JP2001517314A

JP2001517314A - 容量性回転角および角速度センサーならびにこれを用いた測定装置

Info

Publication number: JP2001517314A
Application number: JP54452098A
Authority: JP
Inventors: ブラソイア、ゲオルク
Original assignee: ブラソイア、ゲオルク
Priority date: 1997-03-21
Filing date: 1998-03-23
Publication date: 2001-10-02
Also published as: AT405104B; WO1998043046A3; DE59801172D1; ATA50597A; US6483321B2; US20020014891A1; EP0968402B1; EP0968402A2; WO1998043046A2

Abstract

(57)【要約】予め中心角が決められ、互いに絶縁した導電性扇形電極（５ｉ）を持つ第一固定子（２）、この第一固定子に平行して配置され受信電極（６）である第二固定子（４）、また、回転軸に対して垂直な扇形翼（８ａ，８ｂ）が少なくとも一つあり、第一および第二固定子の間に平行に設置され軸の回りを回転し、軸（７）に取り付けられたローター（３）を持つ容量性回転角センサー。この際、送信電極の中心角の合計は２π（３６０°）よりも小さく、理想的にはπ／１２（３０°）と５π／６（３００°）の間にあり、また、各ローター翼の中心角は、ｎ隣接する送信電極の中心角合計と基本的に一致するが、少なくとも一つの固定子の一方の端は、抜けている部分（２ａ）があり、これによって組み立ての際に、ローターを含む回転軸（７）を車軸に放射状に差し込むことができる。このため、この固定子（２）の中心角は３６０°よりも小さく、第二固定子（４）の電極（６）の中心角は、第一固定子（２）の全電極の中心角合計とほぼ一致する。

Description

【発明の詳細な説明】容量性回転角および角速度センサーならびにこれを用いた測定装置本発明は、予め中心角が決められ、互いに絶縁している導電性扇形電極を持つ第一固定子、第一固定子と平行に配置され、受信電極を持つ第二固定子、そして車軸の周りを回転し、回転軸に対して垂直に設置された扇形の翼を持ち、軸にセットされ、第一固定子と第二固定子との間に平行して取り付けられたローターからなる容量性回転角センサーに関するが、この際、全ての送信電極の中心角の合計は２π（３６０°）よりも小さく、できればπ／１２（３０°）と５π／６（３００°）の間であるのが望ましく、また、各ローター翼の中心角は、ｎ隣接する送信電極の中心角の合計と基本的に同じである。更に、本発明は、容量性回転角センサーによって回転角度を決める測定装置に関する。前述の容量性回転角センサーおよび測定装置は、例えば本願出願人の米国特許第５，５９８，１５３号に記載されている。この周知の回転角センサーには、４ないし８の扇形送信電極あるが、これは２πの回転角を完全に覆う。受信電極は輪状電極の形状をなす。ローターには、１ないし２つの扇形翼があるが、各翼の形状は、ローター翼の中心角が第一固定子の二つの送信電極の中心角合計と同じになるよう、その条件に合わせて決める。この容量性回転角センサーを用いた測定装置には、第一固定子の４ないし８の送信電極と電気接続し、４つの出口を持つ励起ユニットと、第二固定子の受信電極と接続し、回転角を決定する評価ユニットとが装備されている。前述のセンサーの持つ幾何学的特性と励起あるいは信号評価を持つことで、構造が単純で生産コストが安いにもかかわらず、３６０° の角度についてきわめて高い測定精度が実現する。この測定精度は、ローターのずれ、傾きといったマイナス要因によって影響を受けることはない。冒頭の発明は、先に述べたセンサーあるいはこれに付属する測定装置を、少ないペースで、また／あるいはセンサーの構成要素を簡単にし、これによって特定構成部品の交換が簡単におこなえるようにし、同時に、高い測定精度を保ちながら単純で安いコストで組み立てられるよう、更に開発することを目的の一つとしている。冒頭で示したセンサーでは、少なくとも一つの固定子の一方の端は抜き取られた部分があり、これによって組み立ての際に、ローターを含め回転軸を車軸部分に放射状に押し込むことができるが、これによってこの固定子の中心角は３６０ °よりも小さく、第二固定子の電極の中心角は第一固定子の電極全体の中心角の合計とほぼ一致する。本発明によるこの措置によって、センサーをより少ないスペースで組み立てることができる。特に、固定子が互いに別々に、またローターに何の影響もおよぼすことなく取り外したり、組み入れることができる。この際、固定子は電極面積が小さくなっているため、円板状である必要はない。本発明によるセンサーはスペースが小さくて済み、また組み立てもきわめて簡単であるが、２πの角度を非常に高い精度で把握することができる。本発明によるセンサーの実施応用例では、第一固定子の電極に外部からの影響による界磁の歪みを大幅に防ぐ２つのシールド電極を含めることによって、測定精度が大幅に改善されることが明らかにされている。