(57)【要約】  プランジャコア（３０）、該プランジャコア（３０）を少なくとも部分的に囲むコイル（３１）を有しており、前記プランジャコア（３０）及び前記コイル（３１）は、回転可能要素（１２）の回転運動に依存して軸方向（Ｒ）に相対的に相互に移動して、前記コイル（３１）のコイルインダクタンス（Ｌ）を変える、前記回転可能要素（１２）の無接触回転角検出用の装置（１０）並びに方法が提案されている。本発明の装置及び本発明の方法は、変化した温度（Ｔ）がコイルインダクタンス（Ｌ）に及ぼす影響を少なくとも部分的に補償する補償手段（３６）が設けられていることを特徴とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プランジャコア（３０）、該プランジャコア（３０）を少なくとも部分的に囲むコイル（３１）を有しており、前記プランジャコア（３０）及び前記コイル（３１）は、回転可能要素（１２）の回転運動に依存して軸方向（Ｒ）に相対的に相互に移動して、前記コイル（３１）のコイルインダクタンス（Ｌ）を変える、前記回転可能要素（１２）の無接触回転角検出用の装置（１０）において、変化した温度（Ｔ）がコイルインダクタンス（Ｌ）に及ぼす影響を少なくとも部分的に補償する補償手段（３６）が設けられていることを特徴とする装置（１０）。
【請求項２】
補償手段（３６）は、基準コイルインダクタンス（ＬＲｅｆ）を有する請求項１記載の装置（１０）。
【請求項３】
基準コイルインダクタンス（ＬＲｅｆ）は、少なくとも１つの、動かすことができないコア（４０）を備えた基準コイル（３８）から構成されている請求項２記載の装置（１０）。
【請求項４】
ほぼ同じ材料特性の、少なくとも１つの基準コイル（３８）及びコイル（３１）を有している請求項３記載の装置（１０）。
【請求項５】
ほぼ同じ材料特性の、動かすことができないコア（４０）及びプランジャコア（３０）を有している請求項３記載の装置（１０）。
【請求項６】
基準コイル（３８）及びコイル（３１）は、相互に空間的に近くに設けられている請求項３記載の装置（１０）。
【請求項７】
基準コイルインダクタンス（ＬＲｅｆ）は、軸方向移動の際にプランジャコア（３０）を主として常に囲むような、コイル（３１）の領域（Ｂ）から形成されている請求項２記載の装置（１０）。
【請求項８】
補償手段（３６）は、温度測定値（ＴＭ）用の少なくとも１つの温度依存のセンサ要素（４６）及び少なくとも１つの基準手段（５０）を有する請求項１記載の装置（１０）。
【請求項９】
温度（Ｔ）の、コイルインダクタンス（Ｌ）への影響を補償するために、温度測定値（ＴＭ）は、少なくとも１つの基準手段（５０）の基準テーブル内に記憶された温度基準値（ＴＲｅｆ）を用いて処理され、及び／又は、少なくとも１つの前記基準手段（５０）内に含まれているアルゴリズムを用いて計算により処理される請求項８記載の装置（１０）。
【請求項１０】
温度依存のセンサ素子（４６）は、ＮＴＣ（４８）である請求項８又は９記載の装置（１０）。
【請求項１１】
回転角（Θ）の検出用の少なくとも１つの付加的な磁気抵抗センサ素子（１４）を有する請求項１記載の装置（１０）。
【請求項１２】
補償手段（１０）は、少なくとも１つの付加的な磁気抵抗センサ素子（１４）を有する請求項１１記載の装置（１０）。
【請求項１３】
プランジャコア（３０）、該プランジャコア（３０）を少なくとも部分的に囲むコイル（３１）を有しており、前記プランジャコア（３０）及び前記コイル（３１）は、回転可能要素（１２）の回転運動に依存して軸方向（Ｒ）に相対的に相互に移動して、前記コイル（３１）のコイルインダクタンス（Ｌ）を変える、前記回転可能要素（１２）の無接触回転角検出用の方法において、変化した温度（Ｔ）がコイルインダクタンス（Ｌ）に及ぼす影響を、補償手段（３６）によって、少なくとも部分的に補償することを特徴とする方法。
【請求項１４】
補償手段（３６）の基準コイルインダクタンス（ＬＲｅｆ）を検出する請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
動かすことができないコア（４０）を備えた、少なくとも１つの基準コイル（３８）の基準コイルインダクタンス（ＬＲｅｆ）を検出する請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
