具有两个线圈的线圈系统的制作方法
具有两个线圈的线圈系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种具有彼此电连接的并且基本上相互间同轴地布置的第一线圈和 第二线圈的线圈系统，其中，第一线圈具有沿线圈系统的纵向方向递增的缠绕密度。此外， 本发明还涉及一种位置传感器以及一种该线圈系统的制造方法。
【背景技术】
[0002] 无接触式线性位置传感器的不同的实施方式是公知的。最重要的代表性是利用磁 场来感测。在此涉及利用霍尔效应或感应定律的传感器。后者又可以根据其作用原理分成 两个组。两个组的共同之处是由线圈和探测元件组成的系统，探测元件在第一组中必须是 导电的，而在第二组中必须是软磁性的材料。
[0003] 第一组（涡流传感器）利用感应来在导电的材料中构建反向场，该反向场使激励 场衰减。利用探测元件来改变与行程成正比的衰减度。还要用来维持激励场所需要的能量 可以用作测量变量。在此，探测行程的元件（探测元件）并不进入线圈。
[0004] 第二组的不同之处在于，线圈中的磁场直接受软磁性的探测元件影响。在此测量 线圈的感应强度，其中具有不同的措施。在插棒式线圈传感器的情况下，位置感测基于充分 利用软磁性的铁的相对导磁率和与之关联的如下事实，即，线圈的感应强度表现出与线圈 芯的相对导磁率成正比的特性。线圈芯在此用作探测行程的元件，这导致感应强度改变，并 且进而导致与行程成正比的测量变量。为此，线性的单线圈或处于多个室中的单线圈用于 影响敏感性。根据LVDT(线性差动变压器）原理或PLCD(永磁体线性无接触位移）原理的 传感器可以描述为差动变压器。在此使用了一个初级线圈和两个次级线圈，其中，这两个都 沿待感测的行程布置。长的初级线圈位于传感器的两个端部上的短的次级线圈之间的中 部。所有的三个线圈都位于软磁性的棒上，软磁性的棒平行于测量行程地布置。借助用作 探测元件的磁体可以影响从初级线圈到次级线圈上的磁场分布。
[0005] 在这些公知的传感器中不利的是，构建它们成本过高。与之相应地，在文献DE38 01 779C2中描述的位置传感器或基于传感器的线圈系统构建简单并且基本上仅需要两个 同轴的线圈，其具有可在线圈内部运动的导磁的探测元件。在此，其中一个线圈沿纵向方向 具有改变的缠绕密度。
[0006] 已证明的是，这样构建的位置传感器不太适用于精密的用途，这是因为它具有太 小的测量精确度。
【发明内容】
[0007] 因此，本发明的任务是提供一种线圈系统，利用该线圈系统可以实现一种高精确 度的位置传感器。此外，本发明的任务是提供这种传感器以及一种针对这种线圈系统的制 造方法。该任务通过具有权利要求1的特征的线圈系统并且通过具有权利要求9的特征的 位置传感器和通过具有权利要求12的特征的制造方法来解决。特别优选的实施方案可以 从相应的从属权利要求中得知。
[0008] 依次，本发明涉及一种尤其是针对位置传感器的线圈系统。线圈系统具有第一线 圈和第二线圈，它们彼此电连接并且基本上相互间同轴地布置，其中，第一线圈具有沿线圈 系统的纵向方向递增的缠绕密度。此外，第二线圈具有沿线圈系统的纵向方向递减的缠绕 密度。
[0009] 依次，第一绕组沿线圈系统的纵向方向的缠绕密度递增，而第二绕组沿该纵向方 向的缠绕密度同时递减。因此，线圈的缠绕密度沿线圈纵向方向相反地发展。由此，第二线 圈不再仅用作针对第一线圈的参考线圈，替代地，现在当线圈系统在具有这种探测元件的 位置传感器中使用时，第二线圈的感应强度也依赖于导磁的探测元件的位置。因此位置传 感器的或线圈系统的测量分辨率得到明显改进，并且可以借助该线圈系统实现高精确度的 位置传感器。缠绕密度在此尤其被理解为绕组在沿线圈系统的纵向方向的每个长度单位上 的数量。
[0010] 尤其地，通过缠绕层的径向数量的递增或递减导致缠绕密度的改变。因此，线圈在 线圈系统的纵向方向上的填充系数保持恒定，由此，导致位置传感器的或线圈系统的沿纵 向方向的良好的测量分辨率恒定。线圈分别尤其是邻周期性地（orthozyklisch)缠绕，由 此，同样可以实现特别好的填充系数。此外，线圈特别优选地具有互相相反的缠绕方向。因 此，线圈在通电时构建出相互影响的磁场。
[0011] 在线圈系统通电时，电压在线圈系统内部的分布依赖于线圈的欧姆的和感应的部 分。配属于线圈的导磁的探测元件在此明显对各线圈的感应强度产生影响，其中，该影响由 于沿线圈纵向方向改变的缠绕密度而依赖于探测元件的位置。因此，可以通过对线圈系统 的两个线圈之间的电压差进行评估来推断探测元件相对于线圈系统的位置。
[0012] 在优选的实施方案中，第一线圈沿线圈系统的纵向方向的缠绕密度基本上以与第 二线圈的缠绕密度递减的程度一样的方式递增。因此，虽然每个线圈的缠绕密度发生改变， 但总缠绕密度却保持恒定。线圈系统由此可以实施得非常紧凑，并且具有沿纵向方向恒定 的外直径。
[0013] 在另一优选的实施方案中，第一和第二线圈的缠绕密度线性改变。线性改变在此 可以仅存在于线圈系统沿纵向方向的纵区段内，或者在线圈系统沿纵向方向的整个长度上 延伸。在缠绕密度的线性改变的情况下，感应强度基本上线性地依赖于导磁的探测元件相 对于线圈系统的位置，由此，可以特别简单地从线圈系统的感应强度推断出探测元件相对 于线圈系统的位置。
[0014] 在另一优选的实施方案中，第一和第二线圈的缠绕密度分区段跳跃式地改变。换 言之，线圈系统拥有至少两个沿线圈纵向方向的纵区段，这些纵区段在彼此直接邻接的侧 上具有不同的缠绕密度。由此，当导磁的探测元件相对于线圈系统从其中一个纵区段运动 至其中另外的纵区段时，线圈系统的感应强度跳跃式地改变。感应强度的该跳跃式的改变 可以非常清楚地检测到，由此，在经过密度改变部，也就是说，纵区段之间的过渡部时，探测 元件的位置可以非常清楚和精确地确定。因此，尤其是可以通过具有不同的缠绕密度的两 个直接接连的纵区段之间的一个或多个过渡部标识出沿线圈纵向方向的一个或多个参考 点。此外，多个或说许多个纵区段可以配设有彼此不同的缠绕密度，不同的缠绕密度沿线圈 纵向方向导致缠绕密度增量式的改变。由此，导磁的探测元件相对于线圈系统的位置可以 明显地增量式地识别出。这种纵区段存在越多，那么越可以更精确地增量式地获知探测元 件在纵向方向上的位置。
[0015] 在另一优选的实施方案中，第一和第二线圈在线圈系统的第一纵区段中的缠绕密 度发生改变，其中，该改变尤其是线性的。在与第一区段直接连着的第二纵区段中，第一和 第二线圈的缠绕密度是恒定的。而在与第二区段直接连着的第三区段中，第一和第二线圈 的缠绕密度发生改变，其中，该改变同样尤其是线性的。由此在第一和第三纵区段中导致了 线圈系统的高的测量敏感度和简单的可评估性，而在第二纵区段中却导致了相对小的测量 敏感度。这尤其是在其中不需要精确测量的纵区段。在将线圈系统置入在位置传感器中时， 通过线圈系统的这种实施方案也可以导致传感器特性曲线线性化。
[0016] 在另一优选的实施方案中，两个线圈利用线圈之间的测量抽头（Messabgriff)直 接相继地电串联。因此，线圈系统的结构特别简单。线圈在此形成分压器。
