(57)【要約】【課題】本発明は、貫通されるシャフトのθ軌跡における角度位置を測定する絶対位置磁気センサであって、シャフトの位置を検出する少なくとも２つのシステムを含む絶対位置磁気センサを提供する。【解決手段】本発明は、検出システムのうちの少なくとも１つが、θ／シャフトの周期的な角度位置を提供するｎの「周期」関数に従って信号を生成することと、検出システムのうちの少なくとも１つが、シャフトのθ軌跡における絶対信号を生成することと、θとｎは、θ／ｎ＝３６０（ｎ＞１）の関係であることと、を特徴とする。【選択図】図１１
2015038514.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトの軌跡θにおける角度位置を測定するための絶対位置磁気センサであって、前記シャフトは前記センサを貫通しており、前記センサは前記シャフトの位置を検出するための少なくとも２つの検出システムを備え、
前記検出システムのうちの少なくとも１つは、前記シャフトに連結される入力軸の運動を連続的に変換するための機械的システムを含み、周期θ／ｎの「周期」関数に従って信号を生成して前記シャフトの周期的な角度位置を提供し、
前記検出システムのうちの少なくとも１つは、前記シャフトの軌跡θにおける絶対信号を生成し、
θおよびｎは、θ／ｎ＝３６０（ｎ＞１）の関係を満たす、絶対位置磁気センサ。
【請求項２】
周期θ／ｎの「周期」関数に従って信号を生成して前記シャフトの周期的な角度位置を提供する前記検出システムは、位相が略９０度ずれた２つの正弦波信号を供給するために、磁石によって生成される磁界の接線成分、動径成分、または軸方向成分と、磁界の動径成分、軸方向成分、または接線成分とを測定する、略同位置に配置された少なくとも２つの磁石感知要素を含む、請求項１に記載の絶対位置磁気センサ。
【請求項３】
前記シャフトの軌跡θにおける絶対信号を生成する前記検出システムは、運動を連続的に変換するための前記機械的システムの出力軸上の少なくとも１つの磁石を含むとともに、少なくとも１つの磁石感知要素を含む、請求項２に記載の絶対位置磁気センサ。
【請求項４】
前記シャフトの軌跡θにおける絶対信号を生成する前記検出システムは、位相が略９０度ずれた２つの正弦波信号を供給するために、磁界の接線成分、動径成分、または接線成分と、磁界の動径成分、軸方向成分、または接線成分とを測定する、略同位置に配置された少なくとも２つの磁石感知要素を含む、請求項３に記載の絶対位置磁気センサ。
【請求項５】
周期θ／ｎの「周期」関数に従って信号を生成して前記シャフトの周期的な角度位置を提供する前記検出システムの磁石感知要素と、前記シャフトの軌跡θにおける絶対信号を生成する前記検出システムの１つ以上の磁石感知要素とは、同一平面上にある、請求項４に記載の絶対位置磁気センサ。
【請求項６】
前記磁石感知要素は、同一の接続平面に接続される、請求項５に記載の絶対位置磁気センサ。
【請求項７】
運動を連続的に変換するための前記機械的システムは、ホイールまたはウォームの減速機である、請求項５に記載の絶対位置磁気センサ。
【請求項８】
運動を連続的に変換するための前記機械的システムは、少なくとも２つの多極磁石を備える非接触減速機であり、前記多極磁石のうちの少なくとも１つは前記シャフトに連結されている、請求項５に記載の絶対位置磁気センサ。
【請求項９】
前記シャフトに連結された前記減速機の多極磁石は、周期θ／ｎの「周期」関数に従って信号を生成して前記シャフトの周期的な角度位置を提供する前記検出システムの磁石でもある、請求項７に記載の絶対位置磁気センサ。
【請求項１０】
運動を連続的に変換するための前記システムに連結された前記減速機の多極磁石は、前記シャフトの軌跡θにおける絶対信号を生成する前記検出システムの磁石でもある、請求項８に記載の絶対位置磁気センサ。
【請求項１１】
信号を処理する回路は、両検出システムからの電気信号を用いて、前記シャフトの軌跡θ全体における絶対位置を高精度に計算する、請求項１に記載の絶対位置磁気センサ。
【請求項１２】
両検出システムは、１つのハウジングに組み込まれるように互いに接近して配置される、請求項１に記載の絶対位置磁気センサ。
【請求項１３】
ステアリングコラムのねじれ検出用の位置センサのアセンブリであって、
