(57)【要約】      （修正有）【課題】外部磁場の影響を受けない非接触位置センサを提供する。【解決手段】各々が透磁性コアとコイル軸を画定するウイングを備える少なくとも２つのセンサコイル１，２を備える。これらの少なくとも２つのセンサコイル１，２は、互いに実質的に平行であるコイル軸を有するように配置される。センサの電気回路は、少なくとも２つのセンサコイル１，２の各々内で所定の交流電流を駆動し、前記少なくとも２つのセンサコイル１，２の各々の電圧の高周波電圧成分を決定する。所定の交流電流は、低周波電流成分と高周波電流成分を含む。電気回路は、決定された電圧の内の２つの高周波電圧成分の振幅レベルを互いから減算することによって及びその減算結果を所定の基準パターンに比較することによって、強磁性ターゲット２０の位置を検出する。【選択図】図２
2014206536.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部磁界Ｈextの偏向によって強磁性ターゲット（２０）の位置を検出するための非接触位置センサ（１００）であって、
各々が透磁性コア（５，６）と、コイル軸を画定し、前記透磁性コアを囲むウイング（９，１０）とを備える少なくとも２個のセンサコイル（１，２）であって、互いに実質的に平行なコイル軸を有し且つ前記強磁性ターゲット（２０）が少なくとも２本の前記コイル軸の各々に対して横切るように移動するための空間に面する各々の一端（１３，１４）を有するように配置される前記少なくとも２個のセンサコイル（１，２）と、
前記少なくとも２個のセンサコイル（１，２）の各々内で所定の交流電流（Ｉ）を駆動するため及び前記少なくとも２個のセンサコイル（１，２）の各々の電圧（Ｖ1，Ｖ2）の高周波電圧成分（Ｖ1H，Ｖ2H）を決定するための電気回路（１７）と
を備え、
前記所定の交流電流（Ｉ）は、前記少なくとも２個のセンサコイル（１，２）の各々を駆動するように設定された低周波電流成分（Ｉ1）と、前記少なくとも２個のセンサコイル（１，２）の各々のインピーダンスを測定するために設定された高周波電流成分（Ｉ2）とを含み、
前記電気回路（１７）は、前記２個のセンサコイル（１，２）の各々の前記決定された電圧（Ｖ1，Ｖ2）の二つの前記高周波電圧成分（Ｖ1H，Ｖ2H）の振幅レベルを互いから減算することによって且つ前記減算結果を所定の基準パターンに比較することによって、前記強磁性ターゲット（２０）の位置を検出するように構成される非接触位置センサ（１００）。
【請求項２】
前記電気回路（１７）は、更に前記少なくとも２個のセンサコイル（１，２）の各々の前記電圧（Ｖ1，Ｖ2）の前記高周波電圧成分（Ｖ1H，Ｖ2H）を決定するためのハイパスフィルタ（２２）を備え、
前記ハイパスフィルタの遮断周波数は、前記少なくとも２個のセンサコイル（１，２）の夫々に対する前記高周波電流成分（Ｉ2）の周波数に基づく請求項１に記載の非接触位置センサ（１００）。
【請求項３】
前記電気回路（１７）は、更に
前記夫々の低周波電流成分（Ｉ1）から、前記少なくとも２個のセンサコイル（１，２）の各々の前記電圧（Ｖ1，Ｖ2）の低周波電圧成分（Ｖ1L，Ｖ2L）を決定するためのローパスフィルタ（２１）を備え、
前記ローパスフィルタ（２１）の遮断周波数は、前記少なくとも２個のセンサコイル（１，２）の夫々に対する前記低周波電流成分（Ｉ1）の周波数に基づく請求項１又は２に記載の非接触位置センサ（１００）。
【請求項４】
前記電気回路（１７）は、更に
前記夫々の２個のセンサコイル（１，２）の前記電圧（Ｖ1，Ｖ2）の二つの低周波電圧成分（Ｖ1L，Ｖ2L）間の位相オフセットを検出するための位相検出器（２３）を備え、
前記検出された位相オフセットに基づいて、前記二つの決定された高周波電圧成分（Ｖ1H，Ｖ2H）の一方は、前記二つの高周波電圧成分（Ｖ1H，Ｖ2H）の振幅レベルを互いから減算する前に、前記二つの高周波電圧成分（Ｖ1H，Ｖ2H）の他方に対してシフトされる請求項３に記載の非接触位置センサ（１００）。
【請求項５】
前記電気回路（１７）は、更に、前記少なくとも２個のセンサコイル（１，２）の内の２個の前記決定された高周波電圧成分（Ｖ1H，Ｖ2H）の振幅包絡線のレベルを互いから減算するように構成される請求項１乃至４のいずれか１項に記載の非接触位置センサ（１００）。
【請求項６】
前記低周波電流成分（Ｉ1）の振幅は、強磁性ターゲット（２０）の位置を検出するために使用されるよう前記外部磁界Ｈextに基づいて設定され、
前記低周波電流成分（Ｉ1）の低周波数（ｆ1）は、前記低周波数（ｆ1）に対する前記少なくとも２個のセンサコイル（１，２）の夫々のインピーダンスが前記センサコイル（１，２）のＤＣ特性に対応するように設定される請求項１乃至５のいずれか１項に記載の非接触位置センサ（１００）。
【請求項７】
前記高周波電流成分（Ｉ2）の高周波数（ｆ2）は、前記高周波電流成分（Ｉ2）が前記インピーダンスの測定を可能とするが前記夫々のセンサコイル（１，２）の前記透磁性コア（５，６）の磁化に対する影響が無視できるように、前記夫々のセンサコイル（１，２）の透磁性に基づいて前記少なくとも２個のセンサコイル（１，２）の各々に対して設定される請求項１乃至６のいずれか１項に記載の非接触位置センサ（１００）。
【請求項８】
前記高周波電流成分（Ｉ2）の高周波数（ｆ2）は、前記少なくとも２個のセンサコイル（１，２）の夫々の共振周波数に対応するように前記少なくとも２個のセンサコイル（１，２）の各々に対して設定される請求項１乃至７のいずれか一項に記載の非接触位置センサ（１００）。
【請求項９】
更に、前記少なくとも２個のセンサコイル（１，２）の各々に対して直列抵抗器（Ｒ1，Ｒ2）を備え、
前記直列抵抗器（Ｒ1，Ｒ2）及び前記夫々のセンサコイル（１，２）で形成された各直列回路には、前記電気回路（１７）によって前記所定の交流電流（Ｉ）が供給される請求項１乃至８のいずれか１項に記載の非接触位置センサ（１００）。
【請求項１０】
前記直列抵抗器（Ｒ1，Ｒ2）の各々は、前記接続されたセンサコイル（１，２）のＤＣインピーダンス値と同じ抵抗値を有するように構成される請求項９に記載の非接触位置センサ（１００）。
【請求項１１】
各々が透磁性コア（５，６，７，８）、及びコイル軸を画定し、前記透磁性コア（５，６，７，８）を囲むウイング（９，１０，１１，１２）を備える少なくとも４個のセンサコイル（１，２，３，４）と、前記４個のセンサコイル（１，２，３，４）の各々に対して直列抵抗器（Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4）とを備え、
前記直列抵抗器（Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4）及び前記夫々のセンサコイル（１，２，３，４）で形成された各直列回路は、前記電気回路（１７）によって前記所定の交流電流（Ｉ）の０°の位相シフトバージョン、９０°の位相シフトバージョン、１８０°の位相シフトバージョン及び２７０°の位相シフトバージョンの１つが供給され、
位相シフトは前記低周波電流成分（Ｉ1）に基づいて設定され、
前記電気回路（１７）は、前記所定の交流電流（Ｉ）の前記０°の位相シフトバージョン及び前記１８０°の位相シフトバージョン、又は前記所定の交流電流（Ｉ）の前記９０°の位相シフトバージョン及び前記２７０°の位相シフトバージョンが供給される前記夫々の２個のセンサコイル（１，３；２，４）の前記決定された電圧（Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3，Ｖ4）の内の二つの前記高周波電圧成分（Ｖ1H，Ｖ2H，Ｖ3H，Ｖ4H）の振幅レベルを互いから減算することによって且つ前記減算結果を所定の基準パターンに比較することによって、前記強磁性ターゲット（２０）の位置を検出するように構成される請求項９又は１０に記載の非接触位置センサ（１００）。
【請求項１２】
前記４個のセンサコイルは、実質的に互いに平行にコイル軸を有する正方形構成を形成するように配置される請求項１１に記載の非接触位置センサ（１００）。
【請求項１３】
更に、前記少なくとも２本のコイル軸の各々に対して実質的に垂直である外部磁界Ｈextを発生するために前記少なくとも２個のセンサコイル（１，２）の間に配置された放射方向の磁化された永久磁石（３０）を備える請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の非接触位置センサ（１００）。