[0017] 在作为对此替选的另一优选的实施方案中，两个线圈分别与比较电阻器电串联， 其中，每个线圈分别与串联的比较电阻器一起形成惠斯登电桥测量电路的分路。在此，测量 抽头设置在每个线圈与和线圈串联的比较电阻器之间。两个线圈因此彼此电并联，其中，每 个线圈与相应的比较电阻器电串联。由此可以特别精确地评估配属于线圈系统的导磁的探 测元件的位置。
[0018] 在另一优选的实施方案中设置有例如由铁磁性的材料构成的导磁的壳体，线圈布 置在壳体里面，用以对线圈系统内的磁通量造成磁影响。由此，线圈系统内的变压器效应通 过壳体的（对线圈系统内的提高的磁通量造成）磁影响来增强，并且因此提高线圈系统在 使用在位置传感器中时的敏感度。
[0019] 根据本发明的位置传感器具有上面描述的根据本发明的线圈系统以及导磁的探 测元件，该探测元件作为位置探测器沿线圈系统的纵向方向可运动地布置。探测元件因此 可以要么在线圈系统的内部空间中沿线圈纵向方向可运动地布置，尤其是与线圈系统同轴 地布置，要么替选地，可以围绕线圈系统的外表沿线圈纵向方向可运动地布置，尤其是与线 圈系统同轴地布置，也就是呈环形地包围线圈系统。
[0020] 通过给线圈系统的至少一个线圈相应通电也可以产生沿线圈系统的纵向方向作 用到探测元件上的磁力，由此，位置传感器也可以用作促动器，并且因此可以替选地被称为 促动器。该力可以在探测元件上截取，并且可以用于操纵设备，例如车辆变速器的换挡元件 或阀。产生的力可以通过设置磁轭来提高和影响。尤其地，磁轭的造型可以是如下这样的， 即，使位置传感器形成所谓的比例磁体。
[0021] 在位置传感器的优选的实施方案中，线圈系统沿纵向方向至少呈圆弧形地实施， 其中，探测元件作为角度位置探测器沿线圈系统的纵向方向至少呈圆弧形地运动，从而使 位置传感器形成角度位置传感器。作为对此替选地，线圈系统沿纵向方向笔直地实施，其 中，探测元件作为线性位置探测器沿线圈系统的纵向方向线性地运动，从而使位置传感器 形成线性位置传感器。
[0022] 为了检测探测元件的位置，线圈系统特别优选地首先以一个或多个电压跳变通 电。随后评估线圈构件的跳变响应（电流和/或电压变化），并且最后从中获知探测元件的 位置。线圈系统的跳变响应依赖于探测元件的位置，这是因为该探测元件对两个线圈的感 应强度造成影响。因为在线圈系统的根据本发明的实施方案中，两个线圈具有相反地改变 的缠绕密度，所以跳变响应特别强地依赖于探测元件的位置发生改变，由此，探测元件相对 于线圈系统的位置可以特别精确地评估出。
[0023] 用于驱控位置传感器或检测探测元件在位置传感器中的位置的方法在申请人的 文献DE102005018012A1 和DE102008043340A1 和DE102011083007A1 中公开的方法 已经被证实特别优选。
[0024] 根据本发明的针对上面提到的根据本发明的线圈系统的制造方法的特征在于具 有第一制造步骤、第二制造步骤和第三制造步骤，在第一制造步骤中缠绕径向内置的第一 线圈；在第二制造步骤中缠绕径向外置的第二线圈；在第三制造步骤中将第一线圈和第二 线圈电连接。制造步骤优选以该在时间上的排序进行。通过该制造方法特别简单且廉价地 制造线圈系统。在第二制造步骤中，优选以如下方式实现对第二线圈的缠绕，即，使第一和 第二线圈的缠绕层的彼此对置的端部直接彼此贴靠。因此在线圈系统中避免空隙，并且优 化了整个线圈系统的填充系数。
【附图说明】
[0025] 下面，借助附图详细阐述本发明，从附图中可以得知本发明的其他优选的构造方 案。分别示意性地：
[0026] 图1示出线圈系统的优选的第一实施方案；
[0027] 图2示出线圈系统的优选的第二实施方案；
[0028] 图3示出线圈系统的优选的第三实施方案；
[0029] 图4示出具有壳体的线圈系统的优选的实施方案；
[0030] 图5示出线圈系统的优选的第一电互连方案；
[0031] 图6示出线圈系统的优选的第二电互连方案；
[0032] 图7a_c示出线圈系统的优选的驱控方法；
[0033] 图8a_c示出用于制造线圈系统的优选的制造步骤。
[0034] 在附图中，相同或至少在功能上相同的构件配设有相同的附图标记。
【具体实施方式】
[0035] 图1、图2和图3以沿线圈纵向方向X的纵剖面图的方式分别示出了具有第一线圈 1和第二线圈2的线圈系统。线圈1、2的下半部为了清晰起见没有示出。线圈纵向方向X 优选同时形成线圈系统的对称轴线。线圈1、2因此形成绕线圈纵向方向X的共同的空心柱 体。第一线圈1形成径向内线圈，而第二线圈2形成径向外线圈。线圈1、2因此基本上相 对于线圈纵向方向X同轴地交错布置。在第二线圈2中示例性地示出了线圈2的各绕组。 绕组相对于附图的图面正交地延伸。像示出的那样，线圈1、2的绕组优选相互间邻周期性 地布置，以便最大化线圈1、2的填充系数。由此也可看到的是，线圈1、2由多个径向缠绕层 构成。用于优选制造线圈系统的步骤可以从图8a-c和附属的描述中得知。
[0036] 配属于线圈1、2的导磁的探测元件用附图标记3标记。探测元件3沿线圈纵向方 向X能运动地实施。因为探测元件导磁地实施，所以其影响两个线圈1、2的感应强度。为 此，探测元件3例如由软铁或其他铁磁性的材料构成。因此，与线圈系统一起得到位置传感 器，借助位置传感器可以获知探测元件3关于线圈系统的位置，尤其是沿线圈纵向方向X的 位置。在所示情况下，探测元件3在线圈1、2的内腔中基本上与线圈同轴地布置。作为对 此替选地，探测元件可以以呈环形地绕线圈1、2的外表的方式基本上与线圈同轴地布置。
[0037] 第一线圈1具有沿线圈纵向方向X递增的缠绕密度（从左往右看）。相反地，沿 该线圈纵向方向X，第二线圈2具有沿线圈纵向方向X递减的缠绕密度（从左往右看）。在 此，缠绕密度被理解为绕组在沿线圈纵向方向X的每个长度单位上的数量。因此，线圈1、2 沿线圈纵向轴线X的缠绕密度相反地改变。此外，相对于线圈体积的缠绕密度（每个线圈 体积的绕组）在优选的构造方案中因此可以沿线圈纵向方向X保持恒定，这借助第二线圈 2的示例性地示出的绕组可以看到。此外，在另外优选的实施方案中，线圈系统（也就是两 个线圈1、2)的总缠绕密度（沿线圈纵向方向X在每个长度单位上的绕组）通过如下方式 总体上可以保持恒定，即，线圈1、2如下这样地缠绕，S卩，第一线圈1沿线圈纵向方向X的缠 绕密度以与第二线圈2的缠绕密度递减的程度一样的方式递增。
[0038] 在根据图1的实施方案的情况下，第一和第二线圈1、2的缠绕密度分别沿线圈纵 向方向X线性改变。因此，第一和第二线圈1、2的感应强度基本上与探测元件3沿线圈纵 向方向X的位置成正比地改变。由此可以简单地评估位置。第一线圈1在此具有基本上呈 锥形的外表面，而第二线圈2具有基本上呈锥形的内表面，其直接贴靠在第二线圈2的锥形 的外表面上。
