(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
均一に分布し、角度方向に一定の幅を有する複数対のＮ極とＳ極に磁化され、主磁気トラックと“回転基準”磁気トラックとが設けられており、それぞれ上記主磁気トラックと上記“回転基準”磁気トラックとに面して位置し、同一の半径上にあって、所定の距離（ｄ）だけ離れた少なくとも２つのセンサ素子からなる固定の磁気計測器に面して回転可能な多極磁気リングと、
上記多極磁気リングが取り付けられた回転装置の１回転毎に基準パルスを発生する、上記センサ素子からの信号の信号処理装置と、
を含む相対位置計測器において、
上記多極磁気リング（１）のＮ極とＳ極との磁気の境界（３）が、“回転基準”位置においては、他の各Ｎ極とＳ極との磁気の境界とは異なり、Ｎ極の角度方向の幅が上記主磁気トラック（４）の箇所においてはＳ極の角度方向の幅と等しく、上記“回転基準”磁気トラック（５）の箇所においては異なる、１対のＮ極とＳ極に分割する磁気パターン（１０）が作られていることを特徴とする相対位置計測器。
【請求項２】
上記磁気パターン（１０）のＮ極とＳ極の間の上記磁気の境界（３）は、上記“回転基準”位置においては、上記多極磁気リング（１）の他のＮ極とＳ極との間の上記磁気の境界の方向に対して所定の角度（α）だけ傾斜した線分であり、上記線分の回転中心（Ｒ）は、上記主磁気トラック（４）上にあることを特徴とする、請求項１に記載の相対位置計測器。
【請求項３】
上記磁気パターン（１０）のＮ極とＳ極の間の上記磁気の境界（３）は、上記“回転基準”位置においては、上記主磁気トラック（４）の箇所で角度方向のＮ極とＳ極の幅を等しい２つの部分に分ける、上記多極磁気リング（１）の半径に沿った第１の線分（３１）と、“回転基準”磁気トラック（５）の箇所で上記第１の線分（３１）に対して所定の角度（β）だけ傾斜した第２の線分（３２）とからなることを特徴とする、請求項１に記載の相対位置計測器。
【請求項４】
上記磁気パターン（１０）のＮ極とＳ極の間の上記磁気の境界（３）は、上記“回転基準”位置においては、Ｎ極とＳ極の幅を等しい２つの部分に分ける多極磁気リング（１）の半径（ｒ）と一致する第１の線分（３３）と、上記パターン（１０）を等しくない２つの部分に分ける、上記半径（ｒ）に対して所定の角度（δ）だけずれた半径（ｒ'）と一致する第２の線分（３４）との２つの線分（３３、３４）からなることを特徴とする、請求項１に記載の相対位置計測器。
【請求項５】
上記２つの線分（３３、３４）は円弧を介して結合されていることを特徴とする、請求項４に記載の相対位置計測器。
【請求項６】
上記主磁気トラック（４）と上記“回転基準”磁気トラック（５）の箇所にそれぞれ位置する上記２つの線分（３３、３４）は上記主磁気トラック（４）と上記“回転基準”磁気トラック（５）との間の磁気的な干渉を低減させる湾曲部（３５）を介して上記多極磁気リング（１）の中央部で結合されていることを特徴とする、請求項４に記載の相対位置計測器。
【請求項７】
上記主磁気トラック（４）と上記“回転基準”磁気トラック（５）の箇所にそれぞれ位置する上記２つの線分（３３、３４）はＳ字状の湾曲部（３６）を介して上記多極磁気リング（１）の中央部で結合されていることを特徴とする、請求項４に記載の相対位置計測器。
【請求項８】
上記多極磁気リング（１）の磁気のプロフィルは、磁極の中心における半径に沿う１つの台頂部（１８）と、上記多極磁気リング（１）の内径近傍と外径近傍における２つの下降線（１９）とを有し、上記台頂部（１８）の長さはそれぞれ上記主磁気トラック（４）と上記“回転基準”磁気トラック（５）に面して位置する上記磁気計測器の上記センサ素子間の上記距離（ｄ）と、上記センサ素子の、上記主磁気トラック（４）と上記“回転基準”磁気トラック（５）とに対する上記多極磁気リング（１）の半径方向についての位置決め公差（２Ｔ）との和に少なくとも等しくすることを特徴とする、請求項１から請求項７までのいずれか１つに記載の相対位置計測器。
【請求項９】
