可動物体の位置を決定する位置センサ装置であって、位置センサ装置は、可動物体上に固定されるように構成された磁場ソースと、第１の位置に配置され、第１の位置における磁場ソースによって発生した磁場に対して、第１の磁場信号特性を検出するように適合された第１の磁場検出器と、第２の位置に配置され、第２の位置における磁場ソースによって発生する磁場に対して、第２の磁場信号特性を検出するように適合された第２の磁場検出器と、第１の磁場信号と第２の磁場信号との比較に基づいて磁場ソースの位置を決定するように適合されている位置決定ユニットとを備える、位置センサ装置。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はセンサに関する。特に、本発明は、可動物体の位置を決定するための位置センサ装置、位置センサアレイ、洗濯機、可動物体の位置を決定する方法、およびセンサ配置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの用途にとって、可動物体の位置を正確に測定することは望ましい。例えば、往復動、回転動、または線形の動きを正確に制御するために、往復動、回転動、または線形に動く物体の位置を、効率的な方法で知ることは有利である。
【０００３】
従来技術によれば、光学マーカーは可動物体上に提供され、光学的測定は、光学マーカーの位置、すなわち可動物体の位置を推定するために実行される。しかしながら、重大な状況において、光学マーカーは物によって覆われることがあり、光学的検出手段に対して「不可視」となることがある。
【０００４】
さらに、光学マーカーは、対象物がある環境の中で、移動または回転している対象物と物理的粒子または化学的粒子との間における摩擦によって磨耗されることがある。
【０００５】
あるいは、エングレービング（ｅｎｇｒａｖｉｎｇ）などの機械的なマーカーは、移動、回動、または往復動している対象物の位置または速度を検出するために、マーカーとして用いることができる。しかしながら、そのようなエングレービングの構造は、物質で占有されてしまうか、または覆われてしまうことがあり、重大な状況の下で実施するには適さない。機械的なマーカー（エングレービング）はまた、密閉を維持するには課題がある。
【０００６】
線形位置センサを必要とする場合、多くの場合において、その業界では、一次元測定感知装置（一つの軸、例えばＸ軸に沿った変化に敏感）を用いる。二次元方向（二つの軸、例えばＸ軸およびＹ軸に沿った変化に敏感）における正確な位置を決定するために、二つの独立して動作している一次元測定装置を用いる。そのような場合、コストおよび必要とされるスペースは文字通り二倍となる。同じことが三次元の測定感知装置（三つの軸、例えばＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸に沿った変化に敏感）にも当てはまる。
【０００７】
洗濯機は、二つの主な構成、すなわち「トップローディング」および「フロントローディング」で特に利用可能である。「トップローディング」の設計は、垂直式の円筒内に衣類を置き、プロペラ様の振動器が円筒の底の中央にある。衣類はその機械の上に積まれ、開き戸で覆われる。「フロントローディング」は、その代わりに、水平方向に円筒を搭載しており、衣類はその機械の前のガラス戸を通して積まれる。その円筒はまた、ドラム式とも呼ばれる。振動は、その円筒の前後の回転、および重力によって供給される。洗濯物はドラム内のパドルによって持ち上げられ、次いでドラムの底に落ちる。この動作によって水と洗剤の溶液が繊維に行き渡る。水平軸設計の変形もまた存在し、それはドラムの周囲にあるフラップを介して上から積まれる設計である。これらの機械は通常、より短い円筒を有しており、それゆえ、より小さい。
【０００８】
洗濯機および可動物体を有する他の装置の弱点は、洗濯機および他の装置を制御または調節するために必要な、可動物体の位置を決定する正確で安価な手段を欠いていることである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、可動物体の位置を決定する正確および安価な実現性を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この課題は、可動物体の位置を決定する位置センサ装置、位置センサアレイ、洗濯機、および独立項に従って可動物体およびセンサ配置の位置を決定する方法を提供することによって達成される。
【００１１】
本発明の例示的実施形態に従い、可動物体の位置を決定する位置センサ装置であって、位置センサ装置は、可動物体上に固定されるように構成された磁場ソースと、第１の位置に配置され、第１の位置における磁場ソースによって発生した磁場に対して、第１の磁場信号特性を検出するように適合された第１の磁場検出器と、第２の位置に配置され、第２の位置における磁場ソースによって発生した磁場に対して、第２の磁場信号特性を検出するように適合された第２の磁場検出器と、第１の磁場信号と第２の磁場信号との比較に基づいて磁場ソースの位置を決定するように適合されている位置決定ユニットとを備える。
【００１２】
本発明の他の例示的実施形態によれば、位置センサアレイは、上述の機能を有する位置センサ装置、および位置センサ装置の磁場ソースが固定される可動物体を備えて提供され、該位置センサ装置は可動物体の位置を決定するように適合される。
【００１３】
本発明のさらに別の例示的実施形態によれば、静止した支持体と、静止した支持体に関して回動し、かつ被洗浄物を受け取るように適合される回動ドラムと、回動ドラムの位置を決定する位置センサ装置であって、磁場ソースと、磁場ソースによって発生した磁場に対して、磁場信号特性を検出するように適合される磁場検出器と、磁場信号に基づいて回動ドラムの位置を決定するように適合される位置決定ユニットとを含む位置センサ装置とを備え、磁場ソースおよび磁場検出器のうちの一つが静止した支持体に固定され、磁場ソースおよび前記磁場検出器のうちのもう一方が前記回動ドラムに固定される、洗濯機が提供される。
【００１４】
本発明のさらなる例示的な実施形態に従うと、静止した支持体と、静止した支持体に関して回動し、かつ被洗浄物を受け取るように適合される回動ドラムと、回動ドラムの位置を決定する位置センサ装置であって、磁場を発生する磁場ソースと、磁場シンクと、磁場ソースによって発生し、磁場シンクによって修正された磁場に対して、磁場信号特性を検出するように適合される磁場検出器と、磁場信号に基づいて回動ドラムの位置を決定するように適合される位置決定ユニットとを含む位置センサ装置とを備え、磁場シンクおよび磁場検出器のうちの一つが静止した支持体に固定され、磁場シンクおよび磁場検出器のうちのもう一方が前記回動ドラムに固定される、洗濯機が提供される。
【００１５】
本発明のさらに別の例示的な実施形態に従うと、可動物体の位置を決定する方法であって、可動物体に固定される磁場ソースによって、第１の位置において発生した磁場に対して、第１の磁場信号特性を検出する工程と、磁場ソースによって、第２の位置において発生した磁場に対して、第２の磁場信号特性を検出する工程と、第１の磁場信号と第２の磁場信号との比較に基づいて、磁場ソースの位置を決定する工程とを含む、方法が提供される。
【００１６】
本発明のさらに別の例示的実施形態によれば、センサ配置は、基板と、該基板上に配置された上述の機能を有する複数の位置センサ装置とを含んで提供される。
【００１７】
以下に、本発明の上述の独立項の態様を更に詳細に記載する。
【００１８】
本発明の１つの着想は、位置センサ装置が提供され、異なる磁場検出器によって検出され、可動物体に取り付けられた磁場ソースから生じる少なくとも２つの異なる磁場信号の比較が実行され、該可動物体に取り付けられた磁場ソースの位置を推定するということにおいて理解できる。このように、２つの磁場信号の比または差が、可動物体が現在どの位置にあるかについて推定するための基礎として使われる。換言すれば、磁場ソースに関して異なる位置に配置される磁場検出器の機能は、可動物体または動いている物体に取り付けられる磁場ソースが現在位置付けされる位置を決定するための情報源として使われる。
【００１９】
この原理によって、一次元であるか、二次元であるか、または三次元の位置センサ、すなわち、一次元、二次元、三次元における可動物体の位置を検出することができる位置センサを構成することができる。本発明による位置センサは、正確に三次元空間内の物体の位置を決定することができ、非接触方法にても作動し、低コストでの用途に特に適当である。
【００２０】
洗濯物で満たされたドラムの正確な位置を検出するために、洗濯機においてそのようなセンサ（または、１つ以上の磁場検出器を有する類似するタイプのセンサ）を実施する場合、本発明に従った測定は、その洗濯機の負荷状態についての正確な情報を提供する。なぜならば、洗濯物の重力がドラムを、磁気によって検出することができるその位置をわずかに変化させるからである。被洗浄物を受け取るように構成されているドラムについてのこの情報によって、何キログラム（すなわち洗濯物の重さ）がドラム内に置かれているか決定することができ、また、濡れた状態でのドラム負荷がドラム内にて非対称的に置かれている（これは、ドラムが回動している間に、洗濯機が「ホッピング（ｈｏｐｐｉｎｇ）」する結果となり得る）かどうかを決定することができる。このように、一次元、二次元、または三次元の位置検出器は、加速度計、体重センサ、そして、位置検出器の機能を提供し、その結果、そのような位置センサ装置を備える装置に、コストを相当に削減し、機能を改良する。
【００２１】
電磁原理で作動する一方で、本発明に従ったシステムは、生じ得る任意のタイプの磁気干渉に、有利にも影響されず、また、電装で動くモータまたは電装によるソレノイドの付近に配置される。
【００２２】
本発明によれば、非接触測定を実行することが可能であり、従って、殆ど磨耗せず、低コストにて達成することができる。本発明によるシステムは悪環境において使用可能であり、本発明は温度変化および構成要素の耐性にも左右されない。全ての位置検出器（例えば三次元の直線位置センサとして実現される）は、例えば２ユーロ以下といった低コストにて製造可能である。
【００２３】
本発明に従った位置センサ装置または位置センサアレイの例示的な用途は、洗濯機、回動式乾燥機、自動車エンジン振動検出ユニット、自動車懸架装置位置検出ユニット（すなわち、カーブや起伏の大きい地形を運転するとき、車両の傾斜を測定するためのシステム）、車両荷重に関連した、あるいは、ツールまたは産業システムのための非接触式比例制御（例えば、接触式のスイッチおよび電位差計を非接触センサに取り替える）のための自動車前照灯調整などである。
【００２４】
センサ配置は、基板上に配置された上述の機能を有する複数の位置センサ装置を有する。換言すれば、例えばマトリクス様の方法で、基板表面上に、多くの（たとえば約１４０個）位置センサまたは曲げセンサを配置することができる。このように、センサの二次元アレイは提供され、空間分解能の方法にて、当該領域における圧力および／またはベンディング力の分布を検出することを可能にする。このアレイは、圧力およびベンディング力を組み合わせた測定に対して用いられることが可能である。そのようなセンサ配置の例示的な用途は、自動車をテストするための衝突実験またはフットプリント重量試験であり、言い換えれば、磁気歪の効果は、センサ（ロードセル）の二次元アレイを実現するために用いられ、力の領域を精査することが可能となる。
【００２５】
可動物体の位置を検出することは、曲げセンサとの関連でいえば、曲げられた物体の位置が、曲げセンサに加えられたベンディング力に直接、対応して測定可能であることを意味する。
【００２６】
以下に、本発明の第１の独立項の態様に従って可動物体の位置を決定する位置センサ装置に関する例示的な局面を記載する。しかしながら、これらの実施形態はまた、位置センサアレイ、洗濯機、可動物体の位置を決定する方法、そして、本発明の他の独立項の態様によるセンサ配置に対しても適用する。
【００２７】
位置センサ装置の磁場ソースは永久磁性素子または領域でもよい。「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。
【００２８】
あるいは、磁場ソースは、電気信号をコイルに印加することによって活性化可能であるコイルでもよい。電流が流れているコイルの環境において、磁場が発生し、第１および第２の磁場検出器のための検出信号として使われることができる。コイルによって発生したそのような磁場の強さの空間依存は公知であるかまたは容易に測定可能であり、第１および第２の磁場検出器の位置における磁場の強さは、可動物体に取り付けられる磁場ソースの位置に対する測定である。
【００２９】
特に、コイルは連続電気信号をコイルに印加することによって活性化可能であり得る。例えば、直流は、時間を通じて一定である静磁界を生成するコイルに印加されることができる。このように、磁場検出器によって検出される信号によって、磁場ソースから磁場検出器の距離を逆算することができ、可動物体の位置を計算することができる。
【００３０】
あるいは、コイルが交流の（例えば、周期的に振動する）電気信号またはパルス電気信号をコイルに印加することによって活性化可能である。コイルの磁場を生成する磁化信号の規定された時間依存を用いることによって、磁場検出器は、妨害となるバックグラウンド磁気信号（例えば、地磁場）と、磁場ソースに関連し、かつ磁場ソースに固定された可動物体の現在位置を計算できるエンコード位置情報に関連する磁気信号とを区別することができる。例えば、コイルに印加される交流またはコイルに印加されるパルス信号によって、環境から、オフセット信号を妨害することを除去し、精度を改善する。
【００３１】
磁場ソースは、可動物体の長手方向に磁化する領域であり得る。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。
【００３２】
あるいは、磁場ソースは、可動物体の円周方向に磁化された領域でもよい。そのような円周方向に磁化された領域が特に構成されることができ、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されることもできる）は、第一の方向に方向付けられた第１の磁気流の領域、および第２の方向に方向付けられた第２の磁気流の領域によって形成され、第１の方向は第２の方向と正反対である。
【００３３】
可動物体の断面において、第１の方向および第１の半径を有する第１の円形磁気流、ならびに第２の方向および第２の半径を有する第２の円形磁気流が存在し得、第１の半径は第２の半径よりも大きい。特に、磁場ソースは、第１の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の方向に第１の電流の流れが存在するように、第１の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の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の電流パルスが磁化可能な素子に印加され、磁気可能な素子の長手方向軸に沿った第２の方向における第２の電流が存在するように、第２の電流パルスが印加され得る。
【００３４】
さらにまた、第１および第２の電流パルスの各々が、立上りエッジおよび立下りエッジを有し得、立上りエッジが立下りエッジより急勾配である（例えば図３５を参照）。
【００３５】
第１の方向は第２の方向と正反対であり得る。
【００３６】
本発明の他の実施形態によれば、位置センサ装置は、第１の磁場検出器および第２の磁場検出器のうちの少なくとも１つが、コイルと、ホール効果プローブと、巨大磁気共鳴磁場センサと、磁気共鳴磁場センサからなる群のうちの少なくとも一つを備えるように構成され得る。磁場検出器の任意のコイル軸は、可動物体または動いている物体に対して、および磁場ソースに対して、任意の所望のまたは適切な方向を有することができ、また、磁場ソースによって発生する磁場の方向および強さに依存する。可動磁場ソースがコイルによる磁気流を変調することによって誘導電圧を誘導することができるコイルに代わるものとして、ホール効果プローブが、ホール効果を利用する磁場検出器として使われることができる。あるいは、巨大磁気共鳴磁場センサ、または磁気共鳴磁場センサが磁場検出器として使われることができる。しかしながら、他のいかなる磁場検出器も、磁場発生器までの距離を検出するために用いることができる。
【００３７】
位置決定ユニットは、第１の磁場信号と第２の磁場信号との比に基づいて磁場ソースの位置を決定するように適合され得る。換言すれば、位置決定ユニットは独立して個々の信号を処理せず、情報の部分を組み合わせることができる。その結果、空間および信号振幅情報は相互に補間する方法にて組み合わされ得る。特に、検出信号の絶対値だけが、可動物体／磁場ソースの位置を算出するために使われるわけではない。これの代わりに、システムが妨害によるバックグラウンドオフセット効果に影響されないように、信号間の比が使用され得、それにより、改良された精度を提供する。
【００３８】
２つの磁場信号間の比が使われる実施形態に加えて、または代替的に、位置決定ユニットは、第１の磁場信号および第２の磁場信号の差に基づいて磁場ソースの位置を決定するように適合されてもよい。この実施形態によれば、精度は、バックグラウンド効果を除去することによって増加させることができる。
【００３９】
磁場ソースは、第１の磁場検出器と第２の磁場検出器との間に基本的に対称的に配置されてもよい。この実施形態によれば、特に、２つの磁場検出器および磁場ソースが直線に沿って配置されることが可能であり、磁場ソースは２つの磁場検出器の間に挟まれている。磁場ソースが線に沿って移動する場合において、磁場検出器の一つの信号が増加し、他の信号が減少し、その結果、これらの信号を比較することによって、磁場ソースの位置を決定することができ、可動物体の位置を計算することができる。
【００４０】
他の実施形態によれば、第３の位置に配置され、第３の位置における磁場ソースによって発生した磁場に対して、第３の磁場信号特性を検出するように適合された第３の磁場検出器を備え得る。この実施形態によれば、位置決定ユニットは、第１の磁場信号、第２の磁場信号、および第３の磁場信号に基づいて、磁場ソースの位置を決定するように適合され得る。更なる磁場検出器を設けることによって、可動物体の位置の計算が改良されることができ、特に、三角形測量法は、３つの信号から位置を引き出すために適用できる。したがって、部分的に冗長な情報が得られ、精度を増加させることができる。更に、特に非平面の場合において３つの磁場検出器を設けることによって、三次元の位置決定を行うことは可能である。
【００４１】
磁場ソースは、実質的に対称に配置され、かつ第１の磁場検出器、第２の磁場検出器、および第３の磁場検出器の重心に実質的に配置され得る。この構成によれば、重心から外れた磁場ソースのわずかな動作さえ、３つの磁場検出器によって検出可能である。なぜならば、磁場検出器の各々の振幅は相当に、かつ特徴的に増減され、磁場ソースの位置を再計算することができるからである。
【００４２】
特に、第１の磁場検出器、第２の磁場検出器、および第３の磁場検出器は、磁場ソースが位置付けられている平面に共通である平面に配置されることができる。例えば、第１の磁場検出器、第２の磁場検出器、および第３の磁場検出器は、三角形の隅、特に正三角形内の隅に配置され得る。この実施形態によれば、正三角形の重心から離れた磁場ソースの任意の動きも、高感度で検出できる。
【００４３】
位置センサ装置はさらに、第４の位置に配置され、第４の位置における磁場ソースによって発生した磁場に対して、第４の磁場信号特性を検出するように適合された第４の磁場検出器を備え得る。位置決定ユニットは、第１の磁場信号、第２の磁場信号、第３の磁場信号、および第４の磁場信号に基づいて、磁場ソースの位置を決定するように適合され得る。４つの磁場検出器を実装することは、検出スキームの更なる改良を可能にする。
【００４４】
特に、磁場ソースが、実質的に対称に配置され、かつ第１の磁場検出器、第２の磁場検出器、第３の磁場検出器、および第４の磁場検出器の重心に実質的に配置され得る。例えば、第１の磁場検出器、第２の磁場検出器、第３の磁場検出器および第４の磁場検出器は、共通面、すなわち同一平面上の方法にて配置できる。また、磁場ソースは、平衡状態にあるとき、この平面において位置決めできる。
【００４５】
例えば、特に長方形の隅、より詳細には、正方形の隅に、４つの磁場検出器が配置できる。これにより、磁場ソースの位置の正確な二次元または三次元測定が可能となる。
【００４６】
磁場検出器は、例えば、四面体、五面体、立方体の端上などの非平面の方法にて配置できる。例えば、四面体の重心において磁場ソースが位置付けされるとき（平衡状態で）、重心から離れた磁場ソースのいかなる運動も４つの磁場検出器によって検出できる。
【００４７】
磁場信号の差に基づいて、そして、磁場信号の振幅に基づいて、磁場ソースの位置を決定するように、位置決定ユニットは適合され得る。この実施形態によれば、例えば、三角形の重心に、平衡状態にて、磁場ソースを配置することは可能であり、磁場検出器は三角形の隅に配置される。信号、すなわち磁場検出器の信号間の差または比を比較することによって、三角形の平面の磁場ソースの位置は、推定できる。磁場ソースが三角形の平面の外側で作動するとき、磁場検出器の各々の信号振幅は減少し、三角形の平面と直角をなす方向において磁場ソースの位置を再計算することができる。この構想はまた、平面または非平面の方法にて配置される磁場検出器の他の構成にも適用可能である。
【００４８】
あるいは、磁場信号の差のみに基づいて、磁場ソースの位置を決定するように、位置決定ユニットは適合され得る。特に、磁場検出器またはセンサは三次元の方法にて配置され、絶対値を使用せずに、異なる磁場信号を比較のみすることによって、磁場ソースの現在の位置を計算することが可能である。
【００４９】
位置センサ装置はさらに、第１の磁場信号および第２の磁場信号の差に基づいて、可動物体の位置に特徴的な線形信号を生成するように適合されている信号線形化ユニットを備え得る。例えば、コンパレータによって、または、オペアンプによって、２つの信号の間の差を算出することができ、そして、この異なる信号を信号線形化ユニットに提供することによって、可動物体の位置に関する線形信号を算出することができる。
【００５０】
位置センサ装置はさらに、ドライバ信号に従って磁場を生成するために、磁場ソースにドライバ信号を提供するように適合され、かつ、ドライバ信号に従って、第１の磁場信号および第２の磁場信号を処理、特に、フィルタリングするように適合されている、ドライバユニットを備え得る。このドライバユニットを用いて、磁場ソースおよび磁場検出器の機能を同期化することができる。例えば、どの活性化信号方式が磁場ソースに適用されるかについて知り、この活性化方式は、明らかにかつ確実に信号を評価するために、磁場検出器の検出信号を処理する間、この活性化方式を用いることができる。
【００５１】
ドライバユニットはマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）でもよく、ドライバユニットを作動させる工程はソフトウェア構成要素によってプログラム可能である。本発明によるシステムは、コンピュータープログラム（すなわち、ソフトウェアによって）によって、あるいは、一つ以上の特別な電子最適化回路（すなわち、ハードウェアにおいて）を用いることによって、または、ハイブリッド形（ソフトウェア構成要素およびハードウェア構成要素によって）を用いることによって、実現されることができるかまたは制御されることができる。
【００５２】
位置センサ装置は、洗濯機、回動式乾燥機、自動車エンジン振動検出ユニット、自動車懸架装置位置検出ユニット、自動車調光装置および曲げ計測ユニットおよび／または圧力計測ユニットからなる群のうちの少なくとも１つにおいて実装され得る。これらの用途は単なる例示であり、本発明によるシステムの多くの他の用途が可能である。
【００５３】
以下に、洗濯機の例示的実施形態を記載する。しかしながら、これらの実施形態は、位置センサ装置、位置センサアレイ、可動物体の位置を決定する方法、および、本発明の他の独立項の局面に従ったセンサ配置に対しても有効である。
【００５４】
洗濯機は、位置センサ装置によって、制御ユニットへ提供される回動ドラムの位置に基づいて、洗濯機の作動を制御するように適合される制御ユニットをさらに備え得る。換言すれば、決定された位置情報は、洗濯機の機能を制御するかまたは調整するために用いることができる。例えば、洗濯物が洗濯機に満たされるとき、これは洗濯物に応じた引力のために洗濯機のドラムを下げることができ、これが、ドラムに取り付けられた磁場ソースと洗濯機の静止した支持体に取り付けられた磁場検出器との間の距離（逆もまた然り）を変えることができる。このように、位置検出および重量検出は組み合わされ得る。
【００５５】
更に、洗濯機のドラムが回転するとき、この回転の間のドラムの位置は連続的に測定および決定されることができ、洗濯機の機能の任意の問題（不必要な「ホッピング」など）も分析および除去することができる。
【００５６】
洗濯機は、回動ドラムの決定された位置に基づいて、回動ドラムによって受け取られる被洗浄物の積載量を決定するように適合される処理手段を含み得る。換言すれば、位置検出は、洗濯機の積載状態に関して情報を引き出すために分析され得る。
【００５７】
磁場検出器は複数の空間的に分離された磁場検出器ユニットを備え、磁場検出器ユニットの各々は、個々の磁場検出器ユニットの対応する位置において、磁場ソースによって発生した磁場に対して、磁場信号特性を検出するように適合され得る。複数の磁場検出器を設けることによって、磁場ソースの三次元の位置情報、および純粋な移動情報の代わりに回動の情報を得るかまたは計算することが可能である。
【００５８】
例えば、磁場検出器は、長方形の隅に配置される４つの磁場検出器ユニットを含むことができる。これらの４つの磁場検出器は、正方形の隅に配置されてもよい。磁場ソースのｘおよびｙおよびｚ座標に加えて、この配置における４つの磁場検出器はまた、傾斜特性も検出することができる。
【００５９】
磁場検出器は、共通面に配置される少なくとも４つ、特に９つの磁場検出器ユニットを備え得る。例えば、磁場検出器のこのようなマトリクス様の配置は、好ましくは、磁場ソースとしての永久磁性素子と組み合わせて実現され得る。
【００６０】
しかしながら、磁場検出器は、コイルと、ホール効果プローブと、巨大磁気共鳴磁場センサと、磁気共鳴磁場センサからなる群のうちの少なくとも一つを備え得る。しかしながら、磁場センサの他の構成もまた可能である。磁場ソースは電気信号をコイルに印加することによって活性化可能なコイルであってもよい。この信号は、連続電気信号でもよく、交流の電気信号またはパルス電気信号であってもよい。
【００６１】
しかしながら、磁場ソースが永久磁性素子であるとき、ケーブル接続を用いず、磁場ソースを実現することが可能であり、したがって、容易に設置できる単純な方法である。
【００６２】
以下に、磁場シンクを含む洗濯機の例示的実施形態を記載する。しかしながら、これらの実施形態は、上述の洗濯機、位置センサ装置、位置センサアレイ、可動物体の位置を決定する方法、および、本発明の他の独立項の局面に従ったセンサ配置に対しても有効である。
【００６３】
「磁場シンク」という用語は特に、磁場および／または磁場検出器の近傍に磁場シンクが存在するゆえ、特徴的な方法で磁場を吸収または弱め、あるいは修正することによって、現在の磁場（または、より一般的には現在の電磁場）を少なくとも部分的に除去する能力を有する任意の要素、測定、または機能を意味し得る。ＲＦＩＤタグの場合と同様に、この磁場シンク（それはＬＣ発振回路等でもよい）が磁場近傍にもたらされるとき、選択的に磁場を弱めるために磁場のエネルギーを吸収することができる。磁場強度のこの減少、または、より一般的には、磁場シンクの存在下で引き起こされる磁場特性のこの修正は、磁場検出器によって検出されることができ、または、磁場シンクに関して磁場検出器の位置情報を決定するための基礎として用いられることができ、その逆もまた然りである。
【００６４】
磁場シンクは、ＬＣ発振回路でもよい。この発振回路は、容量（ｃａｐａｃｉｔｙ）、誘電性（ｉｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）を含み得、オーム抵抗を含むこともできる。特に十分にＬＣ発振回路の共振振動数に近い特別な周波数間隔で、電磁場の寄与を吸収することによって、磁場検出器の環境に存在するＬＣ発振回路は、特性信号歪が生じ得る。例えば、このＬＣ発振回路は洗濯機の回転ドラムに取り付けられることができ、洗濯機の回転ドラムに取り付けられる磁場シンクが磁場検出器の近傍を通り過ぎるとき、磁場は磁場シンクの存在下で、選択的に修正されることができる。これは、回転ドラムの現在の位置を決定するための情報として使われることができる。
【００６５】
磁場ソースは、電気信号をコイルに印加することによって活性化可能なコイルでもよい。それゆえ、磁場ソースは、磁場シンクの存在下で、選択的に弱められ得る静的または時間依存の磁場を発生することができる。
【００６６】
コイルは、交流の電気信号をコイルに印加することによって活性化可能でもよい。特に、コイルによって発生する磁場または電磁場は、ＬＣ発振回路によって吸収されるように適合された周波数を有することができる。
【００６７】
しかしながら、磁場ソースおよび磁場発生器は、共通の素子として形成されることができる。換言すれば、磁場ソースは、例えば、磁場ソースを流れる電流によって、磁場を生成することができる。この磁場ソースがコイルとして実現される場合、このコイルが磁場発生器として用いられることもできる。換言すれば、このコイルによって検出される磁場が、検出信号として使われることができる。この構成によって、洗濯機、特に、少ない労力で洗濯機のセンサ部分を製造することができる。
