(57)【要約】【課題】  取り付けに必要とされる空間が最小となるような、絶対的な測定を行う角度測定装置の提供を課題とする。【解決手段】  本発明の角度測定装置は、少なくとも２つのトラック（３、４）を有する支持体（２）を備えている角度測定装置（１）であって、少なくとも１つのトラック（３）が円環の軸方向面（５）として形成され、別の少なくとも１つのトラックが円筒の壁面（６）として形成され、トラック（３、４）のそれぞれが、少なくとも１つのセンサ（７）によって電磁的又は光学的に走査可能な、本質的に互いに調和するように構成されている周期的なパターン（８）を備え、トラックの１つ（３）にはN個のパターン（８）が、またトラックの別の１つ（４）にはN+1個のパターン（８）が設けられ、角度測定装置が、２つのトラック（３、４）のパターン（８）の一緒に移行する箇所をただ１つ有し、この箇所がクランクシャフト（17）の上死点と対応するように配列されていることを特徴とする。【選択図】  図１
2005249791.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のクランクシャフト（17）と、少なくとも２つのトラック（３、４）を有する支持体（２）を備えている角度測定装置（１）とからなる装置であって、
少なくとも１つの前記トラック（３）が円環の軸方向面（５）として形成され、別の少なくとも１つの前記トラックが円筒の壁面（６）として形成され、
前記トラック（３、４）のそれぞれが、少なくとも１つのセンサ（７）によって電磁的又は光学的に走査可能な、本質的に互いに調和するように構成されている周期的なパターン（８）を備え、
前記トラックの１つ（３）にはN個のパターン（８）が、また前記トラックの別の１つ（４）にはN+1個のパターン（８）が設けられ、
前記角度測定装置（１）が、前記２つのトラック（３、４）の前記パターン（８）の一緒に移行する箇所をただ１つ有し、当該箇所が前記クランクシャフト（17）の上死点と対応するように配列されている装置。
【請求項２】
内燃機関のクランクシャフト（17）と、円環の軸方向面として形成されている少なくとも２つのトラックを備えている角度測定装置とからなる装置であって、
前記トラックのそれぞれが、少なくとも１つのセンサによって電磁的又は光学的に走査可能な、本質的に互いに調和するように構成されている周期的なパターンを備え、
前記トラックの１つにはN個のパターンが、また前記トラックの別の１つにはN+1個のパターンが設けられており、
前記トラックの１つ（３）が円環形状の支持体（２）の軸方向で対向する面の一方の表面（９）に配置され、前記トラックの別の１つ（４）が当該対向する面のもう一方の表面（10）に配置され、
前記角度測定装置（１）が、前記２つのトラック（３、４）の前記パターン（８）の一緒に移行する箇所をただ１つ有し、当該箇所が前記クランクシャフト（17）の上死点と対応するように配列されている装置。
【請求項３】
前記支持体（２）が軸（20）の鍔部（11）によって形成されている請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記対向する面の２つの表面（９、10）が、半径方向外側において、軸方向に延伸する円筒の壁面（13）によって互いに結合され、当該円筒の壁面（13）に少なくとももう１つのトラック（14）が設けられている請求項２又は３に記載の装置。
【請求項５】
前記支持体（２）が金属板からなる部品（15）によって形成されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記金属板からなる部品（15）に切り欠き（16）形状のパターン（８）が設けられている請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記トラック（３、４、14）が磁化可能な材料により形成されている請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記トラック（３、４、14）がフェライトを含むプラスチックにより形成されている請求項１〜５のいずれか１項又は請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記センサ（６）の少なくとも１つが受動的な測定原理に基づくセンサから形成されている請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記センサ（７）の少なくとも１つが能動的な測定原理に基づくセンサから形成されている請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
