JP2020501142A - 少なくとも１つの回転軸を中心として回転する部材の少なくとも１つの回転特性を決定するためのセンサシステム - Google Patents

Abstract

少なくとも１つの回転軸（１２０）を中心として回転する部材の少なくとも１つの回転特性を決定するためのセンサシステム（１１０）が提案され、センサシステム（１１０）は回転する部材と結合可能な少なくとも１つの検出器ホイール（１１６）を有する。検出器ホイール（１１６）は検出器ホイールプロフィル（１１８）を有する。さらにセンサシステム（１１０）は少なくとも１つの誘導式の位置センサ（１２２）を有し、誘導式の位置センサ（１２２）は少なくとも１つの励起コイル（１２４）と少なくとも１つの受信コイル（１２６）とを含む少なくとも１つのコイル構造（１１２）を有する。さらにセンサシステム（１１０）は少なくとも１つの位相検出器（１２８）を有し、位相検出器（１２８）は少なくとも１つの磁場発生器（１３０）と少なくとも１つの磁気センサ素子（１３２）とを有する。【選択図】 図１

Description

従来技術より、回転する部材の少なくとも１つの回転特性を検出する数多くのセンサが知られている。ここで回転特性とは、一般に、回転する部材の回転を少なくとも部分的に記述する特性であると理解される。それはたとえば角速度、回転数、角加速度、回転角、またはその他の特性であって、回転する部材の連続的または不連続的な、均等または不均等な回転もしくは回動を特徴づけることができるものである。このような種類のセンサの例は、非特許文献１に記載されている。

たとえば、いわゆる位相検出器を有するクランクシャフトに対して相対的な内燃機関のカムシャフトの位置をホールセンサによって決定することができる。典型的な場合、回転する軸に検出器ホイールが取り付けられる。検出器ホイールに歯が存在していてよく、カムシャフトが回転するときにこれらの歯がホールセンサによって走査される。たとえば特許文献１には、検出器ホイールとカムシャフト位置調節器とを含む内燃機関の位置調節可能なカムシャフトの位相位置を決定する方法が記載されている。カムシャフトの位相位置は、検出器ホイールによって誘起される位相エッジ割込みと、カムシャフト位置調節器の少なくとも１つの動作特性量に依存するモデルとを用いて決定される。

しかしこのような種類の方法は、通常、連続的な位置検出を可能にするものではない。３６０°の測定範囲での絶対的な角度検出は不可能である。同様に、使用される検出器ホイールの小さい直径によって解像度が制限される。このような小さい直径により、遵守されなければならない最小の欠落量が生じる。さらに絶対的な位置決定は、動的なケースすなわち検出器ホイールが回転しているときにしか可能でない。そのため、電圧供給がオンになったときの角度位置の即座の利用可能性、すなわちＴｒｕｅ−Ｐｏｗｅｒ−Ｏｎ機能は与えられない。特に、内燃機関のエンジンの始動時に位置が正確にわからない。さらに、このような種類の方法は磁気的な外乱場に対して高い感度を有している。

特許文献２には、誘導式の直線・回転位置センサが記載されている。励起コイルと受信コイルとを有する装置が記載されている。励起コイルが励起源により励起されて、磁束を生成する。受信コイルは、励起コイルと受信コイルの間の誘導式結合によって受信信号を生成する。

このような種類のセンサ装置によってもたらされる改良にもかかわらず、改良の潜在的可能性が依然として存在する。このような種類のセンサ装置は複雑な構造を有する場合がある。そのため、特にセンサ装置の簡素な取付けと取外しは可能でない。

独国特許出願公開第１０２０１２２１３５３９号明細書 米国特許第７４４９８７８号明細書

コンラートライフ（編）「自動車のセンサ」第２版、２０１２年、６３−７４頁および１２０−１２９頁

したがって本発明の枠内では、１つの回転する部材の少なくとも１つの回転特性を決定するためのセンサシステムが提案される。「センサシステム」とは、本発明の枠内では基本的に、少なくとも１つの回転特性を検出し、たとえば検出された特性に応じて、たとえば電圧や電流などの少なくとも電気的な測定信号を生成するのに適した任意の装置であると理解される。それぞれの特性の組み合わせも検出可能であってよい。「回転特性」とは、本発明の枠内では基本的に、回転する部材の回転を少なくとも部分的に記述する特性であると理解される。これはたとえば角速度、回転数、角加速度、角度位置、またはその他の特性であってよく、回転する部材の連続的または不連続的な、均等または不均等な回転または回動を少なくとも部分的に特徴づけることができるものをいう。たとえば回転特性は、位置、特に角度位置、または回転数、またはこれら両方の量の組み合わせであってよい。これ以外の特性および／またはこれ以外の特性の組み合わせも、検出可能であってよい。「角度位置」とは、本発明の枠内では基本的に、回転軸に対して垂直に延びる軸に関する、回転能力のある装置の、たとえば回転する部材や検出器ホイールの、回転角であると理解される。

センサシステムは、特に、自動車で適用するためにセットアップされていてよい。「回転する部材」とは、本発明の枠内では基本的に、回転軸を有し、これを中心として回転する任意の部材であると理解される。たとえば回転する部材は駆動機構のシャフト、たとえばカムシャフトであってよい。たとえばカムシャフトの角度位置、またはカムシャフトの回転数、またはこれら両方の量の組み合わせを決定することができる。