【００６８】
磁場ソースは、各々、個々の磁場を発生するように適合されている複数の磁場ソースユニットを含むことができる。例えば、２つ以上の磁場発生コイルは、規定された空間依存を有する磁場を発生するために配置できる。
【００６９】
磁場検出器は、各々、個々の磁場信号を検出するように適合されている複数の磁場検出器ユニットを含むことができる。複数の磁場検出器を設けることによって、位置検出の精度は、更に改善され得る。
【００７０】
位置決定ユニットは、個々の磁場信号に基づいて回転ドラムの位置を決定するように適合され得る。従って、評価回路は、複数の磁場信号を共に処理することができるように適合されてもよい。これにより、算出位置の精度および信頼性を改善することができる。
【００７１】
以下に、センサ配置の例示的実施形態を記載する。しかしながら、これらの実施形態はまた、位置センサ装置、位置センサアレイ、可動物体の位置を決定する方法、および、本発明の他の独立項の局面に従ったセンサ配置に対しても有効である。
【００７２】
センサ配置は、基板上に配置された複数の位置センサ装置に印加された圧力荷重および／または曲げ荷重の空間的パターンを検出するように適合され得る。このように、空間依存の圧力および／またはベンディング力は、検出可能であり、空間的に分解可能である。
【００７３】
特に、センサ配置は、衝突実験センサ配置として適合され得る。
【００７４】
本発明にかかる上述の態様および他の態様、典型的な実施形態、特長および利点については、以下の記載および添付された請求項、構造図（同様の部分または要素は、同じ参照番号によって示される）から明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７５】
添付図、つまり、本発明の理解を更に助けるために含まれ、且つ明細書の一部を構成する添付図は、本発明の実施形態を示している。
【００７６】
本発明は、シャフトなどのセンサ素子を持つセンサに関し、該センサ素子が次の製造ステップに従って製造される。第１の電流パルスをセンサ素子に加えるとともに、この第１の電流パルスは、センサ素子の長手方向に沿った第１の方向に第１の電流が流れるように加えられる。そして、第１の電流パルスを加えることによって、センサ素子には、磁気的にエンコードされた領域が生成される。
【００７７】
さらに第２の電流パルスがセンサ要素に加えられることが開示される。第２の電流パルスは、第２の電流がセンサ素子の長手方向の軸に沿った方向に流れるように加えられる。
【００７８】
第１および第２の電流パルスの方向が反対となり得ることが開示される。第１および第２の電流パルスの各々が立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジを有する。望ましくは、立ち上がりエッジが立ち下がりエッジよりも急勾配である。
【００７９】
電流パルスを加えることによってセンサ素子に磁場構造が生じ、センサ素子の断面図において、第１の方向を持つ第１の環状磁気流と、そして第２の方向を持つ第２の磁気流が存在すると考えられる。第１の磁気流の半径は、第２の磁気流の半径より大きい。円形でない横断面を持つシャフトにおいては、磁気流は必ずしも円形でなく、基本的に各々のセンサ素子の横断面に対応し、そしてこれに適合する形状を有する。
【００８０】
センサ素子にトルクを加えない場合には、磁場がないか、または基本的に外部で検出できる磁場が存在しないと考えられる。トルクまたは力がセンサ素子にかかる時に、適切なコイルによって検出できるセンサ素子から発生する磁場が存在する。このことについて、以下に詳述する。
【００８１】
トルクセンサがセンサ素子のコア領域を取り巻く円周表面を持つ。第１の電流パルスは、センサ素子のコア領域の第１の方向に第１の電流が流れるように円周表面の第１の位置でセンサ素子に導入される。第１の電流パルスは、円周表面の第２の位置でセンサ素子から放出される。この第２の位置は、第１の方向において第１の位置から離れている。第２の電流パルスは、円周表面の第２の位置または第２の位置の近傍でセンサ素子に導入され、それによってセンサ素子のコア領域またはコア領域の近傍で第２の方向に第２の電流が流れる。第２の電流パルスは、円周表面の第１の位置または第１の位置の近傍でセンサ素子から放出される。
【００８２】
上述のように、センサ素子はシャフトでもよい。そのようなシャフトのコア領域については、該コア領域がシャフトの中心を取り囲むように、その長手方向に延びてシャフト内部に亘ってもよい。シャフトの円周表面はシャフトの外表面である。第１および第２の位置はそれぞれ、シャフトの外側の円周領域にある。それらの領域を構成する限定された数の接触部分があってもよい。望ましくは、実際の接触領域が、例えば、電極としての、真鍮リングでできた電極領域を設けることによって与えられる。また、導体のコアについては、絶縁なしのケーブルのような導体とシャフトとの間の良好な電気接触を与えるようにシャフトの周りでループ状にされてもよい。
【００８３】
第１の電流パルス、そして望ましくは第２の電流パルスは、センサ素子の一端面でセンサ素子に加えられない。第１の電流パルスは、４０から１４００アンペア、または６０から８００アンペア、または７５から６００アンペア、または８０から５００アンペアの間に最大値を持つことができる。電流パルスは、適切なエンコーディングがセンサ素子になされるように最大値を持ってもよい。但し、各種の使用材料およびセンサ素子の各種形状およびセンサ素子の様々な大きさのために、電流パルスの最大値はこれらのパラメータに従って調節される。第２の電流パルスは、同様の最大値を持ってもよいし、または第１の最大値より約１０、２０、３０、４０、または５０％だけ小さい最大値を持ってもよい。しかしながら、第２の電流パルスはまた、第１の最大値より約１０、２０、４０、５０、６０、または８０％高くされた、高めの最大値を持ってもよい。
【００８４】
これらのパルスの持続時間は同じであってもよい。しかしながら、第１のパルスが第２のパルスより充分に長い持続時間を持つことは可能である。あるいは、第２のパルスが第１のパルスより長い持続時間を持つこともまた可能である。
【００８５】
第１および／または第２の電流パルスは、パルスの開始から最大値までの第１の持続時間を持ち、そして最大値から基本的にパルスの終了までの第２の持続時間を持つ。第１の持続時間は、第２の持続時間より十分に長くてもよい。例えば、第１の持続時間は３００ｍｓより短くてもよく、第２の持続時間は３００ｍｓより長くてもよい。しかしながら、第１の持続時間が２００ｍｓより短く、一方、第２の持続時間が４００ｍｓより長いこともまた可能である。また、第１の持続時間が２０ｍｓから１５０ｍｓの間にあってもよく、その場合、第２の持続時間は１８０ｍｓから７００ｍｓの間にあってもよい。
【００８６】
上述のように、複数の第１の電流パルスのみでなく複数の第２の電流パルスを加えることも可能である。センサ素子は鋼鉄で作ってもよく、その鋼鉄がニッケルを含んでもよい。一次側センサ、つまりセンサ素子に使用するセンサ材料は、ＤＩＮ１．２７２１、または１．４３１３、または１．４５４２、または１．２７８７、または１．４０３４、または１．４０２１、または１．５７５２、または１．６９２８に記載の、５０ＮｉＣｒ１３、またはＸ４ＣｒＮｉ１３−４、またはＸ５ＣｒＮｉＣｕＮｂ１６−４、またはＸ２０ＣｒＮｉ１７−４、またはＸ４６Ｃｒ１３、またはＸ２０Ｃｒ１３、または１４ＮｉＣｒ１４、またはＳ１５５であってもよい。
【００８７】
第１の電流パルスは、少なくとも第１の電極および第２の電極を持つ電極システムによって加えられる。第１の電極は第１の位置かまたは第１の位置の近傍に配置され、そして第２の電極は第２の位置かまたは第２の位置の近傍に配置される。
【００８８】
第１および第２の電極の各々が複数の電極ピンを有する。第１および第２の電極の各々における複数の電極ピンは、センサ素子の周りで円周上に配置され、それによってセンサ素子が第１および第２の位置でシャフトの外部円周表面にある複数の接触点で第１および第２の電極の電極ピンによって接触される。
【００８９】
上述のように、電極ピンの代わりに、層状または２次元電極表面を用いてもよい。望ましくは、電極表面は、電極とシャフト材料との間の良好な接触を保証するように、シャフトの表面に適用される。
【００９０】
少なくとも第１の電流パルスの１つおよび少なくとも第２の電流パルスの１つをセンサ素子に加えてもよく、それによってセンサ素子が磁気的にエンコードされた領域を持ち、センサ素子の表面に対して基本的に垂直な方向において、センサ素子の磁気的にエンコードされた領域は、第１の磁気流が第１の方向、および第２の磁気流が第２の方向とされるように磁場構造を持つことになる。第１の方向が第２の方向と反対であってもよい。
【００９１】
センサ素子の断面において、第１の方向および第１の半径を持つ第１の円形磁気流と、第２の方向および第２の半径を持つ第２の円形磁気流とが存在してもよい。第１の半径は第２の半径より大きくてもよい。
【００９２】
さらに、センサ素子は、第１の位置の近くに第１のピン止めゾーンを持ち、第２の位置の近くに第２のピン止めゾーンを持つ。
【００９３】
ピン止めゾーンは、以下の製造方法に従って形成できる。この方法によると、第１の位置または第１の位置の近傍に第１のピン止めゾーンを形成するためには、第２の方向に第３の電流が流れるように、第３の電流パルスをセンサ素子の円周表面に加える。この第３の電流は、第２の方向において第１の位置から離れた第３の位置でセンサ素子から放出される。
【００９４】
第２のピン止めゾーンを形成するために、第２の位置または第２の位置の近傍で、第１の方向に第４の電流が流れるように第４の電流パルスがセンサ素子に対してその円周表面で加えられる。この第４の電流は、第１の方向において第２の位置から離れた第４の位置で放出される。
【００９５】
トルクセンサは、磁気的にエンコードされた領域を持つ第１のセンサ素子を含んで提供され、この第１のセンサ素子は１つの表面を持つ。第１のセンサ素子の表面に対して基本的に垂直な方向において、第１のセンサ素子の磁気的にエンコードされた領域は、第１の方向に第１の磁気流が存在し、且つ第２の方向に第２の磁気流が存在するように磁場構造を持つ。第１および第２の方向は互いに反対方向とされる。
【００９６】
トルクセンサはさらに、１つ以上の磁場検出器を用いた第２のセンサ素子を含んでもよい。第２のセンサ素子が磁気的にエンコードされた領域における変化を検出するように構成される。より正確には、第２のセンサ素子は、第１のセンサ素子の磁気的にエンコードされた領域から出る磁場の変動を検出するように構成される。
【００９７】
磁気的にエンコードされた領域は、第１のセンサ素子の部分に沿って長手方向に延びるが、第１のセンサ素子の一端面から第１のセンサ素子の他端面にまで延びてはいない。換言すると、磁気的にエンコードされた領域は、第１のセンサ素子の全てに沿って延びるものではなく、その一部分に沿ってのみ延びている。
【００９８】
第１のセンサ素子は、第１のセンサ素子の材料における変化を持ち、これは、磁気的にエンコードされた領域を変えるために、または磁気的にエンコードされた領域を生成するために、第１のセンサ素子に加えられる、少なくとも１つの電流パルスまたはサージ電流によって引き起こされる。そのような材料の変化は、例えば、電流パルスを加える電極システムと各センサ素子の表面との間の異なる接触抵抗によって引き起こされる場合がある。また、そのような変化は、例えば、焦げ跡、色の違い、または焼きなまし痕などである。
【００９９】
上記の変化はセンサ素子の外表面にあり、第１のセンサ素子の端面にはないが、それは、電流パルスがセンサ素子の外表面に印加され、その端面には印加されないからである。
【０１００】
磁気センサのためのシャフトは、その横断面において反対方向に走る少なくとも２つの円形磁気ループを有して提供され得る。そのようなシャフトは、上述の製造方法に従って製造されると考えられる。
【０１０１】
さらに、シャフトは、同心円状に配置された少なくとも２つの円形磁気ループを持つように提供される。
【０１０２】
トルクセンサのためのシャフトは、以下の製造ステップに従って製造されて提供され、先ず、第１の電流パルスがシャフトに印加される。この第１の電流パルスは、シャフトの長手方向の軸に沿った第１の方向に第１の電流が流れるようにシャフトに印加される。第１の電流パルスは、電流パルスを加えることにより、シャフト内に磁気的にエンコードされた領域が生成されるように加えられる。これは、上述の電極システムを使用することによって、そして上述の電流パルスを加えることで行われる。
【０１０３】
電極システムは、トルクセンサのためのセンサ素子に電流サージを加えるために提供されてもよく、電極システムは少なくとも第１の電極および第２の電極を持ち、第１の電極はセンサ素子の外表面の第１の位置に設置される。第２の電極はセンサ素子の外表面の第２の位置に設置される。第１および第２の電極は、第１および第２の位置において少なくとも１つの電流パルスを印加し、そして放出するように構成され、それにより、センサ素子のコア領域内に電流が流れる。少なくとも１つの電流パルスによって、磁気的にエンコードされた領域がセンサ素子の一部分に作られる。
【０１０４】
電極システムは、各々が複数の電極ピンを含む少なくとも２つのグループの電極を含み得る。各電極の電極ピンは、１つの円上に配置され、センサ素子は、該センサ素子の外表面における複数の接触点で該電極の電極ピンと接触する。
【０１０５】
センサ素子の外表面はセンサ素子の端面を含まない。
【０１０６】
図１は、本発明によるトルクセンサの１つの実施形態を示す。トルクセンサは、長方形の横断面を持つ第１のセンサ素子、つまりシャフト２を含む。第１のセンサ素子２は、参照記号Ｘで示す方向に沿って実質的に延びている。第１のセンサ素子２の中央部には、エンコードされた領域４が存在する。第１の位置は参照番号１０で示され、エンコードされた領域の一端部を示し、そして第２の位置は参照番号１２で示され、エンコード領域、つまり磁気的にエンコードすべき領域４の他端部を示す。矢印１４および１６は、電流パルスを加えることを示している。図１に示すように、第１の電流パルスは第１の位置１０の隣または近くの外部領域で第１のセンサ素子２に加えられる。望ましくは、後で詳述するように、第１の位置に近く、そして望ましくは第１の位置１０に沿って第１のセンサ素子２の外部表面を囲む複数の点または領域で、電流が第１のセンサ素子２に導入される。矢印１６で示すように、電流パルスは、例えばエンコードされるべき領域４の端部に沿った複数の場所で第２の位置１２の近くまたは隣、またはその場で第１のセンサ素子２から放出される。既述のように、複数の電流パルスを、位置１０から位置１２へ、または位置１２から位置１０へと交互に変わる方向をもって順次に加えてもよい。
【０１０７】
参照番号６は、第２のセンサ素子を示しており、これは、好ましくは、制御回路８に接続されたコイルである。この制御回路８は、第２のセンサ素子６によって出力された信号をさらに処理するように構成され、出力信号は、第１のセンサ素子２に加えられるトルクに対応して制御回路から出力される。制御回路８はアナログまたはデジタル回路でもよい。第２のセンサ素子６は、第１のセンサ素子２のエンコードされた領域４から出る磁場を検出するように構成される。
【０１０８】
既述のように、第１のセンサ素子２に加えられる応力または力が存在しないならば、第２のセンサ素子６によって検出される磁場は基本的に存在しない。しかしながら、応力または力が第１のセンサ素子２に加えられる場合、エンコードされた領域から出る磁場に変化があり、ほとんど磁場が存在しない状態からの磁場の増加が第２のセンサ素子６によって検出されるようになる。
【０１０９】
本発明の他の例示的な実施形態によると、たとえ第１のセンサ素子に加えられる応力が存在しない場合でも、第１のセンサ素子２のエンコードされた領域４の外部または近傍で検出可能な磁場が存在し得ることに注意を要する。しかしながら、第１のセンサ素子２に加えられる応力が、エンコードされた領域４から出る磁場の変化を引き起こすことに注意すべきである。
【０１１０】
次に、図２ａ、図２ｂ、図３ａ、図３ｂ、および図４を参照して、本発明の１つの例示的な実施形態によるトルクセンサの製造方法を記述する。特に、その方法は第１のセンサ素子２の磁気的にエンコードされた領域４の磁化に関する。
【０１１１】
図２ａから分るように、電流Ｉが磁気的にエンコードされる領域４の一端部に加えられる。既述したこの端部は参照番号１０で示され、そして第１のセンサ素子２の外表面の円周部であってもよい。電流Ｉは、磁気的にエンコードされた領域（つまり、磁気的にエンコードされるべき領域）の別の端部で第１のセンサ素子２から放出され、その端部は参照番号１２によって示され、これは第２の位置と呼ばれる。電流は、第１のセンサ素子からその外表面で、好ましくは、位置１２の近くかまたは近傍の領域において円周方向に第１のセンサ素子から取り出される。位置１０および１２の間の破線で示すように、位置１０にて、または位置１０に沿って第１のセンサ素子に導入された電流Ｉは、コア領域を通してまたはコア領域に平行して位置１２に流れる。換言すると、電流Ｉは第１のセンサ素子２内のエンコードされるべき領域４を通って流れる。
【０１１２】
図２ｂは、ＡＡ’に沿った断面図を示す。図２ｂの概略的表現として、電流は×印で図２ｂの平面内に示される。ここで、電流は、第１のセンサ素子２の横断面の中心部に示される。上述のまたは以下に記述される形状を持ち、そして上述のまたは以下に記述される最大値を持つ電流パルスの導入によって、断面図における１つの方向、ここでは時計回り方向に磁気流方向を持つ磁気流構造２０が生じる。図２ｂに示す磁気流構造２０は、基本的に円形で描かれている。しかしながら、磁気流構造２０は、第１のセンサ素子２の実際の断面に適合し、例えば、より楕円的であってもよい。
【０１１３】
図３ａおよび図３ｂは、本発明の１つの例示的な実施形態による方法のステップを示し、これは図２ａおよび図２ｂに示したステップの後に適用できる。図３ａは、第２の電流パルスを加える本発明の１つの例示的な実施形態に従った第１のセンサ素子を示し、そして図３ｂは、第１のセンサ素子２のＢＢ’に沿った断面図を示す。
【０１１４】
図３ａから分るように、図２ａに比較して、図３ａにおいて矢印１６で示された電流Ｉは、位置１２またはその近傍でセンサ素子２に導入され、そして位置１０またはその近傍でセンサ素子２から放出され、つまり取り出される。換言すると、電流は図３ａにおいて、図２ａで導入された場所で放出され、その逆もまた成立する。従って、図３ａにおける第１のセンサ素子２への電流Ｉの導入および放出によって、図２ａにおける各電流とは反対に、磁気的にエンコードされるべき領域４を通る電流が生じる。
【０１１５】
電流は、図３ｂにおいてセンサ素子２のコア領域に示されている。図２ｂと図３ｂとの比較から分るように、磁気流構造２２は、図２ｂにおける磁気流構造２０とは反対の方向をもつ。
【０１１６】
以前に示したように、図２ａ、図２ｂ、図３ａ、および図３ｂに描かれたステップを、個別に適用し、または互いに継続的に適用してもよい。最初に図２ａおよび図２ｂに描かれたステップが行われ、次に図３ａおよび図３ｂに描かれたステップが行われる時、図４に描かれたエンコードされた領域４を通して断面図に描かれた磁気流構造が作られる。図４から分るように、２つの磁気流構造２０および２２はともに、エンコード領域内にエンコードされる。従って、第１のセンサ素子２の表面に対して基本的に垂直な方向において、センサ素子２のコアに向かう方向に、第１の磁気流が第１の方向を持ち、そしてその下層で第２の磁気流が第２の方向を持つことになる。図４に示すように、磁気流の方向は互いに反対とされる。
【０１１７】
従って、第１のトルクセンサ素子２にトルクが加わらない場合には、２つの磁気流構造２０および２２が相殺し、エンコードされた領域の外部では基本的に磁場が存在しない。しかしながら、応力または力が第１のセンサ素子２に加わる場合に、磁気流構造２０および２２は相殺を止め、エンコードされた領域の外部に磁場が生じ、これが第２のセンサ素子６によって検出される。このことについて、以下に詳述する。
【０１１８】
図５は、本発明の１つの例示的な実施形態による第１のセンサ素子２の別の典型例を示すが、これは、本発明の１つの例示的な実施形態に従った製造方法によって製造される１つの例示的な実施形態によるトルクセンサに使用してもよい。図５から分るように、第１のセンサ素子２は、望ましくは図２ａ、図２ｂ、図３ａ、図３ｂ、および図４に描かれたステップおよび配置に従って好適にエンコードされるエンコ−ド領域４を持つ。
【０１１９】
位置１０および１２の近傍に、ピン止めゾーン４２および４４を配置する。これらのゾーン４２および４４は、エンコ−ド領域４の不安定性を回避するために設けられる。換言すれば、ピン止めゾーン４２および４４によって、エンコ−ド領域４の開始位置と終了位置が、より明確になる。
【０１２０】
要するに、第１のピン止めゾーン４２は、例えば、図２ａを参照して記述されたのと同じ方法で、第１の位置１０の近くまたは近傍で電流３８を第１のセンサ素子２に導入することによって形成される。しかしながら、電流Ｉは、位置１０の近く、つまり、そこでエンコードされる領域の端部から離れた第１の位置３０において第１のセンサ素子２から放出される。この追加の場所は参照番号３０によって示される。この追加の電流パルスＩの導入は、矢印３８で示され、そしてその放出については矢印４０で示す。電流パルスは、上述したのと同じ形状で最大値を有するものとされる。
【０１２１】
第２のピン止めゾーン４４を形成するために、電流は、位置１２の近く、つまりその近傍でエンコードされる領域４の端部から離れた位置３２で第１のセンサ素子２に導入される。それから、電流は、位置１２またはその近くで第１のセンサ素子２から放出される。電流パルスＩの導入については、矢印３４および３６で示す。
【０１２２】
ピン止めゾーン４２および４４について好ましくは、これらのピン止めゾーン４２および４４の磁気流構造が、近接したエンコード領域４において、それぞれに近接する磁気流構造とは反対の方向とされる。図５から分るように、ピン止めゾーンについては、エンコードされた領域４のコーディングまたは完全なコーディングの後で、第１のセンサ素子２にコード化される。
【０１２３】
図６は、本発明の別の例示的な実施形態を示すが、そこではエンコード領域４が存在しない。換言すれば、本発明の１つの例示的な実施形態によると、ピン止めゾーンについては、磁気的にエンコードされる領域４を実際にコーディングする前に、第１のセンサ素子２にコード化される。
【０１２４】
図７は、本発明の１つの例示的な実施形態によるトルクセンサのための第１のセンサ素子２を製造する方法についての、単純化したフローチャートを示す。
【０１２５】
ステップＳ１での開始後、方法はステップＳ２に続き、図２ａおよび図２ｂを参照して記述したように、第１のパルスが加えられる。それから、ステップＳ２の後に、方法はステップＳ３に続き、図３ａおよび図３ｂを参照して記述したように、第２のパルスが加えられる。
【０１２６】
それから、方法はステップＳ４に続き、ピン止めゾーンが第１のセンサ素子２にコードされるべきか否かが決定される。ステップＳ４においてピン止めゾーンがないと決定される場合に、方法はステップＳ７に続き、そこで終了する。
【０１２７】
ステップＳ４においてピン止めゾーンが第１のセンサ素子２にコードされると決定された場合に、方法はステップＳ５へと続き、第３のパルスが矢印３８および４０で示されている方向でピン止めゾーン４２に加えられ、そして矢印３４および３６で示されている方向でピン止めゾーン４４に加えられる。それから、方法はステップＳ６へと続き、第４のパルスがそれぞれのピン止めゾーン４２および４４に加えられる。ピン止めゾーン４２に対して、第４のパルスは、矢印３８および４０で示した方向と反対の方向で加えられる。また、ピン止めゾーン４４に対して、第４のパルスが、矢印３４および３６と反対の方向を持つピン止めゾーンに加えられる。それから、方法はステップＳ７に続き、そこで終了する。
【０１２８】
換言すると、望ましくは２つのパルスが磁気的にエンコードされる領域４をエンコード化するために加えられる。これらの電流パルスは、例えば反対の方向を持つ。更に、それぞれ対応する方向を持つ２つのパルスは、ピン止めゾーン４２に加えられ、そしてピン止めゾーン４４に加えられる。
【０１２９】
図８は、磁気的にエンコードされる領域４およびピン止めゾーンに加えられるパルスの電流対時間図形を示す。図８のｙ軸の正方向が、ｘ方向への電流を示し、そして図８のｙ軸の負方向が、ｙ方向への電流を示している。
【０１３０】
図８から分かるように、磁気的にエンコードされる領域４のコーディングのために、最初にｘ方向への電流パルスを加える。図８から分かるように、パルスの立ち上がりエッジが非常に鋭いのに対して、その立ち下りエッジは、立ち上がりエッジの傾向に比較して比較的長い傾向を持つ。図８に示すように、パルスは約７５アンペアの最大値を持ってもよい。他の応用では、パルスは図８に示すほど鋭くなくてもよい。しかしながら、立ち上がりエッジは、立ち下がりエッジよりも更に急傾斜であるか、または短い持続時間を持つべきである。
【０１３１】
それから、第２のパルスは反対の方向をもって、エンコード領域４に加えられる。該パルスは、第１のパルスと同じ形状を持ってもよい。しかしながら、第２のパルスの最大値はまた、第１のパルスの最大値と異なってもよい。パルスの周辺の形状は異なっていてもよい。
【０１３２】
それから、ピン止めゾーンのコーディングのために、第一および第２のパルスに類似したパルスが、図５および図６に関連して記述されたように、ピン止めゾーンに加えられる。そのようなパルスが、ピン止めゾーンに同時に加えられてもよいし、また、各々のピン止めゾーンに連続して加えられてもよい。図８に描かれているように、パルスは第１および第２のパルスと基本的に同じ形状を持ってもよい。但し、その最大値はもっと小さくてもよい。
【０１３３】
図９は、本発明の１つの例示的な実施形態によるトルクセンサの第１のセンサ素子について別の例示的な実施形態を示しており、磁気的にエンコードされる領域４をコード化するために、電流パルスを加える電極配置を示す。図９から分るように、絶縁されていない導線は第１のセンサ素子２の周りにループ状にされてもよく、その場合、この第１のセンサ素子２は、図９から分るように円形の横断面を持つ円形シャフトとされる。導線が第１のセンサ素子２の外表面に密着することを保証するためには、導線を矢印６４で示すようにクランプしてもよい。
【０１３４】
図１０ａは、本発明の１つの例示的な実施形態による第１のセンサ素子の別の例示的な実施形態を示す。更に、図１０ａは、本発明の１つの例示的な実施形態による電極システムの別の例示的な実施形態を示す。図１０ａに示す電極システム８０および８２は、第１のセンサ素子２に接触し、該素子は、２つの接触点を持つ三角形の横断面を有している。これらの接触点は、領域４、即ち、磁気的なエンコード領域としてエンコードされるべき領域の各側面において、三角形状の第１のセンサ素子の各面に付設される。よって、全体として、領域４の側面には６つの接触点がある。個々の接触点は互いに接続されてから１つの個々の接触点に接続される。
【０１３５】
電極システムと第１のセンサ素子２との間の接触点が限定された数のみであって、そして印加する電流パルスが非常に高い場合には、電極システムの接触点と第１のセンサ素子２の材料との間の異なる接触抵抗によって、電極システムの接触点で第１のセンサ素子２に焦げ跡をもたらす場合がある。これらの焦げ跡９０は、変色であったり、溶接斑点であったり、焼きなまし箇所であったり、または単なる焦げ跡である。本発明の１つの例示的な実施形態では、接触点の数を増やすか、またはそのような焦げ跡９０を回避するような接触表面が設けられる。
【０１３６】
図１１は、本発明の１つの例示的な実施形態による円形横断面を持つシャフトである第１のセンサ素子２の別の例示的な実施形態を示す。図１１から分るように、磁気的にエンコードされる領域４は、第１のセンサ素子２の一端寄りの領域にある。本発明の１つの例示的な実施形態によると、磁気的にエンコードされる領域４は、第１のセンサ素子２の全長に及んではいない。図１１から分るように、それはその一端に設置してもよい。但し、本発明の１つの例示的な実施形態によると、電流パルスは第１のセンサ素子２の外部円周表面から加えられるが、第１のセンサ素子２の端面１００から印加されないことに注意を要する。
【０１３７】
次に、所謂ＰＣＭＥ（「Ｐｕｌｓｅ−Ｃｕｒｒｅｎｔ−Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ−Ｅｎｃｏｄｉｎｇ」パルス電流変調エンコーディング）感知技術について詳述する。それは、本発明の１つの好ましい実施形態によると、本発明によって部分的に消磁される、磁化可能な物体を磁化するために提供できる。そして、ＰＣＭＥ技術は、部分的にトルク検出との関連で記述される。しかしながら、この概念は位置検出との関連でも同様に提供される。
【０１３８】
この記述では、多数の頭字語が使用されるが、そうでないと多くの説明および記述が読みにくくなるからである。「ＡＳＩＣ」、「ＩＣ」、および「ＰＣＢ」の頭字語が既にマーケット標準の定義である一方で、特に磁気歪に基づいたＮＣＴ感知技術に関係する多くの用語がある。この記述で、ＮＣＴ技術、またはＰＣＭＥへの言及がある場合に、それは本発明の例示的な実施形態に参照されることに注意を要する。
【０１３９】
表１は、ＰＣＭＥ技術の以下の記述において使用する略語のリストを示す。
【０１４０】
【表１】

