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Patent Searching and Data


Title:
INDUCTIVE POSITION SENSOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2021/249776
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an inductive position sensor (1), in particular for a motor vehicle, comprising a first stator element having a first exciter coil (101) applied with a periodic alternating voltage and a first receiving system (100), wherein the signal of the first exciter coil (101) is inductively coupled into the first receiving system (100), comprising a first rotor element (200) which influences the strength of the inductive coupling between the first exciter coil (101) and the first receiving system (100) according to the angular position relative to the first stator element, comprising a metal element (201), wherein the metal element (201) and the first rotor element (200) are arranged on a shaft (300) in a rotationally fixed manner, and comprising an evaluation circuit for determining the angular position of the first rotor element (200) relative to the first stator element from voltage signals induced in the first receiving system, characterised in that the first rotor element (200) and the metal element (201) are each designed as a conductor loop with a periodic shape and the periodicities of the first rotor element (200) and the metal element (201) have a predefined integral correlation.

Inventors:
NORDHORN JOHANNES (DE)
UTERMÖHLEN FABIAN (DE)
THAMER STEFFEN (DE)
WEBER HARRY (DE)
Application Number:
PCT/EP2021/064066
Publication Date:
December 16, 2021
Filing Date:
May 26, 2021
Export Citation:
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Assignee:
HELLA GMBH & CO KGAA (DE)
International Classes:
G01D5/20
Foreign References:
DE102017103122A12018-08-16
EP2870033A12015-05-13
EP1715298A22006-10-25
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Claims:
Patentansprüche

1. Induktiver Positionssensor (1 ), insbesondere für ein Kraftfahrzeug,

- mit einem ersten Statorelement, welches eine mit einer periodischen Wechselspannung beaufschlagte erste Erregerspule (101), sowie ein erstes Empfangssystem (100) aufweist, wobei das Signal der ersten Erregerspule (101) in das erste Empfangssystem (100) induktiv ein koppelt,

- mit einem ersten Rotorelement (200), welches die Stärke der indukti ven Kopplung zwischen erster Erregerspule (101) und erstem Emp fangssystem (100) in Abhängigkeit seiner Winkelposition relativ zum ersten Statorelement beeinflusst,

- mit einem Metallelement (201 ), wobei das Metallelement (201 ) und das erste Rotorelement (200) drehfest auf einer Welle (300) ange ordnet sind,

- mit einer Auswerteschaltung zur Bestimmung der Winkelposition des ersten Rotorelementes (200) relativ zum ersten Statorelement aus den in das erste Empfangssystem induzierten Spannungssignalen, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Rotorelement (200) und das Metallelement (201) jeweils als Lei terschleife mit einer periodischen Geometrie ausgebildet sind und die Perio dizitäten von dem ersten Rotorelement (200) und dem Metallelement (201) in einem vorgegebenen ganzzahligen Verhältnis stehen.

2. Induktiver Positionssensor (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das erste Statorelement auf einer Leiterplatte (103) angeordnet ist, wobei die Leiterplatte (103) in einem Zwischenraum zwischen und mit Ab stand zu dem ersten Rotorelement und dem Metallelement angebracht ist und die Leiterplatte (103) für elektrische und/oder magnetische Felder und/oder elektromagnetische Wellen durchlässig ist.

3. Induktiver Positionssensor (1) nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekenn zeichnet, dass die Geometrie der Leiterschleife des ersten Rotorelementes (200) und des Metallelementes (201) durch jeweils zwei Kreisbahnen mit unterschiedlichen Radien um auf der Welle liegende Mittelpunkte beschrie ben werden kann, wobei jeweils ein erster Radius einer ersten der beiden Kreisbahnen kleiner als ein zweiter Radius einer zweiten der beiden Kreis bahnen ist und jeweils ein Abschnitt der Leiterschleife abwechselnd perio disch auf der ersten oder der zweiten Kreisbahn verläuft und die Enden der Abschnitte durch eine radiale Verbindung zwischen den Kreisbahnen mit den jeweils benachbarten Abschnitten auf der jeweils anderen Kreisbahn verbunden sind.

