JP5184092B2 - 電流ループ位置センサ及び同センサを備える回転ベアリング - Google Patents

Description

本発明は、固定構造に対する可動要素の位置を求めるシステムだけでなく、固定リングに対する回転リングの角度位置を求めるシステムを備える回転ベアリングに関する。

多数の適用形態において、固定構造に対する可動要素の位置をリアルタイムに、かつ常に高精度で認識することが望ましい。詳細には、この認識を使用して、種々のパラメータの中でもとりわけ、素子の速度、加速度、または移動方向を求めることができる。

米国特許第５，０４７，７１６号は、磁気回転エンコーダまたは磁気リニアエンコーダを有する支持体を備えるモーションセンサの一般原理について説明している。先行技術におけるこの解決法では、エンコード手段を有する支持体は空間周波数λを有する。支持体は一連の磁気抵抗センサと相互作用し、これらの磁気抵抗センサは（ｎ−１／２）λの間隔で配置されて逆相の信号を供給する。この検出器は非常に多くのセンサを必要とする。この検出器は更に、適用形態の一般的な範囲に関連するものであり、自動車ホイールの回転ベアリングへの一体化には関連しない。

本発明は、自動車の移動に関する少なくとも一つのパラメータを求めるという普通の適用形態を有し、この適用形態では、少なくとも一つのホイール回転ベアリングは測定システムを含み、前記パラメータは、例えばＡＢＳまたはＥＳＰのような車両の動的制御システムに使用することができる。

フランス公開第２，７９２，４０３号には特に、可動要素に固く取り付けられるように構成されるエンコーダ、及びエンコーダから読み取り距離に配置される複数の検出素子を含む固定センサを使用することが紹介されている。これらの検出素子は、信号をほぼ完全な直交信号として送出するように構成され、完全直交信号に基づいて、センサに対するエンコーダの位置だけでなく、前記エンコーダの移動パラメータを計算することができる。

このタイプの測定システムは、ホール効果検出素子が多極磁石エンコーダからエアギャップの距離に配置される。

しかしながら、特に、抵抗検出素子の場合、可動要素の位置を高信頼度かつ高精度で求めることを可能にするような調整が依然として必要になる。特に、このような調整によって、次の項目がアナログ領域において可能になるようにする必要がある。
−処理チェーンの残りの部分にとって十分な強度の信号を供給するための増幅
−不所望の直流成分をオフセットから除去するためのオフセットの補正
−例えば、コモンモードノイズまたは高周波ノイズに対するノイズ抑制
−例えば、温度ドリフト現象の補正
−例えば、スペクトル折り返し現象を防止するためのフィルタリング
これらの項目を達成するために、ホイストーンブリッジアセンブリを使用することが知られており、ホイストーンブリッジアセンブリでは、完全に調整された抵抗を使用してブリッジのオフセットを除去して、導体から放出される信号に対するこれらの抵抗の位置を正確に決定し、かつ余分の測定ノイズが絶対に混入することがないようにする必要がある。全てのこれらの制約を工業的に満たすということは困難であるので、このタイプのアセンブリを使用することによって、測定精度が必ず満足できるものとなるということがない。

更に、擬似正弦波空間信号を、磁気抵抗効果素子タイプの抵抗素子、特にトンネル磁気抵抗効果素子を使用して検出する特殊な事例においては、ホイストーンブリッジに関する制約の全てを満たすことは更に難しい。詳細には、ナノメートルオーダの層の積層構造を含むこのような抵抗素子の構造に起因して、抵抗の値を正確にゼロ励磁に設定することは非常に難しい。

本発明の目的は主として、上述の問題を、抵抗素子、特に磁気抵抗効果素子タイプの抵抗素子の調整を可能にし、かつ可動要素の位置を高信頼度で、かつ柔軟に求める機能を備える測定システムを供給することにより解決することにある。

詳細には、本発明による測定システムによって、エンコーダから送出される擬似正弦波信号のサンプリング及び信号処理が可能になり、信号処理によって、抵抗素子から送出される可能性のある信号エラー、及び送出される擬似正弦波信号に対する前記素子の位置を、非常に制約の多い、かつ許容度の高い方法により正確に求めることができる。

