JPH05505885A - 回転角検出用測定装置 - Google Patents

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】 回転角検出用測定装置 従来の技術 本発明は、請求項１による回転角の検出用測定装置から出発する。ＤＥ−Ｏ３３ ８２４５３５，３から公知の測定装置は円筒状コイル体の中に端面側から同心の 長手方向溝が形成されている。これにより横断面で半円形状の２つのコアが形成 され、このコアにそれぞれ１つのコイルが１１回されている。減衰に用いる測定 部材は非導電性および／または強磁性材料からなる。

この部材は少なくとも部分的に軸方向長において、外部のコイル領域を取り囲む 、コイルには交流電流が流れる。測定部材の相対的回転により測定部材とコイル の相互の重なり程度がそれぞれ逆に変化する。これによりコイルのインピーダン スが相応に変化する。センサの組付けの際にはコイルは測定スリーブに対して正 確に位置決めしなければならない、これには比較的コストがかかる。

さらにＤＥ−０３４００１５４４，４４から距離変化および／または角度変化を 無接触で測定するための測定装置が公知である。ここではコイル体は測定装置の 軸方向でずらされており、また半径方向ではコイル体の数に相応して所定の角度 だけ相互にずらされて配置されている。コイルはこの場合ワイヤコイルであり、 同様に交流電流が流れる。

発明の利点 請求項１の構成を有する本発明の測定装置は、コイル体が軸方向で、回転シャフ トに対する比較的長く構成された支承部を形成するという利点を有する。この回 転シャフトはそれに回転ずれしないよう配置された減衰部材を備えている。これ により滑り支承部または２つの相互に配置されたベアリング支承部の取り出しが 可能である。シャフトの支承部はコイル体自体の中にある。それにより一体的セ ンサを例えば保持装置、ケーシングまたはプリント配線板状に組付けることがで きる。これにより適用の際、すなわち最終組付けの際に、センサコイルの面倒な 調整が省略される。簡単な構成配置により可及的に長い軸方向の支承部が実現可 能である。この支承部は大量生産の際に簡単に適用できる。長い軸方向支承部に より、エツジのずれまたは揺動運動が生じ得なくなる。コイル表面と減衰部材と の間の距離は測定装置の動作中、一定である。これにより構造的手段により誤る ことのない、比較的正確な測定信号が得られる。コイル体の２つのコアが軸方向 でずれていることにより、両方の巻付けをｍｌつの巻回装置を用いて同時に実施 することができる。測定部材がコイル体を１８０°以上の角度領域で覆っていれ ば、例えば２００から２２０°の領域で覆ってぃれば、センサの測定感度が上昇 する。測定部材の形状安定性は改善される。

従属請求項に記載された手段により、請求項１および２に記載の測定装置の有利 な改善が可能である。

図面 本発明の実施例が図面に示されており、以下詳細に説明する。

図１は、測定装置の縦方向断面図、 図２は、図１の方向Ｉ　Ｉ−１１に沿った断面図、図３は、図１の方向Ａからの 正面図、 図４は、第２の実施例の縦断面図、 図５は、図４の方向ｖ−■に沿った断面図、図６は、図２の実施例の変形実施例 を示す模式図である。

実施例の説明 図１には、１０によりセンサが示されている。センサは有利には非導電性材料か らなるコイル体１１を有しているにのコイル体は軸方向にずらして配置された２ つのコア１２．１３からなる。ここで一方のコア１３は固定フランジ１４を有し ている。この固定フランジ１４によりコイル体１１は位置固定したプリント配線 板１２に配置される。コイル体１２の回転軸領域には貫通した孔部１６がシャフ ト１７に対する支承部として構成されており、シャフトの回転運動が検出される 。しかしシャフト１７は図示しない構成部材と結合することもでき、この構成部 材の回転運動を検出することもできる。

軸方向でずらして配置された２つのコア１２．１３は、横断面で見て近似的に半 円形状またはほぼＤ字状の形状を有している。しかし別のコア形状も考えられる 。孔部１６とそこに配置されたシャフト１７とによって、ア１２．１３はそれぞ れシャフト１７を取り囲まなければならない、さらにコア１２．１３は半径方向 で１８０°相互にずらされている。それによりコア１２．１３がＤ字状に構成さ れている場合は、それぞれ僅かな曲げられた壁がコイル体１１の軸線を取り囲む 、各コア１２．１３にはそれぞれワイヤコイル２０．２１がコイル体１１の周方 向で巻回されている。コア２１．１３が軸方向でずらされていることにより、製 造技術的に非常に聞単に２つのコイル２０．２１を唯１つの４！回機械により、 明記すべき付加的改造なしで巻付けることができる２例又は２つのコイル２０． ２１を同時に巻回することができ、それにより唯１つの作業行程が必要なだけで ある。

