特表 2024-513463 回転角測定システムを初期化する方法および回転角測定システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-03-25

(54)【発明の名称】回転角測定システムを初期化する方法および回転角測定システム

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/245 20060101AFI20240315BHJP

   G01D 5/244 20060101ALI20240315BHJP

【ＦＩ】

G01D5/245 W

G01D5/244 A

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023561632

(86)(22)【出願日】2021-04-07

(85)【翻訳文提出日】2023-11-28

(86)【国際出願番号】 EP2021059017

(87)【国際公開番号】W WO2022214167

(87)【国際公開日】2022-10-13

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】517258925

【氏名又は名称】フラバ ベスローテン ヴェンノーツハップ

【氏名又は名称原語表記】ＦＲＡＢＡ Ｂ．Ｖ．

【住所又は居所原語表記】Ｊａｎ Ｃａｍｐｅｒｔｓｔｒａａｔ １１，６４１６ ＳＧ Ｈｅｅｒｌｅｎ，Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ

(74)【代理人】

【識別番号】110002664

【氏名又は名称】弁理士法人相原国際知財事務所

(72)【発明者】

【氏名】フォルカー， ハノ

【テーマコード（参考）】

2F077

【Ｆターム（参考）】

2F077AA28

2F077AA39

2F077NN02

2F077NN17

2F077NN24

2F077PP13

2F077QQ17

(57)【要約】

【要約】
本発明は、回転角測定システム（１０）を初期化する方法および対応する初期化ユニット（３８）を有する回転角測定システム関し、回転角測定システムを初期化するために、ステータユニット（２０）に対するロータユニット（１８）の規定の初期化角度位置を設定して、ステータユニットに対するロータユニットの相対回転を、（３６０°／Ｎ）部分回転の回数で示す格納された部分回転の実計数値（Ｕｎ）を読み出し、ロータユニットがステータユニットに対して１回転全体のうちのいずれの（３６０°／Ｎ）部分区間に位置するかを示す実部分区間値（ＨＳｎ）を、部分回転の実計数値に基づいて決定して、実部分区間値が規定の初期化角度位置に割り当てられた目標部分区間値（ＨＳ１～ＨＳ４）と一致しないときに、格納された実部分区間値をインクリメントまたはデクリメントする。これにより、確実かつ簡単に初期化可能な回転角測定システムが提供される。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転角測定システム（１０）を初期化する方法であって、
ステータユニット（２０）に対するロータユニット（１８）の規定の初期化角度位置を設定するステップと、
部分回転の実計数値（Ｕｎ）を、データ格納装置（３２）から読み出すステップであって、前記部分回転の実計数値（Ｕｎ）は、前記ステータユニット（２０）に対する前記ロータユニット（１８）の相対回転を、（３６０°／Ｎ）部分回転（ただし、Ｎ＝２ⁿ（ｎ＝１、２、３、…））の回数で示すものであるステップと、
前記ロータユニット（１８）が前記ステータユニット（２０）に対して、１回転全体のうちのいずれの（３６０°／Ｎ）部分区間に位置するかを示している実部分区間値（ＨＳｎ）を、前記部分回転の実計数値（Ｕｎ）から決定するステップと、
前記実部分区間値（ＨＳｎ）が、前記規定の初期化角度位置に割り当てられた目標部分区間値（ＨＳ１～ＨＳ４）と一致しないときに、前記データ格納装置（３２）に格納された前記実部分区間値（ＨＳｎ）をインクリメントまたはデクリメントするステップと、を備える方法。

【請求項2】

前記回転角測定システム（１０）を初期化する方法において、前記ステータユニット（２０）に対する前記ロータユニット（１８）の前記規定の初期化角度位置を設定するステップは、
前記ステータユニット（２０）に対する前記ロータユニット（１８）の回転運動を開始するステップと、
前記ステータユニット（２０）に対する前記ロータユニット（１８）の相対的な角度位置を示す実角度位置値（Ｗｎ）を決定するステップと、
前記決定された実角度位置値（Ｗｎ）を、前記規定の初期化角度位置に割り当てられた初期化角度位置値（Ｗ１～Ｗ４）と比較するステップと、を含む請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記回転角測定システム（１０）を初期化する方法において、
前記規定の初期化角度位置を設定した後に、ウィーガンド・マルチターン・センサ（２８）において生成された最後のウィーガンドパルスの極性を示す実パルス極性値（ＰＰｎ）を、前記データ格納装置（３２）から読み出して、
読み出した前記実パルス極性値（ＰＰｎ）を、設定された前記初期化角度位置に割り当てられた目標パルス極性値（ＰＰ１～ＰＰ４）と比較して、
前記実パルス極性値（ＰＰｎ）が、設定された前記初期化角度位置に割り当てられた前記目標パルス極性値（ＰＰ１～ＰＰ４）と一致しないときに、前記ロータユニット（１８）を、次の初期化角度位置に回転する、請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