この目的を達成するために、第１の態様では、本発明は、固定構造に対する可動要素の位置を求めるシステムであって、前記システムは、
−可動要素に固く取り付けられて可動要素と一緒に移動するように構成されるエンコーダであって、エンコーダの位置を表わす擬似正弦波信号を送出するように構成されるエンコーダと、
−固定構造に固く取り付けられるように構成されるセンサであって、
−送出される擬似正弦波信号に従って各抵抗素子から信号Ｖ_ｉを出力する機能を備える少なくとも２つの抵抗素子であって、前記抵抗素子がエンコーダが送出する擬似正弦波信号の読み取り距離の位置に配置される構成の抵抗素子と、
−抵抗素子から成る電流ループアセンブリと、
−信号Ｖ_ｉを処理するデバイスであって、直交し、かつ同じ振幅を有する２つの信号ＳＩＮ及びＣＯＳのそれぞれを信号Ｖ_ｉに従って供給するように構成されるデバイスと、を含むセンサと、
−可動要素の位置を計算するデバイスと、
を備え、前記デバイスは、エンコーダの位置をＳＩＮ信号及びＣＯＳ信号に基づいて計算して可動要素の位置をエンコーダの計算位置に基づいて推定する。

第２の態様によれば、本発明は、固定リング及び前記固定リングに対して回転ボディによって回転するリングを備える回転ベアリングを提供し、前記回転ベアリングに固定リングに対する回転リングの角度位置を求めるシステムを設けて、エンコーダは回転リングに固く取り付けられ、かつセンサは固定リングに固く取り付けられる。

本発明の更に別の目的及び利点は、添付図面を参照しながら行なわれる以下の説明を一読することにより明らかになる。

本発明は、固定構造に対する可動要素の位置を求めるシステムに関するものであり、当該システムはエンコーダ１及びセンサ２を備え、
−エンコーダ１は可動要素に固く取り付けられて可動要素と一緒に移動するように構成され、かつ前記エンコーダは、エンコーダ１の位置を表わす擬似正弦波信号を送出するように構成され、
−センサ２は固定構造に固く取り付けられように構成され、そして前記エンコーダは少なくとも２つの抵抗素子３を含み、各抵抗素子は信号Ｖ_ｉをエンコーダ１が送出する正弦波信号に従って送出する機能を備える。

本発明では、電気式エンコーダ、磁気式エンコーダ、光学式エンコーダ、熱電対を使用するエンコーダ、または超音波を使用するエンコーダ、及びこれらのエンコーダが送出する信号のタイプに従って変化し得るインピーダンスを持つ要素を利用する抵抗素子を含む非常に多くのエンコーダ１／抵抗素子３アセンブリを使用することができる。一の特定の例では、エンコーダ１は磁気タイプであり、かつ北磁極及び南磁極から成る複数の構造体を備え、これらの構造体は磁極を交互に反転させるように連続して配置されて擬似正弦波磁気信号を送出するように構成され、そして抵抗素子３は磁気抵抗タイプ、特に磁気抵抗効果素子、巨大磁気抵抗効果素子、またはトンネル磁気抵抗効果素子である。

本発明では、擬似正弦波信号は本来正弦波である全ての信号、または少なくとも一部分を正弦曲線に正しく近似することができる全ての信号を指すものと解釈される。
本発明の一の実施形態の一の例では、抵抗素子３はフランス公開第２８５２４００号に記載されるタイプである、すなわち抵抗素子３は、基準素子、分離素子、及び磁界を検出する素子から成る積層構造を含む。基準素子及び検出素子は第１及び第２方向に第１及び第２磁気異方性をそれぞれ有する。検出素子は強磁性材料層及び反強磁性材料層から成る複合層を含み、これらの層は磁気モーメントを発生するように配置され、測定対象の磁界の方向に配置される部品は測定対象の磁界の強度に逆比例して変化し、かつ調整可能な磁界範囲で線形的に変化する。

例えば、トンネル効果を利用するこのような磁気検出素子３は、次の材料が積層した積層構造により形成される。
ガラス／Ｔａ（５ｎｍ）／Ｃｏ（１０ｎｍ）／ＩｒＭｎ（１０ｎｍ）／Ｃｏ（１０ｎｍ）／ＡｌＯｘ／Ｃｏ（２ｎｍ）／Ｃｏ_８０Ｐｔ_２０（５ｎｍ）／Ｐｔ（４ｎｍ）。ガラスは基板を構成し、そしてＴａ／Ｃｏの２重層はバッファ層である。検出素子はＩｒＭｎ（１０ｎｍ）／Ｃｏ（１０ｎｍ）の２重層により形成される。基準素子であるＣｏ（２ｎｍ）／Ｃｏ_８０Ｐｔ_２０（５ｎｍ）の積層構造はコバルトに白金を加えた構造により形成されて保磁力を大きくしている。Ｐｔ（４ｎｍ）層は保護層である。

