致动器/传感器布置以及使用这种布置的方法本发明涉及一种具有磁致动器的致动器/传感器布置，该磁致动器具有至少一个
优选地电枢绕组方式的线圈以及用作转子的磁体，其中线圈产生施加作用力的磁场，并且
在这种情况下，磁场在至少一个方向上(例如在Z方向上)向转子施加作用力。本发明还涉及
一种使用这种布置的方法。
在实践中，针对这里所讨论的类型的致动器/传感器布置存在恒定的要求，其中致
动器对物体进行重定向。例如在光学领域中，该物体可以是用于光束重定向的镜子，其旨在
以非常精确的方式被略微倾斜。该镜子还可具体而言用于重定向例如被引导到工件上的激
光束。各种应用是可以想到的，其中为了产生倾斜，需要对致动器与转子之间的相对位置进
行测量的传感器系统。在这种情况下，常规的传感器和传感器布置干扰施加作用力的磁场
或者至少在不可忽略的程度上影响磁场是成问题的。反过来，传感器被施加作用力的致动
器的磁场干扰，从而信号质量受损。
本发明的目的是以这样的方式构造和开发一种致动器/传感器布置，使得所要求
的传感器系统不会干扰力流(force flow)或者至多以不显著的方式干扰它，并且相反地，
该传感器系统不被干扰或者至多仅被致动器不显著地干扰。使用这种布置的方法将进一步
作出阐述。
上述目的利用权利要求1的特征来实现。因此，通用类型的致动器/传感器布置的
特征在于，在线圈与转子之间的力传递(force-transmitting)磁通量中布置有传感器，该
传感器检测转子在至少一个方向(例如沿Z方向(间隔致动器/转子))上的移动。
根据本发明，已经认识到，可以将检测转子的重定向所需的传感器直接布置在线
圈与转子之间的间隙中的力传递磁通量中，使得传感器不干扰力传递磁通量或者其不在输
出信号中受到干扰。该传感器检测转子在至少一个方向上(即，在限定了致动器与转子之间
的间距的作为示例提到的Z方向上)的移动。因此，传感器被布置成其传感器线圈或电极直
接位于致动器的主动方向的流动中(即，在主动流中)。
在这一点上，应当注意，存在多种情况，致动器根据情况被布置在真空中或至少被
布置在减压(reduced pressure)下，而转子或磁体被布置在大气中(或反之)。在这样的配
置的上下文中，可以想到传感器利用其物理配置来限定真空/减压与大气之间的分离位置，
并且在这种情况下在这些区域之间形成密封。
传感器可被不同地构造。具体而言，传感器可包括两个或更多个传感器元件，传感
器元件检测致动器在X/Y方向上的移动(即，侧向重定向)和/或在Z方向上的移动(即，致动
器与转子之间的间距)。
传感器可以是平坦构造类型的电容传感器。以尤其有利的方式，传感器被构造成
平坦构造类型的涡流传感器(eddy flow sensor)。为了简单起见，下面将提及具有一个或
多个线圈的涡流传感器。代替以电容传感器的形式的线圈，对应的电极可被提供。具有在该
位置处被提供的(多个)线圈的涡流传感器仅作为根据本发明的示教的示例性说明。
传感器元件被连接到电子系统，其以已知的方式检测线圈或电极的(复)阻抗，并
将它们转换成取决于磁体的相对位置和/或移动的信号。
如上文已经给出的，磁体用作转子，并且磁体受到电磁操作的致动器的影响或者
由其重定向。导电材料的靶(例如铁磁的，但理想地为非铁磁金属)可与磁体相关联，其中靶
材优选地为铝或铝合金。在颇为尤其有利的实施例的上下文中，磁体由靶承载或保持。然
而，靶也可由磁体承载或保持。
该靶用于优化传感器的功能。靶包括导电材料，其旨在防止致动器线圈的磁场与
传感器的输出信号之间的相互作用，因为在对磁体或对铁磁材料直接测量的情况下，由传
感器产生的湍流电流(turbulence current)的形式取决于磁体中的磁通量。改变湍流电流
的形式(相对于引入深度、振幅、直径)改变了由传感器产生的场(field)上的反馈，并因此
影响传感器的输出信号。非铁磁材料的使用是尤其有利的。
靶可以以罐状(pot-like)的方式被构造，其中磁体被有利地锚定或定位在罐状靶