上記磁気計測器（１１）は、３つのセンサ素子からなり、１番目のセンサ素子（７）は上記“回転基準”磁気トラック（５）に面して位置し、他の２つのセンサ素子（６１、６２）は上記主磁気トラック（４）に面して位置し、上記２つのセンサ素子（６１、６２）の１つのセンサ素子（６１）は上記主磁気トラック（４）と上記距離（ｄ）だけ離れた箇所にある上記“回転基準”磁気トラック（５）に面する上記１番目のセンサ素子（７）と上記多極磁気リング（１）の同一の半径上にあり、上記２つのセンサ素子（６１、６２）は、一方がＮ極とＳ極の間の上記磁気の境界（３）に面して位置しているとき、他方は１つの磁極の中央部に位置して、互いに位相が１／４周期ずれた信号を発生することを特徴とする、請求項１から請求項８までのいずれか１つに記載の相対位置計測器。
【請求項１０】
上記磁気計測器（１１）は２つのセンサ素子列（２０、２１）からなり、上記２つのセンサ素子列（２０、２１）は、それぞれ上記主磁気トラック（４）と上記“回転基準”磁気トラック（５）とに面して位置し、互いに平行で上記距離（ｄ）だけ離れており、それぞれ、望ましくは偶数である複数の等しい数のセンサ素子（２０ｉ、２１ｉ、ここにｉは正の整数）からなり、一方のセンサ素子列の各センサ素子は他方のセンサ素子列の各センサ素子と対向して位置していることを特徴とする、請求項１から請求項８までのいずれか１つに記載の相対位置計測器。
【請求項１１】
上記磁気計測器（１１）は２つのセンサ素子（６、７）からなり、上記２つのセンサ素子（６、７）からそれぞれ出力される２つの信号（Ｓ６、Ｓ７）の上記信号処理装置は、
上記２つの信号（Ｓ６、Ｓ７）の間のアナログ差を求めて“回転基準”アナログ信号（ＳＴＴ）を発生する差分器（８）と、
上記“回転基準”アナログ信号（ＳＴＴ）を、上記“回転基準”アナログ信号（ＳＴＴ）の上限と下限の間にある固定の基準閾値（ＳＳＥ）と比較して、基準パルスの役をする“回転基準”ディジタル信号（Ｃ）を発生する比較器（９）と、
を含むことを特徴とする、請求項１に記載の相対位置計測器。
【請求項１２】
上記磁気計測器（１１）の上記センサ素子は３つのセンサ素子（７、６１、６２）からなり、上記各センサ素子（７、６１、６２）からの信号の上記信号処理装置は、
上記主磁気トラック（４）に面して位置する１つのセンサ素子（６１）からの信号（Ｓ６１）と、上記主磁気トラック（４）に面して位置する上記１つのセンサ素子（６１）と上記多極磁気リング（１）の同じ半径上に位置し、上記“回転基準”磁気トラック（５）に面して位置する１番目のセンサ素子（７）からの信号（Ｓ７）との間のアナログ差を計算して“回転基準”アナログ信号（ＳＴＴ）を発生する差分器（８０）と、
上記主磁気トラック（４）に面して位置し、上記主磁気トラック（４）に面して位置する上記１つのセンサ素子（６１）と位相が１／４周期異なる関係位置にある他の１つのセンサ素子（６２）からの信号（Ｓ６２）を、上記“回転基準”アナログ信号（ＳＴＴ）と比較して、上記他の１つのセンサ素子（６２）からの信号（Ｓ６２）が上記“回転基準”アナログ信号（ＳＴＴ）よりも大きいとき論理状態１にあり、逆のとき論理状態０にある論理変数である第１のディジタル信号（Ｄ１）を発生する第１の比較器（９１）と、
上記他の１つのセンサ素子（６２）からの信号（Ｓ６２）を、上記１つのセンサ素子（６１）からの信号（Ｓ６１）と比較して、上記他の１つのセンサ素子（６２）からの信号（Ｓ６２）が上記１つのセンサ素子（６１）からの信号（Ｓ６１）よりも大きいとき論理状態１にあり、逆のとき論理状態０にある論理変数である第２のディジタル信号（Ｄ２）を発生する第２の比較器（９２）と、
上記第２の比較器（９２）に接続され、上記第２のディジタル信号（Ｄ２）の各下降線において１つのパルスを発生するディジタル信号（Ｄ３）を出力する下降線計測器（１３）と、
上記第１のディジタル信号（Ｄ１）と上記第２のディジタル信号（Ｄ２）の各下降線において１つのパルスを発生するディジタル信号（Ｄ３）とを入力され、上記多極磁気リング（１）の同じ位置で現われる、上記多極磁気リング（１）の１回転毎に生じる１つのパルス（１６）からなるディジタル信号（Ｄ４）を発生するＡＮＤゲート（１４）と、
上記多極磁気リング（１）の１回転毎に生じる１つのパルス（１６）からなるディジタル信号（Ｄ４）と１つの信号（Ａ）及び他の１つの信号（Ｂ）を入力され、“回転基準”ディジタル信号（Ｃ）を発生する同期回路（１５）と、
を含むことを特徴とする、請求項１または請求項９に記載の相対位置計測器。
【請求項１３】
上記２つのセンサ素子列（２０、２１）からの信号の上記信号処理装置は、