少なくとも１つの回転軸を中心として回転する部材の少なくとも１つの回転特性を決定するためのセンサシステムは、回転する部材と結合された少なくとも１つの検出器ホイールを有する。検出器ホイールは検出器ホイールプロフィルを有する。センサシステムは、少なくとも１つの誘導式の位置センサを有する。誘導式の位置センサは、少なくとも１つの励起コイルと少なくとも１つの受信コイルとを含む少なくとも１つのコイル構造を有する。さらにセンサシステムは、少なくとも１つの位相検出器を有する。位相検出器は、少なくとも１つの磁場発生器と少なくとも１つの磁気センサ素子とを有する。

「検出器ホイール」とは、本発明の枠内では基本的に、回転する部材と結合されたときに、回転する部材の１回転ごとに少なくとも１つの測定可能な信号を、特に磁場変化を惹起するようにセットアップされた、回転する部材と結合可能な任意のコンポーネントであると理解される。「検出器ホイールプロフィル」とは、本発明の枠内では基本的に、プロフィル部材と、それぞれのプロフィル部材の間に配置される検出器ホイールの中間スペースとの総体であると理解される。検出器ホイールの「プロフィル部材」とは、本発明の枠内では基本的に、検出器ホイールの輪郭の任意の成形、特に膨出部、たとえばピン状、歯状、または鋸歯状の膨出部、または溝もしくは切欠き、たとえば穴であると理解される

「誘導式の位置センサ」とは、本発明の枠内では基本的に、検出された特性に応じて測定信号を、特にたとえば電圧や電流などの電気的な測定信号を生成することができる任意のセンサであると理解され、測定信号の生成は磁束の変化に依拠する。特に、検出される特性は位置、たとえば角度位置を含むことができる。特に、誘導式の位置センサは誘導式の磁気センサであってよい。しかしながら、これ以外の実施形態も原則として可能である。

「コイル構造」とは、本発明の枠内では基本的に、少なくとも１つのコイルを含む任意の装置であると理解される。「コイル」とは、本発明の枠内では基本的に、インダクタンスを有し、通電されたときに磁場を生成するのに適した任意のコンポーネントであると理解される。「励起コイル」とは、本発明の枠内では基本的に、電圧および／または電流が印加されたときに磁束を生成するコイルであると理解される。「受信コイル」とは、本発明の枠内では基本的に、励起コイルと受信コイルの間の誘導式結合に基づいて、誘導式結合に依存する信号を生成するのに適したコイルであると理解される。

「位相検出器」とは、本発明の枠内では基本的に、信号検出器と結合された回転する部材の回転数および／または角度位置を１回転につき少なくとも１回だけ決定するのに適した任意のセンサであると理解される。「信号検出器」とは、本発明の枠内では基本的に、回転する部材の上にある、または回転する部材と結合された、もしくは結合可能な任意の装置であって、回転する部材の１回転ごとに少なくとも１つの測定可能な信号を、たとえば磁場変化を惹起するのに適したものであると理解される。たとえば、上記ですでに説明した、あとでもさらに詳しく説明する検出器ホイール、特に検出器ホイールの少なくとも１つのプロフィル部材が、信号検出器として機能することができる。これ以外の実施形態も可能である。たとえば回転する部材は、光学式または容量式の信号検出器を有することもできる。

「磁場発生器」とは、本発明の枠内では基本的に、磁場、特に時間的に一定の磁場を生成するようにセットアップされた任意の装置であると理解される。生成は恒常的に行うことができ、あるいは時間的に限定して行うこともできる。特に、磁場発生器は永久磁石および／または電磁石を有することができ、たとえば通電を受けるコイル、特に鉄心を有する通電を受けるコイルであってよい。「磁気センサ素子」とは、本発明の枠内では基本的に、磁場の少なくとも１つの特性を検出し、検出された特性に応じてたとえば電圧や電流などの少なくとも１つの電気的な測定信号を生成できるようにセットアップされた任意の装置であると理解される。それぞれの特性の組み合わせも検出可能であってよい。特に、検出される特性は磁場の強さであってよい。特に磁気センサ素子は、ホール素子および磁気抵抗素子の群から選択される少なくとも１つの素子を有することができる。

コイル構造は、少なくとも１つの回路支持体の上に配置されていてよい。回路支持体は、回転軸に対して実質的に同軸に配置されていてよい。回路支持体は、検出器ホイールまたは検出器ホイールの円弧を実質的に円形または円弧形に取り囲むことができる。「実質的に円形に」という概念は、本発明の枠内では基本的に、上記のコンポーネントが曲率半径を有することであると理解される。曲率半径はコンポーネントの内部で０％から８０％、好ましくは０％から５０％、さらに好ましくは０％から２０％、特別に好ましくは０％から５％の値だけ変動し得る。特に曲率半径は一定であってもよい。その代替または追加として回路支持体は、たとえばそれぞれ平坦に、あるいは湾曲して構成されていてよく、たとえば互いに結合されていてよい２つまたはそれ以上のセグメントが組み合わされていてよい。たとえ個々のセグメントがたとえば接線上に配置されていても、各セグメントが全体として同じく回転軸に対して同軸に配置されていてよい。