【０１４１】
磁気の法則に基づく機械的応力の感知技術によって、強磁性材料が使用される場合に応用できる広範囲の「物理パラメータセンサ」（力感知、トルク感知、および材料診断解析など）を設計して、生産することができる。「磁気の法則に基づいた」センサを構築するために用いる最も一般的な技術は、誘導微分変位測定（捩じれシャフトを必要とする）、材料透磁率の変化の測定、そして磁気歪効果の測定である。
【０１４２】
過去２０年以上、多数の様々な会社が、磁気的原理に基づくトルクセンサをどのように設計し、そしてどのように生産するかに関して彼等自身の、そして非常に特殊な解決方法を開発してきた（即ち、ＡＢＢ、ＦＡＳＴ、Ｆｒａｕｅｎｈｏｆｅｒ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ、ＦＴ、Ｋｕｂｏｔａ、ＭＤＩ、ＮＣＴＥ、ＲＭ、Ｓｉｅｍｅｎｓ、その他）。これらの技術は、それぞれに開発段階にあり、そして「どのように働くか」、達成できる性能、システムの信頼性、そして製造およびシステム価格において異なっている。
【０１４３】
これらの技術のあるものは、トルクが測定されるべきシャフトに対して、機械的な変化が加えるか（シェブロン）、または機械的な捩じれ効果（トルクで捩じれる長いシャフトを必要とする）に依存するか、または何かがシャフト自身に付着すること（シャフト表面へのある特性を持つリングの圧入）、または、特殊な物質でシャフト表面をコーティングすることを要求する。これまで誰も、厳しい性能許容値を達成して、（殆ど）どのシャフトサイズにも応用でき、そして既存の技術特許に基づいての大量生産工程を達成し得なかった。
【０１４４】
次に、磁気歪原理に基づく非接触トルク（ＮＣＴ）感知技術について記述する。これは以前に利用不可能であった非常に膨大な新しい特長および改良された性能をユーザーに提供する。この技術は、充分に統合された（小さい空間で）、実時間（高い信号バンド幅）でのトルク測定を可能にし、それは信頼性があり、そして望まれる量が如何なる量であっても、手ごろな値段で生産できる。この技術は、ＰＣＭＥ（Ｐｕｌｓｅ−Ｃｕｒｒｅｎｔ−Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｅｎｃｏｄｉｎｇ、パルス電流変調エンコーディング）、または磁気歪横方向トルクセンサと呼ばれる。
【０１４５】
ＰＣＭＥ技術は、シャフトに機械的変化を与えずに、またはシャフトに何も付着しないでシャフトに応用できる。最も重要なことは、ＰＣＭＥ技術が、任意のシャフト直径に応用でき（殆ど全ての他の技術はこの点で限界を持つ）、そしてエンコーディング工程の間、シャフトを回転させまたはスピンさせる必要がなく（非常に簡単で低価格な製造工程）、これによって、この技術は大量生産の用途で大いに応用可能である。
【０１４６】
次に、磁場構造（センサ原理）について記述する。
【０１４７】
センサの寿命は、「閉ループ」磁場設計に依存する。ＰＣＭＥ技術は、互いの上に蓄えられ、反対方向に走っている２つの磁場構造に基づく。トルク応力または運動応力がシャフト（別名センサホスト、またはＳＨ）に加わらない時、ＳＨは磁気的に中性に振舞う（ＳＨの外部で磁場は全く検出されない）。
【０１４８】
図１２は、２つの磁場がシャフト内に生じ、閉じた円内を走っていることを示す。外側の磁場は１つの方向に走るとともに、その一方で内側の磁場はその反対方向に走る。
【０１４９】
図１３は、ＰＣＭＥ感知技術が、互いに接近してできる２つの逆方向円形磁場ループを使用することを図示している（ピギーバック（Ｐｉｃｋｙ−Ｂａｃｋ）モード）。
【０１５０】
機械的応力（往復運動またはトルクのような）が、ＰＣＭＥで磁化されたＳＨ（センサホストまたはシャフト）の両端に加えられる場合に、両方の磁気構造の磁束線（つまり、ループ）は、加えられたトルクに比例して傾く。
【０１５１】
図１４に示すように、機械的応力がＳＨに加わらない時、磁束線はその最初の経路内で走る。機械的応力が加えられると、磁束線は加えられた応力（直線運動またはトルクのような）に比例して傾く。
【０１５２】
加えられたトルクの方向に依存して（ＳＨに関して、時計回りまたは反時計回り）、磁束線は、右に傾くかまたは左に傾く。磁束線が磁気的にエンコードされた領域の境界に到達すると、上層からの磁束線が下層からの磁束線と繋がり、その逆もまた同様である。そして、これは、完全に制御されたトロイダル形状を形成する。
【０１５３】
そのような磁気構造の利点は、以下の通りである。機械的応力がＳＨに加えられる場合の、減少した（殆ど排除された）寄生磁場構造（これは、良好なＲＳＵ性能をもたらす）。より高いセンサ出力信号勾配。これは、機械的な応力に関係する信号を発生するときに、互いに補足し合う２つの「アクティブな」層があることによる。説明：単層センサ設計を用いる場合、エンコーディング領域境界に存在する「傾いた」磁束線は、１つの境界側から他の側へ「帰り道」を作らなければならない。この労力は、どれだけの信号が二次側センサユニットを持つＳＨの外部で感知され、そして測定されるために使用できるかに影響する。ＰＣＭＥ技術が応用される場合、ＳＨ（シャフト）の大きさには殆ど制限がない。２層磁場構造は、如何なる中空ではない、または中空のシャフトの大きさにも応用できる。物理的な大きさおよびセンサ性能を非常に広範にプログラム化でき、従って目標の応用に合わせられる。このセンサ設計によって、シャフトに加えられる直線方向の力（負荷セルとして応用可能）を含む、全ての３次元軸から生じる機械的応力の測定が可能となる。説明：初期の磁気歪センサ設計（例えば、ＦＡＳＴテクノロジーのもの）は、２次元軸のみに感度をもつように制限されており、直線上の力を測定できなかった。
【０１５４】
図１５を参照すると、トルクがＳＨに加わる時、２つの逆方向の円形磁気ループの磁束線はセンサ領域の境界で互いに接続している。
【０１５５】
機械的トルク応力がＳＨに加わる時、磁場はもはや円の中で回らず、加えられたトルク応力に比例して幾分傾く。これは１つの層の磁場線を他の層の磁場線に接続させ、そしてこれによってトロイダル形状を形成する。
【０１５６】
図１６を参照すると、これは、高レベルのトルクがＳＨに加わる場合、如何にして磁束線が角度を持ったトロイダル構造を形成するかについて、強調して示している。
【０１５７】
次に、ＰＣＭエンコーディング（ＰＣＭＥ）工程の特長および利点について記述する。
【０１５８】
本発明によるＮＣＴＥからの磁気歪ＮＣＴ感知技術は、以下に示す高性能感知特性を提供する。センサホストには、如何なる機械的な変化も要求されない（既存のシャフトをそのままで使用できる）。センサホストに何も付着する必要がない（従って、シャフトの寿命の間、何も外れ落ちることがなく、変化することがない。即ち、高いＭＴＢＦである。）。測定中、ＳＨは、あらゆる所望の速度で回転でき、往復運動ができ、または動くことができる（ｒｐｍに制限なし）。非常に良好なＲＳＵ（Ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ回転信号一様性）性能。卓越した測定の線形性（ＦＳの０．０１％まで）。高い測定繰り返し性。非常に高い信号分解能（１４ビットよりよい）。非常に高い信号帯域（１０ｋＨｚよりよい）。
【０１５９】
選択された磁気歪感知技術のタイプおよび選択された物理的なセンサ設計に応じて、機械的パワー伝達シャフト（別名「センサホスト」またはこれを短くした「ＳＨ」）は、それに如何なる機械的な変更をも加えることなく、また、シャフトに何ものをも付着せずに「そのままで」使用できる。これは、「真の」非接触トルク測定原理と呼ばれ、これによって、シャフトが自由に、任意の所望の速度をもって両方向において回転できる。
【０１６０】
本発明の１つの例示的な実施形態によってここで記述されるＰＣＭエンコーディング（ＰＣＭＥ）製造工程は、如何なる他の磁気歪技術も提供できない追加的な特長を提供する（本技術のユニーク性）。他の選択肢の磁気歪エンコーディング工程（ＦＡＳＴの「ＲＳ」工程のような）と比較して３倍より大きい信号強度。容易で、簡単なシャフト装填工程（高い製造処理量）。磁気エンコーディング工程中に動く構成部品がないこと（複雑でない製造装置、即ち高いＭＴＢＦおよび低価格）。１パーセント以下の目標精度を達成するために、ＮＣＴセンサの「微調整」を可能にする工程。同一の工程サイクルにおいて、シャフトの「前処理」および「後処理」を可能にする製造工程（高い製造処理量）。感知技術および製造工程はレシオメトリックであり、したがって全てのシャフト径やチューブ直径に応用可能である。ＰＣＭエンコーディング工程は、ＳＨが既に組み立てられている間に応用できる（接近可能性に依存する）（保守し易さ）。軸シャフトの運動に敏感でない最終センサ（実際に許容される軸シャフトの運動は磁気的にエンコードされた領域の物理的な「長さ」に依存する）。磁気的にエンコードされたＳＨは、中性のままであり、力（トルクのような）がＳＨに加えられないときには、ほとんど無磁場である。全ての３次元軸において機械力に敏感である。
【０１６１】
次に、ＳＨにおける磁束分布について記述する。
【０１６２】
ＰＣＭＥ処理技術は、強磁性材料の望ましい、永久的な磁気エンコーディングを達成するために、ＳＨ（センサホストまたはシャフト）を通して流れる電流を使用することに基づいている。望ましいセンサ性能および特性を得るためには、非常に特殊で良く制御された電流が必要である。ＤＣ電流を使用した初期の実験は、どのようにして少量のＤＣ電流と大量のＤＣ電流が導体を流れるかについての理解に欠けていたために失敗した（この場合、「導体」は機械的パワーの伝達シャフトであり、別名センサホストまたは短くして「ＳＨ」と呼ばれる）。
【０１６３】
図１７に、導体内の仮定された電流密度を示す。
【０１６４】
導体内の電流密度は、電流（ＤＣ）が導体を流れる時、導体の全横断面に亘って一様に分布すると一般に仮定される。
【０１６５】
図１８に、導体内で電流経路を束ねる磁場を形成する小さな電流を示す。
【０１６６】
少量の電流（ＤＣ）が導体を流れる時、電流密度は導体の中心で最高であるというのが我々の経験である。このことに対する２つの主な原因は、導体を流れる電流が、導体の中心で電流路を一緒に束ねている磁場を発生させること、そしてインピーダンスが導体の中心で最低であることによる。
【０１６７】
図１９に、導体内の小さい電流の１つの典型的な流れを図示する。
【０１６８】
しかしながら、実際には電流は１つの接続極から他へと、「直」線で流れなくてもよい（天空の電気稲妻の形状のように）。
【０１６９】
あるレベルの電流では、発生した磁場が強磁性シャフト材料の永久磁化を引き起こすほど充分に大きい。電流がＳＨの中心の近くまたはそこを流れるとき、永久にもたらされる磁場が同じ場所、即ちＳＨの中心の近くまたは中心に存在する。今、シャフトに対して振動または往復運動のために機械的なトルクまたは線形力を加える時、内部に磁場をもったシャフトは、加えられた機械力に従ってその磁束経路を傾けることによって応答する。永久にもたらされる磁場がシャフト表面の下深くにあるとき、測定可能な効果は非常に小さく、一様でなく、従って信頼できるＮＣＴセンサシステムを作るには十分でない。
【０１７０】
図２０には、飽和レベルでの導体内における一様な電流密度を示す。
【０１７１】
飽和レベルでのみ、電流密度（ＤＣを用いる時）は導体全体の横断面に一様に分布する。この飽和レベルを達成する電流量は非常に多く、そして使用される導体の横断面および伝導率（インピーダンス）に主に影響される。
【０１７２】
図２１には、導体の表面下または表面を流れる電流を示す（表皮効果）。
【０１７３】
また、導体内を交流（ラジオ周波数信号のような）が流れる時、信号が導体の表皮層を流れること、即ち、表皮効果と呼ばれることは一般に広く仮定される。交流の選ばれた周波数は、表皮効果の「場所／位置」（Ｌｏｃａｔｉｏｎ／ｐｏｓｉｔｉｏｎ）および「深さ」を定める。高周波数において、電流は導体の表面をまたは表面の近くを流れ（Ａ）、他方、低周波数（２０ｍｍ直径のＳＨの場合、５から１０Ｈｚの領域）において、交流電流はシャフト横断面のもっと中心（Ｅ）を通過する。また、相対電流密度については、非常に低いＡＣ周波数におけるシャフト中心付近の相対電流密度に比較して、より高いＡＣ周波数において電流が占めている部分の方が高くなる（これは、低いＡＣ周波数において、電流が流れるために利用可能な、より大きな面積があることによる）。
【０１７４】
図２２には、異なる周波数をもって、交流を導体に流す場合における導体の電流密度（電流に対して９０度の横断面）を示す。
【０１７５】
ＰＣＭＥセンサ技術の望ましい磁場設計図は、２つの円形磁場構造であって、互いに近接する２つの層にもたらされ（「ピギーバック」）、そして互いに反対の方向に走っている（Ｃｏｕｎｔｅｒ−Ｃｉｒｃｕｌａｒ：逆環状）の構造である。
【０１７６】
再び図１３を参照すると、これは望ましい磁場センサ構造を示しており、つまり、互いに近接して位置し、互いに反対方向に走る、２つの閉じた磁気ループ、即ち、逆環状の「ピギーバック」磁場設計とされる。
【０１７７】
磁場設計を、ＳＨ（シャフト）に加えられる機械的な応力に対して高感度にするため、そして最も大きなセンサ信号を可能にするために、望ましい磁場構造は、シャフト表面に最も近いところに置かなければならない。円形磁場をＳＨの中心近くに置くことは、ユーザーに利用可能なセンサ出力信号の勾配を減少させ（センサ信号の多くは、強磁性のシャフト材料を通して伝わり、これは該材料が空気に比して一層高い透磁率を持つためである）、そして、センサ信号の不均一性を増加させる（二次側センサに関連するシャフト回転およびシャフトの軸運動に関して）。
【０１７８】
図２３には、シャフト表面の近くにできる磁場構造と、シャフトの中心付近にできる磁場構造を示す。
【０１７９】
ＡＣ（交流）を使用する場合に、ＳＨの望ましい永久的な磁気エンコーディングを達成することは困難であり、これは、作られた磁場の極性が絶えず変化し、それ故にむしろ消磁システムとして働くことによる。
【０１８０】
ＰＣＭＥ技術では、強電流（望ましい磁場構造の消失を防ぐために、「単極性」またはＤＣ）がシャフト表面直下を流れることを要求する（センサ信号がシャフトの外側において一様であって、且つ測定可能であることを保証するため）。また、逆環状のピギーバック磁場構造を形成する必要がある。加えて、逆環状の「ピギーバック」磁場構造を形成する必要がある。
【０１８１】
シャフトに２つの逆環状磁場構造を置くことは、該シャフトにそれらを交互に備えることによって可能である。最初、内側の層がＳＨにもたらされ、そして、その後に外側の層がより弱い磁気力（内側の層が偶然に中性化されて消去されることを防止する）を使用することによって生じる。これを達成するためには、ＦＡＳＴテクノロジーの特許に記述されているように、既知の「永久」磁石エンコーディング技術を適用することができ、または、電流エンコーディングと「永久」磁石エンコーディングとの組み合わせを使用することによって行われる。
【０１８２】
もっと単純で速いエンコーディング工程は、電流のみを用いて、望ましい逆環状の「ピギーバック」磁場構造を実現することである。ここで最も挑戦的な部分は、逆環状の磁場を作ることにある。
【０１８３】
一様な電流は、電流方向（Ａ）に関して、９０度の角度において導電体の周りを走る一様な磁場を生成する。２つの導体を並べて置くと（Ｂ）、その時、２つの導体の間において磁場は互いの効果を打ち消し合うようになる（Ｃ）。尚、存在してはいるが、近接しておかれた２つの導体間に検出可能な（または測定可能な）磁場はない。多数の導電体を並べて置く時（Ｄ）、「測定可能な」磁場は、「平らな」形状をした導体表面の外側を周回するようになる。
【０１８４】
図２４には、一様な電流が流れる導体を横断面で見た時の磁場効果を示す。
【０１８５】
上記の「平らな」または長方形の形状の導体を、「Ｕ」字型に曲げるものとする。「Ｕ」字型導体を通って電流を流すとその時、「Ｕ」字型の外形に沿った電流は、「Ｕ」字の内半部における測定可能な効果を打ち消している。
【０１８６】
図２５を参照すると、「Ｕ」字型導体内の領域は、電流が導体を流れている時、磁気的に「中性」に見える。
【０１８７】
機械的応力が「Ｕ」字型導体の横断面に加えられない時、「Ｕ」字の内部（Ｆ）に磁場は存在しないように見える。しかし、「Ｕ」字型導体を曲げたり、または捻ったりすると磁場はもはやその初めの経路（電流に対して９０度の角度）に従わなくなる。加えられる機械力に依存して、磁場は幾分その経路を変え始める。その時点で、機械的な応力によってもたらされる磁場ベクトルは、導体の表面で、「Ｕ」字型の内部および外部において感知され、そして測定される。この現象は非常に特別な電流レベルでのみ適用されることに注意すべきである。
【０１８８】
同じことが「Ｏ」型導体の設計にも当てはまる。「Ｏ」型導体（チューブ）を通して一様な電流を流すと、「Ｏ」型導体（チューブ）の内部で測定可能な磁場効果が互いに打ち消されてしまう（Ｇ）。
【０１８９】
図２６を参照すると、「Ｏ」型導体内部の領域は、電流が導体を流れる時、磁気的に「中性」に見える。
【０１９０】
しかしながら、機械的な応力が「Ｏ」型導体（チューブ）に加えられる時、「Ｏ」型導体の内側に存在する磁場があったことが明白になる。内部の逆方向の磁場（外部磁場も同様）は、加えられるトルク応力に関連して傾き始める。この傾きの磁場が明瞭に感知され、そしてこれを測定できる。
【０１９１】
次に、エンコーディングパルス設計について記述する。
【０１９２】
ＳＨの内部に望ましい磁場構造（逆環状のピギーバック磁場設計）を実現するために、本発明の方法における１つの例示的な実施形態によると、単極性の電流パルスがシャフト（またはＳＨ）を通過する。「パルス」を使用することによって、望ましい「表皮効果」が得られる。「単極性」の電流方向（その電流の方向が変化しない）を使用することによって、生じる磁場効果が偶然に打ち消されることはなくなる。
【０１９３】
使用する電流パルスの形状は、望ましいＰＣＭＥセンサ設計を達成するために最も重要である。各々のパラメータは正確に且つ再現可能に制御されなければならず、該パラメータには、電流の立ち上がり時間、一定電流のオンタイム、最大電流振幅、そして電流の立ち下がり時間がある。また、電流が全シャフト表面に亘って非常に一様に出入りすることが非常に重要である。
【０１９４】
次に、長方形の電流パルス形状について記述する。
【０１９５】
図２７に、長方形をした電流パルスを図示する。
【０１９６】
長方形をした電流パルスは、速い立ち上がり正エッジおよび速い立ち下り電流エッジを持つ。ＳＨを通して長方形をした電流パルスを流す時、立ち上がりエッジはＰＣＭＥセンサの目標磁場構造の形成に関与するのに対して、長方形をした電流パルスの平らな「オン」タイムおよび立ち下がりエッジは逆効果を生じる。
【０１９７】
図２８に、長方形をした電流エンコーディングパルス幅（定電流オンタイム）とセンサ出力信号勾配との間の関係を示す。
【０１９８】
次の例では、長方形状の電流パルスを用いて、直径１５ｍｍの１４ＣｒＮｉ１４シャフト内に逆環状の「ピギーバック」場が生成されて蓄えられた。パルス電流は、約２７０アンペアで最大値を持つ。また、パルスの「オンタイム」は、電子回路で制御された。エンコーディングパルスの立ち上がりおよび立ち下がりエッジにおける高周波成分のために、この実験は、真のＤＣエンコーディングＳＨの効果を精確には示すことができない。したがって、１０００ｍｓの定電流オンタイムパルスを流す時、センサ出力信号勾配曲線は２０ｍＶ／Ｎｍよりも上で最終的に平坦となる。
【０１９９】
速い立ち上がり電流パルスエッジを使用しない場合に（制御された一定のランプ勾配を使用するように）、センサ出力信号勾配は非常に悪化してしまう（１０ｍＶ／Ｎｍ未満）。尚、この実験（１４ＣｒＮｉ１４を使用）では、信号のヒステリシスがＦＳ信号の約０．９５％であった（ＦＳ＝７５Ｎｍのトルク）。
【０２００】
図２９に、いくつかの長方形の電流パルスを連続して使用することによるセンサ出力信号勾配の増加を示す。
【０２０１】
センサ出力信号勾配は、いくつかの長方形の電流エンコーディングパルスを連続して使用する場合に改善できる。他のエンコーディングパルス形状に比較すると、長方形の電流パルスにおける、速い立ち下がりの電流パルス信号勾配は、センサ出力信号勾配が最適な性能レベルに到達することを妨げる。少数（２から１０）の電流パルスがＳＨ（またはシャフト）に加えられた後では、センサ出力信号勾配がそれ以上大きくならないことを意味する。
【０２０２】
次に、放電電流パルス形状について記述する。
【０２０３】
放電電流パルスは定電流オンタイムを持たないし、そして速い立ち下がりエッジを持たない。したがって、ＳＨの磁気エンコーディングにおける主要で切実な作用は、この電流パルス型の速い立ち上がりエッジである。
【０２０４】
図３０に示すように、ＰＣＭＥセンサを作るとき、急峻な立ち上がり電流エッジおよび典型的な放電曲線が最良の結果を与える。
【０２０５】
図３１に、適正なパルス電流を特定することによるＰＣＭＥセンサ出力信号勾配の最適化を示す。
【０２０６】
パルス電流スケールの非常に低い端部（１５ｍｍ直径のシャフトで、１４ＣｒＮｉ１４シャフト材料の場合、０から７５アンペア）において、放電電流パルス型は、強磁性シャフト内で持続する磁場を作り出すのに必要とされる磁場の閾値を超えるほどには強力でない。パルス電流振幅を増加すると、２重の円形磁場構造がシャフト表面下に形成され始める。パルス電流振幅を増加すると、二次側センサシステムの達成出来るトルクセンサ出力信号振幅も増加する。約４００Ａから４２５Ａにおいて最適のＰＣＭＥセンサ設計が達成された（２つの逆方向を向いた磁場領域が、最良のセンサ性能に対する、互いの最適距離および正しい磁束密度に達した）。
【０２０７】
図３２に、エンコーディングパルスの間の最適なＰＣＭＥ電流密度および位置を持つセンサホスト（ＳＨ）の横断面を示す。
【０２０８】
更にパルス電流振幅を増加する時、トルク力に関するセンサ信号振幅の絶対値は更に、しばらくの間増加する（図３１の曲線２）が、一方で典型的なＰＣＭＥの全般的なセンサ性能は減退する（曲線１）。９００Ａのパルス電流振幅を過ぎると（１５ｍｍ直径のシャフトの場合）、トルク力に関するセンサ信号振幅の絶対値が同様に降下し（曲線２）、ＰＣＭＥセンサ性能は、その際、非常に悪くなる（曲線１）。
【０２０９】
図３３に、各種の増加するパルス電流レベルについて、センサホスト（ＳＨ）の横断面および電気パルス電流密度を示す。
【０２１０】
電流がＳＨにおいて、より大きな横断面を占めるようになると、内部の円形部分と、外部の（シャフト表面の近くで）円形部分との間隔がより大きくなる。
【０２１１】
図３４を参照すると、より良いＰＣＭＥセンサ性能が、逆環状の「ピギーバック」場の設計で間隔が狭い場合（Ａ）に達成される。
【０２１２】
望ましい２重で逆向きの環状磁場構造は、二次側センサの信号振幅をもたらすトルク力の下で閉ループ構造を作り難くなる。
【０２１３】
図３５を参照すると、放電曲線を平らにすることはまた、センサ出力の信号勾配を増加させる。
【０２１４】
電流パルス放電時間を長くする（電流パルスを幅広くする）（Ｂ）と、センサ出力信号勾配が増加する。しかしながら、電流パルスの立ち下がりエッジを減少させるために必要な電流量は非常に多い。最高の実現可能なセンサ出力信号勾配を達成するためには、大きな電流振幅（最適の値で）と、可能な限り遅い放電時間とを組み合わせて使用することが、より実用的である。
【０２１５】
次に、一次側センサ処理に関連する電気接続装置について記述する。
【０２１６】
ＰＣＭＥ技術（「ＰＣＭＥ」技術という用語は、本発明の例示的な実施形態に関して使用されることに注意しなければならない）は、一次側センサが生産される場所でシャフトを通して非常に大量のパルス変調電流を流すことに依存する。シャフトの表面が非常にきれいで、しかも導電性が高い場合に、多点の銅または金の接続は、望ましいセンサ信号の一様性を達成するために充分である。重要なことはインピーダンスがシャフト表面への各々の接続点で同一であるということである。尚、このことは、ケーブルが主要な電流接続点（Ｉ）に接続する前に、ケーブル長（Ｌ）が同一であることを保証できる場合に、最良に達成できる。
【０２１７】
図３６には、シャフト表面への単純な電気的多点接続を示す。
【０２１８】
但し、多くの場合、信頼性があって再現性のある多点電気接続は、各々の接続点でインピーダンスが同一で、一定であることを保証することによってのみ達成できる。押圧されたバネを用いて、先鋭なコネクターが、シャフトの表面で可能な酸化または絶縁層（多分、指紋によって作られた）を突き通す。
