(57)【要約】  本発明は回転体（５０）に割り当てられた少なくとも２つの標準化されたセンサ素子（１１，１２）を備えた電気機器の出力信号とセンサとの対応関係を識別する方法に関する。前記電気機器の第１の回転方向において、前記少なくとも２つの標準化されたセンサ素子（１１，１２）のセンサ信号の任意の信号列（４２，４３，４４）が検出される。前記任意の信号列は前記電気機器の電気角に関してセンサ信号ごとの電気角φのずれ（８２）に従ってソートされる。前記電気機器の位相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の零交差（７０，７２，７４，７６，７８，８０）がセンサ信号に対応付けられる。
2009539083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体（５０）に割り当てられた少なくとも２つの標準化されたセンサ素子（１１，１２）を備えた電気機器の出力信号とセンサとの対応関係を識別する方法であって、ａ）前記電気機器の第１の回転方向において、前記少なくとも２つの標準化されたセンサ素子（１１，１２）のセンサ信号の任意の信号列（４２，４３，４４）を検出するステップ、ｂ）前記電気機器の電気角に関して、前記任意の信号列をセンサ信号ごとの電気角φのずれ（８２）に従ってソートするステップ、およびｃ）前記電気機器の位相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の零交差（７０，７２，７４，７６，７８，８０）をセンサ信号に対応付けるステップを有することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ステップｂ）に従い、前記第１の回転方向において、前記少なくとも２つの標準化されたセンサ素子（１１，１２）のセンサ信号のロー状態（４６）からハイ状態（４５）へのレベル変化の発生を電気角φ上で順序づける、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ステップｂ）に従い、前記第１の回転方向において、前記少なくとも２つの標準化されたセンサ素子（１１，１２）のセンサ信号のハイ状態（４５）からロー状態（４６）へのレベル変化の発生を電気角φ上で順序づける、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記センサ信号（４２，４３，４４）のロー状態（４６）からハイ状態（４５）へのレベル変化の発生を前記位相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の第１の零交差（７０，７４，７８）に対応付ける、請求項２記載の方法。
【請求項５】
前記センサ信号（４２，４３，４４）のハイ状態（４５）からロー状態（４６）へのレベル変化の発生を前記位相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の第２の零交差（７２，７６，８０）に対応付ける、請求項３記載の方法。
【請求項６】
前記ステップｂ）における電気角φのずれ（８２）が１２０°である、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記電気機器の位相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の各々をそれぞれ１つの標準化されたセンサ素子（１１，１２，１３）に対応付ける、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記ステップｃ）に従い、前記センサ信号経過（４２，４３，４４）の前記位相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）への対応付けを前記電気機器の初期回転の間に行う、請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ドイツ公開特許（Ａ１）第１０３  ０３  ６９２号は被駆動軸の回転数および回転位置を検出する装置に関するものである。電気機器のロータ位置を検出するには、外周にインクリメンタル歯車が形成されたセンサホイールが使用される。インクリメンタル歯車の歯と歯溝は第１の間隔で実施されている。走査は少なくとも１つのセンサを用いて行われる。インクリメンタル歯車の外周には、高い回転角分解能が達成されるように第１の間隔で歯が実施されており、センサホイールの内周には、電気機器の極の数に相当する数の零パルスを発生させるインデックス歯車が設けられている。インクリメンタル歯車はセンサホイールの外周に連続的に形成されている。インクリメンタル歯車の外周には、電気機器の回転方向を検出するために第１および第２の外部センサが割り当てられており、一方、センサホイールの内周のインデックス歯車には、第１および第２の内部センサが割り当てられている。