少なくとも、軸方向移動の際にプランジャコア（３０）を主として常に囲むような、コイル（３１）の領域（Ｂ）の基準コイルインダクタンス（ＬＲｅｆ）を検出する請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
温度（Ｔ）を、補償手段（３６）の少なくとも１つの温度依存のセンサ素子（４６）を用いて測定し、温度測定値（ＴＭ）を、少なくとも１つの基準手段（５０）の参照テーブル内に記憶された温度基準値（ＴＲｅｆ）と比較し、及び／又は、前記温度（Ｔ）の影響を、温度依存のセンサ素子（４６）を用いて測定された温度測定値（ＴＭ）を用いて、計算により、少なくとも１つの基準手段（５０）内に含まれているアルゴリズムにより補償する請求項１３記載の方法。
【請求項１８】
償手段（３６）の、少なくとも１つの付加的な磁気抵抗センサ素子（１４）により、複数のセンサ信号（ＳＭ，１、ＳＭ，２）を送出し、該複数のセンサ信号（ＳＭ，１、ＳＭ，２）の絶対的な振幅（Ａ１，Ａ２）及び／又は前記各センサ信号（ＳＭ，１、ＳＭ，２）を測定する請求項１３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プランジャコアを有する回転角検出の温度補償用の方法及び装置、つまり、プランジャコア、該プランジャコアを少なくとも部分的に囲むコイルを有しており、プランジャコア及びコイルは、回転可能要素の回転運動に依存して軸方向に相対的に相互に移動して、コイルのコイルインダクタンスを変える、回転可能要素の無接触回転角検出用の方法並びに装置に関する。
【０００２】
背景技術
ドイツ連邦共和国特許公開第１００１７０６１号公報からは、少なくとも２つのセンサ素子を有するセンサ装置の磁気的に制御可能な特性を評価して、回転可能な要素によって形成された、又は制御された磁場強度が評価回路内で検出可能であり、回転位置を求めるために利用され、その際、センサ素子は、磁気抵抗効果を利用して作動し、少なくとも２つの別のセンサ素子がホール効果を利用して作動し、その際、評価回路は、そのようにして得られた３つのセンサ信号を論理的に結合するために使われる、回転可能要素の殊に無接触の回転角検出用の装置が公知である。
【０００３】
更に、回転可能要素の無接触回転角検出のために、第１の領域内での回転角の検出用の少なくとも一つの第１の信号を送出する磁気抵抗センサ素子に対して付加的に、回転可能要素のシャフトに設けられたプランジャコア並びに当該プランジャコアを少なくとも部分的に囲む、シャフトの回転運動に依存して軸方向に相互に相対的に動くコイルを装着して、第１の領域を超える回転角を一義的に検出することが公知である。
【０００４】
日本国公開特許第２００４２２６１２４号からは、リングマグネットと２つのホール要素から構成された、角度センサの回転角検出器が公知であり、この検出器では、製造期間中、温度変化及び一連の分散から生じる検出器の誤差が、ホール信号の測定された振幅及びオフセット電圧を用いて補償される。
【０００５】
更に、日本国公開特許第２００３１６１６３７号からは、装置の検出コイルの温度を補償することが公知であり、その際、検出コイルの温度抵抗が、検出コイルに直列接続された抵抗を用いて測定され、それにより得られた温度測定値がテーブル内に記憶された温度データと比較される。
【０００６】
発明の利点
従来技術とは異なり、プランジャコア、該プランジャコアを少なくとも部分的に囲むコイルを有しており、プランジャコア及びコイルは、回転可能要素の回転運動に依存して軸方向に相対的に相互に移動して、コイルのコイルインダクタンスを変える、回転可能要素の無接触回転角検出用の本発明の装置及び本発明の方法は、コイルインダクタンスの意図しない変化を示す温度変化を、回転角検出中補償することができるという利点を有している。このようにして、例えば、電気的な運転操作補助作動と結合して安全上臨界的な状況を引き起こすことがある誤った情報を、有効且つコスト上有利に回避することができる。そのために、変化した温度が、求められるコイルインダクタンスに及ぼす影響を少なくとも部分的に補償する補償手段が設けられている。
【０００７】
