JP4907770B2 - フラックスゲート・センサを使用する位置エンコーダ - Google Patents

Description

【０００１】
（発明の分野）
本発明は、位置エンコーダに関し、より具体的には、フラックスゲート・センサを使用して、固定基準に関する可動物体の位置の一次関数である出力信号を生成する位置エンコーダに関する。
【０００２】
（発明の背景）
一般に、位置エンコーダは、固定基準点に関する可動物体の瞬間的な物理的位置を求め、このような位置情報を処理ツールが使用できる形式に変換する装置である。通常、位置エンコーダは、位置情報を電気信号に変換し、その電気信号をアナログまたはディジタル信号プロセッサに供給する。位置エンコーダは、回転シャフトまたはトロイダル構造の場合のように角位置を求めるものもあれば、スライド式制御アクチュエータの場合のように線形位置を求めるものもある。理想的な位置エンコーダは、可動物体の位置の一次関数である出力信号を生成する。経時的にサンプリングした瞬間的な位置情報を使用すると、速度や加速度など、位置の高次導関数を求めることができる。
【０００３】
典型的な位置エンコーダは、機械的、電気的（たとえば、容量センサ）、光学的、または磁気的に動作する。機械的エンコーダは可動物体との物理的な接触をあてにするものであり、可動物体上のアクチュエータが電気機械変換器と物理的に相互作用して電気信号を生成する。光学エンコーダは可動物体に関連する照射マーキングから反射した光を受け取り、受け取った光の変動を電気信号に変換する。磁気エンコーダは、通常、フラックスゲート・センサ、磁気抵抗センサ、巨大磁気抵抗センサ、またはホール効果センサのいずれかを使用する。フラックスゲート・センサ磁気エンコーダは、フラックスゲート・センサを使用して可動物体に取り付けられた磁気素子によって発生した磁界を検出し、大きさや極性など磁界の諸相を物体の位置および運動方向に対応する電気信号に変換する。ホール効果センサ磁気エンコーダは、導電導体上の磁界のホール効果を変換して、物体の位置に対応する信号を生成する。フラックスゲート位置エンコーダは、数桁分、ホール効果位置エンコーダより敏感であり、したがって、磁界を発生する磁気素子に極めて接近してセンサを設けることが困難と思われる応用例では好ましいものである。たとえば、磁気素子を取り入れて自動車のタイヤの角位置を求めるための応用例では、道路の泥、オイル、グリース、氷、雪によって発生した苛酷な環境のためにホール効果センサが必要とする近接性を維持することが困難であるが、フラックスゲート・センサは数インチの距離をおいて動作することができる。
【０００４】
フラックスゲート・センサは、感知軸に沿って配置されたコアの周りに１回または数回巻き付けた電気導体を含む。このコアは、鉄とニッケルの合金などの透磁性の高い材料を含む、任意の磁気飽和材料にすることができる。高い透磁性と低い保磁力を示す可飽和合金が好ましい。外部駆動回路は、一方の極性と反対極性とで交互に飽和するようにセンサを駆動する。この外部駆動回路は、コアが飽和するまで一方向に巻線を通る電流を駆動する。コアが飽和すると、駆動回路は、コアが反対極性で飽和するまで巻線内の電流を逆転させる。外部磁界がない場合、駆動回路が各方向に電流を駆動する時間量は同じになり、すなわち、時間の関数としての巻線を通る電流の波形は左右対称になる。外部磁界の存在は一方の極性でのコアの飽和を「助ける」（すなわち、強化する）が、外部磁界は反対極性でのコアの飽和を妨げる。したがって、外部磁界がある場合、時間の関数としての巻線を通る電流の波形は非対称になる。というのは、外部磁界によって強化される飽和の極性の方がより迅速に飽和が発生するからである。この非対称の量は、大きさや方向など、外部磁界の特性を求めるために使用することができる。
【０００５】
磁気素子の二極性により、回転磁気素子の外周部での位置および向きが固定されているフラックスゲート・センサは周期的なシヌソイド出力を発生する。同様に、その極軸に沿って移動可能な磁気素子に平行して位置および向きが固定されているフラックスゲート・センサは、磁気素子がフラックスゲート・センサを通り過ぎて極間を移動すると、ほぼ１サイクル分のシヌソイドを発生する。従来技術のフラックスゲート位置エンコーダは、磁気素子の位置の一次関数である出力信号に対して、フラックスゲート・センサから結果として得られるシヌソイドをマッピングする。このようなマッピングは、大量の処理資源を必要とし、エラーが発生しやすい。というのは、結果として得られるシヌソイドは真の閉形シヌソイドではなく、温度やシャフトの振れ（すなわち、回転軸の移動）などの様々な要因によって形状が変化する傾向があるからである。シヌソイドの形状が変化すると、マッピング機能の出力は線形ではなくなり、位置表現にエラーをもたらすことになる。このマッピング機能は、このような変動を補償するために適応型になるよう設計することができるが、適応マッピング機能はマッピングの複雑さをさらに増すことになる。
【０００６】
シヌソイドはそのゼロ交差（すなわち、シヌソイドが正から負へまたはその逆に変化するところ）の領域内で実質的に線形であるので、従来技術のフラックスゲート位置エンコーダの中には、フラックスゲート・センサの出力を直接使用し、センサ出力が線形範囲に拘束されるように磁気素子の運動範囲を制限するものもある。この制限された運動範囲はこのタイプのエンコーダにとって重大な欠点である。さらに、制限された運動範囲内でも、磁気素子の運動によって出力がシヌソイドのゼロ交差から離れるにつれてエラー（真の線形伝達関数に関するもの）が増加する。
【０００７】
従来技術の位置エンコーダにとってもう１つの欠点は振れに対する感度である。振れは、可動物体の所期の移動経路からの移動として定義されている。たとえば、回転位置エンコーダの可動物体は、通常、回転軸の周りを回転するシャフトであり、シャフトが回転するとシャフトの外周部が環状エンベロープを維持するようになっている。軸受けが経時的に摩滅するにつれて、理想的な回転軸の周りの回転は偏心的なものになる可能性があり、シャフトが回転するにつれてシャフトの外周部が変則エンベロープをたどるようになる。このような理想的な環状エンベロープからの逸脱は当技術分野では振れと呼ばれている。線形位置エンコーダの場合、可動物体は線形軸に沿って理想的に移動する。可動物体の運動がこの移動（たとえば、横方向の移動）の線形軸から逸脱すると振れが発生する。
【０００８】
本発明の一目的は、以下に明らかになるその他の利点を提供しながら、前述の欠点を実質的に克服するかまたは低減する位置エンコーダを提供することにある。
【０００９】
（発明の概要）
本発明は、基準位置に対する移動体の位置を表す出力を供給するための位置エンコーダである。このシステムは、移動体に固定して取り付けられ、極軸に沿って配置された対向磁極を有し、磁界を発生する少なくとも１つの磁気素子を含む。本発明のいくつかの形態では、磁気素子と移動体を単一の統合ユニットに結合することができる。このシステムは、磁界を検出するための第１の空間的に直交するフラックスゲート・センサ対と第２の空間的に直交するフラックスゲート・センサ対とをさらに含む。第１のセンサ対は第１の所定の距離をおいて極軸に隣接して配置され、第２の対は第２の所定の距離、たとえば、第１の所定の距離の２倍の距離をおいて極軸に隣接して配置される。このシステムは、第１のセンサ対からの信号と第２のセンサ対からの信号を受け取るための信号プロセッサをさらに含む。信号プロセッサは、移動体の相対位置と、第１のセンサ対からの信号と第２の対からの信号の関数とを表す出力信号を生成する。好ましい実施形態では、結果として得られる出力信号と移動体の位置との関係は実質的に線形になる。