送信部分の円は一部が抜き取られているために、送信電極を対で励起させる際に、電極のペアが直接隣接して配置されていない状況が起こることが考えられるが、この場合には、この電極対の周辺では、直接隣接している対と比べ、界磁の配分が異なる結果を招く可能性がある。この対策として、本発明の実施応用として望ましいのは、固定子２ｎ＋１（ｎ≧４）の送信電極であり、どの時点にも、予め決められたｎ送信電極がｎ隣接する送信電極と電気的に互いに接続でき、これによって、どの時点にも隣接する送信電極とは接続していない送信電極が必ず一つ残るという結果となる。この配置によって、送信電極の対をどのように自由に励起しても、ペアとなった電極同士は必ず直接隣接していることになる。これによって、すべての電極対で界磁の分配は均一になる。更に、受信電極が、中心角が全ての送信電極の中心角の合計と基本的に一致している扇形の形態をし、また、固定ポテンシャルとつながっている受信電極全体を囲むシールド電極で制限されているのが望ましい。これによって受信電極の必要なスペースも少なくて済み、取り付け取りはずしが簡単である。２π（３６０°）以上の回転角の測量が可能でなければならないセンサーでは、ローターは少なくとも２つの、それぞれが同じ中心角を持つ扇形の翼から形成されているのが望ましい。ローターの位置と回転角を明確にしかも簡単に合わせるためには、ローターの翼のうちの最低２つは半径の長さが異なるようにし、この際、送信電極を持つ第一固定子は、回転軸からの距離が短い翼の半径よりも長いが、長い翼の半径の範囲には入る電極を、少なくともこの他に２つ持つようにする。ローター翼の長さが異なり、これに相応する固定子電極を持つことで、ローターの絶対値に関する確実な追加情報が簡単に入手できる。実際に利用する際には、固定子の端の放射状の２辺に配置された二つの境界電極を除いた全ての送信電極がみな同一の中心角であるのが望ましい。これによって、中心角と場合によって境界電極も、受信面で誘導される個々の送信部分が平均して同じ大きさになるように、予想される界磁配分に適合させることができる。予想される界磁配分に合わせて送信電極の寸法を決めることによって、センサーの測定領域全体を通して測定精度が一定に保たれる。この他センサーの測定精度は、第一固定子の端にあたる放射状の２辺方向に扇形シールド電極を取り付け、第二固定子の受信電極の中心角が全ての送信電極および２つのシールド電極の中心角の合計と基本的に一致することによって、更に改善される。この方法によって、必要とするスペースは若干増えるものの、センサーの端部分は理想的にシールドされ、これによって外部からの影響によるセンサー内部の界磁のゆがみを大幅に防ぐことができる。センサー部品の単純な構造および部品が交換可能である点については何の影響も及ぼさない。本発明の範囲で２つの望ましい実用例を挙げるが、これに限られるわけではない。この場合には、第一固定子は各々およそπ／８（２２．５°）の中心角を持つ８ないし９の送信電極を持ち、ローターには中心角がおよそπ／２（９０°）の翼が最低１、できれば２つ直線上に配置されているか、あるいは第一固定子にはおよそπ／１２（１５°）の中心角を持つ送信電極が８ないし９、またローターには等間隔に配置され、中心角がおよそπ／３（６０°）である翼が最低１つ、できれば３つ取り付けられているのが望ましい。前述の発明によって、回転角センサーは、絶対的あるいは相対的な回転角の位置を決めるためだけではなく、回転角速度を決定するためにも有益であることが明らかである。２ｎ＋１（ｎ≧４）の固定子と送信電極を持つ本発明による回転角センサーで、どの時点でも、予め決められたｎ送信電極が隣接するｎ送信電極と電気接続可能だとすれば、どの時点でも、隣接する送信電極とつながっていない送信電極が必ず１つ用意されていることになるが、これは以下の特徴が組み合わさって、特に望ましい測定装置となる。一つの受信信号を受信し、処理するために第二固定子の受信電極とつながっている評価ユニットで、この際評価ユニットは、受信信号と送信信号とを分ける分離装置と、回転角あるいは回転角速度を決定するユニットとを持つ。また、予め決められた第一周期に少なくとも二つの隣接する送信電極につき同一の予め決められた第一送信信号を送るために、また、予め決められた第二周期に、最低２つの隣接する送信電極に対して同一の予め決められた第二送信信号を送るために取り付けられた励起ユニットである。また、これには第一送信信号を送られた送信電極対は、第二の送信信号を送られた送信電極対に対して最低一つの電極分ずれて配置され、また、二つの周期においてそれぞれ、端に配置された送信電極の最低一つは接地接続している。この他、励起ユニットと評価ユニットとは、励起ユニットに電気高周波信号によって送信信号を変調するためのユニットが、また、評価ユニットに搬送周波増幅器と高周波信号用の復調器とがそれぞれ取り付けられることによって、さらに改良される。高周波変調（狭帯域システム）によって、センサーは障害となる異界磁および、受信盤の第二固定子における導電薄層によって起きる漏れ電流の影響を受けることが少なくなる。