig. 3a ist die Leiterbahn als kurz geschlossener Mäander 17 a ausgebildet, der von einem äußeren und in neren Kreis 17 b umfaßt ist. Der Leiter nach Fig. 3b weist einen in neren 17 c und äußeren Kreis 17 d auf, zwischen denen sich strahlen förmig mit konstantem Winkelabstand Leiterbahnen 17 e befinden. In Fig. 3a and b other embodiments of the conductor tracks 17 of the rotor 11 are illustrated. In Fig. 3a, the conductor track is formed as a short-closed meander 17 a , which is surrounded by an outer and inner circle 17 b . The head according to Fig. 3b, c in a Neren 17 and outer circle 17 d, between which beams are shaped with a constant angular spacing conductor tracks 17 e.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Leiterbahnen 16 des Stators 12 in mehrere Sektoren 25, insbesondere vier, aufgeteilt sind. Die Sektoren 25 sind wie in Fig. 4 näher dargestellt, zur Auswertung der Meßsinale in einer sogenannten Wheatstone-Brücke verschaltet. Dadurch können unerwünschte Einflüsse durch Umgebungstemperatur etc. verringert werden.It is particularly advantageous if the conductor tracks 16 of the stator 12 are divided into a plurality of sectors 25 , in particular four. The sectors 25 are connected in a so-called Wheatstone bridge for evaluating the measuring sine, as shown in FIG. 4. This can reduce unwanted influences from ambient temperature etc.

Erfindungsgemäß können ferner die Leiterbahnen wie in Fig. 5a dar gstellt, als ebene Flächen 28 ausgebildet werden. Die Breite dieser Flächen 28 und die Abstände zwischen diesen Flächen sind jeweils gleich und entsprechen wiederum der halben Periodenlänge p/2. Die Flächen 28 sind untereinander nicht elektrisch verbunden und somit für sich elektrisch isoliert. Die Flächen 28 bestehen deshalb aus elektrisch gutleitendem Material und die dazwischenliegenden Be reiche aus nicht elektrisch leitendem Material. Die Leiterbahnen 16 des Stators 12 sind weiterhin mäanderförmig ausgebildet, d. h. nicht flächenhaft.According to the invention, the conductor tracks can also be formed as flat surfaces 28 , as shown in FIG. 5a. The width of these areas 28 and the distances between these areas are in each case the same and in turn correspond to half the period length p / 2. The surfaces 28 are not electrically connected to one another and are therefore electrically insulated by themselves. The surfaces 28 therefore consist of electrically highly conductive material and the intervening areas of non-electrically conductive material. The conductor tracks 16 of the stator 12 are also formed in a meandering manner, ie they are not flat.

Auch in Fig. 5b sind die Flächen des Rotors 11 so ausgebildet, daß die Abstände zwischen den Flächen 28 a ein Vielfaches der Perioden länge p sind.Also in Fig. 5b, the surfaces of the rotor 11 are formed so that the distances between the surfaces 28 a are a multiple of the period length p .

Auf dem Stator 12 können, wie in Fig. 6 dargestellt, zu beiden Stirnseiten je eine Leiterbahn 30 bzw. 31 angeordnet sein, wobei die eine Leiterbahn als Senderspule 30 und die andere Leiterbahn als Empfängerspule 31 dient. Wird die Senderspule 30 mit Wechselstrom gespeist, so mißt man in der Empfängerspule 31 eine induzierte Span nung. Die gespeiste Senderspule 30 wird auch als Primärwicklung und die Empfängerspule 31 als Sekundärwicklung bezeichnet. Die Leiter bahn 17 des Rotors 11 stellt in der flächenhaften Ausbildung eine kurzgeschlossene Wicklung dar. Die Sender- 30 und die Empfängerspule 31 des Stators 12 sind konzentrisch angeordnet, und der Rotor 11 wird während der Drehung so geführt, daß auch seine Leiterbahn 17, d. h. seine Flächen 28, konzentrisch zu den beiden Wicklungen des Stators 12 liegen. Auch in den kurzgeschlossenen Leiterbahnen, d. h. in den Flächen 28 des Rotors 11 wird durch den Wechselstrom der Sen derspule 30 eine Spannung induzierte, die wiederum Ströme hervorru fen, die sich auf das sie erzeugende Magnetfeld dämpfend auswirken. Hierdurch wird auch die in der Empfängerspule 31 des Stators 12 in duzierte Spannung beeinflußt. Bei der Drehung des Rotors 11 gegen über dem Stator 12 verändert sich die dämpfende Wirkung des Stators 12 und damit die an der Empfängerspule 31 des Stators 12 gemessene induzierte Spannung.On the stator 12 , as shown in FIG. 6, a conductor track 30 or 31 can be arranged on each of the two ends, one conductor track serving as the transmitter coil 30 and the other conductor track serving as the receiver coil 31 . If the transmitter coil 30 is supplied with alternating current, an induced voltage is measured in the receiver coil 31 . The fed transmitter coil 30 is also referred to as the primary winding and the receiver coil 31 as the secondary winding. The conductor path 17 of the rotor 11 represents a short-circuited winding in the planar configuration. The transmitter 30 and the receiver coil 31 of the stator 12 are arranged concentrically, and the rotor 11 is guided during the rotation so that its conductor path 17 , ie its surfaces 28 are concentric with the two windings of the stator 12 . Also in the short-circuited conductor tracks, ie in the surfaces 28 of the rotor 11 , a voltage is induced by the alternating current of the sensor coil 30 , which in turn causes currents which have a damping effect on the magnetic field which generates them. This also influences the voltage which is reduced in the receiver coil 31 of the stator 12 . When the rotor 11 rotates with respect to the stator 12 , the damping effect of the stator 12 changes and thus the induced voltage measured at the receiver coil 31 of the stator 12 .

