DE69122058T2 - Winkelkodierer - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Positions-Transducer bzw. -Geber und Drehbewegungs-Codierer (Resolver) und insbesondere auf einen lnkremental-Winkelpositions-Transducer vom induktiven Typ, der eine verbesserte Stator- und Rotorwicklungsgeometrie, eine kompakte Packung und/oder einen regelmäßigen Codierausgangsimpulszug und einen einmal umlaufenden Index-Impuls zum triggern anderer Fälle bzw. Funktionen einer Maschine besitzt.
• Ein Bewegungscodierer ist eine Vorrichtung, die ein elektronisches Signal erzeugt, dessen Frequenz proportional zu der Winkelgeschwindigkeit eines Teils, das gemessen werden soll (z.B. eine Welle) ist. Herkömmliche Codierer setzen zum Beispiel eine sehr akkurate, optische Scheibe ein. Die Scheibe kann eine Reihe von Schlitzen entlang ihres Umfangs oder altemierende transparente und opake Segmente entlang ihres Umfangs haben, die, wenn sie durch einen Lichtstrahl befördert werden, den Lichtstrahl brechen und dadurch einen Impuls erzeugen, wenn sich die optische Scheibe dreht. Die Frequenz des Impulses variiert, wenn die Drehgeschwindigkeit der Scheibe variiert. Alternativ kann ein einzelner Schlitz auf der Scheibe so vorgesehen werden, daß jeder Ausgang des Lichtimpulses 360º einer Drehung der Scheibe anzeigt. Allerdings sind optische Platten kostenintensiv, um sie akkurat herzustellen. Zusätzlich erhöhen die Ausrichtungsspezifikationen, die dazu erforderlich sind, eine erwünschte Genauigkeit zu erzielen, die Kosten wesentlich und verhindern demzufolge eine Anwendung in vielen Fällen.
• Drehbewegungs- bzw. Winkelcodierer vom induktiven Typ setzen ein Induktionsprinzip ein, das Impulse erzeugt, wenn der Rotor gedreht wird. Im Gegensatz zu optischen Codierern, die einen einzelnen Photodetektor einsetzen, mitteln Codierer vom induktiven Typ die Winkelposition entlang des Umfangs der Drehscheibe. Dies erniedrigt die Empfindlichkeit für Ausrichtungsparameter um eine Größenordnung gegenüber optischen Codierern. Demzufolge ist ein grundsätzlicher Vorteil von Dreheodierern vom induktiven Typ deren Toleranz gegenüber einer mechanischen Ausrichtung. Der Einfluß einer Fehlzentrierung und einer Kippung werden stark reduziert, da der Rotor die Beiträge von individuellen Statorwicklungen, die um den Umfang davon herum angeordnet sind, summiert.
• Da optische Codierer nur einen Detektor besitzen, kann keine Mitteung (oder Summierung) um den Rotorumfang duchgeführt werden. Dies ist die primäre Falle optischer Codierer. Während die Genauigkeitsspezifikation eines optischen Codierers 0,25 Bogenminuten betragen kann, kann, gerade mit einer extremen Sorgfalt, diese Genauigkeit in der Praxis nur mit einer großen Sorgfalt bei der Ausrichtung erreicht werden. Die beste, zu erwartende Genauigkeit, die mit optischen Codierern erziel bar ist, beträgt 1-2 Bogenminuten. Diese Genauigkeit ist etwa dieselbe wie diejenige, die unter Verwendung von Winkeleodierern vom induktiven Typ erreichbar ist. Deshalb führt der hohe Grad einer Toleranz zu einer Fehlausrichtung, die mit Winkel- bzw. Drehcodierern vom induktiven Typ erzielbar sind, zu reduzierten Herstelltoleranzen und wesentlichen Kosteneinsparungen.
• Ein anderer Vorteil von Winkelcodierern vom induktiven Typ ist derjenige, daß die Phase des Rotorausgangssignals nahezu linear von 0-2 π variiert, wenn sich der Rotor um ein Linienpaar dreht. Dies ermöglicht eine Multiplikation der Basisausgangszählungen (wie sie nachfolgend beschrieben werden) pro Umdrehung um bis zu 60 Male. Dies kann zu einem Codierer führen, der 14.000 Zählungen pro Umdrehung liefert.
• Die Verwendung von Winkelcodierern vom induktiven Typ ist auch bekannt. Siehe hierzu zum Beispiel US-Patent Nr.'s 3,247,504 für Emmerich; 3,812,481 für Stednitz; und 4,358,723 für Scholl et al, wobei die Offenbarungen davon hier unter Bezug darauf eingeschlossen werden.
• Das US-Patent Nr.4,358,723 für Scholl et al offenbart ein Verfahren und ein Gerät zum Messen einer Rotation unter Verwendung eines Resolvers, der einen Standardzug von Impulsen abgibt und auch einen optischen Indikator einmal pro Umdrehung umfaßt. Siehe Spalte 2, Zeilen 47-51, Spalte 4, Zeilen 3646 und Spalte 7, Zeilen 8-28. Ein Basis- Rotor- und Stator-Layout ist in Figur 2, Elemente 14' und 14", offenbart. Der Ausgang von dem optischen Indikator für die Einmal-Umdrehung wird dazu verwendet, Herstellungsgenauigkeiten in dem Resolver zu kompensieren.
• Das US-Patent Nr. 3,812,481 für Stednitz offenbart einen nicht kontaktierenden, elektrischen Winkelpositions- und Rotations-Transducer, der eine induktive Kopplung verwendet. Der Rotor umfaßt mindestens eine Wellen- oder mit Zinnen versehene Windung, die kurzgeschlossen ist. Die Rotorwindung wird durch eine Erregungswindung erregt, die auf einem Stator plaziert ist, und zwar durch eine induktive Kopplung. Der Stator besitzt mindestens eine zusätzliche Windung (Fühlwindung) darauf, die die Außenlinie und die Konfiguration der kurzgeschlossenen Rotor-Windung anpaßt. Ein Stromfluß wird in einer oder mehreren Stator-Fühlwindung(en) durch die kurzgeschlossene Rotor-Windung(en) induziert. Demzufolge muß kein Kontakt für die Windung(en), die auf dem Rotor angeordnet sind, vorgesehen werden. Windungskonflgurationen zum Induzieren eines Impulses pro Umdrehung, wenn die Rotor- und die Fühlwindungen in Kongruenz stehen, sind in den Figuren 3 und 4 offenbart.
• Das US-Patent Nr.3,247,504 für Emmerich offenbart ein digitales Resolver-System, das ein Stator- und Rotormuster verwendet. Eine Wellenposition wird mittels eines digitalen Resolver-Systems bestimmt.
• Farrand Controls, eine Division der Farrand Industries, hat einen Präzisions-Liniear- und Winkelpositions-Transducer unter der Handelsmarke "lnductosyn" vermarktet.
• Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Dreh- bzw. Winkel-Resolver vom induktiven Typ zu schaffen, der kompakt ist, eine reduzierte Mzahl von Teilen und eine reduzierte Größe besitzt.
• Demgemäß schafft die vorliegende Erfindung einen Winkelcodierer, der einen Stator, der mindestens ein Leitfähigkeitsmuster auf einer Seite davon umfaßt; einen Rotor, der ein anderes Leitfähigkeitsmuster auf einer Seite davon besitzt, die zu dem mindestens einen Leitfähigkeitsmuster des Stators hin gerichtet ist; und Kopplungseinrichtungen zum induktiven Koppeln des anderen Leitfähigkeitsmusters auf dem Rotor mit dem mindestens einen Leitfähigkeitsmuster auf dem Stator, um so ein Ausgangssignal zu erzeugen, das für die winkelmäßige Position des Rotors zu dem Stator kennzeichnend ist, umfaßt; dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungseinrichtungen für eine induktive Kopplung eine Verarbeitungseinrichtung zum Aufnehmen mindestens eines induzierten Signals von dem anderen Leitfähigkeitsmuster auf dem Rotor und zum Erzeugen des Ausgangssignals umfaßt, wobei mindestens die Verarbeitungseinrichtung auf einer Seite des Stators gegenüberliegend dem mindestens einen Leiffähigkeitsmuster angeordnet ist.
• Um die Gesamtgröße und die Anzahl der Teile, die erforderlich sind, zu reduzieren, kann der Schaltkreis zum Erregen des (der) Statorleitfähigkeitsmuster(s) und zum Erzeugen des Ausgangssignals von dem durch den Rotor induzierten Signal auf einer gedruckten Schaltkreisleiterplatte vorgesehen werden, wobei die entgegengesetzte Seite davon das mindestens eine Statorleitfähigkeitsmuster enthält. Um ein Rauschen zu reduzieren ebenso wie den Fehler aufgrund der ersten Harmonischen zu reduzieren, erstrecken sich Zuführungsleitungen zum Befestigen der Stator- und Rotorleitfähigkeitsmuster zu einem Steuerschaltkreis in entgegengesetzten, radialen Richtungen zu dem Rotor- und dem Statormuster jeweils. Zusätzlich kann eine der Zuführungseitungen von dem Rotor- und/oder Statorleitfähigkeitsmuster an einer Rückführungsleitung befestigt werden, die sich entlang im wesentlichen der gesamten Länge des Rotor- oder Stator- leitfähigkeitsmusters um deren inneren oder äußeren Umfang herum erstrecken. Die Vorsehung solcher Rückführungsleitungen kann auch dazu dienen, ein Rauschen und den Fehler aufgrund der ersten Harmonischen zu reduzieren. Zusätzlich kann die Länge der Speichen bzw. Strahlen, die Wellen der jeweiligen Rotor- und Statorleitfähigkeitsmuster definieren, so kontrolliert werden, um die Funktion des Winkelcodierers zu verbessern. Ein Winkelcodierer, der induktiv gekoppelt Rotor- und Statorleitfähigkeitsmuster zum Erzeugen einer relativen, winkelmäßigen Position (oder Drehgeschwindigkeit) des Rotors relativ zu dem Stator ebenso wie Stator- und Rotor-Index-Muster umfaßt, die induktiv zum Erzeugen eines Index-Impulses einmal pro Umdrehung des Rotors relativ zu dem Stator gekoppelt sind, ist auch vorgesehen. Zusätzlich ist ein Index-Impuls-Muster für den Rotor und den Stator, das das Signal-zu-Rausch-Verhältnis des Index-Impuls-Signals maximiert, vorgesehen.
