电感式位移和/或位置检测的制作方法

1.本发明涉及一种用于检测沿着纵向方向的位移和/或位置的传感器设施。该传感器设施包括通量元件组和线圈组以及评估装置。传感器设施尤其被构造用于带设施或车辆的自动换挡装置的换挡杆。


背景技术：

2.在许多技术领域中、特别是在汽车领域中，需要检测纵向位移和/或沿纵向方向的位置。在此优选使用传感器设施，该传感器设施构造得尽可能小并且可以隐蔽地集成到内部。例如在带设施中使用相同的传感器设施来确定带的拉出长度。此外，这种传感器设施使用在换挡杆中、特别是自动变速器的换挡杆中，以便能够确定当前的换挡杆位置。
3.在a.k.palit的公开文献“frequency response modeling of inductive position sensor with finite element tools”(使用有限元工具的电感式位置传感器的频率响应建模)https://www.comsol.de/paper/frequencv-response-modeling-of-inductive-position-sensor-with-finite-element-too-18933(2019年8月28日检索)中公开了一种用于确定在纵向方向上的位移的电感式传感器。


技术实现要素：

4.本发明的任务是，对沿着纵向方向的位移和/或位置的电感式确定进行改进。
5.该任务通过一种用于检测通量元件组沿着纵向方向的位移的传感器设施以及通过一种带设施和一种按照权利要求13所述的方法解决。本发明的优选的和/或有利的实施方式由从属权利要求、说明书以及附图得出。
6.本发明涉及一种用于检测位置、特别是通量元件组和/或通量元件沿着纵向方向的位置的传感器设施。该传感器设施尤其被构造用于检测通量元件组和/或通量元件沿着纵向方向的位移。例如可以借助传感器设施确定通量元件组和/或通量元件沿着纵向方向相对线圈组和/或扁平线圈的相对位移。传感器设施被构造用于电感式检测沿纵向方向的位移和/或位置。传感器设施例如被构造用于车辆中的带设施或车辆中的换挡杆。传感器设施例如被构造用于确定换挡杆的定位、特别是自动变速器的换挡装置的换挡杆的定位，特别是确定是选择了n挡、p挡还是d挡。此外，传感器设施还可以被构造用于基于通量元件组的位移来确定带设施的带被拉出多远。在纵向方向上的位移例如是沿着非弯曲的轨道的位移，备选地，沿圆形轨道的或曲线形轨道的在纵向方向上的位移也可以借助传感器设施来确定。
7.传感器设施包括通量元件组、线圈组和评估装置。线圈组优选形成了静止不动的线圈组，例如静止不动地布置在或能布置在周围环境、构件、壳体或车辆中。通量元件组优选是可以运动的通量元件组。
8.线圈组具有至少两个扁平线圈。线圈组优选包括正好两个扁平线圈，备选三个、四个或更多的扁平线圈。线圈组的扁平线圈优选是相同的，例如构造有相同的几何形状和/或
电感。线圈组的扁平线圈备选地可以构造成不同的，例如构造成有不同的几何形状和/或电感。扁平线圈在横向方向上相邻地布置。横向方向是横向于纵向方向布置的。横向方向例如垂直于纵向方向。扁平线圈尤其指的是扁平地构造的电气线圈。扁平地构造的扁平线圈优选以其扁平的延伸部处在横向方向-纵向方向平面中，该横向方向-纵向方向平面由在纵向方向和横向方向上的方向向量撑开。扁平线圈特别是在横向方向上直接并排地布置。线圈组特别是可以包括多于两个扁平线圈，其中，多于两个扁平线圈优选在横向方向上并排地布置。扁平线圈可以例如构造成印制的线圈。扁平线圈尤其形成了单层的线圈。扁平线圈备选可以形成多层的扁平线圈。扁平线圈优选具有矩形的和/或正方形的面和/或轮廓，其中，这些面尤其处在纵向方向-横向方向平面中。
