(57)【要約】      （修正有）【課題】可動の構成要素の位置を測るシステム及び方法を提供する。【解決手段】システム１０１は、変化する磁束の制御可能な発生源１０２を含む。磁束は、第１の磁束集中器１１５a及び第２の磁束集中器１１５bを用いてセンサ１２０を通して導かれる。センサは、センサ信号を発生させ、このセンサ信号は、信号を復調する設計とされた電気回路１２７に提供される。磁束成分を表す復調信号１４５はコントローラ１１２に提供される。コントローラは、信号を変換し、且つ第１の磁束集中器に対する第２の磁束集中器の位置を計算する。コントローラは、第２の磁束集中器の計算した位置に基づいて所定の動作を行う。【選択図】図１Ａ
2014055953.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動の構成要素の位置を測るシステムにおいて、
変化する磁束の制御可能な発生源と、
磁気回路と、
可動の構成要素と、
センサ信号を出力する設計とされるとともに、変化する磁束が磁気センサを通るように磁気回路内に配置された磁気センサであって、該磁気センサを通る磁束の角度が、可動の構成要素の位置が変化したとき、変化するようにした前記磁気センサと、
センサ信号の周波成分が選択的にろ過されるようにセンサ信号を処理する設計とされたプロセッサとを備える、可動の構成要素の位置を測るシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記プロセッサは同期型の復調回路を含む、システム。
【請求項３】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記プロセッサは、デジタルフィルタを含む、システム。
【請求項４】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記磁気センサは、磁気センサを通る磁束の角度を測定する設計とされ、
磁束角度は、可動の構成要素の位置のインジケータである、システム。
【請求項５】
請求項１に記載のシステムにおいて、
磁束を導く第１の磁束集中器と、
第１の磁束集中器に対して可動である第２の磁束集中器とを備え、
変化する磁束の一部は、第１の磁束集中器と第２の磁束集中器との間にて連結される、システム。
【請求項６】
請求項１に記載のシステムにおいて、
変化する磁束の制御可能な発生源は、磁石と、磁束変調器とを含む、システム。
【請求項７】
請求項１に記載のシステムにおいて、
変化する磁束の制御可能な発生源は、コイルと、コイルドライバとを含む、システム。
【請求項８】
請求項１に記載のシステムにおいて、
少なくとも１つのセンサは、磁束のＸ成分及びＹ成分を測定する設計とされる、システム。
【請求項９】
請求項１に記載のシステムにおいて、
センサにより測定された磁束の少なくとも１つの方向成分を混合信号と混合させ、信号を発生させる設計とされた回路を更に備え、該混合信号は、磁束の周波数と実質的に同一の周波数を有する、システム。
【請求項１０】
請求項９に記載のシステムにおいて、
前記回路は、信号を少なくとも１つのローパスフィルタに伝送する設計とされる、システム。
【請求項１１】
請求項９に記載のシステムにおいて、
前記回路は、少なくとも１つのセンサ内に配置される、システム。
【請求項１２】
請求項１０に記載のシステムにおいて、
少なくとも１つのローパスフィルタは、復調信号を出力する、システム。
【請求項１３】
請求項１２に記載のシステムにおいて、
前記復調信号を前記回路から受け取る設計とされたコントローラを更に備える、システム。
【請求項１４】
請求項１３に記載のシステムにおいて、
前記コントローラは、計算にて復調信号を使用する更なる設計とされる、システム。
【請求項１５】
請求項１３に記載のシステムにおいて、
前記コントローラは、復調信号に基づいて少なくとも１つのセンサを通る磁束の角度を測る更なる設計とされる、システム。
【請求項１６】
請求項１３に記載のシステムにおいて、
前記コントローラは、少なくとも１つのセンサを通る変調した磁束の角度に基づいて第２の磁束集中器の位置を測る更なる設計とされる、システム。
【請求項１７】
請求項１３に記載のシステムにおいて、
