(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気検知センサに対して相対的に動く部材の絶対位置を非接触式に検出する装置であって、この動く部材（６）には、磁界源が固定されており、第一のセンサ信号（１０１）が第一の磁気検知センサにより測定可能であり、第二のセンサ信号（１０２）が第二の磁気検知センサにより測定可能であり、第一のセンサ信号（１０１）と第二のセンサ信号（１０２）が磁界の成分を表し、これらのセンサ信号（１０１，１０２）が、０°＜φ＜１８０°又は１８０°＜φ＜３６０°の範囲内の位相差φを有するように、平面内において運動方向に空間的にずらして置かれた二つのセンサ（１，２）が磁界源（１５）から間隔を開けて配置されている装置において、
この装置が二つのセンサ素子（３ａ，３ｂ）を備えており、各センサ素子（３ａ，３ｂ）に前記の二つの磁気検知センサ（１，２）が配置されているように、この装置が冗長的に構成されており、これらの磁気検知センサ（１，２）とセンサ素子（３ａ，３ｂ）が共に一つのセンサチップに統合されていることを特徴とする装置。
【請求項２】
当該の動く部材が回転可能に軸支されていることと、
当該の平面が、この回転軸に対して平行に配置されていることと、
当該の磁界源の側方に、この回転軸に対して平行に固定位置に取り付けられた共通の筐体（４）内に、当該の二つのセンサ素子（３ａ，３ｂ）が収容されており、これらのセンサ素子は、それぞれ平面内において回転運動方向に空間的にずらして置かれた二つの磁気検知センサ（１ａ，２ａ；１ｂ，２ｂ）とこれらに付属する電子評価回路を有し、磁界の半径方向の成分を検出して評価することと、
を特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
当該の動く部材が回転可能に軸支されていることと、
当該の平面が、この回転軸に対して直角に配置されていることと、
この平面に対して平行に固定位置に取り付けられた共通の筐体（４）内に、当該の二つのセンサ素子（３ａ，３ｂ）が収容されており、これらのセンサ素子は、それぞれ平面内において回転運動方向に空間的にずらして置かれた二つの磁気検知センサ（１ａ，２ａ；１ｂ，２ｂ）とこれらに付属する電子評価回路を有し、磁界の軸方向の成分を検出して評価することと、
を特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
当該の磁気検知センサが、共通の筐体（４）内に等間隔かつ回転軸の周りに対称的に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
絶対的な回転位置が３６０°の角度範囲に渡って検出され、当該の磁界源が直径に関して互いに逆に２極に磁化された円板磁石（７）又は環状磁石（９）として構成されていることを特徴とする請求項２から４までのいずれか一つに記載の装置。
【請求項６】
絶対的な回転位置がほぼ３６０°の角度範囲に渡って検出され、当該の磁界源が多極に磁化された円板磁石（８）又は環状磁石（１０）として構成されていることを特徴とする請求項２から４までのいずれか一つに記載の装置。
【請求項７】
当該の相対的に動く部材が直線的にスライドすることが可能であり、この相対的に動く部材には、極の長さが同じである多極式磁石ストライプとして構成された磁界源が固定されていることと、
当該の磁気検知センサが、運動方向に対して直角の磁気成分を検出し、各センサ素子のセンサ信号の生じた位相差が１８０°でも３６０°でもないように、一つのセンサ素子の二つの磁気検知センサの間の間隔、磁極の長さ及び磁界源に対して相対的な磁気検知センサの位置が選定されていることと、
を特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
当該の磁界源（１５）に対して間隔を開けた固定位置に運動方向に対して平行に取り付けられた共通の筐体（４）内に、二つのセンサ素子（３ａ，３ｂ）が収容されており、これらのセンサ素子は、それぞれ平面内において運動方向に空間的にずらして置かれた二つの磁気検知センサ（１ａ，２ａ；１ｂ，２ｂ）とこれらに付属する電子評価回路を有し、磁界の成分を検出して評価するとともに、直接絶対方式で測定可能な範囲が磁界源（１５）の極対の長さに等しいことを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
相対的に動く部材を非接触式に検出する装置を用いて、磁気検知センサに対して相対的に動く部材の絶対位置を計測する方法であって、この動く部材（６）には、磁界源が固定されており、第一のセンサ素子と第二のセンサ素子が、この磁界源から間隔を開けて配置され、各センサ素子には、二つの磁気検知センサ（１，２）が運動方向に空間的にずらして配置されており、