9.通量元件组包括至少两个通量元件。通量元件组特别是包括正好两个通量元件，备选多于两个通量元件，例如五个或十个通量元件。通量元件优选扁平地构造。通量元件例如具有矩形的、正方形的、圆形的或椭圆形的面。通量元件的扁平的延伸部尤其布置成使得这个延伸部与横向方向-纵向方向平面平行和/或指向相同。至少两个通量元件彼此在纵向方向和横向方向上错开地布置。两个通量元件尤其彼此相邻地布置。尤其地，始终有两个相邻布置的通量元件彼此在纵向方向和横向方向上错开地和/或有位移地布置。通量元件尤其这样布置在通量元件组中，使得在通量元件组布置在线圈组上方时，通量元件遮盖至少两个线圈中的其中一个线圈，其中，第二个线圈没有被相邻的通量元件遮盖，其中，遮盖理解为投影的形式。通量元件例如是和/或例如包括能导电的材料。通量元件尤其可以构造成铁磁的或抗磁的。若通量元件组包括多于两个通量元件，那么在纵向方向上计的第一和第二通量元件彼此在纵向方向和横向方向上错开地布置，其中，在纵向方向上紧随第二通量元件的第三通量元件仅在纵向方向上与第一通量元件错开。
10.通量元件组限定和/或确定了通量元件平面。通量元件平面例如是如下平面，通量元件组的所有的通量元件处在该平面中。备选地，通量元件平面可以理解成如下平面，该平面通过通量元件撑开并且在当前与线圈组和/或线圈平面平行和/或间隔最小。线圈平面尤其由线圈组限定。线圈平面例如是如下平面，扁平的扁平线圈布置在该平面中。
11.线圈平面与通量元件平面间隔开地布置。线圈平面和通量元件平面尤其彼此等距地和/或平行地布置。在柔软的和/或弯曲的线圈平面或通量元件平面中，线圈平面和通量元件平面特别是至少区段式彼此等距间隔开地布置和/或彼此平行地布置，其中，这种区段式的布置尤其在扁平线圈的区域中存在。
12.通量元件组和线圈组可以相对彼此在纵向方向上运动和/或移动。通量元件组和/或线圈组尤其可以受引导而相对彼此在纵向方向上运动。通量元件组相对线圈组的运动例如预定为和/或可以理解为轨迹。轨迹尤其在纵向方向上指向和/或仅具有纵向方向作为运动的自由度。尤其规定，线圈组静止不动地布置在传感器设施中和/或传感器设施的安装地点处，其中，通量元件组可以在纵向方向上相对线圈组运动和/或移动。通过通量元件组沿着纵向方向的移动和/或运动，通量元件组的通量元件例如相对线圈组并且特别是相对扁平线圈运动。通过通量元件组和/或通量元件的运动和/或移动，扁平线圈特别是根据当前的位移地被不同的通量元件和/或不同程度地被遮盖和/或覆盖。
13.扁平线圈被构造和布置成使得每个扁平线圈的当前的电感依赖于通量元件组和/或通量元件相对线圈组的位移。视位移而定，扁平线圈在到线圈平面的投影中被不同程度
地和/或被不同数量的通量元件覆盖。覆盖、遮盖的程度和/或通量元件与扁平线圈的经改变的间距影响和/或改变了扁平线圈的当前的电感。到通量元件组和/或通量元件中的涡流感应例如导致了各相邻的和/或正在感应的扁平线圈的电感的改变。
14.评估装置构造和/或被设置成用于针对每个扁平线圈获知和/或确定当前的电感。评估装置例如被构造用于以一个频率电气激励扁平线圈并且基于此确定当前的电感。视相应的扁平线圈的覆盖和/或相应的扁平线圈通过通量元件的间隔而定，当前的电感是不同的。评估装置被构造用于基于扁平线圈的、特别是线圈组的所有扁平线圈的或线圈组的部分扁平线圈的当前的电感确定在纵向方向上的位移和/或位置。评估装置通过确定当前的电感而例如有能力确定通量元件组和线圈组彼此间的相对位置，其中，根据这种确定能够特别是也确定位移和/或位置。
15.本发明基于以下的构思，即，线圈组的线圈不是在纵向方向上相邻地布置，而是在横向方向上相邻地布置，因而在此能达到一种构建得特别小的线圈组。为了实现良好的位移分辨率和/或位置分辨率，本发明规定，按如下方式来实现通量元件组，使得通过通量元件在横向方向和纵向方向上错开布置实现了针对线圈在横向方向上布置的平衡。
16.本发明的一种设计方案规定，扁平线圈各自限定了线圈面。线圈面尤其指的是面的面积、轮廓和/或形状。通量元件分别限定了通量元件面。线圈面和通量元件面尤其分别是如下的面，它们与纵向方向-横向方向平面平行和/或指向相同。该设计方案规定，通量元件面和线圈面构造成全等的和/或全同的。通量元件面和线圈面例如构造成矩形、特别是正方形。全等特别指的是，在通量元件垂直地布置在线圈面和/或扁平线圈上方时，线圈面和通量元件面是重合的和/或能被带到重合。
