JP2001124537A - 回転部材用回転角センサー - Google Patents
回転部材用回転角センサーInfo
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Abstract
用の回転角センサーを提供する。 【解決手段】 自動車用ホイールのような回転部材用回
転角センサーにおいて、エミッターと、回転部材または
操作中に回転部材とともに回転する回転部分の環状円柱
面上で平面的に配置された複数のリフレクターと、リフ
レクターにより反射され、検出器により受け取られ、エ
ミッターにより放出される光とを備える。検出器は、回
転角検出用の評価装置内で評価される対応信号を作成す
る。
Description
ばバランス調整が要求される自動車ホイール用の回転角
センサーに関する。
自動車ホイールのような回転部材用の回転角センサーの
一形態には、光ビームを放出するエミッター、および、
それと有効に結合され、回転自在な環状経路上の反射面
のそれぞれの形態から等角間隔に配置されたリフレクタ
ーが含まれる。リフレクターは、エミッターにより放出
された光を反射する。組立品には、反射された光を受け
取り、回転部材の回転角を検出する少なくとも1つの検
出器に接続された評価装置において評価された対応信号
を生産する少なくとも1つの検出器が含まれる。この種
の回転角センサーは、Ram S Krishnanら著の“A Miniat
ure Surface Mount Reflective Optical Shaft Encode
r”、ヒューレットパッカードジャーナル、1996年
12月、1〜6ページの記載に見られる。この回転角セ
ンサーにおいては、平坦な反射面を保持するために、リ
フレクターが回転部材、例えば、ディスクと回転部材の
回転軸周囲に延在するシャフトに柔軟に接続されたディ
スクの片面上で環状に配置されている。この設計された
形態は、追加の設備費を必要とし、また、反射面が回転
軸に対して垂直平面に延在する際に、エミッターや検出
器に適切に作用するリフレクターの配置のための空間が
要求される。
認するためのバランス調整装置上のメインシャフトの角
位置、回転速度、および回転方向の測定には、1つ以上
の光源の向かい側に光センサーが配置された増分送信装
置、より具体的には発光ダイオードの使用も含まれる。
光源とセンサーとの間の配置は、装置のメインシャフト
とともに回転し、米国特許No.4 457 172で
関連事項が記述された穴、溝または歯を設けたディスク
状である。さらに、回転部材の確実な角位置を確認する
ためには、連結された検出器と同様、追加の記号化ディ
スク、または、穴、溝または歯の形状の追加のゼロマー
クが要求される。この配置には、角増分を明確にし、回
転軸に対する垂直平面に延在する構成要素も含まれる。
を低減し、省スペースとした回転部材用の回転角センサ
ーを提供することである。
ありつつ、正確な角位置の増加分に関して確かな操作上
の結果をもたらす、バランス調整すべき自動車ホイール
のような回転部材に用いられる回転角センサーを提供す
ることである。
的は、光ビームを放出するエミッターと、回転軸に対し
て回転自在な円上においてそれぞれから等角間隔に反射
面が配置され、エミッターにより放出された光を反射す
るリフレクターとからなる、バランス調整すべき自動車
ホイールのような回転部材用の回転角センサーによって
達成される。検出器は、反射された光を受け取り、対応
する信号を生産する。評価装置は、回転角の検出信号を
評価するために検出器に接続されている。リフレクター
は、回転部材とともに回転するように適合された回転部
分の環状円柱面の周縁、または回転部材の環状円柱面に
配置されている。
て、円の周縁上に連続的に配置された反射面または反射
面部を、エミッターにより好適に連続して放出されたビ
ームが連続的に通過する。リフレクターを構成する反射
面または表面部は連続した形態であるので、不連続な反
射されたビームを検出器に誘導することができる。これ
により、それぞれの反射面部に対応した角位置の増加分
が提供される。各表面部は互いに直接隣接し、個々の表
面部を識別する特徴を備える連続した反射バンドまたは
ストリップを有してもよい。そのためには、反射面部は
環状円柱の形状とは異なった表面形状としてもよい。し
かしながら、表面部が配置される環状円柱面を備えた円
の半径が各環状円柱面の半径とは異なる環状円柱面を各
