JP2001357378A - ホイールカウンター機構 - Google Patents

ホイールカウンター機構

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JP2001357378A
JP2001357378A JP2001081683A JP2001081683A JP2001357378A JP 2001357378 A JP2001357378 A JP 2001357378A JP 2001081683 A JP2001081683 A JP 2001081683A JP 2001081683 A JP2001081683 A JP 2001081683A JP 2001357378 A JP2001357378 A JP 2001357378A
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counter
wheel
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マッター ダニエル
Walter Rueegg
ルエッグ ヴァルター
Thomas Christen
クリステン トーマス
Philippe Pretre
プレトレ フィリップ
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ABB Research Ltd Sweden
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ABB RES Ltd
ABB Research Ltd Sweden
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  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ホイールカウンター機構内のカウンターホイ
ール(1)の位置を容量的に求める装置。 【解決手段】 本装置は、カウンターホイール(1)から
ある距離に固定電極(3,3')を有する。カウンターホイー
ル(1)の外周上に一連の測定電極(12,12',12")が延び、
前記測定電極の間に電気的に非導電性のセクション(13,
13')が配置される。これにより、カウンターホイールの
各位置と各固定電極について、高又は低即ち、０又は１
の２進値を検出することができる。各カウンターホイー
ルのための固定電極の数によって、これらの２進値を組
合せて、カウンターホイール(1)の現在の位置を表す任
意の所望の数の２進表現を形成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、請求項１の前提部
に記載されたカウンターホイールの位置を容量的に求め
る装置に関する。即ち、固定電極がカウンターホイール
からある距離で配置され、カウンターホイールは位置に
基づいてキャパシタンスを変化させる手段を有する装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】ホイールカウンター機構、特に水、ガ
ス、電気、又は地域暖房の家庭用メーターは、今でも原
位置即ち顧客の家で人が調べて読取っている。この種の
消費量の記録は、時間がかかり、コストがかかる。それ
ゆえ、遠隔から読取ることができる電子的読取り装置を
有するホイールカウンター機構を作るのが好ましい。こ
れに関連して、遠隔操作できる読取装置は、摩耗しにく
く、一般に長期間安定なので、好ましい。
【０００３】遠隔操作できる読取装置を有するホイール
カウンター機構は、米国特許第5,554,981号に記載され
ている。これらの装置は、ホイールカウンターのカウン
ターホイールの回転位置を容量的に求めることができ
る。この目的のため、各カウンターホイールは、固定電
極からある距離に配置され、その間にエアギャップを設
け、ベアリング軸上を回転できるように取り付けられて
いる。ベアリング軸は接地され、対向する電極を形成
し、カウンターホイールの本体が、エアギャプと共にキ
ャパシター誘電体を形成する。これに関連して、本体
は、本体が回転するとキャパシターの誘電率が変化する
ように設計されている。この目的のため、１実施例で
は、カウンター本体の端面は、円周上に電気的に非導電
性要素を有し、その厚さが円周上で次第に減少し、カウ
ンターホイールの位置によってエアギャップが変化する
ようになっている。キャパシターのキャパシタンスは、
カウンターホイールの位置と共に一定に変化し、評価電
極を使用して、カウンターホイールの対応する位置に関
連付けることができる。
【０００４】この装置の欠点は、アナログキャパシタン
ス信号を、カウンターホイールの別々の位置に関連付け
る必要があることである。これは第１に、特に製造公差
を補償するため、評価電極の複雑な校正を必要とする。
第２に、材料は劣化プロセスに晒されて、信号が変化
し、その結果読取り誤差が起こる。
【０００５】米国特許第5,554,981号の他の実施例で
は、カウンターホイールの表面は、４つのリングに分か
れ、各リングは異なる誘電率の４つの非導電性部分を備
える。各リングは、関連付けられた固定電極を有し、各
固定電極が評価電極に４つのキャパシタンス値を与え
