基準信号を用いる誘導位置センサ
カプラー要素の位置と関連する信号を提供する装置は、励起コイルと受信コイルを備える。装置は、受信コイルと励起コイルとの誘導結合により励起コイルが励起されると生成される受信信号を用いて、カプラー要素の位置と関連する信号を提供する動作が可能である。いくつかの例において、受信コイルは第１部分信号及び第２部分信号をそれぞれ生成する第１部分及び第２部分を有し、電子回路は、第１部分信号と第２信号とを用いて、位置非依存信号を生成する動作が可能である。レシオメトリック位置の感知用に改良された基準信号は、位置非依存信号をベースライン電圧から減算することにより提供可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願への言及］
本件出願は、２００７年１月１９日付けの米国仮特許出願シリアル番号６０／８８５，７３６からの優先権を主張し、言及することによってその全てをここに取り込む。
【０００２】
［発明の分野］
本発明は、位置センサ、特に誘導位置センサに関する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
［発明の背景］
誘導センサの受信コイルからの信号は、ノイズと部品間隔のばらつき等による製造のばらつきにより変動しがちである。そのような共通モード因子が補正された位置信号を与える改良センサは、他の多くの可能な用途の中でも特に電子スロットル制御用途で、大きな商業的利益になろう。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
［発明の要約］
本発明は、直線及び／又は回転位置センサを含む機械部品の位置に関連する電気信号を提供する誘導性センサに関する。発明の実施例は電子スロットル制御装置に使用してもよい。その位置が感知される部分は、カプラー要素に機械的につながれてもよい。
【０００５】
誘導位置センサの例は、励起コイル、１つ以上の受信コイル及びカプラー要素を備える。カプラー要素は、部分位置によって励起コイルと受信コイルの誘導結合を修正する。部分位置は、受信コイルから得られる受信信号から決定される。複数の受信コイルが設けられ、それぞれが受信信号を提供する場合、位置の範囲あるいは他の因子によって１つの受信信号が選択される。受信信号は、少なくとも位置の範囲にわたり、部分位置に感応し、さらに励起電圧、製造バラツキ（コイルアセンブリとカプラー要素とのギャップなど）、電気ノイズ、温度などの周囲のあるいは現場の状態、又は他の因子などの共通モード因子に感応する。
【０００６】
位置信号の精度は、基準信号を使用すること、例えば受信信号と基準信号から比率が作られるレシオメトリック・アプローチを使用することによって高めることができる。基準信号は、少なくとも関心位置の方向に沿って、部分位置に実質的に依存しないことが望ましいが、受信コイルに作用する共通モード因子のうちのいくつかあるいはすべてに影響される。従って、共通モード因子による誤差は、基準信号に対する受信信号の比率として形成されるレシオメトリック信号を得ることにより減らすか実質的に除去することができる。そうすれば、共通モード因子の影響は、比率の形成により実質的に除去し得る。基準信号は、例えば受信コイルを励起させるのと同じフラックスで励起されるように構成される別の基準コイルによって提供することができる。
【０００７】
本発明のいくつかの例では、基準信号は別の基準コイルを必要とせずに得られる。基準信号は１つ以上の受信コイルから得られる信号を使用して決定される。これは、コイルアセンブリの単純化、低コスト、より高い信頼性を可能にする。さらに、共通モード因子の排除の程度を高めることができる。多層回路基板に基づくコイルアセンブリの層数が減少すれば、熱に対する頑強性も高められる。例えば、受信コイルは中央タップを備え、中央タップの両側に反対に巻かれた部分を設けてもよい。そうすれば、受信信号と基準信号の両方を受信コイルから得ることができる。
【０００８】
いくつかの用途では、カプラー素子位置に実質的に依存しない第１の信号を得て、さらに第２の値から第１信号を減算するステップを通じて基準信号を修正することが望ましい。例えば、いくつかの電子スロットル制御装置では、コイルアセンブリとカプラー要素の間にギャップが存在する。回転センサの場合、ギャップは回転中心軸に沿っている（又はそれに平行である）。受信信号は、ギャップの減少とともに増加する傾向がある。中央タップ付き受信コイルを使用する際、実質的に部分位置には依存しないものの、ギャップ減少につれて減少する傾向を有する第１信号が得られてもよい。より高いベースライン・レベルから第１信号を減算することによって、ギャップが減少するとともに増加する第２信号を得ることができる。より高いベースライン・レベルは、例えばインピーダンスブリッジ（抵抗性及び／又は容量性）又は絶縁変圧器を使用して、励起信号から得ることができる。
【０００９】
１つのアプローチ例では、複数の部分を持つ受信コイルが使用され、そのように得られる複数の信号が、部分位置に実質的に依存しない基準信号を得るために組み合わせられる。例えば、受信コイルがタップ付きであれば、タップは受信コイルの反対に巻かれた部分間に位置してもよい。そして、その部分から得られる２つの信号の大きさの和は、カプラー位置に依存しない信号を得るために使用することができる。カプラー要素がコイルアセンブリに対して移動すると、第１の巻き方向を持つ第１の部分への誘導結合は低下するが、（第１部分に対して）反対の巻き方向を持つ第２の部分への結合は促進される。信号を差動的に組み合わせることは、カプラー素子位置で関連する位置感応信号を得る。第１受信コイル部分への誘導結合が低下すると、位置感応信号が第２部分からの貢献をより含むことになる。しかし、信号の大きさを加えることによって、カプラー位置に実質的に依存しない信号が得られる。
【００１０】
別のアプローチ例では、複数の受信コイルが使用され、複数の受信コイルからの信号の組合せによって基準信号が得られる。
【００１１】
１つの例において受信コイルは、２つの部分に分割する中央タップを有する。受信信号は受信コイルの端部から得られ、２つの部分は対向する電圧を受信信号に与える。受信信号が２つの部分で生じる電圧の大きさの差であるから、この構成は「差動」と呼べる。基準信号は、各部分の電圧の大きさの和として得られる。
【００１２】
