(57)【要約】  回転角度センサ（１０）は、ステータ送信コイル（２０）及び少なくとも１つのステータ受信コイル（２２）を有するステータエレメント（１２）と、ロータ受信コイル（２８）及びロータ送信コイル（３０）を有するロータエレメント（１４）とを備えており、前記ロータエレメント（１４）は、前記ステータエレメント（１２）に対して回転軸線（Ａ）を中心にして回転可能に支持されており、前記ロータ受信コイル（２８）と前記ロータ送信コイル（３０）とは、相互に電気的に接続されており、前記ロータ受信コイル（２８）は、前記ステータ送信コイル（２０）に誘導結合されており、これにより、前記ステータ送信コイル（２０）によって生成された電磁場が前記ロータ受信コイル（２８）において電流を誘導し、前記電流が前記ロータ送信コイル（３０）を通って流れることにより、前記ロータ送信コイル（３０）が別の電磁場を生成するようになっており、前記少なくとも１つのステータ受信コイル（２２）は、前記ロータ送信コイル（３０）に誘導結合されており、これにより、前記誘導結合は、前記ステータエレメント（１２）と前記ロータエレメント（１４）との間の回転角度に依存していて、前記ロータ送信コイル（３０）によって生成された電磁場は、前記少なくとも１つのステータ受信コイル（２２）において少なくとも１つの角度依存性の交番電圧を誘導する。前記少なくとも１つのステータ受信コイル（２２）は、前記ステータエレメント（１２）を複数のセクタに分割する少なくとも２つの円リングセクタ形の部分巻線（３２ａ，３２ｂ）を有し、前記ロータ送信コイル（３０）は、前記回転軸線（Ａ）を連続して取り囲んでいる、同数の三日月形の部分巻線（３４ａ，３４ｂ）を有する。
2019506611.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータ送信コイル（２０）及び少なくとも１つのステータ受信コイル（２２）を有するステータエレメント（１２）と、
ロータ受信コイル（２８）及びロータ送信コイル（３０）を有するロータエレメント（１４）と、
を備えている回転角度センサ（１０）であって、
前記ロータエレメント（１４）は、前記ステータエレメント（１２）に対して回転軸線（Ａ）を中心にして回転可能に支持されており、前記ロータ受信コイル（２８）と前記ロータ送信コイル（３０）とは、相互に電気的に接続されており、
前記ロータ受信コイル（２８）は、前記ステータ送信コイル（２０）に誘導結合されており、これにより、前記ステータ送信コイル（２０）によって生成された電磁場が前記ロータ受信コイル（２８）において電流を誘導し、前記電流が前記ロータ送信コイル（３０）を通って流れることにより、前記ロータ送信コイル（３０）が別の電磁場を生成するようになっており、
前記少なくとも１つのステータ受信コイル（２２）は、前記ロータ送信コイル（３０）に誘導結合されており、これにより、前記誘導結合は、前記ステータエレメント（１２）と前記ロータエレメント（１４）との間の回転角度に依存していて、前記ロータ送信コイル（３０）によって生成された電磁場は、前記少なくとも１つのステータ受信コイル（２２）において少なくとも１つの角度依存性の交番電圧を誘導する、
回転角度センサ（１０）において、
前記少なくとも１つのステータ受信コイル（２２）は、前記ステータエレメント（１２）を周方向に複数のセクタに分割する少なくとも２つの円リングセクタ形の部分巻線（３２ａ，３２ｂ）を有し、
前記ロータ送信コイル（３０）は、三日月形の部分巻線（３４ａ，３４ｂ）を有し、
前記三日月形の部分巻線（３４ａ，３４ｂ）の数は、前記回転軸線（Ａ）を周方向に連続して取り囲んでいる前記円リングセクタ形の部分巻線の数に一致する、
ことを特徴とする、回転角度センサ（１０）。
【請求項２】
前記三日月形の部分巻線（３４ａ，３４ｂ）は、円弧形の導体区分（４０ａ，４０ｂ）によって画定されている、
請求項１に記載の回転角度センサ（１０）。
【請求項３】
前記ロータ送信コイル（３０）は、２つの同等の大きさの三日月形の部分巻線（３４ａ，３４ｂ）から形成されており、
及び／又は、
１つの三日月形の部分巻線（３４ａ，３４ｂ）の前記円弧形の導体区分（４０ａ，４０ｂ）の各直径（Ｄ１，Ｄ２）は、相互に１０％未満だけ異なっている、
請求項２に記載の回転角度センサ（１０）。
【請求項４】
前記ロータ送信コイル（３０）は、４つの同等の大きさの三日月形の部分巻線（３４ａ，３４ｂ）から形成されており、
及び／又は、
１つの部分巻線（３４ａ，３４ｂ）の前記円弧形の導体区分（４０ａ，４０ｂ）の各直径（Ｄ３，Ｄ４）の比は、２の平方根から１０％未満だけ異なっている、
請求項２に記載の回転角度センサ。
【請求項５】
１つのステータ受信コイル（２２）の前記円リングセクタ形の部分巻線（３２ａ，３２ｂ）同士、及び、前記ロータ送信コイル（３０）の前記三日月形の部分巻線（３４ａ，３４ｂ）同士は、各々を流れる電流に関して、それぞれ周方向に順次相互に逆向きの方向性を有する、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の回転角度センサ。