4. Induktiver Positionssensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils der Abschnitt der Leiterschleife auf der Kreis bahn mit dem zweiten Radius einen Flügel (500) und jeweils der Abschnitt der Leiterschleife auf der Kreisbahn mit dem ersten Radius eine Lücke (501) bildet, wobei jeweils ein Flügel (500) und eine Lücke (501) die Periodi zität des ersten Rotorelementes (200) und des Metallelementes (201) be stimmen.

5. Induktiver Positionssensor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Periodizitäten von dem ersten Ro torelement (200) und dem Metallelement (201) bei 1 :2 oder 2:1 liegt.

6. Induktiver Positionssensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Empfangssystem mindestens zwei, bevor zugt drei erste Leiterschleifen aufweist. 7. Induktiver Positionssensor (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Leiterschleifen jeweils eine sich periodisch wiederholende Schleifenstruktur ausbilden.

8. Induktiver Positionssensor (1 ) nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Windungsrichtung der ersten Leiterschleifen der periodisch wiederholenden Schleifenstruktur ändert, wobei durch die Ände rung der Windungsrichtung eine Fläche aufgespannt wird.

9. Induktiver Positionssensor (1 ) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Periodizität der Schleifenstruktur jeweils einer ersten Leiterschleife mit der Periodizität der Geometrie des ersten Rotorele mentes (200) übereinstimmt.

10. Induktiver Positionssensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Rotorelement (200) und/oder das Metallele ment (201) als Stanzteil und/oder Laserteil ausgeführt ist.

11. Induktiver Positionssensor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallelement (201) ein zweites Rotorelement ist.

12. Induktiver Positionssensor (1 ) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Statorelement eine zweite Erregerspule und ein zweites Empfangssystem mit mindestens zwei, bevorzugt drei zweiten Leiterschlei fen aufweist, wobei das Signal der zweiten Erregerspule in das zweite Emp fangssystem einkoppelt und wobei die Stärke des Signals von dem zweiten Rotorelement beeinflusst ist. 13. Induktiver Positionssensor (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Statorelement ein zweites Empfangssystem mit mindes tens zwei, bevorzugt drei zweiten Leiterschleifen aufweist, wobei das Signal der ersten Erregerspule in das zweite Empfangssystem einkoppelt und wo bei die Stärke des Signals von dem zweiten Rotorelement beeinflusst ist.

14. Induktiver Positionssensor (1) nach den Ansprüchen 2 und 12 oder nach den Ansprüchen 2 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Stato relement auf der Leiterplatte (103) angeordnet ist.

Description:
INDUKTIVER POSITIONSSENSOR

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen induktiven Positionssensor, insbesondere für ein Kraftfahr zeug, mit einem ersten Statorelement, welches eine mit einer periodischen Wechsel spannung beaufschlagte erste Erregerspule, sowie ein erstes Empfangssystem auf weist, wobei das Signal der ersten Erregerspule in das erste Empfangssystem induktiv einkoppelt, mit einem ersten Rotorelement, welches die Stärke der induktiven Kopp lung zwischen erster Erregerspule und erstem Empfangssystem in Abhängigkeit sei ner Winkelposition relativ zum ersten Statorelement beeinflusst, mit einem Metallele ment, das die induktive Kopplung zwischen erster Erregerspule und erstem Emp fangssystem beeinflussen kann, wobei das Metallelement drehfest auf einer gemein samen Welle mit dem ersten Rotorelement verbunden ist und mit einer Auswer teschaltung zur Bestimmung der Winkelposition des ersten Rotorelementes relativ zum ersten Statorelement aus den in das erste Empfangssystem induzierten Span nungssignalen.

Induktive Positionssensoren werden in modernen Kraftfahrzeugen in unterschiedlichs ten Anwendungen mit einer Vielzahl von Randbedingungen eingesetzt. Insbesondere kommen induktive Positionssensoren dort zum Einsatz, wo eine Winkelstellung eines Rotors erfasst werden soll, um eine präzise Steuerung zu ermöglichen. Dies kann bei spielsweise an einer Lenksäule, einem Bremssystem oder einem Antrieb für Kraftfahr zeuge, besonders Elektro- und Hybridfahrzeuge, notwendig sein.