トーションバーにかかるねじれトルクを推定するために、トーションバーによって同軸に接続された入力軸および出力軸の相対的角度位置±Ψ（Ψ＞２０）を検出するための少なくとも１つの検出システムと、同検出システムは、放射状に配向された複数の磁石を含む第１のロータ磁気構造と、近傍に少なくとも１つの磁石感知要素が配置された歯によって拡張される２つのリングを含む第２のステータ構造とからなることと；
入力軸または出力軸の軌跡θにおける角度位置を測定するための、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の絶対位置を検出するための少なくとも１つの検出システムと；
少なくとも１つの信号処理システムと、を含み、
少なくとも１つの検出システムは、周期θ／ｎの「周期」関数に従って信号を生成して前記シャフトの周期的な角度位置を提供し；
少なくとも１つの検出システムは、前記シャフトの軌跡θにおける絶対信号を生成し；
θ、Ψ、およびｎは、θ／ｎ＝３６０（θ／Ψ＞２０、ｎ≧１）の関係を満たし；
前記検出システムの前記シャフトは、トルクセンサの入力軸または出力軸でもある、アセンブリ。
【請求項１４】
前記トルクセンサは、少なくとも１つの間隙を形成する２つのフロー閉鎖部から成る第３の固定コレクタ構造を含み、前記間隙には、少なくとも１つの磁石感知要素が配置される、請求項１３に記載のアセンブリ。
【請求項１５】
前記トルクセンサのフロー閉鎖部、およびステータリングは、互いの間において、ステータ表面およびコレクタ表面の両方の径方向の相対位置から独立した一定な位置に収集表面を形成する、請求項１４に記載のアセンブリ。
【請求項１６】
請求項２乃至１１のうちのいずれか一項に記載の絶対位置磁気センサを含む、請求項１３に記載のアセンブリ。
【請求項１７】
周期θ／ｎの「周期」関数に従って信号を生成して前記シャフトの周期的な角度位置を提供する前記検出システムの磁石感知要素と、前記シャフトの軌跡θにおける絶対信号を生成する前記検出システムの１つ以上の磁石感知要素とのうちの１つ以上は、ねじれ検出用の前記センサの磁石感知要素と同一平面上にある、請求項１３に記載のアセンブリ。
【請求項１８】
少なくとも１つのシールドが、ねじれ測定用の前記センサと前記シャフトの位置検出システムとの間に組み込まれる、請求項１３に記載のアセンブリ。
【請求項１９】
トルクおよび位置センサの磁気サブアセンブリはキャスト成形される、請求項１３に記載のアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３６０°を越える複数回転の角度に対応した回転式の磁気位置センサの分野に関する。より詳細には、本発明は、自動車ステアリングコラムの角度の位置を測定する位置センサに関するが、この用途に限られない。
【背景技術】
【０００２】
ステアリングコラムおよびハンドルの角度位置は、横滑り防止装置（ＥＳＰ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ  Ｐｒｏｇｒａｍ）および電動パワーステアリング（ＥＰＳ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｔｅｅｒｉｎｇ）などの機能に必要な情報である。ステアリング角（すなわち、ハンドル角度）に関する情報は、方向指示器のヘッドライト、軌道制御、自動駐車などの補助機能に使用されることもある。
【０００３】
ハンドルは少なくとも２回転する必要があるため、多くの自動車において、単回転センサではコラムの位置を検出できない。この解決法として、ハンドルが何回転にあるかを知るために、３６０°センサを「トップターン（ｔｏｐ  ｔｏｕｒ）」に関係付けてもよい（たとえば、特許文献１）。しかし、このようなシステムでは、動力投入時が初期位置であると仮定する。その後のすべての位置はこの開始位置に対しての位置である。このため、この開始位置は自動車のエンジンを入れる度に再定義されるという問題がある。つまり、このようなシステムが前回のハンドルの角度位置を記憶していない場合、あるいはエンジンが切られた後に角度が変更された場合、再びエンジンを入れた時に示される角度は間違っている。
【０００４】
また、コラム用途の仕様は非常に厳しい。実際、コラム用途では、絶対センサには±７２０°または±１４４０°までのレンジや、±２°未満の精度、０．１°未満の分解能が求められる。
【０００５】
