(57)【要約】  駆動接続部を介して電気モータによって動かされる、内燃機関の操作部材の位置を測定するためのセンサであって、前記操作部材のハウジング内に少なくとも１つの位置センサが配置されており、当該位置センサは前記駆動接続部での位置を検出し、少なくとも１つの位置センサが回路と接続されており、当該回路は動作電圧源を含み、前記少なくとも１つの位置センサから信号を受信する。前記回路と前記少なくとも１つの位置センサの間の接続を、電圧および信号を伝送する線路を介して行う。前記回路内に少なくとも１つの電流測定装置を動作電圧源に対して直列に接続する。前記少なくとも１つの位置センサの信号を介して、前記操作部材の位置に依存して、電流変化を前記線路を介して伝送する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動接続部を介して電気モータによって動かされる、内燃機関の操作部材の位置を測定するためのセンサであって、
前記操作部材のハウジング内に少なくとも１つの位置センサが配置されており、
当該位置センサは前記駆動接続部での位置を検出する形式の方法において、
少なくとも１つの位置センサ（１、２）が回路（１１）と接続されており、
当該回路は動作電圧源（１２）を含み、前記少なくとも１つの位置センサ（１、２）から信号を受信し、
前記回路（１１）と前記少なくとも１つの位置センサ（１、２）の間の接続を、電圧および信号を伝送する線路（１８、１９）を介して行い、
前記回路（１１）内に少なくとも１つの電流測定装置（１３、１５；１４、１６）を動作電圧源（１２）に対して直列に接続し、
前記少なくとも１つの位置センサ（１，２）の信号を介して、前記操作部材の位置に依存して、電流変化を前記線路（１８、１９）を介して伝送する、
ことを特徴とするセンサ。
【請求項２】
前記電流変化はバイナリーであり、１つの電流レベルと１つの別の電流レベルを有しており、
前記１つの電流レベルは、少なくとも１つの位置センサ（１、２）内の電圧安定化回路（３１）および、前記動作電圧源（１２）を流れる電流に相当し、前記１つの別の電流レベルは、信号の関数として接続可能な、位置センサ（１、２）内の負荷（３４）によって高められた電流に相当する、請求項１記載のセンサ。
【請求項３】
位置センサ（１、２）が複数個設けられている場合、前記操作部材の位置に対する信号の依存性は、位置センサ（１）から位置センサ（２）へシフトされる、請求項１または２記載のセンサ。
【請求項４】
前記２つの位置センサ（１、２）は、それぞれ２つの線路（１８、２５；１９、２６）を介して前記回路（１１）と接続されており、各位置センサ（１、２）には１つの電流測定装置（１３、１５；１４、１６）が設けられている、請求項１から３までのいずれか１項記載のセンサ。
【請求項５】
前記２つの位置センサ（１、２）は、それぞれ１つの線路（１８、１９）と、１つの共通の線路（２０）を介して前記回路（１１）と接続されており、各位置センサ（１、２）には１つの電流測定装置（１３、１５；１４、１６）が設けられている、請求項１から３までのいずれか１項記載のセンサ。
【請求項６】
前記位置センサ（１、２）には、位置検出のための共通の可動エレメント（３）が割り当てられている、請求項４または５記載のセンサ。
【請求項７】
前記電流測定装置は、電流測定抵抗（１３，１４）と閾値回路（１５、１６）によって構成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のセンサ。
【請求項８】
前記位置センサ（１、２）はそれぞれ、２つの接続端子ピンを有する統合された回路として構成されており、
当該２つの接続ピンは押し抜き成形リードフレームと溶着されており、当該押し抜き成形リードフレームはプラスチックから成る、ハウジングのカバー（３５）内に組み込まれている、請求項１から７までのいずれか１項記載のセンサ。
【請求項９】
前記線路（１８、１９）に対して設けられた、前記少なくとも１つの位置センサ（１、２）の接続端子は相互にコンデンサ（２３、２４）と接続されている、請求項１から８までのいずれか１項記載のセンサ。
【請求項１０】
前記コンデンサ（２３、２４）は、前記位置センサ（１、２）とともに、プラスチックによって射出成形被覆されている、請求項９記載のセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動接続部を介して電気モータによって駆動される、内燃機関の操作部材の位置を測定するためのセンサに関する。この操作部材のハウジング内には少なくとも１つの位置センサが配置されている。この位置センサは駆動接続部での位置を検出する。
【０００２】
この種のセンサには、非常に高い信頼性が要求される。なぜなら、機能エラーまたは故障は、場合によっては危険をも生じさせるからである。これはセンサ自体にも、回路へのその電気的な接続部にも関する。ここでこの回路は、センサに動作電圧を供給するとともに、センサの出力信号を受信し、評価する。