【０２１９】
図３７に、バネ仕掛けの接触点を持つ多チャネルの電気接続具を図示する。
【０２２０】
シャフトを処理する時、出来るだけ一様な方法で電流をシャフトに注入し、そして取り出すことが最も重要である。上の図は、シャフトの周りに取り付け具によって固定されている互いに絶縁された幾つかのコネクターを示す。この工具はシャフト処理保持クランプ（または、ＳＰＨＣ）と呼ばれる。ＳＰＨＣに必要とされる電気コネクターの数は、シャフトの外径に依存する。外径が大きいほど多くのコネクターが必要である。導電体同士の間隔は、１つの接続点から次の接続点まで同じでなければならない。この方法は対称「スポット」接触と呼ばれる。
【０２２１】
図３８に、電気接続点の数を増やすことによって、パルス変調電流の出入りの取り組みを支援することが図示されている。それは、要求される電子回路の制御システムの複雑さを増すことにもなる。
【０２２２】
図３９に、容易なシャフト取り付けのためにＳＰＨＣの開け方について１つの例を示す。
【０２２３】
次に、一次側センサ処理に関するエンコーディングの概要について記述する。
【０２２４】
主要シャフトのエンコーディングは、回転シャフトに適用される永久磁石を使用するか、またはシャフトの望ましい部分を通して流れる電流を使用することによって行われる。永久磁石を使用するときには、非常に複雑で連続する工程が、シャフト内で互いに接近した２層の閉ループ磁場を作るために必要となる。ＰＣＭＥ手順を使用する時は、望ましい性能を達成するために可能な最も対称的な方法で、電流がシャフトに入り、そしてシャフトから出なければならない。
【０２２５】
図４０を参照すると、２つのＳＰＨＣ（Ｓｈａｆｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｈｏｌｄｉｎｇ Ｃｌａｍｐｓ：シャフト処理保持クランプ）が、計画された感知エンコーディング領域の境界に位置される。１つのＳＰＨＣを通してパルス電流（Ｉ）がシャフトに入るが、一方で第二ＳＰＨＣにおいてパルス電流（Ｉ）がシャフトを出る。２つのＳＰＨＣ間の領域がそのとき一次側センサに変わる。
【０２２６】
この特別なセンサ工程は、単一磁場（ＳＦ）エンコード領域を作る。この設計の１つの利点（以下に記述されるものに比較して）は、この設計が二次検出装置の場所に関してあらゆる軸シャフト運動に対して敏感でないことである。この設計の不利な点は、軸（つまり一列に）に置かれたＭＦＳコイルを使用する時、漂遊磁場（地磁場のような）に対して敏感になることである。
【０２２７】
図４１を参照すると、２重磁場（ＤＦ）エンコード領域（並んで反対の極性を持つ２つの独立に機能するセンサ領域を意味する）によって、軸（つまり線上に）に置かれたＭＦＳコイルを使用する場合に、一様な漂遊磁界の効果が消去可能となる。しかしながら、この一次側センサ設計はまた、軸方向における（ＭＦＳコイルの場所に関係して）シャフトの運動の許容範囲を狭くする。ＰＣＭＥ技術で２重磁場（ＤＦ）エンコード領域を作り出す２つの方法がある。それらは、磁気エンコード部分が１つからまた次へと作り出されるところの連続工程と、そして磁気エンコード部分が同時に作り出されるところの並行工程である。
【０２２８】
連続的な２重磁場設計の第一工程段階は、１つのセンサ部分を磁気的にエンコード化することであり（単一磁場工程と同一に）、それによって２つのＳＰＨＣの間隔が、一次側センサ領域の所望の最終長の半分でなければならない。この工程の説明を単純化するため、最終的な一次側センサ領域の中央に置かれるＳＰＨＣを中央ＳＰＨＣ（Ｃ−ＳＰＨＣ）と呼び、そして中央ＳＰＨＣの左側に置かれるＳＰＨＣをＬ−ＳＰＨＣと呼ぶことにする。
【０２２９】
図４２を参照すると、連続的な２重磁場エンコーディングの第二工程段階は、一次側センサ領域の中央に置かれるＳＰＨＣと（Ｃ−ＳＰＨＣと呼ばれる）、そして中央ＳＰＨＣの他の側（右側）に置かれる第二ＳＰＨＣ、Ｒ−ＳＰＨＣと呼ばれるものを使用する。重要なことは、中央ＳＰＨＣ（Ｃ−ＳＰＨＣ）における電流方向が両方の工程段階で同一であることである。
【０２３０】
図４３を参照すると、最終的な一次側センサ領域の性能は、２つのエンコード領域を相互の関連において如何に近くに置くことができるかに依存する。そしてこれは、使用される中央ＳＰＨＣの設計に依存する。Ｃ−ＳＰＨＣの軸方向における接触幅が狭いほど、２重磁場ＰＣＭＥセンサの性能が良くなる。
【０２３１】
図４４は、本発明の別の例示的な実施形態によるパルスの加え方を示す。上の図から分るように、パルスは、シャフトの３箇所で加えられる。電流Ｉがシャフトに入る場所の中央電極の両側への電流分布のために、横方向の電極でシャフトを去る電流は、中央電極に入る電流の半分だけ、即ち、Ｉ／２である。電極はリングで描かれ、その大きさはシャフトの外表面の大きさに適合される。しかしながら、この本文において後述する複数のピン電極を含む電極のように、他の電極が使用される場合もあることに注意されたい。
【０２３２】
図４５には、シャフトにトルクまたは直線運動応力が加えられない時の２重磁場ＰＣＭＥセンサ設計における２つのセンサ部分の磁束方向を示す。互いに逆方向の磁束ループ同士は相互作用しない。
【０２３３】
図４６を参照すると、トルク力または線形応力が１つの特別な方向に加えられる時、磁束ループは、シャフト内部において、増加する傾斜角度で走り始める。傾斜した磁束がＰＣＭＥ部分の境界に到達する時、図示のように磁束線は逆流方向の磁束線と相互作用する。
【０２３４】
図４７を参照すると、加えられたトルクの方向が（例えば、時計回り方向から反時計回り方向へと）変化している時、ＰＣＭエンコードシャフト内部における逆流の磁束構造についての傾斜角度も変化する。
【０２３５】
次に、シャフト処理のための多チャネル電流駆動部について記述する。
【０２３６】
シャフト表面への電流路についての、完全に同一のインピーダンスを保証できない場合には、電流制御駆動ステージがこの問題を克服するために使用される。
【０２３７】
図４８に、小直径センサホスト（ＳＨ）のための６チャネル同期パルス電流駆動システムを示す。シャフト直径が大きくなると、電流駆動チャネルの数が多くなる。
【０２３８】
以下に、真鍮リングの接触および対称「スポット」の接触を記載する。
【０２３９】
シャフト直径が比較的に小さく、所望の検出領域においてシャフト表面がきれいで、そしていかなる酸化もない場合には、簡単な「真鍮」リング（または銅リング）接触法を、一次側センサの処理に選択することができる。
【０２４０】
図４９では、シャフト表面に対して、しっかりと取り付けられた真鍮リング（または銅リング）が、電線のはんだ接続とともに使用される。２つの真鍮リング（銅リング）の間の領域がエンコードされる領域である。
【０２４１】
しかしながら、達成できるＲＳＵ性能については、対称「スポット」接触法を使用する場合よりも、はるかに低くなってしまう。
【０２４２】
次に、ホットスポットの概念について記述する。
【０２４３】
標準の単一磁場（ＳＦ）ＰＣＭＥセンサは、ホットスポット性能において非常に劣る。ＳＦ ＰＣＭＥセンサ部分の外部磁束プロファイル（トルクが加えられたとき）は、近傍の環境における可能な変化（強磁性材料に関して）に非常に敏感である。ＳＦエンコードセンサ部分の磁気境界が明瞭でないので（「ピン止め（ｐｉｎｎｅｄ ｄｏｗｎ）」されない）、それらは強磁性材料がＰＣＭＥ検出領域の近くに置かれる方向に向かって「拡がる（ｅｘｔｅｎｄ）」ことができる。
【０２４４】
図５０を参照すると、ＰＣＭＥ工程の磁化された検出領域は、検出領域の境界に接近する強磁性材料に非常に敏感である。
【０２４５】
ホットスポットセンサ感度を減少するために、ＰＣＭＥセンサ部分の境界は、それらをピン止めすることによって、明確に規定されることを要する（それらはもう移動できない）。
【０２４６】
図５１に、２つのピン止め磁場領域を持つＰＣＭＥ処理された検出領域を示すが、その１つが検出領域の各側にある。
【０２４７】
ピン止め領域を検出領域の両側の近くに置くことによって、検出領域の境界は非常に特定な場所に束縛される。強磁性材料が検出領域に近づいて来る時、それはピン止め領域の外部境界に影響を与えるが、しかしそれは検出領域の境界において非常に限定的な影響を持つ。
【０２４８】
本発明の例示的な実施形態によると、ＳＨ（センサホスト）が、どのように単一磁場（ＳＦ）検出領域および２つのピン止め領域を、検出領域の各々の側に１つずつ、得るように処理できるかについて多数の異なる方法がある。各領域が互いの後に処理されるか（順次処理）、あるいは２つまたは３つの領域が同時に処理される（並行処理）。並行処理では、より一様なセンサを供給する（低減された寄生磁場）が、目標のセンサ信号勾配に達するために更により高いレベルの電流を必要とする。
【０２４９】
図５２には、ホットスポットを減少させる（または更に除去する）ために、主要検出領域の各々の側にピン止め領域を持つ単一磁場（ＳＦ）ＰＣＭＥセンサに対する並行処理を例示する。
【０２５０】
２重磁場ＰＣＭＥセンサは、センサの中央領域が既にピン止めされているのでホットスポットの効果に対してあまり敏感でない。しかしながら、残留するホットスポット感度は更に、２重センサ領域の両側にピン止め領域を置くことによって減少できる。
【０２５１】
図５３には、両側にピン止め領域を持つ２重磁場（ＤＦ）ＰＣＭＥセンサを示す。
【０２５２】
ピン止め領域が許容されないかまたは可能でない時（例えば、限られた軸方向の間隔のみ利用できる場合）、検出領域は外部の強磁性材料の影響から磁気的に遮蔽されることを要する。
【０２５３】
次に、回転信号一様性（ＲＳＵ）について説明する。
【０２５４】
現段階の理解によると、ＲＳＵセンサ性能は主に、電流が如何に周縁部で一様にＳＨ表面に入って出るか、そして、電流が入る点と出る点との間の物理的な間隔に依存する。電流が入る点と出る点との間隔が大きいほど、ＲＳＵ性能が良い。
【０２５５】
図５４を参照すると、シャフト直径に対して、個々の円周面上に置かれた電流の流入点間の間隔が比較的に大きい時（そして、円周上に置かれた電流の出口点間の間隔が同じように大きい）、ＲＳＵ性能が非常に劣ることになる。そのような場合に、ＰＣＭエンコーディング部分の長さは、出来るだけ大きくなければならない。そうでないと、生じた磁場が円周上で一様ではなくなる。
【０２５６】
図５５を参照すると、ＰＣＭエンコーディング部分を拡げることによって、円周上での磁場分布は、電流が入る点と電流が出る点との間の半分の距離のところで、より一様になる（そしていつかはほぼ完全になる）。したがって、ＰＣＭＥセンサのＲＳＵ性能は、電流入口点と電流出口点の半分の中間地点で最良である。
【０２５７】
次に、ＮＣＴセンサシステムの基本的な設計問題について記述する。
【０２５８】
ＰＣＭエンコーディング技術の詳細に立ち入ることなく、この感知技術のエンドユーザーは、その適用において、該感知概念を利用しおよび使用することを可能にするための、いくつかの設計上の詳細を知る必要がある。以下では、磁気歪に基づいたＮＣＴセンサの基本要素（一次側センサ、二次側センサ、そしてＳＣＳＰ電子機器のような）と、個々のコンポーネントがどのようなものであるか、そしてこの技術を既存の製品に組み込む時にどのような選択を行う必要があるかについて記述する。
【０２５９】
原則として、ＰＣＭＥ感知技術は、スタンドアローンセンサ製品を製造するために使用できる。しかしながら、既存の工業上の応用において「スタンドアローン」製品のために利用できるものが殆どないか全く無い。ＰＣＭＥ技術は、最終の製品を再設計する必要なしに既存の製品に応用できる。
【０２６０】
スタンドアローンのトルク検出装置または位置検出装置がモータ伝動システムに応用される場合、全システムは、大幅な設計変更を被ることを要求される。
【０２６１】
次に、図５６に、エンジンのシャフトにおけるＰＣＭＥセンサの可能な場所を図示する。
【０２６２】
図５６は、本発明の１つの例示的な実施形態による、例えば、モータカーのギアボックスにおけるトルクセンサのための可能な配置場所を示す。図５６の上部には、本発明の１つの例示的な実施形態によるＰＣＭＥトルクセンサの配置を示す。図５６の下部には、本発明の例示的な実施形態の場合のように、ギアボックスの入力シャフトに一体化されていないスタンドアローン検出装置の配置を示す。
【０２６３】
図５６上部から分るように、本発明の１つの例示的な実施形態によるトルクセンサは、ギアボックスの入力シャフトに一体化することができる。換言すると、一次側センサが入力シャフトの一部である。すなわち、入力シャフトは、一次側センサまたはセンサ素子それ自身となるように磁気的にエンコードされてもよい。二次側センサ、即ちコイルは、例えば、入力シャフトのエンコード領域に近いベアリング部に収容されてもよい。これにより、動力源とギアボックスとの間にトルクセンサを配置する場合に、入力シャフトを干渉する必要がなく、図５６の下部に示すように、モータにつながるシャフトとギアボックスにつながる別のシャフトとの間に、別のトルクセンサを配置する必要はない。
【０２６４】
入力シャフトにエンコード領域が一体化されることで、例えば、車の場合、その入力シャフトに如何なる変更をも施すことなく、トルクセンサを設けることができる。このことは、例えば、航空機の部品では非常に重要であり、というのも、各部品が航空機での使用を許可される前に、多数の検査を受けなければならないからである。本発明による、そのようなトルクセンサは多分、当面のシャフトが変更されないので、航空機やタービン内のシャフトに実施される多数の検査なしで済ませることすら可能である。また、重大な影響がシャフトの材料に引き起こされることはない。
【０２６５】
更には、図５６から分るように、本発明の１つの例示的な実施形態に従うトルクセンサによって、ギアボックスと動力源との間の距離を低減させることができる。これは、動力源から出るシャフトとギアボックスへの入力シャフトとの間に、別個のスタンドアローンのトルクセンサを設けることが明白であることによる。
【０２６６】
次に、センサコンポーネントについて説明する。
【０２６７】
図５７に示すように、非接触磁気歪センサ（ＮＣＴセンサ）は、本発明の１つの例示的な実施形態によると、３つの主要な機能要素、つまり、一次側センサ、二次側センサ、並びに信号調整および信号処理（ＳＣＳＰ）電子機器から構成される。
【０２６８】
適用の種類（量および品質の要請、目標製造コスト、製造工程の流れ）に応じて、顧客は、彼自身の管理下でセンサシステムを製造するために個々のコンポーネントの購入を選択できるし、または個々のモジュールの生産を下請けに外注することができる。
【０２６９】
図５８は、非接触式トルク検出装置のコンポーネントを概略的に示したものである。但し、これらのコンポーネントはまた、非接触式の位置検出装置にも用いることができる。
【０２７０】
年間の生産目標が数千ユニットである場合に、「一次側センサの磁気エンコーディング工程」を顧客の製造工程に統合することは、より効率的である。そのような場合に、顧客は、特定用途向けの「磁気エンコーディング装置」を購入する必要がある。
【０２７１】
量産的な適用では、製造工程の価格および統合化が重要であって、典型的には、ＮＣＴＥが非接触センサの作成に必要な個々の基本コンポーネントおよび装置のみを供給する。ＩＣ（表面実装パッケージ、特定用途向け電子回路）。ＭＦＳコイル（二次側センサの部品として）。センサホストのエンコーディング装置（シャフト（＝一次側センサ）に磁気エンコーディングを適用するための）。
【０２７２】
要求量に応じて、ＭＦＳコイルは、フレーム上に既に組み立てられて提供することが可能で、そして、必要であれば、コネクターをもったワイヤハーネスに電気的に接続されて提供される。同様に、ＳＣＳＰ（信号調整および信号処理）電子機器は、プリント回路基板に組み込まれたＭＦＳコイルを持つかまたは該コイルを持たないプリント回路基板構成で充分な機能をもって提供できる。
【０２７３】
図５９は、検出装置のコンポーネントを示す。
【０２７４】
図６０から分るように、要求されるＭＦＳコイルの数は、物理的なセンサ設計上で予期されるセンサ性能および機械的な許容誤差に依存する。完全なセンサホスト（ＳＨまたは磁気的にコードされたシャフト）を有し、望ましくない寄生磁場からの干渉が最小限とされた、適切に設計されたセンサシステムにおいて、２つのＭＦＳコイルのみが必要である。しかしながら、ＳＨが、二次側センサの位置に関連して径方向または軸方向に１ミリメートルの数分の１よりも大きく動いている場合に、望ましいセンサ性能を達成するため、そのときにはＭＦＳコイルの数を増やす必要がある。
【０２７５】
次に、制御および／または評価の回路構成について説明する。
【０２７６】
本発明の１つの例示的な実施形態によると、ＳＣＳＰ電子機器は、ＮＣＴＥ専用ＩＣ、多数の外部の受動および能動的電子回路、プリント回路基板（ＰＣＢ）、およびＳＣＳＰハウジングまたはケースから構成される。尚、ＳＣＳＰユニットが使用される環境に応じて、ケースは適切に密封されることを要する。
【０２７７】
特定用途の必要条件に応じて、ＮＣＴＥ（本発明の１つの例示的な実施形態によると）は、多数の異なる特定用途向け回路を提供する。基本回路。集積された電圧調節器を有する基本回路。高い信号バンド幅回路。オプションの高電圧およびショート保護装置。オプションの故障検出回路。
【０２７８】
図６１は、単一チャネルとされる、低価格のセンサ電子機器の解決法を示す。
【０２７９】
図６１から分るように、例えば、コイルを含む二次側センサユニットが提供される。これらのコイルは、例えば図６０に示すように配置され、一次側センサユニット、即ちセンサシャフトまたはセンサ素子から、トルクがそれに加えられるときに出る磁場の変化を検出する。二次側センサユニットはＳＣＳＴ内の基本ＩＣに接続される。基本ＩＣは、電圧調節器を介して正電源電圧に繋がる。基本ＩＣはまた接地される。基本ＩＣは、ＳＣＳＴの外部にアナログ出力を与えるように構成され、その出力がセンサ素子に加えられる応力によって引き起こされる磁場の変動に対応する。
【０２８０】
図６２は、一体化された故障検出を有する２チャネルの、ショート保護システム設計を示す。本設計は５個のＡＳＩＣデバイスからなり、高度のシステム安全性を提供する。故障検出ＩＣは、センサシステムのどこかにワイヤの断線が起きた場合に、ＭＦＳコイルの故障、または「基本ＩＣ」の電子的な駆動ステージの故障を識別する。
【０２８１】
次に、二次側センサユニットについて説明する。
【０２８２】
図６３に示された１つの実施形態によると、二次側センサは、次の要素、つまり、１乃至８個のＭＦＳ（磁場センサ）コイル、位置決めおよび接続用プレート、コネクターを有するワイヤハーネス、および二次側センサハウジングから構成される。
【０２８３】
ＭＦＳコイルは、位置決めプレートに取り付けてもよい。位置決めプレートを使用することにより、通常、各ＭＦＳコイルの２つの接続ワイヤを適切な方法で、はんだ付けし、接続することができる。そして、ワイヤハーネスは位置決めプレートに接続される。該プレートは、ＭＦＳコイルとワイヤハーネスとともに完全に組み立てられて、それから二次側センサのハウジングによって組み込まれるかまたは保持される。
【０２８４】
ＭＦＳコイルの主要な要素は、アモルファス（非晶質）のような材料で形成されることを要するコアワイヤである。
【０２８５】
二次側センサユニットが使用される場所の環境に応じて、組み立てられた位置決めプレートは保護材料で覆う必要がある。該材料は、周囲温度の変化時にＭＦＳコイルに機械的な応力または圧力を引き起こすものであってはならない。
【０２８６】
動作温度が＋１１０℃を超えない場所での適用において、顧客は二次側センサユニット（ＳＳＵ）の内部にＳＣＳＰ電子機器（ＡＳＩＣ）を置くという選択肢を持つ。ＡＳＩＣデバイスが＋１２５℃より高い温度で動作する場合、温度に関連した信号オフセットおよび信号利得の変化を補償することが更に困難になる。
【０２８７】
ＭＦＳコイルとＳＣＳＰ電子機器との間の推奨される最大ケーブル長は２メートルである。適切な接続ケーブルを使用する場合に、１０メートルまでの距離については達成可能である。多チャネルの適用において（同一の一次側センサの場所で動作している２つの独立なＳＳＵ＝冗長なセンサ機能）、信号のクロストークを避けるためには、ＳＳＵとＳＣＳＰ電子機器との間で特別に遮蔽されたケーブルを考慮すべきである。
【０２８８】
二次側センサユニット（ＳＳＵ）の生産を計画する場合に、生産者は、ＳＳＵのどの部品または複数の部品を下請けから購入すべきであり、そして、どの製造ステップを社内で行うのかを決定しなければならない。
【０２８９】
次に、二次側センサユニット製造の選択肢について記述する。
【０２９０】
ＮＣＴセンサを、特別注文のツールまたは標準的な伝動システムに一体化する場合に、システムの生産者は、次の項目から選択する、いくつかの選択肢を持つ。カスタムメイドのＳＳＵ（ワイヤハーネスおよびコネクターを含む）。選択されたモジュールまたはコンポーネント。最終のＳＳＵ組み立ておよびシステム試験は顧客の管理でなされてもよい。重要なコンポーネントのみ（ＭＦＳコイルまたはＭＦＳコアワイヤ、特定用途向けＩＣ）、そしてＳＳＵを自社で生産する。
【０２９１】
図６４は、二次側センサユニット組み立ての１つの例示的な実施形態を示す。
【０２９２】
次に、一次側センサ設計について説明する。
【０２９３】
ＳＳＵ（二次側センサユニット）は、磁気的にエンコードされたＳＨ（センサホスト）の外側に置くことができ、また、ＳＨが中空である場合にはＳＨの内側に置くこともできる。ＳＳＵが中空シャフトの内側に置かれる場合に、達成できるセンサ信号振幅は同じ強さであるが、一段と良い信号対ノイズ性能を持つ。
【０２９４】
図６５は、一次側センサおよび二次側センサの幾何学的な配置について２つの形態を示す。
【０２９５】
改善されたセンサ性能は、磁気的エンコーディング工程を、ＳＨ（シャフト）の真っ直ぐで平行な部分に適用する場合に達成される。１５ｍｍから２５ｍｍの直径を持つシャフトでは、磁気的にエンコードされた領域の最適の最短長が２５ｍｍである。センサ性能は、その領域が４５ｍｍの長さで作成できる場合（ガード領域を加えて）、更に向上する。複雑で高度に統合された伝動（ギアボックス）システムでは、そのような間隔を見い出すのは困難である。更に理想的な状況では、磁気的にエンコードされた領域を１４ｍｍに短くすることができるが、これでは、所望のセンサ性能の全てを達成できないリスクがある。
【０２９６】
図６６に示すように、ＳＳＵ（二次側センサユニット）とセンサホスト表面との間隔については、本発明の１つの例示的な実施形態によると、実現し得る最良の信号品質を達成するために、できるだけ小さく抑えるべきである。
【０２９７】
次に、一次側センサエンコーディング装置について記述する。
【０２９８】
図６７に、その一例を示す。
【０２９９】
どの磁気歪感知技術を選択するかに応じて、センサホスト（ＳＨ）は、それに従って加工され、且つ処理される必要がある。その技術は、互いに非常に多様で（ＡＢＢ、ＦＡＳＴ、ＦＴ、Ｋｕｂｏｔａ、ＭＤＩ、ＮＣＴＥ、ＲＭ、Ｓｉｅｍｅｎｓなど）、そして必要な処理装置もまた同様である。使用できる磁気歪感知技術のいくつかでは、ＳＨになされる如何なる物理的変更も必要とせず、磁気的な処理のみに依る（ＭＤＩ、ＦＡＳＴ、ＮＣＴＥ）。
【０３００】
ＭＤＩ技術は２段階工程であるが、ＦＡＳＴ技術は３段階工程であり、そしてＮＣＴＥ技術は１段階工程であって、ＰＣＭエンコーディングと呼ばれる。
【０３０１】
磁気処理の後、センサホスト（ＳＨまたはシャフト）は「精密測定」装置となり、そしてそれ相応に取り扱うべきであることに注意を要する。磁気処理は、処理されたＳＨがその最終場所に注意深く置かれる前の、まさに最終ステップとすべきである。
【０３０２】
磁気処理は、次のような状況下において、顧客の製造工程（社内での磁気処理）の不可欠な部分であるべきものとされる。高生産量（何千の単位のように）。重いＳＨまたは取り扱いが困難なＳＨ（例えば、高い輸送費）。非常に特別な品質および検査要求（例えば、国防用途）。
【０３０３】
全ての他の場合には、ＮＣＴＥのような資格を持った公認の下請業者によって磁気的に処理されたＳＨを得ることは更にコスト効率が良い。というのも、「社内」の磁気処理のためには、専用の製造装置が要求されるからである。そのような装置は、完全に手動運転され、または半自動的とされ、あるいは完全に自動化することもできる。複雑さおよび自動化のレベルに応じて、装置は２００００ユーロから５０００００ユーロより上の価格とされる。