回転角センサーの受信電極に搬送周波と同調されている振動性回路を取り付けると、信号対雑音比は大幅に改善される。この際、振動性回路のコンデンサーは、受信電極の容量を持っている。本発明による測定装置ではこの他、第一周期と第二周期の間に、また第二周期の後のニュートラルな周期の間に、基本的にローターの位置がどこであるかに関係なく、受信電極において中位の変位電流が誘導されるように選択された励起信号を送るように励起ユニットを調整することもできる。これによって評価ユニットに装備された帯電増幅器あるいは搬送周波増幅器が、測定のおこなわれていない時間帯にローターの位置に関係なく、ほぼ中間の位置に戻される。本発明のその他の利点および特徴は以下の説明において示すが、本発明はその実施例に限定されない。本発明に関する添付図面の各図では、以下のものが示されている。図１ａおよび１ｂは、本発明による容量性回転角センサーの最初の実施例を透視図（図１ａ）で、また各コンポーネントを分解図（図１ｂ）で示したものである。図２ａおよび２ｂは、本発明による容量性回転角センサーの二つめの実施例を透視図（図２ａ）で、また各コンポーネントを分解図（図２ｂ）で示したものである。図３は、図１ａと図１ｂに沿ってセンサーの実施例を応用したものである。図４は、本発明による測定装置の実施例を示す図である。図５は、図４による測定装置の励起信号を図式化した例である。まず図１ａと図１ｂにおいて、第一の固定式固定子２、回転軸の周囲を回転するローター３および、同様に固定された第二の固定子４を持つ容量性回転角センサー１が示されているが、ここでは互いに向き合っている固定子２，４の内面は互いに平面平行するように取り付けられ、また、以下の送信および受信電極が付いている。第一の固定子２の内面には、導電性で相互に絶縁している送信電極５₁，５₂ ，５₃，５₄，５₅，５₆，５₇，５₈，５₉，５₁₀，５₁₁があり、それぞれは、予め中心角が決められた扇形をしており、個々の放射状の辺が互いに直接隣接する形で配置しているが、これによって第一固定子２の電極面でできている面は全て扇形をし、その中心角は、５₁，５₂，５₃，５₄，５₅，５₆，５₇，５₈，５₉，５₁₀ ，５₁₁の個々の送信電極の中心角の合計と基本的に一致する。本発明の範囲において、全ての送信電極５₁，５₂，５₃，５₄，５₅，５₆，５₇，５₈，５₉，５₁₀，５₁₁の中心角の合計は２πよりも小さく、π／１２と５π／６の間にあるのが望ましい。本発明を最も理想的に実現するには、中心角はπ／２と３π／２の間にあるとよい。第二の固定子４の内面には、扇形をした電気伝導受信電極６が一つだけあるが、この中心角は送信電極５₁，５₂，５₃，５₄，５₅，５₆，５₇，５₈，５₉，５₁₀ ，５₁₁全ての中心角の合計と基本的に一致し、また受信電極６全体を囲み、固定電位とつながっているシールド電極によって区切られている。第一固定子２と第二固定子４との間に、回転軸に対して垂直に、また、固定子２，４の内側に対して平行に取り付けられたローター３は、直線上に二つの翼８ａ，８ｂを持ち、これは回転軸の回りを旋回する軸に取り付けられている。ローター３の翼８ａ，８ｂは、金属などの導電性の素材あるいは、誘電性の材料からつくる。この他、本発明によるセンサーでは、ローターの両面を全体が接触している導体プレートなどによって被膜を電気化合した、金属被膜をかぶせた誘導性素材から作ることもできる。ここで示した実施例では、ローター３の翼８ａと８ｂとのそれぞれの中心角は、例えば５₂，５₃，５₄，５₅など４つの送信電極の中心角の合計と同じであるが、この際、送信電極は、例えば送信電極対５₂，５₃など隣接する２つの電極がどの時点でも同じ送信信号を受け取るように励起する。この電気界磁を考察すると、一つの翼の中心角には常に２つの送信面の中心角の合計が配分される形であるが、この際、どの送信面も２つの隣接する電極面から形成されている。送信電極の励起のしかたに関する詳細は、図４と図５でさらに詳しく説明する。図１ａ、１ｂに示されている１１個の送信電極５₁，５₂，５₃，５₄，５₅ ，５₆，５₇，５₈，５₉，５₁₀，５₁₁のうち、端にある２つの電極５₁と５₁₁は、センサーへの外部からの影響をシャットアウトし、また、一番外側にある送信電極５₂，５₁₀の電界のひずみを防ぐシールド電極としても使用する。境界電極の中心角は、受信面６の誘電の電荷量が平均して同じになるように、予定している界磁分布に合わせる。この他、障害となる放射状の界磁の侵入からセンサーを保護するために、固定子４の受信電極６を、固定子２の端電極５₁，５₁₁と同様に、一般におこなわれているように、接地などの固定ポテンシャルの上に置かれているように、シールド電極６₁によって完全に囲むこともできる（図４の受信電極の図を参照）。