特許 7420525 位置測定装置および位置測定装置を作動する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-15

(45)【発行日】2024-01-23

(54)【発明の名称】位置測定装置および位置測定装置を作動する方法

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/244 20060101AFI20240116BHJP

   G01D 5/245 20060101ALI20240116BHJP

【ＦＩ】

G01D5/244 B

G01D5/245 C

G01D5/245 E

G01D5/245 H

G01D5/245 R

【請求項の数】 7

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2019189920

(22)【出願日】2019-10-17

(65)【公開番号】P2020067454

(43)【公開日】2020-04-30

【審査請求日】2022-07-14

(31)【優先権主張番号】10 2018 217 934.4

(32)【優先日】2018-10-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】390014281

【氏名又は名称】ドクトル・ヨハネス・ハイデンハイン・ゲゼルシヤフト・ミツト・ベシユレンクテル・ハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＤＲ． ＪＯＨＡＮＮＥＳ ＨＥＩＤＥＮＨＡＩＮ ＧＥＳＥＬＬＳＣＨＡＦＴ ＭＩＴ ＢＥＳＣＨＲＡＮＫＴＥＲ ＨＡＦＴＵＮＧ

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前 徹

(74)【代理人】

【氏名又は名称】中西 基晴

(72)【発明者】

【氏名】ヴェルナー・シュワイガー

(72)【発明者】

【氏名】グレゴール・ローゼンガー

(72)【発明者】

【氏名】アンドレアス・ミッテラー

(72)【発明者】

【氏名】ルートヴィヒ・シュミット

(72)【発明者】

【氏名】エーリヒ・シュトラッサー

【審査官】榮永 雅夫

(56)【参考文献】

【文献】特開平１１－５１７０２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｄ ５／００ － ５／２５２

Ｇ０１Ｄ ５／３９ － ５／６２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

位置測定装置において、
回動不能にシャフト（５）に結合可能な目盛キャリア（１２）であって、該目盛キャリア（１２）が組み立てられた状態でシャフト（５）の回転軸線を中心として半径方向に配置された測定目盛（１３）を有する目盛キャリア（１２）と、
測定目盛（１３）を走査することによって位置信号（ＰＳ）を生成するための走査ユニット（１４）と、
位置信号（ＰＳ）を絶対デジタル位置値（Ｐ）として処理するための位置処理ユニット（２０）と、
後続電子機器（１００）と通信するためのインターフェイスユニット（３０）と
を含み、
さらに位置測定装置が、
機械部品（７０，７０．１，７０．２）の測定対象（７２，７２．１，７２．２，１７２．１，１７２．２）を走査することによって、機械部品（７０，７０．１，７０．２）の位置に依存する測定信号（ＭＳ）を生成するための少なくとも１つの第２の走査ユニット（６０，６０．１，６０．２，１６０．１，１６０．２）と、
第２の走査ユニット（６０，６０．１，６０．２，１６０．１，１６０．２）に関して測定対象（７２，７２．１，７２．２，１７２．１，１７２．２）の位置および／または位置変化を示す少なくとも１つの測定値（Ｍ）として測定信号（ＭＳ）を処理し、少なくとも１つの測定値（Ｍ）をインターフェイスユニット（３０）に出力するための評価ユニット（８０，１８０）とを含み、
前記評価ユニット（８０，１８０）で決定された前記測定値（Ｍ）が、
方向（Ｚ）における前記測定対象（７２，７２．１，７２．２，１７２．１，１７２．２）と前記第２の走査ユニット（６０，６０．１，６０．２，１６０．１，１６０．２）との間の距離（Ｄ１，Ｄ２）および／または
横方向（Ｘ）における第２の走査ユニット（６０，６０．１，６０．２，１６０．１，１６０．２）に対して平行な測定対象（７２，７２．１，７２．２，１７２．１，１７２．２）の変位、および／または
第２の走査ユニット（６０，６０．１，６０．２，１６０．１，１６０．２）に対する測定対象（７２，７２．１，７２．２，１７２．１，１７２．２）の振動のためのパラメータを示す位置測定装置。

【請求項2】

請求項１に記載の位置測定装置において、
前記走査ユニット（１４）、前記第２の走査ユニット（６０，６０．１，６０．２，１６０．１，１６０．２）、および電子モジュール、例えば前記位置処理ユニット（２０）、前記インターフェイスユニット（３０）および前記評価ユニット（８０，１８０）を収容するためにケーシング（４０）が設けられている位置測定装置。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の位置測定装置において、
前記走査ユニット（１４）および前記第２の走査ユニット（６０，６０．１，６０．２，１６０．１，１６０．２）が、共通のキャリア要素（５０）に一緒に配置されている位置測定装置。