【０３０４】
上述の図１から図６７で言及した局面の各々は、位置センサ装置または位置検出器アレイ、あるいは洗濯機または本発明に従った方法にて実施できる。
【０３０５】
以下において、図６８を参照して、本発明の一実施形態による位置センサ装置６８００を記載する。
【０３０６】
位置センサ装置６８００は、可動物体（図示せず）の位置を決定するように調整されている。位置センサ装置６８００には、可動物体（図示せず）に取り付けられるコイル６８０１を生成している磁場が具備されている。可動物体は、例えば、コンクリートの処理装置の往動シャフト、線形に動くシャフト、または洗濯機のドラムまたはエンジンのシャフトのような、回動する素子であり得る。
【０３０７】
位置センサ装置６８００には、さらに、第１の位置にあって、該第１の位置で磁場発生コイル６８０１によって発生する磁場に対して、第１の磁場信号特性を検出するように構成された第１の磁場検出器コイル６８０２が具備されている。更に、位置センサ装置６８００には、第２の位置（それは、第１の位置と異なる）にあって、該第２の位置で磁場発生コイル６８０１によって発生する磁場に対して、第２の磁場信号特性を検出するように構成された第２の磁場検出コイル６８０３が具備されている。
【０３０８】
位置決定ユニット６８０４は、第１の磁場信号と第２の磁場信号との比較に基づいて、磁場発生コイル６８０１の位置、すなわち磁場発生コイル６８０１が取り付けられた可動物体の一を決定するように構成されている。位置決定ユニット６８０４には、第１および第２の磁場信号を比較して、その出力で差信号を設けるコンパレータ６８０５が具備されている。この差信号は信号線形化ユニット６８０６に提供され、該ユニットは、第１の磁場信号と第２の磁場信号との違いに基づいて可動物体の位置を特徴付ける線形信号を生成するように構成されている。この出力信号は、位置決定ユニット６８０４の出力において提供され、磁場ソース６８０１の現在の位置をエンコードする。
【０３０９】
非接触位置センサ装置６８００は、誘導器６８０１によって発される磁気信号の差動の測定値に基づく。２台のレシーバ６８０２、６８０３によって提供される信号を比較するとき、信号振幅の違いによって、２台の受装置６８０２、６８０３に関してｘ軸に沿って正確に信号送信器６８０１の位置を決定することができる。
【０３１０】
図６８に示すように、一次元の、非接触、線形位置検出器６８００は、２台の磁場センサ６８０２、６８０３および磁気信号送信器６８０１を実装して設けられる。信号送信器６８０１（リファレンス装置を意味することも可能である）が図６８の右側の第２の磁場検出器６８０３に近づくにつれて、第２の磁場検出器コイル６８０３によって発生する信号は増加する。同時に、第１の磁場検出器コイル６８０２で信号は減少する。コンパレータ６８０５（差動演算回路でもよい）および線形化回路６８０６は、リファレンス装置６８０１の現在の位置に関する線形出力信号を生成する。特に信号送信器６８０１が２台の受信装置６８０２、６８０３との間の範囲にあるとき、図６８に示すように、差動操作線形位置決めセンサ６８００は、正確で有用な信号を出力する。
【０３１１】
以下、図６９を参照すると、図６９００は、位置センサ装置６８００の機能を図示するために記載されている。
【０３１２】
図６９００は、図６８に示されるｘ軸に沿った磁場発生コイル６８０１の位置がプロットされる横座標６９０１を含む。第１の縦座標６９０２に沿って、第１の磁場検出器６８０２の信号振幅がプロットされる。第２の縦座標６９０３に沿って、第２の磁場検出器コイル６８０３の信号振幅がプロットされる。
【０３１３】
図６９００から理解できるように、２つの磁場検出コイル６８０２、６８０３の信号の信号比はいかなる所定の位置「ｎ」でも一意的であり、特定の位置で一度発生するだけである。差動の測定方法を使用することによって、この解決方法は信号送信器６８０１の絶対信号値に影響されない。正確な線形位置測定のためには、２つの磁場検出器コイル６８０２、６８０３によって提供される信号との間の信号比だけを使用することで十分である。
【０３１４】
図７０で分かるように、各シナリオにおいて、位置センサ装置６８００は、ｘ軸に対して垂直な方向の信号送信器６８０１の移動にあまり影響されない。しかしながら、ｙ軸またはｚ軸に沿った運動が磁場検出器コイル６８０２および６８０３で測定される両方の信号の振幅を減少するので、磁場検出器コイル６８０２、６８０３で測定される信号の絶対値を評価することでｙ軸またはｚ軸に沿った運動を測定することは可能である。
【０３１５】
しかしながら、リファレンスモジュール６８０１があまりに磁場検出器コイル６８０２、６８０３から遠くで運動している場合、ＳＮ比はより少なくなる。リファレンスモジュール６８０１用の理想的なＸ軸線は、２つの磁場検出器コイル６８０２、６８０３間の最も短い接続を定めることである。
【０３１６】
信号送信器６８０１が定磁場ソースまたは交番磁場ソースでもあり得るときに、位置センサ装置６８００は適切に動く。交番磁界ソースを使用している利点は、この解決方法が他の（一定の）磁気干渉（電気モータによって生成される地磁場または磁場のような）に影響されないということである。この静的影響力が交番磁場ソースの時間的に変化する影響力から切り離されることが可能なので、強磁性物体がセンサシステム６８００の近傍に近づいて来るときでも、精度は改善される。
【０３１７】
このように、交番磁場ソースを用いることで、干渉磁場に対して、このタイプの線形位置検出を鈍らせることは可能である。更に、定永久磁場ソースを使用するときに、直線位置センサシステム６８００がほぼ無制限の信号帯域で機能することが可能である。
【０３１８】
本発明によるシステムに利用できる周波数スペクトルは、非常に広く、特に下位ヘルツから上の無線周波数値にわたる。洗濯機の選択された対象アプリケーション（高速でドラムを回転させるときに洗濯機の「ホッピング」を防ぐための洗濯機重量測定または洗濯機ドラムバランスセンサのように）は、例えば１００Ｈｚ未満の位置センサ信号帯域を必要とすると仮定するならば、リファレンスモジュール６８０１の送信器振動数は任意の他のより高い振動数範囲にも適用できる。
【０３１９】
更に本発明による直線位置センサ性能を改善するために、信号送信器周波数が、センサ電子技術によって生成可能である。この場合、センサ信号調整電子技術および信号処理電子技術は、磁場検出器コイル６８０２、６８０３から信号をモニタリングするときに、どんな信号を期待し、探すべきかについて正確に知っている。この解決方法の利点は、本発明による直線位置センサが電気部品の許容範囲（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｔｏｌｅｒａｎｃｅ）または運転温度の変更における潜在的効果に影響されないということである。
【０３２０】
以下、図７１を参照して、本発明の一実施形態による位置センサ装置７１００を記載する。
【０３２１】
位置センサ装置７１００はオシレータおよび信号ドライバユニット７１０１を含み、ドライバ信号に従って磁場を生成するために、ドライバ信号を磁場発生コイル６８０１に提供するように構成されている。オシレータおよび信号ドライバユニット７１０１は同時に、ドライバ信号に従い、第１および第２の磁場検出器コイル６８０２、６８０３によって生成された第１の磁場信号および第２の磁場信号をフィルタリングするように構成されている。換言すれば、磁場発生コイル６８０１が交番磁界（すなわち時間的に変化する磁場）提供するように、オシレータおよび信号ドライバユニット７１０１は磁場発生コイル６８０１に供給される交流信号を生成する。従って、この時問依存性は、第１および第２の磁場検出器コイル６８０２、６８０３によって検出される信号の時問依存性という結果となる。周波数同期は、オシレータおよび信号ドライバユニット７１０１が第１の信号バンドパスフィルタ７１０２に、そして、第２信号バンドパスフィルタ７１０３に提供する制御命令によって成し遂げられる。第１の磁場検出器コイル６８０２によって受信される信号は第１の信号バンドパスフィルタ７１０２によってフィルタリングされ、第２の磁場検出器コイル６８０３によって検出される信号は第２信号バンドパスフィルタ７１０３によってフィルタリングされる。２つの信号バンドパスフィルタ７１０２、７１０３の出力は、コンパレータ６８０５の入力部に提供される。これにより、コンパレータ６８０５の出力で、正確に、磁場発生コイル６８０１の位置をエンコードする信号が提供されることが可能となる。
【０３２２】
図７１に図示した実施形態によれば、特定または公知の周波数またはパルススペクトルによって、信号送信器６８０１は給電される。この場合、信号受信器電子技術は、この周波数またはパルススペクトルに特に注意を払っている。図７１に示す解決方法は、干渉信号、または別の場合では、変化する動作温度の潜在的効果に対してさらに抵抗力を有する。
【０３２３】
図７２は本発明の一つの実施形態に従い、マイクロコントローラユニット７２０１が設けられた位置センサ装置７２００を示す。さらに、第１から第３の信号フィルタユニット７２０２から７２０４が設けられている。マイクロコントローラ７２０１を使用するとき、リファレンスモジュール６８０１および第１および第２の磁場検出コイル６８０２、６８０３の間の同期、ならびに信号フィルタ７２０２から７２０４の信号はコンピュータプログラム（ソフトウェアによる）によって容易に、そして、簡単に制御可能である。そして、小さくて単純かつ効果的な方法で位置センサ装置７２００を構成することを可能にする。あるいは、システムは純粋なアナログによる電子技術的な解決方法として実現されてもよい。
【０３２４】
位置測定のプロセスは、マイクロコントローラユニット７２０１によって発生する単純なパルス信号によってトリガ可能である。マイクロコントローラユニット７２０１は、リファレンスモジュール６８０１が信号バースト（電磁パルス）を意図する正確なタイミングを知っているので、該マイクロコントローラ７２０１は、２つの信号受信器入力で何を探すべきか知っている。図７２に示す解決方法は、センサ環境からほとんどいかなるタイプの干渉にも、非常に抵抗力が高い。
【０３２５】
以下において、図７３を参照して、本発明の例示的実施形態による位置センサ装置７３００を記載する。
【０３２６】
位置センサアレイ７３００は、第１および第２の磁場検出コイル６８０２、６８０３に加え、第３の磁場検出コイル７３０１を含む。そこにおいて、位置センサ装置７３００は二次元の直線位置センサとして実現される。
【０３２７】
このように位置センサ装置７３００には、第３の位置にあって、該第３の位置で磁場発生コイル６８０１により生成される磁場に対して、第３の磁場信号特性を検出するように構成された、第３の磁場検出器コイル７３０１が具備されている。位置決定ユニット（図７３に示されない）は、第１の磁場信号、第２の磁場信号、および第３の磁場信号に基づいて磁場発生コイル６８０１の位置を決定するように構成されている。磁場発生コイル６８０１は、実質的には対称に配置され、また、３つの磁場検出器コイル６８０２、６８０３、および７３０１の重心に、実質的に配置される。さらに、第１の磁場検出器６８０２、第２の磁場検出器６８０３、および第３の磁場検出器７３０１は平面上、すなわち、図７３の紙平面に配置され、そこにおいて、磁場発生コイル６８０１はまた、その平衡状態の位置にある。３つの磁場検出器コイル６８０２、６８０３、および７３０１は、正三角形７３０２の隅に配置される。
【０３２８】
図７３に示すように、第３の磁場検出コイル７３０１を加えて、第１および第２の磁場検出器コイル６８０２、６８０３に対して、第３の磁場検出コイル７３０１を対称的に位置付けるとき、信号送信器６８０１の正確な位置を計算することは比較的容易である。
【０３２９】
図７４で分かるように、磁場検出器コイル６８０２、６８０３、および７３０１の信号計算が正確な位置情報に結果としてなることを確実にするために、リファレンスモジュール６８０１は、好ましくはＭＦＳグリッド内部の領域内で、すなわち三角形７３０２内に残るべきである。
【０３３０】
第一および第二の磁場検出器コイル６８０２、６８０３で測定される信号間の信号振幅比の比較は、リファレンスモジュール６８０１のｘ軸位置に結果としてなる。第１のおよび第３磁場検出器コイル６８０２、７３０１の間の信号振幅比の比較は、リファレンスモジュール６８０１のｙ軸ベクトルの位置に結果としてなる。例えば三角測量によって、リファレンスモジュール６８０１の正確な位置を算出するために利用できる、当業者に公知のいくつかの数学的解決方法もある。
【０３３１】
リファレンスモジュール６８０１の運動の自由の範囲は、磁場検出器コイル６８０２、６８０３、７３０１との間に間隔を増やすか、または、他の磁場検出器コイルを加えることによって、増加可能である。磁場検出器コイル６８０２、６８０３、７３０１との間に間隔を増加させることは、ＳＮ比が乏しくなり過ぎることのないように、リファレンスモジュール６８０１送信器の信号電源もまた増加させることが必要となる。
【０３３２】
以下において、図７５を参照して、本発明の他の実施形態にしたがった位置センサ装置７５００を記載する。
【０３３３】
図７３、図７４に示す位置センサ装置７３００に加えて、位置センサ装置７５００は、第４の位置にあって、該第４の位置で磁場発生コイル６８０１によって生成された磁場に対して第４の磁場信号特性を検出するように構成されている、第４の磁場検出器コイル７５０１を備える。位置センサ装置７５００の位置決定ユニット（図示せず）は、第１の磁場信号、第２の磁場信号、第３の磁場信号および第４の磁場信号に基づいてコイル６８００を生成している磁場の位置を決定するように構成されている。図７５から分かるように、磁場発生コイル６８０１は基本的に対称に配置され、また、単一の平面、すなわち図７５の紙平面に配置される４つの磁場検出器コイル６８０２、６８０３、７３０１、７５０１の重心に、基本的に配置される。４つの磁場検出器コイル６８０２、６８０３、７３０１、７５０１は、正方形７５０２の隅に配置される。磁場検出器コイル６８０２、６８０３、７３０１、７５０１を二次グリッド（ｑｕａｄｒａｔｉｃ ｇｒｉｄ）に配置することで、入ってくるリファレンスモジュール６８０１に対して大きな領域を提供し、信号計算を単純にする。
【０３３４】
三次元の位置センサに、適切に磁場検出器コイルを位置付けることによって（すなわち三次元の方法で）、または、三次元のセンサシステムが、たとえばｚ軸位置などの第３の軸の指示器としてリファレンスモジュール信号振幅を使用することができることによって、第３の測定次元を加えることは可能である。
【０３３５】
図７６ａは、４つの磁場検出コイル６８０２、６８０３、７３０１、７５０１が正四面体の隅に配置される幾何学的構造を示す。例えば、磁場発生コイル６８０１は、図７６ａに示す四面体の重心に配置されてもよい。
【０３３６】
図７６ｂにおいて、磁場検出器コイル６８０２、６８０３、７３０１、７５０１、および、さらに磁場検出器コイル７６００が立方体の隅に配置されている。
【０３３７】
完全にリファレンスモジュール信号比計算の方法に依存することによって、図７６ａまたは図７６ｂに示す三次元の直線位置センサは、この領域の中で作動することができるリファレンスモジュールの領域周辺で磁場検出器コイルを配置することによって構築可能である。図７６ａおよび図７６ｂは、この構成の２つの可能な例を示す。この構成によれば、位置センサ装置の位置決定ユニットは磁場信号の違いだけに基づいて磁場発生コイルの位置を決定するように構成されており、信号の振幅に関連した情報を考慮しない。
【０３３８】
この実施形態とは対照的に、図７７を参照すると、振幅情報が磁場検出コイルの平面アレイを用いて三次元の方法にて位置を測定するために用いる位置センサ装置７５００もまた記載している。
【０３３９】
位置センサ装置７５００によれば、４つの磁場検出器コイル６８０２、６８０３、７３０１、７５０１は、ｘｙ−平面に平面的な方法にて提供される。二次領域の隅に配置される磁場検出器コイル６８０２、６８０３、７３０１、７５０１の重心に、平衡状態で、磁気電界発生コイル６８０１は配置される。更に、ｘｙ−平面（ｚ軸に沿ってある）と直角をなす方向の磁場発生コイル６８０１の運動のために、位置決定ユニットは、磁場検出器コイル６８０２、６８０３、７３０１、７５０１によって検出される磁場信号の違いに基づき、また、これらの磁場信号の振幅に基づいて、磁場発生コイル６８０１の位置を決定するように構成されている。
【０３４０】
ｘ軸およびｙ軸に沿ったリファレンスモジュール６８０１の移動が信号比測定（磁場検出器コイル６８０２、６８０３、７３０１、７５０１の信号と比較して）で確認される一方で、ｚ軸位置は信号振幅を用いて確認される。リファレンスモジュール６８０１が磁場検出器コイル６８０２、６８０３、７３０１、７５０１が配置される平面の方へ進むとき、信号振幅は最も強い。磁場発生コイル６８０１がｚ方向（平面より上に、または、平面の下で）（図７７を参照）におけるこの平面から移動するとき、信号振幅は弱まる。
【０３４１】
以下において、図７８から図８１を参照して、本発明の例示的実施形態による洗濯機７８００を記載する。
【０３４２】
図７８は洗濯機７８００の正面図を示し、図７９は洗濯機７８００の側面図を示す。
【０３４３】
洗濯機７８００には、静的支持ハウジング７８０１が具備されている。更に、洗濯機７８００には、静的支持ハウジング７８０１に関して回動するように構成され、そして、洗うべき洗濯物を受け取るように構成されている回動ドラム７８０２が具備されている。
【０３４４】
更に、洗濯機７８００には、回動ドラム７８０２の位置を決定する位置センサ装置が具備されている。位置センサ装置には、磁場、例えば静磁場または交番磁場などの磁場を生成するように構成されている磁場発生コイル７８０３が具備されている。磁場検出器コイル７８０４は、磁場発生コイル７８０３によって発生する磁場に特徴的な磁場信号を検出するように構成されている。位置決定ユニット（図７８から図８１に示されない）は、磁場信号に基づいて回動ドラム７８０２の位置を決定するように構成されている。
【０３４５】
図７９に示すように、磁場検出器コイル７８０４は、外側の非回動ドラム７８０６に取り付けられる電気モータ７８０５に取り付けられている。内側のドラム７８０２は、ファンベルト７８０７を介して電気モータ７８０５によって回動することができる。このように、図７８から図８１は、洗濯機７８００における本発明にしたがって３Ｄ位置センサシステムの実施態様を示す。磁場発生コイル７８０３の、そして、磁場検出器コイル７８０４の位置は、交換可能である。換言すれば、磁場生成装置７８０３は電気モータ７８０５に取り付け可能であり、磁場検出器コイル７８０４はハウジング７８０１に取り付け可能である。更に、複数の磁場検出コイル７８０４を設けることができる。
【０３４６】
図８０は、洗濯物８０００が洗濯機７８００の内側のドラム７８０２の中で満たされるシナリオを示す。洗濯機７８００のドラム７８０２に負荷８０００（３ｋｇの洗濯物など）を配置するとき、ドラム７８０２は負荷８０００に関して枢支する（わずかに回転するかまたは開口の方へ前方向に回転する）。従って、リファレンスモジュール７８０３と磁場検出コイル７８０４との間の相対的位置は、ドラム７８０２の回動運動に関して変化する（図８１を参照）。従って、磁場検出コイル７８０４で測定される信号は、位置変化に従って修正される。これにより、付加を含んでいる状態のドラム７８０２の位置を計算することができ、さらに、ドラム７８０２に加えられている従量を測定することを可能にする。この情報は、どのようにドラム７８０２が回動するべきか、どの程度の洗剤が適当であるのか、洗浄工程の時間がどの程度かかるのかといったことに関する決定の基礎としてとられることができる。
【０３４７】
図８２は、単一の磁場検出コイル８２０１の位置で磁場を生成する磁場発生器として永久磁石８２００を実装している位置センサ装置の単一のチャネルの解決方法を示す。特定の方向に沿って移動するとき、図８２に示すように、磁場検出コイル８２０１は異なる磁場強度を検出する。なぜなら、永久磁石８２００に関するその位置は変化するからである。
【０３４８】
図８２による位置センサ装置が洗濯機に実装されてもよいし、されなくてもよい。
【０３４９】
更に、図８３に示すように、永久磁石８２００は、第１の磁場検出コイル８２０１が第２の磁場検出コイル８３００によって補完される構成で実装されることも可能である。次いで、第１の磁場検出コイル８２０１によって検出される信号は、チャネルＡの電子装置８３０１を通過し、そこからマイクロコントローラユニット７２０１へ進む。第２の磁場検出器コイル８３００によって検出される信号は、チャネルＢの電子装置８３０２に提供され、そこからマイクロコントローラ７２０１に提供される。
【０３５０】
図８３に示す構成の利点は、干渉磁場（地磁界のような）に対する感度が低下していることである。図８３の構成は、リファレンス信号振幅変化（磁場検出コイル８２０１、８３００および永久磁石８２００間の間隔の変化）に影響されない。
【０３５１】
本発明の１つの例示的な実施形態による位置センサ装置８４００を示す図である。
【０３５２】
位置センサ装置８４００において、図８３の永久磁石８２００は磁場発生コイル８４０１によって取り替えられる。マイクロコントローラ８２０１は、２００Ｈｚフィルター８４０２と連結する駆動体８４０５を制御し、磁場発生コイル８４０１に、磁場発生コイル８４０１が磁場を生じる方法をエンコードする対応のコマンド信号を提供する。生成された磁気信号は、磁場検出コイル８２０１および８３００によって検出され、それぞれ、チャネルユニット８３０１および８３０２に提供される。２００Ｈｚフィルタ８４０３、８４０４を渡通過した後に、信号は、更なる処理のためにマイクロコントローラ７２０１に提供される。
【０３５３】
このように、図８４は、マイクロコントローラ７２０１によって制御される磁場発生コイル８４０１と組み合わされた磁場検出コイル８２０１、８３００を使用する一つの例を示す。図８４は図８３と比較すると、より精巧な解決方法である。図８３は単純な位置センサを構成するために永久磁場ソース８２００の磁場検出コイル８２０１、８３００を使用する一つの例である。図８４の実施形態は、いかなる干渉磁場ソースに対しても絶対的に影響を受けない。図８４で示した実施形態はさらに、リファレンス信号振幅変化に対しても影響を受けない。
【０３５４】
以下において、図８５および図８６を参照すると、本発明による位置センサ装置の物理的設計の上面図（図８５）および側面図（図８６）を示す。
【０３５５】
特に、図８５は、磁場検出器コイル８２０１、８３００および第３の磁場検出器コイル８５０１を保持している装置ホルダ８５００の物理設計を示す。
【０３５６】
図８７および図８８は、本発明の例示的実施形態に従った位置センサ装置のための他の形状を示す。
【０３５７】
図８７および図８８は、誘導器８４０１から２０００Ｈｚの正弦波によって生じる差動信号の検出および測定に基づくセンサ原理に関する。リファレンス装置８４０１として、強磁性コアを有する１０ｍＨコイルが用いられ、測定コイル８２０１、８３００、８５０１として、４０ｍｍの直径を有するコイルが用いられる。
【０３５８】
測定コイル８２０１、８３００、８５０１上の信号は、リファレンス装置８４０１と測定コイルセンターとの間の距離の二乗に逆比例する。リファレンス装置８４０１がいかなる位置でも、測定コイル８２０１、８３００および８５０１の座標は知られている。更に、測定コイル８２０１、８３００、８５０１とリファレンス装置８４０１との間の距離も知られている。
【０３５９】
以下に、図８９に示す形状に基づいて、図８７および図８８に示すシステムによる計算を説明する。
【０３６０】
測定コイルの間の距離は、同一で、４２ｍｍであるとみなされる。コイルＡの座標は、（Ｘａ、Ｙａ、Ｚａ）（例えば、（２１、３６．７、０））、コイルＢの座標は、（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）（例えば、（０、０、０）のために）、およびコイルＣの座標は、（Ｘｃ、Ｙｃ、Ｚｃ）（例えば（０、４２、０））である。リファレンス装置の座標は、（Ｘｒｅｆ、Ｙｒｅｆ、Ｚｒｅｆ）である。
【０３６１】
測定結果として、リファレンス装置と測定コイルとの間の距離は、知られている。
【０３６２】
リファレンス装置とコイルＡとの間の距離の数式は以下の通りである。
【数１】

