JPH04331302A

JPH04331302A - 回転角度を測定するための測定装置

Info

Publication number: JPH04331302A
Application number: JP3003782A
Authority: JP
Inventors: Klaus Dobler; クラウス　ドプラー; Hansjoerg Hachtel; ハンスイェールク　ハッハテル
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1990-01-20
Filing date: 1991-01-17
Publication date: 1992-11-19
Also published as: GB2240185A; GB2240185B; DE4001544A1; GB9100458D0; US5107212A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、相対的に運動する２つ
の部材とセンサコイルとによって回転角度を無接触式に
測定するための測定装置であって、センサコイルの誘導
性抵抗値と交流抵抗値とが、導電性及び／又は強磁性の
材料から成る上記両部材の、センサコイルに対応した範
囲の大きさの相対的な変化によって変化させられる形式
のものに関する。

【０００２】

【従来の技術】ドイツ連邦共和国特許出願公開第３８　
　２４　　５３５．３号明細書から公知の測定装置では
、円筒状のコイル体の中心に、このコイル体の一端面側
から長手溝が形成されている。それによって、横断面半
円形の２つの芯が形成され、各芯にそれぞれ１つのコイ
ルが巻掛けられる。さらに、電圧の減衰に役立つ測定部
材が、導電性及び／又は強磁性材料から製作されており
、かつ軸方向長さの少なくとも一部にわたってコイル外
側範囲を取囲んでいる。また、コイルは交流を流される
。これにより、測定部材と上記２つのコイルとの相対的な
回転時において、一方のコイルと測定部材及び他方のコ
イルと測定部材の被覆関係が互いに対称的に変化すると
、コイルの交流抵抗がそれに応じて変化する。しかし、
このような公知の測定装置には、コイルの芯が不動であ
るために巻成機によってコイルが順次にしか巻成されな
い、といった欠点がある。その結果、手間のかかる巻成
技術が必要となり、測定装置の製作にも手間がかかるよ
うになる。

【０００３】さらに、ドイツ連邦共和国特許出願公開第
３８　　２４　　５３４．５号明細書によれば、距離及
び／又は角度の変化を無接触式に測定するための測定装
置が公知である。この測定装置では、少なくとも２つの
コイルがディスク形状のボディにエッチングによって取
付けられている。しかし、エッチングされたコイルは、
コイルを貫流する交流の限られた周波数範囲内でしか使
用できない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、容易
に製作可能なコイルを有する測定装置を提供することに
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題は、本発明によ
ればはじめに述べた形式の測定装置において、第１の部
材が、センサコイルに相応する複数の範囲に分割されて
おり、各範囲にそれぞれ少なくとも１つのセンサコイル
が配置されており、上記複数の範囲が測定装置の軸方向
で互いにずらされて設けられており、かつ半径方向では
これらの範囲の個数に応じて互いに角度をずらされて設
けられており、上記センサコイルがワイヤコイルとして
製作されていることによって解決されている。

【０００６】

【発明の効果】２つのコイル体は軸方向で互いにずらさ
れているので、ただ１つの巻成機によって同時にそれぞ
れワイヤを巻成される。また、巻成されたワイヤから成
るコイルは、エッチングされたコイルとは異なり、広い
周波数範囲例えば５ｋＨｚ〜５ＭＨｚで容易に運転され
る。さらに、コイル体の大きさが比較的小さい場合にも
、コイルを成すワイヤの直径と巻成数とを変化させるだ
けで、コイルを所期の周波数に合わせることができる。特に巻成数が多い場合、このコイルは、多層にエッチン
グ又はプリントされたコイルよりも容易に製作される。その結果、測定装置の製作も容易となる。また、上記２
つのコイルはそれぞれ、種々異なる材料から成る測定部
材によって両端面及び／又は各外周面を被覆されている
。それにより、いわゆる強磁性効果と渦電流効果との逆
作用が、測定信号を得るために利用される。そして、測
定装置の組立てにより生じてしまう測定ミスが、比較的
わずかに抑えられる。