【請求項4】

位置測定装置において、
回動不能にシャフト（５）に結合可能な目盛キャリア（１２）であって、該目盛キャリア（１２）が組み立てられた状態でシャフト（５）の回転軸線を中心として半径方向に配置された測定目盛（１３）を有する目盛キャリア（１２）と、
測定目盛（１３）を走査することによって位置信号（ＰＳ）を生成するための走査ユニット（１４）と、
位置信号（ＰＳ）を絶対デジタル位置値（Ｐ）として処理するための位置処理ユニット（２０）と、
後続電子機器（１００）と通信するためのインターフェイスユニット（３０）と
を含み、
さらに位置測定装置が、
機械部品（７０，７０．１，７０．２）の測定対象（７２，７２．１，７２．２，１７２．１，１７２．２）を走査することによって、機械部品（７０，７０．１，７０．２）の位置に依存する測定信号（ＭＳ）を生成するための少なくとも１つの第２の走査ユニット（６０，６０．１，６０．２，１６０．１，１６０．２）と、
第２の走査ユニット（６０，６０．１，６０．２，１６０．１，１６０．２）に関して測定対象（７２，７２．１，７２．２，１７２．１，１７２．２）の位置および／または位置変化を示す少なくとも１つの測定値（Ｍ）として測定信号（ＭＳ）を処理し、少なくとも１つの測定値（Ｍ）をインターフェイスユニット（３０）に出力するための評価ユニット（８０，１８０）とを含み、
前記走査ユニット（１４）および前記第２の走査ユニット（６０，６０．１，６０．２，１６０．１，１６０．２）が、共通のキャリア要素（５０）に一緒に配置されており、
前記走査ユニット（１４）および少なくとも１つの前記第２の走査ユニット（６０，６０．１，６０．２，１６０．１，１６０．２）が誘導的な測定原理にしたがって構成されており、交流電磁場を検出するための受信コイルの形式のセンサ素子（１５，６２，６２．１，６２．２，１６２．１，１６２．２）を備え、それぞれの測定対象（７２，７２．１，７２．２，１７２．１，１７２．２）が弱め界磁特性を有する位置測定装置。

【請求項5】

請求項４に記載の位置測定装置において、
前記測定対象（７２，７２．１，７２．２，１７２．１，１７２．２）がキャリア要素（７８）を含み、該キャリア要素（７８）に少なくとも１つの導電性領域（７６，１７６）が配置されている位置測定装置。

【請求項6】

請求項４に記載の位置測定装置において、
測定対象（１７２．１，１７２．２）が測定目盛セグメントとして構成されており、キャリア要素（７８）に複数の導電性領域（７６，１７６）がピッチ周期（Ｔ）に対応して横方向（Ｘ）に配置されており、第２の走査ユニット（１６０．１，１６０．２）のセンサ素子（１６２．１，１６２．２）がそれぞれ２つの受信コイルを含み、該受信コイルの導体ループが同様にピッチ周期（Ｔ）に対応して横方向（Ｘ）に配置されており、２つの受信コイルが横方向（Ｘ）に４分の１ピッチ周期（Ｔ）だけ互いにずらしてして配置されている位置測定装置。

【請求項7】

位置測定装置を作動する方法であって、
シャフト（５）に回動不能に結合された目盛キャリア（１２）であって、該目盛キャリア（１２）が組み立てられた状態でシャフト（５）の回転軸線を中心として半径方向に配置された測定目盛（１３）を有する目盛キャリア（１２）と、
測定目盛（１３）を走査することによって位置信号（ＰＳ）を生成する走査ユニット（１４）と、
位置信号（ＰＳ）を絶対デジタル位置値（Ｐ）として処理する位置処理ユニット（２０）と、
後続電子機器（１００）と通信するためのインターフェイスユニット（３０）とを含み、
さらに位置測定装置が、
機械部品（７０，７０．１，７０．２）の測定対象（７２，７２．１，７２．２，１７２．１，１７２．２）を走査することによって機械部品（７０，７０．１，７０．２）の位置に依存する測定信号（ＭＳ）を生成する少なくとも１つの第２の走査ユニット（６０，６０．１，６０．２，１６０．１，１６０．２）と、
第２の走査ユニット（６０，６０．１，６０．２，１６０．１，１６０．２）に対する測定対象（７２，７２．１，７２．２，１７２．１，１７２．２）の位置および／または位置変化を示す少なくとも１つの測定値（Ｍ）として測定信号（ＭＳ）を処理し、少なくとも１つの測定値（Ｍ）をインターフェイスユニット（３０）に出力する評価ユニット（８０，１８０）とを含み、
前記評価ユニット（８０，１８０）が前記測定値（Ｍ）として
方向（Ｚ）における前記測定対象（７２，７２．１，７２．２，１７２．１，１７２．２）と前記第２の走査ユニット（６０，６０．１，６０．２，１６０．１，１６０．２）との間の距離（Ｄ１，Ｄ２）および／または
横方向（Ｘ）における第２の走査ユニット（６０，６０．１，６０．２，１６０．１，１６０．２）に対して平行な測定対象（７２，７２．１，７２．２，１７２．１，１７２．２）の変位、および／または
第２の走査ユニット（６０，６０．１，６０．２，１６０．１，１６０．２）に対する測定対象（７２，７２．１，７２．２，１７２．１，１７２．２）の振動のためのパラメータを決定する、位置測定装置を作動する方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、請求項１に記載の位置測定装置および請求項８に記載の位置測定装置を作動する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