残った９つの送信電極５₂，５₃，５₄，５₅，５₆，５₇，５₈，５₉，５₁₀はどの時点でも常に対になっている８つの電極が電気電圧信号によって励起されるが、これによって、第一固定子２は常に、例えば最初の測定段階で送信電極５₃／５₄，５₅／５₆，５₇／５₈，そして５₉／５₁₀が接続している場合（図１ｂ上参照）、第二測定段階では送信電極は５₂／５₃，５₄／５₅ ，５₆／５₇，５₈／５₉が接続する（図１ｂ下参照）といったように、測定サイクルの間に一つの送信電極の回転角の分だけずれていく、４つの送信面を持つことになる。この際、第一の測定段階では、送信電極５₁₀が、また第二測定段階では送信電極５₂が利用されていないことになり、例えばシールド電極５₁，５₁₁とともに接地電位に置かれる。前述の測定サイクルは基本的に、８つの送信電極（例えば５₂，５₃，５₄，５₅ ，５₆，５₇，５₈，５₉）しか持たない固定子２によっても実現するが、しかしながらこの方法では、測定のある段階で互いに接続している電極（例５₂／５₉）が直接隣合っていない状態が発生する。これによって、この電極対の電界では端の辺が２つ増えることになり、当然界磁のひずみも大きくなる。したがって、この場合には、測定精度は落ちると見られる。能動送信電極５₂，５₃，５₄，５₅，５₆，５₇，５₈，５₉，５₁₀の中心角は全て基本的に一致し、ここで示した実施例ではπ／８であるが、この電極の大きさを合わせる際に起きた端電極５₂，５₁₀の界磁のゆがみは補整することができる。４つの送信電極の合計によって大きさがπ／２と決められたローターの翼８ａ，８ｂは、送信電極５₂，５₃，５₄，５₅，５₆，５₇，５₈，５₉，５₁₀の端における界磁のゆがみによって、４つの送信電極の幾何学的サイズの大きさと異なって、予想される送信電界に適合させることができる。これによって、ローター３の各翼８ａ，８ｂについて、発明にしたがってπ／２±Δの中心角となるが、この際のデルタは、送信面の実際の電界の大きさに適合させた中心角である。この他中心角を適合させる方法として、翼の大きさを適合させるために、放射状に延びている翼の角を平行移動させるやりかたもある。受信電極６の中心角は、９つの能動送信電極と２つのシーリング電極では、１１π／８である。図２ａと図２ｂでは、本発明による回転角センサー１の他の実施例が示されているが、その構造は図１ａ，１ｂとほぼ同じである。したがって、以下の説明では、同じ部品については同じ記号を用いることにし、また部品の詳しい説明は省く。先の実施例と異なるのは、図２ａ，２ｂでは、送信電極５₂，５₃，５₄，５₅，５₆，５₇，５₈，５₉，５₁₀の中心角はπ／１２，あるいは１つの送信電極対はπ ／６の点である。これにより、ローター３の一つの翼の中心角は、発明に従うと２π／３となる。測定領域を２πとするためには、この実施例ではローター３は３つの翼８ａ，８ｂ，８ｃを持つことになる。受信電極６は、９つの送信電極５₂，５₃，５₄，５₅，５₆，５₇，５₈，５₉，５₁₀ と２つのシールド電極５₁，５₁₁を使用した場合、２π／３＋π／４＝１１π ／１２の中心角を持った扇形の形状をしている。図２ａ，２ｂによるセンサーの機能のしかたは、図１ａ，１ｂと同じであるが、しかしこのセンサーの方が使用するスペースは更に小さい。図３には、図１ａ，１ｂによるセンサー１の実施応用例が示されているが、ここでは、２π以上の回転角の絶対測定が可能である。この応用例では、能動送信電極５₂，５₃，５₄，５₅，５₆，５₇，５₈，５₉，５₁₀の外周に沿って、互いにそして送信電極５₂，５₃，５₄，５₅，５₆，５₇，５₈，５₉，５₁₀ とも電気絶縁している扇形をした送信電極５₁₂，５₁₃があるが、それぞれが能動送信電極５₂，５₃，５₄，５₅，５₆，５₇，５₈，５₉，５₁₀の送信範囲の中心角全体の半分に延びている。９つの能動送信電極を持つ前述の実施例では、追加送信電極５₁₂，５₁₃の中心角はそれぞれ９π／１６である。８つの送信電極しか使用しなかった場合には、追加送信電極５₁₂，５₁₃の中心角の値はπ／４である。この追加送信電極５₁₂と５₁₃とを簡単なやりかたで測定の中に組み込むために、ここで示している実施例では、ローター３の翼８ａと８ｂとは半径の長さを違えている。例えば翼８ａの長さは、追加送信電極５₁₂と５₁₃との上まで届かないが、一方翼８ｂの長さはこの追加送信電極５₁₂と５₁₃とに届くように選択する。これによって測定結果では、二つの翼８ａと８ｂとのうちどちらが第一固定子の送信面にあるかがはっきり読み取れる。この追加電極５₁₂，５₁₃については、測定装置に関連してさらに詳しく説明する。図２ａ，２ｂで示されている回転角センサーでは、絶対位置に関する追加情報を長さが異なる３つのロータ翼によって、アナログで得ることができる。図４では、図１ａのセンサー１を使った発明に従った測定装置の実施例を示している。測定装置は基本的に，冒頭で触れている本内容とみなすことのできる申請者のＵＳ５，５９８，１５３の構造とほぼ一致する。この測定装置には、２つの分離可能な電圧信号から発し、能動送信電極５₂，５₃，５₄，５₅，５₆，５₇，５₈，５₉，５₁₀用の４つの異なる励起信号を発生させる励起ユミット９を持つ。この４つの信号は励起ユニット９によって、能動送信電極５₂，５₃，５₄，５₅，５₆，５₇，５₈，５₉，５₁₀と接続している９つの出力に供給される。