上記主磁気トラック（４）に面するセンサ素子列（２０）からの信号の前半分の信号（Ｓ２０（１）〜Ｓ２０（ｎ））を加算してアナログ信号（Ｅ１）を発生する前半分のアナログ加算装置（２２）と、
上記主磁気トラック（４）に面するセンサ素子列（２０）からの信号の後半分の信号（Ｓ２０（ｎ＋１）〜Ｓ２０（２ｎ））を加算して第２のアナログ信号（Ｅ２）を発生する後半分のアナログ加算装置（２３）と、
上記“回転基準”磁気トラック（５）に面して位置するセンサ素子列（２１）からの信号を加算して第３のアナログ信号（Ｅ３）を発生するアナログ加算装置（２４）と、
上記アナログ信号（Ｅ１）と上記第２のアナログ信号（Ｅ２）とを加算して１つのアナログ信号（ＳＳＩＮ）を発生するアナログ加算器（２５）と、
上記アナログ信号（Ｅ１）と上記第２のアナログ信号（Ｅ２）との差分によって他の１つのアナログ信号（ＳＣＯＳ）を出力するアナログ差分器（８１）と、
上記１つのアナログ信号（ＳＳＩＮ）と上記第３のアナログ信号（Ｅ３）との差分によって“回転基準”アナログ信号（ＳＴＴ）を出力する第２のアナログ差分器（８２）と、
上記他の１つのアナログ信号（ＳＣＯＳ）と上記“回転基準”アナログ信号（ＳＴＴ）を比較して、上記他の１つのアナログ信号（ＳＣＯＳ）が上記“回転基準”アナログ信号（ＳＴＴ）よりも大きいとき論理状態１にあり、逆のとき論理状態０にある論理変数である第１のディジタル信号（Ｄ１）を出力する第１の比較器（９１）と、
上記他の１つのアナログ信号（ＳＣＯＳ）と上記１つのアナログ信号（ＳＳＩＮ）を比較して、上記他の１つのアナログ信号（ＳＣＯＳ）が上記１つのアナログ信号（ＳＳＩＮ）よりも大きいとき論理状態１にあり、逆のとき論理状態０にある論理変数である第２のディジタル信号（Ｄ２）を出力する、第２の比較器（９２）と、
上記第２の比較器（９２）に接続され、上記第２のディジタル信号（Ｄ２）の各下降線毎に１つのパルスを発生するディジタル信号（Ｄ３）を出力する下降線計測器（１３）と、
上記第１のディジタル信号（Ｄ１）と上記第２のディジタル信号（Ｄ２）の各下降線毎に１つのパルスを発生するディジタル信号（Ｄ３）とを入力され、上記多極磁気リング（１）の１回転毎に生じる１つのパルス（１６）からなるディジタル信号（Ｄ４）を発生するＡＮＤゲート（１４）と、
上記多極磁気リング（１）の１回転毎に生じる１つのパルス（１６）と１つの信号（Ａ）及び他の１つの信号（Ｂ）とを入力され、“回転基準”ディジタル信号（Ｃ）を発生する同期回路（１５）と、
を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の相対位置計測器。
【請求項１４】
上記磁気計測器の上記センサ素子（６、７、６１、６２）および上記センサ素子列（２０、２１）の上記センサ素子はホール効果プローブであることを特徴とする、請求項１または請求項１０に記載の相対位置計測器。
【請求項１５】
上記磁気計測器の上記センサ素子（６、７、６１、６２）および上記センサ素子列（２０、２１）の上記センサ素子は非晶質磁気抵抗プローブであることを特徴とする、請求項１または請求項１０に記載の相対位置計測器。
【請求項１６】
上記磁気計測器の上記センサ素子（６、７、６１、６２）および上記センサ素子列（２０、２１）の上記センサ素子はジャイアント磁気抵抗プローブであることを特徴とする、請求項１または請求項１０に記載の相対位置計測器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、回転体の１回転毎に基準パルスを発生する磁気型の相対位置計測器に関し、特に自動車その他の工業に応用されるベアリングの中で使用される相対位置計測器に関する。
【０００２】
このような相対位置計測器は、ナビゲーション・システムへ入力するためや、自動車の走行経路を制御するために、自動車の車輪のベアリング、ステアリング・コラムのベアリング、ロボットやモータの位置の制御・操縦システム等の内部に取り付けられる。
【０００３】
パルス幅が装置の機能に応じて変化可能な、１回転毎に出力される１つのパルスからなる“回転基準（top tour）”と呼ばれる信号を発生する相対位置計測器は、該信号は、相対位置計測器の下流に接続された処理システムを再初期化し、基準位置に相対的な回転体の回転位置を加減算によって得るための基準として使用可能であるので、非常に有益である。
【０００４】
