CN105737864A - 包括用于检测轮副的角位置的电容性设备的机电装置以及用于检测轮副的角位置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机电装置，包括一体旋转的轮副和模拟指示器构件(14)、步进电机、以及用于检测轮副的角位置的电容性设备，电容性设备包括转子(4；10)、定子(18a，18b，20a，20b，22，24，26a，26b，26c)和电子测量电路(28)，定子包括具有第一电容(C1)的第一对电极(18a，18b)和具有第二电容(C2)的第二对电极(20a，20b)，转子调适成使得，第一电容和第二电容的值由所述转子的角位置决定，并且电子测量电路(28)设置成产生代表所述第一电容(C1)和所述第二电容(C2)的相应值之间的差值的输出信号。本发明还涉及一种用于确定轮副的角位置的方法。

Description

包括用于检测轮副的角位置的电容性设备的机电装置以及用于检测轮副的角位置的方法

技术领域

本发明首先涉及一种机电装置，其包括旋转轮副、步进电机、设置成控制步进电机的电子控制电路、将步进电机连接到轮副的传动系、以及电容性检测设备，传动系具有一传动比，该传动比设计成使步进电机以确定的整数数量的电机步进引起轮副正好完成一整转/完整旋转，从而使得电机步进将轮副的一个整转划分成整数数量的彼此等距的角位置，并且电容性检测设备包括与轮副一体旋转的转子、定子和电子测量电路，定子包括具有一电容的一对电极，转子调适成使得所述电容值由转子的角位置决定，并且电子测量电路设置成产生由所述电容值决定的信号并且将其提供给电子控制电路.本发明其次涉及一种用于确定形成包括电容性检测设备并且其遵循上述定义的机电装置的一部分的轮副的角位置的方法。

背景技术

满足上述定义的机电装置是已知的。在具有模拟显示的电子钟表中发现了该机电装置的示例。除了在表盘上方旋转的指针外，这些钟表的一些还包括数字的内部计时器.该内部计时器由控制指针前进的相同电脉冲记时.在这些情况下，原则上，指针和计时器以同步方式前进.在多功能手表中使用该内部计时器尤其是已知的，在多功能手表中相同指针设置成用来指示时间或替代地第二条信息，例如闹铃时间.事实上，如果在指针被占据用来显示第二条信息的同时人们希望能够继续计算消逝的时间，则内部计时器是必需的。当指针随后返回到它们的时间显示功能时，包含在内部计时器中的信息允许指针回到校正时间.

然而，为了针对例如刚才描述的应用提供满意度，必须防止由手表指针显示的时间与由内部计时器给出的时间之间的任何差异的出现.已知这种差异会发生，例如，在手表经受振动的情况下或者由于电磁或甚至机械干扰(例如在齿轮传动系中的灰尘).由于该干扰，一些钟表的电机会失步.任意石英模拟钟表因此可能表现出在控制脉冲的计数与指针的角位置之间的差异.如果该差异不及时校正，该差异会增加到导致完全错误的指示的程度.

此外，在多功能钟表中，指针必须能够根据要指示的量的变化不仅向前而且能够向后运动.而且，针对功能的改变，多功能钟表的指针必须能够快速向前或向后改变位置.为了满足这些限制，多功能钟表的指针通常各自由它们自己的电机驱动。因此，取代上面描述的单个内部计时器，多功能钟表通常包括针对每个指针的电机的控制脉冲的上下计数器电路.还应理解的是，多功能钟表的电机必须承受明显较大的应力。在这种情况下，差异或者换句话说指针的失调的风险对于多功能钟表而言也要相对于另一种钟表较高。

为了克服刚才已经描述的问题，使电机控制脉冲的简单计数/倒计时附带有指针的实际位置的检测是已知的.欧洲专利No.0952426特别地描述了一种钟表，其包括设置有模拟显示器并且包括与其中一个指针一体旋转的轮的钟表机芯。该轮由具有设置在旋转轴线与周界之间的中间区域中的至少一个开口的板形成。该钟表还包括用于检测该轮的角位置的设备.该设备包括电感式或电容式传感器，其设置成使得当该轮占据参考角位置时它直接设置在该板中的开口的下方.该传感器对紧邻(直接相邻，immediateproximity)的金属的量的变化敏感。由传感器检测的信号的频率或幅值取决于该传感器是电感式传感器还是电容式传感器因而根据它是与实心部段相对还是相反地与在轮板中的开口相对而变化，使得当板开口与传感器直接相对地经过时所检测的信号的频率或幅值达到一极值(其可以是最大值或最小值).该设备还包括用于在每个步骤之后存储信号频率或幅值的存储器.附到本文中的标记有“现有技术”的图8对应于欧洲专利No.0952426的图6.它是在轮的步进式前进期间由电感式传感器检测的信号的频率图表.前述的现有技术文献教导了：为了从在该图表上反映的信息确定轮的角位置，必须设定参考角位置.该参考位置可以是该板开口与传感器直接相对所处的位置，使得参考位置对应于图表中的波峰。钟表包括电子部件，其设置成用以例如通过计算在图8的半波峰高度处的中点来识别图表上的对应于参考角位置的点。在两个确定的半高度点之间的特定角度差值δα必须使得能够区分特定的角扇区以及能够由其推导参考角位置。一旦在图表上标示出了该参考角位置，通过简单地计算将图表上所涉及的点与该参考角位置分开的恒定的角向步长的数量，便可容易地知道对应于图表上的每个其他点的角度。