励起信号による能動性送信電極５₂，５₃，５₄，５₅，５₆，５₇ ，５₈，５₉，５₁₀のセレクティブな励起例は図５に関連して示されている。ここで示した実施例では、測定装置には搬送周波発生器によって供給される高周波発生器１１が装備されているが、これは励起ユニット９の出口の信号を、数１００ｋＨｚから数１００ＭＨｚ，例えば１０．７ＭＨｚの範囲の高周波信号で変調する。この高周波変調（狭帯域システム）とこれに続く搬送周波増幅器と復調器１２によって、センサーは妨害異界磁と第二固定子４（受信盤）上の誘電性薄層による漏れ電流の影響を受けることが減る。信号対雑音比は、センサーのある場所で、周波数と同調しているＬＣ振動回路などによって直接事前選択をおこなうと、大幅に改善される。このことは図４に示されている。Ｃとは、場合によっては平行に接続された覆水器を含む接地に対する受信電極６の容量を、またＬは誘導性インダクタンスを指す。共振周波数が例えば先に示した１０．７ＭＨｚであるＬＣ回路によって、増幅器１２の入力部分で任意に選択して電圧を高めることができるが、ＬＣ回路の品質は当然その範囲に適切なものである。上記に示し、また図４で示した送信電極の高周波励起の実施例は決してこれだけに限るものではない。励起信号は、予め変調しなくとも送信電極５₂，５₃，５₄ ，５₅，５₆，５₇，５₈，５₉，５₁₀に供給することができる。この場合には、評価ユニットの中には搬送周波増幅器と復調器の代わりに通常電荷増幅器が取り付けられている。ローター３が、能動送信電極５₂，５₃，５₄，５₅，５₆，５₇，５₈，５₉ ，５₁₀の範囲でどの角の位置にあるかによって、制御信号と選択した対の送信電極の励起と関連して、受信電極において一定の変位電流が発生する。場合によって、電荷増幅器あるいは搬送周波増幅器とその後ろに取り付けられた復調器によって電圧信号に変換された変位電流は、通常はプログラミングできるマイクロプロセッサーあるいは応用の決まった回路（ＡＳＩＣ）で実現する評価回路１３の中で，選択した励起信号に応じて分離段階で二つの分析信号に分かれるが、後ろに接続した電子機器によって回転角あるいは場合によって回転角速度が算出できる。評価回路１３の機能のしかたに関しては、先のＵＳ５，５９８，１５３，Ａで説明しているため、ここでは詳しく述べる必要はない。図５では、送信電極５₂，５₃，５₄，５₅，５₆，５₇，５₈，５₉，５₁₀の励起信号、対になって接続する方法に関する例が示されている。励起信号Ｓ₁、Ｓ₂、Ｓ₃ 、Ｓ₄は時間的に連続する２つの方形波信号Ｕ₁とＵ₂とを順列に足して、例えばＳ₁＝Ｕ₁＋Ｕ₂；Ｓ₂＝−Ｕ₁＋Ｕ₂；Ｓ₃＝Ｕ₁−Ｕ₂；Ｓ₄＝−Ｕ₁−Ｕ₂となる（ＵＳ５，５９８，１５３Ａの図４参照）が、この際、励起信号Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃，Ｓ₄ の２つの可能なポテンシャルは簡略化するために、Ｕ＝０とＵ＝＋Ｕに決める。つまり、励起信号のポテンシャルは、もともとの信号Ｕ₁，Ｕ₂に対して、Ｕ₀＝＋Ｕ／２のオフセット電圧分移動する。図４の実施例では、どの測定工程も連続しておこなわれる２つの測定段階からなる。最初の測定段階（ｔ＝０からｔ＝Ｔ）では、この４つの信号は最初の励起モデルＡの中で、対に接続した隣接する送信電極と予め決められたように配置される。例えば信号Ｓ₁は電極５₃と５₄、信号Ｓ₂は電極５₉と５₁₀，信号Ｓ₃は電極５₇ と５₈、また信号Ｓ₄は電極５₅と５₆というように。送信電極５₂はこの測定段階では使用されず、このため接地電位で励起される。この最初の測定段階の後に、いわゆるニュートラルな段階（ｔ＝Ｔからｔ＝Ｔ₁ ）のためにニュートラルな励起モデルが作られる。このニュートラルな励起モデルは主として、評価ユニットの電荷もしくは搬送周波増幅器をニュートラルな受信信号によって中央位置に持っていき、分離ステップと評価ユニットによる測定信号評価のために一定の時間を提供することを目的としている。続く第二の測定段階（ｔ＝Ｔ＋Ｔ₁からｔ＝Ｔ₁＋２Ｔ）では、上記の４つの信号Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃，Ｓ₄は決められた二つ目の励起見本Ｂの中で、対で接続している隣接する送信電極と予め決められたように配置されるが、こちらは第一の測定段階に対して、１つの電極分だけずれて配置される。上記の例では、信号Ｓ₁が電極５₂と５₃，信号Ｓ₂は電極５₈と５₉、信号Ｓ₃が電極５₆と５₇，信号Ｓ₄は電極５₄と５₅に配置されるということである。送信電極５₁₀はこの測定段階では使用されず、接地電位で励起される。二回目の測定段階の後も、ｔ＝Ｔ₁＋２Ｔからｔ＝Ｔ₁＋２Ｔ＋Ｔ₂の間隔でニュートラルな段階が導入されるが、これは次の測定工程まで続く。図５による励起信号によって本発明のセンサーを励起させる方法はいくつもある。その例が図５の（）、あるいは［］で記載された電極番号で示されている。（）で示された電極番号の励起見本は、主として８つの能動送信電極しか持たないセンサー用と考えられる。送信電極を励起させるために、上述の方形波信号以外にも基本的に任意に、時間もしくは周波領域で分離できる（直交）関数を選択することができる。