JP2023064052A - 誘導式角度測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】誘導式角度測定装置を提供する。【解決手段】走査要素１と、少なくとも３つの目盛トラックを備えるスケール要素２とを有する。第１の目盛トラックと第３の目盛トラックとが、同じ第１の数の目盛構造を備え、第２の目盛トラックが、第１の数とは異なる第２の数の目盛構造２を有する。第１の目盛トラックが径方向内側に、第２の目盛トラックが、径方向で第１の目盛トラックと第３の目盛トラックとの間に、第３の目盛トラックが径方向外側に配置されているように、目盛トラックが軸Ａの周りに同心円状に全周にわたって配置されている。走査要素１が、受信導体路を有し、受信導体路を介して、角度に関する信号周期を備える信号を生成することができ、第１の信号周期が第３の信号周期と等しい。第１の信号および第３の信号から全体信号を生成することができ、絶対角度位置情報を決定するために全体信号を第２の信号と組合せ可能である。【選択図】図６

Description

本発明は、請求項１に記載の絶対角度位置情報または絶対角度位置を決定するための誘導式角度測定装置に関する。

誘導式角度測定装置は、例えば、互いに対して回転可能な２つの機械部品の角度位置を決定するための角度測定器として使用される。誘導式角度測定装置では、多くの場合、励磁線および受信導体路が、例えば角度測定器の固定子にしっかりと接続されている、大抵は多層の共通の導体プレートに適用されている。この導体プレートはスケール要素に対置し、スケール要素に目盛構造が適用されており、スケール要素は、角度測定器の回転子と回転不能に接続されている。時間変化する励磁電流が励磁線に印加されると、回転子と固定子との相対回転中、受信導体路で、角度位置に依存する信号が生成される。次いで、これらの信号は、評価電子回路でさらに処理される。絶対角度位置情報を生成するために、スケール要素には、目盛構造を備える２つ以上のトラックが設けられていることが多く、これらの目盛構造は、異なる目盛周期を有し、ノギスまたはビートの原理に従って評価される。

上記のような誘導式角度測定装置は、電気駆動装置用の測定器として、対応する機械部品の相対運動または相対位置を決定するために使用されることが多い。この場合、生成される角度位置値は、対応するインターフェース構成を介して駆動装置を制御するための後続の電子機器に供給される。

本出願人のＤＥ１０２０１３２１８７６８Ａ１には、回転軸に平行な軸の周りでの基準に対する走査ユニットの傾斜が、追加の目盛トラックを用いて算出され得る誘導位置測定装置が記載されている。このようにして算出されたモアレ角度は、評価装置において、走査信号または絶対位置を修正するために使用され得る。

ＤＥ１０２０１３２１８７６８Ａ１

本発明の目的は、互いに回転可能な２つの機械部品間の絶対角度位置の正確な決定を可能にする誘導式角度測定装置を提供することである。

この目的は、本発明によれば、請求項１の特徴によって達成される。
上記特徴によれば、誘導式角度測定装置は、走査要素およびスケール要素を有する。スケール要素は、第１の目盛構造を備える第１の目盛トラック、第２の目盛構造を備える第２の目盛トラック、および第３の目盛構造を備える第３の目盛トラックを含み、目盛構造はそれぞれ規則的に配置されている。それぞれ同じ大きさの所定のまたは所与の一定の角度範囲にわたって、第１の目盛トラックは第１の数ｎ１の目盛構造を有し、第３の目盛トラックは第３の数ｎ３の目盛構造を有し、第１の数ｎ１は第３の数ｎ３に等しい（ｎ１＝ｎ３）。それに対し、第２の目盛トラックは、所定の同じ大きさの角度範囲にわたって、第１の数ｎ１または第３の数ｎ３とは異なる第２の数ｎ２の目盛構造２．２を有する（ｎ１＝ｎ３≠ｎ２）。さらに、目盛トラックが軸の周りで同心円状に全周にわたって配置されており、第１の目盛トラックが径方向内側に配置されており、第２の目盛トラックが、径方向で第１の目盛トラックと第３の目盛トラックとの間に配置されており、第３の目盛トラックが径方向外側に配置されている。走査要素は励磁線を有する。さらに、走査要素は、第１の受信導体路、第２の受信導体路、および第３の受信導体路を有する。第１の目盛トラックは、第１の受信導体路を介して、角度に関する第１の信号周期を有する第１の信号を生成するために走査可能である。第２の目盛トラックが、第２の受信導体路を介して、角度に関する第２の信号周期を有する第２の信号を生成するために走査可能であり、第３の目盛トラックは、第３の受信導体路を介して、角度に関する第３の信号周期を有する第３の信号を生成するために走査可能である。角度に関して、第１の信号周期は第３の信号周期と同じ大きさである。第１の信号および第３の信号から全体信号を生成可能であり、絶対角度位置情報を決定するために全体信号を第２の信号と組合せ可能である。