【００１０】
他の実施形態では、出力信号は移動体の相対角位置を表す情報を含み、移動体は回転軸を有する回転シャフトを含む。回転磁気素子は、回転軸に対して実質的に垂直な平均軸直角平面を定義する。
【００１１】
他の実施形態では、第１のセンサ対と第２のセンサ対はそれぞれ、磁界の動径成分を感知するための動径センサと、磁界の接線成分を感知するための接線センサとを含む。好ましくは、第１のセンサ対の動径センサは動径成分信号を生成するために第２のセンサ対の動径センサに直列に対向して電気的に接続され、第１のセンサ対の接線センサは接線成分信号を生成するために第２のセンサ対の接線センサに直列に対向して電気的に接続される。
【００１２】
他の直線実施形態では、すべてのセンサは回転軸に対して垂直で平均軸直角平面内のセンサ軸に沿って配置されている。第１のセンサ対の接線センサは距離Ｒ１をおいて配置され、第２のセンサ対の接線センサは距離Ｒ２をおいて配置され、第１のセンサ対の動径センサは距離Ｒ３をおいて配置され、第２のセンサ対の動径センサは距離Ｒ４をおいて配置される。好ましくは、距離Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は、第１の比率Ｒ３／Ｒ１が実質的に２^1/3に等しくなり、第２の比率Ｒ４／Ｒ２が実質的に２^1/3に等しくなり、第３の比率Ｒ２／Ｒ１が実質的に２に等しくなり、第４の比率Ｒ４／Ｒ３が２に等しくなるように選択される。
【００１３】
他の実施形態では、移動体の位置が直線位置を含み、移動体が極軸に対して平行な運動軸に沿って配置された細長い棒状要素を含む。第１および第２のフラックスゲート・センサ対は基準位置に対して固定されている。好ましくは、第１のセンサ対と第２のセンサ対はそれぞれ、磁界の動径成分を感知するための動径センサと、磁界の接線成分を感知するための接線センサとを含む。好ましくは、第１のセンサ対の動径センサは動径成分信号を生成するために第２のセンサ対の動径センサに直列に対向して電気的に接続され、第１のセンサ対の接線センサは接線成分信号を生成するために第２のセンサ対の接線センサに直列に対向して電気的に接続される。
【００１４】
他の実施形態では、すべてのセンサは線形運動軸に対して実質的に垂直な軸に沿って配置され、第１のセンサ対の接線センサは距離Ｒ１をおいて配置され、第２のセンサ対の接線センサは距離Ｒ２をおいて配置され、第１のセンサ対の動径センサは距離Ｒ３をおいて配置され、第２のセンサ対の動径センサは距離Ｒ４をおいて配置される。好ましくは、距離Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は、第１の比率Ｒ３／Ｒ１が実質的に２^1/3に等しくなり、第２の比率Ｒ４／Ｒ２が実質的に２^1/3に等しくなり、第３の比率Ｒ２／Ｒ１が実質的に２に等しくなり、第４の比率Ｒ４／Ｒ３が２に等しくなるように選択される。
【００１５】
本発明の他の実施形態では、このシステムは複数の磁気素子を含み、それぞれが極性の向きを定義するために極軸に沿って配置された対向磁極を有する。それぞれの磁気素子は磁界を発生し、すべての磁気素子は移動体の周りに均一に分散され、移動体に固定して取り付けられ、隣接磁気素子の極性の向きが交番するようになっている。このシステムは、２つの隣接磁気素子の隣接極に実質的に整列し、基準位置に関して固定された１対のフラックスゲート・センサ対をさらに含む。また、このシステムは、１対のフラックスゲート・センサ対からの第１の信号と第２の信号を受け取るための信号プロセッサも含み、第１の信号は２つの隣接磁気素子のうちの第１の磁気素子からの磁界を表し、第２の信号は２つの隣接磁気素子のうちの第２の磁気素子からの磁界を表す。信号プロセッサは、移動体の位置と、第１の信号と第２の信号の関数とを表す出力信号を生成する。
【００１６】
本発明の他の実施形態では、このシステムは、長さＬを有し、極軸に沿って配置された対向磁極を有する細長い磁気素子を含む。このシステムは、極軸から延びて極軸に対して実質的に垂直な第１のセンサ軸に沿って配置された第１のフラックスゲート・センサと第２のフラックスゲート・センサとをさらに含む。第１のセンサは第１の所定の距離Ｒ１をおいて配置され、第２のセンサは第２の所定の距離Ｒ２をおいて配置される。このシステムは、極軸から延びて極軸に対して実質的に垂直な第２のセンサ軸に沿って実質的に磁石長Ｌの半分である前記第１のセンサ軸からの距離Ｄをおいて配置された第３のフラックスゲート・センサと第４のフラックスゲート・センサとをさらに含む。第３のセンサは前記第１の所定の距離Ｒ１をおいて配置され、第４のセンサは前記第２の所定の距離Ｒ２をおいて配置される。このシステムは、第１、第２、第３、第４のフラックスゲート・センサからの複数の信号を受け取り、複数の信号の関数として移動体の位置を表す出力信号を生成するための信号プロセッサをさらに含み、移動体の運動範囲は実質的に長さＬより大きい。
【００１７】
さらに、他の実施形態では、このシステムは、回転可能移動体に固定して取り付けられ、移動体の回転から片寄っている磁気素子を含み、磁気素子が移動体に関して偏心して回転するようになっている。このシステムは、磁界の動径成分を検出するための動径フラックスゲート・センサをさらに含む。動径センサは第１の所定の距離をおいて極軸に隣接して配置される。このシステムは、磁界の接線成分を検出するための接線フラックスゲート・センサを含む。接線センサは第２の所定の距離をおいて極軸に隣接して配置される。このシステムは、動径センサからの信号と接線センサからの信号を受け取るための信号プロセッサをさらに含む。信号プロセッサは、動径センサからの少なくとも１つの信号と接線センサからの少なくとも１つの信号の関数として移動体の相対位置を表す出力信号を生成する。好ましくは、結果として得られる出力信号と移動体の位置との関係は、ある範囲の角位置について実質的に線形になる。
【００１８】
本発明の上記その他の目的、その様々な特徴、ならびに本発明そのものは、添付図面とともに読んだ場合に上記の説明から、より完全に理解されるだろう。
【００１９】
（発明の詳細な説明）
本発明は、好ましくは固定基準に関する可動物体の位置の一次関数である電気出力信号を生成するための改良された位置エンコーダを対象とする。図１は、第１の空間的に直交するフラックスゲート・センサ対１０２と、第２の空間的に直交するフラックスゲート・センサ対１０４と、磁気素子１０６と、プロセッサ１０８とを含み、本発明による改良された位置エンコーダ１００の好ましい一実施形態の概略図を示している。
【００２０】