これを達成するために、角度測定には絶対多回転による様々な解決法があり、電位差測定によるもの、光学的、誘導的、または磁気的なものなど様々な技術が用いられている。
たとえば、特許文献２または特許文献３に記載の光学的な解決法は複雑で高価であり、また、温度条件や環境条件と適合しないため、モータコンパートメントへの組み込みに適合しないことが分かる。
【０００６】
誘導的な解決法は、ステアリングコラムの開発および調節の点から非常に高価である（特許文献４）。
電位差測定による解決法は、主にコストと単純性の面で利点が大きい。
【０００７】
たとえば、特許文献５に記載された２つの３６０°電位差センサを含む絶対多回転センサは、当業者に知られている。第１電位差計は０°〜３６０°の回転部の回転角を測定するのに用いられ、第２電位差計は回転部の完全回転の回数を決定するのに用いられる。第２電位差計のロータは、一枚歯のホイールおよびスプロケットシステムによって駆動され、この一枚歯のホイールは第１電位差計に連結される。第１電位差計が完全に１回転する度に、このホイールの１つの歯がスプロケットと噛み合い（「ジェネバ」駆動と言う）、スプロケットは第２電位差計を予め設定された角度だけ回転させる。したがって、第２電位差計の変位はインクリメントされ、その位置は第１電位差計の回転ごとにインクリメントされる。両電位差計の出力を決定することによって、回転部の絶対角度を決定することができる。
【０００８】
この解決法には主に２つの不利点がある。一つ目の不利点として、この提案される解決法は接触部と電位差計の軌道との間に生じる摩擦によって達成されるが、この摩擦によってセンサの寿命が損なわれてしまう。また、この軌道は埃、油、または他の流体との接触によって損なわれる場合がある。二つ目の主な不利点は、第２電位差計がインクリメントされるという特徴である。第１電位差計が故障した場合、第２電位差計は回転における回転部の大まかな位置さえ検出することができず、第１電位差計の故障を検出することもできない。
【０００９】
現在の技術において知られている解決法として、磁気的な接触なしで、２つの回転センサの連続的な位相差から回転部の絶対位置を計算する方法がある（たとえば、特許文献６、特許文献７、特許文献８、特許文献９、および特許文献１０に記載）。これらのセンサの原理は同じである。すなわち、これらのセンサはコラムに連結されたスプロケットホイールからなり、このスプロケットホイールは、歯数がわずかに異なり各々磁石と一体化された２つのピニオンを駆動する。各磁石の回転は磁気感知センサによって検出され、その後、位相シフトの信号がアルゴリズムによって処理される。このため、絶対角度の測定精度は、２つの異なるセンサから得られる２つの信号の差異と、計算アルゴリズムとに依存する。２つの信号の減算を行って１つの測定値を得ることは大きな不利点であり、いずれか１つのセンサを用いる場合に比べ、２つのセンサを用いると精度は低下する。いずれかのセンサのわずかな誤差、最もわずかな機械的位相差、ギアの一方におけるわずかな間隙などは、角度測定時の誤差につながる。また、回転部の絶対角度を計算するためには、非常に複雑なアルゴリズムが必要となる。
【００１０】
各信号の周期は、回転部の周期（３６０°）に比べ短い。つまり、２つのセンサのうちの１方の信号だけでは、回転部の位置に関する大まかな情報さえ与えられない。これは、センサの故障が他のセンサからの信号を用いて診断できない場合に問題である。
【００１１】
現在の技術においては、絶対多回転トルクおよび位置センサについて記載した特許文献１１が知られている。この特許文献１１において、回転部の位置の計測は、特許文献５に記載の原理に従って行われる。たとえば、この位置測定は２つのセンサ（すなわち、回転部に直接連結された３６０°センサと、ジェネバ駆動によって駆動される第２のインクリメントセンサ）を用いて行われる。特許文献５とは異なり、使用されるセンサの種類は、電位差測定式ではなく非接触の磁気式センサである。両センサは各々、磁石リングと、９０°離れて配置された２つの磁石感知要素とを含む。また、磁石によって生成される磁界の動径成分を測定し、直角位相の２つの正弦波信号を生成する。これらの正弦波信号は、復号後に３６０°を越える位置を検出するのに用いられる。
【００１２】
特許文献１１において特許文献５の接触の問題は解決されるが、上記のインクリメントの原理に関係する不利点は解決されない。この解決法では、センサが２つあるため、一方のセンサが他方のセンサに対して適切に配置されていない場合に測定誤差を生じ得るという別の不利点がある。