カセットシーリングと、少なくとも２つのトラック（３、４）を有する支持体（２）を備えている角度測定装置（１）とからなる装置であって、
少なくとも１つの前記トラック（３）が円環の軸方向面（５）として形成され、別の少なくとも１つの前記トラックが円筒の壁面（６）として形成され、
前記トラック（３、４）のそれぞれが、少なくとも１つのセンサ（７）によって電磁的又は光学的に走査可能な、本質的に互いに調和するように構成されている周期的なパターン（８）を備え、
前記トラックの１つ（３）にはN個のパターン（８）が、また前記トラックの別の１つ（４）にはN+1個のパターン（８）が設けられている装置。
【請求項１２】
カセットシーリングと、円環の軸方向面として形成されている少なくとも２つのトラックを備えている角度測定装置とからなる装置であって、
前記トラックのそれぞれが、少なくとも１つのセンサによって電磁的又は光学的に走査可能な、本質的に互いに調和するように構成されている周期的なパターンを備え、
前記トラックの１つにはN個のパターンが、また前記トラックの別の１つにはN+1個のパターンが設けられており、
前記トラックの１つ（３）が円環形状の支持体（２）の軸方向で対向する面の一方の表面（９）に配置され、前記トラックの別の１つ（４）が当該対向する面のもう一方の表面（10）に配置されている装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は角度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関のクランクシャフトと、円環の軸方向に向く軸方向面として形成されている少なくとも２つのトラックを備えている角度測定装置とを含む装置のような、360度の完全な円環形状のトラックによって絶対的な測定を行う角度測定装置が公知である（例えば、特許文献１参照）。従来公知の、この角度測定装置では、回転可能な円盤形状の支持体の一方の表面に複数のトラックが円環形状に配置されている。これらのトラックは、磁気的に走査可能であって軸方向に作用する周期的なパターン、形態を備え、これらのトラックは、副尺を備えたやり方で、バーニヤの原理に従って、トラックのパターンの１周期において１つだけ磁化パターンの数が異なるように形成されている。周期的な走査信号を発生する磁気走査ヘッドが、支持体に隣接して取り付けられている。
【０００３】
２つの円筒形状のトラックを備えている絶対的な測定を行う角度測定装置が公知である（例えば、特許文献２参照）。これらのトラックは円筒の壁面上に又は壁面に沿って、平行に配置され、磁化パターンは半径方向に作用を及ぼす。
【０００４】
従来公知の、これらの角度測定装置には、その角度測定装置を設けるのに必要とされる空間が非常に大きいという欠点がある。円盤形状の支持体の一方の表面に複数のトラックを円環形状で配置する場合、良好な分解能を実現しながら、支持体の一方の表面に複数のトラックを円環形状に配置するために、円盤形状の支持体の直径を大きくする必要がある。円筒形状の支持体上に円筒の壁面の形状にしたがって複数のトラックを設ける場合、角度測定装置の軸方向の寸法が大きくなる。
【特許文献１】独国特許第100 38 296号
【特許文献２】米国特許第4,764,767号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、取り付けに必要とされる空間が最小となるような、絶対的な測定を行う角度測定装置の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題は、本発明によれば、請求項１及び２に記載の内容によって解決する。有利な実施形態を従属請求項に記載した。すなわち上記課題は、内燃機関のクランクシャフトと、少なくとも２つのトラックを有する支持体を備えている角度測定装置とからなる装置であって、少なくとも１つのトラックが円環の軸方向に向く軸方向面として形成され、別の少なくとも１つのトラックが円筒の軸と平行な周面、すなわち円筒の壁面として形成され、トラックのそれぞれが、少なくとも１つのセンサによって電磁的又は光学的に走査可能な、本質的に互いに調和するように構成されている周期的なパターンを備え、トラックの１つにはN個のパターンが、またトラックの別の１つにはN+1個のパターンが設けられ、角度測定装置が、２つのトラックのパターンの一緒に移行する箇所をただ１つ有し、この箇所がクランクシャフトの上死点と対応するように配列されている装置によって解決される。