自動化技術では、シャフトの角度位置および／または回転数を測定する位置測定装置がしばしば使用される。このような位置測定装置は、ロータリエンコーダまたは角度測定器とも呼ばれる。測定されるシャフトは、電気モータのモータシャフトまたは他の回転する機械構成要素のシャフトであってもよい。測定のために、ロータリエンコーダは、測定目盛を有する目盛キャリアと、測定目盛の回転運動を検出し、評価する走査装置とを備える。目盛キャリアはディスク状またはリング状であり、測定されるべきシャフトに回動不能に結合されており、したがって目盛キャリアはシャフトと共に回転する。これに対して、走査装置は、目盛キャリアに向かい合って、機械構成要素、例えばケーシングに堅固に結合されている。位置測定は、様々な物理的走査原理、例えば、光学的、磁気的、誘導的、または容量的な走査原理に基づいていてもよい。ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９７５１８５３号明細書は、例えば、誘導的な測定原理にしたがって動作する位置測定装置を記載している。

【0003】

走査装置によって測定される走査信号ができるだけ回転運動にしか依存しないようにするために、同様に走査信号に影響を及ぼす走査装置と測定目盛との間の走査距離を一定に保つ試みがなされている。

【0004】

一般に、位置測定装置の設置位置のすぐ近くには可動の機械的構成要素が配置され、この機械的構成要素の位置は付加的なセンサによって監視される。センサは、線形の変位を測定するための線形の位置測定装置、または２つの機械構成要素の間の距離を決定するための近接センサであってもよい。これについての一般的な例は、電気駆動装置で回転運動を機械的に遅らせるか、もしくは防止する役割を果たすエンジンブレーキである。この場合、ブレーキプロセスでは可動の機械部品（アーマチュアディスク）が、減速したいシャフトに同様に回動不能に結合されているブレーキディスクに対して力によって押圧される。制動作用は、この場合に生じる摩擦により実現する。摩擦面にはブレーキパッドが配置されており、ブレーキパッドは経時的に摩耗する。アーマチャディスクの位置を決定することにより、ブレーキが操作された状態にあるか、または操作されていない（解除された）状態にあるかを確認することができ、ブレーキパッドの厚さについての推論することもできる。後者は、機械の保守の過程で早期にブレーキパッドを交換するために重要である。

【0005】

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２０１６２２４０１２号明細書には、位置測定装置を用いてブレーキの状態およびブレーキパッドの厚さを決定するための解決策が記載されている。この場合、位置測定装置はアーマチャディスクと一緒に移動され、したがって制動プロセスでは、走査距離、すなわち走査装置と目盛キャリアとの間の距離が変化する。これは、位置信号の振幅の変化をもたらし、この変化からブレーキの状態を推論することができる。しかしながら、上述したように、走査信号の振幅は一定に保たれることが望ましいので、位置測定装置を可動であるように配置することは不都合である場合が多い。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９７５１８５３号明細書

【文献】ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２０１６２２４０１２号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の課題は、位置測定装置の周辺における機械部品の位置を、小さい付加的労力により測定することができる装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

この課題は請求項１に記載の位置測定装置によって解決される。
このために、位置測定装置において、
シャフトに回動不能に結合可能な目盛キャリアであって、目盛キャリアが組み立てられた状態でシャフトの回転軸線を中心として半径方向に配置された測定目盛を有する目盛キャリアと、
測定目盛を走査することによって位置信号を生成するための走査ユニットと、
位置信号を絶対デジタル位置値として処理するための位置処理ユニットと、
後続電子機器と通信するためのインターフェイスユニットと
を含み、
さらに位置測定装置は、
機械部品の測定対象を走査することによって、機械部品の位置に依存する測定信号を生成するための少なくとも１つの第２の走査ユニットと、
第２の走査ユニットに関して測定対象の位置および／または位置変化を示す少なくとも１つの測定値として測定信号を処理し、少なくとも１つの測定値をインターフェイスユニットに出力するための評価ユニットとを含む
位置測定装置が提案される。