表面部に用いることもできる。各表面部の半径は、無
限、つまり平面と、リフレクターが配置された環状円柱
面の半径との間がよい。しかしながら、表面部が放物状
または楕円状な断面を含むことができる。
応した凹状または凸状としてもよい。
バンド上で互いに直線的に列となって配置されてもよ
い。この柔軟なバンドは、ローターの環状円柱面または
回転部分に包まれる。
レクターは、環状円柱面の軸と平行に延在するランド部
の表面で形成される。そのためには、ランド部は、2本
の材料のストリップ間に配置されてもよく、バンドを形
成するように完全に連結することもできる。バンドは、
ランド部およびストリップの領域において平坦でも曲面
でもよい。バンドが環状円柱面に適応するように湾曲す
る場合、ストリップ表面は環状円柱形状と一致する。し
かしながら、ランド部がその平面に保持されてもよいこ
とが理解されるであろう。ランド部の幅、すなわち環状
円柱面の周縁方向の範囲は数ミリメーター、例えば3m
mである。リフレクターを有するランド部とともにバン
ドが回転部材の周囲または回転部材とともに回転するよ
うに適合された回転部分の周囲を取り囲む場合、バンド
の幅による回転部材または回転部分の直径のほんの僅か
な増加は、この配置が提供するようなスペースを実質的
に必要とはしない。
間隔離れて配置される。
隔とは異なる角間隔を2つの隣接リフレクター間に設定
してもよい。例えば、これにはゼロマークを設けてもよ
い。
射面によって形成されたリフレクターが環状円柱面の周
縁に配置された多面鏡形状は、強固な成形部分、例えば
プラスチック材のようなものの成形部分から形成される
ことも可能である。リフレクターの反射面部は、金属蒸
着、特に電気金属蒸着によって製造することができる。
部分はプラスチック材をスリーブ形状に射出成形したも
のであってもよい。成形部分は回転部材とともに回転す
るように適合される回転部分を形成することができる。
直線的で連続的に配置された反射面部を検出器によって
互いに区別することができるため、連続的な反射塗装を
用いることが可能である。
上にあるように、各リフレクターに放出された光ビーム
が集束される。回転移動中において、各リフレクターに
より反射されたビームは、回転角変化に依存して各リフ
レクター表面の範囲内および列になって配置された複数
の検出器によって受け取られ得る場所内で方向転換す
る。
よって偏向された反射ビームが回転移動中に連続的に当
たる光感知センサーを1つの検出器に備えることもでき
る。検出器またはセンサーは、実質上回転方向で互いに
並列して配置される。これらは直線的な列に配置されて
もよいが、回転軸周囲に環状の弧に配置されることが好
ましい。回転部材の回転方向の反転は、回転方向の反転
が生じるセンサーや検出器に長時間向けられた光ビーム
によって検出される。検出器やセンサーによって出力さ
れた信号は、対応して評価装置により評価される。
は、以下の本発明の実施形態の記載から明らかとなるで
あろう。
材用、例えばバランス調整すべき自動車ホイール用の回
転角センサーは、いくつかを図1の図式的に符号2で示
したリフレクターに向かって、符号14で示した光を好
適に連続的に放出するエミッター1を備えている。リフ
レクター2は放出された光を反射し、次いで、符号15
で示した反射光が、図式的に符号3で示した1つ以上の
検出器により受け取られる。リフレクター2は、図3の
符号10で示したバンド上における別個の反射面または
表面部により形成され、例えば、図2および3の両方に
示されるように、2つの連続的なストリップ9の間に配
置されるランド部11上に配置される。
覆されたプラスチックのシートまたはフォイルからなっ
てもよい。
表面は、一平面形状をなすものである。
ード化を提供するために、バンド10は、例えばホイー
ルバランス調整装置のメインシャフト12の形状とする
ことができる回転部分7周囲に置かれる。そのために
は、バンド10は回転部分7またはホイールバランス調
整装置のメインシャフト12の環状円柱面5上に配置さ
れる。メインシャフト12または回転部分7は、例えば
上記のような自動車ホイールである回転部材6と回転不
能に連結されている。メインシャフト12または回転部
分7は、適切な固定および/または挟持手段のような好
適な手法により回転部材6に連結される。この事項にお
いて、もしメインシャフト12の不つり合いを確認すべ
きならば、メインシャフト12自信が回転部材を構成す
る。
に配置される場合、バンド10の連続的なストリップ9