【請求項６】
前記三日月形の部分巻線（３４ａ，３４ｂ）は、前記ロータエレメント（１４）の、前記回転軸線（Ａ）を取り囲んでいる環状領域（３６）内にのみ配置されており、
及び／又は、
前記ロータ受信コイル（２８）は、前記ロータエレメント（１４）の、前記回転軸線（Ａ）を取り囲んでいる内側領域（３８）内に配置されており、前記三日月形の部分巻線（３４ａ，３４ｂ）は、前記内側領域（３８）を取り囲んでいる、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の回転角度センサ（１０）。
【請求項７】
前記ロータ受信コイル（２８）及び／又は前記ステータ送信コイル（２０）は、前記回転角度センサ（１０）の前記回転軸線（Ａ）を円形に取り囲むように延在している、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の回転角度センサ（１０）。
【請求項８】
前記ロータ送信コイル（３０）及び前記少なくとも１つのステータ受信コイル（２２）は、それぞれ偶数個の部分巻線（３２ａ，３２ｂ，３４ａ，３４ｂ）を有する、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の回転角度センサ（１０）。
【請求項９】
前記ステータエレメント（１２）は、周方向において相互に９０°だけずらされている２つのステータ受信コイル（２２ａ，２２ｂ）を有し、
又は、
前記ステータエレメント（１２）は、周方向において相互に１２０°だけずらされている３つのステータ受信コイル（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）を有する、
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の回転角度センサ（１０）。
【請求項１０】
前記ステータ送信コイル（２０）及び前記少なくとも１つのステータ受信コイル（２２）は、ステータ・プリント基板（１８）の中及び／又は上に配置された平面コイルであり、
及び／又は、
前記ロータ受信コイル（２８）及び前記ロータ送信コイル（３０）は、ロータ・プリント基板（２６）の中及び／又は上に配置された平面コイルである、
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の回転角度センサ（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、例えばシャフトと他の構成要素との間の回転角度を特定することができる回転角度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術
回転角度を測定するために、例えば、対応する磁場センサによって磁石が回転させられる回転角度センサが公知である。この場合、磁場ベクトルを測定することによって回転角度を帰納的に推定することが可能となる。このようなセンサはまた、例えば、隣り合って配置された電流ケーブルの電流の流れによって引き起こされる外部磁場にも反応し、外乱に対して非常に敏感であり得る。
【０００３】
別の形式の回転角度センサは、渦電流効果を利用する。この場合、例えば、金属ターゲットがセンサコイルによって動かされ、このセンサコイルには交番電圧が供給され、このセンサコイルが、ターゲットにおいて渦電流を誘導する。このことにより、センサコイルのインダクタンスが減少し、周波数の変化によって回転角度を推定することが可能となる。例えば、コイルは、共振回路の構成部分であり、この共振回路の共振周波数は、インダクタンスが変化するとシフトする。しかしながら、この形式の回転角度センサは、設置誤差（特に、ターゲットの傾き）に対して高い交差感度を有し得る。また、一般的に、数１０ＭＨｚの範囲の周波数において動作させられるので、生成される周波数が外部電磁場によって干渉され得る（インジェクションロッキング）。
【０００４】
欧州特許第０９０９９５５号明細書（ＥＰ０９０９９５５Ｂ１）は、励磁コイルの交番電磁場と相互作用する、ターゲット上で短絡された平坦な導体ループを有する回転角度センサを示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】欧州特許第０９０９９５５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
発明の開示
発明の利点
本発明の実施形態は、有利な方法により、ロバストかつ低コストでわずかな構造スペースしか必要としない回転角度センサを提供することを可能にする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施形態に至る着想は、特に、以下に説明される思想及び認識に基づいていると見なすことができる。