Bei der Auslegung der induktiven Positionssensoren und Integration der Sensoren in bestehende Fahrzeugsysteme muss die Umgebung des Sensors Beachtung finden, da insbesondere Metallelemente, die sich in der Nähe des induktiven Positions sensors befinden, die induktive Kopplung zwischen erster Erregerspule und erstem Empfangssystem beeinflussen können, wobei es zu einer Beeinflussung der induzier ten Spannungssignale in das Empfangssystem kommen kann. Um dennoch induktive Positionssensoren in solcher Umgebung einsetzen zu können, sind daher entsprechende Maßnahmen erforderlich, die den Einfluss der Metallele mente minimieren.

Aus dem Stand der Technik sind induktive Positionssensoren bekannt, die eine Ab schirmung aufweisen, um die störenden Einflüsse des Metallelementes zu verringern. Ein Nachteil an dieser Vorgehensweise sind insbesondere die höheren Kosten, die durch eine Abschirmung des Sensors gegenüber Metallelementen den Sensor verteu ern. Eine solche Abschirmung muss für jede Anwendung individuell ausgelegt werden, was in der Regel durch empirische Untersuchungen erfolgt. Eine solche Abschirmung kann zum Beispiel durch eine Metallschicht, ein Metallgitter oder Metallnetz in einer Leiterplatte gebildet werden. Üblicherweise wird diese Abschirmung als zusätzliche Lage einer mehrlagigen Leiterplatte ausgeführt auf der das erste Statorelement ange ordnet ist. Die Möglichkeiten dieser Maßnahmen sind begrenzt. Eine Verringerung des Einflusses kann durch diese Abschirmung erreicht werden. Es ist allerdings nicht mög lich, den störenden Einfluss komplett zu eliminieren.

An diesem Punkt setzt die Erfindung an.

Der Erfindung lag das Problem zu Grunde die bekannten Positionssensoren, insbe sondere für Kraftfahrzeuge so zu verbessern, dass der Einfluss eines Metallelementes minimiert wird und die Sensoren gleichzeitig kostengünstig zu fertigen sind.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das erste Rotorelement und das Metallelement jeweils als Leiterschleife mit einer periodischen Geometrie ausge bildet sind und die Periodizitäten von dem ersten Rotorelement und dem Metallele ment in einem vorgegebenen ganzzahligen Verhältnis stehen. Dabei kann durch die Geometrie des ersten Rotorelementes und der Metallelementes und dem Verhältnis der Periodizitäten der Einfluss des Metallelementes auf die in das erste Empfangssystem induzierten Spannungssignale minimiert werden.

Bei dem erfindungsgemäßen induktiven Positionssensor ist es möglich, dass sich der Einfluss des Metallelementes auf die induzierten Spannungssignale durch die Ausfüh rung des ersten Rotorelementes und des Metallelementes als Leiterschleifen und vor gegebenen ganzzahligen Periodizitäten zueinander aufheben. Dadurch ist es möglich auf eine Abschirmung zu verzichten.

Es besteht die Möglichkeit, dass das erste Statorelement auf einer Leiterplatte ange ordnet ist, wobei die Leiterplatte in einem Zwischenraum zwischen und mit Abstand zu dem ersten Rotorelement und dem Metallelement angebracht ist und die Leiterplatte für elektrische und/oder magnetische Felder und/oder elektromagnetische Wellen durchlässig ist, da in der Leiterplatte keine Abschirmung vorgesehen ist.

Durch den Verzicht auf eine Abschirmung innerhalb der Leiterplatte kann auf eine zu sätzliche Lage verzichtet werden. Da jede zusätzliche Lage Kosten verursacht, ist es wünschenswert die Leiterplatte so kompakt wie möglich auszuführen.

