JP2023101465A - 誘導型位置センサおよび導電性ターゲットの移動を検出するための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】センサ設計は単純でありながら、アナログ領域における信号処理負荷を低減する。【解決手段】導電性ターゲット（２）の移動を検出する誘導型位置センサ（１）は、同じ形状を有して互いに位相シフトされた少なくとも第１および第２の送信コイル（３、４）と、同じ形状を有して互いに位相シフトされ、それぞれ第１の送信コイルおよび第２の送信コイルに印加される、第１および第２の送信信号（６、７）を生成するための少なくとも１つの発振器（５）と、少なくとも１つの受信コイル（８）と、第１または第２の送信信号（６、７）と受信コイル（８）で受信された受信信号（１０）との間の位相シフトを決定するための処理部（９）とを有しており、決定された位相シフトは、第１および第２の送信コイル（３、４）の上方の導電性ターゲット（２）の位置に対応している。【選択図】図１

Description

本発明は、導電性ターゲットの移動を検出するための誘導型位置センサに関する。本発明はさらに、導電性ターゲットの動きを検出するための方法に関する。

多くの用途、例えばモータ制御システムにおいて、回転部材のような移動ターゲットの位置フィードバックが必要とされる。ほとんどの場合、追加の位置センサがモータの回転軸の一端に取り付けられて、必要な位置情報を生成する。先行技術として、磁気位置センサおよび誘導型位置センサが知られている。モータケーブルやバッテリーケーブルなどの通電部品、回転するモータパッケージ、モータのステータ、またはモータブレーキなどの追加機器が磁場を引き起こし、磁場を乱す可能性があるため、誘導型位置センサの使用は、そのような磁場に対してロバスト性を提供するために好ましい。

誘導型位置センサは、例えば１つの送信コイルと２つの受信コイル、特に正弦受信コイルと余弦受信コイルとからなる１組のコイルの上方を移動するターゲットの位置を検出するために、渦電流または誘導結合の物理的原理を利用する、磁石が不要な技術を実装する。

このような誘導センサシステムは、例えば特許文献１に開示されている。３つのコイル、１つの送信コイルおよび２つの受信コイルの実用的な実施においては、典型的には、プリント回路基板上の銅トレースとして提供される。これらは、送信コイルが２つの受信コイルに二次電圧を誘起するように配置されており、これは、受信コイルの上方の導電性、例えば金属性のターゲットの位置に依存する。したがって、誘導センサは、無線周波数信号を発生する発振器を備えるか、またはそれに接続され、この発振回路コイルに印加されて、スタティック高周波磁場が生成される。このスタティック高周波磁場は、受信コイル、特に正弦受信コイルおよび余弦受信コイルによって検出される。コイルの上方の導電性ターゲットの位置に応じて、受信コイルによって検出される二次電圧は振幅が変化しており、この効果を分析することによってターゲットの位置を決定することができる。例えば、目標位置は、モーメンタリ・正弦信号振幅をモーメンタリ・余弦信号振幅で除算した逆正弦信号振幅の逆正接によって計算される。計算は、位置センサまたは位置センサの一体部分に接続された処理部によって行われる。受信信号を処理するために、復号器、利得段、オフセットおよび利得不整合補償、ＡＤ変換器、およびアークタンジェント計算の何らかの形態を提供するデジタル信号処理部を含む複素回路が必要である。

特許文献２には、可動子の位置を決定するための誘導型位置センサが開示されている。位置センサは、２つのサブシステムを備え、各々は、２つの送信、可動エレメント上のＬＣ共振回路、および評価部を備えた受信コイルを有する。個々のサブシステムの処理は、代替的に実行される。したがって、１つのサブシステムが動作している場合、他のすべてのサブシステムは非アクティブ化される。ＬＣ共振回路を含む可動エレメントは、２つの送信の２つの電磁界の重なりによって生成される全電磁界内で回転する。これに応じて、ＬＣ共振回路は電磁場を生成し、これは受信コイルおよび評価部によって受信されることになる。

特許文献３は、誘導素子を用いて少なくとも２つの時変磁場を生成することを含む装置の位置を決定するための方法を開示しており、磁場は異なる位相を有する。この方法は、さらに、領域の上部で変調された信号を検出するステップを含み、ここで、信号は、デバイスから生成され、デバイスからの信号の位相差および基準信号に基づいて、デバイスの位置を決定するステップを含む。特許文献２のように、開示された方法は、移動装置にＬＣ共振回路を必要とする。

特許文献４には、励起巻線と、励起信号を生成するように動作可能であって、前記生成された励起信号を前記励起巻線に印加するように配置された信号発生器と、前記励起巻線に電磁的に結合されたセンサ巻線と、前記励起信号が前記信号発生器によって前記励起巻線に印加されたときに前記センサ巻線で生成される周期的な電気信号を処理して検出パラメータの値を決定するように動作可能な信号プロセッサとを備えるセンサが開示されている。励起信号は、第２の周波数を有する周期的変調信号によって変調された第１の周波数を有する周期的キャリア信号を含み、第１の周波数は第２の周波数よりも大きい。このようにして、センサは、励起信号を生成するためと、センサ巻線内に誘導される信号を処理するための両方のデジタル処理技術を使用するのによく適している。一実施形態では、センサは、２つの部材の相対位置を検出するために使用される。他の実施形態では、センサは、温度および湿度などの環境要因を検出するために使用される。

特許文献５には、測定範囲に沿って延在し、互いに空間的に異なるように変化する第１の励振器インダクタと第２の励振器インダクタとを含む誘導性センサ装置および誘導性識別のための方法が開示されている。第１の誘導結合素子および第２の誘導結合素子は、２つの励振器インダクタからの信号を受信インダクタに結合する。誘導結合素子は、第１の共振周波数ｆ１および第２の共振周波数ｆ２を有する共振素子として形成される。両方の誘導結合要素の位置を迅速かつ正確に簡単に決定できるようにするために、２つの励振器インダクタは異なる伝送信号Ｓ１、Ｓ２によって駆動される。送信信号Ｓ１、Ｓ２の各々は、時間的進行において変化する第１の共振周波数ｆ１付近の第１のキャリア周波数と、時間的進行において変化する第２の共振周波数ｆ２付近の第２のキャリア周波数との信号成分を含む。

米国特許第４,８５３,６０４号 米国特許公開第２０１１／０１０１９６８号 米国特許第７,０４５,９９６号 米国特許第７,２０８,９４５号 米国特許公開第２００８／０１１６８８３号

したがって、本発明の目的は、従来技術の位置センサの欠点を克服し、センサ設計を単純に保ちつつ、アナログ領域における信号処理負荷を低減することである。

本発明によれば、前記課題は、以下の構成を有する、導電性ターゲットの移動を検出するための誘導型位置センサによって解決されることを特徴とする。

（１）少なくとも、第１の送信コイルおよび第２の送信コイルであって、前記第１の送信コイルおよび前記第２の送信コイルは、同じ形状を有し、互いに位相シフトされる。
（２）第１の送信信号および第２の送信信号を生成するための少なくとも１つの発振器であって、前記第１の送信信号および第２の送信信号は、互いに同じ形状を有し、互いに位相シフトされ、それぞれ、前記第１の送信コイルおよび前記第２の送信コイルに印加される。
（３）少なくとも１つの受信コイル。
前記導電性ターゲットは、前記第１の送信コイルおよび前記第２の送信コイルの上を移動する。
（４）前記第１の送信信号または前記第２の送信信号と、前記受信コイルで受信された受信信号との間の位相シフトを決定する処理部であって、前記決定された位相シフトは、前記第１の送信コイルおよび前記第２の送信コイルの上の導電性ターゲットの位置に対応する。

第１の送信コイルおよび第２の送信コイルは、電磁場を生成するために、少なくとも１つの発振器に接続される。特に、第１の送信コイルは第１の発振器に接続され、第２の送信コイルは第２の発振器に接続される。第１の送信コイルおよび第２の送信コイルは、第１の送信コイルと第２の送信コイルとの間、および第１の送信信号と第２の送信信号との間の位相シフトのために、回転する電磁送信場を生成する。回転電磁送信場を発生させるためには少なくとも二つの送信コイルが必要である。しかしながら、回転電磁送信場を発生させるための同じ原理は、２つ以上の送信コイルのセットにも適用可能である。