刚才已经描述的现有方案具有一些缺点。具体地，电感式传感器的使用可能被证实其在能量方面是较昂贵的.此外，电容式传感器具有如下缺点：对环境并且对由制造和装配公差引起的干扰特别敏感。此外，如上所见，在前述专利文献中公开的角位置检测方法是基于与检测信号极值相关的参考角位置的识别；然而，电容式传感器的一个缺点在于，角位置需要检测的轮的震动有时候会相对于开口在传感器上方经过时所引起的变化而言具有对信号更大的影响.在这种情况下，在欧洲专利No.0952426中公开的检测方法可能是不可靠的。因此，为了将真实信号与干扰(信号)区分，前述现有文献也提出选择在不存在干扰的情况下在其任何一侧上信号形状遵从某种对称假设的位置作为参考角位置.然而，应理解的是，关于信号形状的该假设涉及关于轮板开口的形状和/或传感器电极的几何形状的严格限制/约束.

发明内容

本发明的目的在于克服刚才已经描述的现有技术的问题.本发明通过一方面提供一种与附到本文的权利要求1一致的机电装置并且另一方面提供一种与附到本文的权利要求12一致的用于检测所述机电装置的轮副的角位置的方法来实现该目的。

应理解的是，术语“转子”在此用于表示机电设备(在这种情况下为电容性检测设备)的旋转部件，其与设备的称为“定子”的固定部件电气地或磁性地相互作用.

根据本发明，定子包括具有随着转子的角位置变化的第一电容的第一对电极和具有随着转子的角位置变化的第二电容的第二对电极.此外，由电子测量电路提供的信号表示第一电容与第二电容的相应值之间的差值.因此应理解的是，由于使用差分测量，特别是针对第一和第二等同电容，即对于相同转子影响具有相等的标准值，电容性检测设备能够补偿与环境以及与制造和装配公差相关的绝大多数干扰影响.具体地，差分测量可以补偿与转子的震动相关的几乎所有干扰.

根据本发明，步进电机的步进序列确定了可由其位置需要被知晓的轮副占据的整数数量的不同角位置。轮副的角位置因此可以被视为离散变量.此外，由电子测量电路在输出端提供的所产生的信号幅值可以被视作该离散变量的函数.此外，由于前述干扰影响的存在，在轮副两次连续经过相同角位置期间由电子测量电路提供的信号幅值会改变。因此应理解的是，虽然在每次旋转由轮副所占据的角位置总是相同，但是由电子测量电路实际提供的信号幅值不能被视作该角位置的周期函数。

根据本发明，存储在电子控制电路中的表可以将轮副的多个不同角位置匹配到输出信号的参考值.这些存储的信号值称为参考值，因为它们是由在初始校准操作期间进行的测量所推导出的值，并且其可以被视作对应于在不存在任何干扰影响的情况下由电子测量电路提供的信号幅值的值。不像实际信号幅值，这可以一个测量接着一个测量地变化，该信号参考值定义周期性函数，并且应理解的是，该函数周期长度等于引起轮副进行一个整转所需要的电机步进的数量。此外，由于该函数是周期性的，轮副可以占据的各个不同角位置与周期性函数的不同相位相关.

本发明的方法的步骤的其中一个包括由与所具有的轮副的可能的角位置一样多的相关性的计算构成的操作.在一次旋转中实际测量的输出信号值的序列与一次旋转中的信号参考值的序列之间计算每个相关性，所述旋转的开始点对于每次计算是不同的，并且该开始点从轮副的可能的角位置之中选择.应理解的是，在轮副的可能的角位置是由电机步进限定的互相等距的所有角位置的情况下，在一个整转中信号参考值的序列由在持续一个完整信号周期的时间间隔内的参考值序列的所有循环排列形成.本发明的方法的后续步骤包括通过在所有已计算的相关性之中识别其绝对值为最高的相关性来确定转子的角位置.从上文应理解的是，本发明的方法使得能够检测转子的角位置而不需要首先必须识别转子的参考角位置.

