(57)【要約】【課題】本発明の目的は、効率的なセンサを提供することにある。【解決手段】３軸線形位置センサ装置は、磁界を発生させる素子として構成される基準素子と、前記基準素子によって発生される磁界を測定するように構成される受信パッドと、前記受信パッドで測定される前記磁界に基づいて前記基準素子の３軸線形位置を測定するように構成される信号調整および信号処理電子回路とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁界を発生させている素子として構成される基準素子と、
前記基準素子によって発生させられる磁界を測定するように構成される受信パッドと、
前記受信パッドで測定される前記磁界に基づいて前記基準素子の位置を測定するように構成される信号調整および信号処理電子回路とを備えた、ことを特徴とする位置センサ装置。
【請求項２】
ユーザがセンサ装置の作動が可能になるように構成されるユーザ入力／出力インタフェースを備える、ことを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項３】
消費者製品または自動車の応用装置のために構成される、ことを特徴とする請求項１または２に記載のセンサ装置。
【請求項４】
前記基準素子は、磁界を発生するコイルからなる、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載のセンサ装置。
【請求項５】
前記磁界を発生させるコイルは、球面に巻き付けられたコイルである、ことを特徴とする請求項４記載のセンサ装置。
【請求項６】
前記基準素子は、永久磁性素子からなる、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載のセンサ装置。
【請求項７】
前記基準素子は、磁化可能な対象物の中で長手方向に磁化する領域からなる、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１つに記載のセンサ装置。
【請求項８】
前記基準素子は、磁化可能な対象物の中で円周方向に磁化する領域からなる、ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１つに記載のセンサ装置。
【請求項９】
前記円周方向に磁化する領域は、第１方向に向きを定められ、第２電磁流量領域によって第２方向に向きを定められる第１電磁流量領域によって形成され、
前記第１方向は、前記第２方向と対向する、ことを特徴とする請求項８記載のセンサ装置。
【請求項１０】
前記磁化可能な対象物の断面において、
前記第１方向および第１半径を有する第１円形の電磁流量と、
前記第２方向および第２半径を有する第２円形の電磁流量とが存在し、
前記第１半径は、前記第２半径より大きい、ことを特徴とする請求項９に記載のセンサ装置。
【請求項１１】
円周方向に磁化する領域は、
第１電流パルスを磁化可能な対象物に印加するステップと、
前記第１電流パルスを印加して、
第１電流の流れが第１方向に磁化可能な対象物の中の縦軸に沿わせ、
第１電流パルスは、電流パルスの応用装置が磁化可能な対象物内の磁化する領域を発生させる、ことを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１つに記載のセンサ装置。
【請求項１２】
第２電流パルスは、磁化可能な対象物に印加され、
前記第２電流パルスは、第２電流の流れが磁化可能な対象物の中の縦軸に沿って第２方向にあるように印加される、ことを特徴とする請求項１１記載のセンサ装置。
【請求項１３】
前記第１電流パルスおよび第２電流パルスの各々は、立上りエッジおよび立下りエッジを有し、
前記立上りエッジは、前記立下りエッジより急勾配である、ことを特徴とする請求項１１または１２に記載のセンサ装置。
【請求項１４】
前記第１方向は、第２方向に対して対向する、ことを特徴とする請求項１２または１３に記載のセンサ装置。
【請求項１５】
前記受信パッドは、個々に対称的に配置され、複数の磁界検出ユニットからなる、ことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１つに記載のセンサ装置。
【請求項１６】
前記受信パッドは、コイル、ホール効果プローブ、巨大磁気抵抗効果磁界センサ、磁気抵抗効果磁場センサ、からなる群のうちの少なくとも１つからなる、ことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１つに記載のセンサ装置。
【請求項１７】
前記受信パッドは、複数の傾斜可能なコイルからなる、ことを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１つに記載のセンサ装置。
【請求項１８】
前記受信パッドは、非同芯巻線を有する複数のコイルからなる、ことを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１つに記載のセンサ装置。
【請求項１９】
前記受信パッドは、主として円形の横断面を有し、かつ、正方形の角に配置した中心を有する４つのコイルからなる、ことを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか１つに記載のセンサ装置。
【請求項２０】
前記信号調整および信号処理電子回路は、無線方法および有線方法からなる群の中の、前記基準素子からなる前記群の中の少なくとも１つ部品および少なくとも１つ方法の前記受信パッドに接続する、ことを特徴とする請求項１乃至１９のいずれか１つに記載のセンサ装置。
【請求項２１】
前記信号調整および信号処理電子回路は、第１操作モードで操作可能であり、第１感度を有する第１容積測定空間に影響され、第２操作モードで操作可能であり、
第２容積測定空間に対する感受性は、第２感度に関する間隔を開け、
前記第１容積測定空間は、前記第２容積測定空間より大きく、かつ、前記第１感度は、前記第２感度より小さい、ことを特徴とする請求項１乃至２０のいずれか１つに記載のセンサ装置。