抵抗素子３をエンコーダ１が送出する擬似正弦波信号の読み取り範囲の位置に配置することにより、本発明は、固定構造に対して並進移動する、または回転する可動要素の位置を求める操作を可能にし、可動要素の移動は時間的に周期的に繰り返される、または時間軸に対して離散的に行なわれる。更に、エンコーダ１の複数の抵抗素子３を分離する距離を、本発明による測定システムによって求めることができる。

測定システムのセンサ２は、複数の抵抗素子３の間の電流ループアセンブリと、そして信号Ｖ_ｉを処理するデバイスと、を備え、デバイスは信号Ｖ_ｉに従って、直交し、かつ同じ振幅を有する２つの信号ＳＩＮ及びＣＯＳをそれぞれ供給するように構成され、前記振幅はエンコーダ１が送出する信号の振幅に比例する。

センサ２は単体部品として設けることができる、すなわちセンサは支持体を備え、この支持体の上に抵抗素子３及び調整手段（電流源及びプロセッサ）だけでなく可能であれば計算機７が配置される。

変形例として、センサ２は２つの部品を備えることができ、第１部品は抵抗素子３を、エンコーダ１から読み取り距離だけ離れた位置で支持し、そして第２部品は調整手段だけでなく、可能であれば計算機７を含み、これらの２つの部品は、抵抗素子の数に１を加えた数に少なくとも等しい数の接続配線によって互いに接続される。後出の実施形態は、調整手段をエンコーダ１から、従って可動要素から或る距離の位置に配置して、調整手段、特に差動アンプの正しい動作を妨害する恐れのある高温、温度変化または湿度変化のような外乱を防止することができるという顕著な利点をもたらす。

電流ループの中で直列に配置される抵抗素子３は擬似正弦波信号に沿って規則的な間隔で配置される（図２，５，６）。
図１〜９を参照しながら、電流ループアセンブリの、そしてプロセッサの３つの実施形態について説明するが、抵抗素子３は複数の抵抗素子を利用する。詳細には、各抵抗素子３は、幾つかの個別抵抗素子から成り、かつこれらの個別抵抗素子が組み合わされてブロック位置の高さでの抵抗値を表わす平均抵抗値が得られるようなブロックを構成する、または単一の抵抗素子を構成することができる。

電流ループアセンブリでは、抵抗変化信号は次式に等しくなる。
［Ｒ_０ｉ＋ΔＲ_ｉｓｉｎ（θ＋（ｉ−１）φ）］ｉ_ｃ
上式では、Ｒ_０ｉは抵抗Ｒ_ｉの残りの部分の値であり、φは複数の抵抗素子１の間の空間位相シフトであり、ｉ_ｃはループにおける電流の大きさである。

静的な場合では、角度θは正弦波の位相角度である。動的変形が生じる場合、角度θは、例えばωｔに等しく、ω＝２π／Ｔである（Ｔは正弦曲線の時間周期である）。
プロセッサは第１段の差動アンプ４を含み、前記アンプの各々はそれぞれ、抵抗素子３の端子に接続されて信号Ｖ_ｉ＝Ｇ_ｉ［Ｒ_０ｉ＋ΔＲ_ｉｓｉｎ（θ＋（ｉ−１）φ）］ｉ_ｃを出力し、この場合、Ｇ_ｉは前記差動アンプの利得である。

プロセッサは、図示しないが、信号をフィルタリングする或る段を含むこともできる。
第１の実施形態（図１及び３）によれば、センサ２は２つの抵抗素子３を含み、電流ループアセンブリは更に、値Ｒ_ｒｅｆを有する基準抵抗素子を含み、値Ｒ_ｒｅｆはエンコーダ１が送出する信号に従って設定される。従って、基準素子の両方の端子に印加される信号Ｖ_ｒｅｆはＧ_ｒｅｆ×Ｒ_ｒｅｆ×ｉ_ｃに等しい。