シャフト（１２）の回転運動を検出する回転角測定システム（１０）であって、
前記シャフト（１２）と共に回転するように取り付けられるように設計され、複数の永久磁石からなる励磁磁石（２４ａ～２４ｄ）を有する回転可能なロータユニット（１８）と、
ウィーガンド・マルチターン・センサ（２８）、データ格納装置（３２）、および評価ユニット（３６）を有する固定されたステータユニット（２０）と、
前記ステータユニット（２０）に対する前記ロータユニット（１８）の角度位置を検出可能なシングルターン・センサ・ユニット（２９）と、を備え、
前記評価ユニット（３６）は、前記ウィーガンド・マルチターン・センサ（２８）、前記シングルターン・センサ・ユニット（２９）、および前記データ格納装置（３２）に接続されており、
前記ステータユニット（２０）に対する前記ロータユニット（１８）の相対回転を、（３６０°／Ｎ）部分回転（ただし、Ｎ＝２ⁿ（ｎ＝１、２、３、…））の回数で示す部分回転の実計数値（Ｕｎ）および前記ステータユニット（２０）に対する前記ロータユニット（１８）の相対的な角度位置を示す実角度位置値（Ｗｎ）を決定して、決定された前記部分回転の実計数値（Ｕｎ）および決定された前記実角度位置値（Ｗｎ）を前記データ格納装置（３２）に格納するように設計されており、
初期化ユニット（３８）が提供されて、目標部分区間値（ＨＳ１～ＨＳ４）があらかじめ決定され、前記初期化ユニット（３８）は、
前記データ格納装置（３２）から前記部分回転の実計数値（Ｕｎ）を読み出して、
前記部分回転の実計数値（Ｕｎ）に基づいて、前記ロータユニット（１８）が前記ステータユニット（２０）に対して１回転のうちのいずれの（３６０°／Ｎ）部分区間に位置するかを示す実部分区間値（ＨＳｎ）を決定して、
前記実部分区間値（ＨＳｎ）が規定の前記目標部分区間値（ＨＳ１～ＨＳ４）と一致しないときに、前記データ格納装置（３２）に格納された前記部分回転の実計数値（Ｕｎ）をインクリメントまたはデクリメントする、ように設計される回転角測定システム（１０）。

【請求項5】

前記ロータユニット（１８）は、少なくとも４つの永久磁石からなる励磁磁石（２４ａ～２４ｄ）を備える、請求項４に記載の回転角測定システム（１０）。

【請求項6】

前記ロータユニット（１８）が第１アセンブリ（１９）により構成され、前記ステータユニット（２０）が第２アセンブリ（２１）により構成され、前記第１アセンブリ（１９）および前記第２アセンブリ（２１）は、前記シャフト（１２）に順次取り付け可能である、請求項４または５に記載の回転角測定システム（１０）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転角度測定システムを初期化する方法、およびシャフトの回転運動を検出する回転角度測定システムに関し、シャフトと共に回転するように取り付けられるように設計されており、複数の永久励磁磁石を有する回転可能なロータユニットと、ウィーガンド・マルチターン・センサ、データ格納装置および評価ユニットを有する固定されたステータユニットと、ステータユニットに対するロータユニットの角度位置を検出することができるシングルターン・センサ・ユニットと、を備える。評価ユニットは、ウィーガンド・マルチターン・センサ、シングルターン・センサ・ユニットおよびデータ格納装置に接続されており、ステータユニットに対するロータユニットの相対回転を、（３６０°／Ｎ）部分回転（ただし、Ｎ＝２ⁿ（ｎ＝１、２、３、…））の回数で示す部分回転の実計数値およびステータユニットに対するロータユニットの相対的な角度位置を示す実角度位置値を決定して、決定した部分回転の実計数値および決定した実角度位置値をデータ格納装置に格納するように設計されている。

【背景技術】

【0002】

このような回転角測定システムは、従来技術において周知であり、特に、機械、プラント、または車両における電気モータ、特にサーボモータを制御および監視するために使用される。回転角測定システムは、しばしば、角度測定装置、回転角センサ、またはロータリーエンコーダとも称される。

【0003】

ウィーガンド・マルチターン・センサを有する回転角測定システム、特に、ロータユニットとステータユニットとが別個のアセンブリで構成されている回転角測定システムでは、回転角測定システムの輸送および設置中に、永久励磁磁石を有するロータユニットが、ウィーガンド・マルチターン・センサを有するステータユニットに対して不意に動くことで、ウィーガンド・マルチターン・センサが意図しない計数パルスを生成する可能性がある。これにより、一般に回転角測定システムの外部電源がなくても、データ格納装置内に格納された部分回転の実計数値がインクリメントまたはデクリメントされる。したがって、このような回転角測定システムは、使用場所に設置された後に、部分回転の実計数値が不定となる可能性がある。

【0004】

しかしながら、データ格納装置に格納された部分回転の実計数値は、通常、回転角測定システムの動作中にのみインクリメントまたはデクリメントされるものであるから、回転角測定システムが適切に機能するためには、データ格納装置が、設置後に決定された部分回転の実計数値を有することが不可欠である。したがって、回転角測定システムは、通常、設置後に初期化されて所定の初期状態を設定する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

このような背景から、本発明の課題は、確実にかつ簡単に初期化可能な回転角測定システムを提供するところにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

