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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Codiervorrichtung zum Erfassen einer relativen
Position eines beweglichen Bauteils, wie eines Rotors, in Bezug
auf einen festen Stator, und insbesondere eine kapazitive Codiervorrichtung,
die die Positionsinformation bei einem niedrigen Stromverbrauch
unter Verwendung einer kapazitiven Kopplung erhalten kann.
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2. Beschreibung des dazu gehörigen
Fachgebiets.
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Es
gibt eine kapazitive Codiervorrichtung als Sensor zum Erfassen der
Drehinformation über einen Drehkörper. Die kapazitive
Codiervorrichtung kann die Drehinformation des Drehkörpers
mit hoher Empfindlichkeit mit Hochfrequenzsignalen erfassen und
ebenfalls mit einer dünnen Struktur, die ein Prinzip der
kapazitiven Kopplung nutzt, so dass die Codiervorrichtung klein
gehalten werden kann.
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Eine
kapazitive Codiervorrichtung wie sie in
JP61-105421A offenbart
ist, umfasst eine rotierende Platte
10, die so auf einer
rotierenden Welle befestigt ist, dass sie sich gegenüber
einem Körper und einer ortsfesten Platte
12 dreht,
die so auf dem Körper befestigt ist, dass sie sich gegenüber
der rotierenden Platte
10 befindet, damit eine Rotationsfehlstellung der
rotierenden Platte gegenüber der ortsfesten Platte erfasst
wird.
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Eine
Anzahl Sendeelektroden ist in regelmäßigen Abständen
in Umfangsrichtung auf einer Oberfläche der ortsfesten
Platte angeordnet. Ein Spannungskreis liefert sinusförmige
Wellen oder Rechteckwellen, wobei ihre Phasen sukzessive um einen festgelegten
Grad zu den Sendeelektroden versetzt sind, so dass eine Anzahl von
Elektrodengruppen mit acht Phasenelektroden als Einheit gebildet
wird. Zum Anwenden sinusförmiger Wellen benötigt
man einen komplizierten Analog-Verstärker, der Zwischenspannungen
erzeugen kann, wodurch der Stromverbrauch erhöht wird.
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Es
sind genauso viele Empfangselektroden wie Elektrodengruppen auf
einer Oberfläche der rotierenden Platte angeordnet, so
dass sich die Empfangselektroden jeweils sukzessive gegenüber
von Sendeelektroden in jeder Elektrodengruppe auf der ortsfesten
Platte befinden.
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In
der kapazitiven Codiervorrichtung wurde wie beschrieben eine Konfiguration
angenommen, in der eine Anzahl Sendeelektroden in regelmäßigen Abständen
angeordnet ist, Wechselspannungen mit festgelegten versetzten Phasen
an die jeweiligen Anregeelektroden angelegt werden, und die Empfangselektroden
so angelegt sind, dass sie sich gegenüber den Anregeelektroden
befinden, so dass ein relatives Bewegungsausmaß zwischen
den Sendeelektroden und den Empfangselektroden durch Analysieren
der Phasendifferenzen der kapazitiven Signale, die von den Empfangselektroden
erfasst werden, und den angelegten Wechselspannungen erhalten wird.
Man muss die Position eines beweglichen Bauteils, wie eines Drehkörpers,
mit hoher Genauigkeit erfassen, wobei eine kleine und leichte kapazitive
Codiervorrichtung verwendet wird, die zudem hinsichtlich der Sicherung
der Stromquelle der kapazitiven Codiervorrichtung durch eine Batterie,
die eine Funktion der Codiervorrichtung aufrecht erhält,
wenn die Stromquelle abgeschaltet ist einen niedrigen Stromverbrauch
aufweist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung stellt eine kapazitive Codiervorrichtung bereit, die Positionsdaten
auf der Basis von Signalen von einem beweglichen Bauteil mit niedrigem
Stromverbrauch erhält.
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Eine
erfindungsgemäße kapazitive Codiervorrichtung
umfasst: einen Stator mit einer Anzahl Anregeelektrodensätzen,
die voneinander elektrisch unabhängig und versetzt angeordnet
sind, so dass sie Phasendifferenzen zueinander aufweisen, wobei jeder
Satz aus Anregeelektroden besteht, die zyklisch angeordnet sind,
und die miteinander elektrisch verbunden sind, so dass eine festgelegte
Zahl von Anregeelektrodengruppen gebildet wird, und eine Empfangselektrode
aufweisen, die von den Anregeelektroden elektrisch unabhängig
ist; ein bewegliches Bauteil, das in Bezug auf den Stator beweglich ist
und Verbindungselektroden aufweist, die derart angeordnet sind,
dass sie sich zyklisch gegenüber den Anregeelektroden des
Stators befinden, und sie die gleiche Zahl wie Anregeelektrodengruppen
aufweisen, und eine Sendeelektrode, die elektrisch mit den Verbindungselektroden
verbunden ist und die so angeordnet ist, dass sie sich gegenüber
der Empfangselektrode des Stators befindet; Anregeeinrichtungen
zum Anregen der Anregeelektroden des Stators; und Signalverarbeitungseinrichtungen
zum Verarbeiten der Erfassungssignale, die in den Verbindungselektroden
des beweglichen Bauteils erzeugt werden und durch die Empfangselektrode über
die Sendeelektrode empfangen werden.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung fegt die Anregeeinrichtung in
einem Zustand, in dem die Spannungen der Anregeelektroden auf entsprechende
Referenzspannungen eingestellt werden, gleichzeitig eine erste Impulsspannung
an einen oder mehrere der Anregeelektrodensätze an und eine
zweite Impulsspannung an einen oder mehrere der Anregeelektrodensätze
an, die eine Phasendifferenz von 180° in Bezug auf einen
oder mehrere Anregeelektrodensätze haben, an denen die
erste Impulsspannung anliegt, wobei die Änderungsrichtungen
der ersten und zweiten Impulsspannung entgegen gesetzt zueinander
sind, und nach Beendigung des Anlegens der ersten und zweiten Impulsspannungen
legt die Anregeeinrichtung gleichzeitig eine dritte Impulsspannung
an eine oder mehrere der Anregeelektrodensätze an, die
sich von den Anregeelektrodensätzen unterscheiden, an denen
die ersten und zweiten Impulsspannungen anliegen, und eine vierte
Impulsspannung an einen oder mehrere der Anregeelektrodensätze,
die eine Phasendifferenz von 180° in Bezug auf einen oder
mehrere der Anregeelektrodensätze haben, an denen die dritte
Impulsspannung anliegt, wobei die Änderungsrichtungen der
dritten und vierten Impulsspannung entgegengesetzt zueinander sind,
und wobei die Signalverarbeitungseinrichtung ein erstes Erfassungssignal
speichert, das von der Empfangselektrode empfangen wird, wenn die
ersten und zweiten Impulsspannungen angelegt werden, und ein zweites
Erfassungssignal speichert, das von der Empfangselektrode empfangen
wird, wenn die dritten und vierten Impulsspannungen angelegt werden,
so dass bestimmt wird, in welchem der geteilten Bereiche sich eine
Referenzlinie der Verbindungselektroden befindet, und zwar auf der
Basis der Kombination der ersten und zweiten Erfassungssignale,
wobei die geteilten Bereiche durch Teilen eines Anordnungskreises
der Anregeelektroden in jeder Anregeelektrodengruppe durch 4 festgelegt
werden.
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Die
Anregeeinrichtung kann gleichzeitig die dritte Impulsspannung an
eine oder mehrere der Anregeelektrodensätze anlegen, die
Phasendifferenzen von 90° in Bezug auf die einen oder mehreren
der Anregeelektrodensätze aufweisen, an denen die erste
oder zweite Impulsspannung anliegt, und die vierte Impulsspannung
an einen oder mehrere der Anregeelektrodensätze anlegen,
die Phasendifferenzen von 180° in Bezug auf die einen oder
mehreren Anregeelektrodensätze aufweisen, an denen die
dritte Impulsspannung anliegt.