コイル体１１の周囲には僅かな間隔を置いて、導電性（強磁性または非強磁性） または強磁性材料からなる測定部材２２が配置される。この測定部材はスリーブ セグメントとして構成されており、周方向で見てコイル体１１の周囲のほぼ半分 を覆っている。Ｓ室部材２２の軸方向長ｄは有利には少なくとも、コイル２０． ２１およびコイル間のコイル体１１の領域２４の幅ｅを有していなければならな い、長さｄが長さｅよりも大きければ、測定部材２２の軸方向調整誤差が発生し ないか、発生しても僅かである。測定部材２２は円盤状の支持体を介し、または 図３に詳細に示したようにロッド状の支持体２３を用いて、シャフト１７と結合 されている。この構成により、測定部材２２を支持体２３を介してシャフト１７ と結合することができる。

その際特に有利には、シャフト１７を比較的長い区間にわたりコイル体１１内に 支承する。この構成により、測定部材２２の内側とワイヤコイル２０．２１の表 面との間の間隔に変動の生じることがほとんど不可能になる。ロッド状支持体２ ３を使用することの利点は、後で機能を説明する個所かられかるように、支持体 ２３の軸方向運動によって測定信号が影響を受けないが、受けても僅かであるこ とである。さらにその際、支持体２３は比較的僅かな幅を有していることに注意 すべきである。支持体が円盤状の場合は、円盤の軸方向運動に起因する測定誤差 を低減するために、円盤に窓を形成することもできる０円盤による解決手段は、 この円盤が測定部材２２と共に簡単に１つのブロックから製造できるという利点 を有する。さらに支持体２３を絶縁材料から製造することも可能である。コイル ２０．２１は接続ビン２５．２６によって、詳細に図示しないプリント配線板お よび評価電子回路と接続される。

パツキンリング２７によりコイル体１１はシャフト１７に固定される。

出発位置では測定部材２２は次のように配列されている。すなわち、両方のコイ ル２０．２１が同じ大きさの周面種で覆われるように配列されている。センサ１ ０は誘導性センサまたは渦電流原理で動作するように構成できる０両方の場合と もコイル２０．２１には交流が流れる。測定のために測定部材２２はコイル体】 １を中心に回転する６または所望の角度領域を運動する。以下は渦電流原理に従 い動作する場合を説明する。コイル２０．２１には交番磁界が発生する。この交 番磁界は測定部材２２の金属表面に渦電流を生ゼしぬる。その際磁界に曝された 測定部材２２の面積が大きければ大きいほど、益々大きな渦電流が形成される。

さらに形成される渦電流の大きさは使用される測定部材２２の材料、並びにコイ ル２０ないし２１と測定部材２２の内側までの距離にも依存する。測定部材２２ に形成される渦電流によってコイル−交流電流抵抗が変化し、これが測定信号形 成に使用される。コイルインダクタンスも渦電流形成の増大と共に減少するから 、このインダクタンス変化を測定信号形成に使用することもできる（コイル−イ ンダクタンス評価法）、＋１１定部材２２が回転運動する場合、それぞれのコイ ル２０ないし２１に配属された測定部材２２の表面積は逆相で変化する。これに よりコイル２０に配属された測定部材２２の表面積は、他方のコイル２１の表面 積が減少するのと同じ大きさだけ増大する。２つのコイル２０．２１は一コイル インピーダンス評価法の場合−、ホイートストンハーフブリッジに接続される。

これにより２つのコイル２０．２１に同時に発生し、同相に作用する測定誤差が 補償される。ワイヤからなるコイル２０．２１が巻回されている場合は、コイル ２０．２１を交流電流の別の周波数領域で駆動することができる。この領域は例 えば約５ｋＨｚから５　Ｍ　Ｈｚに達する。この場合、コイル２０．２１の直径 および／またはコイル２０．２１の巻線の巻回数を変えるだけで十分である（例 又はコイルセットの数の変更により）。