【００１３】
また、２つの集積回路が空間的に交互に９０°ずらして配置されるため、プリント基板の表面積が大きくなる場合があり、接続数が増えてセンサの最終コストが高くなってしまう。
【００１４】
インクリメントを用いた同様の不利点については、特許文献１２にも記載されている。特許文献１２では、粗信号は３ビットのみで符号化されており、回転センサの精度が限られるとともに、３つ以上のホールセンサによって実現されている。
【００１５】
別の観点では、現在の技術において特許文献１３が知られている。この特許文献１３に
は、略直径方向に磁化された磁石リングまたは磁気ディスクの角度位置を決定するために磁石感知センサを用いる３６０°回転位置センサが記載されている。この特許文献において、磁石によって生成された磁界の方向を感知するセンサは磁石の外側に配置され、これによって、たとえばステアリングコラムの回転角測定用の軸貫通回転センサが得られる。また特許文献１３においては、センサにおける回転を複数回から１回以下に抑えるために、運動の減速に関連付けたセンサが使用されている（図２参照）。この解決法の主な不利点は、分解能および精度を同様に低減するｎ減速比を用いることに起因している。これは、精度および分解能が非常に高いステアリングコラムの用途には不十分な場合がある。
【００１６】
本発明は、絶対多回転センサを生産するために２つの３６０°非接触センサを用いることによって、上記の問題を解決するものである。第１非接触センサは０°〜３６０°の回転部の回転角を測定するのに用いられ、第２センサは回転部の完全な回転の回数を決定するのに用いられる。
【００１７】
連続的なｎ減速比をもつ機械的システムは、２つのセンサ間で統合される。減速機の入力軸は第１センサに連結され、第２センサのロータは減速機の出力軸に連結される。第１センサが完全に１回転をする度に、第２センサは１：ｎの回転を行う。第２センサは限られた精度および分解能で全絶対角の測定を行えるが、第１センサは第２センサの測定の精緻化を可能にすることによってこの問題を解決するため、３６０°以上において高い精度および分解能が得られる。第１センサが故障した場合でも、第２センサは回転部の回転における位置を（ｎ倍減速した分解能で）検出でき、第１センサの誤動作を検出することができる。
【００１８】
以下の解決法は、異なる形状構造（２回転センサ、３回転センサなど、どんな回転数でも精度と分解能が同じもの）、特に軸貫通装置の場合に有利に適合されると共に、測定の信頼性を高めることができる。
【００１９】
本発明は、好ましい構造によると、特許文献１３に記載されている種類の２つのセンサを用いる。
第１センサ（メインセンサとも言う）は、３６０°を越える軌跡においてハンドル角度を測定し、この軌跡における該角度に比例する信号を伝達する。それ以上の角度については、伝達される信号は、同一のモジュロ（ｍｏｄｕｌｏ）３６０°角に対して伝達される信号と同じである。この信号のみでは、初期位置に対する相対的なハンドル位置は分かるが、絶対位置は分からない。実際、第１センサは３６０°周期の周期信号を伝達する。この周期内の角度は正確に測定されるが、シャフトが何周期にあるかは分からない。
【００２０】
第２センサは、第１センサが現在何周期にあるかを示す機能を有する一方、一定の冗長性を与える機能を有する。これは、信号の精度が、第１センサ信号との相関性において様々な値の比較を可能とするには十分であるものの、確実に劣るためである。実際、伝達された信号が予期された範囲から外れている場合、システムの誤作動が推測できる。
【００２１】
第２センサ信号を生成する方法は幾つか考えられる。
特許文献１１には、インクリメント式の第２信号を生成する方法（ジェネバ駆動）が記載されている。この信号は第１センサが何回転にあるかを正確に示すが、（インクリメント値を用いて）不連続であるため、ユーザはこの信号を使用して冗長性を得ることはできない。
【００２２】
本発明では、メインシャフト（図１１、参照符号１）と第２センサとの間の連続減速を行う機械的手段を使用し、したがって、第２センサの機械的な角度位置は、メインシャフトを基に測定される角度位置に略比例する。
【００２３】
第１センサの信号は入力軸の角度（３６０°まで）に比例し、３６０°周期で周期的である。この信号によって、１回転における位置が正確に示される。