中。
以颇为尤其有利的方式，靶被构造成弯曲的或球面的，其面朝向致动器使得在靶
的侧向重定向的情况下，在该面与传感器或致动器之间产生恒定的间距。在这种情况下，该
面的半径与经重定向的靶相对于旋转/枢轴位置的半径相适配。由此实现了关于面向传感
器的靶的面的最佳情况(即，在重定向区域上的一致的间距)。
上文已经给出，传感器可分离致动器和转子之间的区域，其中在这种情况下颇为
尤其有利的是，传感器与致动器相关联并且覆盖范围致动器并且在这种情况下优选地相对
于转子或磁体气密地封闭致动器。传感器因此可被构造成致动器的端侧盖(end-side
cap)，其中在传感器的表面与靶之间保留允许转子(包括靶和磁体)的移动的可能的最小气
隙。
具体而言，传感器可以是陶瓷元件，其中(多个)传感器线圈或(多个)电极被集成。
在另一有利的实施例中，传感器可被集成在封闭致动器或覆盖致动器的板或盖中，使得传
感器终止于包括致动器(除了接触以外的致动器线圈和磁芯，在合适时也包括电子系统)的
壳体。
陶瓷元件可以以已知的方式由多个层构成，其中线圈或电极也被构造在例如各层
之间。作为多层构造的结果，具有高稳定性的多层线圈可以以最小的空间要求被构造。
致动器可以以这样的方式被构造和配置，使得其仅在Z方向上将作用力施加到转
子，使得其中的间距相对于致动器而改变。还可以想到的是，致动器被构造和配置成使得其
附加地或替代地在X方向和Y方向上施加作用力，由此引起转子的侧向重定向。为此，致动器
有着具有相应的交叉状布置的元件的双重构造，其中原则上可以想到的是，致动器能够在X
方向、Y方向和Z方向上施加作用力用于转子的对应的重定向。这进而要求传感器的对应的
构造，其必须检测出于控制重定向的目的的移动。
因此，传感器可包括两个或更多个传感器元件，其中这些传感器元件具体而言是
单层或多层线圈。传感器元件可被布置在彼此旁边或者也可被布置成一个在另一个的上
方。线圈可以以不同的载波频率工作。这使得即使利用对磁体的测量也能够实现Z间距的精
确检测。在不同载波频率下的工作导致超定方程系统，由此作为磁通量的结果的任何“材料
变化”可以在数学上被消除。
当至少两个线圈被提供时，它们可被直接地一个接一个地布置，其中它们交替地
或连续地工作。标准的多频(multi-frequency)方法利用线圈来操作并且改变频率。在这种
情况下，每个线圈根据其对载波频率的电感被单独地适配是有利的，由此当两个线圈被提
供时，它们可接近谐振频率工作。因此可实现更好的信噪比。此外，两个频率的差可被选择
为足够的大，而就关于线圈的常规多频方法而言，频率间隔通常不足以获得与第二频率相
关的所需信息。
具体而言，针对在X/Y方向上的测量以及(如适用)在Z方向上的测量，靶或磁体的
位置借助传感器来建立是有利的，该传感器就其工作面而言是由线圈构成的，其中由传感
器线圈产生的磁场受到靶或磁体的增加或减小的覆盖范围的影响。对应的传感器的具体实
施例在附图说明的上下文中作出解释。
另一个优点通过包括至少一个线圈对的传感器来实现，其中线圈对的线圈处于差
分布置中。传感器可以以这样的方式被构造，即除了靶或磁体在X和Y方向上的重定向之外，
其还同时或替代地通过形成所有单独线圈的输出信号的和或者通过提供用于检测Z间距的
单独的线圈来建立关于该靶或磁体在Z方向上的间距，其中用于建立X/Y重定向的线圈和用
于建立Z间距的单独的线圈优选地用不同的载波频率来控制。用于测量X/Y重定向的线圈和
用于测量Z间距的线圈可根据要求同时工作或彼此独立地工作。
为了验证和(如适用)补偿传感器内的温度路径，在该位置处执行温度测量是有利
的。这可借助优选地以电阻路径的形式的电阻元件来执行，该电阻路径在相反的方向上被
构造并且与传感器主体中的实际传感器元件一起被定位。
上述目的以根据本发明的方法通过独立权利要求18的特征来实现。
存在以有利的方式配置和开发本发明的示教的各种可能性。就这一点而言，一方