Der Einfluß der Leiterbahnen 17 des Rotors 11 wird anhand der beiden Stellungen in Fig. 7a und 7b erläutert. Liegen die Wicklungen der Senderspule 30 und der Empfängerspule 31 und die Leiterbahnen 17 des Rotors 11, wie in Fig. 7a dargestellt, deckungsgleich übereinander, so ergibt sich in der Leiterbahn 17 des Rotors 11 ein maximaler In duktionsfluß und damit eine maximale Dämpfung der induzierten Span nung in der Empfängerspule 31. In der Fig. 7 ist jeweils zur Ver einfachung nur eine Leiterbahn 17 des Rotors 11, d. h. eine Fläche 28, dargestellt.The influence of the conductor tracks 17 of the rotor 11 is explained on the basis of the two positions in FIGS. 7a and 7b. If the windings of the transmitter coil 30 and the receiver coil 31 and the conductor tracks 17 of the rotor 11 , as shown in FIG. 7a, are congruent one above the other, then there is a maximum induction flow in the conductor track 17 of the rotor 11 and thus maximum damping of the induced chip voltage in the receiver coil 31 . In Fig. 7 only one conductor track 17 of the rotor 11 , ie a surface 28 , is shown for simplification.

Werden die Leiterbahnen 17 des Rotors 11 um ein Viertel einer Mäan derperiode p, d. h. um die Hälfte der Leiterbahn, verschoben, so er gibt sich in der Leiterbahn 17 des Rotors 11 ein resultierender Fluß mit dem Wert Null. Dies ist dadurch begründet, da sich bei Über schreiten einer Wicklung der Senderspule 30 quer zur Bewegungsrich tung die Richtung der Flußdichte B umkehrt und die wirksamen Flächen der Leiterbahn 17 in der nun betrachteten Stellung zu beiden Seiten der Wicklung der Senderspule 30 gleich groß sind, und sich somit in ihrer Wirkung gegeneinander aufheben. In Übereinstimmung mit der Terminologie des Elektromaschinenbaus wird die Aufteilung der Perio de auch mit Polteilung bezeichnet. Bei vollständiger Polüberdeckung zwischen den Wicklungen des Stators 12 und den Leiterbahnen 17 des Rotors 11, wie in Fig. 7a dargestellt, ergibt sich daher eine maxi male Dämpfung des magnetischen Feldes und dadurch bedingt eine mini male Spannung in der Empfängerspule 31. Bei Verschiebung um eine halbe Polteilung, wie in Fig. 7b dargestellt, wird das magnetische Feld der Senderspule 30 nicht beeinflußt, weil der Pol der Leiter bahn 17 des Rotors 11 genau in der Mitte zwischen zwei Polen des Stators 12 liegt. Dadurch ist der in die Leiterbahn 17 des Rotors 11 eintretende magnetische Fluß B _i gleich dem Fluß B _a, der auf der gleichen Seite der Leiterbahn 17 wieder austritt. Es ergibt sich so mit kein resultierender Fluß in der Leiterbahn 17 des Rotors 11, in folgedessen auch kein Kurzschlußstrom und keine dämpfende Wirkung auf das Magnetfeld der Sensorspule 30. Dem Meßprinzip liegt somit eine Veränderung des Grades der magnetischen (induktiven) Kopplung zwischen dem Polsystem des Stators 12 mit der Drehung des Rotors 11 zugrunde. Dies bedeutet, daß ein induktives Meßprinzip vorliegt, das sich im allgemeinen durch hohe Zuverlässigkeit und Robustheit aus zeichnet.If the conductor tracks 17 of the rotor 11 are shifted by a quarter of a mäan derperiod p , ie by half of the conductor track, it results in the conductor track 17 of the rotor 11 resulting in a flow with the value zero. This is due to the fact that when a winding of the transmitter coil 30 crosses the direction of movement, the direction of the flux density B reverses and the effective areas of the conductor track 17 in the position under consideration on both sides of the winding of the transmitter coil 30 are the same size, and thus cancel each other out in their effect. In accordance with the terminology of electrical engineering, the division of the perio de is also referred to as pole division. With complete pole coverage between the windings of the stator 12 and the conductor tracks 17 of the rotor 11 , as shown in FIG. 7a, there is therefore a maximum damping of the magnetic field and, as a result, a minimal voltage in the receiver coil 31 . When shifted by half a pole pitch, as shown in Fig. 7b, the magnetic field of the transmitter coil 30 is not affected because the pole of the conductor path 17 of the rotor 11 is exactly in the middle between two poles of the stator 12 . As a result, the magnetic flux B _i entering the conductor track 17 of the rotor 11 is equal to the flux B _a which emerges again on the same side of the conductor track 17 . There is thus no resulting flow in the conductor track 17 of the rotor 11 , consequently also no short-circuit current and no damping effect on the magnetic field of the sensor coil 30 . The measuring principle is therefore based on a change in the degree of magnetic (inductive) coupling between the pole system of the stator 12 with the rotation of the rotor 11 . This means that there is an inductive measuring principle, which is generally characterized by high reliability and robustness.