Es kann vorgesehen sein, dass die Geometrie der Leiterschleife des ersten Rotorele mentes und des Metallelementes durch zwei Kreisbahnen mit unterschiedlichen Ra dien um Mittelpunkte auf der gemeinsame Welle beschrieben werden kann, wobei ein erster Radius einer ersten der beiden Kreisbahnen kleiner als ein zweiter Radius einer zweiten der beiden Kreisbahnen ist und jeweils ein Abschnitt der Leiterschleife ab wechselnd periodisch auf der ersten oder der zweiten Kreisbahn verläuft und die En den der Abschnitte durch eine radiale Verbindung zwischen den Kreisbahnen mit den jeweils benachbarten Abschnitten auf der jeweils anderen Kreisbahn verbunden sind.

Die sich hierdurch ergebende Geometrie des ersten Rotorelementes und des Me tallelementes entspricht der äußeren Kontur eines Rotors mit einer Anzahl an Flügeln und Lücken. Es kann daher vorgesehen sein, dass jeweils der Abschnitt der Leiter schleife auf der Kreisbahn mit dem zweiten Radius einen Flügel und jeweils der Ab schnitt der Leiterschleife auf der Kreisbahn mit dem ersten Radius eine Lücke bildet, wobei jeweils ein Flügel und eine Lücke die Periodizität des ersten Rotorelementes und des Metallelementes bestimmen.

Um den Einfluss des Metallelementes auf das erste Empfangssystem zu minimieren kann es vorteilhaft sein, dass das Verhältnis der Periodizitäten von dem ersten Roto relement und dem Metallelement bei 1 :2 oder 2:1 liegt.

Dies bedeutet, dass die Periodizität des ersten Rotorelementes entweder der halben oder der doppelten Periodizität des Metallelementes entspricht. Die Kombination aus der Geometrie und der Periodizität führt hierbei zu einer Minimierung des Einflusses.

Es besteht die Möglichkeit, dass das erste Empfangssystem mindestens zwei, bevor zugt drei erste Leiterschleifen aufweist. Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass die ersten Leiterschleifen jeweils eine sich periodisch wiederholende Schleifenstruktur ausbilden. Besonders vorteilhaft kann es vorgesehen sein, dass die Windungsrichtung der ersten Leiterschleifen der periodisch wiederholenden Schleifenstruktur ändert, wo bei durch die Änderung der Windungsrichtung eine Fläche aufgespannt wird. Durch die Änderung der Windungsrichtung ändert sich der Integrationsweg der von den ers ten Leiterschleifen periodisch aufgespannten Flächen. Das von dem ersten Rotorele ment in das erste Empfangssystem eingekoppelte Magnetfeld führt zu einer Sig nalspannungsamplitude an der Leiterschleife die proportional dem Ausdruck / B r dA ( B r \ vom Rotorelement hervorgerufene Magnetfeldstärke in der ersten Leiterschleife,

A : von der ersten Leiterschleife aufgespannte Fläche) ist. Durch die Änderung der Windungsrichtung ändert sich die Ausrichtung der Flächennormalen dA , was dazu führt, dass das Vorzeichen des berechneten Integrals abwechselnd positiv und nega tiv ist. Dabei kann es vorgesehen sein, dass die Periodizität der Schleifenstruktur jeweils ei ner ersten Leiterschleife mit der Periodizität der Geometrie des ersten Rotorelementes übereinstimmt. In diesem Fall ändert sich das Vorzeichen des eingekoppelten Mag netfeldes mit der gleichen Periodizität wie das Vorzeichen der ersten Leiterschleifen. Ist das eingekoppelte Signal in den periodisch aufgespannten Flächen gleich, heben sich die Signalanteile gegenseitig auf.

Es besteht die Möglichkeit, dass das erste Rotorelement und/oder das Metallelement als Stanzteil und/oder Laserteil ausgeführt sind. Besonders das Fertigungsverfahren als Stanzteil ermöglicht die Produktion von hohen Stückzahlen, was zu einer Kosten optimierung führen kann. Eine Ausführung als Laserteil ermöglicht insbesondere eine hohe Flexibilität bei der Fertigung und die Möglichkeit auf besondere Vorgaben einge- hen zu können.