【０００３】
このような場合には、このために使用されるケーブル接続部およびコンタクト箇所がエラーの原因となり得る。これ自体は、安全関連システムにおいて、センサおよび接続エレメントを冗長性の理由から二重に構成する場合に、重大なエラーを生じさせてしまう恐れがある。さらに、電子機器が自動車内にますます導入されていることによって、ケーブル接続部の数は常に増大している。ここでコストおよび重量の理由から、多くの線路を敷設するのは望ましくない。
【０００４】
本発明の課題は、高い信頼性と低いコストを有することができるように、冒頭に記載した様式のセンサを改良することである。
【０００５】
上述の課題は本発明では次のことによって解決される。すなわち、少なくとも１つの位置センサを回路と接続し、さらにこの回路と少なくとも１つの位置センサの間を電圧および信号を伝える線路によって接続し、この回路内で少なくとも１つの電流測定装置を動作電圧源に対して直列接続し、少なくとも１つの位置センサの信号を介して、操作部材の位置に依存して、電流変化を前記線路を介して伝達することによって解決される。ここで前記回路は動作電圧源を含み、少なくとも１つの位置センサから信号を受信する。
【０００６】
本発明のセンサは有利には外部影響から保護される。本発明のセンサ自体および、プラグ接続装置までの線路接続部は頑強であるにもかかわらず、廉価に製造される。さらに、本発明の線路の数は、公知のセンサと比べて低減されている。
【０００７】
本発明では有利には、この電流変化はバイナリーであり、１つの電流レベルとこれとは別の電流レベルを有している。ここでこの１つの電流レベルは、少なくとも１つの位置センサ内の電圧安定化回路と、動作電圧源を流れる電流に相当し、別の電流レベルは、信号の関数として接続可能な、位置センサ内の負荷によって高められた電流に相当する。
【０００８】
線路を省くことができるということの他に、本発明のこの発展形態は次のような利点を有している。すなわち、コンタクトでの伝達安全性が高められるという利点を有している。これはこのコンタクトによって、電流がクリチカルな最小値を下回らないことによって高められる。これによって、多くの場合にコンタクトに金メッキを施さなくて済むようになる。さらに、同様の信号伝送で公知であるように、本発明では線路およびコンタクトでの移行抵抗によって信号は変化しない。
【０００９】
バイナリー出力信号はそれぞれ有利な様式で符号化される。これは例えばパルス幅変調、周波数変調、マンチェスター符号化または他のシリアル伝送方法である。この出力信号は位置センサの出力量だけを含むのではなく、診断および／または温度等の他のデータも含むことができる。位置センサ自体はホールセンサであってよく、または磁気抵抗式または誘導式に作動してもよい。
【００１０】
アナログ信号を伴うインタフェースとは異なり、この発展形態に従って設けられるインタフェースは、ノイズ信号に対して高い安全性を有しているという利点を有している。さらに、アナログ／デジタル変更の領域を省くことができる。さらに、リバースポラリティプロテクトおよび過電圧保護をより容易に実現することができる。なぜなら、比率測定（ratiometrisches)アナログ信号が使用されないからである。
【００１１】
この発展形態を次のように構成することもできる。すなわち、位置センサが複数ある場合に、操作部材位置への信号の依存性が、位置センサから位置センサへシフトされるように構成することもできる。このような手法は、２つの位置センサの線路が短絡され、しかもこの短絡が気付かれない場合の安全性のために用いられる。
【００１２】
本発明の有利な構成では、２つの位置センサをそれぞれ２つの線路を介して回路と接続し、各位置センサにそれぞれ１つの電流測定装置を設ける。しかしながらこれとは異なり、冗長性を低減させるとき、また材料コストを抑えるときにも本発明の装置を次のように構成することができる。すなわち２つの位置センサをそれぞれ１つの線路と１つの共通の線路を介して回路と接続し、各位置センサに１つの電流測定装置が設けられるように構成することができる。
【００１３】
このような発展形態では実質的に２つのセンサが使用される。ここで線路が４つの場合には、従来技術では線路が６つであるのと比べて、非常に高いシステムの利用性が得られる。なぜなら、各技術的なエラー時に、このシステムは１つのチャネル（センサ+線路）上で、続けて動作することができるからである。
【００１４】
さらに本発明の装置では有利には、位置センサに、位置検出のための１つの共通の可動エレメントが割り当てられる。
【００１５】
本発明に相応する装置の別の有利な構成では、電流測定装置は、電流測定抵抗と閾値回路によって構成される。
【００１６】