センサシステムは、励起コイルと受信コイルの間の誘導式結合および／または誘導式結合の変化を検出するようにセットアップされていてよい。さらにセンサシステムは、位相検出器の電気的な測定信号を検出するようにセットアップされていてよい。電気的な測定信号は、特に電圧信号であってよい。位相検出器の電気的な測定信号は、特に、磁気センサ素子の、特にホール素子の電気的な測定信号であってよい。特にセンサシステムは、検出器ホイールの運動および／または位置によって惹起される励起コイルと受信コイルの間の誘導式結合および／または誘導式結合の変化を検出するようにセットアップされていてよい。さらにセンサシステムは、検出器ホイールの位置によって惹起される位相検出器の電気的な測定信号を検出するようにセットアップされていてよい。さらにセンサシステムは、検出器ホイールの運動および／または位置によって惹起される励起コイルと受信コイルの間の誘導式結合および／または誘導式結合の変化から、回転する部材の角度位置を決定するようにセットアップされていてよい。さらにセンサシステムは、検出器ホイールの位置によって惹起される位相検出器の少なくとも１つの電気的な測定信号を用いて、回転する部材の角度位置および／または回転数を決定するようにセットアップされていてよい。特にセンサシステムは、検出器ホイールの位置によって惹起される位相検出器の少なくとも２つの電気的な測定信号によって、回転する部材の角度位置および／または回転数を決定するようにセットアップされていてよい。特にセンサシステムは、電圧供給がオンになったときに、回転する部材の角度位置の利用可能性を可能にするようにセットアップされていてよい。ここにいま記載した、電圧供給がオンになったときの利用可能性の特性は、”Ｔｒｕｅ−Ｐｏｗｅｒ−Ｏｎ”機能という英語の概念で呼ばれることもある。センサシステムは、特に”Ｔｒｕｅ−Ｐｏｗｅｒ−Ｏｎ”機能を有することができる。特にセンサシステムは、磁気センサ素子の電気信号を制御装置へ転送するようにセットアップされていてよい。さらにセンサシステムは、評価ユニットを有することができる。評価ユニットは少なくとも１つの評価回路を有することができる。評価ユニットは、コイル構造とともに共通の回路支持体の上に配置されていてよい。評価ユニットは、コイル構造から分離されて、別の回路支持体の上に配置されていてもよい。

励起コイルは少なくとも１つの励起巻線を有することができる。受信コイルは少なくとも１つの受信巻線を有することができる。受信巻線は少なくとも２つの部分巻線を含むことができる。これらの部分巻線は反対方向を向いていてよい。特に受信コイルは１つの受信巻線から構成することができ、受信巻線は２つの部分巻線で構成され、これらの部分巻線は反対方向を向く。センサシステムは多数の受信コイルを有することができ、たとえば受信コイルシステム、特に正弦／余弦システムまたは多相システムを有することができる。これ以外のコイルシステムも原則として考えられる。センサシステムは、検知のために正弦システム、余弦システム、または多相システムを表現するようにセットアップされていてよい。特にセンサシステムは、１個から１００個の受信コイル、好ましくは２個から１０個の受信コイル、特別に好ましくは３個の受信コイルを有することができる。特に受信コイルは、それぞれ少なくとも２つの部分巻線から構成することができ、直接的に連続する部分巻線が反対方向に向いていてよい。特に受信コイルは相互に電気的な位相ずれを有することができる。特に異なる受信コイルの部分巻線は、電気的な位相ずれに準じて相互にオフセットされて配置されていてよい。

磁場発生器は、特に、永久磁石および電磁石の群から選択される少なくとも１つの部材を含むことができる。検出器ホイールは少なくとも１つのプロフィル部材を有する。プロフィル部材は次の群から選択されていてよい：膨出部、特にピン状、歯状、または鋸歯状の膨出部、たとえば歯；溝、切欠き、たとえば穴；検出器ホイールの幅に型押しされたトラック。ここで検出器ホイールの幅とは、検出器ホイールの円筒状外套の高さであると理解することができる。特に検出器ホイールは複数のプロフィル部材を有することができる。特に複数のプロフィル部材は、検出器ホイールの円周にわたって配分されて配置されていてよい。たとえばプロフィル部材は等間隔および／または周期的に配置されていてよい。検出器ホイールプロフィルのこれ以外の実施形態も可能である。たとえばプロフィル部材が等間隔でなくおよび／または周期的でなく配置されていてよい。検出器ホイールは、次の群から選択される少なくとも１つの材料を有することができる：導電性材料；強磁性材料；金属。特にプロフィル部材は、次の群から選択される少なくとも１つの材料を有することができる：導電性材料；強磁性材料；金属。特にセンサシステムは、少なくとも２つの検出器ホイールを有することができる。特に、これらの検出器ホイールは相違する検出器ホイールプロフィルを有することができる。

回路支持体は、検出器ホイールおよび／または検出器ホイールの円弧を実質的に円形に取り囲むことができる。特にコイル構造は、特に回路支持体の上に配置されるコイル構造は、検出器ホイールの少なくとも１つの角度位置のとき、少なくとも１つのプロフィル部材と、検出器ホイールの２つのプロフィル部材の間の少なくとも１つの中間スペースとを覆う。回路支持体は柔軟に構成されていてよい。特に回路支持体は柔軟な材料を含むことができる。回路支持体は次の群から選択されていてよい：配線板、特にＳｔａｒｒｆｌｅｘ配線板、たとえば湾曲したＳｔａｒｒｆｌｅｘ配線板；リジッド配線板、特に溝を備えるリジッド配線板；回路カード；基板と印刷された回路、特に「プリント回路基板」（ＰＣＢ）。特に回路支持体は、少なくとも２つの平坦な面を有することができる。これらの平坦な面は、相互に角度をなして配置されていてよい。特に回路支持体は少なくとも１つの結合部材を有することができ、結合部材はそれぞれの平坦な面を互いに結合する。特に、これらの平坦な面は角度を形成することができ、この角度は１０°から１８０°、好ましくは３０°から１５０°、特別に好ましくは６０°から１２０°の値を有することができる。さらに、回路支持体はハウジングの中に、特に射出成形ハウジングの中に配置されていてよい。