第一のセンサ信号（１０１）が各センサ素子の第一の磁気検知センサにより測定され、第二のセンサ信号（１０２）が各センサ素子の第二の磁気検知センサにより測定され、第一のセンサ信号（１０１）と第二のセンサ信号（１０２）が磁界の成分を表し、これらのセンサ信号（１０１，１０２）が、０°＜φ＜１８０°又は１８０°＜φ＜３６０°の範囲内の位相差φを有すると規定され、
振幅比率が、予め設定可能な信号偏差を各センサ信号（１０１，１０２）の最大値と最小値の差で除算することによって決定され、
センサ信号（１０１，１０２）の各ゼロ点の周りのオフセット値（１０３，１０４）が、センサ信号（１０１，１０２）の最小値と最大値から決定され、
センサ信号（１０１，１０２）からオフセット値を減算して、振幅比率で正規化することによって、正規化されたセンサ信号（１０７，１０８）を計算し、これらの最小値と最大値の決定が、一つの運動行程全体に渡る部材とそれに固定された磁界源の相対的な動きと同時に二つのセンサ（１，２）のセンサ信号（１０１，１０２）を検出することにより行なわれ、
これらの正規化されたセンサ信号（１０７，１０８）から、合算信号（１０９）と差分信号（１１０）が算出され、
これらの合算信号（１０９）と差分信号（１１０）が、振幅比率の決定後に再び正規化され（１１３，１１４）、これらの最小値と最大値の決定が、一つの運動行程全体に渡る部材とそれに固定された磁界源の相対的な動きと同時に合算信号（１０９）と差分信号（１１０）を測定して、合算信号（１０９）と差分信号（１１０）の最小値と最大値を求めることにより行なわれ、
これらの正規化された合算信号（１１３）と正規化された差分信号（１１４）を用いて、磁界源の絶対位置（２０２）を計算する、
と規定される方法において、
この絶対位置の決定が、センサ素子（３ａ，３ｂ）の二対の磁気検知センサ（１，２）のセンサ信号に関して別個に行なわれることを特徴とする方法。
【請求項１０】
当該の動く部材が回転可能な部材であり、磁界源の絶対的な回転位置（２０２）を計算することを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
当該の正規化された合算信号（１１３）と正規化された差分信号（１１４）の比率のアークタンジェント演算によって、当該の絶対的な回転位置を計算することを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
当該の動く部材が直線的にスライド可能な部材であり、絶対的な直線位置を検出することを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
座標変換アルゴリズムを用いて、有利には、ＣＯＲＤＩＣアルゴリズムを用いて、磁界源の絶対位置を計算することを特徴とする請求項１０又は１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動く物体の絶対位置を冗長的に計測する装置及び方法に関する。本発明は、特に、磁気検知センサを用いて軸外及び軸上の用途のために絶対位置を冗長的に計測する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、ホールセンサをベースに一体的に構成された二つの角度センサ磁気回路を共通の筐体内に重ねて設置した、非接触方式により冗長的に位置を計測する装置に関し、それらの二つの回路は、絶縁中間層によって互いに分離されている。それらの角度センサでは、回転する磁石の回転軸を回路上に円形に配置された一体的なホールセンサグループの中心点と同心に置いた構造が必須である。特に、それらのホールセンサが磁界源の極の間をほぼ直線的に延びる垂直磁界Ｂｚの外に有る場合、その回転軸に対して相対的なセンサ素子の横方向のずれが角度誤差を増大させることとなる。
【０００３】
そのため、その回路を共通の筐体内に並べて配置することは、そのような理由から有効ではなかった。従って、磁界源の回転軸に対する二つの角度センサの同心形態を実現するためには、それらのセンサを共通の筐体内に重ね合わせて組み込まなければならなかった。そのような構造の欠点は、回路を重ね合わせて組み立て、それらの間に追加の絶縁層を設置することによる負担が大きいことである。
【０００４】
別の欠点は、下に有る角度センサも上に有る角度センサも磁界強度の最適な作用範囲に関する許容範囲内に存在しなければならないので、そのような重ね合わせた構造によって、磁石とセンサ筐体の間の垂直方向の間隔に関する許容範囲が大きく制限されることである。更に、そのような構造は、角度センサ回路が磁界源の下に回転軸に対して直角かつ同心に存在する軸方向の構造に対してのみ最適である。
【０００５】