【０００７】請求項１に記載した測定装置のさらに有利
な構成は、請求項２以下に記載した通りである。

【０００８】

【実施例】次に図示の実施例につき本発明を説明する。

【０００９】図１では、センサが符号１０によって示さ
れており、かつ有利には非導電性材料から成るコイル体
１１を有している。このコイル体１１は互いに軸方向に
ずらされた２つの芯１２，１３から構成されている。ま
た、各芯１２，１３はほぼ半円形又はＤ字形の横断面を
備えているが、他の形状の横断面を備えていてもよい。そして、各芯１２，１３が互いに半径方向で約１８０°
ずらされているので、芯１２，１３の横断面がＤ字形で
ある場合には、Ｄ字の平らな面はコイル体１１の軸線の
方を向くようになる。さらに、ワイヤから成るコイル１
４，１５がそれぞれ、コイル体１１の周方向で上記各芯
１２，１３に巻掛けられている。この場合、上述したよ
うに各芯１２，１３が互いに軸方向にずらされているた
め、これら２つのコイル１４，１５は、大きく付加的な
変形なく１つの巻成機によって製作技術上極めて容易に
巻成される。特に上記２つのコイル１４，１５が同時に
巻成され得るので、巻成作業はただ１回しか必要ではな
い。さらに、わずかな間隔を置きながら上記コイル体１
１を取囲む測定部材１７が、設けられている。この測定
部材１７は導電性（強磁性及び／又は非強磁性）材料又
は強磁性材料からスリーブ状セグメントとして形成され
ており、かつ周方向で見てコイル体１１のほぼ外周半部
を被覆している。また、測定部材１７の軸方向長さｄが
、有利には上記２つのコイル１４，１５の軸方向長さと
両コイル１４，１５間の、コイル体１１の範囲１８の軸
方向長さとを合わせた長さｅに少なくとも等しくなって
いなければならない。この場合、上記長さｄが長さｅよ
り大きいと、測定部材１７の軸方向調節ミスは全く又は
ほんのわずかしか生じない。この測定部材１７は、ディ
スク形状の、又は有利には棒状の支持体（図３）を介し
て軸２０に結合されており、それによって軸２０の回転
運動を測定している。しかし、軸２０は図示されていな
い構成部材と結合されていてもよいので、その場合には
、構成部材の回転運動が測定される。また、センサ１０
によっては１８０°の回転運動が測定され得る。図１か
ら明らかなように、支持体１９が測定時に芯１３から次
第に大きな軸方向間隔を置いていくようにこの芯１３前
方で運動すると、特に有利である。なぜなら、支持体１
９の軸方向運動によっても、測定信号は全く又はほんの
わずかしか影響を受けないからである。このことは、以
下に述べる作用形式から明らかとなる。さらに、上記支
持体１９は比較的狭い幅を備えていなければならない。　　測定部材１７は、図２に示されたようにコイル１４
，１５のそれぞれ同じ大きさの外周面を被覆できるよう
に、構成されている。ところで、センサ１０は誘導原理
及び／又は渦電流原理に従って作動してもよく、どちら
の場合でもコイル１４，１５には交流が流される。また
、回転角度を測定するために、上記測定部材１７がコイ
ル体１１の周りを回転するか、又は所定の角度範囲にわ
たって運動する。さて、以下に渦電流原理について説明
する。まず、交流磁界がコイル１４，１５に生ぜしめら
れ、この交流磁界によって、測定部材１７の金属表面に
渦電流が生ぜしめられる。この場合、交流磁界にさらさ
れる測定部材１７の面積が大きくなるにつれて、測定部
材１７に生じる渦電流が増大する。また、生ぜしめられ
る渦電流の大きさは、測定部材１７を成す材料の種類と
測定部材１７に対するコイル１４，１５の間隔とに基づ
いている。さて、測定部材１７に生じた渦電流によって
コイル交流抵抗が変化させられ、このような変化が測定
信号を得るために利用される。さらに、コイル誘導性が
減少するので、このような誘導性の変化も測定信号を得
るために利用される（コイル誘導性−評価法）。また、
測定部材１７の回転運動時に、コイル１４に向いた測定
部材１７の表面積とコイル１５に向いた測定部材１７の
表面積とが、互いに逆方向に変化する。その結果、例え
ばコイル１４に向いた測定部材１７の表面積が、コイル
１５に向いた測定部材１７の表面積の減少量と同じ量だ
け増大する。コイル交流抵抗−評価法において、上記２
つのコイル１４，１５はホイートストン式セミブリッジ
回路で制御される。そしてそれにより、各コイル１４，
１５に同時に生じて周方向に作用する測定ミスが、相殺
される。ところで、コイル体１１の軸方向長さｅが測定
部材１７の軸方向長さｄよりも大きいか又は小さいかす
る場合、センサ１０の組立て時に生じる軸方向遊びによ
っても、測定ミスが全く又は極めてわずかしか生ぜしめ
られない。特にコイル１４と支持体１９との間隔の変化
によって、極めてわずかな測定ミスが生ぜしめられるだ
けである。また、コイル１４，１５はワイヤによって巻
成されている場合に、交流の広い周波数範囲内で運転さ
れる。この範囲は、例えば約５ｋＨｚ〜５ＭＨｚであっ
てもよい。コイル１４，１５を広い周波数範囲で運転す
るためには、コイル１４，１５の直径又はコイル１４，
１５の巻成回数を変化させればよい（例えばコイル層数
の変化による）。ところで、図１に示されたセンサ１０
は低い搬送周波数において使用される。しかしこの場合
、芯１２，１３の半径方向寸法が比較的小さいので、コ
イル１４，１５は比較的広い幅例えば１つのコイルにつ
き軸方向４ｍｍの幅にわたってワイヤを巻成されていな
ければならず、しかもコイルの巻成回数が多くなければ
ならない。これに対して、図４及び図５によるセンサ１
０は、高い搬送周波数において使用される。この場合に
は、芯１２，１３の半径方向寸法が図１〜図３による芯
１２，１３の半径方向寸法と等しいので、コイル１４，
１５が極めて狭い幅例えば１つのコイルにつき１ｍｍの
幅にわたって少ない巻成回数でワイヤを巻成されていな
ければならない。このように、高い搬送周波数における
センサと低い搬送周波数におけるセンサとは、構成にわ
ずかな違いがある。しかし、これら２つのセンサの構成
を変えるためには、ただ芯の軸方向長さを変えさえすれ
ばよい。また、コイル層数の変化によって、同じ効果が
得られるのである。