他の例において、基準信号は単一ループによって提供することができる。基準信号の大きさは、強磁性プレートを基準コイルに近接配置することにより高めることができる。いくつかの例において、概ね円形のループの外側の付加コイル構造を加えてもよく、そのような付加コイル構造に強磁性鉄心を含めることは、そのように得られる基準信号の大きさをさらに高める。
【００１３】
レシオメトリック信号処理が適用される前に、基準信号を修正することができる。いくつかの例において、カプラー要素が取り除かれる場合に、信号処理に使用される基準信号がより低い値（例えばゼロなどの最小値）になることが有用であり得る。反対に巻かれた部分からの信号が相殺されるので、カプラー要素が取り除かれる場合、差動型受信コイルからの受信信号は典型的には最小になってもよい。従って、コイルアセンブリから得られる基準信号は、レシオメトリック信号処理（又は他の種類の信号処理）が適用される前にベースライン電圧から減算されてもよい。ベースライン電圧は、絶縁変圧器（例えば励起コイルと直列の）によって提供されてもよく、あるいは（例えば励起コイルと並列の容量性又は抵抗性の分圧器によって）励起コイルに加えられる励起電圧から得られるか、あるいは、任意のソースから得られる所定値でもよい。この減算ステップを使用して、ベースライン電圧は、位置依存信号において認められるような共通モード因子（カプラー要素に対する温度又はギャップなど）に対して同様の傾向を持つ基準信号を与えるように調節されてもよく、それは共通モード因子の影響がより正確に取り除かれることを可能にする。ベースライン電圧は、理論上（あるいは実際に）認められた基準信号電圧の最高値とほぼ等しいように選択されてもよい。
【００１４】
カプラー要素の位置と関連する信号を提供する装置例は、励起されると磁束を生成するよう動作可能な励起コイルと、受信コイルと励起コイルの誘導結合により、後者が励起されると受信信号を生成するよう動作可能で、第１部分信号及び第２部分信号をそれぞれ生成する第１及び第２部分を持つ受信コイルと、受信信号を使用して位置依存信号を、また第１部分信号及び第２部分信号を使用して位置非依存信号を生成するよう動作可能な電子回路とを備える。受信信号が位置と関連し、位置非依存信号がカプラー要素の位置に実質的に依存しないように、誘導結合はカプラー要素の移動によって空間変調を介して修正される。カプラー要素の位置に実質的に依存しない改良された基準信号は、ベースライン電圧から位置非依存信号を減算することにより生成することができる。電子回路は、位置依存信号及び基準信号を使用して、位置と関連するレシオメトリック信号を生成してもよい。他の例において、装置は基準コイルを備え、基準コイルは、励起コイルが基準コイルと励起コイルの誘導結合により励起されると、位置非依存信号を提供するよう動作可能である。
【００１５】
本発明の例は回転位置センサ及び直線位置センサを含む。特定の例は電子スロットル制御装置を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】図１Ａ及び１Ｂは、タップ付き受信コイルから得られる信号を示す。
【図１Ｂ】図１Ａ及び１Ｂは、タップ付き受信コイルから得られる信号を示す。
【００１７】
【図２】図２は、カプラー位置に依存する信号とカプラー位置に実質的に依存しない信号の生成を示す。
【００１８】
【図３】図３は、中央タップ付き受信コイルから基準信号と受信信号を得るための電子回路を示す。
【００１９】
【図４】図４は、分圧器を使用して励起信号から得られるベースライン電圧を示す。
【００２０】
【図５】図５は、電流収集を使用して励起信号から得られるベースライン電圧を示す。
【００２１】
【図６Ａ】図６Ａ及び６Ｂは、ベースライン電圧から位置非依存信号を減算することにより得られるギャップ補正された基準信号を示し、そのベースライン電圧は、図６Ａの容量性ブリッジと図６Ｂの電流収集を使用して得られる。
【図６Ｂ】図６Ａ及び６Ｂは、ベースライン電圧から位置非依存信号を減算することにより得られるギャップ補正された基準信号を示す。
【００２２】
【図７】図７は、回転センサの２極コイル受け設計及び任意のループ（非差分構造）の基準コイルを示す。
【００２３】
【図８】図８は、５極受信コイル設計及び基準コイルを示し、それは概ね円形の内外周を持つよう構成されてもよい。
【００２４】
【図９Ａ】図９Ａは、基準（もし使用されれば）及び／又は受信コイルからの信号強度を高めるように位置づけられた強磁性金属板を示す。
【００２５】
【図９Ｂ】図９Ｂは、強磁性鉄心を用いた付加コイル構造の使用を示す。
【００２６】
【図１０Ａ】図１０Ａは、基準信号を修正するためのベースライン電圧を使用する、コイルアセンブリ及び関連する電子回路を有する装置を示す。
【００２７】
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、ベースライン電圧の生成への電流収集アプローチを使用する、図１０Ａと同様の回路を示す。
【００２８】
【図１１Ａ】図１１Ａ及び１１Ｂは、レシオメトリック信号を生成する電子回路のさらなる例の概略図を示す。
【図１１Ｂ】図１１Ａ及び１１Ｂは、レシオメトリック信号を生成する電子回路のさらなる例の概略図を示す。
【００２９】
【図１２Ａ】図１２Ａ及び１２Ｂは、これらの例の２個の受信コイルにおいて、それぞれ複数の受信コイルを有する装置を示す。
【図１２Ｂ】図１２Ａ及び１２Ｂは、これらの例の２個の受信コイルにおいて、それぞれ複数の受信コイルを有する装置を示す。
【００３０】
【図１３Ａ】図１３Ａは、出力位相への容量結合の影響を示す。
【００３１】
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、容量結合の影響を弱める位相シフタ回路を示す。
【００３２】
【図１４Ａ】図１４Ａ−１４Ｃは、例としての回路から得られる考え得る信号を示す。
【図１４Ｂ】図１４Ａ−１４Ｃは、例としての回路から得られる考え得る信号を示す。
【図１４Ｃ】図１４Ａ−１４Ｃは、例としての回路から得られる考え得る信号を示す。
【００３３】
【図１４Ｄ】図１４Ｄは、ベースライン電圧からの位置非依存信号の減算がギャップ補正を改良する様子を示す。
【００３４】
【図１５】図１５は、改良されたギャップ補正を示す。
【００３５】
【図１６】図１６は、改良された温度補正を示す。
【００３６】
【図１７】図１７及び１８は、３極ホールセンサから得られる基準信号を示す。