【請求項１４】
非接触位置センサシステムであって、
請求項１乃至１２のうちいずれか１項に記載の非接触位置センサ（１００）と、
少なくとも２本の前記コイル軸の各々に対して実質的に垂直である外部磁界Ｈextを発生するための、前記少なくとも２個のセンサコイル（１，２）の間に配置された永久磁石（３０）と、
前記少なくとも２個のセンサコイル（１，２）の各々の一端（１３，１４）が面する空間中で前記少なくとも２本のコイル軸の各々に関して横切るように移動する強磁性ターゲット（２０）を備え、
前記非接触位置センサ（１００）は、前記外部磁界Ｈextの偏向によって前記強磁性ターゲット（２０）の位置を検出する非接触位置センサシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも部分的に強磁性のターゲットの位置を検出するための改良された非接触位置センサ及びその非接触位置センサを組み込む非接触位置センサシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明に照らして、非接触位置センサは、電流駆動型磁界センサとして理解されるべきである。
【０００３】
従って、非接触位置センサは、所定の駆動電流が提供されるセンサコイルを含む。次に、外部印加磁界がそのセンサコイル内でその所定の駆動電流によって誘導される内部磁界と相互作用する。これら二つの磁界間の相互作用の量は、センサコイルのインダクタンスを測定することによって検出可能である。更に、センサコイルのインダクタンスの変化は、内部磁界が一定に保たれている場合、外部磁界の変化を示す。
【０００４】
一般的に、非接触位置センサは、回転移動又は平行移動の検出のために、特にその移動を行う対象物の位置の検出のために利用される。この目的で、その対象物は、位置インジケータ要素としてターゲットを備える。そのターゲットは、外部磁界を発生するかそれと相互作用をする。外部磁界の変化は、非接触位置センサによって検出されることができる。
【０００５】
非接触位置センサのための例示的展開のシナリオでは、ターゲットは永久磁石を含む。非接触位置センサの近傍でのターゲットとしての永久磁石の移動は、非接触位置センサが露出する外部磁界を変化させる。外部磁界におけるそのような変化は、例えば、非接触位置センサのセンサコイルにおけるインダクタンスの変化として検出される。
【０００６】
非接触位置センサのため他の展開シナリオは、ＥＰ０６８４４５４Ａ１で提案されている。そこでは、強磁性ギアの回転移動が検出されるようになっている。永久磁石をターゲットとしてギアの１個以上の歯に配置する代わりに、非接触位置センサと強磁性ギアとの間に永久磁石を配置することが提案されている。回転中に、ギアの強磁性歯が永久磁石に近接して位置されると、永久磁石の磁界が偏向される。外部磁界のこの変化が、非接触位置センサ内で検出可能である。
【０００７】
このＥＰ０６８４４５４Ａ１では、非接触位置センサとターゲットとの間の距離をより広くすることが可能となり、ターゲットとしてのギアの歯上の位置インジケータ要素として永久磁石を固定する必要性を無くす。更に、ギアの回転移動は、壁が非接触位置センサを永久磁石から分離する構成においても検出されることができる。
【０００８】
非接触位置センサの開発は、ＥＰ０８９１５６０Ｂ１を参照して議論されるように、種々の改良点に遭遇した。ここで記述された非接触位置センサは、それ以来、外部磁界を検出するための単純だが正確な方法を提供することと認識されている。
【０００９】
これに関して、そこで開示された非接触位置センサの動作原理を以下で説明する。
【００１０】
センサコイルがそのセンサコイルに含まれた強磁性コアの不飽和状態内で作動されると、そのセンサコイルは主に一定のインピーダンス（誘導リアクタンス）として働く。これは、強磁性コアの磁化が、不飽和状態では印加される磁界と共に増加する事実に起因する。強磁性コアの磁化が飽和状態に達すると、その時、センサコイルのインピーダンス（誘導リアクタンス）が顕著に減少する。
【００１１】
一般的に、強磁性コアに対する不飽和状態と飽和状態との間の遷移領域は検出器コイルの「動作点」として用いられる。この遷移領域において、外部から印加された磁界の変化はインピーダンス（誘導リアクタンス）の変化を生じる。インピーダンス（誘導リアクタンス）の変化は、インピーダンス（誘導リアクタンス）の決定において、電子回路が外部磁界の変動（ΔＨext）を引き出すように外部磁界（Ｈext）に比例する。
【００１２】
ＥＰ０８９１５６０Ｂ１において、更に、正と負の電流パルスを含む電流をセンサコイルへ供給することが提案されている。電流パルスは、実質的に矩形状電流パルスとなる立ち上がりエッジと立下りエッジを備えるものとして記述される。
【００１３】
具体的には、正と負の電流パルスの振幅は、センサコイルの強磁性コアが正極及び負極の飽和状態へ駆動されるように構成される。従って、正の電流パルスの場合、内部磁界がＨint＝ｎ／Ｉ*Ｉになる。センサコイルの強磁性コアが外部磁界Ｈextによって増加／減少された内部磁界Ｈintの残りによって磁化される。
【００１４】
具体的には、電流パルスの立ち上がりエッジに応答して、センサコイルは、その立ち上がりエッジを誘導する電流を押す逆起電力に起因して電圧ピークを受ける。
【００１５】
電流パルスの立下りエッジに応答して、センサコイルは逆極性を有する第２の電圧ピークを受ける。この第２の電圧ピークは磁化されたセンサコイルの自己インダクタンスＬに起因し、そこでは電圧信号がｖ＝Ｌｄｉ／ｄｔとして決定される。
【００１６】
従って、第２の電圧ピークの高さは、外部磁界Ｈextによって増加／減少された内部磁界Ｈintの残りに基づくセンサコイルの磁気コアの磁化に依存する。その結果、第２の電圧ピークの高さによって外部磁界の存在／不存在を検出することが可能である。
【００１７】
より詳細には、非接触位置センサは、正の電流パルス並びに負の電流パルスの立下りエッジに対する電圧ピークの振幅を検出し、外部磁界の存在／不存在を決定するために両振幅値を使用する。
【００１８】
電圧ピークの検出された振幅を先の検出結果と比較すると、外部磁界の変化量ΔＨext、即ち、非接触位置センサに対するターゲットの移動を検出することが可能である。
【００１９】
以下で説明されるように、非接触位置センサはその精度が制限される。
【００２０】
引き続き印加された正と負の電流パルスの各組合せに対して、非接触位置センサは、外部から印加された磁界におけるただ一つの変化を決定する。これに関して、検出結果の数は、電流パルスパターンによって制限される。
【００２１】
更に、電圧パルスは、その振幅検出が困難であり且つそのセンサでかなりの処理能力を必要とするように短く且つ高い。更に、高い自己インダクタンス電圧の場合、その検出は、高定格電圧を有する回路コンポーネントを必要とする可能性がある。
【００２２】
更に、検出結果は、ターゲットの外部磁界Ｈextだけでなくあらゆる外部磁界によって影響を及ぼされる。例えば、自動車機器において、非接触位置センサは、磁化されている場合、ターゲットの外部磁界Ｈextを歪ませる可能性がある種々の強磁性部品によって囲まれている。更に、地磁界もターゲットの外部磁界Ｈextを歪ませる。
【００２３】
更に、ＥＰ０８９１５６０Ｂ１は、センサコイルにおいて温度ドリフト、重要公差等に対抗する補償電流を提供する制御アルゴリズムを記述しているが、非接触位置センサに含まれる電子回路に対するそのプログラミングと配備は高価で、材料コストを増加し且つ簡潔で容易なセンサ設計に対する障害である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
これに関して、本発明の目的は、例えば、一定の外部磁界に対する影響を回避するために上述の不利益を克服する非接触位置センサを提案することである。更に本発明の他の目的は、強磁性ターゲットのより正確な位置検出を可能とする非接触位置センサを提案することである。本発明の更なる目的に従って、外部磁界Ｈextの偏向によって強磁性ターゲットの位置を検出することを可能とする非接触位置センサが提案される。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上述の目的の少なくとも一つは、独立の請求項の主題によって解決される。有利な実施形態は従属の請求項の対象となる。