【００１０】コイル１４，１５が、例えば１ＭＨｚの高
い搬送周波数ｆＴ（コイルを流れる渦電流の周波数）の
交流を給電されると、渦電流の伝搬は表皮効果によって
大きく規定される。つまり、コイル１４，１５に発生し
た交流電磁界が、コイル１４，１５に向いた測定部材１
７の表面の外層上にのみ渦電流を生ぜしめる。これに対
して、コイル１４，１５が、例えば５ｋＨｚより低い搬
送周波数の交流を供電されると、コイル１４，１５によ
り生ぜしめられた交流磁界が、コイル１４，１５に向い
た測定部材１７の表面下へ比較的深く侵入する。この場
合、渦電流の侵入深度の大きさは、測定部材１７の材料
に基づいて規定される。また、種々異なる搬送周波数の
ために、測定部材１７の壁厚を変えることができる。そ
の結果、例えば上述した関係のためにセンサ１０の寸法
が極めて小さくなければならない場合には、このセンサ
は比較的高い搬送周波数によって運転される。これに対
して、寸法が充分に大きい場合には、センサは低い搬送
周波数によって運転される。

【００１１】上述した渦電流原理の代わりに、誘導測定
法も同様に使用することができる。この測定法のために
は、測定部材１７が、コイル１４，１５に向いた表面だ
けを強磁性材料から製作されていればよい。しかし、測
定部材１７全体が強磁性材料から製作されていてもよく
、又は測定部材１７が強磁性の層を有していてもよい。さらに、渦電流原理とは異なって誘導性原理においては
、コイル１４，１５の交流電磁界の侵入深度が浅くなっ
ている。また、コイル誘導性は渦電流原理では減少した
が、誘導測定法では材料の強磁性及び導電性（強磁性効
果）にしたがって増大する。

【００１２】最も重要なパラメータ（搬送周波数の高さ
と測定部材１７の材料）が適当に調節されると、渦電流
法では低められた交流抵抗が、誘導法においては高めら
れる。　　図６及び図７による実施例では、センサ１０
のコイル体１１が上記２つの実施例と同様に構成されて
いる。しかし、図６及び図７では他の実施例とは異なり
、コイル体１１を周方向に取囲むスリーブ形状の測定部
材１７が使用されていない。渦電流を生ぜしめる測定部
材は、図６及び図７による実施例ではコイル体１１の両
端面の所に配置されており、かつそれぞれ半円形ディス
ク２１，２２として形成されている。また、センサ１０
が交流原理に基づいて作動するか誘導性測定原理に基づ
いて作動するかに従って、上記２つの半円形ディスク２
１，２２は上述した２つの実施例において使用された材
料から製作される。さらに、測定信号は１図〜５図によ
る実施例においてコイル１４，１５の外周部から検出さ
れたが、図６及び図７による実施例においてはコイル体
１１の両端面に設けられた半円形ディスク２１，２２に
よってそれぞれ検出される。この場合、各半円形ディス
ク２１，２２はできるだけ同じ形状に形成されていなけ
ればならず、かつコイル体１１の各端面を同じように被
覆しながら向い合うように配置されていなければならな
い。