発生した回転電磁送信場は受信コイルで検出される。第１の送信コイルおよび第２の送信コイルの上に導電性ターゲットが配置されていない場合、受信コイルによってピックアップされる結果として生じる信号はゼロである。導電性ターゲットが、第１の送信コイルおよび第２の送信コイルの上方に配置される場合、生成された電磁場は、導電性ターゲットの表面上に渦電流を誘導する。誘導された渦電流は、カウンタ磁場を発生させ、それによって下の全磁束密度を減少させる。導電性ターゲットの下に誘起された電圧は減少し、第１の送信フィールドと第２の送信フィールドに不均衡が生じる。導電性ターゲットによって覆われている領域は、より弱い結果として生じる磁場を生成し、導電性ターゲットによって覆われていない領域は、より強い結果として生じる磁場を生成する。受信コイルの出力電圧は、導電性ターゲットの位置に応じて、第１の送信信号および第２の送信信号に対して位相が変化する。

導電性ターゲットの位置は、受信コイルの信号と第１の送信信号または第２の送信信号との間の位相シフトを検出することによって、処理部によって直接決定することができる。

また、本発明の変形例では、第１の送信コイルと第２の送信コイル、および／または、第１の送信信号と第２の送信信号は、９０°位相シフトされる。特に、第１の送信コイルは正弦送信コイルであり、第２の送信コイルは余弦送信コイルであり、第１送信信号は正弦信号であり、第２送信信号は余弦信号である。

第１の正弦送信コイルに正弦形状の信号を印加し、第２の余弦送信コイルに余弦形状の信号を印加すること（または、逆方向に）によって、センサ励起信号が生成される。正弦振幅と余弦振幅は、同じ導電性ターゲットによって機械的に変調され、コイルレイアウトに関連している。単一の受信コイルは、２つの位相シフト送信信号から得られる磁界の合計に等価な受信信号を生成している。三角形の「加算定理」を使用すると、機械的な角度または位置αが受信信号の位相シフトとして表示される。励起磁界またはコイルレイアウトの極性を変えることにより、以下の信号を発生させることができる。

ｓｉｎ（α）ｃｏｓ（ω_Ｘｔ）＋ｃｏｓ（α）ｓｉｎ（ω_Ｘｔ）＝ｓｉｎ（α＋ω_Ｘｔ）
ｓｉｎ（α）ｃｏｓ（ω_Ｘｔ）－ｃｏｓ（α）ｓｉｎ（ω_Ｘｔ）＝ｓｉｎ（α－ω_Ｘｔ）
ｃｏｓ（α）ｃｏｓ（ω_Ｘｔ）－ｓｉｎ（α）ｓｉｎ（ω_Ｘｔ）＝ｃｏｓ（α－ω_Ｘｔ）
ｃｏｓ（α）ｃｏｓ（ω_Ｘｔ）＋ｓｉｎ（α）ｓｉｎ（ω_Ｘｔ）＝ｃｏｓ（α＋ω_Ｘｔ）

本発明の変形例によれば、第１の送信コイルおよび第２の送信コイルは、それぞれ、逆方向に巻かれた２つのワイヤループを備える。特に、第１のワイヤループは、導電性ターゲットの移動方向に１つ以上の周期を有し、第２のワイヤループは、導電性ターゲットの移動方向に対向する１つ以上の周期を有する。

例えば、第１の送信コイルは、それが２つのワイヤループＡおよびＣを生成するように巻かれており、これらのワイヤループは、それらに流れる電流に応じて、逆方向、すなわち、時計回りおよび反時計回りに巻かれている。例えば、第１のループＡの電流は反時計回りに流れているが、第２のループＣの電流は時計回りに流れている。第１の送信コイルの端子に印加される電圧の極性を逆にすると、第１のループＡおよび第２のループＣの電流の流れも逆になり、ここで、第１のループＡに時計回りの電流が流れ、第２のループＣに反時計回りの電流が流れる。第１のループＡおよび第２のループＣによって生成される電磁場は、常に逆極性である。したがって、導電性ターゲットが第１の送信コイルの上方に配置されていない場合、受信コイルによって受信される受信信号の電圧は、第１のループＡおよび第２のループＣによって生成される電磁界が互いに打ち消し合うにつれてゼロになる。

第２の送信コイルは、第１の送信コイルと同じ形状を有し、位相シフトされるだけであるので、それに応じて、第２の送信コイルは、逆方向、すなわち時計回りと反時計回りに巻かれた、２つのワイヤループＢおよびＤを生成するように巻かれる。これらのループは、それらに流れる電流に応じて、逆方向、すなわち、時計回りと反時計回りに巻かれる。例えば、第１のループＢの電流は反時計回りに流れているが、第２のループＤの電流は時計回りに流れている。第２の送信コイルの端子に印加される電圧の極性を逆にすると、第１のループＢおよび第２のループＤの電流の流れも逆になり、ここで、第１のループＢに時計回りの電流が流れ、第２のループＤに反時計回りの電流が流れる。第１のループＢおよび第２のループＤによって生成される電磁場は、常に逆極性である。したがって、導電性ターゲットが第２の送信コイルの上方に配置されていない場合、受信コイルによって受信される受信信号の電圧は、第１のループＢおよび第２のループＤによって生成される電磁界が互いに打ち消し合うにつれてゼロになる。

本発明の変形例によれば、第１の送信コイル、第２の送信コイル、および少なくとも１つの受信コイルは、基板上に配置され、第１の送信コイルおよび第２の送信コイルは、重ね合わされる。特に、第１の送信コイルと第２の送信コイルは重ね合わされ、受信コイルは重ね合わされた第１の送信コイルと第２の送信コイルを取り囲んでいる。さらに、処理部は、基板上に配置することもできる。有利には、基板は、プリント回路基板であり、第１の送信コイル、第２の送信コイルおよび少なくとも１つの受信コイルは、基板上の銅トレースによって形成される。

本発明の変形例において、前記誘導型位置センサはラジアル位置センサであり、前記導電性ターゲットは、回転軸および前記第１の送信コイルに接続または接続可能であり、前記第２の送信コイルおよび前記少なくとも１つの受信コイルは、少なくとも部分的に前記回転軸を取り囲んでいる。

ラジアル誘導型位置センサの場合、送信コイルおよび受信コイルは、回転軸の縦軸に垂直な平面内に配置される。導電性ターゲットは、回転軸に取り付けられ、半径方向に延在し、その結果、導電性ターゲットは、１組のコイルの上方に移動する。この構成は、一組のコイルが軸平面内に配置されるとき、軸方向誘導型位置センサとも呼ばれる。

本発明の他の変形例によれば、誘導型位置センサはリニア運動センサであり、導電性ターゲットは移動経路に沿って移動することができ、第１の送信コイル、第２の送信コイルおよび少なくとも１つの受信コイルは、移動経路に沿って配置される。

本発明の変形例に従い、誘導型位置センサは、第１の送信信号または第２の送信信号および受信信号のゼロ交差を検出するゼロ交差比較器を更に含み、第１の送信信号または第２の送信信号と受信信号のゼロ交差間の遅延を決定する第１のカウンタを更に含む。第１の送信信号または第２の送信信号と受信信号のゼロ交差を検出することにより、第１のカウンタを使用することにより、両信号間の位相遅延を容易に決定することができる。受信信号は、導電性ターゲットの位置に応じて、第１の送信信号および第２の送信信号に対して位相シフトされる。第１の送信信号と第２の送信信号との間の位相シフトは固定されているので、第１の送信信号または第２の送信信号と受信信号との間の位相シフトを決定すればよい。第１の送信信号または第２の送信信号と受信信号との間の位相シフトは、導電性ターゲットの位置に正比例する。