通常、スケール要素は、３６０°全体に及ぶ目盛トラックを有し、したがって大抵の場合、所定の角度範囲は３６０°に及ぶ。しかし、限られた旋回位置のみを測定するために使用される角度測定装置も知られている。この場合、旋回範囲に適合する所定の角度範囲は、３６０°未満であり得る。目盛構造の第１、第２、および第３の数ｎ１、ｎ２、ｎ３は、角度範囲に正規化された数ｎ１、ｎ２、ｎ３と見なすことができる。

受信導体路は、好ましくは円弧に沿って、空間的に規則的な正弦曲線を有し、走査すべき目盛構造の周期長に適合する周期を備える。
従来、走査要素とスケール要素とは軸方向で対置されており、軸方向に延在する空隙によって互いに離間配置されている。

有利には、第１の目盛トラックは第１の径方向延在域Ｈ１を、第３の目盛トラックは第３の径方向延在域Ｈ３を有し、第１の径方向延在域Ｈ１は第３径方向延在域Ｈ３より大きい（Ｈ１＞Ｈ３）。径方向延在域Ｈ３は、例えばミリメートル単位で測定した径方向での長さである。

有利には、第１の目盛トラックが、周方向で、第３の目盛トラックに対して１５０°よりも大きく２１０°よりも小さい位相オフセットを有して配置されている。特に、位相オフセットは、１７０°～１９０°の間の範囲であり得る。言い換えると、周方向または測定方向に関して、第１と第３の目盛トラック（特にそれらの目盛構造）は、第１と第３の信号が１５０°～２１０°の間、有利には１７０°～１９０°の間の範囲内で電気的な位相オフセットを有するように、互いに対して配置されている。

本発明のさらなる実施形態では、角度測定装置は、アナログ電気回路を有し、アナログ電気回路によって、第１と第３の信号の演算または相互接続によって全体信号を生成可能である。

第１の信号と第３の信号とが互いに演算され、そこから全体信号が得られる。全体信号は、特に減算または加算操作によって生成される。
有利には、角度測定装置はさらなる回路を有し、さらなる回路によって、ノギス法によって全体信号および第２の信号から絶対角度位置情報を生成可能である。特に、さらなる回路は、デジタル回路として構成されていてもよい。

本発明のさらなる実施形態では、走査要素は、径方向内側にある第１の走査トラックと、径方向外側にある第３の走査トラックとを含み、第１の走査トラックが、第１の受信導体路と、第１の受信導体路から第１の実効径方向距離に配置されている、励磁線の少なくとも１つのセクションとを含む。したがって、少なくとも１つのセクションは、第１の実効径方向距離で第１の受信導体路に対して径方向でオフセットされて延びる。第３の走査トラックは、第３の受信導体路と、第３の受信導体路に対して第３の実効径方向距離で配置されている励磁線の少なくとも１つのさらなるセクションとを含む。ここで、第１の径方向距離は、第３の径方向距離よりも大きい。好ましくは、励磁線は、測定方向に、または測定方向に沿ったセクションに延びることができる。

有利には、第２の信号周期は、第１の信号周期よりも大きく、第３の信号周期よりも大きい。
多くの場合、走査トラックは、複数の受信導体路を有するように構成されており、有利には、走査トラックの２つの受信導体路が、互いに対して特に９０°の位相オフセットを有する。

角度測定装置はさらに電子回路も含み、電子回路によって励磁線に励磁電流を生成可能である。有利には、特定の時点で、励磁電流は、励磁線にすぐに隣接するセクションで同じ方向に延びる。

本発明のさらなる形態では、スケール要素は、第１の目盛トラックが第１の円弧に沿って延び、第１の半径ｒ１’を備える第１の径方向中心線を有するように構成されている。さらに、第２の目盛トラックが、第２の円弧に沿って延び、第２の半径ｒ２’を備える第２の径方向中心線を有する。最後に、第３の目盛トラックは、第３の円弧に沿って延び、第３の半径ｒ３’を備える第３の径方向中心線を有する。ここで、スケール要素は、第１の径方向中心線と第２の径方向中心線との間の距離が、第３の径方向中心線と第２の径方向中心線との間の距離と等しくないように形成されている。すなわち、（ｒ２’－ｒ１’）≠（ｒ３’－ｒ２’）である。特に、第１の径方向中心線と第２の径方向中心線との間の距離は、第３の径方向中心線と第２の径方向中心線との間の距離よりも小さい。すなわち、（ｒ２’－ｒ１’）＜（ｒ３’－ｒ２’）である。

スケール要素が走査要素によって完全に３６０°にわたってではなく、１つのセグメントにわたってのみ、または周方向でオフセットして配置された複数のそのようなセグメントにわたってのみ走査可能であるように、この走査要素は構成されている。

ここで、セグメントまたはそれぞれの複数のセグメントは、１８０°未満、特に１２０°未満、有利には９０°未満である角度にわたって延在する。特に、第１の受信導体路、第２の受信導体路、および第３の受信導体路は、１８０°未満、特に１２０°未満、有利には９０°未満である角度にわたって延在する。