Es kann vorgesehen sein, dass das Metallelement als zweites Rotorelement ausge führt ist. Durch einen derartigen Aufbau des induktiven Positionssensors wäre es bei spielsweise möglich zwei Drehwinkel an einer Welle zu messen, zum Beispiel um die Torsion der Welle, zum Beispiel einer Lenksäule eines Kraftfahrzeuges zu bestimmen.

Vorteilhafterweise kann es vorgesehen sein, dass ein zweites Statorelement eine zweite Erregerspule und ein zweites Empfangssystem mit mindestens zwei, bevorzugt drei zweiten Leiterschleifen aufweist, wobei das Signal der zweiten Erregerspule in das zweite Empfangssystem einkoppelt, wobei die Stärke des Signals von dem zwei ten Rotorelement bestimmt ist. In diesem Fall wäre es möglich einen Wert für das zweite Rotorelement zu bestimmen und mit dem ersten Rotorelement in Beziehung zu setzen.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass ein zweites Statorelement ein zweites Emp fangssystem mit mindestens zwei, bevorzugt drei zweiten Leiterschleifen aufweist, wobei das Signal der ersten Erregerspule in das zweite Empfangssystem einkoppelt und wobei die Stärke des Signals von dem zweiten Rotorelement beeinflusst ist. Die erste Erregerspule erzeugt dann sowohl das Signal für das erste Empfangssystem als auch für das zweite Empfangssystem. In diesem Falle kann auch die zweite Erreger spule verzichtet werden.

Es besteht die Möglichkeit, dass das zweite Statorelement auf der Leiterplatte ange ordnet ist. In diesem Fall ist eine platzsparende Bauweise des induktiven Positions sensors möglich.

Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer schematischen Darstellung eines induktiven Posi tionssensors gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegen den Erfindung

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Rotorelementes und/oder eines Me tallelementes

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Strukturen von Rotorelement und Me tallelement sowie des ersten Empfangssystems für ein erstes Verhältnis der Periodizitäten mit zugehöriger Orientierung des magnetischen Feldes und der Flächennormalen dA

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Strukturen von Rotorelement und Me tallelement sowie des ersten Empfangssystems für ein zweites Verhältnis der Periodizitäten mit zugehöriger Orientierung des magnetischen Feldes und der Flächennormalen dA

Ein induktiver Positionssensor 1 , der gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, umfasst eine Leiterplatte 103 auf der das erste Statorelement angeordnet ist. Weiterhin umfasst der induktive Positionssensor 1 ein erstes Rotorelement 200 und ein Metallelement 201 , wobei die Leiterplatte 103 zwischen dem ersten Rotorelement 200 und dem Metallelement 201 mit einem Abstand zu beiden angeordnet ist. Das Rotorelement 200 und das Metallelement 201 sind koaxial auf einer gemeinsamen Welle 300 angebracht. Das erste Rotorelement 200 und das Metallelement 201 sind relativ zueinander und relativ zur Leiterplatte 103 drehbar angeordnet.

Die Leiterplatte 103 weist an ihrer dem ersten Rotorelement 200 zugewandten Seite das erste Statorelement auf, welches eine erste Erregerspule 101 sowie ein erstes Empfangssystem 100 umfasst. Das erste Empfangssystem 100 umfasst zwei, bevor zugt drei erste Leiterschleifen. Die ersten Leiterschleifen bilden eine sich periodisch wiederholende Schleifenstruktur aus, welche durch eine Änderung der Windungsrich tung eine Fläche aufspannen.

Der induktive Positionssensor 1 weist eine hier nicht explizit dargestellte Oszillator schaltung auf, die während des Betriebs des induktiven Positionssensors 1 ein perio disches Wechselspannungssignal erzeugt und in die erste Erregerspule 101 einkop pelt. Das erste Rotorelement 200 beeinflusst bei seiner Verdrehung die Stärke der in duktiven Kopplung zwischen der ersten Erregerspule 101 und dem ersten Empfangs system 100.