[0039] 在根据图2的实施方案的情况下，第一和第二线圈1、2的缠绕密度分别跳跃式地 改变。线圈1、2分别具有不同的纵区段4(在图2中相应总共4个纵区段），在 这些纵区段 内，缠绕密度沿线圈纵向方向X保持恒定。每个纵区段4与直接相邻的纵区段4相比具有 不同的缠绕密度。当探测元件3经过从一个纵区段至直接相邻的另外的纵区段4的过渡部 tj时，线圈1、2的感应强度由此跳跃式地改变，这可以简单且清晰地确定。因此，可以非常 肯定确定的是，探测元件3刚好位于纵区段4的那个过渡部上。为了导致对探测元件3的 位置的更精确的识别，提供了许多纵区段4并且进而是过渡部U。
[0040] 缠绕密度沿线圈纵向方向X的跳跃式的改变也可以用于示出参考点。例如，在根 据图1的线圈系统的实施方案中，缠绕密度的跳跃式的改变可以设置在线圈1、2的轴向中 部，以便标记出探测元件3的中间位置，并且可以轻松地检测出到达中间位置。因此，限定 的端部位置或其他限定的参考位置也可以任意产生。
[0041] 在根据图3的实施方案的情况下，线圈1、2分别具有三个纵区段4&、你、4(3，其中， 在第一和第三纵区段4a、4c中的缠绕密度线性改变，而在第二纵区段4b中的缠绕密度保持 恒定。在纵区段4a、4b、4c之间的过渡部〇上，缠绕密度分别是相同的。因此，在所示情况 下，在过渡部U中，缠绕密度没有跳跃式地改变。然而在此也可以设置的是，缠绕密度在一 个或多个过渡部0上跳跃式地改变。因为缠绕密度在第二纵区段4b中是恒定的，所以当探 测元件3在第二纵区段4b内运动时，感应强度几乎不发生改变，相应地，识别出探测元件3 在该纵区段4b中的位置变得困难。因此，通过有针对性地分配具有恒定的缠绕密度的纵区 段和具有改变的缠绕密度的纵区段可以产生在其中非常精确地实现对探测元件3的位置 的检测的区域和在其中不那么精确地实现对探测元件3的位置的检测的区域。此外，由此 可以实现传感器特性曲线的线性化。这意味着，位置传感器的线圈系统的感应强度线性地 依赖于探测元件3沿线圈纵向方向X的相对于线圈系统的位置。
[0042] 根据图4的线圈系统拥有导磁的线圈壳体5。由此，线圈构件内部中的在探测元件 3的区域中的磁通量得到明显改进。用于检测探测元件3的位置的线圈系统的精确度由此 得到明显提高。图4中的线圈1、2相应于图1中的那个线圈。但是，壳体5显然可以在根 据本发明的线圈系统的每个类型中使用，因此，例如也可以使用在根据图2或图3的实施方 案中。壳体5也可以有针对性地实施为磁轭。因此，当线圈系统相应通电时，通过线圈1、 2的磁场产生的、作用到探测元件3上的力可以得到增强或促成。由线圈系统和探测元件 3形成的位置传感器可以通过如下方式用作促动器，S卩，作用到探测元件3上的磁力用于操 作如例如阀或车辆变速器换挡元件的设备。
[0043] 图5和图6分别示出了线圈系统或位置传感器的优选电互连的实施方案。在根据 图5的实施方案中，两个线圈1、2直接相继地电串联，其中，在线圈之间设置有测量抽头6， 也就是电测量接口。串联的线圈1、2在此在两个电位之间互连，具体地说，在电压源Ub与 接地部或接地Gnd之间。因此，线圈1、2的其中一个位于测量抽头6与电压源Ub之间，而 线圈1、2中的另一个位于测量抽头6与接地部或接地Gnd之间。流过线圈1、2的电流用i 表示。线圈系统通过串联形成分压器。与之相应地，Ub与Gnd之间的总电压分布到线圈1、 2上，更确切地说依赖于线圈的电阻。该电阻在线圈1、2以电压跳变或以交变电压通电的情 况下又依赖于相应的线圈1、2的感应强度，感应另一方面依赖于探测元件3相对于线圈系 统的位置。因此，可以借助测量抽头6上的电压电位确定探测元件3的位置。
[0044] 在根据图6的实施方案中，线圈1、2分别与比较电阻器7电串联，一个或两个比较 电阻器7可以具有可改变的电阻（欧姆电阻），在此例如指的是电位器。由比较电阻器7和 线圈1、2组成的串联电路在两个电位之间，具体地说，在电压源Ub与接地部或接地Gnd之 间相互间并联。因此，由比较电阻器7和线圈1、2组成的每个串联电路形成所谓的惠斯登 电桥测量电路的单独的分路，其中，在每个线圈1、2与同它们串联的比较电阻器7之间设置 有各一个测量抽头6。由此，流过线圈系统的总电流i分布到两个分路上。在每个分路内， 通过相应的线圈1、2和比较电阻器7形成分压器。因此，类似于根据图5的实施方案，依赖 于线圈1、2的感应强度地，在每个测量抽头6上构造出特定的电压电位。在两个测量抽头 6之间产生的电压电位用dU表示。借助dU可以获知探测元件3相对于线圈系统的位置。
[0045] 如果一个或两个比较电阻器7具有可改变的电阻，那么就可以调节该阻抗，从而 使dU基本上假定为零值（不等于测量抽头6之间的电压电位），并且然后借助阻抗的所调 节出的值获知探测元件3相对于线圈系统的位置。必要时然后进行多次电压跳变，以便在 每个电压跳变时将dU逐渐接近地调节至零值。
[0046] 图7a至图7c分别示出了用于对线圈系统，例如对根据图5或图6电互连的线圈 系统通电（驱控）的可能性。在纵坐标轴上标有电压U，在横坐标轴上标有时间ti。
[0047] 根据图7a，线圈系统以完全的正电压通电，完全的正电压具有基本上呈矩形的在 时间上的变化（正的矩形振荡），也就是具有尽可能陡的侧边。根据图7b，线圈系统以同 样具有呈矩形的在时间上的变化的交变电压通电，而根据图7c，线圈系统以具有呈正弦形 的在时间上的变化的交变电压通电。替选地，例如也可以选择电压的呈锯齿状的在时间上 的变化。此外，电压可以是完全负的或完全正的或具有交变部分。通过交变部分可以使线 圈1、2中的剩磁问题得到减弱或甚至完全消除，这是因为由此，在线圈1、2中的在每个周期 T内的电压脉冲之后留下的磁场至少部分地通过后续周期T中的后续相反的电压脉冲来减 弱或消除。
[0048] 电压振荡的占空比，也就是脉冲持续时间t与周期持续时间T之间的比可以适当 地选择。在所示情况下，占空比为大致50%，然而这仅是示例性的。
[0049] 在图8a至图8c中示出了用于制造根据本发明的线圈系统的优选的制造步骤。在 第一制造步骤（图8a)中缠绕第一线圈1，该第一线圈形成线圈系统的径向内线圈。在此，绕 组的最内部的层首先螺旋式地沿线圈纵向方向X缠绕，例如缠绕在柱体形的载体元件（未 示出）上，该柱体形的载体元件保留在线圈系统中，或者在制成线圈系统之后将之移除。六 列第一缠绕层的第一层在图8a中以横截面图的方式示例性地示出。随后，绕组的第二层以 与第一层相反的方向螺旋式地且与第一层径向间隔开地沿线圈纵向方向X缠绕。与此类似 地实现对其他缠绕层的制造，也就是说，每层都以与紧邻的前一个缠绕层相反的方向螺旋 式地沿线圈纵向方向X缠绕。为了实现线圈1、2的尽可能大的填充系数，绕组在此邻周期 性地布置。
[0050] 根据缠绕密度应该如何沿线圈纵向方向X改变（跳跃式地升高、线性升高等），缠 绕层沿线圈纵向方向X不同长度地实施。为了产生缠绕密度的线性升高，第一线圈1的缠 绕层的长度1连续递减，也就是说，每个缠绕层比紧邻的前一个缠绕层要短一个预定的数 值。为了产生分别具有相同的缠绕密度的多个纵区段，缠绕层的长度1跳跃式地递减，也就 是说，例如，将两个或多个缠绕层以相同的缠绕长度的方式直接相继地缠绕，并且随后以彼 此相同的、但比第一和第二层更短的长度1的方式缠绕第三和第四缠绕层， 由此在第三和 第四缠绕层的缩短的端部上得到缠绕密度的过渡部。