有利には、補償手段は、基準コイルインダクタンスを有しており、基準コイルインダクタンスは、少なくとも１つの、動かすことができないコアを備えた基準コイルから求めることができ、その際、少なくとも一つの基準コイルとコイル及び／又は動かすことができないコアとプランジャコアは、ほぼ同じ材料特性を有しており、その結果、各インダクタンス値の比は、温度の影響を著しく排除している。更に有利には、基準コイルはコイルの空間的に近くに設けられており、従って、両コイルは、比較可能に温度の影響を受ける。
【０００８】
択一的な実施例では、少なくとも、軸方向の移動の際にプランジャコアを主に常に囲むような、コイルの領域の基準コイルインダクタンスが検出される。こうすることによって、有利に、基準コイルインダクタンスを求めるために付加的な基準コイルを必要とせず、従って、コスト上も構造空間も節約することができるようになる。
【０００９】
有利には、更に、補償手段が、温度測定値の測定用の少なくとも一つの温度依存のセンサ素子と、少なくとも１つの基準手段を有しており、その際、温度がコイルインダクタンスに及ぼす影響を補償するために、少なくとも一つの基準手段の基準テーブル内に記憶された温度基準値を用いて、及び／又は、少なくとも１つの基準手段内に含まれているアルゴリズムを用いて温度測定値が求められる。温度依存のセンサ素子として、例えば、負の温度係数を有する抵抗（ＮＴＣ）を用いるとよい。
【００１０】
冒頭で既述した従来技術からは、回転可能要素に設けられたプランジャコア並びに当該プランジャコアを少なくとも部分的に囲むコイルに対して付加的に、回転角検出用の磁気抵抗センサ素子を用いることが知られている。この関連では、磁気抵抗センサ素子は、特に有利に、補償手段として使うことができ、その際、磁気抵抗センサ素子の絶対的な振幅及び／又はオフセット電圧を送出する複数のセンサ信号が、正規化の前、及び／又は、センサ信号の比を形成する前に測定される。
【００１１】
本発明の別の利点は、従属請求項に記載された各用件並びに図面及び以下の説明から分かる。
【００１２】
図面
以下、本発明について図１〜５の図示の実施例を用いて詳細に説明する。その際、図で、同じ参照番号で、同じ機能の同じ構成部品が示されている。その際：
図１は、従来技術による回転可能要素の無接触回転角検出用の装置の略図を示し、
図２は、本発明の装置の第１の実施例の略図を示し、
図３は、本発明の装置の第２及び第３の実施例の略図を示し、
図４は、本発明の装置の第４の実施例の略図を示し、
図５は、回転可能要素の回転角に依存して正規化する前に磁気抵抗センサ素子から送出されたセンサ信号の図を示す。
【００１３】
実施例の説明
図１は、回転可能要素１２の回転角Θの検出用の２つの信号ＳＭ，１及びＳＭ，２を送出する磁気抵抗センサ素子１４で回転可能要素１２の無接触回転角検出用の従来技術の装置１０の略図である。この場合、非晶質の磁気抵抗（ＡＭＲ）センサ１５として構成された磁気抵抗センサ素子１４の制御のために、北極Ｎと南極Ｓを有する永久磁石１６が使われる。単に２つの交番磁極（極対）を有する永久磁石１６の代わりに、明らかに多数の極対を有する永久磁石を使用することも当然可能である。同様に、ＡＭＲセンサ１５の代わりに、他の磁気抵抗センサ素子を使用してもよい。しかし、以下では、簡単にするために、ＡＭＲセンサ１６に基づいて説明する。
【００１４】
回転可能要素１２は、電気制御補助作動部１８として構成されており、電気制御補助作動部１８では、作動ユニット２２、例えば、ここでは更に詳細に説明しない減速用のギア及び駆動軸２４を介して、電気モータ２６と接続されたシャフト２０である。
【００１５】
シャフト２０は、回転可能要素１２の構成部品である。ＡＭＲセンサ１５及び当該ＡＭＲセンサ１５に配属された永久磁石１６を用いて、回転角Θが、０°〜１８０°の第１の領域内で正確且つ一義的に検出される。その際、ＡＭＲセンサ１５は、回転角Θに依存して正弦波及び余弦波の経過特性のセンサ信号ＳＭ，１及びＳＭ，２を送出し、評価回路２７に供給する。信号ＳＭ，１及びＳＭ，２は、１８０°の周期を有しており、その結果、１８０°より大きい回転角Θは、唯一のＡＭＲセンサを用いてはもはや一義的に検出することはできない。従って、この第１の領域Ｄ、つまり、１８０°より大きな領域で回転角Θを一義的に測定するためには、別の装置が必要である。そのために、シャフト２０上に、ネジ２８が設けられ、このネジ２８を用いて、シャフト２０の回転運動に依存して、図示していないネジ又は同様に図示していない棘状部（Ｄｏｒｎ）を有することができるプランジャコア３０が、シャフト２０の軸方向Ｒにコイル３１に対して相対的に移動される。プランジャコア３０は、例えば、強磁性材料、例えば、鉄、ネオジム、ＡｌＮｉＣｏ（アルミニウム−ニッケル−コバルト−合金）等から形成するとよい。