本発明の変形例では、処理部は、第１の送信信号または第２の送信信号と、第１の送信信号または第２の送信信号および／または受信信号の立ち上がりおよび立ち下がりエッジのための受信信号との間の位相シフトを決定する。例えば、デジタルカウンタは、第１の送信信号または第２の送信信号の正の傾斜で開始され、受信信号の正の傾斜で停止される。さらに、デジタルカウンタは、第１の送信信号または第２の送信信号の負の勾配で開始でき、受信信号の負の勾配で停止する。

第１の送信信号および／または第２の送信信号の位相は、第１の送信信号および／または第２の送信信号の正の勾配および／または負の勾配で開始され、それぞれの第１の送信信号および／または第２の送信信号のそれぞれの次の正の勾配および／または負の勾配で停止される第２のカウンタを使用して決定することができる。

好ましくは、第１の送信信号および第２の送信信号は、高位相精度を保証するデジタル／アナログ変換器でデジタル的に生成される。ゼロ交差比較器は、好ましくは、高速で正確なアナログ式のゼロ交差比較器である。

第１の送信信号または第２の送信信号と受信信号との間の位相遅延が正の傾きおよび負の傾きについて測定される場合、結果は、受信信号内の電位オフセットを補償するために平均化されることが好ましい。
位置１［°］＝（立下りエッジ時間×３６０°）／周期
位置２［°］＝（立ち上がりエッジ時間×３６０°）／周期
位置［°］＝（位置１＋位置２）／２

２つの位置を平均化するこの単純な式は、１つの位置が３６０°にまたがらない限り適用することができる。１つの位置が３６０°にまたがっている場合は、以下の補正を追加する必要がある。
（位置１－位置２）≦｜１８０°｜の場合、位置［°］＝（位置１＋位置２）／２
（位置１－位置２）＞｜１８０°｜の場合、位置［°］＝（位置１＋位置２＋３６０°）／２

ゼロ交差比較器およびカウンタを使用することによるこのアプローチでは、位置または角度分解能は、タイミング関係のみに依存する。

このアプローチの潜在的な欠点は、計算された位置の高分解能を達成するために、遅延時間測定に非常に高いクロック周波数を有することが要求されることである。たとえば、０°～３６０°の位置範囲で１０ビット＝１０２４ステップの分解能を実現するには、遅延時間測定のクロック周波数を測定信号の周波数の１０２４倍にする必要がある。例えば、１０ビットの分解能で２ＭＨｚ信号の位相シフトを測定するには、１０２４×２ＭＨｚ＝２０４８ＭＨｚ＝２．０４８ＧＨｚのタイマクロック周期が必要となる。

Ｎビットの位置または角度分解能は、励磁Ｆ_ＸとデジタルクロックＦ_ＤＩＧであるとき、Ｆ_ＤＩＧ≧２^Ｎ＋１×Ｆ_Ｘのような関係となる。このとき、Ｆ_ＤＩＧはカウンタクロック周波数、Ｆ_Ｘは送信発振周波数である。

本発明の他の変形例によれば、誘導型位置センサは、第１の送信信号または第２の送信信号および受信信号のゼロ交差を検出するためのゼロ交差比較器を備え、少なくとも１つの発振器と組み合わせた処理部は、第１の送信信号および第２の送信信号の位相を調整することができ、処理部は、第１の送信信号、および好ましくは第１の送信信号に対して９０°位相シフトされた第２の送信信号の位相を、第１の送信信号または第２の送信信号と受信信号とが同一のゼロ交差を有するまで変更するために、ゼロ交差比較器を使用する。

この代替アプローチは、第１の送信信号と第２の送信信号に対して「位相遅延β」を適用することによるデジタル位相補償に基づく。この変形例では、カウンタは不要である。「等しい位相」の条件は、「受信位相ウィンドウ」が、デジタル的に生成された内部励起位相（すなわち、第１の送信信号または第２の送信信号の位相）と正確に一致する場合に検出される。この状態は、例えば、排他的論理和論理コンポーネントによって検出することができる。この変形例によれば、内部位相遅延は、同期したゼロ交差コンパレータ値を使用することによって、受信信号を迅速に追跡している。以下の式は、この手順を説明している。

ｓｉｎ（α）ｃｏｓ（ω_Ｘｔ＋β）＋ｃｏｓ（α）ｓｉｎ（ω_Ｘｔ＋β）＝ｓｉｎ（α＋ω_Ｘｔ＋β）
α＝－βの場合、ｓｉｎ（α＋ω_Ｘｔ＋β）≡ｓｉｎ（ω_Ｘｔ）

この変形例では、０°の位相シフトのみを検出するために位相シフト測定を減らすことによって、直接位相測定のために必要な高周波タイマクロックの潜在的な欠点を克服する。これは、受信信号と整列するまで送信信号の位相をシフトさせることによって達成することができ、この場合、第１の送信信号と第２の送信信号との間の位相シフトは０°である。

受信信号と第１の送信信号または第２の送信信号との間の位相シフトは、第１の送信信号および第２の送信信号の位相と同様に、導電性ターゲットの位置に依存する。送信信号の位相が固定されている場合、≧０°から＜３６０°に回転するターゲットも、第１の送信信号、第２の送信信号と受信信号との間に≧０°から＜３６０°までの位相シフトを生じさせる。したがって、導電性ターゲットの所定の固定位置において、第１の送信信号および第２の送信信号の位相を≧０°から＜３６０°に変化させれば、同様に、送信と第１の受信信号または第２の受信信号との間の位相シフトを≧０°から＜３６０°に変化させることになる。後者の効果は、受信信号と整列するまで、すなわち、第２の送信信号が常に９０°位相シフトするという条件下で、第１の送信信号または第２の送信信号と受信信号との間の位相シフトがゼロになるまで、第１の送信信号および第２の送信信号の位相を変化させることによって、この変形例において利用される。

この変形例は、高周波カウンタを必要としない。むしろ、それは、第１の送信信号または第２の送信信号が受信信号と位相整合するまで、第１の送信信号に対して９０°位相シフトされた第２の送信信号の位相と共に第１の送信信号の位相を回転させる。一旦、第１の送信信号または第２の送信信号が受信信号と位置合わせされると、第１の送信信号と第２の送信信号との間の最小電圧差を見つけることによって、対応する送信位相は、導電性目標位置を表す。

本発明の好ましい実施形態では、誘導型位置センサは、さらに、受信信号用の極性インバータを含み、処理部は、元の極性および受信信号の反転された極性について、第１の送信信号または第２の送信信号と受信信号との間の位相シフトを決定し、受信信号のＤＣオフセットを補償するための平均を計算する。これにより、受信信号上のＤＣオフセットによる誤差、すなわち位相ウィンドウの長さに影響を及ぼし、結果として、計算された位置に生じる誤差を回避できる。したがって、位相比較は、受信信号の通常の極性で２回実行され、その結果、「位置１」となり、受信信号の極性が反転され、「位置２」となる。反転された信号は、３６０°への残りの位置であり、「位置３」=３６０°－「位置２」となる。

他の変形例と同様に、３６０°をまたがる場合は補正しなければならない。両方の計算された位置間の絶対差が＞１８０°である場合、＋３６０°のオフセットが、算出された「位置１」と算出された「位置３」の合計に対して加算されなければならない。
（位置１－位置３）≦｜１８０°｜の場合、位置［°］＝（位置１＋位置３）／２
（位置１－位置３）＞｜１８０°｜の場合、位置［°］＝（位置１＋位置３＋３６０°）／２

前記課題は、以下のステップを含む、導電性ターゲットの移動を検出するための方法によって、特に本発明による誘導型位置センサを使用することにより解決されることを特徴とする。

（１）第１の送信信号を第１の送信コイルに印加し、第２の送信信号を第２の送信コイルに印加するステップ。第１の送信コイルおよび第２の送信コイルは、同じ形状を有し、互いに位相シフトされ、第１の送信信号および第２の送信信号は、同じ形状を有し、互いに位相シフトされる。
（２）受信コイルにおいて受信信号を受信するステップ。
（３）第１の送信信号または第２の送信信号と受信信号との間の位相シフトを決定するステップ。決定された位相シフトは、第１の送信コイルおよび第２の送信コイルの上方の導電性ターゲットの位置に対応している。