[0051] 在图8a中示出的示例性的情况下，第一线圈1的缠绕密度基本上线性递增。因此， 每个单个缠绕层相对于紧邻的前一个层的长度1连续缩短，更确切地说如此程度地连续缩 短，直到达到期望数量的绕组或期望的外直径。
[0052] 在第二制造步骤（图8b)中缠绕第二线圈2,其形成线圈系统的径向外线圈。为 此，绕组的最内部的层同样首先螺旋式地沿线圈纵向方向X缠绕。随后，第二层沿与之相反 的方向螺旋式地且与第一层径向间隔开地沿线圈纵向方向X缠绕。与此类似地实现对其他 缠绕层的制造，也就是说，每层都以与紧邻的前一个缠绕层相反的方向螺旋式地沿线圈纵 向方向X缠绕。为了实现尽可能大的填充系数，绕组在此邻周期性地布置。然而与第一线 圈1不同地，第二线圈的缠绕长度1递增，更确切地说尤其以第一线圈1的缠绕长度递减的 程度递增。此外，优选以如下方式实现对第二线圈2的层的缠绕，S卩，第一和第二线圈1、2 的缠绕层的彼此面对的端部直接相互贴靠。由此线圈系统内避免缝隙，并且优化了填充系 数。为了得到具有高的填充系数的尽可能均匀的线圈系统，线圈1、2的丝线基本上尽可能 实施得一样厚。
[0053] 在第三制造步骤（图8c)中，两个完成缠绕的线圈1、2彼此电连接。像图8c示出 的那样，这可以通过线圈1、2的丝线的两个相邻的自由端部的电接触的方式直接在线圈系 统上（借助连接导体8)实现，或者替选地以如下方式实现，S卩，线圈1、2的丝线的自由端部 电引导到直接相邻的或间隔较远的电子器件中，在那里，它们根据期望的互连方案（参见 图5和6)，必要时与其他的电的和/或电子的构件一起电连接。
[0054] 要注意的是，线圈1、2借助连接导体8的通过图8c所示的电连接得到了线圈1、2 的图5中说明的串联电路。连接导体8与之相应地可电接触地实施用于形成测量抽头6(通 过右箭头指明），而线圈丝线的保留的端部可以分别与电位电接触地实施（通过两个左箭 头指明）。
[0055] 第一、第二和第三制造步骤的在时间上的排序优选是该顺序，也就是优选首先是 第一步骤，然后是第二步骤，最后是第三步骤。通过所表明的制造步骤得到了针对根据本发 明的线圈系统的简单且廉价的制造方法。
[0056] 附图标记列表
[0057] 1 第一线圈
[0058] 2 第二线圈
[0059] 3 探测元件
[0060] 4、4a_c 纵区段
[0061] 5 壳体
[0062] 6 测量抽头
[0063] 7 比较电阻器
[0064] 8 连接导体
[0065] dU 产生的电压电位
[0066] Gnd 电接地部、接地
[0067] I 电流
[0068] 1 缠绕层的长度
[0069] t 脉冲持续时间
[0070] T 周期持续时间
[0071] Ti 时间
[0072] U 电压
[0073] Ub 电压源
[0074] X 线圈纵向方向
【主权项】
1. 一种特别是针对位置传感器的线圈系统，所述线圈系统具有彼此电连接的并且基本 上相互间同轴地布置的第一线圈（1)和第二线圈（2)，其中，所述第一线圈（1)具有沿所述 线圈系统的纵向方向（X)递增的缠绕密度，其特征在于，所述第二线圈（2)具有沿所述线圈 系统的纵向方向（X)递减的缠绕密度。2. 根据权利要求1所述的线圈系统，其中，所述第一线圈（1)的缠绕密度沿所述线圈系 统的纵向方向基本上以所述第二线圈（2)的缠绕密度递减的程度递增。3. 根据权利要求1或2所述的线圈系统，其中，所述第一和第二线圈（2)的缠绕密度线 性改变。4. 根据权利要求1至3中任一项所述的线圈系统，其中，所述第一和第二线圈（2)的缠 绕密度区段式跳跃地改变。5. 根据权利要求1至4中任一项所述的线圈系统，其中，所述第一和第二线圈（1、2)在 第一纵区段（4a)中的缠绕密度特别是线性地改变，而在与所述第一纵区段（4a)连着的第 二纵区段（4b)中是恒定的，在与所述第二纵区段连着的第三纵区段（4c)中特别是线性地 改变。6. 根据权利要求1至5中任一项所述的线圈系统，其中，所述第一和第二线圈（2)利用 所述线圈（1、2)之间的测量抽头（6)直接相继地电串联。7. 根据权利要求1至5中任一项所述的线圈系统，其中，所述第一和第二线圈（2)分别 与比较电阻器（7)串联，并且其中，所述线圈（1、2)中的每个与串联的比较电阻器（7) -起 形成惠斯登电桥测量电路的分路，并且其中，在每个线圈（1、2)与和所述线圈串联的比较 电阻器（7)之间分别设置有测量抽头（6)。8. 根据前述权利要求中任一项所述的线圈系统，其中，设置有导磁的壳体（5)，所述线 圈（1、2)布置在所述壳体里面，用以在磁方面影响所述线圈系统内的磁通量。9. 一种位置传感器，其具有根据前述权利要求中任一项所述的线圈系统（1、2)并且具 有导磁的探测元件（3)，所述探测元件作为位置探测器沿所述线圈系统的纵向方向（X)能 运动地布置。10. 根据权利要求9所述的位置传感器，其中，所述线圈系统（1、2)沿纵向方向（X)至 少呈圆弧形地实施，其中，所述探测元件（3)作为角度位置探测器能沿所述线圈系统（1、2) 至少呈圆弧形地运动，从而使所述位置传感器形成角度位置传感器。11. 根据权利要求9所述的位置传感器，其中，所述线圈系统（1、2)沿纵向方向笔直地 实施，并且所述探测元件作为线性位置探测器能沿所述线圈系统（1、2)的纵向方向线性地 运动，从而使所述位置传感器形成线性位置传感器。12. -种用于制造根据权利要求1至8中任一项所述的线圈系统的制造方法，其中，在 第一制造步骤中缠绕径向内置的第一线圈（1)，并且其中，在第二制造步骤中缠绕径向外置 的第二线圈（2)，并且其中，在第三制造步骤中将所述第一线圈（1)和所述第二线圈（2)电 连接。13. 根据权利要求1所述的制造方法，其中，在第二制造步骤中，以如下方式实现对所 述第二线圈（2)的缠绕，S卩，使所述第一和第二线圈（1、2)的缠绕层的彼此对置的端部直接 彼此贴靠。
【专利摘要】本发明涉及一种尤其是针对位置传感器的线圈系统，其具有彼此电连接的并且基本上相互间同轴地布置的第一线圈(1)和第二线圈(2)，其中，第一线圈(1)具有沿线圈系统的纵向方向(X)递增的缠绕密度，相反地，第二线圈(2)具有沿线圈系统的纵向方向(X)递减的缠绕密度。本发明此外还涉及一种具有这种线圈系统的位置传感器和一种针对这种线圈系统的制造方法。
【IPC分类】G01D5/20
【公开号】CN104903684
【申请号】CN201380069335
【发明人】亚历山大·格拉夫, 弗洛里安·魏因尔, 迈克尔·潘特克
【申请人】Zf 腓德烈斯哈芬股份公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年12月17日
【公告号】DE102013200698A1, EP2946174A1, US20150354991, WO2014111218A1