【００１３】測定信号が上記各半円形ディスク２１，２
２とコイル１４，１５との間隔に基づいて生ぜしめられ
、かつ各半円形ディスク２１，２２が軸２０に不動に結
合されているので、両半円形ディスク２１，２２の軸方
向のずれによる測定ミスは、ほぼ完全に抑えられる。

【００１４】さらに図８に示されたように、上記各半円
形ディスク２１，２２は、１８０°よりも大きな角度例
えば２００°を備えたセグメント２４として形成されて
いてもよい。これによって標準特性曲線の（ほぼ）直線
的な範囲が拡大される。

【００１５】図９及び図１０による実施例では、上記２
つの半円形ディスク２１，２２が円形ディスク２５，２
６として形成されている。そして、各円形ディスク２５
，２６は互いに同じ大きさのセグメント２５ａ，２５ｂ
とセグメント２６ａ，２６ｂとからそれぞれ構成されて
いる。また、一方のセグメント２５ａ，２６ａは渦電流
原理に基づいた作動に適する材料から、他方のセグメン
ト２５ｂ，２６ｂは誘導性原理に適する材料から製作さ
れている。しかも、セグメント２５ａと２６ａ、セグメ
ント２５ｂと２６ｂとが、それぞれコイル体の各端面に
配置されて向かい合っている。また、各セグメント２５
ａ，２５ｂ；２６ａ，２６ｂはすべて同じ大きさに形成
されていなければならない。このようなセグメントにお
いて、例えばセグメント２５ａ，２６ａは快削鋼のよう
な強磁性材料から、セグメント２５ｂ，２６ｂはアルミ
ニウムのような非強磁性で導電性の材料から製作されて
いる場合、セグメント２５ｂ，２６ｂによる強磁性効果
とセグメント２５ａ，２６ａによる渦電流効果との反作
用が利用される。その結果、コイル誘導性評価法におい
てはセンサの測定感度が高められる。なぜなら、強磁性
効果が各コイルの誘導性を高めるからであり、かつ渦電
流効果が各コイルの誘導性を減少させるからである。つまり、上記２つの効果は逆方向に作用する。これと同
じことが他の評価法（例えばコイル交流抵抗値の評価法
）についても当てはまる。しかしいずれにせよ、上述し
たパラメータが予め調節されていなければならず、かつ
個々のコイルの測定信号が互いに対称的に変化しなけれ
ばならない。

【００１６】図１１及び図１２による実施例では、図１
〜図７による実施例の構成が組合わされている。この場
合、測定部材１７ａは、コイル体の両端面に配置された
２つの半円形ディスク２７，２８から構成されている。そして、これらの半円形ディスク２７，２８は、コイル
体１１の周方向で見てスリーブ状の部材２９を介して互
いに結合されている。これにより、渦電流が３つの面上
に生ぜしめられるので、比較的高い測定信号が得られる
。

【００１７】図９及び図１０による実施例と同様に、図
１３及び図１４による実施例においてもセンサが２つの
測定効果によって運転される。しかしこの場合には、付
加的な測定部材１７ｂが設けられなければならない。つ
まり、一方の測定部材１７ａが渦電流測定法にとって、
必要な材料から、他方の測定部材１７ｂが誘導測定法に
とって必要な材料から製作されているのである。この場
合の測定効果は、図９及び図１０による実施例において
の測定効果に等しい。

【００１８】当然ながら、２つのコイルの代わりに例え
ば４つ又はそれ以上のコイルが使用されてもよく、それ
によって細かい測定角度が規定される。しかしそのため
には、コイルの個数に相応した個数の芯が、軸方向にず
らされて設けられなければならない。例えば芯が４つの
場合、これらの芯は互いに約９０°ずつ半径方向にずら
されなければならない。そして、各芯にはそれぞれ１つ
のコイルが巻掛けられ、各コイルはホイートストン式ブ
リッジ回路内で制御される。

【００１９】また、測定部材１７は約３６０°の回転運
動を行うことができる。しかし、実際の測定範囲はほぼ
コイルの接線長さに制限されており、かつコイルの個数
に応じた三角形状の電圧変化によって何度も繰返される
（４つのコイルにおいては最大約９０°である。）