第１のセンサ対１０２は第１の接線センサ１１０と第１の動径センサ１１２とを含む。第２のセンサ対１０４は第２の接線センサ１１４と第２の動径センサ１１６とを含む。
【００２１】
磁気素子１０６は、極軸ＰＡに沿って配置されたＮ極１１８とＳ極１２０とを含む。磁気素子１０６は、平均軸直角平面を定義するように回転軸ＲＡの周りを回転する。回転軸ＲＡは、Ｎ極１１８とＳ極１２０のほぼ中間で極軸と交差し、極軸ＰＡに対して実質的に垂直である。
【００２２】
第１の接線センサ１１０と、第１の動径センサ１１２と、第２の接線センサ１１４と、第２の動径センサ１１６は、平均軸直角平面内に位置するセンサ軸ＳＡに沿って配置されている。第１の接線センサ１１０の縦の中心線は、好ましくは、所定の距離Ｒ１をおいてセンサ軸ＳＡに沿って配置されている。第１の動径センサ１１２の中心点は、好ましくは、所定の距離Ｒ３をおいてセンサ軸ＳＡに沿って配置されている。第２の接線センサ１１４の中心点は、好ましくは、所定の距離Ｒ２をおいてセンサ軸ＳＡに沿って配置されている。第２の動径センサ１１６は、所定の距離Ｒ４をおいてセンサ軸ＳＡに沿って配置されている。第１の接線出力信号Ｈ_T1を生成する第１の接線センサ１１０と、第２の接線出力信号Ｈ_T2を生成する第２の接線センサ１１４は、複合接線センサ出力信号Ｈ_T＝Ｈ_T1−Ｈ_T2をプロセッサ１０８に供給するために、図１に示すように直列に対向して電気的に接続されている。第１の動径磁気出力信号Ｈ_R1を生成する第１の動径センサ１１２と、第２の動径磁気出力信号Ｈ_R2を生成する第２の動径センサ１１６は、複合動径センサ出力信号Ｈ_R＝Ｈ_R1−Ｈ_R2をプロセッサ１０８に供給するために、図１に示すように直列に対向して電気的に接続されている。本明細書では場合によっては信号を「磁気」信号と記載するが、このような信号は磁界の現象を表すものであり、信号自体は電気、磁気、あるいは当業者にとって既知のその他のタイプのものにできることに留意されたい。直列に対向して接続された複数のセンサに共通の均質磁界により、両極性を有するセンサ巻線で複数の電流成分が発生する。結果として得られるこのような電流成分は打ち消し合い、したがって、直列に対向して接続された複数のセンサ（たとえば、センサ１１０、１１４とセンサ１１２、１１６）は共通の均質磁界をはねつける傾向がある。
【００２３】
回転軸ＲＡの周りを磁気素子１０６が回転すると、図１に示すように、極軸ＰＡからセンサ軸ＳＡまでの回転角θが定義される。回転軸ＲＡから所与の距離の場合、個々のセンサ出力信号Ｈ_TnおよびＨ_Rn（ｎが１または２のいずれかである場合）は以下の２つの式で示すようにθの関数になる。
【式１】

【式２】

式中、ｋは比例定数である。一定の回転角θの場合、センサ出力信号Ｈ_TnおよびＨ_RnもＲ^-3に比例して変動するが、この場合、Ｒは回転軸から個々のセンサまでの距離である。動径センサ出力信号の大きさは所与の距離Ｒのときに接線センサ出力信号の大きさの２倍になるので、所与の回転角θのときに動径信号振幅と接線信号振幅が等しくなるように、Ｒ^-3変動を使用し、動径／接線センサ対のセンサをそれぞれ異なる距離に配置することが可能である。図１に示すように、第１の接線センサ１１０は回転軸ＲＡから距離Ｒ１をおいてセンサ軸ＳＡに沿って配置され、第１の動径センサ１１２は回転軸ＲＡから距離Ｒ３をおいてセンサ軸ＳＡに沿って配置されている。距離Ｒ１およびＲ３は、Ｒ３／Ｒ１という比率が実質的に２^1/3に等しくなるように選択される。同様に、距離Ｒ２およびＲ４は、Ｒ４／Ｒ２という比率が実質的に２^1/3に等しくなるように選択される。信号振幅がＲ^-3変動するので、このような配置の結果、所与の回転角θの場合に動径信号振幅と接線信号振幅が等しくなる。
【００２４】
接線センサ１１０および１１４は直列に対向して電気的に接続され、動径センサ１１２および１１６は直列に対向して電気的に接続されているので、これらの電気的に接続された対は両方のセンサに共通の均質外部磁界（たとえば、地球の磁界）をはねつける。その結果、電気的に接続されたセンサ（すなわち、１１０と１１４または１１２と１１６）が回転軸ＲＡから同じ距離をおいてセンサ軸ＳＡに沿って配置されている場合、これらのセンサは磁気素子１０６が発生した局所磁界もはねつけることになる。しかし、電気的に接続されたセンサが回転軸ＲＡから等しくない距離をおいてセンサ軸ＳＡに沿って配置されている場合、磁気素子１０６からの距離の関数として磁界強度がＲ^-3変動するので、電気的に接続されたセンサは各センサが検出する磁界強度間の差に等しい正味出力を同時に生成することになる。たとえば、図１に示す本発明の図示の実施形態では、比率Ｒ２／Ｒ１＝２である場合、磁界強度がＲ^-3変動するので、第１の接線センサ出力信号Ｈ_T1は第２の接線センサ出力信号Ｈ_T2より８倍大きいものになる。したがって、複合接線センサ出力信号Ｈ_Tは、より近い個々のセンサ（すなわち、第１の接線センサ１１０）が発生した信号の７／８または８７．５％になる。同様に、比率Ｒ４／Ｒ３＝２である場合、第１の動径センサ出力信号Ｈ_R1は第２の動径センサ出力信号Ｈ_R2より８倍大きいものになり、複合動径センサ出力信号Ｈ_Rは、より近い個々のセンサ（第１の動径センサ１１２）が発生した信号の７／８または８７．５％になる。
【００２５】
プロセッサ１０８は、複合接線センサ出力信号Ｈ_Tと複合動径センサ出力信号Ｈ_Rを受け取り、以下のアルゴリズムにより、この２つの出力信号を合成して出力信号ＯＵＴ１を生成する。
【式３】

磁気素子１０６の二極性により、センサ出力信号Ｈ_TおよびＨ_Rは実質的に回転角θのシヌソイド関数になるが、式３によって定義されるプロセッサ１０８の出力信号ＯＵＴ１は実質的に回転角θの一次関数になる。出力信号ＯＵＴ１は比率計によるものであり（すなわち、この出力はそれぞれの実際値ではなく接線磁界の大きさと動径磁界の大きさの比率によって決まる）、この比率に入力を提供するセンサは平均軸直角平面内の同じ半径に沿って配置されているので、出力ＯＵＴ１は実質的に振れによるエラーを免れる。振れは、パーセントベースで距離Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４に小さい変化を発生する傾向がある。接線／動径センサ対は比較的互いに接近して位置しているので、距離Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４のわずかな変化は式３のＨ_T／Ｈ_R比率にあまり影響しない。したがって、通常のシャフトの振れは本発明のこの実施形態の線形性または正確さにあまり影響しない。
【００２６】
図２Ａは、第１の空間的に直交するフラックスゲート・センサ対２０２と、第２の空間的に直交するフラックスゲート・センサ対２０４と、磁気素子２０６と、プロセッサ２０８とを含み、本発明による改良された位置エンコーダ２００の他の実施形態の概略図を示している。
【００２７】
第１のセンサ対２０２は第１の接線センサ２１０と第１の動径センサ２１２とを含む。第２のセンサ対２０４は第２の接線センサ２１４と第２の動径センサ２１６とを含む。
【００２８】