【0009】

さらに本発明の課題は、位置測定装置の周辺における機械部品の位置を、小さい付加的な労力によって測定することができる方法を提案することである。

【0010】

この課題は請求項８に記載の方法によって解決される。

【0011】

このために、位置測定装置を作動する方法であって、
シャフトに回動不能に結合されており、目盛キャリアが組み立てられた状態でシャフトの回転軸線を中心として半径方向に配置された測定目盛を有する目盛キャリアと、
測定目盛を走査することによって位置信号を生成する走査ユニットと、
位置信号を絶対デジタル位置値として処理する位置処理ユニットと、
後続電子機器と通信するためのインターフェイスユニットとを含み、
さらに位置測定装置は、
機械部品の測定対象を走査することによって機械部品の位置に依存する測定信号を生成する少なくとも１つの第２の走査ユニットと、
第２の走査ユニットに対する測定対象の位置および／または位置変化を示す少なくとも１つの測定値として測定信号を処理し、少なくとも１つの測定値をインターフェイスユニットに出力する評価ユニットとを含む位置測定装置を作動する方法が提案される。

【0012】

本発明の有利な実施形態が、請求項１および請求項８に従属する請求項、および以下の実施形態の説明により明らかになる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明による位置測定装置を示すブロック図である。

【図2】本発明による位置測定装置の第１の実施形態を示す図である。

【図3】本発明による位置測定装置の別の実施形態を示す図である。

【図4】有利な実施形態の走査ユニットのためのキャリア要素を示す図である。

【図5】図４に示したキャリア要素を備える本発明による位置測定装置を示すブロック図である。

【図6】有利な実施形態の走査ユニットのための代替的なキャリア要素を示す図である。

【図7】図６に示したキャリア要素を備える本発明による位置測定装置を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

有利な実施形態の以下の説明では、１つの図面に挿入し、説明する構成要素の符号は、他の図面においても保持する。符号が繰り返し使用されるが、同じ機能を果たす場合には、必要に応じて数を補足する。

【0015】

図１は、本発明による位置測定装置のブロック図を示す。位置測定装置は、基本的な機能を実施し、シャフト５の角度位置および／または回転数を決定するために、測定目盛１３を有する目盛キャリア１２と、センサ素子１５を有する走査ユニット１４と、位置処理ユニット２０と、インターフェイスユニット３０と、を含む。

【0016】

目盛キャリア１２は、ディスク状または環状に構成されており、測定目盛１３は、ディスクの回転中心を中心として半径方向に配置されている。目盛キャリア１２は、位置測定装置を作動するために、シャフト５に回動不能に結合されており、これにより測定目盛１３はシャフト５と共に回転する。

【0017】

シャフト５は位置測定装置の一部であってもよく、それぞれの用途において、機械シャフト（モータシャフト）との適切な機械的連結を介して結合されていてもよい。しかしながら、シャフト５は、角度位置および／または回転数を測定したい機械シャフト（モータシャフト）自体であってもよい。この場合にはシャフトは位置測定装置の一部ではない。

【0018】

走査ユニット１４は、測定目盛１３を走査するために目盛キャリア１２に向かい合って配置されている。位置測定の基本原理は、測定目盛１３による物理的な大きさまたは特性の角度に依存した変化に基づいている。検出は、物理的な走査原理に対応して構成されたセンサ素子１５によって行われる。したがって、光学的な走査原理の場合、センサ素子１５は光検出器であり、誘導的な走査原理の場合には受信コイルであり、磁気的な走査原理の場合には磁界センサ（ホールセンサ、ＭＲセンサなど）であり、容量的な走査原理の場合には、例えばキャパシタ電極である。センサ素子１５による測定目盛１３の走査によりシャフト５の角度位置に関する情報を含む位置信号ＰＳが得られる。位置信号ＰＳは位置処理ユニット２０に供給され、位置処理ユニット２０で絶対デジタル位置値（角度値）Ｐとして処理される。

【0019】

位置値Ｐはインターフェイスユニット３０に供給される。インターフェイスユニット３０は、位置測定装置と後続電子機器１００との通信を可能にするデジタル式のデータインターフェイス、特にシリアルインターフェイスである。このために、インターフェイスユニット３０は、後続電子機器１００の対応するインターフェイスに接続可能である。有利には、インターフェイスユニット３０は双方向インターフェイスとして構成されており、コマンド、および必要に応じてデータを後続電子機器１００から位置測定装置へ伝送し、位置測定装置データによって測定されたデータを後続電子機器１００へ伝送することができる。

【0020】

位置測定のためには、当業者に知られている様々な物理的測定原理、例えば、光学的、誘導的、磁気的、または容量的な測定原理を使用することができる。

【0021】

本発明によれば、位置測定装置は、さらに少なくとも１つの第２の走査ユニット６０および評価ユニット８０を有する。

【0022】

第２の走査ユニット６０は、機械部品７０の位置に依存する測定信号ＭＳを生成するように構成されている。測定信号ＭＳの検出は、機械部品７０の測定対象７２を適切なセンサ素子６２によって走査することによって行われる。測定対象７２としては、機械部品７０自体、特に機械部品７０の、第２の走査ユニット６０に向いている側の物理的特性を利用することができる。後に示すように、本発明の有利な実施形態は、機械部品７０の、第２の走査ユニット６０に向いている側に配置された別個の要素が測定対象７２として使用される場合に得られる。