【００２６】
本発明の第１と第２の目的に合致する一例示的実施形態によれば、外部磁界Ｈextの偏向によって強磁性ターゲット２０の位置を検出する非接触位置センサ１００が提案される。
【００２７】
この非接触位置センサは少なくとも２個のセンサコイル１，２を備える。各センサコイルは、透磁性コア５，６と、コイル軸を画定し透磁性コア５，６を囲むウイング９，１０とを備える。これらの少なくとも２個のセンサコイル１，２は、コイル軸が基本的に互いに並列であり、且つ前記少なくとも２個のセンサコイル１，２の各々の一端１３，１４が強磁性ターゲット２０のための空間に面して前記少なくとも２本のコイル軸の各々に関して横断するように配置される。
【００２８】
非接触位置センサは、更に、前記少なくとも２個のセンサコイル１，２の各々内で所定の交流電流Ｉを駆動するため及び前記少なくとも２個のセンサコイル１，２の各々の電圧Ｖ1，Ｖ2の高周波電圧成分Ｖ1H，Ｖ2Hを決定するための電気回路１７を備える。
【００２９】
所定の交流電流Ｉは、前記少なくとも２個のセンサコイル１，２の各々を飽和状態に駆動するように設定された低周波電流成分Ｉ1と、前記少なくとも２個のセンサコイル１，２の各々のインピーダンスを測定するために設定された高周波電流成分Ｉ2とを含む。
【００３０】
更に、電気回路１７は、夫々２個のセンサコイル１，２の決定された電圧Ｖ1，Ｖ2の二つの高周波電圧成分Ｖ1H，Ｖ2Hの振幅レベルを互いから減算すること及び所定の基準パターンに対してその減算結果を比較することによって、強磁性ターゲット２０の位置を決定するように構成される。
【００３１】
より詳細な実施形態によれば、非接触位置センサ１００の電気回路１７は、更に、夫々２個のセンサコイル１，２の各々の電圧Ｖ1，Ｖ2の高周波電圧成分Ｖ1H，Ｖ2Hを決定するためのハイパスフィルタ２２を備える。更に、このハイパスフィルタ２２の遮断周波数は、前記少なくとも２個のセンサコイル１，２の夫々に対する高周波電流成分Ｉ2の周波数に基づく。
【００３２】
他のより詳細な実施形態によれば、非接触位置センサ１００の電気回路１７は、更に、夫々低周波電流成分Ｉ1からの、２個のセンサコイル１，２の各々の電圧Ｖ1，Ｖ2の低周波電圧成分Ｖ1L，Ｖ2Lを決定するためのローパスフィルタ２１を備える。このローパスフィルタ２１の遮断周波数は、前記少なくとも２個のセンサコイル１，２の夫々に対する低周波電流成分Ｉ1の周波数ｆ1に基づく。
【００３３】
更により詳細な実施形態によれば、非接触位置センサ１００の電気回路１７は、更に、夫々の２個のセンサコイル１，２の電圧Ｖ1，Ｖ2の二つの低周波電圧成分Ｖ1L，Ｖ2L間の位相オフセットを検出するために位相検出器２３を備える。検出された位相オフセットに基づいて、二つの決定された高周波電圧成分Ｖ1H，Ｖ2Hの一方は、二つの高周波電圧成分Ｖ1H，Ｖ2Hの振幅レベルを互いから減算する前に、二つの決定された高周波電圧成分Ｖ1H，Ｖ2Hの他方に対してシフトされる。
【００３４】
更に他のより詳細な実施形態によれば、非接触位置センサ１００の電気回路１７は、更に、前記少なくとも２個のセンサコイル１，２の二つの決定された高周波電圧成分Ｖ1H，Ｖ2Hの振幅エンベロープのレベルを互いから減算するように構成される。
【００３５】
他のより詳細な実施形態によれば、低周波電流成分Ｉ1の振幅は、強磁性ターゲット２０の位置を決定するために使用される外部磁界Ｈextに基づいて設定され、低周波電流成分Ｉ1の低周波数ｆ1は低周波数ｆ1に対する少なくとも２個のセンサコイル１，２の夫々のインピーダンスがセンサコイル１，２のＤＣ特性に対応するように設定される。
【００３６】
更により詳細な実施形態によれば、高周波電流成分Ｉ2の高周波数ｆ2は、高周波電流成分Ｉ2がインピーダンスの測定を可能とするが夫々のセンサコイル１，２の透磁性コア５，６の磁化に対する影響を無視できるように、夫々のセンサコイル１，２の透磁性に基づいて少なくとも２個のセンサコイル１，２の各々に対して設定される。
【００３７】
更に他のより詳細な実施形態によれば、高周波電流成分Ｉ2の高周波数ｆ2は、少なくとも２個のセンサコイル１，２の夫々の共振周波数に対応するように少なくとも２個のセンサコイル１，２の各々に対して設定される。
【００３８】
より詳細な実施形態によれば、非接触位置センサ１００は、更に、少なくとも２個のセンサコイル１，２の各々に対して直列抵抗器Ｒ1，Ｒ2を備える。直列抵抗器Ｒ1，Ｒ2及び夫々のセンサコイル１，２から形成される各直列回路には、電気回路１７によって所定の交流電流Ｉが供給される。
【００３９】
他のより詳細な実施形態によれば、非接触位置センサ１００の直列抵抗器（Ｒ1，Ｒ2）の各々は、接続されたセンサコイル１，２のＤＣインピーダンス値と同じ抵抗値を有するように構成される。
【００４０】
更により詳細な実施形態によれば、非接触位置センサ１００は、４個のセンサコイル１，２，３，４を備え、各々のセンサコイルが透磁性コア５，６，７，８とコイル軸を画定し、透磁性コア５，６，７，８を囲むウイング９，１０，１１，１２を備える。非接触位置センサ１００は、４個のセンサコイル１，２，３，４の各々に対する直列抵抗器Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4を備える。
【００４１】
直列抵抗器Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4及び夫々のセンサコイル１，２，３，４から形成された各直列回路は、電気回路１７によって所定の交流電流Ｉの０°の位相シフトバージョン、９０°の位相シフトバージョン、１８０°の位相シフトバージョン及び２７０°の位相シフトバージョンの一つが供給される。位相シフトは、低周波電流成分Ｉ1の周波数ｆ1に基づいて設定される（決定される）。
【００４２】
更に、電気回路１７は、所定の交流電流Ｉの０°の位相シフトバージョン及び１８０°の位相シフトバージョンが供給される又は所定の交流電流Ｉの９０°の位相シフトバージョン及び２７０°の位相シフトバージョンが供給される夫々の２個のセンサコイル１，３と２，４の決定された電圧Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3，Ｖ4の内の二つ高周波電圧成分Ｖ1H，Ｖ2H，Ｖ3H，Ｖ4Hの振幅レベルを互いから減算することによって且つそれらの減算結果を所定の基準パターンと比較することによって、強磁性ターゲットの位置を決定するように構成される。
【００４３】
より詳細な実施形態によれば、非接触位置センサ１００の４個のセンサコイルは、コイル軸が基本的に互いに平行である正方形配置を形成するように配置される。
【００４４】
より詳細な実施形態によれば、非接触位置センサ１００は、更に、少なくとも２本のコイル軸の各々に対して基本的に垂直な外部磁界Ｈextを発生するために、少なくとも２個のセンサコイル１，２間に配置された半径方向の磁化された永久磁石３０を備える。
【００４５】
本発明の第３の目的に合致する一例示的実施形態によれば、非接触位置センサ１００、永久磁石３０及び強磁性ターゲット２０を備える非接触位置センサシステムが提案される。非接触位置センサ１００は、先に記述された実施形態の内の一方に従って設けられる。永久磁石３０は、少なくとも２本のコイル軸の各々に対して基本的に垂直な外部磁界Ｈextを発生するために、少なくとも２個のセンサコイル１，２間に配置される。更に、強磁性ターゲット２０は、少なくとも２個のセンサコイル１，２の各々の一端１３，１４が面する空間において少なくとも２本のコイル軸の各々に関して横断されるべきである。非接触位置センサ１００は、外部磁界Ｈextの偏向によって強磁性ターゲット２０の位置を検出する。
【００４６】