【請求項２２】
前記受信パッド、前記信号調整および信号処理電子回路、前記ユーザ入力／出力インタフェースは、共通のケースに収容される、ことを特徴とする請求項２乃至２１のいずれか１つに記載のセンサ装置。
【請求項２３】
前記受信パッドと前記基準素子とは、互いと主に平行して配置される、ことを特徴とする請求項１乃至２２のいずれか１つに記載のセンサ装置。
【請求項２４】
演算状態を示すように構成される範囲外インジケータを備え、
前記基準素子が所定測定間隔の外に設置される、ことを特徴とする請求項１乃至２３のいずれか１つに記載のセンサ装置。
【請求項２５】
一次元位置、二次元位置、前記受信パッドで測定される磁界に基づく前記基準素子の三次元位置、からなる群の中の１つを測定するように構成される、ことを特徴とする請求項１乃至２４のいずれか１つに記載のセンサ装置。
【請求項２６】
センサ装置は、３軸線形位置センサ装置として構成され、
前記信号調整および信号処理電子回路は、前記受信パッドで測定される磁界に基づいて前記基準素子の３軸線形位置を測定するように構成される、ことを特徴とする請求項１乃至２５のいずれか１つに記載のセンサ装置。
【請求項２７】
請求項１乃至２６のいずれか１つに記載のセンサ装置を含む、ことを特徴とする洗濯機。
【請求項２８】
回転ドラムを備え、
前記基準素子は、前記回転ドラムに取り付けられる、ことを特徴とする請求項２７に記載の洗濯機。
【請求項２９】
センサ装置は、洗濯機の中の重量負荷を表す位置を測定するように構成される、ことを特徴とする請求項２７または２８に記載の洗濯機。
【請求項３０】
基準素子の位置を検出する方法であって、
前記基準素子によって磁界を発生させるステップと、
前記基準素子によって発生させられる磁界を受信パッドによって測定するステップと、
前記受信パッドで測定される磁界に基づいて前記基準素子の前記位置を信号調整および信号処理電子回路によって測定するステップとを含む、ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、米国の出願日の利益を主張する。本願は、２００５年７月２７日に出願した米国仮特許出願６０／７０２，８７０号を本願明細書に引用したものとする。
【０００２】
本発明は、センサ装置、洗濯機および位置検出方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
磁気変換器技術は、応用対象をトルクおよび位置の測定値で捜し出す。それは、特にトルクまたは線形運動を受ける軸または他のいかなる部分において、上記トルクの非接触測定のために開発された。回転または往復動式要素は、磁化領域、すなわち磁気コード化された領域および上記軸が回転または往復運動する時に提供される可能性がある。
この種の磁気コード化された領域は、上記軸のトルクまたは位置を測定可能にしている磁界検出器（磁気コイルのに似ている）において特性周波数を発生させる。
この種のセンサは、例えば、特許文献１において開示されている。
【０００４】
特許文献２では、磁気センサ原理に基づいて別のトルクセンサを開示しており、これは、軸に直接に電流パルス（急な立上りエッジおよび遅い立下りエッジによって規定されるパルスの存在）を印加すること基づいている。
【特許文献１】国際公開番号０２／０６３２６２号
【特許文献２】国際公開番号０５／０６４３０１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、効率的なセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、（容積測定例または３軸線形のために）位置センサ装置、洗濯機、上記独立クレームに従って（容積測定例または３軸線形のために）位置を検出する方法を提供する。
【０００７】
本発明の更なる例示的実施形態によると、（たとえば３軸線形）位置センサ装置は、磁界を発生させる素子として構成される基準素子と、基準素子によって発生させられる磁界を測定するように構成される受信パッドと、受信パッドで測定される磁界に基づいて基準素子の（容積測定例または３軸線形）位置を測定するように構成される（混合）信号調整および信号処理電子回路と、を備えて提供する。
【０００８】
本発明の更なる例示的実施形態によると、上述の機構を有する（容積測定例または３軸線形）位置センサ装置を備えて提供される洗濯機である。
【０００９】
本発明の更なる例示的実施形態によると、基準素子の（容積測定例または３軸線形のために）位置を検出する方法は、基準素子によって磁界を発生させるステップと、基準素子によって発生させられる磁界を受信パッドによって測定するステップと、受信パッドで測定される前記磁界に基づく基準素子の前記（容積測定例または３軸線形のために）位置を信号調整および信号処理電子回路によって測定するステップと、を含む方法を提供する。
【００１０】
換言すれば、例示的実施形態によるセンサが、一次元の位置測定（例えば、１軸センサ）、２次元の位置測定（例えば、２軸センサ）、または、３次元の位置測定（例えば、３軸または容積測定センサ）のために使用されてもよい。
【００１１】
本発明の例示的実施形態によって、容積測定位置検出器が供給されてもよく、基準素子が目標とみなされてもよく、その位置が検出され、または、対象物に接続してもよく、その位置のように求められてもよい。
基準素子は、複数の磁気検知コイルが一体化した基板（ＰＣＢ、プリント基板のように）を備える受信パッドによって検出可能な永久的または変動的な磁界を発生させてもよい。
受信パッドの複数の（例えば、対称的に配置された）コイルを提供することによって、多重センサ信号が検出され、一斉に数値を求められてもよく、個々の信号間の相関関係の詳細情報を提供してもよい。
【００１２】
例えば、三角測量方法等は、受信パッドのコイルの中の基準素子および個々の基準素子との間に位置距離を測定するために適用してもよい。