【図１８】図１７及び１８は、３極ホールセンサから得られる基準信号を示す。
【００３７】
【図１９】図１９は、中央タップが改良された位置センサの一部として使用され得るペダルアセンブリに使用された受信コイルを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
［発明の詳細な説明］
可動部の位置と関連する信号を提供する装置は、励起コイルと、励起コイルに近接配置された受信コイルを備える。励起コイルが交流源などの電気エネルギー源によって励起されると、励起コイルは磁束を生成する。励起コイルが励起されると、受信コイルと励起コイルの誘導結合により、受信コイルは受信信号を生成する。位置センサが直線運動、回転運動（マルチターン回転センサを含む）、あるいは直線及び回転運動の組合せを感知してもよい。
【００３９】
受信信号がその部分の位置と関連するように、誘導結合はその部分の移動によって変更される。例えば、その部分にカプラー要素が機械的につながれてもよく、その結果、それが移動すると、励起コイルと受信コイルの間の誘導結合をカプラー要素が変更し、その結果、受信信号はカプラー位置、したがってその部分の位置と関連することになる。カプラー要素は、金属板、概ねＵ型の金属構造、電導ループ、あるいは送信コイルと受信コイルの誘導結合を変更する他の構造を備えてもよい。カプラー要素は、励起コイルと受信コイルの磁束連結をブロックする渦プレートとして作用してもよい。
【００４０】
受信コイルが複数の部分を含み、誘導結合は（少なくとも２つの部分で対向電圧を生じさせる傾向があってもよい。出力電圧が誘導電圧の大きさの差と考えられるから、この構造は差分構造となる。センサは、カプラー要素が取り除かれると、受信コイル出力が実質的にゼロになるように構成することができる。
【００４１】
励起コイルと、１つ以上の受信コイルと、１つの任意の基準コイルを含むようコイルアセンブリを形成してもよい。コイルアセンブリは、例えば信号処理用の電子回路を支持するためにも使用可能なプリント回路基板上の金属トラックとして、基板上に形成されてもよい。
【００４２】
電子回路は、電圧対直線位置、電圧対角度位置、湾曲経路に沿った位置、あるいは直線運動と回転の組合せである他の位置として、測定される位置との実質的に直線関係にある位置信号を生成するよう動作可能に提供されてもよい。部分位置はペダルの位置でもよく、ペダルの移動は、例えば電子スロットル用途、ステアリングコラム回転センサ、燃料タンクセンサなどのためのカプラー要素の位置に機械的につながれていてもよい。装置はエンジンに速度制御を与えるよう動作可能な電子回路を備えてもよい。
【００４３】
いくつかの実施例では、部分位置と関連しない受信信号の変動を補償するために基準信号が使用される。これらは共通モード因子と呼ばれ、電気ノイズ、電源電圧変化、及びカプラー要素とコイル面（例えばコイルアセンブリ及び関連電子モジュールがある回路ボード上の）とのギャップなどの製造バラツキを含み得る。励起コイルが励起されるとき基準信号は関心部分の位置に実質的に依存せず、共通モード因子に関する位置依存信号を修正するレシオメトリック信号処理（基準信号による受信信号のアナログ・ディビジョンなど）に使用することができる。例えば、基準信号は、測定方向に沿う部分位置に実質的に不感応かもしれないが、製造バラツキによるものなどのような他方向の変動に敏感かもしれない。
【００４４】
基準信号は、励起コイルと１個以上の他のコイルとの誘導結合から発生する信号を用いて生成することが望ましい。いくつかの例において、別の基準コイルが使用されてもよい。他の例で、基準信号は受信コイルから得られる信号から生成される。基準信号が得られる信号を得るために、受信コイルのタッピングを使用してもよい。
【００４５】
基準信号は、コイルアセンブリとカプラー要素との間のギャップないしオフセットを推定する、例えばマルチターン回転センサ（マルチターン・センサ）の回転数を決定するために使用することができる。基準信号は、受信信号（この脈絡での用語は受信コイルの部分から得られる信号を含む）の組合せによって、あるいは別の基準コイルから得られてもよい。別の基準コイル及びそこからの信号は、回転モニタリング（マルチターン・センサにおいて、例えばステアリングコラムの回転に応じて変わるセパレーションを測定）、センサ・トラブルシューティング診断などに使用されてもよい。受信コイルから得られる基準信号も、同じ目的に使用することができる。従って、基準信号を回転数に関連づけ、正確な出力を得るために適正電圧レベルを選択することができる。これは、レベルを落とさずに、信号が繰り返し始める程度（モジュラス限界）を越えない出力を持つマルチターン・センサを可能にする。そのシステムの電圧レベルは、例えばシステムの接地にオフセット値を加えることにより、センサの範囲を増大させるよう選択することができる。
【００４６】
ある部分の部分位置を決定するための装置の一例は、次のもの：励起コイル、励起コイルが電気エネルギー源によって励起されると、励起コイルは磁束を生成する；励起コイルに近接した複数の受信コイル、励起コイルが受信コイルと励起コイルの誘導結合により励起されると、受信コイルは複数の受信信号を生成する；部分位置と関連した位置を持つ可動カプラー要素、カプラー要素は受信信号がそれぞれ部分位置と関連するように励起コイルと受信コイルの誘導結合を修正する；そして、受信信号の少なくとも１つと基準信号から得られるレシオメトリック信号を提供する電子回路；を備える。
【００４７】
基準信号は、ノイズ、電源電圧変化及び製造バラツキなどの、カプラー位置と関連していない受信信号の変動を補償するために使用してもよい。基準信号は、受信信号の組合せ、あるいはコイルをタッピングすることにより受信コイルの部分から得られる信号から得られてもよい。例えば、基準信号は、受信コイル又はその部分からの２つ以上の信号の非位相感知整流から得ることができる。
【００４８】
システムの電圧レベルは、例えばＲＭの１つの信号を別のものに接続して、回転信号の直線範囲をモジュラス・アングルを越えて増大させることにより調節することができる。この場合、直線範囲は受信信号が回転角に対して直線である範囲である。
【００４９】
センサ範囲は、例えば回転数又はその部分が回転した他のモジュラス・アングルを追跡することにより拡張することができる。ＡＭ信号（基準信号）は回転数に関連づけることができる。これはモジュラス情報とのＡＭ出力からの直接の関係であり、モジュラス限界を越えて測定するためのシステムの電圧レベルを決定する。