前記コントローラは、第２の磁束集中器の位置に基づいて所定の動作を行う更なる設計とされる、システム。
【請求項１８】
請求項１３に記載のシステムにおいて、
前記コントローラは、少なくとも１つのセンサ内に配置される、システム。
【請求項１９】
請求項１３に記載のシステムにおいて、
前記コントローラは、変調した磁束の制御可能な発生源を制御する制御信号を出力する更なる設計とされる、システム。
【請求項２０】
請求項５に記載のシステムにおいて、
第２の磁束集中器は、第２の磁束集中器が第１の方向に向けて動くことが可能であり、第１の方向に対し垂直な第２の方向に向けて第２の磁束集中器が第１の磁束集中器から相対的に動くことを測ることができ、また、第１及び第２の方向の双方に対して垂直な第３の方向に向けて第２の磁束集中器が第１の磁束集中器から相対的に動くことを測ることができるような形状及び配置とされる、システム。
【請求項２１】
可動の構成要素の位置を測る方法において、
磁気回路内にて変化する磁束の発生源を制御するステップと、
変化する磁束が磁気センサを通り、また、磁気センサを通る磁束の角度が、可動の構成要素の位置が変化するとき変化するように、磁気回路内に配置された少なくとも１つの磁気センサを用いて、磁束の少なくとも１つの方向成分を測定するステップと、
センサ信号の周波成分が選択的にろ過されるように磁気センサからのセンサ信号を処理するステップとを備える、方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法において、
磁束を第１の磁束集中器を通して導くステップと、
第１の磁束集中器からの磁束を第１の磁束集中器に対して可動の第２の磁束集中器に連結するステップとを更に備える、方法。
【請求項２３】
請求項２１に記載の方法において、
変化する磁束の発生源を制御するステップは、磁気回路の磁気抵抗が振動周波数にて変化するように機械的システムを振動させるステップを含む、方法。
【請求項２４】
請求項２１に記載の方法において、
変化する磁束の発生源を制御するステップは、コイルへの電流を更に制御するコイルドライバを制御するステップを含む、方法。
【請求項２５】
請求項２１に記載の方法において、
変化する磁束の発生源を制御するステップは、磁気回路の構成要素の透磁性を制御するステップを含む、方法。
【請求項２６】
請求項２５に記載の方法において、
前記透磁性は、コイルを通る電流を制御することにより制御される、方法。
【請求項２７】
請求項２１に記載の方法において、
磁束の少なくとも１つの方向成分を測定するステップは、磁束のＸ成分及びＹ成分を測定するステップを更に備える、方法。
【請求項２８】
請求項２１に記載の方法において、
磁束の少なくとも１つの方向成分を磁束の周波数と実質的に同一の周波数を有する混合信号と混合させ、信号を発生させるステップを更に備える、方法。
【請求項２９】
請求項２７に記載の方法において、
混合信号を低域ろ過して復調信号を発生させるステップを更に備える、方法。
【請求項３０】
請求項２７に記載の方法において、
混合し且つ低域ろ過するステップは、少なくとも１つのセンサ内にて行なわれる、方法。
【請求項３１】
請求項２９に記載の方法において、
復調信号に基づいて少なくとも１つのセンサを通る磁束の角度を測るステップを更に備える、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［０００１］  本発明の実施の形態は、磁気センサを用いて可動の構成要素の位置を測る方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
［０００２］  磁気感知技術は、その他の型式の感知技術と比較して多数の有利な点を有している。例えば、磁気センサは、全体として、清浄でない環境（すなわち、大部分液体である汚染物がある環境、又は各種の電磁干渉源がある環境）の影響を受けず、また、比較的簡単である（特に、ホール効果利用センサ及び磁気抵抗性センサのような、商業的に利用可能な感知型集積回路が使用されるとき）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特定の有利な効果を有するにも拘らず、幾つかの適用例において、雑音（位置測定システム内部からではなく外部の磁界から発することが多い）は、センサにて感知される磁界に寄与する。これが生ずると、センサの測定は不正確となる。雑音の影響を防止し又は減少させる技術は、通常、センサに強力な磁石を使用すること、磁気遮蔽作用を提供すること、及び磁気集中器をセンサの近くに配置することを含む。