回転する部材は少なくとも１つの回転軸を有する。少なくとも１つの検出器ホイールは、回転する部材と結合可能である。検出器ホイールも回転軸を有することができる。特に、回転する部材と検出器ホイールが共通の回転軸を有することができる。検出器ホイールは、回転する部材を中心として同心的に配置されていてよい。検出器ホイールは円筒状の基本形状を有することができる。回転軸は、円筒の高さに対して平行な対称軸であってよい。検出器ホイールは回転する部材と結合されていてよい。検出器ホイールは、たとえば少なくとも１つの取付部材によって、回転する部材の上に取り付けられていてよい。検出器ホイールは、回転する部材の上に同心的に取り付けられていてよい。回転する部材が回転運動をするとき、検出器ホイールは回転する部材と共に回転することができる。検出器ホイールの位置、特に角度位置は、回転する部材の位置、特に角度位置に相当する。

本発明の別の態様では、少なくとも１つの回転軸を中心として回転する部材の回転特性を決定する方法が提案される。この方法は、回転する部材と結合可能な少なくとも１つの検出器ホイールの利用を含んでおり、検出器ホイールは検出器ホイールプロフィルを有する。この方法は、次の各ステップを、好ましくは記載されている順序で含む。これ以外の順序も原則として可能である。さらに、１つまたは複数または全部の方法ステップを反復して実行することもできる。さらに、方法ステップのうち２つまたは複数を全面的または部分的に時間的に重なり合うように、または同時に実行することもできる。本方法は、挙げられている各方法ステップに追加して、さらに別の方法ステップを含むこともできる。

方法ステップは次のとおりである：
ａ）少なくとも１つの誘導式の位置センサによって少なくとも１つの誘導式の信号が記録され、誘導式の位置センサは、少なくとも１つの励起コイルと少なくとも１つの受信コイルとを含む少なくとも１つのコイル構造を有し；および、
ｂ）少なくとも１つの位相検出器によって少なくとも１つの位相検出器信号が記録され、位相検出器は少なくとも１つの磁場発生器と少なくとも１つの磁気センサ素子とを有する。

本方法は、特に、本発明に基づく、すなわち上に挙げた各実施形態のうちの１つに基づく、またはあとでさらに詳しく説明する実施形態のうちの１つに基づくセンサシステムを利用したうえで、実施することができる。それに応じて、定義や任意選択の構成についてもセンサ素子の説明を十分に参照することができる。しかしながら、それ以外の構成も原則として可能である。

特に誘導式の信号は、コイル構造における誘導式結合およびコイル構造における誘導式結合の変化からなる群から選択される少なくとも１つの信号を含むことができる。さらに位相検出器信号は、磁気センサ素子の少なくとも１つの電圧信号を含むことができる。特に、コイル構造における誘導式結合および／または誘導式結合の変化は、検出器ホイールの運動および／または位置に依存することができる。特に位相検出器信号は、検出器ホイールの位置に依存することができる。さらに本方法は、検出器ホイールの位置および／または運動に依存する、コイル構造における検出された誘導式結合および／または誘導式結合の変化を用いた、回転する部材の角度位置の決定を含むことができる。さらに本方法は、検出器ホイールの位置によって惹起される少なくとも１つの位相検出器信号を用いた、回転する部材の角度位置および／または回転数の決定を含むことができる。さらに本方法は、検出された少なくとも１つの位相検出器信号の評価回路による評価を含むことができる。さらに本方法は、検出された少なくとも１つの位相検出器信号の制御装置への転送を含むことができる。

提案される装置および提案される方法は、公知の装置および方法に比べて数多くの利点を有している。特に本発明の枠内では、誘導式の位置センサを、特に絶対角度センサを、位相検出器と組み合わせることができる。誘導式の位置センサおよび位相検出器の本発明による構造は、従来技術と比較したとき、取付けや取外しに関して明らかな利点を、特にカムシャフト位置検出のためにセンサシステムを利用する場合にもたらすことが可能である。たとえば特に、追加の設計スペースを必要としないことが可能である。さらに、センサシステムが、たとえばセンサ構造が従来技術とは対照的に、回転する部材の、たとえば回転するシャフトの領域全体を取り囲まなくてよく、半径方向に円弧の中でのみ向かい合うことができることが可能である。本発明によるセンサシステムが低コストであることが可能である。さらに、２つまたはそれ以上の検出器ホイールおよび／またはそれぞれ相違する検出器ホイールプロフィル、特にそれぞれ相違する歯数を用いた評価によって、検出器ホイールおよび／または回転する部材の角度位置の検出のために、特に絶対的な角度検出のために、特にシャフト位置の検出のために、本発明によるセンサシステムの測定範囲をたとえばノニウスの原理（バーニヤ法）を用いて３６０°まで拡張できることが可能である。特にコイル構造は、特に回路支持体の上に配置されるコイル構造は、検出器ホイールが少なくとも１つの角度位置にあるとき、少なくとも１つのプロフィル部材、および検出器ホイールの２つのプロフィル部材の間の少なくとも１つの中間スペースを覆うことができる。特にコイル構造の開口角αは、少なくとも１つのプロフィル部材と２つのプロフィル部材の間の少なくとも１つの中間スペースとを含む検出器ホイールの円弧の少なくとも１つの開口角βに相当することができる。それによって最大の角解像度を表現できることが可能である。

本発明によるセンサシステムは、回転する部材の角度位置、特に絶対角度だけでなく、位相検出器を用いて、たとえばエンジン制御装置のためのリアルタイム能力のあるトリガ信号も供給できることが可能である。このことは、相応の処理時間を有するアナログ式およびデジタル式の信号処理によよる誘導式の位置センサ、特に誘導式の角度センサを単独で利用することによっては保証できないことがあり得る。