【０００８】
本発明は、特に、強力な干渉電磁場を有する環境において使用することができる回転角度センサに関する。例えば、スロットルバルブの位置、ＢＬＤＣモータのロータ位置、アクセルペダルの位置、又は、カムシャフトの位置を特定するために、例えば、車両のエンジンルームの内部又は近傍において回転角度センサを使用することができる。以下に説明される回転角度センサは、低コストであり、わずかな構造スペースしか必要とせず、また、簡単な測定原理に基づいている。
【０００９】
本発明の１つの実施形態によれば、回転角度センサは、ステータ送信コイル及び少なくとも１つのステータ受信コイルを有するステータエレメントと、ロータ受信コイル及びロータ送信コイルを有するロータエレメントとを備えており、前記ロータエレメントは、前記ステータエレメントに対して回転軸線を中心にして回転可能に支持されており、前記ロータ受信コイルと前記ロータ送信コイルとは、相互に電気的に接続されており、前記ロータ受信コイルは、前記ステータ送信コイルに誘導結合されており、これにより、前記ステータ送信コイルによって生成された電磁場が、前記ロータ受信コイルにおいて電流を誘導し、前記電流が前記ロータ送信コイルを通って流れることにより、前記ロータ送信コイルが別の電磁場を生成するようになっており、前記少なくとも１つのステータ受信コイルは、前記ロータ送信コイルに誘導結合されており、これにより、前記誘導結合は、前記ステータエレメントと前記ロータエレメントとの間の回転角度に依存していて、前記ロータ送信コイルによって生成された電磁場は、前記少なくとも１つのステータ受信コイルにおいて少なくとも１つの角度依存性の交番電圧を誘導する。
【００１０】
換言すれば、ステータ送信コイルに交番電圧を印加することができ、この交番電圧は、ステータ送信コイルとロータ受信コイルとの誘導結合によって、ロータ受信コイルにおいて別の交番電圧を誘導する。ロータ受信コイルにおいて生成された交番電圧は、ロータ送信コイルにおいて電流を生成し、この電流は、ロータ送信コイルと１つ又は複数のステータ受信コイルとの誘導結合によって、１つ又は複数のステータ受信コイルにおいて別の交番電圧を生成し、この別の交番電圧を測定することができ、この別の交番電圧の測定値から、ステータエレメントとロータエレメントとの間の相対的な回転角度を特定することができる。
【００１１】
前記少なくとも１つのステータ受信コイルは、前記ステータエレメントを複数のセクタに分割する少なくとも２つの（又は偶数の）円リングセクタ形の部分巻線を有し、前記ロータ送信コイルは、前記回転軸線を周方向に連続して取り囲んでいる、同数の（即ち、前記円リングセクタ形の部分巻線と同数の）三日月形の部分巻線を有する。円リングセクタ形の部分巻線は、円リングセクタ形（例えば、半円形又は４分円形）とすることができる。しかしながら、円リングセクタ形の部分巻線は、リングの１セクタの形態を有することもでき、即ち、リングの両方の円周と２つの径方向に延在する線とによって画定された、リングの１区分の形態を有することもできる。
【００１２】
従って、ステータ受信コイルのそれぞれの部分巻線は、ロータ送信コイルの１つの部分巻線に対応付けられており、これによって、ロータ送信コイルのそれぞれの部分巻線は、ステータ受信コイルの対応する部分巻線において交番磁場を誘導することができるようになっている。回転角度が異なれば、三日月形の部分巻線と円リングセクタ形の部分巻線との重なり合いが異なり、このことにより、誘導される交番電圧の大きさが異なることとなる。
【００１３】
さらに、交番電圧の振幅は、三日月形の部分巻線と円リングセクタ形の部分巻線との重なり面積に依存している。この重なり面積を、三日月形の部分巻線の形状によって調整することができる。三日月形の場合には、重なり面積は、回転角度と共に線形には増加しないので、交番電圧の振幅の、回転角度に対する関数依存性を、三日月の形状によって調整することができる。特に、交番電圧の振幅の、回転角度に対する正弦状の依存性を調整することができる。
【００１４】
円リングセクタ形の部分巻線は、それぞれ異なる半径を有する２つの円弧形の導体区分と、円弧形の導体区分の端部を介して接続された、径方向に延在する２つの導体区分とを有することができる。しかしながら、円リングセクタ形の部分巻線を、円リングセクタ形とすること、即ち、径方向にほぼ回転軸線まで延在する２つの導体区分を介して接続された円弧形の導体区分のみを有することも可能である。さらに、円リングセクタ形の部分巻線を、半円形とすることもできる。部分巻線を画定する円リングセクタの内側半径は、円リングセクタの外側半径の好ましくは５％、最大で１５％とすることができる。回転角度センサは、簡単な測定原理に基づいており、さらに、ロータエレメント上の高価な磁石が必要とされないので、回転角度センサを低コストに実現することが可能となる。回転角度センサは、コイルの配置及び形状に起因して、よりわずかな構造スペースしか必要としなくなる。さらに、回転角度センサは、構造上の公差に対してロバストであり、これによって、コストを削減することが可能となる。