例えば、電子操舵システムＥＰＳ用の駆動モータなどの安全に関して厳しい用途では、例えば、荷重が変化した場合に、力が測定すべき駆動シャフトに作用して、それを軸方向にスライドさせる可能性が有る。そのようなスライドは、軸方向の構造によって、駆動シャフトの端部に取り付けられた磁界源とセンサの間の間隔を変化させるように作用する。二つの物体の機械的な接触によるセンサ又は磁石の起こり得る損傷を防止するためには、磁界源とセンサ筐体の間の最小限の間隔を維持しなければならず、それは、又もやセンサと磁界源の間の間隔に関する許容範囲を更に制限している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際特許公開第２００７／０７１３８３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、磁気検知センサに対して相対的に動く部材の絶対位置を非接触式に検出する冗長的なセンサシステムを提示することであり、これらの磁気検知センサは、それらの信号が９０°と等しくない位相差を有するように配置することができる。
【０００８】
特に、本発明の課題は、所謂軸外の用途、即ち、磁気検知センサが動く物体の対称軸の外に置かれた用途のための冗長的なセンサシステムを提供することであり、二つの別個のセンサシステムを用いて、回転可能に軸支された物体の冗長的な位置の検出を可能とする。磁気検知センサとは、特に、ホールセンサであると解釈できる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本課題は、装置に関する独立請求項に基づく装置と方法に関する独立請求項に基づく方法によって解決される。従属請求項は、特別な実施構成に関する。
【００１０】
本発明は、磁気検知センサに対して相対的に動く部材の絶対位置を非接触式に検出する装置に関し、この動く部材には、磁界源が固定されており、平面内において運動方向に空間的にずらして置かれた二つの磁気検知センサが磁界源から間隔を開けて配置されている。本装置は、二つのセンサ素子を備えており、各センサ素子には、前記の二つの磁気検知センサが配置されるように、本装置は、冗長的に構成されていると規定される。
【００１１】
一つの実施形態は、動く部材の絶対的な回転位置を計測する、所謂軸外の用途のための装置に関する。この場合、動く部材は、回転可能に軸支されており、前記の平面が、この回転軸に対して平行に配置されていると規定される。磁界源の側方に回転軸に対して平行に固定位置に取り付けられた共通の筐体内には、二つのセンサ素子が収容されており、これらのセンサ素子は、それぞれ平面内において回転運動方向に空間的にずらして置かれた二つの磁気検知センサとこれらに付属する電子評価回路を備えており、磁界の半径方向の成分を検出して評価する。
【００１２】
一つの実施形態は、動く部材の絶対的な回転位置を計測する、所謂軸上の用途のための装置に関する。この場合、動く部材が回転可能に軸支されており、前記の平面が、この回転軸に対して直角に配置されていると規定される。前記の平面に対して平行に固定位置に取り付けられた共通の筐体内には、二つのセンサ素子が収容されており、これらのセンサ素子は、それぞれ平面内において回転運動方向に空間的にずらして置かれた二つの磁気検知センサとこれらに付属する電子評価回路を備えており、磁界の軸方向の成分を検出して評価する。
【００１３】
有利には、これらの磁気検知センサは、共通の筐体内に等間隔かつ回転軸の周りに対称的に配置される。
【００１４】
この場合、動く部材は、回転可能に軸支されており、前記の平面は、この回転軸に対して直角に配置されていると規定される。磁界源の側方に回転軸に対して平行に固定位置に取り付けられた共通の筐体内には、二つのセンサ素子が収容されており、これらのセンサ素子は、それぞれ平面内において回転運動方向に空間的にずらして置かれた二つの磁気検知センサとこれらに付属する電子評価回路を備えており、磁界の軸方向の成分を検出して評価する。
【００１５】
一つの実施形態では、絶対的な回転位置は、３６０°の角度範囲に渡って検出され、磁界源は、直径に関して互いに逆に２極に磁化された円板磁石又は環状磁石として構成されていると規定される。
【００１６】
別の実施形態では、絶対的な回転位置は、３６０°以内の角度範囲に渡って検出され、磁界源は、多極に磁化された円板磁石又は環状磁石として構成されていると規定される。
【００１７】
一つの実施形態は、並進的に動く部材の直線的な絶対位置を計測する装置に関する。この動く部材は直線的にスライドすることが可能であり、この動く部材上には、極の長さが同じである多極の磁石ストライプとして構成された磁界源が固定されていると規定される。この場合、磁気検知センサは、運動方向に対して直角の磁界成分を検出し、一つのセンサ素子の二つの磁気検知センサの間の間隔、磁極の長さ及び磁界源に対して相対的な磁気検知センサの位置は、各センサ素子のセンサ信号の生じた位相差が１８０°でもなく３６０°でもないように選定される。