磁気素子２０６は、極軸ＰＡに沿って配置されたＮ極２１８とＳ極２２０とを含む。磁気素子２０６は、実質的に極軸ＰＡと同一線上にある線形軸ＬＡに沿って移動する。本発明の他の実施形態では、磁気素子２０６は可動物体（図示せず）に固定して取り付けることもできる。
【００２９】
第１の接線センサ２１０と、第１の動径センサ２１２と、第２の接線センサ２１４と、第２の動径センサ２１６は、線形軸ＬＡに対して実質的に垂直なセンサ軸ＳＡに沿って配置されている。第１の接線センサ２１０の縦の中心線は、好ましくは、所定の距離Ｒ１をおいてセンサ軸ＳＡに沿って配置されている。第１の動径センサ２１２のおおよその中心点は、好ましくは、所定の距離Ｒ３をおいてセンサ軸ＳＡに沿って配置されている。第２の接線センサ２１４の縦の中心線は、好ましくは、所定の距離Ｒ２をおいてセンサ軸ＳＡに沿って配置されている。第２の動径センサ２１６のおおよその中心点は、所定の距離Ｒ４をおいてセンサ軸ＳＡに沿って配置されている。第１の接線出力磁気信号Ｈ_T1を生成する第１の接線センサ２１０と、第２の接線出力磁気信号Ｈ_T2を生成する第２の接線センサ２１４は、複合接線センサ出力磁気信号Ｈ_T＝Ｈ_T1−Ｈ_T2をプロセッサ２０８に供給するために、図２Ａに示すように直列に対向して電気的に接続されている。第１の動径出力信号Ｈ_R1を生成する第１の動径センサ２１２と、第２の動径出力信号Ｈ_R2を生成する第２の動径センサ２１６は、複合動径センサ出力信号Ｈ_R＝Ｈ_R1−Ｈ_R2をプロセッサ２０８に供給するために、図２Ａに示すように直列に対向して電気的に接続されている。直列に対向して接続された複数のセンサに共通の均質磁界により、両極性を有するセンサ巻線で複数の電流成分が発生する。結果として得られるこのような電流成分は打ち消し合い、したがって、直列に対向して接続された複数のセンサ（たとえば、センサ２１０、２１４とセンサ２１２、２１６）は共通の均質磁界をはねつける傾向がある。
【００３０】
線形軸ＬＡに沿って磁気素子２０６が移動すると、図２Ａに示すように、磁気素子２０６の中心線２２２からセンサ軸ＳＡまでのオフセット距離ＯＤが定義される。図１に記載した実施形態と同様に、個々のセンサ出力信号Ｈ_TnおよびＨ_Rn（ｎは１または２である）はオフセット距離ＯＤの準シヌソイド関数になる。一定のオフセット距離ＯＤの場合、センサ出力信号Ｈ_TnおよびＨ_RnもほぼＲ^-3に比例して変動するが、この場合、Ｒは極軸ＰＡから個々のセンサまでの距離である。センサから極軸までの距離が２Ｌ（Ｌが磁石２０６の極間長である場合）より小さい場合、その変動は、実際の距離に応じて、Ｒ^-2またはＲ^-1としてより正確に表すことができる。動径センサ出力信号の大きさは所与の距離Ｒのときに接線センサ出力信号の大きさの２倍になるので、所与のオフセット距離ＯＤのときに両方の信号の大きさが等しくなるように、Ｒ^-3変動を使用し、動径／接線センサ対のセンサをセンサ軸に沿ってそれぞれ異なる距離に配置することが可能である。図２Ａに示すように、第１の接線センサ２１０は極軸ＰＡから距離Ｒ１をおいてセンサ軸ＳＡに沿って配置され、第１の動径センサ２１２は極軸ＰＡから距離Ｒ３をおいてセンサ軸ＳＡに沿って配置されている。距離Ｒ１およびＲ３は、Ｒ３／Ｒ１という比率が実質的に２^1/3に等しくなるように選択される。同様に、距離Ｒ２およびＲ４は、Ｒ４／Ｒ２という比率が実質的に２^1/3に等しくなるように選択される。信号の大きさがＲ^-3変動するので、このような配置の結果、所与のオフセット距離ＯＤの場合に動径信号の大きさと接線信号の大きさが等しくなる。
【００３１】
接線センサ２１０および２１４は直列に対向して電気的に接続され、動径センサ２１２および２１６は直列に対向して電気的に接続されているので、これらの電気的に接続された対は両方のセンサに共通の均質外部磁界（たとえば、地球の磁界）をはねつける。その結果、電気的に接続されたセンサ（すなわち、２１０と２１４または２１２と２１６）が極軸ＰＡから同じ距離をおいてセンサ軸ＳＡに沿って配置されている場合、これらのセンサは磁気素子２０６が発生した局所磁界もはねつけることになる。しかし、電気的に接続されたセンサが極軸ＰＡから等しくない距離をおいてセンサ軸ＳＡに沿って（または動径成分センサの場合はＰＡから等しい距離をおいて極軸ＰＡの両側に）配置されている場合、磁気素子２０６からの距離の関数として磁界強度がほぼＲ^-3変動するので、電気的に接続されたセンサは各センサが検出する磁界強度間の差に等しい正味出力を同時に生成することになる。図２Ａに示す本発明の実施形態では、比率Ｒ２／Ｒ１＝２である場合、磁界強度がＲ^-3変動するので、第１の接線センサ出力磁気信号Ｈ_T1は第２の接線センサ出力磁気信号Ｈ_T2より８倍大きいものになる。したがって、複合接線センサ出力信号Ｈ_Tは、より近い個々のセンサ（すなわち、第１の接線センサ２１０）が発生した信号の７／８または８７．５％になる。同様に、比率Ｒ４／Ｒ３＝２である場合、第１の動径センサ出力Ｈ_R1は第２の動径センサ出力信号Ｈ_R2より８倍大きいものになり、複合動径センサ出力Ｈ_Rは、より近い個々のセンサ（すなわち、第１の動径センサ２１２）が発生した信号の７／８または８７．５％になる。Ｒ２／Ｒ１およびＲ４／Ｒ３というその他の比率を使用して、同様の結果を得ることもできる。
【００３２】
プロセッサ２０８は、複合接線センサ出力信号Ｈ_Tと複合動径センサ出力信号Ｈ_Rを受け取り、以下のアルゴリズムにより、この２つの出力信号を合成してＯＵＴ２を生成する。
【式４】

磁気素子２０６の二極性により、センサ出力信号Ｈ_TおよびＨ_Rはオフセット距離ＯＤの準シヌソイド関数になるが、式４によって定義されるプロセッサ２０８の出力ＯＵＴ２は実質的にオフセット距離ＯＤの一次関数になる。この出力は比率計によるものであり、すなわち、この出力はそれぞれの実際値ではなく接線磁界の大きさと動径磁界の大きさの比率によって決まるので、出力ＯＵＴ２は実質的に振れによるエラーを免れる。振れは、パーセントベースで距離Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４に小さい変化を発生する傾向がある。接線／動径センサ対は比較的互いに接近して位置しているので、距離Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４のわずかな変化は式４のＨ_T／Ｈ_R比率にあまり影響しない。したがって、磁気素子２０６が線形運動軸から離れる通常の振れは本発明のこの実施形態の線形性または正確さにあまり影響しない。
【００３３】
図２Ｂは、図２Ａに示す実施形態の変形形態を示している。図２Ｂの動径センサ２１２および２１６は、等しい距離Ｒ３をおいて磁気素子２０６の両側に位置している。磁気素子２０６の両側の磁界の動径成分は両方向に向いており、センサ２１２および２１６は、直列に対向して配置されると、両方のセンサに共通の磁界をはねつけながら、磁気素子２０６の動径成分を等しく合算することになる。
【００３４】