【０００２】
例えば電気同期機において回転数ないし位置を検出するために、今日では特定用途向けのセンサが使用される。それゆえ、使用形態ごとに新たな構成と特殊な工具の調達が必要となる。この特殊な工具には、プラスチック成形型、プレス型および組立工具、さらにはワークコンベアや検査装置などが含まれる。今日の構成では、センサはセンサハウジングの中に格納される。その際、このセンサハウジングは幾何学的にセンサホイールの直径に直接依存して設計される。電気機器のセンサホイール直径が変化した場合、それに応じてセンサハウジングを適合させなければならない。取付寸法が違うためにセンサ系の読取り方向が変化した場合も同様に、センサハウジングの適合が必要になることがよくある。
【０００３】
発明の開示
本発明の課題は同一構造のセンサを電気機器内に様々に取り付けることができるようなセンサ設計を提供することである。さらに、本発明は、電気機器の初期回転の間にセンサと位相シフトした各出力信号との間の対応関係を認識するソフトウェアを提供することも課題としている。
【０００４】
本発明が提案する解決手段に従えば、すべてのバリアントに対して同一の標準化されたセンサ素子が可撓性フィルム、フラットフレキシブルケーブル（ＦＣＣ）またはワイヤハーネス等に接続される。この可撓性フィルムまたはこのフラットフレキシブルケーブルには、少なくとも２つのセンサ素子が例えばレーザー溶接によって電気的に接触させてある。物体の位置検出、および／または、回転している若しくは回転可能な任意の物体の角度および／または回転数検出は、センサ系を用いて行うことができる。可撓性フィルムまたはフラットフレキシブルケーブル（ＦＦＣ）に２つのセンサ素子を電気的に接触させれば、このセンサ系を例えば非同期機のような電気機器で使用することができる。これに対して可撓性フィルムないしフラットフレキシブル+（ＦＦＣ）に３つのセンサ素子を電気的に接触させれば、得られたセンサ系は同期機で使用することができる。電気機器で使用する場合、標準化されたセンサ素子はこれらの素子を非同期機にも同期機にも使用できるようにするセンサ電子ユニットを含んでいる。
【０００５】
標準化して構成されたセンサ素子を２つまたは３つのセンサ素子からなるセンサグループにまとめてもよい。２つ以上の標準化されたセンサ素子を含むセンサ系の標準化された個々のセンサ素子は可撓性フィルムないしフラットフレキシブルケーブル（ＦＦＣ）によって相互に接続される。標準化されたセンサ素子のそれぞれに別個の取付口を設けてもよい。なお、この取付口は例えば標準化されたセンサ素子のセンサヘッドから一定の距離を置いて取り付けるようにしてよい。個々の標準化されたセンサ素子が可撓性フィルムないしフラットフレキシブルケーブル（ＦＦＣ）を介して接続されているおかげで、例えば１０°の信号角度が要求されるセンサホイールや電気機器などのような回転部材の角度測定の場合を例にとれば、走査すべき回転体の直径ないし周に関係なく、必要とされる分解能を実現することが可能である。可撓性フィルムないしフラットフレキシブルケーブル（ＦＦＣ）を介して相互に接続された標準化されたセンサ素子により、可撓性フィルムないしフラットフレキシブルケーブル（ＦＦＣ）は必要とされる間隔に応じて縮めたり伸ばしたりすることができる。それゆえ、本発明が提案するセンサ系は、例えば角度検出または回転数検出に関して、センサハウジングの変更を要せずに、走査すべき回転体の様々な直径に適用される。この提案されたセンサ系の可変性は個々の標準化されたセンサ素子の間隔を単に適応調整することによるものであるから、種々の使用目的を容易に実現することができる。
【０００６】