【００１８】
直線的な絶対位置を検出する装置の一つの実施形態では、磁界源に対して間隔を開けた固定位置に運動方向に対して平行に取り付けられた共通の筐体内には、二つのセンサ素子が収容されており、これらのセンサ素子は、それぞれ平面内において運動方向に空間的にずらして置かれた二つの磁気検知センサとこれらに付属する電子評価回路を備えており、磁界の成分を検出して評価し、直接絶対方式で測定可能な範囲が磁界源の極対の長さと等しいと規定される。
【００１９】
これらの磁気検知センサは、共に一つのセンサチップに統合することができる。センサ素子自体も一つのセンサチップに統合することができる。
【００２０】
本発明は、更に、相対的に動く部材を非接触式に検出する装置を用いて、磁気検知センサに対して相対的に動く部材の絶対位置を計測する方法に関し、この動く部材には、磁界源が固定されており、第一のセンサ素子と第二のセンサ素子は、磁界源から間隔を開けて配置され、各センサ素子には、回転運動方向に空間的にずらして置かれた二つの磁気検知センサが配置されている。第一のセンサ信号は、各センサ素子の第一の磁気検知センサによりて測定され、第二のセンサ信号は、各センサ素子の第一の磁気検知センサにより測定され、これらの第一のセンサ信号と第二のセンサ信号は、磁界の成分を表し、これらのセンサ信号は、０°＜φ＜１８０°又は１８０°＜φ＜３６０°の範囲内の位相差φを有すると規定され、
振幅比率が、予め設定可能な信号偏差を各センサ信号の最大値と最小値の差で除算することによって決定され、
センサ信号の各ゼロ点の周りのオフセット値が、センサ信号の最小値と最大値から決定され、
センサ信号からオフセット値を減算して、振幅比率で正規化することによって、正規化されたセンサ信号を計算し、これらの最小値と最大値の決定が、一つの運動行程全体に渡る部材とそれに固定された磁界源の相対的な動きと同時に二つのセンサのセンサ信号を検出することにより行なわれ、
これらの正規化されたセンサ信号から、合算信号と差分信号が算出され、
これらの合算信号と差分信号が、振幅比率の決定後に再び正規化され、これらの最小値と最大値の決定が、一つの運動行程全体に渡る部材とそれに固定された磁界源の相対的な動きと同時に合算信号と差分信号を測定して、合算信号と差分信号の最小値と最大値を求めることにより行なわれ、
これらの正規化された合算信号と正規化された差分信号を用いて、磁界源の絶対位置を計算する、
と規定される。
【００２１】
この絶対位置の決定が各センサ素子のセンサ信号に関して冗長的に行なわれると規定される。
【００２２】
本方法の一つの実施形態では、動く部材が回転可能な部材であり、正規化された合算信号と正規化された差分信号の比率のアークタンジェント演算によって、磁界源の絶対的な回転位置を計算すると規定される。
【００２３】
本方法の一つの実施形態では、動く部材が直線的にスライド可能な部材であり、直線的な絶対位置を検出すると規定される。
【００２４】
磁界源の絶対位置は、座標変換アルゴリズムを用いて、有利には、ＣＯＲＤＩＣアルゴリズムを用いて計算することができる。これは、絶対的な回転位置にも直線的な絶対位置にも言えることである。異なる条件の組合せが、次の表に要約されている。
【００２５】
【表１】
0005913640.tif 000002
磁石がセンサの前を通過して行く場合、磁石が極対（Ｎ極とＳ極）に等しい周期のセンサの場所を通過すると、０°〜ほぼ３６０°の角度が測定され、両方の場合に、センサの場所で正弦信号が測定されるので、そのことは、この信号が回転運動により、或いは直線運動により生じたのかに関係しない。
【００２６】
即ち、ここで、回転角を測定するための２極式円板磁石の場合には、一回転全体（０°〜ほぼ３６０°）とし、回転角を測定するための４極式円板磁石の場合には、０°〜１８０°の半回転とすることができる。
【００２７】
同様に、多極式磁石ストライプでは、これらのストライプが極対の長さ（例えば、２ｍｍの極の長さに対して、極対の長さが４ｍｍとなる）に渡って直線的に動いた場合、同じく０°〜ほぼ３６０°に渡る一つの信号が生成される。そのため、０°の測定結果は０ｍｍに対応し、ほぼ３６０°（３５９．９９９９．．．°）の測定結果は４ｍｍ（＝極対の長さ）に対応する。その後、このプロセスが繰り返される。従って、一つの極対内でのみ、絶対位置を計測することができる。極対の長さに渡って絶対位置を計測するためには、通過する極対の数を計数しなければならない。
【００２８】
