本发明涉及一种传感器装置，用于测量可绕旋转轴线旋转的元件的旋转位置。
背景技术：
现有技术的传感器装置的一个问题是它们对失准不宽容。
因此，本发明的目的是提供一种传感器装置，其对失准更加宽容。
技术实现要素：
根据本发明，这通过一种传感器装置来实现，其包括至少两个感测元件，其中至少两个感测元件绕旋转轴线相对于彼此偏移至少120度。
这允许即使在发生失准的情况下也可以进行更精确的测量。例如，如果可旋转元件在不旋转的情况下偏移，由于该感测元件中的信号变化，这可能由单个感测元件解释为旋转。使用两个感测元件可以避免这种误解，因为两个感测元件都会感应到这种偏移。然而，信号将不同于旋转。例如，偏移可能导致两个感测元件的信号增加，而旋转可能导致一个感测元件的信号减少而另一个感测元件的信号增加。因此可以推断出是否发生了旋转或偏移。因此，这种偏心度不会对旋转位置的正确测量产生影响。通过以下彼此独立并且可以根据需要任意组合的其他实施例和有利的改进，可以进一步改进根据本发明的解决方案。
感测元件可以是电磁感测元件。这可以使得操作简单。
特别地，电磁感测元件可以是电磁换能器，每个换能器具有用于发射磁场的至少一个发送器构件和用于接收磁场的至少两个接收构件，其中至少两个换能器绕旋转轴线相对于彼此偏移至少120度。
在另外的实施例中，传感器装置可以具有基于光学测量、霍尔效应或磁阻的测量、或其他测量原理的感测元件。
传感器装置可以包括具有开口的弧形载体，该开口适于接收垂直于轴线的可旋转元件。由此，可旋转元件可以侧向插入，这意味着垂直于旋转轴线。
弧形载体可以是部分环形的，例如具有呈圆弧形的外轮廓和/或呈圆弧形的内轮廓。弧形载体可以是c形的。
载体可以是平面载体。这可以允许紧凑的配置。特别地，载体的平面可以垂直于旋转轴线。
载体可以包括pcb以节省空间和成本。
为了高效的设计，每个感测元件都可以布置为更靠近一端而不是弧形载体的中心部分。每个感测元件可以布置在弧形载体的一端。特别地，两个感测元件可以布置在两个相对端。
为了实现精确的测量，弧形载体可以绕轴线延伸穿过180度。优选地，弧形载体绕轴线延伸超过210度，更优选超过240度。
两个感测元件可以彼此偏移超过150度。例如，它们可以偏移180度。它们可以偏移小于整圈，即，小于360度。
两个感测元件可以相对于轴线彼此相对布置。这可以使安装和数据获取变得容易。
为了使数据处理变得容易，两个感测元件可以偏移180度。在另一实施例中，两个感测元件可以偏移小于或大于180度。偏移的值可以理解为两个换能器上的两个对应元件(例如两个中心部分)之间的旋转差。偏移可以特别地沿着传感器装置和/或载体测得，且不超出间隙。
两个感测元件之间的旋转距离可以是至少90度。旋转距离可以理解为一个的感测元件的一端和另一感测元件的相对端之间的距离。偏移可以特别地沿着传感器装置和/或载体测得，且不超出间隙。
传感器装置可以包括至少两个控制器，每个控制器适于控制一个感测元件。这样的配置可以提供针对故障的更高的鲁棒性。如果两个控制器中的一个发生故障，仍然可以用另一个控制器和另一个感测元件进行测量。
在节省空间和成本的布置中，传感器装置可以包括一个控制器，该控制器适于控制至少两个感测元件。
至少一个控制器可以是集成电路(ic)。这可以允许紧凑的设计。
至少一个控制器可以布置在弧形载体上，特别是在感测元件之间，特别是换能器、发送器构件和/或接收构件之间。这可以使得配置容易且紧凑。
为了保持电气布局简单，至少两个发送器构件可以相互连接。它们可以例如由单个电连接器直接连接。
类似地，两个不同换能器的至少两个接收构件可以彼此连接。
在有利的实施例中，两个换能器配置为相同的，每个具有第一接收构件和第二接收构件，其中一个换能器的第一接收构件与另一个换能器的第二接收构件联接。这可以有助于最小化错误。例如，如果第一接收构件引起错误，则该错误仅发生一次。