Oben wurde die Wirkungsweise für einen Beleg der Flächen des Rotors 11 mit einer den magentischen Fluß dämpfenden Schicht aus elektrisch gut leitendem Material, wie z. B. Kupfer beschrieben. Die Flächen des Rotors 11 können aber auch aus einem den magnetischen Fluß verstär kenden Belag aus magnetisch leitfähigem Werkstoff, wie z. B. Per malloy bestehen. In beiden Fällen ist es aber wichtig, daß der Trä ger 14 des Rotors 11 selbst oder der Zwischenraum zwischen den ein zelnen Flächen 28, nicht aus dem Material der Flächen 28 besteht. Bei Verwendung von elektrisch leitfähigen Flächen 28 zur Wirbel stromdämpfung müssen die einzelnen Flächen des Rotors elektrisch isoliert sein. Bei Verwendung von magnetisch leitenden Flächen zur Flußverstärkung ist es vorteilhaft, magnetisch leitende und elek trisch leitende Flächensektoren abwechselnd in Umfangsrichtung anzu bringen. Durch diesen Aufbau des Rotors wechseln das Magnetfeld ver stärkende und schwächende Wirkungen periodisch ab, wobei insbeson dere durch den Aufbau des Stators zur Vergrößerung des Meßsignals beigetragen wird. Es wechseln sich jeweils positive und negative Maximalamplitudenwerte der Spannung ab, so daß das Meßsignal verdop pelt und dadurch besser auswertbar ist. Ferner wird auch dadurch die Genauigkeit des Signals durch die Umkehrung der Polung verbessert.Above was the mode of operation for covering the surfaces of the rotor 11 with a layer which dampens the magentic flux and is made of an electrically highly conductive material, such as, for. B. copper. The surfaces of the rotor 11 can also from a magnetic flux reinforcing coating made of magnetically conductive material, such as. B. Per malloy. In both cases, it is important that the Trä ger 14 of the rotor 11 itself or the space between the individual surfaces 28 , not made of the material of the surfaces 28 . When using electrically conductive surfaces 28 for eddy current damping, the individual surfaces of the rotor must be electrically insulated. When using magnetically conductive surfaces for flux enhancement, it is advantageous to bring magnetically conductive and electrically conductive surface sectors alternately in the circumferential direction. Through this structure of the rotor, the magnetic field periodically alternating strengthening and weakening effects alternate, in particular by the structure of the stator contributes to increasing the measurement signal. Positive and negative maximum amplitude values of the voltage alternate, so that the measurement signal doubles and is therefore easier to evaluate. It also improves the accuracy of the signal by reversing the polarity.

In Fig. 8 ist eine Abwandlung des Ausbildungsbeispiels nach Fig. 6 dargestellt. Ein Rotor 38 ist zwischen zwei Statoren 39, 40 angeord net. Der Abstand zwischen dem Rotor 38 und jedem der beiden Statoren 39, 40 beträgt d. Auf beiden Stirnflächen des Rotors 38 sind kurzge schlossene Leiterbahnen 41 angeordnet. Ebenfalls sind auf beiden Stirnseiten der Rotoren 39, 40 jeweils Leiterbahnen 42 befestigt. Die dem Rotor 38 zugewandten Leiterbahnen 42 dienen als Empfänger wicklungen und die auf dem Rotor 38 abgewandten Stirnseiten der Sta toren 39, 40 befestigten Leiterbahnen 42 dienen als Senderwicklun gen. Die Leiterbahnen 41 des Rotors 38 können sowohl als kurzge schlossene, mäanderförmige Wicklungen, wie in Fig. 1 dargestellt, ausgebildet sein oder als flächenförmige, elektrisch isolierte Sek toren, wie in Fig. 5 dargestellt. Diese Anordnung nach Fig. 8 ver mindert die Empfindlichkeit des Positionsmeßwertgebers 10 gegen axiale Verschiebung des Rotors während der Meßung. Geringe Taumelbe wegungen bzw. eine nicht exakte Parallelität des Rotors zum Stator werden bei dieser Anordnung eliminiert. FIG. 8 shows a modification of the training example according to FIG. 6. A rotor 38 is net between two stators 39, 40 . The distance between the rotor 38 and each of the two stators 39, 40 is d . On both end faces of the rotor 38 , short circuit tracks 41 are arranged. Likewise, conductor tracks 42 are fastened on both end faces of the rotors 39, 40 . The conductor tracks 42 facing the rotor 38 serve as receiver windings and the end faces on the rotor 38 of the gates 39, 40 attached conductor tracks 42 serve as transmitter windings. The conductor tracks 41 of the rotor 38 can be used as short-circuit, meandering windings, as in Fig. 1 shown, be formed or as sheet-like, electrically insulated sectors, as shown in Fig. 5. This arrangement according to Fig. 8 ver reduces the sensitivity of the position sensor 10 against axial displacement of the rotor during the measurement. Slight wobble movements or an inexact parallelism of the rotor to the stator are eliminated with this arrangement.