面可参考从属于权利要求1的专利权利要求，另一方面可参考根据附图对本发明的优选实
施例的以下说明。一般地，连同参考附图对本发明的优选实施例的说明来解释示教的优选
实施例和开发。在附图中：
图1是根据本发明的致动器/传感器布置的实施例的示意图，其中致动器在Z方向
上向转子施加作用力，
图2是根据本发明的致动器/传感器布置的另一实施例的示意图，其中致动器在该
位置处在Z方向上向转子施加作用力，并且传感器由被布置成一个在另一个之上的两个多
层线圈构成；
图3是根据本发明的致动器/传感器布置的另一实施例的示意图，其中，利用元件
的双重配置和对应的交叉状布置，致动器在X方向和Y方向上向转子施加作用力并且磁体被
定位在靶中，
图4a)示出了可检测磁体的位置的涡流传感器的线圈的可能实施例或布置的示意
图：
i)单个线圈，
ii)在差分布置中在彼此旁边的双线圈，
iii)梯形双线圈，
图4b)示出了可检测磁体的位置的电容传感器的电极的可能实施例或布置的示意
图，
图5是涡流传感器的线圈的另一可能的实施例或布置的示意图，其中为了确定X和
Y位置，传感器元件在该位置处被布置在两个轴上，
图6是涡流传感器的线圈的另一可能的实施例或布置的示意图，其中实际的传感
器元件由用于在该位置处建立传感器内的温度的电阻路径来补充，
图7是涡流传感器的线圈的另一可能的实施例或布置的示意图，其中除了检测X/Y
重定向之外，在该位置处引入单独的线圈以用于检测Z间距，
图8是根据本发明的致动器/传感器布置的另一实施例的示意图，其具有在传感器
元件中被布置成在彼此旁边的线圈，
图9是依照图4至图7中的图示的适用于引入具有交叉状结构和高强度的根据图3
的磁阻电动机的陶瓷传感器元件的示意图，
图10是被布置在彼此旁边并且具有与传感器系统共用的盖的致动器的示意图(类
似于图3)，并且其中磁体被定位在具有球面的靶中，
图11是根据致动器的动作的磁体/靶或转子的重定向移动的示意图，
图12是用于提高信号灵敏度的特定电路的示意图，以及
图13是可被应用于多个平移和旋转轴的对应电路的示意图。
图1示出了在Z方向上向转子2施加作用力的磁致动器1。在这种情况下，它是一个
磁体。这可被连接到旨在借助拉杆组合件移动的物体，例如镜子。致动器1基本上包括线圈3
或电枢绕组，其产生施加作用力的磁场4。通常，磁通量经由软磁芯5被引导，软磁芯5通常具
有低磁阻。在电枢侧，传感器6被布置在力传递磁通量7中。
在图1的左手侧，传感器6被指示为具有线圈8的涡流传感器。在右手侧，传感器6被
构造为具有电极9的电容传感器6。在这两种情况下，转子2在Z方向上的移动(即，致动器1或
传感器6与转子2之间的间距)可被建立。
当电容传感器6被提供时，电位引导电极(potential-guiding electrode)9以相
应薄的方式被构造，以防止力引导磁场(force-guiding magnetic field)4的相关影响。这
对于具有一个或多个线圈8的涡流传感器的相应使用而言同样适用。在这种情况下，薄或扁
平配置同样是有利的。
用于检测转子2的Z位置的传感器6也可被构造为涡流传感器。在这种情况下，传感
器6以扁平构造类型被构造，以便能够引入到气隙10中，通过气隙10引导产生力的磁通量7。
任选地，靶11可被安装到转子2，以便优化涡流传感器的性能。靶11应包括优选地为铝的非
铁磁性金属。这防止了致动器线圈3的磁场4与传感器6的输出信号之间的相互作用，因为在
对磁体2或铁磁材料直接测量的情况下，由传感器6产生的涡流的形式取决于磁体2中的磁
通量7。涡流形式(引入深度、振幅、直径)的改变改变了由传感器6产生的对场的作用，并因
此还改变了传感器6的输出信号。
在所有情况下，转子也可由电枢气密地封闭。在这种情况下，传感器6被构造为陶
瓷元件，在电容传感器的情况下，其在内侧或外侧包含电位引导面。
图2示出了根据本发明的致动器/传感器布置的另一实施例，其中磁致动器1在Z方