联接可以是通过中间元件，优选单个中间元件的直接联接。例如，原始信号然后可以电联接。联接可以是通过若干元件(例如通过控制器)的间接联接。在这种情况下，可以比较结果。
在另一有利的实施例中，一个换能器的第二接收构件与另一个换能器的第一接收构件联接。这进一步使错误最小化。然后，在第一次接收构件中发生的错误对两个测量圈具有相同的影响。
如果使用四个干扰元件，则第一换能器和第二换能器中的第一接收构件和第二接收构件的交叉联接导致以下事实：来自两个换能器10的信号未能偏移180度(其为两个换能器10的物理偏移)，而是偏移(180°-90°/4)，即157.5°。因此，当信号相加时，正弦和余弦将是相同的。类似的考虑适用于所有偶数个干扰元件的情况。角度将是(180°-90°/n)，n是干扰元件的数量。
在另一实施例中，当存在奇数个干扰元件时，180°的偏移不会导致精确的镜像。因此，不必改变两个换能器之间的相对角度，并且两个换能器可以彼此定位成180°。
为了补偿外部磁场，一个换能器可以配置为发射和接收第一磁场，该第一磁场在接收构件处具有一方向，该方向与在另一接收构件处测得的由另一换能器发射和接收的第二磁场的方向相反。因此，外部磁场对整个系统没有影响，因为在一种情况下，将其从换能器发射的磁场中加入，在另一种情况下，将其从换能器发射的磁场中减去。
在有利的实施例中，发送器构件和/或至少一个接收构件位于平面中。这使得传感器装置紧凑。优选地，发送器构件和至少一个，更优选两个接收构件位于平面中。优选地，构件位于相同的平面中。平面可以垂直于旋转轴线。这样的平面必须被理解为基本上扁平的对象，其中一个维度比其他两个维度小得多。传感器装置的部分可以例如位于pcb的前侧，而其他部分可以位于pcb的后侧。在这样的实施例中，传感器装置仍将基本上位于平面中。在易于制造的实施例中，发送器构件和/或至少一个接收构件包括pcb上的导电路径。发送器构件和/或至少一个接收构件可以是平面电子部件。
为了产生磁场，发送器构件可以包括线圈。线圈可以是平面的。例如，线圈可以是螺旋线圈。
在紧凑的配置中，发送器构件围绕接收构件。
特别地，磁场可以是交变磁场。这样的交变磁场可以例如由交变电流产生。
附图说明
现在将使用有利的实施例并参考附图以示例性的方式更详细地描述本发明。所描述的实施例仅仅是可能的位置，其中，如上所述的各个特征可以彼此独立地提供或可以省略。
图1示出了传感器装置的实施例的示意性透视图；
图2示出了换能器的另一实施例的示意性透视图；以及
图3示出了可能的接收构件的细节的示意性透视图；
图4示出了传感器装置的另一实施例的示意性透视图；
图5示出了传感器装置的另一实施例的示意性透视图；
图6示出了传感器装置的另一实施例的示意性透视图；
图7示出了传感器装置的另一实施例的示意性透视图；以及
图8示出了传感器装置的另一实施例的示意性透视图。
具体实施方式
在图1中，示出了传感器装置100，其用于测量可绕旋转轴线8旋转的元件的110的旋转位置。可旋转元件110是轴111,例如汽车发动机的轴。
传感器装置100包括两个感测元件5，特别是两个电磁换能器10形式的两个电磁感测元件7，其中每个换能器10具有用于发射磁场的至少一个发送器构件13和用于接收磁场的至少两个接收构件14。金属元件附接到可旋转元件110，使得其随元件110旋转。在该示例中，四个瓣片115连接至轴111，并垂直于轴线8远离轴111侧向地凸出。
瓣片115干扰由发送器构件13产生的磁场，使得接收构件14根据瓣片115的位置并因此根据元件110的旋转位置而接收不同的磁场强度。因此，从接收构件14接收的信号，可以推断出元件110的旋转位置。
传感器装置100包括两个感测元件5，它们绕旋转轴线8相对于彼此偏移至少120度。在所示的示例中，两个换能器10形式的两个感测元件5偏移约180度。这意味着，两个感测元件5上的对应的部分偏移约180度。例如，两个感测元件5的中心部分15偏移180度。偏移角度153沿着传感器装置100测量，特别是沿着周向方向c，该周向方向c绕轴线8行进且垂直于背向轴线8的径向方向r。
