DE102018213249A1

DE102018213249A1 - Sensor system for determining at least one rotational property of a rotating element

Info

Publication number: DE102018213249A1
Application number: DE102018213249.6A
Authority: DE
Inventors: Fabian Utermoehlen; Christian Karcher
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-08-07
Filing date: 2018-08-07
Publication date: 2020-02-13
Also published as: WO2020030322A1

Abstract

Es wird ein Sensorsystem (110) zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse (112) rotierenden Elements vorgeschlagen. Das Sensorsystem (110) umfasst mindestens ein mit dem rotierenden Element verbindbares Geberrad (114), wobei das Geberrad (114) ein Geberradprofil (116) aufweist. Das Sensorsystem (110) umfasst weiterhin mindestens einen Schaltungsträger (118), wobei der Schaltungsträger (118) mindestens eine Erregerspule (120) sowie mindestens zwei Empfangsspulen (122) trägt. Die Erregerspule (120) begrenzt mindestens einen Erregerbereich (124), wobei die zwei Empfangsspulen (122) in dem Erregerbereich (124) angeordnet sind. Ferner sind die Empfangsspulen (122) relativ zueinander um die Rotationsachse (112) verdreht angeordnet und umschließen jeweils die Rotationsachse (112). Die Empfangsspulen (122) weisen jeweils eine gleiche Anzahl n von mindestens zwei ersten Teilwindungen (126) und mindestens zwei zweiten Teilwindungen (128) auf, wobei die ersten Teilwindungen (126) und die zweiten Teilwindungen (128) gegenläufig orientiert sind.A sensor system (110) for determining at least one rotational property of an element rotating about at least one axis of rotation (112) is proposed. The sensor system (110) comprises at least one sensor wheel (114) which can be connected to the rotating element, the sensor wheel (114) having a sensor wheel profile (116). The sensor system (110) further comprises at least one circuit carrier (118), the circuit carrier (118) carrying at least one excitation coil (120) and at least two receiving coils (122). The excitation coil (120) delimits at least one excitation area (124), the two receiving coils (122) being arranged in the excitation area (124). Furthermore, the receiving coils (122) are arranged rotated relative to one another about the axis of rotation (112) and each enclose the axis of rotation (112). The receiving coils (122) each have an equal number n of at least two first partial turns (126) and at least two second partial turns (128), the first partial turns (126) and the second partial turns (128) being oriented in opposite directions.

Description

Stand der TechnikState of the art

Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Sensoren bekannt, welche mindestens eine Rotationseigenschaft rotierender Elemente erfassen. Beispiele derartiger Sensoren sind in Konrad Reif (Hrsg.): Sensoren im Kraftfahrzeug, 2. Auflage, 2012, Seiten 40-41, 63-74 und 120-129 beschrieben.Numerous sensors are known from the prior art which detect at least one rotational property of rotating elements. Examples of such sensors are described in Konrad Reif (ed.): Sensors in a motor vehicle, 2nd edition, 2012, pages 40-41, 63-74 and 120-129.

So wird in einer ersten bekannten Ausführungsform derartiger Sensoren üblicherweise ein Magnet über einen Magnetfeldsensor gedreht und durch die Messung des Magnetfeldvektors der Drehwinkel ermittelt. Sensoren dieses Typs reagieren in der Regel auch auf externe Magnetfelder, die beispielsweise durch einen Stromfluss von benachbart angeordneten Stromkabeln herrühren und sind demzufolge meist sehr störempfindlich.In a first known embodiment of such sensors, a magnet is usually rotated via a magnetic field sensor and the angle of rotation is determined by measuring the magnetic field vector. As a rule, sensors of this type also react to external magnetic fields which, for example, result from a current flow from adjacent power cables and are therefore usually very sensitive to interference.

Ein weiteres Sensorprinzip basiert insbesondere auf dem Wirbelstromeffekt. Hier wird in der Regel ein metallisches Target über Sensorspulen bewegt, die mit Wechselspannung beaufschlagt werden und in diesem Target einen Wirbelstrom induzieren. Dies führt üblicherweise zur Reduzierung der Spuleninduktivitäten und erlaubt über eine Verschaltung in einem Schwingkreis über eine Frequenzänderung auf den Drehwinkel zu schließen. Nachteilig kann hier insbesondere eine hohe Querempfindlichkeit gegenüber Einbautoleranzen, insbesondere der Verkippung des Targets, sein sowie ein mögliches Locking der Frequenzen auf Störungen von außen, insbesondere auch als „Injection Locking“ bezeichnet, da üblicherweise mit Frequenzen im Bereich von einigen zehn MHz gearbeitet wird.Another sensor principle is based in particular on the eddy current effect. Here, a metallic target is usually moved over sensor coils, which are supplied with alternating voltage and induce an eddy current in this target. This usually leads to a reduction in the coil inductances and allows a connection in a resonant circuit to be used to infer the angle of rotation via a frequency change. A disadvantage here can be a high cross sensitivity to installation tolerances, in particular the tilting of the target, and a possible locking of the frequencies to interference from outside, in particular also referred to as “injection locking”, since frequencies in the range of a few tens of MHz are usually used.

Weiterhin sind Drehwinkelsensoren auf Basis von gekoppelten Spulen bekannt, beispielsweise insbesondere aus EP 0 909 955 B1 . Eine Erregerspule auf einer Sensor-Leiterplatte wird in der Regel mit einer Wechselspannung beaufschlagt, die eine Frequenz im Bereich einiger MHz, beispielweise 3.5 MHz, aufweist. Dadurch entsteht ein elektromagnetisches Wechselfeld, welches üblicherweise in Empfangsspulen auf der Sensorleiterplatte koppelt und dort entsprechende Wechselspannungen induziert. Durch entsprechende Formung eines Targets wird die Kopplung zwischen der Sendespule und den Empfangsspulen beispielsweise drehwinkelabhängig beeinflusst. Durch Demodulation des in den Empfangsspulen induzierten Signals mit dem Trägersignal, insbesondere dem Signal der Sendespule, kann in der Regel auf Betrag und Phase der Kopplung geschlossen werden. Der Betrag variiert üblicherweise kontinuierlich mit dem Drehwinkel. Die Phasenlage kann insbesondere 0° oder 180° betragen. Durch Multiplikation des Betrags mit dem Cosinus der Phase entsteht ein Sinus-/ Cosinus-System, insbesondere bei Verwendung von zwei Empfangsspulen mit 90° Phasenversatz bezogen auf den Messbereich, aus dem über eine ArcTan Berechnung der Winkel ermittelt werden kann.Furthermore, angle of rotation sensors based on coupled coils are known, for example in particular from EP 0 909 955 B1 , An excitation coil on a sensor circuit board is generally acted upon by an AC voltage which has a frequency in the range of a few MHz, for example 3.5 MHz. This creates an alternating electromagnetic field, which usually couples in receiving coils on the sensor circuit board and induces corresponding alternating voltages there. The coupling between the transmitting coil and the receiving coils is influenced, for example, as a function of the angle of rotation by appropriately shaping a target. Demodulation of the signal induced in the receiving coils with the carrier signal, in particular the signal of the transmitting coil, can usually be used to infer the amount and phase of the coupling. The amount usually varies continuously with the angle of rotation. The phase position can in particular be 0 ° or 180 °. Multiplying the amount by the cosine of the phase creates a sine / cosine system, especially when using two receiver coils with a 90 ° phase offset in relation to the measuring range, from which the angle can be determined using an ArcTan calculation.

Bekannte Ausführungsformen dieser Spulen zeigt weiterhin beispielsweise die DE 10 2013 225 921 A1 . Die Empfangsspulen weisen im Wesentlichen sinusförmige Außenkonturen auf und sind auf einem Kreisringsegment angeordnet. Die Erregerspule weist im Wesentlichen spiralförmig umlaufende Wicklungen auf. Eine ähnliche Anordnung ist weiterhin beispielsweise auch in FR2964735A1 offenbart.Known embodiments of these coils also show, for example DE 10 2013 225 921 A1 , The receiving coils have essentially sinusoidal outer contours and are arranged on a circular ring segment. The excitation coil has essentially spiral-shaped windings. A similar arrangement is also shown, for example, in FIG FR2964735A1 disclosed.

Trotz der Vorteile der Sensorsysteme zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines rotierenden Elements, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, beinhalten diese noch Verbesserungspotential. So weisen die Spulenanordnungen des Standes der Technik, insbesondere beispielsweise Spulenanordnungen der Schriften DE102013225921A1 und FR2964735A1 eine Reihe von Nachteile beim Messen eines Drehwinkels auf. So sorgen insbesondere durch die segmentierte Realisierung des Sensors und der Erregerspule, insbesondere die radialen Leiterbahnen für Inhomogenitäten und/oder Erhöhungen im Erregermagnetfeld, die in der Regel zu Offsets in den Empfangsspulensignalen führen. So können beispielsweise auch dann Spannungen induziert werden, wenn kein Target vorhanden ist. Da vorhandene Offsets vor der Winkelberechnung subtrahiert werden müssen, bedeutet dies in der Regel ein Mehraufwand im übergeordneten System. Darüber hinaus schränken Signaloffsets den Nutzbereich von Analog-Digital-Wandlern im übergeordneten System üblicherweise ein, sodass die Auflösung des Drehwinkels begrenzt ist. Weitere Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Sensoren zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines rotierenden Elements sind häufig die Anschlüsse der Empfangsspulen. Hier sind insbesondere häufig Flächen vorhanden, in denen in der Regel Spannungen induziert werden, die Signaloffsets verursachen. Zu diesem Effekt trägt häufig ebenso eine im Wesentlichen spiralförmig umlaufende Erregerspule bei. Durch den nicht konstanten Abstand der Windungen der Erregerspule zum Bereich der Empfangsspulen entstehen üblicherweise inhomogene Feldverteilungen, die beispielsweise zu Offsets in den Empfangsspulensignalen und eventuellen Winkelfehlern führen.Despite the advantages of the sensor systems for determining at least one rotational property of a rotating element, which are known from the prior art, they still have room for improvement. The coil arrangements of the prior art, in particular, for example, coil arrangements of the documents DE102013225921A1 and FR2964735A1 has a number of disadvantages when measuring an angle of rotation. The segmented implementation of the sensor and the excitation coil, in particular the radial conductor tracks, in particular ensure inhomogeneities and / or increases in the excitation magnetic field, which generally lead to offsets in the reception coil signals. For example, voltages can also be induced when there is no target. Since existing offsets have to be subtracted before the angle calculation, this usually means additional work in the higher-level system. In addition, signal offsets usually limit the useful range of analog-digital converters in the higher-level system, so that the resolution of the angle of rotation is limited. Other disadvantages of the sensors known from the prior art for determining at least one rotational property of a rotating element are often the connections of the receiving coils. In particular, areas are often present here in which voltages are generally induced, which cause signal offsets. An essentially spiral-shaped excitation coil often also contributes to this effect. The non-constant distance between the turns of the excitation coil and the area of the receiving coils usually results in inhomogeneous field distributions, which lead, for example, to offsets in the receiving coil signals and possible angular errors.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Sensors zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines rotierenden Elements mit einem verbesserten Design der Erreger- und/oder Empfangsspulen zur zumindest teilweisen Kompensation von Signaloffsets.The object of the invention is to provide a sensor for determining at least one rotational property of a rotating element with an improved design of the excitation and / or receiving coils for at least partial compensation of signal offsets.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

In Rahmen der vorliegenden Erfindung wird daher ein Sensorsystem zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationachse rotierenden Elements vorgeschlagen. Unter einem „Sensorsystem zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines rotierenden Elements“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzliche eine beliebige Vorrichtung verstanden werden, welche geeignet ist, die mindestens eine Rotationseigenschaft zu erfassen und welche beispielsweise mindestens ein elektrisches Messsignal entsprechend der erfassten Eigenschaft erzeugen kann, wie beispielsweise eine Spannung oder einen Strom. Auch Kombinationen von Eigenschaften können erfassbar sein. Unter einer „Rotationseigenschaft“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine Eigenschaft verstanden werden, welche die Rotation des rotierenden Elements zumindest teilweise beschreibt. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Winkelgeschwindigkeit, eine Drehzahl, eine Winkelbeschleunigung, ein Drehwinkel oder eine andere Eigenschaft handeln, welche eine kontinuierliche oder diskontinuierliche, gleichförmige oder ungleichförmige Rotation oder Drehung des rotierenden Elements zumindest teilweise charakterisieren kann. Beispielsweise kann es sich bei der Rotationseigenschaft um eine Position, insbesondere einen Drehwinkel, oder um eine Drehzahl oder um eine Kombination beider Größen handeln. Auch andere Eigenschaften und/oder andere Kombinationen von Eigenschaften können erfassbar sein. Unter einem „Drehwinkel“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine Winkelposition einer rotationsfähigen Vorrichtung, beispielsweise des rotierenden Elements oder des Geberrads, bezüglich einer senkrecht auf der Rotationsachse stehenden Achse verstanden werden. Beispielsweise kann die Winkelposition als Winkel angegeben werden, welchen die rotationsfähige Vorrichtung mit der senkrecht auf der Rotationsachse stehenden Achse bezüglich der Rotationsachse einschließt.Within the scope of the present invention, therefore, a sensor system for determining at least one rotational property of an element rotating about at least one rotational axis is proposed. In the context of the present invention, a “sensor system for determining at least one rotational property of a rotating element” can basically be understood to mean any device which is suitable for detecting the at least one rotational property and which can, for example, generate at least one electrical measurement signal corresponding to the acquired property, such as a voltage or a current. Combinations of properties can also be recorded. In the context of the present invention, a “rotation property” can in principle be understood as a property that at least partially describes the rotation of the rotating element. This can be, for example, an angular velocity, a rotational speed, an angular acceleration, an angle of rotation or another property which can at least partially characterize a continuous or discontinuous, uniform or non-uniform rotation or rotation of the rotating element. For example, the rotational property can be a position, in particular an angle of rotation, or a speed or a combination of both quantities. Other properties and / or other combinations of properties can also be ascertainable. In the context of the present invention, a “rotation angle” can in principle be understood to mean an angular position of a device capable of rotation, for example the rotating element or the encoder wheel, with respect to an axis perpendicular to the axis of rotation. For example, the angular position can be specified as the angle which the rotatable device includes with the axis perpendicular to the axis of rotation with respect to the axis of rotation.

