(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両における回転部材（３，５）の回転角度を検出するセンサ装置（１）であって、
前記回転部材（３，５）は、複数回の回転を実施し、かつ、測定値発信器（７）と結合されており、
前記測定値発信器（７）は、測定値検出器（１６，１６Ａ）と接続され、前記回転部材（３，５）の回転角度を表す信号を発生し、
前記測定値発信器（７）は、前記回転部材（３，５）と共に運動変換器として構成され、前記回転部材（３，５）の回転（Ｒ１，Ｒ２）を、当該回転部材（３，５）に関連した前記測定値発信器（７）の並進運動（Ｒ）に変換する、センサ装置（１）において、
前記回転部材（３，５）に配設された第１の誘導要素（９）と、固定的に配設された第２の誘導要素（１２，１２Ａ，１４，１４Ａ）とが、前記測定値発信器（７）の並進運動を引き起こし、
前記測定値検出器（１６，１６Ａ）は、前記測定値発信器（７）の対応する位置変化を検出するように構成されており、
前記測定値検出器（１６，１６Ａ）は、少なくとも２つの検出コイル（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４）を含んでおり、
前記固定的に配設された第２の誘導要素（１２，１２Ａ，１４，１４Ａ）は、多層プリント基板（１０，１０Ａ）の縁部層（Ｓ１）に形成され、前記少なくとも２つの検出コイル（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４）は、前記縁部層（Ｓ１）の下方又は上方に配設されたプリント基板層（Ｓ３）に形成されている、
ことを特徴とするセンサ装置（１）。
【請求項２】
前記測定値発信器（７）は、球体（７Ａ）又は摺動体（７Ｂ）として構成されている、請求項１に記載のセンサ装置（１）。
【請求項３】
前記第１の誘導要素（９）は、螺旋状の溝として形成され、前記第２の誘導要素（１２，１２Ａ，１４，１４Ａ）は、直線状の溝として形成されている、請求項１又は２に記載のセンサ装置（１）。
【請求項４】
前記第１の誘導要素（９）は、直線状の溝として形成され、前記第２の誘導要素（１２，１２Ａ，１４，１４Ａ）は、螺旋状の溝として形成されている、請求項１又は２に記載のセンサ装置（１）。
【請求項５】
前記測定値検出器（１６，１６Ａ）と前記測定値発信器（７）は、前記測定値発信器（７）の瞬時位置を求める渦電流センサを構成している、請求項１から４いずれか１項に記載のセンサ装置（１）。
【請求項６】
複数の測定値発信器（７）と、直線状の溝として形成された複数の誘導要素（１２，１２Ａ，１４，１４Ａ）とが含まれ、前記複数の測定値検出器（１６，１６Ａ）は、前記複数の測定値発信器（７）の対応する位置変化を検出する、請求項３から５いずれか１項に記載のセンサ装置（１）。
【請求項７】
前記回転部材（３）は、ディスク又は歯車として構成され、検出すべきシャフトに直接接続されている、請求項１から６いずれか１項に記載のセンサ装置（１）。
【請求項８】
前記回転部材（５）は、ディスク又は歯車として構成され、検出すべきシャフトに、ディスク又は歯車を介して間接的に接続されている、請求項１から６いずれか１項に記載のセンサ装置（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両における回転部材の回転角度を検出するセンサ装置であって、前記回転部材は、複数回の回転を実施し、かつ、測定値発信器と結合されており、前記測定値発信器は、測定値検出器に接続されて、前記回転部材の回転角度を表す信号を発生し、前記測定値発信器は、前記回転部材と共に運動変換器として構成され、前記回転部材の回転を、当該回転部材に関連した前記測定値発信器の並進運動に変換する、センサ装置に関している。
【背景技術】
【０００２】
複数回の回転は、特にノニウス法を用いて検出することが可能である。例えば操舵角センサでは、ステアリングシャフトの回転が、歯数の異なる２つの歯車に伝達される。これらの歯車のそれぞれの回転角度の検出により、ステアリングシャフトが複数回回転した際の回転角度は、角度乃至角度差を介して推定が可能である。換言すれば、両歯車は、ステアリングシャフトが複数回回転した時に初めて再び同じ絶対定位を有する。