位置センサがそれぞれ、２つの接続端子ピンを有する統合された回路として構成されると、特に信頼性があり、機械的に安定している構成が得られる。ここでこれらの接続ピンはリードフレーム（Metallgitter）と溶着される。ここでこのリードフレームはプラスチックから成るハウジングカバーに組み込まれている。２つの接続端子ピンは、３つまたはそれより多い接続端子ピンよりも、より確実に自動的なプロセスで溶接される。
【００１７】
電磁的な協調性は、本発明の装置では次のことによって高められる。すなわち、線路に対して設けられた、少なくとも１つの位置センサの接続端子が相互に、有利には位置センサ近傍で、コンデンサと接続されることによって高められる。ここで有利には、これらのコンデンサは位置センサとともにプラスチックによって射出成形して覆われる。
【００１８】
2線路式接続の別の利点は、アナログセンサの場合に、供給電圧の供給のために設けられる付加的なコンデンサを省くことができるという点である。
【００１９】
本発明の実施例を複数の図面に基づいて図示し、以降の明細書においてより詳細に説明する。
【００２０】
図１は、第１の実施例のブロック回路図であり、
図２は第２の実施例であり、
図３および図４は、線路内を流れる電流の時間ダイヤグラムであり、
図５は、位置センサのより詳細な回路図であり、
図６は、電気モータによって動かされる操作部材のカバーであり、
図７は、このカバー内に組み込まれた、押し抜き成形リードフレーム(Stanzgitter）である。
【００２１】
本発明では２つの位置センサ１、２が使用されて、可動対象物３の位置が測定される。この対象物は例えば磁石である。２つの位置センサは、安全関連装置の位置測定時の確実性を高めるために使用される。ここでこの安全関連装置は例えば自動車エンジンのスロットルバルブである。これらの位置センサは構成ユニットとして、プラスチック被覆部４によって取り囲まれているように射出成形されている。位置センサはそれぞれ１つの接続端子５、６および共通の接続端子７を使用することができる。回路１１の相応する接続端子８、９、１０と接続するために、線路１８、１９、２０が用いられる。この回路は以降で評価回路とも称される。評価回路は動作電圧源１２を含む。この動作電圧源はそれぞれ、電流測定抵抗１３、１４を介して接続端子８、９と、ひいては線路１８、１９と接続されている。測定抵抗１３、１４の電圧降下は、閾値特性およびヒステリシスを有する増幅器１５、１６に供給される。これらの増幅器の出力側２１、２２には、さらに使用される信号が供給される。
【００２２】
位置センサ１、２の接続端子には、それぞれ１つのコンデンサ２３、２４がブリッジ接続されており、高周波放射がフィルタリングされる。位置センサ１、２によって形成された出力信号に損害が生じないように、コンデンサ２３、２４は設計される。
【００２３】
図２に示された装置は、図１に示された装置と次の点において相違する。すなわち、共通の線路２０（図１）の代わりに、それぞれ１つの線路２５、２６が各位置センサに使用されている点において相違する。この線路は接続端子１、１０ないし７’、１０’を介して、位置センサ１、２ないし回路１１と接続される。このような構成によってコストは高くなるが、任意の線路に障害がある場合に、それぞれ別の位置センサが続けて完全に機能することができる。
【００２４】
図３および４は、電流I１およびI２の経過特性を示している。これらはそれぞれ一定部分IBとパルス状部分ISから成る。一定部分は位置センサの作動に必要であり、パルス状部分は出力信号の振幅に相当する。
【００２５】
図５では、位置センサ１がより詳細に示されている。電流ＩＢは接続端子５から、電圧安定化回路３１に達する。ここでこの電圧安定化回路は元来のセンサ３２および信号処理回路３３に給電する。これは、電流降下部３４を駆動制御するのに適した信号を生成する。これはパルス化して、電流ＩＳを動作電流ＩＢに接続する。
【００２６】
図６は、図示されていないスロットルバルブハウジングのカバー３５を示している。フランジ３６によってカバー３５はハウジングとねじ込み固定される。カバー３５には、多重プラグ接続装置３７が一体成形されている。さらに２つのプラグ接続部３８、３９がカバー３５に設けられている。これらはハウジングの閉鎖状態で、サーボモータとプラグ接続装置３７の間の接続を、妨害制止手段４０、４１を介して形成する。これらの妨害制止手段は、プラスチックから成るカバー３５内に組み込まれている。押し抜き成形リードフレームとして構成された、プラグ接続装置３７および妨害制止手段４０、４１の間の線路も同じように組み込まれている。
【００２７】