Das Sensorsystem kann insbesondere zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug, insbesondere in einer Brennkraftmaschine oder einem Elektromotor, eingerichtet sein. Unter einem „rotierenden Element“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges Element verstanden werden, welches eine Rotationsachse aufweist und um diese rotiert. Beispielsweise kann das rotierende Element eine Welle in einer Antriebsmaschine sein, beispielsweise eine Nockenwelle. Beispielsweise kann ein Drehwinkel einer Nockenwelle oder eine Drehzahl einer Nockenwelle oder eine Kombination beider Größen bestimmt werden. Ferner kann es sich bei dem rotierenden Element auch um ein rotierendes Element eines Elektromotors handeln, beispielsweise um einen Rotor.The sensor system can in particular be set up for use in a motor vehicle, in particular in an internal combustion engine or an electric motor. In the context of the present invention, a “rotating element” can in principle be understood to mean any element which has an axis of rotation and rotates about it. For example, the rotating element can be a shaft in a drive machine, for example a camshaft. For example, an angle of rotation of a camshaft or a rotational speed of a camshaft or a combination of both quantities can be determined. Furthermore, the rotating element can also be a rotating element of an electric motor, for example a rotor.

Das Sensorsystem zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse rotierenden Elements umfasst mindestens ein mit dem rotierenden Element verbindbares Geberrad, wobei das Geberrad ein Geberradprofil aufweist. Das Sensorsystem umfasst weiterhin mindestens einen Schaltungsträger, wobei der Schaltungsträger mindestens eine Erregerspule sowie mindestens zwei Empfangsspulen trägt. Die Erregerspule begrenzt mindestens einen Erregerbereich, wobei die zwei Empfangsspulen in dem Erregerbereich angeordnet sind. Ferner sind die Empfangsspulen relativ zueinander um die Rotationsachse verdreht angeordnet und umschließen jeweils die Rotationsachse. Die Empfangsspulen weisen jeweils eine gleiche Anzahl n von mindestens zwei ersten Teilwindungen und mindestens zwei zweiten Teilwindungen auf, wobei die ersten Teilwindungen und die zweiten Teilwindungen gegenläufig orientiert sind. Damit umfasst beispielsweise jede der Empfangsspulen n erste Teilwindungen und n zweite Teilwindungen, wobei n eine natürliche Zahl ist und einen Wert von 2 oder größer als 2 hat.The sensor system for determining at least one rotational property of an element rotating about at least one axis of rotation comprises at least one sensor wheel that can be connected to the rotating element, the sensor wheel having a sensor wheel profile. The sensor system further comprises at least one circuit carrier, the circuit carrier carrying at least one excitation coil and at least two receiving coils. The excitation coil delimits at least one excitation area, the two receiving coils being arranged in the excitation area. Furthermore, the receiving coils are arranged rotated relative to one another about the axis of rotation and each enclose the axis of rotation. The receiving coils each have an equal number n of at least two first partial turns and at least two second partial turns, the first partial turns and the second partial turns being oriented in opposite directions. Thus, for example, each of the receiving coils comprises n first partial windings and n second partial windings, where n is a natural number and has a value of 2 or greater than 2.

Unter einem „Geberrad“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges mit dem rotierenden Element verbindbares Bauelement verstanden werden, das eingerichtet ist, bei Verbindung mit dem rotierenden Element pro Umdrehung des rotierenden Elements mindestens ein messbares Signal, beispielsweise eine Magnetfeldänderung, zu bewirken. Unter einem „Geberradprofil“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich die Gesamtheit von Profilelementen und von zwischen den Profilelementen angeordneten Zwischenräumen des Geberrads verstanden werden. Weiterhin kann unter dem Geberradprofil auch die Anordnung, beispielsweise die Reihenfolge, der Profilelemente verstanden werden. Unter einem „Profilelement“ des Geberrads kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges Element verstanden werden, welches als Bestandteil des Geberrads dazu beiträgt, bei Verbindung des Geberrads mit dem rotierenden Element pro Umdrehung des rotierenden Elements das mindestens eine messbare Signal zu bewirken. Insbesondere kann es sich bei dem Profilelement um eine beliebige Ausformung der Kontur des Geberrads handeln, insbesondere eine Ausbuchtung, beispielsweise eine stiftörmige, eine zahnförmige oder eine zackenförmige Ausbuchtung, oder eine Einkerbung oder eine Aussparung, beispielsweise ein Loch. Das Profilelement kann jedoch eine beispielsweise kreisförmige Kontur des Geberrads auch unverändert lassen. Insbesondere kann das Profilelement durch elektrische, magnetische oder optische Eigenschaften zu der Entstehung des messbaren Signals beitragen. Beispielsweise kann ein Geberrad, insbesondere ein Geberrad mit kreisförmiger Kontur, eine Mehrzahl von Profilelementen aufweisen, welche derart angeordnet sein können, dass mindestens ein elektrisch leitfähiges Profilelement von mindestens einem elektrisch nicht leitfähigen Profilelement gefolgt wird. Insbesondere kann das mindestens eine Profilelement mindestens ein Material aufweisen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem elektrisch leitfähigem Material; einem ferromagnetischen Material; einem Metall. Weiterhin kann das Geberrad ein Material aufweisen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem elektrisch leitfähigem Material; einem ferromagnetischen Material; einem Metall.In the context of the present invention, a “transmitter wheel” can in principle be understood to mean any component that can be connected to the rotating element and that is set up to cause at least one measurable signal, for example a magnetic field change, per revolution of the rotating element when connected to the rotating element. In the context of the present invention, a “transmitter wheel profile” can basically be understood to mean the entirety of profile elements and of intermediate spaces of the transmitter wheel arranged between the profile elements. Furthermore, the arrangement, for example the sequence, of the profile elements can also be understood by the transmitter wheel profile. In the context of the present invention, a “profile element” of the sensor wheel can in principle be understood to mean any element which, as a component of the sensor wheel, contributes to the at least one measurable signal per revolution of the rotating element when the sensor wheel is connected to the rotating element. In particular, the profile element can be any shape of the contour of the sensor wheel, in particular a bulge, for example a pin-shaped, a tooth-shaped or a jagged bulge, or a notch or a recess, for example a hole. However, the profile element can also leave an, for example, circular contour of the sensor wheel unchanged. In particular, the profile element can contribute to the generation of the measurable signal by means of electrical, magnetic or optical properties. For example, a sensor wheel, in particular a sensor wheel with a circular contour, can have a plurality of profile elements, which can be arranged such that at least one electrically conductive profile element is followed by at least one electrically non-conductive profile element. In particular, the at least one profile element can have at least one material selected from the group consisting of: an electrically conductive material; a ferromagnetic material; a metal. Furthermore, the sensor wheel can have a material selected from the group consisting of: an electrically conductive material; a ferromagnetic material; a metal.

Unter einem „Schaltungsträger“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges Substrat verstanden werden, welches eingerichtet ist, mindestens eine Schaltung ganz oder in Teilen, beispielsweise in Form von einer oder mehreren Spulen, Widerständen, Kondensatoren, Leiterbahnen oder anderen möglichen Bauteilen der Schaltung, zu tragen. Hierbei können die Schaltung und/oder die Bauteile der Schaltung insbesondere auf einer Oberfläche des Schaltungsträgers angebracht sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Schaltungsträger jedoch auch einen Schichtaufbau aufweisen, insbesondere einen Schichtaufbau umfassend zwei oder mehr Ebenen, so dass beispielsweise verschiedene Schaltungen und/oder verschiedene Bauteile derselben Schaltung, insbesondere verschiedene Abschnitte einer Leiterbahn, in den verschiedenen Ebenen des Schaltungsträgers verlaufen können.In the context of the present invention, a “circuit carrier” can in principle be understood to mean any substrate which is set up, at least one circuit in whole or in part, for example in the form of one or more coils, resistors, capacitors, conductor tracks or other possible components of the circuit , to wear. The circuit and / or the components of the circuit can in particular be attached to a surface of the circuit carrier. Alternatively or additionally, however, the circuit carrier can also have a layer structure, in particular a layer structure comprising two or more levels, so that, for example, different circuits and / or different components of the same circuit, in particular different sections of a conductor track, can run in the different levels of the circuit carrier.

Unter einer „Erregerspule“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine Spule verstanden werden, welche bei Anlegen einer elektrischen Spannung und/oder eines elektrischen Stroms einen magnetischen Fluss erzeugt. Die Erregerspule kann mindestens eine Erregerwindung umfassen. Die Erregerwindung kann insbesondere im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet sein. Weiterhin kann die Erregerspule mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei oder sogar mehr Erregerwindungen umfassen. Die Erregerwindungen können weiterhin im Wesentlichen konzentrisch zur Rotationsachse angeordnet sein, wobei die Erregerwindungen jeweils mit mindestens einer benachbarten Erregerwindung mittels mindestens eines Verbindungsleiterstücks verbunden sind. Insbesondere kann das Verbindungsleiterstück quer zu einer Tangente an die kreisförmige Erregerwindung verlaufen und mit dieser einen Winkel β von 5° bis 75°, bevorzugt von 30° bis 60°, besonders bevorzugt von 40° bis 50° einschließen. Weiterhin kann ein Abstand d zwischen jeweils zwei benachbarten, kreisförmigen, konzentrisch angeordneten Erregerwindungen konstant sein. Insbesondere kann die Erregerspule mindestens eine Leiterbahn umfassen. Insbesondere kann die Erregerwindung von der Leiterbahn geformt sein. Insbesondere kann die Erregerspule mit einer Wechselspannung von 1 Mhz bis 10 Mhz, bevorzugt von 2 bis 5 Mhz, besonders bevorzugt von 3,5 Mhz, beaufschlagt oder beaufschlagbar sein.In the context of the present invention, an “excitation coil” can in principle be understood as a coil that generates a magnetic flux when an electrical voltage and / or an electrical current is applied. The excitation coil can comprise at least one excitation turn. The field winding can in particular be essentially circular. Furthermore, the excitation coil can comprise at least two, preferably at least three or even more excitation turns. The field windings can also be arranged essentially concentrically to the axis of rotation, the field turns being connected to at least one neighboring field turn by means of at least one connecting conductor piece. In particular, the connecting conductor piece can run transversely to a tangent to the circular excitation winding and enclose an angle β of 5 ° to 75 °, preferably 30 ° to 60 °, particularly preferably 40 ° to 50 °. Furthermore, a distance d between two adjacent, circular, concentrically arranged excitation windings can be constant. In particular, the excitation coil can comprise at least one conductor track. In particular, the field winding can be formed by the conductor track. In particular, the excitation coil can be acted upon or acted upon by an alternating voltage of 1 Mhz to 10 Mhz, preferably 2 to 5 Mhz, particularly preferably 3.5 Mhz.

Unter einer „Empfangsspule“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine Spule verstanden werden, welche eingerichtet ist, aufgrund einer induktiven Kopplung zwischen Erregerspule und Empfangsspule ein Signal zu erzeugen, welches abhängig ist von der induktiven Kopplung. Insbesondere kann die Empfangsspule mindestens eine Leiterbahn umfassen.In the context of the present invention, a “receiving coil” can in principle be understood as a coil which is set up to generate a signal based on an inductive coupling between the excitation coil and the receiving coil, which signal is dependent on the inductive coupling. In particular, the receiving coil can comprise at least one conductor track.

Unter einem „Erregerbereich“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges Gebiet, beispielsweise eine zweidimensionale Fläche oder ein dreidimensionaler Raum, verstanden werden, welches durch die Erregerspule, insbesondere durch eine Form oder eine Geometrie der Erregerspule, hervorgehoben, definiert oder definierbar ist. Beispielsweise kann die Erregerspule, insbesondere die Leiterbahn der Erregerspule, den Erregerbereich zumindest teilweise begrenzen, abgrenzen oder abstecken. So kann insbesondere die Leiterbahn der Erregerspule zumindest abschnittsweise kreisförmig ausgebildet sein und ihre Form einen kreisförmigen und/oder zylinderförmigen Erregerbereich abstecken. Insbesondere kann es sich bei dem Erregerbereich um einen kreisförmigen Ausschnitt des Schaltungsträgers handeln, wobei der kreisförmige Ausschnitt durch die äußere der konzentrisch um die Rotationsachse angeordneten kreisförmigen Erregerwindungen begrenzt sein kann. Insbesondere kann sich der Erregerbereich dadurch auszeichnen, dass er bei Anlegen einer elektrischen Spannung oder eines elektrischen Stroms an die Erregerspule derart von einem magnetischen Fluss durchsetzt ist, dass in einer in dem Erregerbereich angeordneten Empfangsspule aufgrund von induktiver Kopplung ein Signal induziert wird.In the context of the present invention, an “excitation area” can basically be understood to mean any area, for example a two-dimensional surface or a three-dimensional space, which is emphasized, defined or definable by the excitation coil, in particular by a shape or a geometry of the excitation coil. For example, the excitation coil, in particular the conductor track of the excitation coil, can at least partially delimit, delimit or stake out the excitation area. In particular, the conductor track of the excitation coil can be circular, at least in sections, and its shape can define a circular and / or cylindrical excitation area. In particular, the excitation area can be a circular cutout of the circuit carrier, the circular cutout being able to be delimited by the outer one of the circular excitation turns arranged concentrically around the axis of rotation. In particular, the excitation area can be distinguished by the fact that when an electrical voltage or an electric current is applied to the excitation coil, it is penetrated by a magnetic flux such that a signal is induced in a reception coil arranged in the excitation area due to inductive coupling.