コイルＢおよびコイルＣに対しては以下の通りである。
【数２】

位置Ａ，Ｂ，Ｃの座標は知られているので、方程式のシステムは以下のように記すことができる。
【数３】

上の式を解くと、その結果が以下である。
【数４】

これと同様の方法で、ｙ_ｒｅｆおよびｚ_ｒｅｆを計算することができる。
【０３６３】
図９０は、本発明の一実施形態に従った位置センサアレイの電子技術の方式を示す。
【０３６４】
コイル８４０１が磁場を生成するときに、この磁場は信号検出器８２００、８３００、８５０１によって検出可能である。これらの磁場検出器コイル８２００、８３００、８５０１によって受け取られる信号は、バンドパスフィルタ９０００によってバンドパスフィルタリングされ、このフィルタリングの結果はアクティブ整流器ユニット９００１に提供される。
【０３６５】
図９１は、本発明の例示的な実施形態に従って、位置センサ装置の回路列を示す。
【０３６６】
リファレンス装置は、ＰＩＣからの方形波によってドライブされる。Ｕ８Ｂは、範囲０から５ボルトから−１２から＋１２ボルトへ、信号を変えている。第４のチャネルを用いる必要はない。信号の帯域幅およびノイズ除去は、バンドパスフィルタおよびリファレンスコイルクロックのみによって制限される。ドイツでは９から１０ｋＨｚの周波数範囲が適当である。
【０３６７】
図９２は、信号がリファレンスコイル８４０１と測定コイル８２０１との間の距離と比例しているだけでなく、角度αにも依存していることを示す。この状況を改善するために、図９３に示すように、リファレンスコイル８４０１は、丸みを帯びたコアの端部を備えることも可能である。
【０３６８】
図９４は、３本のチャネル（３つの磁場検出コイルのための）のための電子技術の方式を示す。
【０３６９】
本発明による位置センサ装置はビームに加えられるベンディング力を測定するフレームで実装されることもできる。そこにおいて、ビームの一部の位置はベンディング力のために変わる。本発明によるベンディング力センサおよび機械力センサの物理設計を、図９５から図１００を参照して記載する。
【０３７０】
本明細書において記載されている非接触式力測定技術は、固定具あるいは回動するかまたは移動する装置に、取り外せないような形で実装されて、既存の機械装置に容易に適用することができる。いずれの場合においても、検知ビームは、ベンディング力が発生するために費やされる短い領域で磁気によって処理されることを必要とする（多くのケースにおいてこれはベンディングシャフトが組立てベース板に実装される位置に近い）。
【０３７１】
図９５から図９７は、３つの異なる形状を示し、図９８を参照して後述するような方法で曲げられることができるベンディングビーム９５００を示す。
【０３７２】
図９５はベンディングビーム９５００の位置を検出するための位置センサアレイを示し、２つの磁場検出コイル６８０２、６８０３は線形の方法にて配置される。ベンディングビーム９５００は２つの磁場検出コイル６８０２、６８０３との間に位置付けられる。換言すれば、図９５によるシステムは、ベンディングビーム９５００の１つの軸におけるベンディングに影響される。
【０３７３】
図９６の場合、２つの軸における感度は２つのさらなる磁場検出コイル７３０１、７５０１を設けることによって成し遂げられる。その結果、ベンディングビーム９５００は平面の正方形の隅に配列される４つの磁場検出コイル６８０２、６８０３、７３０１、７５０１の重心に位置付けられる。
【０３７４】
図９７は３つの磁場検出コイル６８０２、６８０３、７３０１を有する構成を示し、ベンディングビーム９５００は平衡状態にあり、磁場検出コイル６８０２、６８０３、７３０１によって形成される三角形の重心に位置する。このように、図９６および図９７はそれぞれ、２つの軸における感度システムを示す。ベンディングビーム９５００は、以下で後述するように、磁場検出コイル６８０２、６８０３、７３０１、７５０１の磁場信号が生じる磁場ソースを備えている。
【０３７５】
ベンディングビーム９５００の、磁気的に処理される検出領域の近くで、磁場検出コイルは、位置付けられる。目的が一次元の軸だけの曲がりを検出することであるときに、図９５に示すように、２つの磁場検出コイル６８０２、６８０３が実装される。そこにおいて、磁場検出コイル６８０２、６８０３は各々の反対側に位置付けられる。曲がりが二次元の方法にて測定される場合、図９６に示すように、４つの磁場検出コイルは、良い結果を提供し、ベンディングシャフト９５００の周囲に、９０度毎に位置付けられることが好ましい。しかしながら、図９７に示すように、他の設計も可能であり、例えばそれは、二次元の方法における曲がりを測定するために、３つの磁場検出コイルを用い、予想されるセンサ性能および必要とされる電子技術の許容煩雑性に依存する。
【０３７６】
図９８は、本発明の一実施形態による位置センサアレイ９８００を示す。
【０３７７】
ベンディングセンサシャフト９５００は、曲がっていない状態、および、曲がっている状態９８０１を示す。位置センサアレイ９８００は、ＰＣＭＥ処理された領域（それは磁気的にエンコードされた領域である。特に図１から図６７、およびそれに対応する記載を参照）、すなわちセンサシャフト９５００中に設けられる磁場ソース９８０６を備える。磁場検出コイル６８０２、６８０３は、ハウジング９８０２中に設けられている。ネジ９８０３、９８０４を介して、磁場検出コイル６８０２、６８０３を含むハウジング９８０２は、組立てベースプレート９８０５に据えることができる。
【０３７８】
上記したＰＣＭＥ技術は、既存のシャフトが強磁性鋼または磁化可能な材料の他の種類でできているならば、それらを処理することができる。ＰＣＭＥ処理された領域９８０６は、磁場検出コイル６８０２、６８０３の位置で磁場を生成する領域である。ハウジング９８０２は、射出成形可能であり、磁場検出コイル６８０２、６８０３がその中にある。ハウジング９８０２に使用される材料は非磁性であるべきである。例えば、ハウジングは、ＰＣＭＥ処理された検出領域９８０６の最も近くに、対称的に位置付けられ得る。
【０３７９】
図９９は位置センサアレイ９９００の他の形状を示し、ベンディングセンサビーム９５００はセンサハウジング９８０２に据えられている。この場合、センサビーム９５００およびセンサハウジング９８０２は、１台の完全なベンディングセンサモジュールになる。必要であれば、センサ電子技術は、センサハウジングの基部９８０５に一体化され得る。
【０３８０】
図１００は、センサハウジング９８０２の三次元の図を示す。
【０３８１】
ＰＣＭＥ技術は、非常に安い経費にて、いかなるタイプの機械的検出装置（曲がり、トルク、および負荷）も製造することを可能にする。ＰＣＭＥセンサは、空気／ガス、水性の液体、および油などの中における、最も厳しい状況および機能の下でさえ、使用可能である。ベンディングビームが機械的に損傷を受けていない限り、センサはその較正設定を保って、基本的に手入れが要らない。
【０３８２】
以下において、図１０１を参照すると、本発明の例示的な実施形態によるセンサ装置１０１００が記載されている。
【０３８３】
二次元のセンサの配列１０１００は、基板１０１０１とマトリクス様のパターンの基板１０１００に配置される複数のセンサ装置とを具備している。センサ装置の各々は、磁気によってエンコードされた領域（たとえば永久磁石またはＰＣＭＥエンコードされた領域）を有するベンディングシャフト１０１０２（それは、図９８、図９９に示されるベンディング軸９５００と類似していてもよい）と４つの磁場検出コイル１０１０３とを具備している。その配列は、図９６と類似しているが、図９５または図９７のそれと類似していてもよい。センサ装置１０１００は、圧力の空間パターンおよび／または複数の位置センサ装置に加えられた曲げ荷重を検出するように構成されている。
【０３８４】
図１０２は、図１０１によるセンサの配列１０１００が使われることができるシナリオを示す。
【０３８５】
センサ配列１０１００は、衝突実験センサ装置として構成されている。図１０２で分かるように、センサ配列１０１００は、壁１０２０１上へ螺着される。試験車１０２０２は、壁１０２０１上のセンサ配列１０１００の方向を目指す。衝突をシミュレーションするために、試験車１０２０２が壁１０２０１上のセンサ配列１０１００上に衝突するとき、特定の圧力およびベンディング力は壁１０２０１上のセンサ配列１０１００のセンサの各々の作動をパターン化する。このように、車１０２０２が壁１０２０１に衝突すると、センサ配列１０１００上にて作動する圧力およびベンディング力を空間的に把握することも可能である。
【０３８６】
図１０３は長方形の基板部材１０３００を有するセンサ配列を示し、４台の磁場検出装置１０３０１は該基板部材１０３００の四隅に設けられている。基板部材１０３００は、洗濯機の固定支点として設けられることができる。
【０３８７】
図１０３には示されないが、磁場発生コイル１０３０２は洗濯機の回動ドラムに取り付けられている。ドラムが回動する場合、磁場信号が磁場検出器１０３０１を通過するとき、磁場発生コイル１０３０２は回動ドラムで作動し、磁場信号を発する。この信号は、磁場発生コイル１０３０２に関する磁場検出器１０３０１の相対位置、そして、磁場発生コイル１０３０２の運動に特徴的である、振幅および時間依存性を用いて、磁場検出器１０３０１の各々によって検出可能である。
【０３８８】
４つの検出コイル１０３０１によって検出される信号の組合せから、回動ドラムに取り付けられる磁場発生器１０３０２のｘ、ｙ、およびｚの座標情報を導き出すだけでなく、曲線の矢印を用い図１０３にて図式的に示されているように、角度可変の情報または回動情報もまた導き出すことが可能である。
【０３８９】
あるいは、支持部材１０３００を回動ドラムに取り付けて、空間に取り付けられて、すなわち静止した支持体に取り付けられるコイル１０３０２を生成している磁場を設けることも可能である。
【０３９０】
すでに前述した様に、検出情報は位置情報を算出するために使われることができ、この位置情報は、高精度で制御可能な洗濯機の洗濯時の負荷または動作モードを表すことができる。
【０３９１】
このように、センサは、回動ドラムの位置の偏差、ならびに、実際の位置特性と所望の位置特性との違いを測定する。この測定をすることによって、洗濯機がいつ共鳴条件に接近する動作状況になるかを検出することが可能になる。共振効果が洗濯機の機能の妨げとなり得る共鳴状態に近いこの不必要な動作モードにおいて、不必要な動作モードを防止でき、洗濯機が所望の動作モードに戻ることができるように、洗濯機を制御、駆動、および調整するための制御信号として、センサ信号を用いることができる。
【０３９２】
コイル１０３０１および１０３０２は、プリント基板（ＰＣＢ）コイルでもよい。
【０３９３】
図１０３の構成を用いて、マイクロメータ、またはそれより細かい分解能にて位置を測定することが可能である。
【０３９４】
ｘおよびｙの座標は、コイル１０３０１の検出信号の差に基づいて検出可能である。上述の座標値は、検出信号の振幅に基づいて検出可能である。回動に関する情報は、検出信号の組合せから、さらに引き出すことができる。
【０３９５】
例えば、磁場発生コイル１０３０２は、例えば１０ｋＨｚの周波数を有する交流電流の供給によって駆動可能である。この周波数値は、洗濯機を所望の動作状態にするように修正または調整することができる。
【０３９６】
また、検出コイル１０３０１の振幅は、調整可能の信号として使用可能である。この構成において、単純で安価なＡＤＣを使用可能である。ＡＣコイル１０３０２の周波数および電流振幅を、センサアレイを調整するために、適当なパラメータとして使用可能である。
【０３９７】
図１０４は、永久磁性素子１０４００を設けることによって、磁場ソースのためのワイヤレスの解決法を示す。また、永久磁石１０４００は、洗濯機の回動ドラムに取り付けることができる。洗濯機の静止した支持体は、基板１０３００に接続されてもよく、複数の（たとえば９つ）マトリクス様に配置された磁場検出コイル１０３０１に接続されてもよい。
【０３９８】
このように、図１０４は、放出（ｅｍｉｓｓｉｏｎ）コイル１０３０２に接続する配線のない解決法を示す。この目的のために、永久磁石１０４００を使用できる。
【０３９９】
図１０５は、洗濯機の回動ドラムの位置情報を決定する位置検出器システムのための代替の解決法を示す。
【０４００】
静止した支持体１０３００は、４つの検出コイル１０３０１と発信コイル１０５００とを具備している。コイル１０３０１は、それらのそれぞれの位置でローカル磁場を検出するための磁場検出コイルとして構成される。発信コイル１０５００は、電磁場を流れる電流を供給されることによって、該電磁場を生成する。
【０４０１】
図１０５に示す回動可能な（矢印を参照）ドラム１０５０１には、ＬＣオシレータ１０５０２が設けられる。ＬＣオシレータは、コイル、コンデンサおよびオーム抵抗から成る回路である。したがって、ＬＣオシレータ１０５０２は発信コイル１０５００によって発生する磁場となり、この磁場の周波数がＬＣ発振回路１０５０２の共振振動数からあまり間隔をおいて配置されない場合、ＬＣオシレータ１０５０２は発信コイル１０５００によって発生する、時間依存の磁場から電磁エネルギーを吸収することができる。換言すれば、発信コイル１０５００によって発生する磁場は、ＬＣオシレータ１０５０２が発信コイル１０５００に近接しているドラム１０５０１の回動状態において、少なくとも部分的に除去される。
【０４０２】
磁場の位置依存の部分的な消去は、磁場検出器１０３０１によって検出でき、ならびに、ＬＣ発振回路１０５０２の現在の位置を表し、かつ洗濯機の回動ドラム１０５０１の振動状態を表す距離または位置情報に再計算されることが可能となる。
【０４０３】
以下において、図１０６を参照して、代替の配置構造を説明する。
【０４０４】
図１０６の構成において、第１の発信コイル１０６０１および第２の発信コイル１０６０２が設けられており、互いに近くに配置される。第１の発信コイル１０６０１は３０ｋＨｚの周波数を有する磁場を生成し、第２の発信コイル１０６０２は４０ｋＨｚの周波数を有する磁場を生成する。コイル１０６０１および１０６０２の２つの周波数は、異なるように選択され得る。
【０４０５】
磁場シンクとしての受信コイル１０６０３は、洗濯機（図１０６に示されない）の回動ドラムに取り付けられる。図１０６の矢印によって示される回動ドラムが作動するときに、受信コイル１０６０３はコイル１０６０１、１０６０２のアクティブ磁場上を移動する。従って、受信コイル１０６０３が何らかのＬＣオシレータであるので、それはコイル１０６０１または１０６０２のうちの１つによって発生する電磁エネルギーを吸収することができ、この電磁エネルギーはコイル１０６０１、１０６０２の磁場の修正という結果になるシステムから除去され、それは検出可能である。従って、コイル１０６０１および１０６０２によって検出された信号を組み合わせることによって、可動受信コイル１０６０３の現在の位置を評価することができる。このように、コイル１０６０１および１０６０２は、検出コイルとして役立つこともできる。
【０４０６】
あるいは、別個の検出コイルもまた実装可能である。
【０４０７】
図１０７は、図１０６のシステムと類似したシステムがどのように機能することができるかについて説明する回路図を示す。
【０４０８】
第１の発信コイル１０６０１は、オーム抵抗１０７００と、オシレータ１０７０１と、コンデンサ１０７０２と、誘導器１０７０３とを備えている。対応する素子は、第２の発信コイル１０６０２において予見されている。それは、オーム抵抗器１０７０５と、オシレータ１０７０６と、キャパシタンス１０７０７と、誘導器１０７０８とを備えている。
【０４０９】
発信コイル１０６０１および１０６０２の両方が単一の一般の共有されたオシレータによって作動される実施形態を実現することもまた可能である。
【０４１０】
受信コイル１０６０３（図１０７に示されない）が発信コイル１０６０１、１０６０２の環境を通過するとき、受信コイル１０６０３は、回路１０６０１、１０６０２の範囲内で信号を修正する発信コイル１０６０１および／または１０６０２によって発生する電磁エネルギーを吸収する。これらの信号は、コンパレータ１０７１０の出力において、受信コイル１０６０３の現在の位置を表すことができる検出信号１０７１１が提供されるように、コンパレータ１０７１０によって比較される。
【０４１１】
従って、受信コイル１０６０３は、磁気エネルギーを消耗する構成要素として作用する。
【０４１２】
図１０８は、第１の層において設けられる発信コイル１０６０１および１０６０２に加えて、更なる発信コイル１０８００、１０８０１が構成要素１０６０１、１０６０２の層の下の層に配置される上述の検出原理の更なる改善を示す。更に、コイル１０８００、１０８０１の方向は異なり、好ましくは、コイル１０６０１、１０６０２の方向に対して垂直である。
【０４１３】
図１０９は、この構成の平面図を示し、コイル１０６０１、１０６０２および共通面の１０８００、１０８０１が、受信コイル１０６０３（図１０９に示されない）の位置についてのさらなる情報を提供するために、それぞれのコンパレータ１０７１０によって比較される信号を提供することを示す。
【０４１４】
図１０９の回路に代わるものとして、弱電流および低いエネルギー消費を備えるシステムを作動するために、４つのコイル１０６０１、１０６０２、１０８００、１０８０１の全てかまたは一部に対して、マルチプレクサを使用することも可能である。コイル１０６０１、１０６０２、１０８０１、１０８００に対して、異なる送信周波数または同じ送信周波数を用いることもまた可能である。
【０４１５】
複数の受信コイル１０６０３を使用することもまた可能である。
【０４１６】
次に、本発明の例示的実施形態に従い、直線位置センサのさらなる例示的実施形態を説明する。
【０４１７】
以下に、絶対位置検出器用の用途を説明する。
【０４１８】
図１１０は、直線位置センサ技術系統の異なるセンサタイプを図示する。
【０４１９】
図１１１から図１１３は、本発明の例示的実施形態に従って、低コストの３Ｄ直線位置センサを図示する。
【０４２０】
このセンサ装置は、非接触の３つの軸の直線位置センサとして構成されることができる。検出域は、４５×４５×４５ ｍｍ^３であってもよい。それは、リアルタイム同期測定を可能にする。信号分解能は８ビットより大きくてもよい。
【０４２１】
図１１１は、リファレンス装置１０３０２を有する電気モータ１１１００および受信パッド１０３００を有するモータ制御ユニット１１１０１を図示する。電気モータ１１１００は、洗濯機に接続されてもよく、またはその一部を形成してもよい。
【０４２２】
図１１２から分かるように、ドラム（洗濯機の中の）の動き１１２００が回転しているとき（すなわちドラムのアンバランスが発生する）、電気モータ１１１００の動き１１２００が発生し得、ドラムが負荷を受けるとき（すなわち、重量の増加が発生する）、電気モータ１１１００の動き１１２０１が発生し得る。
【０４２３】
図１１３は本発明の１つの例示的な実施形態によるトルクセンサを示す図である。
【０４２４】
本発明の例示的実施形態によるセンサアレイのための適用分野のための実施形態として、消費者向けの洗濯機１１４００を図１１４に示す。図７８および図７９を参照する。
【０４２５】
図１１４は、外側ドラム７８０６（回動しない）に取り付けられる電気モータ１１１００を示す。さらにまた、内側ドラム７８０２（回動する）を図１１４に示す。リファレンス磁場は、リファレンス磁気磁場発生ユニット７８０３によって発生することができる。位置検出器モジュール７８０４は、電気モータ１１１００および／またはドラム７８０６、７８０２の位置を測定するために用いることができる。
【０４２６】
このシステムは、リアルタイム制御なしで作動されることができる。増加した重量（たとえばコンクリートブロック）を、機械的処理を安定させるために用いることができる。しかしながら、さらなる「非消費者におけるマーケット」のセンサに対しては、コストは上昇し得る。これ以外に、さらなる部品が加わると、さらに複雑になり得る。
【０４２７】
しかしながら、システムは、リアルタイム制御によって作動されることができる。これは、より低い全体の重量（製造コストおよび輸送コストの低下）、より高いパフォーマンス、およびより低い全体のコストを含み得る。
【０４２８】
図１１５は、システム機能モジュールを図示する。
【０４２９】