第２センサの信号は軌跡全体における入力軸の角度に略比例するが、第１センサの信号よりは精度が劣る。
【００２４】
これによって、軌跡全体における位置が大まかに示される。
有利なことに、両信号を電子的に組み合わせることによって、軌跡全体における入力軸位置に比例する、信号２と同種であるが第１信号の精度を有する信号を合成することができる。このため、精度および分解能において有意な利点がある。
【００２５】
当業者には、一方のシャフトから他方のシャフトへの減速を可能にする幾つかの手段について知られている。寸法の点から最も有利な手段は、次のような、減速比が１０の３〜５乗のものである：
ホイールおよびウォームの減速；
ギアトレーンの減速；
ギアホイールの直接的な減速：この解決法は可能であるが、寸法の点からは有利でない；
磁気トルクによる減速。
【００２６】
図１に示す両信号は、たとえばマイクロコントローラに対して出力されてもよい。このマイクロコントローラは、第１信号および第２信号から、第２信号よりも精度および分解能が有意に向上した単調増加信号を生成する。
【００２７】
本発明は、図１〜図２０を参照することによって一層理解されるであろう。図１〜図２０は好ましい実施形態を示すが、冗長性が組み込まれた高精度の多回転絶対角センサは、この種のものに限られない。
【００２８】
本発明は、３６０°以上の複数回転の角度に対応したトルクおよび回転磁気位置センサの分野に関する。より詳細には、本発明は、ステアリングコラムのねじれおよび自動車のステアリングコラムの角度位置を測定するためのトルクおよび位置センサに関するが、この用途に限られない。
【００２９】
ドライバがステアリングコラムに与えるトルクは、パワーステアリングのレベルを決定するのに必要な情報である。この情報によって、ドライバはより簡単にハンドルを回すことができる。トルクおよびステアリングコラムの位置に関する情報は、自動車のアシスト性および安定性を最適化するためにまとめられる。本発明は、３６０°以上の位置に対応するセンサと磁気トルクセンサ（たとえば、特許文献１４に記載）とを適切に関連付ける解決法を提案する。この解決法によって、感度を最適化し、部品の大きさおよび重量を最小にすると共に、取り付けが簡単で非常にコンパクトな統合体が提供される。現在の技術において、トルクおよび位置についての解決法は見つけられるが、そうした解決策は単に従来のトルクセンサおよび位置センサを隣接して配置するものである。たとえば特許文献１５は、トルクセンサと多回転位置センサとを用いた解決法を提案しているが、これは単に磁気多回転位置センサに隣接して磁気トルクセンサを配置したものであり、大変な過密状態を生じさせるものである。すなわち、複数のホール素子が異なる平面にあり、トルクセンサと位置センサとの間に磁気的な相互作用があるため、複数のＰＣＢまたは１つのフレキシブルＰＣＢを使用しなければならない。
【００３０】
このため、本発明はこれらの不利点を解決する方法を提案する。トルクと位置センサを再編成するこの新しい内蔵型センサは、４つの異なる磁気構造を含む。この磁気構造とは
：ブリーチに取り付けら放射状に磁化された複数の磁石を含み、トルクセンサに属する、第１のロータ磁気構造と；複数の歯を有する２つの同心リングを含み、トルクセンサに属する、第２のステータ磁気構造と；磁石感知要素が配置される測定間隙を形成すべく、閉鎖アームによって拡張された２つの同心リング部分からなり、トルクセンサに属する、第３の固定コレクタと；ステータ部分のリング間に配置され直径方向に磁化された磁石（またはハルバッハ磁石）を含み、トルクセンサの第２の磁気構造を支持するプラスチック部分の上におけるキャストから成形可能である、第４の構造と、である。ＭＬＸ９０３１６または他の種類の磁石感知要素は、位置磁石センサの外部に配置され、トルクセンサの磁石感知要素と同じＰＣＢに属する。
【００３１】
この構造によって、軸方向における大きさがトルクセンサのみの場合と同じトルクおよび位置センサが得られる。この構造において、トルクセンサ磁石と位置センサ磁石とは同心である。また、すべてのホール素子はこれらのセンサの回転軸に垂直な磁石正中面に位置する。利点としては、１つのＰＣＢ上にすべてのホール素子を挿入でき、また、一方のセンサから他方のセンサに対する磁気相互作用をなくすことができる。
【００３２】