Die Empfangsspulen umschließen jeweils die Rotationsachse. Dies kann insbesondere zu einer Vermeidung oder einer Reduktion eines Offset-Signals in den Empfangsspulen beitragen. Unter dem Begriff „umschließen“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich verstanden werden, dass jede der Empfangsspulen die Rotationsachse im Wesentlichen vollständig umgibt. Hierbei kann jede Empfangsspule, insbesondere die Teilwindungen der Empfangsspule, derart um die Rotationsachse herum angeordnet sein, dass die Empfangsspule, insbesondere die Teilwindungen der Empfangsspule, in mindestens einer Ebene senkrecht zu der Rotationsachse den vollen Winkelbereich von 360° um die Rotationsachse abdeckt, beispielsweise in Form von mäandernden Schleifen. Alternativ kann die Empfangsspule dabei aber auch einen vernachlässigbar kleinen Abschnitt g eines Umfangs um die Rotationsachse, insbesondere einen Abschnitt g von 100 µm bis 800 µm, bevorzugt von 200 µm bis 400 µm, frei lassen. Der Abschnitt g kann gemeinsam mit einem radialen Abstand des Abschnitts g von der Rotationsachse insbesondere einen Öffnungswinkel δ eines Kreissegments bestimmen, welches nicht von der Empfangsspule abgedeckt ist, insbesondere kein Element, insbesondere keine der ersten Teilwindungen und keine der zweiten Teilwindungen, der Empfangsspule trägt. Unter einem „Offset-Signal“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges, mit einem Offset behaftetes Signal handeln. Unter einem „Offset“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich insbesondere ein beliebiger Betrag verstanden werden, um den ein Signal, eine Zustandsgröße oder ein Messwert verändert, insbesondere verringert, vergrößert, verschoben oder versetzt ist, beispielsweise gegenüber einem Bezugspunkt, beispielsweise Null. Insbesondere kann es sich bei dem Offset um einen konstanten, additiven oder subtraktiven Betrag, handeln, welcher auf einem systematischen Fehler, beispielsweise einem systematischen Fehler einer Messvorrichtung beruht. Insbesondere kann eine Korrektur des Signals, der Zustandsgröße oder des Messwerts zu einer verbesserten, insbesondere genaueren, Bestimmung einer gewünschten Größe mit ihrem korrekten Wert beitragen.The receiving coils each enclose the axis of rotation. In particular, this can contribute to avoiding or reducing an offset signal in the receiving coils. In the context of the present invention, the term “enclose” can basically be understood to mean that each of the receiving coils essentially completely surrounds the axis of rotation. Each receiving coil, in particular the partial turns of the receiving coil, can be arranged around the axis of rotation in such a way that the receiving coil, in particular the partial turns of the receiving coil, covers the full angular range of 360 ° around the axis of rotation in at least one plane perpendicular to the axis of rotation, for example in Form of meandering loops. Alternatively, the receiving coil can also have a negligibly small section g of a circumference around the Leave the axis of rotation, in particular a section g of 100 μm to 800 μm, preferably from 200 μm to 400 μm, free. The section g can, together with a radial distance of the section g from the axis of rotation, in particular determine an opening angle δ of a circle segment which is not covered by the receiving coil, in particular no element, in particular none of the first partial turns and none of the second partial turns, of the receiving coil. Within the scope of the present invention, an “offset signal” can in principle be any signal with an offset. In the context of the present invention, an “offset” can in principle be understood to mean in particular any amount by which a signal, a state variable or a measured value is changed, in particular reduced, enlarged, shifted or offset, for example with respect to a reference point, for example zero. In particular, the offset can be a constant, additive or subtractive amount, which is based on a systematic error, for example a systematic error of a measuring device. In particular, a correction of the signal, the state variable or the measured value can contribute to an improved, in particular more precise, determination of a desired variable with its correct value.

Unter einer „Teilwindung“ einer Spule kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige, sich periodisch wiederholende Teilstruktur, insbesondere ein Abschnitt, der Spule verstanden werden, wobei die Teilstruktur mindestens eine Biegung, Windung, Schlaufe oder einen Mäander umfasst. Insbesondere kann durch eine periodische Wiederholung, Verschiebung und/oder Aneinanderreihung in geeigneter Weise, beispielsweise mittels geeigneter Verdrehung, der ersten Teilwindungen und/oder der zweiten Teilwindungen die Empfangsspule oder eine Form der Empfangsspule im Wesentlichen erzeugbar sein. Beispielsweise kann durch die periodische Wiederholung, Verschiebung und/oder die anschließende Aneinanderreihung in geeigneter Weise, beispielsweise mittels der geeigneten Verdrehung der Teilwindungen gegeneinander, die Empfangsspule oder die Form der Empfangsspule abgesehen von eventuell vorhandenen, weiter unten noch näher beschriebenen Anschlussleiterbahnen und/oder weiter unten ebenfalls noch näher beschriebenen Kompensationsstrukturen und/oder anderen, hier nicht erwähnten Elementen erzeugbar sein.In the context of the present invention, a “partial turn” of a coil can in principle be any periodically repeating partial structure, in particular a section of the coil, the partial structure comprising at least one bend, turn, loop or a meander. In particular, the receiving coil or a form of the receiving coil can be essentially generated by a periodic repetition, displacement and / or stringing together in a suitable manner, for example by means of suitable rotation, of the first partial turns and / or the second partial turns. For example, the periodic repetition, shifting and / or the subsequent stringing together in a suitable manner, for example by means of the suitable twisting of the partial windings relative to one another, can result in the receiving coil or the shape of the receiving coil apart from any connection conductor tracks that may be described in more detail below and / or below compensation structures and / or other elements not mentioned here can also be generated.

Unter dem Ausdruck „gegenläufig orientiert“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich verstanden werden, dass zwei gegenläufig orientierte Teilwindungen derselben Empfangsspule beispielsweise bei Anlegen einer Spannung oder eines Stroms an die Spule oder bei Induktion einer Spannung oder eines Stroms in der Spule in unterschiedlichen Richtungen, insbesondere in bezüglich der Rotationsache gegensätzlichen Umlaufrichtungen, von Strom durchflossen werden. So kann die Rotationsachse beispielsweise bei dem Anlegen oder der bei der Induktion des Stroms oder der Spannung von dem durch die ersten Teilwindungen der Empfangsspule fließenden Strom im Uhrzeigersinn umflossen werden und von dem durch die zweiten Teilwindungen derselben Empfangsspule fließenden Strom im Gegenuhrzeigersinn umflossen werden. Dementsprechend können die ersten Teilwindungen bezüglich der Rotationsachse als linksumlaufende Teilwindungen und die zweiten Teilwindungen als bezüglich der Rotationsachse rechtsumlaufende Teilwindungen ausgestaltet sein oder vice versa.In the context of the present invention, the expression “oppositely oriented” can basically be understood to mean that two oppositely oriented partial windings of the same receiving coil, for example when a voltage or a current is applied to the coil or when a voltage or a current is induced in the coil in different directions, in particular in directions opposite to the rotational axis, through which current flows. For example, when the current or voltage is applied or when the current or voltage is induced, the current flowing through the first partial windings of the receiving coil can flow around it clockwise and the current flowing through the second partial turns of the same receiving coil can flow around it counterclockwise. Accordingly, the first partial windings with respect to the axis of rotation can be designed as partial windings rotating to the left and the second partial windings can be designed with partial windings rotating to the right with respect to the axis of rotation or vice versa.

Insbesondere können die Empfangsspulen jeweils mindestens zwei Umkehrpunkte, insbesondere jeweils genau zwei Umkehrpunkte, aufweisen, wobei an den Umkehrpunkten jeweils eine der ersten Teilwindungen auf jeweils eine der zweiten Teilwindungen derselben Empfangsspule trifft, insbesondere jeweils eine der ersten Teilwindungen in jeweils eine der zweiten Teilwindungen übergeht. Insbesondere kann die Stromrichtung, insbesondere die Umlaufrichtung des Stroms bezüglich der Rotationsachse, sich in dem Umkehrpunkt abrupt ändern. So kann die Empfangsspule in dem Umkehrpunkt insbesondere einen Knick aufweisen. Insbesondere kann jeder Umkehrpunkt Bestandteil von genau einer Empfangsspule sein. Dementsprechend kann es sein, dass keine gemeinsamen Umkehrpunkte existieren, welche Bestandteil von mehr als einer Empfangsspule sind oder sich mehr als einer Empfangsspule zuordnen lassen. Die in dem Umkehrpunkt auf die zweite Teilwindung treffende erste Teilwindung kann in dem Umkehrpunkt mittels mindestens eines Vias mit der zweiten Teilwindung verbunden sein. Der Begriff Via, als gebräuchliches Akronym des englischen Ausdrucks „vertical interconnect access“, wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Bezeichnung für eine elektrische Durchkontaktierungen zwischen den Ebenen des Schichtaufbaus des Schaltungsträgers verwendet. Wie bereits weiter oben beschrieben, können die zwei Umkehrpunkte der Empfangsspule einen Abstand g von 100 µm bis 800 µm, bevorzugt von 200 µm bis 400 µm, aufweisen. Der Abstand g kann sich hierbei insbesondere als Summe aus einem Abstand A zwischen den in den Umkehrpunkten aufeinandertreffenden ersten und zweiten Teilwindungen und einem Durchmesser D des Vias ergeben.In particular, the receiving coils can each have at least two reversal points, in particular exactly two reversal points, wherein at the reversal points one of the first partial turns meets one of the second partial turns of the same receiving coil, in particular one of the first partial turns merges into one of the second partial turns. In particular, the direction of the current, in particular the direction of rotation of the current with respect to the axis of rotation, can change abruptly at the reversal point. For example, the receiving coil can have a kink in the reversal point. In particular, each reversal point can be part of exactly one receiving coil. Accordingly, there may be no common reversal points that are part of more than one receiving coil or that can be assigned to more than one receiving coil. The first partial turn meeting the second partial turn in the reversal point can be connected to the second partial turn in the reversal point by means of at least one vias. The term via, as a common acronym for the English expression “vertical interconnect access”, is used in the context of the present invention as a term for an electrical through-connection between the levels of the layer structure of the circuit carrier. As already described further above, the two reversal points of the receiving coil can have a distance g of 100 μm to 800 μm, preferably of 200 μm to 400 μm. The distance g can in particular be the sum of a distance A between the first and second partial windings meeting at the reversal points and a diameter D of the via.

Weiterhin kann sich für jede der Empfangsspulen jede der ersten Teilwindungen jeweils mit mindestens einer der zweiten Teilwindungen derselben Empfangsspule mindestens einmal in mindestens einem Kreuzungspunkt kreuzen, wobei die sich kreuzenden ersten und zweiten Teilwindungen im Kreuzungspunkt in verschiedenen Ebenen des Schaltungsträgers verlaufen. Insbesondere kann jede der Empfangsspulen mindestens 2n-1 Kreuzungspunkte aufweisen, in denen sich jeweils eine erste und eine zweite Teilwindung kreuzen, wobei die erste und die zweite Teilwindung Bestandteil derselben Empfangsspule sind. Insbesondere kann jede der Empfangsspulen genau 2n-1 Kreuzungspunkte aufweisen, in denen sich jeweils eine erste und eine zweite Teilwindung kreuzen, wobei die erste und die zweite Teilwindung Bestandteil derselben Empfangsspule sind. Hierbei entspricht, wie weiter oben bereits erläutert, n der Anzahl der ersten Teilwindungen der Empfangsspule. Die Kreuzungspunkte der mindestens zwei Empfangsspulen können insbesondere auf einer gemeinsamen Kreisbahn mit Radius r_m um die Rotationsachse angeordnet sein.Furthermore, for each of the receiving coils, each of the first partial turns can intersect at least once in at least one of the second partial turns of the same receiving coil in at least one crossing point, the crossing first and second partial turns in the Crossing point in different levels of the circuit board. In particular, each of the receiving coils can have at least 2n-1 crossing points, in each of which a first and a second partial turn intersect, the first and the second partial turn being part of the same receiving coil. In particular, each of the receiving coils can have exactly 2n-1 crossing points, in each of which a first and a second partial turn intersect, the first and the second partial turn being part of the same receiving coil. Here, as already explained above, n corresponds to the number of the first partial turns of the receiving coil. The crossing points of the at least two receiving coils can in particular be arranged on a common circular path with a radius r _m around the axis of rotation.

Auch die Umkehrpunkte können auf der Kreisbahn mit dem Radius r_m um die Rotationsachse angeordnet sein. Damit kann ein Öffnungswinkel δ des Kreissegments, welches insbesondere keine Teilwindung der Empfangsspule trägt, gegeben sein durch $δ = (A + D) / r_{m}$

The reversal points can also be arranged on the circular path with the radius r _m around the axis of rotation. An opening angle δ of the circle segment, which in particular does not carry a partial turn of the receiving coil, can thus be given by

δ = (A + D) / r_{m}

Die Empfangsspulen können jeweils mindestens einen Empfangsbereich begrenzen. Insbesondere können die Empfangsbereiche der Empfangsspulen deckungsgleich sein. Unter einem „Empfangsbereich“ der Empfangsspule kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges Gebiet, beispielsweise eine zweidimensionale Fläche oder ein dreidimensionaler Raum, verstanden werden, welches durch die Empfangsspule, insbesondere durch eine Form oder eine Geometrie der Empfangsspule, insbesondere der ersten Teilwindungen und/oder zweiten Teilwindungen, hervorgehoben, definiert oder definierbar ist. Beispielsweise kann die Empfangsspule, insbesondere die Leiterbahn der Empfangsspule, den Empfangsbereich zumindest teilweise begrenzen, abgrenzen oder abstecken. Die Empfangsbereiche der Empfangsspulen können jeweils ringförmig, insbesondere als ringförmiger Abschnitt des Schaltungsträgers, ausgestaltet sein. Die Empfangsbereiche können insbesondere konzentrisch um die Rotationsachse angeordnet sein. Insbesondere können die Empfangsbereiche der Empfangsspulen jeweils durch eine äußere Kreisbahn mit einem äußeren Radius r_a und eine innere Kreisbahn mit einem inneren Radius r_i begrenzt sein. Weiterhin kann es möglich sein, dass ein Zusammenhang zwischen den Radien r_i, r_a und r_m folgendermaßen beschrieben werden kann: $r_{m} = (r_{i} + r_{a}) / 2$

The reception coils can each limit at least one reception area. In particular, the reception areas of the reception coils can be congruent. In the context of the present invention, a “reception area” of the reception coil can basically be understood to mean any area, for example a two-dimensional surface or a three-dimensional space, which is defined by the reception coil, in particular by a shape or a geometry of the reception coil, in particular the first partial turns and / or second partial turns, highlighted, defined or definable. For example, the receiving coil, in particular the conductor track of the receiving coil, can at least partially delimit, delimit or stake out the receiving area. The reception areas of the reception coils can each be configured in a ring-shaped manner, in particular as a ring-shaped section of the circuit carrier. The reception areas can in particular be arranged concentrically around the axis of rotation. In particular, the reception areas of the reception coils can each be delimited by an outer circular path with an outer radius r _a and an inner circular path with an inner radius r _i . Furthermore, it may be possible that a relationship between the radii r _i , r _a and r _m can be described as follows:

r_{m} = (r_{i} + r_{a}) / 2

Ein Messbereich des Sensorsystems kann insbesondere mithilfe eines Öffnungswinkels α des Messbereichs beschrieben sein. Unter einem Messbereich des Sensorsystems kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiger Bereich verstanden werden, in dem das Sensorsystem die mindestens eine Rotationseigenschaft des rotierenden Elements eindeutig bestimmen kann. Insbesondere kann es sich bei der Rotationseigenschaft, wie bereits weiter oben beschrieben, um den Drehwinkel handeln. Bei dem Messbereich kann es sich daher insbesondere um einen Winkelbereich handeln, in dem dem rotierenden Element mittels des Sensorsystems ein Drehwinkel eindeutig zuordenbar ist. Hierbei kann sich der Öffnungswinkel α des Messbereichs des Sensorsystems aus der Anzahl n von ersten Teilwindungen oder von zweiten Teilwindungen als 360°/n ergeben.A measuring range of the sensor system can in particular be described using an opening angle α of the measuring range. Within the scope of the present invention, a measuring range of the sensor system can basically be understood to be any range in which the sensor system can uniquely determine the at least one rotational property of the rotating element. In particular, as already described above, the rotational property can be the angle of rotation. The measuring range can therefore in particular be an angular range in which an angle of rotation can be clearly assigned to the rotating element by means of the sensor system. The opening angle α of the measuring range of the sensor system can result from the number n of first partial windings or of second partial windings as 360 ° / n.