【００１５】
本発明の１つの実施形態によれば、前記三日月形の部分巻線は、円弧形の導体区分によって画定されている。このようにして、ステータ受信コイルにおいて誘導される交番電圧の振幅の、回転角度に対する依存性が、正弦関数となる。回転角度に依存している正弦状の信号は、簡単に評価することが可能であり、簡単に回転角度に変換することが可能である。例えば、２つのステータ受信コイル（２相システム）の場合には、２つの信号の商から回転角度をアークタンジェントによって特定することができる。３つのステータ受信コイル（３相システム）の場合には、３つの信号のクラーク変換と、それに続くアークタンジェント計算とによって回転角度を特定することができる。
【００１６】
一般に、ステータ受信コイルの部分巻線及びロータ送信コイルの部分巻線を、それぞれ回転軸線を中心にして対称に配置することができる。ステータ受信コイルの部分巻線及び／又はロータ送信コイルの部分巻線を、実質的に同様又は同一に構成することもできる。このようにすると、一対の部分巻線ごとに誘導される交番電圧の大きさが同等になる。
【００１７】
本発明の１つの実施形態によれば、前記ロータ送信コイルは、２つの同等の大きさの三日月形の部分巻線から形成されている。１つの部分巻線の前記円弧形又は円形の導体区分の各直径は、相互に１０％未満だけ異なっている。例えば、それぞれの導体区分を画定する複数の円は、それぞれ同等の直径を有することができる。これによって有利には、高い信号対称性と簡単な逆算とがもたらされる。例えば、それぞれの導体区分を画定する複数の円の中心を、２つの円の平均直径の約５％だけ相互にずらすことができる。
【００１８】
本発明の１つの実施形態によれば、前記ロータ送信コイルは、４つの同等の大きさの、例えば面積に関して同等の大きさの、三日月形の部分巻線から形成されており、１つの部分巻線の前記円弧形又は円形の導体区分の各直径の比は、２の平方根（約１．４１）から１０％未満だけ異なっている。これによって、内側の導体路区分が、隣接する三日月の外側の導体路区分に移行することがもたらされる。これによって有利には、信号の特に高い正弦性がもたらされる。例えば三角関数の方向への信号の変形が、これによって回避される。例えば、それぞれの導体区分を画定する複数の円の中心を、例えば大きい方の半径の１／６乃至１／２、例えば約１／４だけ相互にずらすことができる。
【００１９】
本発明の１つの実施形態によれば、前記ステータ受信コイルの前記円リングセクタ形の部分巻線同士、及び前記ロータ送信コイルの前記三日月形の部分巻線同士は、各々を流れる電流に関して、それぞれ周方向に順次相互に逆向きの方向性を有する。換言すれば、周方向に隣接している、ロータ送信コイルの三日月形の部分巻線同士は、実質的に相互に逆平行に延在する電磁場を生成する。これらの相互に逆平行に延在する電磁場が、ステータ受信コイルの円リングセクタ形の部分巻線に結合すると、生成される交番電圧は、直列回路によって相互に足し合わされる。逆に、円リングセクタ形の部分巻線において誘導された、均一干渉場の電圧は、相互に相殺される。このようにすると、（例えば、回転角度センサの近傍に配置されたケーブルの内部の高電流に起因する）干渉磁場の影響を大幅に低減することが可能となる。
【００２０】
本発明の１つの実施形態によれば、前記三日月形の部分巻線は、前記ロータエレメントの、前記回転軸線を取り囲んでいる環状領域内にのみ配置されている。このようにすると、ロータエレメントの他の機能のため利用することができる、回転軸線を取り囲んでいる表面が、ロータエレメント上に形成される。環状領域は、回転軸線を中心とした、それぞれ異なる半径を有する２つの同心円によって画定することができる。
【００２１】
例えば、前記ロータ受信コイルを、前記ロータエレメントの、前記回転軸線を取り囲んでいる内側領域内に配置することができ、前記三日月形の部分巻線は、前記内側領域を取り囲むことができる。このようにして、公差に対する（特に、ステータエレメントに対するロータエレメントの径方向の変位に対する）高いロバスト性と、非常に小型の構造かつ低コストのセンサとを実現することができる。
【００２２】
本発明の１つの実施形態によれば、前記ロータ受信コイル及び／又は前記ステータ送信コイルは、前記回転角度センサの前記回転軸線を円形に取り囲むように延在しており、前記回転軸線は、前記コイルを画定する円の中心とすることもできる。これによって、有利には、特に均一な磁場が生成される（ステータ送信コイル）か、又は、生成された磁場の可能な限り大部分が受信される（ロータ受信コイル）。