処理回路は、（混合された）信号調整および信号処理電子回路を示し、受信パッドのコイルによって導入される検出信号の数値を求めてもよく、または分析してもよく、デカルト座標系の全３つの空間方向Ｘ、ＹおよびＺに沿って基準素子の位置を演繹する。
【００１３】
基準素子のｎ＝３座標を測定するために、上記受信パッド（例えば、ｍ＝４）のｍ＞ｎ検知コイルを提供することで、より精度を改善することを可能にしてもよい。
【００１４】
従って、油または水の存在下のような厳しい状況の下でも、急速、安全、かつ正確に、（移動可能な）基準素子の位置を測定して、三次元位置を演繹するための非常に的確な遠隔操作可能な位置センサ素子が提供される。
【００１５】
次に、本発明の更なる例示的実施形態の上記センサ装置について説明する。これらの実施例も、洗濯機と洗濯方法に適用する。
【００１６】
前記センサ装置は、前記センサ装置を作動するためにユーザに適応するように構成されるユーザ入力／出力インタフェースを備えてもよい。
この種のユーザ入力／出力インタフェースは、コンピュータ等の様に、様々な装置を接続するための複数のインタフェースを備えてもよい。
上記ユーザ入力／出力インタフェースは、出力装置（すなわち、ＬＣＤ、ＴＦＴまたはプラズマディスプレイ装置、何らかのディスプレイ）を提供してもよい。
さらにまた、入力装置は、ジョイスティック、キーパッド、１つ以上のボタンのようなもの、または、音声認識システムのマイクロホンが提供されてもよい。
【００１７】
センサ装置は、工業製品または自動車応用装置のために構成してもよい。
例えば、センサ装置は、洗濯機において回転可能に装備されるドラムの位置（例えば、置かれる衣服の重量負荷を表す）を測定するために、洗濯機において実施するように構成してもよい。
エンジン、往復動式ロッド等の中の軸の三次元位置を測定することも可能である。
【００１８】
前記基準素子は、磁界発生コイルを備えてもよい。
特定の磁界を発生させるために、この種の磁界発生コイルは、励起する電気信号、同類の電流または電圧、ＡＣまたはＤＣによって供給してもよい。
上記励起する信号の中の振幅および／または周波数を修正または調整することによって、より通常に発生した磁界についての時間挙動を調整して、特定のフレーム状況に対する励起磁界の適合が可能になる。
【００１９】
例えば、上記磁界発生コイルは、球面に巻き付けられたコイル、すなわち、球形胴体の回りに主として平行巻きで巻き付けられる電気伝導線でできているコイルでもよい。
この種の球面に巻き付けられたコイルは、コイル軸とベクトルとの間に受信パッドの表面を示している平面に垂直に向きを定められており、望まれていないチルティングの場合には、発生してもよい失敗または誤りの傾向がなくてもよい。
従って、この種の球面に巻き付けられたコイルによって、上記センサ装置の上記演算を改善してもよい。
【００２０】
例えば回転対称の形状（球面永久磁性素子のような）の中の、基準素子は、永続的な磁気領域からなってもよい。
「永続的な磁性物質」という用語は、外部に磁界がなくても、残留する磁化を有する磁化された材料をいう。
このように、「永続的な磁性体」は、強磁性体、フェリ磁性物質、等を含む。
この磁気領域の材料は、鉄、ニッケルまたはコバルトのような３ｄ−強磁性体でもよいし、希土材料（４ｆ−磁気）でもよい。
【００２１】
基準素子は、磁化可能な目的の長手方向に磁化する領域からなってもよい。
したがって、磁気によってエンコードされた領域または磁場ソースの磁化方向は、可動物体の運動方向に沿って方向付けることができる。
記載された実施形態に従って可動物体が製造されるべき磁化可能な材料上において、長手方向に沿って磁化領域を製造する方法は、国際公開第２００２／０６３２６２号パンフレットにおいて、異なる関連において開示されている。
【００２２】
あるいは、基準素子は、磁化可能な目的の円周方向に磁化する領域からなってもよい。
そのような円周方向に磁化された領域が特に構成することができ、磁場ソース（それはまた、磁気によってエンコードされた領域として意味することもできる）は、第１方向に方向付けられた第１磁気流の領域、および第２方向に方向付けられた第２磁気流の領域によって形成され、第１方向は第２方向と正反対である。
【００２３】
可動物体の断面において、第１方向および第１半径を有する第１円形磁気流、ならびに第２方向および第２半径を有する第２円形磁気流が存在し得、第１半径は第２半径よりも大きい。
特に、磁場ソースは、第１電流パルスを磁化可能な物体に印加する製造工程であって、磁化可能な素子の長手方向軸に沿った第１方向に第１電流の流れが存在するように、第１電流パルスが印加され、電流パルスの印加によって磁化可能な素子において磁場を発生するように、第１電流パルスが印加される、製造工程にしたがって製造され得る。
さらに、第２電流パルスは、磁化可能な素子に印加され、第２電流の流れが磁化可能な素子の縦軸に沿って第２方向にあるように、第２電流パルスが印加されてもよい。
前記第１方向は、上記第２方向に逆平行でもよい。
換言すれば、上記第１方向が、上記第２方向の反対側にあってもよい。
【００２４】
さらにまた、上記第１および第２電流パルスは、立上りエッジおよび立下りエッジを有してもよく、立上りエッジは、立下りエッジ（特許文献２の例えば図２８および３０を参照）より急勾配でもよい。
【００２５】
受信パッドは、複数の磁界検出ユニットを備えてもよい。
特に、少しのこれらの磁界の中の検出ユニットがコイル、ホール効果プローブ、巨大磁気抵抗効果磁界センサまたは磁気抵抗効果磁界センサでもよい。
しかしながら、いかなる磁場探知器も、送信基準素子までの距離を表す信号を検出するために用いることができる。
【００２６】
前記受信パッドは、複数の傾斜可能なコイル（すなわち受信パッドの中の平坦面に関して傾斜可能なコイル）を備えてもよい。
受信パッドと基準素子との間に望まれていない傾きが発生する場合に、どのイベントが、著しく精度を悪化させてもよいか、受信パッドの１つ以上のコイルの中の傾きは、この種の効果を補償してもよい。