る。これらの４×４のキャパシタンス値が、カウンター
ホイールの個々の別の位置に直接関連付けられるコード
値を与える。この装置の第１の欠点は、ホイールが比較
的複雑な設計で、そのため製造費が高価なことである。
更に、カウンターホイールと固定電極の間に存在するエ
アギャップが、測定されたキャパシタンスに主に影響
し、そのため測定されたキャパシタンス値が、相互に殆
ど違わない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、初め
に記載した種類のカウンターホイールの位置を容量的に
求める装置で、製造が容易で、カウンターホイールの位
置を容易に読取ることができる装置を提供することであ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この目的は、請求項１の
特徴を有する装置により達成される。
【０００８】本発明による装置は、カウンターホイール
の外周上に分布するように配置された測定電極を有し、
これらの間は電気的に非導電性のセクションにより分離
されている。そのため、検出する必要のあるカウンター
ホイールの位置の数に従って、一連の測定電極と非導電
性セクション、及び固定電極の関連付けられた配置を形
成することができ、それが、カウンターホイールの各位
置と各固定電極について、高又は低キャパシタンス値、
即ち０又は１の２進値を与える。各カウンターホイール
のための固定電極の数によって、これらの２進値を組合
せて、任意の所望の数の２進表現を形成することができ
る。
【０００９】従って、評価電極への要求は、比較的簡単
である。さらに、高と低値を区別すれば良いので、劣化
プロセスと製造公差は、キャパシタンスの測定に殆ど影
響を与えない。他の利点は、本発明の装置は、カウンタ
ーホイールの外周の一部を明確に見ることができること
であり、これは外周上の数の手段により表される位置を
視覚的に読むことができることを意味する。
【００１０】本発明の好適な実施例では、カウンターホ
イールは、非導電性材料でできていて、測定電極がその
表面上、又はその表面の凹部に配置される。他の実施例
では、カウンターホイール自身が、電気的に導電性の材
料でできてきて、円周上で凹部に電気的に非導電性のイ
ンサートが分布される。１実施例では、固定電極及び対
向電極が設けられ、これらはカウンターホイールからあ
る距離に配置される。
【００１１】他の好適な実施例では、固定電極が組み合
わされて、送信電極と受信電極からなる対を形成する。
この実施例は、個々の電極間のクロストークを防止でき
るという利点を有する。さらに、任意の不均衡による又
はカウンターホイールの軸位置による測定誤差は、最小
限になる。別の有利な実施例は、従属する請求項から明
らかである。
【００１２】
【発明の実施の形態及び実施例】次に、説明のための実
施例により、添付の図面を参照して、本発明をより詳し
く説明する。
【００１３】図１は、本発明によるホイールカウンタ機
構の概略図である。複数のカウンターホイール1が、共
通のベアリング軸上又は複数のベアリング軸2上に取り
付けられている。ホイールカウンタ機構は、ギア機構を
通って機械的移動要素(図示せず)に結合され、この機械
的移動要素の設計は用途の分野によって異なる。機械的
移動要素は、水、ガス等の消費量を検出し、公知の方法
でカウンターホイール1を回転させる。この場合、カウ
ンターホイール1は連続的に又は段階的に回転すること
ができる。
【００１４】ホイールカウンタ機構の各カウンターホイ
ール1は、カウンターホイールの位置を求める目的で、
容量的読取り装置を有する。読取り装置は、多数の固定
電極3と、多数の測定電極12と、評価電極5とを備える。
測定電極12は、カウンターホイールの外周上に分布する
ように配置され、実施例によっては、カウンターホイー
ルの表面に付けられ、埋め込まれ、又は一体に形成され
る。固定電極3は、円形セグメントの形で、カウンター
ホイール1からある距離に配置されて、それらの間にエ
アギャップが設けられ、少なくとも測定電極からほぼ一
定の距離にある。固定電極3の数と、測定電極12の順序
と数は、検出する必要があるカウンターホイールの位置
の数による。以下の例に記述するように、合計で１０の
別の位置を検出する必要があるなら、０から９までの２
進値を表すために合計で４つの固定電極3が必要であ
る。さらに、測定電極12の順序は固定電極3の配置によ
り決められ、そのうち2つの例を後述する。
【００１５】評価電極5は、例えば、各カウンターホイ
ールのためにキャパシタンスメーター50と、マルチプレ
クサ51を有する。評価電極は、固定電極3と測定電極12
の間にあるキャパシタンスを測定し、各キャパシタンス
は関連付けられた０又は１の２進値を有する。従って、
４つの固定電極3は、協働して０と９の間の数を２進値
形式で与える。
【００１６】図２は、本発明による読取装置の第1の好
適な実施例である。カウンターホイール1は、カウンタ
ーホイール本体10を有し、その表面に測定電極12が形成
されている。この実施例では、測定電極12は、カウンタ
ーホイール本体10の表面に電気的導電層の形、特に金属
層で適用される。この場合、カウンターホイール本体10