さらに、本発明によるセンサシステムは誘導式の位置センサと位相検出器との組み合わせによって、従来技術と比較して高い精度を提供できることが可能である。さらに、本発明によるセンサシステムを用いて機能的な確実性に関わる要求事項を、特に利用可能性に関するものも含めて、いっそう容易に満たすことができることが可能であり得る。それは特に、誘導式の位置センサまたは位相検出器が故障したとき、そのつど他方のセンサすなわち特に位相検出器または誘導式の位置センサがエンジン制御のための信号を、特に精度を落として供給できるからである。このことは、たとえばより多大なパフォーマンス損失のない非常走行に相当し得る。さらに、回転数が比較的高いときの誘導式の位置センサの、特に絶対角度センサの追従誤差を補償できることが可能である。さらに、作動時の磁気的な外乱場に基づく位相検出器の、特に磁場センサの測定誤差を誘導式の位置センサによって、特に誘導式の角度センサによって修正することができることが可能である。後者は高い磁界ロバスト性を有することができるからである。さらに本発明によるセンサシステムは、電圧供給がオンになったときの回転する部材の角度位置の、特に絶対的な角度位置の利用可能性を可能化できることが可能である。特に、本発明によるセンサシステムはＴｒｕｅ−Ｐｏｗｅｒ−Ｏｎ機能を備え得ることが可能である。Ｔｒｕｅ−Ｐｏｗｅｒ−Ｏｎ機能は、”Ｏｒｉｇｉｎａｌ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒ”（ＯＥＭ）という英語の概念でも呼ばれるオリジナル装備品メーカーから要請されることが増えている。

本発明のその他の任意選択の具体的事項や構成要件は、図面に模式的に示されている好ましい実施例についての以下の説明から明らかとなる。

本発明によるセンサシステムの実施例を平面図として示す模式的な図である。 コイル構造の実施例を示すそれぞれ模式的な図である。 コイル構造の実施例を示すそれぞれ模式的な図である。 回路支持体の実施例を示す模式的な図である。 検出器ホイールプロフィルおよび別の検出器ホイールプロフィル（図６）を有する検出器ホイールの実施例を示す模式的な図である。 検出器ホイールプロフィルおよび別の検出器ホイールプロフィル（図６）を有する検出器ホイールの実施例を示す模式的な図である。 検出器ホイールプロフィルおよび別の検出器ホイールプロフィル（図６）を有する検出器ホイールの実施例を示す模式的な図である。

図１は、本発明によるセンサシステム１１０の実施例を平面図として模式的な図で示している。図２および３は、図１に示すセンサシステム１１０で使用するためのコイル構造１１２の実施例の模式的な図をそれぞれ示している。図４は、同じく図１に示すセンサシステム１１０で適用することができる回路支持体１１４の実施例の模式的な図を示している。図５Ａ，５Ｂおよび６は、同じく図１に示すセンサシステム１１０で適用可能である、検出器ホイールプロフィル１１８を有する検出器ホイール１１６の実施例を模式的に示している。これらの図面について以下においてまとめて説明する。

センサシステム１１０は、特に自動車で適用するためにセットアップされていてよい。特にセンサシステム１１０は、カムシャフトの少なくとも１つの回転特性を検出するためにセットアップされていてよい。たとえばセンサシステム１１０は、カムシャフトの角度位置および／またはカムシャフトの回転数を検出するようにセットアップされていてよい。センサシステム１１０は、特に、図面には示さない１つまたは複数の別の機能部材を含むことができ、それはたとえば電極、電極引込線と接点、複数のレイヤ、加熱部材、またはその他の部材、たとえば上に挙げた従来技術に示されているものである。

少なくとも１つの回転軸１２０を中心として回転する部材の少なくとも１つの回転特性を決定するためのセンサシステム１１０は、回転する部材と結合可能な少なくとも１つの検出器ホイール１１６を有する。検出器ホイール１１６は検出器ホイールプロフィル１１８を有する。センサシステム１１０は少なくとも１つの誘導式の位置センサ１２２を有する。誘導式の位置センサ１２２は、少なくとも１つの励起コイル１２４と少なくとも１つの受信コイル１２６とを含む少なくとも１つのコイル構造１１２を有する。さらにセンサシステム１１０は、少なくとも１つの位相検出器１２８を有する。位相検出器１２８は、少なくとも１つの磁場発生器１３０と少なくとも１つの磁気センサ素子１３２とを有する。

図１は、特に、磁場発生器１３０と磁気センサ素子１３２とを有する位相検出器１２８を示している。磁場発生器１３０は、次の群から選択される少なくとも１つの部材を含むことができる：永久磁石；電磁石、たとえば通電を受けるコイル、特に鉄心を有する通電を受けるコイル。磁気センサ素子１３２は、次の群から選択される少なくとも１つの部材を有することができる：ホール素子および磁気抵抗素子。コイル構造１１２は、図２および３に見られるように、少なくとも１つの回路支持体１１４の上に配置されていてよい。回路支持体１１４は、図１に示すように、回転軸１２０に対して実質的に同軸に配置されていてよい。回路支持体１１４は、同じく図１に見られるように、検出器ホイール１１６または検出器ホイール１１６の円弧を実質的に円形に取り囲む。特にコイル構造１１２は、特に回路支持体１１４の上に配置されたコイル構造１１２は、検出器ホイール１１６が少なくとも１つの角度位置にあるとき、少なくとも１つのプロフィル部材１３４を、および検出器ホイール１１６の２つのプロフィル部材１３４の間の少なくとも１つの中間スペース１３６を覆うことができる。特に、図１，２および３に示すコイル構造１１２の開口角αは、少なくとも１つのプロフィル部材１３４と、２つのプロフィル部材１３４の間の少なくとも１つの中間スペース１３６とを含む検出器ホイール１１６の同じく図１に示す少なくとも１つの円弧の開口角βに相当することができる。それにより、最大の角解像度を表現できるようにすることが可能である。

