(57)【要約】【課題】  不均一な回転に左右されず、パターンの区別を素早く実施することができ、かつ規則的なパターン及び不規則なパターンの間の僅かな差異でさえも検出することができる角度測定装置を提供する。【解決手段】  本発明の角度測定装置は、信号（５）のパターンを発生する幾つかの相補的な対として配設されている信号発生要素（３、４）を有し、基準マーク（６）を形成するために、信号発生要素（３、４）が少なくとも１箇所において不規則に形成されている少なくとも１つの測定値発生器（２）と、信号検出装置（７）と、評価ユニット（８）とを含み、信号検出装置（７）が少なくとも１つの第１のセンサ（９）及び少なくとも１つの第２のセンサ（10）を有することを特徴とする。【選択図】  図１
2007024887.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号（５）のパターンを発生する幾つかの相補的な対として配設されている信号発生要素（３、４）を有し、基準マーク（６）を形成するために、該信号発生要素（３、４）が少なくとも１箇所において不規則に形成されている少なくとも１つの測定値発生器（２）と、信号検出装置（７）と、評価ユニット（８）とを含む角度測定装置（１）であって、
前記信号検出装置（７）が、少なくとも１つの第１のセンサ（９）及び少なくとも１つの第２のセンサ（10）を有することを特徴とする角度測定装置。
【請求項２】
前記第１及び第２のセンサ（９、10）が、円周方向で配向されて配置され、互いに離間して配設されていることを特徴とする請求項１に記載の角度測定装置。
【請求項３】
前記第１及び第２のセンサ（９、10）の相互の間隔が、最も短い信号発生要素（３）の幅よりも大きく、かつ最も長い信号発生要素（11）の幅よりも小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の角度測定装置。
【請求項４】
前記センサ第１及び第２の（９、10）の相互の間隔が、最も短い非信号発生要素（４）の幅よりも大きく、かつ最も長い非信号発生要素（12）の幅よりも小さいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の角度測定装置。
【請求項５】
前記信号発生要素の規則的に配設されている規則的な要素対（３、４）が、実質上等しい長さを有し、かつ前記不規則に形成されている要素の不規則な要素対（11、12）の長さが、該規則的な要素対（３、４）の長さに比べて長いことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の角度測定装置。
【請求項６】
前記不規則な要素対（11、12）が、前記規則的な要素対（３、４）の長さの２倍の長さを有することを特徴とする請求項５に記載の角度測定装置。
【請求項７】
前記信号発生要素の規則的に配設されている規則的な要素対（３、４）の要素が、互いに異なる長さを有し、かつその長さの比が、前記不規則に形成されている要素の不規則な要素対（11、12）の要素と当該規則的な要素対（３、４）の要素とで逆転していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の角度測定装置。
【請求項８】
前記規則的な要素対（３、４）のそれぞれにおいて、当該要素の長さの比が45対55であることを特徴とする請求項７に記載の角度測定装置。
【請求項９】
前記測定値発生器（２）が電磁信号を発生することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の角度測定装置。
【請求項１０】
前記測定値発生器（２）が光信号を発生することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の角度測定装置。
【請求項１１】
評価ユニット（８）を利用して回転方向において第２のセンサ（10）を監視する請求項１〜１０のいずれか一項に記載の角度測定装置（１）による角度測定方法であって、
前記第２のセンサ（10）によって検出された信号が変化する際、前記第１のセンサ（９）の信号（５）を検出し、前記第１のセンサ（９）の当該信号を前記第２のセンサ（10）の信号（５）と比較する方法。
【請求項１２】
基準マーク（６）の通過時に同種の信号（５）が前記第１及び第２のセンサ（９、10）によって検出されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記評価ユニット（２）を利用して、立上り端（13）の検出によって、前記第２のセンサ（10）を監視することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の方法。