は環状円柱面5と一致する。ランド部11上の表面およ
び特にリフレクター2を形成する外側または内側の反射
面は、平坦または平面状に維持され、環状円柱面5の周
縁方向に非反射部が配置された反射面間で、多面鏡の様
式に作用する。上記形状により、リフレクター2間に等
角間隔が提供される。リフレクター2間の非反射部は、
バンド10から好適に除去される材料によって作成さ
れ、バンド10の側面部を形成する2つのストリップ9
間の空間を斜めに横切って延在するランド部11をもた
らす。バンドが環状円柱面5上に配置される場合、ラン
ド部11およびその上に形成されるリフレクター2は、
軸方向、すなわち図1および2の符号8で示し、回転部
材6および回転部分7またはメインシャフト12が組み
立て操作中に回転する軸に対して平行に延在する。
として知られる工程により作成される。その操作中にお
いて、金属バンドは感光レジストおよび次の好適なマス
クを通した暴露によりフォトレジスト上に転移される構
造体とともに塗布される。金属構造体は、現像工程後に
レジストの無い表面上に電気蒸着によって作成され、ラ
ンド部11が形成される。
7およびメインシャフト12の環状円柱面周囲に多面鏡
の装置が提供される。この回転部分7またはメインシャ
フト12は、図2に示した装置内の符号6で示した回転
部材に回転不能に連結されている。回転によれば、エミ
ッター1および少なくとも1つの検出器3に対応するリ
フレクター7の各鏡面の角位置が変化する。エミッター
1は、特に集束された光を回転する環状円柱面5上に放
出する。それが生じると、光はリフレクター2の反射平
面上に当たる。
反射し、それに対応して好適な信号を作成するように操
作された少なくとも1つの検出器3によって反射された
光15が受け取られる。次いで、その信号は図1の符号
4で図式的に示し、回転角検出用の検出器3に連結され
た評価装置において評価される。検出器3により供給さ
れた信号の評価は、回転部材6の回転速度および回転方
向の測定をも達成できる。
たメインシャフト12に関する絶対角基準を得るため
に、2つのリフレクター2間の等角間隔が他のリフレク
ター間の等角間隔と異ならせる。これにより、例えば回
転角センサーの回転角カウンターがゼロに設定されたゼ
ロ位置が提供される。
示された構成において、リフレクター2は強固な成形部
分13の外側で形成された平面を有する。成形部分13
は、好適にプラスチック材の射出成形からなり、一般に
スリーブ形状のをなすものである。成形部分13は、回
転部材、または回転部材に連結された部材や部分に適合
できる。図4および5で説明された実施形態において、
成形部分13はバランス調整装置のメインシャフト12
に適合している。
による組立によって発生する出力信号をも説明し、さら
に、回転部分7の回転方向の変化を示す出力信号形態の
位置を説明している。
示す図6および7が導かれるであろう。しかしながら、
図6に示した装置の場合、リフレクター2はエミッター
1または検出器3に関して凸状に湾曲した表面部により
形成される。一方、図7に示した装置は、エミッター1
または検出器3に関して凹状に湾曲した表面部2を有す
る。図6および7の両方におけるリフレクター2により
形成された表面部は、前記のように、バンド10または
成形部分13上で互いに直線的に列をなして配置されて
いる。リフレクター特性は、連続的な反射塗装により達
成される。個々のリフレクターが隣接端で互いに幾何学
的に区別されるので、この装置によって、連続的な反射
塗装とともにでさえ互いに区別可能であり、それに含ま
れる個々の回転角を測定するために評価装置内で好適に
評価できる別個の表面部が提供される。
1および検出器3は構造ユニット20内に配置される。
ユニット20は、図4から7の符号21で示した支持板
上に評価装置4とともに配置される。上記のように、エ
ミッター1は、例えば図1および図5から7においても
符号14で示した集束された光ビームを、例えば図6で
より詳細に見られるように、ユニット20の反対側に位
置する個々のリフレクター2上に放出する。回転軸8周
囲の回転部分7の回転によって、個々のリフレクター2
により反射されたビーム15は、回転角の変化に依存し
て異なる偏向角に偏向され、図5の16,17,18お
よび19で一例として示され、偏向方向に並列して配置
され、検出器3上に設けられた光感知センサー上に当た
る。それゆえ、回転部分7が一方向に回転した場合に