例えばサイン／コサイン関数、ウォルシュ関数あるいは、有理周波比の関数があるが、この際励起ユニット９は、例えば２つの分離できる関数から構成されている４つの信号を送る。図３による実施例としては、２πの角度のローターの位置を明確に決定するために、励起ユニットによって、更に２つの、時間的に分離できる信号が送信電極５₁₂，５₁₃用に用意される。上記で示された実施例では、例えば第一測定段階のニュートラル段階の間に、送信電極の一番め、例えば５₁₂が接地電位（Ｕ＝０）で供給できるが、一方第二電極５₁₃では、直流電圧信号（Ｕ＝＋Ｕ）が置かれる。これに対して第二の測定段階におけるニュートラル段階では、例えば第一の送信電極５₁₂には直流電圧信号（Ｕ＝＋Ｕ）が、また、第二送信電極５₁₃には接地電位（Ｕ＝０）が適用される。このような追加情報によって、評価ユニットを通して２πの角度領域におけるローターの正確な位置があきらかにされる。この場合、測定装置に関しては、励起ユニット９に、追加した送信電極のために、さらに２つの出力が加えられ、これを適切な信号によって励起するといった簡単な変更をおこなえばいい。さらに、評価ユニット１３には、送信信号を分離しこの信号を評価する論理が加えらる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】平成１１年２月２４日（１９９９．２．２４）【補正内容】請求の範囲１．組み立てる際にローターを含む軸（７）を車軸に放射状に押し込むことを可能にするために、少なくとも一つの固定子には抜かれている部分（２ａ）があり、全ての送信電極の中心角の合計は２πよりも小さく、できればπ／１２と５π ／６の間にあり，固定子（２）の中心角は３６０°よりも小さく、第二固定子（４）の電極の中心角が第一固定子（２）の中心角合計と基本的に同じであり、さらに、第一固定子（２）の電極には２つのシールド電極（５₁と５₂）を含むことを特徴とする、予め中心角が決められ、導電性で互いに絶縁しているいくつかの扇形電極（５ｉ）から成る第一固定子（２）、受信電極（６）であり第一固定子と平行して配置された第二固定子（４）、および回転軸に向け垂直である扇形の翼（８ａ，８ｂ）が少なくとも１つあり、第一と第二固定子の間に平行に取り付けられ軸（７）にセットされ、車軸の回りを旋回するローター（３）からなり、この際送信電極の中心角合計が２π（３６０°）よりも小さく、できればπ／１２（３０°）と５π／６（３００°）の間にあるのが望ましく、また、ローター翼の各中心角が、ｎ隣接する送信電極の中心角の合計と基本的に同じである容量性回転角センサー。２．固定子２ｎ＋１（ｎ≧４）には送信電極（５₂，５₃，５₄，５₅，５₆，５₇，５₈，５₉，５₁₀）があり、どの時点でも、予め決まったｎ送信電極が隣接するｎ電極と互いに電気で接続し、これによってどの時点でも、隣接している送信電極とは接続していない送信電極が一つ残るということを特徴とする請求項１に記載の回転角センサー。３．受信電極（６）が扇形をし、その中心角が基本的に全送信電極（５₂，５₃，５₄，５₅，５₆，５₇，５₈，５₉，５₁₀）の中心角の合計と同じであり、また、固定ポテンシャルとつながっている受信電極（６）全体を包括するシールド電極（６₁）によって制限されていることを特徴とする請求項１または２に記載の回転角センサー。４．ローター（３）に最低２つの各々が同じ中心角を持つ扇形翼（８ａ，８ｂ，８ｃ）が付いていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の回転角センサー。５．ローターの少なくとも２つの翼(8ａ，８b)は半径が異なり、この際送信電極（５₂，５₃，５₄，５₅，５₆，５₇，５₈，５₉，５₁₀）を持つ第一固定子（２）には、回転軸からの距離が短い方の翼（８ａ）の半径よりは大きいが、長い翼（８ｂ）の半径の範囲の中に入る電極（５₁₂，５₁₃）が最低２つ含まれていることを特徴とする請求項４に記載の回転角センサー。６．固定子（２）の放射状方向の端にある２つの境界電極（５₂，５₁₀）を除いた全ての送信電極（５₂，５₃，５₄，５₅，５₆，５₇，５₈，５₉，５₁₀）は、中心角が同じであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の回転角センサー。７．第一固定子（２）の放射状方向に延びている辺には扇形のシールド電極（５₁ ，５₁₁）が配置され、第二固定子（４）の受信電極（６）の中心角が全ての送信電極（５₂，５₃，５₄，５₅，５₆，５₇，５₈，５₉，５₁₀）と２つのシールド電極（５₁，５₁₁）の中心角の合計と基本的に同じであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の回転角センサー。８．第一固定子（２）にはそれぞれ中心角がおよそπ／８（２２．