【００２３】
本発明の１つの実施形態によれば、前記ロータ送信コイル及び前記少なくとも１つのステータ受信コイルは、それぞれ偶数個の部分巻線を有する。このようにすると、２つのコイルは、一方の方向に方向決めされた部分コイルと、他方の方向に方向決めされた部分コイルとをそれぞれ同数だけ有することができ、これによって、外部の干渉磁場を完全に相殺することが可能となる。従って、ステータ受信コイルにおいて受信される信号を、回転角度に依存して実質的に、ゼロラインを中心にして振動するサイン関数又はコサイン関数とすることができる。これによって、評価が簡単になる。なぜなら、検出された信号値から角度を逆算するために、複雑な評価エレクトロニクスが必要なくなるからである。評価は、例えば、ディスクリートに構成された回路を用いて、又は、非常に簡単なプロセッサを用いて実施することができる。
【００２４】
「ロータ送信コイル」という用語は、「少なくとも１つのロータ送信コイル」を意味すると理解すべきである。このことは、ステータ受信コイル、ステータ送信コイル、及び、ロータ受信コイルにも同様に適用される。
【００２５】
本発明の１つの実施形態によれば、前記ステータエレメントは、周方向において相互に９０°だけずらされている２つのステータ受信コイルを有し、又は、前記ステータエレメントは、周方向において相互に１２０°だけずらされている３つのステータ受信コイルを有する。それぞれに特有の信号を供給する複数のステータ受信コイルは、回転角度センサの精度を高めることができる。差信号を評価する場合、外部の干渉場によって誘導される電圧は、全ての信号に対して同様に作用するので、測定に加えられなくなる。２つのステータ受信コイルの場合には、１つの差信号を評価することができる。３つのステータ受信コイルの場合には、３つの差信号を評価することができる。
【００２６】
本発明の１つの実施形態によれば、前記ステータ送信コイル及び前記少なくとも１つのステータ受信コイルは、ステータ・プリント基板の中及び／又は上に配置された平面コイルである。前記ロータ受信コイル及び前記ロータ送信コイルを、ロータ・プリント基板の中及び／又は上に配置された平面コイルとすることもできる。回転角度センサのエレメントは、簡単に製造可能な構成要素から形成することができる。例えば複数のコイルを、プリント基板のただ１つの層に形成することができるか、又は、プリント基板の２つの層に形成することができ、この場合、２つの層における導体路を、ビア（スルーホールコンタクト）を介して相互に接続させることができる。これによって、特に簡単に形成可能で低コストのプリント基板設計を使用することが可能となる。
【００２７】
図面の簡単な説明
以下、添付の図面を参照しながら本発明の実施形態について説明するが、図面も説明も本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の１つの実施形態による回転角度センサの概略図である。
【図２】本発明の１つの実施形態による回転角度センサのためのステータエレメントの概略図である。
【図３】本発明の１つの実施形態による回転角度センサのためのロータエレメントの概略図である。
【図４】図３のロータエレメントの幾何学的関係を説明する図である。
【図５】本発明の別の実施形態による回転角度センサのためのロータエレメントの概略図である。
【図６】本発明の別の実施形態による回転角度センサのためのステータエレメントの概略図である。
【図７】本発明の別の実施形態による回転角度センサのためのステータエレメントの概略図である。
【図８】本発明の別の実施形態による回転角度センサのためのロータエレメントの概略図である。
【図９】図８のロータエレメントの幾何学的関係を説明する図である。
【図１０】本発明の別の実施形態による回転角度センサのためのロータエレメントの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図面は、概略的なものに過ぎず、縮尺通りではない。同一の参照符号は、図面において、同一の、又は同等の作用を有する特徴を表している。
【００３０】
発明を実施するための形態
図１は、ステータエレメント１２及びロータエレメント１４からなる回転角度センサ１０を示している。ロータエレメント１４は、例えば、スロットルバルブ、モータ、カムシャフト、アクセルペダル等のような構成要素のシャフト１６に固定することができ、又は、このシャフト１６によって提供することができる。シャフト１６は、軸線Ａを中心にして回転可能であり、ステータエレメント１２は、対応する軸線方向においてロータエレメント１４に対向している。例えば、ステータエレメント１２は、構成要素のハウジングに固定されている。
【００３１】