【００１６】
シャフト２０が所定値だけ回転すると、プランジャコア３０は、ネジ２８により軸方向Ｒにコイル３１の内部に移動し、コイル３１のコイルインダクタンスＬを変える。
この変化は、コイル信号ＳＣを用いて容量Ｃのコンデンサ３２に伝送され、容量Ｃは、コイルインダクタンスＬと一緒に共振周波数ｆＲ，１の振動回路３４を形成し、その際、変化したコイルインダクタンスＬにより、共振周波数自体も変化する。容量Ｃの唯一のコンデンサ３２の代わりに、当然、コイルインダクタンスＬと接続されて、合成された第１の直列及び／又は並列振動回路の特性共振周波数ｆＲ，１を生じる１つ又は複数の別の構成要素を設けてもよい。しかし、以下では、ＬＣ振動回路３４に基づいて説明する。
【００１７】
例えば、自動車内に組み込まれた内燃機関の放射熱、太陽の照射等の結果変化した温度Ｔの影響によって、コイル３１のコイルインダクタンスＬが変化することがある。従って、本発明によると、変化した温度Ｔが、コイルインダクタンスＬに及ぼす影響を補償する補償手段３６が設けられている。
図２の第１の実施例では、補償手段３６は、動かすことができないコア４０を有する基準コイル３８から得られる基準コイルインダクタンスＬＲｅｆを有している。基準コイル３８及び／又は動かすことができないコア４０は、その際、コイル３１乃至プランジャコイル３０と同様に、ほぼ同じ、理想的には同一の材料特性を有している。更に、基準コイル３８及びコイル３１は、相互に空間的に近傍に設けられており、その結果、温度Ｔの影響は均一に両コイルに作用する。図１の説明に相応して、基準コイル３８は、基準コイル信号ＳＲを別のコンデンサ４２に送出し、この別のコンデンサ４２は、第１の振動回路３４のコンデンサ３２とできる限り同じ容量Ｃを有する必要がある。基準コイルインダクタンスＬＲｅｆ及び容量Ｃは、共振周波数ｆＲ，２の基準振動回路４４を形成する。第１の振動回路３４の共振周波数ｆＲ，１と、基準振動回路４４の基準共振周波数ｆＲ，１とは、温度Ｔがコイル３１のコイルインダクタンスＬに及ぼす影響を補償することができる。両コンデンサ３２及び４２が異なった容量値を有する場合、結果が誤るのを回避するために、共振周波数の比を形成する際に、このことを考慮する必要がある。
【００１８】
図３には、本発明の装置１０の２つの別の実施例が示されている。
しかし、付加的な基準コイルの代わりに、補償手段３６は、基準コイルインダクタンスＬＲｅｆの検出のために、方向Ｒでの軸方向の移動時にプランジャコア３０を主として常に囲むような、コイル３１の領域Ｂを有している。
【００１９】
図３ａでは、コイル３１並びにシャフト２０に設けられたネジ２８が、プランジャコア３０がシャフト２０の回転運動時にコイル３１の領域Ｂから離れられないように構成されている。コイル３１の領域Ｂ内では、従って、単に温度Ｔの影響によって変えられるのであって、コイル３１とプランジャコア３０との間の相対的な移動によっては変えられないような、同じ状況が形成されている。従って、コイル３１を領域Ｂの両端で検出しさえすればよく、その際、領域Ｂの一端は、コイル３１の端によって決められ、従って、基準コイルインダクタンスＬＲｅｆを求めるためには、単に１つの付加的なタップがあればよい。その結果得られた基準コイル信号ＳＲは、コイル３１のコイル信号ＳＣに相応して、容量Ｃのコンデンサ３２に、図２の説明による基準共振周波数ｆＲ，２の測定のために伝送される。共振周波数ｆＲ，２と同様に求められたコイル３１の共振周波数ｆＲ，１との比から、その際、温度Ｔの、コイル３１のコイルインダクタンスＬへの影響を補償することができる。
【００２０】
図３ｂの実施例は、図３ａの実施例とは、単に、プランジャコア３０とネジ２８の変化した構成の点でのみ異なっており、その結果、コイル３１、プランジャコア３０が軸方向に移動する際に主として常に囲まれている領域Ｂは、コイル３１の真ん中に位置している。このようにして、コイル３１の２つの付加的なタップしか必要とせず、これらのタップを介して、基準コイルインダクタンスＬＲｅｆの基準コイル信号ＳＲがコンデンサ３２に伝送されるが、しかし、この装置構成により、図３ａに対して、回転可能要素１２のシャフト２０の僅かな構造長が可能となる。
【００２１】