【0023】

走査のために、任意の物理的走査原理、特に、光学的、磁気的、誘導的または容量的な走査原理を使用することができる。選択された走査原理は、測定対象７２および第２の走査ユニット６０の構成を決定する。

【0024】

以下では、物理的走査原理によって決定される大きさの、位置に依存した変化を検出するためのセンサ素子が配置される機能ユニットは常に「走査ユニット」と呼ぶ。さらに走査ユニットは、この大きさを生成する役割を果たす構成要素を含むこともできる。

【0025】

例えば、光学的な走査原理が使用される場合には、第２の走査ユニット６０は、センサ素子６２として、測定対象７２によって反射される光を検出する光検出器（フォトダイオード）を含む。光は、光源（ＬＥＤまたはレーザダイオード）によって測定対象７２の方向に放出される。この場合、測定対象７２は光反射特性を有する。

【0026】

磁気的な走査原理を使用する場合には、測定対象７２は少なくとも１つの磁性領域を有し、第２の走査ユニット６０の側で、センサ素子６２である磁界センサ（ホール素子またはＭＲセンサ）によって磁界を検出する。

【0027】

誘導的な測定原理の場合には、第２の走査ユニット６０は励磁コイルによって、センサ素子６２として使用される検出器コイルで電圧を誘導する電磁場を生成する。この場合、測定対象７２は、電磁場に影響を及ぼし、したがって検出器コイルで誘導される電圧の振幅に影響を及ぼす弱め界磁特性を有する。

【0028】

容量性の測定原理は、測定対象７２と第２の走査ユニット６０の適切な素子とによってコンデンサが形成され、このコンデンサがセンサ素子６２としての役割を果たし、静電容量が、第２の走査ユニット６０に対する測定対象７２の位置によって決定されることに基づいている。

【0029】

測定原理にかかわらず、第２の走査ユニット６０による測定対象７２の走査によって得られる測定信号ＭＳは、第２の走査ユニット６０に対する測定対象７２の位置に依存することに注意されたい。これは特に、測定対象７２と第２の走査ユニット６０との間の距離について当てはまる。

【0030】

測定信号ＭＳは評価ユニット８０に供給され、評価ユニット８０でデジタル測定値Ｍとして処理される。図１に示すように、測定対象７２を有する機械部品７０が第２の走査ユニット６０に対して測定方向Ｚに移動可能に配置されている場合、デジタル測定値Ｍは、第２の走査ユニット６０に対する測定対象７２の位置（距離）または／および位置変化（距離変化）を示す。

【0031】

この例ではシャフト５の軸線方向に延在する方向Ｚにおける位置測定の代わりに、またはこれに加えて、他の空間方向における、例えば方向Ｚに対して垂直に配置された横方向Ｘにおける位置および／または位置変化を測定することもできる。したがって、横方向Ｘの移動は、第２の走査ユニット６０に対する機械部品７０の平行な変位に対応する。したがって、測定値Ｍは、横方向Ｘにおける測定対象７２の変位を示す。横方向Ｘの移動は、直線運動、または円形経路に追従する移動であってもよい。このように、測定値Ｍは長さまたは角度を示す。

【0032】

走査ユニット１４、第２の走査ユニット６０、および電子モジュール、例えば位置処理ユニット２０、インターフェイスユニット３０および評価ユニット８０を収容するためにケーシング４０が設けられている。

【0033】

図２は、取り付けられた状態の本発明による位置測定装置の第１の実施形態を示す。すなわち、目盛キャリア１２はシャフト５に回動不能に結合されており、位置測定装置のケーシング４０は、例えばねじ込み結合によって不動の機械構成要素７４に固定されている。ケーシング４０内には、目盛キャリア１２に向いている方の側に、測定目盛１３を走査するための走査ユニット１４が公知の方法で配置されている。さらに、Ｚ方向に割り当てられた機械部品７０．１，７０．２までの距離Ｄ１，Ｄ２をそれぞれ示す測定値Ｍを決定する２つの第２の走査ユニット６０．１，６０．２が設けられている。測定は、機械部品７０．１，７０．２の測定対象７２．１，７２．２を走査することによって行われる。

【0034】

さらにケーシング４０内には、位置処理ユニット２０、インターフェイスユニット３０、および評価ユニット８０などの電子モジュールが配置されている（図示しない）。この場合、別個のプリント回路基板が設けられていてもよいが、走査ユニット１４および／または第２の走査ユニット６０．１，６０．２が既にプリント回路基板を含む場合には、これらのモジュールをこのプリント回路基板に配置することもできる。さらに、ケーシング４０内またはケーシング４０にコネクタ、接続端子などが設けられていてもよい。