本発明のさらなる実施形態では、第１の受信導体路が、角度に関する第１の周期を有し、第２の受信導体路が、角度に関する第２の周期を有し、第３の受信導体路が、角度に関する第３の周期を有する。第１の周期は、角度に関して第３の周期と等しい、または第３の周期と同じ大きさである。

本発明の有利な発展形態は、従属請求項で見ることができる。
本発明による誘導式角度測定装置のさらなる詳細および利点は、添付図面に基づく２つの例示的実施形態の以下の説明から分かる。

角度測定装置の分解斜視図である。 走査要素の平面図である。 走査要素の詳細図である。 第１の例示的実施形態によるスケール要素の平面図である。 第１の例示的実施形態によるスケール要素の詳細図である。 組み立てられた状態での角度測定装置の斜視図である。 第１および第３の信号ならびに全体信号のプロファイルを含むグラフである。 第２の信号のプロファイルを含むグラフである。 第２の例示的実施形態によるスケール要素の平面図である。 第２の実施形態によるスケール要素の詳細図である。

本発明を、図１による角度測定装置に基づいて述べる。角度測定装置は、ハウジング３に固定可能な走査要素１と、スケール要素２またはスケールとを含む。スケール要素２は、ハウジングに対して軸Ａの周りで回転可能なシャフト４に回転不能に接続されてもよい。角度測定装置は、走査要素１とスケール要素２との間で決定される、測定方向Ｕに対応する周方向での絶対角度位置を検出するためのものである。

走査要素１は、いくつかの層を有する導体プレートとして実装されており、スケール要素２を走査するために使用される。図２に示される走査要素１は、とりわけ励磁線１．４を有し、励磁線１．４は、提示される例示的実施形態では、複数の巻線を有する円周状の導体路として構成されている。さらに、走査要素１は、径方向内側に位置する第１の走査トラックＴＡ１を有する。この走査トラックＴＡ１は、第１の受信導体路１．１と、励磁線１．４の２つのセクション１．４１、１．４２とを含む。２つのセクション１．４１、１．４２は、第１の受信導体路１．１の両側で径方向に延びる。さらに、走査要素１は、第２の走査トラックＴＡ２、および励磁線１．４の２つのセクション１．４２、１．４４を有し、２つのセクション１．４２、１．４４は、第２の受信導体路１．２の両側で径方向に延びる。最後に、走査要素１は、径方向外側に位置する第３の走査トラックＴＡ３を有し、第３の走査トラックＴＡ３は、第３の受信導体路１．３と、励磁線１．４の２つのセクション１．４３、１．４４とを含み、２つのセクション１．４３、１．４４は、第３の受信導体路１．３の両側で径方向に延びる。各走査トラックＴＡ１、ＴＡ２、ＴＡ３の受信導体路１．１、１．２、１．３は、交差点での望ましくない短絡が回避されるように、層間接続を有して異なる平面に延びる。図示される例示的実施形態では、導体プレート構造にいくつかの層が設けられている。各走査トラックＴＡ１、ＴＡ２、ＴＡ３の受信導体路１．１、１．２、１．３は、本質的に正弦波形または正弦状に構成された空間的に規則的なプロファイルを有する。ここで、関連する正弦曲線の横座標は、軸Ａを中心とした円形の線に沿って延びる。以下、周方向または測定方向Ｕでの長さ量を角度寸法で示す。それに対応して、第１の受信導体路１．１は、角度に関する第１の周期Π１を有し、提示される例示的実施形態では、スケール要素２の条件に適合させて、以下の式が成り立つ。

Π１＝９．００°
第２の受信導体路１．２は、角度に関する第２の周期Π２を有し、周期Π２は、第１の周期Π１とは異なり、以下の式が成り立つ。

Π２＝９．２３°≠Π１
Π２＞Π１
それに対し、第３の受信導体路１．３は、角度に関する周期Π３を有し、周期Π３は、第１の周期Π１に対応する。

Π３＝Π１＝９．００°
提示される例示的実施形態では、受信導体路１．１、１．２、１．３のそれぞれが、４つの完全な（正弦）周期Π１、Π２、Π３にわたって延びる。受信導体路１．１、１．２、１．３はそれぞれ、それらの走査トラックＴＡ１、ＴＡ２、ＴＡ３内で、測定方向Ｕに沿って互いに対してオフセットされている。ここで、周方向Ｕで隣接する受信導体路１．１、１．２、１．３は、それらの走査トラックＴＡ１、ＴＡ２、ＴＡ３内で周期Π１、Π２、Π３の１／８だけ互いにオフセットして配置されている。各走査トラックＴＡ１、ＴＡ２、ＴＡ３の受信導体路１．１、１．２、１．３は、これらが最終的に各走査トラックＴＡ１、ＴＡ２、ＴＡ３に関してそれぞれ９０°位相シフトされた信号を送達することができるように電気的に接続されている。受信導体路１．１、１．２、１．３は、提示される例示的実施形態ではそれぞれギャップによって中断されている。この構成は、知られているように、径方向の向きを有する軸の周りでの相対的な傾斜（ピッチ傾斜）に対する感度の低下の一因となり得る。