また上記課題は、内燃機関のクランクシャフトと、円環の軸方向に向く軸方向面として形成されている少なくとも２つのトラックを備えている角度測定装置とからなる装置であって、トラックのそれぞれが、少なくとも１つのセンサによって電磁的又は光学的に走査可能な、本質的に互いに調和するように構成されている周期的なパターンを備え、トラックの１つにはN個のパターンが、またトラックの別の１つにはN+1個のパターンが設けられており、トラックの１つが円環形状の支持体の軸方向で対向する面の一方の表面に配置され、トラックの別の１つが対向する面のもう一方の表面に配置され、角度測定装置が、２つのトラックのパターンの一緒に移行する箇所をただ１つ有し、この箇所がクランクシャフトの上死点と対応するように配列されている装置によって解決される。本願発明においては、副尺を備えたやり方で、バーニヤの原理に従って、絶対的な角度測定を行うことができるように、２つのトラックにはそれぞれ、本質的に互いに調和するように周期的なパターンが設けられ、２つのトラックのパターンが一緒に移行する箇所又は同様の作用を及ぼす箇所、すなわち２つのトラックの位相差が０（零）である箇所がただ１つのみ設けられるように構成されている。
【０００７】
解決法の１つによれば、少なくとも２つのトラックを備えている支持体を有する角度測定装置であって、この角度測定装置では、少なくとも１つのトラックが円環の軸方向面として形成され、また別の少なくとも１つのトラックが円筒の壁面として形成されている。少なくとも１つのトラックが円環の軸方向に向く軸方向面を形成するように設けられ、また別の少なくとも１つのトラックが円筒の軸に平行な周面又は壁面を形成するように設けられている。そしていずれのトラックも周期的なパターンを備え、これらのパターンは、少なくとも１つのセンサによって電磁的又は光学的に走査可能であり、本質的に互いに調和するように構成されている。また一方のトラックはN個の磁化パターンから、他方のトラックはN+1個の磁化パターンから構成されている。
【０００８】
トラックを円環の軸方向面と円筒の壁面とに分けて設けることにより、支持体及び角度測定装置の軸方向及び半径方向の寸法を小さくすることができ、コンパクトな構造が得られる。この場合、支持体の軸方向の最小寸法はトラック幅だけとなる。
【０００９】
さらなる解決法の１つによれば、少なくとも２つのトラックを備えている角度測定装置であって、この角度測定装置では、トラックの１つが円環形状の支持体の一方の軸方向面に配置され、他のトラックが他方の軸方向面に配置されている。一方のトラックが円環形状の支持体の軸方向で対向する平坦な面の一方の表面に設けられ、もう一方のトラックが軸方向で対向する平坦な面のもう一方の表面に設けられている。
【００１０】
円環形状の支持体の一方の軸方向面にトラックを１つ、他方の軸方向面にトラックを１つ、それぞれ配置することによって、支持体及び角度測定装置の軸方向及び半径方向の寸法をやはり小さくすることができる。軸方向に作用を及ぼすトラックだけを使用するので、支持体の軸方向の寸法はトラックの数に依存しない。角度測定装置の半径方向の寸法は、１つのトラックのみに関して選択された直径に依存するが、この場合、トラックの直径によって角度測定装置の分解能が決定される。
【００１１】
上記２つの解決法のどちらによっても角度測定装置の構造がコンパクトになり、そのためたとえばカセットシーリングといった、角度測定装置のためには限られた空間しか持たない他の部品、装置の中に組み込むことができるようになる。
【００１２】
１つの実施形態において、支持体を軸のカラー、鍔部として形成することができる。軸の鍔部は製造が簡単で、しかも運転中に位置が変化することはあり得ない。互いに回転しないように支持体と結合されているトラックから誤差のある測定信号が生じることが、この構成によって防止される。
【００１３】