プロセッサは更に、第２段の差動アンプ５を含み、これらアンプは、信号Ｖ_ｒｅｆを信号Ｖ_ｉから減算する、すなわち次式により表わされる信号を生成するように構成される。
Ｓ_１＝［（Ｇ_１Ｒ_０１−Ｇ_ｒｅｆＲ_ｒｅｆ）＋Ｇ_１ΔＲ_１ｓｉｎ（θ）］ｉ_ｃ；
Ｓ_２＝［（Ｇ_２Ｒ_０２−Ｇ_ｒｅｆＲ_ｒｅｆ）＋Ｇ_２ΔＲ_２ｓｉｎ（θ＋φ）］ｉ_ｃ；
Ｇ_１，Ｇ_２，及びＧ_ｒｅｆがＧ_１Ｒ_０１＝Ｇ_２Ｒ_０２＝Ｇ_ｒｅｆＲ_ｒｅｆが成り立つように選択される場合、次式により表わされる信号が得られる。
Ｓ_１＝［Ｇ_１ΔＲ_１ｓｉｎ（θ）］ｉ_ｃ；
Ｓ_２＝［Ｇ_２ΔＲ_２ｓｉｎ（θ＋φ）］ｉ_ｃ；
これらの信号は、基準信号Ｇ_ｒｅｆＲ_ｒｅｆｉ_ｃを減算することによりゼロを中心とした信号となる。

更に、抵抗素子３は、これらの抵抗素子が同じ抵抗率を持つ、すなわちＧ_１ΔＲ_１＝Ｇ_２ΔＲ_２＝ＧΔＲが成り立つように設計することができる。従って、これらの信号は次式のように表現される。
Ｓ_１＝［ＧΔＲｓｉｎ（θ）］ｉ_ｃ；
Ｓ_２＝［ＧΔＲｓｉｎ（θ＋φ）］ｉ_ｃ；
抵抗素子がφ＝π／２が成り立つ、すなわち複数の抵抗素子３の間の距離がλ／４（λは正弦曲線の周期であり、これについては図２を参照されたい）に等しくなるように構成される特定の場合では、これらの信号は次式のように表現される。
Ｓ_１＝［ＧΔＲｓｉｎ（θ）］ｉ_ｃ；
Ｓ_２＝［ＧΔＲｃｏｓ（θ）］ｉ_ｃ；
従って、この特定の場合において、図１に示す測定システムによって、直交し、かつ同じ振幅を有する信号ＣＯＳ＝Ｓ_２及びＳＩＮ＝Ｓ_１を直接取得することが可能になる。

図３を参照すると、この図はプロセッサによってＳＩＮ信号及びＣＯＳ信号が、複数の抵抗素子３の間の空間位相シフトφの値に関係なく得られる様子を示している。
この動作を行なうために、プロセッサは２つの差動アンプ６を有する第３段を含み、これらの差動アンプにより信号Ｓ_１−Ｓ_２及びＳ_１＋Ｓ_２を出力する。

実際、これらの表現式は次式のように表わされる。
Ｓ_１−Ｓ_２＝［−２ＧΔＲｓｉｎ（φ／２）×ｃｏｓ（θ＋φ／２）］ｉ_ｃ；及び
Ｓ_１＋Ｓ_２＝［２ＧΔＲｃｏｓ（φ／２）×ｓｉｎ（θ＋φ／２）］ｉ_ｃ
従って、Ｓ_１＋Ｓ_２＝ＳＩＮ及びＳ_１−Ｓ_２＝ＣＯＳが得られる。

ここで、φがπ／２以外の値である場合、信号（Ｓ_１−Ｓ_２）及び（Ｓ_１＋Ｓ_２）の振幅は異なる。これらの振幅を等しくするために、第３段の少なくとも一つの差動アンプ６が調整可能な利得を有するようにすることができる。詳細には、ＣＯＳ信号を生成するアンプの利得は、ｃｏｓ（φ／２）×ｓｉｎ（φ／２）に調整することができる。