スケール要素がこの走査要素によって、提示される例示的実施形態では約４５°である角度αにわたってのみ延在するセグメントにわたって走査可能であるように、走査要素は構成されている。

図３において、走査要素１を拡大詳細図で見ることができる。破線は、受信導体路１．１、１．２、１．３の径方向中心、すなわち軸Ａの周りでの対応する正弦曲線の横座標を表し、横座標は円形の線に沿って延びる。励磁線１．４のセクション１．４１、１．４２、１．４３、１．４４は、１つの導体路、または提示される例示的実施形態のように複数の導体路を有してもよい。

図４には、スケール要素２が平面図で示されている。スケール要素２は、図示される例示的実施形態ではエポキシ樹脂で作られている基板からなり、基板に３つの目盛トラックＴＳ１、ＴＳ２、ＴＳ３が配置されている。目盛トラックＴＳ１、ＴＳ２、ＴＳ３は、円形に形成されており、回転軸Ａに対して異なる半径で同心円状に、測定方向Ｕに延びて全周にわたって基板に配置されている。ここで、第１の目盛トラックＴＳ１は、径方向内側に配置されており、第２の目盛トラックＴＳ２は、径方向で第１の目盛トラックＴＳ１と第３の目盛トラックＴＳ３との間に配置されており、第３の目盛トラックＴＳ３は、径方向外側に配置されている。

目盛トラックＴＳ１、ＴＳ２、ＴＳ３はそれぞれ、目盛構造２．１、２．２、２．３の規則的なシーケンスからなり、目盛構造は、提示される例示的実施形態では、導電性の目盛領域２．１１、２．２１、２．３１として構成されており、それらの間に非導電性の目盛領域２．１２、２．２２、２．３２が配置されている。導電性の目盛領域２．１１、２．２１、２．３１のための材料として、図示される例では、銅が基板に適用された。それに対し、導電性の目盛領域２．１１、２．２１、２．３１の間の非導電性の目盛領域２．１２、２．２２、２．３２では基板はコーティングされなかった。

全体として、第１の目盛トラックＴＳ１は、３６０°または２Πの角度範囲にわたって、第１の数ｎ１（４０個）の規則的に配置された第１の目盛構造２．１と、それらの間に配置された同数の非導電性の領域とを含む。第３の目盛トラックＴＳ３は、同数の第３の数ｎ３の規則的に配置された第３の目盛構造２．３を含む。したがって、以下の式が成り立つ。

ｎ１＝ｎ３＝４０
それに対し、第２の目盛トラックＴＳ２は、３６０°にわたって、第２の数ｎ２（３９個）の規則的に配置された第２の目盛構造２．２を有する。

ｎ２＝３９
したがって、さらに、第２の目盛トラックＴＳ２は、３６０°の角度範囲にわたって第１の数ｎ１または第３の数ｎ３とは異なる第２の数ｎ２の目盛構造２．２を有し、特に以下の式も成り立つ。

ｎ２＜ｎ１およびｎ２＜ｎ３
図５に、スケール要素２の詳細図が示されている。ここで、第１の目盛トラックＴＳ１の第１の径方向中心線Ｍ１が、半径ｒ１を有する円弧に沿って延びているのが見て取れる。それに対応して、第２の目盛トラックＴＳ２および第３の目盛トラックＴＳ３の径方向中心線Ｍ２、Ｍ３は、それぞれ半径ｒ２、ｒ３を有する円弧に沿って延びている。提示される例示的実施形態では、目盛トラックＴＳ１、ＴＳ２、ＴＳ３は、それぞれ互いに等距離に配置されている。

図５からも分かるように、第１の目盛構造２．１のそれぞれは、提示される例示的実施形態では９．００°（３６０°／ｎ１）である第１の角度範囲Φ１にわたって延在する。それに対応して、第２の目盛構造２．２はそれぞれ、第２の角度範囲Φ２、ここでは９．２３°（３６０°／ｎ２）にわたって延在する。最後に、第３の目盛構造２．３がそれぞれ延在する第３の角度範囲Φ３は、やはり９．００°（３６０°／ｎ３）である。しかし、第１の半径ｒ１は第３の半径ｒ３よりも小さいので、ミリメートル単位で測定した目盛周期は、第３の目盛トラックＴＳ３よりも第１の目盛トラックＴＳ１で短い。

測定方向Ｕに関して、第１の目盛トラックＴＳ１は、第３の目盛トラックＴＳ３に対して、第１の目盛トラックＴＳ１の導電性の目盛領域２．１１の中心と第３の目盛トラックＴＳ３の非導電性の目盛領域の中心とが、径方向で位置合わせされたラインＱ、Ｓ上で一致するように配置されており、ラインＱ、Ｓは、第１の角度範囲Φ１だけ互いにオフセットして配置される。さらに、第１の目盛トラックＴＳ１の非導電性の目盛領域２．１２の中心と導電性の目盛領域２．３１の中心とは、径方向で位置合わせされたラインＲ上で一致する。ラインＲは、ラインＱ、Ｓの間の中央、すなわちそれぞれ１／２・Φ１の距離に配置されている。その結果、第１の目盛トラックＴＳ１は、周方向で、第３の目盛トラックＴＳ３に対して１８０°の位相オフセットを有して配置されている。