現在、それぞれ１回転毎に定められた数の、回転方向を区別するために互いに電気的に位相が１／４周期ずれた、ディジタル信号を発生する光学コーダ型の相対位置計測器がある。このようなディジタル信号を図１に示す。図１には、１つの信号である信号Ａと、他の１つの信号である信号Ｂと、上昇線は信号Ａまたは信号Ｂのいずれか一方の上昇線に対応し、下降線は他方の信号の次ぎの下降線に対応する、１回転毎に１つのパルスで構成される“回転基準”信号Ｃが示されている。
【０００５】
これらの光学型の計測器は、信頼性の理由から、汚染度が低く、周囲温度が１００°Ｃ以下の、余り厳しくない環境での使用に限られる。
【０００６】
より厳しい、経済的に有利な工業的条件で動作可能な計測器としては、磁気型の計測器がある。磁気型の計測器は、１連の複数のＮ極とＳ極とが設けられ、相対位置を求める回転体の可動部分に取付けられた多極磁気リングと、回転体の取付部に固定された単数または複数の磁気計測器とによって構成されている。このような磁気計測器としては、ベアリングの中に内蔵可能な、例えば、ホール効果プローブまたは磁気抵抗プローブがある。
【０００７】
一方、このような磁気型の相対位置計測器が“回転基準”信号を発生する必要がある場合には、主磁気トラックと“回転基準”磁気トラックとは、磁気的な相互干渉が強いので、互いに十分に離す必要があり、このことは大きな障害となる。特に、公知の内挿法によって信号の分解能を電子的に向上させるために主磁気トラックからの信号を使用する場合にこの障害は顕著になる。この障害のため、取付け箇所が限られた回転体へこのような計測器を取付けることは困難である。
【０００８】
本発明は、上記問題点を緩和するために、“回転基準”信号の発生が可能で、寸法が小さく、回転体に取り付けられた多極磁気リングに面する磁気計測器の組立て上の種々の公差による影響を避けることができる、相対位置計測器を提案することを目的とする。
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の相対位置計測器は、均一に分布し、角度方向に一定の幅を有する複数対のＮ極とＳ極に磁化され、主磁気トラックと“回転基準”磁気トラックとが設けられており、それぞれ上記主磁気トラックと上記“回転基準”磁気トラックとに面して位置し、同一の半径上にあって、所定の距離だけ離れた少なくとも２つのセンサ素子からなる固定の磁気計測器に面して回転可能な多極磁気リングと、上記多極磁気リングが取り付けられた回転装置の１回転毎に基準パルスを発生する、上記センサ素子からの信号の信号処理装置とを含む相対位置計測器において、上記多極磁気リングのＮ極とＳ極との磁気の境界が、“回転基準”位置においては、他の各Ｎ極とＳ極との磁気の境界とは異なり、Ｎ極の角度方向の幅が上記主磁気トラックの箇所においてはＳ極の角度方向の幅と等しく、上記“回転基準”磁気トラックの箇所においては異なる、１対のＮ極とＳ極に分割する磁気パターンが作られている。
【００１０】
本発明の他の１つの特徴によれば、上記磁気計測器は、３つのセンサ素子からなり、１番目のセンサ素子は上記“回転基準”磁気トラックに面して位置し、他の２つのセンサ素子は上記主磁気トラックに面して位置し、上記２つのセンサ素子の一方のセンサ素子は上記主磁気トラックと所定の距離だけ離れた箇所にある上記“回転基準”磁気トラックに面する上記センサ素子と上記多極磁気リングの同一の半径上にあり、上記２つのセンサ素子は互いに位相が１／４周期ずれた信号を発生するように上記主磁気トラックに沿ってずらして配置されている。
【００１１】
本発明の他の１つの特徴によれば、上記磁気計測器は２つのセンサ素子列からなり、上記２つのセンサ素子列の一方のセンサ素子列は上記主磁気トラックに面して位置し、他方のセンサ素子列は上記“回転基準”磁気トラックに面して位置し、上記２つのセンサ素子列は互いに平行で上記距離だけ離れており、各上記センサ素子列は望ましくは偶数である複数の等しい数のセンサ素子からなり、上記一方のセンサ素子列の各センサ素子は上記他方のセンサ素子列の各センサ素子と対向して位置している。
【００１２】
本発明の相対位置計測器は、車輪のベアリングまたはステアリング・コラムのベアリングを介してナビゲーションや走行経路の制御を実施する等の自動車への応用や、例えばモータのような手段の位置の制御と操縦が必要な場合に、ベアリングに取り付けることにより、工業的に有利に利用することができる。