３つの標準化された同一のセンサをそれぞれの信号対応関係を考慮せずに取り付けることができるということは、一方では、標準化されたセンサ素子を取り付ける際に有利であり、他方では、個々のセンサの個数に応じたコストの最適化を可能にする。さらには、電気機器に制御装置を割り当てる必要もない。故障時には、センサ系をまたはセンサ１つだけを交換することができる。信号の妥当化は決められた回転方向と回転数のときに信号列全体で行われる。さらに、標準化された個々のセンサ素子の個々の信号を電気機器のそれぞれの位相に対応付けることも可能であるので、機械的な取付許容誤差をなくすことができる。この電気機器を、例えばハイブリッドエンジン内の内燃機関とともに、または或る電気機器の発電機として使用する場合には、標準化されたセンサ素子の自己校正はこれらのセンサ素子の取付後に行われる。電気機器が内燃機関を回転させると、任意の位置に印加回転磁界が生じる。印加回転磁界からは、電気角にして±１０°の正確度で信号のエッジ角度についての情報が導き出される。これにより、許容誤差の影響を考慮したセンサホイールと電気機器のロータ磁石との間の角度が知られる（絶対位置オフセット）。次に、電気機器は内燃機関を初始動に十分な始動回転数にまで加速する。内燃機関の始動が無事に行われた後、内燃機関は自立的に回転し、今度は内燃機関が電気機器を駆動する。今や、内燃機関が発生させたトルクにより電気機器内に電圧が誘導される。この状態で第１の探索アルゴリムが開始され、このアルゴリズムの最中に６０°エッジ割当てが行われる。さらに、第２の探索アルゴリズムを開始し、このアルゴリズムによって正確な絶対位置オフセットを、すなわち、センサホイールと電気機器のロータ磁石との間の正確な角度差を求めるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】センサ系に電気ケーブル出口を取り付けた様子を示す。
【図２】可撓性フィルムないしフラットフレキシブルケーブル（ＦＦＣ）等とセンサ素子の端子コンタクトとの間の電気的接点をカプセル化するために、センサ素子の上前面に端部射出成形をした様子を示す。
【図３】センサホイール回転中の信号経過を電気角と機械角とに関して示す。
【図４】例えば凹部と凸部のあるセンサホイールのような回転体の周を走査する本発明のセンサ系を半径方向から示す。
【図５】「前進」時の信号経過を電気機器の位相との対応関係とともに示す。
【０００８】
実施例
図１には、センサ系に電気ケーブル出口を取り付けた様子が示されている。
【０００９】
図１によれば、ケーブル出口２７はここでは例として第２の標準化されたセンサモジュール１２の上方にある。図１で、ケーブル出口２７を第２の標準化されたセンサ素子１２に設ける代わりに、第１の標準化されたセンサ素子１１ないし第３の標準化されたセンサ素子１３に設けてもよい。個々の標準化されたセンサ素子１１と１２の間および１２と１３の間の第１の間隔は参照番号３１で示されている。標準化されたセンサ素子１１，１２ないし１３は、例えばセンサホイールなどの回転体が機械的に正転するときにまず第１の標準化されたセンサ素子１１を通過し、最後に例えば第３の標準化されたセンサ素子１３を通過するように、機械的に配置されている。間隔３１は、出来上がったセンサ系が電気機器のハウジング内で１０°、２０°および４０°の位置で使用されるように、それゆえまた様々な回転体直径をカバーすることができるように、有利には４０〜６０ｍｍに、したがって例えば５７ｍｍに選定されている。センサ系６９を取り付ける際、センサ素子１１，１２、場合によっては１３を含めたセンサ素子の間の可撓性フィルム２３ないしフラットフレキシブルケーブル（ＦＦＣ）の領域は、センサ素子１１，１２または１３の間の間隔に応じて、圧縮して縮めたり、伸ばしたりされる。
【００１０】
図１に示されている個々の標準化されたセンサ素子１１と１２、１２と１３の間の第１の間隔３１は、有利には４０〜６０ｍｍ、したがって例えば５７ｍｍとすることができ、８０ｍｍから３００ｍｍまでのセンサホイール直径をカバーすることができる。
【００１１】