さらに、第１の目盛トラックＴＳ１またはその導電性の目盛領域２．１１は、提示される例示的実施形態では４．８ｍｍである第１の径方向延在域Ｈ１を有する。第３の目盛トラックＴＳ３またはその導電性目盛領域２．３１は、第３の径方向延在域Ｈ３、ここでは４．０９ｍｍを有する。したがって、第１の径方向延在域Ｈ１は第３の径方向延在域Ｈ３より大きく、以下の式が成り立つ。

Ｈ１＞Ｈ３
図６による組み立てられた状態では、走査要素１とスケール要素２とは軸方向で互いに向き合っており、軸Ａが両方の要素の中点を通って延びる。スケール要素２と走査要素１との相対回転時、受信導体路１．１、１．２、１．３で、誘導効果により、それぞれの角度位置に依存する第１、第２、および第３の信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を生成可能である。対応する信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を形作るための前提条件は、励磁線１．４が、走査される目盛トラックＴＳ１、ＴＳ２、ＴＳ３の領域内に、時間変化する電磁的な励磁場を生成することである。図示される例示的実施形態では、励磁線１．４は、複数の巻線を備える通電される平面平行な導体路として形成されている。走査要素１は、例えばＡＳＩＣモジュール１．５（図１および６）を含む電子回路を有する。走査要素１のこの電子回路は、評価要素としてだけでなく、励磁制御要素としても働き、その制御下で励磁電流が生成され、次いで励磁電流は励磁線１．４を通って流れる。

励磁線１．４に励磁電流が流れると、励磁線１．４の周りに管状または円筒状の指向性電磁場を形成する。そのようにして生成された電磁場の磁力線は、励磁線１．４の周りに同心円状に延び、磁力線の方向は、公知の様式で励磁線１．４での電流方向に依存する。ここで、共通の受信導体路１．１、１．２、１．３に隣接する励磁線１．４のセクション１．４１、１．４２、１．４３、１．４４の電流方向は、受信導体路１．１、１．２、１．３の領域内の磁力線がそれぞれ所望の向きを有するように選択することができる。提示される例示的実施形態のように、励磁線１．４のいくつかのセクション１．４１、１．４２、１．４３、１．４４が平行に延びているとき、これは、対応してより大きい断面積を有する単一の励磁線を通ってより大きな電流が流される場合と同等の効果を有する。

角度測定装置の機能に関して、特に第１および第３の信号Ｓ１、Ｓ３の受信レベルの高さに関して、第１の実効径方向距離Ｇ１または第３の実効径方向距離Ｇ３が第１の走査トラックＴＡ１または第３の走査トラックＴＡ３内でどれだけ大きいかが重要である（図３）。第１の走査トラックＴＡ１に関する第１の径方向距離Ｇ１は、第１の受信導体路１．１の径方向中心と励磁線１．４のセクション１．４２（またはセクション１．４１）の径方向中心との間の距離である。関連するセクションで励磁線１．４が１つの導体路のみからなる特殊なケースでは、その導体路の径方向中心が重要になる。提示される例示的実施形態では、セクション１．４１、１．４２、１．４３、１．４４は、複数の平行に延びる導体路を常に含み、したがってここでは、複数の平行に延びる導体路の中心をセクション１．４１、１．４２、１．４３、１．４４の径方向中心と見なすことができる。いずれにせよ、実効径方向距離Ｇ１、Ｇ３を決定するために、励磁線１．４の局所的な有効性が重要である。これに関連して、複数の導体路が、重ね合わせの原理に従って合わさって磁場を生成することを考慮に入れる必要がある。したがって、実効径方向距離Ｇ１、Ｇ３は、受信導体路１．１、１．３の径方向中心と、同じ走査トラックＴＡ１、ＴＡ３の導体路束と同じ磁場を生成する仮想導体路の中心との間の距離である。同様に、第３の走査トラックＴＡ３に関する第３の実効径方向距離Ｇ３も設定することができる。

励磁電流によって、受信導体路１．１、１．２、１．３に、スケール要素２の角度位置に応じて電圧が誘導され、これらの電圧をここでは第１、第２および第３の信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３と呼ぶ。図７および８では、横座標に角度φ（図６参照）がプロットされ、縦座標に信号レベルｕがプロットされたグラフが示されている。図７および８でのグラフはそれぞれ、傾斜またはモアレ角がゼロに等しい条件、すなわち理想的な取付け条件を示している。