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例を示す測定装置の縦断面図である。

【図２】図１による線分ＩＩ−ＩＩに沿った、測定装置
の断面図である。

【図３】図１による矢印Ａの方向から見た、測定装置の
平面図である。

【図４】第２実施例を示す測定装置の縦断面図である。

【図５】図４による線分Ｖ−Ｖに沿った、測定装置の断
面図である。

【図６】図７による線分ＶＩ−ＶＩに沿った、第３実施
例を示す測定装置の縦断面図である。

【図７】図６による測定装置の平面図である。

【図８】第４実施例を示す測定装置の平面図である。

【図９】図１０による線分ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩに沿った
、第５実施例を示す測定装置の縦断面図である。

【図１０】図９による測定装置の平面図である。

【図１１】第６実施例を示す測定装置の縦断面図である
。

【図１２】図１１による線分ＸＩ−ＸＩに沿った、測定
装置の断面図である。

【図１３】第７実施例を示す測定装置の縦断面図である
。

【図１４】図１３による線分ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩに沿っ
た、測定装置の断面図である。

【符号の説明】

１０　　　　センサ１１　　　　コイル体１２，１３　　　　芯１４，１５　　　　コイル１７，１７ａ，１７ｂ　　　　測定部材１８　　　　範
囲１９　　　　支持体２０　　　　軸２１，２２　　　　円形ディスク２４　　　　セグメント２５，２６　　　　円形ディスク２５ａ，２５ｂ；２６ａ，２６ｂ　　　　セグメント２
７，２８　　　　半円形ディスク２９　　　　スリーブ状部分

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　相対的に運動する２つの部材（１１，
１７）とセンサコイル（１４，１５）とによって回転角
度を無接触式に測定するための測定装置（１０）であっ
て、センサコイル（１４，１５）の誘導性抵抗値と交流
抵抗値とが、導電性及び／又は強磁性の材料から成る上
記両部材（１１，１７）の、センサコイル（１４，１５
）に対応した範囲の大きさの相対的な変化によって変化
させられる形式のものにおいて、第１の部材（１１）が
、センサコイル（１４，１５）に相応する複数の範囲（
１２，１３）に分割されており、各範囲（１２，１３）
にそれぞれ少なくとも１つのセンサコイル（１４，１５
）が配置されており、上記複数の範囲（１２，１３）が
測定装置（１０）の軸方向で互いにずらされて設けられ
ており、かつ半径方向ではこれらの範囲（１２，１３）
の個数に応じて互いに角度をずらされて設けられており
、上記センサコイル（１４，１５）がワイヤコイルとし
て製作されていることを特徴とする、回転角度を測定す
るための測定装置。
【請求項２】　　第１の部材（１１）を周方向に取囲む
第２の部材（１７）が、第１の部材（１１）に等しい長
さつまりセンサコイル（１４，１５）の軸方向長さと分
割部分（１８）の軸方向長さとを加えた長さを少なくと
も部分的に備えた少なくとも１つの範囲を有している、
請求項１記載の測定装置。
【請求項３】　　第２の部材（１７）が棒状の支持体（
１９）を介して回転可能な構成部材（２０）に結合され
ている、請求項１又は２記載の測定装置。
【請求項４】　　支持体（１９）がセンサコイル（１４
）から最も離れた範囲に位置している、請求項３記載の
測定装置。
【請求項５】　　第１の部材（１１）の両端面の所にそ
れぞれ１つの第２の部材が位置しており、各第２の部材
がほぼ同形状に形成されており、かつ互いに向かい合っ
ている、請求項１記載の測定装置。
【請求項６】　　第２の部材が、強磁性で導電性の材料
又は強磁性の材料から成る範囲と、非強磁性で導電性の
材料から成る範囲とによって構成されている、請求項５
記載の測定装置。
【請求項７】　　同じ材料から成る上記両範囲が互いに
向かい合っている、請求項５又は６記載の測定装置。
【請求項８】　　第２の部材を成すディスクの角度範囲
が、センサコイル（１４，１５）の角度範囲と等しいか
又はそれよりも大きくなっている、請求項５から７まで
のいずれか１項記載の測定装置。
【請求項９】　　第１の部材（１１）の両側にそれぞれ
配置された第２の部材（２７，２８）が、第１の部材（
１１）の周方向に延びる結合部材（２９）を介して互い
に結合されている、請求項５から８までのいずれか１項
記載の測定装置。
【請求項１０】　　第１の部材（１１）がＤ字形の横断
面を有している、請求項１から９までのいずれか１項記
載の測定装置。