• Die Erfindung wird weiter unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Zeichnungen beschrieben werden, in denen sich entsprechende Bezugszeichen auf ähnliche Elemente beziehen und wobei:
• Figur 1 zeigt eine Seitenansicht, teilweise im Querschnitt, eines Winkelcodierers vom induktiven Typ gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
• Figur 2 zeigt eine Draufsicht eines ersten und eines zweiten Leitfähigkeitsmusters, die auf einer Statorplatte angeordnet sind, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
• Figur 3 zeigt eine Draufsicht eines dritten Leitfähigkeitsmusters, das auf einer Rotorplatte angeordnet ist, zur Verwendung in Verbindung mit dem Leitfähigkeitsmuster des Stators der Figur 2;
• Figur 4 zeigt ein Blockdiagramm, das einen Verarbeitungsschaltkreis für elektronische Signale darstellt, der in Verbindung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendbar ist;
• Figur 5 zeigt eine Draufsicht eines Index-Impuls-Musters, das zum Beispiel auf einer Rotorpatte angeordnet werden kann;
• Figur 6 zeigt eine Draufsicht eines Index-Impuls-Musters, das zum Beispiel auf einer Statorplatte angeordnet werden kann und das in Verbindung mit dem Index-Impuls-Muster der Figur 5 verwendbar ist;
• Figur 7 zeigt eine Draufsicht einer Statorplatte gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die einen ersten und einen zweiten Impulszug umfaßt, der Leitfähigkeitsmuster ebenso wie ein erstes Index-Impuls-Muster erzeugt; und
• Figur 8 zeigt eine Draufsicht einer Rotorplatte, die ein einen dritten Impulszug erzeugendes Leitfähigkeitsmuster und ein zweites Index-Impuls-Muster umfaßt, verwendbar in Verbindung mit der Statorplatte der Figur 7.
• Figur 1 zeigt eine Seitenteilquerschnittsansicht eines Dreh- bzw. Winkelbewegungscodierers 2 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Basiskomponenten des Drehbewegungscodierers 2 sind ein Rotor oder eine Rotorpatte 4, ein Stator oder eine Statorplatte 6 und eine elektronische Signalverarbeitungsleiterplatte, die vorzugsweise auf einer Seite der Statorplatte 6 gegenüberliegend zu der Seite davon angeordnet ist, die zu der Rotorplatte 4 hinweisend gerichtet ist. Die Seiten der Rotorpatte 4 und der Statorplatte 6, die zueinander weisen, enthalten Leitfähigkeitsmuster, die jeweils eine Rotor- und Statorwicklung definieren. Demzufolge sind gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise die Statorwickung und die Elektroniken, die den Winkeleodierer steuern, auf entgegengesetzten Seiten einer einzelnen PC- (gedruckter Schaltkreis) Leiterplatte (d.h. Statorplatte 6) enthalten. Bevorzugte Leitfähigkeitsmuster zum Bilden der Rotor- und der Statorwicklung werden nachfolgend beschrieben. Die Rotorplatte 4 und die Statorplatte 6 sind elektrisch miteinander über einen Drehtransformator 16 gekoppelt, der aus Ferrox-Kernen 17 aufgebauat ist, wie dies ausreichend nach dem Stand der Technik bekannt ist. Die Rotorpatte 4 ist an einer Nabe 8 befestigt, die eine Welle 10 verbindet, wobei die Drehung davon überwacht werden soll. Die Statorplatte 6 ist an einer Trageoberfläche 1 mit zum Beispiel einem Befestigungsring 18 gesichert, der an der Statorplatte 6 mit zum Beispiel Schrauben 20 befestigt ist. Die gesamte Anordnung kann mit zum Beispiel einer Abdeckung 22 versehen werden, die auf einem Befestigungsring 18 befestigt ist.
• Vorzugsweise sind die Elektroniken zum Steuern des Drehcodierers 2 und zum Überwachen der Drehung der Welle 10 auf der Rückseite 14 der Statorplatte 6 vorgesehen. Diese Konfiguration reduziert Teile und spart Raum, was die Produktion eines kompakteren Winkelbewegungscodierers ermöglicht. Leitfähigkeitsmuster sind auf den geeigneten Oberflächen der Rotorplatte 4 und der Statorplatte 6 durch konventionelle, ausreichend bekannte Techniken niedergeschlagen oder geätzt, um die Rotor- und Statorwicklung ebenso wie die Steuerelektroniken oder Verarbeitungseinrichtungen zum Erzeugen eines Ausgangssignals, das für die winkelmäßige Position des Rotors zu dem Stator kennzeichnend ist, zu bilden. Eine doppelseitige PC-Leiterplattentechnologie ist ausreichend bekannt und demzufolge ist keine weitere Diskussion für einen Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet erforderlich, um diesen Aspekt der vorliegenden Erfindung zu praktizieren.
• Die Figuren 2 und 3 sind Draufsichten von Leitfähigkeitsmustern 30, 40, die auf der Statorplatte 6 und der Rotorpatte 4 jeweils angeordnet sind. Die Leitfähigkeitsmuster (oder Wicklungen 30, 40), die in den Figuren 2 und 3 dargestellt sind, werden dann verwendet, wenn es erwünscht ist, ein Ausgangssignal zu erzeugen, das für die relative, winkelmäßige Position des Rotors zu dem Stator von 0º bis 360º kennzeichnend ist. Dieses Ausgangssignal kann auch die umdrehungsmäßige Geschwindigkeit der Rotorwicklung 40 relativ zu der Statorwicklung 30 repräsentieren.
• Die Betriebsprinzipien des Winkelcodierers gemäß den Figuren 2 und 3 werden nun beschrieben werden. Die Statorwickung 30 auf der Statorplatte 6 umfaßt zwei Leitfähigkeitsmuster 30a und 30b jeweils. Jedes Muster ist im wesentlichen ringförmig in der Form und umfaßt eine gleiche Mzahl von Gruppen von gleich beabstandeten Wellen. Jede Welle umfaßt zum Beispiel zwei sich radial erstreckende Strahlen, die aneinander an einem radialen Ende davon befestigt sind und an einer angrenzenden Welle an einem gegenüberliegenden, radialen Ende befestigt sind, so daß jeder Strahl in jeder Gruppe von Strahlen gleich von einem angrenzenden Strahl beabstandet ist. Jede der Gruppen Strahlen von dem ersten Leitfähigkeitsmuster 30a ist auf gegenüberliegenen Seiten davon durch eine Gruppe von Strahlen von dem anderen oder zweiten Leitfähigkeitsmuster 30b angebondet.
• Die Rotorplatte 4 umfaßt ein einzelnes Leitfähigkeitsmuster 40, das im wesentlichen ringförmig in der Form ist, und umfaßt auch eine kontinuierliche Reihe von gleich beabstandeten Wellen, die sich im wesentlichen um 360º erstrecken. Jede Welle auf der Rotorplatte 4 umfaßt auch Strahlen, die miteinander an einem radialen Ende davon befestigt sind und an einer angrenzenden Welle an einem gegenüberliegenden, radialen Ende so befestigt sind, daß jeder Strahl gleich von einem angrenzenden Strahl beabstandet ist.
• Die Statormuster 30a und 30b sind voneinander auf der Statorplatte 6 in einer räumlichen Viertelung bzw. Quadratur beabstandet. Das bedeutet, daß die Statormuster 30a und 30b in Bezug zueinander um 114 der Länge eines Linienpaars (die Länge eines Linienpaars ist der Abstand zwischen den Strahlen einer Welle) versetzt sind. Jedes Statormuster 30a und 30b wird mit einer Hochfrequenz-Rechteckwelle angesteuert, wobei diese Rechteckwellen dieselbe Frequenz haben und sich in einer temporären Quadratur befinden (d.h. eine Weile ist eine Sinuswelle und die andere ist eine Cosinuswelle). Diese Rechteckwellen erzeugen ein sich über die Zeit variierendes, magnetisches Feld um beide Muster herum. Das magnetische Feld wird durch das Rotorleitfähigkeitsmuster 40 gefühlt, um dadurch induktiv das Rotorleitfähigkeitsmuster 40 mit beiden Statorleitfähigkeitsmustern 30a und 30b zu koppeln. Der Grad einer Kopplung der Wicklung 30a mit der Wicklung 40 und der Wicklung 30b mit der Wicklung 40 ist zu der relativen, winkelmäßigen Position des Stator- und Rotormusters in Bezug gesetzt. Wenn die Kopplung zwischen der Wicklung 30a und 40 maximal ist, ist die Kopplung zwischen der Wicklung 30b und 40 Null und vice versa. Demzufolge ist die Summe der Kopplung zwischen den Wicklungen 30a und 30b und der Wicklung 40 ungefähr konstant. Das Signal, das in dem Rotormuster 40 induziert ist, besitzt eine Phase relativ zu einer der Statorwicklungen 30a und 30b. Die Phase des Signals, das in der Rotorwicklung 40 induziert ist, erhöht sich linear mit der winkelmäßigen Position der Rotorplatte 4 zu der Statorplatte 6. Das induzierte Rotorsignal wird zu einer stationären, elektronischen Verarbeitungsleiterplatte übertragen, die auf der Rückseite 14 der Statorplatte 6 angeordnet ist, und zwar durch den Drehtransformator 16.