ステータエレメント１２は、ステータ・プリント基板１８を含み、ステータ・プリント基板１８上には、１つのステータ送信コイル２０と複数のステータ受信コイル２２とが配置されている。ステータ・プリント基板１８は、単層、２層、又は、多層のステータ・プリント基板１８とすることができ、コイル２０，２２の導体は、ステータ・プリント基板１８の両側と、ステータ・プリント基板１８の個々の層の間とに配置することができる。ステータ・プリント基板１８上には、制御ユニット２４のための別の構成要素が配置されてもよい。制御ユニット２４は、ステータ送信コイル２０に交番電圧（例えば１ＭＨｚ乃至２０ＭＨｚの間、例えば５ＭＨｚの周波数、及び／又は、０．５Ｖ乃至１０Ｖの範囲、例えば１．５Ｖの電圧振幅を有する交番電圧）を供給することができ、それぞれのステータ受信コイル２２において、誘導された交番電圧を特定することができる。これらの測定値に基づいて制御ユニット２４は、ステータエレメント１２とロータエレメント１４との間の相対的な回転角度を特定することができる。
【００３２】
ロータエレメント１４は、ロータ・プリント基板２６を含む。ロータ・プリント基板２６上には、１つのロータ受信コイル２８と１つのロータ送信コイル３０とが配置されている。ロータ・プリント基板２６は、単層、２層、又は、多層のプリント基板とすることができ、コイル２８，３０の導体は、ロータ・プリント基板２６の両側と、ロータ・プリント基板２６の個々の層の間とに配置することができる。
【００３３】
ステータ送信コイル２０、ステータ受信コイル２２ａ，２２ｂ、ロータ受信コイル２８、及び、ロータ送信コイル３０の典型的な外形寸法（例えば直径のような）は、４ｍｍ乃至５０ｍｍの間（好ましくは１２ｍｍ）である。
【００３４】
図２は、図１の回転角度センサ１０のためのステータエレメント１２を平面図で示しており、ステータエレメント１２は、１つのステータ送信コイル２０と２つのステータ受信コイル２２ａ，２２ｂとを含む。
【００３５】
ステータ送信コイル２０は、実質的に円形であり、軸線Ａは、ステータ送信コイル２０の中心であり、軸線Ａを、ステータ受信コイル２２ａ，２２ｂが完全に取り囲んでいる。第１のステータ受信コイル２２ａと、第２のステータ受信コイル２２ｂとは、周に沿って相互に９０°だけずらされており、それぞれ２つの相互に逆向きの部分巻線３２ａ，３２ｂ（コイル２２ａの部分巻線だけに参照番号が付されている）を有する。部分巻線３２ａ，３２ｂの各々は、円リングセクタ形であり、特にほぼ半円形である。部分巻線３２ａは、（電流の流れに関して）巻線３２ｂとは逆向きに方向決めされている。ステータ受信コイルの２つの部分巻線３２ａ，３２ｂは、一緒に、ステータ送信コイル２０によって取り囲まれる面積全体を実質的に覆っている。これによって、特に高い受信信号を生じさせることができる。
【００３６】
図３は、図１の回転角度センサ１０のためのロータエレメント１４を平面図で示しており、ロータエレメント１４は、１つのロータ受信コイル２８と１つのロータ送信コイル３０とを含む。
【００３７】
ロータ受信コイル２８は、実質的に円形又は円弧形であり、軸線Ａは、ステータ送信コイル２０の中心であり、軸線Ａを、ロータ送信コイル３０が完全に取り囲んでいる。ロータ受信コイル２８とロータ送信コイル３０とは、それぞれの端部を介して相互に接続されており、即ち、例えば短絡されているか、又は、直列に接続されている。ロータ受信コイル２８は、ステータ送信コイル２０と同等の面積を取り囲んでおり、及び／又は、回転軸線Ａに関してステータ送信コイル２０と一列に並ぶことができる。ステータ送信コイル２０及びロータ受信コイル２８の幾何形状は、同一とすることができる。ステータ送信コイル２０とロータ受信コイル２８とを、直径に関して、及び／又は、それぞれのコイルを構成している個々の導体の数に関して異ならせることも可能である。従って、例えばステータ送信コイル２０は、強力な交番磁場を生成するために２つ、３つ又は４つ以上の同等の巻回方向の導体ループを有することができる。
【００３８】
ロータ送信コイル３０は、２つの相互に逆向きの部分巻線３４ａ，３４ｂを有し、これらの部分巻線３４ａ，３４ｂは、それぞれ三日月形である。第１の部分巻線３４ａは、（電流の流れに関して）第２の部分巻線３４ｂとは逆向きに方向決めされている。部分巻線３４ａ，３４ｂの幾何形状は、同一とすることができる。部分巻線３４ａ，３４ｂは、回転軸線Ａを取り囲む環状領域３６内に配置されており、ロータ送信コイル３０によって覆われていない内側領域３８の外側に配置されている。
【００３９】
２つの三日月形の部分巻線３４ａ，３４ｂは、実質的に円弧形の導体区分４０ａ，４０ｂから形成されており、これらの導体区分４０ａ，４０ｂは、三日月形の部分巻線３４ａ，３４ｂの間の移行点において交差している。この交点においては、これらの部分巻線３４ａ，３４ｂを、ロータ・プリント基板２６のそれぞれ異なる層に配置することができる。
【００４０】