【０００３】
独国特許出願公開第１０２００８０１１４４８号明細書（特許文献１）には、回転角度を検出する装置が記載されている。ここに記載されている装置は、発信器と検出器とを含み、この検出器は、回転部材の回転角度の変化に応じて発信器によって生成された物理量の変化をデジタル評価可能な信号として検出する。回転部材は、その周面に結合され、その回転によって自転する比較的小さな付随体を有し、有利には回転角度センサを伴い、前記付随体は軸方向に結合されたハイポサイクロイドギヤを介して同様に回転するハイポサイクロイドディスク乃至ハイポサイクロイド歯車を駆動し、その回転速度がハイポサイクロイドギヤによって次のように減速されている。即ち、そこから前記回転部材の回転数とステアリングシャフトの複数回の回転を介した絶対操舵角とが、回転角センサシステムによって検出されるように減速されている。
【０００４】
独国特許出願公開第２０１２２０２６３２号（特許文献２）からは、冒頭に述べたような形式の車両における回転部材の回転角度を検出するセンサ装置が開示されている。この回転部材は、測定値発信器と結合され、この測定値発信器は、少なくとも１つのセンサと接続されて前記回転部材の回転角度を表す信号を生成している。ここでの測定値発信器は、回転部材と共に運動変換器として構成され、前記回転部材の回転を、当該回転部材に関連して前記測定値発信器の軸方向の並進運動に変換する。この測定値発信器は、固定端部と測定端部とを有しバネ負荷された基体を備えており、ここでは前記測定端部が回転部材において誘導されている。少なくとも１つのセンサは、回転部材の回転角度を表している前記測定値発信器の測定端部の進んだ距離を求めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００８０１１４４８号
【特許文献２】独国特許出願公開第２０１２２０２６３２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、従来技術における欠点に鑑みて、これを解消すべく改良を行うことである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題は、本発明により、前記回転部材に配設されている第１の誘導要素と、位置固定されて配設されている第２の誘導要素とが、前記測定値発信器の並進運動を引き起こし、前記測定値検出器が、前記測定値発信器の対応する位置変化を検出するように構成されることによって、解決される。
【０００８】
請求項１の特徴部分に記載された本発明に係る、車両における回転部材の回転角度を検出するセンサ装置は、回転可能に支承された対象、例えばシャフト、歯車、ディスク等から、０乃至３６０°の範囲の回転角度に加えて、０乃至Ｎ×３６０°の範囲の複数回の回転も検出することができる利点を有している。このようなことは、例えば操舵角センサの場合に必要とされる。なぜなら、ステアリングホイールでは、一回りを超える回転が生じる可能性があるからである。
【０００９】
本発明の実施形態は、車両における回転部材の回転角度を検出するセンサ装置として用いられ、前記回転部材は、複数回の回転を実施し、かつ、測定値発信器と結合されており、前記測定値発信器は、測定値検出器に接続されており、前記回転部材の回転角度表す信号を発生している。ここでは前記測定値発信器は、前記回転部材と共に運動変換器として構成され、前記回転部材の回転を、当該回転部材に関連して前記測定値発信器の並進運動に変換する。本発明によれば、回転部材に配設された第１の誘導要素と、固定的に配設された第２の誘導要素とが、測定値発信器の並進運動を引き起こし、前記測定値検出器は、前記測定値発信器の対応する位置変化を検出する。
【００１０】
従属請求項に記載された手段とさらなる実施形態により、請求項１に記載された車両における回転部材の回転角度を検出するセンサ装置の好適な改善例が可能となる。
【００１１】