【０００４】
［０００３］  磁気センサの不正確さのもう１つの原因は、センサでの絶対的な磁界強さの変化に起因する。この変化の１つの理由は、温度変化に起因するであろう、磁気回路内の磁束の変化である。この変化のもう１つの理由は、位置の測定と関係しない関連する磁気回路の変化である（すなわち、変化している磁気回路要素間の空隙（ｇａｐ）である）。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
［０００４］  幾つかの実施の形態において、本発明は、上述した問題点の多くを軽減し又は解決する設計とした磁気センサを用いて可動の構成要素の位置を測るシステム及び方法を提供するものである。本発明の実施の形態は、センサに対する外部の磁界の雑音の発生源の効果を減少させ又は解消するため磁束の変調及び同期的復調技術を組合せたものを使用する。更に、本発明の実施の形態は、多次元（すなわちＸ及びＹ成分）磁束測定技術を用いて、位置を識別する。本発明の実施の形態は、また、比較的高い信号対雑音比をも実現し、この雑音比は、強さの低い磁界の測定精度を増すことになる。
【０００６】
［０００５］  磁界の強さを一次関数（ｐｒｉｍａｒｙ  ｍｅｔｒｉｃ）として用いることに代えて、本発明の実施の形態は、１つ以上の磁界角度を使用して位置を測る。磁界角度を使用して位置を測る結果、測定値は、センサにおける絶対的な磁界の強さの変化の影響を受けないため、より正確な測定値となる。特に、磁界角度はセンサにおける絶対的な磁界の強さに依存しない。
【０００７】
［０００６］  １つの特別な実施の形態において、本発明は、可動の構成要素の位置を測るシステムの形態をとる。該システムは、変化する磁束の制御可能な発生源を含む。この変化する磁束は、ある周波数を有している。該システムは、また、磁気回路と、センサ信号を出力する設計とした磁気センサとを含む。磁気センサは、変化する磁束が磁気センサを通過するように磁気回路内に配置されている。可動の構成要素の位置が変化するとき、磁気センサを通る磁束の角度は変化する。プロセッサは、センサ信号を処理し、センサ信号の周波数成分が選択的にろ過されるような設計とされている。該プロセッサは、同期型復調回路又はデジタルフィルタを含むことができる。磁気センサは、磁気センサを通る磁束の角度を測定する設計とされ、また、磁束の角度は、可動の構成要素の位置のインジケータである。
【０００８】
［０００７］  該システムは、磁束を導く第１の磁束集中器（ｍａｇｅｎｔｉｃ  ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ）と、第１の磁束集中器に対して可動である第２の磁束集中器とを含むこともできる。変化する磁束の一部は、第１の磁束集中器と、第２の磁束集中器との間にて連結される。
【０００９】
［０００８］  本発明のもう１つの特別な実施の形態は、可動の構成要素の位置を測る方法を提供する。該方法は、変化する磁束の発生源を制御するステップと、変化する磁束が磁気センサを通過するように磁気回路内に配置された少なくとも１つの磁気センサを用いて磁束の少なくとも１つの方向成分を測定するステップとを含む。可動の構成要素の位置が変化するとき、磁気センサを通る磁束の角度は変化する。該方法は、また、センサ信号の周波数成分が選択的にろ過されるように磁気センサからのセンサ信号を処理するステップも含む。
【００１０】
［０００９］  該方法は、また、磁束を第１の磁束集中器を通して導くステップと、第１の磁束集中器を第２の磁気集中器と磁気的に連結するステップと、磁気センサを第１の磁束集中器と第２の磁束集中器との間に配置するステップと、磁気センサを用いて磁束の少なくとも１つの方向成分を測定するステップとを含むこともできる。
【００１１】