Die Empfangsspulen umschließen jeweils die Rotationsachse und sind relativ zueinander um die Rotationsachse verdreht angeordnet. Insbesondere können die Empfangsspulen um einen Winkel Φ relativ zueinander um die Rotationsachse verdreht angeordnet sein, wobei sich Φ aus der Anzahl n von ersten Teilwindungen oder zweiten Teilwindungen und aus der Anzahl m der Empfangsspulen als Φ = 360°/ (2*n*m) ergeben kann. Die Empfangsspulen können weiterhin eine im Wesentlichen identische Form aufweisen. Die Empfangsspulen weisen jeweils eine gleiche Anzahl n von mindestens zwei ersten Teilwindungen und mindestens zwei zweiten Teilwindungen auf. Der Schaltungsträger trägt die Empfangsspulen. Der Schaltungsträger kann insbesondere einen Schichtaufbau mit mehreren Ebenen umfassen. Die ersten und zweiten Teilwindungen der Empfangsspulen können insbesondere jeweils mindestens einen ersten Abschnitt und jeweils mindestens einen zweiten Abschnitt aufweisen, wobei der erste Abschnitt in einer ersten Ebene des Schaltungsträgers verlaufen kann, wobei der zweite Abschnitt in einer zweiten Ebene des Schaltungsträgers verlaufen kann. Hierbei können die ersten Abschnitte der ersten Teilwindungen mit den sich anschließenden zweiten Abschnitten der ersten Teilwindung mittels Vias verbunden sein. Ebenso können die ersten Abschnitte der zweiten Teilwindungen mit den sich anschließenden zweiten Abschnitten der zweiten Teilwindung mittels Vias verbunden sein. Insbesondere kann jeder der die ersten Abschnitte mit den zweiten Abschnitten verbindenden Vias entweder auf der äußeren Kreisbahn mit dem Radius r_a oder auf der inneren Kreisbahn mit dem Radius r_i angeordnet sein. Weiterhin können die Empfangsspulen insbesondere als Planarspulen ausgebildet sein. Die Empfangsspulen können insbesondere rotationssymmetrisch bezüglich der Rotationsachse sein. Weiterhin können die Empfangsspulen zumindest abschnittsweise sinusförmig geformt sein. Insbesondere kann sich die Form der Empfangsspule, insbesondere der ersten und zweiten Teilwindungen, aus einer Transformation von zwei zueinander spiegelsymmetrisch verlaufenden Funktionen auf eine Ringbahn um die Rotationsachse als Zentrum ergeben, wobei bei der Transformation die Spiegelachse insbesondere auf eine Kreisbahn um die Rotationsachse mit Radius r_m transformiert werden kann. Bei den zwei zueinander spiegelsymmetrisch verlaufenden Funktionen kann es sich beispielsweise um zwei gegeneinander verschobene, insbesondere um gegeneinander verschobene, sinusförmige Funktionen handeln. Auch andere Funktionen sind jedoch möglich. Insbesondere können die auf die Ringbahn transformierten Funktionen in Schnittpunkten mit der Kreisbahn mit Radius r_m stetig und differenzierbar sein.The receiving coils each enclose the axis of rotation and are arranged rotated relative to one another about the axis of rotation. In particular, the receiving coils can be arranged rotated by an angle Φ relative to one another about the axis of rotation, with Φ being the number n of first partial turns or second partial turns and the number m of receiving coils as Φ = 360 ° / (2 * n * m) can result. The receiving coils can also have an essentially identical shape. The receiving coils each have an equal number n of at least two first partial turns and at least two second partial turns. The circuit carrier carries the receiving coils. The circuit carrier can in particular comprise a layer structure with several levels. The first and second partial windings of the receiving coils can in particular each have at least one first section and at least one second section, the first section being able to run in a first plane of the circuit carrier, the second section being able to run in a second plane of the circuit carrier. Here, the first sections of the first partial turns can be connected to the subsequent second sections of the first partial turn by means of vias. Likewise, the first sections of the second partial turns can be connected to the subsequent second sections of the second partial turn by means of vias. In particular, each of the vias connecting the first sections with the second sections can be arranged either on the outer circular path with the radius r _a or on the inner circular path with the radius r _i . Furthermore, the receiving coils can be designed in particular as planar coils. The receiving coils can in particular be rotationally symmetrical with respect to the axis of rotation. Furthermore, the receiving coils can be sinusoidal in shape at least in sections. In particular, the shape of the receiving coil, in particular the first and second partial windings, from a transformation of two mutually mirror-symmetrical functions on a ring path around the axis of rotation as the center, the mirror axis in particular being able to be transformed into a circular path around the axis of rotation with radius r _m during the transformation. The two functions that are mirror-symmetrical to one another can be, for example, two sinusoidal functions that are shifted against one another, in particular shifted against one another. However, other functions are also possible. In particular, the functions transformed to the circular path can be continuous and differentiable at intersections with the circular path with radius r _m .

Weiterhin kann ein Zentrum des Erregerbereichs, beispielsweise ein Schwerpunkt des Erregerbereichs, die Rotationsachse umfassen. Der Erregerbereich kann insbesondere kreisförmig ausgestaltet sein. Ferner kann der Erregerbereich konzentrisch um die Rotationsachse angeordnet sein.Furthermore, a center of the excitation area, for example a center of gravity of the excitation area, can encompass the axis of rotation. The excitation area can in particular be circular. Furthermore, the excitation area can be arranged concentrically around the axis of rotation.

Die Empfangsspulen können insbesondere jeweils mindestens eine, bevorzugt zwei, Anschlussleiterbahnen aufweisen. Die Anschlussleiterbahnen können jeweils insbesondere mit einer der ersten Teilwindungen oder mit einer der zweiten Teilwindungen der Empfangsspule elektrisch verbunden sein. Die Anschlussleiterbahnen können insbesondere aus dem Empfangsbereich und dem Erregerbereich herausgeführt sein, insbesondere parallel zueinander, und dabei einen Offset-Bereich erzeugen, welcher zu einer Spannungsinduktion und damit insbesondere zu einem Offset-Signal der Empfangsspulen beitragen kann.The receiving coils can in particular each have at least one, preferably two, connecting conductor tracks. The connecting conductor tracks can each be electrically connected in particular to one of the first partial windings or to one of the second partial windings of the receiving coil. The connecting conductor tracks can in particular be led out of the reception area and the excitation area, in particular parallel to one another, and thereby generate an offset area which can contribute to a voltage induction and thus in particular to an offset signal of the reception coils.

Mindestens eine der mindestens zwei Empfangsspulen kann mindestens eine Kompensationsstruktur aufweisen, wobei die Kompensationsstruktur eingerichtet ist, um mindestens ein von der Empfangsspule, insbesondere von den Anschlussleiterbahnen der Empfangsspule, erzeugtes Offset-Signal zumindest teilweise zu kompensieren. Unter einer „Kompensationsstruktur“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Vorrichtung verstanden werden, welche eingerichtet ist, ein Offset-Signal zumindest teilweise auszugleichen, aufzuheben oder abzuschwächen, beispielsweise indem das Offset-Signal durch eine Gegenwirkung zumindest teilweise aufgehoben oder abgeschwächt wird. Die Kompensationsstruktur kann mindestens zwei Kompensationsleiterbahnen aufweisen, welche sich insbesondere direkt an die Anschlussleiterbahnen anschließen können. Weiterhin können die Kompensationsleiterbahnen gemeinsam eine im Wesentlichen rechteckige Kompensationsfläche umspannen. Insbesondere kann eine Länge l_comp der rechteckigen Kompensationsfläche, welche im Wesentlichen senkrecht zu einer Tangente an die Erregerwindung verlaufen kann, 10 µm bis 800 µm, bevorzugt 50 µm bis 500 µm betragen. Weiterhin kann eine Breite w_comp der rechteckigen Kompensationsfläche, welche im Wesentlichen parallel zu der Tangente an die Erregerwindung verlaufen kann, 100 µm bis 8 mm, bevorzugt 300 µm bis 5 mm betragen. Ferner kann eine Größe der Kompensationsfläche im Wesentlichen einer Größe des von den Anschlussleiterbahnen umspannten Offset-Bereichs entsprechen. Weiterhin können die Kompensationsleiterbahnen zumindest abschnittsweise senkrecht zu den Anschlussleiterbahnen verlaufen.At least one of the at least two receiving coils can have at least one compensation structure, the compensation structure being set up to at least partially compensate for at least one offset signal generated by the receiving coil, in particular by the connecting conductor tracks of the receiving coil. In the context of the present invention, a “compensation structure” can in principle be understood to mean any device which is set up to at least partially compensate, cancel or weaken an offset signal, for example by counteracting at least partially canceling or weakening the offset signal. The compensation structure can have at least two compensation conductor tracks, which in particular can directly connect to the connecting conductor tracks. Furthermore, the compensation conductor tracks can jointly span an essentially rectangular compensation area. In particular, a length l _{comp of} the rectangular compensation surface, which can run essentially perpendicular to a tangent to the excitation winding, can be 10 μm to 800 μm, preferably 50 μm to 500 μm. Furthermore, a width w _{comp of} the rectangular compensation area, which can run essentially parallel to the tangent to the excitation winding, can be 100 μm to 8 mm, preferably 300 μm to 5 mm. Furthermore, a size of the compensation area can essentially correspond to a size of the offset area spanned by the connecting conductor tracks. Furthermore, the compensation conductor tracks can run at least in sections perpendicular to the connection conductor tracks.

Das Sensorsystem weist weiterhin ein Geberrad auf. Das Geberrad kann eine Vielzahl von Profilelementen umfassen. Insbesondere kann das Geberrad mindestens, insbesondere genau, 2n Profilelemente auf, so dass die Anzahl von Profilelementen mindestens, insbesondere genau, der Summe der Anzahl von den n ersten Teilwindungen und den n zweiten Teilwindungen einer der mindestens zwei Empfangsspulen entspricht. Insbesondere können sich die benachbarten Profilelemente in ihrer elektrischen Leitfähigkeit unterscheiden. Beispielsweise können sich elektrisch leitfähige Profilelemente mit Aussparungen oder mit elektrisch nicht oder weniger leitfähigen Profilelementen abwechseln. Weiterhin kann eine Summe von Öffnungswinkeln von zwei benachbarten Profilelementen 360°/n ergeben und damit gleich dem Öffnungswinkel des Messbereichs des Sensorsystems sein. Insbesondere können benachbarte Profilelemente denselben Öffnungswinkel γ aufweisen, wobei γ gleich dem halben Öffnungswinkel des Messbereichs des Sensorsystems sein kann. Insbesondere können die Öffnungswinkel von zwei, insbesondere jeweils zwei, benachbarten Profilelementen gleich groß sein. Insbesondere kann das Geberrad 2n Profilelemente aufweisen und die Öffnungswinkel γ der 2n Profilelemente können alle gleich groß sein und 360/(2n) betragen. Ferner kann das Geberrad rotationssymmetrisch sein. Ein Abstand des Geberrads von den Empfangsspulen und der Erregerspule kann bei Verbindung des Geberrads mit dem rotierenden Element 1 mm bis 30 mm, bevorzugt 2 mm bis 10 mm betragen. Das Geberrad ist mit dem rotierenden Element verbindbar. Insbesondere kann das Gerberrad mittels einer Schraubverbindung und/oder einer Klebverbindung mit dem rotierenden Element verbindbar sein. Weiterhin kann das Geberrad mithilfe eines Längspressverfahrens hergestellt sein.The sensor system also has a sensor wheel. The encoder wheel can comprise a large number of profile elements. In particular, the sensor wheel can have at least, in particular exactly, 2n profile elements, so that the number of profile elements corresponds at least, in particular exactly, to the sum of the number of the n first partial turns and the n second partial turns of one of the at least two receiving coils. In particular, the adjacent profile elements can differ in their electrical conductivity. For example, electrically conductive profile elements can alternate with recesses or with electrically non or less conductive profile elements. Furthermore, a sum of opening angles of two adjacent profile elements can result in 360 ° / n and thus be equal to the opening angle of the measuring range of the sensor system. In particular, adjacent profile elements can have the same opening angle γ, where γ can be equal to half the opening angle of the measuring range of the sensor system. In particular, the opening angles of two, in particular two, adjacent profile elements can be of the same size. In particular, the encoder wheel 2n Have profile elements and the opening angle γ of the 2n profile elements can all be the same size and 360 / (2n). Furthermore, the encoder wheel can be rotationally symmetrical. A distance of the sensor wheel from the receiving coils and the excitation coil can be 1 mm to 30 mm, preferably 2 mm to 10 mm, when the sensor wheel is connected to the rotating element. The encoder wheel can be connected to the rotating element. In particular, the Gerber wheel can be connectable to the rotating element by means of a screw connection and / or an adhesive connection. Furthermore, the encoder wheel can be manufactured using a longitudinal pressing process.

In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse rotierenden Elements vorgeschlagen, wobei das Verfahren die Verwendung mindestens eines wie weiter oben bereits beschriebenen oder weiter unten noch näher beschriebenen Sensorsystems umfasst. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge. Auch eine andere Reihenfolge ist grundsätzlich möglich. Weiterhin können einer oder mehrere oder alle der Verfahrensschritte auch wiederholt durchgeführt werden. Weiterhin können zwei oder mehrere der Verfahrensschritte auch ganz oder teilweise zeitlich überlappend oder gleichzeitig durchgeführt werden. Das Verfahren kann, zusätzlich zu den genannten Verfahrensschritten auch weitere Verfahrensschritte umfassen.In a further aspect of the present invention, a method for determining at least one rotational property of an element rotating about at least one axis of rotation is proposed, the method comprising the use of at least one sensor system as described above or described in more detail below. The procedure comprises the following steps, preferably in the order given. A different order is also possible in principle. Furthermore, one or more or all of the method steps can also be carried out repeatedly. Furthermore, two or more of the method steps can also be carried out entirely or partially overlapping in time or simultaneously. In addition to the method steps mentioned, the method can also comprise further method steps.