向上向转子2或磁体施加作用力。在这种情况下，相同的说明适用于图1，其中在图2中，传感
器6由被布置成一个在另一个上方的两个传感器元件(即单层或多层线圈)构成。
因此，涡流传感器可被构造为多线圈变体，其中两个线圈8可以以不同的载波频率
工作。这使得即使利用对磁体2的测量也能够实现Z间距的更精确的检测。在这种情况下，两
个传感器线圈8以不同的载波频率被控制。因此，超定方程系统被获得，并且可以在数学上
平衡由磁通量引起的“材料变化”。
关于根据本发明的致动器/传感器布置，重要的是，两个线圈8可被直接布置成一
个在另一个的后面或在彼此旁边，或者交替地或连续地以接合的方式工作。根据迄今为止
是常规的多频方法，线圈和对频率进行变化得到使用。在这种情况下产生的实施例中，每个
线圈(电感)8对载波频率的适配可被执行。因此，两个或更多个线圈8可接近谐振频率工作。
这提供了更好的信噪比。另外，两个频率的差可被选择为足够的大。在使用单个线圈的常规
多频方法中，频率间隔通常不能被选择为足够的大以通过第二频率获得所需的信息量。
转子2在多线圈布置的情况下也可由致动器1气密地封闭。在这种情况下，传感器6
被构造为陶瓷元件12，其中两个线圈8都被嵌入。
图3示出了磁致动器1，其在X方向上施加作用力或者在X和Y方向上具有元件的双
重构造和对应的交叉状布置。在Z方向上还产生了力的作用，然而在这种情况下不被进一步
使用或考虑。
磁体2的位置可用根据图4a)中的图示的具有线圈8的涡流传感器6来检测。在这种
情况下，存在由传感器线圈8借助于磁体2或被安装到磁体2的靶11的增加或减小的覆盖范
围而产生的磁场的影响。因为在这种情况下，当传感器6仅与一个线圈8(图4a)i))一起被使
用时，存在传感器信号对间距Z的高依赖性，在差分布置中具有两个线圈8的传感器6得到使
用(图4a)ii)和iii))。因此，传感器6的输出信号不直接受间距Z的影响。相对于温度的稳定
性和长期效应通过线圈8的差分布置同样得到提高。传感器6在该实施例中也被构造成相应
地平坦，以便能够直接引入到磁通量中。
磁体2的位置也可用根据图4b)中的图示的具有电极8的电容传感器6来检测。在这
种情况下，存在由传感器电极8借助于磁体2或被安装到磁体2的靶11的增加或减小的覆盖
范围而产生的电场的影响。相应地，这对于使用以差分布置被构造的单个或双电极的涡流
传感器同样适用。
因此，传感器元件也可根据图5中的图示的被布置在两个轴上，由此可以确定磁体
2或靶的X和Y位置。如果磁体2或靶不在X和/或Y方向上执行任何纯粹的侧向移动，而是在球
表面上执行移动(为此，磁体2被支承在远离传感器6的抽象的旋转位置18上)，则产生非线
性输出信号。这意味着，随着重定向的增加，信噪比由于较大的间距而降低。信号节距
(signal pitch)也随着重定向的增加而减小。这可通过将传感器线圈8(或电容传感器6的
传感器电极9)构造成“梯形”来抵消。这意味着线圈8或电极9的有效截面也随着重定向的增
加以及因此随着间距的增加而增加。因此，输出信号的节距和信噪比可被保持恒定。
根据图6中的图示，传感器6可通过电阻路径13来补充，以便能够消除或补偿对传
感器信号的温度相关的影响。在这种情况下，借助于对欧姆电阻的简单测量，可得出关于传
感器元件15中的温度的结论。电阻路径13(以双线(bifilar)的方式)被构造在相反的方向
上，以防止传感器线圈8的影响。为了更好地检测梯度，电阻路径13可空间上遍布在传感器
元件上。在这种情况下，在X和Y方向上被引入以用于温度检测的路径可位于传感器线圈8之
间。电阻路径13也可在Z方向上位于传感器线圈8之前、之间或之上的单独的层中。这些布置
的组合也是可能的。
如果除了在X和Y方向上的重定向之外，还想要检测Z方向上的间距，则这可以通过
形成所有单独线圈的输出信号的和来执行：
Z＝X1+X2+Y1+Y2
在这种情况下，Xi和Yi(i＝1、2)分别是在X和Y方向上面朝彼此的线圈的各个信号。