17.可选地规定，通量元件组具有和/或包括多个通量元件、特别是多于两个通量元件。在此规定，两个相邻的通量元件在纵向方向和横向方向上错开地布置，其中，一个通量元件相对再下一个通量元件仅在纵向方向上错开并且横向不错开地布置。这种设计方案基于这样的构思，即，在通量元件组中总是产生通量元件沿纵向方向的锯齿结构。通过通量元件组在纵向方向上的运动和/或移动，线圈组中的两个扁平线圈中的其中一个扁平线圈因此总是交替地被通量元件覆盖、遮盖和/或影响它们的电感。
18.特别优选的是，通量元件在通量元件组中棋盘式布置。通量元件组例如在横向方向上分成两个半部和/或区段，其中，在纵向方向上在半部和/或区段内，各通量元件与空缺或与无通量元件之处交替地布置。通量元件组例如可以理解为是具有行和列的矩阵，其中，既沿着行也沿着列分别交替地布置着通量元件和没有布置通量元件或布置着空隙。没有通量元件可以例如指的是空位、空隙、空气或载体材料。特别优选的是通量元件组的矩阵形的划分，该通量元件组具有在横向方向上的两行和在纵向方向上的n个通量元件，其中，n是大于2、特别是大于4的自然数。
19.特别是规定，通量元件各自具有和/或限定了测量面区域。测量面区域例如是通量元件的扁平的延伸部，优选平行于线圈平面并且特别是平行于扁平的延伸部的金属的区段。在此规定，通量元件布置在通量元件组内，使得在纵向方向上测量面区域不相叠且无空缺地布置。通量元件例如构造成矩形，其中，2个相邻的通量元件分别在角区域处接触。
20.本发明的一种设计方案规定，通量元件构造成扁平的金属元件。扁平的金属元件例如是金属薄板或金属薄膜区段。金属元件例如由黄铜、铝或铁构成。金属元件特别是构造
成铜薄板和/或铜薄膜区段。
21.特别优选的是，通量元件组具有载体。通量元件例如压印、粘接、旋拧、编织、缝到或涂布到载体上。载体和通量元件尤其一体地相互连接。载体优选构造成扁平的载体、特别是具有在纵向方向和横向方向上的延伸部。
22.特别优选的是，载体构造成柔性的和/或柔软的。载体例如构造成薄膜、塑料或金属薄膜。载体备选构造成抗弯的，例如构造成塑料板或金属板。
23.可选地规定，载体形成了织物。载体例如构造成针织物或编织物。载体特别是可以构造成带。
24.本发明的一种设计方案规定，扁平线圈分别具有和限定了绕组平面。绕组平面尤其与通量元件平面指向相同。扁平线圈的绕组尤其布置在绕组平面内，例如作为螺旋形的绕组并且特别是作为正方形的绕组。
25.特别优选的是，线圈组被构造和/或布置成静止不动的。线圈组例如静止不动地和/或经固定地布置在传感器设施中或该传感器设施的壳体中。在此尤其规定，通量元件组、载体和/或通量元件构造成尤其相对线圈组、扁平线圈和/或传感器设施的壳体能运动和/或能移动。
26.本发明的另一个主题形成了一种用于车辆的带设施，该带设施包括带和线圈组。线圈组尤其如上述那样和/或如在按权利要求1至11中任一项所述的传感器设施中那样构造。在带上布置、刻印、粘接、压印或编织有通量元件。带或区段尤其在线圈组上方和/或平行于线圈组地限定了通量元件平面。通量元件布置在带上，使得两个相邻的通量元件分别在纵向方向和在横向方向上均彼此间隔开。带尤其形成了如针对传感器设施所说明那样的载体。带能相对线圈组运动和/或移动。带尤其能在纵向方向上相对线圈组运动和/或移动。通过带在纵向方向上的移动和/或运动，线圈组的在横向方向上布置的扁平线圈分别交替地被通量元件组的通量元件覆盖和/或暴露。通量元件和/或通量元件组影响了扁平线圈的当前的电感。带设施尤其包括评估装置、特别是如之前所说明那样的评估装置。评估装置被构造用于基于所测得的当前的电感确定带、通量元件和/或通量元件组在纵向方向上的位移和/或位置。例如为此确定了至少两个在横向方向上间隔开的扁平线圈的电感，其中，基于这种确定通常能确定元件的布置和/或覆盖程度，基于此能确定带的拉出长度和/或位置。