は、個々のリフレクター2により反射されたビーム15
は、センサー16から19に連続的に当たる。第1セン
サー16および第3センサー18は、図4のAで識別さ
れた出力信号を供給する差動式の増幅器に連結されてい
る。第2センサー17および第4センサー19は、図4
のBで示された出力信号を供給する他の差動式の増幅器
に連結されている。このように、各リフレクター2の反
射面がユニット20を通過して移動する間に、個々のセ
ンサーにおける輝度の差が適切に評価される。
シャフト12が連続回転する場合には、反射光ビームは
もはやセンサーに当たらない。しかしながら、そのよう
な状態においては、次のリフレクターにより反射された
光ビーム15が回転部材の角位置の変化によって再びセ
ンサー16から19に連続的に当たる。好適な構造にお
いては、回転部分7または成形部分13の周縁に設けら
れた256個のリフレクター2がある。回転部材6また
はメインシャフト12に関する絶対角基準は、軸8周囲
の反射面分布の不規則、例えば上記のように、回転部分
7の環状円柱面の周縁に分布された他のリフレクター間
の間隔とは異なる2つの隣接リフレクター間の間隔によ
って得ることができる。軸8周囲の反射面の分布が不規
則である位置は、例えば回転角センサーにおける位置カ
ウンターのゼロ位置である。
Aの状態の変化により評価される図4の出力信号Bの瞬
間的な状態により検出できる。
ーは、軸移動に関して鈍感である。信号線および干渉抑
制フィルターの個数は、それぞれ2個に減らすことがで
きる。すでに上記したように、リフレクターにより形成
された多面鏡は、回転部分または回転部材の直径をほん
の僅かに増加させた比較的薄いスリーブ部分またはバン
ドの形状とすることができる。このように、回転角セン
サーはコンパクトな装置である。
びその原理を説明したものであり、本発明の趣旨や目的
を逸脱しない範囲での様々な修飾や変更がなされてもよ
いことは理解されるであろう。
向から見た線図である。
に見た図である。
備えたバンドである。
る。
た図である。
に対応した図である。
評価装置、5…環状円柱面、7…回転部分、8…回転
軸、11…ランド部、12…メインシャフト、14…集
束光、15…ビーム。
Claims (41)
- 【請求項1】 光ビームを放出する操作が可能なエミッ
ターと、 回転部材の回転軸に対して回転自在な円上の環状円柱面
の周縁のそれぞれから等角間隔に配置されたリフレクタ
ーを形成する反射面部を有し、エミッターにより放出さ
れた光を反射する手段と、 反射光を受け取るように適合され、対応信号を作り出す
検出器と、 その検出器と連結され、回転角検出用の信号を評価する
ように適合された評価装置とからなる回転部材用回転角
センサー。 - 【請求項2】 反射面部を有する前記手段が回転部材と
ともに回転自在であり、前記環状円柱面を有する回転部
分と、その回転部分の環状円柱面の周縁に配置されたリ
フレクターとからなることを特徴とした請求項1に記載
のセンサー。 - 【請求項3】 反射面部を有する前記手段がその環状円
柱面上の回転部材上に配置されることを特徴とした請求
項1に記載のセンサー。 - 【請求項4】 リフレクターは前記軸に対して平行に延
在する表面部上に形成されることを特徴とした請求項1
に記載のセンサー。 - 【請求項5】 リフレクターの表面が長方形であること
を特徴とした請求項1に記載のセンサー。 - 【請求項6】 リフレクターの表面が正方形であること
を特徴とした請求項1に記載のセンサー。 - 【請求項7】 リフレクターは環状円柱面とは異なる表
面部により形成されることを特徴とした請求項1に記載
のセンサー。 - 【請求項8】 リフレクターは平面により形成されるこ
とを特徴とした請求項7に記載のセンサー。 - 【請求項9】 回転軸に対して垂直な平面におけるリフ
レクターの断面は多角形であることを特徴とした請求項
1に記載のセンサー。 - 【請求項10】 前記多角形は同一な側面を有すること
を特徴とした請求項9に記載のセンサー。 - 【請求項11】 回転軸に対して平行に延在する円柱軸
を有する円柱面部により、リフレクターが形成されるこ
とを特徴とした請求項1に記載のセンサー。 - 【請求項12】 前記円柱面部が環状円柱面部であるこ
とを特徴とした請求項11に記載のセンサー。 - 【請求項13】 各環状円柱面部の半径は、リフレクタ
ーが回転するように適合された円形経路の半径から無限
の間であることを特徴とした請求項12に記載のセンサ