図７で、破線は、第１の目盛トラックＴＳ１を走査するときに第１の走査トラックＴＡ１の第１の受信導体路１．１によって生成される第１の信号Ｓ１のプロファイルを表す。それに対応して、一点鎖線は、第３の目盛トラックＴＳ３を走査するときに第３の走査トラックＴＡ３の第３の受信導体路１．３によって生成される第３の信号Ｓ３のプロファイルを表す。第１の目盛トラックＴＳ１および第３の目盛トラックＴＳ３の構成ならびにそれらの相対配置（特に目盛構造２．１、２．３）により、第１の信号Ｓ１は第３の信号Ｓ３に対して１８０°の位相オフセットを有する。さらに、第１の信号Ｓ１は、角度φに関して第１の信号周期Σ１を有する。同様に、第３の信号Ｓ３は、第３の受信導体路１．３によって生成することができる角度に関する第３の信号周期Σ３を有する。第１の信号周期Σ１は、第３の信号周期Σ３と全く同じである。

Σ１＝Σ３
第１の信号Ｓ１および第３の信号Ｓ３から、全体信号ＳＭ（ＳＭ＝Ｓ３－Ｓ１）を生成可能である。このために、第１の走査トラックＴＡ１、特に第１の受信導体路１．１の第１の信号Ｓ１は、第３の走査トラックＴＡ３、特に第３の受信導体路１．３の第３の信号Ｓ３と接続され、そのような演算によって全体信号ＳＭが得られる。提示される例示的実施形態では、これは、走査要素１での単純なアナログ回路によって実現され、ここでは演算により差分生成が行われ、したがってここでは全体信号ＳＭを差分信号とも呼ぶことができる。１８０°の位相オフセットにより、例えばクロストーク効果または信号高調波による干渉成分は反対の符号を有し、したがって打ち消される、または少なくとも減少される。いずれにせよ、第１および第３の信号Ｓ１、Ｓ３が同相で結合、特に減算されることが重要である。全体信号ＳＭは、第１の信号周期Σ１または第３の信号周期Σ３と同じ大きさの信号周期ΣＭを有する。

ΣＭ＝Σ１＝Σ３
モアレ誤差は、Ａ軸に平行な成分を有する傾斜軸の周りでのスケール要素２に対する走査要素１の傾斜によって生じる。モアレ運動の意味合いでのスケール要素２に対する走査要素１の傾斜の場合、第１の信号Ｓ１のプロファイルは横座標に沿ってシフトし、第３の信号Ｓ３のプロファイルは、それに対応して逆方向にシフトする。理想的な構成からのこの幾何学的偏差にもかかわらず、全体信号ＳＭはほとんど変化しない。したがって、そのようにして生成された全体信号ＳＭ、特にその位相位置は、公差に起因するモアレ誤差とはほぼ無関係である。そのような傾斜により、従来の角度測定装置では、精細なトラック信号と粗いトラック信号との間に位相差が生じ、２つの信号の不正確な結合、または誤った接続生成がもたらされる。これにより、最終的に誤った角度位置情報が生じることになる。

モアレ誤差の回避は、提示される例示的実施形態において特に重要である。なぜなら、走査要素１は、この走査要素１によってスケール要素２を、全周にわたってではなく、限られた角度にわたってのみ、すなわち１つのセグメントにわたってのみ走査可能であるように構成されるからである。全周に及ぶ走査では、モアレ誤差が自然に大幅に補償される。

走査要素１とスケール要素２との間の軸方向の空隙が変化した場合、例えばシャフト４の加熱により、特別な措置なしでは、第１の走査トラックＴＡ１の距離挙動は第３の走査トラックＴＡ３の距離挙動と異なる。この影響は、モアレ誤差の低減を妨げる。この望ましくない影響を最小限に抑えるために、第１の実効径方向距離Ｇ１は、第３の実効径方向距離Ｇ３より大きい。

Ｇ１＞Ｇ３
この構成により、それぞれの振幅または信号レベルに対する距離変化の影響が調和される。これに関して、上述した構成も補助的に作用し、スケール要素２の側で、第１の径方向延在域Ｈ１は第２の径方向延在域Ｈ３よりも大きい。

第１の受信導体路１．１および第３の受信導体路１．３によって、相対角度位置に関するより高い解像度の角度位置値を生成可能であり、第２の受信導体路１．２によって、より低い解像度の角度位置値を生成可能である。したがって、第２の信号Ｓ２（図８参照）の第２の信号周期Σ２は、第１の信号周期Σ１または第３の信号周期Σ３よりも大きい。

Σ２＞Σ１、Σ２＞Σ３
したがって、ほぼモアレ誤差のない全体信号ＳＭは、絶対角度位置情報を決定するために角度的に粗い第２の信号Ｓ２と結合させることができる仮想の精細なトラック信号と見なすことができる。提示される例示的実施形態では、このために、ノギス法またはビート法を用いてＡＳＩＣ１．５でデジタル計算が行われる。

したがって、そのようにして構成された角度測定装置により、走査要素１がスケール要素２を比較的短いセグメントにわたってのみ走査し、比較的大きい設計公差を許され得るときでも、モアレ誤差がほとんどない、したがってより高い測定精度を保証する絶対角度位置情報を生成することができる。