27.本发明的另一个主题形成了一种用于确定在纵向方向上和/或沿着纵向方向的位移和/或位置的方法。该方法被构造用于借助按照权利要求1-11中任一项所述的传感器设施和/或带设施检测位移和/或位置。该方法在此规定，针对扁平线圈中的每个扁平线圈，获知当前的电感，并且基于所获知的当前的电感确定位移和/或位置。
附图说明
28.另外的优点、作用和设计方案由附图和其说明得出。在附图中：
29.图1示出了线圈组；
30.图2示出了作为本发明的一个实施例的传感器设施；
31.图3示出了图2的扁平线圈的电感变化曲线；
32.图4示出了传感器设施的另一个实施例；
33.图5示出了针对图4的传感器设施的电感变化曲线。
具体实施方式
34.图1示出了线圈组1的一个实施例。线圈组1包括两个扁平线圈2a和2b。线圈组1和扁平线圈2a、2b扁平地构造并且限定了线圈平面3，其中，在线圈平面3中有扁平线圈2a、2b的绕组。
35.为了阐释之后示出的传感器设施，辅助性地示出了方向向量4a和4b。纵向方向在此沿着方向向量4a定向，其中，横向方向垂直于纵向方向并且通过方向向量4b示出。线圈平面3与由方向向量4a和4b撑开的平面取向相同。这个通过方向向量4a和4b撑开的平面也称为纵向方向-横向方向平面。
36.扁平线圈2a、2b并排布置。扁平线圈2a、2b尤其在横向方向上直接并排地布置。扁平线圈2a、2b在横向方向上将线圈平面3划分成两个部分，也称为行5a和5b。在横向方向上通过扁平线圈2a、2b的划分尤其是各占一半的划分。扁平线圈2a、2b因此平面相同地构造，特别是无论就面积而言还是就形状而言。
37.扁平线圈2a、2b分别具有触头6，其中，触头6用于与评估装置接触。评估装置被构造用于，确定两个扁平线圈2a、2b的各自的电感l、特别是当前的电感l。在此，例如利用了用于测量交互率的谐振电路的物理学和/或数学。扁平线圈2a、2b例如借助评估装置通过触头6以特定频率的交变电压通电，并且基于对此的响应确定了电感l。
38.图2示出了传感器设施7的实施例。传感器设施7包括图1的线圈组1。此外，传感器设施7包括通量元件组8。通量元件组8包括两个通量元件9a和9b。通量元件9a和9b构造成金属的扁平的元件。通量元件9a和9b例如构造成铜薄板。通量元件9a和9b彼此相邻地布置，特别是在接触区域10中接触。在接触区域10中的接触在通量元件9a和9b的角区域处进行。通量元件9a和9b布置在一个共同的平面中，即通量元件平面11中。通量元件平面11平行于线圈平面3布置。线圈平面3和通量元件平面11尤其平行于彼此布置。在通量元件平面11内，通量元件9a和9b在纵向方向上和在横向方向上均彼此错开地布置。通量元件9a和9b的此布置尤其呈棋盘式。换句话说，通量元件9a和9b的布置尤其可以被视为如在对置的风车叶片中那样。
39.通量元件组8和通量元件9a和9b能在纵向方向上移动。尤其在通量元件平面内和/或平行于线圈平面3地进行移动。通过线圈组8的移动改变了扁平线圈2a、2b被通量元件9a和9b的遮盖和/或覆盖。覆遮盖和/或覆盖尤其理解为在从上方的、特别是垂直于线圈平面3的俯视图中，扁平线圈2a、2b被通量元件9a、9b覆盖。例如在所示的图示中，扁平线圈2a完全被通量元件9a覆盖和/或遮盖。扁平线圈2b在所示的图示中既不被通量元件9a也不被通量元件9b覆盖和/或遮盖。通过移动通量元件组8，在这个示例中为向右移动，减少了对扁平线圈2a的遮盖并且扁平线圈2b越来越多地被通量元件9b覆盖。
40.扁平线圈2a、2b的电感依赖于通过通量元件9a和9b的覆盖和/或遮盖。在此处所实施的示例中，扁平线圈2a、2b的遮盖增强了扁平线圈2a、2b的当前的电感l。与此对应，在所示的状态中，所测得的扁平线圈2a的当前的电感l1大于扁平线圈2b的当前的电感l2。通过确定两个当前的电感l1、l2，可以由评估装置确定对通量元件9a、9b或通量元件组8的位置确定。评估装置尤其被构造用于基于这种确定来确定位移，例如通量元件组8相对线圈组1的
位移。