従って、傾斜可能なコイルを有する上記受信パッドを予知することによって、可撓性調整機構は、信号劣化メカニズムを抑制するために設けてもよい。
【００２７】
受信パッドは、非同芯巻線（すなわち異なる中心に巻き付けられる異なる巻き方）を有する複数のコイルを備えてもよい。
例えば、コイルの中の異なる巻きは、（線形であるか曲がった）線に沿って位置決めされる中心を有してもよい。
他のいかなる非対称も、巻き付けている渦巻線のように、コイル巻線方式において選択的に導入することが可能でもあり、または各々同芯巻線を有している２つの偏心複合巻き付け部分において、異なる中心を有する以外、この種の部分の１つは、この種の部分の別の１つの中で位置決めされてもよい。
【００２８】
受信パッドは、正方形の角に配置されるセンターを有する４つのコイルを備えてもよい。
この種の構成は、角の中心に関して、完全に対称形でもよく、対称形状および４つの検出信号を有するこのことにより、共に、高精度の素子の三次元位置を測定するために得てもよい。
【００２９】
信号調整および信号処理電子回路は、基準素子、無線または有線の方法で受信パッドに接続されてもよい。
配線接続（ケーブルを使用する）は、非常に安全な故障耐性の解決策である。
一方、無線解決策（電磁信号の伝達を使用すること、例えば上記赤外線放射またはＲＦ領域において）は、柔軟性を増加させる可能性があり、技術分野に対するセンサ装置または異なる部品の間の配線接続が可能でない環境の中で応用装置を拡張可能にする。
【００３０】
信号調整および信号処理電子回路は、感度定数の第１値を有する第１容積測定空間を感知できる第１操作モードで操作可能にしてもよく、感度定数の第２値を有する第２容積測定空間を感知できる第２操作モードで操作可能にしてもよく、第１容積測定空間は上記第２容積測定空間より広範であり、感度定数の第１値は感度定数の第２値より小さい。
第１操作モードは、広範な容積内の位置を検出できる効果があり、測定して数値を求める時間は非常に短く保たれる。
一方、非常に高い精度が求められる場合、対象中の上記容積測定空間は減らされ、上記処理は同時に不純物を取り除かれる。その結果、上記検出中の上記感度定数は増加する。
特定の応用装置内の上記要件に従って、この２つの操作モード構成は、拡張するか、３つ以上の操作モード構成に細分化する。
【００３１】
上記受信パッド、信号調整および信号処理電子回路、ユーザ入力／出力インタフェースは、共通または共用ケース内において一体化される。
複数の部品が１つの部品に組み合わせられるという理由から、センサ装置内の処理を単純化してもよい。
【００３２】
受信パッドおよび基準素子は、互いに平行して配置してもよい。
基準素子のコイル軸および受信パッドの中の表層平面に対して垂直な軸が互いに平行になることを保証することによって、確実に検出の精度が高くなるので、チルティングは望まれていない効果を有する可能性がある。
【００３３】
基準素子が所定測定間隔外に置かれる場合に、センサ装置のオフ範囲インジケータは、演算状態を示すように構成してもよい。
従って、ユーザは、ある計算状態において、センサ装置は、基準素子が所定測定範囲外に入って以降は、正確に基準素子の三次元位置を測定できなくてもよい、ということを実際に知っていてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
上記の規定される態様および本発明の更なる態様は、以下の実施態様の実施例から明らかであり、実施態様の実施例によって説明される。
【００３５】
以下の実施態様の実施例に関して更に詳細に記載されていが、本発明はこれに限定されない。
【００３６】
図１乃至図１６は、本発明の例示的実施形態に従って構成およびセンサ装置の機能を説明するセンサ装置、その部品および図を示す。
【００３７】
図面の中の具体例は、概略的である。
異なる図面において、類似または同一の要素には、同じ参照符号を付与する。
【００３８】
以下に、図１および図２を参照して、本発明の例示的実施形態による３軸線形位置センサ装置１００について説明する。
【００３９】
３軸線形位置センサ１００は、消費者向け装置、工業用装置および自動車応用装置のため構成される。
完璧なセンサシステムを高いＥＭＩ（電磁干渉）を伴う環境内の３軸運動の非接触測定に提供する。
【００４０】
図１および図２に示す装置は、３つのアナログ信号出力を供給する３軸位置センサである。
非接触動作が可能である。
測定範囲は、比較的広範であり、例えば、６４ｍｍ×６４ｍｍ×６４ｍｍである。
測定原理は、水および油環境において動作してもよい。
動作温度範囲は、広範囲に渡り、電力消費量は低い。
【００４１】
表１は、図１および図２に示す３軸線形位置センサ１００についての技術仕様に関する情報を提供する。
動作温度が特定されない場合、記載された明細書では、２５℃が妥当である。
【００４２】
【表１】
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【００４３】
以下に、センサ装置１００について更に詳細に説明する。
【００４４】
センサシステム１００は、３つの測定軸Ｘ、ＹおよびＺの物理距離の範囲内で基準素子１１０（小さい電気コイル）の位置を測定して、規定する。
３つの軸に対する出力信号は、アナログ電圧である。
基準素子１１０は、水または油の苛酷な環境に置かれる場合がある。
３Ｄ線形位置センサ１００は、比較的高い磁気／電磁干渉を有する環境において使用される可能性がある。従って、例えば、敷設において、自動推進に応用する場合、洗濯機に応用する場合等に用いられるのが理想的である。
【００４５】
センサ装置１００は、特に４つの機能モジュール（すなわち、基準素子１１０（または送信器））、受信パッド１２０、混合信号調整および信号処理電子回路１３０およびユーザ入力／出力装置１４０を備えている。
基準素子１１０は、３Ｄ線形位置センサ１００の検出範囲内で距離を移動する対象物（洗濯機の中の回転ドラムののような）に、永久に固定（装備）されてもよい。