附图说明

在阅读仅借助于非限制性示例并参考附图给出的下面描述后，本发明的其他特征和优点将显而易见，其中：

-图1为示出根据本发明的第一特定实施例的机电装置的电容性检测设备的局部正面俯视图，电容性检测设备包括由带齿的轮形成的转子和包括两对电极的定子.

-图2为示出电容性检测设备的图1的机电装置的局部截面视图。

-图3为如图1和图2所示的机电装置的电容性检测设备的电子测量电路的特定实施例的电路图。

-图4为借助示例示出当轮副由步进电机驱动以通过连续占据全都彼此等距的多个角位置而进行一个整转时可以从表示第一和第二电容之间的差值的信号获取的不同数值的图表.

-图5为对应于参数模型的示例性变型的分段线性函数的图表.

-图6为图5的参数模型在将该模型的所有参数调整至由在图4的实验曲线上的点获取的值之后的图表视图.

-图7A为根据本发明的第二实施例的电容性检测设备的定子的示意图。

-图7B为电容性检测设备的转子的示意图，该电容性检测设备的定子如图7A所示。

-图7C包含3个图表，其用来构建用于图7A和图7B的电容性检测设备的参考值的曲线.

-图8为现有技术欧洲专利No.0952426A1中的图6的复制.

具体实施方式

图1和图2是对应于本发明的机电装置的具体实施例的石英钟表机芯的相应的局部俯视图和截面视图.根据本发明，钟表机芯包括旋转轮副、步进电机、将步进电机连接到轮副的传动系、设置成用于控制步进电机的电子控制电路、以及电容性检测设备.根据本发明的有利变型，电子控制电路特别地包括用于对步进电机的控制脉冲计数的电路.

应理解的是，作为局部视图的图1和图2更具体地图示了电容性检测设备(总体地标记为2)和由与心轴10成一体的带齿的轮4形成的旋转轮副。更具体地，参考图1，可以发现带齿的轮4包括板8和环绕板的齿圈6.还可以发现板8穿设有开口16。轮4与限定几何旋转轴线12的心轴10成一体.附图还示出模拟指示器构件14，这里采用与旋转轮副相关联的模拟显示器的指针的形式.指针固定地安装在心轴10上.在图示示例中，指针可以使用来指示时、分、秒或能够由钟表指示的任何其他信息。应理解的是，指针可以具有相对于开口16的任何角度偏置。然而，不像图1中所示出的，指针优选地沿着开口16的中心方向指向使得因开口的存在而导致的不平衡可以至少部分地补偿由指针的重量引起的扭矩.根据未示出的替代实施例，模拟指示器构件14可以包含另一个旋转显示元件，例如表盘，其设置有在布置于表盘中的环形窗口中移动的游标/滑块。

步进电机(未示出)可以例如是双极“拉维特(Lavet)”型电机.传动系(未示出)优选地由将电机连接到带齿的轮4的减速齿轮形成。最后，电子控制电路(未示出)优选地是用于钟表应用的已知类型的微控制器.再次根据本发明，电容性检测设备包括与轮副一体旋转的转子、定子、以及电子测量电路.在本示例中，轮4是电连接到大地的金属轮。该特征允许轮4和该轮4安装在其上的心轴10一起执行转子功能，即用于电容性检测设备的旋转部件.因此应理解的是，在本示例中，相同一个轮副同时执行检测设备的旋转轮副和转子功能.

图1示出定子包括两对电极，分别地标记为18a，18b和20a，20b。这些电极示出位于与机芯2的板成一体的印刷电路板(PCB)22上.在本示例中，每对电极(18a，18b和20a，20b)由彼此平行地形成在PCB22上的两个直线导电带形成.可以发现两对电极在轮4的板下方径向延伸，并且这两对电极在它们之间形成近似60°的角度.还能够证实在图示实施例中两对电极是彼此等同的(等效的/等大的，isometric)，即对于相同的转子影响具有相等的标准值，并且它们也可以借由绕着轴线12的旋转而重叠。该特征的一个优点在于，在不存在干扰影响的情况下，在转子的一个整转中电容C1和C2的平均值是相等的，并且在不存在转子对电容C1和C2中每一个的影响的情况下，差值C1-C2为零.在图1中还可以发现PCB承载导电路径24，该导电路径24将电极18b和20b彼此连接并且连接到连接端子26c.电极18a和20a分别地连接到连接端子26a和26b.如图1所示，形成每对电极的两个导体互相平行地并且彼此间隔较小距离地延伸.由于两个导体之间的接近，每对电极用作具有特定电容的电容器(第一对电极18a，18b的电容表示为C1，并且第二对电极20a，20b的电容表示为C2)。同时参考图1和图2，还应该注意的是，电极对18a，18b和20a，20b相对于轮4的板8布置成使得将每对电极分隔开的气隙在轮4的至少一个角位置处至少部分地位于开口16的下方。此外，电极对优选地布置成使得一对电极中的两个电极在轮4的至少一个位置处同时至少部分地位于开口16的下方.具体地，其中一对电极的气隙宽度优选大约等于PCB22的高度与带齿的轮的板8分开的距离。