図３は、磁気素子２０６の運動とセンサ出力との関係を式３のアルゴリズムが線形化する程度をグラフ形式で示している。図３の縦軸２５０は１０倍したガウス単位でセンサの出力を表しており、横軸２５２はセンサ軸ＳＡに対する磁気素子１０６の位置をミリ単位で表している。横軸上のゼロは、センサ軸ＳＡがＮ極２１８とＳ極２２０の中間で極軸ＰＡと交差する点を表している。第１の曲線２５４は複合接線センサ出力磁気信号Ｈ_Tを表し、第２の曲線２５６は複合動径センサ出力磁気信号Ｈ_Rを表し、第３の曲線２５８はプロセッサ２０８の出力ＯＵＴ２を表している。いずれの複合センサ出力信号も重大なシヌソイド特性を備えていないが、出力ＯＵＴ２は実質的に線形であり、オフセット距離ＯＤが±２０ｍｍ、±２４ｍｍ、±２８ｍｍのときに線形性エラーがそれぞれ０．４６％、１．０８％、１．３７％になる。Ｒ１（第１の接線センサ２１０から極軸ＰＡまでの距離）が磁気素子２０６の極間の長さの約０．３６％であるときに、このような結果になる。図３に示す曲線を発生する例示的な実施形態では、磁気素子２０６の極間の長さは５０ｍｍであり、距離Ｒ１は１８ｍｍである。
【００３５】
図４は、第１のフラックスゲート・センサ３０２と、第２のフラックスゲート・センサ３０４と、磁気素子３０６と、円筒形のシャフトなどの回転可能可動物体３０８と、プロセッサ３１０とを含み、本発明による改良された位置エンコーダ３００の他の実施形態の概略図を示している。磁気素子３０６は、極軸ＰＡに沿って配置されたＮ極３１２とＳ極３１４とを含む。回転可能可動物体３０８は、平均軸直角平面を定義するように回転軸ＲＡの周りを回転する。磁気素子３０６は、平均軸直角平面内の回転可能可動物体３０８に固定して取り付けられ、回転軸ＲＡから片寄っており、極軸ＰＡが回転可能可動物体３０８の放射軸（すなわち、回転軸ＲＡを通過する軸）に対して平行になり、回転軸ＲＡから極軸ＰＡまでの距離が所定の距離Ｒ３になるようになっている。回転可能可動物体３０８の角位置は、第１のセンサ軸ＳＡ１などの固定基準と物体３０８の半径との角度であるθによって記述される。回転可能物体３０８と取り付けられた磁気素子３０６が図５に示す位置になると、角度θ＝０になる。
【００３６】
第１のセンサ３０２は、回転軸ＲＡと交差する第１のセンサ軸ＳＡ１に沿って配置されている。第１のセンサ３０２から回転軸ＲＡまでの距離は所定の距離Ｒ１である。第２のセンサ３０４は、回転軸ＲＡと交差する第２のセンサ軸ＳＡ２に沿って配置され、第１のセンサ軸ＳＡ１に対して実質的に垂直になっている。第２のセンサ３０２から回転軸ＲＡまでの距離は所定の距離Ｒ２である。接線出力信号Ｈ_Tを生成する第１のセンサ３０２と、動径出力信号Ｈ_Rを生成する第２の接線センサ３０４は、複合センサ出力信号Ｈ_C＝Ｈ_T＋Ｈ_Rをプロセッサ３０８に供給するために、図４に示すように直列に電気的に接続されている。
【００３７】
図５は、複合信号Ｈ_Cおよび理想的なシヌソイド３２０とともにセンサ出力Ｈ_TおよびＨ_Rをグラフで示している。理想的なシヌソイド３２０は符号移行領域内でいくらか線形になるが（θ＝０）、このシヌソイドは角位置θが±９０度に近づくにつれて著しく非線形になる。Ｈ_TおよびＨ_Rに対応する曲線が示すように、磁気素子３０６を回転軸ＲＡから偏心して片寄らせると、線形領域が大幅に延長される。曲線Ｈ_Cが示すように、この２つのセンサ出力を合計すると、線形領域がほぼ±９０度までさらに延長される。真の線形性に関する曲線Ｈ_Cの標準偏差は約０．７８％である。
【００３８】
図４に示す配置の有用性の一態様は、角位置θの範囲が１８０度程度に制限されている限り、プロセッサ３１０が複雑なマッピング機能を実行する必要がないことである。このような応用例では、プロセッサ３１０は、出力ＯＵＴ３を駆動し、出力ＯＵＴ３を受け取る外部装置からセンサ３０２および３０４を分離するために、単純なバッファ回路だけを含んでいればよい。
【００３９】
図６Ａは、第１のフラックスゲート・センサ４０２と、第２のフラックスゲート・センサ４０４と、第３のフラックスゲート・センサ４０６と、第４のフラックスゲート・センサ４０８と、磁気素子４１０と、プロセッサ４１２とを含み、本発明による改良された位置エンコーダ４００の他の実施形態の概略図を示している。図示の実施形態では、４つのセンサ４０２、４０４、４０６、４０８はいずれも、極軸ＰＡに対して実質的に垂直な方向に磁界成分を検出するように向けられているが、当業者であれば、センサがその他の向きになっていても同様の結果が得られることが分かるだろう。磁気素子４１０は、極軸ＰＡに沿って配置されたＮ極４１４とＳ極４１６とを含む。磁気素子４１０は、実質的に極軸ＰＡと同一線上にある線形軸ＬＡに沿って移動する。本発明の他の実施形態では、磁気素子は可動物体（図示せず）に固定して取り付けることもできる。第１のセンサ４０２と第２のセンサ４０４は第１のセンサ軸ＳＡ１に沿って配置され、第３のセンサ４０６と第４のセンサ４０８は第２のセンサ軸ＳＡ２に沿って配置されている。センサ軸ＳＡ１およびＳＡ２は、線形軸ＬＡに対して実質的に垂直であり、実質的に互いに平行であり、距離３だけ分離されているが、この場合、Ｒ３は実質的に磁気素子４１０の極間長の半分に等しい。第１のセンサ４０２と第３のセンサ４０６は所定の距離Ｒ１をおいて、それぞれ第１のセンサ軸ＳＡ１と第２のセンサ軸ＳＡ２に沿って配置されている。第２のセンサ４０４と第４のセンサ４０３は所定の距離Ｒ２をおいて、それぞれ第１のセンサ軸ＳＡ１と第２のセンサ軸ＳＡ２に沿って配置されている。第１の動径出力信号Ｈ_R1を生成する第１のセンサ４０２と、第２の動径出力信号Ｈ_R2を生成する第２のセンサ４０４は、第１の複合センサ出力信号Ｈ_C1＝Ｈ_R1−Ｈ_R2をプロセッサ４１２に供給するために、図６Ａに示すように直列に対向して電気的に接続されている。第３の動径出力信号Ｈ_R3を生成する第３のセンサ４０６と、第４の動径出力信号Ｈ_R4を生成する第４のセンサ４０８は、第２の複合動径センサ出力信号Ｈ_C2＝Ｈ_R3−Ｈ_R4をプロセッサ４１２に供給するために、図６Ａに示すように直列に対向して電気的に接続されている。直列に対向して接続された複数のセンサに共通の均質磁界により、両極性を有するセンサ巻線で複数の電流成分が発生する。結果として得られるこのような電流成分は打ち消し合い、したがって、直列に対向して接続された複数のセンサは共通の均質磁界をはねつける傾向がある。
【００４０】
線形軸に沿って磁気素子４１０が移動すると、図６Ａに示すように、磁気素子４２０の中心線からセンサ軸ＳＡまでのオフセット距離ＯＤが定義される。図２に記載した実施形態と同様に、個々のセンサ出力信号Ｈ_Rn（ｎは１、２、３、または４である）はオフセット距離ＯＤの準シヌソイド関数になる。第１および第２のセンサ４０２および４０４は直列に対向して電気的に接続され、第３および第４のセンサ４０６および４０８は直列に対向して電気的に接続されているので、これらの電気的に接続された対は両方のセンサに共通の均質外部磁界（たとえば、地球の磁界）をはねつける。その結果、電気的に接続されたセンサ４０２と４０４または４０６と４０８が極軸ＰＡから同じ距離をおいてそれぞれのセンサ軸ＳＡ１またはＳＡ２に沿ってそれぞれ配置されている場合、これらのセンサは磁気素子４１０が発生した局所磁界もはねつけることになる。しかし、電気的に接続されたセンサが極軸ＰＡから等しくない距離をおいてそれぞれのセンサ軸に沿って配置されている場合、磁気素子４１０からの距離の関数として磁界強度がＲ^-3変動するので、電気的に接続されたセンサは各センサが検出する磁界強度間の差に等しい正味出力を同時に生成することになる。図６Ａに示す本発明の実施形態では、比率Ｒ２／Ｒ１＝２である場合、磁界強度がＲ^-3変動するので、第１のセンサ出力信号Ｈ_R1は第２のセンサ出力信号Ｈ_R2より８倍大きいものになる。したがって、第１の複合センサ出力信号Ｈ_C1は、より近い個々のセンサ（すなわち、第１のセンサ４０２）が発生した信号の７／８または８７．５％になる。同様に、比率Ｒ４／Ｒ３＝２である場合、第３のセンサ出力Ｈ_R3は第４のセンサ出力信号Ｈ_R4より８倍大きいものになり、第２の複合接線センサ出力Ｈ_C2は、より近い個々のセンサ（第３のセンサ４０６）が発生した信号の７／８または８７．５％になる。Ｒ２／Ｒ１およびＲ４／Ｒ３というその他の比率を使用して、同様の結果を得ることもできる。