図１に示されているケーブル出口２７が−今の実施例では第２の標準化されたセンサ素子１２に設けられている−形成された後、標準化されたセンサ素子１１，１２および１３の前面１９の電気端子１７の領域と、標準化されたセンサ素子１１，１２および１３の前面を覆う可撓性フィルム２３の部分がプラスチック材料で端部射出成形される。あるいは、レーザー溶接、圧着またはその他の適切な方法で、可撓性フィルム２３またはフラットフレキシブルケーブル（ＦＦＣ）を標準化されたそれぞれのセンサ素子１１，１２または１３と直接接触させてもよい。さらには、このような接触を同様にプラスチックで端部射出成形してもよい。こうすることの利点は、一つには、打抜き格子と必要な接合技術とが不要になり、製造コストが下がることであり、他には、部材が付加されたり、インタフェースがＩＣに変わる場合、例えば二線式から三線式のインタフェースに切り替えるときに、高い柔軟度を示すことである。こうして、標準化されたセンサ素子１１，１２および１３の円筒形に形成されたハウジングの上部を包囲する囲み４１ができる。これにより、可撓性フィルム２３の中の個々の導電路２５の間の電気的接続箇所ないし個々の標準化されたセンサ素子１１，１２および１３の前面１９に延びるフラットフレキシブルケーブル（ＦＦＣ）の領域がカプセル化され、損傷から保護される。標準化されたセンサ素子１１，１２および１３の円筒形に形成されたハウジングの上部領域を包囲するそれぞれの端部射出成形２９には、取付口３５が設けられている。
【００１２】
図２からは、個々の導電体２５を包容した可撓性フィルム２３が平らに形成されていることが見て取れる。可撓性フィルム２３、ないし平らな可撓性フィルム２３の代わりに使用できるフラットフレキシブルケーブル（ＦＦＣ）の縦方向の長さは参照番号３７で示されており、可撓性フィルム２３ないし配列されたフラットフレキシブルケーブル（ＦＦＣ）の幅は参照番号３９で示されている。個々の端部射出成形２９は可撓性フィルム２３ないしフラットフレキシブルケーブル（ＦＦＣ）の自由領域によって相互に接続されている。この自由領域のおかげで、個々の標準化されたセンサ素子１１，１２および１３の間の可撓性フィルム２３による電気的接触を損なうことなく、取付の際の取扱いが著しく簡単になる。図２によれば、図示されている標準化されたセンサ素子１１，１２および１３はすべて、標準化されたセンサ素子１１，１２および１３の側面から第１の間隔３１を置いて配置されている。標準化されたセンサ素子１１，１２および１３の円筒形に形成されたハウジングの上部に囲み４１に包まれた端部射出成形２９を形成することにより、電気端子１７と可撓性フィルム２３内を走る導電体２５との間の電気接続ないし相応するフラットフレキシブルケーブルの領域がカプセル化され、損傷および湿気から保護される。
【００１３】
図３および４には、電気角および／または機械角を検出するために回転体が回転しているときのディジタル信号の信号経過を見ることができる。
【００１４】
図３には、３つの標準化されたセンサ素子１１，１２および１３が機械角にしてそれぞれ１０°ずつずらして配置されている様子が示されている。図３に示されている回転体５０、例えばセンサホイール、の回転時の信号経過からは、まず第１の標準化されたセンサ素子１１を通過し、最後に第３の標準化されたセンサ素子１３を通過することが分かる。図３では、第１の標準化されたセンサ素子１１の第１の信号経過４２と、第２の標準化されたセンサ素子１２の第２の信号経過４３と、第３の標準化されたセンサ素子１３の第３の信号経過４４が電気角φと機械角の上にプロットされている。信号経過４２，４３，４４は例えば電気機器のセンサホイールとして形成された回転体５０により生じるものであってよい。
【００１５】
回転体５０を走査する各センサ素子１１，１２ないし１１，１２および１３は、凹部と凸部をそれぞれ１つ含むセグメント８８により発生するハイ信号４５とロー信号４６をピックアップする。図５の信号経過４２，４３および４４からは、ハイ状態４５のそれぞれの立上りエッジが機械角で見て１０°で次々に並んでいることが分かる。
【００１６】
図４の回転体５０は等間隔で配置されたｎ個のセグメント８８を含んでいる。ここで、ｎ＝２ｐは電気機器の極の対に相当する。図４の構成から、回転体５０の外周には単一トラック５２があることが分かる。単一トラック５２は円周方向に続けて第１の凹部５４と第１の凸部６２とを含んでいる。第１の凸部６２には第２の凹部５６が続き、第２の凹部５６には第２の凸部６４が続いている。単一トラック５２において、第２の凸部６４には第３の凹部５８が続き、第３の凹部５８には第３の凸部６６が続いている。図４から、凹部５４，５６，５８ないし凸部６２，６４，６６は回転体５０に対して半径方向６８に配置されたセンサ系６９により走査されることが分かる。図４に示されたセンサ系６９は、可撓性フィルム２３ないしフラットフレキシブルケーブル（ＦＦＣ）によって互いに接続された３つの標準化されたセンサ素子１１，１２および１３を含んでいる。間隔が狭いため、可撓性フィルム２３は蹄状に撓んでいる。