【００１３】
本発明のその他の特徴および利点は、以下の図面に示された幾つかの実施の形態についての以下の記載を読むことにより明らかとなるであろう。ただし、これらの記載は、本発明の範囲を限定するものではない。
【００１４】
図１は、相対位置計測器の信号を“回転基準”信号と共に示すグラフである。
【００１５】
図２、７、１０は、本発明による相対位置計測器の部分正面図である。
【００１６】
図３ａ、３ｂは、多極磁気リングの半径に沿って観察された磁気のプロフィルを示すグラフである。
【００１７】
図４ａ〜４ｊは、本発明による相対位置計測器の種々の磁気パターンを示す図である。
【００１８】
図５、８、１１は、本発明による相対位置計測器の信号処理装置の種々の実施の形態を示す回路図である。
【００１９】
図６、９、１２は、本発明による相対位置計測器の信号処理装置で使用される信号を示すグラフである。
【００２０】
図１３〜１５は、本発明による種々の相対位置計測器の信号処理装置に特徴的な種々のアナログ信号である。
【００２１】
異なった図面において同一の符号を有する要素は、同一の目的及び同一の機能を有する。
【００２２】
本発明の相対位置計測器は、円形で、角度方向の相対的位置を計測する回転装置の可動部分に固定され、該装置と共に回転する多極磁気リング１を含んでなる。
【００２３】
図２に示すように、多極磁気リング１はその一方の側面に、Ｎ極とＳ極とが互いに交互に連なって均等に分布した複数のＮ極とＳ極を有する。各Ｎ極およびＳ極の平均の角度方向の幅は一定である。
【００２４】
また、本発明の相対位置計測器は、それぞれ主磁気トラック４と“回転基準”磁気トラック５とに面して位置する、半径ｒに沿って距離ｄだけ離れた少なくとも２つのセンサ素子６とセンサ素子７とからなる磁気計測器１１を有する。磁気計測器１１のセンサ素子６は主磁気トラック４の磁気を読み取り、センサ素子７は“回転基準”磁気トラック５の磁気を読み取る。
【００２５】
本発明の基本的な１つの特徴によれば、多極磁気リング１のＮ極とＳ極は、特殊な形状の磁気の境界３によって分離され、多極磁気リング１は、“回転基準”位置におけるＮ極とＳ極の角度方向の幅と、他の一般的な位置におけるＮ極とＳ極の角度方向の幅とが半径方向に異なる、特殊な磁気パターン１０を有する。
【００２６】
図２に示す多極磁気リング１の第１の実施の形態においては、主磁気トラック４は多極磁気リング１を等しい幅の２つの部分に分ける円であり、磁気パターン１０のＮ極とＳ極の間の磁気の境界３は、図に点線で示す半径ｒと一致する一般的な磁気の境界の方向に対して角度αだけ傾斜しており、磁気の境界３の回転中心Ｒは主磁気トラック４上にある。磁気計測器１１のセンサ素子７は、主磁気トラック４の直径よりも大きい直径の円上にあるので、“回転基準”磁気トラック上で読み取る磁気は、Ｎ極とＳ極の幅が異なる特殊な磁気パターン１０の箇所で特異性を有するようになる。
【００２７】
円筒の外側表面が直線的な多極磁気コーダをなすように磁化され、極間の磁気の境界が円筒の外側表面の母線と一致している多極磁気リングの場合には、“回転基準”位置の磁気パターンの極間の磁気の境界を、一般的な磁気の境界に対して角度αだけ傾斜させる。
【００２８】
図３ａ、３ｂは、それぞれ側面の一方が磁化されている多極磁気リングの場合と、円筒の外側表面が直線的な多極磁気コーダをなすように磁化された多極磁気リングの場合の、多極磁気リング１の望ましくはＮ極またはＳ極の中心を通る半径方向ｙに沿っての磁気Ｂの典型的な強度分布を示す。２つの曲線は内側の直径ΦＩＮＴと外側の直径ΦＥＸＴの間にそれぞれ１つの台頂部１８を有し、磁化範囲の端の近傍には急激に下降する下降線１９を有する。主磁気トラック４と“回転基準”磁気トラック５の上に位置している各センサ素子間の距離をｄ、主磁気トラック４と“回転基準”磁気トラック５の半径ｙ方向の位置決め公差を２Ｔとすれば、この公差の範囲を含めて、一定な有効磁気を得ると共に“回転基準”の特殊な処理ができるようにするためには、台頂部１８の長さは、少なくともｄ＋２Ｔに等しくする必要がある。
【００２９】
図４ａ、４ｂは、主磁気トラック４が多極磁気リング１の中央部から、それぞれ直径の内方または外方にずらされている場合の、磁気パターン１０を示す。磁気の境界３は、図２の磁気の境界３と同様に、主磁気トラック４の上にある回転中心Ｒの周りに半径ｒを角度αだけ回転させた線分上に位置する。このようにすれば、例えば多極磁気リング１の幅を減少させて最適化することが可能である。