【００４１】
プロセッサ４１２は、第１の複合センサ出力信号Ｈ_C1と第２の複合センサ出力信号Ｈ_C2を受け取り、以下のアルゴリズムにより、この２つの出力信号を合成して出力信号ＯＵＴ４を生成する。
【式５】

磁気素子４１０の二極性により、センサ出力信号Ｈ_C1およびＨ_C2はオフセット距離ＯＤの準シヌソイド関数になるが、式５によって定義されるプロセッサ４１２の出力ＯＵＴ４は実質的にオフセット距離ＯＤの一次関数になる。磁気素子４１０のいずれかの端部がセンサ軸を通過するときに、限られた距離の間、センサ出力のシヌソイド性が保たれる。したがって、出力ＯＵＴ４により、磁気素子４１０の全体的な極間長を超える磁気素子４１０の所定の運動範囲において実質的にオフセット距離ＯＤの一次関数が得られる。
【００４２】
図６Ｂは、図６Ａに示す実施形態の変形形態を示している。図６Ｂの動径センサ対４０２および４０４は、等しい距離Ｒ１をおいて磁気素子４１０の両側に配置されている。動径センサ対４０６および４０８は、同様に磁気素子４１０の両側に配置されている。図２Ｂに示す実施形態に関して記載したように、磁気素子４１０の両側の磁界の動径成分は両方向に向いており、センサ４０２および４０４は（センサ４０６および４０８についても同様に）、直列に対向して配置されると、各センサ対に共通の磁界をはねつけながら、磁気素子４１０の動径成分を等しく合算することになる。
【００４３】
図６Ａおよび図６Ｂに示す実施形態では、２組のセンサ対（第１の対は４０２と４０４、第２の対は４０６と４０８）により、磁気素子４１０が発生した動径磁界の直交サンプリングが可能になる。代替実施形態では、図６Ａおよび図６Ｂの２重センサ対構成に対して信号対雑音比が増加しても、単一対のセンサ（４０２と４０４または４０６と４０８のいずれか）を使用して位置情報を得ることができる。
【００４４】
図７は、極間長が２４ｍｍ、運動範囲が３３ｍｍ、Ｒ３＝１２ｍｍ、Ｒ１＝１２．５ｍｍ、Ｒ２＝２５ｍｍである磁気素子を有するこの実施形態の一例について、プロセッサ出力ＯＵＴ４とともに複合センサ出力Ｈ_C1およびＨ_C2を示している。この例の場合、磁気素子４１０の３３ｍｍの運動範囲全体で真の線形性に関するＯＵＴ４のＲＭＳエラーはフルスケールの約０．６９％になる。
【００４５】
図８は、第１のフラックスゲート・センサ５０２と、第２のフラックスゲート・センサ５０４と、複数の磁気素子５０６と、回転可能可動物体５０８と、プロセッサ５１０とを含み、本発明による改良された位置エンコーダ５００の他の実施形態の概略図を示している。それぞれの磁気素子５０６は、極軸ＰＡ（図示せず）に沿って配置されたＮ極とＳ極とを含む。極軸ＰＡに沿ったＮ極とＳ極の相対位置により、それぞれの磁気素子５０６の極性の向きが定義される。回転可能可動物体５０８は、平均軸直角平面を形成するように基準軸Ａ１に対して垂直な回転軸ＲＡの周りを回転する。基準軸Ａ１は、回転軸ＲＡと交差し、平均軸直角平面内に位置する。磁気素子５０６は、平均軸直角平面内の回転可能可動物体５０８の外周部の周りに分散し、その外周部に固定して取り付けられ、隣接磁気素子５０６の磁性の向きが交番するようになっている。図８には、それぞれの磁気素子５０６の１つの極だけが示されており、交番する極性の向きは交番するＮ−Ｓパターンによって示されている。
【００４６】
第１のフラックスゲート・センサ５０２と第２のフラックスゲート・センサ５０４は、２つの隣接磁気素子に実質的に整列するように、基準軸Ａ１の交互の側に可動物体に５０８に隣接してそれぞれ第１のセンサ軸ＳＡ１と第２のセンサ軸ＳＡ２に沿って配置されている。センサと磁気素子が整列しているときのセンサと対応する磁気素子との相対的な向きは、好ましくは、最大量の使用可能な磁界をセンサが検出するようなものになっている。たとえば、磁気素子５０６の極軸ＰＡに沿って配置されたセンサは動径磁界センサとしての向きになっていなければならない。というのは、磁気素子の動径成分が磁界の他の成分より優勢になるからである。本発明の他の実施形態は、対応する磁気素子の磁界に関して本来は不完全な向きになるセンサを含むことができる。
【００４７】
第１のセンサ信号Ｓ１を供給する第１のフレックスゲート・センサ５０２と、第２のセンサ信号Ｓ２を供給する第２のフラックスゲート・センサ５０４は、複合センサ出力信号Ｈ_C＝Ｈ₁−Ｈ₂をプロセッサ５１０に供給するために、図８に示すように直列に対向して互いに電気的に接続されている。回転可能可動物体５０８が回転するにつれて、個々の磁気素子５０６はセンサ５０２および５０４を通り過ぎる。図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃは、出力信号Ｈ₁、Ｈ₂、Ｈ_Cをそれぞれ示している。図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃに発現する同時発生ピークは、回転可能可動物体５０８の回転中に、特定のセンサ軸（すなわち、図９Ａについてはセンサ軸ＳＡ１、図９Ｂについてはセンサ軸ＳＡ２）がそれと整列した磁気素子５０６の極軸ＰＡと交差する点を表している。隣接磁気素子５０６の交番性により、そのピークの極性が交番する。ピークは同時発生のものであり、センサは直列に対向して電気的に接続されているので、個々のセンサ５０２および５０４からの信号は推定的に合算され、複合信号Ｈ_TもＨ₁と同じ極性を備えた同時発生ピークを含む。当業者にとって周知の技法を使用して、プロセッサ５１０は、磁気素子５０６の空間分布に関する情報とともに、Ｈ_Cピークおよびゼロ交差が発生する速度から物体５０８の動的回転パラメータを求める。図８に示す実施形態の応用例の一例では、自動車のタイヤの角速度と加速度を求めている。このような応用例では、交番パターンの磁極がタイヤのサイドウォールに沿って配置され、センサが自動車のフレームに取り付けられており、タイヤが回転するにつれてタイヤのサイドウォールが実質的にセンサに隣接して通過するようになっている。
【００４８】