図示されていない、スロットルバルブの駆動接続部と並んで、カバー３５内にはセンサヘッド４２が配置されている。このセンサヘッドは２つの位置センサを含み、同じように、押し抜き成形リードフレーム４３（図７）によって構成された、線路１８、１９、２５、２６と、プラグ接続装置３７によって接続されている。この押し抜き成形リードフレーム４３は同時に、プラグ接続装置３７のコンタクトピン４４を構成する。コンデンサ２３、２４は図６において、プラスチックによって射出成形被覆されずに示されている。しかし相応する前提条件のもとでは、これが射出成形被覆されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】第１の実施例のブロック回路図
【図２】第２の実施例
【図３】線路内を流れる電流の時間ダイヤグラム
【図４】線路内を流れる電流の時間ダイヤグラム
【図５】位置センサのより詳細な回路図
【図６】電気モータによって動かされる操作部材のカバー
【図７】このカバー内に組み込まれた、押し抜き成形リードフレーム(Stanzgitter）
【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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【手続補正書】
【提出日】平成19年1月18日(2007.1.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動接続部を介して電気モータによって動かされる、内燃機関の操作部材の位置を測定するためのセンサ装置であって、
・当該センサ装置は少なくとも１つの位置センサと、当該少なくとも１つの位置センサと接続されている回路を有しており、
・前記少なくとも１つの位置センサは前記操作部材のハウジング内に配置され、前記駆動接続部での位置を検出し、
・前記回路（１１）は動作電圧源（１２）を含み、前記少なくとも１つの位置センサ（１、２）から信号を受信し、
・前記回路（１１）と前記少なくとも１つの位置センサ（１、２）の間の接続を、前記少なくとも１つの位置センサに対する動作電圧および信号を伝送する線路（１８、１９）を介して行い、
・前記回路（１１）内に少なくとも１つの電流測定装置（１３、１５；１４、１６）を動作電圧源（１２）に対して直列接続し、
・前記少なくとも１つの位置センサ（１，２）の信号を介して、前記操作部材の位置に依存して、電流変化を前記線路（１８、１９）を介して伝送する、
ことを特徴とするセンサ装置。
【請求項２】
前記電流変化はバイナリーであり、１つの電流レベルと１つの別の電流レベルを有しており、
前記１つの電流レベルは、少なくとも１つの位置センサ（１、２）内の電圧安定化回路（３１）および、前記動作電圧源（１２）を流れる電流に相当し、前記１つの別の電流レベルは、信号の関数として接続可能な、位置センサ（１、２）内の負荷（３４）によって高められた電流に相当する、請求項１記載のセンサ装置。
【請求項３】
位置センサ（１、２）が複数個設けられている場合、前記操作部材の位置に対する信号の依存性は、位置センサ（１）から位置センサ（２）へシフトされる、請求項１または２記載のセンサ装置。
【請求項４】
前記２つの位置センサ（１、２）は、それぞれ２つの線路（１８、２５；１９、２６）を介して前記回路（１１）と接続されており、各位置センサ（１、２）には１つの電流測定装置（１３、１５；１４、１６）が設けられている、請求項１から３までのいずれか１項記載のセンサ装置。
【請求項５】
前記２つの位置センサ（１、２）は、それぞれ１つの線路（１８、１９）と、１つの共通の線路（２０）を介して前記回路（１１）と接続されており、各位置センサ（１、２）には１つの電流測定装置（１３、１５；１４、１６）が設けられている、請求項１から３までのいずれか１項記載のセンサ装置。
【請求項６】
前記位置センサ（１、２）には、位置検出のための共通の可動エレメント（３）が割り当てられている、請求項４または５記載のセンサ装置。
【請求項７】
前記電流測定装置は、電流測定抵抗（１３，１４）と閾値回路（１５、１６）によって構成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のセンサ装置。
【請求項８】
前記位置センサ（１、２）はそれぞれ、２つの接続端子ピンを有する統合された回路として構成されており、
当該２つの接続ピンは押し抜き成形リードフレームと溶着されており、当該押し抜き成形リードフレームはプラスチックから成る、ハウジングのカバー（３５）内に組み込まれている、請求項１から７までのいずれか１項記載のセンサ装置。
【請求項９】
前記線路（１８、１９）に対して設けられた、前記少なくとも１つの位置センサ（１、２）の接続端子は相互にコンデンサ（２３、２４）と接続されている、請求項１から８までのいずれか１項記載のセンサ装置。
【請求項１０】
前記コンデンサ（２３、２４）は、前記位置センサ（１、２）とともに、プラスチックによって射出成形被覆されている、請求項９記載のセンサ装置。
【国際調査報告】
2008506890.tif 000010
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