特に好適には、前記測定値発信器は、球体として又は摺動体として実施可能である。測定値発信器の誘導のために、第１の誘導要素は螺旋状の溝として形成され、第２の誘導要素は直線状の溝として形成される。また代替的に、第１の誘導要素は直線状の溝として形成され、第２の誘導要素は螺旋状の溝として形成されていてもよい。回転部材の回転運動により、測定値発信器は直線状の溝内で第１の位置から第２の位置へ移動する。直線状の溝内の測定値発信器の位置の検出によって、０よりも大きい角度から３６０°までの角度範囲で前記回転部材の回転角度が推定可能である。
【００１２】
本発明に係るセンサ装置の好適な実施形態によれば、前記測定値検出器は、少なくとも２つの検出コイルを含んでいてもよい。この測定値検出機器は、各検出コイルの検出領域に到達したときに、検出コイルのインダクタンスが変化するように構成されている。好適には前記測定値発信器は、金属製の構成部材として構成される。前記測定値検出器と測定値発信器とは、例えば、測定値発信器の瞬時位置を求めることが可能な渦電流センサを形成するものであってもよい。
【００１３】
本発明に係るセンサ装置の別の好適な実施形態によれば、複数の前記測定値発信器と、直線状の溝として形成された複数の前記案内要素とが含まれ、複数の前記測定値検出器が、前記測定値発信器の対応する位置変化を検出している。これらの多重信号は、有利には、平均値形成や冗長性の目的で利用することが可能である。
【００１４】
本発明に係るセンサ装置の別の好適な実施形態によれば、前記回転部材は、ディスク又は歯車として構成され、検出すべきシャフトに直接接続されていてもよい。また代替的に、前記回転部材は、ディスク又は歯車として構成され、検出すべきシャフトに、ディスク又は歯車を介して間接的に接続されていてもよい。
【００１５】
さらに本発明に係るセンサ装置の別の好適な実施形態によれば、前記固定的に配設された第２の誘導要素は、多層プリント基板の縁部層に形成され、前記少なくとも２つの検出コイルは、前記縁部層の下方又は上方に配設されたプリント基板層に形成されていてもよい。
【００１６】
以下の明細書では、本発明の実施形態を図面に基づき詳細に説明する。尚、これらの図面中、同じ機能又は類似した機能を備えた構成要素乃至素子には、同じ符号が付されている。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】２つの歯車を有する、車両における回転部材の回転角度を検出する、本発明に係るセンサ装置の実施例を示した概略図。
【図２】図１の車両における回転部材の回転角度を検出する、本発明に係るセンサ装置のための１つの歯車の詳細図。
【図３】図１の車両における回転部材の回転角度を検出する、本発明に係るセンサ装置のための測定値発信器と測定値受信器の第１実施例の詳細図。
【図４】図３の測定値発信器及び測定値受信器の概略断面図。
【図５】図１の車両における回転部材の回転角度を検出する、本発明に係るセンサ装置のための測定値発信器及び測定値受信器の第２実施例の概略断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１乃至図５から明らかなように、車両における複数回の回転を行う回転部材３，５の回転角度を検出する、本発明に係るセンサ装置１は、測定値発信器７を含んでおり、該測定値発信器は、前記回転部材３，５に結合されており、さらに測定値検出器１６，１６Ａと接続されて、前記回転部材３，５の回転角度を表す信号を発生している。この場合、前記測定値発信器７は、回転部材３，５と共に運動変換器として構成されており、この運動変換器は前記回転部材３，５の回転Ｒ１，Ｒ２を、当該回転部材３，５に関連して前記測定値発信器７の並進運動Ｒに変換する。本発明によれば、回転部材３，５に配置された第１の誘導要素９と、固定的に配置された第２の誘導要素１２，１２Ａ，１４，１４Ａとが前記測定値発信器７の並進運動を引き起こし、この場合、前記測定値検出器１６，１６Ａが、前記測定値発信器７の対応する位置変化を検出する。
【００１９】