図８に記載した本発明の他の実施形態では、図１０に示すように、第１のセンサ対５２０および５２２は第１の半径Ｒ１の位置にセンサ軸ＳＡ１およびＳＡ２に沿って分散され、第２のセンサ対５２４および５２６は第２の半径Ｒ２の位置にセンサ軸ＳＡ１およびＳＡ２に沿って分散されている。第１のセンサ対５２０および５２２は第１の複合信号Ｈ_C1を生成するために直列に対向して互いに電気的に接続されており、第２のセンサ対５２４および５２６は第２の複合信号Ｈ_C2を生成するために直列に対向して互いに電気的に接続されている。このような配置により、プロセッサ５１０は、図８の実施形態の場合のようにいずれか一方のセンサ対から角速度と加速度を計算することができるが、図１０の実施形態ではさらに、移動体５０８における変形を測定することにより移動体５０８に対する特定の応力を計算することができる。たとえば、自動車のタイヤでは、加速度または減速度によってタイヤ内にねじれが発生し、その結果、図１１に示すような変形が発生するが、そこでは、回転方向５３０とは反対方向の外力５３２によってタイヤのサイドウォールの外側部分がサイドウォールの内側部分に対してゆがんでいる。このゆがみの結果、図１２に示すように、Ｈ_C2パルスでＨ_C1パルスに関する位相のずれが発生する。当業者にとって周知の技法を使用して、プロセッサ５１０は、Ｈ_C2パルスとＨ_C1パルスとの位相のずれを分析し、タイヤ本体に存在するねじれを求める。
【００４９】
本明細書に記載した位置エンコーダの実施形態の一部または全部は、周囲温度の変動に対応するシステム・パラメータ変動を補償する温度補償構成要素をさらに含むことができる。このようなシステム・パラメータ変動としては、磁気素子の磁界変動またはシステム構成要素の寸法変動（すなわち、長さ、直径など）を含むことができる。フラックスゲート・センサがプロセッサおよびドライバ回路に関して遠隔に位置する場合、このような補償が特に必要になる。構成要素の温度が分かっている場合、当業者にとって既知のいくつかの温度補償技法のいずれか１つを使用することができる。構成要素の温度を求める方法の１つは、構成要素とともに温度感知装置（サーミスタ、熱電対、その他の温度感知装置など）を配置することである。構成要素の温度を求めるもう１つの方法は、フラックスゲート・センサを使用することである。電気導体の抵抗がその導体の温度に直接関係があることは、当業者にとって周知のことである。フラックスゲート・センサの一実施形態は、比較的細いワイヤを数百回巻いた巻線を含み、したがって、フラックスゲート・センサの温度変動は容易に測定可能な巻線の抵抗の変動に対応する。既知の技法を使用して巻線の抵抗を求めることにより、位置エンコーダは、フラックスゲート・センサの温度を求め、それに応じて感知信号を補償する（そして、それにより出力信号を補償する）ことができる。
【００５０】
本発明は、その精神または本質的な特徴を逸脱せずに、その他の特定の形態で実施することができる。したがって、本実施形態は、細目において限定的ではなく例示的なものとして見なすべきであり、本発明の範囲は上記の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、したがって、特許請求の範囲と等価の意味および範囲に入るすべての変更はそこに包含されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 改良された位置エンコーダの好ましい一実施形態の概略図である。
【図２Ａ】 図１による位置エンコーダの他の実施形態の概略図である。
【図２Ｂ】 図２Ａに示す実施形態の変形形態を示す図である。
【図３】 磁気素子の運動とセンサ出力との関係の線形化をグラフで示す図である。
【図４】 図１による位置エンコーダの他の実施形態の概略を示す図である。
【図５】 複合信号および理想的なシヌソイドとともに、図４の実施形態からのフラックスゲート・センサ出力をグラフで示す図である。
【図６Ａ】 図１による位置エンコーダの他の実施形態の概略図である。
【図６Ｂ】 図６Ａに示す実施形態の変形形態を示す図である。
【図７】 長距離直線運動位置エンコーダの場合のプロセッサ出力とともに複合センサ出力を示す図である。
【図８】 図１による位置エンコーダの他の実施形態の概略図である。
【図９Ａ】 図８に示す実施形態からのセンサ出力をグラフで示す図である。
【図９Ｂ】 図８に示す実施形態からのセンサ出力をグラフで示す図である。
【図９Ｃ】 図８に示す実施形態からのセンサ出力をグラフで示す図である。
【図１０】 図８に記載した実施形態の変形形態の概略図である。
【図１１】 図８に記載した回転可能移動体の変形を示す図である。
【図１２】 Ｈ_C1パルスに関するＨ_C2パルスの位相のずれをグラフで示す図である。

Claims (19)

1. 基準位置に対する可動磁気素子の位置を表す実質的に線形の出力信号を供給するための位置エンコーダであって、
   極軸に沿って配置された対向磁極を有し、磁界を発生する前記可動磁気素子であって、回転軸のまわりを回転する可動磁気素子と、
   前記磁界を検出するための第１の空間的に直交するフラックスゲート・センサ対であって、前記回転軸から第１の所定の距離をおいて配置され、前記基準位置に関して固定された前記第１のセンサ対、及び前記磁界を検出するための第２の空間的に直交するフラックスゲート・センサ対であって、前記回転軸から第２の所定の距離をおいて配置され、前記基準位置に関して固定された前記第２のセンサ対と、
   ここで、前記第１のセンサ対および前記第２のセンサ対がそれぞれ、前記磁界の動径成分を感知するための動径センサと、前記磁界の接線成分を感知するための接線センサとを含み、前記第１のセンサ対の前記動径センサが動径成分信号を生成するために前記第２のセンサ対の前記動径センサと直列逆相に電気的に接続され、前記第１のセンサ対の前記接線センサが接線成分信号を生成するために前記第２のセンサ対の前記接線センサと直列逆相に電気的に接続され、前記センサの全てが、前記回転軸に対して実質的に垂直であるセンサ軸に沿って配置されている、ことを特徴とし、
   前記動径成分信号および接線成分信号を受け取り、前記動径成分信号および接線成分信号の関数として前記出力信号を生成するための信号プロセッサとを含むことを特徴とする、位置エンコーダ。
2. 前記第１の所定の距離が前記第２の所定の距離より小さいことを特徴とする、請求項１に記載の位置エンコーダ。
3. 前記第１の所定の距離が実質的に前記第２の所定の距離の半分に等しいことを特徴とする、請求項２に記載の位置エンコーダ。
4. 前記可動磁気素子の前記位置が角位置を含み、前記可動磁気素子が回転軸を有する回転シャフトを含み、前記可動磁気素子が前記回転軸に対して実質的に垂直な平均軸直角平面を定義し、前記第１および第２のフラックスゲート・センサ対が前記基準位置に対して固定されていることを特徴とする、請求項１に記載の位置エンコーダ。
5. 前記第１のセンサ対の前記接線センサが距離Ｒ１をおいて配置され、前記第２のセンサ対の前記接線センサが距離Ｒ２をおいて配置され、前記第１のセンサ対の前記動径センサが距離Ｒ３をおいて配置され、前記第２のセンサ対の前記動径センサが距離Ｒ４をおいて配置され、第１の比率Ｒ３／Ｒ１が実質的に第１の所定の値に等しくなり、第２の比率Ｒ４／Ｒ２が実質的に第２の所定の値に等しくなり、第３の比率Ｒ２／Ｒ１が実質的に第３の所定の値に等しくなり、第４の比率Ｒ４／Ｒ３が実質的に第４の所定の値に等しくなるように前記距離Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４が選択されることを特徴とする、請求項１に記載の位置エンコーダ。