このような統合型センサのコストは、構成要素を共有することによって削減される。すなわち、位置センサ磁石およびトルクセンサの同心リングはキャストにより同時に成形でき、１部品として形成可能である。同様に、トルクおよび位置センサのホールセンサはすべて同じ単一のＰＣＢの一部となる。
【００３３】
この構造に対し、特許文献１５の最初の部分に記載されるように、減速および絶対位置センサを追加することができる。
有利な方法において、１つのハウジング内に統合するために、両検出システムは互いに近接して配置される。このため装置はコンパクトとなり、監視を行う装置に容易に載置できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３４】
【特許文献１】国際公開第０７／０１４５９９号
【特許文献２】欧州特許出願公開第１２１９５２７号明細書
【特許文献３】米国特許第６，８４８，１８７号明細書
【特許文献４】米国特許第６，３８４，５９８号明細書
【特許文献５】米国特許第５，２００，７４７号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２００５／０００２８８２８６号明細書
【特許文献７】特開２００６−１１９０８２号公報
【特許文献８】米国特許第６，９４１，２４１号明細書
【特許文献９】米国特許第５，９３０，９０５号明細書
【特許文献１０】米国特許第６，４６６，８８９号明細書
【特許文献１１】国際公開第２００５／０７６８６０号
【特許文献１２】欧州特許第０６９９１５１号明細書
【特許文献１３】国際公開第０７／０５７５６３号
【特許文献１４】仏国特許出願公開第２８７２８９６号明細書
【特許文献１５】米国特許出願公開第２００６／０２３６７８４号明細書
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】従来技術による、単回転の解決法を示す模式図。
【図２】従来技術による、減速機および単回転センサを用いた多回転の解決法を示す模式図。
【図３】従来技術による、不連続の多回転の解決法の出力信号を示すグラフ。
【図４】従来技術による、不連続の減速システムを用いた多回転磁気による解決法を示す模式図。
【図５】従来技術による、不連続の減速システムを用いた電位差測定による解決法を示す模式図。
【図６】従来技術による、異なる多回転の解決法を示すグラフ。
【図７】従来技術による、歯数がわずかに異なる２つのスプロケットホイールによって信号位相差を用いた多回転の解決法を示す模式図。
【図８】従来技術による、増加する位相差を用いた２つの出力信号を示すグラフ。
【図９】従来技術による、多回転の解決法のシャフト端部を示す模式図。
【図１０】２つのセンサの出力信号を示す概略図。
【図１１】本発明のホイールおよびウォームを示す正面図。
【図１２】ホイールおよびウォームを備える完全なセンサを上から見た場合の分解斜視図。
【図１３】図１１に示す要素を下から見た場合の模式図。
【図１４】本発明に係るホイールおよびウォーム（キャップを外した状態）を示す分解斜視図。
【図１５】本発明に係るホイールおよびウォーム（キャップを外した状態）を示す正面図。
【図１６】本発明に係る減速を行うクラスタ（キャップなし）を示す透視図。
【図１７】減速を行うクラスタを備えるセンサ（ハウジングから外した状態）を示す分解斜視図。
【図１８】本発明に係る、減速を行うクラスタを示す斜視図。
【図１９】本発明に係る、減速を行うクラスタ（ハウジングなし）を示す透視図。
【図２０】本発明に係る、メイン磁石と適所にあるカップリング磁石とを含む磁気減速機を示す模式図。
【図２１】３６０°位置センサ（メインセンサ）に関連付けたトルクセンサの正面図。
【図２２】３６０°位置センサ（メインセンサ）に関連付けたトルクセンサの断面図。
【図２３】同一のＰＣＢに統合されたトルクおよび位置センサのＡＳＩＣＳを示す模式図。
【図２４】トルクセンサと、３６０°位置センサ（メインセンサ）と、ウォームの運動変換を感知する第２センサとの関連を示す斜視図。
【図２５】トルクセンサと、３６０°位置センサ（メインセンサ）と、ウォームの運動変換を感知する第２センサとの関連を示す断面図。