【００３０】
図４ｃ、４ｄは、多極磁気リングの第２の実施の形態の磁気パターン１０を示す。この場合の磁気の境界３は、磁極の角度方向の幅を主磁気トラック４上の１つの箇所においても主磁気トラック４が直径上で±２Ｔだけずれた隣接する箇所においても一定に保つために、多極磁気リング１の半径ｒに沿って磁気パターン１０を２等部分する第１の線分３１と、“回転基準”磁気トラック５の箇所で第１の線分に対して角度βだけ傾斜した第２の線分３２との２つの線分からなる。
【００３１】
図４ｅ、４ｆにおいては、磁気パターン１０のＮ極とＳ極との間の磁気の境界３は、主磁気トラック４上の１つの箇所においても主磁気トラック４が直径上で±２Ｔだけずれた隣接する箇所においても一般的な磁気の境界３と同様に磁気パターン１０を２つの等しい部分に分ける、多極磁気リング１の半径ｒと一致する、第１の線分３３と、半径ｒに対して角度δだけずれた半径ｒ’と一致する第２の線分３４とからなる。この第２の線分３４は、磁気パターン１０を２つの等しくない部分に分けるが、多極磁気リング１が側面上で磁化されていても円筒の外周面上で磁化されていても、“回転基準”磁気トラック５の１つの箇所においても“回転基準”磁気トラック５から直径上で±２Ｔだけずれた箇所においても、“回転基準”信号の電子処理の際、角度方向の磁極の幅を一定に保つ。
【００３２】
図４ｇ、４ｈは、前記磁気の境界の変形を示す。これらの図に示す磁気の境界は、主磁気トラック４の箇所にある線分３３と、“回転基準”磁気トラック５の箇所にある線分３４とは、多極磁気リング１の中央部において、主磁気トラック４と“回転基準”磁気トラック５との間の磁気的干渉を軽減する湾曲部３５によって連結されている。
【００３３】
図４ｉ、４ｊは、同様な磁気の境界の他の１つの変形を示す。これらの図に示す磁気の境界は、主磁気トラック４の箇所にある線分３３と、“回転基準”磁気トラック５の箇所にある線分３４とは、多極磁気リング１の中央部において、主磁気トラック４と“回転基準”磁気トラック５との間の磁気的干渉を軽減するＳ字状の湾曲部３６によって連結されている。
【００３４】
磁気計測器１１のセンサ素子６とセンサ素子７は、それぞれ信号Ｓ６と信号Ｓ７とを発生し、これらの信号は、図５に示す信号処理装置１２によって電子処理され、“回転基準”ディジタル信号Ｃ（図５、図６の信号Ｃ）が発生される。信号処理装置１２は、最初に、信号Ｓ６と信号Ｓ７との間のアナログ差を計算して、“回転基準”アナログ信号ＳＴＴを発生する差分器８と、次いで、動作温度にかかわりなく、“回転基準”アナログ信号ＳＴＴを“回転基準”アナログ信号ＳＴＴの上限と下限との間の選択された固定の基準閾値ＳＳＥと比較する比較器９からなる。“回転基準”アナログ信号ＳＴＴの振幅は、磁気パターン１０のＮ極とＳ極との間の磁気の境界の箇所では高温の影響で低減し、該磁気パターン１０の外では低温の影響で増加するが、信号処理装置１２を上記のような構成とすることによって均衡する。信号Ｓ６、信号Ｓ７、“回転基準”アナログ信号ＳＴＴおよび基準閾値ＳＳＥが電圧信号であっても電流信号であっても、比較器９の出力として、“回転基準”ディジタル信号Ｃが発生される。
【００３５】
温度の影響と、多極磁気リング１の表面と磁気計測器１１のセンサ素子との間の距離である磁極間隙の変化の影響とを克服するために、本発明は、磁気計測器１１のセンサ素子の信号を、一方の振幅が他方の振幅に平行して変化する一方の振幅を、他方の信号に対する比として処理する電子処理を提案する。実際、磁気および磁気計測器の感度は温度が上昇するとき著しく低下し、同様に磁気は磁極間隙が増大すると低下する。従って、これらの２つの物理現象を結びつけて考慮することは有益である。
【００３６】
本発明による相対位置計測器の一部をなす磁気計測器１１の第１の実施の形態によれば、磁気計測器１１は３つのセンサ素子からなり、このうち、１番目のセンサ素子は前と同様に“回転基準”磁気トラック５に面して位置しており、他の２つのセンサ素子６１、６２は、多極磁気リング１の主磁気トラック４に面して位置している。
【００３７】