• Der elektronische Signalverarbeitungsschaltkreis 50 wird nun beschrieben werden. Ein Blockdiagramm des elektronischen Signalverarbeitungsschaltkreises so ist in Figur 4 dargestellt. Dieser Signalverarbeitungsschaltkreis 50 führt ein Signal (Signale) zu den Statorleitfähigkeitsmustern 30a, 30b zu, empfängt ein induziertes Signal von dem Rotorleitfähigkeitsmuster 40 und erzeugt ein Ausgangssignal, das für die winkelmäßige Position der Rotorplatte 4 zu der Statorplatte 6 indikativ ist. Demzufolge ist der Schaltkreis 50 eine Einrichtung zum induktiven Koppeln des Stator- und des Rotormusters und zum Erzeugen eines Ausgangssignals, das für die winkelmäßige Position der Rotorplatte 4 zu der Statorplatte 6 kennzeichnend ist. Die Einrichtung zum induktiven Koppeln umfaßt eine Verarbeitungseinrichtung zum Aufnehmen mindestens eines induzierten Signals von dem Rotorleitfähigkeitsmuster 40 und zum Erzeugen des Ausgangssignals.
• Unter Verwendung eines anwendungsspezifischen, integrierten Schaltkreises (Application Specific lntegrated Circuit - ASIC) kann der elektronische Verarbeitungsschaltkreis 50 auf der Oberfläche 14 der Statorplatte 6 gegenüberliegend zu der Seite der Statorplatte 6 angeordnet werden, die die Leitfähigkeitsmuster 30a und 30b enthält. Unter Verwendung eines anwendungsspezifischen, integrierten Schaltkreises (ASIC) kann der elektronische Verarbeitungsschaltkreis 50 auf der Oberfläche 14 der Statorplatte 6 gegenüberliegend zu der Seite der Statorplatte 6 angeordnet werden, die die Leitfähigkeitsmuster 30a, 30b enthält. Zwei Quadratur-Anregungssignale werden durch Herunterteilen des 24MHz Kristalltaktgebers 52 mit einem Teiler von zum Beispiel entweder 30 oder 60, erzeugt, wie dies durch die Werte der zwei Anregungsfrequenzauswahleingänge 56 bestimmt ist, die auf einen Multiplexer 60b einwirken, dessen Ausgang dann durch einen Quad-Generator 60c verarbeitet wird, um zwei Signale zu erzeugen. Diese zwei Signale, in einer temporären Quadratur, mit einer Frequenz gleich einem Viertel der Frequenz des Eingangs zu dem Quad-Generator 60c werden zu Statormustern 30a und 30b durch einen Rechteckwellenstromtreiber 64 zugeführt. In dieser bestimmten Anwendung ist die Auswahl der Anregungsfrequenz auf 100KHz oder 200KHz begrenzt, allerdings können diese Werte ohne irgendeinen Verlust der allgemeinen Gültigkeit durch einen Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet geändert werden Das magnetische Feld, das durch die Statorleitfähigkeitsmuster 30a und 30b erzeugt wird, wird durch Muster 40 auf der Rotorpatte 4 über eine induzierte Spannung über die Anschlüsse 42 und 44 der Rotorwicklung erfaßt. Dieses Signal wird durch den Drehtransformator 16 zu einem Bandpaßfilterverstärker 68 übertragen.
• Der Ausgang des Bandpaßverstärkers ist ein analoges Spannungssignal, das in seiner Art sinusförmig ist und dessen Frequenz dieselbe wie die Anregungsfrequenz ist. Allerdings wird das Bandpaßverstärkerausgangssignal relativ zu der Anregungsfrequenz um einen Betrag phasenverschoben, der proportional zu der relativen Winkeerschiebung des Rotors zu dem Stator ist. Die Proportionalitätskonstante ist mit der Anzahl von Linienpaaren pro Umdrehung der Rotorplatte und der Statorplatte in Bezug gesetzt. Der Ausgang des Bandpaßfilters wird dann durch einen Komparator 70 geschickt, um eine digitale Rechteckwelle zu erzeugen, die mit dem Schaltkreis des ASIC 50 kompatibel ist. Das digitalisierte Signal wird dann als Eingänge zu Phasenkomparatoren 72a und 72b geschickt.
• Der andere Eingang für beide Phasenkomparatoren 72a und 72b kommt von dem Quad- Generator 73, der zwei Signale in einer temporären Quadratur erzeugt. Einer der zwei Ausgänge des Quad-Generators 73 wird ein Eingang zu dem Phasenkomparator 72a während der andere ein Eingang zu dem Phasenkomparator 72b wird. Die Ausgangsfrequenz des Quad-Generators 73 ist ein Viertel der Frequenz seines Eingangs, der durch den Ausgang des Multiplexers 62 geliefert wird. Die Eingänge zu dem Multiplexer 62 sind aus 12 Signalen zusammengesetzt, die in einem durch N teilenden Teilerschaltkreis 60a, unter Herunterteilen des 24MHz Kristalls 52, erzeugt werden. Die zwölf Divsoren des Teilerschaltkreises 60a sind selbst Divisoren von 60, d.h. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 10, 12, 15, 20, 30 und 60, mit der Folge, daß deren Frequenzwerte ganzzahlige Vielfache der Statoranregungsfrequenz sind. Der Wert von 60 für den größten Taktdivisor wurde für diese Anwendung ausgewählt - es ist allerdings wichtig zu realisieren, daß dieser Wert nicht wesentlich für den Betrieb der Vorrichtung ist und leicht durch einen Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet geändert werden kann. Es ist anzumerken, daß die Signale, die durch die Divisoren dreißig und sechzig erzeugt sind, die 24MHz/30 und 24MHz/60 jeweils sind, zusätzlich zu dem Multiplexer 60b geschickt werden, um eventuell Quadratur-Treibersignale zu erzeugen, die zu dem Rechteckwellenstromtreiber für die Statormuster 30a und 30b geschickt werden.
• Beide Phasenkomparatoren 72a und 72b ergeben eine ganzzahlige Anzahl von Impulsen, N, für jede Linienpaareinheit einer winkelmäßigen Rotation des Rotors relativ zu dem Stator. Der Wert von N wird durch die Eingaben der Vier-Bit-Multiplizier-Auswahl 54 zu dem Multiplexer 62 bestimmt, und, in dem vorliegenden Beispiel, ist er auf Divisoren der Zahl 60 beschränkt. Die Ausgänge der Phasenkomparatoren 72a und 72b, die weiter als der Kanal A und B bezeichnet werden, befinden sich in einer temporären Quadratur als Folge der temporären Quadratur der Konstantfrequenzeingänge zu den Phasenkomparatoren 72a und 72b, die durch den Quad-Generator 73 geliefert werden. Die Details eines Vergleichs sind ausreichend bekannt und zum Beispiel in der Xerox Disclosure Journal Publikation mit dem Titel "Inductosyn Transducer Circuitry", Vol 10, No. 6, Seiten 335 und 337 (November/Dezember 1985) beschrieben, wobei die Offenbarung davon hier unter Bezug darauf eingeschlossen wird. Die Ausgänge des Kanals A und des Kanals B sind Ausgänge von dem ASIC 50 und sind dazu vorgesehen, daß sie analog zu denjenigen sind, die durch kommerziell erhältlichen Inkremental-Bewegungscodierer erzeugt werden. Zusätzlich erzeugen Daten von einer Konversion 74, deren Eingänge Kanäle A und B sind, eine Richtungsleitung und zwei Einzelkanalausgänge 75, 76 mit einer Auflösung von zwei- und viermal derjenigen des Kanals A.
• Eine Multiplikation bis zu zum Beispiel sechzig ist möglich. Demzufolge können von einem 200-Linienpaar pro Umdrehungsrotor/Statormuster 12.000 Codierimpulse pro Umdrehung erhalten werden. Es ist vorteilhaft, die Anzahl der Impulse zu steuern, die pro Umdrehung des Winkelcodierers 2 ausgegeben werden, und zwar in Abhängigkeit von der bestimmten Anwendung des Winkelcodierers. Wenn zum Beispiel eine relativ langsame Drehbewegung gemessen wird, sollte die Anzahl der Impulse pro Umdrehung des Rotors erhöht werden, wogegen eine geringe Anzahl von Impulsen pro Umdrehung gewöhnlich für höhere Drehgeschwindigkeiten notwendig ist. Es ist eine obere Grenze der Frequenz, die für sowohl den Kanal A als auch den Kanal B erhältlich ist, vorhanden und dieser Wert ist gleich einem Viertel der Anregungsfrequenz, wobei die Anregungsfrequenz die Frequenz des Ausgangs des Quad-Generators 60c ist. Zum Beispiel wird, wenn die Anregungsfrequenzauswahl 56 derart ausgewählt wird, daß die Option, geteilt durch 60, aktiv ist, wird die Anregungsfrequenz 24MHz/(60*4), oder 100 KHz, und deshalb die Maximalfrequenz des Ausgangs der beiden Kanäle A und B auf 2SKHz begrenzt.