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种具有彼此电连接的并且基本上相互间同轴地布置的第一线圈和 第二线圈的线圈系统，其中，第一线圈具有沿线圈系统的纵向方向递增的缠绕密度。此外， 本发明还涉及一种位置传感器以及一种该线圈系统的制造方法。
【背景技术】
[0002] 无接触式线性位置传感器的不同的实施方式是公知的。最重要的代表性是利用磁 场来感测。在此涉及利用霍尔效应或感应定律的传感器。后者又可以根据其作用原理分成 两个组。两个组的共同之处是由线圈和探测元件组成的系统，探测元件在第一组中必须是 导电的，而在第二组中必须是软磁性的材料。
[0003] 第一组（涡流传感器）利用感应来在导电的材料中构建反向场，该反向场使激励 场衰减。利用探测元件来改变与行程成正比的衰减度。还要用来维持激励场所需要的能量 可以用作测量变量。在此，探测行程的元件（探测元件）并不进入线圈。
[0004] 第二组的不同之处在于，线圈中的磁场直接受软磁性的探测元件影响。在此测量 线圈的感应强度，其中具有不同的措施。在插棒式线圈传感器的情况下，位置感测基于充分 利用软磁性的铁的相对导磁率和与之关联的如下事实，即，线圈的感应强度表现出与线圈 芯的相对导磁率成正比的特性。线圈芯在此用作探测行程的元件，这导致感应强度改变，并 且进而导致与行程成正比的测量变量。为此，线性的单线圈或处于多个室中的单线圈用于 影响敏感性。根据LVDT(线性差动变压器）原理或PLCD(永磁体线性无接触位移）原理的 传感器可以描述为差动变压器。在此使用了一个初级线圈和两个次级线圈，其中，这两个都 沿待感测的行程布置。长的初级线圈位于传感器的两个端部上的短的次级线圈之间的中 部。所有的三个线圈都位于软磁性的棒上，软磁性的棒平行于测量行程地布置。借助用作 探测元件的磁体可以影响从初级线圈到次级线圈上的磁场分布。
[0005] 在这些公知的传感器中不利的是，构建它们成本过高。与之相应地，在文献DE38 01 779C2中描述的位置传感器或基于传感器的线圈系统构建简单并且基本上仅需要两个 同轴的线圈，其具有可在线圈内部运动的导磁的探测元件。在此，其中一个线圈沿纵向方向 具有改变的缠绕密度。
[0006] 已证明的是，这样构建的位置传感器不太适用于精密的用途，这是因为它具有太 小的测量精确度。
【发明内容】
[0007] 因此，本发明的任务是提供一种线圈系统，利用该线圈系统可以实现一种高精确 度的位置传感器。此外，本发明的任务是提供这种传感器以及一种针对这种线圈系统的制 造方法。该任务通过具有权利要求1的特征的线圈系统并且通过具有权利要求9的特征的 位置传感器和通过具有权利要求12的特征的制造方法来解决。特别优选的实施方案可以 从相应的从属权利要求中得知。
[0008] 依次，本发明涉及一种尤其是针对位置传感器的线圈系统。线圈系统具有第一线 圈和第二线圈，它们彼此电连接并且基本上相互间同轴地布置，其中，第一线圈具有沿线圈 系统的纵向方向递增的缠绕密度。此外，第二线圈具有沿线圈系统的纵向方向递减的缠绕 密度。
[0009] 依次，第一绕组沿线圈系统的纵向方向的缠绕密度递增，而第二绕组沿该纵向方 向的缠绕密度同时递减。因此，线圈的缠绕密度沿线圈纵向方向相反地发展。由此，第二线 圈不再仅用作针对第一线圈的参考线圈，替代地，现在当线圈系统在具有这种探测元件的 位置传感器中使用时，第二线圈的感应强度也依赖于导磁的探测元件的位置。因此位置传 感器的或线圈系统的测量分辨率得到明显改进，并且可以借助该线圈系统实现高精确度的 位置传感器。缠绕密度在此尤其被理解为绕组在沿线圈系统的纵向方向的每个长度单位上 的数量。
[0010] 尤其地，通过缠绕层的径向数量的递增或递减导致缠绕密度的改变。因此，线圈在 线圈系统的纵向方向上的填充系数保持恒定，由此，导致位置传感器的或线圈系统的沿纵 向方向的良好的测量分辨率恒定。线圈分别尤其是邻周期性地（orthozyklisch)缠绕，由 此，同样可以实现特别好的填充系数。此外，线圈特别优选地具有互相相反的缠绕方向。因 此，线圈在通电时构建出相互影响的磁场。
[0011] 在线圈系统通电时，电压在线圈系统内部的分布依赖于线圈的欧姆的和感应的部 分。配属于线圈的导磁的探测元件在此明显对各线圈的感应强度产生影响，其中，该影响由 于沿线圈纵向方向改变的缠绕密度而依赖于探测元件的位置。因此，可以通过对线圈系统 的两个线圈之间的电压差进行评估来推断探测元件相对于线圈系统的位置。
[0012] 在优选的实施方案中，第一线圈沿线圈系统的纵向方向的缠绕密度基本上以与第 二线圈的缠绕密度递减的程度一样的方式递增。因此，虽然每个线圈的缠绕密度发生改变， 但总缠绕密度却保持恒定。线圈系统由此可以实施得非常紧凑，并且具有沿纵向方向恒定 的外直径。
[0013] 在另一优选的实施方案中，第一和第二线圈的缠绕密度线性改变。线性改变在此 可以仅存在于线圈系统沿纵向方向的纵区段内，或者在线圈系统沿纵向方向的整个长度上 延伸。在缠绕密度的线性改变的情况下，感应强度基本上线性地依赖于导磁的探测元件相 对于线圈系统的位置，由此，可以特别简单地从线圈系统的感应强度推断出探测元件相对 于线圈系统的位置。
[0014] 在另一优选的实施方案中，第一和第二线圈的缠绕密度分区段跳跃式地改变。换 言之，线圈系统拥有至少两个沿线圈纵向方向的纵区段，这些纵区段在彼此直接邻接的侧 上具有不同的缠绕密度。由此，当导磁的探测元件相对于线圈系统从其中一个纵区段运动 至其中另外的纵区段时，线圈系统的感应强度跳跃式地改变。感应强度的该跳跃式的改变 可以非常清楚地检测到，由此，在经过密度改变部，也就是说，纵区段之间的过渡部时，探测 元件的位置可以非常清楚和精确地确定。因此，尤其是可以通过具有不同的缠绕密度的两 个直接接连的纵区段之间的一个或多个过渡部标识出沿线圈纵向方向的一个或多个参考 点。此外，多个或说许多个纵区段可以配设有彼此不同的缠绕密度，不同的缠绕密度沿线圈 纵向方向导致缠绕密度增量式的改变。由此，导磁的探测元件相对于线圈系统的位置可以 明显地增量式地识别出。这种纵区段存在越多，那么越可以更精确地增量式地获知探测元 件在纵向方向上的位置。
[0015] 在另一优选的实施方案中，第一和第二线圈在线圈系统的第一纵区段中的缠绕密 度发生改变，其中，该改变尤其是线性的。在与第一区段直接连着的第二纵区段中，第一和 第二线圈的缠绕密度是恒定的。而在与第二区段直接连着的第三区段中，第一和第二线圈 的缠绕密度发生改变，其中，该改变同样尤其是线性的。由此在第一和第三纵区段中导致了 线圈系统的高的测量敏感度和简单的可评估性，而在第二纵区段中却导致了相对小的测量 敏感度。这尤其是在其中不需要精确测量的纵区段。在将线圈系统置入在位置传感器中时， 通过线圈系统的这种实施方案也可以导致传感器特性曲线线性化。
[0016] 在另一优选的实施方案中，两个线圈利用线圈之间的测量抽头（Messabgriff)直 接相继地电串联。因此，线圈系统的结构特别简单。线圈在此形成分压器。