制御ユニット２４がステータ送信コイル２０に交番電圧を印加すると、交番電磁場が生成され、この交番電磁場は、ロータ受信コイル２８によって受信され、ロータ受信コイル２８において電圧を誘導することができ、この電圧が電流を生成する。このために、例えばステータ・プリント基板１８とロータ・プリント基板２６との間の距離を、ステータ・プリント基板１８がロータ・プリント基板２６の近接場に配置されるように選択することができる。
【００４１】
部分巻線３２ａと３２ｂとが、又は、部分巻線３４ａと３４ｂとが相互に逆向きであることに起因して、ステータ送信コイル２０の電磁場は、ステータ受信コイル２２ａ，２２ｂ及びロータ送信コイル３０において実質的に電流を誘導することができないようになっている。ロータ受信コイル２８において誘導された電流は、ロータ送信コイル３０も通って流れ、これによって、ロータ送信コイル３０は、自身の部分巻線３４ａ，３４ｂによって２つの相反する向きに方向決めされた交番電磁場を生成する。
【００４２】
これらの交番磁場は、ステータ受信コイル２２ａ，２２ｂにおいて交番電流を誘導し、この交番電流は、ステータ受信コイル２２ａ，２２ｂの各々について、ステータエレメント１２とロータエレメント１４との相対的な回転角度に依存している。
【００４３】
ステータ受信コイル２２ａ，２２ｂにおいて誘導される交番電流は、ステータ受信コイル２２ａ，２２ｂの円リングセクタ形の部分巻線３２ａ，３２ｂと、ロータ送信コイル３０の三日月形の部分巻線３４ａ，３４ｂとの相対的な重なり合いに実質的に線形に依存している。これらの部分巻線の幾何形状の選択に基づいて、相対的な重なり面積は、回転角度に対して線形には依存しておらず、回転角度に依存している誘導される交番電圧の振幅を、三日月形の部分巻線３４ａ，３４ｂの幾何形状の選択によって調整することが可能である。例えば、後述するように、誘導される交番電圧の振幅を、回転角度の正弦に依存させることができる。このことは、ステータ受信コイル２２ａ，２２ｂによって生成された信号の評価を容易にする。
【００４４】
図４は、ロータ送信コイル３０の幾何形状と、ロータ送信コイル３０の部分巻線３４ａ，３４ｂの幾何形状とを説明する図を示している。円弧形の導体区分４０ａ，４０ｂは、直径Ｄ１及びＤ２を有する２つの円によって画定され（即ち、円弧形の導体区分４０ａ，４０ｂは、実質的にこれらの円に沿って延在しており）、これら２つの円の中心は、相互に距離ｘだけずらされている。２つの直径Ｄ１及びＤ２は、ほぼ同一に選択することができる。距離ｘは、平均直径Ｄ＝（Ｄ１＋Ｄ２）／２に基づいて０．０５＜ｘ／Ｄ＜０．５の範囲で選択することができ、好ましくはｘ／Ｄ＝０．１５である。直径は、例えば４ｍｍ乃至２０ｍｍの間にあり、好ましくは１２ｍｍである。
【００４５】
図５は、図２のステータエレメント１２と共に使用することができる別のロータエレメント１４を示している。ロータエレメント１４の場合、ロータ受信コイル２８がロータ送信コイル３０の内側に配置されている。ロータ受信コイル２８は、環状領域３６の内側の内側領域３８内に配置されている。
【００４６】
この内側領域３８にロータ受信コイル２８を組み込むために、ロータ送信コイル３０の三日月形の部分巻線３４ａ，３４ｂによって、内側領域３８を使用することが可能となる。このことは、一方では、ロータエレメント１４をより小型かつ低コストに製造することが可能となり、他方では、ロータ受信コイル２８において誘導される交番電圧の振幅が、ロータエレメント１４とステータエレメント１２との間の横方向の変位には依存しなくなるという利点を有することができる。
【００４７】
図６は、図３及び５のロータエレメント１４と共に使用することができるステータエレメント１２の別の実施形態を示している。ステータエレメント１２は、第１のステータ受信コイル２２ａと、第２のステータ受信コイル２２ｂと、第３のステータ受信コイル２２ｃとを含み、これらは、相互に１２０°だけずらされている（かつ、それぞれ図２のステータ受信コイル２２ａ，２２ｂのように形成することができる）。
【００４８】
３つのステータ受信コイル２２ａ，２２ｂ，２２ｃによって、ステータエレメント１２において３つの異なる交番電圧（例えば信号１、信号２、信号３）が誘導され、従って、これらの交番電圧によって、評価可能な３相信号がもたらされる。特に、直接的に誘導される交番電圧を評価することができるだけでなく、これらの交番電圧の相互の差も評価することが可能となる。信号１−信号２、信号２−信号３、及び、信号３−信号１の差を評価することにより、存在するオフセットを補償することが可能となり、より高い正弦性を達成することも可能となる。回転角度の逆算は、クラーク変換を用いて簡単かつロバストに実施することができる。
【００４９】
図２乃至図６に示されたステータエレメント１２及びロータエレメント１４によって構成される回転角度センサ１０は、３６０°の周期性又は測定範囲を有する。スロットルバルブの回転角度の検出のような多くの用途の場合には、３６０°の周期性は必要とされないので、図７乃至図１０には、１８０°の周期性を有する変形例が記載されている。