これらの２つのセンサ素子６１、６２は、共に主磁気トラック４に沿って配置されるが、このうちの１つのセンサ素子６１は、“回転基準”磁気トラックに面する１番目のセンサ素子と同じ多極磁気リング１の半径上にあり、他の１つのセンサ素子６２は主磁気トラック４に沿ってずらして配置される。これらのセンサ素子の一方、例えば１つのセンサ素子６１がＮ極とＳ極との間の磁気の境界３に面して位置しているとき、他のセンサ素子、この場合は他の１つのセンサ素子６２は、一方の磁極の中心部に位置するようにする。換言すれば、１つのセンサ素子６１と他の１つのセンサ素子６２とは、位相が互いに１／４周期異なる関係にある。
【００３８】
図７の場合、主磁気トラック４に面する１つのセンサ素子６１と他の１つのセンサ素子６２は、同じＳ極の上に示されているが、多極磁気リング１は回転しているので、１つのセンサ素子６１と他の１つのセンサ素子６２とは、別の極の上にも位置し得る。
【００３９】
磁気計測器１１から出力される１つのセンサ素子６１からの信号Ｓ６１と、他の１つのセンサ素子６２からの信号Ｓ６２と、１番目のセンサ素子からの信号Ｓ７の電子処理は、信号処理装置１２０によって実行される。信号処理装置１２０は、図８に示すように、主磁気トラック４に面する１つのセンサ素子６１からの信号Ｓ６１と、１つのセンサ素子６１と同じ多極磁気リング１の半径上に位置し、“回転基準”磁気トラック５に面する１番目のセンサ素子７からの信号Ｓ７との間のアナログ差を作るための差分器８０を含んでいる。差分器８０からの出力は、“回転基準”アナログ信号ＳＴＴとなる。また信号処理装置１２０は、第１の比較器９１と第２の比較器９２とを含んでいる。第１の比較器９１は、１つのセンサ素子６１からの信号Ｓ６１と位相が１／４周期異なる他の１つのセンサ素子６２からの信号Ｓ６２を“回転基準”アナログ信号ＳＴＴと比較し、他の１つのセンサ素子６２からの信号Ｓ６２が“回転基準”アナログ信号ＳＴＴよりも大きいとき論理状態１にあり、逆のとき論理状態０にある論理変数である第１のディジタル信号Ｄ１を発生する。第２の比較器９２は、他の１つのセンサ素子６２からの信号Ｓ６２を１つのセンサ素子６１からの信号Ｓ６１と比較し、他の１つのセンサ素子６２からの信号Ｓ６２が１つのセンサ素子６１からの信号Ｓ６１よりも大きいとき論理状態１にあり、逆のとき論理状態０にある論理変数である第２のディジタル信号Ｄ２を発生する。第２の比較器９２の出力は下降線計測器１３に接続され、下降線計測器１３は第２のディジタル信号Ｄ２の各下降線毎に１つのパルスを発生するディジタル信号Ｄ３を出力する。ついで、論理変数である第１のディジタル信号Ｄ１と第２のディジタル信号Ｄ２の各下降線毎に１つのパルスを発生するディジタル信号Ｄ３は、ＡＮＤゲート１４に入力され、ＡＮＤゲート１４は、多極磁気リング１の１回転毎に１つのパルス１６からなるディジタル信号Ｄ４を発生する。
【００４０】
以上記載された信号の全体を図９にグラフで示す。
【００４１】
多極磁気リング１が同じ位置に来る１回転毎に１回のみ出現するパルス１６は、“回転基準”信号（図９の信号Ｃ）の基準パルス１７の上昇線の役をし、基準パルス１７の台頂部の長さは、１回転毎に１つのパルス１６からなるディジタル信号Ｄ４と１つの信号Ａと他の１つの信号Ｂとが入力される同期回路１５によって、所望の長さに調整される。以上示した信号処理装置１２０は、実施の形態の１例であって、これに限定するものではない。
【００４２】
本発明による相対位置計測器の第２の実施の形態によれば、多極磁気リング１の磁気を測定するために主磁気トラック４に面して位置する２つのセンサ素子の間の正確な位置決めを不要とし、またＮ極とＳ極の角度方向の幅に存在し得る誤差範囲を考慮して、磁気計測器１１のセンサ素子は、磁気計測器の第１の実施の形態における３つのセンサ素子に代えて、２つのセンサ素子列２０、２１からなる。
【００４３】
図１０に示すように、それぞれ主磁気トラック４と“回転基準”磁気トラック５とに面して位置する２つのセンサ素子列２０、２１は、互いに平行で、距離ｄだけ離れており、それぞれ複数、望ましくは偶数のセンサ素子２０ｉとセンサ素子２１ｉとからなる。ここに、ｉは正の整数である。２つのセンサ素子列２０、２１のセンサ素子の数は等しく、一方のセンサ素子列の各センサ素子は、他方のセンサ素子列の各センサ素子に対向して位置している。
【００４４】