５°）の送信電極（５₂，５₃，５₄，５₅，５₆，５₇，５₈，５₉，５₁₀）が８ないし９個、また、ローター（３）には直線上に配置され、中心角がおよそπ／２（９０°）の翼（８ａ，８ｂ）が最低１つ、できれば２つあることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の回転角センサー。９．第一固定子（２）には、中心角がおよそπ／１２（１５°）の送信電極（５₂ ，５₃，５₄，５₅，５₆，５₇，５₈，５₉，５₁₀）が８ないし９個、また、ローター（３）は中心角がおよそπ／３（６０°）で等間隔に配置された翼（８ａ，８ｂ，８ｃ）が最低１つ、できれば３つ持つことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の回転角センサー。１０．最低４つの異なる電気分離可能な送信信号を調達する第１固定子（２）の送信電極と接続している励起ユニット（９）、第二固定子（４）の受信電極と接続し、一つの受信信号を受信し処理し、受信信号と送信信号を分離する分離装置と回転角あるいは回転角速度を特定するユニット（１３）が付いている評価ユニット（１３）、一つの送信電極（５₂，５₃，５₄，５₅，５₆，５₇，５₈，５₉，５₁₀ ）に付き一つの出口に接続され、予め決められた第一の周期（ｔ＝０からｔ＝Ｔ）に少なくとも２つの隣接する送信電極（５₃／５₄，５₅／５₆，５₇／５₈，５₉ ／５₁₀）につき予め決められた同じ第一の送信信号（Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃，Ｓ₄）を提供し、また、予め決められた第二周期（ｔ＝Ｔ＋Ｔ₁からｔ＝Ｔ₁＋２Ｔ）に、２つの隣接する送信電極（５₂／５₃，５₄／５₅，５₆／５₇，５₈／５₉）につき、一致して予め決められた２つめの送信信号（Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃，Ｓ₄）を供給し、これが第一回めの送信信号で送られた送信電極対と第二回めの送信信号で送られた送信電極対と最低１電極分だけずれて配置され、それぞれ２つの周期で、端に配置する送信電極（５₁₀，５₂）が接地接続するために取り付けられた励起ユニットという、周知の特性のコンビネーションを特徴としている請求項２ないし８のいずれかに記載の容量性回転角センサーによって回転角を特定するための測定装置。１１．励起ユニット（９）には高周波信号を持つ送信信号を変調するためのユニット（１１）が、評価ユニットには、この高周波信号のための復調器（１２）付き搬送周波増幅器がついていることを特徴とする請求項１０に記載の測定装置。１２．回転角センサー（１）の受信電極（６）に、搬送周波と同調してある振動回路（Ｌ，Ｃ）が配置され、この際この振動回路のコンデンサー（Ｃ）が受信電極（６）の容量を持っていることを特徴とする請求項１１に記載の測定装置。１３．励起ユニット（９）が第一周期（ｔ＝０からｔ＝Ｔ）と第二周期（ｔ＝Ｔ＋Ｔ₁からｔ＝Ｔ₁＋２Ｔ）の間に、また、第二周期（ｔ＝Ｔ₁＋２Ｔからｔ＝Ｔ₁ ＋２Ｔ＋Ｔ₂）の後のニュートラルな周期（ｔ＝Ｔからｔ＝Ｔ＋Ｔ₁とｔ＝Ｔ₁＋２Ｔからｔ＝Ｔ₁＋２Ｔ＋Ｔ₂）の間にローター（３）の位置がどこにあるかにかかわらず、受信電極（６）に平均的な変位電流が誘導されるよう選択した励起信号を供給するために調整されていることを特徴とする請求項１０に記載の測定装置。

Claims

【特許請求の範囲】１．組み立てる際にローターを含む軸（７）を車軸に放射状に押し込むことを可能にするために、少なくとも一つの固定子には抜かれている部分（２ａ）があり、これによって固定子（２）の中心角は３６０°よりも小さく、第二固定子（４）の電極の中心角が第一固定子（２）の中心角合計と基本的に同じであることを特徴とする、予め中心角が決められ、導電性で互いに絶縁しているいくつかの扇形電極（５ｉ）から成る第一固定子（２）、受信電極（６）であり第一固定子と平行して配置された第二固定子（４）、および回転軸に向け垂直である扇形の翼（８ａ，８ｂ）が少なくとも１つあり、第一と第二固定子の間に平行に取り付けられ軸（７）にセットされ、車軸の回りを旋回するローター（３）からなり、この際送信電極の中心角合計が２π（３６０°）よりも小さく、できればπ／１２（３０°）と５π／６（３００°）の間にあるのが望ましく、また、ローター翼の各中心角が、ｎ隣接する送信電極の中心角の合計と基本的に同じである容量性回転角センサー。２．第１固定子（２）の電極に２つのシールド電極（５₁と５₂）を含むことを特徴とする請求項１に記載の回転角センサー。３．固定子２ｎ＋１（ｎ≧４）には送信電極（５₂，５₃，５₄，５₅，５₆，５₇，５₈，５₉，５₁₀）があり、どの時点でも、予め決まったｎ送信電極が隣接するｎ電極と互いに電気的に接続し、これによってどの時点でも、隣接している送信電極とは接続していない送信電極が一つ残るということを特徴とする請求項１または２に記載の回転角センサー。４．受信電極（６）が扇形をし、その中心角が基本的に全送信電極（５₂，５₃ ，５₄，５₅，５₆，５₇，５₈，５₉，５₁₀）の中心角の合計と同じであり、また、固定ポテンシャルとつながっている受信電極（６）全体を包括するシールド電極（６₁）によって制限されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の回転角センサー。