【００４６】
基準素子１１０が特定の測定距離の範囲内にある限り、付着された基準素子１１０を有する対象物は、３つの測定軸（Ｘ、ＹおよびＺ）のいずれの中にも移動する可能性がある。
図１に低い信号誤差測定距離（ＬLSE）１０１、標準的な測定距離（ＬS）１０２、最小限の測定距離（ＲＰmin）１０３、および最大限の測定距離（ＲＰmax）１０４を示す。
【００４７】
基準素子１１０および受信パッド１２０は、ＳＣＳＰ電子回路１３０（例えば、基準素子１１０に接続するための二線式、および受信パッド１２０に接続するための多くとも８つの導線を有する）に接続している。
しかしながら、無線解決策も同様に可能である。
この場合、個々の部品１１０、１２０、１３０の間の一方向通信または双方向通信は、例えば、無線送信器／受信機のようなＲＦＩＤタグおよび対応しているリーダライタ基地局を使用することで可能になる。
低い信号ノイズで用いるために、配線は、比較的短く保った方がよい。
【００４８】
さらに、図２を参照して、信号供給電圧ユニット１５０は、ＳＣＳＰ電子回路１３０に電気エネルギーを供給する。
さらにまた、機能インジケータ１６０（例えばＬＥＤ）は、ユーザ入出力装置１４０で予測され、３つのアナログ信号出力１７０は、図２において同様に示される。
【００４９】
上記３つの機能モジュール１２０、１３０、１４０、すなわち受信パッド１２０、ＳＣＳＰ電子回路１３０およびユーザＩ／Ｏ  １４０は、１つユニットにおいて一体化される場合がある。
【００５０】
以下に、物理的な寸法および測定範囲は、表２を参照して述べる。
特に特定されない場合、示されるすべての値は２１℃の中の「典型的な」および室温にあてはまる。
【００５１】
【表２】
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【００５２】
「３軸線形位置センサ」装置１００の一実施例は、１秒につき３００回（サンプリングレート  ３００／ｓ）更新される３つのアナログ信号出力（ＢＮＣコネクタ）を供給する。
基準素子１１０が測定立方体の中央に置かれる場合に、出力信号は３つの軸の各々のために２．５Ｖである。
【００５３】
上記出力信号は、「単調な」性能を発揮する場合があり、特定された測定範囲の中心の近くで、より高度な安全対策を有してもよい。
特定された測定距離（測定立方体）の中の「角」の近くの領域は、より高い測定誤差を有する場合がある。
【００５４】
正しい測定結果を取得するために、図３に示す具体例３００のように、基準素子１１０は、受信パッド１２０に平行した位置にあるべきである。
図３に示す具体例３１０のように、受信パッド１２０に関連して基準素子１１０を傾ける（チルティング）場合に、出力信号は誤った値を示す。
基準素子１１０がより傾けられるほど、測定誤差は、より広範である。
【００５５】
しかしながら、図３を参照して説明する効果は、受信パッド１２０に関して基準素子１１０のチルティング（傾斜）角を測定するために使用する場合もある。
受信パッド１２０と関連する基準素子１１０の運動が、ｘ方向およびｙ方向において止められる準備がされる場合に、受信パッド１２０に関連する基準素子１１０のチルティングに応答する信号修正が測定されてもよく、質的または量的にこの種のチルティングを検出するために使用しれてもよい。
【００５６】
換言すれば、図３を参照して、チルティングは、一次元位置、二次元位置、三次元位置を測定するために抑制される。
位置運動は、チルティングを測定するために抑制される。
【００５７】
装置１００のパワーオンシーケンスにおいて、素子１００に電源を投入する場合に、システムは校正モードになってもよい。
このシーケンスの間、電子回路１３０は、フィルタおよび信号利得段を最適化してもよい。
校正シーケンスの完了の後に、システム１００は、Ｘ位置、Ｙ位置およびＺ位置の測定とともに始まる。
【００５８】
以下に、インジケータの性能の範囲外について説明する。
基準素子１１０が特定された測定距離の外に置かれる場合に、「赤」色光源のインジケータ１６０は「オン／作動中」となる。
「赤」色光源のインジケータ１６０を消灯するためには、基準素子１１０は、特定の測定距離の内側から後方へ移動する必要がある。
【００５９】
電源インジケータ機能によれば、装置１００に電源が投入される場合に、「緑」色光源のインジケータ１６０が「オン／作動中」となる。
センサシステム１００がスイッチを切られる（または単一の電源電圧１５０が切れる）場合に、上記「緑」色光は「オフ」モードである。
【００６０】
以下に、本発明の例示的実施形態は、図４を参照して記載されている。
【００６１】
受信パッド１２０（図４の具体例４００を参照）を中心にしてまわりに基準素子１１０を囲む場合に、Ｘ軸およびＹ軸についてのアナログ出力信号は、正弦波同様の曲線を示し、ＸおよびＹからの信号は、相互に９０°の位相ずれがあってもよい。
これは、図４の具体例４１０において示される。
具体例４１０において、Ｘ、ＹおよびＺ方向のアナログ出力信号を示す。
【００６２】
図４の上記構成は、ほこりまたは油のように苛酷な状況の下で遠隔操作可能な測定のためにも適切である。
例えば、ボールベアリングの位置を測定することができる。
【００６３】
基準素子１１０が一定の距離で受信パッド１２０のまわりを回っているので、Ｚ方向の出力信号は定電圧でもよい。
【００６４】
基準素子１１０が洗濯機ドラムケース（図に示されない）の外側の側面に取り付けられる（永久に、固定される）場合に、受信パッド１２０が基準素子１１０と平行して置かれる結果、基準素子１１０が現在特定された３Ｄセンサ測定範囲の中央になり、３Ｄ線形位置センサ１００は、洗濯機ドラムケースの外側の現在のあらゆる変化を追跡する。
１秒につき３００回測定するサンプルレートで、多くとも１８００ｒｐｍ（回転数／分）、ドラム運動を正確に追跡する。
【００６５】
計測系１００は、実験室（屋内）使用として使用してもよい。
上記システムは、大切な生活において使用するために構成され検証される、すなわち、生活を支援する応用例である。