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Die
Anregeeinrichtung kann gleichzeitig die erste Impulsspannung an
einen der Anregeelektrodensätze und die zweite Impulsspannung
an einen der Anregeelektrodensätze anlegen, die eine Phasendifferenz
von 180° in Bezug auf den Anregeelektrodensatz haben, an
dem die erste Impulsspannung anliegt, und gleichzeitig die dritte
Impulsspannung an einen der Anregeelektrodensätze anlegen,
die eine Phasendifferenz von 90° in Bezug auf den Anregeelektrodensatz
haben, an dem die dritte Impulsspannung anliegt.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung legt die Anregeeinrichtung
in einem Zustand, in dem die Spannungen der Anregeelektroden auf
entsprechende Referenzspannungen eingestellt sind, gleichzeitig
eine erste Impulsspannung an einen oder mehrere der Anregeelektrodensätze
an und eine zweite Impulsspannung an einen oder mehrere der Anregeelektrodensätze
an, die so angeordnet sind, dass sie äquivalent zu einer
Anordnung sind, die eine Phasendifferenz von 180° in Bezug
auf einen oder mehrere Anregeelektrodensätze aufweisen,
an denen eine erste Impulsspannung anliegt, wobei die Änderungsrichtungen
der ersten Impulsspannung und der zweiten Impulsspannung entgegengesetzt
zueinander sind, und nach beendigtem Anlegen der ersten und zweiten
Impulsspannungen legt die Anregeeinrichtung gleichzeitig eine dritte
Impulsspannung an einen oder mehrere der Anregeelektrodensätze
an, die sich von den Anregeelektrodensätzen unterscheiden,
an denen die ersten und zweiten Impulsspannungen anliegen, und eine
vierte Impulsspannung an einen oder mehrere der Anregeelektrodensätze,
die so angeordnet sind, dass sie äquivalent zu einer Anordnung
sind, dass sie Phasendifferenzen von 180° in Bezug auf
einen oder mehrere Anregeelektrodensätze haben, an denen die
dritte Impulsspannung anliegt, wobei die Änderungsrichtungen
der dritten Impulsspannung und der vierten Impulsspannung entgegengesetzt
zueinander sind und wobei die Signalverarbeitungseinrichtung ein
erstes Erfassungssignal speichert, das von den Empfangselektroden
empfangen wird, wenn die ersten und zweiten Impulsspannungen angelegt
werden, und ein zweites Erfassungssignal speichert, das von der
Empfangselektrode empfangen wird, wenn die dritten und vierten Impulsspannungen
angelegt werden, so dass bestimmt wird, in welchem der geteilten
Bereiche sich eine Referenzlinie der Verbindungselektroden befindet,
auf der Basis einer Kombination der ersten und zweiten Erfassungssignale, wobei
die geteilten Bereiche festgelegt werden durch Teilen von einem
Anordnungskreis der Anregeelektroden in jeder Anregeelektrodengruppe
durch 4.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung beginnt die Anregeeinrichtung
in einem Zustand, in dem die Spannungen der Anregeelektrodensätze
auf entsprechende Referenzspannungen eingestellt werden, gleichzeitig
das Anlegen einer ersten Spannung an einen oder mehrere der Anregeelektrodensätze
und einer zweiten Spannung an eine oder mehrere der Anregeelektrodensätze, die
Phasendifferenzen von 180° in Bezug auf einen oder mehrere
der Anregeelektrodensätze aufweisen, an denen die erste
Spannung anliegt, wobei eine Änderungsrichtung zur ersten
Impulsspannung von ihrer Referenzspannung und eine Änderungsrichtung zur
zweiten Impulsspannung von ihrer Referenzspannung entgegengesetzt
zueinander sind und beendet das Anlegen der ersten und zweiten Spannungen
nach einem ersten festgelegten Zeitraum, nach dem Beginn des Anlegens
der ersten und zweiten Impulsspannungen, wobei die Anregeeinrichtung gleichzeitig
das Anlegen einer dritten Spannung an einen oder mehrere der Anregeelektrodensätze
startet, die sich von den Anregeelektrodensätzen unterscheiden,
an denen die ersten und zweiten Impulsspannungen anliegen, und einer
vierten Impulsspannung an eine oder mehrere der Anregeelektrodensätze,
die Phasendifferenzen von 180° in Bezug auf einen oder
mehrere der Anregeelektrodensätze aufweisen, an denen die
dritte Impulsspannung anliegt, wobei eine Änderungsrichtung
von einer Referenzspannung zur dritten Impulsspannung und eine Änderungsrichtung
von einer Referenzspannung zur vierten Impulsspannung entgegengesetzt
zueinander sind, und beendet das Anlegen der dritten und vierten
Spannungen nach einer zweiten festgelegten Zeitspanne, und die Signalverarbeitungseinrichtung speichert
ein erstes Erfassungssignal, das von der Empfangselektrode empfangen
wird, wenn das Anlegen der ersten und zweiten Anregesignale gestartet wird,
und speichert ein zweites Erfassungssignal, wenn das Anlegen der
dritten und vierten Anregesignale gestartet wird, so dass bestimmt
wird, in welchem der geteilten Bereiche sich das bewegliche Bauteil
befindet, auf der Basis einer Kombination der ersten und zweiten
Erfassungssignale, wobei die geteilten Bereiche durch Teilen eines
Anordnungskreises der Anregeelektroden in Jeder Anregeelektrodengruppe
durch 4 festgelegt werden, und wobei weiter die Signalverarbeitungseinrichtung
ein drittes Erfassungssignal speichert, wenn das Anlegen der ersten
und zweiten Anregesignale beendet wird, und ein viertes Erfassungssignal
speichert, wenn das Anlegen der dritten und vierten Anregesignale
beendet wird, so dass man bestimmt, in welchem der vier geteilten
Bereiche sich das bewegliche Bauteil befindet, auf der Basis einer
Kombination der dritten und vierten Erfassungssignale.
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Die
Anregeeinrichtung kann gleichzeitig das Anlegen der dritten Spannung
an einen oder mehrere der Anregeelektrodensätze, die Phasendifferenzen von
90° in Bezug auf einen oder mehrere der Anregeelektrodensätze
aufweisen, an denen die erste und zweite Spannung anliegt, und der
vierten Spannung an eine oder mehrere der Anregeelektrodensätze starten,
die Phasendifferenzen von 180° in Bezug auf einen oder
mehrere Anregeelektrodensätze aufweisen, an denen die dritte
Impulsspannung anliegt.
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Die
Anregeeinrichtung kann gleichzeitig das Anlegen der ersten Spannung
an einen der Anregeelektrodensätze und der zweiten Spannung
an einen der Anregeelektrodensätze starten, die eine Phasendifferenz
von 180° in Bezug auf den Anregeelektrodensatz aufweisen,
an denen die erste Spannung anliegt, und gleichzeitig die dritte
Spannung an einen der Anregeelektrodensätze anlegen, die
eine Phasendifferenz von 90° in Bezug auf den Anregeelektrodensatz
aufweisen, an denen die erste Spannung oder die zweite Spannung
anliegt, und die vierte Spannung an den Anregeelektrodensatz, der
eine Phasendifferenz von 180° in Bezug auf den Anregeelektrodensatz
aufweist, an dem die dritte Spannung anliegt.
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Das
bewegliche Bauteil kann ein Rotor sein, der eine Drehbewegung ausführt,
oder ein Linearbewegungsbauteil, das eine lineare Bewegung in Bezug
auf den Stator ausführt.