第２の実施形態（図４）によれば、センサは３つの抵抗素子３を含み、そして第１段の３つの差動アンプ４は調整可能な利得Ｇ_ｉを有する。
従って、第１段の差動アンプ４の出力では、次の信号が得られる。
Ｖ_１＝Ｇ_１×（Ｒ_０１＋ΔＲ_１ｓｉｎθ）ｉ_ｃ
Ｖ_２＝Ｇ_２×（Ｒ_０２＋ΔＲ_２ｓｉｎ（θ＋φ））ｉ_ｃ
Ｖ_３＝Ｇ_３×（Ｒ_０３＋ΔＲ_３ｓｉｎ（θ＋２φ））ｉ_ｃ
図４に示す実施形態によれば、第２段は次の信号を生成するように構成される。
Ｓ_１＝Ｖ_１−Ｖ_２＝［（Ｇ_１Ｒ_０１−Ｇ_２Ｒ_０２）＋Ｇ_１ΔＲ_１ｓｉｎθ−Ｇ_２ΔＲ_２ｓｉｎ（θ＋φ）］×ｉ_ｃ （１）
Ｓ_２＝Ｖ_２−Ｖ_３＝［（Ｇ_２Ｒ_０２−Ｇ_３Ｒ_０３）＋Ｇ_２ΔＲ_２ｓｉｎ（θ＋φ）−Ｇ_３ΔＲ_３ｓｉｎ（θ＋２φ）］×ｉ_ｃ （２）
利得Ｇ_ｉを、Ｇ_１Ｒ_０１＝Ｇ_２Ｒ_０２＝Ｇ_３Ｒ_０３が成り立つように調整し、かつセンサが同じ感度を有する、すなわちＧ_１ΔＲ_１＝Ｇ_２ΔＲ_２＝Ｇ_３ΔＲ_３＝ＧΔＲを仮定することにより、差（１）及び（２）は次式のようになる。
Ｓ_１＝［ＧΔＲ［ｓｉｎθ−ｓｉｎ（θ＋φ）］］×ｉ_ｃ （３）
Ｓ_２＝［ＧΔＲ［ｓｉｎ（θ＋φ）−ｓｉｎ（θ＋２φ）］］×ｉ_ｃ （４）
抵抗素子３が擬似正弦波信号からφ＝π／２が成り立つような距離に、すなわちλ／４の空間周期に従った等距離の位置に配置される（図５参照）特定の場合においては、差（３）及び（４）は次式のように表わされる（ここで、√２は、ルート２を表す）。
Ｓ_１＝［√２ＧΔＲ［ｃｏｓ（θ＋π／４）］×ｉ_ｃ
Ｓ_２＝［√２ＧΔＲ［ｓｉｎ（θ＋π／４）］×ｉ_ｃ
従って、この特定の場合においては、図４に示すセンサ２によって、直交し、かつ同じ振幅を有する信号ＣＯＳ＝Ｓ_１及びＳＩＮ＝Ｓ_２を直接取得することが可能になる。

第３の実施形態（図７〜９）によれば、センサは４つの抵抗素子３を含み、そして第１段の４つの差動アンプ４は調整可能な利得Ｇ_ｉを有する。
従って、第１段の差動アンプ４の出力では、次の信号が得られる。
Ｖ_１＝Ｇ_１×（Ｒ_０１＋ΔＲ_１ｓｉｎθ）ｉ_ｃ
Ｖ_２＝Ｇ_２×（Ｒ_０２＋ΔＲ_２ｓｉｎ（Δ＋Δ））ｉ_ｃ
Ｖ_３＝Ｇ_３×（Ｒ_０３＋ΔＲ_３ｓｉｎ（Δ＋２Δ））ｉ_ｃ
Ｖ_４＝Ｇ_４×（Ｒ_０４＋ΔＲ_４ｓｉｎ（θ＋３φ））ｉ_ｃ
プロセッサは第２段の差動アンプ５も含み、これらのアンプは、第１段の差動アンプから送出される信号を減算するように構成される。

図７に示す実施形態によれば、第２段は次の信号を生成するように構成される。
Ｓ_１＝Ｖ_１−Ｖ_２＝［（Ｇ_１Ｒ_０１−Ｇ_２Ｒ_０２）＋Ｇ_１ΔＲ_１ｓｉｎθ−Ｇ_２ΔＲ_２ｓｉｎ（θ＋φ）］×ｉ_ｃ （５）
Ｓ_２＝Ｖ_３−Ｖ_４＝［（Ｇ_３Ｒ_０３−Ｇ_４Ｒ_０４）＋Ｇ_３ΔＲ_３ｓｉｎ（θ＋２φ）−Ｇ_４ΔＲ_４ｓｉｎ（θ＋３φ）］×ｉ_ｃ （６）
利得Ｇ_ｉを、Ｇ_１Ｒ_０１＝Ｇ_２Ｒ_０２＝Ｇ_３Ｒ_０３＝Ｇ_４Ｒ_０４が成り立つように調整し、かつセンサが同じ感度を有する、すなわちＧ_１ΔＲ_１＝Ｇ_２ΔＲ_２＝Ｇ_３ΔＲ_３＝Ｇ_４ΔＲ_４＝ＧΔＲを仮定することにより、差（５）及び（６）は次式のようになる。
Ｓ_１＝［ＧΔＲ［ｓｉｎθ−ｓｉｎ（θ＋φ）］］×ｉ_ｃ
Ｓ_２＝［ＧΔＲ［ｓｉｎ（θ＋２φ）−ｓｉｎ（θ＋３φ）］］×ｉ_ｃ
図７〜９を参照すると、これらの図はプロセッサによってＳＩＮ信号及びＣＯＳ信号が、複数の抵抗素子３の間の空間位相シフトφの値に関係なく得られる様子を示している。