• Eine zusätzliche Gatterlogik, die hier diskutiert ist, liefert eine Produktsteigerung, ist allerdings nicht wesentlich für den Basisbetrieb des Codierers. Diese umfaßt die Fehlerschaltkreisermittlung 77, die verschiedene Selbstdiagnostiktests beim Einschalten bzw. Hochfahren durchführt und dazu verwendet werden kann, den geeigneten Betrieb der Codiervorrichtung zu testen. Ein anderes Merkmal der Vorrichtung ist dasjenige, daß die Treiber/Offen-Drain-Auswahl 58 der Vorrichtung die Flexibilität eines Arbeitens mit Ausgängen liefert, die entweder angesteuerte hohe Ausgänge oder offene Drain-Ausgänge sind.
• Die vorliegenden Erfinder haben eine Anzahl von Merkmalen entdeckt, die die Genauigkeit und demzufolge die Nützlichkeit des Winkelcodierers vom induktiven Typ verbessern. Zum Beispiel wird durch Aufbau der Statorleitfähigkeitsmuster 30a und 30b und des Rotorleitfähigkeitsmusters 40 so, daß die Strahlen des Rotorleitfähigkeitsmusters 40 eine Länge haben, die nicht mehr als eine Hälfte der Länge der Rotorleitfähigkeitsmuster ist, der Fehler der ersten Harmonischen minimiert. Der Fehler der ersten Harmonischen ist ein Resolver- bzw Drehmelderfehler (verglichen mit einem perfekten Resolver) und die räumliche Frequenz davon gleicht der Anzahl der Impulse pro Umdrehung. Es ist ein gewisser theoretischer Fehler der ersten Harmonischer vorhanden, der von der Geometrie des magnetischen Felds ausgeht. Allerdings tritt ein großer Teil des Fehlers der ersten Harmonischen dann auf, wenn eine parasitäre, induktive Kopplung besteht. Eine parasitäre, induktive Kopplung wird als direkte, induktive Kopplung zwischen dem Ausgangs- und Eingangssignal definiert, das nicht von den ringförmigen Mustern ausgeht. Das vorhandene Layout des Rotors reduziert eine parasitäre Kopplung und reduziert demzufolge den Fehler der ersten Harmonischen.
• Zusätzlich wird eine Interferenz oder Kreuzkopplung zwischen Statorleitfähigkeitsmustern 30a, 30b und einem Rotorleitfähigkeitsmuster 40 durch die besondere Anordnung der Zuführungseitungen 32a, 32b, 34a, 34b zum Befestigen der Statorleitfähigkeitsmuster 30a und 30b reduziert, um die Elektroniken relativ zu den Zuführungseitungen 42, 44 zu steuern, die das Rotorleitfähigkeitsmuster 40 an den Steuerelektroniken befestigen. Insbesondere erstrecken sich die Statorzuführungsleitungen 32a, 32b, 34a, 34b alle in eine der Richtungen radial nach außen und radial nach innen von deren entsprechenden Leitfähigkeitsmustern 30a, 30b, während sich die Zuführungseitungen 42, 44 des Rotorleitfähigkeitsmusters 40 in einer Richtung entgegengesetzt zu den Statorzuführungsleitungen 32a, 32b, 34a, 34b erstrecken. Vorzugsweise erstrecken sich die Rotorzuführungseitungen 42, 44 radial nach innen für eine einfache Befestigung des entsprechenden Ferrox-Kerns 17 des Drehtransformators bzw. -übertragers 16. Demzufolge erstrecken sich die Statorzuführungsleitungen 32a, 32b, 34a, 34b radial nach außen von den ringförmigen Statorleitfähigkeitsmustern 30a, 30b.
• Um weiter eine Interferenz zwischen jedem der Statorleitfähigkeitsmuster 30a, 30b zu reduzieren, sind Rückführleitungen 33a und 33b auf den Leitfähigkeitsmustern 30a, 30b jeweils vorgesehen. Wo eine der Zuführungsleitungen für jedes Leitfähigkeitsmuster (zum Beispiel Zuführungsleitungen 32a, 32b) direkt an einer Welle ihres entsprechenden Leitfähigkeitsmusters befestigt ist, ist die andere Zuführungsleitung (zum Beispiel die Leitungen 34a, 34b) an einer Rückführungsleitung (33a, 33b) befestigt, die sich zurück entlang der Länge ihres entsprechenden Leitfähigkeitsmusters (30a, 30b) zur Befestigung an einem Ende des Leitfähigkeitsmusters gegenüberliegend dem Ende, an dem die eine Zuführungseitung (32a, 32b) befestigt ist, erstreckt. Zusätzlich ist die Rückführungsleitung für jedes der Leitfähigkeitsmuster 30a, 30b auf einem entgegengesetzten des inneren und äußeren Umfangs jedes ringförmigen Statormusters angeordnet. Zum Beispiel erstreckt sich die Rückführungsleitung 33a um einen äußeren Umfang des Statorleitfähigkeitsmusters 30a, während sich die Rückführungsleitung 33b um einen inneren Umfang des Statorleitfähigkeitsmusters 30b erstreckt. Diese Konfiguration, die die Rückführungsleitungen umfaßt, minimiert unproduktive Flächenbereiche der Wicklungen 30a und 30b.
• In einigen Anwendungen ist es erwünscht, einen einmal herumlaufenden Index-Impuls zu haben, der dazu verfügbar ist, andere Vorgänge in der Maschine zu triggern. Wenn ein induktiver Typ eines inkrementalen Winkelpositionsdrehcodierers verwendet wird, wie er vorstehend unter Bezugnahme auf die Figuren 2 und 3 beschrieben ist, ist es günstig, diesen Index-Impuls so zu haben, daß er auch durch induktive Kopplung erzeugt ist. Ein Muster vom Korrelations-Typ wird nun beschrieben, das dazu verwendet werden kann, einen Index-Impuls einmal pro Umdrehung eines Rotors relativ zu einem Stator abzugeben. Dieses Muster vom Korrelations-Typ kann individuell oder in Kombination mit einem lnkremental-Winkelpositionsdrehbewegungscodierer vom induktiven Typ des Typs, der vorstehend beschrieben ist, verwendet werden. Wenn er in Kombination mit einem Inkremental-Winkelpositionsdrehbewegungscodierer verwendet wird, kann das Index-Impuls-Muster leicht mit dem Inkremental-Winkelpositions- Leitfähigkeitsmuster auf einem Substrat integriert werden (d.h. die Statorplatte kann ein Leitfähigkeitsmuster umfassen, das induktiv mit einem Rotorleitfähigkeitsmuster zum Ausgeben eines kontinuierlichen Zuges von Impulsen ebenso wie ein Stator-Index-Impuls-Muster, das induktiv mit einem Rotor-Index-Impuls-Muster für die Ausgabe eines Index-Impulses einmal pro Umdrehung des Motors relativ zu dem Stator gekoppelt ist, sein). Ähnlich kann der Rotor ein Leitfähigkeitsmuster, damit es induktiv mit dem Statorleitfähigkeitsmuster gekoppelt wird, und ein Index-Impuls-Muster, damit es induktiv mit dem Stator-Index-Impuls-Muster gekoppelt wird, umfassen. Die Steuerelektroniken zum Steuern der Index-Impuls-Muster können auch auf der Rückseite 14 der Statorplatte 6 angeordnet werden.
• Typische Index-Impuls-Muster für den Rotor und den Stator jeweils sind in den Figuren 5 und 6 jeweils dargestellt. Wie anhand der Figuren 5 und 6 gesehen werden kann, besitzen sowohl der Rotor als auch der Stator im wesentlichen dieselben Muster, die darauf gebildet sind. Jedes dieser Muster ist vorzugsweise asymmetrisch um eine Linie, die durch einen Mittelpunkt davon gezogen ist, so daß die Muster kongruent, oder in Konjunktion, einmal pro Umdrehung sein werden, wobei an diesem Punkt ein scharfes Ausgangssignal durch das Rotor-Index-Impuls-Muster erzeugt werden wird.
• Der Typ des Signals, das zu dem Stator-Index-Impuls-Muster 90 zugeführt wird, ist eine sinusförmige oder Rechteckwelle einer sehr hohen Frequenz (z.B. 10MHz). Das induzierte Signal in dem Rotor-Index-Impuls-Muster 80 besitzt dieselbe Frequenz wie das Signal, das zu dem Stator-Index-Impuls-Muser 90 zugeführt wird. Allerdings variiert die Amplitude des induzierten Signals mit der winkelmäßigen Position und erreicht eine maximale Amplitude einmal pro Umdrehung, wenn die Muster 80 und 90 kongruent sind. Um ein Hintergrundrauschen zu minimieren, wurde eine sorgfältige Aufmerksamkeit dem Index-Impuls-Muster-Wicklungslayout geschenkt. Die Rotor-Zuführungsleitungen 82, 84 erstrecken sich in einer entgegengesetzten, radialen Richtung von den Stator-Zuführungsleitungen 92, 94 aus. Zusätzlich ist die Rotorrückführungsleitung 83 entlang einer entgegengesetzten, radialen, peripheren Oberfläche des Rotor- und Stator-Index-lmpuls-Musters 80, 90 jeweils, von der Statorrückführungsleitung 93 aus, angeordnet. Die Stellen der Zufiihrungsleitungen und Rückführungsleitungen sind auf gegenüberliegenden Seiten der aktiven, sich überlappenden Fläche der Rotor- und Stator-Index-Impuls- Muster ausgewählt, um so eine parasitäre Kopplung zwischen diesen Leitungen zu minimieren. Demzufolge werden aktive Kopplungsbereiche zwischen dem Rotor-Index-Impuls-Muster 80 und dem Stator-Index-Impuls-Muster 90 nur über Zahnabschnitte (d.h. die Wellen) gebildet und schließen die Rückführungsleitungen (auch als ringförmige Verschlüsse bezeichnet) und Zuführungsleitungen auf beiden Seiten aus. Obwohl es bevorzugt ist, die Rotorzuführungsleitungen 82, 84 und die Rotorrückführungsleitung 83 auf dem inneren Umfang des Rotor-Index-Impuls-Musters 80 anzuordnen, um eine einfache Befestigung der Zuführungsleitungen 82, 84 an dem Drehtransformator 16 zu ermöglichen und demzufolge die Statorzuführungsleitungen 92, 94 und die Rückführungsleitung 93 auf der äußeren peripheren Oberfläche des Stator-Index-Impuls-Musters 90 anzuordnen, kann auch die entgegengesetzte Anordnung verwendet werden. Wenn die spezifische Anordnung von Wellen für das Rotor- und Stator-Index-Impuls- Muster 80, 90 jeweils vorgesehen wird, ist es erwünscht, das Ausgangssignal zu mmimieren, wenn die Muster nicht in Konjunktion zueinander sind, so daß sich das ergebende Ausgangssignal, wenn die Muster in Konjunktion sind, ein scharfer Index-Impuls für jede Rotorumdrehung ist. In der nachfolgenden Beschreibung wird das unerwünschte Signal (d.h. das Ausgangssignal, wenn das Rotor- und das Statormuster nicht in Konjunktion sind) als "Rauschen" bezeichnet.