［００１０］  本発明の更に別の実施の形態は、可動の構成要素の位置を測るシステムを提供する。該システムは、磁気回路と、回路とを含む。磁気回路は、変調した磁束の制御可能な発生源と、第１の磁束集中器と、第２の磁束集中器と、少なくとも１つの磁気センサとを含む。第１の磁束集中器は、磁束を受け取る。第２の磁束集中器は、第１の磁束集中器に対して可動であり、また、第１の磁束集中器から磁束を受け取る。磁気センサは、第１の磁束集中器と、第２の磁束集中器との間に配置され、また、磁束の少なくとも１つの方向成分を測定する設計とされている。回路は、ミキサと、フィルタと、コントローラとを含む。ミキサは、磁束の少なくとも１つの方向成分を混合信号と混合させ且つ混合信号を出力する。フィルタは、混合信号をろ過し、復調信号を発生させる。コントローラは、復調信号に基づいて第２の磁束集中器の位置を測る。
【００１２】
［００１１］  本発明のその他の特徴は、詳細な説明及び図面を検討することにより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】１Ａは、可動の構成要素が第１の位置にあるとき、可動の構成要素の位置を測るシステムを概略図的に示す。
【図１Ｂ】１Ｂは、可動の構成要素が第２の位置にあるとき、図１Ａのシステムを概略図的に示す。
【図２】２Ａは、第３の位置にある図１Ａの可動の構成要素の断面図である。２Ｂは、可動の構成要素が図２Ａの第３の位置にあるとき、Ｘ−Ｙ平面斜視図から見た、図１Ａのシステムを概略図的に示す。２Ｃは、可動の構成要素が図２Ａの第３の位置にあるとき、Ｙ−Ｚ平面斜視図から見た、図１Ａのシステムを概略図的に示す。
【図３】３Ａは、図１Ａの可動の構成要素が第４の位置にあるとき、図１Ａの可動の構成要素の断面図である。３Ｂは、可動の構成要素が図３Ａの第４の位置にあるとき、Ｘ−Ｙ平面斜視図から見た、図１Ａのシステムを概略図的に示す。３Ｃは、第２の磁束集中器が図３Ａの第４の位置にあるとき、Ｙ−Ｚ平面斜視図から見た、図１Ａのシステムを概略図的に示す。
【図４】４Ａは、第５の位置にあるとき、図１Ａの可動の構成要素の側面図である。４Ｂは、可動の構成要素が図４Ａの第５の位置にあるとき、Ｘ−Ｙ平面斜視図から見た、図１Ａのシステムを概略図的に示す。４Ｃは、可動の構成要素が図４Ａの第５の位置にあるとき、Ｙ−Ｚ平面斜視図から見た、図１Ａのシステムを概略図的に示す。
【図５】追加の回路構成要素を含む、図１Ａのシステムの代替的な実施の形態を示す。
【図６】追加の回路構成要素がセンサ内に配置された、図１Ａのシステムの代替的な実施の形態を示す。
【図７】コイルを磁束発生器として使用する、図１Ａのシステムの代替的な実施の形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［００２６］  本発明の任意の実施の形態について詳細に説明する前に、本発明は、以下の説明に記載し又は以下の図面に示した構成要素の構造及び配置の詳細にその適用が限定されるものではないことを理解すべきである。本発明は、その他の実施の形態が可能であり、且ついろいろな態様にて実施し又は実行することができる。
【００１５】
［００２７］  図１Ａは、可動の構成要素の位置を測るシステム１００を示す。該システム１００は、変化する磁束の制御可能な発生源１０２を有する磁気回路１０１を含む。幾つかの実施の形態において、該発生源１０２は、磁石１０５と、磁束変調器１１０とを含む。該磁石１０５及び磁束変調器１１０は、磁気回路１０１に対し制御された変化する磁束を提供する。該磁束変調器１１０は、磁気回路１０１の磁気抵抗（ｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ）を変化させることを許容する。磁束変調器１１０は、コントローラ１１２により制御され、また、該変調器は、スイッチが作用するのと同様の仕方にて作動するものと見ることができるようスイッチとして示されている。例えば、少なくとも幾つかの実施の形態において、磁束変調器１１０は、スイッチが開閉するのと同様の仕方にて開閉することができる。磁気回路１０１は、第１の磁束集中器１１５ａと、第２の磁束集中器１１５ｂと、磁気センサ１２０とを含む。該第１の磁束集中器１１５ａ及び該第２の磁束集中器１１５ｂは、磁石１０５及び磁束変調器１１０により発生された磁束の少なくとも一部を介して連結される。該磁気センサ１２０は、ホール効果センサ、磁気抵抗型センサとし又は多数の磁束密度成分又は磁界角度を測定するため使用することのできるその他の型式のセンサとすることができる。