【図２６】トルクセンサと、３６０°位置センサ（メインセンサ）と、ウォームの運動変換を感知する第２センサとの関連を示す正面図。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本発明は、図２１〜図２５を参照することによって、一層理解されるであろう。図２１〜図２５は好ましい実施形態を示すが、冗長性が組み込まれた高精度の多回転絶対角センサは、この種のものに限られない。
【００３７】
図１〜図９は、本明細書の冒頭部分に記載した従来技術を示す図面である。
図１０は本発明の出力信号を示す。第１信号は高精度の分解能の３６０°（１回転）における周期信号であり、第２信号はこの周期信号の４分の１の分解能の４回転における絶対信号である。
【００３８】
図１１〜図１５は、ホイールおよびウォームを備える減速機の使用を示す。
大口径のウォーム１は、測定されるシャフト（たとえば、自動車のステアリングコラム
）周囲に搭載されるように、中が空洞になっている。このウォームは測定されるシャフトに取り付けられている。直径方向に磁化された第１磁石３は、このウォームに連結され、１回転を通じて精密信号を感知する第１センサの一部を成す。この磁石は、磁気ブリーチ８に搭載されてもされなくてもよい。本出願において、ウォームはセンサハウジング９に軸留めされ、ハウジングは固定されている。このウォームは、第２磁石７が連結されるスプロケット４を回転させるように駆動する。第２磁気センサの一部は、精度は劣るが軌跡全体にわたる信号を感知する（図１０の信号ｎ°２）。このスプロケットは、ハウジング９に軸留めされている。自動車ハンドルの角度軌跡は、多くの場合２〜５回転分であるが、これらの値に限らない。回転ポインタである磁石７が軌跡全体において１回転にわずかに満たない回転をするように、減速比が選択される。この角度軌跡は、分解能の点で、第２センサの可能性から最も利点が得られるものである。図に示す例において、ウォーム１には３つの溝があり、スプロケット４には１３個の歯がある。したがって、減速比は４．３３であり、これは軌跡が４回転のハンドルに適合する。この運動変換においてわずかな緩みは許容されるが、不可避な程度にすべきであり、減速時の緩みに関係する寄生ヒステリシスを追加することによって第２センサの精度を過度に低下させないようにすべきである。
【００３９】
センサ２は、直径方向に磁化された磁石３の動径（ｒａｄｉａｌ）成分および接線（ｔａｎｇｅｎｔｉｅｌ）成分を測定する。
センサ６は、直径方向に磁化された磁石７の軸方向成分および接線成分を測定する。
【００４０】
この種の構造を選択することによって、部品数を抑えたコンパクトなセンサが得られる。また、これらの部品はプラスチック注入成形によって低コストで容易に大量生産できる。更に、この構造によって同一のＰＣＢ５に２つのセンサ２，６を配置することが可能となり、製造コストの面で大きな利点がある。
【００４１】
図１６〜図１９は、クラスタ減速機の使用を示す。
中空の第１ホイール１はシャフトに連結されており、その角度位置が測定される必要がある。このシャフトは、ホイール１を貫通する。
【００４２】
直径方向に磁化された第１磁石３は、このホイールに連結され、１回転を通じて精密信号を感知する第１センサの一部を成す（図１０、信号ｎ°１）。スプロケットとホイールとを含む第２可動部１２は、第１ホイール１と噛み合う。第２可動部と同様に、第３可動部１３は第２可動部と噛み合い、第４可動部１４を回転させるように駆動する。すべての可動部はハウジング９内部に軸留めされる。クラスタと呼ばれるこのような可動部のアセンブリによって、ホイール１の角速度が減速される。
【００４３】
第４可動部は、直径方向に磁化された磁石７と、磁気シールドとして機能する軟鉄リング１６とを備える。
第２磁石７は粗い第２信号（図１０、信号ｎ°２）のセンサの一部であるが、軌跡全体にわたって拡張される。
【００４４】
第２センサはシャフトに貫通されてもされなくてもよく、第４可動部１４とハウジング９との軸は離間してもよい。このセンサによって測定される磁界成分は、シャフトが貫通していない場合、磁石回転軸の１点において互いに直交する２つの動径成分である。あるいはシャフトが貫通している場合は、磁石の外側の１点における動径成分および接線成分である。
【００４５】
上記の例と同様に、減速比は、第４可動部１４が、したがって磁石７が、入力軸の全体軌跡において１回転にわずかに満たない回転を行うように選択される。
可動部の数は、大きさの制約または所要の軌跡に適合するように変更してもよい。
【００４６】