そして、上記の例では、１８０°との指標は、２ｍｍ、６ｍｍ、１０ｍｍ、１４ｍｍ云々の行程に対応する。
【００２９】
これらの位置は、０ｍｍの位置から出発して、通過した極対を計数することによってのみ区別することができ、
指標＝１８０°、０個の極対の通過＝進んだ行程＝２ｍｍ、
指標＝１８０°、１個の極対の通過（４ｍｍ）＝進んだ行程＝２ｍｍ＋４ｍｍ＝６ｍｍ、
指標＝１８０°、２個の極対の通過（２×４ｍｍ）＝進んだ行程＝２ｍｍ＋８ｍｍ＝１０ｍｍ、
となる。
【００３０】
ここで、実施構成とそれに対応する図面に基づき、本発明を更に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】直角構成による二つのセンサ素子の構造図
【図２】平行構成による二つのセンサ素子の構造図
【図３】軸方向の構造により回転位置を測定するための冗長的でない構成図
【図４】図３に図示された構成の平面図
【図５】好適な磁界源の実施構成図
【図６】好適な磁界源の実施構成図
【図７】好適な磁界源の実施構成図
【図８】好適な磁界源の実施構成図
【図９】軸方向の構造により回転位置を冗長的に測定するための構成図
【図１０】図９に図示された構成の実施構成の平面図
【図１１】図９に図示された構成の実施構成の平面図
【図１２】図９に図示された構成の実施構成の平面図
【図１３】図９に図示された構成の実施構成の平面図
【図１４】アナログ信号処理のブロック接続図
【図１５】デジタル信号処理のブロック接続図
【図１６】信号波形図
【図１７】信号波形図
【図１８】信号波形図
【図１９】信号波形図
【図２０】信号波形図
【図２１】軸外用途用の半径方向の構造により回転位置を冗長的に測定するための構成図
【図２２】図２１の平面図
【図２３】直線的に動く部材を備えた冗長的でない構成図
【図２４】冗長的に位置を計測するための冗長的な実施形態による図３の構成図
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１は、共通の筐体４内における二つのセンサ素子３ａ，３ｂの構造を図示しており、これらのセンサ素子３ａ，３ｂは、同じ形であり、それぞれホールセンサ１ａ，２ａ及び１ｂ，２ｂの形の二つの磁気検知センサを備えている。更に、センサ素子には、それぞれ信号処理用の電子回路も統合されている。この場合、二つのセンサ素子３ａ，３ｂは、互いに１８０°回転されている。それによって得られる測定結果は、互いに相対的に逆相となり、外部の計算ユニットで評価する場合、それに対応して注意しなければならない。例えば、センサ素子の電気端子がセンサ素子の縦側にのみ有り、その縦側が、センサ筐体のそれに対応する接点配列の方に直接向いている場合、この構造は、センサ素子と筐体の電気端子の間の電気接続を簡略化できる。
【００３３】
図２には、二つのセンサ素子が互いに平行に配置されている。この実施形態では、それに対応する測定結果が互いに相対的に同相となる。
【００３４】
図３は、磁気検知センサが磁界源の下に有る冗長的でない構成を図示している。共通の基板５に統合されたホール素子１，２の磁界測定用検知軸は、矢印で表示されている。
【００３５】
図４は、図３に図示された構成の平面図を図示している。
【００３６】
図５〜８は、好適な磁界源の異なる実施構成を図示している。
【００３７】
図５と図６は、３６０°に渡って絶対的な回転位置を計測することが可能な、直径に関して互いに逆に２極に磁化された円板磁石７又は環状磁石９を図示している。
【００３８】
図７と図８は、多極に磁化された円板磁石８又は環状磁石１０を図示している。ここに図示された図面は、４極の実施形態を図示しているが、本発明の用途は、これらの極数に限定されず、任意の数の極対に有効である。この実施形態では、絶対方式で測定可能な回転位置の最大範囲は、３６０°／ｐｐであり、ここで、ｐｐは、磁石の極対数に等しい。この磁界源を使用した場合、
図９は、軸方向の構造により回転位置を冗長的に測定するための実施構成を図示している。回転軸１４の周りを回転可能に軸支された物体６は、それと連結された磁界源７を備えており、二つのセンサシステム３ａ，３ｂを用いて、その軸方向の磁界Ｂｚを測定して求める。
【００３９】
これらの統合されたホールセンサの磁界測定用検知軸は、矢印の形で表示されている。
【００４０】
図１０は、図９の軸方向の実施構成による構造の平面図を図示している。この構造では、センサを直接接続する部分１ａ→２ａ及び１ｂ→２ｂの外に回転軸１４を置かなければならず、そのため、回転軸に対して相対的なセンサの角度αａとαｂが１８０°でないことに留意されたい。しかし、回転軸に対するセンサの正確な同心形態（αａ＝αｂ）は、センサシステムの組立後の基準設定動作によって、この同心形態の誤差を補正することができるので、不要である。そのような調整不良の例が、図１３に図示されている。