第１の送信コイルおよび第２の送信コイルは、第１の送信コイルと第２の送信コイルとの間、および第１の送信信号と第２の送信信号との間の位相シフトのために、回転する電磁送信場を生成する。回転電磁送信場を発生させるためには少なくとも二つの送信コイルが必要である。しかしながら、回転する電磁送信場を生成させるための同じ原理は、２つ以上の送信コイルのセットに適用可能である。

なお、第１の送信信号および第２の送信信号は、それぞれ、第１の発振回路および第２の発振回路によって生成されることが好ましい。

発生した回転電磁送信場は、受信コイルにより検出される。第１の送信コイルおよび第２の送信コイルの上に導電性ターゲットが配置されていない場合、受信コイルによってピックアップされる結果として生じる信号はゼロである。導電性ターゲットが、第１の送信コイルおよび第２の送信コイルの上方に配置される場合、生成された電磁場は、導電性ターゲットの表面上に渦電流を誘導する。誘導された渦電流は、カウンタ磁場を発生させ、それによって下の全磁束密度を減少させる。導電性ターゲットの下に誘起された電圧は減少し、第１の送信フィールドと第２の送信フィールドに不均衡が生じる。導電性ターゲットによって覆われている領域は、より弱い結果として生じる磁場を生成し、導電性ターゲットによって覆われていない領域は、より強い結果として生じる磁場を生成する。受信コイルの出力電圧は、導電性ターゲットの位置に応じて、第１の送信信号および第２の送信信号に対して位相が変化する。

導電性ターゲットの位置は、受信コイルの受信信号と第１の送信信号または第２の送信信号との間の位相シフトを検出することによって、直接決定することができる。

本発明の変形例では、第１の送信コイルと第２の送信コイル、および／または、第１送信信号と第２送信信号は、９０°位相シフトされる。特に、第１の送信コイルは正弦送信コイルであり、第２の送信コイルは余弦送信コイルであり、第１の送信信号は正弦信号であり、第２の送信信号は余弦信号である。

第１の正弦送信コイルに正弦形状の信号を印加し、第２の余弦送信コイルに余弦形状の信号を印加すること（または、逆方向に）によって、センサ励起信号が生成される。正弦振幅と余弦振幅は、同じ導電性ターゲットによって機械的に変調され、コイルレイアウトに関連している。単一の受信コイルは、２つの位相シフト送信信号から得られる磁界の合計に等価な受信信号を生成している。三角形の「加算定理」を使用すると、機械的な角度または位置αが受信信号の位相シフトとして表示される。励起磁界またはコイルレイアウトの極性を変えることにより、以下の信号を発生させることができる。

ｓｉｎ（α）ｃｏｓ（ω_Ｘｔ）＋ｃｏｓ（α）ｓｉｎ（ω_Ｘｔ）＝ｓｉｎ（α＋ω_Ｘｔ）
ｓｉｎ（α）ｃｏｓ（ω_Ｘｔ）－ｃｏｓ（α）ｓｉｎ（ω_Ｘｔ）＝ｓｉｎ（α－ω_Ｘｔ）
ｃｏｓ（α）ｃｏｓ（ω_Ｘｔ）－ｓｉｎ（α）ｓｉｎ（ω_Ｘｔ）＝ｃｏｓ（α－ω_Ｘｔ）
ｃｏｓ（α）ｃｏｓ（ω_Ｘｔ）＋ｓｉｎ（α）ｓｉｎ（ω_Ｘｔ）＝ｃｏｓ（α＋ω_Ｘｔ）

本発明の変形例によれば、第１の送信コイルおよび第２の送信コイルは、それぞれ、逆方向に巻かれた２つのワイヤループを備える。特に、第１のワイヤループは、導電性ターゲットの移動方向に１つ以上の周期を有し、第２のワイヤループは、導電性ターゲットの移動方向に対向する１つ以上の周期を有する。

例えば、第１の送信コイルは、それが２つのワイヤループＡおよびＣを生成するように巻かれており、これらのワイヤループは、それらに流れる電流に応じて、逆方向、すなわち、時計回りおよび反時計回りに巻かれている。例えば、第１のループＡの電流は反時計回りに流れているが、第２のループＣの電流は時計回りに流れている。第１の送信コイルの端子に印加される電圧の極性を逆にすると、第１のループＡおよび第２のループＣの電流の流れも逆になり、ここで、第１のループＡに時計回りの電流が流れ、第２のループＣに反時計回りの電流が流れる。第１のループＡおよび第２のループＣによって生成される電磁場は、常に逆極性である。したがって、導電性ターゲットが第１の送信コイルの上方に配置されていない場合、受信コイルによって受信される受信信号の電圧は、第１のループＡおよび第２のループＣによって生成される電磁界が互いに打ち消し合うにつれてゼロになる。

第２の送信コイルは、第１の送信コイルと同じ形状を有し、位相シフトされるだけであるので、それに応じて、第２の送信コイルは、逆方向、すなわち時計回りと反時計回りに巻かれた、２つのワイヤループＢおよびＤを生成するように巻かれる。これらのループは、それらに流れる電流に応じて、逆方向、すなわち、時計回りと反時計回りに巻かれる。例えば、第１のループＢの電流は反時計回りに流れているが、第２のループＤの電流は時計回りに流れている。第２の送信コイルの端子に印加される電圧の極性を逆にすると、第１のループＢおよび第２のループＤの電流の流れも逆になり、ここで、第１のループＢに時計回りの電流が流れ、第２のループＤに反時計回りの電流が流れる。第１のループＢおよび第２のループＤによって生成される電磁場は、常に逆極性である。したがって、導電性ターゲットが第２の送信コイルの上方に配置されていない場合、受信コイルによって受信される受信信号の電圧は、第１のループＢおよび第２のループＤによって生成される電磁界が互いに打ち消し合うにつれてゼロになる。

本発明の変形例によれば、第１の送信コイル、第２の送信コイル、および少なくとも１つの受信コイルは、基板上に配置され、第１の送信コイルおよび第２の送信コイルは、重ね合わされる。特に、第１の送信コイルと第２の送信コイルとは重ね合わされ、受信コイルは重ね合わされた第１の送信コイルと重ね合わされた第２の送信コイルを取り囲んでいる。さらに、処理部は、基板上に配置することもできる。有利には、基板は、プリント回路基板であり、第１の送信コイル、第２の送信コイルおよび少なくとも１つの受信コイルは、基板上の銅トレースによって形成される。

本発明の変形例では、本方法は、回転軸に接続された導電性ターゲットの回転運動を検出し、第１の送信コイル、第２の送信コイル、および少なくとも１つの受信コイルは、少なくとも部分的に、回転軸を取り囲む。

本発明の代替の変形例によれば、本方法は、移動経路に沿った導電性ターゲットのリニア運動を検出し、第１の送信コイル、第２の送信コイルおよび少なくとも１つの受信コイルは、移動経路に沿って配置される。

本発明の変形例に従い、本方法は、好ましくはカウンタ信号に基づいて、第１の送信信号または第２の送信信号と受信信号のゼロ交差を検出し、第１の送信信号または第２の送信信号と受信信号のゼロ交差の間の遅延を決定する処理を更に含む。第１の送信信号または第２の送信信号と受信信号のゼロ交差を検出することにより、カウンタを用いることにより両信号間の位相遅延を容易に決定することができる。受信信号は、導電性ターゲットの位置に応じて、第１の送信信号および第２の送信信号に対して位相シフトされる。第１の送信信号と第２の送信信号との間の位相シフトは固定されているので、第１の送信信号または第２の送信信号と受信信号との間の位相シフトを決定すればよい。第１の送信信号または第２の送信信号と受信信号との間の位相シフトは、導電性ターゲットの位置に正比例する。