この課題は、請求項１の特徴を有する回転角測定システムの初期化する方法、並びに請求項４の特徴を有する回転角測定システムにより解決される。

【0007】

本発明による回転角測定システムの初期化する方法では、回転角測定システムが、検出されるシャフトに取り付けられた後、回転角測定システムの固定されたステータユニットに対するロータユニットの規定の初期化角度位置を設定する。このロータユニットはシャフトと共に回転するように取り付けられている。ここで、１つの初期化角度位置をあらかじめ決定可能である。または、一般に実質的に等間隔に分布した複数の初期化角度位置をあらかじめ決定可能である。規定の初期化角度位置の個数は、ロータユニットの励磁磁石の個数に対応することが好ましい。少なくとも１つの初期化角度位置は、ロータユニットの励磁磁石が各初期化角度位置においてウィーガンド・マルチターン・センサに隣接して配置されるようにあらかじめ決定されることが好ましい。複数の初期化角度位置があるときは、通常、シャフトの回転方向において最も近い規定の初期化角度位置が設定される。少なくとも１つの初期化角度位置は、初期化角度間隔により決定可能であり、この場合、初期化角度間隔のうちの任意の角度位置が初期化角度位置を構成する。

【0008】

ステータユニットに対するロータユニットの規定の初期化角度位置が設定されると、ステータユニットに対するロータユニットの相対回転を、（３６０°／Ｎ）部分回転の回数、Ｎ＝２ⁿ（ｎ＝１、２、３、…）、で示す部分回転の実計数値が、その計数値が格納されている回転角測定システムのデータ格納装置から読み出される。部分回転の実計数値は、少なくとも半回転（ｎ＝１）の回数を示すが、半回転よりも高い分解能を有し得、例えば、４分の１回転（ｎ＝２）または８分の１回転（ｎ＝３）の回数を有し得る。

【0009】

読み出された部分回転の実計数値から、一義的に実部分区間値が求められる。この実部分区間値は、ロータユニットがステータユニットに対して、１回転全体でＮ個の（３６０°／Ｎ）部分区間のうちのいずれの（３６０°／Ｎ）部分区間に相対的に位置しているかを示す。ここで、各部分区間は、（３６０／Ｎ）°の角度位置範囲を含む。通常は、第１（３６０°／Ｎ）部分区間は、１°から（３６０／Ｎ）°までの角度位置範囲を含み、第２（３６０°／Ｎ）部分区間は、[（３６０／Ｎ）＋１］°から[２・（３６０／Ｎ）]°までの角度位置範囲を含む。

【0010】

本発明では、実部分区間値は、読み出された部分回転の実計数値から決定され、それぞれの初期化角度位置に割り当てられた目標部分区間値と比較される。ステータユニットに対するロータユニットの角度位置は、それぞれの規定の初期化角度位置に対して一義的に既知であるので、さらに、一義的な目標部分区間値がそれぞれの規定の初期化角度位置に割り当てられる。例えば、Ｎ＝２の場合、実部分区間値は、読み出された部分回転の実計数値の１ビットを評価することにより、特に、読み出された部分回転の実計数値の最後のビットを評価することにより、簡単に決定可能である。設定された初期化角度位置が第１（３６０°／Ｎ）部分区間の角度位置範囲内にあるとき、目標部分区間値は第１部分区間を示し、設定された初期化角度位置が第２（３６０°／Ｎ）部分区間の角度位置範囲内にあるとき、目標部分区間値は第２部分区間を示す、などである。

【0011】

読み出された部分回転の実計数値から決定される実部分区間値が目標部分区間値と一致しないときは、データ格納装置に格納された部分回転の実計数値の補正が必須である。この補正は、データ格納装置に格納されている実部分回転数値が示す実部分区間値が目標部分区間値と一致するように、データ格納装置に格納されている実部分回転数値を増減させることにより行われる。通常、部分回転の実計数値は、値Ｘ≦（Ｎ／２）だけインクリメントまたはデクリメントされる。本発明の意味において、格納された部分回転の実計数値が読み出されるときに、格納された部分回転の実計数値に加算される、または格納された部分回転の実計数値から減算される部分回転計数値オフセットを格納することは、データ格納装置に格納された部分回転の実計数値をインクリメントまたはデクリメントさせること、として理解されるべきである。読み出された部分回転の実計数値から決定される実部分区間値が目標部分区間値と一致するときは、格納された部分回転の実計数値は変更されず維持される。

【0012】

本発明による回転角測定システムを初期化する方法は、特に、ステータユニットに対するロータユニットの正しい部分区間位置を示している所定の部分回転の実計数値を、初期化後に、簡単な方法で確実にデータ格納装置に格納する。したがって、本発明による方法は、回転角測定システムの簡単かつ確実な初期化を可能にする。