【００５０】
電子モジュール（又はモジュール）は、信号調整用のＡＳＩＣモジュール、つまり出力を得るためにセンサ・アセンブリを駆動する装置でもよい。
【００５１】
回転センサ用のコイル本体は、軸方向モジュレータ（ＡＭコイルあるいは近接感知コイルとも呼ばれる基準コイル、回転モジュレータ（ＲＭ、受信コイル）、そして磁気／電界を生成するキャリア（励起コイル、又はトランスミッタ・コイル）を備えてもよい。
【００５２】
電子スロットル制御用途の回転センサなどのいくつかの例において、基準信号はカプラー要素と受信コイルのギャップの変動を補正するために使用することができる。ギャップはコイルの軸方向に沿って測定され、したがって、別の基準コイルは軸方向モジュレータ（ＡＭ、あるいは近接感知コイル）と呼ぶことができる。同様に、基準信号はＡＭ信号と呼ぶことができる。受信コイルは、回転に依存する信号を提供し、回転モジュレータ（ＲＭ）と呼ぶことができる。１つ以上の受信コイルがあってもよい。基準信号の生成を可能にするために、受信コイルの１つ以上の箇所にタップを付けてもよい。励起コイルはトランスミッタ・コイル又はキャリア（ＣＲ）と呼ばれてもよい。しかし、例はリニアセンサなどの種々の構成に適合させることができ、例えば、具体例としてＲＭコイルに言及することは発明概念を回転センサだけに限定しない。
【００５３】
いくつかの例は変復調信号解析を使用してもよい。モジュレータは、回動角度信号（あるいは任意の位置依存信号）を含む信号を励起信号で乗算することを可能にする。復調器は変調された信号用の位相感応整流器であり、それは直線的測定アングル（又は他の位置範囲）を、復調器なしの量の２倍まで拡大し得る。復調器は、接続つきの微調整可能な抵抗器とＬＣ発振器を備えたモジュールでもよい。もし適切な信号がそれに供給されれば、復調器などの電子モジュール構成要素はコイル本体と無関係にテストすることが可能であろう。
【００５４】
レシオメトリック感知は、共通モード因子の影響を取り除くために受信信号（又はそれから得られる、部分位置に感応する任意の位置感応信号）と基準信号との比率の形成に関する。復調信号は、キャリア電圧（励起コイル電圧）への依存がはるかに少ない信号の出力となるように形成される。この場合、基準信号は、所望の測定方向に沿う部分位置に実質的に依存しない信号である。それは、別の基準コイルから、又は受信コイルの部分からの信号の組合せから、あるいはその他の方法で得られる。電子回路は、直流（非交流）の位置依存信号及び位置非依存信号を得るために使用することができる。レシオメトリック信号は、アナログ又はデジタル回路、あるいはそれの組合せ（アナログ除算器及び較正データを格納するディジタルメモリなど）によって形成してもよい。
【００５５】
図１Ａはレシオメトリック構成を示し、図１Ｂはが２つの部分１２及び１４からなる受信コイル１８のための差動接続を示す。図は、励起コイル１０と、部分１２及び１４からなる受信コイル１８とを備えたコイルアセンブリを符号２０で示す。関心部分の位置と関連する位置を持つ可動カプラー要素を１６で示す。
【００５６】
本発明の種々の例で、受信コイルはタップ付き、例えば中央タップ付きで、タップの両側に２つのコイル部分を形成する。励起コイルからの磁束による励磁の下で受信コイル内に反対の電位を生成するように、２つのコイル部分は反対の巻回方向であってもよい。すると、１６で示されたカプラー要素の位置に敏感な、図１ＢのＶ３のような位置感知信号が受信コイルから得られる。さらに、カプラー要素の位置に実質的に依存しない信号が、コイルセクションからの信号、この例では図１ＡのＶ１及びＶ２の大きさの和から形成されることができる。
【００５７】
２つの受信コイル部分１２及び１４は反対の巻回方向であり、中央タップに対して第１及び第２電圧（図１ＡのＶ１及びＶ２）をそれぞれ与える。これらの２つの電圧間の相違は、励起コイル１０と受信コイルの相対的なフラックス連結と関連する。２つの電圧間の相違がカプラー位置と関連するように、フラックス連結はカプラー要素１６を使用して空間変調されてもよい。例えば、回転センサでは、カプラー要素は回転してもよい。リニアセンサでは、カプラー要素は直線移動してもよい。いくつかの例において、カプラー要素の移動は回転及び直線成分の両方を含んでいてもよい。図１Ａで、２つの信号の相対的な大きさが決定されてもよい。図１Ｂでは、出力電圧Ｖ３は受信信号であり、それは、時に受信コイルからの差分信号電圧と呼ばれ、カプラー素子位置と関連するように、フラックス連結でカプラー素子効果によって変調される。
【００５８】
図２は、中央タップを有する受信コイルを用いた基準及び受信信号の生成を示す。受信コイルは、それぞれ３０と３２で示す第１部分及び第２部分を備える。これらの部分は、基板上で実質的に同一平面に位置してもよく、例えばプリント回路基板の手法で作られる。図示のように、内外コイル周囲は多角形であるが、他の例において、コイル部分は径方向・円弧状部分であってもよい。
【００５９】
２個の反対巻きのコイルが励起コイルからの磁束にさらされると、接地に関しての２つの対向電圧が生じ、それらが電圧源として作用する。対向電圧の和は、それが２つの対向する誘導電圧の差であるから、差動電圧と呼んでもよい。この差分信号はカプラー要素の角度位置と関連しており、回転センサにおいて回転モジュレータ（ＲＭ）信号と呼ぶことができる。さらに、対向電圧の大きさの和は、本書でコモンモード電圧又はＡＭ（軸方向モジュレータ）信号とも呼ぶ基準信号を生成するのに使用することができる。
【００６０】
基準信号は、コイルアセンブリとカプラー要素の軸方向分離と、励起信号電圧などの他の共通モード因子に敏感でありながら、カプラー要素の回転位置に実質的に依存しないように生成することができる。共通モード信号は位置敏感信号及び位置不感信号の両方に影響し、レシオメトリック信号の形成によりそのような同相モード効果の排除を可能にする。基準信号は、別の基準コイルによって、受信コイルの部分からの信号から、あるいは本書に記載される他の方法によって生成することができる。回転センサで使用される場合、受信コイルも回転モジュレータ・コイル、つまりＲＭコイルと呼ぶことができる。しかし、ＲＭという用語が下記の例で使用される場合であっても、発明の概念は回転センサに限定されず、リニアセンサで使用されてもよい。