支持体の軸方向で対向する２つの面を、その半径方向外側の外周面において、軸方向に延伸する円筒の壁面により相互に結合することができ、その壁面の表面上に少なくとももう１つのトラックを設けることができる。これにより少なくとも３つのトラックを、非常にわずかな空間しか必要とすることなく支持体上に取り付けることができる。トラックを追加することにより、たとえば測定されるべき機械エレメントの軸位置に対するより精細な分解能がもたらされる。
【００１４】
支持体を金属板からなる部品により形成することができる。金属板からなる部品は安価で、大量の個数を低コストで製造可能である。金属板からなる支持体の重量はわずかである。
【００１５】
金属板からなる部品に、切り欠き形状のパターンを設けることができる。切り欠きにより形成された走査可能なパターンを持つトラックは単純で、安価に製造できる。必要とされる空間はわずかである。切り欠きで形成された受動的に作用するパターンは、安価に製造可能である。
【００１６】
走査可能なパターンを磁化可能な材料により形成することができる。磁化可能な材料によって、能動的に作用するトラックを製造することができる。このようなトラックは分解能が高く、受動的に作用するパターンと比較して、センサとの間隔を大きくすることができる。磁化可能な材料からなるトラックは、突起する要素を持たず、したがってトラックの表面は汚れによる影響を受けない。
【００１７】
フェライトを含むプラスチックからトラックを形成することができる。フェライトを含むプラスチックは、水、オイル、グリスに対して耐性がある。さらにフェライトを含むプラスチックからなるトラックには弾性があり、したがって支持体が熱膨張することによる影響を受けない。
【００１８】
本発明の角度測定装置において、２つのトラックのパターンが一緒に移行する箇所はただ１つあるが、この箇所を、自動車用エンジンの上死点（TDC）、自動車用エンジンクランクシャフトの上死点（TDC）に割り当てることが好ましい。このように上死点と対応するように配列することによって、いかなる回転角度においても２つのトラックの位相差によってTDCの位置を検出することができる。２つのトラックの位相差が０（零）である位置がTDCに相当する。特別なTDCマーカーを省略することができ、トラックの位相差によってTDCの位置をいつでも求めることができる。
【００１９】
一実施形態として、センサの少なくとも１つを、受動的な測定原理に基づくセンサとすることができる。受動的なセンサは、たとえば誘導による測定原理に基づくものが安価である。
【００２０】
さらなる実施形態として、センサの少なくとも１つを、能動的な測定原理に基づくセンサとすることができる。たとえばホールセンサのような能動的なセンサによって、支持体の回転数が非常に小さい場合でも測定信号を得ることができる。このような能動的なセンサは、受動的な測定原理に基づくセンサよりもコンパクトである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、少なくとも２つのトラック（３、４）を有する支持体（２）を備えている角度測定装置（１）に関し、この角度測定装置では、少なくとも１つのトラック（３）が円環の軸方向面（５）として形成され、別の少なくとも１つのトラックが円筒の壁面（６）として形成され、トラック（３、４）のそれぞれが、少なくとも１つのセンサ（７）によって電磁的又は光学的に走査可能な、本質的に互いに調和するように構成されている周期的なパターン（８）を備え、トラックの１つ（３）にはN個のパターン（８）が、またトラックの別の１つ（４）にはN+1個のパターン（８）が設けられている。
【００２２】
また本発明は、円環の軸方向面として形成されている少なくとも２つのトラックを備えている角度測定装置に関し、この角度測定装置では、トラックのそれぞれが、少なくとも１つのセンサによって電磁的又は光学的に走査可能な、本質的に互いに調和するように構成されている周期的なパターンを備え、トラックの１つにはN個のパターンが、またトラックの別の１つにはN+1個のパターンが設けられており、トラックの１つ（３）が円環形状の支持体（２）の軸方向で対向する面の一方の表面（９）に配置され、トラックの別の１つ（４）が対向する面のもう一方の表面（10）に配置されている。
【００２３】
本発明の構成により、取り付けに必要とされる空間が最小となるような、絶対的な測定を行う角度測定装置の提供が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明による角度測定装置の実施例を、下記に図１〜４を参照してさらに詳しく説明する。図１〜４はそれぞれ下記を内容とする概略図である。