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Im
Gegensatz zu der kapazitiven Codiervorrichtung des Standes der Technik,
in der hochfrequente Wechselstromsignale stetig an die Sendeelektroden
angelegt werden, werden die Positionsdaten des beweglichen Bauteils
bei der erfindungsgemäßen kapazitiven Codiervorrichtung
auf der Basis der Signale aus dem beweglichen Bauteil unter niedrigem
Stromverbrauch erhalten, indem einzelne Spannungen an die Anregeelektroden
mit der geeigneten Frequenz angelegt werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es
zeigt/zeigen:
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1 eine
Vorderansicht auf einen Stator der erfindungsgemäßen
kapazitiven Codiervorrichtung;
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2 eine
Vorderansicht auf ein bewegliches Bauteil der kapazitiven Codiervorrichtung;
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3 eine
schematische Darstellung der kapazitiven Codiervorrichtung;
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4 ein
Schaubild der Positionen einer Verbindungselektrode auf dem beweglichen
Bauteil in Bezug auf die Anregeelektroden auf dem Stator, Wellenformen
der Anregesignale, die an die Anregeelektroden angelegt werden,
und Erfassungssignale gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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5a eine
Tabelle der Beziehung zwischen Kombinationen der Erfassungssignale
und der geteilten Bereiche, in denen sich die Verbindungselektrode befindet,
und
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5b ein
Schaubild der geteilten Bereiche von einem Anordnungskreis der Anregeelektroden
in der ersten Ausführungsform;
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6 ein
Schaubild der zweiten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, in der drei Anregeelektrodensätze bereitgestellt
sind;
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7a eine
Tabelle der Beziehung zwischen Kombinationen der Erfassungssignale
und der geteilten Bereiche, in denen sich die Verbindungselektrode befindet,
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7b ein
Schaubild der geteilten Bereiche von einem Anordnungskreis der Anregeelektroden
in der zweiten Ausführungsform;
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7c eine
Kreisdarstellung von einem Anordnungskreis der Anregeelektroden
und der Verbindungselektrode,
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7d und 7e Kreisdarstellungen
von einem Anordnungskreis der Anregeelektroden in einer ersten Anregung
bzw. einer zweiten Anregung;
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7f und 7g Kreisdarstellungen
der geteilten Bereiche von einem Anordnungskreis der Anregeelektroden
in der ersten Anregung bzw. der zweiten Anregung; und
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7h bis 7s relative Positionen der Anregeelektroden
und der Verbindungselektrode, wenn sich die Verbindungselektrode
um 30° dreht.
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8 ein
Blockdiagramm einer Anordnung eines Signalverarbeitungsabschnitts;
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9 ein
Fließschema eines Algorithmus der Verarbeitung, die durch
den Signalverarbeitungsabschnitt bewerkstelligt werden soll;
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10 ein
Schaubild einer dritten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, in der die λ-Zahl gezählt wird;
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11 ein
Fließschema eines Algorithmus der Verarbeitung in der dritten
Ausführungsform;
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12 ein
Schaubild der Anordnung der geteilten Bereiche in der dritten Ausführungsform;
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13 ein
Schaubild einer vierten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, in der Anregesignale mit anderen Wellenformen als in
der 4 an die Anregeelektrodensätze übermittelt
werden;
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14a–14c Schaubilder
der Zeit der Aufnahme der Erfassungssignale; und
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15 ein
Fließschema eines Algorithmus der Verarbeitung, die in
der in 13 gezeigten dritten Ausführungsform
bewerkstelligt werden soll.
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EINGEHENDE BESCHREIBUNG
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Die 1 zeigt
einen Stator zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen
kapazitiven Codiervorrichtung. Ein Stator 10 ist eine stationäre
scheibenförmige Platte mit einer mittigen Durchgangsbohrung 15 und
einer Anzahl von Anregeelektroden 11, die so angeordnet
sind, dass sie sich in Radialrichtungen in konstanten Abständen
auf einer Oberfläche des Stators 10 erstrecken.
Die Anregeelektroden 11 sind so angeordnet, dass sie eine
Anzahl Anregeelektrodensätze bilden, die elektrisch unabhängig
voneinander sind, und jeder der Anregeelektrodensätze aus
Anregeelektroden besteht, die zyklisch angeordnet sind und miteinander
elektrisch verbunden sind, wie es später beschrieben wird.
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Der
Stator 10 besteht aus eine Kartonmaterial mit einer Isolierfläche
und geeigneter Festigkeit, wie Glasepoxymaterial, mit Papier-Bakelit
(Warenzeichen) laminiertes Material, Material, das durch Aufbringen
von geschmolzener Keramik auf Glas erhalten wird, Keramiken, wie
Aluminiumoxid, Metalle, wie Eisen und Aluminium, oder Halbleiter,
wie Silizium, oder durch Beschichten dieses Materials mit Isolierharz,
oder durch Isolieren eines solchen Materials mit Luftschichten,
die durch Isolierkügelchen gebildet werden.
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Eine
leitende Schicht, wie die Anregeelektroden 11 auf dem Stator 10 kann
durch Photoätzen einer leitenden Schicht aus gewalzter
Kupferfolie, Aufdampfen von Chrom usw. oder durch Bilden einer leitenden
Schicht aus leitender Farbe durch Tintenstrahl-, Siebdruck oder
Offsetdruck erhalten werden.
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Vier
aufeinander folgende Anregeelektroden 11a, 11b, 11c,
und 11d bilden eine Anregeelektrodengruppe 16,
so dass insgesamt zehn Anregeelektrodengruppen in diesem Beispiel
gebildet werden. Die Anregeelektroden 11a, 11b, 11c oder 11d in
der gleichen Reihenfolge in den unterschiedlichen Gruppen 16 sind
elektrisch miteinander verbunden, durch Leitungen, die durch durchgezogene
oder gepunktete Linien in der 1 dargestellt
sind, so dass vier Anregeelektrodensätze 11A, 11B, 11C und 11D erhalten
werden. Die durch die durchgezogenen Linien dargestellten Leitungen
sind auf der Oberfläche angeordnet, auf der sich die Anregeelektroden 11 befinden,
und die durch die gepunkteten Linien gezeigten Leitungen sind auf
einer Oberfläche gegenüber der Oberfläche
angeordnet, auf der sich die Anregeelektroden 11 befinden.
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In
der 1 bildet jede vierte Anregeelektrode 11a, 11b, 11c oder 11d vier
Anregeelektroensätze 11A, 11B, 11C und 11D für
vier Phasen. Die Anregeelektroden in jedem Satz sind über
ringförmige Leiter 12a, 12b, 12c oder 12d und
Versorgungsleiter 13 elektrisch miteinander verbunden.
Die jeweiligen Phasen der Anregeelektroden werden elektrisch durch
Anregeeinrichtungen mit vier Phasen angeregt. Zur elektrischen Verbindung
jeder vierten Anregeelektrode 11a, 11b, 11c oder 11d in
den jeweiligen Anregeelektrodengruppen 16, so dass die
vier Anregeelektroden in jeder Anregeelektrodengruppe 16 elektrisch
unabhängig voneinander sind, werden die Anregeelektroden,
die ringförmigen Leiter, die Versorgungsleiter über
die Durchstecktechnik elektrisch verbunden. Die Durchstecktechnik
ist als Produktionstechnik von Platinen allgemein bekannt.
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Eine
ringförmige Empfangselektrode 14 ist elektrisch
unabhängig von den Anregeelektroden 11 an einem
inneren Abschnitt des Stators 10 auf der Oberfläche
bereitgestellt, auf der sich die Anregeelektroden 31 befinden.
Die Empfangselektrode 14 ist mit einem Erfassungssignal-Ausgangs-Terminal 17 zum
Ausgeben der Erfassungssignale ausgestattet, die von der Empfangselektrode 14 empfangen
werden.
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In 1 ist
die Empfangselektrode 14 auf der Oberfläche, auf
der die Anregeelektroden 11 gebildet sind, und in dem Abschnitt,
der sich innerhalb der Anregeelektroden 11 befindet, angeordnet.
Die Empfangselektrode 14 kann sich jedoch auf einer Oberfläche
gegenüber der Oberfläche befinden, auf der die
Anregeelektroden 11 ausgebildet sind, so lange die Empfangselektrode 14 Erfassungssignale durch
elektrostatische Induktion mit der Sendeelektrode 22 auf
dem beweglichen Bauteil 20 empfängt. In der 1 befindet
sich die Empfangselektrode 14 auf dem inneren Abschnitt
des Stators 10, so dass sie der Sendeelektrode 22 des
beweglichen Bauteils 20 gegenüber liegt, jedoch
kann sich die Empfangselektrode 14 an einem äußeren
Abschnitt des Stators 10 befinden, und zwar wenn die Sendeelektrode 22 in
einem äußeren Abschnitt des beweglichen Bauteils 20 angeordnet
ist.
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Die
Bohrung 15 in der Mitte des Stators 10 ist kein
wesentliches Bauteil der kapazitiven Codiervorrichtung und kann
weggelassen werden, wenn sie für den Gebrauch nicht notwendig
ist.