このモジュールは、リファレンス装置１０３０２、受信パッド１０３００、ＳＣＳＰ電子技術１１５００、単一の電源電圧１１５０１、およびユーザーインターフェース１１５０２を含む。受信パッド１０３００、電子技術１１５００およびユーザーインターフェース１１５０２が１台の共有されたユニットとして実現されることも可能でもある。
【０４３０】
ユーザーインターフェース１１５０２は、機能指示器１１５０３を備えていてもよく、アナログ出力信号が設けることができるデータインターフェース１１５０４を含むこともできる。
【０４３１】
図１１６から分かるように、異なる測定レンジを用いることができる。標準分解能装置として、または高分解能装置としてシステムを実装することも可能である。洗濯機が作動中でないときに、高分解能測定モードを用いることができる。その結果、ドラム重量測定（１つの軸モード）を実行できる。洗濯機が作動中のときに、標準測定モードにおいて、ドラム位置測定（３つの軸モード）を実行できる。
【０４３２】
次に、本発明の例示的実施形態による無線による絶対３Ｄ直線位置センサの更なる実施形態を説明する。
【０４３３】
図１１７は、この無線３Ｄ位置センサ装置１１７００を示す。
【０４３４】
送受信パッド１０３００は、空間において固定して配置され得、送信コイル１０５００によって、所定周波数を有する磁場を生成することができる。検出器コイル１０３０１は、それらのそれぞれの位置で磁気信号を検出することができる。リファレンス装置１０５０２（洗濯機の回動ドラムと接続可能である）が送受信パッド１０３００の検出器１０３０１に関してその相対的な位置を移動して、このように変化するとき、磁場および検出信号はそれにしたがって、修正される。４つの検出コイル１０３０１の信号は、リファレンス装置１０５０２の位置、および送受信パッド１０３００に関する洗濯機の回動ドラムの位置を検出するために用いることができる。
【０４３５】
電子技術１１５００は、検出された信号を評価することができ、該検出された検出信号から位置情報を引き出すことができる。
【０４３６】
図１１８は、Ｘ、Ｙ、Ｚ座標システムの定義を示す。
【０４３７】
また、２つの実施形態は、高分解能測定領域、および標準分解能（ＡＢＳ）測定領域に関連して区別されることができる。
【０４３８】
図１１９は、再び、プリント基板（ＰＣＢ）素子として実現されることができる構成要素を有する図１１７の主センサを示す。
【０４３９】
図１１７および図１１９に示すリファレンス装置１０５０２は、ＬＣ発振回路である。この回路は、送受信パッド１０３００の発生コイル１０５００によって発生する電磁場から、電磁エネルギーを吸収することができる。しかしながら、特に、例えば１００ｋＨｚ以上の周波数（特に４００ｋＨｚから１０００ｋＨｚの間の範囲において）が使われるときに、ＬＣ発振回路１０５０２はまた単純な金属片（例えばアルミニウムでできている）によって代用することもでき、または磁気遮蔽コイルによって代用することもできる。制動コイルが単純な金属片または磁気遮蔽箔によって交換されることができるので、この構成は装置のコスト効率的な製造を可能にする。この金属片は、ディスク様の要素、ボール様の要素、板状の要素でもよく、または他のいかなる形状を有することができる。
【０４４０】
以下に、例示的な実施形態に従った無線による絶対３Ｄセンサ装置の一部の有利な機能を説明する。３本の軸（ｘ、ｙおよびｚ）の絶対位置測定を可能にする。非常に少ない構成部品の数にて可能であり、したがって設計が複雑ではない。過酷な状況（温度範囲、環境清浄度、振動、など）の下でも使用可能である。非常に堅牢であり、使い易い設計である。２つのキー測定素子は、プリント基板として実現されてもよい。大部分のシステムの特徴は、ソフトウェアによって規定され得、かつ影響され得る。低い消費電力が達成可能である。閉じたループとしてＥＭＩに対して高い免疫を有することは可能である。差動モード信号処理を用いたＡＣ結合の感知原理も使用可能である。
【０４４１】
図１２０は、メイン感知ボードレイアウトの基部設計を図示する。
【０４４２】
図１２０から分かるように、電磁場生成素子および電磁界検出素子による多層構造が達成されてもよい。したがって、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸に沿った検出が、平面状の装置を用いて可能となる。
【０４４３】
３Ｄ座標計算プロセスに関して、図１２１を参照する。
【０４４４】
ｘ−軸およびｚ−軸の計算を終えるとき、ｙ軸位置は主に信号の振幅変調によって定義でき、修正／最適化可能である。
【０４４５】
ｘ−軸位置およびｚ−軸位置は「差動」測定によって規定可能であり、ルックアップ表（必要であれば）でｙ軸値および最終的なチューニングによって最適化される。
【０４４６】
３Ｄセンサシステムセンター位置（通常の洗濯および回転モードの間）は、ソフトウェア（それは、連続自己較正機能として意味されることができる）によって規定され得る。
【０４４７】
図１２１の座標システムを参照して、ｘ−軸測定およびｚ−軸測定は、最も正確であり得る。
【０４４８】
図１２２は、本発明の例示的実施形態に従って、固定周波数の無線による３Ｄ位置センサ装置１２２００を示す。
【０４４９】
その３つの軸測定装置１２２００は図１２１に示す感知誘導器を有することができ、図１２０にて図示したものと同様の方法で構成可能である。
【０４５０】
図１２３は、固定周波数負荷回路１２３００を示す。
【０４５１】
図１２２および図１２３の実施形態は共に、固定周波数の無線による３Ｄ位置検出器を形成することができる。
【０４５２】
図１２４は、用いられることができる広い周波数帯の負荷回路１２４００を示す。
【０４５３】
図１２２および図１２４の実施形態は共に、周波数帯の無線による３Ｄ位置検出器の基礎でもよい。
【０４５４】
これらの実施形態を用いて、改良された感知システム性能を得ることができる。大部分の測定（ｘ−軸、ｙ−軸、およびｚ−軸）は、基本的に線形で、限られた修正を必要としてもよい。測定された信号のＡＵは、単調でもよいし、繰返し性でもよい。
【０４５５】
図１２５は、本発明の例示的実施形態に従って、無線３Ｄセンサシステム１２５００のブロック図を示す。
【０４５６】
図１２５の実施形態は、低信号周波数設計であって、少ない数の構成部品で作動されることができ、ソフトウェア要素の実施態様による最大の制御を可能にする。
【０４５７】
図１２６は、本発明の他の例示的実施形態に従って、無線３Ｄセンサシステムの他のブロック図１２６００を示す。
【０４５８】
図１２６の構成は高周波数設計であり、自動感知パッド温度補償が可能である。より遅いＭＣＵ装置を使用することも更に可能である。図１２６の実施形態を用いて、低供給電力消費が可能となる。
【０４５９】
図１２５は、マイクロコントローラ（ＭＣＵ）１２５０１によって発せられ、バッファユニット１２５０２に供給されるオシレータ信号ＯＳＣを含む。オシレータ機能は、図１２５のＭＣＵ１２５０１に統合される。これと対照的に、図１２６において、スイープ信号は、ＭＣＵ１２５０１から別個のオシレータユニット１２６０１に供給され、ついで、オシレータ信号を発する。
【０４６０】
温度が測定の間に修正されることも起こり得る。このシナリオにおいて、更にセンサシステムの精度および堅牢性を改善するために、何らかの温度補償を提供することは有利であり得る。
【０４６１】
例えば、図１２５または図１２６のマイクロコントローラユニット１２５０１のソフトウェアは、温度効果（「周波数スイープ」）を補償するために、システムの作業周波数を適応させることができる。この目的のために、図１２５を参照して、出力信号ＯＳＣは、測定されることができ（例えば、その振幅は測定可能である）、検出信号と比較されてもよい。この比較は、温度効果を補償するための基礎とされ得る。
【０４６２】
図１２５において、Ｒｓは測定抵抗であって、実質的に、温度から独立した抵抗であるべきである。
【０４６３】
図１２６は、ＭＣＵ１２５０１がスイープ信号を発して、後者を別々のオシレータユニット１２６０１に提供することを示す。この場合、オシレータ１２６０１は周波数変換器に対する電圧であり得る。すなわちスイープ信号の電圧値はシステムの周波数を調整する基礎とされ得る。
【０４６４】
以下に、出力信号オプションを説明する。
【０４６５】
個々のアナログ信号（ｘ、ｙ、ｚ）も可能である。さらに、多重化されたアナログ信号（ｘ−ｙ−ｚ−ｘ−ｙ−ｚ．．．）も可能である。デジタルシリアルデータストリームも可能である。デジタルバスシステム（標準プロトコル）を実装可能である。デジタルバスシステム（カスタムのプロトコル）を実装可能である。単一のデジタル運動閾値信号も使用可能である。さらに、複数レベルのデジタル運動閾値信号も使用可能である。
【０４６６】
次に、温度安定制御メカニズムを説明する。
【０４６７】
感知パッドに関して、信号ゲイン（ｙ軸）を考慮することができる。これに関連して、システム自己較正のために、通常の間隔にて周波数スイープが実行可能である。さらに、信号ゲイン（ｘ−軸およびｚ−軸）を想定することができ、差動測定を実行可能である。さらに、信号のオフセット（ｘ−、ｙ−およびｚ−軸）を考慮することができ、ソフトウェア補償はこの関連において実装されることができる。
【０４６８】
レファレンス装置に関して、固定周波数動作モードにて作動可能である。これは、正しい構成要素を選択することによって達成することができる。リファレンス装置は、周波数帯タイプにても作動可能である。
【０４６９】
マイクロコントローラを参照すると、閉じたループ信号制御設計（ソフトウェア較正も可能）も可能である。
【０４７０】
図１２７および図１２８は、感知パッド、信号調整、および信号処理電子技術設計の実施形態を示す。
【０４７１】
図１２７は、より大きいＰＣＢボードの空間を有する実施形態を示し、信号対雑音比は改善されている。
【０４７２】
図１２８の実施形態は、減少したＰＣＢボードの空間を有すが、さらなる増幅およびフィルタ要素の潜在的必要がある。
【０４７３】
以下に、リファレンス装置の感度の更なる局面を述べる。
【０４７４】
リファレンス装置は、固定周波数リファレンス装置として提供され得る。それは低周波数で作動することができ、その結果、他の金属物に影響されない。それはより高い周波数で作動されることもでき、低電力消費、より小さいボード空間、増加した信号ゲインおよび選択的な金属材料に対する増加した感度を可能にする。
【０４７５】
周波数帯リファレンス装置としてリファレンス装置を実装することも可能である。高周波数の実装の場合、選択的な金属材料に対する増加した感度、リファレンス装置の非常に低コスト設計、および非常に低い故障率を有する極めて堅牢な設計が可能である。
【０４７６】
この無線による絶対３Ｄセンサシステムは、１ＭＨｚまでの可聴周波数の範囲の周波数で作動することができる。低周波数域においては、１０ｋＨｚから１００ｋＨｚの間の周波数が可能である。このセンサが３Ｄセンサの近くで金属物に完全に影響されないように、対応の設計は最適化が可能である。しかしながら、金属物が感知パッドとリファレンス装置との間にあることは、防止されなければならない。
【０４７７】
低周波の用途において、リファレンスコイルおよび感知コイルがより大きければ、選択された構成要素のコストもより大きくなる。
【０４７８】
高周波操作モードにおいて、３００ｋＨｚ以上の周波数を用いて、コストおよび必要とされるスペースを含め、多くのシステム特性を改善することができる。さらに、金属物（静的なおよび動的な）に対する増加した感度もまた、生じ得る。
【０４７９】
動作周波数の好適な範囲は、３００ｋＨｚおよび４００ｋＨｚの間にある。
【０４８０】
「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。
【図面の簡単な説明】
【０４８１】
【図１】本発明の１つの例示的な実施形態によるトルクセンサを製造する方法を説明するために、本発明の１つの例示的な実施形態によるセンサ素子を持つトルクセンサを示す図である。
【図２Ａ】本発明の原理および本発明の製造方法における１つの例示的な実施形態を更に説明するために、本発明によるトルクセンサのセンサ素子における１つの例示的な実施形態を示す図である。
【図２Ｂ】図２ａのＡＡ’線に沿った断面図を示す。
【図３Ａ】本発明の原理および本発明によるトルクセンサの製造方法における１つの例示的な実施形態を更に説明するために、本発明によるトルクセンサのセンサ素子の別の例示的な実施形態を示す図である。
【図３Ｂ】図３ａのＢＢ’線に沿った横断面を示す図である。
【図４】本発明の１つの例示的な実施形態による方法に従って製造された図２ａおよび３ａにおけるトルクセンサのセンサ素子の横断面を示す図である。
【図５】本発明によるトルクセンサを製造するための製造方法の例示的な実施形態を更に説明するために、本発明によるトルクセンサのセンサ素子における別の例示的な実施形態を示す図である。
【図６】本発明によるトルクセンサの製造方法の例示的な実施形態を更に説明するために、本発明によるトルクセンサのセンサ素子における別の例示的な実施形態を示す図である。
【図７】本発明によるトルクセンサを製造する方法の、ある例示的な実施形態を更に説明するためのフローチャートを示す図である。
【図８】本発明の１つの例示的な実施形態による方法を更に説明するための電流対時間を示すグラフ図である。
【図９】本発明の１つの例示的な実施形態による電極システムを持った、本発明によるトルクセンサのセンサ素子における別の例示的な実施形態を示す図である。
【図１０Ａ】本発明の１つの例示的な実施形態による電極システムを持った、本発明によるトルクセンサの別の例示的な実施形態を示す図である。
【図１０Ｂ】図１０ａの電極システムによる電流サージを加えた後の図１０ａのセンサ素子を示す図である。
【図１１】本発明によるトルクセンサのためのトルクセンサ素子における別の例示的な実施形態を示す図である。
【図１２】２つの磁場がシャフトに生じて、閉じた円内を走っている様子を示す図であり、本発明の別の例示的な実施形態によるトルクセンサのセンサ素子の概略図を示す。
【図１３】本発明による製造方法に従って作られる２つの逆方向サイクル、つまり、磁場ループを使用するＰＣＭＥ感知技術を図示するための別の概略図を示す。
【図１４】機械的応力が本発明の１つの例示的な実施形態によるセンサ素子に加わらない時、磁束線がその初めの経路を走ることを図示するための別の概略図を示す。
【図１５】本発明の１つの例示的な実施形態の原理を更に説明するための別の概略図を示す。
【図１６】本発明の１つの例示的な実施形態の原理を更に説明するための別の概略図を示す。
【図１７】本発明の１つの例示的な実施形態の原理を更に説明するための概略図である。
【図１８】本発明の１つの例示的な実施形態の原理を更に説明するための概略図である。
【図１９】本発明の１つの例示的な実施形態の原理を更に説明するための概略図である。
【図２０】本発明の１つの例示的な実施形態の原理を更に説明するための概略図である。
【図２１】本発明の１つの例示的な実施形態の原理を更に説明するための概略図である。
【図２２】本発明の１つの例示的な実施形態の原理を更に説明するための概略図である。
【図２３】本発明の１つの例示的な実施形態の原理を更に説明するための別の概略図を示す。
【図２４】本発明の１つの例示的な実施形態の原理を更に説明するための概略図を示す。
【図２５】本発明の１つの例示的な実施形態の原理を更に説明するための概略図を示す。
【図２６】本発明の１つの例示的な実施形態の原理を更に説明するための概略図を示す。
【図２７】本発明の１つの例示的な実施形態の製造方法によるセンサ素子に加えられる電流パルスを図示するための電流対時間図である。
【図２８】本発明の１つの例示的な実施形態による出力信号対電流パルス長を示す図である。
【図２９】本発明の方法によるセンサ素子に加えられる本発明の１つの例示的な実施形態による電流パルスとともに電流対時間を示す図である。
【図３０】本発明の１つの例示的な実施形態の方法によるシャフトのようなセンサ素子に加えられる電流パルスについて、好ましい例示的な実施形態を示す別の電流対時間図である。
【図３１】本発明の１つの例示的な実施形態に従う信号および信号効率対電流図である。
【図３２】本発明の１つの例示的な実施形態による望ましいＰＣＭＥ電流密度を持つセンサ素子の断面図を示す。
【図３３】本発明の１つの例示的な実施形態による、各種の増加するパルス電流レベルでのセンサ素子およびパルス電流密度の断面図を示す。
【図３４】本発明によるセンサ素子において、異なる電流パルスの磁気流によって達成される間隔を示す図である。
【図３５】本発明の１つの例示的な実施形態によるセンサ素子に加えられる電流パルスの電流対時間図を示す。
【図３６】本発明の１つの例示的な実施形態によるセンサ素子への電気的な多点接続を示す図である。
【図３７】本発明の１つの例示的な実施形態によるセンサ素子に対して、電流パルスを加えるバネ装填の接触点を有する多チャネルの電気接続具を示す図である。
【図３８】本発明の１つの例示的な実施形態による増加された数の電気接続点を持つ電極システムを示す図である。
【図３９】図３７の電極システムにおける１つの例示的な実施形態を示す。
【図４０】本発明の１つの例示的な実施形態による方法で使用するシャフト処理保持クランプを示す図である。
【図４１】本発明によるセンサ素子の２重磁場エンコード領域を示す図である。
【図４２】本発明の１つの例示的な実施形態による、順次の２重磁場エンコーディングの工程段階を示す図である。
【図４３】本発明の別の例示的な実施形態による２重磁場エンコーディングの別の工程段階をす図である。
【図４４】本発明の別の例示的な実施形態に従って、電流パルスの印加の説明を含む、センサ素子における別の例示的な実施形態を示す図である。
【図４５】応力が加えられない時の本発明によるセンサ素子内の磁束方向を記した概略図を示す。
【図４６】応力が加えられた時に図４５のセンサ素子内における磁束方向を示す図である。
【図４７】加えられたトルクの方向が変化している時に図４５のＰＣＭエンコードされたシャフト内部の磁束を示す図である。
【図４８】本発明の１つの例示的な実施形態による６チャネル同期パルス電流駆動システムを示す図である。
【図４９】本発明の別の例示的な実施形態による電極システムを簡略化して示す図である。
【図５０】本発明の１つの例示的な実施形態によるセンサ素子を示す図である。
【図５１】２つのピン止め磁場領域とともにＰＣＭＥ処理検出領域を有する、本発明によるセンサ素子の別の例示的な実施形態を示す図である。
【図５２】１つのエンコードされた領域およびピン止め領域を持つセンサ素子の製造のために、本発明の１つの例示的な実施形態による製造方法を説明するための概略図である。
【図５３】本発明の１つの例示的な実施形態による製造方法に従って本発明の１つの例示的な実施形態によるセンサ素子を示す別の概略図である。
【図５４】本発明の１つの例示的な実施形態を更に説明するための簡略化された概略図である。
【図５５】本発明の１つの例示的な実施形態を更に説明するための簡略化された別の概略図である。
【図５６】モータのギアボックスにおける本発明の１つの例示的な実施形態によるトルクセンサの適用を示す図である。
【図５７】本発明の１つの例示的な実施形態によるトルクセンサを示す図である。
【図５８】本発明の１つの例示的な実施形態による非接触トルク検出装置における構成要素の概略図である。
【図５９】本発明の１つの例示的な実施形態による検出装置の構成要素を示す図である。
【図６０】本発明の１つの例示的な実施形態によるセンサ素子のコイル配置を示す図である。
【図６１】本発明の１つの例示的な実施形態による単一チャネルセンサ機器を示す図である。
【図６２】本発明の１つの例示的な実施形態による２チャネルの短絡保護システムを示す図である。
【図６３】本発明の別の例示的な実施形態によるセンサを示す図である。
【図６４】本発明の１つの例示的な実施形態による二次側センサユニット組み立てについて、１つの例示的な実施形態を示す図である。
【図６５】本発明の１つの例示的な実施形態による一次側センサおよび二次側センサの幾何学的な配置の２形態を示す図である。
【図６６】二次側センサユニットとセンサホストとの間隔が出来るだけ小さい方が望ましいことを説明するための概略図である。
【図６７】一次側センサエンコーディング装置について実施形態を示す図である。
【図６８】本発明の１つの例示的な実施形態によるトルクセンサを示す図である。
【図６９】図６８に示される位置センサ装置の機能を示す図である。