【００２５】
図１は、角度測定装置１を示し、この角度測定装置１は、軸方向に対向する面の一方の表面18に円環の軸方向面５として軸方向に作用を及ぼすトラック３が設けられている支持体２を備えている。支持体２の円筒の壁面13にはもう１つのトラック４が設けられ、このトラック４は円筒の壁面をなす面６として形成されている。２つのトラック３及び４はともに電磁的に走査できる磁化パターン８を備え、これらの磁化パターンは相互に調和、対応するように構成され、それぞれ周方向で一様に配分されている。２つのトラック３及び４の磁化パターン８は、その個数に１だけ差がある。トラック３及び４はフェライトを含むプラスチックから形成され、このプラスチックは支持体２に加硫結合されている。磁化パターン８は磁化することによってトラック３、４に適用、埋め込まれ、センサ７によって走査される。２つのトラック３及び４に含まれている磁化パターンの数が、１つだけ異なるように構成されているため、副尺を備えたやり方、バーニヤの原理にしたがって角度位置が絶対的に測定される。
【００２６】
図２は、角度測定装置１を示し、この角度測定装置１は、軸20の鍔部又はカラー11として形成されている支持体２を備えている。支持体２の軸方向で対向する面の双方の表面９及び10には、それぞれトラック３及び４が配置され、これらのトラックの磁化パターン８は、互いに調和、対応する状態で、かつ周方向で一様に配分され、電磁的に走査可能である。トラック３及び４の磁化パターン８の個数は１つだけ異なる。この場合、副尺を備えたやり方のため、バーニヤの原理に基づくため、２つのトラック３及び４の磁化パターン８が双方一緒に移行し、２つのトラック間の位相差が０（零）であるのは、ただ１箇所だけである。２つのトラック３及び４で、磁化パターンが同様に並ぶ箇所はただ１つだけである。この箇所を、たとえば内燃機関クランクシャフト17のTDC（上死点）マーカーと対応させて配置することができる。磁化パターン８の信号の位相差によって、どのような角度においてもTDCの位置を求めることができる。磁化パターン８は磁化することによってトラック３、４に適用、埋め込まれている。トラック３及び４の電磁信号はセンサ７によって検出される。
【００２７】
図３は、図２に示す角度測定装置と類似する角度測定装置を示し、この角度測定装置では、鍔部又はカラー11が形成する円筒の壁面13にも、電磁的に走査可能な磁化パターン８を持つトラック14が、さらにもう１つ追加して配置されている。
【００２８】
図４は、角度測定装置１を示し、この角度測定装置では、打ち抜き金属板15により形成されている支持体２が軸20に固定して結合されている。支持体２の軸方向の１つの面18には円環形状のトラック３が、円筒の壁面13には円筒形状のトラック４が配置されている。２つのトラックには、周期的に調和、対応するよう構成されているパターン８が配分されている。パターン８は切り欠き16によって形成されているが、これらの切り欠きはセンサ７によって電磁的又は光学的に走査可能である。２つのトラック３及び４のパターン８の個数は、互いに１つだけ異なるように設けられている。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】それぞれ半径方向及び軸方向に作用を及ぼすように配置されている２つのトラックを備えている角度測定装置を示す図である。
【図２】２つの円環形状のトラックを備えている角度測定装置を示す図である。
【図３】２つの円環形状のトラックと、円筒の壁面に配置されている１つのトラックとを備えている角度測定装置を示す図である。
【図４】金属板から形成されている支持体を備えている角度測定装置を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１      角度測定装置
２      支持体
３      トラック
４      トラック
５      円環の軸方向面
６      円筒の壁面
７      センサ
８      磁化パターン
１１      鍔部
１５      金属板
１６      切り欠き
１７      クランクシャフト
２０      軸
【図１】
2005249791.tif 000003
【図２】
2005249791.tif 000004
【図３】
2005249791.tif 000005
【図４】
2005249791.tif 000006