本発明の変形例では、方法は、第１の送信信号または第２の送信信号および／または受信信号の立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジを検出する処理と、第１の送信信号または第２の送信信号および／または受信信号の立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジのために、第１の送信信号または第２の送信信号と受信信号との間の位相シフトを決定する処理とを含む。例えば、デジタルカウンタは、第１の送信信号または第２の送信信号の正の傾斜で開始され、受信信号の正の傾斜で停止される。さらに、デジタルカウンタは、第１の送信信号または第２の送信信号の負の勾配で開始でき、受信信号の負の勾配で停止する。

第１の送信信号および／または第２の送信信号の位相は、第１の送信信号および／または第２の送信信号の正の勾配および／または負の勾配で開始され、それぞれの第１の送信信号および／または第２の送信信号のそれぞれの次の正の勾配および／または負の勾配で停止される第２のカウンタを使用して決定することができる。

好ましくは、第１の送信信号および第２の送信信号は、高位相精度を保証するデジタル／アナログ変換器でデジタル的に生成される。ゼロ交差比較器は、好ましくは、高速で正確なアナログ式のゼロ交差比較器である。

第１の送信信号または第２の送信信号と受信信号との間の位相遅延が正の傾きおよび負の傾きについて測定される場合、結果は、受信信号内の電位オフセットを補償するために平均化されることが好ましい。
位置１［°］＝（立下りエッジ時間×３６０°）／周期
位置２［°］＝（立ち上がりエッジ時間×３６０°）／周期
位置［°］＝（位置１＋位置２）／２

２つの位置を平均化するためのこの単純な式は、１つの位置が３６０°にまたがらない限り適用することができる。１つの位置が３６０°にまたがっている場合は、補正を追加する必要がある。
（位置１－位置２）≦｜１８０°｜の場合、位置［°］＝（位置１＋位置２）／２
（位置１－位置２）＞｜１８０°｜の場合、位置［°］＝（位置１＋位置２＋３６０°）／２

ゼロ交差比較器およびカウンタを使用することによるこのアプローチでは、位置または角度分解能は、タイミング関係のみに依存する。

このアプローチの潜在的な欠点は、計算された位置の高分解能を達成するために、遅延時間測定に非常に高いクロック周波数を有することが要求されることである。たとえば、０°～３６０°の位置範囲で１０ビット＝１０２４ステップの分解能を実現するには、遅延時間測定のクロック周波数を測定信号の周波数の１０２４倍にする必要がある。例えば、１０ビットの分解能で２ＭＨｚ信号の位相シフトを測定するには、１０２４×２ＭＨｚ＝２０４８ＭＨｚ＝２．０４８ＧＨｚのタイマクロック周期が必要となる。

Ｎビットの位置または角度分解能は、励磁Ｆ_ＸとデジタルクロックＦ_ＤＩＧであるとき、Ｆ_ＤＩＧ≧２^Ｎ＋１×Ｆ_Ｘのような関係となる。このとき、Ｆ_ＤＩＧはカウンタクロック周波数、Ｆ_Ｘは送信発振周波数である。

本発明の代替の変形例によれば、方法は、第１の送信信号または第２の送信信号および受信信号のゼロ交差を検出し、第１の送信信号および第２の送信信号の位相を調整する処理をさらに含み、第１の送信信号、および好ましくは第１の送信信号に対して９０°位相シフトされる第２の送信信号の位相は、第１の送信信号または第２の送信信号と受信信号とが同一のゼロ交差を有するまで変更される。

この代替アプローチは、第１の送信信号と第２の送信信号に対して「位相遅延β」を適用することによるデジタル位相補償に基づく。この変形例では、カウンタは不要である。「等しい位相」の条件は、「受信位相ウィンドウ」が、デジタル的に生成された内部励起位相（すなわち、第１または第２の送信信号の位相）と正確に一致する場合に検出される。この状態は、例えば、排他的論理和論理コンポーネントによって検出することができる。この変形例によれば、内部位相遅延は、同期したゼロ交差コンパレータ値を使用することによって、受信信号を迅速に追跡している。以下の式は、この手順を説明している：

ｓｉｎ（α）ｃｏｓ（ω_Ｘｔ＋β）＋ｃｏｓ（α）ｓｉｎ（ω_Ｘｔ＋β）＝ｓｉｎ（α＋ω_Ｘｔ＋β）
α＝－βの場合、ｓｉｎ（α＋ω_Ｘｔ＋β）≡ｓｉｎ（ω_Ｘｔ）

この変形例では、０°の位相シフトのみを検出するために位相シフト測定を減らすことによって、直接位相測定のために必要な高周波タイマクロックの潜在的な欠点を克服する。これは、送信信号の位相を、受信信号と整列するまでシフトさせることによって達成することができ、その場合、２つの信号間の位相シフトは０°である。

受信信号と第１の送信信号または第２の送信信号との間の位相シフトは、第１の送信信号および第２の送信信号の位相と同様に、導電性ターゲットの位置に依存する。送信信号の位相が固定されている場合、≧０°から＜３６０°に回転するターゲットも、送信信号と受信信号との間に≧０°から＜３６０°の位相シフトを生じさせる。したがって、導電性ターゲットの所定の固定位置において、第１の送信信号および第２の送信信号の位相を≧０°から＜３６０°に変化させれば、同様に第１の送信信号または第２の送信信号と受信信号との位相シフトを≧０°から＜３６０°に変化させることになる。後者の効果は、受信信号と整列するまで、すなわち、第２の送信信号が常に９０°位相シフトするという条件下で、第１の送信信号または第２の送信信号と受信信号との間の位相シフトがゼロになるまで、第１の送信信号および第２の送信信号の位相を変化させることによって、この変形例において利用される。

この変形例は、高周波カウンタを必要としない。むしろ、それは、第１の送信信号または第２の送信信号が受信信号と位相整合するまで、第２の送信信号の位相と共に第１の送信信号の位相を回転させる。一旦、第１の送信信号または第２の送信信号が受信信号と位置合わせされると、第１の送信信号または第２の送信信号と受信信号との間の最小電圧差を見つけることによって、対応する送信位相は目標位置を表す。

本発明の好ましい実施形態では、本方法は、受信信号の極性を反転させ、受信信号の元の極性および反転された極性について第１の送信信号または第２の送信信号と受信信号との間の位相シフトを決定し、受信信号内のＤＣオフセットを補償するための平均を計算する処理を含む。これにより、受信信号上のＤＣオフセットによる誤差、すなわち位相ウィンドウの長さに影響を及ぼし、結果として、計算された位置に生じる誤差を回避できる。したがって、位相比較は受信信号の通常の極性で２回実行され、その結果、「位置１」となり、受信信号の極性が反転され、「位置２」となる。反転された信号は、３６０°への残りの位置であり、「位置３」=３６０°－「位置２」となる。

他の変形例と同様に、３６０°をまたがる場合は補正しなければならない。両方の計算された位置間の絶対差が＞１８０°である場合、＋３６０°のオフセットが算出された「位置１」と算出された「位置３」の合計に対して加算されなければならない。
（位置１－位置３）≦｜１８０°｜の場合、位置［°］＝（位置１＋位置３）／２
（位置１－位置３）＞｜１８０°｜の場合、位置［°］＝（位置１＋位置３＋３６０°）／２

従来技術および本発明によれば、導電性ターゲットは、アルミニウム、鋼、またはプリント銅層を有するプリント回路基板などの任意の種類の金属であり得る。通常、誘導型位置センサは金属ターゲットを含む。

前記一実施の形態によれば、位置センサにおける、アナログおよびデジタル信号処理の両方が従来に比べはるかに簡単である。復号器、利得制御、アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）およびデジタル逆正接信号処理を導入する代わりに、簡単な位相測定により導電性ターゲットの位置を検出することができる。