図１から明らかなように、図示の実施例では、第１の回転部材３が、歯車として構成されており、この歯車は、第１の回転軸ＤＡ１回りで回転運動Ｒ１を行う検出すべきシャフトに直接接続されている。第２の回転部材５も同様に歯車として構成されているが、この歯車は、前記歯車として構成された第１の回転部材３を介して間接的に前記検出すべきシャフトに接続されている。即ち、このことは、歯車として構成された第１の回転部材３が、歯車として構成された第２の回転部材５を駆動することを意味している。そのため第２の回転部材５は、第２の回転軸ＤＡ２回りの回転運動Ｒ２を行っている。
【００２０】
図１及び図２から見て取れるように、第１の誘導要素９は螺旋状の溝として形成され、第２の誘導要素１２，１４は直線状の溝として形成されている。第１の誘導要素９の螺旋状の溝は、第１の回転部材３と第２の回転部材５のいずれかによって提供可能である。これは第１の回転部材３の複数回の回転を測定するのに有効である。より小さな歯車として構成された回転部材５への変速により、角度分解能への要求は比較的低くなってしまうが、より多くの数の回転を測定することがこの変速に応じて有効になる。直線状の溝として形成された第２の誘導要素１２，１４は、ここでは図１からも見て取れるように、歯車として構成された第１の回転部材３の外側領域の下方乃至上方に、及び／又は、歯車として構成された第２の回転部材５の下方乃至上方に設けられている。尚、ここでは図１中破線で示されているように、直線状の溝として形成されている複数の第２の誘導要素１２，１４を、複数の測定値発信器７と対応する測定値検出器１６，１６Ａと共に用いることも可能である。見易くする理由から、これらの測定値検出器１６，１６Ａは、図１及び図２中には示されていない。これらの測定値検出器１６，１６Ａは、以下の明細書で図３乃至図５を参照して説明する。多重信号は、平均値形成のために、又は、冗長性付与の目的のために用いられる。測定値発信器７は図示の実施例では、金属製の球体７Ａとして構成されている。各回転部材３，５の回転運動によって、球体７Ａは、直線状の溝として形成された第２の誘導要素１２、１４内で外側から内側へ移動する。この球体７Ａの位置の検出によって、回転部材の回転角度を、０よりも大きい角度から３６０°までの角度範囲で推定することが可能になる。
【００２１】
本発明に係るセンサ装置のここには図示されていない代替的な実施形態によれば、第１の誘導要素が直線状の溝として回転部材に形成され、第２の誘導要素は、固定の螺旋状の溝として形成される。
【００２２】
図３及び図４には、直線状の溝として形成された第２の誘導要素１２，１４内の球体７Ａの位置を検出する渦電流センサとしての測定値検出器１６の可能な実施形態が示されている。この目的のために、複数の検出コイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４が隣接して配置されている。金属製の球体７Ａは、これらの検出コイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４のインダクタンスに影響を及ぼす。インダクタンスを測定することにより、球体７Ａの位置を求めることが可能である。ここでは、最小インダクタンスを有するコイル、乃至、２つのコイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４の幾何学的中心に球体７Ａが位置付けされた場合に、最小インダクタンスを有する２つの関係するコイルＬｎ，Ｌｍを求めることによって球体７Ａの位置を離散的に検出することも可能である。また代替的に、球体７Ａの位置を連続的に検出することも可能である。その際には第１のステップにおいて、上記離散的ケースのように、球体７Ａによって影響を受ける２つのコイルＬｎ，Ｌｍが識別され、第２のステップでは、これらの２つのコイルＬｎ，Ｌｍの測定値から正確な位置が算出される。多くの実際的なケースではこのことは、以下の計算則、
（Ｌｎ−Ｌｍ）／（Ｌｎ＋Ｌｍ）
に従うことが可能である。但し、前記Ｌｎ及びＬｍは関係するコイルを表している。
【００２３】