• Zu Zwecken einer Analyse wird das Muster (Rotor oder Stator, da die Anordnung der Wellen auf dem Rotor- und Stator-Muster dieselben sind) in N gleiche, umfangsmäßige Segmente unterteilt. Diese entsprechen N sich erhöhenden bzw. inkrementalen Positionen des Rotors. Linien (Stromleiter oder Strahlen), die nach innen und nach außen zeigen, separieren eines oder mehrere Segmente des Index-Impuls-Musters. Die Aufgabe davon ist diejenge, diese Linien (oder Strahlen) so zu plazieren, um ein Signal-zu- Rausch-Verhältnis zu minimieren.
• An jeder sich erhöhenden Position der N-Positionen kann man "p(i)=+1" einer radial außenliegenden Linie (Strahl), "p(i)=0" dem Nichtvorhandensein einer radialen Linie (Strahl) und "p(i =-1" einer radialen nach innen weisenden Linie (Strahl) zuzuordnen. (Anmerkung: die Ausdrücke "nach außen" und "nach innen" beziehen sich auf Richtungen eines Stromflusses). Vorstehend wurde das Signal an jeder Position i(i=1...N) dahingehend angenommen, daß es proportional zu der Anzahl der Stator/Rotor-Linien ist, die in dieselbe Richtung zeigen, d.h.
• S(i)=k
• p (i) p (j + i) , wobei p (j) = p j+ N) (1)
• Die Variable k ist eine Proportionalitätskonstante, die zu Volt konvertiert. Wenn i = 1 die Position bezeichnet, wenn sich die Muster in Konjunktion befinden (Ausgang des Index- Impulses) und i = J die Position des maximalen "Rauschens" bezeichnet, das bedeutet
• S(J)=Max {S(2),S(3),...S(N)} (2)
• kann ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR) definiert werden als:
• SNR = S(1)/S(J) (3)
• (Anmerkung: Beim Nichtvorhandensein irgendeines Hintergrundrauschens ist es möglich, ein großes Signal-zu-Rausch-Verhältnis für kleine N zu erhalten. Dies ist allerdings nicht praktisch, da das Signal S(1) klein in diesem Fall ist und irgendein kleiner Betrag eines Hintergrundrauschens drastisch SNR reduzieren würde). Für einen angemessenen Wert von N (z.B. 50) war ein SNR 6 zuvor erzielbar.
• Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde die obige Analyse nachgeprüft. In dieser Analyse wurde eine unterschiedliche, weniger geeignete Messung des Signals verwendet. Die Signal- und Rauschberechnungen wurden auf einer Flächenbereichs- im Gegensatz zu einer Linien-Konjunktion basiert. Das bedeutet, der Bereich zwischen Strahlen wurde anstelle der Anzahl der Strahlen (Punkte nach innen und/oder nach außen) verwendet, um den Betrag eines "Rauschens" zu bestimmen. In dieser neuen Analyse wird das normale Feld zwischen jedem angrenzenden Leiter (Strahl) dahingehend angenommen, daß es im wesentlichen gleichförmig ist, so daß das induzierte Signal eine Funktion des Überlappungsbereichs (zwischen dem Rotor- und dem Stator-Index-Muster) sein wird. Die vorstehende Annahme (einer Feldgleichförmigkeit) erhöht die Genauigkeit, wenn der maximale Abstand zwischen angrenzenden Leitern (Strahlen) abnimmt. Demzufolge kann man eine maximale Leiter-Beabstandung basierend auf dem Grad einer Genauigkeit, die erforderlich ist, auswählen. Für den Stator kann man für jedes i "p(i)=+1"für Bereiche, in denen der Strom in Uhrzeigerrichtung vorliegt (fällt in das Papier) und "p(i) =-1" für Bereiche, in denen der Strom in Ge genuhrzeigerrichtung vorliegt (fällt aus dem Papier heraus), zuordnen. Allerdings muß man für den Rotor "p(i) =+1" (CW) und "p(i) =o" (CCW) zuordnen. Dies bedeutet eine gleichförmige induktive Aufnahmeinnenseite der Rotorwicklung und keine Aufnahmeaußenseite der Wicklung. Mit dieser Rückdefinierung können die Gleichungen (1), (2) und (3) dazu verwendet werden, ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis zu berechnen. Ein Monte Carlo Simulationsprogramm vom Substitutions-Typ, um zufällig eine "1" oder "-1" an jeder Stelle i (i=1-N) zuzuordnen, wurde in Fortran geschrieben. Dies bedeutet, dieses Programm verwendete ein Zufallsverfahren zum Auswählen der Stellen der Wellen. Ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis wurde für jedes Zufallsmuster berechnet und das Muster das das höchste Signal-zu-Rausch-Verhältnis besaß, wurde gesichert. Irgendeine Anzahl von Programmen kann verwendet werden, um zufällig Wellenstellen auszuwählen, wobei diese Programme durch einen Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet festgelegt werden können. Die Verwendung des vorstehend beschriebenen Verfahrens zum Bestimmen eines Signal-zu-Rausch-Verhältnisses (d.h. Verwendung von Flächenbereichen anstelle von Linien) ermöglicht, daß das Zufallsmuster das höchste Signal-zu- Rausch-Verhältnis besitzt, das ausgewählt wird bzw. werden kann.
• Unter Verwendung der vorstehenden Formeln (1), (2) und (3) ebenso wie Flächenbereiche zwischen benachbarten Strahlen für Werte von p(i), um das Signal-zu-Rausch-Verhältnis SNR zu maximieren, wurde ein Index-Impuls-Muster, das die Form besitzt, wie dies in den Figuren 5 und 6 dargestellt ist, abgeleitet. Diese Index-Impuls-Muster 80, 90 für den Rotor und den Stator jeweils sind im wesentlichen von derselben Form mit Ausnahme für die Stellen der Zuführungsleitung 82, 84, 92, 94 und der Rückführungsleitungen 83, 93, wie dies vorstehend beschrieben ist. Der Signalausgang von dem Rotor-Index-Impuls-Muster wird ein scharfer Impuls einmal pro Umdrehung des Rotors relativ zu dem Stator sein. Beim Nichtvorhandensein eines Hintergrundrauschens kann ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis von 31/0, 63/2, 107/4, 139/6 und 219/10 mit N = 31, 63, 107, 139 und 219 jeweils für die Index-Impuls-Muster der Figuren 5 und 6 erhalten werden.
• Wie in den Figuren 7 und 8 gezeigt ist, können die Index-Impuls-Muster 90 und 80 auf der Statorplatte 6 und der Rotorplatte 4 jeweils radial innerhalb der entsprechenden Leitfähigkeitsmuster 30a, 30b und 40 beabstandet angeordnet sein, um einen kombinierten Drehbewegungscodierer zu schaffen, der ein Index-Impuls-Signal einmal pro Umdrehung der Rotorplatte 4 zu der Statorplatte 6 ebenso wie einen kontinuierlichen Zug von Impulsen, um die winkelmäßige Stelle der Rotorplatte 4 relativ zu der Statorplatte 6 anzugeben, zu schaffen. Ein solcher kombinierter Winkelcodierer ist dann nützlich, wenn es notwendig ist, die Drehgeschwindigkeit eines Teils ebenso wie die Einmal- Umdrehungs-Lokation des Teils zu überwachen und zusteuern, um so andere Vorgänge in einer Maschine zu triggern. Zum Beispiel ist es in einer Abbildungsaufzeichnungsmaschine, die Abbildungen in Vielfach-Farben aufzeichnet, erwünscht, die Stelle einmal pro Umdrehung einer Photorezeptortrommel zu überwachen, so daß die jeweiligen Farbabbildungen, die dazu verwendet werden, eine einzelne Vielfach-Farb-Abbildung herzustellen, geeignet zueinander auf dem Blatt, das die abschließende Ausgabeabbildung enthält, ausgerichtet sind.
• Während die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf eine bestimmte Ausführungsform beschrieben ist, ist die bestimmte Ausführungsform dazu vorgesehen, daß sie illustrativ, allerdings nicht einschränkend, ist. Verschiedene Modifikationen können vorgenommen werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, zu verlassen.