図１１に示す“回転基準”信号を発生する信号処理装置１２１は、主磁気トラック４に面して位置するセンサ素子列２０からの信号の前半分である、符号Ｓ２０（１）〜Ｓ２０（ｎ）が付与された信号を加算してアナログ信号Ｅ１を発生する前半分のアナログ加算装置２２と、センサ素子列２０からの信号の後半分である、符号Ｓ２０（ｎ＋１）〜Ｓ２０（２ｎ）が付与された信号を加算して第２のアナログ信号Ｅ２を発生する後半分のアナログ加算装置２３と、“回転基準”磁気トラック５に面して位置するセンサ素子列２１からの信号を加算して第３のアナログ信号Ｅ３を発生するアナログ加算装置２４を含んでいる。また、信号処理装置１２１は、前半分のアナログ加算器２２の出力であるアナログ信号Ｅ１と、後半分のアナログ加算器２３の出力である第２のアナログ信号Ｅ２とを加算して、１つのアナログ信号ＳＳＩＮを出力するアナログ加算器２５と、アナログ信号Ｅ１と第２のアナログ信号Ｅ２との差分によって、他の１つのアナログ信号ＳＣＯＳを出力するアナログ差分器８１と、１つのアナログ信号ＳＳＩＮと第３のアナログ信号Ｅ３との差分によって、“回転基準”アナログ信号ＳＴＴを出力する第２のアナログ差分器８２とを含んでいる。
【００４５】
更に、信号処理装置１２１は、前述の磁気計測器の第１の実施の形態と同様の、第１の比較器９１と第２の比較器９２とを含んでいる。第１の比較器９１は、他の１つのアナログ信号ＳＣＯＳと“回転基準”アナログ信号ＳＴＴとを比較して、他の１つのアナログ信号ＳＣＯＳが“回転基準”アナログ信号ＳＴＴよりも大きいとき論理状態１にあり、逆のとき論理状態０にある第１のディジタル信号Ｄ１を発生する。第２の比較器９２は、他の１つのアナログ信号ＳＣＯＳを１つのアナログ信号ＳＳＩＮと比較して、他の１つのアナログ信号ＳＣＯＳが１つのアナログ信号ＳＳＩＮよりも大きいとき論理状態１にあり、逆のとき論理状態０にある第２のディジタル信号Ｄ２を発生する。第２の比較器９２の出力は下降線計測器１３へ接続され、下降線計測器１３は、第２のディジタル信号Ｄ２の各下降線毎に１つのパルスを発生するディジタル信号Ｄ３を発生する。ついで、第１のディジタル信号Ｄ１と第２のディジタル信号Ｄ２の各下降線毎に１つのパルスを発生するディジタル信号Ｄ３は、ＡＮＤゲート１４に入力され、ＡＮＤゲート１４は、多極磁気リング１の１回転毎に１つのパルス１６からなるディジタル信号Ｄ４を発生する。
【００４６】
“回転基準”信号である信号Ｃの基準パルス１７の台頂部の長さは、パルス１６と１つの信号Ａと他の一つ信号Ｂとが入力される同期回路１５によって調整される。図１２は、磁気計測器１１のセンサ素子列２０、２１から出る信号の電子処理の途中で得られる種々の信号のグラフである。
【００４７】
図１３、１４、１５は、それぞれ、図４ａ、ｂ、図４ｃ、ｄ、図４ｅ、ｊに関する、第３のアナログ信号Ｅ３、１つのアナログ信号ＳＳＩＮ、“回転基準”アナログ信号ＳＴＴ、およびこれらの±２Ｔだけずれた多極磁気リング１の直径上における等価信号のグラフである。
【００４８】
センサ素子列２０、２１の各センサ素子、各センサ素子６、７、６１、６２は、ホール効果プローブ、非晶質磁気抵抗プローブまたはジャイアント磁気抵抗プローブ型であってもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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【図４ｅ】
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【図４ｆ】
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【図４ｇ】
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【図４ｈ】
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【図４ｉ】
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【図４ｊ】
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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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