図９および１０に基づいて、本発明のさらなる実施形態（第２の例示的実施形態）を述べる。第２の例示的実施形態は、内側に位置する第１の目盛トラックＴＳ１’が、最も外側の第３の目盛トラックＴＳ３’よりも第２の目盛トラックＴＳ２’の近くに配置されているようにスケール要素２’が構成されている点で、第１の例示的実施形態と本質的に異なる。それに対応して、第１の目盛トラックＴＳ１’は、第１の円弧に沿って延び、第１の半径ｒ１’を有する第１の径方向中心線Ｍ１’を有する。第２の目盛トラックＴＳ２’は、第２の円弧に沿って延び、第２の半径ｒ２’を有する第２の径方向中心線Ｍ２’を有する。最後に、第３の目盛トラックＴＳ３’は、第３の円弧に沿って延び、第３の半径ｒ３’を有する第３の径方向中心線Ｍ３’を有する。したがって、以下の式が成り立つ。

（ｒ２’－ｒ１’）≠（ｒ３’－ｒ２’）
特に、以下の式が成り立つ。
（ｒ２’－ｒ１’）＜（ｒ３’－ｒ２’）
他の点では、第２の例示的実施形態によるスケール要素２’は、第１の例示的実施形態のスケール要素２とほぼ同一に構成されている。第２の例示的実施形態では、走査要素の走査トラックの半径は、半径ｒ１’、ｒ２’、ｒ３’、または目盛トラックＴＳ１’、ＴＳ２’、ＴＳ３’のプロファイルに適合されている。

１ 走査要素
１．１ 第１の受信導体路
１．２ 第２の受信導体路
１．３ 第３の受信導体路
１．４ 励磁線
２ スケール要素
２．１ 第１の目盛構造
２．２ 第２の目盛構造
２．３ 第３の目盛構造
Ａ 軸
Ｇ１ 第１の径方向距離
Ｇ３ 第３の径方向距離
Ｈ１ 第１の径方向延在域
Ｈ３ 第３の径方向延在域
ｎ１、ｎ３ 第１の数
ｎ２ 第２の数
Ｓ１ 第１の信号
Ｓ２ 第２の信号
Ｓ３ 第３の信号
ＳＭ 全体信号
ＴＳ１ 第１の目盛トラック
ＴＳ２ 第２の目盛トラック
ＴＳ３ 第３の目盛トラック
Σ１ 第１の信号周期
Σ２ 第２の信号周期
Σ３ 第３の信号周期

Claims (15)