Claims (15)

1.Winkelcodierer (2), der einen Stator (6), der mindestens ein Leitfähigkeitsmuster (30a, 30b) auf einer Seite davon besitzt; einen Rotor (4), der ein anderes Leitfähig keitsmuster (40) auf einer Seite davon besitzt, die zu dem mindestens einen Leitfähigkeitsmuster (30a, 30b) des Stators (6) hin gerichtet ist; und Koppungseinrichtungen (15, 50) zum induktiven Koppeln des anderen Leitfähigkeitsmusters (40) auf dem Rotor (4) mit dem mindestens einen Leitfähigkeitsmuster (30a, 30b) auf dem Stator (6), um so ein Ausgangssignal zu erzeugen, das für die winkelmäßige Position des Rotors (4) zu dem Stator (6) kennzeichnend ist, umfaßt; dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungseinrichtungen (16, 50) für eine induktive Kopplung eine Verarbeitungseinrichtung (50) zum Aufnehmen mindestens eines induzierten Signals von dem anderen Leitfähigkeitsmuster (40) auf dem Rotor (4) und zum Erzeugen des Ausgangssignals umfaßt, wobei mindestens die Verarbeitungseinrichtung (50) auf einer Seite (14) des Stators (6) gegenüberliegend dem mindestens einen Leitfähigkeitsmuster (30a, 30b) angeordnet ist.