41.图3针对图2的传感器设施7示出了所测得的和/或预期的针对两个扁平线圈2a、2b的电感变化曲线。在图示中，沿着横坐标以毫米为单位绘出了通量元件组8相对线圈组1的纵向位移。这尤其对应所测得的和/或有待确定的位移。在纵坐标上则绘出了以纳亨为单位的电感。
42.图示在此示出了电感l1和l2。电感l1对应图2的扁平线圈2a的电感。这个扁平线圈针对为0的位移完全被通量元件9a遮盖，因而当前的电感l1针对x＝0为最大。在这种情况下，针对扁平线圈2a的最大的电感l1约为800纳亨。电感l2表示图2的扁平线圈2b的当前的电感。针对为0的位移，这个扁平线圈完全未被覆盖和/或完全未被遮盖。当前所测得的电感l2因此针对x＝0为最小，因为这个电感只能通过覆盖的增加而增加。针对l2的这个最小的电感约为270纳亨。通过通量元件组8的移动，例如在此为通量元件组8在图2中向右的移动，扁平线圈2a的遮盖减少，因而扁平线圈2a的当前的电感l1随着位移的增加而减小，扁平线圈2b则通过位移的增加而越来越多被通量元件9b遮盖，因而为此记录到了增加的电感l2。因此电感l1和l2是彼此相反的，因而通过测量两个扁平线圈2a、2b的当前的电感l1、l2能够由评估装置确定通量元件组相对线圈组1的定位。
43.图4示出了传感器设施7的一个实施例，该实施例又包括在线圈组1中的两个扁平线圈2a、2b。线圈组1如图1的线圈组那样构造。
44.与图2的传感器设施7不同的是，通量元件组8在此包括四个通量元件9a、9b、9c和9d。通量元件9a、9b、9c和9d呈棋盘式地布置在通量元件平面中，即布置在平行于线圈平面3的平面中。在行5a、5b内，通量元件9a、9b、9c和9d分别与空隙交替。在行5a、5b中的空隙在另一个行5b、5a中在横向方向上与通量元件9a、9b、9c和9d对应。
45.通过通量元件组8沿纵向方向的位移，每个扁平线圈2a、2b多次、在此两次被完全覆盖和完全暴露。电感l1、l2通过这种移动穿过多个最小值和最大值，它们被用于通过评估装置确定位置和/或确定位移。
46.图5针对图4的传感器设施示出了在扁平线圈2a、2b中的相关的电感变化曲线。线圈2a的电感l1由于x＝0时被通量元件9a的最大的覆盖而以最大值开始，其中，电感l1随着位移增加而变为最小，即当通量元件9b完全覆盖线圈2b时，当通量元件9c完全覆盖线圈2a时，则达到了电感l1的针对位移的下一个最大值。针对线圈2b的电感l2，获得了类似的变化曲线，其中，这个电感针对x＝0时在最小值开始，因为线圈在此完全没有被通量元件遮盖。基于这种变化曲线，由评估装置确定了沿纵向方向的位移和/或位置。
47.附图标记列表
[0048]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
线圈组
[0049]
2a、b
ꢀꢀꢀꢀ
扁平线圈
[0050]3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
线圈平面
[0051]
4a、b
ꢀꢀꢀꢀ
方向向量
[0052]
5a、b
ꢀꢀꢀꢀ
行
[0053]6ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
触头
[0054]7ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
传感器设施
[0055]8ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
通量元件组
[0056]
9a～d
ꢀꢀꢀꢀ
通量元件
[0057]
10
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
接触区域
[0058]
11
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
通量元件平面
[0059]
l1、l2ꢀꢀꢀꢀ
电感
[0060]
x
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
纵向位移