In Fig. 9 ist eine vorteilhafte Ausgestaltung des Ausführungsbei spiels dargestellt. Aus Fig. 9 ist ersichtlich, daß das Sender-Emp fänger-System aus mehreren, getrennten, paarweise gleich ausgebilde ten Sektoren 45, 46 aufgebaut ist. Es sind dabei die Empfänger- und die Senderspulen jeweils auf eine Stirnseite des Stators angeord net. In Fig. 9 weist das Empfängersystem zwei Sektoren 45, 46 auf und das Sendersystem ist als ein Sektor ausgebildet. Die Leiterbahn des Empfängersystems ist so verschaltet, daß an den Ausgängen die Differenz der beiden Spannungen des Empfängersystems entsteht. Ohne Rotor liegt somit am Ausgang die Spannung Null an. Die Leiterbahnen des Rotors 11 sind periodisch angeordnet, die Leiterbahnen der Sek toren des Empfänges sind aber um p/4 einer Periode verschoben. Da durch wird in den Empfängersektoren eine unterschiedliche induzierte Spannung hervorgerufen. Insbesondere wenn in einem Empfängersektor ein Spannungsmaximum erzeugt wird, tritt in dem anderen Empfänger sektor ein Spannungsminium auf. Da aber sonst gleiche geometrische Verhältnisse vorliegen, stimmt der Verlauf der Spannungen in beiden Empfängersektoren überein, sie sind nur um eine halbe Periode ver schoben. Diese Anordnung hat den besonderen Vorteil, daß störende Umgebungseinflüsse, wie z. B. Temperatur, in beiden Empfängersektoren sich gegenseitig eliminierende Störspannungen hervorrufen.In Fig. 9, an advantageous embodiment of the game Ausführungsbei is shown. From Fig. 9 it can be seen that the transmitter-Emp catcher system is made up of several, separate, paired identical sectors 45, 46 . The receiver and transmitter coils are each arranged on one end of the stator. In FIG. 9, the receiver system has two sectors 45, 46 and the transmitter system is designed as one sector. The conductor track of the receiver system is connected so that the difference between the two voltages of the receiver system arises at the outputs. Without a rotor, the voltage is therefore zero at the output. The conductor tracks of the rotor 11 are arranged periodically, but the conductor tracks of the sec tors of the reception are shifted by p / 4 of a period. Since a different induced voltage is caused by in the receiver sectors. Particularly when a voltage maximum is generated in one receiver sector, a voltage minimum occurs in the other receiver sector. However, since otherwise the same geometric relationships are present, the course of the voltages in both receiver sectors is the same; they are only shifted by half a period. This arrangement has the particular advantage that disruptive environmental influences such. B. temperature, cause mutually eliminating interference voltages in both receiver sectors.

Es ist aber auch möglich, die Leiterbahnen auf den Stirnseiten des Stators 12 in Umfangsrichtung soweit zusammen zu drängen, daß auf der Stirnseite zwei Systeme Platz finden. Jedes dieser beiden Sy steme besteht aus Empfängerleiterbahnen 45, 46 und mindestens einer Senderleiterbahn 47. Für dieses Ausführungsbeispiel wären in der Fig. 9 weitere Leiterbahnen in den in Fig. 9 dargestellten Sektoren verschachtelt anzuordnen. Die Sektoren sind dabei nebeneinander auf dem Stator 12 angeordnet. Aus Übersichtlichkeitsgründen wurde aber in der Fig. 9 darauf verzichtet. Man erhält dieses Ausführungsbei spiel durch Verdoppelung der in Fig. 9 eingezeichneten Leiterbah nen. Sind dabei die Empfängerleiterbahnen 45, 46 der beiden Systeme um eine achtel Mäanderperiode p/8 verschoben, so erhält man aus den beiden Systemen jeweils Signale, die um eine Viertel Periode gegen einander verschoben sind. Man kann deshalb von einem Sinus- und ei nem Cosinussystem sprechen. Aufgrund der Ausbildung als sogenannte Sinus- und Cosinussysteme kann die Störempfindlichkeit verringert und die Drehrichtung erkannt werden. However, it is also possible to press the conductor tracks together on the end faces of the stator 12 in the circumferential direction to such an extent that there is space for two systems on the end face. Each of these two systems consists of receiver conductor tracks 45, 46 and at least one transmitter conductor track 47 . For this embodiment 9 further conductor tracks would in Fig. To arrange nested in the sectors shown in Fig. 9. The sectors are arranged side by side on the stator 12 . For reasons of clarity, this has been omitted in FIG. 9. This embodiment is obtained by doubling the tracks shown in FIG. 9. If the receiver conductor tracks 45, 46 of the two systems are shifted by an eighth meandering period p / 8, signals are obtained from the two systems which are shifted by a quarter period from one another. One can therefore speak of a sine and a cosine system. Due to the design as so-called sine and cosine systems, the sensitivity to interference can be reduced and the direction of rotation can be recognized.