因此，两个感测元件5相对于轴线8相对地布置。这种配置的优点在于，例如，如果轴线8在不旋转的情况下偏移，传感器装置100仍可以准确地测量旋转位置，因为在两个换能器10之一中引起的误差被另一换能器10中的相反误差补偿。
换言之，第一换能器10，11形式的第一感测元件5，5a绕轴线8相对于第二换能器10，12形式的第二感测元件5，5b偏移180度。这类似于双重旋转对称。
由于换能器10各自具有旋转延伸部的事实，两个换能器10之间的旋转距离小于偏移角度153。在这种情况下，旋转距离的角度154可以例如为约100度。角度154可以从一个换能器10，11的一端到另一个换能器10，12的相邻端来测量。
传感器装置100包括具有开口23的弧形载体20，开口适于接收垂直于轴线8的可旋转元件110。因此，元件110可以侧向地插入。例如，如果有必要更换传感器装置100，则可以轻松地安装或拆卸传感器装置100。传感器装置100且特别是弧形载体20具有基本上部分环形或c形的形状。弧形载体的内边缘161和外边缘162是弧形的。
每个换能器10布置为更靠近一端28，29而不是弧形载体20的中心部分25。因此，每个换能器10布置在弧形载体20的一端28，29上，两个换能器10布置在相对端28，29上。
弧形载体20绕轴线8延伸超过180度。在所示的示例中，弧形载体20的延伸角度152约为270度。因此，开口23所延伸的角度151为约90度。
开口23为可旋转元件110提供接取通道，通道在其最窄部分的内部宽度约为轴111的直径的1.5倍到2倍，以允许容易的安装。
在所示的示例中，传感器装置100包括两个控制器30，其实现为集成电路31。每个控制器13用于控制一个换能器10。然而，两个控制器13的数据可以在另一未示出的模块中处理。两个控制器30都布置在两个换能器10之间的弧形载体20上。在另一实施例中，仅存在一个控制器30以控制两个换能器10。
每个接收构件14包括两个导体90，其实现为pcb22上的导电路径60。导电路径60类似于周期函数的曲线，特别是正弦函数。因此，导体90具有正弦曲线形的长形的形状。第一导体90,91开始于接触部分80且沿着周向方向c行进周期函数的一个周期。在接合部99处,其连接至第二导体90,92，第二导体逆着周向方向在一个周期上行进回接触部分80。在交叉95处，第一导体和第二导体90，91，92布置在不同的水平上，例如在pcb22的前侧和后侧。使用正弦函数是因为它允许通过计算反正切轻松计算旋转角度。发送器构件13包括导电路径60，这些导电路径形成线圈70，特别是在弧形载体20上的螺旋线圈71，其实现为pcb22。当电流流过发送器构件13时,会产生磁场，其然后被瓣片115干扰并被接收构件14接收。取决于电流是沿一个方向还是另一个方向(例如在发送器构件13中顺时针还是逆时针)流动，磁场指向一个方向或另一个方向。
当联接两个发送器构件13时，一个发送器构件13可以实现为在一个方向上产生磁场，而另一个发送器构件13可以适配为在相反的方向上产生磁场。由此，由于平行于轴线8且干扰测量的外部磁场被加入发送器构件13的一个磁场并从另一个磁场减去，可以补偿该外部磁场。从而抵消了外部磁场的影响。因此，一个换能器10，11可以配置为接收和发射第一磁场，所述第一磁场在所述接收构件14，14a，14b处具有一方向，所述方向与由另一个换能器10，12发射和接收的第二磁场在对应的接收构件14，14c，14d处的方向相反。
有利地，产生的磁场是交变磁场。可以通过在发送器构件13处施加交流电来产生这些磁场。
在有利的实施例中，两个发送器构件13可以直接或间接地彼此联接或连接，以易于控制。
类似地，两个换能器10的接收构件14可以直接或间接地彼此连接或联接。