【0035】

位置測定装置を組み込む機械は、例えば、電磁モータブレーキが組み込まれた電動モータであってもよい。この場合、不動の機械部品７４は、例えば、モータケーシングまたはケーシングフレームの一部であり、シャフト５は、電動モータのモータシャフトであり、機械部品７０．１，７０．２は、運動方向Ｚにブレーキを作動または停止（解除）するために移動される電磁モータブレーキの部品である。距離Ｄ１，Ｄ２から、モータブレーキの機能、例えば、モータブレーキが作動されているか、または停止されているか（解除されているか）を推論することができる。さらに距離Ｄ１，Ｄ２を監視することによって、ブレーキパッドの摩耗状態について述べることが可能になる。機械部品７０．１，７０．２は、単一の環状の構成部品（例えば、モータブレーキのアーマチュアディスク）の別個の部品または領域であってもよい。

【0036】

シャフト５の回転角度または回転数の測定に関して、この配置は特に有利である。なぜならば、走査距離Ａ（走査ユニット１４のセンサ素子１５と目盛キャリア１２の測定目盛１３との間の距離）が実質的に一定であり、したがって、測定目盛１３の走査により得られる位置信号ＰＳが実際にはシャフト５の回転運動にのみ依存しているからである。

【0037】

走査ユニット１４および第２の走査ユニット６０．１，６０．２は、この実施形態では互いに独立しており、すなわち、異なる走査原理に基づいていてもよい。

【0038】

図３は、取り付けられた状態にある本発明による位置測定装置の別の実施形態を示す。前述の図面に関連して既に説明した構成要素には、同じ符号を付している。上記実施形態とは異なり、走査ユニット１４および第２の走査ユニット６０．１，６０．２は、共通のキャリア要素５０に一緒に配置されている。キャリア要素５０は、有利には、プリント回路基板である。

【0039】

この実施形態は、センサ素子１５，６２．１，６２．２がコイル（受信コイル）であり、交番磁界を生成するためにもコイル（励起コイル）が必要とされるので、誘導的な走査原理が走査ユニット１４および第２の走査ユニット６０．１，６０．２の両方で使用される場合には、特に有利である。コイルは、プリント回路基板、特に多層プリント回路基板に、安価に簡単な方法で作製することができる。さらにキャリア要素５０には、走査ユニット１４，６０．１，６０．２の電気回路の他の構成要素、ならびに、必要に応じて位置処理ユニット２０、インターフェイスユニット３０および評価ユニット８０を配置することもでき、この場合、単一のプリント回路基板しか必要とされない。

【0040】

さらに、ケーシング４０のためのカバーとしての役割を果たすことができるようにキャリア要素５０の外形を構成することが有利である。

【0041】

図４は、誘導的な測定原理の場合に対応する測定対象７２．１，７２．２を有するキャリア要素５０の有利な構成を示す。

【0042】

キャリア要素５０は、走査ユニット１４が配置されている内側領域５２と、２つの第２の走査ユニット６０．１，６０．２を有する外側領域５４とを含む。

【0043】

内側領域５２には、受信コイルの形式の複数のセンサ素子１５と励磁コイル１７とが配置されている。（図示しない励磁ユニットと連携した）励磁コイル１７によって交番電磁場が生成され、この交番電磁場は、シャフト５の角度位置、もしくはシャフト５に結合された目盛キャリア１２（図示しない測定目盛１３を有する）の角度位置に応じて弱められる。したがって、受信コイル１５で誘起される電圧が回転角度に応じて変化するので位置決定が可能となる。この点において、キャリア要素５０の内側領域５２は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９７５１８５３号明細書に記載されたキャリア要素に対応する。

【0044】

キャリア要素５０の外側領域５４内の第２の走査ユニット６０．１，６０．２は、交番電磁場を検出するためのそれぞれ１つの受信コイルを有するセンサ要素６２．１，６２．２を含む。受信コイルは、必ずしも円形ディスクの３６０°全体にわたって延在する必要はなく、測定したい測定対象７２．１，７２．２の位置を検出するために必要な領域にのみ延在する。２つの走査ユニット６０．１，６０．２の場合には、これらの走査ユニットは、例えば、それぞれ１８０°未満、特に９０°未満の角度範囲を有するリングセグメントを含む。キャリア要素５０の外側輪郭は、ケーシング４０の機械的要件に適合させることができる。破線で示すように、キャリア要素５０は、例えば、円形ディスク状である。