6. 前記第１の所定の値が２^1/3であり、前記第２の所定の値が２^1/3であり、前記第３の所定の値が２であり、前記第４の所定の値が２であることを特徴とする、請求項５に記載の位置エンコーダ。
7. 前記第１および第２のフラックスゲート・センサ対の温度を求め、前記温度の所定の関数として前記出力信号を補償するための温度感知要素をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の位置エンコーダ。
8. 前記可動磁気素子の温度を求め、前記温度の所定の関数として前記出力信号を補償するための温度感知要素をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の位置エンコーダ。
9. 基準位置に対する移動体の位置を表す実質的に線形の出力信号を供給するための位置エンコーダであって、
   それぞれが極性の向きを定義するために極軸に沿って配置された対向磁極を有する複数の磁気素子であって、前記磁気素子のそれぞれが磁界を発生し、前記磁気素子が前記移動体の周りに均一に分散され、前記移動体に固定して取り付けられ、隣接磁気素子の前記極性の向きが交番するようになっている複数の磁気素子と、
   前記磁気素子のそれぞれ２つの隣接磁気素子の隣接極に実質的に整列し、前記基準位置に関して固定された１対のフラックスゲート・センサ対であって、前記フラックスゲート・センサ対は直列逆相に電気的に接続されている、フラックスゲート・センサ対と、
   前記フラックスゲート・センサ対からの少なくとも第１の信号と第２の信号を受け取るための信号プロセッサであって、前記第１の信号が前記磁気素子の前記２つの隣接磁気素子のうちの第１の磁気素子からの前記磁界を表し、前記第２の信号が前記磁気素子の前記２つの隣接磁気素子のうちの第２の磁気素子からの前記磁界を表し、前記第１の信号と前記第２の信号の所定の組合せに対応する前記出力信号を生成するための信号プロセッサとを含むことを特徴とする、位置エンコーダ。
10. 前記移動体の前記位置が角位置を含み、前記移動体が少なくとも１つの側壁を有するトロイドを含み、回転軸の周りを回転可能であり、前記複数の磁気素子が前記側壁上に分散されることを特徴とする、請求項９に記載の位置エンコーダ。
11. 前記隣接極の対向磁極に実質的に整列した第２のフラックスゲート・センサ対をさらに含むことを特徴とする、請求項９に記載の位置エンコーダ。
12. 前記信号プロセッサが前記第２のフラックスゲート・センサ対からの少なくとも第３の信号と第４の信号とを受け取り、前記信号プロセッサが前記少なくとも１つの側壁の変形に対応する第２の出力信号をさらに生成することを特徴とする、請求項１１に記載の位置エンコーダ。
13. 基準位置に対する、極軸に平行な運動軸に沿った移動体の位置を表す出力信号を供給するための位置エンコーダであって、
    長さＬを有し、極軸に沿って配置された対向磁極を有し、磁界を発生する細長い磁気素子であって、前記移動体に固定して取り付けられた磁気素子であって、前記極軸にそって移動する磁気素子と、
    前記極軸から延びて前記極軸に対して実質的に垂直な第１のセンサ軸に沿って配置された第１のフラックスゲート・センサと第２のフラックスゲート・センサであって、前記第１のセンサが前記極軸から第１の所定の距離Ｒ１をおいて配置され、前記第２のセンサが前記極軸から第２の所定の距離Ｒ２をおいて配置される第１のフラックスゲート・センサと第２のフラックスゲート・センサであって、前記第１のフラックスゲート・センサと第２のフラックスゲート・センサは直列逆相に電気的に接続されている、第１のフラックスゲート・センサと第２のフラックスゲート・センサと、
    前記第１および前記第２のフラックスゲート・センサから複数の信号を受け取り、前記複数の信号の所定の組合せに対応する前記出力信号を生成するための信号プロセッサであって、前記出力信号が前記移動体の前記位置を表し、前記移動体の前記運動範囲が実質的に前記長さＬより大きくなるようになっている信号プロセッサとを含むことを特徴とする、位置エンコーダ。
14. 前記第１および前記第２のフラックスゲート・センサが、前記磁界の動径成分を検出するように向けられていることを特徴とする、請求項１３に記載の位置エンコーダ。
15. 前記第１および前記第２のフラックスゲート・センサが、前記磁界の接線成分を検出するように向けられていることを特徴とする、請求項１３に記載の位置エンコーダ。
16. 前記極軸から延びて前記極軸に対して実質的に垂直な第２のセンサ軸に沿って前記第１のセンサ軸から距離Ｄをおいて配置された第３のフラックスゲート・センサと第４のフラックスゲート・センサとをさらに含み、前記距離Ｄが実質的に前記長さＬの半分であり、前記第３のセンサが前記第１の所定の距離Ｒ１をおいて配置され、前記第４のセンサが前記第２の所定の距離Ｒ２をおいて配置され、前記第３のフラックスゲート・センサと前記第４のフラックスゲート・センサが第２の信号を生成するために直列逆相に電気的に接続されていることを特徴とする、請求項１３に記載の位置エンコーダ。
17. 前記所定の組合せが前記複数の信号を合計することを含むことを特徴とする、請求項１６に記載の位置エンコーダ。
18. 回転軸を有する回転可能移動体の基準位置に対する角位置を表す出力信号を供給するための位置エンコーダであって、
    極軸に沿って配置された対向磁極を有し、磁界を発生する少なくとも１つの磁気素子であって、前記移動体に固定して取り付けられ、前記回転軸から片寄っており、前記磁気素子が前記移動体に関して偏心して回転するようになっている少なくとも１つの磁気素子と、
    前記磁界の動径成分を検出するための動径フラックスゲート・センサであって、前記回転軸から第１の所定の距離をおいて前記極軸に隣接して配置される動径フラックスゲート・センサと、前記磁界の接線成分を検出するための接線フラックスゲート・センサであって、前記回転軸から第２の所定の距離をおいて前記極軸に隣接して配置される接線フラックスゲート・センサと、
    前記動径センサからの少なくとも１つの信号と前記接線センサからの少なくとも１つの信号を受け取り、前記動径センサからの前記少なくとも１つの信号と前記接線センサからの前記少なくとも１つの信号の所定の組合せに対応する前記出力信号を生成するための信号プロセッサであって、結果として得られる前記出力信号と前記移動体の前記位置との関係がある範囲の前記角位置について実質的に線形になるようになっている信号プロセッサとを含むことを特徴とする、位置エンコーダ。
19. 前記所定の組合せが前記動径成分を表す前記動径センサからの第１の信号と前記接線成分を表す前記接線センサからの第２の信号を合計することを含むことを特徴とする、請求項１８に記載の位置エンコーダ。

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