每个接收构件14包括pcb22上的导电路径60。导电路径60类似于周期函数的曲线，特别是正弦或余弦函数。它从接触部分80开始并且沿着周向方向c行进周期函数的一个周期。路径改变周期函数的符号，并在一个周期内逆着周向方向行进回到接触部分80。因此，每个接收构件14包围或围绕两个凸形区域且类似于两个眼睛。
在每个换能器10中，两个接收构件14偏移周期函数的四分之一周期。
为了避免导电路径60的交叉，可以将导电路径60的部分布置在不同的水平上，这些不同的水平例如由绝缘层分开，或者可以布置在pcb22的前侧和后侧上。
为了进一步最小化误差，两个换能器10，11，12可以配置为相同的，每个具有第一接收构件14，14a，14c和第二接收构件14，14b，14d，且一个换能器10，11的第一接收构件14，14a可以与第二换能器10，12的第二接收构件14，14d联接。联接可以再次通过中间元件进行，例如单个中间元件，以便合并原始电信号，或经由其他元件(例如控制器)间接联接，从而比较结果。
第二接收构件14，14b可以与另一换能器10，12的第一接收构件14，14c联接，以进一步改善精度。
在所示的示例中，使用四个瓣片115。因此，第一换能器和第二换能器10中的第一接收构件和第二接收构件14的交叉耦合导致以下事实：来自两个换能器10的信号偏移180度，其为两个换能器10的物理偏移，但是偏移(180°-90°/4)，即157.5°。因此，当信号相加时，正弦和余弦将是相同的。
在另一实施例中，当存在奇数个瓣片115时，不必改变两个换能器10之间的相对角度。两个换能器10可以彼此180°定位，因为180°位移将不会导致精确的镜像。
在每个换能器10中，发送器构件13围绕接收构件14以节省空间。
发送器构件13和接收构件14是基本扁平的或平面的，且位于垂直于轴线8的平面9中。整个传感器装置100基本上是布置在该平面9中的扁平元件。
在图2中，示出了换能器10的稍有不同的配置。
在图3中，进一步显示了不同的细节。与图1的实施例的不同之处在于，每个换能器10中的接收构件14之一实施为比图1所示的眼形配置更像糖果。因此，每个换能器10中两个接收构件14的组合比图1中所示的配置短。
在图4中，示出了传感器装置100的另一实施例。再次，两个感测元件5的中心部分15偏移180度。两个换能器10之间的旋转距离小于偏移角度153。在这种情况下，旋转距离的角度154可以例如为约60度。角度154可以从一个换能器10，11的一端到另一个换能器10，12的相邻端来测量。
在图4的实施例中，第一换能器和第二换能器10，11，12的第一接收构件14，14a，14c实施为糖果形。第一换能器和第二换能器10，11，12的第二接收构件14，14b，14d实施为眼形，具有由导体90包围的两个凸形区域。
在图5，换能器配置为类似于图4中的换能器。然而，该实施例不包括pcb22。换能器10，11，12可以由其他装置保持。另外，没有示出控制单元30。这样的控制单元30例如可以位于更远的地方，例如在发动机控制单元中。
在图6所示的实施例中，换能器10，11，12各自再次具有一个糖果形的接收构件14和一个眼形的接收构件14。然而，两个换能器10，11，12不相对于轴线8彼此相对地定位。而是，两个换能器10，11，12之间的角度153小于180°。在该示例中，当瓣片115的数量为四时，角度是157.5°(180°-90°/4)。由此，瓣片115同时与两个换能器10，11，12的第一接收构件14a，14c重叠。因此，来自这两个接收构件14、14a，14c的信号可以简单地组合，即使轴111偏移，它们也自动提供了改进的位置测量的优势。
在图7中，示出了存在五个瓣片115的情况。在这种情况下，不必将两个换能器从180°配置偏移。相反，它们可以彼此精确地相对放置。对于存在其他奇数个瓣片115(例如三个瓣片，七个瓣片等)的情况，也不必进行这种偏移。