【0013】

ステータユニットに対するロータユニットの回転運動が開始されて、規定の初期化角度位置を設定することが好ましい。通常、これはシャフトを駆動することにより行われる。回転運動中、ステータユニットに対するロータユニットの現在の相対的な角度位置を示す実角度位置値は、従来技術において周知の方法で、シングルターン・センサ・ユニットにより（本質的に連続して）決定される。決定された実角度位置値は、少なくとも１つの規定の初期化角度位置値と比較され、それぞれの初期化角度位置値は、一義的な規定の初期化角度位置に割り当てられる。決定された実角度位置値が規定の初期化角度位置値と一致するときは、この初期化角度位置値に割り当てられた初期化角度位置が設定されたとみなされ、初期化角度位置の設定に続く前述の方法ステップが実行される。これらの後続の処理ステップは、一般に非常に迅速に実行可能なので、初期化角度位置に達したときにロータユニットの回転運動を停止させることは必ずしも必要ではない。これにより、規定の初期化角度位置の簡単かつ確実な設定が可能になる。規定の初期化角度位置が複数存在するときは、回転方向において最も近い所定の初期化角度位置を自動的に設定することで、回転角測定システムの初期化に必要なシャフトの回転が最小限に抑制される。

【0014】

従来技術において周知のとおり、ウィーガンド・マルチターン・センサでは、ウィーガンド・マルチターン・センサの位置において、永久磁石からなる励磁磁石が発生する励磁磁界の極性変化により、いわゆるウィーガンドパルスが生成される。ウィーガンドパルスはウィーガンド・マルチターン・センサにより検出され、特に、部分回転の実計数値を決定するために評価される。ウィーガンド・マルチターン・センサでは、いわゆる「ラント」パルスが発生することも周知である。これには、以前の回転方向の変化の後に、ウィーガンド・マルチターン・センサを通過する永久磁石励起磁石の回転中に生じる励起磁界の極性変化により生成されるウィーガンドパルスがない場合、または検出するためには強度が不十分なウィーガンドパルスしか生成されなかった場合が該当する。

【0015】

したがって、ウィーガンド・マルチターン・センサにおいて生成された最後のウィーガンドパルスの極性を示す実パルス極性値が、規定の初期化角度位置の設定後に前述の部分回転の実計数値の検査の前にデータ格納装置から読み出され、読み出された実パルス極性値が、設定された初期化角度位置に割り当てられた目標パルス極性値と比較されることが有利である。少なくとも１つの初期化角度位置は、ロータユニットの永久磁石励起磁石が各初期化角度位置においてウィーガンド・マルチターン・センサに隣接して配置されるようにあらかじめ決定されることが好ましい。その結果、それぞれの初期化角度位置についての目標パルス極性値は、初期化角度位置においてウィーガンド・マルチターン・センサに隣接して配置される励起磁石の磁極性により、シャフトの回転方向に関係なく、それぞれ明確に規定される。読み出された実パルス極性値が、規定の初期化角度位置の目標パルス極性値と一致しないとき、これは、「ラント」パルスが発生したことを意味する。この場合は、前述したように、実部分回転数計数値を確実に検査して補正することができずに、本発明ではこのとき、ロータユニットが回転方向において次の初期化角度位置まで回転される。１つの初期化角度位置のみが予め設定されているときは、ロータユニットは、ここでさらに１回転される。回転方向が維持される場合には、２つの「ラント」パルスが連続して発生することは不可能であるので、ロータユニットが次の初期化角度位置に回転されるときには、「ラント」ではないウィーガンドパルスが必ず生成される。その結果、部分回転の実計数値の検査および必要に応じた回転後の補正確実に実行可能となる。これにより、回転角測定システムの特に確実な初期化が可能になる。

【0016】

本発明による回転角測定システムは、シャフトと共に回転するように取り付けられるように設計された回転可能なロータユニットと、固定されたステータユニットとを備える。ロータユニットは、複数の永久磁石からなる励磁磁石を有しており、ステータユニットは、ウィーガンド・マルチターン・センサ、データ格納装置、および評価ユニットを有する。

【0017】

ロータユニットの永久磁石からなる励磁磁石は、ロータユニットの円周に沿って配置され、ウィーガンド・マルチターン・センサの位置において、励磁磁石により生成される励磁磁界の極性が、ロータユニットの１回転中に少なくとも２回変化するようになっている。したがって、ロータユニットの１回転全体の間に、少なくとも２つのウィーガンドパルスがウィーガンド・マルチターン・センサにおいて生成され、ステータユニットに対するロータユニットの相対回転を示している（３６０°／Ｎ）部分回転の回数、Ｎ＝２ⁿ（ｎ＝１、２、３、…）を、従来技術で周知の方法でウィーガンドパルスの個数から決定可能である。ロータユニットは、通常、シャフトに取り付けられ得る円盤形状の担持部を備え、複数の励磁磁石が担持部に取り付けられる。

【0018】

本発明による回転角測定システムは、ステータユニットに対するロータユニットの角度位置を検出可能なシングルターン・センサ・ユニットも備える。シングルターン・センサ・ユニットは、通常、ステータユニットに割り当てられた固定センサ手段と、ロータユニットに配置されたセンサ手段とを備え、そのセンサ手段は、ステータユニットに対するロータユニットの角度位置を検出可能なように機能的に相互作用する。シングルターン・センサ・ユニットは、原則として、従来技術において周知の任意のシングルターン・センサ・ユニットで有り得、これにより、ステータユニットに対するロータユニットの角度位置を検出可能になる。シングルターン・センサ・ユニットは、例えば、従来技術において周知の容量性シングルターン・センサ・ユニット、光学式のシングルターン・センサ・ユニット、または機械式のシングルターン・センサ・ユニットであり得る。