【００４１】
図１２は、より大きな直径の磁石又は環状磁石に対して如何にして使用可能であるのかを実施構成で図示している。このセンサシステムは、回転軸１４に対して偏心した形で取り付けられている。この構造により、同様に３６０°に渡る絶対的な回転角の計測が可能である。この軸方向の磁界Ｂｚは、ホールセンサ１ａと２ａ又は１ｂと２ｂの形の磁気検知センサに対して、磁界源の異なる半径の所で減少し、それによって、回転軸に対して相対的な角度が異なり（αａ≠αｂ）、そのため、二つのセンサシステム３ａ，３ｂにおけるセンサ信号の位相角も異なる結果となる。しかし、これらの異なる位相角は、センサシステムの組立後の基準設定動作によって検知して補正することができる。
【００４２】
図１３では、センサが回転軸に対して相対的に接線方向からずれるとともに、その中心点に対して相対的に回転している。このような調整不良は、同様にセンサシステムの組立後の基準設定動作によって補正することができる。
【００４３】
以下において、これに対応する方法を説明する。
【００４４】
図１４には、アナログ信号処理パスがブロック１００で図示され、デジタル信号処理パスがブロック２００で図示されている。
【００４５】
図１６に図示されている通りの実施例では、ホールセンサ１，２の形の磁気検知センサの測定信号は、３０°の位相位置に有り、既に前置増幅されて、位置決め精度の影響のために、並びにプロセス技術的な公差のために、オフセット電圧と異なる信号レベルの両方を含むと仮定している。
【００４６】
第一の工程で、センサ信号１０１，１０２のオフセット電圧を差し引いて、信号レベルを正規化された信号偏差（例えば、２Ｖｓｓ）に適合させる。この正規化された信号レベルは、信号１１１と１１２として得られ、図１７に図示されている。
【００４７】
オフセット１、オフセット２、利得１及び利得２に関する所要の足切値を計算するには、センサ信号１０１，１０２の最小値と最大値を算出すれば、それで十分である。それは、磁界源の簡単な回転と同時に、センサ信号１０１，１０２の最小値と最大値の検出によって行なうことができる。
【００４８】
そして、これらの最小値と最大値から、以下の通り、足切に必要な値を計算することができる。
【００４９】
【数１】
0005913640.tif 000003
ここで、
Ｈ１ｍａｘ＝センサ信号１（１０１）の最大値
Ｈ１ｍｉｎ＝センサ信号１（１０１）の最小値
Ｈ２ｍａｘ＝センサ信号２（１０２）の最大値
Ｈ２ｍｉｎ＝センサ信号２（１０２）の最小値
次の工程で、これらの正規化された信号から、合算１０９と差分１１０を演算する。図１８には、これらの信号が図示されている。
【００５０】
差分信号に対する合算信号の信号偏差の比率は、入力信号１０１，１０２の位相位置φに依存する。しかし、差分信号に対する合算信号の位相位置φは、常に９０°である。一つの例外は、φ＝１８０°の場合、合算信号が０となり、φ＝３６０°の場合、差分信号が０となるので、回転位置を決定できない位相位置φ＝３６０°及びφ＝１８０°の特別な場合である。
【００５１】
図２０には、これらの関係がグラフで図示されている。Ｘ軸は、入力信号１０１，１０２の位相比率を表し、Ｙ軸は、正規化された差分信号に対する正規化された合算信号の波高値の振幅比率を表している。
【００５２】
この位相位置での差分信号に対する合算信号の波高値の数学的な関係式
【００５３】
【数２】
0005913640.tif 000004
は、次の式から計算される。
【００５４】
【数３】
0005913640.tif 000005
更なる工程で、合算信号１０９と差分信号１１０が、図１９に図示されている通り、再び予め設定した値、例えば、２Ｖｓｓに関して正規化される。
【００５５】
利得３と利得４に関する所要の足切値を計算するには、合算信号と差分信号の最小値と最大値を算出すれば、それで十分である。それは、磁界源７，８，９，１０（図４〜図８）の一つの周期全体に渡る簡単な回転と同時に、合算信号と差分信号の最小値と最大値の検出によって行なうことができる。
【００５６】
次に、これらの最小値と最大値から、以下の通り、足切に必要な値を計算することができる。
【００５７】
【数４】
0005913640.tif 000006
この正規化されたセンサ信号１０７，１０８が正確な正弦波形と一致し、最早オフセット電圧を有しないことを前提とすると、合算演算と差分演算によって、追加のオフセットは同様に生じない。それは、合算信号と差分信号の最小値と最大値を用いて調べ、場合によっては、次の通り、補正することができる。
【００５８】
【数５】
0005913640.tif 000007