【００１６】
［００２８］  該コントローラ１１２は、変調信号１１１（周期的なデジタル信号又はその他の信号のような信号）を発生させ、磁束変調器１１０がその状態を変化させるようにする。状態の変化は、磁束集中器１１５ａ、１１５ｂ及びセンサ１２０を通る磁束が既知の周波数にて変化するよう周期的に又は反復的に生じるようにすることができる。磁石１０５及び磁束変調器１１０により提供された制御した磁束は、第１の磁束集中器１１５ａ及び第２の磁束集中器１１５ｂによってセンサ１２０を通して導かれる。第２の磁束集中器１１５ｂは、図１Ａ、図１Ｂに示したように、第１の磁束集中器１１５ａに対して可動である。第２の磁束集中器１１５ｂの動きは、センサ１２０を通る磁束の方向を変化させる。
【００１７】
［００２９］  センサ１２０は、磁束の少なくとも１つの方向成分（例えば、Ｘ成分、Ｙ成分又はその双方）を測定し、また、その測定した成分の値を出力信号１２６を介して図１Ａ、図１Ｂに示したように、電気回路１２７に出力し又は伝送する。出力信号１２６は、ミキサ１３２内にてコントローラ１１２からの混合信号１３０と混合される。混合信号１３０は、センサ１２０を通して導かれた磁束と実質的に同一の周波数を有している。好ましくは、出力信号１２６及び混合信号１３０の位相は整合されるものとする。変調したセンサ出力１２６とミキサ信号１３０との間の位相差に対する対抗策は、同期型復調器に詳しい人に知られており、この詳細な説明では、後で簡単にのみ説明する。ミキサ１３２は、信号１３５をローパスフィルタ１４０に出力し又は伝送する。信号を低域ろ過する結果、１つ以上の磁束成分を表わす復調信号１４５となる。復調信号１４５は、同一の周波数にて変調された外部磁界を除いて、外部磁界（すなわち、雑音）によって著しく影響されない。換言すれば、システム１００内にて実行された変調及び復調過程は、センサ１２０の出力信号１２６の雑音を減少させる。
【００１８】
［００３０］  復調信号１４５は、コントローラ１１２に伝送される。コントローラ１１２は、信号１４５に対しアナログ−デジタル変換を行ない、そのデジタル信号を使用してセンサ１２０を通る磁束の角度を測る。磁束の角度の計測は、既知の技術を用いて行なうことができる。
【００１９】
［００３１］  磁束の角度を測った後、コントローラ１１２（又はシステム１００の外部の別個のコントローラ）は、センサ１２０を通る磁束の角度に基づいて第２の磁束集中器１１５ｂの位置を計算する。幾つかの実施の形態において、センサ１２０を通る磁束の角度は、磁界の強さの絶対値と共に変化しない。このため、磁界の強さの変化は、第２の磁束集中器１１５ｂの位置の位置測定値に不正確さを生じさせない。
【００２０】
［００３２］  第２の磁束集中器１１５ｂの位置を計算した後、コントローラ１１２（又はシステム１００の外部の１つ以上の別個のコントローラ）は、第２のシステムに対し位置情報を提供することができる。例えば、第２の磁束集中器が車のトランスミッションの構成要素に取り付けられた場合、第２の磁束集中器１１５ｂの位置はトランスミッションの状態（例えば、ドライブ中、後退又は中立）を示すことができる。位置情報（例えば、後退状態にあるトランスミッションと関係した位置）は、制御システムに供給して、車の後退灯又は補助灯を点灯させることができる。これは、行うことのできる動作の単に一例にしか過ぎない。第２の磁束コントローラ１１５ｂの位置を計算した後、コントローラ１１２又は複数のコントローラ、又はその位置情報を受け取るその他のシステムは、１つ以上の所定の動作（例えば、現在の設定状態の維持、現在の設定状態の調節、データを別のコントローラに伝送する等）を行うことができる。
【００２１】
［００３３］  この詳細な説明及びブロック図は、アナログ同期型復調システムを意味するが、該システムは、デジタル技術を用いて関連する信号をろ過し、ゲイン及びオフセットを調節し、且つそれらの信号を混合させて同様の結果を実現することも可能である。かかる技術は、当該技術にて既知であり、本発明の範囲を変更することなく、この測定の着想と共に使用することができる。