[0017] 在作为对此替选的另一优选的实施方案中，两个线圈分别与比较电阻器电串联， 其中，每个线圈分别与串联的比较电阻器一起形成惠斯登电桥测量电路的分路。在此，测量 抽头设置在每个线圈与和线圈串联的比较电阻器之间。两个线圈因此彼此电并联，其中，每 个线圈与相应的比较电阻器电串联。由此可以特别精确地评估配属于线圈系统的导磁的探 测元件的位置。
[0018] 在另一优选的实施方案中设置有例如由铁磁性的材料构成的导磁的壳体，线圈布 置在壳体里面，用以对线圈系统内的磁通量造成磁影响。由此，线圈系统内的变压器效应通 过壳体的（对线圈系统内的提高的磁通量造成）磁影响来增强，并且因此提高线圈系统在 使用在位置传感器中时的敏感度。
[0019] 根据本发明的位置传感器具有上面描述的根据本发明的线圈系统以及导磁的探 测元件，该探测元件作为位置探测器沿线圈系统的纵向方向可运动地布置。探测元件因此 可以要么在线圈系统的内部空间中沿线圈纵向方向可运动地布置，尤其是与线圈系统同轴 地布置，要么替选地，可以围绕线圈系统的外表沿线圈纵向方向可运动地布置，尤其是与线 圈系统同轴地布置，也就是呈环形地包围线圈系统。
[0020] 通过给线圈系统的至少一个线圈相应通电也可以产生沿线圈系统的纵向方向作 用到探测元件上的磁力，由此，位置传感器也可以用作促动器，并且因此可以替选地被称为 促动器。该力可以在探测元件上截取，并且可以用于操纵设备，例如车辆变速器的换挡元件 或阀。产生的力可以通过设置磁轭来提高和影响。尤其地，磁轭的造型可以是如下这样的， 即，使位置传感器形成所谓的比例磁体。
[0021] 在位置传感器的优选的实施方案中，线圈系统沿纵向方向至少呈圆弧形地实施， 其中，探测元件作为角度位置探测器沿线圈系统的纵向方向至少呈圆弧形地运动，从而使 位置传感器形成角度位置传感器。作为对此替选地，线圈系统沿纵向方向笔直地实施，其 中，探测元件作为线性位置探测器沿线圈系统的纵向方向线性地运动，从而使位置传感器 形成线性位置传感器。
[0022] 为了检测探测元件的位置，线圈系统特别优选地首先以一个或多个电压跳变通 电。随后评估线圈构件的跳变响应（电流和/或电压变化），并且最后从中获知探测元件的 位置。线圈系统的跳变响应依赖于探测元件的位置，这是因为该探测元件对两个线圈的感 应强度造成影响。因为在线圈系统的根据本发明的实施方案中，两个线圈具有相反地改变 的缠绕密度，所以跳变响应特别强地依赖于探测元件的位置发生改变，由此，探测元件相对 于线圈系统的位置可以特别精确地评估出。
[0023] 用于驱控位置传感器或检测探测元件在位置传感器中的位置的方法在申请人的 文献DE102005018012A1 和DE102008043340A1 和DE102011083007A1 中公开的方法 已经被证实特别优选。
[0024] 根据本发明的针对上面提到的根据本发明的线圈系统的制造方法的特征在于具 有第一制造步骤、第二制造步骤和第三制造步骤，在第一制造步骤中缠绕径向内置的第一 线圈；在第二制造步骤中缠绕径向外置的第二线圈；在第三制造步骤中将第一线圈和第二 线圈电连接。制造步骤优选以该在时间上的排序进行。通过该制造方法特别简单且廉价地 制造线圈系统。在第二制造步骤中，优选以如下方式实现对第二线圈的缠绕，即，使第一和 第二线圈的缠绕层的彼此对置的端部直接彼此贴靠。因此在线圈系统中避免空隙，并且优 化了整个线圈系统的填充系数。
【附图说明】
[0025] 下面，借助附图详细阐述本发明，从附图中可以得知本发明的其他优选的构造方 案。分别示意性地：
[0026] 图1示出线圈系统的优选的第一实施方案；
[0027] 图2示出线圈系统的优选的第二实施方案；
[0028] 图3示出线圈系统的优选的第三实施方案；
[0029] 图4示出具有壳体的线圈系统的优选的实施方案；
[0030] 图5示出线圈系统的优选的第一电互连方案；
[0031] 图6示出线圈系统的优选的第二电互连方案；
[0032] 图7a_c示出线圈系统的优选的驱控方法；
[0033] 图8a_c示出用于制造线圈系统的优选的制造步骤。
[0034] 在附图中，相同或至少在功能上相同的构件配设有相同的附图标记。
【具体实施方式】
[0035] 图1、图2和图3以沿线圈纵向方向X的纵剖面图的方式分别示出了具有第一线圈 1和第二线圈2的线圈系统。线圈1、2的下半部为了清晰起见没有示出。线圈纵向方向X 优选同时形成线圈系统的对称轴线。线圈1、2因此形成绕线圈纵向方向X的共同的空心柱 体。第一线圈1形成径向内线圈，而第二线圈2形成径向外线圈。线圈1、2因此基本上相 对于线圈纵向方向X同轴地交错布置。在第二线圈2中示例性地示出了线圈2的各绕组。 绕组相对于附图的图面正交地延伸。像示出的那样，线圈1、2的绕组优选相互间邻周期性 地布置，以便最大化线圈1、2的填充系数。由此也可看到的是，线圈1、2由多个径向缠绕层 构成。用于优选制造线圈系统的步骤可以从图8a-c和附属的描述中得知。
[0036] 配属于线圈1、2的导磁的探测元件用附图标记3标记。探测元件3沿线圈纵向方 向X能运动地实施。因为探测元件导磁地实施，所以其影响两个线圈1、2的感应强度。为 此，探测元件3例如由软铁或其他铁磁性的材料构成。因此，与线圈系统一起得到位置传感 器，借助位置传感器可以获知探测元件3关于线圈系统的位置，尤其是沿线圈纵向方向X的 位置。在所示情况下，探测元件3在线圈1、2的内腔中基本上与线圈同轴地布置。作为对 此替选地，探测元件可以以呈环形地绕线圈1、2的外表的方式基本上与线圈同轴地布置。
[0037] 第一线圈1具有沿线圈纵向方向X递增的缠绕密度（从左往右看）。相反地，沿 该线圈纵向方向X，第二线圈2具有沿线圈纵向方向X递减的缠绕密度（从左往右看）。在 此，缠绕密度被理解为绕组在沿线圈纵向方向X的每个长度单位上的数量。因此，线圈1、2 沿线圈纵向轴线X的缠绕密度相反地改变。此外，相对于线圈体积的缠绕密度（每个线圈 体积的绕组）在优选的构造方案中因此可以沿线圈纵向方向X保持恒定，这借助第二线圈 2的示例性地示出的绕组可以看到。此外，在另外优选的实施方案中，线圈系统（也就是两 个线圈1、2)的总缠绕密度（沿线圈纵向方向X在每个长度单位上的绕组）通过如下方式 总体上可以保持恒定，即，线圈1、2如下这样地缠绕，S卩，第一线圈1沿线圈纵向方向X的缠 绕密度以与第二线圈2的缠绕密度递减的程度一样的方式递增。
[0038] 在根据图1的实施方案的情况下，第一和第二线圈1、2的缠绕密度分别沿线圈纵 向方向X线性改变。因此，第一和第二线圈1、2的感应强度基本上与探测元件3沿线圈纵 向方向X的位置成正比地改变。由此可以简单地评估位置。第一线圈1在此具有基本上呈 锥形的外表面，而第二线圈2具有基本上呈锥形的内表面，其直接贴靠在第二线圈2的锥形 的外表面上。