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Die 2 zeigt
ein bewegliches Bauteil 20 zur Verwendung in der kapazitiven
Codiervorrichtung. Das bewegliche Bauteil 20 ist ein scheibenförmiger
Rotor mit einer Bohrung 23. Eine Anzahl Verbindungselektroden 21 befindet
sich auf einer Oberfläche des beweglichen Bauteils 20 und
erstreckt sich in Radialrichtungen. Das in 2 gezeigte
Beispiel weist zehn Verbindungselektroden 21 auf. Diese
Verbindungselektroden 21 sind elektrisch mit einer Sendeelektrode 22 verbunden,
die sich in einem mittigen Abschnitt des beweglichen Bauteils 20 befindet,
so dass eine Erfassungselektrode einer einzelnen Phase mit der Sendeelektrode 22 erzeugt
wird.
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Der
Stator 10 und das bewegliche Bauteil 20 sind derart
angeordnet, dass die Oberfläche des Stators 10,
auf der sich die Anregeelektroden 11 befinden, gegenüber
der Oberfläche des beweglichen Bauteils 20 liegt,
auf der sich die Verbindungselektroden 21 befinden, so
dass die Erfassungselektrode, die aus der Anzahl Verbindungselektroden 21 besteht,
Anregesignale erfasst, die den Anregeelektroden 11 des
Stators 10 gemäß dem Prinzip der elektrostatischen
Induktion übermittelt werden.
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Die
in der Erfassungselektrode erzeugten Signale variieren je nach der
relativen Position des beweglichen Bauteils 20 in Bezug
auf den Stator 10 und den an die Anregeelektroden 11 übermittelten
Anregesignalen.
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Ein
Wechselstromsignal einer einzelnen Phase, das von der Erfassungselektrode
des beweglichen Bauteils 20 erfasst wird, wird durch elektrostatische
Induktion zwischen der Sendeelektrode 22 des beweglichen
Bauteiles 20 und der Empfangselektrode 14 des
Stators 10 an die Empfangselektrode 14 des Stators 10 gesendet.
Somit können die Sendeelektrode 22 und die Empfangselektrode 14 die
Erfassungssignale in einer kontaktlosen Weise übertragen.
Ein Gleitring oder ein Drehwandler kann zum Übertragen
der Erfassungssignale vom beweglichen Bauteil 20 auf den
Stator 10 eingesetzt werden. Dies unterscheidet sich von
der Vorrichtung, die die elektrostatische Induktion verwendet.
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Die 3 zeigt
schematisch eine kapazitive Codiervorrichtung mit dem Stator und
dem beweglichen Bauteil gemäß einer ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung. Die Oberfläche des beweglichen
Bauteils 20 mit den darauf bereitgestellten Verbindungselektroden 21 befindet
sich gegenüber den Anregeelektroden 11 des Stators 10 mit
einer festgelegten Lücke dazwischen, und das bewegliche Bauteil 20 ist
drehbar gelagert, so dass es mit dem Stator 10 koaxial
ist. Die Lücke zwischen dem Stator 10 und dem
beweglichen Bauteil 20 ist im Allgemeinen auf 150 μm
bis 200 μm eingestellt, wenn der Anordnungsabstand der
Anregeelektroden beispielsweise 200 μm ist.
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Die
Ausgänge der Anregeeinrichtungen 30 sind für
die entsprechenden Phasen auf dem Stator 10 mit den entsprechenden
Versorgungs-Terminals 18a, 18b, 18c und 18d verbunden.
Die Anregeeinrichtung 30 umfasst einen Sequenzer 31 zum
Erzeugen von Signalen mit festgelegten Wellenformen und einen Treiber 32 zum
Verstärken der vom Sequenzer 31 ausgegebenen Signale.
Der Sequenzer 31 gibt Einzelimpulsspannungen in festgelegten
Intervallen aus. Die Referenzspannungen der Impulsspannungen werden
nicht notwendigerweise auf den gleichen Wert eingestellt, können
aber für die jeweiligen Anregeelektrodensätze
unterschiedlich eingestellt werden Es werden beispielsweise Referenzspannungen
der Anregeelektrodensätze 11A und 11B auf
0 V eingestellt, und die Referenzspannungen der Anregeelektrodensätze 11C und 11D werden
auf 5 V eingestellt. In diesem Fall werden die durch das Anlegen
der Impulsspannungen erzeugten Erfassungssignale eindeutig von einer
allmählich zunehmenden Spannung unterschieden, die verursacht
wird, wenn sich die Verbindungselektrode 21 von einem Zustand,
in dem sie sich gegenüber dem einen Anregeelektrodensatz befindet, über
einen Signalverarbeitungsabschnitt 40 zu einem anderen
Anregeelektrodensatz bewegt. Das Erfassungssignal-Ausgabe-Terminal 17 des
Stators 10 und der Signalverarbeitungsabschnitt 40 sind elektrisch
verbunden, und die Erfassungssignale SG, die von der Empfangselektrode 14 des
Stators 10 empfangen werden, werden in den Signalverarbeitungsabschnitt 40 eingegeben.
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Ein
Weg zur Erfassung einer Drehposition (Winkel) des beweglichen Bauteils
durch die vorstehend genannte kapazitive Codiervorrichtung wird nachstehend
erläutert.
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Der
Stator 10 hat wie beschrieben vier Anregeelektrodensätze 11A, 11B, 11C und 11D,
die im Uhrzeigersinn zueinander versetzt sind, so dass die vier
aufeinanderfolgenden Anregeelektroden 11a, 11b, 11c,
und 11d in dieser Reihenfolge zyklisch angeordnet sind,
so dass eine Anzahl Anregeelektrodengruppen erhalten wird. Bei einem
Anordnungskreis der Anregeelektroden 11a, 11b, 11c und 11d hat
die Anregeelektrode 11a eine Anordnungsphase von 0°,
die Anregeelektrode 11b hat eine Anordnungsphase von 90°,
die Anregeelektrode 11c hat eine Anordnungsphase von 180°,
und die Anregeelektrode 11d hat eine Anordnungsphase von
270° in jeder Anregeelektrodengruppe.
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In
der 3 wird die linke der beiden Seiten 21L und 21R der
Verbindungselektroden, die sich jeweils in Radialrichtungen des
beweglichen Bauteils 20 erstrecken, auf eine Referenzlinie 21L der
Drehposition des beweglichen Bauteils 20 eingestellt, und die
linke der beiden Seiten 11L und 11R von einer Anregeelektrode 11,
die sich in Radialrichtungen erstreckt, wird auf eine Referenzlinie 11L der
Position des Stators 10 eingestellt.
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Ein
Anordnungskreis der Anregeelektroden 11a, 11b, 11c und 11d in
jeder Anregeelektrodengruppe 16 wird durch 4 geteilt, so
dass die vier geteilten Bereiche, d. h. Quadranten, zur Erfassung
der Position der Verbindungselektroden 21 bestimmt werden,
wobei die Referenzlinie 11L des Stators 10 verwendet
wird. Die kapazitive Codiervorrichtung der vorliegenden Ausführungsform
bestimmt, in welchem geteilten Bereich sich die Referenzlinie 21L der
Verbindungselektrode 21 zur Referenzlinie 11L des
Stators 10 befindet, und gibt die Bestimmungsergebnisse
aus.
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Der
Sequenzer 31 der Anregeeinrichtung 30 übermittelt
Anregesignale entsprechend der folgenden Schritte an die Anregeelektroden 11.
Der Sequenzer 31 startet die Übermittlung der
Anregesignale, wenn die Spannungen der Anregeelektroden gleich der
entsprechenden Referenzspannungen sind.
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Im
ersten Schritt werden Anregesignale SA, SC mit verschiedenen Polaritäten
an einen der beiden Anregeelektrodensätze (11A, 11C in
dem Beispiel von 4), deren Anordnungsphase sich
um 180° bei den vier Anregeelektrodensätzen (11A, 11B, 11C, 11D)
unterscheidet, übermittelt, so dass man ein erstes Erfassungssignal
SG erhält. Mit diesem ersten Schritt kann man bestimmen,
in welchem der geteilten Bereiche, die durch Teilen eines Anordnungskreises
der Anregeelektroden in jeder Anregeelektrodengruppe durch 2 (versetzt
um 180°) erhalten werden, sich die Referenzlinie 21L der
Verbindungslektroden 21 befindet.