【００２２】
［００３４］  １つの実施の形態において、第２の磁束集中器１１５ｂは、図１Ａに示したＹ方向ではなく、Ｚ方向に移動する。図２Ａ−４Ｃには、Ｚ方向に移動する第２の磁束集中器１１５ｂが示されている。第２の磁束集中器１１５ｂは、２つのプレート１５０、１５２を含む。該プレート１５０、１５２は、別個の平面内に配置されており、これらの平面は互いに垂直である。センサ１２０によって測定可能な線形範囲は、第２の磁束集中器をＹ方向ではなく、Ｚ方向に動かすことによって増大する。図２Ａ−４Ｃに示したように、第２の磁束集中器１１５ｂがＺ方向に移動する間、第１の磁束集中器１１５ａの先端２０５に最も近い第２の磁束集中器１１５ｂの点は、第２の磁束集中器１１５ｂの形状及び方向のため、Ｙ方向に変化する。第２の磁束集中器１１５ｂがＺ方向に可動である間、第１の磁束集中器１１５ａの先端２０５は静止したままである。
【００２３】
［００３５］  第２の磁束集中器１１５ｂは、第２の磁束集中器１１５ｂがＺ方向に動くと、Ｘ−Ｙ平面内にて第１の磁束集中器１０５ａの先端２０５に最も近い第２の磁束集中器１１５ｂの点の間の磁束角度が変化するような形状とされている。Ｘ−Ｙ平面内にて磁束集中器１１５ｂの先端（すなわち、磁束集中器１１５Ａの先端に最も近い磁束集中器１１５ｂの部分）の動きは、Ｚ方向への磁束集中器の動きと比較して比較的遅いため、先端間の磁束角度の比較的僅かな変化を伴なってＺ方向に大きく平行移動することを可能にする。このように、磁束集中器１１５ｂがＺ方向へ比較的大きく平行移動することは、磁気センサによって磁束角度の小さい変化として測定することができる。第１の磁束集中器１１５ａ及び第２の磁束集中器１１５ｂのその他の形状及び向きとすることが可能であることを理解すべきである。
【００２４】
［００３６］  図５には、センサ１２０が多数の信号成分、すなわちＸ及びＹ成分を出力する設計とされた、システム１００の代替的な実施の形態が示されている。システム１００の図５の実施の形態は、追加の信号成分（図１に示した実施の形態と比較して）を処理する追加の回路も含む。図５の実施の形態において、測定した成分の値（例えば、Ｘ成分の値及びＹ成分の値）は、１つ又は別個のセンサ成分によって別個に測定され、且つ別個の成分信号５０２、５０３として電気回路１２７に伝送される。しかし、成分信号５０２、５０３の各々は、同様の回路を通して処理される。センサ１２０からの成分信号５０２、５０３は、最初に、ハイパスフィルタ及び信号ゲイン回路５０５、５０６を通して伝送される。次に、成分信号は、ミキサ５３７、５３８内にて混合信号１３０と混合される。ミキサ５３７、５３８は、信号５４０、５４１をローパスフィルタ５４２、５４３に出力する。ローパスフィルタ５４２、５４３からの形成される同期型の復調信号５４５、５４６の信号レベルは低い。これが生じる状況において、信号５４５、５４６は、ゲイン及びオフセット調節回路５５０、５５１内にて調整され、低い信号レベルに対する所望の補償を実現する。回路５５０、５５１は信号のゲインを増幅し又は調節する。各信号のオフセットも回路５５０、５５１にて調節される。任意の所望の調整が為された後、回路５５０、５５１からの形成される信号は、コントローラ１１２に提供され又は伝送される。
【００２５】
［００３７］  センサ１２０を通る磁束を正確に測定するため、位置測定システム１００を用いる前、ゼロレベルのオフセットを測る。このゼロレベルのオフセットは、磁束変調器１１０を閉じ且つセンサ１２０を通る磁束を測定することによって測る。オフセットの調節は、ゼロレベルオフセットに基づいて修正し、システムの動作範囲を最適化する。回路５５０、５５１のゲイン及びオフセットは、反復的に調節し、全ての信号レベルがコントローラ１１２のアナログ対デジタル変換器の範囲内にあるようにする。これらの調節を行なうことは、システム１００の最大の（又はより一般的には広い）分解能を保証するのに役立つ。ゲイン及びオフセット調節回路５５０、５５１を通った後、形成される信号は、コントローラ１１２に伝送される。
【００２６】