この動作を行なうために、第２段の差動アンプ５は４つの信号を出力するように構成され、かつプロセッサは第３段の差動アンプ６を含み、これらの差動アンプは第２段から送出される４つの信号を、一度に２つの信号の割合で減算するように構成される。

第２段は、信号Ｓ_１及びＳ_２を、上に説明した関係式（５）及び（６）に従って出力するだけでなく、信号Ｓ_３＝Ｖ_１−Ｖ_３及びＳ_４＝Ｖ_４−Ｖ_２を同じようにして出力する。
第３段は２つの差動アンプ６を含み、これらの２つのアンプは説明を明瞭にするために図７及び８にそれぞれが示され、次式により表される信号を出力する。
Ｕ＝［Ｓ_１−Ｓ_２］：及び
Ｖ＝［Ｓ_３−Ｓ_４］
または、関係式（３）及び（４）により、次式が得られる。
Ｕ＝［−４ＧΔＲｓｉｎ（φ）×ｓｉｎ（φ／２）×ｓｉｎ（θ＋３φ／２）］ｉ_ｃ
Ｖ＝［−４ＧΔＲｓｉｎ（φ）×ｃｏｓ（φ／２）×ｃｏｓ（θ＋３φ／２）］ｉ_ｃ
従って、これらの式はＵ＝ＳＩＮ及びＶ＝ＣＯＳを意味する。

φがπ／２以外の値である場合、信号Ｕ及びＶの振幅は異なることに注目されたい。これらの振幅を等しくするために、第３段の少なくとも一つの差動アンプ６に調整可能な利得を持たせることができる。詳細には、Ｕ信号を生成するアンプ６の利得の項に、項ｃｏｓ（φ／２）×ｓｉｎ（φ／２）を含めることにより、抵抗素子３の位置を測定対象信号に一致させるパラメータとしての既知の定数を生成することができる。

図７及び８に示す実施形態の変形例として、プロセッサの第３段は図７のようなアンプ６を含み、そして第２段は図９のようなアンプ５を含み、アンプ５は信号Ｓ_３＝Ｖ_２−Ｖ_３を出力するように構成される。従って、プロセッサ２が出力する信号は次式により表わされる。
Ｕ＝［Ｓ_１−Ｓ_２］：及び
Ｖ＝２Ｓ_３
この変形例は、信号Ｖ_ｉの振幅が同じであるとは考えることができない場合に、すなわち素子３が同じ振幅を有する正弦曲線を検出しない場合、特に抵抗素子３がエンコーダ１に対して傾いている場合に特に適する。

本発明による測定システムは更に、要素の位置を計算するデバイス７を備え、当該デバイスはセンサ２に一体化する、またはホスト計算機に収納することができる。
計算機７は、直交し、かつ同じ振幅を有するＳＩＮ信号及びＣＯＳ信号に従ってエンコーダ１の位置を計算して、要素の位置をエンコーダ１の計算位置に従って推定する手段を含む。公知のタイプのこのような計算機７によって、式ＳＩＮ^２＋ＣＯＳ^２を計算して信号の振幅を求め、ａｒｃｔａｎ（ＳＩＮ／ＣＯＳ）を計算して信号の位相角を求めることができる、またはＳＩＮ信号及び／又はＣＯＳ信号に基づいて生成されるパルスエッジを補間し、そしてカウントして位置をインクリメンタル方式により求める手段を提供することができる。計算機７は更に、エンコーダ１の計算位置に対する要素の位置をリセットする手段を含むことができる。