【００５０】
図７は、４つの同様の円リングセクタ形（ここでは４分円形）の部分巻線３４ａ，３４ｂから形成されたステータ受信コイル２２ａを有するステータエレメント１２を示している。部分巻線３２ａと３２ｂとは、回転軸線Ａを中心とした周方向において交互の方向性を有する。ステータエレメント１２は、別のステータ受信コイルを有することができ、この別のステータ受信コイルは、ステータ受信コイル２２ａのように形成されており、後述するように、ステータ受信コイルに対して所定の角度だけずらされている。例えば、２つのステータ受信コイル２２ａを有する場合、これら２つのステータ受信コイル２２ａを相互に４５°だけずらすことができる。
【００５１】
一般に、ステータ受信コイル２２ａは、同数のｎ／２の右回りの部分巻線３２ａと、ｎ／２の左回りの部分巻線３２ｂとを有することができる。このことによって、ステータ送信コイル２０によって誘導される複数の部分交番電圧が合計で補償され、全ての受信コイル２２ａにおいて出力信号０Ｖとして出力されることとなる。この事実を、自己診断のために使用することも可能である。なぜなら、このようにして回転角度センサ１０は、ロータエレメント１４が欠落していること、又は、少なくとも１つの電気的な中断部を有することを識別することができるからである。
【００５２】
全体として存在する部分巻線３２ａ，３２ｂの数ｎは、回転角度センサ１０の周期性、即ち、信号の一意性範囲又は測定範囲を規定する。また、ロータエレメント１４上の三日月形の部分巻線３４ａ，３４ｂの数を、ステータエレメント１２上の円リングセクタ形の部分巻線３２ａ，３２ｂの数ｎに等しくすると有利である。
【００５３】
周期性Ｐｅｒに関しては、以下のことが当てはまる：
Ｐｅｒ＝３６０°／（ｎ／２）
【００５４】
この周期性Ｐｅｒと、ステータ受信コイル２２ａ，２２ｂ，２２ｃの数ｍ（図２及び６を参照）とから、ステータ受信コイル２２ａ，２２ｂ，２２ｃの相互の所要の幾何学的な回転ξも、
ｍ＝２の場合、ξ＝Ｐｅｒ／（２・ｍ）
ｍ≧３の場合、ξ＝Ｐｅｒ／ｍ
として得られる。
【００５５】
図２乃至図６においては、ｎ＝２の部分巻線３２ａ，３２ｂに基づいて３６０°の周期性が得られ、従って、２相システム（ｍ＝２）の場合には、受信コイルの９０°の幾何学的な回転が得られる（図２）。３相システムの場合には、相応にして１２０°が得られる（図６）。
【００５６】
図７においては、ｎ＝４の部分巻線３２ａ，３２ｂの場合には１８０°の周期性が得られ、従って、２相システム（ｍ＝２）の場合には、受信コイルの４５°の幾何学的な回転が得られる。ｍ＝３での３相システムの場合には、相応にして６０°が得られる。
【００５７】
図８は、４つの同一に成形された三日月形の部分巻線３４ａ，３４ｂを有する、図７のステータエレメント１２のためのロータエレメント１４を示している。部分巻線３４ａ，３４ｂは、回転軸線Ａを中心とした周方向において交互の方向性を有する。図７の対応するステータエレメント１２上のステータ受信コイル２２ａの部分巻線３２ａ，３２ｂと同様に、三日月形の部分巻線３４ａ，３４ｂは、周方向において相互に９０°だけ幾何学的にずらされている。
【００５８】
図９から分かるように、三日月形の部分巻線３４ａ，３４ｂの幾何形状は、ここでも直径Ｄ３及びＤ４を有する２つの円によって画定することができ、これら２つの円の中心は、相互に距離ｘだけずらされている。部分巻線３４ａ，３４ｂの各々は、２つの円弧形の導体区分４０ａ，４０ｂによって画定されており、これら２つの円弧形の導体区分４０ａ，４０ｂは、実質的にこれらの円に沿って延在している。
【００５９】
円の直径Ｄ３とＤ４とが、２の平方根の比を有する場合に、ステータ受信コイル２２ａにおいて最も良好な信号が得られることが判明した。距離ｘは、円の交点において形成される２つの角度βが実質的に同等の大きさとなるように選択することができる。この場合、角度βは、交点を起点とする円周と、距離ｘに対して４５°の角度で延在する、交差点を通る直線とによって画定される。このために、ｘ／Ｄ３が選択され、有利には例えば１／６乃至１／２の範囲、例えば１／４が選択される。
【００６０】
図１０は、ロータ受信コイル２８がロータ送信コイル３０の内側に配置されている、図５と同様のロータエレメント１４を示している。
【００６１】
最後に、「有する」、「含む」等のような用語が他の要素又はステップを排除しないこと、また、「１つ」のような用語が複数形を排除しないことに留意すべきである。特許請求の範囲における参照符号は、限定するものとして見なすべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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