単一トラック５２の中には、円周方向で見て、共に１つのセグメント８８を形成するそれぞれ１つの凹部と凸部が、例えば１０°の区間６０に配置されている。当然ながら、区間６０は回転体５０の直径と回転体５０の角度位置、回転数または回転位置を検出する際に要求される正確度とに応じて１０°以外の角度としてもよい。１つまたは２つのセグメントを、セグメント幅Ｓに相当する３６０°電気角／２ｐ・ｎ  （ｎ＝１，２，３，４，５，…，１２）だけ互いにずらして配置した場合、これにより発生する信号は１つ前の位置における信号と同じである。なお、２ｐ＝１２は３０°の機械角となる。例えばセグメント幅Ｓ（区間６０）が３０°で１２の極対から形成された電気機器の場合、考えられる配置は例えば２×１０°ないし２×４０°である、等々。さらに、標準化されたセンサ素子１１，１２および１３を２０°配置で取り付けることも可能である。この場合、出力信号は逆進のビット列に相当する。センサモジュール６９の標準化されたセンサ素子１１，１２，１３を走査すべき回転体５０に対して別の機械角で配置すれば、コネクタ構成の変更はより簡単になる。コネクタのピン割当ても変更しうるが、信号経過は同じままである。
【００１７】
したがって、標準化されたセンサ素子の可能な機械的配置は角度値２０°、５０°、８０°および１１０°で与えられる。例えば角度位置１０°ないし４０°で与えられるような非対称的な配置も同様に同じ信号をもたらす。
【００１８】
図５には、「前進」時の信号経過が電気機器の位相との対応関係とともに示されている。
【００１９】
図３で示された「前進」時の信号経過からは、センサＢ０（１１）、Ｂ１（１２）およびＢ２（１３）のそれぞれの初期信号が電気角で１２０°だけ互いにずれていることが分かる。少なくとも電気機器の少なくとも初期回転の間、センサ信号の信号列は図３に示されているようにマッピングされる。それゆえ、例えばセンサ系６９にまとめられた３つの標準化されたセンサ素子Ｂ０（１１）、Ｂ１（１２）およびＢ２（１３）の信号列は電気機器の相電圧Ｕ、ＶおよびＷに相応する。これにより、個々のセンサ信号は電気機器の相Ｕ、ＶおよびＷの各相電圧とその零交差に一意的に対応させることができる（図５参照）。
【００２０】
前進時の信号経過と、位相Ｕ、ＶおよびＷと個々のセンサＢ０（１１）、Ｂ１（１２）およびＢ２（１３）との対応関係は図５により詳しく示されている。以下では、機械角０°から始めて、第１の標準化されたセンサ素子１１（Ｂ０）の第１の信号経過４２について説明する。図５から、第１の標準化されたセンサ素子１１（Ｂ０）の信号がハイ状態４５に達するとすぐに相電圧Ｕが零交差することが分かる。信号経過４２が機械角で１５°、電気角で１８０°において再び零交差に達すると、第１の標準化されたセンサ素子１１の信号経過４２はロー状態４６をとる。電気機器の相電圧ＶおよびＷはそれぞれ１２０°電気角ないし１０°機械角の位相ずれをもって第２の標準化されたセンサ素子１２（Ｂ１）の信号経過４３ないし第３の標準化されたセンサ素子１３（Ｂ２）の信号経過４４に従う。図６で例として説明した方法の利点は、個々の標準化されたセンサ素子１１，１２および１３ないしＢ０，Ｂ１およびＢ２の機械的な角度ずれがなくなることにある。
【００２１】
同様に、図５で例として説明した方法によれば、電気機器を最適に制御することが可能である。なぜならば、センサ信号経過４２，４３および４４の位相Ｕ，ＶおよびＷとそれぞれの相電圧との間に位相ずれが存在しない、或いはほんの少ししか存在しないからである。本発明の提案する方法によれば、同一構造の３つの標準化されたセンサ素子１１，１２および１３を取り付け、これらセンサ素子にそれぞれ導電路ないしケーブル出口２４を任意に割り当てることができる。稼働中でも初稼働の場合でも、ソフトウェアは新たに組み込まれた標準化されたセンサ素子１１，１２および１３を再び相応する位相Ｕ，ＶおよびＷに対応させることができる。
【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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【国際調査報告】
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2009539083.tif 000009
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