[發明專利]電感式角度傳感器

在審

• 申請號: 202210625764.4
• 申請日: 2022-06-02
• 公開（公告）號: CN115060159A
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發明（設計）人: 李志疆;張軍;李均上
• 申請（專利權）人: 上海道芯科技有限公司
• 主分類號: G01B7/30
• 分類號: G01B7/30
• 代理公司: 上海思捷知識產權代理有限公司 31295
• 代理人: 閆學文

本發明提供了一種電感式角度傳感器，包括同軸設置的轉子導電目標及定子線圈，定子線圈包括一激勵線圈及兩個繞軸錯位90°設置的接收線圈，其中：每個接收線圈，由一根導線繞制而成且具有互不重疊的多極對接收線圈和單極對接收線圈，多極對接收線圈具有多個第一磁通區，在激勵線圈的作用下相鄰兩個第一磁通區形成的電流回路的極性相反，單極對接收線圈具有兩個極性相反的第二磁通區；轉子導電目標，具有多個第一阻擋區以及第二阻擋區，當轉子導電目標繞軸轉動時，第一磁通區被第一阻擋區覆蓋的磁通面積以及第二磁通區被第二阻擋區覆蓋的磁通面積隨轉子導電目標轉動的角度成正弦或余弦函數變化。本發明實現了高分辨率的絕對角度的測量。

技術領域

本發明涉及傳感器技術領域，尤其涉及一種電感式角度傳感器。

背景技術

可靠和低成本的角度傳感器具有足夠的精度，在工業、汽車和機器人應用中具有很大的需求。其中，角度傳感器在汽車應用中的應用包括節氣門定位、方向盤傳感和踏板位置傳感。同時，角度測量是機器人常用的測量方法，包括車輪定位和關節角度測量。電感式角度傳感器由于其特殊結構而具備的高可靠性、高分辨率和對外部環境的不敏感而被認為是一個有吸引力的選擇，而基于PCB應用開發的電感式角度傳感器更具備低成本、高緊湊型、線圈布局可控等現實意義。

傳統的電感式絕對角度傳感器包括一個激勵線圈和兩個接收線圈。兩個接收線圈被布置為同軸交錯90°，且均具有一個極對，其中一個接收線圈產生正弦信號，另一個接收線圈產生余弦信號，這樣的傳感器結構能夠測出目標的絕對角度位置。通過在360°整圓范圍內增加接收線圈極對的數目和適當的改變目標轉子形狀配置，就可以通過生成比單極對接收線圈生成的正弦和余弦信號具有更高頻率的正余弦信號來提高每次旋轉測量的機械角度精度和分辨率，但是如果使用這種結構，被測目標的絕對角度信息將會無法獲取。

為了既確定被測目標轉子的絕對角度又實現高分辨率測量，公開號為CN113984093A的中國發明專利介紹了一種位置傳感器，其包括至少一個發射線圈、絕對位置接收線圈對、高分辨率位置接收線圈對和導電移動目標，其中絕對位置接收線圈對和高分辨率位置接收線圈對一起限定了電感式角度傳感器的測量區域，并且移動目標可以在該測量區域中移動，其中絕對位置線圈對具有第一正弦接收線圈和第一余弦接收線圈，兩者在電感式角度傳感器的測量區域之上具有一個周期；而高分辨率位置接收線圈對具有第二正弦接收線圈和第二余弦接收線圈，兩者在電感式角度傳感器的測量區域之上具有至少兩個周期；絕對位置接收線圈對和高分辨率位置接收線圈對被布置在電感式角度傳感器的印刷電路板的相同區域中。該專利描述的傳感器將絕對位置接收線圈與高分辨率位置接收線圈放在同一塊PCB基底上，以實現傳感器的高分辨率絕對角度測量，但是該專利所涉及到的PCB板的接收線圈較多，需大量增加具有更多寄生電容的過孔和多余的影響信號質量的環路面積、輸出接口多(至少8個)且必須使用兩個信號調理電路來處理傳感器輸出信號，這無疑是大大提高了傳感器系統的成本且降低了信號處理的效率。

發明內容

本發明的目的在于提供一種電感式角度傳感器，一方面實現了高分辨率的絕對角度的測量，另一方面能夠在空間上節省PCB板的面積與層數，減少過孔帶來的寄生電容以及減少接收線圈所需的輸出接口，從而降低所述電感式角度傳感器的制作成本，提高信號的處理效率。

為了達到上述目的，本發明提供了一種電感式角度傳感器，包括同軸設置的轉子導電目標及定子線圈，所述定子線圈包括一激勵線圈及兩個接收線圈，兩個所述接收線圈繞軸錯位90°設置，其中：

每個所述接收線圈，由一根導線繞制而成且具有互不重疊的多極對接收線圈和單極對接收線圈，所述多極對接收線圈具有多個第一磁通區，且所述多個第一磁通區配置為，在所述激勵線圈的作用下相鄰兩個第一磁通區形成的電流回路的極性相反，所述單極對接收線圈具有兩個極性相反的第二磁通區；