【0019】

データ格納装置は、原則として、従来技術において周知の任意のデータ格納装置であり得、任意の個数の揮発性および／または不揮発性の格納装置により構成され得る。通常、データ格納装置は、少なくとも１つの揮発性の格納装置と１つの不揮発性の格納装置とを備える。

【0020】

評価ユニットは、従来技術において周知のように、ステータユニットに対するロータユニットの相対回転を、（３６０°／Ｎ）部分回転の回数で示す部分回転の実計数値と、ステータユニットに対するロータユニットの相対的な角度位置を示す実角度位置値とを決定するように設計される。評価ユニットはまた、決定された部分回転の実計数値および決定された実角度位置値をデータ格納装置に格納するように設計される。評価ユニットは、原則として、互いに相互作用する任意の個数の構成要素により構成され得る。評価ユニットは、従来技術において周知ように、例えば、特定の電気回路により、および／または、それに応じてプログラムされた集積回路またはマイクロコントローラにより構成され得る。

【0021】

本発明では、回転角測定システムはまた、目標部分区間値が規定の初期化ユニットを備え、その目標部分区間値は、通常、データ格納装置に格納される。本発明による初期化ユニットは、データ格納装置から部分回転の実計数値を読み出して、部分回転の実計数値から、ロータユニットがステータユニットに対して１回転全体のうちのいずれの（３６０°／Ｎ）部分区間に位置するかを示す実部分区間値を決定するように設計される。本発明による初期化ユニットはまた、実部分区間値が目標部分区間値と一致しないときに、データ格納装置に格納された部分回転の実計数値をインクリメントまたはデクリメントするように設計される。ここでは、格納された部分回転の実計測値により示される実部分区間値が、後で目標部分区間値に一致するように、部分回転の実計数値がインクリメントまたはデクリメントされる。通常、本発明による初期化ユニットは、部分回転の実計数値を値Ｘ≦（Ｎ／２）だけインクリメントまたはデクリメントするように設計される。本発明の意味において、格納された部分回転の実計数値を読み出すときに、格納された部分回転の実計数値に加算される、または格納された部分回転の実計数値から減算される部分回転計数値オフセットを格納することは、ここでは、データ格納装置に格納された部分回転の実計数値をインクリメントまたはデクリメントさせることとして理解されるべきである。このとき、部分回転計数値オフセットは、通常、データ格納装置の不揮発性格納装置に格納されるので、回転角測定システムへの電力供給の中断後もなお利用可能である。初期化ユニットは、それに応じてプログラムされた集積回路またはマイクロコントローラにより構成されることが好ましい。

【0022】

本発明による初期化ユニットは、本発明による回転角測定システムを初期化する前述の方法を実行することを可能にする。その方法は、ステータユニットに対するロータユニットの正しい部分区間位置を示す所定の部分回転の実計数値を、初期化後にデータ格納装置に確実に格納する。本発明による初期化ユニットは、このようにして、確実にかつ簡単に初期化され得る回転角測定システムを提供する。

【0023】

ロータユニットは、少なくとも４つの永久磁石からなる励磁磁石を備えることが好ましい。その結果、ウィーガンド・マルチターン・センサの位置で励磁磁石により生成される励磁磁界の極性は、ロータユニットの１回転全体の間に少なくとも４回変化する。したがって、ウィーガンド・マルチターン・センサにおいて、ロータユニットの１回転全体の間に少なくとも４つのウィーガンドパルスが生成される。これにより、複数の初期化角度位置の決定が可能になるので、本発明による回転角測定システムを初期化する方法は、シャフトを比較的小さく回転させるだけで実施される。さらに、少なくとも４つの励磁磁石があることで、シャフトの回転運動の特に確実で正確な検出が可能になる。

【0024】

回転角測定システムのロータユニットが第１アセンブリにより構成され、回転角測定システムのステータユニットが別個の第２アセンブリにより構成され、第１アセンブリおよび第２アセンブリがシャフトに順次装着され得ることが有利である。これにより、回転角測定システムのシャフト上への簡単な取り付けが可能になる。

【0025】

本発明による回転角測定システムの実施形態は、添付の図面を参照して以下に説明される。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】図１は、本発明による回転角測定システムの断面図である。

【図2】図２は、図１の回転角測定システムの固定子ユニットの一部を示す図である。

【図3】図３は、回転角測定装置のゼロ角度位置に配置されているロータユニットの上面図である。

【図4】図４は、シャフト上に回転角測定システムを設置した後の初期角度位置における図３のロータユニットを示す図であり、設置後にデータ格納装置に格納された値を示す図である。

【図5】図５は、図３のロータユニットが初期化角度位置に回転された状態を示す図であり、回転後にデータ格納装置に格納された値を示すとともに、回転角測定システムの初期化ユニットが実行する回転角測定システムを初期化する方法のフローチャートを示す。

【発明を実施するための形態】

【0027】

図１に、シャフト１２の回転運動を検出する回転角測定システム１０を示す。本実施形態では、シャフト１２は、実質的に軸方向に延在しており、固定されたモータハウジング１６を有する駆動モータ１４により駆動される中空シャフトである。回転角測定システム１０は、ロータユニット１８とステータユニット２０とを備える。本実施形態では、ロータユニットは第１アセンブリ１９により構成され、ステータユニット２０は第２アセンブリ２１により構成され、第１アセンブリ１９および第２アセンブリ２１は、回転角測定システム１０を設置する際にシャフト１２に順次取り付けられる。