回路支持体１１４は柔軟に構成されていてよい。たとえば回路支持体は可撓に、および／または湾曲して構成されていてよく、特に、図４に示すように円形または円弧形に構成されていてよい。特に回路支持体１１４は柔軟な材料を含むことができる。回路支持体１１４は次の群から選択されていてよい：配線板、特にＳｔａｒｒｆｌｅｘ配線板、たとえば湾曲したＳｔａｒｒｆｌｅｘ配線板；リジッド配線板、特に溝を有するリジッド配線板；回路カード；基板と印刷された回路、特に「プリント回路基板」（ＰＣＢ）。さらに回路支持体１１４は、ここには図示しないハウジングの中に、特に射出成形ハウジングの中に配置されていてよい。

図２および３は、特に、２つの異なるコイル構造１１２を一例として示している。励起コイル１２４は少なくとも１つの励起巻線１３８を有することができる。受信コイル１２６は少なくとも１つの受信巻線１４０を有することができる。受信巻線１４０は少なくとも２つの部分巻線１４２を含むことができる。部分巻線１４２は反対方向に向いていてよい。特に受信コイル１２６は１つの受信巻線１４０から構成されていてよく、受信巻線１４０は２つの部分巻線１４２から構成され、部分巻線１４２は反対方向を向いている。センサシステム１１０は多数の受信コイル１２６を有することができ、たとえば受信コイルシステム、特に正弦／余弦システムまたは多相システムを有することができる。これ以外のコイルシステムも原則として考えられる。センサシステム１１０は、正弦システム、余弦システム、または多相システムを検知のために表現するようにセットアップされていてよい。特にセンサシステム１１０は、１個から１００個の受信コイル１２６、好ましくは２個から１０個の受信コイル１２６、特別に好ましくは３個の受信コイル１２６を有することができる。特に、受信コイル１２６はそれぞれ少なくとも２つの部分巻線１４２から構成されることができ、直接的に連続する部分巻線１４２がそれぞれ反対方向に向いていてよい。特に、受信コイル１２６は相互に電気的な位相ずれを有することができる。特に、受信コイル１２６のそれぞれ少なくとも１つの受信巻線１４０は、特に反対方向に向いている部分巻線１４２は、電気的な位相ずれに準じて相互にオフセットされて配置されていてよく、その様子は図３に、第１の受信コイル１４４と第２の受信コイル１４６を含む２相システムについて一例として図示されている。第１の受信コイル１４４に対する第２の受信コイル１４６の、特に第１の受信コイル１４４の部分巻線１４０に対する第２の受信コイル１４６の部分巻線１４０のオフセットξ、特に幾何学的なねじれは、２つの受信コイル１２６の場合、次のように求められる：
ξ＝α／４ （１）

少なくとも３つ個数ｍの受信コイルを含む多相システムの場合、オフセットξは次のように求められる：
ξ＝α／ｍ （２）

別の好ましい実施例では、センサシステム１１０は１つの励起コイル１２４と３つの受信コイル１２６を有することができる。これらの受信コイル１２６はそれぞれ少なくとも２つの部分巻線１４２から構成することができ、直接的に連続する部分巻線は反対方向を向く。受信コイル１２６は互いに１２０°の電気的な位相ずれを有することができる。特に、３つの受信コイル１２６の部分巻線１４２は、電気的な位相ずれに準じて相互にオフセットされて配置されていてよい。

図５Ａおよび５Ｂは、検出器ホイールプロフィル１１８を有する検出器ホイール１１６を、一例として平面図（図５Ａ）と側面図（図５Ｂ）で示している。図６は、検出器ホイールプロフィル１１８の別案の実施形態を側面図で示している。検出器ホイール１１６は少なくとも１つのプロフィル部材１３４を有する。図５Ｂの実施形態のプロフィル部材１３４が検出器ホイール１１６の幅全体にわたって延びるのに対して、図６の別案の実施形態におけるプロフィル部材１３４は幅にわたって型押しされて、幅に型押しされたトラックを形成する。たとえばプロフィル部材１３４は、図６に見られるとおり、それぞれ菱形の構成を有することができる。しかしながらこれ以外の形状も考えられる。少なくとも１つのプロフィル部材１３４は、特に次の群から選択されていてよい：膨出部、特にピン状、歯状、または鋸歯状の膨出部、たとえば歯；溝；切欠き、たとえば穴；検出器ホイールの幅に型押しされたトラック。検出器ホイール１１６は、次の群から選択される少なくとも１つの材料を有することができる：導電性材料；強磁性材料；金属。特にプロフィル部材１３４は、次の群から選択される少なくとも１つの材料を有することができる：導電性材料；強磁性材料；金属。特にセンサシステム１１０は、少なくとも２つの検出器ホイール１１６を有することができる。特にこれらの検出器ホイール１１６は、それぞれ異なる検出器ホイールプロフィル１１８を有することができる。