【００６６】
また、上記システム１００は、特定の高解像度測定モードのために構成してもよい。
この種の実施態様は、３つのアナログ信号出力を有する場合がある。
また、シリアルデジタルＩ／Ｏインタフェース（たとえばＲＳ２３２ｃ）を有することが可能である。
この種の装置は、３００サンプル／秒の待機モードと高解像度測定モードとを有し、２モード動作において作動される場合がある。
【００６７】
この種の実施態様のための技術仕様を表３に示し、特に特定されない場合、表３の仕様は２５℃の動作温度のために有効である。
【００６８】
【表３】
2009503465.tif 000005
【００６９】
基準素子１１０が防水ハウジング内に配置される場合には、センサシステム１００のこの種の実施態様は、水および油の中に置かれる場合がある。
【００７０】
物理的寸法および測定範囲は、表４を利用できる。
また、特に指定されない場合、表に示す全ての値は２１℃の室温における代表的な有効なものである。
【００７１】
【表４】
2009503465.tif 000006
【００７２】
センサ装置１００の上記説明された高解像度の実施態様は、１つシリアルＩ／Ｏデジタルインタフェースと同様に、１秒につき３００回更新される（サンプリングレート３００／ｓ）アナログ信号出力（ＢＮＣコネクタ）を供給してもよい。
基準素子１１０が測定立方体の中央に置かれる場合に、出力信号は３つの軸の各々に対して２．５Ｖである。
上記実施態様１００は、デジタルシリアルＲＳ２３２ｃインタフェースを通って各軸（Ｘ、ＹおよびＺ）に関する測定結果を送信する測定プロトコルを有する。
【００７３】
全ての３つの測定軸の中の上記出力信号は、「単調」機能する場合があり、指定された測定範囲の中心近くで、高い保証を有してもよい。
特定の測定距離（測定立方体）のうち角の近くの上記軸は、より高い測定誤差を有する場合がある。
【００７４】
図３を参照して上記の通りの問題のため、基準素子１１０が受信パッド１２０に関して傾けられる場合でも、測定信号は更に単調であり、デジタル的に制御された「減衰化」応用例（実施例：洗濯機）に役立つ。
【００７５】
以下に、実施態様のパワーオンシーケンスの特徴を述べる。
【００７６】
センサ装置１００に電源を投入する場合に、システムは任意の校正モードになってもよい。
シーケンスの間、電子回路は、４つの独立機能している測定チャネルの中の各々のためのフィルタおよび信号利得段を最適化してもよい。
校正シーケンスが完了した後、システムは、Ｘ、ＹおよびＺ位置の測定を開始してもよい。
従って、基準素子１１０および受信パッド１２０をスイッチオフに応じて新規な測定位置（新規な測定準備）に移動した後に、センサシステム１００を再起動して、校正シーケンスを開始さることが望ましい。
【００７７】
以下に、高解像度センサデバイス１００の応用例について説明する。
【００７８】
標準的な操作モードは、図４を参照して上記の通りの同様の方法で実行してもよい。
【００７９】
しかしながら、高解像度測定モードで、３Ｄ線形計測系１００がスタティック動作において使用されると仮定してもよい。
これは、洗濯機の実施例において、ドラムが作動していないことを意味する。
【００８０】
１秒につき３００回試料を測定して供給する代わりに、システムは、ずっと精密な信号計算を実行してもよくて、毎秒特定のチャネルに対して測定して供給してもよい。
このモードにおいて、ｍｍ範囲の極めて小さい運動さえも検出可能であり、アナログ信号出力、シリアルデジタル信号出力を引き渡す。
【００８１】
この測定モードは、例えば、洗濯機ドラム内の重量（負荷）変化を計測して特定する。
【００８２】
以下に、位置定義シーケンスについて説明する。
１．Ｘ位置（受信コイル１２０および基準コイル１１０間の距離）を同定する。
２．第１誤り修正（参照テーブルを使用する）。
３．推定されたＸ位置に基づいて、最も精密なＺＹ位置演算式から選択する。
４．ＹＺ位置（例えば、三角測量方式によって）を同定する。
５．基準コイル１１０がどの程度まで中心から配置されるかというＸ位置についての第２誤り訂正。
６．回転数ｒｐｍ（時間当たりのドラム回転）を同定する。
７．ｒｐｍが低く、ＺＹ位置（参照テーブルを使用する）に対して誤り訂正を続けた場合、すなわち閾値以下にある場合。
【００８３】
次に、信号帯域幅および組合せ精度について説明する。
【００８４】
高いｒｐｍ（回転数）において、すなわち閾値を上回って、洗濯機ドラムは、主として小さい運動だけ行う。
低いｒｐｍ（回転数）で、洗濯機ドラムは、より広範な運動を行ってもよい。
【００８５】
この結果は、以下の通りである。
１．高いｒｐｍにおいて、上記ソフトウェアは、３Ｄ計測空間の中央にのみ焦点を合わせる必要があり、ソフトウェア計算（他に転用可能ではない多くの演算時間）に単純化する。
２．低いｒｐｍ（ドラムがより広範な運動を行う場合）において、より多くの演算時間は、位置値の補正に利用してもよい。
【００８６】
以下に、基準コイル１１０の設計について更に詳細に説明する。
【００８７】
線形出力信号を達成するために、基準コイル１１０がもっと遠く不在の場合、コイル間の距離（全ての４つの受信コイルの値を合計する場合）はより広範にすべきである。
近距離（受信コイルと基準コイル１１０との間）において、受信コイル間の距離は、より小さくてもよい。
【００８８】
図５は、測定値とＺＹ異なる位置との間の相関作用を例示する図５００を示す。
【００８９】
これらの注意事項の一部の結果は、以下の通りである。
１．オプション１は、「外側」受信コイルを傾けること（受信コイルが受信パッド１２０の中心の方へより高いことを意味する）である。
２．これに対して、コイル設計は、同様の効果（オプション２）を達成するために変更してもよい。
【００９０】
図６および図７は、２つのオプション１および２に対応する実施態様を示す。
【００９１】
図６は、２つの受信コイル６０１、６０２が側面図に示され、平行に向きが定められる具体例６００を示す。