根据本发明，电容性检测设备2的转子(即，轮4，以及附加地，心轴10，如果它也由金属制成)调适成使得第一电容C1和第二电容C2都由转子的角位置决定。在所示实施例中，在轮4的板8中存在开口16，这使得电容C1和C2对转子的角位置敏感。应理解的是，一对电极的电容在开口16直接位于该对电极上方时是最大的，因为电荷从一个电极转移到另一个电极不再由导体的存在来推动。然而应该注意，PCB22同样可以设置在轮4上方.应理解的是，在这种情况下，在开口16直接设置在电极对下方时，电容会达到其最大值.

图3为适合于用在图1和图2的电容性检测设备中的电子测量电路的电路图.所示的电子电路的工作原理是借由连接端子26a，26b给电极18a和20a供电，并且测量响应于供电而累积在共同连接到公共端子26c的电极18b和20b中的电荷的量.

在图3中总体上由附图标记28标示的电子电路设置成具有两个不同的操作模式.这些操作模式为用于复位到零的操作模式(标示为S0)和测量操作模式(标示为S1).在两个操作模式之间的变化由设置成发送控制信号到由在图3中的其中一个指示S0或S1表示的特定数量的开关的电子控制电路(未示出)控制.指示S0或S1对应于其中开关闭合的操作模式.特别是，开关优选地由集成电路的晶体管形成，电子测量电路安设在该集成电路中.

再次参考图3，可以发现在操作模式S0中，所有电极18a，18b，20a和20b都接地(VC).此外，放大器15的非反向输入(+输入)也连接到地，而放大器15的输出端与它的反向输入短路.在这种情况下，电路中的任何地方电流和电压都为零.当电子电路然后切换到操作模式S1时，标记为S0的所有开关断开，并且标记为S1的三个开关闭合。在这些条件下，电极18a和20a被供电，并且相应地被置于参考电位VP和VN.两个耦合电极18b，20b一起连接到放大器15的反向输入.还可以发现在该图中在放大器15的输出端与它的反向输入之间不再短路。放大器输出端现在借由标记为C13的电容器连接到反向输入.应理解的是，由于给电极18a和20a供电，耦合电极18b和20b将交换电荷.此外，在C1和C2的值不相等的情况下，电子电路将必须供应残余电荷给耦合电极.该残余电荷在电容C1大于电容C2的情况下将由负电荷形成，并且在电容C1小于电容C2的情况下将由正电荷形成.由于电荷转移至两个耦合电极18b，20b或从两个耦合电极18b，20b转移电荷引起的电压也将在放大器15的两个输入端之间产生电势差.放大器15将因此传输电流，只要该电势差保持存在。放大器将因此给电容器C13充电直到在放大器的两个输入端之间的电压再次为零.在这个时候，在电容器C13的端子之间的电压VM将由下列关系确定：

$VM=\frac{C1-C2}{C13}(VP-VC)$

应理解的是，在电容器C13的端子之间的电压等于在放大器15的输出端处的信号的幅值.换句话说，电压VM对应于在电子测量电路输出端处的信号的值.还应该注意，在转子的一个整转中电容C1和C2的平均值相等的情况下，在一个整转中的平均输出信号值(VM)等于零.

图4为借助于示例示出由在60次以6°为间隔的并且对应于轮4的360°旋转的连续测量期间在放大器15的输出处的信号获取的值的图表。由上可以发现，给定电极对的电容在开口16直接设置在电极对上方时为最大值.如可以在图4中证实，该现象反映在曲线的大体形状中.事实上，当开口16在电极18a，18b上方经过，电容C1达到一最大值，从而产生曲线的第一正波峰。然后，当开口在电极20a，20b上方经过时，由于电容C2的增大而观察到一负波峰.应该注意，曲线的形状可能在不同的实施例之间显著地改变.具体地，两个波峰的形状由开口16的形状和尺寸决定.并且，尤其是在两个波峰之间的曲线的形状很大程度上地取决于两对电极18a，18b和20a，20b在PCB上的布置决定，它们在此在图1的优选实施例中优选地以60°、即以图4中的曲线的最大值和最小值之间的角度值间隔开。还可以从图4推导，参考角度“0”对应于图1的指针的位置，使用与指针在表盘上的位置相关的常规手表术语来说，即在9点处的位置.