本発明の第１の実施形態に係る誘導型位置センサのブロック図である。 本発明に係る誘導型位置センサの送信コイルと受信コイルの様々な状態を示す図である。 ０°に導電性ターゲットを有する誘導型位置センサの送信信号および受信信号の例を示す図である。 ９０°に導電性ターゲットを有する誘導型位置センサの送信信号および受信信号の例を示す図である。 １８０°に導電性ターゲットを有する誘導型位置センサの送信信号および受信信号の例を示す図である。 ２７０°に導電性ターゲットを有する誘導型位置センサの送信信号および受信信号の例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る誘導型位置センサのブロック図である。 本発明の第３の実施形態に係る誘導型位置センサのブロック図である。 本発明の第４の実施形態に係る誘導型位置センサのブロック図である。

以下において、本発明は、図面に示される実施形態に関してさらに説明される。

図２は、本発明による誘導型位置センサの送信コイルおよび受信コイルの異なる条件、図３は、０°に導電性ターゲットを有する誘導型位置センサのための例示的な送信および受信信号、図４は、９０°に導電性ターゲットを有する誘導型位置センサのための例示的な送信および受信信号、図５は、１８０°に導電性ターゲットを有する誘導型位置センサのための例示的な送信および受信信号、図６は、２７０°に導電性ターゲットを有する誘導型位置センサのための例示的な送信および受信信号、図７は、本発明による誘導型位置センサの第２の実施形態のブロック図、図８は、本発明による誘導型位置センサの第３の実施形態のブロック図、図９は、本発明による誘導型位置センサの第４の実施形態のブロック図である。

（第一の実施形態）
図１は、本発明による導電性ターゲット２の移動を検出するための誘導型位置センサ１の第１の実施形態のブロック図を示す。図１に示す誘導型位置センサ１は、ラジアル位置センサであり、導電性ターゲット２の回転運動を検出する。導電性ターゲット２は、例えば、導電性ターゲット２の回転軸を中心として１８０°を覆う金属板である。

誘導型位置センサ１は、第１の送信コイル３と第２の送信コイル４とを備える。第１の送信コイル３と第２の送信コイル４は同じ形状を有し、互いに位相がずれている。特に、第１の正弦送信コイル３および第２の余弦送信コイル４の場合と同様に、第１の送信コイル３および第２の送信コイル４は９０°位相シフトされる。導電性ターゲット２は、第１の送信コイル３および第２の送信コイル４の上方で移動する。

第１の送信コイル３および第２の送信コイル４は、それぞれ、図２に関して以下に詳細に説明するように、逆方向に巻回された２つのワイヤループ（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）を備える。

図１に示す第１の実施形態による誘導型位置センサ１は、第１の送信コイル３のための第１の発振器５Ａと、第２の送信コイル４のための第２の発振器５Ｂとを備える。第１の送信コイル３に接続された第１の発振器５Ａは第１の送信信号６を生成し、第２の送信コイル４に接続された第２の発振器５Ｂは第２の送信信号７を生成する。第１の送信信号６と第２の送信信号７は、同じ形状を有し、互いに位相シフトされている。第１の送信信号６および第２の送信信号７は、第１の正弦送信信号６および第２の余弦送信信号７の場合のように、９０°シフトされることが好ましい。第１の送信信号６は第１の送信コイル３に印加され、第２の送信信号７は第２の送信コイル４に印加される。

図１の誘導型位置センサ１は、受信コイル８をさらに備える。受信コイル８は、第１の送信コイル３および第２の送信コイル４を取り囲んでいる。

第１の送信コイル３、第２の送信コイル４および受信コイル８は、導電性ターゲット２によって部分的に覆われている。第１の送信コイル３に印加された第１の送信信号６および第２の送信コイル４に印加された第２の送信信号７は、重畳された電磁界を生成する。この電磁場は、受信コイル８によってピックアップされ、受信信号１０を供給する。受信信号１０は、第１の送信コイル３および第２の送信コイル４によって生成される重畳された電磁界が導電性ターゲット２に渦電流を誘起し、それが次に受信コイル８によってピックアップされる電磁界を変化させるので、導電性ターゲット２の位置に依存する。特に、受信信号１０の位相は、導電性ターゲット２の位置によって変化する。

第１の送信コイル３、第２の送信コイル４および受信コイル８は、基板１１上に配置されている。基板１１は、例えばプリント回路基板であり、第１の送信コイル３、第２の送信コイル４および受信コイル８は基板上に銅配線により形成されている。第１の送信コイル３と第２の送信コイル４とが重畳され、重畳された電磁界を発生させる。例えば、第１の送信コイル３および第２の送信コイル４は、基板１１の同じ領域に配置されるが、異なる層上に配置される。

図１の誘導型位置センサ１は、さらに、第１の送信信号６または第２の送信信号７と受信コイル８で受信した受信信号１０との間の位相シフトを検出する処理部９を備える。第１の送信信号６と第２の送信信号７との間の位相シフトは固定、すなわち変化しないので、第１の送信信号６または第２の送信信号７と受信信号１０との間の位相シフトを検出すればよい。決定された位相シフトは、第１の送信コイル３および第２の送信コイル４の上方の導電性ターゲット２の位置に対応する。

第１の送信信号６または第２の送信信号７と受信信号１０との間の位相シフトは、先行技術から知られている方法とは異なる方法によって決定することができる。例えば、ゼロ交差比較器１３を使用して、第１の送信信号６または第２の送信信号７と受信信号１０のゼロ交差を検出することができる。第１の送信信号６または第２の送信信号７と受信信号１０とのゼロ交差に基づいて、以下により詳細に説明するように、位相シフトを決定することができる。

第１の発振器５Ａおよび第２の発振器５Ｂ、ゼロ交差比較器１３、処理部９およびオプションとしてフィルタのような更なるアナログ信号処理部１６、ゲイン設定回路等は、基板１１上にも配置された集積回路（ＩＣ）チップ１５、特に基板１１上にはんだ付けされたものに含まれることが好ましい。

図２は、本発明による誘導型位置センサ１の送信コイル３、送信コイル４および受信コイル８の異なる条件を示す。

図２の（ａ）は、第１の送信コイル３および受信コイル８を示す。第２の送信コイル４は、図２の（ａ）における目的を明確にするため省略されている。第１の送信コイル３は、２つのワイヤループＡおよびＣを備え、それらは、それらに流れる電流に応じて、時計回りおよび反時計回りに、逆方向に巻かれる。例えば、図２の（ａ）では、ループＡの電流は反時計回りに流れているが、ループＣでは時計回りに流れている。第１の送信コイル３の端子に印加される電圧の極性を逆にすると、図２の（ｂ）に示すように、電流の流れも逆になり、これによって、ループＡに時計回りの電流が流れ、ループＣに反時計回りの電流が流れる。

「左手のルール」を適用することによって、ループＡおよびＣにおいて生成される領域が常に逆極性であることが分かる。〇内に「・」を記した記号は、視野プレーンから流出する正の磁場を示し、〇内に「×」を記した記号は、視野プレーンに流入する負の磁場を示す。したがって、第１の送信コイル３の上または下に導電性ターゲット２が配置されない場合、第１の送信コイル３および第２の送信コイル４を取り囲む二次受信コイル８によってピックアップされる、結果として生じる二次電圧Ｖ_ＲＸは、２つの磁場ＡおよびＣが互いに打ち消し合うので、０である。

図２の（ｃ）は、第２の送信コイル４と受信コイル８を示す。第１の送信コイル３は、図２の（ｃ）における目的を明確にするため省略されている。第２の送信コイル４は、２つのワイヤループＢおよびＤを備えており、これらのワイヤループは、それらに流れる電流に応じて、時計回りおよび反時計回りの逆方向に巻かれている。例えば、図２の（ｃ）では、ループＢの電流は反時計回りに流れているが、ループＤでは時計回りに流れている。図２の（ｄ）に示すように、第２の送信コイル４の端子に印加される電圧の極性を逆にすると、電流の流れも逆になり、ループＢでは時計回りの電流が流れ、ループＤでは反時計回りの電流が流れる。

「左手の法則」を適用することによって、ループＢおよびループＤにおいて生成されるフィールドは、常に逆極性であることがわかる。〇内に「・」を記した記号は、視野プレーンから流出する正の磁場を示し、〇内に「×」を記した記号は、視野プレーンに流入する負の磁場を示す。その結果、第２の送信コイル４の上または下に導電性ターゲット２が配置されない場合、第１の送信コイル３および第２の送信コイル４を囲む受信コイル８によってピックアップされた、結果として得られる二次電圧Ｖ_ＲＸは、２つの磁場ＢおよびＤが互いに相殺するので、０である。