2. Winkelcodierer (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal ein Index-Impuls ist, der durch die Verarbeitungseinrichtung (50) erzeugt ist, wobei der Index-Impuls einmal pro Umdrehung des Rotors (4) relativ zu dem Stator (6) erzeugt wird, wenn die induktive Kopplung maximal ist.

3. Winkelcodierer (2) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Leitfähigkeitsmuster (30a, 30b) und das andere Leitfähigkeitsmuster (40) beide ringförmig in der Form und asymmetrisch um eine Linie, die durch jede der jeweiligen Mitten unabhängig der radialen Position der Linie gezogen ist, sind.

4. Winkeleodierer (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (6) ein erstes und ein zweites Leitfähigkeitsmuster (30a, 30b) auf der einen Seite besitzt und daß das Ausgangssignal für die relative, winkelmäßige Position des Rotors (4) zu dem Stator (6) von 0º bis 360º kennzeichnend ist.

5. Winkelcodierer (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinrichtung (50) auch ein erstes und ein zweites Treibersignal zu dem ersten und dem zweiten Leitermuster (30a, 30b) jeweils zuführt.

6. Winkelcodierer (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Treibersignal, die durch die Verarbeitungseinrichtung (50) zugeführt sind, Rechteckwellen in einer temporären Quadratur sind, das erste und das zweite Leitfähigkeitsmuster (30a, 30b) in räumlicher Quadratur sind und das induzierte Signal eine Sinuswelle ist und die Verarbeitungseinrichtung (50) weiterhin Komparatoreinrichtungen (72a, 72b) zum Vergleichen einer Phase des induzierten Signals mit einer Phase des einen des ersten und des zweiten Treibersignals und zum Erzeugen des Ausgangssignals basierend auf dem Vergleich umfaßt.