は、電気的非導電材料で例えばプラスチック特にポアセ
タールでできている。カウンターホイールは、１０の仮
想の扇形Ｓに分けられ、１つの測定電極12が1つの各々
の扇形Ｓ上に延び、好ましくはカウンターホイールの全
幅の上に延びる。
【００１７】カウンターホイール本体10の表面は、一連
の測定電極12を保持し、電気的に非導電性のセクション
13がそれらの間に配置される。この順序の実現を図３に
示す。第１測定電極12aの次に、第１非導電性セクショ
ン13aを有する扇形があり、次に第２測定電極12bがあ
り、次に非導電性セクション13bを有する２つの扇形が
あり、次に相互に電気的に絶縁された測定電極12cを有
する２つの扇形があり、次に非導電性セクション13cを
有する３つの扇形がある。
【００１８】固定電極3は、カウンターホイール1の外周
上に沿って配置され、固定電極3とカウンターホイール1
の間にあるエアギャップは少なくともほぼ一定である。
固定電極3は、同一の設計が好ましく、少なくともほぼ
カウンターホイール1の全幅上に延びるのが好ましい。
この例では、２つの個々の固定電極3が、対に結合さ
れ、４つの対が形成される。対の一方の電極は送信電極
30を形成し、第２の電極は受信電極31を形成する。この
実施例では、送信電極30は相互に電気的に接続される。
しかし、送信電極は個々に駆動することもできる。受信
電極31は個々に評価電極5に接続され、送信電極30は共
に評価電極5に接続される。
【００１９】固定電極3の各対は、扇形Ｓに相対する片
を形成し、固定電極3の対は扇形Ｓに対応する長さであ
る。この場合、固定電極3の４つの対は、４つの連続す
る扇形に対向するのが好ましい。４つの対は、２つの隣
接する対の隣接する電極は同じ種類であるように、即
ち、第１の対の送信電極は第２の対の送信電極の次に配
置されるのが好ましい。
【００２０】図２、３に示す測定電極12と固定電極3の
配置の順序は、カウンターホイール1の各位置に付い
て、少なくとも１つの測定電極12a,12bが、一対の固定
電極3に直接対向して配置されることを意味する。更
に、固定電極3から遠いカウンターホイールの領域は、
少なくとも１つの測定電極12cを含む。
【００２１】測定電極12が固定電極の対3の領域にあれ
ば、送信電極30は、測定電極12経由で受信電極31へ電荷
を与える。直接対向して測定電極12がなければ、実際上
受信電極31へは電荷は与えられない。このため、各固定
電極の対3に０又は１の２進値を割当てることができ
る。それゆえ、図３に示す順序は、０から９の全ての値
を２進値形式で検出することができる。
【００２２】図４は、第２の実施例である。この実施例
では、カウンターホイール1の本体10は、導電性材料特
に金属でできている。本体10は凹部11を有し、ここに非
導電性材料でできた誘電体インサート14が含まれる。こ
れはまた、カウンターホイール1の表面上に測定電極12'
と非導電性セクション13'の円周上の順序を作る。
【００２３】図５にこの順序を示す。ここでも、カウン
ターホイール1は、１０の仮想の扇形Ｓに分かれてい
る。複数の測定電極12'が、表面の全幅上に延びるが、
扇形Ｓと同じ長さではない。順序は、次のように作られ
る。ここに、Ｓは、扇形の長さを表す。５／４Ｓ非導電
性、１／２Ｓ導電性、１／４Ｓ非導電性、１／２Ｓ導電
性、１／４Ｓ非導電性、１Ｓ導電性、３／４Ｓ非導電
性、３／４Ｓ導電性、１／４Ｓ非導電性、１Ｓ導電性、
３／４Ｓ非導電性、１Ｓ導電性、１／２Ｓ非導電性、５
／４Ｓ導電性。
【００２４】固定電極3'の関連付けられた配置を図４に
示す。４つの固定電極3'は、相互に電気的に絶縁され、
順序に従って配置され、共に少なくともほぼ１つの扇形
Ｓ上に延びる。さらに、対向電極4が設けられ、これは
カウンターホイール1の外周の少なくともほぼ半分上、
即ち少なくともほぼ５つの扇形Ｓ上に延びるのが好まし
い。固定電極3'と対向電極4は、カウンターホイール1及
び測定電極12'とほぼ同じ幅である。固定電極3'と対向
電極4は、カウンターホイール1の一部の周りに一定の距
離で延びる共通のブラケット上に配置されるのが好まし
い。
【００２５】対向電極4は、キャパシタンスメーター50
に接続され、固定電極3はマルチプレクサ51に接続され
る。これにより、カウンターホイール1の全ての位置に
ついて、また各固定電極3について、０と１の値が検出
され、０と９の間の値が2進値形式で表される。
【００２６】図６は、カウンターホイール1の他の実施
例を示す。この場合、カウンターホイールの本体10は、
非導電性材料でできていて、凹部11を有する。凹部11
は、電気的に導電性の材料特に金属でできたインサート
14'で充填され、測定電極12"を形成する。図5に示す順
序に配置されているなら、測定電極12"は、結線15の手
段により相互に電気的に接続される。図３に示す順序で
は、結線は必要ない。
【００２７】図７ａから７ｆは、図４又は６に示すカウ
ンターホイールに使用できる他の例を示す。本発明によ
る装置は、２つのキャパシタンス値の検出に基づいて、
複数の可能な位置を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ホイールカウンタ機構の概略図である。
【図２】 本発明による読取装置を有するカウンターホ