图8示出了其中所有接收构件14配置为眼形的配置。当将这种实施例与偶数个瓣片115(例如四个瓣片15)一起使用时，两个换能器10相对于彼此远离180°位置的偏移是有利的。在所示实施例中，换能器10，11，12相对于180°位置再次偏移22.5°(＝90°/4)，使得中心部分15之间的角度153再次为157.5°。因此，两个换能器10，11，12之间的旋转距离的角度154较小，然后是另一侧的对应的角度155。
附图标记
5感测元件
5a第一感测元件
5b第二感测元件
7电磁感测元件
8旋转轴线
9平面
10换能器
11第一换能器
12第二换能器
13发送器构件
14接收构件
14a第一接收构件
14b第二接收构件
14c第一接收构件
14d第二接收构件
15中心部分
20弧形载体
22pcb
23开口
25中心部分
28端部
29端部
30控制器
31集成电路
60导电路径
70线圈
71螺旋线圈
80接触部分
90导体
91第一导体
92第二导体
95交叉
99接合部
100传感器装置
110元件
111轴
115瓣片
151角度
152角度
153角度
154角度
155角度
161内边缘
162外边缘
c周向方向
r径向方向。
1.一种传感器装置(100)，用于测量能够绕旋转轴线(8)旋转的元件(110)的旋转位置，所述传感器装置(100)包括至少两个感测元件(5)，其中所述至少两个感测元件(5)绕所述旋转轴线(8)相对于彼此偏移至少120度。
2.如权利要求1所述的传感器装置(100)，其中所述感测元件(5)是电磁感测元件(7)。
3.如权利要求2所述的传感器装置(100)，其中所述电磁感测元件(7)是电磁换能器(10)，每个换能器(10)具有用于发射磁场的至少一个发送器构件(13)和用于接收所述磁场的至少两个接收构件(14)，其中所述至少两个换能器(10)绕所述旋转轴线(8)相对于彼此偏移至少120度。
4.如权利要求1所述的传感器装置(100)，其中所述传感器装置(100)包括具有开口(23)的弧形载体(20)，所述开口适于接收垂直于所述轴线(8)的所述可旋转元件(110)。
5.如权利要求4所述的传感器装置(100)，其中所述感测元件(5)中的每一个布置为更靠近一端(28，29)而不是所述弧形载体(20)的中心部分(25)。
6.如权利要求5所述的传感器装置(100)，其中所述弧形载体(20)绕所述轴线(8)延伸超过180度。
7.如权利要求1所述的传感器装置(100)，其中所述两个感测元件(5)相对于所述轴线(8)相对地布置。
8.如权利要求3所述的传感器装置(100)，其中所述至少两个发送器构件(13)彼此连接。
9.如权利要求3所述的传感器装置(100)，其中两个不同换能器(10)的至少两个接收构件(14)彼此连接。
10.如权利要求3所述的传感器装置(100)，其中所述两个换能器(10)配置为相同的，每个具有第一接收构件(14，14a，14c)和第二接收构件(14，14b，14d)，且其中一个换能器(10，11)的第一接收构件(14，14a)与另一个换能器(10，12)的第二接收构件(14，14d)联接。
11.如权利要求10所述的传感器装置(100)，其中一个换能器(10，11)的第二接收构件(14，14b)与另一个换能器(10，12)的第一接收构件(14，14c)联接。
12.如权利要求3所述的传感器装置(100)，其中一个换能器(10，11)配置为发射和接收第一磁场，所述第一磁场在所述接收构件(14，14a，14b)处具有一方向，所述方向与由另一个换能器(10，12)发射和接收的第二磁场在所述接收构件(14，14c，14d)处的方向相反。
13.如权利要求3所述的传感器装置(100)，其中所述发送器构件(13)和/或至少一个接收构件(14)位于平面(9)中。
14.如权利要求3所述的传感器装置(100)，其中所述发送器构件(13)包括线圈(70)。
15.如权利要求3所述的传感器装置(100)，其中所述发送器构件(13)围绕所述接收构件(14)。
技术总结