Durch die Beeinflussung der Stärke der induktiven Kopplung zwischen erster Erreger spule 101 und erstem Empfangssystem 100 durch das erste Rotorelement 200 in Ab hängigkeit seiner Winkelposition relativ zu dem ersten Statorelement, kann der Winkel zwischen erstem Rotorelement 200 und erstem Empfangssystem 100 bestimmt wer den. Dieser Winkel ist für viele Anwendungen, insbesondere in einem Kraftfahrzeug von immer größer werdender Bedeutung. Der induktive Positionssensor 1 weist eine nicht explizit dargestellte Auswerteschaltung zur Bestimmung der Winkelposition des ersten Rotorelementes 200 relativ zum Statorelement aus den in das erste Empfangs system 100 eingekoppelten Signalen auf. Das Metallelement 201 , welches auf der anderen Seite der Leiterplatte 103 angeord net ist, kann die induktive Kopplung zwischen erster Erregerspule 101 und dem ersten Empfangssystem 100 beeinflussen. Dieser Einfluss ist unerwünscht, da er sich mit dem Einfluss des ersten Rotorelementes 200 überlagert und eine genaue Bestim mung der Winkelposition zwischen erstem Rotorelement 200 und erstem Empfangs system 100 erschwert.

Um den Einfluss des Metallelementes 201 zu minimieren, weist der induktive Positi onssensor 1 ein erstes Rotorelement 200 und ein Metallelement 201 auf, das jeweils als Leiterschleife mit einer periodischen Geometrie ausgebildet ist und die Periodizität von dem ersten Rotorelement 200 und dem Metallelement 201 in einem vorgegeben ganzzahligen Verhältnis zueinander steht. Es hat sich gezeigt, dass es besonders vor teilhaft ist, wenn das Verhältnis der Periodizitäten bei 1 :2 oder 2:1 liegt.

Weiterhin stimmt die Periodizität des ersten Rotorelementes 200 mit der Periodizität der Schleifenstruktur jeweils einer Leiterschleife des ersten Empfangssystems 100 überein.

Fig. 2 zeigt den schematischen Aufbau eines ersten Rotorelementes 200 und/oder ei nes Metallelementes 201 , wobei das Metallelement 201 im Wesentlichen der Geomet rie des ersten Rotorelementes 200 entspricht und sich die beiden durch ihre Periodizi tät unterschieden können.

Wie in Fig. 2 erkennbar wird durch die Leiterschleife die äußere Kontur des ersten Ro torelementes 200 bzw. des Metallelementes 201 nachgebildet. Erkennbar sind die Ab schnitte der Leiterschleife am äußeren Radius des Elementes. Diese können als Flü gel angenommen werden. Die Abschnitte der Leiterschleife am inneren Radius kön nen als Lücke angenommen werden. Hierbei definieren jeweils ein Flügel und eine Lü cke die Periodizität. Auf Grund des ganzzahligen Verhältnisses der Periodizitäten zwischen erstem Roto relement 200 und Metallelement 201 sowie der Geometrie der beiden Elemente kann der Einfluss des Metallelementes 201 auf die in das erste Empfangssystem 100 indu zierten Spannungssignale minimiert werden. Es ist möglich, den Einfluss nahezu kom plett zu eliminieren. Zur Veranschaulichung zeigt Fig. 3 eine schematische Darstellung der Strukturen von erstem Rotorelement 200 und Metallelement 201 sowie des ersten Empfangssystems 100 für zwei Periodizitäten mit zugehöriger Orientierung des mag netischen Feldes und der Flächennormalen dA.