【0045】

第２の走査ユニット６０．１，６０．２によって検出されるべき交流電磁場は、少なくとも３つの異なる方法で生成することができる：
１．内側領域５２内で生成され、内側領域５２の縁部を越えて外側領域５４にまで延在する交流電磁場が、検出されるべき交流電磁場として用いられる。
２．第２の走査ユニット６０．１，６０．２には、内側領域５２の励起コイルと直列に接続された励起コイル６４．１，６４．２が配置されている。このようにして、電磁場発生回路は外側領域５４にまで拡大される。
３．第２の走査ユニット６０．１，６０．２には、励磁コイル６４．１，６４．２が配置されており、これらの励磁コイルは、交流電磁場を発生させるための別個の励磁ユニットによって制御される。

【0046】

誘導的な測定原理にしたがって、測定対象７２．１，７２．２は弱め界磁特性を有する。この実施形態では、測定対象７２．１，７２．２は導電性領域７６によって形成されており、導電性領域７６は、キャリア要素５０に類似したプリント回路基板であってもよいキャリア要素７８に配置されている。導電性領域７６は、例えば、銅表面によって形成されている。測定対象７２．１，７２．２は、適切な方法で、例えば接着剤結合またはねじ込み結合によって機械部品７０．１，７０．２に結合される。

【0047】

別個のキャリア要素７８として測定対象７２．１，７２．２を配置することによって、機械部品７２．１，７２．２の材料および性質に実質的に依存しないことが達成される。さらに測定対象７２．１，７２．２と第２の走査ユニット６０．１，６０．２との間の位置および／または位置変化を区別して測定することを可能にする異なる測定対象７２．１，７２．２を使用することができる。

【0048】

図１～図３によれば、第２の走査ユニット６０．１，６０．２と対応する測定対象７２．１，７２．２とは、取り付けられた状態で互いに向かい合って配置されている。

【0049】

この実施形態では、測定信号ＭＳは、センサ素子６２．１，６２．２で誘導される電圧である。

【0050】

図５は、図４に示したキャリア要素を備える本発明による位置測定装置のブロック図を示す。簡単に示すために、第２の走査ユニット６０．１しか示されていないが、回路は２つ以上の第２の走査ユニットに容易に拡張することができる。

【0051】

磁界発生回路は、第２の走査ユニット６０．１の励磁コイル６４．１と直列に接続された内側領域５２内の励磁コイル１７と、励磁コイル１７，６４．１と共に共振回路を形成する励振ユニット６６とを含む。励振ユニット６６は、共振回路を周期的にまたはパルス状に励振し、これにより振動を発生させるように適切に構成されている。共振回路を形成するために、励振ユニット６６はコンデンサを含み、共振回路を励振するために切換素子を含む。

【0052】

交流電磁場は、シャフト５の回転角度の決定に関する場合には（図示しない測定目盛１３を有する）目盛キャリア１２に基づいて、機械部品７０．１の位置の決定に関する場合には測定対象７２．１に基づいて、位置に依存して弱められ、これにより、センサ素子１５および６２．１では誘導電圧が変調される。

【0053】

位置処理ユニット２０は、既知の方法で、センサ素子１５で誘導された電圧を、シャフト５の角度位置を示す位置値Ｐとして処理する。

【0054】

評価ユニット８０には、センサ素子６２．１で誘起され電圧が測定信号として供給される。評価ユニット８０は、測定信号を、測定対象７２．１（および機械部品７０．１）と第２の走査ユニット６０．１との間の距離Ｄ１を示す測定値Ｍとして処理する第１の信号処理ユニット８２を含む。

【0055】

さらに評価ユニット８０は、測定信号のさらなる評価、例えば、適切なフィルタ方法または周波数分析（フーリエ分析など）による周波数範囲における評価を行う第２の信号処理ユニット８４を含んでいてもよい。このようにして、第２の走査ユニット６０．１に対する測定対象７２．１の振動（振幅および／または周波数）のためのパラメータを示すさらなる測定値Ｍ、例えば測定値Ｍを得ることができる。本発明の範囲では、振動は位置変化とみなされるべきである。

【0056】

第１の処理ステップとして、測定信号が信号処理ユニット８２，８４に供給される前に、交流電磁場の基本周波数（キャリア周波数）を有する信号成分を除去するために、評価ユニットにおいて復調を行うことができる。

【0057】

測定値Ｍはインターフェイスユニット３０に供給され、インターフェイスユニット３０から後続電子機器１００に出力することができる。

【0058】

図６は、誘導式の測定原理における、対応する測定対象１７２．１，１７２．２を有するキャリア要素５０の別の有利な構成を示す。

【0059】

内側領域５２は、図４の実施形態の内側領域に対応し、外側領域５４には、さらに２つの第２の走査ユニット１６０．１，１６０．２が配置されている。

【0060】

しかしながら、この実施形態では、第２の走査ユニット１６０．１，１６０．２のセンサ素子１６２．１，１６２．２は、交流電磁場を検出するためにそれぞれ２つの受信コイルを含む。