センサシステム１１０は、励起コイル１２４と受信コイル１２６の間の誘導式結合および／または誘導式結合の変化を検出するようにセットアップされていてよい。さらにセンサシステム１１０は、位相検出器１２８の電気的な測定信号を検出するようにセットアップされていてよい。この電気的な測定信号は、特に電圧信号であってよい。位相検出器１２８の電気的な測定信号は、特に磁気センサ素子１３２の、特にホール素子の電気的な測定信号であってよい。特にセンサシステム１１０は、検出器ホイール１１６の運動および／または位置によって惹起される、励起コイル１２４と受信コイル１２６の間の誘導式結合および／または誘導式結合の変化を検出するようにセットアップされていてよい。さらにセンサシステム１１０は、検出器ホイールの位置によって惹起される位相検出器１２８の電気的な測定信号を検出するようにセットアップされていてよい。さらにセンサシステム１１０は、検出器ホイール１１６の運動および／または位置によって惹起される、励起コイル１２４と受信コイル１２６の間の誘導式結合および／または誘導式結合の変化から、回転する部材の角度位置を決定するようにセットアップされていてよい。さらに、センサシステム１１０は、検出器ホイール１１６の位置によって惹起される位相検出器１２８の少なくとも１つの電気的な測定信号を用いて、回転する部材の角度位置および／または回転数を決定するようにセットアップされていてよい。特にセンサシステム１１０は、検出器ホイール１１６の位置によって惹起される位相検出器１２８の少なくとも２つの電気的な測定信号を用いて、回転する部材の角度位置および／または回転数を決定するようにセットアップされていてよい。

特にセンサシステム１１０は、位相検出器１２８の電気的な測定信号を、ここには図示しない制御装置へ転送するようにセットアップされていてよい。さらにセンサシステム１１０は、評価ユニット１４８を有することができる。評価ユニットは少なくとも１つの評価回路を有することができる。評価ユニットは、図４に示すように、コイル構造１１２とともに共通の回路支持体１１４の上に配置されていてよい。評価ユニットは、コイル構造１１２から分離されて、別の回路支持体１１４の上に配置されていてもよい。

回転する部材は少なくとも１つの回転軸１２０を有する。少なくとも１つの検出器ホイール１１６は回転する部材と結合可能である。検出器ホイール１１６も回転軸１２０を有することができる。特に、回転する部材と検出器ホイール１１６は共通の回転軸１２０を有することができる。回転する部材と検出器ホイール１１６は共通の回転軸１２０を中心として回転することができる。図１に示すように、検出器ホイール１１６は回転時に、たとえば検出器ホイール１１６および／または検出器ホイール１１６の円弧を中心として同心的に取り付けられた誘導式の位置センサ１２２のコイル構造１１２の上を通過する。励起コイル１２４に励起電圧を印加することができる。励起コイル１２４をたとえば０．５から１０Ｖの電圧、好ましくは１．５Ｖの電圧で負荷することができ、ならびに１ＭＨｚから１０ＭＨｚ、特別に好ましくは５ＭＨｚの周波数で負荷されてよい。少なくとも１つの受信コイル１２６は、反対方向を向く少なくとも２つの部分巻線１４２を有することができる。受信コイル１２６で誘導される電圧は、たとえば検出器ホイール１１６が存在しないとき、励起コイル１２４が電圧で負荷されているときでもゼロであってよい。検出器ホイールプロフィル１１８は、コイル構造１１２の上を通過するとき、励起コイル１２４と受信コイル１２６の間の誘導式結合を変化させ得る。本発明による方法に基づき、本実施例では、誘導式の位置センサ１２２による少なくとも１つの誘導式信号の、たとえば電圧信号の記録は、検出器ホイール１１６の位置および／または検出器ホイール１１６の運動によって惹起することができる誘導式結合および／または誘導式結合の変化に準じて行われる。さらに本方法は、検出器ホイール１１６の角度位置の決定を含むことができる。検出器ホイール１１６の角度位置は、回転する部材の角度位置に相当することができる。特にセンサシステム１１０は、電圧供給がオンになったときの回転する部材の角度位置の利用可能性を可能化するようにセットアップされていてよい（”Ｔｒｕｅ−Ｐｏｗｅｒ−Ｏｎ”機能）。さらに検出器ホイール１１６は回転時に、位相検出器１２８の磁気センサ素子１３２の上を通過する。検出器ホイールプロフィル１１８は、磁場発生器１３０により生成される磁場に影響を及ぼすことができる。さらに本発明の方法に基づき、本実施例では、磁気センサ素子１３２の位相検出器信号の、特に電圧信号の記録は、検出器ホイール１１６の位置によって惹起される磁場に準じて行われる。さらに本方法は、少なくとも１つの位相検出器信号を用いての、検出器ホイールの角度位置の決定および／または回転する部材の回転数の決定を含むことができる。さらに本方法は、ここには図示しない評価回路による、少なくとも１つの検出された位相検出器信号の評価を含むことができる。さらに本方法は、図面には同じく示さない制御装置への、検出された少なくとも１つの位相検出器信号の転送を含むことができる。

１１０ センサシステム
１１２ コイル構造
１１４ 回路支持体
１１６ 検出器ホイール
１１８ 検出器ホイールプロフィル
１２０ 回転軸
１２２ 誘導式の位置センサ
１２４ 励起コイル
１２６ 受信コイル
１２８ 位相検出器
１３０ 磁場発生器
１３２ 磁気センサ素子
１３４ プロフィル部材
１３６ 中間スペース
１４２ 部分巻線

Claims (14)