根据本发明，电子控制部件包含将由轮副连续占据的彼此等距的角位置中的至少一部分与同样多的信号参考值相关联的存储表。存储器优选地是非易失性存储器，形成该存储表的成对的值存储在该存储器中。应理解的是，由于使用非易失性存储器，当电源供应在中断(例如由于更换电池)后重新建立时，不必再需重新校准轮副的角位置.在这些情况下，已校准的参考值被确定并且在工厂中只此一次地存储在该表中.

存储将由轮副连续占据的彼此等距的角位置中各个与同样多的信号参考值相关联的表的最简单方法是通过同步初始化轮副的角位置和计数步进电机的控制脉冲的电路来开始，并且然后引起轮副进行一个整转。在该整转期间的每个电机步进之后，脉冲计数电路提供轮副的新角位置的值，并且电子测量电路同步提供一次存储在对应表中的差分信号的对应值，在每个电机步进获得的一系列的成对的值形成特别简单的信号模型.不像实际的信号值，该信号参考值可以被认为随着轮副的每次旋转而等同地重复。该系列信号参考值可以因此有利地对应于周期性函数，该函数的周期长度等于完成转子的一个整转所必需的电机步数.所存储的对应表因此不需要针时转子的每个不同角位置包含超过一个的参考值，并且对应表可以有利地具有反映信号参考值的周期性的循环结构.应理解的是，参考值的周期性反映了由转子占据的角位置的序列的周期性，并且它的角向分辨率对应于由步进电机限定的分辨率.

本发明的机电装置的电容性检测设备的功能在于允许检测旋转轮副(在本示例中由转子形成，包括带齿的轮4和心轴10)的角位置.根据本发明，为了检测轮副的位置，电子控制电路实施一种方法，包括第一步骤，即控制步进电机使得引起轮副步进式地进行一个整转，并且使得存储由电子测量电路所提供的针对在轮副的两个所述彼此等距的角位置中的至少一个的信号值.

在第二步骤期间，电子控制电路计算在第一步骤期间存储的信号值序列与从该表中提取的参考值序列之间的相关性，然后，利用所存储的参考信号的周期性，每次远离参考值序列的起始点更远地移动一步，电子控制电路就重复该相关性计算.电子控制电路进行如不同角位置的数量一样多的次数的相关性计算，所述不同角位置能够形成由参考值构成的函数周期的起始点。

在第三步骤期间，电子控制电路从在第二步骤期间计算的相关性之中确定其值为最高值的相关性并且识别出与该相关性相关联的参考信号周期的起始点.应理解的是，因此识别的起始点对应于轮副的角位置。事实上，在第一步骤期间自其进行一整转的起始点必须与参考值序列的起始点相同.

上文解释了产生包含在电子测量电路输出处的信号的已校准参考值的对应表的一种特别简单的方式.现在参考图5和图6，将描述产生包含根据轮4的角位置校准的信号的参考值的对应表的第二种可能方式.下面的图5和表1分别地以图表形式和以公式方式示出了代表由电子测量电路提供的对应于轮副的给定角位置的作为步数“i”的函数的差分信号的分段线性模型，而下面表2解释了用于确定这些参考值的不同参数。

表1

M：＝信号幅值的最大值；

m：＝信号幅值的最小值；

spr：＝每旋转一次的步数＝测量值数量；

moy：＝信号幅值测量值的平均值；

α：＝与三角形的尖部相交的可能平坦部分的宽度(在第几步级中)；

s：＝在三角形的基底部分与平坦部分之间的纵向距离(在第几步级中)；

f(0)：＝远离开口的信号的理论幅值(该值定义为，理论输出信号值的平均值也等于测量值的平均值)

表2

如由表1的公式所示，本示例的模型是参数模型，它的各个参数M、m、moy、α、Δ、s必须被调整(调适)成使得，由模型提供的参考值最佳地接近实验曲线的典型值.如图5所示，其示出作为步数“i”的函数的信号幅值f(i)，构成本示例主题的模型由一系列的直线段形成.使用分段线性模型的主要优点在于，线性特征简化了设置参数所需要的计算.

如还可以在图5中发现，模型包括四个完全不同的区域.包括区段a、b和c的第一区域对应于与开口16在电极对18a，18b上方经过相关联的正波峰.由水平区段d形成的第二区域对应于开口在板8的在两对电极之间延伸的区域上经过.包括区段e、f和g的第三区域对应于与开口在电极对20a，20b上方经过相关联的负波峰，并且最后，由长的水平区段h构成的第四区域对应于轮4的开口16在PCB的没有电极的部分的一侧上方经过.应理解的是，由模型的各个参数获得的值确定波峰的形状和高度、在波峰之间的间隔的长度、平均理论值等等。

模型的各个参数可以例如借助于多元回归计算来设置.因为本示例的模型是线性的，所以回归计算可以包括简单的多元线性回归.回归计算可以确定在由电容性检测设备提供的实验曲线与从参数模型推导的参考曲线之间(在纵坐标上)的竖向偏差最小的参数值.