図４から明らかなように、直線状の溝として形成される固定の第２の誘導要素１２，１４は、多層プリント基板１０の縁部層Ｓ１内に形成されており、この多層プリント基板１０は、図示の実施例では、４つの層Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４を含んでいる。図示の実施例では、球体７Ａの誘導のための直線状の溝として形成される第２の誘導要素１２，１４は、プリント基板１０の最上層Ｓ１内の切削加工によって実現されている。第２のプリント基板層Ｓ２は、複数の検出コイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４と球体７Ａとの間の電気的な絶縁を有利な形態で保証している。これらの検出コイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４は、第３のプリント基板層Ｓ３内に位置付けされている。好適には螺旋状コイルとして形成された検出コイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４の内部領域と詳細には示されていない電子評価回路との間の接続は、例えば、ビアと第４のプリント基板層Ｓ４内のフィードバックとによって実現される。それにより、これらの検出コイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４は、縁部層Ｓ１の上方又は下方に配置されたプリント基板層Ｓ３内で形成される。
【００２４】
図５には、測定値発信器が金属製の摺動体７Ｂとして構成された実施例が示されている。ここでのプリント基板１０Ａは、３つの層Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３だけで構成されている。図５からさらに明らかなように、摺動体７Ｂは、球状頭部７．１Ｂを有しており、この球状頭部７．１Ｂは、螺旋状の溝として形成された第１の誘導要素９内を誘導される。摺動体７Ｂは、図示の実施例では、直線状の溝として形成されている第２の誘導要素１２Ａ，１４Ａの約半分の長さに相応する長さを有している。図３及び図４のプリント基板１０と類似して、摺動体７Ｂを誘導する直線状の溝として形成される第２の誘導要素１２Ａ，１４Ａは、プリント基板１０Ａの最上部層Ｓ１において切削加工によって実現されている。摺動体７Ｂ下方の第３のプリント基板層Ｓ３内には、２つの検出コイルＬ１，Ｌ２が配設されており、これらのコイルは、摺動体７Ｂとほぼ同じ長さを有している。前述した実施例に類似して、金属製の摺動体７Ｂは、検出コイルＬ１，Ｌ２のインダクタンスに影響を与える。電気的な絶縁のために、最上部層Ｓ１と第３の層Ｓ３との間には絶縁層Ｓ２が設けられている。それにより摺動体７Ｂは、非常に大きな球体をエミュレートする。摺動体７Ｂの位置の検出は、上述した実施例のように行うことが可能である。そのために２つの検出コイルＬ１，Ｌ２のインダクタンスが検出され、以下の式、
（Ｌ１−Ｌ２）／（Ｌ１＋Ｌ２）
に従って算入される。
【００２５】
本発明による実施形態によれば、０からＮ×３６０°の範囲で車両における回転部材の回転角度を検出するセンサ装置が実現され、そのため有利にはステアリングシャフトの回転角度も検出することが可能になる。なぜなら、ステアイングホイールにおいては一回り以上の回転が生じ得るからである。
【符号の説明】
【００２６】
１    センサ装置
３    回転部材
５    回転部材
７    測定値発信器
７Ａ  球体
９    第１の誘導要素
１０  多層プリント基板
１２  第２の誘導要素
１４  第２の誘導要素
１６  測定値検出器
Ｓ１  縁部層
Ｓ２  第２のプリント基板層
Ｓ３  第３のプリント基板層
Ｓ４  第４のプリント基板層
Ｌ１  検出コイル
Ｌ２  検出コイル
Ｌ３  検出コイル
Ｌ４  検出コイル
Ｒ１  回転
Ｒ２  回転
【図１】
0006775301.tif 000002
【図２】
0006775301.tif 000003
【図３】
0006775301.tif 000004
【図４】
0006775301.tif 000005
【図５】
0006775301.tif 000006