【００６１】
基準信号（共通モード信号）は、図２に示すような中央タップを備えた受信コイルから生成することができる。２つのコイル部分３０及び３２が互いに反対方向（例えば、時計回りと反時計回り）に巻かれる場合、各部分で生じる信号は接地に関して異極性であり、ＲＭ＋及びＲＭ−と表示できる。これらは図１Ａに示すＶ１及びＶ２と類似している。信号ＲＭは受信信号で、部分の位置と関連している。信号はそれぞれ交流信号かもしれないが、任意の特定の時に誘導電圧は対向しえる。位置情報は差分信号から決定することができ（２つの反対された信号が同じ大きさを持っている場合、それは０である）、基準信号は２つの信号の大きさの合計から与えられる。
【００６２】
図３は基準信号と受信信号とを得るための電子回路を示す。図１Ａ及び１Ｂに関連して上記したように、コイルアセンブリは励起コイル１０と、１２と１４で示す第１部分及び第２部分を有する受信コイルとを備える。第１アンプ４０は、部分位置と関連する信号を生成する。第２アンプ４２は、関心部分位置からほぼ独立しているが、同相モード因子と関連した信号を生成する。その出力はそれぞれ、４４と４６とで示すＲＭ（受信信号）及びＡＭ（基準信号）である。受信コイルからの信号はＲＭ＋及びＲＭ−と呼ばれ、２つの受信コイル部分からの対向信号を示す。
【００６３】
受信コイル部分の信号はＲＭ＋、ＲＭ−として示すが、発明は回転位置センサに限定されない。差分信号（受信信号）は、位置の範囲にわたって位置との相関を持っている。差分信号は、互いに対向する蛍光があるＲＭ＋及びＲＭ−の組合せ後に生じる信号である。位置の信号は、広い角度範囲にわたる角度に対して一意的に定義されない。しかし、マルチターン・センサで、基準信号は角度範囲（例えばマルチターン・センサの回転数）を決定するために使用されてもよく、従って、装置は広い位置範囲にわたって角度を一意的に決定してもよい。
【００６４】
［基準信号の大きさ及びギャップ］
ギャップに反比例する基準信号を得るために、ベースライン電圧、例えば励起信号電圧又はその一部から得られるベースライン電圧から位置非依存信号を減算してもよい。例えば、分圧器を用いて励起電圧の所定の一部を得、第１基準信号をそれから減算して、部分位置に実質的に依存しないさらに良好な第２基準信号を得ることができる。基準信号という用語は、部分位置に実質的に依存しない信号を概略的に表すのに本書で使用され、そして本発明の信号のいくつかの例で、第１位置非依存信号（それは基準信号として有用かもしれない）がベースライン電圧から減算されて、共通モード因子などの環境変数と所望の関係を持つ第２基準信号を得る。
【００６５】
次に、一例を説明する。図４に示すようなコンデンサ対（又は抵抗器対）から形成された分圧器を使用して、励起信号電圧を値ＣＲｒにする。ここで、ＣＲｒ＝ＣＲ／２ｘＣ１／（Ｃ１＋Ｃ２）である。この値は式ＣＲｒ＝ＲＭ＋ｍａｘ＋ＲＭ−ｍａｘを満たすように設計することができ、その後、基準信号電圧（ここではＡＭと表示する）は下記式を満たすように設計することができる：
【数１】
ここで：
【００６６】
ＲＭ＋ｍａｘは、最大の磁束を生成するカプラー位置（回転子位置など）で、カプラーがゼロギャップで逆方向ＲＭコイルを完全に覆う場合の、順方向ＲＭコイルの誘導電圧を意味する；
【００６７】
ＲＭ−ｍａｘは、最大の磁束を生成する温度で、カプラーがゼロギャップで順方向ＲＭコイルを完全に覆う場合の、逆方向ＲＭコイル部分の誘導電圧を指す。所望の特性を有するＡＭ信号を生成することができる実施例は後述する；
【００６８】
そして、ＣＲｒは励起信号から得られるベースライン電圧である。
【００６９】
しかし、発明はベースライン電圧のいかなる特定の導出にも限定されない。例えば、ベースライン電圧は、励起信号、好ましくは同じ電源上の他の発振器又は回路、電源レベル、ベースライン電圧を形成する格納された記憶場所あるいは他のソースを使用して得てもよい。
【００７０】
図４は、２つの対向ＲＭコイル部分の最大での絶対値の和と一致するように、ベースライン電圧ＣＲｒ信号が設計されることを可能にする分圧器を示す。励起コイル６０の一部分を横切る容量ブリッジ内の出力６４で得られるこのＣＲｒ信号は、図示のような容量分割、あるいは一対の抵抗器を用いる抵抗分割によって得ることができる。この例において、ＣＲｒは電圧収集によって得られ、中央タップ６２は接地される。
【００７１】
図５は、電流収集（カレントコレクション）を使用したＣＲｒ信号の生成を示す。この例は、励起コイル８０と、第２励起コイル８２及び補足の基準信号コイル８４を使用するＣＲｒジェネレーターとを使用する。この例において、コイル８２及び８４の組合せは絶縁変圧器によって提供される。ここで、ＣＲｒ信号は絶縁変圧器二次巻線の出力８６から得られ、一次巻線は第２励起コイルである。
【００７２】
さらに別の例において、補足の基準コイル８０は励起コイル８０に近接位置して、励起コイル８０からのフラックスによって励起され、その結果、第２励起コイル８２は省略される。
【００７３】
図６Ａは、ＣＲｒとして示されたベースライン電圧を使用する、ギャップ補正された基準信号（ＡＭ）の生成を示す。これは電圧結合回路であり、それは理論上正確ではないが、励起コイル（ＣＲ）インダクタンスがほぼ一定の場合、実際上使用することができる。用語ＣＲｒは、励起信号から得られるベースライン電圧を表わすことができる。必要に応じて、ｄｃ（直流）ベースライン電圧レベルを得るために整流又は他の信号処理を使用することができる。
【００７４】
符号１００で示されたコイルアセンブリは励起コイルと受信コイルとを含んでおり、図１に示す構成と同様である。従って、図１に関連してより完全に説明したように、励起コイル１０、受信コイル部分１２及び１４を使用することができる。図４に示すように、励起コイルの部分の容量ブリッジングによってＣＲｒ信号が得られる。改良された基準信号１１０を得るために、アンプ１０６を用いてＣＲｒ信号から差分信号の減算を得る。図３に関連して説明したように、１０８で受信信号（ＲＭ信号）を与えるために演算増幅器１０４が使用される。出力１０８は図３の出力４４と同じでよいが、基準信号（ＡＭ）はＣＲｒ信号から減算されている。
【００７５】
図６Ｂは、絶縁変圧器を使用する電流結合回路を示す。ＣＲｒ誘導電圧はＣＲと同相のままで、アンプに対して低インピーダンスの、良好な電圧源を維持している。
【００７６】