Die Verfahrensschritte sind:

a) Anlegen einer Spannung, insbesondere einer Wechselspannung an die Erregerspule;
b) Aufnehmen mindestens zweier von der Erregerspule in den Empfangsspulen induzierten Signale; und
c) Auswerten der Signale der Empfangsspulen und Ermitteln der Rotationseigenschaft des rotierenden Elements mittels der aufgenommenen Signale.

The process steps are:

a) applying a voltage, in particular an AC voltage, to the excitation coil;
b) recording at least two signals induced by the excitation coil in the receiving coils; and
c) evaluating the signals of the receiving coils and determining the rotational property of the rotating element by means of the recorded signals.

Das Auswerten der Signale in Schritt c) kann insbesondere ein Demodulieren der induzierten, aufgenommenen Signale der Empfangsspulen mit einem Signal der Erregerspule umfassen. Weiterhin kann das Auswerten ein Bestimmen von Betrag und Phase einer Kopplung zwischen der Erregerspule und den Empfangsspulen umfassen. Hierbei kann der Betrag kontinuierlich mit dem Drehwinkel variieren. Ferner kann Schritt c) ein Multiplizieren des Betrags mit dem Cosinus der Phase umfassen. Weiter kann Schritt c) ein Bestimmen des Drehwinkels umfassen, insbesondere mithilfe der Anwendung der Arkustangens-Funktion.The evaluation of the signals in step c) can in particular comprise demodulating the induced, picked up signals of the receiving coils with a signal of the excitation coil. Furthermore, the evaluation can include determining the amount and phase of a coupling between the excitation coil and the receiving coils. The amount can vary continuously with the angle of rotation. Furthermore, step c) can comprise multiplying the amount by the cosine of the phase. Step c) can further comprise determining the angle of rotation, in particular with the use of the arctangent function.

Die vorgeschlagene Vorrichtung und das vorgeschlagene Verfahren weisen gegenüber Vorrichtungen und Verfahren des Standes der Technik zahlreiche Vorteile auf. Insbesondere kann es möglich sein, dass die vorgeschlagene Vorrichtung und das vorgeschlagene Verfahren kostengünstig sind, insbesondere, da sie auf einem kostengünstigen Sensorprinzip beruhen können, beispielsweise da kein teurer Magnet benötig wird. Weiterhin kann es möglich sein, dass eventuell in der Umgebung vorhandene Magnetfelder, beispielsweise in Folge von hohen Strömen innerhalb von Kabeln, welche in der Nähe des Sensorsystems angeordnet sein können, keinen Einfluss auf die vorgeschlagene Vorrichtung und das vorgeschlagene Verfahren haben. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, dass die vorgeschlagene Vorrichtung und das vorgeschlagene Verfahren auf einem einfachen Messprinzip beruhen können. Ferner kann es vorteilhaft sein, dass eine einfache Rücktransformation mit Sinus- und Cosinussignalen möglich sein kann, insbesondere mithilfe des Arcustangens bei einem Sensorsystem mit zwei Empfangsspulen, insbesondere einem Zweiphasensystem. Weiterhin kann es möglich sein, dass eine Sensorplatine zwei unabhängige, insbesondere komplett getrennte, Sensorsysteme als redundante Systeme umfassen kann, insbesondere zur Erhöhung der Verfügbarkeit und/oder der funktionalen Sicherheit. Weiterhin kann es möglich sein, dass die vorgeschlagene Vorrichtung und das vorgeschlagene Verfahren toleranzrobust sein können, so dass insbesondere bei einem Einbau größere mechanische Toleranzen zugelassen werden können als bei vergleichbaren Vorrichtungen des Standes der Technik. Dies kann insbesondere zu einem gegenüber dem Stand der Technik geringeren Preis des Sensorsystems beitragen. Weiterhin kann es möglich sein, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgeschlagene Vorrichtungen und Verfahren zur Kompensation des Offsets-Signals nicht mit im Vergleich zum Stand der Technik höheren Kosten verbunden sind, insbesondere da es möglich ist, dass lediglich ein Leiterplattendesign angepasst werden muss.The proposed device and the proposed method have numerous advantages over devices and methods of the prior art. In particular, it may be possible that the proposed device and the proposed method are inexpensive, in particular since they can be based on an inexpensive sensor principle, for example because no expensive magnet is required. Furthermore, it may be possible that magnetic fields possibly present in the environment, for example as a result of high currents within cables, which can be arranged in the vicinity of the sensor system, have no influence on the proposed device and the proposed method. Furthermore, it can be advantageous that the proposed device and the proposed method can be based on a simple measuring principle. Furthermore, it can be advantageous that a simple inverse transformation with sine and cosine signals can be possible, in particular with the aid of arc tangent in a sensor system with two receiving coils, in particular a two-phase system. Furthermore, it may be possible for a sensor board to comprise two independent, in particular completely separate, sensor systems as redundant systems, in particular to increase availability and / or functional safety. Furthermore, it may be possible that the proposed device and the proposed method can be tolerance-tolerant, so that greater mechanical tolerances can be permitted in particular during installation than in comparable devices of the prior art. In particular, this can contribute to a lower price of the sensor system compared to the prior art. Furthermore, it may be possible that devices and methods for compensating the offset signal proposed in the context of the present invention are not associated with higher costs in comparison with the prior art, in particular since it is possible that only a circuit board design has to be adapted.

Figurenlistelist of figures

Weitere Einzelheiten und optionale Merkmale der Erfindung sind in den Ausführungsbeispielen dargestellt, welche in den nachfolgenden Zeichnungen schematisch gezeigt sind.Further details and optional features of the invention are shown in the exemplary embodiments, which are shown schematically in the following drawings.

Es zeigen:

1A und 1B zwei zueinander spiegelsymmetrisch verlaufende Funktionen (1A) und Übersichtsansicht einer Empfangsspule (1B);
2 weitere Übersichtsansicht der Empfangsspule mit Vias;
3A und 3B zwei Umkehrpunkte der Empfangsspule in einer Übersichtsansicht (3A) und in einer Detailansicht (3B);
4 zwei gegeneinander verdreht angeordnete Empfangsspulen;
5A und 5B einer Erregerspule in einer Übersichtsansicht (5A) und in einer Detailansicht (5B);
6 eine Kompensationsstruktur der Empfangsspule;
7 ein Geberrad; und
8 ein Verfahren zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse rotierenden Elements.

Show it:

1A and 1B two mirror-symmetrical functions ( 1A) and overview view of a receiving coil ( 1B) ;
2 further overview view of the receiving coil with vias;
3A and 3B two reversal points of the receiving coil in an overview view ( 3A) and in a detailed view ( 3B) ;
4 two receiving coils arranged rotated against each other;
5A and 5B an excitation coil in an overview view ( 5A) and in a detailed view ( 5B) ;
6 a compensation structure of the receiving coil;
7 a sender wheel; and
8th a method for determining at least one rotational property of an element rotating about at least one rotational axis.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Das Sensorsystem 110 zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse 112 rotierenden Elements umfasst mindestens ein mit dem rotierenden Element verbindbares Geberrad 114, wobei das Geberrad 114 ein Geberradprofil 116 aufweist. Das Sensorsystem 110 umfasst weiterhin mindestens einen Schaltungsträger 118, wobei der Schaltungsträger 118 mindestens eine Erregerspule 120 sowie mindestens zwei Empfangsspulen 122 trägt. Die Erregerspule 120 begrenzt mindestens einen Erregerbereich 124, wobei die zwei Empfangsspulen 122 in dem Erregerbereich 124 angeordnet sind. Ferner sind die Empfangsspulen relativ zueinander um die Rotationsachse 112 verdreht angeordnet und umschließen jeweils die Rotationsachse 112. Die Empfangsspulen 122 weisen jeweils eine gleiche Anzahl n von mindestens zwei ersten Teilwindungen 126 und mindestens zwei zweiten Teilwindungen 128 auf, wobei die ersten Teilwindungen 126 und die zweiten Teilwindungen 128 gegenläufig orientiert sind.The sensor system 110 for determining at least one rotational property of one about at least one axis of rotation 112 rotating element includes at least one with the rotating Element connectable encoder wheel 114 , with the encoder wheel 114 a sensor wheel profile 116 having. The sensor system 110 further comprises at least one circuit carrier 118 , the circuit carrier 118 at least one excitation coil 120 and at least two receiving coils 122 wearing. The excitation coil 120 delimits at least one pathogen area 124 , with the two receiving coils 122 in the pathogen area 124 are arranged. Furthermore, the receiving coils are relative to one another about the axis of rotation 112 arranged rotated and enclose the axis of rotation 112 , The receiving coils 122 each have an equal number n of at least two first partial turns 126 and at least two second partial turns 128 on, with the first partial turns 126 and the second partial turns 128 are oriented in opposite directions.

Die 1B und 2 zeigen jeweils eine Übersichtsansicht der einen der mindestens zwei Empfangsspulen 122 des Sensorsystems 110. Jede der Empfangsspulen 122 umfasst beispielsweise n erste Teilwindungen 126 und n zweite Teilwindungen 128, wobei n eine natürlich Zahl ist und einen Wert von 2 oder größer als 2 hat. Die Empfangsspule 122 kann, wie in den 1B und 2 gezeigt, insbesondere 4 erste Teilwindungen und 4 zweite Teilwindungen umfassen. Insbesondere kann die Empfangsspule 122 mindestens eine Leiterbahn 130 umfassen.The 1B and 2 each show an overview view of one of the at least two receiving coils 122 of the sensor system 110 , Each of the receiving coils 122 comprises, for example, n first partial turns 126 and n second partial turns 128 , where n is a natural number and has a value of 2 or greater than 2. The receiving coil 122 can, as in the 1B and 2 shown, in particular comprise 4 first partial turns and 4 second partial turns. In particular, the receiving coil 122 at least one conductor track 130 include.

Die Empfangsspulen 122 umschließen jeweils die Rotationsachse 112. Dies kann insbesondere zu einer Vermeidung oder einer Reduktion eines Offset-Signals in den Empfangsspulen 122 beitragen. Hierbei kann jede Empfangsspule 122, insbesondere die ersten Teilwindungen 126 und die zweiten Teilwindungen 128 der Empfangsspule 122, derart um die Rotationsachse 112 herum angeordnet sein, dass die Empfangsspule 122, insbesondere die Teilwindungen 126, 128 der Empfangsspule 122, in mindestens einer Ebene senkrecht zu der Rotationsachse 112 einen Winkelbereich von 360° um die Rotationsachse 112 vollständig oder, wie in den Detailansichten in den 3A und 3B zu sehen, fast vollständig abdeckt, beispielsweise in Form von mäandernden Schleifen. Insbesondere kann die Empfangsspule 122 dabei einen Abschnitt g eines Umfangs um die Rotationsachse 112, insbesondere einen Abschnitt g von 100 µm bis 800 µm, bevorzugt von 200 µm bis 400 µm, frei lassen. Der Abschnitt g kann gemeinsam mit einem radialen Abstand des Abschnitts g von der Rotationsachse 122 insbesondere einen Öffnungswinkel δ eines Kreissegments bestimmen, welches nicht von der Empfangsspule 122 abgedeckt ist, insbesondere kein Element, insbesondere keine der ersten Teilwindungen und keine der zweiten Teilwindungen, der Empfangsspule trägt, wie in 3A dargestellt.The receiving coils 122 enclose the axis of rotation 112 , In particular, this can prevent or reduce an offset signal in the receiving coils 122 contribute. Here, each receiving coil 122 , especially the first partial turns 126 and the second partial turns 128 the receiving coil 122 , around the axis of rotation 112 be arranged around that the receiving coil 122 , especially the partial turns 126 . 128 the receiving coil 122 , in at least one plane perpendicular to the axis of rotation 112 an angular range of 360 ° around the axis of rotation 112 completely or, as in the detailed views in the 3A and 3B to see, almost completely covering, for example in the form of meandering loops. In particular, the receiving coil 122 a section g of a circumference around the axis of rotation 112 , in particular leave a section g of 100 μm to 800 μm, preferably 200 μm to 400 μm, free. The section g can be together with a radial distance of the section g from the axis of rotation 122 Specifically determine an opening angle δ of a segment of a circle that is not from the receiving coil 122 is covered, in particular no element, in particular none of the first partial turns and none of the second partial turns, which carries the receiving coil, as in 3A shown.

Die in den 1B, 2 und 4 dargestellten Empfangsspulen 122 weisen jeweils 4 erste Teilwindungen 126 und 4 zweite Teilwindungen 128 auf. Insbesondere kann durch eine periodische Wiederholung, Verschiebung und/oder Aneinanderreihung in geeigneter Weise, beispielsweise mittels geeigneter Verdrehung, der ersten Teilwindungen 126 und/oder der zweiten Teilwindungen 128 die Empfangsspule 122 oder eine Form der Empfangsspule 122 im Wesentlichen erzeugbar sein. Beispielsweise kann durch die periodische Wiederholung, Verschiebung und die anschließende Aneinanderreihung in geeigneter Weise, beispielsweise mittels der geeigneten Verdrehung der Teilwindungen 126, 128 gegeneinander, die Empfangsspule 122 oder die Form der Empfangsspule abgesehen von eventuell vorhandenen, weiter unten noch näher beschriebenen Anschlussleiterbahnen 132 und/oder weiter unten ebenfalls noch näher beschriebenen Kompensationsstrukturen 134 und/oder anderen, hier nicht erwähnten Elementen erzeugbar sein, wie insbesondere aus den Übersichtsansichten der Empfangsspule 122 in den 1B und 2 hervorgeht.The in the 1B . 2 and 4 receiving coils shown 122 each have 4 first partial turns 126 and 4 second partial turns 128 on. In particular, a periodic repetition, displacement and / or stringing together in a suitable manner, for example by means of suitable twisting, of the first partial turns 126 and / or the second partial turns 128 the receiving coil 122 or a form of the receiving coil 122 be essentially producible. For example, the periodic repetition, displacement and the subsequent stringing together in a suitable manner, for example by means of the suitable twisting of the partial turns 126 . 128 against each other, the receiving coil 122 or the shape of the receiving coil, apart from any connecting conductor tracks that may be present and described in more detail below 132 and / or compensation structures also described in more detail below 134 and / or other elements not mentioned here, such as in particular from the overview views of the receiving coil 122 in the 1B and 2 evident.