添付の図面は、明細書に組み込まれ、本発明の幾つかの実施形態を示すために明細書に一部を形成する。これらの図面は、明細書と共に本発明の原理を説明するのに役立つ。図面は、本発明がどのように行われ且つ使用されるかの好適な及び他の例を示す目的のためであり、図示され且つ記述された実施形態のみに本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。更に実施形態の幾つかの態様は、本発明に従う解決策を個別に又は異なる組合せで形成することができる。更なる特徴と利点は、添付の図面に示される本発明の種々の実施形態の以下のより特定の記載から明らかとなり、図面中では、類似の参照符号が類似の要素を指す。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る、動作中の信号プロットを含む非接触位置センサを概略的に示す。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る非接触位置センサを概略的に示し且つ強磁性ターゲットの異なる位置に対する動作を例示する。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る非接触位置センサを概略的に示す。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る非接触位置センサの回路図を示し且つ強磁性ターゲットの異なる位置に対する動作を例示する。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
ここで図１を参照すると、本発明の第１の実施形態に係る非接触位置センサ１００の概略図が示されている。
【００４９】
非接触位置センサ１００は、２個のセンサコイル１，２を含む。センサコイル１，２の各々は、透磁性コア５，６と、夫々の透磁性コア５，６を囲むウイング９，１０とを含む。
【００５０】
典型的には、これらの透磁性コア５，６は、アモルファス鉄、コバルト、シリコーン及びボア合金から製造される薄い軟磁性フォイルとして実現される。更に、用語「アモルファス金属」は、不規則原子スケール構造を有する中実金属材料として理解されるべきである。
【００５１】
２個のセンサコイル１，２の各々に対して、ウイング９，１０に関連した透磁性コア５，６の配置は、夫々のコイル軸を画定する。具体的には、２個のセンサコイル１，２は、基本的に互いに平行なコイル軸を有るように配置される。
【００５２】
本発明に関連して、用語「コイル軸」は、センサコイル１，２の各々に誘導される内部磁界Ｈの方向性に対応するものと理解されるべきである。具体的には、透磁性コア５，６の幾何学形状及び夫々のウイング９，１０の形状は、磁界Ｈの方向性を画定する。
【００５３】
分かり易くするために、図１の概略図は図を２個のセンサコイル１，２の内の一個に制限し、また非接触位置センサ１００によって実行される位置検出を単純化している。それにもかかわらず、非接触位置センサ１００の動作原理は、図１と関連して説明される。
【００５４】
非接触位置センサ１００のセンサコイル１において、ウイング９は、ウイング９を流れる駆動電流Ｉが内部磁界Ｈ１を誘導するように、透磁性コア５の回りに配置される。内部磁界Ｈ１は、駆動電流Ｉとウイング９によって形成されるコイルの幾何学形状に依存する。
【００５５】
内部磁界Ｈ１は透磁性コア５に印加される。具体的には、内部磁界Ｈ１は、透磁性コア５内で磁束密度Ｂ１を引き起こす。ウイング９で誘導された印加内部磁界Ｈ１に依存して、透磁性コア５内で結果として得られる磁束密度Ｂ１は、透磁性コア５の飽和状態まで変化する。
【００５６】
本発明に関連して、飽和とは、印加された磁界Ｈの増加によって材料の磁化が更に増加されることができず、全磁束密度Ｂが横ばいになるよう透磁性コアにおいて達した状態である。
【００５７】
非接触位置センサ１００において、センサコイル１の透磁性コア５の飽和状態は、特に重要なことである。具体的には、飽和状態は、内部磁界Ｈ１に依存するのみならず、外部磁界Ｈextによって影響を及ぼされる。
【００５８】
外部磁界Ｈextが内部磁界Ｈ１と同じ向きを有する場合、両方の磁界は、センサコイル１の透磁性コア５内で合わさり（建設的に相互作用し）、外部磁界Ｈextが無い場合に比較してより小さな振幅の駆動電流Ｉで透磁性コア５が飽和状態になることになる。
【００５９】
同様に、外部磁界Ｈextが内部磁界Ｈ１と逆向きを有する場合、両方の磁界は、外部磁界Ｈextが無い場合に比較してセンサコイル１の透磁性コア５が飽和状態になるためにより高い振幅の駆動電流Ｉが必要とされるように、センサコイル１の透磁性コア５内で互いから減算する（破壊的相互作用する）。
【００６０】
これに関して認められることができるように、外部磁界Ｈextの強度、延いては外部磁界Ｈextを偏向する（即ち、と反作用する）強磁性ターゲット２０の位置は、センサコイル１の透磁性コア５が飽和状態になることが必要な駆動電流Ｉに関連して決定される。
【００６１】
具体的には、透磁性コア５の不飽和状態と飽和状態との間の遷移は、電気回路１７において、即ち、センサコイル１の電気インピーダンスを検出することによって識別可能である。この遷移のポイントは、一般的にはセンサコイル１の「動作ポイント」として知られている。
【００６２】
より詳細には、不飽和状態にある透磁性コア５で動作するセンサコア１は比較的高いインピーダンス値（略６００Ω）を有する。飽和状態にある透磁性コア５で動作する同じセンサコア１は比較的低いインピーダンス値（略６０Ω）を有する。
【００６３】
センサコイル１に対する不飽和状態と飽和状態との間の変化は、センサコイル１の電圧Ｖの変化を検出する電気回路１７によって所定の駆動電流Ｉに対して識別可能である。これに関連して、電気回路１７は、所定の駆動電流Ｉに関してセンサコイル１の電圧の比としてセンサコイル１のインピーダンスを決定できる。
【００６４】
非接触位置センサ１００のより具体的な実施形態では、有利な駆動電流Ｉは、センサコイル１の透磁性コア５の不飽和状態と飽和状態との間での遷移をより正確に指示するインピーダンスの変化の検出のために使用される。
【００６５】
特に、非接触位置センサ１００の電気回路１７は、所定の交流電流Ｉでセンサコイル１を駆動する。所定の交流電流Ｉは、低周波電流成分Ｉ1と高周波電流成分Ｉ2を含み、Ｉ＝Ｉ1＋Ｉ2として決定されることができる。
【００６６】
典型的には、低周波電流成分Ｉ1は１０ｍＡの振幅レベルを有し且つｆ1＝１ｋＨｚの周波数を持つように制御され、高周波電流成分Ｉ2は１乃至２ｍＡの振幅レベルを有し且つｆ2＝１００ｋＨｚの周波数を有するように制御される。
【００６７】
低周波電流成分Ｉ1は、センサコイル１を飽和状態へ駆動するように設定される。具体的には、低周波電流成分Ｉ1は、交互極性の内部磁界Ｈ１に基づいてセンサコイル１を飽和状態へ交互に駆動するように事前に決定される。それによって、センサコイル１内のコア損失、例えばヒステリシス損失、が減少されることは有利である。
【００６８】
これに関して、低周波電流成分Ｉ1の振幅は、可変外部磁界Ｈextに対するセンサコイル１の透磁性コア５を飽和へ駆動するように事前に決定される。
【００６９】
典型的には、低周波電流成分Ｉ1の振幅は、強磁性ターゲット２０に関連して発生される期待された外部磁界Ｈextに基づいて事前に決定される。
【００７０】
更に、低周波電流成分Ｉ1の低周波数ｆ1は、センサコイル１のインピーダンスがセンサコイル１のＤＣ特性（即ち、ウイングの抵抗）に対応する（よって支配される）ように設定される。換言すれば、非接触位置センサ１００のセンサコイル１は低周波電流成分Ｉ1の低周波数ｆ1で基本的にＤＣ特性を発現する。
【００７１】
典型的には、低周波電流成分Ｉ1の低周波数ｆ1は、センサコイル１のインピーダンスがウイング９のＤＣ抵抗（例えば、略１０乃至２０Ω）に対応するように設定される。
【００７２】
高周波電流成分Ｉ2は、非接触位置検出器１０のセンサコイル１のインピーダンスを測定するために設定される。従って、高周波数成分Ｉ2は低周波数成分Ｉ1とは異なっている。高周波数電流成分Ｉ2が使用される理由は、高周波数ｆ2に対して、センサコイル１が理想的インダクタＬとして近似されることができるからである。
【００７３】
これに関して、理想的インダクタＬのインピーダンスを測定するために、以下の式１が適用可能である。
【数１】
2014206536.tif 000003
【００７４】
従って、入力として予め定義された交流電流ｉ（ｔ）＝Ｉ・ｅjωtの場合、そのインピーダンスは、交流電流ｉ（ｔ）＝Ｉ・ｅjωtの導関数が同じ振幅を維持しているので、測定された出力電圧ν（ｔ）と所定の交流電流ｉ（ｔ）との間の振幅比として決定されることができる。
【００７５】
典型的には、高周波電流成分Ｉ2の高周波数ｆ2は、高周波電流成分Ｉ2がセンサコイル１の透磁性コア５の磁化に対する影響が無視できるようにセンサコイル１の透磁性に基づいて設定される。
【００７６】