替代地，如图7所示，用于检测Z间距的单独的线圈14也可被引入。在这种情况下，
用于检测X/Y重定向的线圈8和用于检测Z重定向的线圈14通常用不同的载波频率来控制，
以防止相互作用(波动)。利用解调器的对应接线，每个线圈8、14或线圈对8本身具有带通特
性。因此，用于覆盖范围测量(X，Y)和用于间隔测量(Z)的线圈可同时并且彼此独立地工作。
图8示出了多线圈布置中的传感器6，其中两个线圈8位于彼此旁边。
为了将传感器元件15引入磁通量中，该元件必须被构造得尽可能的薄。如果传感
器元件15如所描述的那样被用来分离(气密地封闭)具有不同压力的两个空间，则该元件必
须以这样的方式被构造使得，一方面，它在机械方面是稳定的，以便不会由于压力差而变得
有缺陷，并且另一方面，磁芯5与磁体2之间的磁阻旨在尽可能的小，以便实现致动器1的最
大作用力和最大程度的效率。
图9示出了如图4至图7所例示的用于引入根据图3的磁阻电动机(磁阻
(reluctance)＝磁阻(magnetic resistance))的陶瓷传感器元件15的结构。在这种情况
下，用于交叉结构的相对大的厚度(相对于线圈段的多倍厚度)被选择，以便相对于由于压
力差而导致的弯曲应力来获得高程度的强度。在磁芯5的引导磁通量并且相对于磁体2旨在
具有尽可能小的磁阻的区域中，传感器元件15的厚度以最大可能的程度被减小。不同的传
感器元素(X、Y、Z、温度)的接触连接被放置在结构的支柱中，以便一方面使极靴(pole
shoe)的最大截面成为可能，并且另一方面保持边缘自由以便能够以气密密封的方式引入
传感器元件15。陶瓷传感器元件15在这种情况下可借助压制、激光焊接、真空焊接被引入到
结构或壳体中。
根据图10中的图示，靶11也可被构造成以任何期望的方式形成的面16，而非均匀
和平坦的，以便使次要影响最小化。通常，靶11以球面的方式被构造，以便传感器6与靶11之
间的恒定间距在重定向的情况下被实现。在这种情况下，球面靶11的半径与经重定向的磁
体2相对于旋转位置18的半径相适配。
图11示出了根据上述说明的靶11的侧向重定向。
图12和13示出了与根据本发明的致动器/传感器布置的不同实施例有关的可能的
电路。
为了提高信号灵敏度，两个传感器线圈8用电容器来补充以便形成谐振电路，该振
荡电路通常接近其固有谐振工作。该谐振电路通过具有固定频率的交流电压被供应电力。
根据传感器信号，在解调器(例如，振幅解调)中生成脉冲宽度已调信号(pulse-width-
modulated signal)，其中倾斜信息被描绘成几乎与脉冲宽度成正比。在解调器中，两个线
圈信号之间的差分形成同样被直接产生。从脉冲宽度已调信号中，信号的交流电压部分用
深通滤波器(deep-pass filter)来滤除。所得的直流电压部分可借助模拟/数字转换器被
转换成数字倾斜值。该数字倾斜值可借助于合适的信号处理操作被进一步处理。例如，在这
种情况下，可以具有温度补偿或者对由两个通道之间的各个传感器线圈的相互作用导致的
串扰的补偿。这种补偿是可能的，因为串扰的幅度由线圈的耦合因子来限定，而耦合因子进
而由线圈布置的固定的几何结构来确定。
依照根据图12的说明，该评估还可被应用于多个平移或旋转轴(参见图13)。
为了防止重复,关于根据本发明的示教的其他有利实施例可参考说明书的一般部
分和所附专利权利要求。
最后，应当明确指出，根据本发明的示教的上述实施例仅用于解释所要求保护的
示教，而不将其限于实施例。
附图标记列表
1 致动器
2 转子、磁体、电枢
3 (致动器的)线圈
4 施力(Force-applying)磁场
5 (致动器的)芯
6 传感器(涡流传感器或电容传感器)
7 力传递磁通量
8 线圈，传感器线圈
9 电容传感器的电极
10 气隙
11 靶
12 陶瓷元素
13 电阻路径
14 用于Z间距的单独线圈
15 传感器元件，陶瓷
16 靶的面
17 靶的重定向
18 靶移动的旋转位置