【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し、より詳細には、信号のパターンを発生する幾つかの相補的な対として配設されている信号発生要素を有し、基準マーク形成用の信号発生要素が少なくとも１箇所で不規則に形成されている少なくとも１つの測定値発生器と、信号検出装置と、評価ユニットとを含む角度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記の形式の角度測定装置は一般に公知であり、例えば動力機関のクランク軸の角度測定にそのような角度測定装置が使用されている。信号発生要素を、噛合機構、歯車機構又は磁化材料によって形成することができる。歯車機構の場合、信号パターンは交互に配設されている歯及び谷によって発生され、磁化材料の場合、信号パターンは交互に配設されているＮ極とＳ極とによって発生される。不規則な箇所は角度測定装置による軸の角度位置の決定を可能にする。角度位置の決定のために、信号パターンがセンサによって検出され、評価ユニットで２進信号に変換される。信号変換中に時間測定が行われ、測定された時間の比較によって規則的な要素と不規則な要素の間の区別をつけることができる。
【０００３】
この場合、時間測定のために不規則なパターンをまず完全に走査する必要があるため、不規則なパターンの算出が遅延して行われることが欠点である。種々のパターンの検出時の信頼性は被測定軸の回転挙動に左右される。クランク軸の場合、振動と加速過程とによって不均一な回転が発生する。種々のパターンの確実な検出を保証するために、規則的なパターンは不規則なパターンから明確に区別されなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、不均一な回転に左右されず、不均一回転に対する低い感度を有し、パターンの区別を素早く実施することができ、かつ規則的なパターン及び不規則なパターンの間の僅かな差異でさえも検出することができる角度測定装置を提供することを基本的な課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題は、信号のパターンを発生する幾つかの相補的な対として配設されている信号発生要素を有し、基準マークを形成するために、信号発生要素が少なくとも１箇所において不規則に形成されている少なくとも１つの測定値発生器と、信号検出装置と、評価ユニットとを含む角度測定装置であって、信号検出装置が、少なくとも１つの第１のセンサ及び少なくとも１つの第２のセンサを有することを特徴とする角度測定装置によって解決される。上記の課題は請求項１及び10の特徴を有する角度測定装置によって解決される。好ましい実施形態は従属請求項に関する。
【０００６】
上記の課題を解決するために、信号検出装置は少なくとも１つの第１のセンサ及び少なくとも１つの第２のセンサを有する。これらの２つのセンサは円周方向で配向されて配置され、好ましくは互いに円周方向で離間して配設されている。これらのセンサはタンデム型に配設されており、信号を発生させる信号発生要素が設けられているただ１つのトラックを走査する。角度位置の決定は、センサの信号を評価することによって行われる。時間測定は不要であり、そのため不規則な要素の検出を時間的な遅延なしに行うことができる。被測定軸の不均一な回転は両方のセンサに対して等しく、同時に発生するため、パターンの検出時の信頼性がより良好になる。これは、まさに規則的なパターンが、不規則なパターンから極わずかに区別される場合に明確に現れる。すなわち、このような場合、回転振動が発生すると、時間測定によってパターンを区別することは不可能となる。
【０００７】
センサ相互の間隔を、不規則な要素対の信号発生要素の（円周方向の）長さと、規則的な要素対の信号発生要素の（円周方向の）長さとの間の大きさとすることができる。例えば不規則な要素対の信号発生要素の長さが、規則的な要素対の信号発生要素の長さよりも大きいとき、センサが不規則な要素対の上にあり、それによって要素対を検出できる場合にのみ、両方のセンサの受信信号が等しくなる。同様にセンサ相互の間隔は不規則な要素対の、信号を発生しない非信号発生要素の長さと、規則的な要素対の非信号発生要素の長さとの間におくことができる。このような関連性において、信号発生要素によって信号にディジタル値１が割り当てられ、非信号発生要素によって信号にディジタル値０（零）が割り当てられると考えることができる。
【０００８】
要素対の要素を、実質的に等しい長さとすることができ、不規則な要素対の長さを規則的な要素対に比べてより長くすることができ、好ましい実施態様においては、不規則な要素対は規則的な要素対の２倍の長さを有する。本発明による角度測定装置は、円周全体にわたって、中心角が６°となるような円周方向の長さを有する58対の信号発生要素と、中心角が12°となるような円周方向の長さを有する一対の不規則な要素とを有する。この実施形態では、各要素対の要素は等しい（円周方向の）長さを有し、要素対の要素が互いに反対極性を有し、極が対称的な磁化要素として特に簡単に製造することができる。
【０００９】
要素対の要素を異なる長さとすることができ、その（円周方向の）長さの比を、不規則な要素対の要素と規則的な要素対の要素とで逆転させることができる。この場合、全ての要素対は等しい長さを有する。不規則な要素対も規則的な要素対も、対として同じ長さを有する。
【００１０】