５．ローター（３）に最低２つの各々が同じ中心角を持つ扇形翼（８ａ，８ｂ，８ｃ）が付いていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の回転角センサー。６．ローターの少なくとも２つの翼（８ａ，８ｂ）は半径が異なり、この際送信電極（５₂，５₃，５₄，５₅，５₆，５₇，５₈，５₉，５₁₀）を持つ第一固定子（２）には、回転軸からの距離が短い方の翼（８ａ）の半径よりは大きいが、長い翼（８ｂ）の半径の範囲の中に入る電極（５₁₂，５₁₃）が最低２つ含まれていることを特徴とする請求項５に記載の回転角センサー。７．固定子（２）の放射状方向の端にある２つの境界電極（５₂，５₁₀）を除いた全ての送信電極（５₂，５₃，５₄，５₅，５₆，５₇，５₈，５₉，５₁₀）は、中心角が同じであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の回転角センサー。８．第一固定子（２）の放射状方向に延びている辺には扇形のシールド電極（５₁ ，５₁₁）が配置され、第二固定子（４）の受信電極（６）の中心角が全ての送信電極（５₂，５₃，５₄，５₅，５₆，５₇，５₈，５₉，５₁₀）と２つのシールド電極（５₁，５₁₁）の中心角の合計と基本的に同じであることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の回転角センサー。９．第一固定子（２）にはそれぞれ中心角がおよそπ／８（２２．５°）の送信電極（５₂，５₃，５₄，５₅，５₆，５₇，５₈，５₉，５₁₀）が８ないし９個、また、ローター（３）には直線上に配置され、中心角がおよそπ／２（９０°）の翼（８ａ，８ｂ）が最低１つ、できれば２つあることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の回転角センサー。１０．第一固定子（２）には、中心角がおよそπ／１２（１５°）の送信電極（５₂，５₃，５₄，５₅，５₆，５₇，５₈，５₉，５₁₀）が８ないし９個、またローター（３）は中心角がおよそπ／３（６０°）で等間隔に配置された翼（８ａ，８ｂ，８ｃ）が最低１つ、できれば３つ持つことを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の回転角センサー。１１．最低４つの異なる電気分離可能な送信信号を調達する第１固定子（２）の送信電極と接続している励起ユニット（９）、第二固定子（４）の受信電極と接続し、一つの受信信号を受信し処理し、受信信号と送信信号を分離する分離装置と回転角あるいは回転角速度を特定するユニット（１３）が付いている評価ユニット（１３）、一つの送信電極（５₂，５₃，５₄，５₅，５₆，５₇，５₈，５₉，５₁₀ ）に付き一つの出口に接続され、予め決められた第一の周期（ｔ＝０からｔ＝Ｔ）に少なくとも２つの隣接する送信電極（５₃／５₄，５₅／５₆，５₇／５₈，５₉ ／５₁₀）につき予め決められた同じ第一の送信信号（Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃，Ｓ₄）を提供し、また、予め決められた第二周期（ｔ＝Ｔ＋Ｔ₁からｔ＝Ｔ₁＋２Ｔ）に、２つの隣接する送信電極（５₂／５₃，５₄／５₅，５₆/５₇，５₈／５₉）につき、一致して予め決められた２つめの送信信号（Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃，Ｓ₄）を供給し、これが第一回めの送信信号で送られた送信電極対と第二回めの送信信号で送られた送信電極対と最低１電極分だけずれて配置され、それぞれ２つの周期で、端に配置する送信電極（５₁₀，５₂）が接地接続するために取り付けられた励起ユニットという、周知の特性のコンビネーションを特徴としている請求項３ないし９のいずれかに記載の容量性回転角センサーによって回転角を特定するための測定装置。１２．励起ユニット（９）には高周波信号を持つ送信信号を変調するためのユニット（１１）が、評価ユニットには、この高周波信号のための復調器（１２）付き搬送周波増幅器がついていることを特徴とする請求項１１に記載の測定装置。１３．回転角センサー（１）の受信電極（６）に、搬送周波と同調してある振動回路（Ｌ，Ｃ）が配置され、この際この振動回路のコンデンサー（Ｃ）が受信電極（６）の容量を持っていることを特徴とする請求項１２に記載の測定装置。１４．励起ユニット（９）が第一周期（ｔ＝０からｔ＝Ｔ）と第二周期（ｔ＝Ｔ＋Ｔ₁からｔ＝Ｔ₁＋２Ｔ）の間に、また、第二周期（ｔ＝Ｔ₁＋２Ｔからｔ＝Ｔ₁ ＋２Ｔ＋Ｔ₂）の後のニュートラルな周期（ｔ＝Ｔからｔ＝Ｔ＋Ｔ₁とｔ＝Ｔ₁＋２Ｔからｔ＝Ｔ₁＋２Ｔ＋Ｔ₂）の間にローター（３）の位置がどこにあるかにかかわらず、受信電極（６）に平均的な変位電流が誘導されるよう選択した励起信号を供給するために調整されていることを特徴とする請求項１１に記載の測定装置。