根据本示例，一旦调整到图4的实验曲线，参数模型呈现如图6所示的参考曲线的形式，其简单地示出作为步数“i”的函数的信号幅值.通过将图6的曲线与图5的曲线进行比较，特别显然的是，模型的调整在该特定的情况下已经使得参数α＝0和参数Δ＝2s.一旦调整了所有参数，电子控制电路将获得的参考曲线值以表的形式存储在存储器中，该表将轮副的各种角位置与相应的参考值相关联.

自然地，具有将由电子测量电路提供的差分信号建模为轮副的角位置的函数的其他可能方式，简化模型由如下等式定义：

对于1≤i≤spr，

其中，s1和s2是整数，s1是测量信号的理论最大值位置，s2是所述信号的理论最小值位置，以及

其中，Width1和Width2是两个预定义的正参数，使得2×Width1是对应于测量信号的最大值的理论波峰宽度，并且2×Width2是对应于测量信号的最小值的理论波谷宽度.

形成包含针对电子测量电路输出信号的已校准参考值的对应表的另一种方法包括以下述方式产生参考值.首先，轮副借助于步进电机进行N个整转，每步进一次测量一个采样.因此可以获得X个采样。然后对所述X个采样应用离散傅立叶变换，从而产生频谱.然后，对所述频谱的谐波、并且仅对产生包括对应于轮副的N次旋转的采样的第二曲线的谐波应用反向离散傅立叶变换.参考曲线因此由对应于第二曲线的所述N次旋转的第一个的采样形成.替代地，参考曲线由在第二曲线的N次旋转上求取平均值的采样形成.

应该注意，用于相关性计算的大多数算法能够提供结果，即使在一部分数据从要关联的数据集中丢失的情况下。因此，即使初始校准操作不提供用于所有可能的角位置的参考值，随后仍然可以执行相关性操作并且有效地确定轮副的角位置.但是使用参数模型确定参考值的优点恰恰就在于任何丢失值由线性近似外推.然后可以抽取参考值的预定子集(例如一半，考虑转子的极性)来执行相关性计算，如下面解释的，以提高计算的速度.

现在将参考图7A、图7B和图7C描述本发明的第二实施例.第二实施例与第一实施例的区别主要在于形成在转子的示例轮104中的示例开口116的形状和尺寸.如图7B所示，示例开口116具有附图标记为Alpha_hole的环形区段的形状，它的开口近似等于三分之一转(120°)。电容性检测设备的第二实施例的定子完全相似于关联第一实施例所描述的定子.特别在图7A中可以发现，两对示例电极118a，118b和120a，120b的尺寸被确定为能够与示例开口116相对地直接经过，并且这些示例电极在它们之间形成始终近似60°的附图标记为Alpha_elec的角度.

由于限定形成在转子中的开口的边界的环形区段在比分隔两对电极的角度明显要大的角度(在图示示例中为2倍)上延伸，示例开口116可以同时与两对电极(参考图7C)相对，在图1的优选实施例中不可能存在这种情况，其中由开口覆盖的角向区段比在电极之间的角偏移小得多.因此由前述应理解的是，根据本发明，限定转子中的开口的宽度的角度可以比分隔两对电极的角度大得多且也可以小得多.然而特别是，即使开口比两对电极之间的距离小，开口始终至少与同一对中的两个电极间的间隔距离(由在图7A中的附图标记D标记)一样大，以便总是存在针对每个电容C1和C2的最大值的被标记的波峰.并且，可以注意，该电极间的距离D_elec——其可以由激光装置非常精细地调整——必须优选地配置为系统地大于或等于在PCB与转子轮之间的轴向间隙，以便形成在转子中的开口关于测量电容的影响尽可能大.

图7A、图7B和图7C图示的实施例的优点在于，它提供接近转子轮30％的重量增益，其在惯性方面是有利的，并且因此允许更容易执行步进电机，从而提供节能.在这种情况下，例如，人们还可以由于对称原因而同时增加设置在Alpha_hole区段的中部中的指针的尺寸且因此其体积，而不会损害旋转系统的不平衡且同时提高显示器的可靠性.

根据所述各个实施例，应理解的是，各种类型的开口是可能的，而不限于狭缝.也可以设想尽可能地远离轮副的中心延伸的“蛋糕块”形状的凹部，以进一步减少转子的质量和因而其惯性.