【0061】

測定対象１７２．１，１７２．２は、測定目盛セグメントとして構成されており、すなわち、キャリア要素１７８に配置された導電性領域１７６の規則的なシーケンスを有する。

【0062】

測定対象１７２．１，１７２．２の測定目盛セグメントの導電性領域１７６、およびセンサ素子１６２．１，１６２．２の受信コイルの導体ループの配置は同じピッチ周期Ｔを有し、（シャフト５の回転中心に対応する）キャリア要素５０の中心を中心とした円形経路に対応する横方向Ｘに追従している。さらに、センサ素子１６２．１，１６２．２につき２つの受信コイルが、測定目盛要素の測定方向（円周方向）に４分の１ピッチ周期Ｔだけずらしてして配置されている。測定目盛要素の測定方向（横方向Ｘ）におけるセンサ素子１６２．１，１６２．２に対する測定対象１７２．１，１７２．２の変位は、受信コイルで誘導される電圧の変調をもたらす。受信コイルの導体ループを適切に構成することによって、ピッチ周期Ｔ毎の変調はほぼ正弦状であり、２つの受信コイルをずらして配置することによって誘導電圧は９０°の位相シフトを有する。

【0063】

第２の走査ユニット１６０．１，１６０．２と連携した測定対象１７２．１，１７２．２のこの構成は、測定される機械部品７０．１，７０．２の方向Ｚの移動が、受信コイルで誘導される電圧の振幅に一様に影響し、これに対して、横方向Ｘの移動時には誘導電圧の振幅は対応して正弦状の波形に追従するので、特に有利である。これは、異なる移動方向が識別可能であることを意味する。

【0064】

方向Ｚおよび横方向Ｘの移動が生じる場合のある用途は、上述のモータブレーキである。ブレーキを作動または解除するための方向Ｚの移動に加え、ブレーキプロセスで、生じる摩擦によって半径方向（円周方向）の力が生じ、この力は、位置測定装置によって測定する機械部品の位置の変化をもたらす場合がある。この位置変化の測定は、ブレーキの機械的な状態を判定することを可能にする。

【0065】

図７は、図６に示したキャリア要素を備える本発明による位置測定装置のブロック図を示す。この場合にも第２の走査ユニット１６０．１のみが示されている。

【0066】

図５とは異なり、９０°だけずらして配置された２つのセンサ素子１６２．１が設けられており、これらのセンサ素子で誘導された電圧は測定信号として評価ユニット１８０に供給される。

【0067】

評価ユニット１８０は、方向Ｚの位置に関して測定信号を評価する第１の信号処理ユニット１８２と、横方向Ｘの位置変化に関して測定信号を評価する第２の信号処理ユニット１８４とを有する。この場合にもまず復調が行われ、これにより測定信号は正弦状および余弦状の信号として生じる。さらなる評価のために、これらの測定信号は複素数の実数部および虚数部とみなすことができる。したがって、第１の信号処理ユニット１８２は、方向Ｚにおける測定対象１７２．１と第２の走査ユニット１６０．１との間の距離Ｄ１の尺度であるこの複素数の大きさを測定値Ｍとして決定する。第２の信号処理ユニット１８４は、横方向Ｘにおける走査ユニット１６０．１に対する測定対象１７２．１の位置を示す複素数の位相角を測定値Ｍとして決定する。

【0068】

さらに、第２の信号処理ユニット１８４では、適切なフィルタ方法または周波数分析（フーリエ分析など）によって周波数範囲の測定信号を評価することによって、測定対象７２．１の振動（振幅および／または周波数）、特に横方向Ｘの振動を示すさらなる測定値Ｍを決定することができる。

【0069】

この場合にもモータブレーキの上記の例を使用することができる、なぜならば、特にブレーキプロセスでは横方向Ｘの振動が生じる場合があるからである。

【0070】

本発明は、当然ながら説明した施形態に制限されておらず、当業者は様々な測定タスクのために特許請求の範囲内で変更することができる。

【符号の説明】

【0071】

５ シャフト
１２ 目盛キャリア
１３ 測定目盛
１４ 走査ユニット
１５，６２，６２．１，６２．２，１６２．１，１６２．２ センサ素子
２０ 位置処理ユニット
３０ インターフェイスユニット
４０ ケーシング
５０ キャリア要素
６０，６０．１，６０．２，１６０．１，１６０．２ 第２の走査ユニット
７０，７０．１，７０．２ 機械部品
７２，７２．１，７２．２，１７２．１，１７２．２ 測定対象
７６，１７６ 導電性領域
７８ キャリア要素
８０，１８０ 評価ユニット
１８２ 第１の信号処理ユニット
１８４ 第２の信号処理ユニット
１００ 後続電子機器
Ｄ１，Ｄ２ 距離
Ｍ 測定値
ＭＳ 測定信号
Ｐ デジタル位置値
ＰＳ 位置信号
Ｔ ピッチ周期
Ｘ 横方向
Ｚ 方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】