ー。 - 【請求項14】 リフレクターを形成する表面部は、エ
ミッターおよび検出器に関してはそれぞれ凸状であるこ
とを特徴とした請求項7に記載のセンサー。 - 【請求項15】 リフレクターを形成する表面部は、エ
ミッターおよび検出器に関してはそれぞれ凹状であるこ
とを特徴とした請求項7に記載のセンサー。 - 【請求項16】 隣接する反射面部によりリフレクター
が形成されることを特徴とした請求項1に記載のセンサ
ー。 - 【請求項17】 柔軟なバンドを構成するようにリフレ
クターが互いに連結されていることを特徴とした請求項
1に記載のセンサー。 - 【請求項18】 間隔をおいて配置され互いに平行な第
1および第2ストリップからなるバンドと、そのストリ
ップ間の複数のランド部とを含み、上記ランド部がリフ
レクターを形成することを特徴とした請求項1に記載の
センサー。 - 【請求項19】 環状円柱面が回転部分の外側周縁を形
成することを特徴とした請求項2に記載のセンサー。 - 【請求項20】 バンドがプラスチック材からなり、少
なくともリフレクター領域においては反射的であること
を特徴とした請求項17に記載のセンサー。 - 【請求項21】 バンドがプラスチック材からなり、少
なくともランド部領域においては反射的であることを特
徴とした請求項18に記載のセンサー。 - 【請求項22】 バンドが金属からなることを特徴とし
た請求項17に記載のセンサー。 - 【請求項23】 バンドが硬質ニッケルからなることを
特徴とした請求項22に記載のセンサー。 - 【請求項24】 バンドが金属からなることを特徴とし
た請求項18に記載のセンサー。 - 【請求項25】 バンドが硬質ニッケルからなることを
特徴とした請求項24に記載のセンサー。 - 【請求項26】 バンドは平面を有し、バンドの平面か
ら材料を取り除くことによりランド部が形成されること
を特徴とした請求項18に記載のセンサー。 - 【請求項27】 ランド部が電鋳によって作り出される
ことを特徴とした請求項26に記載のセンサー。 - 【請求項28】 外側面を有する強硬な成形部分を含
み、リフレクターが強硬な成形部分の外側面上に形成さ
れることを特徴とした請求項1に記載のセンサー。 - 【請求項29】 回転部分を形成する強硬な成形部分を
有し、リフレクターが強硬な成形部分の外側面上に形成
されることを特徴とした請求項2に記載のセンサー。 - 【請求項30】 成形部分がプラスチック材からなるこ
とを特徴とした請求項29に記載のセンサー。 - 【請求項31】 成形部分が射出成形プラスチックであ
ることを特徴とした請求項29に記載のセンサー。 - 【請求項32】 成形部分がスリーブ状形態であること
を特徴とした請求項29に記載のセンサー。 - 【請求項33】 各リフレクターに当てられたビームを
集束させる手段を含むことを特徴とした請求項1に記載
のセンサー。 - 【請求項34】 回転部材の回転移動中に各リフレクタ
ーにより反射されたビームを受け取るように適合した複
数の光感知センサーからなることを特徴とした請求項1
に記載のセンサー。 - 【請求項35】 センサーが実質上回転方向と並列に配
置されていることを特徴とした請求項34に記載のセン
サー。 - 【請求項36】 各リフレクターにより反射されたビー
ムが回転方向のセンサー上に連続的に当たることを特徴
とした請求項34に記載のセンサー。 - 【請求項37】 回転方向と並列に配置された第1〜4
光感知センサーと、第1センサーと第3センサーの間お
よび第2センサーと第4センサーの間で輝度の差を評価
するために適合された前記評価装置とからなることを特
徴とした請求項34に記載のセンサー。 - 【請求項38】 環状の円柱面に沿って配置された2つ
の互いに隣接するリフレクター間に角距離が設けられ、
その距離が2つの互いに隣接する他のリフレクター間の
他の距離とは異なることを特徴とした請求項1に記載の
センサー。 - 【請求項39】 使用に際して回転部材が不つり合い測
定装置のメインシャフト上に存在することを特徴とした
請求項1に記載のセンサー。 - 【請求項40】 不つり合い測定装置はホイールバラン
ス調整機であることを特徴とした請求項39に記載のセ
ンサー。 - 【請求項41】 前記回転軸と前記メインシャフトの軸
とが共通軸であることを特徴とした請求項39に記載の
センサー。
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