根据本发明的有利实施例，步进电机是双极电机，其设置成由控制脉冲供电，控制脉冲的极性必须在每次步进时反向以便沿着确定方向操作电机.该双极电机是本领域的技术人员已知的。欧洲专利No.0341582特别描述了一种这样的双极电机，其设置成能够沿着两个方向步进式地转动并且其必须交替地接收沿着一个方向极化的控制脉冲且然后接收沿着另一个方向极化的控制脉冲以维持旋转的给定方向。因此应理解的是，当该电机导致轮4步进式地进行一个整转时，连续步进可以被分成两类。第一类由奇数步进(第一步，第三步，第五步等)形成，并且第二类由偶数步进(第二步，第四步，第六步等)形成.奇数步进由沿着第一方向极化的控制脉冲产生，并且偶数步进由沿着另一方向极化的控制脉冲产生。

在偶数电机步进与奇数电机步进之间的上述区分可能性在引起轮4正好进行一次旋转/回转所必需的确定整数的电机步进数是偶数的情况下是有利的。事实上，在这种情况下，可以在由轮4连续占据的角位置之间区分在偶数电机步进之后达到的一半角位置和在奇数电机步进之后达到的另一半角位置.根据有利变型，存储在电子控制电路中的对应表除了包含用于作为转子的角位置的函数的信号的参考值之外，还根据是需要偶数电机步进还是需要奇数电机步进达到所述的角位置，还包括针对转子的每个角位置的奇偶(奇数或偶数)指示。由于刚才已经描述的对应表的特征，可以简化位置检测方法。事实上，应理解的是，要计算的相关性的数量可除以2。

还应显然的是，在不脱离由附属权利要求限定的本发明的范围的情况下，可以对构成本说明书的主题的实施例作出对于本领域的技术人员来说显而易见的各种改变和/或改进。

Claims (19)

1.一种机电装置，包括一体旋转的轮副和模拟指示器构件(14)、步进电机、设置成控制所述步进电机的电子控制电路、将所述步进电机连接到所述轮副且连接到所述模拟指示器构件(14)的传动系、以及电容性检测设备(2)，所述传动系具有一传动比，该传动比设计成使得步进电机以确定的整数数量的电机步进引起轮副正好完成一个整转，从而使所述电机步进将所述轮副的一个整转划分成所述整数数量的彼此等距的角位置，并且所述电容性检测设备(2)包括与所述轮副一体旋转的转子(4；10)、定子(18a，18b，20a，20b，22，24，26a，26b，26c)和电子测量电路(28)，所述定子包括具有第一电容(C1)的第一对电极(18a，18b)，所述转子(4；10)调适成使得，所述第一电容(C1)的值由所述转子(4；10)的角位置决定，并且所述电子测量电路(28)设置成产生由所述第一电容(C1)的值决定的信号并且将该信号提供给所述电子控制电路，

其特征在于，所述定子(18a，18b，20a，20b，22，24，26a，26b，26c)包括具有第二电容(C2)的第二对电极(20a，20b)，所述第二电容(C2)的值由所述转子(4；10)的角位置决定，并且所述第一对电极(18a，18b)和第二对电极(20a，20b)以及所述电子测量电路(28)配置成使得，所述信号代表所述第一电容(C1)和所述第二电容(C2)的相应值之间的差值，并且电子控制部件包含已存储的对应表，该对应表包含针对所述轮副的所述彼此等距的角位置的、作为所述转子(4；10)的角位置的函数的所述信号的参考值.

2.根据权利要求1所述的机电装置，其特征在于，所述电子控制电路包括用于对所述步进电机的控制脉冲进行计数的电路，以便计数由所述步进电机进行的步进。

3.根据权利要求2所述的机电装置，其特征在于，所述步进电机是设置成由电流脉冲供电的双极电机，该电流脉冲的流动方向必须在每次步进时反向以便沿着预定的方向操作所述电机，并且存储在所述电子控制电路中的所述对应表除了包含作为所述转子(4；10)的角位置的函数的所述信号的参考值外，还包含针对所述转子(4；10)的每个角位置的奇偶性(偶数或奇数)的指示，所述奇偶性的指示取决于是需要偶数电机步进或是需要奇数电机步进到达所述角位置.

4.根据权利要求1所述的机电装置，其特征在于，所述电容性检测设备(2)的所述转子(4；10)包括由导电材料制成的轮(4)，并且该轮(4)的板(8)上穿设有具有确定形状和尺寸的开口(16)，所述电容性检测设备设置成使得，所述第一对电极(18a，18b)中的一个电极和所述第二对电极(20a，20b)中的一个电极分别地在所述转子(4；10)的第一和第二角位置处与所述开口(16)至少部分地相对.