より詳細には、周知の表皮効果は、磁気浸透深さ（表皮深さ）と外部から印加された磁界を誘導する電流の周波数との間の関係を一般的には表す。その関係は以下の式２で与えられる。
【数２】
2014206536.tif 000004
ここで、δは表皮深さと呼ばれ、ρは抵抗率に対応し、ωは角周波数に対応し、且つμ＝μ0・μrは絶対透磁率に対応して、そこでは、μ0は自由空間の透磁率を指し且つμrは媒体の比透磁率を指す。
【００７７】
従って、上記式２に基づいて、より高い周波数ｆ＝２π・ωに対して、透磁深さ（表皮深さδ）が減少することが容易に理解されることができる。具体的には、高周波数電流成分Ｉ2の高周波数は、それがセンサコイル１の透磁性コア５の磁化に影響を及ぼすことないように迅速に変化する、センサコイル１内の内部磁界Ｈ１を誘導する。
【００７８】
典型的には、比透磁率μr＞＞１０００００を有するセンサコイル１におけるフォイルタイプの透磁コア５の場合、周波数５０ｋＨｚ＜ｆ2＜５００ｋＨｚで交番する外部印加磁界は、２乃至３マイクロメートルの磁気浸透深さ（表皮深さδ）に対応する。従って、この例では、そのような内部磁界を誘導する高周波電流成分Ｉ2は、センサコイル１の透磁性コア５の全体の磁化に無視できる程度の影響を及ぼすか影響を及ぼさない。
【００７９】
更に、高周波電流成分Ｉ2はセンサコイル１の透磁性コア５の磁化に対する影響が限られているので、センサコイル１のインピーダンスの正確な検出結果を可能とすることが予め決定されると同時に非接触位置センサ１００の全体的なエネルギー消費を減少する。
【００８０】
これに関して、高周波電流成分Ｉ2の高周波数ｆ2がセンサコイル１の共振周波数に対応するように設定されると、非接触位置センサ１００の全体的なエネルギー消費が最小化されると同時に、正確な検出結果を可能とすることが強調される。
【００８１】
本発明に関連して、共振は、幾つかの周波数で他の周波数よりも大きな振幅で発振するセンサコイルの傾向として理解され、他方、共振周波数は振幅応答における最大の周波数として特徴づけられる。
【００８２】
センサコイル１が、上で説明したように、理想的インダクタＬによって近似されることができるが、実際のセンサコイル１は、例えば、僅かに異なる電位であるウイング９のターン同士間の電界に起因する寄生容量のような寄生効果に影響される。高周波数では、その寄生容量は、センサコイルの動作に影響を及ぼし始め、ある周波数では、センサコイル１は共振回路として動作する、即ち、自己共振する。
【００８３】
有利なことは、高周波電流成分Ｉ2の高周波数ｆ2がセンサコイル１の共振周波数に対応するように設定されると、センサコイル１はＬＣ共振器として動作する。高周波電流成分Ｉ2の小さな振幅（例えば、１乃至２ｍＡ）は、センサコイル１の電圧の比較的大きな振幅となるように設定される。それによって、正確な検出結果が非接触位置センサ１００内で達成される。更に、高周波電流成分Ｉ2の小さな振幅に起因して、非接触位置センサ１００のエネルギー消費が減少される。
【００８４】
更に、低周波電流成分Ｉ1と高周波電流成分Ｉ2の重畳をセンサコイル１に提供すると、電気回路１７は２個のセンサコイル１，２の各々の電圧レベルＶ1とＶ2を夫々決定する。
【００８５】
より詳細には、電気回路１７は、二つの決定された電圧レベルＶ1とＶ2の高周波成分の振幅を互いから減算することによって及び減算結果を所定の基準パターンに比較することによって、強磁性ターゲット２０の位置を決定する。強磁性ターゲット２０の位置の決定は、図２に関連してより詳細に説明される。
【００８６】
典型的には、センサコイル１の電圧レベルＶ1は、電気回路１７に含まれるローパスフィルタ２１とハイパスフィルタ２２へ提供される。ローバスフィルタ２１の遮断周波数は、低周波電流成分Ｉ1の低周波数ｆ1に基づいて構成される。ハイパスフィルタ２２の遮断周波数は、高周波電流成分Ｉ2の高周波数ｆ2に基づいて構成される。
【００８７】
従って、ローパスフィルタ２１は、センサコイル１の電圧の低周波電圧成分Ｖ1Lを出力する。同様に、ハイパスフィルタ２２はセンサコイル１の電圧Ｖ1Hの高周波電圧成分Ｖ1Hを出力する。
【００８８】
より詳細には、低周波電流成分Ｉ1の低周波数ｆ1は、センサコイル１のインピーダンスがセンサコイル１のＤＣ特性に対応し（よって支配され）、電圧Ｖ1の低周波電圧成分がセンサコイル１のＤＣ抵抗によってスケールされる低周波電流成分Ｉ1に基本的に対応するように設定される。
【００８９】
換言すれば、低周波電流成分Ｉ1の低周波数ｆ1は、センサコイル１が基本的にＤＣ特性を発現し、低周波電流成分Ｉ1と電圧Ｖ1の高周波電圧成分が略同位相で且つ振幅においてのみ異なるように設定される。
【００９０】
より詳細には、入力としての予め定義された交流電流ｉ（ｔ）の場合、決定された電圧Ｖ1の低周波電圧成分Ｖ1Lは、予め定義された交流電流ｉ（ｔ）の低周波電流成分Ｉ1の位相と略同じである。
【００９１】
従って、決定された電圧Ｖ1の低周波電圧成分Ｖ1Lのゼロクロス電圧は、センサコイル１に誘導された内部磁界Ｈ１の方向の変化となる低周波電流成分Ｉ1の極性の変化を示す。
【００９２】
更に、高周波電流成分Ｉ2の高周波数ｆ2がセンサコイル１のインピーダンスを測定するために設定される（例えば、高周波数ｆ2はセンサコイル１の透磁性に基づいて設定されるか又は高周波数ｆ2はセンサコイル１の共振周波数に対応するように設定される）場合、センサコイル１のインピーダンスに対応する振幅包絡線を有する電圧Ｖ1の高周波電圧成分Ｖ1Hが発振する。
【００９３】
従って、高周波電流成分Ｉ2が高周波数ｆ2を有するように設定されると、高周波電圧成分の振幅包絡線の実質的電圧降下／電圧上昇はセンサコイル１の透磁性コア５の不飽和状態と飽和状態との間の遷移及びその逆を示す。
【００９４】
その結果、センサコイル１の決定された電圧Ｖ1に対して、決定された電圧Ｖ1の低周波電圧成分Ｖ1Lによって電気回路１７がセンサコイル１に誘導された内部磁界Ｈ１の極性を検出することができる。他方、同じ決定された電圧Ｖ1の高周波電圧成分Ｖ1Hの振幅包絡線によって電気回路１７が誘導された内部磁界Ｈ１に関してセンサコイル１の透磁性コア５の不飽和状態と飽和状態との間の遷移を検出することができる。
【００９５】
換言すれば、決定された電圧Ｖ1の低周波電圧成分Ｖ1Lを参照することによって、電気回路１７は、誘導された内部磁界Ｈ１の極性間で区別することができる。更に、決定された電圧Ｖ1の高周波電圧成分Ｖ1Hを参照することによって、電気回路１７は、センサ回路１の誘導された内部磁界Ｈ１に対してセンサコイル１の透磁性コア５が飽和状態であるか否かを識別できる。
【００９６】
さて、外部磁界Ｈextの場合、決定された電圧Ｖ1の高周波電圧成分Ｖ1Hを参照することによって、電気回路１７は、外部磁界Ｈextと誘導された内部磁界Ｈ１が同じ極性を有する場合、センサコイル１の透磁性コア５の不飽和状態と飽和状態との間の遷移がより早く発生する、即ち、決定された電圧Ｖ1のより小さな低周波電圧成分Ｖ1Lに対して生じることを識別できる。
【００９７】
同時に、決定された電圧Ｖ1の高周波電圧成分Ｖ1Hを参照することによって、電気回路１７は、外部磁界Ｈextと誘導された内部磁界Ｈ１が互いに対して逆極性を有する場合、センサコイル１の透磁性コア５の不飽和状態と飽和状態との間の遷移がより遅く発生する、即ち、決定された電圧Ｖ1のより小さな低周波電圧成分Ｖ1Lに対して生じることを識別できる。
【００９８】
図１で説明されたように、センサコイル１の決定された電圧Ｖ1の低周波電圧成分Ｖ1Lと高周波電圧成分Ｖ1Hの振幅包絡線との間の上述の依存性は、電圧プロット（逆Ｕ形状プロット）で組み合わされることができる。
【００９９】
具体的には、電圧プロットは、Ｘ軸上の決定された電圧Ｖ1の低周波電圧成分Ｖ1Lと、Ｙ軸上の同じ決定された電圧Ｖ1の高周波電圧成分Ｖ1Hの振幅包絡線とを特徴付ける。換言すれば、時間の任意のポイントに対して、低周波電圧成分Ｖ1Lと、高周波成分Ｖ1Hの対応する振幅包絡線は、電圧プロットでポイント（ｘ，ｙ）としてプロットされる。
【０１００】
従って、電圧プロットのＸ軸の正の区間は、センサコイル１における誘導された内部磁界Ｈ１の一極性を示す、決定された電圧Ｖ1の正の低周波電圧成分Ｖ1Lに対応する。同様に、電圧プロットのＸ軸の負の区間は、センサコイル１における誘導された内部磁界Ｈ１の逆極性を示す、決定された電圧Ｖ1の負の低周波電圧成分Ｖ1Lに対応する。