【0028】

ロータユニット１８は、円盤形状のロータ回路基板２２を備え、ロータ回路基板２２は、シャフト１２を径方向で取り囲み、シャフト１２に直接取り付けられる。ロータユニット１８は、シャフト１２と共に回転するようにシャフト１２に接続されている。ロータ回路基板２２上には、４つの永久磁石からなる励磁磁石２４ａ～２４ｄが配置される。本実施形態の例では、励磁磁石２４ａ～２４ｄは、それぞれ径方向に磁化された円盤磁石であり、それらの磁化方向がそれぞれ径方向に実質的に平行に延びるように、すなわち、磁北極Ｎ、磁南極Ｓがそれぞれ径方向で互いに隣接するように配置される。励磁磁石２４ａ～２４ｄは、特に、周方向で隣接する励磁磁石２４ａ～２４ｄが反対の磁化方向を有するように配置される。

【0029】

ステータユニット２０は、シャフト１２を径方向で取り囲む円環状のステータ回路基板２６を備える。ステータ回路基板２６上には、ウィーガンド・マルチターン・センサ２８、データ格納装置３２、および評価ユニット３６と初期化ユニット３８とを構成する集積回路３４が配置されている。本実施形態では、ステータユニット２０は、複数の締結手段４０を用いてモータハウジング１６に取り付けられている。

【0030】

ウィーガンド・マルチターン・センサ２８は、ウィーガンド・マルチターン・センサ２８のウィーガンドワイヤ４２が径方向に延伸するように配置される。ウィーガンド・マルチターン・センサ２８を、シャフト１２から励磁磁石２４ａ～２４ｄまでと実質的に同じ径方向距離で配置することにより、励磁磁石２４ａ～２４ｄにより生成される励磁磁界は、ウィーガンド・マルチターン・センサ２８により確実に検出可能となる。

【0031】

回転角測定システム１０はまた、シングルターン・センサ・ユニット２９も備える。本実施形態では、シングルターン・センサ・ユニット２９は、ステータ回路基板２６上に配置された光学的なシングルターン・センサ３０と、ロータユニット１８上に形成されたシングルターン・センサ３０により走査されるコードトラック（図示せず）とを備える。

【0032】

４つの初期化角度位置値Ｗ１～Ｗ４がデータ格納装置３２に格納される。本実施形態では、Ｗ１＝４５°、Ｗ２＝１３５°、Ｗ３＝２２５°、Ｗ４＝３１５°である。さらに、各初期化角度位置値Ｗ１～Ｗ４に対して、ロータユニット１８がステータユニット２０に対して１回転のうちのいずれの（３６０°／Ｎ）部分区間に位置するかを示している目標部分区間値ＨＳ１～ＨＳ４が、データ格納装置３２に格納される。本実施形態では、Ｎ＝２であり、目標部分区間値ＨＳ１～ＨＳ４は、ロータユニット１８が、それぞれの初期化角度位置においてステータユニット２０に対して１回転全体の前半区間（ＨＳ＝１：０°～１８０°）に位置するか、または後半区間（ＨＳ＝２：１８０°～３６０°）に位置するかを示している。したがって、本実施形態では、ＨＳ１＝ＨＳ２＝１、ＨＳ３＝ＨＳ４＝２である。さらに、ウィーガンド・マルチターン・センサ２８において生成された最後のウィーガンドパルスがそれぞれの初期化角度位置に対していずれの極性を有するべきか（ＰＰ＝１：励磁磁石のＮ極外側、ＰＰ＝２：励磁磁石のＳ極外側）を示す目標パルス極性値ＰＰ１～ＰＰ４が、各初期化角度位置値Ｗ１～Ｗ４に対してデータ格納装置３２に格納される。したがって、本実施形態では、ＰＰ１＝ＰＰ３＝２、ＰＰ２＝ＰＰ４＝１である。

【0033】

評価ユニット３６は、ウィーガンド・マルチターン・センサ２８、シングルターン・センサ３０、およびデータ格納装置３２に接続されている。評価ユニット３６は、ウィーガンド・マルチターン・センサ２８およびシングルターン・センサ３０からのセンサ信号を評価することで、部分回転の実計数値Ｕｎおよび実角度位置値Ｗｎを決定するように設計されている。ここで、部分回転の実計数値Ｕｎは、ステータユニット２０に対するロータユニット１８の相対回転を、（３６０°／Ｎ）部分回転の回数であらわしたときの現在の回数、ここでは半回転の現在の回数、つまり、シャフト１２が半回転を何回転したのかの回数を示す。実角度位置値Ｗｎは、ステータユニット２０に対するロータユニット１８の現在の角度位置を示す。評価ユニット３６はまた、ウィーガンド・マルチターン・センサ２８において生成された最後のラントではないウィーガンドパルスがいずれの極性を有していたかを示す実パルス極性値ＰＰｎを決定するようにも設計されている。評価ユニット３６はまた、決定された部分回転の実計数値Ｕｎ、決定された実角度位置値Ｗｎ、および決定された実パルス極性値ＰＰｎをデータ格納装置３２に格納するようにも設計されている。