1. 走査要素（１）およびスケール要素（２；２’）を有する誘導式角度測定装置であって、前記スケール要素（２；２’）が、
   規則的に配置されている第１の目盛構造（２．１）を備える第１の目盛トラック（ＴＳ１；ＴＳ１’）と、
   規則的に配置されている第２の目盛構造（２．２）を備える第２の目盛トラック（ＴＳ２；ＴＳ２’）と、
   規則的に配置されている第３の目盛構造（２．３）を備える第３の目盛トラック（ＴＳ３；ＴＳ３’）とを含み、
   所定の角度範囲にわたって、前記第１の目盛トラック（ＴＳ１；ＴＳ１’）と前記第３の目盛トラック（ＴＳ３；ＴＳ３’）とが、同じ第１の数（ｎ１、ｎ３）の目盛構造（２．１、２．３）を有し、前記第２の目盛トラック（ＴＳ２；ＴＳ２’）が、前記第１の数（ｎ１、ｎ３）とは異なる第２の数（ｎ２）の目盛構造（２．２）を有し、
   前記第１の目盛トラック（ＴＳ１；ＴＳ１’）が径方向内側に、前記第２の目盛トラック（ＴＳ２；ＴＳ２’）が、径方向で前記第１の目盛トラック（ＴＳ１；ＴＳ１’）と前記第３の目盛トラック（ＴＳ３；ＴＳ３’）との間に、前記第３の目盛トラック（ＴＳ３；ＴＳ３’）が径方向外側に配置されているように、前記目盛トラック（ＴＳ１、ＴＳ２、ＴＳ３；ＴＳ１’、ＴＳ２’、ＴＳ３’）が軸（Ａ）の周りに同心円状に全周にわたって配置されており、
   前記走査要素（１）が、
   励磁線（１．４）と、
   第１の受信導体路（１．１）、
   第２の受信導体路（１．２）、および
   第３の受信導体路（１．３）とを有し、
   前記第１の目盛トラック（ＴＳ１；ＴＳ１’）が、前記第１の受信導体路（１．１）を介して、角度に関する第１の信号周期（Σ１）を備える第１の信号（Ｓ１）を生成するために走査可能であり、
   前記第２の目盛トラック（ＴＳ２；ＴＳ２’）が、前記第２の受信導体路（１．２）を介して、角度に関する第２の信号周期（Σ２）を備える第２の信号（Ｓ２）を生成するために走査可能であり、
   前記第３の目盛トラック（ＴＳ２；ＴＳ３’）が、前記第３の受信導体路（１．３）を介して、角度に関する第３の信号周期（Σ３）を備える第３の信号（Ｓ３）を生成するために走査可能であり、
   前記第１の信号周期（Σ１）が前記第３の信号周期（Σ３）と等しく、前記第１の信号（Ｓ１）および前記第３の信号（Ｓ３）から全体信号（ＳＭ）を生成することができ、絶対角度位置情報を決定するために前記全体信号（ＳＭ）を前記第２の信号（Ｓ２）と組合せ可能である、
   誘導式角度測定装置。
2. 前記第１の目盛トラック（ＴＳ１；ＴＳ１’）が第１の径方向延在域（Ｈ１）を、前記第３の目盛トラック（ＴＳ３；ＴＳ３’）が第３の径方向延在域（Ｈ３）を有し、前記第１の径方向延在域（Ｈ１）が前記第３の径方向延在域（Ｈ３）より大きい、請求項１に記載の誘導式角度測定装置。
3. 前記第１の目盛トラック（ＴＳ１；ＴＳ１’）が、周方向で、前記第３の目盛トラック（ＴＳ３）に対して１５０°よりも大きく２１０°よりも小さい位相オフセットを有して配置される、請求項１または２に記載の誘導式角度測定装置。
4. アナログ回路を有し、前記アナログ回路によって、前記第１と前記第３の信号（Ｓ１、Ｓ３）の演算によって前記全体信号（ＳＭ）を生成可能である、請求項１から３のいずれか一項に記載の誘導式角度測定装置。
5. 前記全体信号（ＳＭ）を形作るために、前記第１の信号（Ｓ１）と前記第３の信号（Ｓ３）とが加算または減算操作によって互いに演算されている、請求項１から４のいずれか一項に記載の誘導式角度測定装置。
6. さらなる回路を有し、前記さらなる回路によって、ノギス法によって前記全体信号（ＳＭ）および前記第２の信号（Ｓ２）から絶対角度位置情報を生成可能である、請求項１から５のいずれか一項に記載の誘導式角度測定装置。
7. 前記さらなる回路がデジタル回路として構成されている、請求項６に記載の誘導式角度測定装置。
8. 前記走査要素（１）が、径方向内側にある第１の走査トラック（ＴＡ１）と、径方向外側にある第３の走査トラック（ＴＡ３）とを含み、
   前記第１の走査トラック（ＴＡ１）が、
   前記第１の受信導体路（１．１）と、
   前記第１の受信導体路（１．１）から第１の実効径方向距離（Ｇ１）に配置されている、前記励磁線（１．４）の少なくとも１つのセクション（１．４１、１．４２）とを含み、
   前記第３の走査トラック（ＴＡ３）が、
   前記第３の受信導体路（１．３）と、
   前記第３の受信導体路（１．３）から第３の実効径方向距離（Ｇ３）に配置されている、前記励磁線（１．４）の少なくとも１つのセクション（１．４３、１．４４）とを含み、前記第１の実効径方向距離（Ｇ１）が前記第３の実効径方向距離（Ｇ３）より大きい、
   請求項１から７のいずれか一項に記載の誘導式角度測定装置。
9. 前記第２の信号周期（Σ２）が、前記第１の信号周期（Σ１）または前記第３の信号周期（Σ３）よりも大きい、請求項１から８までのいずれか一項に記載の誘導式角度測定装置。
10. 前記スケール要素（２’）が、
    第１の目盛トラック（ＴＳ１’）が第１の円弧に沿って延び、第１の半径（ｒ１’）を備える第１の径方向中心線（Ｍ１’）を有し、
    第２の目盛トラック（ＴＳ２’）が第２の円弧に沿って延び、第２の半径（ｒ２’）を備える第２の径方向中心線（Ｍ２’）を有し、
    第３の目盛トラック（ＴＳ３’）が第３の円弧に沿って延び、第１の半径（ｒ３’）を備える第３の径方向中心線（Ｍ３’）を有し、
    （ｒ２’－ｒ１’）≠（ｒ３’－ｒ２’）が成り立つ
    ように構成されている、請求項１から９のいずれか一項に記載の誘導式角度測定装置。
11. （ｒ２’－ｒ１’）＜（ｒ３’－ｒ２’）
    が成り立つ、請求項１０に記載の誘導式角度測定装置。
12. 前記スケール要素（２；２’）が前記走査要素（１）によって少なくとも１つのセグメントにわたってのみ走査可能であるように、前記走査要素（１）が構成されている、請求項１から１１のいずれか一項に記載の誘導式角度測定装置。
13. 前記少なくとも１つのセグメントが、１８０°未満、特に１２０°未満である角度（α）にわたって延在する、請求項１２に記載の誘導式角度測定装置。
14. 前記第１の受信導体路（１．１）が、角度に関する第１の周期（Π１）を有し、前記第３の受信導体路（１．３）が、角度に関する第３の周期（Π３）を有し、前記走査要素（１）が、前記第１の周期（Π１）が前記第３の周期（Π３）に等しいように構成されている、請求項１から１３のいずれか一項に記載の誘導式角度測定装置。
15. 前記第２の受信導体路（１．２）が、角度に関する第２の周期（Π２）を有し、前記走査要素（１）が、前記第２の周期（Π２）が前記第１の周期（Π１）よりも大きいように構成されている、請求項１４に記載の誘導式角度測定装置。
    

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