【０１０１】
更に、電圧プロットのＹ軸は、センサコイル１のインピーダンスに対応する振幅包絡線を有する、決定された電圧Ｖ1の高周波電圧成分Ｖ1Hに対応する。従って、電圧プロットのＹ軸における実質的電圧降下／電圧上昇は、センサコイル１の不飽和状態と飽和状態との間の遷移及びその逆を示す。
【０１０２】
有利なことは、外部磁界Ｈextの場合、決定された電圧Ｖ1の高周波電圧成分Ｖ1Hは、外部磁界Ｈextと同じ極性／逆極性の内部磁界Ｈ１を識別する、決定された電圧Ｖ1の夫々の低周波電圧成分Ｖ1Lに対して、不飽和状態と飽和状態との間のより早い／より遅い遷移を示す。
【０１０３】
従って、外部磁界Ｈextの極性に依存して、電圧プロットは、外部磁界Ｈextが無い場合に比較して、左方向又は右方向へ「シフト」される。換言すれば、外部磁界Ｈextの極性に基づいて、決定された電圧Ｖ1の高周波電圧成分Ｖ1Hは、外部磁界Ｈextが無い場合に比較して、決定された電圧Ｖ1の低周波電圧成分Ｖ1Lに対して「シフト」される。
【０１０４】
ここで図２を参照すると、本発明の第２の実施形態に係る非接触位置センサ２００が強磁性体２０に関連して示されている。
【０１０５】
第２の実施形態に係る非接触位置センサ２００は、第１の実施形態で既に述べたように、２個のセンサコイル１，２及び電気回路１７を備える。
【０１０６】
第１の実施形態に関連して概説されたように、非接触位置センサ２００は２個のセンサコイル１，２を備え、センサコイルの各々が透磁性コア５，６及び透磁性コア５，６を囲み、コイル軸を画定するウイング９，１０を備える。
【０１０７】
非接触位置センサ２００の電気回路１７は、２個のセンサコイル１，２の各々内で個別に所定の交流電流Ｉを駆動する。簡明のために、所定の交流電流Ｉの定義のための第１の実施形態のみが参照される。
【０１０８】
非接触位置センサ２００の電気回路１７は、更に２個のセンサコイル１，２の各々の電圧Ｖ1，Ｖ2の高周波電圧成分Ｖ1H，Ｖ2Hを決定する。次に、電気回路１７は、夫々の２個のセンサコイル１，２の決定された二つの電圧Ｖ1，Ｖ2の高周波電圧成分Ｖ1H，Ｖ2Hの振幅レベルを減算する。
【０１０９】
外部磁界Ｈextの場合、決定された電圧Ｖ1又はＶ2の高周波電圧成分Ｖ1H又はＶ2Hの一方は決定された電圧Ｖ1又はＶ2の低周波電圧成分Ｖ1L又はＶ2Lに関してシフトされ、他方、決定された電圧Ｖ1又はＶ2の他方の高周波電圧成分Ｖ1H又はＶ2Hはシフトされない。従って、電気回路１７によって決定される減算結果は、異なるパターンによってそのシフトを識別する。
【０１１０】
従って、非接触位置センサ２００は、減算結果を所定の基準パターンに比較する電気回路１７によって、外部磁界Ｈextの偏向を生じる強磁性ターゲット２０の位置を検出できる。
【０１１１】
上述のように、電気回路１７は、同じ位相を有する所定の交流電流Ｉで２個のセンサコイル１，２を駆動する。この場合、決定された電圧Ｖ1又はＶ2の高周波電圧成分Ｖ1H又はＶ2Hの内の一方の決定された電圧Ｖ2又はＶ1の高周波電圧成分Ｖ2H又はＶ1Hに対するシフトは、上述のように、振幅レベルの減算によって識別されることができる。
【０１１２】
電気回路１７が異なる位相を有する（即ち、交流電流間に位相オフセットを有する）所定の交流電流Ｉで２個のセンサコイル１，２を駆動する場合、電気回路１７は、高周波電圧成分の一方のシフトを検出するために、最初に位相オフセットを補償し、次に夫々の２個のセンサコイル１，２の決定された二つの電圧Ｖ1とＶ2の高周波電圧成分Ｖ1HとＶ2Hの位相補償された振幅レベルを減算することが必要である。
【０１１３】
より詳細には、非接触位置センサ２００は、更に、夫々の２個のセンサコイル１，２の決定された二つの電圧Ｖ1，Ｖ2の二つの低周波電圧成分Ｖ1L，Ｖ2Lの間の位相オフセットを検出するための位相検出器１３を備えることができる。次に、検出された位相オフセットに基づいて、二つの決定された高周波電圧成分Ｖ1H，Ｖ2Hの一方は、二つの高周波電圧成分Ｖ1H，Ｖ2Hを互いから減算する前に、二つの決定された高周波電圧成分Ｖ1H，Ｖ2Hの他方に対してシフトされる（即ち、時間シフトされる）。
【０１１４】
それによって、他方のセンサコイル５又は１に対する一方のセンサコイル１又は５の不飽和状態と飽和状態との間の早い遷移や遅い遷移は、二つの決定された電圧Ｖ1，Ｖ2の高周波電圧成分Ｖ1H，Ｖ2Hの同じ位相の振幅レベルを互いから減算することによって検出される。
【０１１５】
より詳細な例では、非接触位置センサ２００の電気回路１７は、二つの決定された電圧Ｖ1，Ｖ2の高周波電圧成分Ｖ1H，Ｖ2Hの振幅レベルを互いから減算する前に、決定された電圧Ｖ1，Ｖ2の各々の高周波電圧成分の振幅包絡線を決定する。
【０１１６】
図２に示される非接触位置センサ２００は、更に永久磁石３０を含む。永久磁石３０は、２個のセンサコイル１，２の間に配置される。それによって、２個のセンサコイル１，２は永久磁石３０によって発生される外部磁界Ｈextへ露出される。更に、永久磁石３０は、発生された外部磁界Ｈextが実質的に２本のコイル軸の各々に対して垂直であるように配置される。
【０１１７】
非接触位置センサ２００の例示的実現によれば、永久磁石３０は、放射方向に磁化された永久磁石として実現される。従って、永久磁石３０は、一方の極性（例えば、Ｎ極）の外側部分と他方の極性（例えば、Ｓ極）の内側部分を有するリング形状である。例えば、磁束の閉ループパスは、永久磁石３０から生じ、一方のセンサコイル１又は５の透磁性コア５又は６によって焦点を合わせられ、永久磁石３０に戻される。
【０１１８】
非接触位置センサ２００の他の例示的実現によれば、永久磁石３０は棒状の永久磁石として実現される。永久磁石３０は、一方の極性（例えば、Ｎ極）の一端と他方の極性（例えば、Ｓ極）の他端を有する直方体形状又は円筒形状を有する。この例では、永久磁石３０は、その端部が夫々センサコイル１，２に向けて指すように２個のセンサコイル１，２の間に配置されることが有利である。
【０１１９】
センサコイル１，２の各々内で無視できる／バランスのとれた磁束密度Ｂに対して、永久磁石３０が２個のセンサコイル１，２の中心によって画定される平面内に配置されることが有利である。これに関して、夫々のセンサコイル１，２の透磁性コア５，６の各々において、等しい量の磁束が互いに対して反対方向に流れており、それによって、２個のセンサコイル１，２の各々内の全体の磁束密度Ｂが略ゼロである。
【０１２０】
それにもかかわらず、センサコイル１，２に関する永久磁石３０の異なる位置に対して、電気回路１７は、センサコイル１，２に追加の直流を印加することによって永久磁石３０の配置を補償することができる。
【０１２１】
具体的に、２個のセンサコイル１，２の中心によって画定される平面の外側の位置への永久磁石３０の変位の場合、電気回路１７は２個のセンサコイル１，２に対して同じ直流電流オフセットを有する補償直流電流をセンサコイル１，２に供給できる。
【０１２２】
２個のセンサコイル１，２から等距離でない位置へ永久磁石３０を変位する場合、電気回路１７は、２個のセンサコイル１，２に対して逆極性の直流電流オフセットを有する補償直流電流をセンサコイル１，２に供給する。
【０１２３】
更に、図２は、非接触位置センサ２００と共に強磁性ターゲット２０を示している。強磁性ターゲット２０は直方体形状又は円筒形状を有し、そこでは強磁性ターゲット２０の前面の長さ（即ち、非接触位置センサ２００に面する側）は２個のセンサコイル１，２との間の距離の略半分である。強磁性ターゲット２０のこの幾何学形状は、実際に、既述された非接触位置センサ２００と共に優れた検出結果を提供した。
【０１２４】
図２に示されるように、強磁性ターゲット２０は、センサコイル１，２の前方に、即ちコイル軸の各々に関して横切って（例えば、垂直方向に）移動されるべきである。具体的には、強磁性ターゲット２０は、２個のセンサコイル１，２の各々の一端１３，１４が向く空間内に移動されるべきである。
【０１２５】
強磁性ターゲット２０がコイル軸に関して横切って移動されると、それは、ａ）両センサコイル１，２に対して等距離に、ｂ）センサコイル１の前方に、及びｃ）センサコイル５の前方に配置されることができる。位置ｂ）とｃ）は、強磁性ターゲット２０が移動されるべき空間内の境界に対応している。換言すれば、強磁性ターゲット２０が２個のセンサコイル１，２に関して更に外側に移動される場合、強磁性ターゲット２０の位置の検出が不可能になる。