コイル２０．２１に高い搬送波周波数ｆＴ（コイルを流れる渦電流の周波数）、 例えばＩ　Ｍ　Ｈｚが供給されるならば、渦電流の伝播はスキン効果によりほぼ 定められる。このことは、コイル２０．２１の形成された電磁交番磁界は、測定 部材２２のコイル側の外部表面層でだけ渦電流を形成することを意味する。これ に対して、コイルに低搬送波周波数ｆＴ、例えば５ｋＨ２以下の交流が供給され れば、コイルにより形成される交番磁界は測定部材２２のコイル側表面に比較的 深く浸透する。渦電流の浸透深さの程度は測定部材２２の材質にも依存している ０種々異なる搬送波周波数に基づいて、測定部材２２の壁厚を変化することがで きる。

ここまで説明した渦電流原理の代わりに、誘導性測定法を適用することも有利で ある。そのためには測定部材２２は強磁性でなければならない、そのためには、 測定部材２２を強磁性材料から製造するか、または強磁性層を有することができ る。

重要なパラメータ（搬送波周波数の高さ、測定部材２２の材質）が適切に整合さ れていれば、センサコイルのコイル表面を比較的に大きく覆うことにより、誘導 法の場合は交流電流抵抗が高まり、−充満電流法の場合は低下する。

図４および図５の実施例では、コイル体３０は林状部材からなり、その開口部３ ２は蓋い３４により閉鎖されている。ここでも、絶縁材料、例えばプラスチック から製造されたコイル体３０の回転軸領域では部材３１の底部ないし蓋い３３に 孔部３５が形成されており、この孔部にシャフト１７が支承されている。コイル 体３０は２つのパツキン３６により軸方向でシャフト１７に固定されている。コ イル体３０の外周囲には２つのリング状溝３７が形成されており、この溝にワイ ヤコイル２０ａ、２１ａが配置されている。コイル体３０に組み込まれたシール ド板３８によってコイル２０ａ、２１ａは約１８０°の領域にわたってシャフト １７に対して遮蔽されている。コイル体３０の内部にはシャフト１７に回転ずれ しないよう減衰素子３９が固定されている。減衰素子は軸方向にずらして配置さ れた２つのコア４０．４１からなる。これらコアは横断面で見て近似的に半円形 状またはＤ字状の形状を有している。さらにコア４０，４１は１８０’半径方向 に相互にずらして配置されており、それによりそれぞれの領域はセンサコイル３ ０と減衰素子３７の周囲との間の最小間隔をもって斜めに対向し、従いそれぞれ 他方のコイルに配属される。

さらに例えば図４に示した位置では、コア４１はコイル２０ａと作用する。一方 コ７４０によるコイル２１ａでの測定信号形成はシールド素子３８により阻止さ れる０図４に示した実施例の機能は上記の作用と一致する０図６では測定部材２ ２ａが１８０’以上の角度領域を覆っている。測定部材２２ａは１８０°〜２６ ０６の角度領域を覆いことができる。この場合特に有利には２００”〜２２０″ の領域であることが判明した。測定部材２２ａのこの構成は図４および図５のシ ールド板３８に対しても同様にあてはまる。

もちろん、すべての実施例において２つのコイルの代わりに、例えば４つまたは それ以上の数のコイルを用いることもできる。これによりさらに小さな測定角度 を検出することができる。そのためにはそれぞれ軸方向にずらして配置された相 応の数のコアを使用する。

コアが４つの場合、これらのコアを半径方向に９０’相互にずらして配置する。

各コアにはコイルが巻き付けられる。コイルは例えばホイートストンブリッジ回 路に接続することができる。

測定部材２２ないし減衰素子３９は３６０’の回転運動を実施することができる 。しかし実際の測定領域は例えば図１から図３の実施例の場合、コイルの接線長 にほぼ制限され、３角電圧の形状でコイルの数に依存して常に繰り返される（コ イルが４つの場合は最大で約９０’）。

特表千５−５０５８８５　（５） ＦＩＧ、５ 要　約　書 本発明は、シャフト（１７）の回転角度を無接触で検出する測定装置（１０）で あって、相互に相対的に可動の２つの構成部材（１１，２２）とセンサコイル（ ２０，２１）とを有し、該センサコイルのインダクタンスおよびインピーダンス は、当該コイル（２０，２１）に配属された前記構成部材の領域の大きさの相対 的変化により変化するものであり、前記構成部材は導電性および／または強磁性 材料からなる回転角検出用測定装置に関するものである。このような測定装置お いて、前記シャフト（１７）はコイル体として用いる第１の構成部材（１１）に 支承されており、該コイル体（ｌ　ｌ）は、コイル（２０，２１）の数に相応す る数の領域（１２，１３）に分割されており、当該領域にはそれぞれ少なくとも １つのコイル（２０，２１）が配置されており、当該領域は測定装置（１０）の 輪方向にずらされており、前記第２の構成部材はシャフト（１７）に回転ずれし ないように固定されており、少なくとも半円の林状に構成された測定部材（２２ ）はコイル体（１１）の外表面を取り囲むように構成する。