【0034】

初期化ユニット３８は、必要に応じて、例えばデータ格納装置３２内の対応するビットスイッチを設定することにより起動され得、回転角測定システム１０を初期化する。

【0035】

初期化ユニット３８は、規定の初期化角度位置を設定するように設計される。このために、初期化ユニット３８は、データ格納装置３２からすべての初期化角度位置値Ｗ１～Ｗ４を読み出し、駆動モータ１４に開始信号を（直接的または間接的に）提供して、シャフト１２の回転運動、つまり、ステータユニット２０に対するロータユニット１８の回転運動を開始するように設計される。初期化ユニット３８は、データ格納装置３２から実質的に連続して実角度位置Ｗｎを読み出し、それを初期化角度位置値Ｗ１～Ｗ４と比較するように設計される。初期化ユニット３８は、読み出した実角度位置Ｗｎが初期化角度位置値Ｗ１～Ｗ４に一致すると、駆動モータ１４に停止信号を（直接的または間接的に）提供してシャフト１２の回転運動、つまり、ステータユニット２０に対するロータユニット１８の回転運動を停止する。

【0036】

初期化ユニット３８はまた、「ラント」パルスについての検査を実行するようにも設計される。このために、初期化ユニット３８は、以前に設定された初期化角度位置に割り当てられた目標パルス極性値Ｐ１～Ｐ４と実パルス極性値ＰＰｎとをデータ格納装置３２から読み出し、読み出した実パルス極性値ＰＰｎを、読み出した目標パルス極性値Ｐ１～Ｐ４と比較するように設計される。

【0037】

また、初期化ユニット３８は、実パルス極性値ＰＰｎが、読み出した目標パルス極性値Ｐ１～Ｐ４と一致しないときに、次の初期化角度位置値Ｗ１～Ｗ４を設定するように設計される。このために、初期化ユニット３８は、特に、駆動モータ１４に開始信号を（直接的または間接的に）供給してシャフト１２の回転運動を開始して、データ格納装置３２から実角度位置Ｗｎを実質的に連続して読み出す。それを初期化角度位置値Ｗ１～Ｗ４と比較して、読み出した実角度位置Ｗｎが決定された初期化角度位置値Ｗ１～Ｗ４の１つと一致すると、駆動モータ１４に停止信号を（直接的または間接的に）供給してシャフト１２の回転運動を停止するように設計される。

【0038】

初期化ユニット３８はまた、データ格納装置３２に格納された部分回転の実計数値Ｕｎを検査して、必要に応じてそれを補正するようにも設計される。このために、初期化ユニット３８は、部分回転の実計数値Ｕｎと、設定された初期化角度位置に割り当てられた目標部分区間値ＨＳ１～ＨＳ４とをデータ格納装置から読み出して、読み出した部分回転の実計数値Ｕｎを評価することにより、部分回転の実計数値Ｕｎから、ロータユニット１８がステータユニット２０に対して１回転全体のうちのいずれの（３６０°／Ｎ）部分区間に位置するかを示す実部分区間値ＨＳｎを決定するように設計される。したがって、本実施形態では、実部分区間値ＨＳｎは、ロータユニット１８がステータユニット２０に対して１回転全体の前半区間に位置するか、または後半区間に位置するかを示す。ここで、奇数の部分回転の実計数値Ｕｎは、実部分区間値ＨＳｎ＝１（前半区間）となり、偶数の部分回転の実計数値Ｕｎは、実部分区間値ＨＳｎ＝２（後半区間）となる。初期化ユニット３８はまた、決定した実部分区間値ＨＳｎを読み出した目標部分区間値ＨＳ１～ＨＳ４と比較して、決定した実部分区間値ＨＳｎが読み出した目標部分区間値ＨＳ１～ＨＳ４と一致しないときは、データ格納装置３２に格納された部分回転の実計数値Ｕｎを、値Ｘ＝Ｎ／２＝１（半回転に対応する）だけインクリメントする（あるいは、Ｘ＝Ｎ／２＝１だけデクリメントする）ようにも設計される。

【0039】

図３は、ゼロ角度位置（Ｗｎ＝０°）にあるロータユニット１８を示しており、個々の値を示している。ロータユニット１８の径方向外側には角度目盛りが描かれている。これにより、ロータユニット１８の各回転位置について、固定されたウィーガンド・マルチターン・センサ２８のウィーガンドワイヤ延伸方向Ｄを（仮想的に回転された）角度目盛りに投影することで、それぞれの実角度位置値Ｗｎを決定可能となる。さらに、図３では、格納された初期化角度位置値ＷＳ１～ＷＳ４に対応する４つの角度位置を示しており、４つの角度位置は、それぞれの目標部分区間値ＨＳ１～ＨＳ４およびそれぞれの目標パルス極性値ＰＰ１～ＰＰ４を有する。

【0040】

図４は、回転角測定システム１０がシャフト１２に取り付けられた後の例示的な初期角度位置にあるロータユニット１８を示しており、実角度位置値Ｗｎ＝２８３°、部分回転の実計数値Ｕｎ＝１１、および実パルス極性値ＰＰｎ＝２がデータ格納装置３２に格納される。