【０１２６】
図２（Ａ）において、強磁性ターゲット２０は、２個のセンサコイル１，２の間の等しい距離に示される。この位置では、強磁性ターゲット２０は、センサコイル１，２内の磁束密度Ｂへの影響が無視できる。従って、夫々のセンサコイル１，２に対する電圧プロットは対称的であり、電気回路１７が夫々の２個のセンサコイル１，２の決定された二つの電圧Ｖ1，Ｖ2の高周波電圧成分Ｖ1H，Ｖ2Hの振幅レベルを減算すると、電気回路１７は一方の側又は他方の側に対するシフトを検出できない。減算結果は（０，０）で示される。
【０１２７】
図２（Ｂ）では、強磁性ターゲット２０は、センサコイル１の前方に示される。この位置では、強磁性ターゲット２０はセンサコイル２内の磁束密度Ｂへの影響が無視できるが、センサコイル１内の磁束密度Ｂへ実質的な影響を及ぼす。従って、センサコイル２に対する電圧プロットは対称的であるが、センサコイル１に対する電圧プロットは右方向へ（右への矢印参照）にシフトされる。
【０１２８】
この場合、電気回路１７が夫々の２個のセンサコイル１，２の決定された二つの電圧Ｖ1，Ｖ2の高周波電圧成分Ｖ1H，Ｖ2Hの振幅レベルを減算すると、決定された電圧Ｖ1の高周波電圧成分Ｖ1Hの決定された電圧Ｖ2の他方に高周波電圧成分Ｖ2Hに対するシフトが検出可能である。減算結果は（-，+）で示される。
【０１２９】
図２（Ｃ）において、強磁性ターゲット２０は、センサコイル５の前方に示される。この位置では、強磁性ターゲット２０はセンサコイル１内の磁束密度Ｂへの影響が無視できるが、センサコイル１内の磁束密度Ｂへ実質的な影響を及ぼす。従って、センサコイル１に対する電圧プロットは対称的であるが、センサコイル１に対する電圧プロットは右方向（右への矢印参照）へシフトされる。
【０１３０】
この場合、電気回路１７が夫々の２個のセンサコイル１，２の決定された二つの電圧Ｖ1，Ｖ2の高周波電圧成分Ｖ1H，Ｖ2Hの振幅レベルを減算すると、決定された電圧Ｖ2の高周波電圧成分Ｖ2Hの決定された電圧Ｖ1の他方に高周波電圧成分Ｖ1Hに対するシフトが検出可能である。減算結果は（+，-）で示される。
【０１３１】
これらの場合の全てで、非接触位置センサ２００の電気回路１７は、夫々の２個のセンサコイル１，２の決定された電圧Ｖ1，Ｖ2の二つの高周波電圧成分Ｖ1H，Ｖ2Hの振幅レベルを互いから減算することによって及びその減算結果を所定の基準パターンに比較することによって、強磁性ターゲット２０の位置を検出できる。
【０１３２】
上記から容易に理解されるように、非接触位置センサは２個のセンサコイル１，２と共に働くのみならず３個、４個又はそれを越えるセンサコイルを有する非接触位置センサが考えられる。
【０１３３】
３個のセンサコイルを有する非接触位置センサの場合、同じセンサコイルが直線構成に又は三角形構成に配置されることができる。強磁性ターゲットが３個のセンサコイルの一つに向く又はそれに近接して配置される場合、同じセンサコイルの決定された電圧の高周波電圧成分が、他の２個のセンサコイルの決定された電圧の高周波電圧成分に対してシフトされる。
【０１３４】
従って、この場合にも、二つの決定された電圧の高周波電圧成分の減算によって、強磁性ターゲットの位置が非接触位置センサにおいて検出されることができる。
【０１３５】
以下において、４個のセンサコイルを含む非接触位置センサが記述される。この非接触位置センサは、自動車のギアボックスにおけるギア検出のために使用されると有利である。具体的に、図示の構成では、非接触位置センサは、強磁性ターゲットの回転移動と平行移動の検出が可能である。
【０１３６】
ここで、図３と図４を参照すると、本発明の第３の実施形態に係る非接触位置センサ３００が強磁性ターゲット２０に関連して示されている。
【０１３７】
第３の実施形態に係る非接触位置センサ３００は、４個のセンサコイル１，２，３及び４と、第１の実施形態や第２の実施形態に関して既に記述された電気回路１７とを備える。非接触位置センサ３００内で、４個のセンサコイル１，２，３及び４は、正方形状に配置されている。換言すれば、４個のセンサコイル１，２，３及び４は、夫々非接触位置センサ３００の幾何学形状を形成する正方形のコーナーに配置される。
【０１３８】
第１の実施形態と第２の実施形態と同様に、非接触位置センサ３００は４個のセンサコイル１，２，３及び４を含み、それらのセンサコイルの各々が透磁性コア５，６，７及び８と、コイル軸を画定し透磁性コア５，６，７及び８を囲むウイング９，１０，１１及び１２とを備える。加えて、直列抵抗器Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3及びＲ4が、４個のセンサコイル１，２，３及び４の各々に対して設けられる。
【０１３９】
より詳細には、直列抵抗器Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3及びＲ4の各々は、直列回路を形成するために夫々のセンサコイル１，２，３及び４に直列に接続される。４個の直列回路は、入力端子ＩＮ1，ＩＮ2，ＩＮ3及びＩＮ4に対して含むブリッジ回路を形成するように内部接続される。
【０１４０】
電気回路１７は、ブリッジ回路の入力端子ＩＮ1，ＩＮ2，ＩＮ3及びＩＮ4に所定の交流電流Ｉの０°の位相シフトバージョン及び９０°の位相シフトバージョンを供給する。簡明のために、所定の交流電流Ｉの定義のために第１の実施形態と第２の実施形態のみが参照される。用語「位相シフト」は、所定の交流電流Ｉに含まれる低電圧電流成分Ｉ1に対する位相シフトを指す。
【０１４１】
典型的には、所定の交流電流Ｉの０°の位相シフトバージョンは正弦形状を有する低電圧電流成分Ｉ1を含み、次に、所定の交流電流Ｉの９０°の位相シフトバージョンは余弦形状を有する低電圧電流成分Ｉ1を含む。
【０１４２】
より詳細には、電気回路１７は、ブリッジ回路の第１の入力端子ＩＮ1と第３の入力端子ＩＮ3との間で所定の交流電流Ｉの０°の位相シフトバージョンを駆動するように構成される。同様に、電気回路１７は、ブリッジ回路の第１の入力端子ＩＮ1と第３の入力端子ＩＮ3との間で所定の交流電流Ｉの０°の位相シフトバージョンを駆動するように構成される。
【０１４３】
具体的には、電気回路１７は、所定の交流電流Ｉの０°の位相シフトバージョンと９０°の位相シフトバージョンを対称的に供給するように構成される。換言すれば、電気回路１７は、０°の位相シフトの所定交流電流Ｉ又は９０°の位相シフトの所定交流電流Ｉのいずれかの正のバージョンを一方の入力端子に供給し且つその負のバージョンを他方の入力端子に供給するように構成される。
【０１４４】
これに関して、電気回路１７は、所定の交流電流Ｉの０°に位相シフトバージョンを第１の入力端子ＩＮ1に供給し、その９０°の位相シフトバージョンを第２の入力端子ＩＮ2に供給し、その１８０°の位相シフトバージョンを第３の入力端子ＩＮ3に供給し、且つその２７０°の位相シフトバージョンを第４の入力端子ＩＮ4に供給するように構成される。
【０１４５】
従って、１８０°の位相シフトバージョンは、所定の交流電流Ｉの負の０°の位相シフトバージョンに対応する。同様に、２７０°の位相シフトバージョンは、所定の交流電流Ｉの負の９０°の位相シフトバージョンに対応する。
【０１４６】
更に、ブリッジ回路がより詳細に記述される。
【０１４７】
（直列の抵抗器Ｒ1とセンサコイル１の）第１の直列回路は第１の入力端子ＩＮ1と第２の入力端子ＩＮ2との間に接続され、（直列の抵抗器Ｒ2とセンサコイル２の）第２の直列回路は第２の入力端子ＩＮ2と第３の入力端子ＩＮ3との間に接続され、（直列の抵抗器Ｒ3とセンサコイル３の）第３の直列回路は第３の入力端子ＩＮ3と第４の入力端子ＩＮ4との間に接続され、且つ、（直列の抵抗器Ｒ4とセンサコイル４の）第４の直列回路は第４の入力端子ＩＮ4と第１の入力端子ＩＮ1との間に接続される。
【０１４８】
従って、直列抵抗器Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3及びＲ4、並びに夫々のセンサコイル１，２，３及び４から形成される各直列回路は、電気回路１７によって所定の交流電流Ｉの０°の位相シフトバージョン、９０°の位相シフトバージョン、１８０°の位相シフトバージョン及び２７０°の位相シフトバージョンの１つが供給される。
【０１４９】