5.根据权利要求1所述的机电装置，其特征在于，所述第一对电极(18a，18b)和所述第二对电极(20a，20b)在垂直于所述转子(4；10)的轴线(12)的相同平面中延伸.

6.根据权利要求5所述的机电装置，其特征在于，所述第一对电极(18a，18b)和所述第二对电极(20a，20b)是彼此等同的并且能通过使其中一对电极绕着所述轴线(12)旋转而重叠.

7.根据权利要求1所述的机电装置，其特征在于，所述电容性检测设备(2)的定子(18a，18b，20a，20b，22，24，26a，26b，26c)包括将所述第一对电极中的一个电极(18b)连接到所述第二对电极中的一个电极(20b)的导体(24)。

8.根据权利要求1所述的机电装置，其特征在于，所述模拟指示器构件(14)是指针。

9.根据权利要求8所述的机电装置，其特征在于，所述指针与所述转子(4；10)成一体，所述指针沿着开口(16)的中心的方向指向使得由所述开口的存在引起的不平衡能至少部分地补偿由所述指针的重量引起的扭矩.

10.根据权利要求1所述的机电装置，其特征在于，包含作为所述转子(4；10)的所述角位置的函数的所述信号的参考值的所述对应表存储在所述电子控制电路的非易失性存储器中。

11.根据权利要求9所述的机电装置，其特征在于，所述信号的参考值定义了所述转子(4；10)的所述角位置的函数，所述函数是分段线性函数.

12.用于确定与根据权利要求1所述的机电装置的模拟指示器(14)一体旋转的轮副的角位置的方法，所述方法包括如下步骤：

I。控制所述步进电机以引起与所述轮副成一体的转子(4；10)实现一个完整的步进式旋转，并且以便于存储由所述电子测量电路(28)提供的针对在所述轮副的所述彼此等距的角位置中的两个角位置中的至少一个的信号值；

II.从将所述轮副的整数数量的彼此等距的角位置中的至少一部分与同样多的所述信号的参考值匹配的所述存储表中提取分别地对应于在所述彼此等距的角位置中的两个角位置中的所述至少一个的各种可能的循环排列的多个参考值序列，并且计算所提供的所述信号的存储值序列与各个参考值序列之间的相关性；

III.通过在针对各个参考值序列计算的相关性之中识别出其值为最大值的相关性来确定所述模拟指示器(14)的角位置。

13.根据权利要求12所述的用于确定轮副的角位置的方法，其特征在于，在步骤(I)中，针对所述轮副的所有的所述彼此等距的角位置存储由所述电子测量电路(28)提供的所述信号的值，并且在步骤(II)中，参考值序列的数量等于所述确定的数量，所述参考值序列分别地对应于所有的所述彼此等距的角位置的各循环排列。

14.根据权利要求12所述的用于确定轮副的角位置的方法，其中，所述机电装置的所述步进电机是设置成由电流脉冲供电的双极电机，该电流脉冲的流动方向必须在每次步进时反向以便沿着预定方向操作所述电机，所述方法的特征在于，所述确定的数量为偶数，并且在步骤(I)中，针对在所述轮副的所述彼此等距的角位置中的两个角位置中的一个存储由所述电子测量电路(28)提供的所述信号的值；并且在步骤(II)中，所述参考值序列的数量等于所述确定的数量的一半，所述参考值序列分别地对应于在所述彼此等距的角位置中的两个角位置中的所述一个的各循环排列.

15.根据权利要求12所述的用于确定轮副的角位置的方法，包括产生对应表的初始步骤，所述产生步骤包括产生理论曲线以及基于由所述电容性检测设备提供的实验曲线调整所述理论曲线的参数.

16.根据权利要求15所述的用于确定轮副的角位置的方法，其特征在于，产生所述理论曲线包括使所述轮副进行一个完整的步进式旋转，以及响应于所述旋转存储由所述电子测量电路提供的所述信号的值.

17.根据权利要求16所述的用于确定轮副的角位置的方法，其特征在于，产生所述理论曲线包括确定由所述电子测量电路提供的所述值的最大值，所述理论曲线接连地包括朝向所述最大值的上升沿、平坦部分、以及下降沿.

18.根据权利要求16所述的用于确定轮副的角位置的方法，其特征在于，产生所述理论曲线包括确定对应于由所述电子测量电路提供的所述值的最大值的第一步级和确定对应于所述值的最小值的第二步级，所述理论曲线包括在所述第一步级处居中的第一正平坦部分，和在所述第二步级处居中的第二负平坦部分.

19.根据权利要求16所述的用于确定轮副的角位置的方法，包括对由所述电子测量电路提供的所述值进行傅立叶变换，以便于获得频谱，然后对所述频谱的谐波进行反向变换。