【0041】

本発明では、シャフト１２に回転角測定システム１０を取り付けた後、初期化ユニット３８が起動されて回転角測定システム１０の初期化を実行する。

【0042】

初期化角度位置値Ｗ１～Ｗ４によりあらかじめ決定されている初期化角度位置を設定するために、初期化ユニット３８は、駆動モータ１４に開始信号を提供してシャフト１２の回転運動、つまり、ステータユニット２０に対して時計回り方向のロータユニット１８の回転運動を開始する。評価ユニット３６は、回転運動の間に部分回転の実計数値Ｕｎ、実角度位置値Ｗｎ、および実パルス極性値ＰＰｎを、実質的に連続して決定してデータ格納装置３２に格納する。初期化ユニット３８は、データ格納装置３２に格納された実角度位置値Ｗｎを読み出して、読み出した実角度位置値Ｗｎを、同様にデータ格納装置３２から読み出した初期化角度位置値Ｗ１～Ｗ４と比較する。読み出した実角度位置値Ｗｎが初期化角度位置値Ｗ１～Ｗ４のうちの１つと一致すると、初期化ユニット３８は、駆動モータ１４に停止信号を提供してシャフト１２の回転運動を停止する。

【0043】

初期化ユニット３８は、図４に示される実角度位置値Ｗｎ＝２８３°を初期角度位置として開始して、図５に示される第４初期化角度位置値Ｗ４＝３１５°に対応する初期化角度位置を設定する。

【0044】

規定の初期化角度位置を設定した後、初期化ユニット３８は、まず、データ格納装置３２から実パルス極性値ＰＰｎを読み出して、読み出した実パルス極性値ＰＰｎを、それぞれの初期化角度位置値Ｗ１～Ｗ４（ここではＷ４）に割り当てて、データ格納装置３２から読み出す目標パルス極性値ＰＰ１～ＰＰ４（ここではＰＰ４＝１）と比較する。

【0045】

したがって、説明された例について、読み出した実パルス極性値ＰＰｎは、設定された初期化角度位置の目標パルス極性値ＰＰ４と一致する。一致しないときには、初期化ユニット３８は、駆動モータ１４に開始信号を供給してシャフト１２の回転運動を開始して、データ格納装置３２から読み出した実角度位置値Ｗｎが初期化角度位置値Ｗ１～Ｗ４のうちの１つと再び一致すると回転運動を停止する。この場合、初期化ユニット３８は、回転方向における次の初期化角度位置（ここではＷ１）を設定する。

【0046】

続いて、初期化ユニット３８は、データ格納装置３２から部分回転の実計数値Ｕｎ（ここではＵｎ＝１１）を読み出して、読み出した部分回転の実計数値Ｕｎから実部分区間値ＨＳｎ（ここではＨＳｎ＝１）を決定し、決定した実部分区間値ＨＳｎを、それぞれの初期化角度位置値Ｗ１～Ｗ４（ここではＷ４）に割り当てて、データ格納装置３２から読み出す目標部分区間値ＨＳ１～ＨＳ４（ここではＨＳ４＝２）と比較する。

【0047】

したがって、説明された例では、決定された実部分区間値ＨＳｎは、設定された初期化角度位置の目標部分区間値ＨＳ４と一致しない。したがって、初期化ユニット３８は、データ格納装置３２に格納された部分回転の実計数値Ｕｎを、Ｘ＝Ｎ／２＝１だけ、すなわち半回転に対応する値だけインクリメントする。その結果、データ格納装置３２には、部分回転の実計数値Ｕｎ＝１２が格納されて、実部分区間値ＨＳｎ＝２となる。

【0048】

本発明による初期化の後、データ格納装置３２に格納された部分回転の実計数値Ｕｎ（ここではＵｎ＝１２）から決定される実部分区間値ＨＳｎ（ここではＨＳｎ＝２）は、設定された初期化角度位置に対応する目標部分区間値ＨＳ１～ＨＳ４（ここではＨＳ４＝２）に結果的に一致する。

【符号の説明】

【0049】

１０ 回転角測定システム
１２ シャフト
１４ 駆動モータ
１６ モータハウジング
１８ ロータユニット
１９ 第１アセンブリ
２０ ステータユニット
２１ 第２アセンブリ
２２ ロータ回路基板
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ 励磁磁石
２６ ステータ回路基板
２８ ウィーガンド・マルチターン・センサ
２９ シングルターン・センサ・ユニット
３０ シングルターン・センサ
３２ データ格納装置
３４ 集積回路
３６ 評価ユニット
３８ 初期化ユニット
４０ 締結手段
４２ ウィーガンドワイヤ
Ｄ ウィーガンドワイヤ延伸方向
ＨＳ１、ＨＳ２、ＨＳ３、ＨＳ４ 目標部分区間値
ＨＳｎ 実部分区間値
Ｎ 磁北極
ＰＰ１、ＰＰ２、ＰＰ３、ＰＰ４ 目標パルス極性値
ＰＰｎ 実パルス極性値
Ｓ 磁南極
Ｕｎ 部分回転の実計数値
Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４ 初期化角度位置値
Ｗｎ 実角度位置値

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【国際調査報告】