-
Die
Erfassungssignale SG umfassen positive Spannungen und negative Spannungen,
die auf vordere und hintere Ränder der Impulsspannungen der
Anregesignale ansprechen. In diesem Beispiel übernimmt
der Signalverarbeitungsabschnitt 40 positive Spannungen
der Erfassungssignale SG als effiziente Signale und ignoriert die
negativen Spannungen.
-
Im
zweiten Schritt werden nach beendigter Übermittlung der
Anregesignale SA, SC, die Anregesignale SB, SD mit verschiedenen
Polaritäten an den Rest (11B, 11D) der
Anregeelektroden in den vier Anregeelektrodensätzen (11A, 11B, 11C, 11D) übermittelt,
so dass ein zweites Erfassungssignal SG erhalten wird. Auf der Basis
der Kombination der Erfassungssignale, die bei der ersten und zweiten Übermittlung
der Anregesignale erhalten wurden, wird bestimmt, in welchem der
vier geteilten Bereiche sich die Referenzlinie 21L der
Verbindungselektroden 21 befindet.
-
Nach
beendigter Übermittlung der Anregesignale SB, SD wird die
Referenzspannung von 0 V für einen festgelegten Zeitraum
an die vier Anregeelektrodensätze ausgegeben.
-
Gemäß dieser
Ausführungsform kann mit der Anordnung von vier Sätzen
und zehn Gruppen der Anregeelektroden 11 eine Drehposition
des beweglichen Bauteils 20 mit der Auflösung
eines vierzigstel Teils pro Drehung des beweglichen Bauteils 20 bestimmt
werden.
-
In
der 4 wird genauer erläutert, wie man bestimmt,
in welchem der vier geteilten Bereiche sich die Referenzlinie 21L der
Verbindungselektroden 21 befindet.
-
Die 4 zeigt
verschiedene Positionen der Verbindungselektrode 21 des
beweglichen Bauteils 20 in Bezug auf die Anregeelektroden 11 des
Stators 10 und ebenfalls die an die Anregeelektroden 11 übermittelten
Anregesignale, und Erfassungssignale, die an entsprechenden Positionen
der Verbindungselektrode 21 erzeugt werden.
-
Im
vorstehend genannten ersten Schritt gibt der Sequenzer 31 ein
Anregesignal SA einer positiven Impulsspannung an den Anregeelektrodensatz 11A,
sowie ein Anregesignal SC einer negativen Impulsspannung mit der
gleichen Amplitude wie das Anregesignal SA an den Anregeelektrodensatz 11C mit
180° Phasendifferenz in Bezug auf den Anregeelektrodensatz 11A aus.
Somit sind die Änderungsrichtung der ersten Impulsspannung
zum Anregeelektrodensatz 11A und die Änderungsrichtung
der zweiten Impulsspannung zum Anregeelektrodensatz 11C entgegengesetzt
zueinander.
-
Im
vorstehend genannten zweiten Schritt gibt der Sequenzer 31 gleichzeitig
ein Anregesignal SB einer positiven Impulsspannung an den Anregeelektrodensatz 11B,
sowie ein Anregesignal SD einer negativen Impulsspannung mit der
gleichen Amplitude wie das Anregesignal SB an den Anregeelektrodensatz 11D mit
180° Phasendifferenz in Bezug auf den Anregeelektrodensatz 11B aus.
Somit sind die Änderungsrichtung der dritten Impulsspannung
zum Anregeelektrodensatz 11B und eine Änderungsrichtung
der vierten Impulsspannung zum Anregeelektrodensatz 11D entgegengesetzt
zueinander.
-
Die
Phasenwinkel in der Anordnung der Anregeelektroden sind im unteren
Abschnitt von 4 gezeigt. In dem Beispiel von 4 hat
der Anregeelektrodensatz 11A einen Phasenwinkel von 0,
360, ... Grad, der Elektrodensatz 11B hat einen Phasenwinkel
von 90, 450, ... Grad, der Elektrodensatz 11C hat einen
Phasenwinkel von 180, 540, ... Grad, und der Elektrodensatz 11D hat
einen Phasenwinkel von 270, 630, ... Grad.
-
In 4 wird
die linke Seite 11L einer Anregeelektrode in dem Anregeelektrodensatz 11A als Referenzlinie
der Erfassung einer Drehposition der Verbindungselektrode 21 verwendet.
Bei der an der obersten Position (n1) gezeigten Verbindungselektrode 21 ist
die Referenzlinie 21L bei 0° positioniert. Da
sich die Verbindungselektrode 21 gegenüber dem Anregeelektrodensatz 11A und
dem Anregeelektrodensatz 11B befindet, erscheint an dieser
Position ein positives Erfassungssignal SG (ein erstes Signal in
sg1) im ersten Schritt, und anschließend erscheint ein
zweites positives Erfassungssignal SG (ein zweites Signal in sg1)
im zweiten Schritt.
-
Wird
dann die Referenzlinie 21L der Verbindungselektrode 21 so
verschoben, dass sie bei 22,5° (n2) positioniert ist, liegt
die Verbindungselektrode gegenüber einem Teil des Anregeelektrodensatzes 11A,
wobei ein Teil des Anregeelektrodensatzes 11C die gleiche
Fläche wie der Teil des Anregeelektrodensatzes 11A aufweist,
und dem gesamten Anregeelektrodensatz 11B. Somit erscheint
kein Erfassungssignal (0 V) im ersten Schritt als Folge einer Auslöschung,
und anschließend erscheint ein positives Erfassungssignal
SG (ein zweiter Peak in sg2) im zweiten Schritt.
-
Bei
einer Position, bei der die Referenzlinie 21L der Verbindungselektrode 21 bei
45° (n3) positioniert ist, liegt anschließend
die Verbindungselektrode 21 gegenüber dem Anregeelektrodensatz 11B und
dem Anregeelektrodensatz 11C. Somit erscheint ein negatives
Erfassungssignal (ein erstes Signal in sg3) im ersten Schritt, und
anschließend erscheint ein positives Erfassungssignal SG
(ein zweites Signal in sg3) im zweiten Schritt. Dieser Zustand wird aufrecht
erhalten, bis die Referenzlinie 21L die Position von 112,5° erreicht.
-
Wird
die Referenzlinie 21L der Verbindungselektrode 21 so
verschoben, dass sie bei 112,5° (n5) positioniert ist,
liegt die Verbindungselektrode 21 gegenüber dem
Anregeelektrodensatz 11B, dem Anregeelektrodensatz 11C und
dem Anregeelektrodensatz 11D. Somit erscheint ein negatives
Erfassungssignal (ein erstes Signal in sg5) im ersten Schritt, und anschließend
erscheint kein Erfassungssignal im zweiten Schritt, da die Anregung
durch den Anregeelektrodensatz 11B und die Anregung durch
den Anregeelektrodensatz 11D entfallen.
-
Anschließend
erscheinen in der beschriebenen Weise in dem Bereich zwischen 112,5° bis 202,5° negative
Erfassungssignale in den ersten und zweiten Schritten, im Bereich
zwischen 202,5 und 292,5 erscheint ein positives Erfassungssignal
im ersten Schritt, und ein negatives Erfassungssignal erscheint
im zweiten Schritt, und im Bereich zwischen 292,5 und 360° erscheinen
positive Erfassungssignale in den ersten und zweiten Schritten.
-
Die 5a zeigt
eine Zustandsdatentabelle, die die Beziehung zwischen Kombinationen
der Erfassungssignale SG und geteilten Bereichen speichert, in denen
sich die Referenzlinie der Verbindungselektroden befindet, wie es
in der 4 gezeigt ist. Aus der Zustandsdatentabelle kann
bestimmt werden, in welchem Bereich sich die Referenzlinie 21L der
Verbindungselektrode 21 befindet, und zwar auf der Basis
der Kombination der Erfassungssignale SG, die in dem ersten und
zweiten Schritt erhalten wurden. Die in der 5b gezeigten Linien
Z1 bis Z4 sind Grenzen der geteilten Bereiche, und diese Linien
sind jeweils in den ersten bis vierten Bereichen enthalten. In 5a veranschaulichen
X1 bzw. X2 die ersten und zweiten Erfassungssignale, die in der
Empfangselektrode 14 erscheinen, mit einem positiven Vorzeichen(+)
und einem negativen Vorzeichen (–).