[0039] 在根据图2的实施方案的情况下，第一和第二线圈1、2的缠绕密度分别跳跃式地 改变。线圈1、2分别具有不同的纵区段4(在图2中相应总共4个纵区段），在 这些纵区段 内，缠绕密度沿线圈纵向方向X保持恒定。每个纵区段4与直接相邻的纵区段4相比具有 不同的缠绕密度。当探测元件3经过从一个纵区段至直接相邻的另外的纵区段4的过渡部 tj时，线圈1、2的感应强度由此跳跃式地改变，这可以简单且清晰地确定。因此，可以非常 肯定确定的是，探测元件3刚好位于纵区段4的那个过渡部上。为了导致对探测元件3的 位置的更精确的识别，提供了许多纵区段4并且进而是过渡部U。
[0040] 缠绕密度沿线圈纵向方向X的跳跃式的改变也可以用于示出参考点。例如，在根 据图1的线圈系统的实施方案中，缠绕密度的跳跃式的改变可以设置在线圈1、2的轴向中 部，以便标记出探测元件3的中间位置，并且可以轻松地检测出到达中间位置。因此，限定 的端部位置或其他限定的参考位置也可以任意产生。
[0041] 在根据图3的实施方案的情况下，线圈1、2分别具有三个纵区段4&、你、4(3，其中， 在第一和第三纵区段4a、4c中的缠绕密度线性改变，而在第二纵区段4b中的缠绕密度保持 恒定。在纵区段4a、4b、4c之间的过渡部〇上，缠绕密度分别是相同的。因此，在所示情况 下，在过渡部U中，缠绕密度没有跳跃式地改变。然而在此也可以设置的是，缠绕密度在一 个或多个过渡部0上跳跃式地改变。因为缠绕密度在第二纵区段4b中是恒定的，所以当探 测元件3在第二纵区段4b内运动时，感应强度几乎不发生改变，相应地，识别出探测元件3 在该纵区段4b中的位置变得困难。因此，通过有针对性地分配具有恒定的缠绕密度的纵区 段和具有改变的缠绕密度的纵区段可以产生在其中非常精确地实现对探测元件3的位置 的检测的区域和在其中不那么精确地实现对探测元件3的位置的检测的区域。此外，由此 可以实现传感器特性曲线的线性化。这意味着，位置传感器的线圈系统的感应强度线性地 依赖于探测元件3沿线圈纵向方向X的相对于线圈系统的位置。
[0042] 根据图4的线圈系统拥有导磁的线圈壳体5。由此，线圈构件内部中的在探测元件 3的区域中的磁通量得到明显改进。用于检测探测元件3的位置的线圈系统的精确度由此 得到明显提高。图4中的线圈1、2相应于图1中的那个线圈。但是，壳体5显然可以在根 据本发明的线圈系统的每个类型中使用，因此，例如也可以使用在根据图2或图3的实施方 案中。壳体5也可以有针对性地实施为磁轭。因此，当线圈系统相应通电时，通过线圈1、 2的磁场产生的、作用到探测元件3上的力可以得到增强或促成。由线圈系统和探测元件 3形成的位置传感器可以通过如下方式用作促动器，S卩，作用到探测元件3上的磁力用于操 作如例如阀或车辆变速器换挡元件的设备。
[0043] 图5和图6分别示出了线圈系统或位置传感器的优选电互连的实施方案。在根据 图5的实施方案中，两个线圈1、2直接相继地电串联，其中，在线圈之间设置有测量抽头6， 也就是电测量接口。串联的线圈1、2在此在两个电位之间互连，具体地说，在电压源Ub与 接地部或接地Gnd之间。因此，线圈1、2的其中一个位于测量抽头6与电压源Ub之间，而 线圈1、2中的另一个位于测量抽头6与接地部或接地Gnd之间。流过线圈1、2的电流用i 表示。线圈系统通过串联形成分压器。与之相应地，Ub与Gnd之间的总电压分布到线圈1、 2上，更确切地说依赖于线圈的电阻。该电阻在线圈1、2以电压跳变或以交变电压通电的情 况下又依赖于相应的线圈1、2的感应强度，感应另一方面依赖于探测元件3相对于线圈系 统的位置。因此，可以借助测量抽头6上的电压电位确定探测元件3的位置。
[0044] 在根据图6的实施方案中，线圈1、2分别与比较电阻器7电串联，一个或两个比较 电阻器7可以具有可改变的电阻（欧姆电阻），在此例如指的是电位器。由比较电阻器7和 线圈1、2组成的串联电路在两个电位之间，具体地说，在电压源Ub与接地部或接地Gnd之 间相互间并联。因此，由比较电阻器7和线圈1、2组成的每个串联电路形成所谓的惠斯登 电桥测量电路的单独的分路，其中，在每个线圈1、2与同它们串联的比较电阻器7之间设置 有各一个测量抽头6。由此，流过线圈系统的总电流i分布到两个分路上。在每个分路内， 通过相应的线圈1、2和比较电阻器7形成分压器。因此，类似于根据图5的实施方案，依赖 于线圈1、2的感应强度地，在每个测量抽头6上构造出特定的电压电位。在两个测量抽头 6之间产生的电压电位用dU表示。借助dU可以获知探测元件3相对于线圈系统的位置。
[0045] 如果一个或两个比较电阻器7具有可改变的电阻，那么就可以调节该阻抗，从而 使dU基本上假定为零值（不等于测量抽头6之间的电压电位），并且然后借助阻抗的所调 节出的值获知探测元件3相对于线圈系统的位置。必要时然后进行多次电压跳变，以便在 每个电压跳变时将dU逐渐接近地调节至零值。
[0046] 图7a至图7c分别示出了用于对线圈系统，例如对根据图5或图6电互连的线圈 系统通电（驱控）的可能性。在纵坐标轴上标有电压U，在横坐标轴上标有时间ti。
[0047] 根据图7a，线圈系统以完全的正电压通电，完全的正电压具有基本上呈矩形的在 时间上的变化（正的矩形振荡），也就是具有尽可能陡的侧边。根据图7b，线圈系统以同 样具有呈矩形的在时间上的变化的交变电压通电，而根据图7c，线圈系统以具有呈正弦形 的在时间上的变化的交变电压通电。替选地，例如也可以选择电压的呈锯齿状的在时间上 的变化。此外，电压可以是完全负的或完全正的或具有交变部分。通过交变部分可以使线 圈1、2中的剩磁问题得到减弱或甚至完全消除，这是因为由此，在线圈1、2中的在每个周期 T内的电压脉冲之后留下的磁场至少部分地通过后续周期T中的后续相反的电压脉冲来减 弱或消除。
[0048] 电压振荡的占空比，也就是脉冲持续时间t与周期持续时间T之间的比可以适当 地选择。在所示情况下，占空比为大致50%，然而这仅是示例性的。
[0049] 在图8a至图8c中示出了用于制造根据本发明的线圈系统的优选的制造步骤。在 第一制造步骤（图8a)中缠绕第一线圈1，该第一线圈形成线圈系统的径向内线圈。在此，绕 组的最内部的层首先螺旋式地沿线圈纵向方向X缠绕，例如缠绕在柱体形的载体元件（未 示出）上，该柱体形的载体元件保留在线圈系统中，或者在制成线圈系统之后将之移除。六 列第一缠绕层的第一层在图8a中以横截面图的方式示例性地示出。随后，绕组的第二层以 与第一层相反的方向螺旋式地且与第一层径向间隔开地沿线圈纵向方向X缠绕。与此类似 地实现对其他缠绕层的制造，也就是说，每层都以与紧邻的前一个缠绕层相反的方向螺旋 式地沿线圈纵向方向X缠绕。为了实现线圈1、2的尽可能大的填充系数，绕组在此邻周期 性地布置。
[0050] 根据缠绕密度应该如何沿线圈纵向方向X改变（跳跃式地升高、线性升高等），缠 绕层沿线圈纵向方向X不同长度地实施。为了产生缠绕密度的线性升高，第一线圈1的缠 绕层的长度1连续递减，也就是说，每个缠绕层比紧邻的前一个缠绕层要短一个预定的数 值。为了产生分别具有相同的缠绕密度的多个纵区段，缠绕层的长度1跳跃式地递减，也就 是说，例如，将两个或多个缠绕层以相同的缠绕长度的方式直接相继地缠绕，并且随后以彼 此相同的、但比第一和第二层更短的长度1的方式缠绕第三和第四缠绕层， 由此在第三和 第四缠绕层的缩短的端部上得到缠绕密度的过渡部。