1. 少なくとも１つの回転軸を中心として回転する部材の少なくとも１つの回転特性を決定するためのセンサシステム（１１０）であって、前記センサシステム（１１０）が前記回転する部材と結合可能な少なくとも１つの検出器ホイール（１１６）を有し、前記検出器ホイール（１１６）が検出器ホイールプロフィル（１１８）を有し、前記センサシステム（１１０）が少なくとも１つの誘導式の位置センサ（１２２）を有し、前記誘導式の位置センサ（１２２）が少なくとも１つの励起コイル（１２４）と少なくとも１つの受信コイル（１２６）とを含む少なくとも１つのコイル構造（１１２）を有する、そのようなセンサシステムにおいて、
   さらに前記センサシステム（１１０）が少なくとも１つの位相検出器（１２８）を有し、前記位相検出器（１２８）が少なくとも１つの磁場発生器（１３０）と少なくとも１つの磁気センサ素子（１３２）とを有することを特徴とするセンサシステム。
2. 前記磁気センサ素子（１３２）がホール素子および磁気抵抗素子の群から選択される少なくとも１つの素子を有する、請求項１に記載のセンサシステム（１１０）。
3. 前記コイル構造（１１２）が少なくとも１つの回路支持体（１１４）の上に配置され、前記回路支持体（１１４）が前記回転軸（１２０）に対して実質的に同軸に配置され、前記回路支持体（１１４）が前記検出器ホイール（１１６）または前記検出器ホイール（１１６）の円弧を実質的に円形に取り囲む、請求項１または２に記載のセンサシステム（１１０）。
4. 前記回路支持体（１１４）が前記検出器ホイール（１１６）または前記検出器ホイール（１１６）の円弧を実質的に円形に取り囲み、前記コイル構造（１１２）が少なくとも１つの角度位置のとき少なくとも１つのプロフィル部材（１３４）と、前記検出器ホイール（１１６）の２つのプロフィル部材（１３４）の間の少なくとも１つの中間スペース（１３６）とを覆う、請求項１から３のいずれか１項に記載のセンサシステム（１１０）。
5. 前記センサシステム（１１０）が前記励起コイル（１２４）と前記受信コイル（１２６）の間の誘導式結合および／または誘導式結合の変化を検出するようにセットアップされ、さらに前記センサシステム（１１０）が前記位相検出器（１２８）の電気的な測定信号を検出するようにセットアップされる、請求項１から４のいずれか１項に記載のセンサシステム（１１０）。
6. 前記センサシステム（１１０）が前記検出器ホイール（１１６）の運動および／または位置によって惹起される前記励起コイル（１２４）と前記受信コイル（１２６）の間の誘導式結合および／または誘導式結合の変化を検出するようにセットアップされ、さらに前記センサシステム（１１０）が前記検出器ホイール（１１６）の位置によって惹起される前記位相検出器（１２８）の電気的な測定信号を検出するようにセットアップされる、請求項１から５のいずれか１項に記載のセンサシステム（１１０）。
7. 前記センサシステム（１１０）が前記検出器ホイール（１１６）の運動および／または位置によって惹起される前記励起コイル（１２４）と前記受信コイル（１２６）の間の誘導式結合および／または誘導式結合の変化から前記回転する部材の角度位置を決定するようにセットアップされ、さらに前記センサシステム（１１０）が前記検出器ホイール（１１６）の位置によって惹起される前記位相検出器（１３２）の少なくとも１つの電気的な測定信号を用いて前記回転する部材の角度位置および／または回転数を決定するようにセットアップされる、請求項１から６のいずれか１項に記載のセンサシステム（１１０）。
8. 前記センサシステム（１１０）が電圧供給がオンになったときに前記回転する部材の角度位置の利用可能性を可能にするようにセットアップされる、請求項１から７のいずれか１項に記載のセンサシステム（１１０）。
9. 少なくとも１つの前記受信コイル（１２６）が少なくとも２つの部分巻線（１４２）から構成され、直接的に連続する前記部分巻線（１４２）が反対方向に向いている、請求項１から８のいずれか１項に記載のセンサシステム（１１０）。
10. 前記検出器ホイールプロフィル（１１８）が少なくとも１つのプロフィル部材（１３４）を有する、請求項１から９のいずれか１項に記載のセンサシステム（１１０）。
11. 前記センサシステム（１１０）が少なくとも２つの前記検出器ホイール（１１６）を有する、請求項１から１０のいずれか１項に記載のセンサシステム（１１０）。
12. ２つの前記検出器ホイール（１１６）がそれぞれ異なる前記検出器ホイールプロフィル（１１８）を有する、請求項１から１１のいずれか１項に記載のセンサエレメント（１１０）。
13. 少なくとも１つの回転軸（１２０）を中心として回転する部材の少なくとも１つの回転特性を決定する方法において、前記方法が前記回転する部材と結合可能な少なくとも１つの検出器ホイール（１１６）の利用を含み、前記検出器ホイール（１１６）が検出器ホイールプロフィル（１１８）を有し、さらに前記方法が次の各ステップを含み、
    少なくとも１つの誘導式の位置センサ（１２２）によって少なくとも１つの誘導式の信号が記録され、前記誘導式の位置センサ（１２２）が少なくとも１つの励起コイル（１２４）と少なくとも１つの受信コイル（１２６）とを含む少なくとも１つのコイル構造（１１２）を有し、および、
    少なくとも１つの位相検出器（１２８）によって少なくとも１つの位相検出器信号が記録され、前記位相検出器（１２８）が少なくとも１つの磁場発生器（１３０）と少なくとも１つの磁気センサ素子（１３２）とを有している方法。
14. 前記方法が、前記検出器ホイール（１１６）の位置および／または運動に依存する前記コイル構造（１１２）における検出された誘導式結合および／または誘導式結合の変化を用いた前記回転する部材の角度位置の決定を含み、さらに前記方法が、前記検出器ホイール（１１６）の位置によって惹起される少なくとも１つの位相検出器信号を用いた前記回転する部材の角度位置および／または回転数の決定を含む、請求項１３に記載の方法。

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