Im Wesentlichen treten bei einem gewünschten Verhältnis der Periodizitäten von 1 :2 oder 2:1 zwei Anwendungsfälle auf. In Fig. 3 und 4 werden diese zwei Anwendungs fälle mit einer unterschiedlichen Periodizität betrachtet. Fig. 3 und Fig. 4 zeigen mögli che Strukturen 400, 402 eines ersten Rotorelementes 200 und/oder eines Metallele mentes 201 und zwei mögliche unterschiedliche Strukturen 401 , 403 eines ersten Empfangssystems 100. Die eingezeichneten Pfeile in den Strukturen 400, 401, 402, 403 entsprechen dabei dem Integrationsweg, bzw. der angenommenen Stromrich tung. Die Darstellung erfolgt entlang des Drehwinkels cp.

Die möglichen ersten Empfangssysteme 401 und 403 setzen sich dabei aus der perio dischen Wiederholung der beiden Flächenhälften 401.1 und 401.2, bzw. 403.1 und 403.2, zusammen, wobei die jeweiligen Hälften aufgrund der Änderung der Windungs richtung eine unterschiedliche Flächennormale dA aufweisen. Der Einfluss des Me tallelementes 201 auf das erste Empfangssystem 100 soll nun für die in Fig. 3 und Fig. 4 dargestellten Kombinationen der Strukturen 400, 401 , 402, 403 des Rotorele mentes 200 und des Metallelementes 201 sowie einem ersten Empfangssystem 100 betrachtet werden.

Fig. 3 zeigt den Anwendungsfall, dass die Periodizitäten des ersten Rotorelementes 200 und des Metallelementes 201 in einem Verhältnis 1 :2 liegt. In Fig. 3 entspricht das erste Empfangssystem 100 der Struktur 401 und das erste Rotorelement 200 der Ro- torstruktur 400. Das Metallelement 201 wird mit der Struktur 402 dargestellt. Erkenn bar ist die Periodizität des Metallelementes 402 kleiner als die Periodizität des ersten Empfangssystems 100.

Fig. 4 zeigt den Anwendungsfall, dass die Periodizitäten des ersten Rotorelementes

200 und des Metallelementes 201 in einem Verhältnis 2:1 liegt. In Fig. 4 ist das Me tallelement 201 mit der Struktur 400, das erste Rotorelement 200 mit der Rotorstruktur 402 und das erste Empfangssystem 100 mit der Struktur 403 realisiert. Erkennbar ist in diesem zweiten Fall die Periodizität des Metallelementes 201 größer als die Periodi zität des ersten Empfangssystems 100.

In beiden Fällen liegen die Periodizitäten des Metallelementes 201 und des ersten Ro torelementes 200 in einem ganzahligen Verhältnis zueinander. Das erste Rotorele ment und das erste Empfangssystem 100 weisen in beiden betrachteten Fällen die gleichen Periodizitäten auf. So entspricht die Periodizität des Metallelementes 201 in Fig. 3 der halben Periodizität und in Fig. 4 der doppelten Periodizität des ersten Emp fangssystems 100.

In Fig. 3 ist zu erkennen, dass die Periodizität des Metallelementes 201 mit der Struk tur 402 der halben Strukturbreite 401.1 entspricht. Der Einfluss des Metallelementes