矢６０３に沿って周辺でチルティングする（傾ける）ことによって、傾けられた構成６１０が取得される（オプション１）。
【００９２】
具体例６２０と具体例６３０は別の実施態様である。
上記具体例６２０は、同芯巻線を有する通常のコイル６０１、６０２を示す。
しかしながら、具体例６３０に示すように、非対称受信コイル６１１、６１２は、Ｘ軸測定線形性を改善することを示す。
コイル６１１、６１２の巻線は、非同心であり、巻線の中心は、図６（オプション２）の中での水平方向の線形に沿って配置してもよい。
【００９３】
図７は、基板７００および４つの非対称的に巻き付けられたコイル７０１〜７０４を備えている受信パッド１２０を示し、それぞれの外部巻線の中心は、正方形の角に配置される。
それぞれの内側巻線の中心は、より小さい正方形の角に配置される。
このように、図７は、巻き巻線またはＰＣＢ平型コイル設計（また、オプション２のための実施態様）のための簡略設計である。
【００９４】
更に図７（三次元位置測定構成の代わりに）を参照すると、コイル（例えばコイル７０２、７０３）のうちの２つだけで、二次元位置を測定するために十分であり、コイル（例えばコイル７０２）のうち１つは、一次元の位置を測定するために十分である。
【００９５】
次に、センサアレイ１００の絶対測定範囲を述べる。
【００９６】
実用システムの設計において、全体で６２ｍｍ×６２ｍｍ×６２ｍｍの測定範囲を覆うことで問題点を有しても使用可能である。
更なる設計変更が、この容積測定距離範囲を達成するために必要である。
３Ｄ距離を増大するかまたは精度を改善する典型的な使用可能オプションは、以下の通りである。
１．受信コイル７０１〜７０４の物理寸法を調整する。
２．基準コイル１１０の物理寸法を調整する。
３．受信コイル７０１〜７０４との間に、物理距離を調整する。
４．受信コイル７０１〜７０４の誘導係数（導線の巻数）を調整する。
５．基準コイル１１０の誘導係数（導線の巻数）を調整する。
６．基準コイル１１０、７０１〜７０４の中のどの強磁性コアでも、使用するか、または除く。
７．基準コイル１１０の駆動信号振幅の適応性のある変更、または適合。
８．基準コイル１１０の信号周波数（ＡＣモードで作動される場合）の適応性のある変更。
９．受信コイル７０１〜７０４（１つ、２、３、４またはより多く）の数と、相互に配置した形状とを増進または最適化する。
１０．受信コイル７０１〜７０３のコイルレイアウト／設計を増進または最適化する。
【００９７】
図８は、異なる測定領域の具体例８００を示す。
【００９８】
洗濯機ドラムの代表的な運動領域を参照番号８０１で示す。
参照番号８０２で示すように、ドラムが移動しない場合に、より高い精度測定領域を示す。
さらにまた、位置は、より高いｒｐｍでドラムの中に示す。
【００９９】
参照番号８０３で示すように、角領域に対する３Ｄ位置センサ計算を増進または最適化することは重要でなくてもよい。
【０１００】
ソフトウェアツールの実施態様に対して図９の具体例９００で採用される可能性がある、許容範囲内の精度を有する現実的な測定範囲を参照番号９０１に示す。
【０１０１】
基準コイル１１０（洗濯機ドラムに取り付けられる）が図８の角領域に着かないと仮定してもよい。
【０１０２】
ここで、図１０を参照して、受信コイル７０１〜７０４を再び示す。
さらにまた、精度測定領域１０００を示す。
この領域を越える領域１００１は、十分に精密な測定が可能である。
しかしながら、領域１００２は、低下した精度によって更に測定を許容する。
【０１０３】
図１１は、参照テーブル設計を実行する誤り訂正を示す。
参照番号１１００から逮捕される２つの２Ｄ参照テーブルは、十分なＺＹ誤り訂正のための必要最小限を表してもよい。
【０１０４】
ここで、有利なセンサ設計に関しての結果を示す。
１．より小さい基準コイルは、「はねている曲線」（測定デッドゾーンでない）を縮小または除去してもよい。
２．４つの受信機コイル設計は、３つの受信機コイル設計より広範な、均一性計測空間を与えてもよい。
【０１０５】
図１２および図１３は、異なる平型コイル構成を示す。
【０１０６】
供給された平型コイルの数に関係があることで、同様に注意を要するには、すでに上記シミュレーションで示すように、３つのコイルで十分である。
例えば、Ｚ軸に関する測定値だけが求められる場合であっても、１つ平型コイルで足りる場合がある。
Ｚ軸および別の軸に関する測定値が求められる場合、２つの平型コイルで足りる場合がある。
三次元の測定値が求められる場合、ピラミッド（角錐）の隅に配置される３つの平型コイルで足りる場合がある。
３つの平型コイルの上記角錐のような配置は、完璧な三次元測定を許容すると考えられている。
測定の数理解析を容易にするために、４つの平型コイルを配置し、４つの平型コイルの各々が正方形の角に配置してもよい。
正方形の角に配置される４つの平型コイルを有するこの配置は、それぞれの平型コイルによってそれぞれの信号出力についての非常に単純な数理解析を可能にする。
【０１０７】
基準センサ配置と同様にコイルおよびセンサの全体設計および配置のために、センサおよび平型コイルの寸法の相関作用、平型コイルと同様にセンサの設計にも考慮すべきである。
【０１０８】
基準センサ１１０に関しては、基準センサ１１０コイルが一次元においてできるだけ遠くに配置されてもよい点に留意する必要がある。
この観点から、一次元のコイルが好ましい。
しかしながら、この種のコイルは、コイルの位置異常の影響を受け易い可能性がある。
例えば、この種の一次元コイルのチルティングは、不正確な測定結果になる場合がある。
しかしながら、一次元のコイルが非常に精密な基準センサを許容宇してもよいと考えられる。
【０１０９】
基準センサ１１０のチルティングに起因する誤りを回避または抑制するための適切な基準センサ１１０は、球体形状を有しているコイルでもよい。
この種のコイル１１０は、導体（例えば球体のまわりの導線）を巻き上げることによって形成してもよい。