そのため、合算信号１１３と差分信号１１４の正規化された信号は、同じ信号偏差の正確に９０°位相のずれた二つの信号が得られる。ここで、これらの信号は、位置の計算のために直接使用される（図１９を参照）。
【００５９】
以下において、正規化された合算信号１１３をＶｓｉｎで表し、正規化された差分信号１１４をＶｃｏｓで表す。
【００６０】
【数６】
0005913640.tif 000008
ここで、
Ｈ１＝ホールセンサ１のセンサ信号１０１
Ｈ２＝ホールセンサ２のセンサ信号１０２
オフセット１＝ホールセンサ１のオフセット信号１０３
オフセット２＝ホールセンサ２のオフセット信号１０４
利得１＝センサ信号Ｈ１の増幅率１０５
利得２＝センサ信号Ｈ２の増幅率１０６
利得３＝合算信号の増幅率１１１
利得４＝差分信号の増幅率１１２
【００６１】
信号Ｖｓｉｎ１１３とＶｃｏｓ１１４から出発して、磁界源の絶対位置Ｗ（２０２）は、次のアークタンジェント関数、或いは例えば、デジタルＣＯＲＤＩＣアルゴリズムなどのそれ以外の好適な座標変換手段を用いて計算することができる。
【００６２】
【数７】
0005913640.tif 000009
この座標変換の絶対値Ｂ（２０３）は、全ての位置に関して一定であり、以下の通りとなる。
【００６３】
【数８】
0005913640.tif 000010
図１９は、正規化された合算信号１１３＝Ｖｓｉｎと正規化された差分信号１１４＝Ｖｃｏｓを図示している。更に、第二の座標軸には、ＶｓｉｎとＶｃｏｓから算出された絶対的な回転位置２０２が＋／−１８０°のスケールで図示されている。
【００６４】
多数の用途において、算出された回転位置を動く部材６の所定の機械的な位置、例えば、ロータリアクチュエータのゼロ位置と一致させるのが有効である。その負担を軽減するために、ゼロ基準値２０４の減算によって、任意の回転位置をゼロに設定することができる。
【００６５】
更に、この提示された回転位置の目標精度は、任意選択により、線形化回路２０５によって向上することができる。通常の形の線形化手段は、計算した位置をユーザが定義した基準点に適合するために検索するテーブル又は数学的な補正関数である。
【００６６】
それに続いて、この計算して線形化した回転位置Ｗ＿Ｌは、アナログ信号形式２０７又はデジタル信号形式２０８に変換することによって、ユーザに提供することができる。
【００６７】
有利な実施構成では、図１５に図示されている通り、デジタルパスでの信号処理を実行することができる。磁気検知センサ１，２が発生した信号１０１，１０２は、アナログ・デジタル変換器２０１／１を用いて、直接デジタル形式に変換されて、図１４のブロック１００で表示された信号処理工程が、デジタル計算ユニットで実行される。それに必要な増幅、オフセット、ゼロ点及び線形化に関するパラメータは、デジタルメモリに保存することができる。
【００６８】
図２１は、軸外の用途のための半径方向の構造により回転位置を冗長的に測定する装置の実施構成を図示している。回転軸１４の周りを回転可能に軸支された物体６は、それと連結された、直径に関して互いに逆に２極に磁化された円板磁石７の形の磁界源を備えており、二つのセンサ素子３ａ，３ｂを用いて、その半径方向の磁界を測定して求めることができる。
【００６９】
この統合されたホールセンサの磁界測定用検知軸は、矢印の形で表示されている。
【００７０】
例えば、磁石の温度が変化した場合に起こるような、磁界強度の絶対的な変化は、測定信号の評価が比率により行なわれ、そのため、影響が全てのホールセンサに等しく作用する限り、信号振幅の変化が補正されるので、この測定方式の精度に影響しない。
【００７１】
図２１の場合、それは、回転可能な部材６がそれに取り付けられた磁界源と共に軸方向にスライドする場合にも言えることである。軸方向のスライドによって、ホールセンサの形の四つの磁気検知センサに異なる信号振幅が発生する可能性が有るが、その信号変化は、全てのホールセンサに等しく作用し、そのため、補正される。
【００７２】
この実施構成の利点は、特に、回転可能に軸支された部分６，７の軸方向のスライドに対する許容範囲が大きいことである。
【００７３】
更に、この実施構成は、磁界源の磁界をその周囲で測定しているので、環状磁石及び中空軸にも適している。
【００７４】
図２２は、図２１の平面図を図示している。回転軸１４に対するセンサ素子３ａ，３ｂの正確な同心形態は、その公差をセンサシステムの組立後の基準設定動作により補正することができるので、不要である。
【００７５】
図２３は、直線的に動く部材を備えた構成を図示している。軸１３に沿って直線的に動く部材１６には、多極式磁石ストライプ１５が取り付けられており、その運動方向に対して直角の磁界Ｂｚが、磁石ストライプ１５の下に取り付けられたホールセンサ１，２の形の二つの磁気検知センサによって測定される。これらの共通の基板５に統合されたホールセンサ１，２の磁界測定用検知軸は、矢印で表示されている。