ベースライン電圧の適切な選択によって、受信コイルを含むコイルアセンブリとカプラー要素との間のギャップが減少するに伴って、ギャップ補正された基準信号が大きくなるので、図６Ａ及び６Ｂの回路を使用して（それぞれ出力１１０及び１１２で）得られた基準信号は、ギャップ補正された基準信号と呼ぶことができる。これは受信信号（この場合、１０８の信号）と同じ傾向を持つ。従って、ギャップ補正された基準信号はギャップ変化についての補正に使用することができる。
【００７７】
この例において、コイルアセンブリは、図１Ａに示すものと同じでよい励起コイル及び受信コイルを含んでおり、さらに、ＣＲｒ信号は電流収集（カレントコレクション）を使用して生成される。この例は、例えば図５に関連して上述した第２励起コイル１２２及び補足の基準信号コイル１２６を、例えば受信コイルに誘導結合した励起コイルと別の絶縁変圧器の形で用いてＣＲｒを生成する際に適用できる。ＣＲｒ信号は出力１２８から得られ、共通モード因子の補正用の基準信号を生成するためにアンプ１０６によって使用される。
【００７８】
さらに別の例で、第２励起コイルは、例えば絶縁変圧器を使用しないことにより省略され、補足の基準コイルは、励起コイルからのフラックスによって励起されるように励起コイルに近接して位置する。
【００７９】
［レシオメトリックコイル設計］
図７は、改良された回転センサに受信信号（ＲＭ、回転モジュレータ信号）及び基準信号（ＡＭ、軸方向モジュレータ信号）を与える二端子コイル設計を符号１４０で示す。
【００８０】
この例において、基準コイルは単一ループ１４２であり、受信コイルは差分構造を備える。周方向の矢印は誘導電位（それらは時間に応じて反転する）の相対的な方向を示し、したがって、受信信号出力は反対に巻かれた部分における対向電位の和である。例えば、隣接した外側弧状部分１４４及び１４６の誘導電位は、出力ＲＭＦ及びＲＭＢから得られた合成の受信信号において対向する傾向がある。同様に、隣接した内側の弧状部分の信号は対向する。
【００８１】
コイルアセンブリは励起コイルをさらに備えてもよく、それは概ね円形で、基準コイルと同様の半径を持っていてもよい（さらに受信コイルの外側半径とも同様であってもよい。）。
【００８２】
いくつかの例で、非差分基準コイルからの位置非依存信号の振幅はベースライン・レベルから減算されてもよい。
【００８３】
図８は、５端子受信コイル設計を符号１６０で示し、それは外側の基準コイル１６２と差分構造の受信コイルを備える。基準コイルの隣接した実質的に周方向の部分は受信信号に対向電位を与える。この例において、コイルは多角形のコイルで、それはいくつかの例における製作（フレームワーク上で金属ロッドを使用する組み立てなど）を容易にし、さらに説明を容易にする。他の例において、コイルは代りとして弧状（又は円形のウェッジ形）でもよい。この例において、ＲＭコイル対は接地付近で特異であり、ＡＭコイル（単一ループ基準コイル１６２）は特異ではないが、それは電子回路を使用して、有効に特異にすることができる。例えば、基準信号は、他の例によって提供されるＣＲｒ信号などのようなベースライン値から減算することができる。
【００８４】
基準（ＡＭ）信号は出力１６８で提供され、受信信号は出力１７０及び１７２で提供され、出力１７４は受信コイルに中央タップを与える。
【００８５】
コイルアセンブリは励起コイルをさらに備えてもよく、それは概ね多角形又は円形で、基準又は受信コイルの半径又は同等の寸法と同様の半径（又は周辺距離への平均中心などの同等寸法）を持っていてもよい。
【００８６】
図９Ａは、受信及び基準コイルからの信号強度を増幅し、小型センサを可能にするように位置したフェロメタリック板２００を示す。強磁性板（フェロ・プレート）は、コイルアセンブリ構造のカプラー要素２１０から反対側で支持される。この例において、このアプローチはリニアセンサにも有利であるが、カプラー要素は回転子である。コイルアセンブリは基板２０２（例えば回路基板）上の基準コイル（ＡＭ、この例では単一ループ）２０８を備え、他の構成要素を支持する他の基板２０６及び２０４が任意に設けられる。強磁性板は信号増幅板として作用し、いかなる強磁性体（高周波のフェライトを含む）でも、誘導結合を増進させることができる他の材料でもよい。
【００８７】
図９Ｂは、プリント基板などのような回路基板でもよい支持基板に挿入されたフェロ（例えば強磁性鋼）又はフェライト材料による誘導鉄心を示す。１ＭＨｚ以上などの高い励起コイル周波数で、フェライト材料は強磁性体として作用することができ、センサ・サイズを小さくすることを可能にする。また、ＣＲ（励起）コイルに対する温度の影響からより独立するようにインダクタンスが増加される。
【００８８】
図９Ｂは、基板２２０上の構成要素のおおよその位置を示す。２２２で単純化して示すコイルアセンブリは、外周のまわりに受信コイル（詳細は示さない）と単一ループ基準コイル（これも単純化して示す）とを備える。高められた基準信号を得るために、２２４のような付加コイル構造が、ループに組み込むことにより基準コイル中への直列配置に接続される。付加コイル構造は、基準信号を増大させるように強磁性鉄心を有し、そのような強磁性ディスク又はプレートが基板上で支持される。電子回路が、２２８のような箇所で同じ基板（それはプリント回路基板でもよい）に支持されてもよい。基板の縁２３０で出力が提供され、例えばアセンブリが受入れスロットに挿入されることを可能にする。
【００８９】
いくつかの例において、付加コイル構造はベースライン電圧源として使用されてもよい。いくつかの例において、強磁性鉄心を有する付加コイル構造を使用する同様のアプローチは、受信コイルのインダクタンスを高めるために使用されてもよい。得られるＣＲｒが十分な場合、空気鉄心を使用することができる。
【００９０】
［電子回路と信号調整］
図１０Ａは、この例では図６Ａに示すような、符号１００で示すコイルアセンブリを備える装置を示し、これも図６Ａに関連して上記したように、１０２の容量性ブリッジからＣＲｒ信号が得られる。図６Ａの構成のアンプ１０４及び１０６の出力はここでは、差動増幅器として使用されるギルバートセル整流器２４０及び２４２へ渡される。ギルバートセル回路に入る前に、ＡＣ（容量性）連結はギルバートセル回路と仮想接地レベルを分離するために使用され、電圧レベルがギルバートセルに適したものに調節される。他の例において、ギルバートセルの代わりに演算増幅器又は他の回路を使用してもよい。電子回路は、一部又は全体がＡＳＩＣとして実施されてもよい。