更に、計算機は、計算位置に従って、要素の少なくとも一つの移動パラメータ、特に固定構造に対する前記要素の速度、加速度または移動方向を求める手段を含むことができる。

本発明はまた、図１０に示す回転ベアリングに関するものであり、このベアリングには、固定リング９に対する回転リング８の角度位置を求めるシステムが設けられる。
回転ベアリングは、固定要素に接続されるように構成される外側固定リング９と、回転要素によって自転するように配置されるように構成される内側回転リング８と、そしてこれらの前記リングの間に配置される回転ボディ１０と、を備える。

図示の実施形態では、エンコーダは、フレーム１１の円環シリンダー状台座の上にモールド成形され、フレーム１１は、例えば内側リング８の一方の面に嵌め込み接続される。詳細には、エンコーダ１はリングから成り、リングの外側面には一定の極幅の北磁極及び南磁極から成る構造体が連続して配置される。

エンコーダ１は回転リング８に接続されて前記エンコーダの外側面が固定リング９の側面の平面Ｐにほぼ含まれるようになる。本出願人が出願した欧州特許ＥＰ ０６０７７１９に詳細に開示されているこの特徴によって、一方において、エンコーダ１をベアリングの内側に保護することができ、そして他方において、エアギャップを確実に保持しながらセンサ２をベアリングから分離することができる。従って、エンコーダ１は外側リング９に取り付けることができる、またはエンコーダ１から読み取り距離だけ離れた位置の抵抗素子３の固定要素に接続することができる。詳細には、センサ２は、既に説明したような４つのトンネル磁気抵抗効果素子３を含むことができる。

本発明による測定システムを使用する利点の中でもとりわけ、次のような利点が得られる。
−第２及び第３の実施形態の場合では基準抵抗を無くすことができる。
−ホイストーンブリッジアセンブリの場合のように逆の感度を有する抵抗素子３を使用する必要が全くない。従って、トンネル磁気抵抗効果素子から成る基準層を異なる方向に配置する必要がない。
−調整手段を異なる無負荷抵抗値Ｒ_０ｉに調整して、例えば抵抗素子３の製造方法の所定のバラツキを認識することが可能になる。
−接続配線の抵抗に、かつこれらの同じ配線に検出される電気的外乱（コモンモードノイズ）に影響されない状態を維持しながら抵抗素子３を調整手段（調整手段が、例えば高温から保護される領域において）から分離することができる。
−センサを異なる空間周期を持つ信号に適合させることができる。

更に、測定システムによって、当該システムは信号を増幅する必要があるので、信号の直流成分を除去し、かつ種々の抵抗の無負荷値の変化の影響を受けない状態を維持しながら直流成分を除去することが可能になる。

本発明による測定システムのセンサの第１の実施形態の機能構成図。 正弦曲線の一部分と局所的に類似する空間信号に対して２つの抵抗素子の位置を決定して、抵抗素子が送出する複数の信号の間の位相シフトπ／２を取得する様子。 図１によるセンサの変形例の機能構成図。 本発明による測定システムのセンサの第２の実施形態の機能構成図。 ３つの抵抗素子の位置を決定するための、図２と同様の図。 ４つの抵抗素子の位置を決定するための、図２と同様の図（空間信号が正弦曲線の一部分と局所的に類似する）。 ４つの抵抗素子の位置を決定するための、図２と同様の図（空間信号は正弦波信号である）。 本発明による測定システムのセンサの第３の実施形態の機能構成図。 本発明による測定システムのセンサの第３の実施形態の機能構成図。 図８の機能構成図の変形。 本発明による測定システムを備える回転ベアリングの長さ方向の模式断面図。

Claims (15)