【００７６】
この磁石ストライプ１５が動いた場合にホールセンサ１，２により測定される磁界は、正弦波形であり、ホールセンサにより測定された信号１０１，１０２は、互いに位相差を有する。この磁石の極の長さは、広い範囲内で変更可能であるが、二つのセンサ信号の位相差が１８０°でも３６０°でもないことに留意されたい。運動方向におけるホールセンサの間隔が磁石ストライプの極の長さに等しい場合に、１８０°の位相差が生じる。運動方向におけるホールセンサの間隔が磁石ストライプの極対の長さ又はその整数倍に等しい場合に、３６０°の位相差が生じる。
【００７７】
図２４は、直線的に動く物体１６の位置を冗長的に計測するための多極式磁石ストライプを備えたセンサシステムを図示している。絶対的な直線位置は、極対の長さに等しい長さに渡って計測することができる。多極式磁石ストライプ１８の形の磁界源の極対の長さ又は運動方向における磁気検知センサの相互間隔は、それにより生じる位相差が１８０°でも３６０°でもないように選定すべきである。
【００７８】
絶対的な直線位置を計測するために、前記の表に記載されている通り、絶対的な回転位置を計測する方法と同じ方法が使用される。
【００７９】
本発明を実施例と図面に基づき詳しく説明したが、これらの図面は本発明を制限しない。当業者は本発明の請求の範囲を逸脱すること無く変更及び修正を行なうことができると理解されたい。特に、ここで述べた異なる実施構成の特徴を如何なる形で組み合わせた実施構成も本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００８０】
１    第一の磁気検知センサ
１ａ  第一のセンサ素子の第一の磁気検知センサ
１ｂ  第二のセンサ素子の第一の磁気検知センサ
２    第二の磁気検知センサ
２ａ  第一のセンサ素子の第二の磁気検知センサ
２ｂ  第二のセンサ素子の第二の磁気検知センサ
３    二つの磁気検知センサを備えたセンサ素子
３ａ  第一のセンサ素子
３ｂ  第二のセンサ素子
４    共通の筐体
５    共通の基板
６    回転可能な部材
７    直径に関して互いに逆に２極に磁化された円板磁石
８    多極に磁化された円板磁石
９    直径に関して互いに逆に２極に磁化された環状磁石
１０    多極に磁化された環状磁石
１３    軸
１４    回転軸
１５    多極式磁石ストライプ
１６    直線的に動く部材
１００    アナログ信号処理ブロック
１０１    第一のセンサ信号
１０２    第二のセンサ信号
１０３    第一のオフセット
１０４    第二のオフセット
１０５    第一の増幅率
１０６    第二の増幅率
１０７    第一の正規化されたセンサ信号
１０８    第二の正規化されたセンサ信号
１０９    合算信号
１１０    差分信号
１１１    第三の増幅率
１１２    第四の増幅率
１１３    正規化された合算信号
１１４    正規化された差分信号
２００    デジタル信号処理ブロック
２０２    絶対的な回転位置
２０３    座標変換の絶対値Ｂ
２０７    アナログ信号形式
２０８    デジタル信号形式
【図１】
0005913640.tif 000011
【図２】
0005913640.tif 000012
【図３】
0005913640.tif 000013
【図４】
0005913640.tif 000014
【図５】
0005913640.tif 000015
【図６】
0005913640.tif 000016
【図７】
0005913640.tif 000017
【図８】
0005913640.tif 000018
【図９】
0005913640.tif 000019
【図１０】
0005913640.tif 000020
【図１１】
0005913640.tif 000021
【図１２】
0005913640.tif 000022
【図１３】
0005913640.tif 000023
【図１４】
0005913640.tif 000024
【図１５】
0005913640.tif 000025
【図１６】
0005913640.tif 000026
【図１７】
0005913640.tif 000027
【図１８】
0005913640.tif 000028
【図１９】
0005913640.tif 000029
【図２０】
0005913640.tif 000030
【図２１】
0005913640.tif 000031
【図２２】
0005913640.tif 000032
【図２３】
0005913640.tif 000033
【図２４】
0005913640.tif 000034