【００９１】
図１０Ｂは、符号１２０で示すコイルアセンブリを使用する、図１０Ａの回路の電流結合バージョンを示し、それは図６Ｂに関連して記載したように１２８でＣＲｒ信号を提供するために絶縁変圧器を使用する。他の点は図１０Ａの回路と同様である。
【００９２】
［さらなる電子回路構成］
記載した種々の例について、仮想接地レベルなどの電圧レベル及び制御信号レベルを修正するために、ツェナー・ザッピング又は他のプログラマブルロジック回路を使用することができる。他の形のスタティックメモリを使用してもよい。自動車の電子スロットル制御装置として使用される代表的な例において、入力信号はその最大比率の最大で２０ｍＶかもしれない。最大のＲＭ及び最大のＡＭ信号の大きさは同じでありえる。
【００９３】
図１１Ａは電子回路のさらなる例の回路図を示し、ここでは電子回路がユニット２６０内で制御される。本明細書の他の箇所でより詳細に述べるように、そして簡明のためにここで繰り返さないが、装置はさらにコイルアセンブリ１００、アンプ１０４及び１０６、ギルバートセル回路２４０及び２４２を含む。ここで、ギルバートセル回路の表示は補助の構成要素を含む。この例において、ギルバートセル回路２４０及び２４２の出力はアナログ・ディバイダなどのレシオメトリック回路に渡される（デジタル・ディバイダを使用してもよい。）。
【００９４】
この例において、デフォルト設定は非活性化された論理条件でもよく、ロジック駆動される選択可能なスイッチはＲＭ１信号を常に接続する。このようにして、ＥＴＣ（電子スロットル制御）機能は２６８の出力を使用して得ることができ、共通モード因子は実質的に除去される。
【００９５】
図１１Ｂは図１１Ａの回路の別のバージョンを示し、１２８でＣＲｒ信号を提供するために絶縁変圧器を使用するが、それは図５Ｂ及び６Ｂに関連してより詳細に述べた。２７０のレシオメトリック出力はＥＴＣ（電子スロットル制御）の用途で使用することができる。
【００９６】
図１２Ａは拡張された構成を示し、それはマルチターン・センサを含む拡張された角度範囲用途に使用してもよい。符号３００で示すコイルアセンブリは、相対位相がオフセットした励起コイル３０２と一対の受信コイル３０４及び３０６を含んでいる。２つの受信信号ＲＭ１及びＲＭ２が得られ、線形応答が広い角度範囲にわたり得られることを可能にしている。
【００９７】
電子回路が３０１で示される。３０８の回路部分は図６Ａに関連して記載したものと同様で、３１２で第１受信信号ＲＭ１を提供する。３１４でＲＭ２を生成するために、第２受信コイルに関連した第２ＲＭ生成回路が３１０で提供される。図６Ａと関連して上記したように、ここではＡＭ信号は１つだけ生成される。信号ＲＭ１及びＲＭ２は、基準信号ＡＭとともに、３１６などのギルバートセル回路を経て、デバイダー回路３１８（ＲＭ１とＡＭ）及び３２０（ＲＭ２とＡＭ）へ進む。コンパレータ３２２につながれたロジック駆動されるスイッチ３３２は、のこぎり歯信号形式で１つのモジュラス（一意のアングル依存信号の範囲）を測るために使用可能である。そのスイッチは、ＲＭ１を使用して得られるレシオメトリック信号、ＲＭｌ、ＲＭ２を使用した反転信号、又はＲＭ２を使用した反転信号を選択し、選択された信号は直接又はパルス幅変調として３３０で出力される。このアプローチは追加受信コイルから追加ＲＭ信号を得るために使用することができる。
【００９８】
このモードにおいて、シグナルコンディショナは、論理演算を通じて、ここでは４つの直線の信号セグメントからなる１つのモジュラス内の一意の位置を識別することができる。論理回路は、スタック・カウンタを使用して正確な角度範囲を決定し、出力信号を増すためにオフセット値を提供し、広い角度範囲にわたって線形応答を得ることができる。回転センサの場合には、受信コイル間の位相オフセットが、各コイルについて３６０度を端子数の２倍で割った値、例えば一対の二端子コイルでは９０度、に関連することができる。
【００９９】
ＰＷＭ３２４によって決定されたＰＷＭ周波数は、外部の受動素子トリマ、又はツェナー・ザップ設定を持った内部の受動素子、又は他のスタティック・ロジックを介して選択可能であってもよい。周波数範囲は、例えば１００Ｈｚから１ＫＨｚまででよい。この拡張構成は、ギャップ・レシオメトリック測定特徴によって、操向組合せセンサ（例えば組合せトルク及び操向角度センサ）で直接使用することができる。
【０１００】
デバイダー回路３２６は、ＡＭ信号とＣＲｒ信号の比率の形成により、３２８でギャップ出力を提供するために使用される。ギャップ出力は、マルチターン・センサ用途での回転数などのモジュラス値を決定するために使用されてもよい。
【０１０１】
レシオメトリック・チップのまわりでマイナーな選択動作モードに統合された３つの機能が、小さなアングル動作及び大きなアングル動作の両方を可能にする。付加的なＲＭ処理ブロックは、１つの完全なモジュラス処理（３６０度の範囲など）、ＰＷＭ処理、ＣＲｒ信号に対するＡＭの比率を使用したギャップ検出を可能にする。
【０１０２】
図１２Ｂは、図１２Ａの回路の電流連結バージョンを示す。電子回路３０１は図１２Ａと同じであるが、コイルアセンブリ３４０はＣＲｒ信号を生成するのに絶縁変圧器３４２を使用する。この構成は図５及び６Ｂに関連して記載したものと同様でよい。
【０１０３】
電圧レベルを調節するためにツェナー・ザッピング又は他のプログラマブルロジック回路又はスタティックメモリを使用できる。値の例として、製造公差調節のための幅５ビットのツェナー・ザッピング、上位プラトー：３ビット、下位プラトー：４ビット、アングル移動に沿った信号の較正：±３．２度をカバーする６ビット（回転センサ調節で）などがある。
【０１０４】
図１３Ａは出力位相に対する容量結合の影響を示す。この例で、コイルアセンブリ１００は図６Ｂで記載さしたものと同じである。３６２と３６０で示すコンデンサは容量結合を表わすもので、個別の部品を表わすものではない。矢印３６６及び３６８は、矢印３６４によって表わされる励起信号位相に対する、アンプ１０４及び１０６の出力の考え得る相対的位相を表わす。矢印の相対的な方向は相対的な信号位相を表わす。
【０１０５】