201 ist somit in den jeweiligen Hälften 401.1 und 401.2 betragsmäßig für beliebige Winkelbeziehungen zwischen dem Metallelement 201 und dem ersten Empfangssys tem 100 identisch. Aufgrund der verschiedenen Orientierung der Flächennormalen dA, haben diese jedoch ein gegensätzliches Vorzeichen, sodass sich die beiden Beiträge exakt aufheben. Dabei ist auch zu erkennen, dass eine Variation in der Geometrie so wohl in des ersten Empfangssystems 401 , zum Beispiel durch einen zusätzlichen Ab stand zwischen Hin- und Rückwicklung, als auch in der Rotorstruktur 402, zum Bei spiel durch Variation der Flügelbreite, sich im Wesentlichen kompensieren. In Fig. 4 ist zu erkennen, dass die Periodizität des Metallelementes 201 mit der Struk tur 400 der doppelten Strukturbreite 403.1 entspricht. Der Einfluss des Metallelemen tes 201 ist dabei betragsmäßig identisch in den beiden Hälften 403.1 und 403.2. Auf grund der verschiedenen Orientierung der Flächennormalen dA haben beide Beiträge ein entgegengesetztes Vorzeichen. Es ist jedoch zu erkennen, dass bereits kleine Ab weichungen, wie beispielsweise eine größere Breite der Flügel 500 in der Rotorstruk tur 400, dazu führen, dass sich die Beiträge betragsmäßig verändern und nicht mehr identisch sind. Somit würde sich ein Einfluss des Metallelementes 201 mit der Struktur 400 auf das erste Empfangssystem 100 mit der Struktur 403 ergeben. Da das erste Empfangssystem 100 im Wesentlichen auf einer Leiterplatte 103 mit mehreren Lagen realisiert wird, müssen solche Einflüsse berücksichtigt werden. Durch Anpassung der Periodizität bei dem Metallelement 400 lässt sich ein Minimum des Einflusses bestim men. Dabei kann das Minimum im Wesentlichen anhand von Simulationen oder Mes sungen gefunden werden. Durch geeignete Wahl der Periodizität, ist es somit möglich die direkte Kopplung zwischen dem Metallelement 201 und dem ersten Empfangssys tem 100 im Wesentlichen zu kompensieren.

Jedoch können zusätzliche Kopplungen zwischen dem ersten Rotorelement 200 und dem Metallelement 201 in beiden betrachteten Fällen auftreten, die ebenfalls berück sichtigt werden müssen.

Eine Minimierung des Einflusses zwischen erstem Rotorelement 200 und Metallele mentes 201 kann erreicht werden, wenn an die Geometrie des ersten Rotorelementes 200 und des Metallelementes 201 Anforderungen gestellt werden und eine Geometrie wie in Fig. 2 gezeigt genutzt wird.

Aufgrund der zeitlichen Veränderung des Stromes tritt eine Induktion vom ersten Ro torelement 200 in das Metallelement 201 und umgekehrt auf. Dabei wird das magneti sche Feld des ersten Rotorelementes 200 aufgrund des Metallelementes 201 verän- dert, was sich auf die in das erste Empfangssystem 100 induzierten Spannungssig nale auswirkt. Der Einfluss hängt dabei maßgeblich von der Geometrie des ersten Ro torelementes 200 und der Metallelementes 201 sowie den Periodizitäten ab.

Bei der Verwendung der in Fig. 2 dargestellten Geometrie zeigt sich Folgendes: Für den in Fig. 3 gezeigten Anwendungsfall folgt, dass bei einer doppelten Periodizität des Metallelementes 201 gegenüber der des ersten Rotorelements 200 ein von dem Dreh winkel unabhängiger Einfluss des Metallelementes 102 auf das erste Rotorelement 100 und somit auf das erste Empfangssystem 100 entsteht. Für den in Fig. 4 gezeig ten Anwendungsfall gilt, dass die durch das Metallelement 201 herbeigeführte Ände rung des magnetischen Feldes des ersten Rotorelementes 200 sich gleichmäßig auf die beiden Empfangsstrukturhälften 403.1 und 403.2 auswirkt. Dementsprechend lässt sich kein Einfluss des Metallelementes 201 beobachten. Durch Verwendung einer Ge ometrie wie in Fig. 2 gezeigt ist es somit möglich den Einfluss des Metallelementes 201 auf die in das erste Empfangssystem 100 induzierten Spannungssignale aufzuhe ben.

Bezugszeichenliste

1 Induktiver Positionssensor

100 erstes Empfangssystem

101 erste Erregerspule

103 Leiterplatte

200 erstes Rotorelement

201 Metallelement

300 gemeinsame Welle

400, 402 Darstellung der Struktur des ersten Rotorelementes und/oder des Metallelementes 401 , 403 Darstellung der Struktur des ersten Empfangssystems

401.1 , 401.2, 403.1 , 403.2 Empfangsstrukturhälften

500 Flügel des ersten Rotorelementes und/oder des Me tallelementes

501 Lücke des ersten Rotorelementes und/oder des Me tallelementes dA Flächennormale

B11 , B12, B21 , B22 magnetisches Feld