［００３８］  上述したように、コントローラ１１２は、回路５５０、５５１からの形成される信号のアナログ対デジタル変換を実行する。該コントローラ１１２は、その双方の成分の信号５０２、５０３を用いてセンサ１２０を通る磁束の角度、その後、第２の磁束集中器１１５ｂの位置を計算する。上述したように、コントローラ１１２は、位置情報を別のコントローラ又はシステムに提供し、又は第２の磁束集中器１１５ｂの計算した位置に基づいて所定の動作をとるような設計とすることもできる。
【００２７】
［００３９］  正確な角度の計算を行なうため、別個の成分信号５０２、５０３の振幅は、互いに真の振幅でなければならない。換言すれば、測定単位は同一又は同程度のものでなければならない。これを実現するためには、信号５０２、５０３の各々に対するゲイン及びオフセット回路は、実質的に同一とし又は実質的に同一の調整を為し得るような設計としなければならない。
【００２８】
［００４０］  成分信号５０２、５０３の振幅を正確に測るためには、位相シフトに起因する誤差に対処しなければならない。正確に測るためには、センサ１２０の出力（信号５０２、５０３）と混合信号１３０との間の位相シフトに対応しなければならない。１つの実施の形態において、出力信号（信号５０２、５０３）と混合信号１３０との間の位相シフトは、ローパスフィルタ（５４２、５４３）からの復調信号（信号５４５、５４６）がゼロ信号オフセットから離れて最大の絶対的な振幅に達する迄、混合信号１３０の位相を徐々にシフトすることによって防止される。
【００２９】
［００４１］  １つの代替的な実施の形態（図示せず）において、センサ１２０の出力信号と混合信号１３０との間の位相シフトは、２つのミキサ、すなわち第１のミキサ及び第２のミキサを用いて、出力信号と変調信号１３０を混合することによって防止される（又は少なくとも減少する）。第１のミキサは、センサ１２０出力信号、及び変調信号と同一位相の信号を受け取る。第２のミキサは、出力信号と、直角信号（例えば、変調信号に対して約９０°位相外れの信号）を受け取る。その両信号は、低域ろ過され、上述したように、ゲイン及びオフセットの調整が為される。次に、センサ１２０の出力信号の振幅が同一位相及び直角復調回路からの形成される成分を用いて計算される。磁束角度の計算の前に磁束のＸ及びＹ成分が計算される場合、Ｘ及びＹの双方に対して同一位相及び直角測定値が得られる。
【００３０】
［００４２］  上述した実施の形態において、信号の処理はセンサ１２０の外側に配置された回路にて行なわれる。代替的な実施の形態において、信号の処理回路は、例えば、図６に示したように、センサ１２０（特定のセンサ１２０Ａ）内に配置されている。適用の目的のため、「センサ内」とは、回路が同一のハウジング内にあり又はセンサに対して局所的に配置される設計を包含する。
【００３１】
［００４３］  図６に示した実施の形態において、磁束変調器１１０を駆動する電子機器は、センサ１２０ａ内に配置され、又は磁束変調器１１０内に一体化されている。この実施の形態において、角度情報の出力６０５は、アナログ信号又はデジタル信号（例えば、パルス幅変調信号又は当業者に知られたその他のデジタル通信信号）とすることができる。
【００３２】
［００４４］  本発明の実施の形態にて有用な磁束変調器は、多様な形態の１つをとることができる。１つの実施の形態において、磁束変調器１１０は、磁束変調器を通じての磁気抵抗が振動周波数にて変化するように振動する機械的システムである。１つの代替的な実施の形態において、磁束変調器１１０は、磁気回路１０１内の一連の要素の透磁性を変化させ（又は制御する）ことにより形成される。この実施の形態において、一連の要素は、該一連の要素にて磁界を形成することにより、周期的に駆動して磁気飽和状態にする。該一連の要素付近に配置された電流を用いて一連の要素を磁気飽和状態に駆動すべく使用される磁界を形成する。更なる代替的な実施の形態において、磁束変調器１１０は、外部の発生源により変質させることのできる磁気性質を有する材料（例えば、磁気ひずみ材料又は圧電磁気材料）を用いて形成される。
【００３３】