-
In
den 6 und 7a–7s ist
eine zweite Ausführungsform erläutert, in der
drei Anregeelektrodensätze bereitgestellt sind. Diese Ausführungsform unterscheidet
sich von der in den 4, 5a und 5b gezeigten
ersten Ausführungsform hinsichtlich der Kombinationen der
anzuregenden Anregeelektrodensätze und Signalhöhen
der Anregesignale im ersten und zweiten Schritt.
-
In
dieser Ausführungsform umfasst der Stator drei Anregeelektrodensätze 11A, 11B und 11C, die
in dieser Reihenfolge im Uhrzeigersinn angeordnet sind. Da die Anregeelektrodensätze 11A, 11B und 11C so
angeordnet sind, dass sie um 120° versetzt werden können,
unterscheidet sich eine Kombination von anzuregenden Anregeelektroden
von derjenigen der ersten Ausführungsform.
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In
dieser Ausführungsform übermittelt der Sequenzer 31 der
Anregeeinrichtung 30 Anregesignale an die Anregeelektroden 11 gemäß den
folgenden Schritten.
-
In
einem ersten Schritt werden alle drei Anregeelektrodensätze
angeregt. Der Sequenzer 31 übermittelt gleichzeitig
ein Anregesignal SA einer positiven Impulsspannung an den Anregeelektrodensatz 11A und
die Anregesignale SE und SF der negativen Spannungen an den Anregeelektrodensatz 11B und
den Anregeelektrodensatz 11C, die kurzgeschlossen sind.
Die Amplitude der negativen Spannungen, die an die Anregeelektrodensätze 11B und 11C angelegt
werden, wird halb so groß wie die Amplitude der positiven
Spannung eingestellt, die an den Anregeelektrodensatz 11A angelegt
wird. Ein ersten Erfassungssignal wird in Reaktion auf die gleichzeitige
Anlegung einer ersten Impulsspannung des Anregesignals SA und einer
zweiten Impulsspannung der Anregesignale SE und SF erhalten.
-
Dann
wird in einem zweiten Schritt keine Impulsspannung an den Anregeelektrodensatz 11A angelegt
(d. h. er wird bei der Referenzspannung gehalten), eine positive
Impulsspannung wird an den Anregeelektrodensatz 11B angelegt,
und gleichzeitig wird eine negative Impulsspannung mit der gleichen
Amplitude wie die positive Spannung an den Anregeelektrodensatz 11C angelegt.
Ein zweites Erfassungssignal wird in Reaktion auf die gleichzeitige
Anlegung einer dritten Impulsspannung des Anregesignals SE und einer
vierten Impulsspannung des Anregesignals SF erhalten. Mit den beiden
vorstehend genannten Schritten kann man auf die gleiche Weise wie
in der ersten Ausführungsform bestimmen, in welchem der vier
geteilten Bereiche sich die Referenzlinie 21L der Verbindungselektroden 21 befindet.
-
Man
nimmt an, dass die Spannungen der jeweiligen Anregeelektrodensätze
als Vektoren auf einem X-Y-Koordinatensystem dargestellt werden.
In den 7b und 7d–7g wird
eine durch die Grenzen Z1 und Z3 definierte Linie als X-Achse angesehen,
wobei ihre positive Richtung als Richtung von der Grenze Z3 zur
Grenze Z1 definiert ist, und eine durch die Grenzen Z2 und Z4 definierte
Linie wird als Y-Achse angesehen, wobei ihre positive Richtung als
Richtung von der Grenze Z4 zur Grenze Z2 definiert ist. Wird die
Referenzlinie 21L der Verbindungselektrode 21 zur
X-Achse ausgerichtet, ist kein Erfassungssignal in Reaktion auf
die gleichzeitige Anlegung der ersten und zweiten Impulsspannungen vorhanden.
Wird die Referenzlinie 21L der Verbindungselektrode 21 zur
Y-Achse ausgerichtet, ist kein Erfassungssignal in Reaktion auf
die gleichzeitige Anlegung der dritten und vierten Impulsspannungen vorhanden.
Somit sind die durch die Grenzen Z1 und Z3 definierte X-Achse und
die durch die Grenzen Z2 und Z4 definierte Y-Achse Grenzen eines
Bereichs, in dem sich ein positives Erfassungssignal befindet, und
eines Bereichs, in dem sich ein negatives Erfassungssignal befindet.
Angenommen, die Verbindungselektrode 21 dreht sich in einer
Richtung, wie es durch einen Pfeil in 7d angegeben
ist, ändert sich das Vorzeichen des ersten Erfassungssignals von
positiv zu negativ und negativ zu positiv, wenn die Referenzlinie 21L der
Verbindungselektrode 21 die Grenze Z1 bzw. Grenze Z3 überschreitet.
Entsprechend ändert sich das Vorzeichen des zweiten Erfassungssignals
von positiv zu negativ, wenn die Referenzlinie 21L der
Verbindungselektrode 21 die Grenze Z2 und die Grenze Z4 überschreitet.
Somit werden der Übergang der Grenze Z1 und der Übergang
der Grenze Z3 der Referenzlinie 21L durch das erste Erfassungssignal
unterschieden, und der Übergang der Grenze Z2 und der Übergang
der Grenze Z4 der Referenzlinie 21L werden durch das zweite Erfassungssignal
unterschieden, so dass bestimmt wird, in welchem der ersten bis
vierten geteilten Bereiche sich die Referenzlinie 21L der
Verbindungselektrode 21, bezogen auf eine Kombination der
ersten und zweiten Erfassungssignale, befindet. Ist zudem das erste
Erfassungssignal gleich Null, kann auf der Basis des zweiten Erfassungssignals
unterschieden werden, in welcher Hälfte des einen Kreises
sich die Verbindungselektrode befindet, und ist das zweite Erfassungssignal
gleich Null, kann auf der Basis des ersten Erfassungssignals unterschieden
werden, in welcher Hälfte des einen Kreises sich die Verbindungselektrode
befindet. Da im ersten Schritt die Änderungsrichtung der Impulsspannung
des Anregesignals SA zum Anregeelektrodensatz 11A zu den Änderungsrichtungen
der Impulsspannungen der Anregesignale SE und SF zu den Anregeelektrodensätzen 11B bzw. 11C entgegengesetzt
sind, und die Spannungsänderungen der jeweiligen Anregeelektrodensätze über
kapazitive Kupplung an die Verbindungselektrode 21 übertragen
werden, entspricht die gleichzeitige Übermittlung der Anregesignale
SA, SE und SF einer gleichzeitigen Anlegung einer positiven Spannung
und einer negativen Spannung mit der gleichen Amplitude wie die
positive Spannung auf der X-Achse. Somit werden die erste Impulsspannung
an den Anregeelektrodensatz 11A und die zweite Impulsspannung
an die Anregeelektrodensätze 11B und 11C,
die so angeordnet sind, dass sie zu einer Anordnung äquivalent
ist, die eine Phasendifferenz von 180° in Bezug auf den
Anregeelektrodensatz 11A haben soll, gleichzeitig angelegt.
Entsprechend ist im zweiten Schritt die gleichzeitige Übermittlung der
Anregesignale SE und SF äquivalent zu einer gleichzeitigen
Anlegung einer positiven Spannung und einer negativen Spannung mit
der gleichen Amplitude wie die positive Spannung auf der Y-Achse. Somit
werden die dritte Impulsspannung an den Anregeelektrodensatz 11B und
die vierte Impulsspannung an den Anregeelektrodensatz 11C,
der so angeordnet ist, dass er zu einer Anordnung äquivalent ist,
die eine Phasendifferenz von 180° in Bezug auf den Anregeelektrodensatz 11B haben
soll, gleichzeitig angelegt.