1B veranschaulicht des Weiteren einen Messbereich 135 des Sensorsystems 110. Ein Messbereich des Sensorsystems kann insbesondere mithilfe eines Öffnungswinkels α des Messbereichs beschrieben sein. Hierbei kann sich der Öffnungswinkel α des Messbereichs des Sensorsystems aus der Anzahl n von ersten Teilwindungen oder von zweiten Teilwindungen als 360°/n ergeben, wie in 1B zu sehen. 1B further illustrates a measurement range 135 of the sensor system 110 , A measuring range of the sensor system can in particular be described using an opening angle α of the measuring range. The opening angle α of the measuring range of the sensor system can result from the number n of first partial windings or of second partial windings as 360 ° / n, as in 1B to see.

Die n ersten Teilwindungen 126 und die n zweiten Teilwindungen 128 der einen der mindestens zwei Erregerspulen 122 sind gegenläufig orientiert. Auch die n ersten Teilwindungen 126 und die n zweiten Teilwindungen 128 der weiteren der mindestens zwei Erregerspulen 122 sind gegenläufig orientiert. So kann die Rotationsachse 112, beispielsweise bei Anlegen des Stroms oder der Spannung an die Empfangsspule 122 oder bei Induktion des Stroms oder der Spannung in der Empfangsspule 122, von dem durch die ersten Teilwindungen 126 der Empfangsspule 122 fließenden Strom im Uhrzeigersinn umflossen werden und von dem durch die zweiten Teilwindungen 128 derselben Empfangsspule 122 fließenden Strom im Gegenuhrzeigersinn umflossen werden. Dementsprechend können die ersten Teilwindungen 126 bezüglich der Rotationsachse 112 als linksumlaufende Teilwindungen und die zweiten Teilwindungen 128 als bezüglich der Rotationsachse 112 rechtsumlaufende Teilwindungen ausgestaltet sein oder vice versa.The first n first turns 126 and the n second turns 128 one of the at least two excitation coils 122 are oriented in opposite directions. Even the first n partial turns 126 and the n second turns 128 the further of the at least two excitation coils 122 are oriented in opposite directions. So the axis of rotation 112 , for example when the current or voltage is applied to the receiving coil 122 or with induction of the current or voltage in the receiving coil 122 , of which by the first partial turns 126 the receiving coil 122 flowing current in a clockwise direction and from which through the second partial turns 128 same reception coil 122 flowing current counterclockwise. Accordingly, the first partial turns 126 with respect to the axis of rotation 112 as left-handed partial turns and the second partial turns 128 than with respect to the axis of rotation 112 right-hand partial turns can be designed or vice versa.

Wie in den 3A, 3B und 4 dargestellt, können die Empfangsspulen 122 jeweils mindestens zwei Umkehrpunkte 136, insbesondere jeweils genau zwei Umkehrpunkte 136, aufweisen, wobei an den Umkehrpunkten 136 jeweils eine der ersten Teilwindungen 126 auf jeweils eine der zweiten Teilwindungen trifft 128, insbesondere jeweils eine der ersten Teilwindungen 126 in jeweils eine der zweiten Teilwindungen 128 übergeht. Insbesondere kann die Stromrichtung, insbesondere die Umlaufrichtung des Stroms bezüglich der Rotationsachse 112, sich in dem Umkehrpunkt 136 abrupt ändern. Insbesondere kann jeder Umkehrpunkt 136 Bestandteil von genau einer Empfangsspule 122 sein, wie beispielsweise in 4 zu sehen. Dementsprechend kann es sein, dass keine gemeinsamen Umkehrpunkte 136 existieren, welche Bestandteil von mehr als einer Empfangsspule 122 sind oder sich mehr als einer Empfangsspule 122 zuordnen lassen. Die in dem Umkehrpunkt 136 auf die zweite Teilwindung 128 treffende erste Teilwindung 126 kann in dem Umkehrpunkt 136 mittels mindestens eines Vias 138 mit der zweiten Teilwindung 128 verbunden sein, wie in den 3A, 3B und 4 dargestellt. Insbesondere können die zwei Umkehrpunkte 136 der Empfangsspule 122 den bereits weiter oben beschriebenen Abstand g von 100 µm bis 800 µm, bevorzugt von 200 µm bis 400 µm, aufweisen. Der Abstand g kann sich hierbei insbesondere als Summe aus einem Abstand A zwischen den in den Umkehrpunkten 136 aufeinandertreffenden ersten 126 und zweiten Teilwindungen 128 und einem Durchmesser D des Vias 138 ergeben, wie in 3A zu sehen.As in the 3A . 3B and 4 shown, the receiving coils 122 at least two reversal points each 136 , in particular exactly two reversal points 136 , exhibit, being at the reversal points 136 one of the first partial turns 126 128, in particular in each case one of the first partial turns meets each of the second partial turns 126 in one of the second partial turns 128 transforms. In particular, the direction of the current, in particular the direction of rotation of the current with respect to the axis of rotation 112 , yourself in the turning point 136 change abruptly. In particular, any reversal point 136 Part of exactly one receiving coil 122 such as in 4 to see. Accordingly, there may be no common turning points 136 exist which are part of more than one receiving coil 122 are or more than one receiving coil 122 assign. The one in the turning point 136 to the second partial turn 128 appropriate first partial turn 126 can in the reversal point 136 using at least one vias 138 with the second partial turn 128 be connected as in the 3A . 3B and 4 shown. In particular, the two reversal points 136 the receiving coil 122 have the distance g already described above from 100 μm to 800 μm, preferably from 200 μm to 400 μm. The distance g can in particular be the sum of a distance A between those in the reversal points 136 meeting first 126 and second partial turns 128 and a diameter D of the via 138 result as in 3A to see.

3B zeigt eine Detailansicht von den zwei Umkehrpunkten 136 der Empfangsspule 122. Insbesondere können die Leiterbahnen 130 der Empfangsspule 122 punktsymmetrisch zu einem Punkt P verlaufen, wie in 3B zu sehen. Insbesondere kann sich der Punkt P ergeben als Schnittpunkt aus einer Geraden 172, welche die Rotationsachse 112 schneidet und jeweils identisch große Abstände zu den Vias 138 der Umkehrpunkte 136 aufweist, und einer gedachten Verbindungslinie 174, welche die beiden Vias 138 verbindet. 3B shows a detailed view of the two reversal points 136 the receiving coil 122 , In particular, the conductor tracks 130 the receiving coil 122 point symmetrical to a point P, as in 3B to see. In particular, the point P can result as an intersection from a straight line 172 which is the axis of rotation 112 cuts and in each case identical distances to the vias 138 the turning points 136 has, and an imaginary connecting line 174 which the two vias 138 combines.

Weiterhin kann sich für jede der Empfangsspulen 122 jede der ersten Teilwindungen 126 jeweils mit mindestens einer der zweiten Teilwindungen 128 mindestens einmal in mindestens einem Kreuzungspunkt 140 kreuzen, wobei die sich kreuzenden ersten 126 und zweiten Teilwindungen 128 im Kreuzungspunkt 140 in verschiedenen Ebenen des Schaltungsträgers 118 verlaufen. Insbesondere kann jede der Empfangsspulen 122 mindestens 2n-1 Kreuzungspunkte 140 aufweisen, in denen sich jeweils eine erste 126 und eine zweite Teilwindung 128 kreuzen, wobei die erste 126 und die zweite Teilwindung 128 Bestandteil derselben Empfangsspule 122 sind. Insbesondere kann jede der Empfangsspulen 122 genau 2n-1 Kreuzungspunkte 140 aufweisen, in denen sich jeweils eine erste 126 und eine zweite Teilwindung 128 kreuzen, wobei die erste 126 und die zweite Teilwindung 128 Bestandteil derselben Empfangsspule 122 sind. Hierbei entspricht, wie weiter oben bereits erläutert, n der Anzahl der ersten Teilwindungen 126 der Empfangsspule 122. Die Kreuzungspunkte 140 der mindestens zwei Empfangsspulen 122 können insbesondere auf einer gemeinsamen Kreisbahn mit Radius r_m um die Rotationsachse 112 angeordnet sein, wie beispielsweise in 3A veranschaulicht.Furthermore, each of the receiving coils can 122 each of the first partial turns 126 each with at least one of the second partial turns 128 at least once in at least one crossing point 140 cross, with the first crossing 126 and second partial turns 128 at the crossing point 140 in different levels of the circuit board 118 run. In particular, each of the receiving coils 122 at least 2n-1 crossing points 140 have, in each of which a first 126 and a second partial turn 128 cross, being the first 126 and the second partial turn 128 Part of the same receiving coil 122 are. In particular, each of the receiving coils 122 exactly 2n-1 crossing points 140 have, in each of which a first 126 and a second partial turn 128 cross, the first 126 and the second partial turn 128 Part of the same receiving coil 122 are. As already explained above, n corresponds to the number of first partial turns 126 the receiving coil 122 , The crossing points 140 of the at least two receiving coils 122 can in particular on a common circular path with radius r _m around the axis of rotation 112 be arranged, such as in 3A illustrated.

Auch die Umkehrpunkte 136 können auf der Kreisbahn mit dem Radius r_m um die Rotationsachse 112 angeordnet sein, wie ebenfalls beispielsweise in 3A zu sehen. Damit kann ein Öffnungswinkel δ des Kreissegments, welches insbesondere keine der Teilwindungen 126, 128 der Empfangsspule 122 trägt, gegeben sein durch $δ = (A + D) / r_{m}$

Also the turning points 136 can on the circular path with the radius r _m around the axis of rotation 112 be arranged, such as also in 3A to see. This means that an opening angle δ of the circle segment, which in particular is not one of the partial turns 126 . 128 the receiving coil 122 carries, be given by

δ = (A + D) / r_{m}

Die Empfangsspulen 122 können jeweils mindestens einen Empfangsbereich 142 begrenzen. Insbesondere können die Empfangsbereiche 142 der Empfangsspulen 122 deckungsgleich sein. Beispielsweise kann die Empfangsspule 122, insbesondere die Leiterbahn 130 der Empfangsspule 122, den Empfangsbereich 142 zumindest teilweise begrenzen, abgrenzen oder abstecken. Die Empfangsbereiche 142 der Empfangsspulen 122 können jeweils ringförmig, insbesondere als ringförmiger Abschnitt des Schaltungsträgers, ausgestaltet sein. Die Empfangsbereiche 142 können insbesondere konzentrisch um die Rotationsachse 112 angeordnet sein. Insbesondere können die Empfangsbereiche 142 der Empfangsspulen 122 jeweils durch eine äußere Kreisbahn mit einem äußeren Radius r_a und eine innere Kreisbahn mit einem inneren Radius r_i begrenzt sein, wie in den 1B und 2 dargestellt. Weiterhin kann es möglich sein, dass ein Zusammenhang zwischen den Radien r_i, r_a und r_m folgendermaßen beschrieben werden kann: $r_{m} = (r_{i} + r_{a}) / 2$

The receiving coils 122 can each have at least one reception area 142 limit. In particular, the reception areas 142 the receiving coils 122 be congruent. For example, the receiving coil 122 , especially the conductor track 130 the receiving coil 122 , the reception area 142 at least partially limit, delimit or stake out. The reception areas 142 the receiving coils 122 can each be annular, in particular as an annular section of the circuit carrier. The reception areas 142 can in particular concentric about the axis of rotation 112 be arranged. In particular, the reception areas 142 the receiving coils 122 each be bounded by an outer circular path with an outer radius r _a and an inner circular path with an inner radius r _i , as in FIGS 1B and 2 shown. Furthermore, it may be possible that a relationship between the radii r _i , r _a and r _m can be described as follows:

r_{m} = (r_{i} + r_{a}) / 2

Die Empfangsspulen 122 umschließen jeweils die Rotationsachse 112 und sind relativ zueinander um die Rotationsachse 122 verdreht angeordnet. Insbesondere können die Empfangsspulen 122 um einen Winkel Φ relativ zueinander um die Rotationsachse 112 verdreht angeordnet sein, wobei sich Φ aus der Anzahl n von ersten Teilwindungen 126 oder zweiten Teilwindungen 128 und aus der Anzahl m der Empfangsspulen 122 als Φ = 360°/ (2*n*m) ergeben kann. 4 zeigt zwei um den Winkel Φ gegeneinander verdrehte Empfangsspulen 122.The receiving coils 122 enclose the axis of rotation 112 and are relative to each other about the axis of rotation 122 twisted arranged. In particular, the receiving coils 122 by an angle Φ relative to each other about the axis of rotation 112 be arranged twisted, where Φ is the number n of first partial turns 126 or second partial turns 128 and from the number m of the receiving coils 122 than Φ = 360 ° / (2 * n * m). 4 shows two receiving coils rotated by the angle Φ 122 ,

Die Empfangsspulen 122 können weiterhin eine im Wesentlichen identische Form aufweisen. Die Empfangsspulen 122 weisen jeweils eine gleiche Anzahl n von mindestens zwei ersten Teilwindungen 126 und mindestens zwei zweiten Teilwindungen 128 auf. 4 zeigt zwei gegeneinander verdrehte Empfangsspulen 122 für den möglichen Fall n = 4. Der Schaltungsträger 118 trägt die Empfangsspulen 122, wie in 4 zu sehen. Der Schaltungsträger 118 kann insbesondere einen Schichtaufbau mit mehreren Ebenen umfassen. Die ersten 126 und zweiten Teilwindungen 128 der Empfangsspulen 122 können insbesondere jeweils mindestens einen ersten Abschnitt 144 und jeweils mindestens einen zweiten Abschnitt 146 aufweisen, wobei der erste Abschnitt 144 in einer ersten Ebene des Schaltungsträgers 118 verlaufen kann, wobei der zweite Abschnitt 146 in einer zweiten Ebene des Schaltungsträgers 118 verlaufen kann. Hierbei können die ersten Abschnitte 144 der ersten Teilwindungen 126 mit den sich anschließenden zweiten Abschnitten 146 der ersten Teilwindung126 mittels Vias 138 verbunden sein. Ebenso können die ersten Abschnitte 144 der zweiten Teilwindungen 128 mit den sich anschließenden zweiten Abschnitten 146 der zweiten Teilwindung 128 mittels Vias 138 verbunden sein. Insbesondere kann jeder der die ersten Abschnitte 144 mit den zweiten Abschnitten 146 verbindenden Vias 138 entweder auf der äußeren Kreisbahn mit dem Radius r_a oder auf der inneren Kreisbahn mit dem Radius r_i angeordnet sein, wie beispielsweise in den 2 und 4 zu sehen. Weiterhin können die Empfangsspulen 122 insbesondere als Planarspulen ausgebildet sein. Die Empfangsspulen 122 können insbesondere rotationssymmetrisch bezüglich der Rotationsachse 112 sein.The receiving coils 122 can also have a substantially identical shape. The receiving coils 122 each have an equal number n of at least two first partial turns 126 and at least two second partial turns 128 on. 4 shows two receiver coils twisted against each other 122 for the possible case n = 4. The circuit carrier 118 carries the receiving coils 122 , as in 4 to see. The circuit carrier 118 can in particular comprise a layer structure with several levels. The first 126 and second partial turns 128 the receiving coils 122 can in particular each have at least a first section 144 and at least one second section each 146 have, the first section 144 in a first level of the circuit carrier 118 can run, the second section 146 in a second level of the circuit carrier 118 can run. Here the first sections 144 of the first partial turns 126 with the subsequent second sections 146 the first partial turn 126 using vias 138 be connected. Likewise, the first sections 144 of the second partial turns 128 with the subsequent second sections 146 the second partial turn 128 using vias 138 be connected. In particular, each of the first sections 144 with the second sections 146 connecting vias 138 be arranged either on the outer circular path with the radius r _a or on the inner circular path with the radius r _i , as for example in FIGS 2 and 4 to see. Furthermore, the receiving coils 122 in particular be designed as planar coils. The receiving coils 122 can in particular be rotationally symmetrical with respect to the axis of rotation 112 his.