コイル体は横断面で見てほぼ半円形の２つのコアからなる。コアは軸方向に相互 にずらされている。さらのコアは半径方向で１８０’相互にずらされている。

これらのコアには周方向にそれぞれ１つのコイルが巻国際調査報告

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. １．シャフト（１７）の回転角度を無接触で検出する測定装置（１０）であって 、相互に相対的に可動の２つの構成部材（１１、２２）とセンサコイル（２０、 ２１）とを有し、 該センサコイルのインダクタンスおよびインピーダンスは、当該コイル（２０、 ２１）に配属された前記構成部材の領域の大きさの相対的変化により変化するも のであり、 前記構成部材は導電性および／または強磁性材料からなる回転角検出用測定装置 において、前記シャフト（１７）はコイル体として用いる第１の構成部材（１１ ）に支承されており、該コイル体（１１）は、コイル（２０、２１）の数に相応 ずる数の領域（１２、１３）に分割されており、当該領域にはそれぞれ少なくと も１つのコイル（２０、２１）が配置されており、 当該領域は測定装置（１０）の軸方向にずらされており、 前記第２の構成部材はシャフト（１７）に回転ずれしないように固定されており 、少なくとも半円の鉢状に構成された測定部材（２２）はコイル体（１１）の外 表面を取り囲むことを特徴とする回転角検出用測定装置。
2. ２．シャフト（１７）の回転角度を無接触で検出する測定装置（１０）であって 、相互に相対的に可動の２つの構成部材（４０、４１）とセンサコイル（２０ａ 、２１ａ）とを有し、 該センサコイルのインダクタンスおよびインピーダンスは、当該コイル（２０ａ 、２１ａ）に配属された前記構成部材の領域の大きさの相対的変化により変化す るものであり、 前記構成部材は導電性および／または強磁性材料からなる回転角検出用測定装置 において、前記シャフト（１７）は、コイル体として用いる第１の構成部材（３ ０、３３）に支承されており、当該コイル体（３０、３３）にはコイル（２０、 ２１）が配置されており、外コイルは第２の構成部材（３９）に対してシールド 板（３８）により部分的に遮蔽されており、 該第２の構成部材（３９）は、コイルの数に相応する数の領域（４０、４１）に 分割されており、当該領域（４０、４１）は測定装置（１０）の軸方向にずらさ れていることを特徴とする回転角検出用測定装置。
3. ３．前記領域（１２、１３；４０、４１）は遮断面で充てほぼＤ字状の形状を有 しており、僅かに曲げられた壁がコイル体の軸を取り囲んでいる請求項１または ２記載の測定装置。
4. ４．コイル体（１１、３０）は位置固定して、ケーシングの保持装置またはプリ ント配線板（１５）に配置されており、 コイル（２０、２１）は電気接続ピン（２５、２６）により接続されている請求 項１から３までのいずれか１記載の測定装置。
5. ５．コイル体（１１、３０）は少なくとも１つのパッキンリング（２７、３６） によりシャフト（１７）に固定されている請求項１から４までのいずれか１記載 の測定装置。
6. ６．半円鉢（２２）はロッド状支持体（２３）によりシャフト（１７）に固定さ れている請求項１または請求項３から５までのいずれか１記載の測定装置。
7. ７．半円鉢（２２）はディスク状支持体によりシャフト（１７）に固定されてい る請求項３から５までのいずれか１記載の測定装置。
8. ８．前記支持体は窓を有している請求項７記載の測定装置。
9. ９．コイル（２０ａ，２１ａ）はコイル体（３０）の外壁の各溝（３７）に配置 されている請求項２から５までのいずれか１記載の測定装置。
10. １０．コイル体（３０）は軸方向で見てシャフトの両側に、パッキンリング（３ ６）により固定されている請求項２から９までのいずれか１記載の測定装置。
11. １１．測定部材（２２）ないしシールド板（３８）はコイル体（１１、３０）を 、１８０°から２６０°の角度領域で覆う請求項１から１０までのいずれか１記 載の測定装置。
12. １２．測定部材（２２）ないしシールド板（３８）はコイル体（１１、３０）を 、２００°か、ら２２０°の角度領域で覆う請求項１から１０までのいずれか１ 記載の測定装置。