-
Im
ersten Schritt entspricht die gleichzeitige Übermittlung
der Anregesignale SA, SE und SF einer gleichzeitigen Übermittlung
eines Anregesignals, das höher ist als die Referenzspannung,
und eines Anregesignals, das niedriger ist als die Referenzspannung,
an die beiden Bereiche (die durch die Y-Achse geteilt sind), die
den beiden Hälften des einen Kreises (360° in
elektrischen Grad) der Anordnung der Anregeelektroden entsprechen,
wie es in 7f gezeigt ist. Da die Verbindungselektrode 21 einen
Halbkreis der Anordnung der Anregeelektroden wie in 7c gezeigt,
abdeckt, wird das Vorzeichen des ersten Erfassungssignals je nach
der Drehposition der Verbindungselektrode 21 positiv, negativ
oder Null. Insbesondere wechselt das Vorzeichen des ersten Erfassungssignals
auf positiv, Null, negativ, Null, positiv, ... zyklisch mit der
Drehung der Verbindungselektrode 21 in einer Richtung,
wie es in den 7h–7s gezeigt
ist. Somit wird der eine Anordnungskreis der Anregeelektroden in
zwei Bereiche unterteilt, wobei das erste Erfassungssignal einen positiven
Wert und einen negativen Wert aufweist, mit den Grenzen Z1 und Z3,
wobei das erste Erfassungssignal Null ist.
-
Im
zweiten Schritt entspricht die gleichzeitige Übermittlung
der Anregesignale SE und SF einer gleichzeitigen Übermittlung
eines Anregesignals, das höher ist als die Referenzspannung
und eines Anregesignals, das niedriger ist, als die Referenzspannung,
an die beiden Bereiche (die durch die X-Achse geteilt sind), die
den beiden Hälften des einen Kreises (360° in
elektrischen Grad) der Anordnung der Anregeelektroden, wie in der 7g gezeigt,
entsprechen. Das Vorzeichen des zweiten Erfassungssignals wird je
nach der Drehposition der Verbindungselektrode 21 positiv,
negativ oder Null. Insbesondere wechselt das Vorzeichen des zweiten
Erfassungssignal auf positiv, Null, negativ, Null, positiv, ...zyklisch mit
der Drehung der Verbindungselektrode 21 in einer Richtung,
wie in den 7h–7s gezeigt.
Somit wird der eine Anordnungskreis der Anregeelektroden in zwei
Bereiche unterteilt, in denen das zweite Erfassungssignal einen
positiven Wert und einen negativen Wert mit den Grenzen Z2 und Z4
hat, wobei das zweite Erfassungssignal Null ist.
-
In
der vorstehend beschriebenen Weise wird bestimmt, in welchem der
vier geteilten Bereiche sich die Referenzlinie 21L der
Verbindungselektroden 21 auf der Basis der Kombination
des ersten Erfassungssignals und des zweiten Erfassungssignals befindet.
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In
der vorstehend genannten zweiten Ausführungsform werden
die Referenzspannungen der Anregeelektrodensätze 11A, 11B,
und 11C auf den gleichen Wert von 0 V eingestellt, die
Referenzspannungen werden jedoch nicht unbedingt auf den gleichen
Wert eingestellt, sondern können für die jeweiligen
Anregeelektrodensätze unterschiedlich eingestellt werden.
-
Die 7a zeigt
eine Zustandsdatentabelle, die die Beziehung zwischen den Kombinationen
der Erfassungssignale und der geteilten Bereiche speichert, in denen
die Verbindungselektrode wie in 6 positioniert
ist. In Bezug auf die Zustandsdatentabelle kann man bestimmen, in
welchem der vier geteilten Bereiche wie in 7b gezeigt,
sich die Referenzlinie 21L der Verbindungselektroden 21,
bezogen auf die Kombination der Erfassungssignale SG, die in den
ersten und zweiten Schritten erhalten werden, befinden. Die Linien
Z1 bis Z4 in der 7b sind Grenzen der geteilten
Bereiche, und diese Linien sind in den ersten bis vierten Bereichen
jeweils enthalten. X1 bzw. X2 veranschaulichen jeweils die ersten
und zweiten Erfassungssignale, die in der Empfangselektrode 14 erscheinen,
mit einem positiven Vorzeichen (+), 0 und einem negativen Vorzeichen (–).
-
Eine
Ausführungsform des Signalverarbeitungsabschnitts 40 wird
anhand von 8 beschrieben, und die von dem
Signalverarbeitungsabschnitt 40 durchzuführende
Verarbeitung wird anhand von 9 erläutert.
Der Signalverarbeitungsabschnitt 40 empfängt das
erste Erfassungssignal von der kapazitiven Codiervorrichtung 100 und
speichert das empfangene Signal in dem RAM 42. Dann wird
das erhaltene zweite Erfassungssignal mit dem gespeicherten ersten
Erfassungssignal kombiniert, und Zustandsdaten werden aus der Zustandsdatentabelle
in ROM 43 auf der Basis der kombinierten Daten gelesen. Diese
arithmetischen Rechenoperationen werden von der CPU 41 durchgeführt.
-
Ein
Algorithmus der in 9 gezeigten Verarbeitung wird
erläutert.
-
[Schritt
SA1] Die Ausführung des ersten Schritts wird dem Sequenzer
befohlen.
-
[Schritt
SA2] Es wird bestimmt, ob ein Signal der Beendigung des ersten Schritts
aus dem Sequenzer ausgegeben wurde. Wird die Ausgabe des Beendigungssignals
bestimmt, wird ein Erfassungssignal erhalten, und wenn nicht, wird
die Bestimmung fortgesetzt.
-
[Schritt
SA3] Das Erfassungssignal wird codiert. Jedes Erfassungssignal kann
einen von drei Zuständen annehmen, nämlich einen
positiven Wert, Null und einen negativen Wert, und kann somit durch 2-Bit-Information
veranschaulicht werden. Das codierte Signal wird gespeichert.
-
[Schritt
SA4] Die Ausführung des zweiten Schritts wird dem Sequenzer
befohlen.
-
[Schritt
SA5] Es wird bestimmt, ob ein Signal der Beendigung des zweiten
Schritts aus dem Sequenzer ausgegeben wird. Wird die Ausgabe des
Beendigungssignals bestimmt, wird ein Erfassungssignal von der Empfangselektrode
erhalten, und wenn nicht, wird die Bestimmung wiederholt.
-
[Schritt
SA6] Das Erfassungssignal wird codiert. Jedes Erfassungssignal kann
einen von drei Zuständen annehmen, nämlich einen
positiven Wert, Null und einen negativen Wert, und kann somit durch 2-Bit-Information
veranschaulicht werden.
-
[Schritt
SA7] Das in Schritt SA3 erhaltene Erfassungssignal und das in Schritt
SA6 erhaltene Erfassungssignal werden gemäß einer
festgelegten Regel kombiniert, so dass man Bestimmungsdaten erhält.
-
[Schritt
SA8] Es wird bestimmt, in welchem geteilten Bereich sich die Referenzlinie
der Verbindungselektroden befindet, auf der Basis der Bestimmungsdaten,
bezogen auf die Zustandsdatentabelle, die die Beziehung zwischen
der Kombination der Erfassungssignale und dem entsprechenden geteilten Bereich
speichert, und die bestimmten Daten des geteilten Bereichs werden
ausgegeben.
-
Eine
dritte erfindungsgemäße Ausführungsform
wird anhand von 10–12 beschrieben.
-
Die 10 zeigt
eine kapazitive Codiervorrichtung mit Vierphasen-Anregeelektroden
(11), worin ein Signalverarbeitungsabschnitt 40 aufweist
ein Bereichsregister 45 zum Speichern der vorhergehenden
Daten bezüglich des geteilten Bereichs, und eine λ-Zählvorrichtung 46 zum
Speichern der λ-Zahl, die jedes Mal aktualisiert wird,
wenn die Bewegung des beweglichen Bauteils 20 ein λ überschreitet
(ein Anordnungskreis der Anregeelektroden). Die Art der Zählung
der λ-Zahl mit dem Bereichsregister und der λ-Zählvorrichtung
wird anhand von 11 erläutert.