要素の長さの比を、各要素対において45対55にすることができる。時間測定によって角度を決定する方法において、要素対の比は、回転の不均一性が信号の時間的シフトを引き起こし、それによって両方の異なるパターンの検出が不可能になるので、本質的により大きくしなければならない。この場合、特に磁気角度測定装置で磁極の強い非対称性が問題となる。２つのセンサを利用して角度を決定する方法においては、時間測定を省くことができ、回転の不均一性の影響が少なくなる。したがって両方の要素の長さの比を、明らかに50対50の比に近づけて選択することができる。この実施形態の場合、磁気角度測定装置では特に、極の強い非対称性による妨害的な影響を回避できることが長所となる。
【００１１】
測定値発生器により磁気信号を発生することができる。この場合、受動的及び能動的な測定値発生器に区別することができる。受動的な測定値発生器の場合、信号発生要素を、例えば透磁性材料製の歯車によって形成することができる。この測定値発生器は、簡単に製造することができ、かつコストの点で有利である。能動的な測定値発生器を、磁化信号発生要素によって形成することができる。能動的要素の信号は特に簡単にセンサによって検出可能である。磁気信号は簡単に評価可能である点で有利である。
【００１２】
測定値発生器により光信号を発生することができる。光信号は隣接する装置の電磁外乱に対して不感応性である。光信号は、例えば穿孔ディスクによって発生させることができる。
【００１３】
上記課題は、評価ユニットを利用して、回転方向に第２のセンサが監視される角度測定装置による角度測定方法によっても解決され、この方法は、第２のセンサによって検出される信号が変化する際、第１のセンサの信号を検出し、第２のセンサの信号と比較することを含む。本発明の方法において、信号発生要素の（円周方向の）長さの決定のための時間測定を省くことができる。規則的な要素及び不規則な要素の区別は、両方のセンサによって検出された信号を比較することによって行われる。この場合、両センサは、規則的な要素で異なる信号がそれぞれ検出、受信されるように、円周方向で離間して配設されている。この理由から、２つのセンサの間隔は、信号発生要素の最も短い間隔よりも大きく、信号発生要素の最も長い間隔よりも小さくなる。不規則な要素によって形成されている基準マークの通過時に、対応する同種の信号が２つのセンサによって検出される。代替的な実施形態では、不規則な要素対を異なる長さの比とすることができ、例えばより長い要素対又は、その長さの比を不規則な要素対の要素と規則的な要素対の要素とで逆転させることができる。信号を直接比較することによって、時間的な遅延なしに不規則な要素の検出が可能である。両センサが等しく、同時に、同等に被測定軸の回転の不均一性による作用を受けるので、回転の不均一性が測定結果に影響を及ぼすことはない。
【００１４】
種々の要素の検出を評価ユニットを利用して特に簡単に実施することができる。この場合、一方のセンサが信号の立上り端又は立下り端を検出した際、その瞬間の他方のセンサが検出した信号のレベルが設定される。既知の回転方向の場合、既存のレベルから、センサが規則的なパターン（要素）又は不規則なパターン（要素）の上にあるか否かを明確に決定することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、信号（５）のパターンを発生する幾つかの相補的な対として配設されている信号発生要素（３、４）を有し、基準マーク（６）を形成するために、信号発生要素（３、４）が少なくとも１箇所において不規則に形成されている少なくとも１つの測定値発生器（２）と、信号検出装置（７）と、評価ユニット（８）とを含む角度測定装置（１）であって、信号検出装置（７）が、少なくとも１つの第１のセンサ（９）及び少なくとも１つの第２のセンサ（10）を有することを特徴とする角度測定装置である。本願構成によれば、不均一な回転に左右されず、パターンの区別を素早く実施することができ、かつ規則的なパターン及び不規則なパターンの間の僅かな差異でさえも検出することができる角度測定装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明による角度測定装置の幾つかの実施例について、以下において図面を利用してより詳しく説明する。
【００１７】
図１は自動車のクランク軸14に配設されている角度測定装置１を示す。角度測定装置１は相補的及び対ごとに配設されている59対の信号発生要素３、４から形成されている測定値発生器２を含む。信号発生要素３、４は、円周方向に並べて、タンデム型で、ただ１つのトラック15に配設されている。本実施態様において、信号発生要素３、４は磁化フェライトを混入した熱可塑性材料から形成されている。
【００１８】