[0051] 在图8a中示出的示例性的情况下，第一线圈1的缠绕密度基本上线性递增。因此， 每个单个缠绕层相对于紧邻的前一个层的长度1连续缩短，更确切地说如此程度地连续缩 短，直到达到期望数量的绕组或期望的外直径。
[0052] 在第二制造步骤（图8b)中缠绕第二线圈2,其形成线圈系统的径向外线圈。为 此，绕组的最内部的层同样首先螺旋式地沿线圈纵向方向X缠绕。随后，第二层沿与之相反 的方向螺旋式地且与第一层径向间隔开地沿线圈纵向方向X缠绕。与此类似地实现对其他 缠绕层的制造，也就是说，每层都以与紧邻的前一个缠绕层相反的方向螺旋式地沿线圈纵 向方向X缠绕。为了实现尽可能大的填充系数，绕组在此邻周期性地布置。然而与第一线 圈1不同地，第二线圈的缠绕长度1递增，更确切地说尤其以第一线圈1的缠绕长度递减的 程度递增。此外，优选以如下方式实现对第二线圈2的层的缠绕，S卩，第一和第二线圈1、2 的缠绕层的彼此面对的端部直接相互贴靠。由此线圈系统内避免缝隙，并且优化了填充系 数。为了得到具有高的填充系数的尽可能均匀的线圈系统，线圈1、2的丝线基本上尽可能 实施得一样厚。
[0053] 在第三制造步骤（图8c)中，两个完成缠绕的线圈1、2彼此电连接。像图8c示出 的那样，这可以通过线圈1、2的丝线的两个相邻的自由端部的电接触的方式直接在线圈系 统上（借助连接导体8)实现，或者替选地以如下方式实现，S卩，线圈1、2的丝线的自由端部 电引导到直接相邻的或间隔较远的电子器件中，在那里，它们根据期望的互连方案（参见 图5和6)，必要时与其他的电的和/或电子的构件一起电连接。
[0054] 要注意的是，线圈1、2借助连接导体8的通过图8c所示的电连接得到了线圈1、2 的图5中说明的串联电路。连接导体8与之相应地可电接触地实施用于形成测量抽头6(通 过右箭头指明），而线圈丝线的保留的端部可以分别与电位电接触地实施（通过两个左箭 头指明）。
[0055] 第一、第二和第三制造步骤的在时间上的排序优选是该顺序，也就是优选首先是 第一步骤，然后是第二步骤，最后是第三步骤。通过所表明的制造步骤得到了针对根据本发 明的线圈系统的简单且廉价的制造方法。
[0056] 附图标记列表
[0057] 1 第一线圈
[0058] 2 第二线圈
[0059] 3 探测元件
[0060] 4、4a_c 纵区段
[0061] 5 壳体
[0062] 6 测量抽头
[0063] 7 比较电阻器
[0064] 8 连接导体
[0065] dU 产生的电压电位
[0066] Gnd 电接地部、接地
[0067] I 电流
[0068] 1 缠绕层的长度
[0069] t 脉冲持续时间
[0070] T 周期持续时间
[0071] Ti 时间
[0072] U 电压
[0073] Ub 电压源
[0074] X 线圈纵向方向
【主权项】
1. 一种特别是针对位置传感器的线圈系统，所述线圈系统具有彼此电连接的并且基本 上相互间同轴地布置的第一线圈（1)和第二线圈（2)，其中，所述第一线圈（1)具有沿所述 线圈系统的纵向方向（X)递增的缠绕密度，其特征在于，所述第二线圈（2)具有沿所述线圈 系统的纵向方向（X)递减的缠绕密度。2. 根据权利要求1所述的线圈系统，其中，所述第一线圈（1)的缠绕密度沿所述线圈系 统的纵向方向基本上以所述第二线圈（2)的缠绕密度递减的程度递增。3. 根据权利要求1或2所述的线圈系统，其中，所述第一和第二线圈（2)的缠绕密度线 性改变。4. 根据权利要求1至3中任一项所述的线圈系统，其中，所述第一和第二线圈（2)的缠 绕密度区段式跳跃地改变。5. 根据权利要求1至4中任一项所述的线圈系统，其中，所述第一和第二线圈（1、2)在 第一纵区段（4a)中的缠绕密度特别是线性地改变，而在与所述第一纵区段（4a)连着的第 二纵区段（4b)中是恒定的，在与所述第二纵区段连着的第三纵区段（4c)中特别是线性地 改变。6. 根据权利要求1至5中任一项所述的线圈系统，其中，所述第一和第二线圈（2)利用 所述线圈（1、2)之间的测量抽头（6)直接相继地电串联。7. 根据权利要求1至5中任一项所述的线圈系统，其中，所述第一和第二线圈（2)分别 与比较电阻器（7)串联，并且其中，所述线圈（1、2)中的每个与串联的比较电阻器（7) -起 形成惠斯登电桥测量电路的分路，并且其中，在每个线圈（1、2)与和所述线圈串联的比较 电阻器（7)之间分别设置有测量抽头（6)。8. 根据前述权利要求中任一项所述的线圈系统，其中，设置有导磁的壳体（5)，所述线 圈（1、2)布置在所述壳体里面，用以在磁方面影响所述线圈系统内的磁通量。9. 一种位置传感器，其具有根据前述权利要求中任一项所述的线圈系统（1、2)并且具 有导磁的探测元件（3)，所述探测元件作为位置探测器沿所述线圈系统的纵向方向（X)能 运动地布置。10. 根据权利要求9所述的位置传感器，其中，所述线圈系统（1、2)沿纵向方向（X)至 少呈圆弧形地实施，其中，所述探测元件（3)作为角度位置探测器能沿所述线圈系统（1、2) 至少呈圆弧形地运动，从而使所述位置传感器形成角度位置传感器。11. 根据权利要求9所述的位置传感器，其中，所述线圈系统（1、2)沿纵向方向笔直地 实施，并且所述探测元件作为线性位置探测器能沿所述线圈系统（1、2)的纵向方向线性地 运动，从而使所述位置传感器形成线性位置传感器。12. -种用于制造根据权利要求1至8中任一项所述的线圈系统的制造方法，其中，在 第一制造步骤中缠绕径向内置的第一线圈（1)，并且其中，在第二制造步骤中缠绕径向外置 的第二线圈（2)，并且其中，在第三制造步骤中将所述第一线圈（1)和所述第二线圈（2)电 连接。13. 根据权利要求1所述的制造方法，其中，在第二制造步骤中，以如下方式实现对所 述第二线圈（2)的缠绕，S卩，使所述第一和第二线圈（1、2)的缠绕层的彼此对置的端部直接 彼此贴靠。
【专利摘要】本发明涉及一种尤其是针对位置传感器的线圈系统，其具有彼此电连接的并且基本上相互间同轴地布置的第一线圈(1)和第二线圈(2)，其中，第一线圈(1)具有沿线圈系统的纵向方向(X)递增的缠绕密度，相反地，第二线圈(2)具有沿线圈系统的纵向方向(X)递减的缠绕密度。本发明此外还涉及一种具有这种线圈系统的位置传感器和一种针对这种线圈系统的制造方法。
【IPC分类】G01D5/20
【公开号】CN104903684
【申请号】CN201380069335
【发明人】亚历山大·格拉夫, 弗洛里安·魏因尔, 迈克尔·潘特克
【申请人】Zf 腓德烈斯哈芬股份公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年12月17日
【公告号】DE102013200698A1, EP2946174A1, US20150354991, WO2014111218A1
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