第１の送信コイル３と第２の送信コイル４とを重ね合わせ、第１の送信コイル３に第１の送信信号６を印加し、９０°位相シフトさせた第２の送信信号７を第２の送信コイル４に印加することにより、回転磁界が発生する。第１の送信コイル３および第２の送信コイル４の上または下に導電性ターゲット２が配置されていない限り、受信信号１０は、組み合わされたすべての磁場が互いに打ち消し合うとき、ゼロのままである。

図３は、導電性ターゲット２を０°にした誘導型位置センサ１のための、第１の送信信号６および第２の送信信号７ならびに受信信号１０の例を示す。

図４は、導電性ターゲット２を９０°にした誘導型位置センサ１のための、第１の送信信号６および第２の送信信号７ならびに受信信号１０の例を示す。

図５は、導電性ターゲット２を１８０°にした誘導型位置センサ１のための、第１の送信信号６および第２の送信信号７ならびに受信信号１０の例を示す。

図６は、導電性ターゲット２を２７０°にした誘導型位置センサ１のための、第１の送信信号６および第２の送信信号７ならびに受信信号１０の例を示す。

図３～図６から分かるように、受信信号１０の位相は、第１の送信コイル３、第２の送信コイル４および受信コイル８の上方の導電性ターゲット２の位置と共に連続的に変化する。第１の送信信号６または第２の送信信号７のいずれかに対する受信信号１０の位相シフトを決定することによって、導電性ターゲット２の位置が分かる。

（第２の実施形態）
図７は、本発明による誘導型位置センサ１の第２の実施形態のブロック図を示す。図７に示す誘導型位置センサ１は、リニア運動位置センサである。導電性ターゲット２は、移動経路１２に沿って移動することができ、移動経路１２に沿って第１の送信コイル３、第２の送信コイル４および受信コイル８が配置されている。移動経路１２は、図１に示す誘導型位置センサ１の場合と同様に、３６０°処理、すなわち０°から３６０°に分割することができる。しかしながら、移動経路１２は、任意の他の長さスケールに基づいて代替的に分割することができる。

その他の特徴については、図７に示される第２の実施形態は、図１に示される第１の実施形態に対応する。

（第３の実施形態）
図８は、本発明による誘導型位置センサ１の第３の実施形態のブロック図を示す。この実施形態は、カウンタ１４が、第１の送信信号６または第２の送信信号７と受信信号１０との間の位相シフトを決定するために使用されるという点で、図１に示す第１の実施形態と異なる。カウンタ１４は、例えば、ゼロ交差時の第１の送信信号６の立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジで開始され、受信信号１０のそれぞれの立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジがそのゼロ交差を有するときに停止される。

（第４の実施形態）
図９は、本発明による誘導型位置センサ１の第４の実施形態のブロック図を示す。この第４の実施形態によれば、第１の発振器５Ａおよび第２の発振器５Ｂと組み合わせた処理部９は、第１の送信信号６および第２の送信信号７の位相を調整することができる。処理部９は、第１の送信信号、および好ましくは第１の送信信号に対して９０°位相シフトされた第２の送信信号の位相を、第１の送信信号または第２の送信信号と受信信号とが同一のゼロ交差を有するまで変更するために、ゼロ交差比較器１３を使用する。第１の発振器５Ａおよび第２の発振器５Ｂを調整することによって第１の送信信号６および第２の送信信号７に印加される位相変化は、導電性ターゲット２の位置に対応する。

本明細書で説明される主題は、異なる他の成分内に含まれるか、または異なる他の成分と接続された異なる構成要素を示すことがある。このように描かれたアーキテクチャは例示的なものであり、実際には、同じ機能を実現する多くの他のアーキテクチャを実装できることが理解されるべきである。概念的な意味では、同じ機能性を達成するための部品の任意の配置は、所望の機能性が達成されるように、効果的に「関連付けられる」。従って、特定の機能を達成するために本明細書で組み合わされる任意の２つの構成要素は、アーキテクチャまたは中間構成要素に関係なく、所望の機能が達成されるように、互いに「関連付けられる」と見なすことができる。同様に、そのように関連付けられた任意の２つの構成要素は、所望の機能を達成するために互いに「動作可能に接続されている」または「動作可能に結合されている」と見なすこともでき、そのように関連付けられることができる任意の2つの構成要素は、所望の機能を達成するために互いに「動作可能に結合可能である」と見なすこともできる。動作可能に結合可能な特定の例には、物理的に結合可能および／または物理的に相互作用する構成要素、および／または無線で相互作用可能および／または無線で相互作用する構成要素、および/または論理的に相互作用可能および／または論理的に相互作用可能な構成要素が含まれるが、これらに限定されない。

本明細書における複数および／または単数の用語の使用に関して、当業者は、文脈および／または用途に適切であるように、複数から単数へ、および／または単数から複数へと翻訳することができる。種々単数／複数の置換は、明確にするために、本明細書に明確に記載されてもよい。

当業者であれば、一般に、本明細書で使用される項、特に添付の特許請求の範囲（例えば、添付の特許請求の範囲の本体）は、一般に、「開いた」項として意図されることを理解するであろう（例えば、「含む」という項は、「含むがこれに限定されない」と解釈されるべきであり、「有する」という項は、「少なくとも有する」と解釈されるべきであり、「含む」という項は、「含むがこれに限定されない」などと解釈されるべきである）。

図および説明は、方法におけるステップは特定の順序を示すことができるが、このようなステップの順序は、上で異なるように指定されない限り、示され、説明されるものとは異なることができる。また、２以上の工程は、上記で異なるように指定されない限り、同時に、または部分的に同時に実行されてもよい。このような変形例は、例えば、選択されたソフトウェア及びハードウェアシステム、並びに設計者の選択に依存し得る。全てのこのような変形は、本開示の範囲内である。同様に、記述された方法のソフトウェア実装は、様々な接続ステップ、処理工程、比較ステップ、および決定ステップを達成するために、ルールベースの論理および他の論理をもつ標準プログラミング技術によって達成することができる。

特定の数の導入されたクレームの列挙が意図される場合、そのような意図はクレームに明示的に列挙され、そのような列挙がない場合、そのような意図は存在しないことが、当業者によってさらに理解されるであろう。例えば、理解を助けるために、以下の添付の特許請求の範囲は、特許請求の範囲の記載を導入するために、「少なくとも１つ」および「１つまたは複数」という導入語句の使用を含むことができる。さらに、たとえ導入された請求項列挙の特定の数が明示的に列挙されたとしても、当業者は、そのような列挙が、典型的には、少なくとも列挙された数を意味すると解釈されるべきであることを認識するであろう（例えば、他の修飾語なしの「２つの列挙」の裸の列挙は、典型的には、少なくとも２つの列挙、または２つ以上の列挙を意味する)。

さらに、「Ａ、Ｂ、およびＣなどのうちの少なくとも１つ」に類似する規約が使用される場合、一般に、そのような構造は、当業者がその規約を理解することを意図する（例えば、「Ａ、Ｂ、およびＣのうちの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａ単独、Ｂ単独、Ｃ単独、ＡおよびＢ単独、ＡおよびＢ単独、ＡおよびＣ単独、ＡおよびＣ単独、ＢおよびＣ単独、ならびに／またはＡ、ＢおよびＣ単独などを有するシステムを含むが、それらに限定されない)。「Ａ、Ｂ、またはＣなどのうちの少なくとも１つ」に類似する規約が使用される場合、一般に、そのような構造は、当業者がその規約を理解するであろうという意味で意図される（例えば、「Ａ、Ｂ、またはＣのうちの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａ単独、Ｂ単独、Ｃ単独、ＡおよびＢ同士、ＡおよびＣ同士、ＢおよびＣ同士、および／またはＡ、ＢおよびＣ同士などを有するシステムを含むが、それらに限定されない)。さらに、説明、特許請求の範囲、または図面のいずれかにおいて、２つ以上の代替用語を提示する実質的に任意の離接的な単語および／または句は、用語のうちの１つ、用語のうちのいずれか、または用語の両方を含む可能性を企図すると理解されるべきであることが、当業者によってさらに理解されるであろう。例えば、語句「ＡまたはＢ」は、「Ａ」または「Ｂ」または「ＡおよびＢ」の可能性を含むと理解される。