イールの第１実施例の側面図である。
【図３】 図２の実施例のカウンターホイール上に配置
された一連の電極を示す。
【図４】 本発明による読取装置を有するカウンターホ
イールの第２実施例の斜視図である。
【図５】 図４の実施例のカウンターホイール上に配置
された一連の電極を示す。
【図６】 カウンターホイールの第３実施例の斜視図で
ある。
【図７ａ】 カウンターホイール上に配置された電極の
順序を示す。
【図７ｂ】 カウンターホイール上に配置された電極の
順序を示す。
【図７ｃ】 カウンターホイール上に配置された電極の
順序を示す。
【図７ｄ】 カウンターホイール上に配置された電極の
順序を示す。
【図７ｅ】 カウンターホイール上に配置された電極の
順序を示す。
【図７ｆ】 カウンターホイール上に配置された電極の
順序を示す。
【符号の説明】
1 カウンターホイール 10 カウンターホイール本体 11 凹部 12 測定電極 12a 第１測定電極 12b 第２測定電極 12c 第３測定電極 12' 測定電極 12" 測定電極 13 非導電性セクション 13' 非導電性セクション 14 非導電性インサート 14' 導電性インサート 15 結線 2 ベアリング軸 3 固定電極 30 送信電極 31 受信電極 3' 固定電極 4 対向電極 5 評価電極 51 マルチプレクサ Ｓ 仮想扇形
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１３年４月１６日（２００１．４．１
６）
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正内容】
【図２】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トーマス クリステン スイス ツェーハー5300 フォーゲルサン ク アーレシュトラーセ 16 (72)発明者 フィリップ プレトレ スイス ツェーハー5405 バーデン デー トヴィル ソメルハルデンシュトラーセ 14 Ｆターム(参考） 2F077 AA42 NN03 NN08 NN09 NN15 PP01 QQ06 QQ15 RR03 RR14

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 カウンターホイール(1)の位置を容量的
    に求める装置であって、固定電極(3,3')が前記カウンタ
    ーホイール(1)からある距離で配置され、前記カウンタ
    ーホイール(1)は位置に基づいてキャパシタンスを変化
    させる手段を有する装置において、 前記位置に基づいてキャパシタンスを変化させる手段
    は、前記カウンターホイール(1)の外周上に延びる一連
    の測定電極(12,12',12")と、前記測定電極間に配置され
    た電気的に非導電性のセクション(13,13')であることを
    特徴とする装置。
  2. 【請求項２】 前記固定電極(3,3')は、前記カウンター
    ホイール(1)の外周に沿って配置される請求項１に記載
    の装置。
  3. 【請求項３】 前記カウンターホイール(1)は、電気的
    に非導電性の材料でできた本体を有する請求項１に記載
    の装置。
  4. 【請求項４】 前記カウンターホイール(1)は、電気的
    に導電性の材料でできた本体(10)を有し、凹部(11)が外
    周上に分布し、該凹部に電気的に非導電性のインサート
    (14)を含む請求項１に記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記固定電極(30,31)は対に組み合わさ
    れ、前記カウンターホイール(1)上の全ての測定電極(1
    2)は同じ長さであり、各対は前記カウンターホイール上
    の前記測定電極(12)に対応する共通の長さである請求項
    １に記載の装置。
  6. 【請求項６】 電極の各対は、送信電極と受信電極(30,
    31)からなり、２つの隣接する対内の隣接する電極は同
    じ種類である請求項５に記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記カウンターホイール(1)の外周の少
    なくとも半分に沿って、前記カウンターホイールからあ
    る距離で延びる対向電極(4)が設けられる請求項１に記
    載の装置。
  8. 【請求項８】 ４つの固定電極(3')又は４つの電極対
    (3)が設けられる請求項５又は７に記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記測定電極(12,12',12")と、これと対
    向する前記固定電極(3,3')の間の距離は、前記カウンタ
    ーホイールの位置によって、少なくともほぼ同じである
    請求項１に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記外周上に分布した順序は、図３に
    示すようになっている請求項５又は７に記載の装置。
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