ブリッジ回路において、４個の直列回路の各々は４個のセンサコイル１，２，３及び４の夫々の電圧を決定するために電気回路１７に対してセンタータップ接続部を備える。
【０１５０】
典型的には、直列抵抗器Ｒ1とセンサコイル１の第１の直列回路は、直列抵抗器Ｒ1とセンサコイル１との間にセンタータップ接続部を備える。従って、電気回路１７が直列回路を所定の交流電流Ｉの異なるバージョンで駆動する場合、センタータップ接続部はセンサコイル１の電圧Ｖ1を提供する。
【０１５１】
従って、４個のセンタータップ接続部によって、電気回路１７は、４個のセンサコイル１，２，３及び４の各々の電圧Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3及びＶ4の高周波電圧成分Ｖ1H，Ｖ2H，Ｖ3H及びＶ4Hを決定するために構成される。
【０１５２】
次に、電気回路１７は、所定の交流電流Ｉの０°の位相シフトバージョンと１８０°の位相シフトバージョンが供給される夫々の２個のセンサコイル１，３の決定された二つの電圧Ｖ1，Ｖ3の高周波電圧成分Ｖ1H，Ｖ3Hの振幅レベルを減算し、所定の交流電流Ｉの９０°の位相シフトバージョンと２７０°の位相シフトバージョンが供給される夫々の２個のセンサコイル２，４の決定された二つの電圧Ｖ2，Ｖ4の高周波電圧成分Ｖ2H，Ｖ4Hの振幅レベルを減算する。
【０１５３】
従って、電気回路１７は正方形の対角に直交方向に配置される２個のセンサコイルの電圧の振幅レベルを減算する。換言すれば、正方形の角に配置される４個のセンサコイル１，２，３及び４を有する非接触位置センサ３００に対して、電気回路１７は、対角に配置される２個のセンサコイルの決定された電圧の高周波成電圧分の振幅レベルを減算する。
【０１５４】
これに関して、電気回路１７は、最も遠くに離れて配置されるセンサコイルに対する減算結果を決定することが有利である。それによって、１個のセンサコイルの決定された電圧の高周波電圧成分の一方が強磁性ターゲット２０へのその近接に起因してシフトされると、１個のセンサコイルの決定された電圧の高周波電圧成分の他方は強磁性ターゲット２０からのその遠くの距離に起因してシフトされない（対称形のままである）ことが保証されることができる。
【０１５５】
非接触位置センサ３００の電気回路１７は、減算結果を夫々所定の基準パターンと比較することによって強磁性ターゲット２０の位置を検出するように構成される。
【０１５６】
その結果、強磁性ターゲット２０の優れた検出結果が、非接触位置センサ３００によって達成されることができる。
【０１５７】
ここで、図４に示される非接触位置センサ３００に関する強磁性ターゲット２０の特定の位置を参照する。
【０１５８】
図４において、強磁性ターゲットは、センサコイル２，３に近接して示されている。この位置で、強磁性ターゲット２０はセンサコイル１，４内で磁束密度Ｂへの影響が無視できるが、近接に起因してセンサコイル２，３内で磁束密度Ｂへ実質的な影響を及ぼす。
【０１５９】
この場合、決定された電圧Ｖ2，Ｖ3の高周波電圧成分Ｖ2H，Ｖ3Hは決定された電圧Ｖ2又はＶ3の低周波電圧成分Ｖ2L又はＶ3Lに対してシフトされるが、決定された電圧Ｖ1，Ｖ4の他方の高周波電圧成分Ｖ1H，Ｖ4Hはシフトされない。従って、センサコイル１，４に対する電圧プロットは対称形であるが、センサコイル２，３に対する電圧プロットは右方向へ（右への矢印参照）シフトされる。
【０１６０】
更に、電気回路１７が夫々の２個のセンサコイル１，３の決定された二つの電圧Ｖ1，Ｖ3の高周波電圧成分Ｖ1H，Ｖ3Hの振幅レベルを互いから減算すると、決定された電圧Ｖ3の高周波電圧成分Ｖ3Hの決定された電圧Ｖ1の他方の高周波電圧成分Ｖ1Hに対するシフトもまた検出可能である。減算結果は（−，＋，−，+）で示される。
【０１６１】
同時に、電気回路１７が夫々の２個のセンサコイル２，４の決定された二つの電圧Ｖ2，Ｖ4の高周波電圧成分Ｖ2H，Ｖ4Hの振幅レベルを互いから減算すると、決定された電圧Ｖ2の高周波電圧成分Ｖ2Hの決定された電圧Ｖ4の他方の高周波電圧成分Ｖ4Hに対するシフトもまた検出可能である。減算結果は（＋，-，＋，−）で示される。
【０１６２】
その後、電気回路１７によって決定された減算結果は、所定の基準パターンへの比較によってそのシフトを識別する。
【０１６３】
従って、非接触位置センサ３００は、電気回路１７が減算結果を所定の基準パターンに比較することによって、外部磁界Ｈextの検出となる強磁性ターゲット２０の位置を検出できる。
【０１６４】
より詳細な例では、非接触位置センサ３００の電気回路１７は、二つの決定された電圧Ｖ1，Ｖ3の高周波電圧成分の振幅レベルを互いから減算する前に及び二つの決定された電圧Ｖ2，Ｖ4の高周波電圧成分の振幅レベルを互いから減算する前に、決定された電圧Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3及びＶ4の各々の高周波電圧成分の振幅包絡線を決定する。
【０１６５】
センサコイル１，２，３及び４の各々内で無視できる／バランスのとれた磁束密度Ｂに対して、永久磁石３０が、４個のセンサコイル１，２，３及び４の中心によって画定される平面内に配置されることが有利である。
【０１６６】
これに関して、夫々のセンサコイル１，２，３及び４の透磁性コア５，６，７及び８の各々において、等量の磁束は、４個のセンサコイル１，２，３及び４の各々内の全体の磁束密度Ｂが略ゼロであるように互いに反対方向へ流れている。
【０１６７】
それにもかかわらず、センサコイル１，２，３及び４に関する永久磁石３０の異なる位置に対して、電気回路１７は、センサコイル１，２，３及び４に追加の直流電流を供給することによって永久磁石３０の位置を補償できることが容易に理解される。
【０１６８】
更に、電気回路１７は、センサコイルにおける温度ドリフトを補償するために、４個のセンサコイル１，２，３及び４の各々に対して直流電流を供給するように構成されることもできる。
【０１６９】
要約すれば、上述の非接触位置センサや非接触位置センサシステムは、周知の３Ｄホール位置センサを越える多くの利点を有する。
【０１７０】
具体的には、ターゲットと非接触位置センサとの間の構造的なより小さな距離に起因して且つセンサのより高感度に起因して、記述された非接触位置センサはＮｄＦｅＢから作られる強力な永久磁石の必要性を排する。
【０１７１】
更に有利なことは、永久磁石は、位置が検出されるべきターゲットに直接取り付けられる必要はない。記述された例では、永久磁石は、組み立て処理に簡潔さが求められるギアボックスの内側に取り付けられる必要はない。
【０１７２】
なお一層有利なことは、永久磁石の位置合わせ不良がセンサアセンブリで調整され且つ校正されることができる。これによって、磁界内校正やセンサと磁石の組合せのペアリングを行うことなく磁気位置センサからの許容範囲の５０％が減少される。
【符号の説明】
【０１７３】
１００，２００，３００ 非接触位置センサ
１，２，３，４  センサコイル
５，６，７，８  透磁性コア
９，１０，１１，１２ ウイング
１３，１４，１５，１６ センサコイルの一端（空間に面する）
１７    電気回路
２０    強磁性ターゲット
２１    ローパスフィルタ
２２    ハイパスフィルタ
２３    位相検出器
３０    永久磁石
Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4  直列抵抗器
Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3，Ｖ4  電圧
Ｖ1H，Ｖ2H，Ｖ3H，Ｖ4H 高周波電圧成分
Ｖ1L，Ｖ2L，Ｖ3L，Ｖ4L 低周波電圧成分
Ｉ    所定の交流電流
Ｉ1    低周波電流成分
Ｉ2    高周波電流成分
【図１】
2014206536.tif 000005
【図２】
2014206536.tif 000006
【図３】
2014206536.tif 000007
【図４】
2014206536.tif 000008
【外国語明細書】
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2014206536000002.pdf
2014206536000003.pdf
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