Weiterhin können die Empfangsspulen 122 zumindest abschnittsweise sinusförmig geformt sein. Insbesondere kann sich die Form der Empfangsspule 122, insbesondere der ersten 126 und zweiten Teilwindungen 128, aus einer Transformation von zwei zueinander spiegelsymmetrisch verlaufenden Funktionen auf eine Ringbahn um die Rotationsachse 112 als Zentrum ergeben, wobei bei der Transformation die Spiegelachse insbesondere auf eine Kreisbahn um die Rotationsachse mit Radius r_m transformiert werden kann. Die 1A und 1B veranschaulichen in Zusammenschau beispielhaft eine solche Transformation. Bei den zwei zueinander spiegelsymmetrisch verlaufenden Funktionen 148 kann es sich beispielsweise um zwei gegeneinander verschobene, insbesondere um gegeneinander verschobene, sinusförmige Funktionen 148 handeln. Auch andere Funktionen 148 sind jedoch möglich. Furthermore, the receiving coils 122 be sinusoidal at least in sections. In particular, the shape of the receiving coil 122 , especially the first 126 and second partial turns 128 , from a transformation of two functions that are mirror-symmetrical to one another on a ring path around the axis of rotation 112 result as the center, the mirror axis being able to be transformed during the transformation, in particular onto a circular path around the axis of rotation with radius r _m . The 1A and 1B In summary, exemplify such a transformation. With the two functions that are mirror-symmetrical to each other 148 can be, for example, two mutually displaced, in particular displaced, sinusoidal functions 148 act. Other functions too 148 are however possible.

Insbesondere können die auf die Ringbahn transformierten Funktionen 148 in Schnittpunkten mit der Kreisbahn mit Radius r_m stetig und differenzierbar sein.In particular, the functions transformed onto the ring track can 148 be continuous and differentiable at intersections with the circular path with radius r _m .

Die Empfangsspulen 122 können insbesondere jeweils mindestens eine, bevorzugt zwei, Anschlussleiterbahnen 132 aufweisen, wie in 6 dargestellt. Die Anschlussleiterbahnen 132 können jeweils insbesondere mit einer der ersten Teilwindungen 126 und/oder mit einer der zweiten Teilwindungen 128 der Empfangsspule 122 elektrisch verbunden sein. Die Anschlussleiterbahnen 132 können insbesondere aus dem Empfangsbereich 142 und dem Erregerbereich 124 herausgeführt sein, insbesondere parallel zueinander, und dabei einen Offset-Bereich 152 erzeugen, welcher zu einer Spannungsinduktion und damit insbesondere zu einem Offset-Signal der Empfangsspulen 122 beitragen kann. Mindestens eine der mindestens zwei Empfangsspulen 122 kann daher mindestens eine Kompensationsstruktur 134 aufweisen, wobei die Kompensationsstruktur 134 eingerichtet ist, um mindestens ein von der Empfangsspule 122, insbesondere von den Anschlussleiterbahnen 132 der Empfangsspule 122, erzeugtes Offset-Signal zumindest teilweise zu kompensieren. Die Kompensationsstruktur 134 kann mindestens zwei Kompensationsleiterbahnen 154 aufweisen, welche sich insbesondere direkt an die Anschlussleiterbahnen 132 anschließen, insbesondere in diese übergehen, können. Weiterhin können die Kompensationsleiterbahnen 154 gemeinsam eine im Wesentlichen rechteckige Kompensationsfläche 156 umspannen. Insbesondere kann eine Länge l_comp der rechteckigen Kompensationsfläche 156, welche im Wesentlichen senkrecht zu einer Tangente an eine Erregerwindung 158 verlaufen kann, 10 µm bis 800 µm, bevorzugt 50 µm bis 500 µm betragen. Weiterhin kann eine Breite w_comp der rechteckigen Kompensationsfläche 156, welche im Wesentlichen parallel zu der Tangente an die Erregerwindung 158 verlaufen kann, 100 µm bis 8 mm, bevorzugt 300 µm bis 5 mm betragen. Ferner kann eine Größe der Kompensationsfläche 158 im Wesentlichen einer Größe des von den Anschlussleiterbahnen 132 umspannten Offset-Bereichs 152 entsprechen. Weiterhin können die Kompensationsleiterbahnen 154 zumindest abschnittsweise senkrecht zu den Anschlussleiterbahnen 132 verlaufen.The receiving coils 122 can in particular each have at least one, preferably two, connecting conductor tracks 132 have, as in 6 shown. The connecting conductor tracks 132 can in particular with one of the first partial turns 126 and / or with one of the second partial turns 128 the receiving coil 122 be electrically connected. The connecting conductor tracks 132 can especially from the reception area 142 and the pathogen area 124 be led out, in particular parallel to each other, and thereby an offset area 152 generate which leads to a voltage induction and thus in particular to an offset signal of the receiving coils 122 can contribute. At least one of the at least two receiving coils 122 can therefore have at least one compensation structure 134 have, the compensation structure 134 is set up to have at least one of the receiving coil 122 , especially from the connecting conductor tracks 132 the receiving coil 122 to at least partially compensate for the generated offset signal. The compensation structure 134 can have at least two compensation tracks 154 have, which are in particular directly on the connecting conductor tracks 132 can connect, in particular pass into this. Furthermore, the compensation conductor tracks 154 together a substantially rectangular compensation area 156 span. In particular, a length l _{comp of} the rectangular compensation area 156 , which is essentially perpendicular to a tangent to an excitation turn 158. can run, 10 microns to 800 microns, preferably 50 microns to 500 microns. Furthermore, a width w _{comp of} the rectangular compensation area 156 , which is essentially parallel to the tangent to the excitation turn 158. can run, 100 microns to 8 mm, preferably 300 microns to 5 mm. Furthermore, a size of the compensation area 158. essentially a size of that of the connecting conductor tracks 132 spanned offset range 152 correspond. Furthermore, the compensation conductor tracks 154 at least in sections perpendicular to the connecting conductor tracks 132 run.

Das Sensorsystem weist mindestens eine Erregerspule 120 auf. Die 5A und 5B zeigen die Erregerspule 120 in einer Übersichtsansicht (5A) und in einer Detailansicht (5B). Die Erregerspule 120 kann mindestens eine Erregerwindung 158 umfassen. Die Erregerwindung 158 kann insbesondere im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet sein. Weiterhin kann die Erregerspule 120 mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei oder sogar mehr Erregerwindungen 158 umfassen. Die Erregerwindungen 158 können weiterhin im Wesentlichen konzentrisch zur Rotationsachse 112 angeordnet sein, wobei die Erregerwindungen 158 jeweils mit mindestens einer benachbarten Erregerwindung 158 mittels mindestens eines Verbindungsleiterstücks 160 verbunden sind. Insbesondere kann das Verbindungsleiterstück 160 quer zu einer Tangente an die kreisförmige Erregerwindung 158 verlaufen und mit dieser einen Winkel β von 5° bis 75°, bevorzugt von 30° bis 60°, besonders bevorzugt von 40° bis 50° einschließen. Weiterhin kann ein Abstand d zwischen jeweils zwei benachbarten, kreisförmigen, konzentrisch angeordneten Erregerwindungen konstant sein, wie in 5B gezeigt. Insbesondere kann die Erregerspule 120 mindestens eine Leiterbahn 162 umfassen. Insbesondere kann die Erregerwindung 158 von der Leiterbahn 162 geformt sein. Insbesondere kann die Erregerspule 120 mit einer Wechselspannung von 1 Mhz bis 10 Mhz, bevorzugt von 2 bis 5 Mhz, besonders bevorzugt von 3,5 Mhz, beaufschlagt oder beaufschlagbar sein.The sensor system has at least one excitation coil 120 on. The 5A and 5B show the excitation coil 120 in an overview view ( 5A) and in a detailed view ( 5B) , The excitation coil 120 can have at least one pathogen turn 158. include. The pathogen turn 158. can in particular be essentially circular. Furthermore, the excitation coil 120 at least two, preferably at least three or even more, excitation turns 158. include. The excitation turns 158. can continue to be essentially concentric to the axis of rotation 112 be arranged, the excitation turns 158. each with at least one adjacent excitation turn 158. by means of at least one connecting conductor piece 160 are connected. In particular, the connecting conductor piece 160 transverse to a tangent to the circular path winding 158. run and with this an angle β of 5 ° to 75 °, preferably from 30 ° to 60 °, particularly preferably from 40 ° to 50 ° lock in. Furthermore, a distance d between two adjacent, circular, concentrically arranged excitation windings can be constant, as in FIG 5B shown. In particular, the excitation coil 120 at least one conductor track 162 include. In particular, the pathogen turn 158. from the conductor track 162 be shaped. In particular, the excitation coil 120 with an alternating voltage of 1 Mhz to 10 Mhz, preferably from 2 to 5 Mhz, particularly preferably from 3.5 Mhz, to be acted upon.

Beispielsweise kann die Erregerspule 120, insbesondere die Leiterbahn 162 der Erregerspule 120, den Erregerbereich 124 zumindest teilweise begrenzen, abgrenzen oder abstecken. So kann insbesondere die Leiterbahn 162 der Erregerspule 120 zumindest abschnittsweise kreisförmig ausgebildet sein und einen kreisförmigen und/oder zylinderförmigen Erregerbereich 124 abstecken. Insbesondere kann es sich bei dem Erregerbereich 124 um einen kreisförmigen Ausschnitt des Schaltungsträgers 118 handeln, wobei der kreisförmige Ausschnitt durch die äußere der konzentrisch um die Rotationsachse 112 angeordneten kreisförmigen Erregerwindungen 158 begrenzt sein kann. Insbesondere kann sich der Erregerbereich 124 dadurch auszeichnen, dass er bei Anlegen einer elektrischen Spannung oder eines elektrischen Stroms an die Erregerspule 120 derart von einem magnetischen Fluss durchsetzt ist, dass in einer in dem Erregerbereich 124 angeordneten Empfangsspule 120 aufgrund von induktiver Kopplung ein Signal induziert wird.For example, the excitation coil 120 , especially the conductor track 162 the excitation coil 120 , the pathogen area 124 at least partially limit, delimit or stake out. In particular, the conductor track 162 the excitation coil 120 be circular at least in sections and a circular and / or cylindrical excitation area 124 Mark out. In particular, it can be the excitation area 124 around a circular section of the circuit carrier 118 act, the circular section through the outer concentric around the axis of rotation 112 arranged circular excitation turns 158. can be limited. In particular, the pathogen area 124 characterized in that it applies when an electrical voltage or an electrical current is applied to the excitation coil 120 is permeated by a magnetic flux such that in one in the excitation area 124 arranged receiving coil 120 a signal is induced due to inductive coupling.