-
Wie
in der 12 gezeigt werden die ersten bis
vierten geteilten Bereiche im Gegenuhrzeigersinn festgelegt. In
diesem Beispiel wird eine Grenze zwischen dem ersten Bereich und
dem zweiten Bereich auf einen Changeover der λ-Zahl eingestellt,
so dass es bestimmt wird, dass sich das bewegliche Bauteil 20 um
1 λ bewegt hat, wenn die Referenzlinie 21L der
Verbindungselektrode 21 von dem ersten Bereich in den zweiten
Bereich übertritt. Die Bewegung von dem ersten Bereich
zum zweiten Bereich im Uhrzeigersinn ist innerhalb von einem λ,
so dass die λ-Zählvorrichtung nicht aktualisiert
wird. Bei einem ersten Bestimmungsschritt wird bestimmt, ob der
Wert des Bereichsregisters den ersten oder zweiten Bereich anzeigt.
Im zweiten Schritt wird bestimmt, ob die in dem aktuellen Verarbeitungszeitraum
erhaltenen Bereichsdaten den ersten oder zweiten Bereich anzeigen.
-
Die
jeweiligen Schritte des in 11 gezeigten
Fließschemas werden erläutert.
-
[Schritt
SC1]: Die vorherigen Bereichsdaten werden gelesen.
-
[Schritt
SC2]: Es wird bestimmt, ob die vorhergehende Bereichsdaten den ersten
Bereich anzeigen oder nicht. Zeigen die vorhergehenden Bereichsdaten
den Bestimmungen zufolge den ersten Bereich an, läuft das
Verfahren weiter bei Schritt SC3, und wenn nicht, läuft
das Verfahren weiter bei Schritt SC5.
-
[Schritt
SC3]: Es wird bestimmt, ob die aktuellen Bereichsdaten den zweiten
Bereich anzeigen. Zeigen die aktuellen Bereichsdaten den Bestimmungen
zufolge den zweiten Bereich an, läuft das Verfahren weiter
bei Schritt SC4, und wenn nicht, wird das Verfahren beendet.
-
[Schritt
SC4]: Die λ-Zählvorrichtung wird um ”1” erhöht
und gespeichert.
-
[Schritt
SC5]: Es wird bestimmt, ob die vorhergehenden Bereichsdaten den
zweiten Bereich anzeigen. Zeigen die vorhergehenden Bereichsdaten den
Bestimmungen zufolge den zweiten Bereich an, läuft das
Verfahren weiter bei Schritt SC6, und wenn nicht, wird das Verfahren
beendet.
-
[Schritt
SC6]: Es wird bestimmt, ob die aktuellen Bereichsdaten den ersten
Bereich anzeigen. Zeigen die aktuellen Bereichsdaten den Bestimmungen
zufolge den ersten Bereich an, läuft das Verfahren weiter
bei Schritt SC7, und wenn nicht, wird das Verfahren beendet.
-
[Schritt
SC7]: Die λ-Zählvorrichtung wird um ”1” gesenkt
und gespeichert, und das Verfahren wird beendet.
-
Mit
dieser Ausführungsform kann eine Drehposition des beweglichen
Bauteils 20 über eine Anzahl von Anordnungskreisen
der Anregeelektroden 11 sicher bestimmt werden.
-
Die 13 zeigt
eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
in der Anregesignale, die sich von den in 4 gezeigten
Anregesignalen unterscheiden, an die Anregeelektrodensätze
der kapazitiven Codiervorrichtung mit der in 3 gezeigten
Hardware-Konfiguration übermittelt werden.
-
In
dem Beispiel von 4 werden die Impulsspannungen
in dem zweiten Schritt angelegt, nachdem die im ersten Schritt angelegten
Impulsspannungen zurück auf Null gestellt wurden, jedoch überlappen
sich die jeweiligen Impulse in dem Beispiel von 13.
-
In
dem Beispiel von 4 nimmt der Signalverarbeitungsabschnitt 40 positive
Spannungen der Erfassungssignale SG als effektiv an, jedoch nimmt der
Signalverarbeitungsabschnitt 40 in diesem Beispiel sowohl
die positiven als auch die negativen Spannungen der Erfassungssignale
SG als effektiv an.
-
In
dem Beispiel von 4 wird ein Bestimmungsergebnis
von einer Ausgabe von Anregesignalen erhalten, jedoch können
je nach der Art der Übermittlung der Anregesignale, wie
in 13 gezeigt, zwei Bestimmungsergebnisse, d. h.
ein Bestimmungsergebnis auf der Basis der Erfassungssignale, die
die auf die vorderen Ränder der Impulse der Anregesignale
ansprechen, und ein Bestimmungsergebnis auf der Basis der Erfassungssignale,
die auf die hinteren Ränder der Impulse der Anregesignale ansprechen,
erhalten werden.
-
Man
beachte, dass man die umgekehrten Vorzeichen der Erfassungssignale
bearbeiten muss, die auf die hinteren Ränder der Anregesignale
ansprechen, oder den Inhalt der gespeicherten Daten usw. modifizieren
muss, da das Erfassungssignal, das dem vorderen Rand entspricht,
und das Erfassungssignal, das dem hinteren Rand des Anregesignals
entspricht, umgekehrt sind.
-
Die 14a bis 14c zeigen
die Zeit der Erfassungen von (1) dem ersten Erfassungssignal und
(2) dem zweiten Erfassungssignal an. Die 14d zeigt
die Zeit der Erfassungen von (1) dem ersten Erfassungssignal, (2)
dem zweiten Erfassungssignal, (3) dem dritten Erfassungssignal und (4)
dem vierten Erfassungssignal an.
-
Es
werden die jeweiligen Schritte des in 15 gezeigten
Fließschemas erläutert.
-
[Schritt
SB1]–[Schritt SB4]: Ein Start der gleichzeitigen Anlegung
der ersten und zweiten Spannungen wird dem Sequenzer befohlen, ein
erster Zeitgeber wird gestartet, der die Zeitspanne misst, die vom
Start der gleichzeitigen Anlegung der ersten und zweiten Spannungen
vergangen ist, ein erstes Erfassungssignal wird erhalten und das
erhaltene erste Erfassungssignal wird codiert und gespeichert.
-
[Schritt
SB5]–[Schritt SB8]: Ein Start der gleichzeitigen Anlegung
der dritten und vierten Spannungen wird dem Sequenzer befohlen,
ein zweiter Zeitgeber wird gestartet, der die Zeitspanne misst, die
vom Start der gleichzeitigen Anlegung der vierten und fünften
Spannungen vergangen ist, ein zweites Erfassungssignal wird erhalten
und das erhaltene zweite Erfassungssignal wird codiert und gespeichert.
-
[Schritt
SB9], [Schritt SB10]: Das erste und zweite Erfassungssignal werden
kombiniert, so dass erste Bestimmungsdaten erhalten werden, und
es wird bestimmt, in welchem geteilten Bereich sich die Referenzlinie
der Verbindungselektroden befindet, indem man auf die Datentabelle
zurückgreift.
-
[Schritt
SB11]–[Schritt SB14]: Es wird bestimmt, ob der erste Zeitgeber
eine erste festgelegte Zeitspanne gemessen hat oder nicht, und wenn
es bestimmt wird, dass die erste festgelegte Zeitspanne verstrichen
ist, wird dem Sequenzer ein Anhalten der Anlegung der dritten und
vierten Spannungen befohlen, ein drittes Erfassungssignal wird erhalten,
und das erhaltene dritte Erfassungssignal wird codiert und gespeichert.
-
[Schritt
SB15]–[Schritt SB18]: Es wird bestimmt, ob die zweite Zeitspanne
verstrichen ist oder nicht, und wenn es bestimmt wird, dass die
zweite Zeitspanne verstrichen ist, wird dem Sequenzer ein Anhalten
der Anlegung der dritten und vierten Spannungen befohlen, ein viertes
Erfassungssignal wird erhalten, und das erhaltene vierte Erfassungssignal wird
codiert und gespeichert.
-
[Schritt
SB19], [Schritt SB20]: Das dritte und vierte Erfassungssignal werden
kombiniert, so dass zweite Bestimmungsdaten erhalten werden, und
es wird bestimmt, in welchem geteilten Bereich sich die Referenzlinie
der Verbindungselektroden befindet, indem man auf die Datentabelle
zurückgreift.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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