送信されるトルクが非常に小さい場合、スプロケット歯の圧力角度を低くすることができる（たとえば、１２°）。これによって、第２センサの精度に影響を与える緩みが最小に制限される。実際、回転の復号機能に必要な精度はあまり高くないが、冗長性機能に必要な精度はかなり高い。
【００４７】
すべての可動部と、可動部を保持するハウジング９とは、プラスチック注入成形によって経済的に得られる。センサ２，６は、単一のＰＣＢ５に溶接されるので、製法が経済的となる。
【００４８】
図に示す例において、以下のスプロケットが選択される：
入力ホイール１（歯数：６０）
ホイール１２（歯数：１２，３４）
ホイール１３（歯数：１２，３９）
出力ホイール１４（歯数：３５）。
【００４９】
これによって減速比は５．３７となる。したがって、本明細書においては、軌跡が５回転のハンドルを例として示している。
図２０は、直接的な磁気接続の使用を示す。
【００５０】
図に示す例において、直径方向に磁化された磁石リング３はシャフトに連結されており、このシャフトの回転は測定する必要がある。多極磁石リング２０は同一平面上に配置され、接触作用するハウジングに軸留めされる。実際、Ｎ極とＳ極はメイン磁石３のＳ極とＮ極に交互に向い合い、２つの磁石間で角速度が減速される。非磁性の薄壁によって、あるいはホイール間での機械的な直接接触なく、減速を可能にする非接触磁気減速システムについては、当業者によく知られている。
【００５１】
図に示す例において、第１シャフト磁石３には１組の極があり、第２シャフト磁石２０には６組の極がある。これによって、２つのシャフト間の減速比が６となり、軌跡が約６回転のハンドルを測定できるようにシステムは適合される。
【００５２】
第２ホイールの中心に配置された２極磁石７は、上記の例と同様に、第２ホイールの角度位置を取得できる。メイン磁石３はステアリングコラムへ堅固に連結されるため、その位置が正確に測定できる。
【００５３】
図２１および図２２は、トルクセンサと３６０°絶対位置センサとのコンパクトなアセンブリの正面図および断面図である。このアセンブリは：
２ステータ多極磁石１０と、２つのコレクタ８と、ＰＣＢ５に搭載された２つの磁石感知要素７とを備えるトルクセンサ；と、
アセンブリの大きさを最適にするために２つのステータ間に適切に配置され、直径方向に磁化された磁石３と、ＰＣＢ５上に配置され、磁石３の軸方向成分および接線成分を測定するセンサ６とを含む位置センサ；と
に再編成される。磁石３はステータと同時にキャスト成形することができ、トルクおよび位置の測定は、磁石感知要素を用いて同一面で行える。
【００５４】
図２３は、トルクセンサの２ＡＳＩＣホール７、３６０°位置センサのＡＳＩＣホール、ＡＳＩＣが組み込まれた単一のＰＣＢ、およびトルクセンサコレクタ構造を示す。
図２４、図２５、および図２６は、トルクセンサと多回転絶対位置センサとのアセンブリの斜視図、断面図、および正面図である。このアセンブリは以下のように再編成される
。
【００５５】
２ステータ多極磁石１０と、２つのコレクタ８と、１つのＰＣＢ５に組み付けられた２つの磁石感知要素７とを含むトルクセンサ、
周期θ／ｎの「周期」関数に従って信号を生成して周期的な角度位置を提供する検出システムであって、アセンブリの大きさを最適にするために２つのステータ間に適切に配置される直径方向に磁化された磁石３と、ＰＣＢ５上に配置され、磁石３の軸方向成分および接線成分を測定するセンサ６とを含む検出システム、
軌跡θにおける絶対信号を生成する検出システムであって、直径方向に磁化された磁石１９と磁石１９の軸方向成分および接線成分を測定するセンサ１６とを含む、ホイール１８およびウォーム１１の減速機（図１１〜図１５を参照）を含む検出システム。
図１１〜図１９に顕著に見られるように、１つのハウジングに組み付けられたコンパクトなセンサを実現するために、両検出システム（すなわち、センサ２，６）は互いに接近して有利に配置される。
【図１】
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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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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