Das Sensorsystem 110 weist weiterhin ein Geberrad 114 mit Geberradprofil 116 auf. 7 zeigt das Geberrad 114. Das Geberradprofil 116 kann insbesondere eine Vielzahl an Profilelementen 164 umfassen. Insbesondere kann das Geberrad 114 mindestens, insbesondere genau, 2n Profilelemente 164 aufweisen, so dass die Anzahl von Profilelementen 164 mindestens, insbesondere genau, der Summe der Anzahl von den n ersten Teilwindungen 126 und den n zweiten Teilwindungen 128 einer der mindestens zwei Empfangsspulen 122 entspricht. Insbesondere können sich die benachbarten Profilelemente 164 in ihrer elektrischen Leitfähigkeit unterscheiden. Beispielsweise können sich elektrisch leitfähige Profilelemente 164 mit Aussparungen oder mit elektrisch nicht oder weniger leitfähigen Profilelementen 164 abwechseln, wie in 7 zu sehen. Weiterhin kann eine Summe von Öffnungswinkeln von zwei benachbarten Profilelementen 164 360°/n ergeben und damit gleich dem Öffnungswinkel α des Messbereichs 135 des Sensorsystems 110 sein. 7 stellt ein solches Geberrad 114 für den möglichen Fall n = 3 dar. Insbesondere können benachbarte Profilelemente 164 denselben Öffnungswinkel γ aufweisen, wobei γ gleich dem halben Öffnungswinkel α des Messbereichs 135 des Sensorsystems 110 sein kann. Insbesondere können die Öffnungswinkel von zwei, insbesondere jeweils zwei, benachbarten Profilelementen 164 gleich groß sein. Insbesondere kann das Geberrad 114 2n Profilelemente 164 aufweisen und die Öffnungswinkel γ der 2n Profilelemente 164 können alle gleich groß sein und 360/(2n) betragen. Ferner kann das Geberrad 114 rotationssymmetrisch sein. Ein Abstand des Geberrads 114 von den Empfangsspulen 122 und der Erregerspule 120 kann bei Verbindung des Geberrads 114 mit dem rotierenden Element 1 mm bis 30 mm, bevorzugt 2 mm bis 10 mm betragen. Das Geberrad 114 ist mit dem rotierenden Element verbindbar. Insbesondere kann das Gerberrad 114 mittels einer Schraubverbindung und/oder einer Klebverbindung mit dem rotierenden Element verbindbar sein. Weiterhin kann das Geberrad 114 mithilfe eines Längspressverfahrens hergestellt sein.The sensor system 110 still has an encoder wheel 114 with encoder wheel profile 116 on. 7 shows the encoder wheel 114 , The encoder wheel profile 116 can in particular a variety of profile elements 164 include. In particular, the encoder wheel 114 at least, in particular exactly, 2n profile elements 164 have so that the number of profile elements 164 at least, in particular exactly, the sum of the number of the n first partial turns 126 and the n second partial turns 128 one of the at least two receiving coils 122 equivalent. In particular, the adjacent profile elements 164 differ in their electrical conductivity. For example, electrically conductive profile elements 164 with recesses or with electrically non or less conductive profile elements 164 take turns as in 7 to see. Furthermore, a sum of the opening angles of two adjacent profile elements 164 Result in 360 ° / n and thus equal to the opening angle α of the measuring range 135 of the sensor system 110 his. 7 represents such a sensor wheel 114 for the possible case n = 3. In particular, adjacent profile elements 164 have the same opening angle γ, where γ is equal to half the opening angle α of the measuring range 135 of the sensor system 110 can be. In particular, the opening angle of two, in particular two, adjacent profile elements 164 be the same size. In particular, the encoder wheel 114 2n profile elements 164 have and the opening angle γ of the 2n profile elements 164 can all be the same size and be 360 / (2n). Furthermore, the encoder wheel 114 be rotationally symmetrical. A distance between the encoder wheel 114 from the receiving coils 122 and the excitation coil 120 can when connecting the encoder wheel 114 with the rotating element 1 mm to 30 mm, preferably 2 mm to 10 mm. The encoder wheel 114 can be connected to the rotating element. In particular, the Gerber wheel 114 be connectable to the rotating element by means of a screw connection and / or an adhesive connection. Furthermore, the encoder wheel 114 manufactured using a longitudinal pressing process.

In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse rotierenden Elements vorgeschlagen, wobei das Verfahren die Verwendung mindestens eines wie weiter oben bereits beschriebenen oder weiter unten noch näher beschriebenen Sensorsystems umfasst. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge. Auch eine andere Reihenfolge ist grundsätzlich möglich. Weiterhin können einer oder mehrere oder alle der Verfahrensschritte auch wiederholt durchgeführt werden. Weiterhin können zwei oder mehrere der Verfahrensschritte auch ganz oder teilweise zeitlich überlappend oder gleichzeitig durchgeführt werden. Das Verfahren kann, zusätzlich zu den genannten Verfahrensschritten auch weitere Verfahrensschritte umfassen.In a further aspect of the present invention, a method for determining at least one rotational property of an element rotating about at least one axis of rotation is proposed, the method comprising the use of at least one sensor system as described above or described in more detail below. The method comprises the following steps, preferably in the order given. A different order is also possible in principle. Furthermore, one or more or all of the method steps can also be carried out repeatedly. Furthermore, two or more of the method steps can also be carried out entirely or partially overlapping in time or simultaneously. In addition to the method steps mentioned, the method can also comprise further method steps.

Die Verfahrensschritte sind: in Schritt a) ein Anlegen einer Spannung, insbesondere einer Wechselspannung an die Erregerspule (Verfahrensschritt 166), in Schritt b) Aufnehmen von mindestens zwei von der Erregerspule in den mindestens zwei Empfangsspulen erzeugten Signalen (Verfahrensschritt 168) und in Schritt c) ein Auswerten der Signale der Empfangsspulen und Ermitteln der Rotationseigenschaft des rotierenden Elements mittels der aufgenommenen Signale (Verfahrensschritt 170). 8 zeigt das VerfahrenThe method steps are: in step a) applying a voltage, in particular an AC voltage, to the excitation coil (method step 166 ), in step b) recording at least two signals generated by the excitation coil in the at least two receiving coils (method step 168 ) and in step c) evaluating the signals of the receiving coils and determining the rotational property of the rotating element by means of the recorded signals (method step 170 ). 8th shows the procedure

Das Auswerten der Signale in Schritt c) kann insbesondere ein Demodulieren der induzierten, aufgenommenen Signale der Empfangsspulen (122) mit einem Signal der Erregerspule (120) umfassen. Weiterhin kann das Auswerten ein Bestimmen von Betrag und Phase einer Kopplung zwischen der Erregerspule (120) und den Empfangsspulen (122) umfassen. Hierbei kann der Betrag kontinuierlich mit dem Drehwinkel variieren. Ferner kann Schritt c) ein Multiplizieren des Betrags mit dem Cosinus der Phase umfassen. Weiter kann Schritt c) ein Bestimmen des Drehwinkels umfassen, insbesondere mithilfe der Anwendung der Arkustangens-Funktion.The evaluation of the signals in step c) can, in particular, demodulate the induced, recorded signals of the reception coils ( 122 ) with a signal from the excitation coil ( 120 ) include. Furthermore, the evaluation can determine the amount and phase of a coupling between the excitation coil ( 120 ) and the receiving coils ( 122 ) include. The amount can vary continuously with the angle of rotation. Furthermore, step c) can be a multiplication of the amount by the cosine of the phase include. Step c) can further comprise determining the angle of rotation, in particular with the use of the arctangent function.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

EP 0909955 B1 [0004]EP 0909955 B1 [0004]
DE 102013225921 A1 [0005, 0006]DE 102013225921 A1 [0005, 0006]
FR 2964735 A1 [0005, 0006]FR 2964735 A1 [0005,0006]

Claims

Sensorsystem (110) zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse (112) rotierenden Elements, wobei das Sensorsystem (110), mindestens ein mit dem rotierenden Element verbindbares Geberrad (114) umfasst, wobei das Geberrad (114) eine Geberradprofil (116) aufweist, wobei das Sensorsystem (110) mindestens einen Schaltungsträger (118) umfasst, wobei der Schaltungsträger (118) mindestens eine Erregerspule (120) sowie mindestens zwei Empfangsspulen (122) trägt, wobei die Erregerspule (120) mindestens einen Erregerbereich (124) begrenzt, wobei die zwei Empfangsspulen (122) in dem Erregerbereich (124) angeordnet sind, wobei die Empfangsspulen (122) relativ zueinander um die Rotationsachse (112) verdreht angeordnet sind, wobei die Empfangsspulen (122) jeweils die Rotationsachse (112) umschließen, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsspulen (122) jeweils eine gleiche Anzahl n von mindestens zwei ersten Teilwindungen (126) und mindestens zwei zweiten Teilwindungen (128) aufweisen, wobei die ersten Teilwindungen (126) und die zweiten Teilwindungen (128) gegenläufig orientiert sind.Sensor system (110) for determining at least one rotational property of an element rotating about at least one axis of rotation (112), the sensor system (110) comprising at least one sensor wheel (114) which can be connected to the rotating element, the sensor wheel (114) having a sensor wheel profile (116 ), the sensor system (110) comprising at least one circuit carrier (118), the circuit carrier (118) carrying at least one excitation coil (120) and at least two receiving coils (122), the excitation coil (120) having at least one excitation area (124) limited, the two receiving coils (122) being arranged in the excitation area (124), the receiving coils (122) being arranged rotated relative to one another about the axis of rotation (112), the receiving coils (122) each enclosing the axis of rotation (112), characterized in that the receiving coils (122) each have an equal number n of at least two first partial turns (126) and at least two i have second partial windings (128), the first partial windings (126) and the second partial windings (128) being oriented in opposite directions.

Sensorsystem (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Empfangsspulen (122) jeweils mindestens zwei Umkehrpunkte (136) aufweisen, wobei an den Umkehrpunkten (136) jeweils eine der ersten Teilwindungen (126) auf jeweils eine der zweiten Teilwindungen (128) derselben Empfangsspule (122) trifft.Sensor system (110) according to the preceding claim, wherein the receiving coils (122) each have at least two reversal points (136), wherein at the reversal points (136) one of the first partial turns (126) each on one of the second partial turns (128) of the same receiving coil (122) hits.

Sensorsystem (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei jeder Umkehrpunkt (136) Bestandteil von genau einer Empfangsspule (122) ist.Sensor system (110) according to the preceding claim, wherein each reversal point (136) is part of exactly one receiving coil (122).

Sensorsystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich für jede der Empfangsspulen (122) jede der ersten Teilwindungen (126) der Empfangsspule (122) jeweils mit mindestens einer der zweiten Teilwindungen (128) derselben Empfangsspule (122) mindestens einmal in mindestens einem Kreuzungspunkt (140) kreuzt, wobei die sich kreuzenden ersten (126) und zweiten Teilwindungen (128) in dem Kreuzungspunkt (140) in verschiedenen Ebenen des Schaltungsträgers (118) verlaufen.Sensor system (110) according to one of the preceding claims, wherein for each of the receiving coils (122) each of the first partial turns (126) of the receiving coil (122) each with at least one of the second partial turns (128) of the same receiving coil (122) at least once in at least crosses an intersection (140), the intersecting first (126) and second partial windings (128) in the intersection (140) running in different planes of the circuit carrier (118).

Sensorsystem (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Kreuzungspunkte (140) der mindestens zwei Empfangsspulen (122) auf einer gemeinsamen Kreisbahn mit Radius r_m um die Rotationsachse (112) angeordnet sind.Sensor system (110) according to the preceding claim, wherein the crossing points (140) of the at least two receiving coils (122) are arranged on a common circular path with radius r _m around the axis of rotation (112).

Sensorsystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Empfangsspulen (122) jeweils mindestens einen Empfangsbereich (142) begrenzen, wobei die Empfangsbereiche (142) deckungsgleich sind.Sensor system (110) according to one of the preceding claims, wherein the receiving coils (122) each delimit at least one receiving area (142), the receiving areas (142) being congruent.

Sensorsystem (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Empfangsbereiche (124) der Empfangsspulen (122) jeweils ringförmig ausgestaltet sind, wobei die Empfangsbereiche (142) konzentrisch um die Rotationsachse (112) angeordnet sind.Sensor system (110) according to the preceding claim, wherein the receiving areas (124) of the receiving coils (122) are each designed in a ring shape, the receiving areas (142) being arranged concentrically around the axis of rotation (112).

Sensorsystem (110) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eine der mindestens zwei Empfangsspulen (122) mindestens eine Kompensationsstruktur (134) aufweist, wobei die Kompensationsstruktur (134) eingerichtet ist, um mindestens ein von der Empfangsspule (122) erzeugtes Offset-Signal zumindest teilweise zu kompensieren, wobei die Kompensationsstruktur (134) außerhalb des Empfangsbereichs (142) und außerhalb des Erregerbereichs (124) angeordnet ist.Sensor system (110) according to one of the two preceding claims, wherein at least one of the at least two reception coils (122) has at least one compensation structure (134), the compensation structure (134) being set up to offset at least one offset generated by the reception coil (122). To compensate for the signal at least in part, the compensation structure (134) being arranged outside the reception area (142) and outside the excitation area (124).

Sensorsystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich ein Öffnungswinkel α eines Messbereichs (135) des Sensorsystems (110) aus der Anzahl n von ersten Teilwindungen (126) oder von zweiten Teilwindungen (128) als 360°/n ergibt.Sensor system (110) according to one of the preceding claims, wherein an opening angle α of a measuring range (135) of the sensor system (110) results from the number n of first partial turns (126) or of second partial turns (128) as 360 ° / n.

Sensorsystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Empfangsspulen (122) um einen Winkel Φ relativ zueinander um die Rotationsachse (112) verdreht angeordnet sind, wobei sich Φ aus der Anzahl n von ersten Teilwindungen (126) oder zweiten Teilwindungen (128) und aus der Anzahl m von Empfangsspulen (124) als 360°/ (2*n*m) ergibt.Sensor system (110) according to one of the preceding claims, wherein the receiving coils (122) are arranged rotated by an angle Φ relative to one another about the axis of rotation (112), wobei being the number n of first partial turns (126) or second partial turns (128 ) and from the number m of receiving coils (124) as 360 ° / (2 * n * m).

Sensorsystem (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, die Erregerspule (120) mindestens eine Erregerwindung (158) umfasst, wobei die Erregerwindungen (158) im Wesentlichen konzentrisch zueinander angeordnet sind, wobei die Erregerwindungen (158) jeweils mit mindestens einer benachbarten Erregerwindung (158) mittels mindestens eines Verbindungsleiterstücks (160) verbunden sind.Sensor system (110) according to the preceding claim, the excitation coil (120) comprises at least one excitation turn (158), the excitation turns (158) being arranged essentially concentrically to one another, the excitation turns (158) each having at least one adjacent excitation turn (158) are connected by means of at least one connecting conductor piece (160).

Sensorsystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche wobei das Geberrad (114) eine Vielzahl von Profilelementen (164) umfasst, wobei die Vielzahl der Profilelemente (164) mindestens der Summe 2n der Anzahl n von den ersten Teilwindungen (126) und der Anzahl n von den zweiten Teilwindungen (128) einer der mindestens zwei Empfangsspulen (122) entspricht.Sensor system (110) according to one of the preceding claims, wherein the sensor wheel (114) comprises a plurality of profile elements (164), the plurality of profile elements (164) at least the sum 2n of the number n of the first partial turns (126) and the number n one of the at least two receiving coils (122) corresponds to the second partial turns (128).

Sensorsystem (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei eine Summe von Öffnungswinkeln von zwei benachbarten Profilelementen 360°/n ergibt.Sensor system (110) according to the preceding claim, wherein a sum of opening angles of two adjacent profile elements results in 360 ° / n.

Verfahren zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse (112) rotierenden Elements, wobei das Verfahren die Verwendung mindestens eines Sensorsystems(110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Aufnehmen von mindestens zwei von der Erregerspule (120) in den mindestens zwei Empfangsspulen (122) erzeugten Signalen; und b) Auswerten der Signale und Ermitteln der Rotationseigenschaft mittels der Signale. A method for determining at least one rotational property of an element rotating about at least one axis of rotation (112), the method comprising the use of at least one sensor system (110) according to one of the preceding claims, the method comprising the following steps: a) recording at least two of the excitation coil (120) in the at least two receiving coils (122) generated signals; and b) evaluating the signals and determining the rotational property by means of the signals.