Die Anordnung der Statorleiterbahnen gemäß Fig. 9 hat zur Folge, daß bei der Verdrehung des Rotors um eine Leiterbahnperiode zwei Perioden im Amplitudenverlauf der Spannung durchlaufen werden. Die se Eigenschaft der Anordnung erleichtert die Fertigung hochauflösen der Geber, da die Vervierfachung der Auflösung nur eine Verringerung der Leiterbahnabstände auf die Hälfte erforderlich macht. Zur Erzeu gung eines Sinus- und eines Cosinussignals sind mindestens vier Lei terbahn-Sektoren notwendig, zur Unterdrückung von Einflüssen durch Taumelschlag des Rotors, der durch Fertigungstoleranzen entstehen kann, mindestens sechs. Alle Felder müssen mit Zuleitungen versehen und zur Bildung der Klemmenspannung des Sinus- und Cosinussystems geeignet verschaltet werden. Die Zuleitungen und die Verschaltung beanspruchen Raum und erfordern sorgfältige Ausführung, um ein Ein dringen von Störungen über diesen Weg zu vermeiden.The result of the arrangement of the stator conductor tracks according to FIG. 9 is that when the rotor is rotated by one conductor track period, two periods in the amplitude profile of the voltage are run through. This property of the arrangement facilitates the production of high-resolution sensors, since the quadrupling of the resolution only requires a reduction in the interconnect spacing by half. To generate a sine and a cosine signal, at least four conductor track sectors are necessary, and at least six to suppress influences caused by the wobble of the rotor, which can be caused by manufacturing tolerances. All fields must be provided with supply lines and appropriately connected to form the terminal voltage of the sine and cosine system. The supply lines and the circuitry take up space and require careful execution in order to prevent interference from entering this way.

Der zuletzt erwähnte Nachteil der Anordnung gemäß Fig. 9 entfällt bei der in Fig. 10 schematisch dargestellten Anordnung. Die Sender leiterbahn 52 hat dabei die doppelte Polanzahl wie die Leiterbahnen 50 bzw. 51 des Empfängers. Beim Rotor 11 wird davon ausgegangen, daß flächig ausgebildete Sektoren aus Kupfer oder Permalloy aufgebracht sind. Wird der Rotor relativ zum Stator 12 bewegt, so ergibt sich in einer Sinusempfängerleiterbahn 50 der in Fig. 10c dargestellte Kur venverlauf der Spannungsamplitude über dem Verschiebeweg. Aus Fig. 10d ist die Phase der in der Sinusempfängerleiterbahn 50 induzierten Spannung ersichtlich.The last-mentioned disadvantage of the arrangement according to FIG. 9 does not apply to the arrangement shown schematically in FIG. 10. The transmitter conductor track 52 has twice the number of poles as the conductor tracks 50 and 51 of the receiver. The rotor 11 is based on the assumption that planar sectors made of copper or permalloy are applied. If the rotor is moved relative to the stator 12 , the curve curve of the voltage amplitude over the displacement path shown in FIG. 10c results in a sine receiver conductor track 50 . From Fig. 10d, the phase of the induced sinusoidal in the receiver strip conductor 50 voltage is apparent.

Die durch die relative Bewegung des Rotors 11 zum Stator 12 verur sachte Änderung des Feldlinienverlaufs und dadurch das Zustandekom men einer induzierten Spannung in einem Empfänger ist in Fig. 11 schematisch dargestellt. Senkrecht zur Zeichenebene ist schematisch der Verlauf der Empfängerleiterbahn 50 und der Senderleiterbahn 52 eingezeichnet. Auf die Cosinusempfängerleiterbahn 51 wurde in der Fig. 11 verzichtet, da ihre Wirkungsweise der der Sinusempfänger leiterbahn 50 entspricht, eben nur um eine viertel Periode verscho ben wäre.The gently caused by the relative movement of the rotor 11 to the stator 12 change in the field line course and thereby the formation of an induced voltage in a receiver is shown schematically in FIG. 11. The course of the receiver conductor track 50 and the transmitter conductor track 52 is shown schematically perpendicular to the plane of the drawing. The cosine receiver conductor 51 was omitted in FIG. 11, since its mode of operation corresponds to that of the sine receiver conductor 50 , it would only be shifted by a quarter of a period.