1. 固定構造に対する可動要素の位置を求めるシステムであって、前記システムは、
   −可動要素に固く取り付けられて可動要素と一緒に移動するように構成されるエンコーダ（１）であって、エンコーダ（１）の位置を表わす擬似正弦波信号を送出するように構成されるエンコーダ（１）と、
   −固定構造に固く取り付けられるように構成されるセンサ（２）であって、
   −送出される擬似正弦波信号に従って各抵抗素子から信号Ｖ_ｉを出力する機能を備える少なくとも２つの抵抗素子（３）であって、前記抵抗素子がエンコーダが送出する擬似正弦波信号の読み取り距離の位置に配置される構成の抵抗素子（３）と、
   −複数の抵抗素子（３）を直列接続する電流ループアセンブリと、
   −信号Ｖ_ｉを処理するデバイスであって、直交し、かつ同じ振幅を有する２つの信号ＳＩＮ及びＣＯＳのそれぞれを信号Ｖ_ｉに従って供給するように構成されるデバイスと、を含むセンサ（２）と、
   −可動要素の位置を計算するデバイス（７）であって、エンコーダ（１）の位置をＳＩＮ信号及びＣＯＳ信号に基づいて計算して可動要素の位置をエンコーダ（１）の計算位置に基づいて推定するデバイスと
   を備える、システム。
2. プロセッサは第１段の差動アンプ群（４）を含み、前記アンプの各々はそれぞれ、抵抗素子（３）の端子に接続されて信号Ｖ_ｉを出力することを特徴とする、請求項１に記載の測定システム。
3. システムは３つの抵抗素子（３）を備えることを特徴とし、かつプロセッサは第１段の３つの差動アンプ（４）を含み、前記アンプの各々はそれぞれ、抵抗素子（３）の端子に接続されて信号Ｖ_ｉを出力することを特徴とする、請求項２に記載の測定システム。
4. センサ（２）は２つの抵抗素子（３）を含み、電流ループアセンブリは更に、基準信号Ｖ_ｒｅｆを出力する基準素子（Ｒ_ｒｅｆ）を含み、かつプロセッサは、信号Ｖ_ｒｅｆを信号Ｖ_ｉから減算するように構成される第２段の差動アンプ群（５）を含むことを特徴とする、請求項２又は３に記載の測定システム。
5. プロセッサは第３段の差動アンプ群（６）を含み、
   前記第３段の差動アンプ群（６）は、前記第２段の差動アンプ群（５）が送出する信号を加算する少なくとも１つの差動アンプと、前記第２段の差動アンプ群（５）が送出する信号を減算する少なくとも１つの差動アンプとを含むことを特徴とする、請求項４に記載の測定システム。
6. センサ（２）は４つの抵抗素子（３）を含み、プロセッサは、第１段の差動アンプ群（４）が送出する信号を減算するように構成される第２段の差動アンプ群（５）を含むことを特徴とする、請求項２に記載の測定システム。
7. 第２段の差動アンプ群（５）は４つの信号を出力するように構成され、プロセッサは、第２段の差動アンプ群（５）が送出する４つの信号を、一度に２つの信号の割合で減算するように構成される第３段の差動アンプ群（６）を含むことを特徴とする、請求項６に記載の測定システム。
8. 差動アンプ（４，５，６）の内の少なくとも幾つかの差動アンプは調整可能な利得を有することを特徴とする、請求項２乃至７のいずれか一項に記載の測定システム。
9. 抵抗素子（３）は複数の抵抗素子により構成され、これらの抵抗素子の各々は、エンコーダ（１）が送出する擬似正弦波信号に従って変化する電気抵抗Ｒ_ｉを有することを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の測定システム。
10. 抵抗素子（３）は磁気抵抗効果素子、巨大磁気抵抗効果素子、またはトンネル型磁気抵抗素子により構成され、これらの素子の各々は、エンコーダ（１）が送出する擬似正弦波磁気信号に従って変化する電気抵抗Ｒ_ｉを有することを特徴とする、請求項９に記載の測定システム。
11. エンコーダ（１）では、北磁極及び南磁極から成る構造体が磁極を交互に反転させるように連続して配置されることを特徴とする、請求項１０に記載の測定システム。
12. 前記計算のデバイス（７）は、計算位置に従って、前記要素の複数の移動パラメータのうちの少なくとも一つを求める手段を含み、前記複数の移動パラメータは、固定構造に対する前記要素の速度、加速度および移動方向のうちの少なくとも１つを備えることを特徴とする、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の測定システム。
13. センサ（２）は２つの部品を含み、第１部品は複数の抵抗素子（３）を含み、そして第２部品は、プロセッサを含み、２つの部品は接続配線によって互いに接続されることを特徴とする、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の測定システム。
14. 各抵抗素子（３）は、幾つかの個別抵抗素子から成るブロックにより形成されることを特徴とする、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の測定システム。
15. 固定リング（９）、及び前記固定リングに対して回転ボディ（１０）によって回転するリング（８）を備える回転ベアリングであって、前記回転ベアリングに請求項１乃至１３のいずれか一項に記載のシステムを設けて、固定リング（９）に対する回転リング（８）の角度位置を求め、エンコーダ（１）は回転リング（８）に固く取り付けられ、かつセンサ（２）は固定リング（９）に固く取り付けられる、回転ベアリング。

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