さらに、特に断らない限り、「おおよそ」、「約」、「約」、「実質的に」などの用語の使用は、プラスまたはマイナス１０パーセントを意味する。

例示的な実施形態の前述の説明は、例示および説明の目的で提示されている。これは、開示された正確な形態に関して網羅的または限定的であることを意図するものではなく、上記の教示に照らして修正および変形が可能であり、または開示された実装の実施から獲得され得る。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義されることが意図される。

１ 誘導型位置センサ
２ 導電性ターゲット
３、４ 送信コイル
５Ａ 正弦発振器
５Ｂ 余弦発振器
６、７ 送信信号
８ 受信コイル
９ 処理部
１０ 受信信号
１１ 基板
１２ 移動経路
１３ ゼロ交差比較器
１４ カウンタ
１５ ＩＣチップ
１６ アナログ信号処理部

Claims (17)

1. 導電性ターゲットの移動を検出するための誘導型位置センサであって、
   少なくとも第１の送信コイルおよび第２の送信コイルを有し、
   前記第１の送信コイルおよび前記第２の送信コイルは同じ形状であり、互いに位相シフトしており、
   第１の送信信号および第２の送信信号を生成するための少なくとも１つの発振器を有し、
   前記第１の送信信号と前記第２の送信信号は同じ形状であり、互いに位相シフトしており、前記第１の送信信号は前記第１の送信コイルに、前記第２の送信信号は前記第２の送信コイルに印加され、
   少なくとも１つの受信コイルを有し、
   前記導電性ターゲットは、前記第１の送信コイルおよび前記第２の送信コイルの上方を移動し、
   前記第１の送信信号または前記第２の送信信号と前記受信コイルで受信される受信信号との間の位相シフトを決定する処理部を有し、決定された前記位相シフトは、前記第１の送信コイルおよび前記第２の送信コイルの上方の前記導電性ターゲットの位置に対応している、
   誘導型位置センサ。
2. 前記第１の送信コイルと前記第２の送信コイル、および／または、前記第１の送信信号と前記第２の送信信号は、９０°位相シフトされている、
   請求項１に記載の誘導型位置センサ。
3. 前記第１の送信コイルおよび前記第２の送信コイルは、それぞれ、互いに逆方向に巻回された２つのワイヤループを備える、
   請求項１に記載の誘導型位置センサ。
4. 前記第１の送信コイル、前記第２の送信コイルおよび前記少なくとも１つの受信コイルは、基板上に配置され、前記第１の送信コイルおよび前記第２の送信コイルは、重なり合っている、
   請求項１に記載の誘導型位置センサ。
5. 前記誘導型位置センサは、ラジアル位置センサであり、前記導電性ターゲットは、回転軸および前記第１の送信コイルに接続または接続可能であり、前記第２の送信コイルおよび前記少なくとも１つの受信コイルは、前記回転軸を少なくとも部分的に囲むように配置される、
   請求項１に記載の誘導型位置センサ。
6. 前記誘導型位置センサは、リニア運動センサであり、前記導電性ターゲットは、移動経路に沿って移動することができ、前記第１の送信コイル、前記第２の送信コイルおよび前記少なくとも１つの受信コイルは、前記移動経路に沿って配置される、
   請求項１に記載の誘導型位置センサ。
7. 前記第１の送信信号または前記第２の送信信号および前記受信信号のゼロ交差を検出するためのゼロ交差比較器をさらに有し、
   前記第１の送信信号または前記第２の送信信号と前記受信信号とのゼロ交差間の遅延を決定するカウンタをさらに有し、
   前記処理部は、前記第１の送信信号または前記第２の送信信号または前記受信信号の立ち上がりおよび立ち下がりエッジについて、前記第１の送信信号または前記第２の送信信号と前記受信信号との間の位相シフトを決定する、
   請求項１に記載の誘導型位置センサ。
8. 前記第１の送信信号または前記第２の送信信号および前記受信信号のゼロ交差を検出するためのゼロ交差比較器をさらに有し、
   前記少なくとも１つの発振器と組み合わされた前記処理部は、前記ゼロ交差比較器を使用し、前記第１の送信信号または前記第２の送信信号と前記受信信号とが同一のゼロ交差を有するまで、前記第１の送信信号および前記第２の送信信号の位相を変更する、
   請求項１に記載の誘導型位置センサ。
9. 前記受信信号の極性インバータをさらに備え、前記処理部は、前記受信信号の元の極性および反転された極性について、前記第１の送信信号または前記第２の送信信号と前記受信信号との間の前記位相シフトを決定し、前記受信信号におけるＤＣオフセットを補償するための平均を計算する、
   請求項１に記載の誘導型位置センサ。
10. 誘導型位置センサを用いて、導電性ターゲットの移動を検出する方法であって、
    第１の送信信号を第１の送信コイルに印加し、第２の送信信号を第２の送信コイルに印加し、前記第１の送信コイルと前記第２の送信コイルは同じ形状を有し、互いに位相シフトしており、
    前記第１の送信信号と前記第２の送信信号は同じ形状を有し、互いに位相シフトし、
    少なくとも１つの受信コイルで受信信号を受信し、
    前記第１の送信信号または前記第２の送信信号と前記受信信号との間の位相シフトを決定し、
    決定された前記位相シフトは、前記第１の送信コイルおよび前記第２の送信コイルの上の前記導電性ターゲットの位置を検出する方法。
11. 前記第１の送信コイルおよび前記第２の送信コイルは、それぞれ、逆方向に巻回された２つのワイヤループを備える、
    請求項１０に記載の方法。
12. 前記第１の送信コイル、前記第２の送信コイルおよび前記少なくとも１つの受信コイルは、基板上に配置され、前記第１の送信コイルおよび前記第２の送信コイルは、重なり合っている、
    請求項１０に記載の方法。
13. 回転軸の周りの前記導電性ターゲットの回転運動を検出し、前記第１の送信コイル、前記第２の送信コイル、および前記少なくとも１つの受信コイルは、前記回転軸を少なくとも部分的に取り囲むように配置される、
    請求項１０に記載の方法。
14. 移動経路に沿った前記導電性ターゲットのリニア運動を検出し、前記第１の送信コイル、前記第２の送信コイル、および前記少なくとも１つの受信コイルは、前記移動経路に沿って配置される、
    請求項１０に記載の方法。
15. 前記第１の送信信号または前記第２の送信信号と前記受信信号のゼロ交差を検出し、前記第１の送信信号または前記第２の送信信号と前記受信信号とのゼロ交差間の遅延を決定し、カウンタ信号に基づいて、前記第１の送信信号または前記第２の送信信号および／または前記受信信号の立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジを検出し、前記第１の送信信号または前記第２の送信信号および／または前記受信信号の立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジについて、前記第１の送信信号または前記第２の送信信号と前記受信信号との間の位相シフトを決定する、
    請求項１０に記載の方法。
16. 前記第１の送信信号または前記第２の送信信号および前記受信信号のゼロ交差を検出し、前記第１の送信信号および前記第２の送信信号の位相を調整し、前記第１の送信信号および前記第２の送信信号の位相は、前記第１の送信信号または前記第２の送信信号と前記受信信号とが同一のゼロ交差を有するまで変更される、
    請求項１０に記載の方法。
17. 前記受信信号の極性を反転し、前記受信信号の元の極性および反転された極性のために、前記第１の送信信号または前記第２の送信信号と前記受信信号との間の位相シフトを決定し、前記受信信号におけるＤＣオフセットを補償するための平均を計算する、
    請求項１０に記載の方法。

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