Betrachtet man in Fig. 11a nur den Stator 12, d. h. ist kein Rotor 11 vorhanden, so ergibt sich in der Empfängerleiterbahn 50 aus Sym metriegründen die induzierte Spannung Null. Zur Erklärung sind hier zu in der Fig. 11a die positiven und negativen Vektorpfeile 53 des magnetischen Flusses 54, über den Polen, eingezeichnet, deren Beträ ge gleich groß sind. Aufgrund der regelmäßigen Abfolge von positiven und negativen Vektorpfeilen 53 ergibt sich eine Ausgangsspannung in der Empfängerleiterbahn 50 von Null. Die Fig. 11b, c, d, zeigen die verschiedenen Stellungen, falls ein Rotor 11, dessen Leiterbah nen 55 aus Permalloy bestehen, relativ zum Stator 12 bewegt wird. Während der Bewegung werden die Vektorpfeile 53, der magnetische Fluß 54, mehr oder weniger verstärkt bzw. geschwächt. Die dadurch entstehende Flußdifferenz, d. h. die Differenz zwischen den positiven und negativen Vektorpfeilen 53, ist deshalb von Null verschieden. Je nachdem welcher Vektor, bzw. Pol, verstärkt wird, wird in der Emp fängerleiterbahn 50 eine Spannung mit um π verschobener Phase indu ziert. Die Fig. 11b und 11d zeigen jeweils die Stellung bei maxi maler Verstärkung bzw. bei maximaler Schwächung. In Fig. 11c heben sich die positiven und negativen Vektorpfeile 53 auf, so daß sich die Spannung Null ergibt.If one considers only the stator 12 in FIG. 11 a , ie if there is no rotor 11 , then the induced voltage zero results in the receiver conductor track 50 for reasons of symmetry. To explain are here to in Fig. 11a, the positive and negative vector arrows 53 in the magnetic flux 54, located above the poles whose Beträ ge are the same size. Due to the regular sequence of positive and negative vector arrows 53 , an output voltage in the receiver conductor 50 results in zero. C Fig. 11b, d, show the various positions, if a rotor 11, the PCB tracks nen 55 consist of permalloy, is moved relative to stator 12. During the movement, the vector arrows 53 , the magnetic flux 54 , are more or less strengthened or weakened. The resulting flow difference, ie the difference between the positive and negative vector arrows 53 , is therefore different from zero. Depending on which vector or pole is amplified, a voltage with a phase shifted by π is induced in the receiver conductor track 50 . FIGS. 11b and 11d respectively show the position at maximum gain, or at maximum attenuation. In Fig. 11c, the positive and negative vector arrows 53 cancel out so that the voltage is zero.

Strebt man nicht nach allzu großer Auflösung oder ist das Einhalten kleiner Leiterbahnabstände fertigungstechnisch wenig problematisch, dann ist eine Ausführung gemäß Fig. 10 vorzuziehen. Hiermit erhält man zwar bei einer Verdrehung des Rotors entsprechend einer Leiter bahnperiode der Sendeleiterbahn im Signalverlauf nur eine Verände rung, die einer halben Signalperiode entspricht (siehe Fig. 10), durch die verflochtene Führung von Sinus- und Cosinus-Leiterbahnen der Empfängerseite sind aber Sinus- und Cosinus-System in einem Zug darstellbar. Das Anbringen der Zuleitungen wird hierdurch erheblich vereinfacht und die Symmetrieverhältnisse sind nahezu ideal, so daß der Einfluß von Taumelschlag auf die Meßgenauigkeit weitgehend ver schwindet.If one does not strive for a resolution that is too great or if maintaining small interconnect spacings is not problematic in terms of production technology, then an embodiment according to FIG. 10 is preferable. With a rotation of the rotor corresponding to a conductor period of the transmission conductor in the signal course, this only gives a change that corresponds to half a signal period (see FIG. 10), but due to the interwoven guidance of sine and cosine conductor paths on the receiver side, they are sines - And cosine system can be displayed in one go. The attachment of the leads is simplified considerably and the symmetry is almost ideal, so that the influence of wobble on the measurement accuracy largely disappears ver.