【図７０】図６８に図示される位置センサの別の略図を示す。
【図７１】本発明の１つの実施形態によるトルクセンサを示す図である。
【図７２】本発明の１つの実施形態によるトルクセンサを示す図である。
【図７３】本発明の１つの実施形態によるトルクセンサを示す図である。
【図７４】図７３に図示す位置センサ装置の機能を示す図を示す。
【図７５】本発明の一実施形態による位置センサ装置の略図を示す。
【図７６】本発明の一実施形態による磁場検出器を位置センサアレイに配置するための形状を示す。
【図７７】本発明による位置センサ装置の機能を図示する。
【図７８】本発明の一実施形態による洗濯機の異なる図および動作モードを示す。
【図７９】本発明の一実施形態による洗濯機の異なる図および動作モードを示す。
【図８０】本発明の一実施形態による洗濯機の異なる図および動作モードを示す。
【図８１】本発明の一実施形態による洗濯機の異なる図および動作モードを示す。
【図８２】本発明の一実施形態による洗濯機のための、磁場ソースおよび位置センサ装置の単一の磁場検出器を示す。
【図８３】洗濯機のための位置センサアレイの別の実施形態を示す。
【図８４】本発明による位置センサ装置の一実施形態を示す。
【図８５】本発明の一実施形態による位置センサ装置の実施形態を示す。
【図８６】本発明による位置センサ装置の一実施形態を示す。
【図８７】本発明の一実施形態による位置センサ装置の形状を示す。
【図８８】図８７に従った位置センサ装置の別の図を示す。
【図８９】本発明の位置センサ装置の一実施形態による磁場ソースおよび磁場検出装置を配置するための幾何形状を示す。
【図９０】本発明による位置を検出するためのデータの処理の方式を示す図を示す。
【図９１】本発明による位置センサ装置の回路アレイを示す。
【図９２】本発明による位置センサ装置のための配置の側面図を示す。
【図９３】本発明による丸みをおびたコアの端部を有する磁場ソースを示す。
【図９４】本発明の一実施形態による位置センサ装置において測定されるデータが処理される方法について説明する略回路図を示す。
【図９５】本発明の一実施形態による一次元の曲げセンサ装置を示す。
【図９６】本発明の一実施形態による二次元のベンディングセンサ装置を示す。
【図９７】本発明の一実施形態による二次元のベンディングセンサ装置を示す。
【図９８】本発明による曲げセンサ軸シャフトを示す。
【図９９】本発明による曲げセンサ装置の別の実施形態を示す。
【図１００】図９９に関連したセンサハウジングを示す。
【図１０１】本発明の１つの例示的な実施形態によるセンサ配置を示す図である。
【図１０２】図１０１によるセンサ配置が使用可能なシナリオを示す。
【図１０３】洗濯機の回転ドラムに関連して実装されることができる本発明の例示的実施形態に従った位置センサ装置を図示する。
【図１０４】洗濯機の回転ドラムに関連して実装されることができる本発明の例示的実施形態に従った位置センサ装置を図示する。
【図１０５】洗濯機の回転ドラムに関連して実装されることができる本発明の例示的実施形態に従った位置センサ装置を図示する。
【図１０６】本発明の例示的実施形態に従って、位置センサアレイの略平面図を図示する。
【図１０７】本発明の例示的実施形態に従って、位置センサ装置の電子特性を図示する。
【図１０８】本発明の例示的実施形態に従って、位置センサアレイを略図で例示する。
【図１０９】本発明の例示的実施形態に従って、位置センサアレイを略図で例示する。
【図１１０】直線位置センサ技術系統の部材を示す図を略図で例示する。
【図１１１】本発明の例示的実施形態に従って、センサシステムを有する電気モータを図示する。
【図１１２】本発明の例示的実施形態に従って、センサシステムを有する可動電気モータを図示する。
【図１１３】本発明の１つの例示的な実施形態によるセンサ配置を示す図である。
【図１１４】本発明の例示的実施形態に従って、センサシステムを有する洗濯機を図示する。
【図１１５】本発明の１つの例示的な実施形態によるセンサアレイの構成要素を示す図である。
【図１１６】本発明の１つの例示的な実施形態によるセンサ配置を示す図である。
【図１１７】本発明の例示的実施形態に従って、無線３Ｄ位置センサ装置を図示する。
【図１１８】本発明の例示的実施形態に従って、無線３Ｄ位置センサ装置のための座標システム定義を図示する。
【図１１９】本発明の例示的実施形態に従って、無線３Ｄ位置センサアレイの略図を図示する。
【図１２０】本発明の例示的実施形態に従って、センサシステムのメイン感知ボードのレイアウトを図示する。
【図１２１】本発明の例示的実施形態に従って、３Ｄ座標計算プロセスに関連した幾何形状を図示する。
【図１２２】本発明の例示的実施形態に従って、無線３Ｄ位置センサ装置の３つの軸測定システムを示す。
【図１２３】本発明の例示的実施形態に従って、センサアレイの固定周波数負荷回路を示す。
【図１２４】本発明の例示的実施形態に従って、広周波数帯負荷回路を示す。
【図１２５】本発明の例示的実施形態に従って、無線３Ｄセンサシステムの回路図を示す。
【図１２６】本発明の例示的実施形態に従って、無線３Ｄセンサシステムの回路図を示す。
【図１２７】本発明の例示的実施形態に従って、感知パッド、およびセンサアレイの信号調整および信号処理の電子設計を示す。
【図１２８】本発明の例示的実施形態に従って、別の感知パッド、およびセンサアレイの信号調整および信号処理の電子設計を示す。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動物体の位置を決定する位置センサ装置であって、
可動物体上に固定されるように構成された磁場ソースと、
第１の位置に配置され、前記第１の位置における磁場ソースによって発生した磁場に対して、第１の磁場信号特性を検出するように適合された第１の磁場検出器と、
第２の位置に配置され、前記第２の位置における磁場ソースによって発生した磁場に対して、第２の磁場信号特性を検出するように適合された第２の磁場検出器と、
前記第１の磁場信号と前記第２の磁場信号との比較に基づいて磁場ソースの位置を決定するように適合されている位置決定ユニットと
を備える、位置センサ装置。
【請求項２】
前記磁場ソースが永久磁性素子である、請求項１に記載の位置センサ装置。
【請求項３】
前記磁場ソースは電気信号をコイルに印加することによって活性化可能なコイルである、請求項１に記載の位置センサ装置。
【請求項４】
前記コイルは連続電気信号をコイルに印加することによって活性化可能である、請求項３に記載の位置センサ装置。
【請求項５】
前記コイルは交流の電気信号またはパルス電気信号をコイルに印加することによって活性化可能である、請求項３に記載の位置センサ装置。
【請求項６】
前記磁場ソースは前記可動物体の長手方向に磁化された領域である、請求項１に記載の位置センサ装置。
【請求項７】
前記磁場ソースは前記可動物体の円周方向に磁化された領域である、請求項１に記載の位置センサ装置。
【請求項８】
前記磁場ソースが、第１の方向に方向付けられた第１の電磁流量領域によって、および、第２の方向に方向付けられた第２の電磁流量領域によって形成され、前記第１の方向が前記第２の方向と正反対である、請求項７に記載の位置センサ装置。
【請求項９】
可動物体の断面において、前記第１の方向および第１の半径を有する第１の円形磁気流、ならびに前記第２の方向および第２の半径を有する第２の円形磁気流が存在し、前記第１の半径は前記第２の半径よりも大きい、請求項８に記載の位置センサ装置。
【請求項１０】
前記磁場ソースは、第１の電流パルスを磁化可能な素子に印加する製造工程であって、前記磁化可能な素子の長手方向軸に沿った第１の方向に第１の電流の流れが存在するように、前記第１の電流パルスが印加され、前記電流パルスの印加によって前記磁化可能な素子において磁場を発生するように、前記第１の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る、請求項１または７から９のいずれか一項に記載の位置センサ装置。
【請求項１１】
第２の電流パルスが磁化可能な素子に印加され、前記磁気可能な素子の長手方向軸に沿った第２の方向における第２の電流が存在するように、前記第２の電流パルスが印加される、請求項１０に記載の位置センサ装置。
【請求項１２】
第１および第２の電流パルスの各々が、立上りエッジおよび立下りエッジを有し、立上りエッジが立下りエッジより急勾配である、請求項１０または１１に記載の位置センサ装置。
【請求項１３】
前記第１の方向が前記第２の方向と正反対である、請求項１１または１２に記載の位置センサ装置。
【請求項１４】
前記第１の磁場検出器および前記第２の磁場検出器のうちの少なくとも１つが、
コイルと、
ホール効果プローブと、
巨大磁気共鳴磁場センサと、
磁気共鳴磁場センサと
からなる群のうちの少なくとも一つを備える、請求項１から１３のいずれか一項に記載の位置センサ装置。
【請求項１５】
前記位置決定ユニットが前記第１の磁場信号および前記第２の磁場信号の比に基づいて磁場ソースの位置を決定するように適合されている、請求項１から１４のいずれか一項に記載の位置センサ装置。
【請求項１６】
前記位置決定ユニットは、前記第１の磁場信号および前記第２の磁場信号の差に基づいて磁場ソースの位置を決定するように適合されている、請求項１から１５のいずれか一項に記載の位置センサ装置。
【請求項１７】
前記磁場ソースが、前記第１の磁場検出器と前記第２の磁場検出器との間に実質的に対称に配置される、請求項１から１６のいずれか一項に記載の位置センサ装置。
【請求項１８】
第３の位置に配置され、前記第３の位置における磁場ソースによって発生する磁場に対して、第３の磁場信号特性を検出するように適合された第３の磁場検出器を備え、
前記位置決定ユニットは、前記第１の磁場信号、前記第２の磁場信号、および前記第３の磁場信号に基づいて、磁場ソースの位置を決定するように適合されている、請求項１から１６のいずれか一項に記載の位置センサ装置。
【請求項１９】
磁場ソースが、実質的に対称に配置され、かつ第１の磁場検出器、第２の磁場検出器、および第３の磁場検出器の重心に実質的に配置される、請求項１８に記載の位置センサ装置。
【請求項２０】
前記第１の磁場検出器、前記第２の磁場検出器、前記第３の磁場検出器、および前記磁場ソースが平面に配置されている、請求項１８または１９に記載の位置センサ装置。
【請求項２１】
前記第１の磁場検出器、前記第２の磁場検出器、および前記第３の磁場検出器は、正三角形の隅に配置される、請求項１８から２０のいずれか一項に記載の位置センサ装置。
【請求項２２】
第４の位置に配置され、前記第４の位置における磁場ソースによって発生する磁場に対して、第４の磁場信号特性を検出するように適合された第４の磁場検出器を備え、
前記位置決定ユニットは、前記第１の磁場信号、前記第２の磁場信号、前記第３の磁場信号、および前記第４の磁場信号に基づいて、磁場ソースの位置を決定するように適合されている、請求項１から１８のいずれか一項に記載の位置センサ装置。
【請求項２３】
磁場ソースが、実質的に対称に配置され、かつ第１の磁場検出器、第２の磁場検出器、第３の磁場検出器、および第４の磁場検出器の重心に実質的に配置される、請求項２２に記載の位置センサ装置。
【請求項２４】
前記第１の磁場検出器、前記第２の磁場検出器、前記第３の磁場検出器、前記第４の磁場検出器、および前記磁場ソースが平面に配置されている、請求項２２または２３に記載の位置センサ装置。
【請求項２５】
前記第１の磁場検出器、前記第２の磁場検出器、前記第３の磁場検出器、および前記第４の磁場検出器は、長方形の隅に配置される、請求項２２から２４のいずれか一項に記載の位置センサ装置。
【請求項２６】
前記磁場検出器および前記磁場ソースが非平面に配置されている、請求項１８、１９、２１から２３のいずれか一項に記載の位置センサ装置。
【請求項２７】
前記磁場検出器は、四面体または立方体の隅に配置される、請求項２６に記載の位置センサ装置。
【請求項２８】
前記位置決定ユニットは、前記磁場信号の差に基づき、かつ前記磁場信号の振幅に基づいて、前記磁場ソースの位置を決定するように適合される、請求項２０または２４に記載の位置センサ装置。
【請求項２９】
前記位置決定ユニットは磁場信号の差のみに基づいて前記磁場ソースの位置を決定するように適合されている、請求項２６に記載の位置センサ装置。
【請求項３０】
前記第１の磁場信号および前記第２の磁場信号の差に基づいて、可動物体の位置に特徴的な線形信号を生成するように適合されている信号線形化ユニットを備える、請求項１から２９のいずれか一項に記載の位置センサ装置。
【請求項３１】
ドライバ信号に従って磁場を生成するために、磁場ソースに前記ドライバ信号を提供するように適合され、かつ、前記ドライバ信号に従って、前記第１の磁場信号および前記第２の磁場信号を処理、特に、フィルタリングするように適合されている、ドライバユニットを備える、請求１から３０のいずれか一項に記載の位置センサ装置。
【請求項３２】
前記ドライバユニットがマイクロプロセッサである、請求項３１に記載の位置センサ装置。
【請求項３３】
前記ドライバユニットがコンピュータープログラム要素を備える、請求項３１または３２に記載の位置センサ装置。
【請求項３４】
洗濯機、回動式乾燥機、自動車エンジン振動検出ユニット、自動車懸架装置位置検出ユニット、自動車調光装置および曲げ計測ユニットおよび／または圧力計測ユニットからなる群のうちの少なくとも１つにおいて実装される位置センサ装置として構成される、請求項１から３３のいずれか一項に記載の位置センサ装置。
【請求項３５】
請求項１から３４のいずれか一項に記載の位置センサ装置と、
前記位置センサ装置の磁場ソースが固定される可動物体と
を含み、前記位置センサ装置は、前記可動物体の位置を決定するように適合される、位置センサアレイ。
【請求項３６】
静止した支持体と、
前記静止した支持体に関して回動し、かつ被洗浄物を受け取るように適合される回動ドラムと、
前記回動ドラムの位置を決定する位置センサ装置であって、
磁場ソースと、
前記磁場ソースによって発生した磁場に対して、磁場信号特性を検出するように適合される磁場検出器と、
前記磁場信号に基づいて回動ドラムの位置を決定するように適合される位置決定ユニットと、
を含む位置センサ装置と
を備え、前記磁場ソースおよび前記磁場検出器のうちの一つが前記静止した支持体に固定され、前記磁場ソースおよび前記磁場検出器のうちのもう一つが前記回動ドラムに固定される、洗濯機。
【請求項３７】
前記位置センサ装置によって、制御ユニットへ提供される回動ドラムの位置に基づいて、前記洗濯機の作動を制御するように適合される制御ユニットをさらに備える、請求項３６に記載の洗濯機。
【請求項３８】
前記回動ドラムの決定された位置に基づいて、前記回動ドラムによって受け取られる被洗浄物の積載量を決定するように適合される処理手段を含む、請求項３６または３７に記載の洗濯機。
【請求項３９】
前記磁場検出器は複数の空間的に分離された磁場検出器ユニットを備え、前記磁場検出器ユニットの各々は、個々の磁場検出器ユニットの対応する位置において、磁場ソースによって発生する磁場に対して、磁場信号特性を検出するように適合されている、請求項３６から３８のいずれか一項に記載の洗濯機。
【請求項４０】
磁場検出器は長方形の隅に配置される４つの磁場検出器ユニットを備える、請求項３９に記載の洗濯機。
【請求項４１】
磁場検出器は、共通面に配置される少なくとも４つ、特に９つの磁場検出器ユニットを備える、請求項３９または４０に記載の洗濯機。
【請求項４２】
前記磁場検出器は、
コイルと、
ホール効果プローブと、
巨大磁気共鳴磁場センサと、
磁気共鳴磁場センサと
からなる群のうちの少なくとも一つを備える、請求項３６から４１のいずれか一項に記載の洗濯機。
【請求項４３】
前記磁場ソースは電気信号をコイルに印加することによって活性化可能なコイルである、請求項３６から４２のいずれか一項に記載の洗濯機。
【請求項４４】
前記コイルは連続電気信号をコイルに印加することによって活性化可能である、請求項４３に記載の洗濯機。
【請求項４５】
前記コイルは交流の電気信号またはパルス電気信号をコイルに印加することによって活性化可能である、請求項４３に記載の洗濯機。
【請求項４６】
前記磁場ソースは永久磁性素子である、請求項３６から４２のいずれか一項に記載の洗濯機。
【請求項４７】
静止した支持体と、
前記静止した支持体に関して回動し、かつ被洗浄物を受け取るように適合される回動ドラムと、
前記回動ドラムの位置を決定する位置センサ装置であって、
磁場を発生する磁場ソースと、
磁場シンクと、
前記磁場ソースによって発生し、前記磁場シンクによって修正された磁場に対して、磁場信号特性を検出するように適合される磁場検出器と、
前記磁場信号に基づいて回動ドラムの位置を決定するように適合される位置決定ユニットと
を含む位置センサ装置と
を備え、前記磁場シンクおよび前記磁場検出器のうちの一つが前記静止した支持体に固定され、前記磁場シンクおよび前記磁場検出器のうちのもう一つが前記回動ドラムに固定される、洗濯機。
【請求項４８】
前記磁場シンクがＬＣ発振回路である、請求項４７に記載の洗濯機。
【請求項４９】
前記磁場ソースは電気信号をコイルに印加することによって活性化可能なコイルである、請求項４７または４８のいずれか一項に記載の洗濯機。
【請求項５０】
前記コイルは交流の電気信号をコイルに印加することによって活性化可能である、請求項４９に記載の洗濯機。
【請求項５１】
前記磁場ソースおよび前記磁場検出器が共通の素子として形成される、請求項４７から５０のいずれか一項に記載の洗濯機。
【請求項５２】
前記磁場ソースが複数の磁場ソースユニットを備え、前記磁場ソースユニットの各々が個々の磁場を発生するように適合されている、請求項４７から５１のいずれか一項に記載の洗濯機。
【請求項５３】
前記磁場検出器が複数の磁場検出器ユニットを備え、前記磁場ソースユニットの各々が個々の磁場信号を検出するように適合されている、請求項４７から５２のいずれか一項に記載の洗濯機。
【請求項５４】
前記位置決定ユニットは、前記個々の磁場信号に基づいて、回動ドラムの位置を決定するように適合されている、請求項５３に記載の洗濯機。
【請求項５５】
可動物体の位置を決定する方法であって、
前記可動物体に固定される磁場ソースによって、第１の位置において発生した磁場に対して、第１の磁場信号特性を検出する工程と、
前記磁場ソースによって、第２の位置において発生する磁場に対して、第２の磁場信号特性を検出する工程と、
前記第１の磁場信号と前記第２の磁場信号との比較に基づいて、磁場ソースの位置を決定する工程と
を含む、方法。
【請求項５６】
基板と、
前記基板上に配置された請求項１から３４のいずれか一項に記載の複数の位置センサ装置と
を含む、センサ配置。
【請求項５７】
前記基板上に配置された前記複数の位置センサ装置に印加された圧力荷重および／または曲げ荷重の空間的パターンを検出するように適合された、請求項５６に記載のセンサ配置。
【請求項５８】
衝突実験センサ配置として構成される、請求項５６または５７に記載のセンサ配置。

【図１】

【図２Ａ】

【図２Ｂ】

【図３Ａ】

【図３Ｂ】

【図４】

【図５】

【図６】

【図７】

【図８】

【図９】

【図１０Ａ】

【図１０Ｂ】

【図１１】

【図１２】

【図１３】

【図１４】

【図１５】

【図１６】

【図１７】

【図１８】

【図１９】

【図２０】

【図２１】

【図２２】

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【図１２８】

【公表番号】特表２００８−５２８９８６（Ｐ２００８−５２８９８６Ａ）
【公表日】平成２０年７月３１日（２００８．７．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５５２６０１（Ｐ２００７−５５２６０１）
【出願日】平成１８年２月１日（２００６．２．１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００６／０００８９４
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０８２０４７
【国際公開日】平成１８年８月１０日（２００６．８．１０）
【出願人】（５０６２２５８５７）エヌシーティーエンジニアリング　ゲーエムベーハー (10)
【Ｆターム（参考）】