信号発生要素３及び４はそれぞれＮ極及びＳ極を形成している。この場合、信号発生要素３、４は、図３に示す信号５のパターンを発生する。別の実施形態において、信号発生要素３、４を穿孔ディスクから形成し、それによって光信号を発生することもできる。基準マーク６の形成のために信号発生要素３、４が一箇所で不規則に形成され、不規則な要素対11、12が形成されている。さらに、角度測定装置１は信号を検出するための装置７と、評価ユニット８とを含む。信号を検出する信号検出装置７は、円周方向で配向されて配置され、円周方向で互いに離間して配設されている幾つかのトラック15を走査する２つのセンサ９、10を有する。この実施形態の場合、センサ９及び10の相互の間隔は、最も幅の狭い（円周方向の長さの最も短い）信号発生要素３よりも大きく、不規則な要素対の信号発生要素11の円周方向の長さ（幅）よりも短い。信号発生要素３、４の対はそれぞれ、中心角６°の等しい（円周方向の）長さを有し、中心角が12°である不規則な信号発生要素11、12の対は、規則的な信号発生要素３、４の対に比べ２倍の寸法（円周方向の長さ）を有し、基準マーク６を形成する。
【００１９】
図２は、図１に記載の角度測定装置１と同様であるが、信号発生要素対３、４の各信号発生要素が異なる長さを有する場合を示す。信号発生要素３、４の要素の長さの比は、本実施態様において44対55である。これは、磁気測定値発生器においてＮ極に対応する信号発生要素の中心角が2.7°となる幅（円周方向の長さ）と、Ｓ極に対応する信号発生要素の中心角が3.3°となる幅（円周方向の長さ）とを有することを意味する。それによって各要素対は中心角６°となる円周方向の長さを有し、全体で60対設けられている。この実施例では、不規則な要素11、12のＮ極とＳ極の長さの比が、規則的な要素３、４のＮ極とＳ極の長さの比と逆転し、したがって不規則な要素11、12のＮ極とＳ極の円周方向の長さの比は55対45になる。
【００２０】
例えば内燃機関のクランク軸の角度の決定のために、評価ユニットを利用して回転方向に第２のセンサ10を監視し、第２のセンサ10によって信号の変化が検出される際、つまり例えば第２のセンサ10が極の変化を検出する際に、第１のセンサ９の信号５が検出される。第２のセンサ10が相対的にＮ極からＳ極へ移動し、かつその瞬間に第１のセンサ９がＮ極上にある場合、センサ９、10は規則的な要素３、４の上にある。第２のセンサ10が相対的にＮ極からＳ極へ移動し、かつその瞬間に第１のセンサ９がＳ極上にある場合、センサ９、10は不規則な要素11、12の上にある（図３参照）。これにより、評価ユニットがセンサ９、10の信号５を２進信号に変換する。
【００２１】
図３は、図１に記載の角度測定装置１から生じる信号５のパターンを示す。トラック15は、ここで中心角が６°となる円周方向の長さが等しい規則的な要素対３、４を有する。不規則な要素対11、12の中心角は12°で、円周方向の長さは規則的な要素対３、４に比べ２倍の大きさがあり、基準マーク６を形成する。これにより、評価ユニットで第２のセンサ10によって検出された信号が２進信号パターン16に換算される。第２のセンサにより検出される信号パターン16がその立上り端によって監視される。立上り端13の発生時に、又は立上り端13が検出された際に、信号18は信号17のレベルに設定される。信号18は、別の立上り端13が発生し、それに伴い信号18のレベルが必要に応じて変化されるまでの間、元のレベルの値を維持する。信号18が値１を有する場合、基準マーク６が検出され、センサ９、10は不規則な要素の上にあることが示され、信号18が値０（零）を有する場合、センサ９、10は規則的な要素の上にあることが示される。
【００２２】
図４は、図２に記載の角度測定装置１から生じる信号５のパターンを示す。トラック15上の信号発生要素３、４の信号発生要素は本実施態様において異なる長さを有する。信号発生要素３、４の要素の長さの比は、本実施態様において44対55である。不規則な要素11、12の場合、この長さの比が逆転し、したがって55対45になる。これにより、評価ユニットで第２のセンサ10によって検出された信号が２進信号パターン16に換算される。第２のセンサにより検出される信号パターン16がその立上り端で監視される。立上り端13の発生時に、又は立上り端13が検出された際に、信号18は信号17のレベルに設定される。信号18は、別の立上り端13が発生し、それに伴い信号18のレベルが必要に応じて変化されるまでの間、元のレベルの値を維持する。信号18が値１を有する場合、基準マーク６が検出され、センサ９、10は不規則な要素の上にあることが示され、信号18が値０（零）を有する場合、センサ９、10は規則的な要素の上にあることが示される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】角度測定装置の模式図である。
【図２】代替的な角度測定装置の模式図である。
【図３】本発明に係る第１の信号パターンの模式図である。
【図４】本発明に係る第２の信号パターンの模式図である。
【符号の説明】
【００２４】
１      角度測定装置
２      測定値発生器
３、４      信号発生要素
５      信号パターン
７      信号検出装置
８      評価ユニット
９      第１のセンサ
１０      第２のセンサ
１１、１２      不規則な要素
１４      クランク軸
【図１】
2007024887.tif 000003
【図２】
2007024887.tif 000004
【図３】
2007024887.tif 000005
【図４】
2007024887.tif 000006