基準センサのようなコイル配置が２、３度傾ける場合、コイルのより小さい部分は一方に傾けられ、コイルの他の相当部分が向こう側に傾けられるのに対して、この種の配置誤りについての自動補正のためにも、チルティングの補償を可能にしてもよい。
この基準コイルセンサのために、基準コイル１１０のチルティングに関して、基準コイル１１０の方向およびローカル配置に関して比較的鈍感にしてもよい。
【０１１０】
好都合にも、上記センサ配置は、３次元空間の多くとも５つの自由度の中の、測定を可能にしてもよい。
Ｚ軸のまわりの回転が、故障（ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｉｅｓ）またはわずかに低下した精度によって識別可能なだけのケースでもよい。
しかしながら、少しの回転またはピッチング運動が検知されてもよい。
上記Ｚ軸は、通常の測定コイル（ｓ）である。
【０１１１】
本発明の例示的実施形態によると、消費者向けの３軸線形位置センサは、工業用または自動車の応用例に供給されてもよい基準素子、受信パッド、混合信号調整および信号処理電子回路およびユーザ入力／出力インタフェースを備えてもよい。
【０１１２】
送信機または基準素子は、正弦パルスを発してもよく、従って、発振器に接続してもよい。
上記正弦パルスは、１０ｋＨｚの周波数が他の通信システムによって占められないと考えてもよい。
より高い周波数も、無線周波数伝送品質の観点から求められてもよい。
【０１１３】
図１４は、電気伝導導線の非対称の巻線として形成されるレシーバ・コイル１４００のための更なる実施例を示す。
【０１１４】
上記検出器コイル１４００は、受信パッド１２０の検知コイルとして使用してもよく、図１４の左側から図１４の右側まで巻き付けることまで（表面上指している方向において）移動される異なる巻き線の中心を有する歪められた螺旋のように形成される。
【０１１５】
図１５は、略図で例示した検出コイル１５０１およびプリアンプ１５０２を有する受信パッド１５００の更なる実施例を示す。
更に、コイル１５０１（例えば全体で４つ）は、受信パッド１５００に供給されてもよい（図１５に示されない）。
配線接続１５０３（これに代わって、無線でもよい）は、受信パッド１５００を電子回路ブロック１５０４に接続する。
【０１１６】
従って、電子回路ブロック１５０４および受信パッド１５００は、分離板（ＰＣＢのような）に供給してもよい。
【０１１７】
図１６は、ＳＣＳＰ電子回路１６００についての例示的実施形態を示す。
【０１１８】
参照コイルへの接続は、参照番号１１０によって示す。
受信パッドの受信コイルへの接続は、参照番号１６０１〜１６０３に示す。
マイクロプロセッサは参照番号１６０４によって示され、マルチプレクサ機能１６０５、ＡＤＣ機能１６０６の存在は予測されてもよい。
【０１１９】
受信コイル１６０１〜１６０３の上記信号は、前置増幅器機能、フィルタ関数を含有してもよい前処理ブロック１６０６に送信される。
【０１２０】
発振器信号は、フィルタ１６０８に配線１６０７を介して送くられてもよく、受信コイル１１０に供給される前段の増幅器１６０９に送くらされてもよい。
【０１２１】
「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、他の要素またはステップを除外しないし、そして「ａ」または「ａｎ」は複数を除外しない。
また、異なる実施形態に関連して記述された要素は結合されてもよい。
また、請求項の引用符号が請求項の範囲を制限するものとして解釈されないことは留意すべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】３つのアナログ信号出力を供給する３軸位置センサである。
【図２】３つのアナログ信号出力を供給する３軸位置センサである。
【図３】具体例３００を示す図である。
【図４】具体例４１０を示す図である。
【図５】測定値とＺＹ異なる位置との間の相関作用を例示する図５００を示す図である。
【図６】２つの受信コイル６０１、６０２が側面図に示され、平行に向きが定められる具体例６００を示す図である。
【図７】基板７００および４つの非対称的に巻き付けられたコイル７０１〜７０４を備えている受信パッド１２０を示す図である。
【図８】異なる測定領域の具体例８００を示す図である。
【図９】具体例９００を示す図である。
【図１０】受信コイル７０１〜７０４を示す図である。
【図１１】参照テーブル設計を実行する誤り訂正を示す図である。
【図１２】異なる平型コイル構成を示す図である。
【図１３】異なる平型コイル構成を示す図である。
【図１４】電気伝導導線の非対称の巻線として形成されるレシーバ・コイル１４００のための更なる実施例を示す図である。
【図１５】検出コイル１５０１およびプリアンプ１５０２を有する受信パッド１５００の更なる実施例を示す図である。
【図１６】ＳＣＳＰ電子回路１６００についての例示的実施形態を示す図である。
【図１】
2009503465.tif 000007
【図２】
2009503465.tif 000008
【図３】
2009503465.tif 000009
【図４】
2009503465.tif 000010
【図５】
2009503465.tif 000011
【図６】
2009503465.tif 000012
【図７】
2009503465.tif 000013
【図８】
2009503465.tif 000014
【図９】
2009503465.tif 000015
【図１０】
2009503465.tif 000016
【図１１】
2009503465.tif 000017
【図１２】
2009503465.tif 000018
【図１３】
2009503465.tif 000019
【図１４】
2009503465.tif 000020
【図１５】
2009503465.tif 000021
【図１６】
2009503465.tif 000022
【国際調査報告】
2009503465.tif 000023
2009503465.tif 000024
2009503465.tif 000025