In Fig. 12 ist hierzu eine vorteilhafte, insbesondere als Drehwin kelaufnehmer anwendbare Ausführungsform des oben beschriebenen Funk tiosprinzips dargestellt. Zur Verdeutlichung und aus Übersichtlich keitsgründen sind auf der Empfängerseite des Stators 12 wieder nur die Sinusempfängerleiterbahnen eingezeichnet. Die Cosinusempfänger leiterbahnen wären in die Sinusempfängerleiterbahnen verschachtelt und um p/4 versetzt eingezeichnet zu denken. Der Empfänger weist eine ringförmige äußere Leiterbahn 60 mit den Anschlüssen 61 und 62 und eine innre ringförmige Leiterbahn 63 mit den Anschlüssen 64 und 65 auf. Zwischen den beiden ringförmigen Leiterbahnen 60, 63 ist mä anderförmig, wie in den bisherigen Figuren, eine Leiterbahn 66 mit den Anschlüssen 67 und 68 angeordnet. Die beiden ringförmigen Lei terbahnen 60, 63 tragen zu einer Erhöhung des Meßsignals bei, wenn man die Anschlüsse 61, 64, 67 kurzschließt und die Spannung zwischen den Anschlüssen 65 und 68 und 68 und 62 addiert. Die Anordnung der drei Senderbahnen 69 auf dem Stator 12 entspricht der der Empfänger leiterbahnen 60, 63, 66. Es ist aber die Mäanderzahl, bzw. die Polanzahl der Leiterbahn 66 doppelt so groß, d. h. die Anzahl der Mä ander ist verdoppelt.In Fig. 12, an advantageous, in particular as a Drehwin kelaufnehmer applicable embodiment of the radio tiosprinzips described above is shown. For the sake of clarity and for reasons of clarity, only the sine receiver conductor tracks are again drawn in on the receiver side of the stator 12 . The cosine receiver printed conductors would be nested in the sine receiver printed conductors and thought to be offset by p / 4. The receiver has an annular outer conductor track 60 with the connections 61 and 62 and an inner ring-shaped conductor track 63 with the connections 64 and 65 . Between the two annular conductor tracks 60, 63 , a conductor track 66 with the connections 67 and 68 is arranged in a meandering manner, as in the previous figures. The two annular conductor tracks 60, 63 contribute to an increase in the measurement signal when the connections 61, 64, 67 are short-circuited and the voltage between the connections 65 and 68 and 68 and 62 is added. The arrangement of the three transmitter tracks 69 on the stator 12 corresponds to that of the receiver conductor tracks 60, 63, 66 . But it is the number of meanders or the number of poles of the conductor 66 twice as large, ie the number of meanders is doubled.

Gemäß der Anordnung nach Fig. 9 erhält man bei einer Drehung des Rotors 2 · n Maxima und 2 · n Minima für die Amplitude, wenn n die An zahl der Mäanderperiode bzw. die Anzahl der Segmente auf der Stirn seite des Rotors ist. Für die Anordnung nach Fig. 10 bzw. 12 gilt, daß die Anzahl der Maxima bei einer Rotorumdrehung gleich der Anzahl der Rotorsegmente ist. Durch Erhöhung der Anzahl der Mäanderperio den bzw. der Sektorflächen, kann die Meßgenauigkeit vergrößert wer den. Durch Verwendung einer unterschiedlichen Anzahl von Mäander perioden auf dem Stator und dem Rotor kann sowohl die Anzahl der Maximas bzw. Minimas erhöht werden, und man erhält zugleich einen sogenannten Nonius-Effekt.According to the arrangement according to FIG. 9, 2 · n maxima and 2 · n minima for the amplitude are obtained when the rotor rotates, if n is the number of the meandering period or the number of segments on the end face of the rotor. For the arrangement according to FIGS. 10 and 12, the number of maxima in one rotor revolution is equal to the number of rotor segments. By increasing the number of meandering period or sector areas, the measurement accuracy can be increased. By using a different number of meandering periods on the stator and the rotor, both the number of maximas and minimas can be increased, and a so-called vernier effect is obtained at the same time.

In Fig. 13 sind Empfänger- und Senderleiterbahnen auf der gleichen Stirnseite angebracht. Ihre Funktion entspricht dem des Ausführungs beispiels nach Fig. 9.In Fig. 13, receiver and transmitter tracks are attached to the same face. Their function corresponds to that of the execution example according to FIG. 9.

In Fig. 14 und 15 ist eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Stators dargestellt. Es können insbesondere die Umgebungseinflüsse, z. B. Temperatur, unterdrückt und das Meßsignal verbessert werden. Die Fig. 14 zeigt die Vorderseite des Stators, d. h. die dem Rotor zugewandte Seite und Fig. 15 die Rückseite, d. h. die dem Rotor ab gewandte Stirnseite des Stators. Eine Sinusleiterbahn 70 auf der Vorderseite des Stators weist radiale Abschnitte auf, die durch ei nen Kreisbogen miteinander verbunden sind. Die Sinusleiterbahn 70 ist durch einen inneren und einen äußeren Kreis eingeschlossen. Je weils abwechselnd zu den radial verlaufenden Teil der Sinusleiter bahn 70 sind auf der Vorderseite die radialen Abschnitte einer Cosi nusleiterbahn 71 angeordnet. Sie sind mit Hilfe einer Durchkonta tierung auf die Rückseite durchgeführt und dort mit bogenförmigen Verbindungen miteinander verbunden. Auf der Rückseite befindet sich im Bereich der radialen Abschnitte der Sinus- bzw. Cosinusleiterbahn die sogenannte Sendespule 73. Der Rotor kann wie in den vorherigen Figuren beschrieben ausgebildet sein.In Figs. 14 and 15, a particularly advantageous configuration of the stator is shown. In particular, the environmental influences, e.g. B. temperature, suppressed and the measurement signal can be improved. FIG. 14 shows the front of the stator, ie the side facing the rotor, and FIG. 15 the back, ie the end of the stator facing away from the rotor. A sine conductor 70 on the front of the stator has radial sections which are connected to one another by an arc of a circle. The sinusoidal track 70 is enclosed by an inner and an outer circle. Depending Weil alternately to the radially extending part of the sinusoidal track 70 , the radial sections of a Cosi nusleiterbahn 71 are arranged on the front. They are carried out with the help of a through contact on the back and connected to each other there with arched connections. The so-called transmitter coil 73 is located on the rear side in the area of the radial sections of the sine or cosine conductor track. The rotor can be designed as described in the previous figures.