共通のコンデンサ３２の代わりに、図３では、当然、図２で既述のように、複数のコンデンサを使用してもよく、その際、有利には、但し、どうしても不可欠というわけではないが、各コンデンサは、同じ容量Ｃを有している。更に、択一的に、コイルインダクタンスは、迅速な応答のために、時間乃至振幅の選定から求めるようにされる。
【００２２】
温度Ｔの、コイル３１のコイルインダクタンスＬへの影響を補償するたの別の実施例は、図４に示されており、その際、補償手段３６は、温度感応性のセンサ素子、例えば、負の温度係数の抵抗（ＮＴＣ）４８を有している。しかし、ＮＴＣ４８の代わりに、温度感応性のセンサ素子、例えば、ＰＴＣ等のセンサ素子を使用してもよい。温度の影響を補償するために、温度Ｔが、ＮＴＣ４８によって測定され、温度測定値ＴＭが、各温度基準値ＴＲｅｆに、第１の振動回路３４を用いて求められた第１の共振周波数ｆＲ，１に対して比を形成する所定の基準共振周波数ｆＲ，２が配属されるように基準手段５０の参照テーブル内に記憶された温度基準値ＴＲｅｆと比較される。
【００２３】
参照テーブルの代わりに、当然、温度の影響を基準手段５０に相応するアルゴリズムを用いて計算により補償することも可能である。このようにして、参照テーブル内に記憶された温度基準値ＴＲｅｆが、単に有限の量の蓄積された値に基づいているので、高い制度を達成することができる。基準手段５０として、例えば、マイクロプロセッサ、ＡＳＩＣ又は有利には、比較器とメモリを有する、その他の集積回路を使用してもよい。当然、例えば、計算ユニット、比較器及び／又はメモリ用に別個の構成群の個別の構成が用いられる場合、複数の基準手段５０を使用してもよい。
【００２４】
図５によると、補償手段３６は、図１に示された付加的なＡＭＲセンサ１５を有しているようにされている。これにより、図５に示されたダイアグラムで、回転角Θに依存して正規化の前に形成される正弦波及び余弦波のセンサ信号ＳＭ，１及びＳＭ，２が送出される。ＡＭＲセンサ１５は、コイル３１と同様に温度Ｔの影響下にある。従って、両センサ信号ＳＭ，１及びＳＭ，２も、温度に依存しており、それにより、両センサ信号の絶対的な振幅Ａ１及びＡ２及び／又は両センサ信号のオフセット電圧Ｏ１及びＯ２が変化することがあり、その際、それらの値の測定は、センサ信号ＳＭ，１及びＳＭ，２の正規化及び／又は比形成の前に行う必要がある。両センサ信号ＳＭ，１及びＳＭ，２は、均等に温度の影響に応動するので、両絶対振幅Ａ１及びＡ２及び／又はオフセット電圧Ｏ１又はＯ２を温度の影響を補償するために利用すれば十分である。当然、両センサ信号の各測定値を利用してもよい。補償は、ここでも、参照テーブル内に記憶された、振幅及び／又はオフセット電圧及びそれらから導出可能な基準共振周波数ｆＲ，２用の基準値を用いて、又は、計算によりアルゴリズムを介して行われる。
【００２５】
最後に、図示の実施例は、図２〜５に制限されないことを指摘しておく。
つまり、例えば、複数の補償手段３６を組み合わせ、又は、複数の基準コイル又はコイルタップを補償手段として使用してもよい。更に、基準コイル４０をスペース上の必要性に相応して、単に並列ではなく、コイル３１に対する任意の角度に配設してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】従来技術による回転可能要素の無接触回転角検出用の装置の略図
【図２】本発明の装置の第１の実施例の略図
【図３】本発明の装置の第２及び第３の実施例の略図
【図４】本発明の装置の第４の実施例の略図
【図５】回転可能要素の回転角に依存して正規化する前に磁気抵抗センサ素子から送出されたセンサ信号の図
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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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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2008534937.tif 000010
2008534937.tif 000011
2008534937.tif 000012
2008534937.tif 000013
2008534937.tif 000014