［００４５］  更に別の代替例において、磁気回路１０１内の制御された磁束（図７）の発生源１０２としてコイル７０５が使用される。コイル７０５は、巻線コイル、プリント回路板上にトレースから形成されたコイル、又は別型式のコイルとすることができる。コントローラ（図７にてセンサ１２０ｂ内に配置される）は、コイルドライバ７１０と連通してコイル７０５への電流を制御する。コイル７０５への電流は、同期的に増加又は減少させ、既知の振動周波数にて時間と共に変化する磁束を形成する。磁束は、第１の磁束集中器１１５ａに提供される。この実施の形態において、ドライブ回路はセンサの外側に配置されているが、感知、変調及び復調回路、並びに計算回路（例えば、コントローラ１１２）は、上述したように、センサ１２０（特定のセンサ１２０Ｂ）内に配置されている。
【００３４】
［００４６］  １つの実施の形態（図示せず）において、磁束変調器１１０は、図１に示したように磁束回路１０１の経路と直列ではなく、第１の磁束集中器１１５ａを通る磁束回路１０１の経路に対し並列に配置されている。このため、並列な経路の磁気抵抗は変調される。並列経路の減少した磁気抵抗は、センサ１２０を通る磁束の量を減少させる。これと同様に、並列経路の増大した磁気抵抗は、センサ１２０を通る磁束量を増大させる。この実施の形態において、磁束の角度の感知、電気回路及び計算は、上述したように、センサ１２０にて行なわれる。
【００３５】
［００４７］  磁気感知の適用例において、感知システム１００により形成されない外部磁界のような雑音は、感知値に不正確さを生じさせる可能性がある。本発明は、センサ１２０を通る磁束の角度を測定する。このため、システム１００により発生された磁束と同一の方向に向けてセンサ１２０を通る外部磁界は、システム１００の信頼性に影響を与えることはなく、それは、システム１００により発生された磁束と同一方向への外部の磁界によってシステム１００の磁束角度が変化されないからである。
【００３６】
［００４８］  更に、システム１００内にて生ずる磁束の変調及び信号の復調のため、センサ１２０を通る外部の磁界（磁束集中器１１５ａ、１１５ｂの間の角度にてセンサを通過するときと異なる角度）は、外部磁界が既知の変調周波数付近にて変化する（すなわち、「帯域内」雑音）ときでない限り、センサ１２０を通る磁束の角度の測定値に著しく影響を与えない。かかる外部磁界が存在する場合、システムは、その磁界を検出することが可能である。例えば、システムの内部で発生された磁束の変調は不作動とされ（磁束変調器１１０が１つの状態に保たれる）、外部磁界は、通常の復調回路１２７（図５にて）を用いてセンサ１２０により測定されるであろう。外部磁界が均一であることが分かったならば、外部磁界に起因する測定値の誤差は、システムの測定の各成分に対するゼロ信号オフセットの一部分となる。外部磁界が不均一であり又は変化することが分かった場合、コントローラ１１２は、望ましくない雑音をデジタル式にろ過し又は診断モードに入る（すなわち、測定に関して問題があるということを何とかして連絡する）ことができる。
【００３７】
［００４９］  このように、本発明の実施の形態は、特に、磁気利用のセンサを用いて可動の構成要素の位置を測るシステム及び方法を提供する。該システム及び方法は、システム内にて磁界の強さが変化するとき、また、システムによって発生されない外部磁界が存在するとき、正確な位置の測定を行なう。
【００３８】
［００５０］  本発明の色々な特徴は、以下の請求の範囲に記載されている。
【符号の説明】
【００３９】
１００  可動の構成要素の位置を測るシステム
１０１  磁気回路
１０２  変化する磁束の制御可能な発生源
１０５  磁石１０５
１１０  磁束変調器
１１１  変調信号
１１５ａ  第１の磁束集中器
１１５ｂ  第２の磁束集中器
１１２  コントローラ
１２０  センサ
１２６  出力信号
１２７  電気回路
１３０  コントローラ１１２からの混合信号
１３２  ミキサ
１３５  信号
１４０  ローパスフィルタ
１４５  １つ以上の磁束成分を表わす復調信号
【図１Ａ】
2014055953.tif 000003
【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【外国語明細書】
2014055953000001.pdf