Die flächenförmig ausgebildeten Sektoren des Rotors können besonders vorteilhaft durch fotochemische Prozesse, Galvanisieren oder durch Dick- bzw. Dünnschichttechnik aufgebracht werden. Dadurch ist die Herstellung einfach und besonders kostengünstig und die Konturen der Flächen können besonders genau ausgebildet werden. The planar sectors of the rotor can be special advantageous by photochemical processes, galvanizing or by Thick or thin film technology can be applied. This is the Manufacturing simple and particularly inexpensive and the contours of the Areas can be formed particularly precisely.

Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele zur Bestimmung einer Drehung können analog auch für eine lineare Meßbewegung umgestaltet werden, insbesondere das Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 zeigt dies deutlich.The exemplary embodiments described above for determining a rotation can also be converted analogously for a linear measuring movement, in particular the exemplary embodiment according to FIG. 7 clearly shows this.

Claims

1. Position transducer ( 10 ), based on the magnetic induction coupling effect, with two relatively movable (linear or rotating) encoder parts ( 11, 12 ) of which the one transmitter part as a stator ( 12 ) carries a first, pole-forming conductor arrangement ( 16 ) , whose juxtaposed conductors are electrically coupled to one another, and of which the other transmitter part as a rotor ( 11 ) carries a second, pole-forming conductor arrangement ( 17 ), whose juxtaposed conductors are also electrically coupled to one another and parallel to those of the first conductor arrangement ( 16 ) run, the conductors of the second conductor arrangement ( 17 ) at least partially covering those of the first conductor arrangement ( 16 ) in each relative position of the two transmitter parts ( 11, 12 ), characterized in that the conductor arrangement ( 17 ) of the rotor ( 11 ) is free of electrical leads.

2. Sensor according to claim 1, characterized in that the conductor arrangement ( 17 ) of the rotor ( 11 ) as mutually electrically insulated surfaces and the conductor arrangement ( 16 ) of the stator ( 12 ) are designed as a relatively thin band-shaped conductor arrangement ( 16 ).

3. Sensor according to claim 1 and / or 2, characterized in that the stator ( 12 ) has a transmitter ( 30 ) and a Receiver conductor arrangement ( 31 ).

4. Sensor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the rotor ( 38 ) between two stators ( 39, 40 ) is arranged, and the rotor ( 38 ) on each of the stator ( 39, 40 ) facing Side has a conductor arrangement ( 41 ) and each stator ( 39, 40 ) has its own receiver ( 42 ) and transmitter arrangement ( 42 ) ( Fig. 8).

5. Sensor according to claim 4, characterized in that the transmitter arrangements ( 42 ) of the stators ( 39, 40 ) are supplied by a single voltage source.

6. Sensor according to one of claims 1 to 5, characterized in that the surfaces ( 28 ) formed conductor arrangement ( 17 ) of the rotor ( 11 ) made of electrically conductive material and the areas between the surfaces ( 28 ) made of electrically non-conductive material consist.

7. Transducer according to one of claims 1 to 5, characterized in that the surfaces ( 28 ) formed conductor arrangement ( 17 ) of the rotor ( 11 ) made of magnetically conductive material and the areas between the surfaces ( 28 ) made of electrically non-conductive material consist.

8. Transmitter according to one of claims 1 to 7, characterized in that the transmitter and receiver conductor arrangement of the stator ( 12 ) are each divided into at least two sections of equal size.

9. Transducer according to one of claims 1 to 8, characterized in that the stator ( 12 ) has a plurality of receiver conductor arrangements ( 70, 71 ), the transducer curves are shifted by a quarter period length (p / 4) to each other, so that sinusoidal and cosine-shaped curves arise.

10. Sensor according to one of claims 1 to 9, characterized in that the surfaces ( 28 ) formed conductor arrangement ( 17 ) of the rotor ( 11 ) in the circumferential direction alternately consists of electrically conductive material and magnetically conductive material.

11. Transducer according to one of claims 1 to 10, characterized in that the stator ( 12 ) has a plurality of nested Emp catcher conductor arrangements ( 16 ) which are shifted by a quarter of the meander period or half a pole pitch, so that sine - and cosine-shaped voltage profiles arise.

12. Transducer according to claim 11, characterized in that the receiver and transmitter conductor arrangement has an outer ( 60 ) and an inner ring-shaped conductor arrangement ( 63 ), between which a meandering third conductor arrangement ( 66 ) is arranged ( Fig. 12).

13. Sensor according to claim 12, characterized in that the one connections ( 61, 64, 67 ) of the three conductor arrangements ( 60, 63, 66 ) are short-circuited to one another, and two of the other connections ( 65 and 68 or 68 and 62 ) are linked so that the measurement signals add up.

14. Sensor according to one of claims 1 to 13, characterized records that the transmitter conductor arrangement as a double number of poles has the assigned receiver conductor arrangement.