7. Winkelcodierer (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Leitfähigkeitsmuster (30a, 30b) und das andere Leitfähigkeitsmuster (40) ringförmig in der Form sind und jedes zwei Zuführungsleitungen (32a, 32b, 34a, 34b, 42, 44) zum Befestigen an einem Schaltkreis der Kopplungseinrichtung (16, 50) umfaßt, wobei sich alle Zuführungseitungen (32a, 32b, 34a, 34b) auf dem Stator (6) in eine der Richtungen radial nach außen und radial nach innen des mindestens einen Leiffähigkeitsmusters (30a, 30b) erstrecken, während sich alle anderen Zuführungsleitungen (42, 44) auf dem Rotor (4) in einer Richtung entgegengesetzt zu den Zuführungsleitungen (32a, 32b, 34a, 34b) auf dem Stator (6) erstrecken.

8. Winkelcodierer (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich alle der Zuführungsleitungen (32a, 32b, 34a, 34b) auf dem Stator (6) radial nach außen von dem mindestens einen Leitfähigkeitsmuster (30a, 30b) erstrecken, während sich alle Zuführungseitungen (42, 44) auf dem Rotor (4) radial nach innen von dem anderen Leitfähigkeitsmuster (40) erstrecken.

9. Winkelcodierer (2) nach einem der Ansprüche 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes des ersten und des zweiten Leitfähigkeitsmusters ringförmig in der Form ist und eine gleiche Anzahl von Gruppen gleich beabstandeter Wellen umfaßt, wobei jede Welle zwei sich radial erstreckender Strahlen umfaßt, die miteinander an einem radialen Ende davon befestigt sind und an einer angrenzenden Welle an einem entgegengesetzten, radialen Ende befestigt sind, so daß jeder Strahl jeder Gruppe der Strahlen gleich von einem benachbarten Strahl beabstandet ist, wobei jede Gruppe der Strahlen des ersten Leitfähigkeitsmusters (30a) auf entgegensetzten Seiten davon durch eine Gruppe von Strahlen von dem zweiten Leitfähigkeitsmuster (30b) eingegrenzt sind und wobei das andere Leitfähigkeits muster (40) auf dem Rotor (4) ringförmig in der Form ist und eine kontinuierliche Reihe von gleichmäßig beabstandeten Wellen umfaßt, die sich im wesentlichen um 360º erstrecken, wobei jede Welle zwei sich radial erstreckender Strahlen umfaßt, die aneinander an einem radialen Ende davon befestigt sind und an einer angrenzenden Welle an einem entgegengesetzten radialen Ende befestigt sind, so daß jeder Strahl gleich von einem angrenzenden Strahl beabstandet ist.

10. Winkelcodierer (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Länge der Strahlen in dem anderen Leitfähigkeitsmuster (40) nicht mehr als die Hälfte einer Länge der Strahlen in dem ersten und dem zweiten Leitfähigkeitsmuster (30a, 30b) ist.

11. Winkelcodierer (2) nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß jedes des ersten und des zweiten Leitfähigkeitsmusters:

i) weniger als 360º um den Stator (6) erstreckt, und eine Länge, gemessen an einem Umfang ihrer ringförmigen Form, mit zwei Enden besitzt;

ii) eine erste Zuführung (32a, 32b) umfaßt, die an einem der zwei Enden befestigt ist; und

iii) eine Rückführungsleitung (33a, 33b) umfaßt, die an dem anderen der zwei Enden befestigt ist und sich zurück entlang der Länge zu einem Flächenbereich benachbart dem einen Ende erstreckt, wobei die Rückführungsleitung (33a, 33b) an einer zweiten Zuführung (34a, 34b) endet.

12. Winkelcodierer (2) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Rückführungsleitung (33a) des ersten Leitfähigkeitsmusters (30a) um einen äußeren Umfang davon erstreckt, während sich die Rückführungsleitung (33b) des zweiten Leitfähigkeitsmusters (30b) um einen inneren Umfang davon erstreckt.

13. Winkelcodierer (2) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Leitfähigkeitsmuster (40) ein drittes Leitfähigkeitsmuster (40) ist und weiterhin ein erstes Index-Impuls-Muster (90), das auf dem Stator (6) angeordnet und radial von dem ersten und dem zweiten Leitfähigkeitsmuster (30a, 30b) beabstandet ist, ein zweites Index-Impuls-Muster (80), das auf dem Rotor (4) angeordnet ist, und zwar radial von dem dritten Leitfähigkeitsmuster (40) beabstandet und zu dem ersten Index-Impuls-Muster (90) hin gerichtet, umfaßt, und daß die Kopplungseinrichtungen (16, 50) induktiv das erste und das zweite Index-Impuls- Muster (90, 80) koppeln, um einen Index-Impuls einmal pro Umdrehung des Rotors (4) relativ zu dem Stator zu erzeugen, wenn eine induktive Kopplung zwischen dem ersten und dem zweiten Index-Impuls-Muster (90, 80) maximal ist.

14. Winkelcodierer (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 12, in Abhängigkeit von Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Leitfähigkeitsmuster (30a, 30b) auf dem Stator (6) ein erstes Index-Impuls-Muster (90) ist und daß das andere Leitfähigkeitsmuster (40) auf dem Rotor (4) ein zweites Index-Impuls-Muster (80) ist, daß das erste und das zweite Index-Impuls-Muster (90, 80) im wesentlichen ähnlich geformt sind und eine Vielzahl von Wellen besitzen, die in einer ringförmigen Form angeordnet sind, wobei jede Welle zwei sich radial erstreckender Strahlen besitzt, die aneinander an einem radialen Ende davon befestigt und an einer benachbarten Welle an einem entgegengesetzten, radialen Ende davon befestigt sind, um Flächenbereiche zwischen jedem Strahl zu definieren, wobei die Stellen der Strahlen so bestimmt werden, um ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis, SNR, gemäß den folgenden Formeln zu maximieren:

SNR= S(1)/S(J),

wobei S(1) das Ausgangssignal ist, wenn sich das Rotor- und das Statormuster in Konjunktion befinden, und S(J) ein höchster Wert des Ausgangssignals ist, wenn sich das Rotor- und Statormuster (80, 90) nicht in Konjunktion befinden; wobei der Wert S(i) gemäß der nachfolgenden Formel bestimmt wird:

S(i) = k

p (i) p (j + i) , wobei p (j) p (j + N) (1)

wobei, für den Stator (6), p(i)=1 für Flächenbereiche ist, in denen der Strom in Uhrzeigerrichtung verläuft, und p(i)=-1 für Flächenbereiche ist, in denen der Strom in Gegenuhrzeigerrichtung verläuft, und für den Rotor (4) p(i)=1 für Flächenbereiche ist, in denen der Strom in Uhrzeigerrichtung verläuft und p(i)=0 für Flächenbereiche ist, in denen der Strom in Gegenuhrzeigerrichtung verläuft, k eine Proportionalitätskonstante ist und N eine Anzahl gleich beabstandeter, umfangsmäßiger Segmente jedes Index-Impuls-Musters (80, 90) ist.

15. Winkelcodierer (2) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert von SNR mindestens 10 ist.