励起コイル（ＣＲ）のＱが無限大であり、ＣＲとＲＭとの容量結合が無く、アンプ（演算増幅器１０４及び１０６）のスルーレートが無限の理想的な場合であって、ＣＲがＶｃｒ＊ｓｉｎ（ωｔ）で全回路を駆動し、Ａｒｍが第２演算増幅器のもので割られた第１演算増幅器の増幅率であり、結合係数がｋであり、コイル巻線比率が１であれば、タンク電流はＱｒ＊ｄ（Ｖｃｒ＊ｓｉｎ（ωｔ））／ｄｔ＝Ｑｒ＊Ｖｃｒ＊ｃｏｓ（ωｔ）であり、それは、ＣＲ電圧を誘導電圧と同相にするレンツの法則の結果とともに、受信コイル（ＲＭ）に誘導され、そのとき以下のようになる：
【数２】
電圧誘導はノイズ経路を介して得ることもできる：
【数３】
ここでＲｅｑはＲＭｓループ抵抗を表す。誘導電圧の合計は次のとおりである：
【数４】
【０１０６】
上記の第２の式中の比較的大きなＣＲｒ電圧は、ＶａｍをＶｒｍから位相ずれとする。図１３Ａにおける矢印は、その結果生じる位相遅れを、符号３７０で角度として表わし、それはΦとすることができる。この位相遅れは温度変化による信号ドリフティングを引き起こし得るから、位相遅れを最小限にするか、基準信号（ＡＭ）アンプ１０６の後に位相調整装置（又はＲＣディバイダー）を取り付けるべきである。
【０１０７】
図１３Ｂは、位相シフタ回路３８０を用いた交流結合を使用して位相を制御する代替方法を示す。ＡＭを合算する演算増幅器とＣＲｒの間の交流結合を使用すると、位相を図示のように補正することができる。この場合、Ｒ＋ｊωＣのベクトルの組合せは、電圧ベクトルをＶｒｍと整列させるよう慎重に選ばれる。図１３Ａは、容量性ブリッジ出力１０２とアンプ１０６の間に導入された移相回路を示す。これらの構成要素は図６Ａに示す回路に加えられる。
【０１０８】
ＣＲｒ’は、３８８で状態図を使用して示されるように、インピーダンス・ベクトル（抵抗器とコンデンサ）の組合せを横切る電圧ベクトルを示す。ＣＲｒ’はインピーダンス・ベクトルによって所望のＣＲｒを得るように制御される。この位相シフタ回路は、他の回路部品に使用されるＡＳＩＣなどのシリコンチップに組み込むことができる。
【０１０９】
ＶｒｍとＶａｍの位相差の最小化はノイズを最小限にするだけでなく、増倍効率を最大限にする。ＶｒｍとＶａｍが同相の場合、位相の小さなドリフティングはノイズ及び増倍効率に事実上影響しない。
【０１１０】
［ＣＲｒ信号の振幅］
１つのアプローチ例で、ＣＲｒは、ＲＭ＋（受信コイルの順方向巻き部分からの信号）及びＲＭ−（受信コイルの逆方向巻き部分からの信号）の絶対値（大きさ）の和とする。最大のＲＭ信号は、ＲＴがそれらのうちの１つを完全にカバーする時、順方向及び逆方向巻きのＲＭ出力を指す。
【０１１１】
理想的に、ＣＲｒの値は最大ＲＭ値の２倍であり、それは回転子（又は他のカプラー要素）が完全に別のＲＭコイル部分をカバーする場合の１つのＲＭコイル部分の出力と考える。ＣＲｒの値は、カプラー要素を取り除いて、ＲＭ＋及びＲＭ−の両方の和をとることにより決定してもよく、他のアプローチは、ＲＭ順方向値を得るために一方のＲＭをブロックするカプラー要素を測定し、他方のＲＭをブロックするカプラー要素で測定を繰り返し、これらの両方の測定を合計する。
【０１１２】
厳密に理論的な観点から、２つの測定値は、カプラー要素からの磁束の影響、及びカプラー要素の効率によって異なるかもしれない。最大のＲＭは、測定方法にかかわらず同じであり、ノミナルのギャップでの値のおよそ２倍であり得る。
【０１１３】
図１４Ａ−１４Ｃは、カプラー素子位置の関数としての図３の回路からの考え得る信号を示す。
【０１１４】
図１４Ａは、ＲＭＦ（回転モジュレータの順方向巻き部分の信号、ＲＭ＋としても示す）、ＲＭＢ（逆方向巻き部分、ＲＭ−）及びＣＯＭを示し、それはここでＲＭ＋とＲＭ−の和である。ここで、ＲＭ＋のピーク値は左から右へ低下し、ＲＭ−のピーク値は左から右へ増加し、そして和のピーク値は一定のままである傾向がある。例えば、ピーク４００は和曲線のピーク値を表わす。ピーク４００は組合せのピークである。カプラーが取り除かれる場合の信号の大きさは、図１４Ａに示す最大大きさの２倍であり得る。
【０１１５】
図１４Ｂは最大から最小の比率のカプラー素子位置の関数としてＲＭ値を示す。例えば、曲線４０２はＲＭＢ信号である。
【０１１６】
図１４Ｃは、４０４のピークと等しい、ＣＲｒの考え得る値を示す。
【０１１７】
図１４Ｄは、ＡＭ及びＲＭ信号（それぞれ４２０及び４２２）がギャップに応じてどのように変わるかを示す。この例において、ＡＭ信号はＣＲｒ値である一定のベースライン電圧から減算され、その結果の基準信号はギャップの減少に従って増加する。これは、電子スロットル制御装置でのギャップ補正を向上させ、さらに、この用途及び他の用途における他の共通モード因子（温度など）の補正を向上させ得る。
【０１１８】
［レシオメトリック信号及び比率］
２つの極端なケースについては、ギャップと温度の影響が以下のように検討される。これらの２つのケースが現実である場合、他のすべてのケースは、それらの極端さの種々の程度で２つの組合せかもしれない。
【０１１９】
ギャップ補償検査：カプラー効率が１００％であり、逆方向ＲＭがカプラーによって完全にカバーされると仮定すると、最大の共通モード信号（最大のＡＭ）は以下を満たす：
【数５】
従って、比率＝ＲＭ／ＡＭはすべてのギャップ変数で等しい。
【０１２０】
図１５は、線４４２として示すように、レシオメトリック信号ＲＭ／ＡＭがベースライン電圧からの位置非依存信号の減算後ではギャップに依存しないことを示す。この図で、線４４０はギャップに応じてＡＭ信号がどのように変わるかを示し、ＡＭ値は破線４４６として上に示されたＣＲｒの一定値から減算された線４４０からの値であり、そしてＲＭ信号が線４４４としてギャップに応じてどのように変わるかを示す。位置非依存信号は、測定されるべき位置に実質的に依存しない信号である。位置非依存信号は、回転位置センサのカプラー要素回転に実質的に依存しないが、ギャップ、つまりコイルアセンブリとカプラー要素の軸方向分離に敏感かもしれない。
【０１２１】
温度補償検査：カプラー効率が１００パーセントであると仮定され、カプラーが逆方向ＲＭの７５パーセントをカバーし（順方向ＲＭの２５パーセントは同時に、カプラーとＲＭコイルの構成によりカバーされる）、したがって、順方向ＲＭの誘導電圧がより大きい。前述のケースと異なり、ＲＭは５０パーセントのゲインで始まる。しかし、ギャップがゼロで、カプラー効率が１００パーセントであると、ＡＭレベルの同じ初期値を予想通りに回復する。
【０１２２】
図１６は、温度が極端に最大となる場合、グラフに示されたのと同じ場所でＣＲがゼロに低下することを示す。同様に、他の曲線は同じ方向に延び、同じ場所でゼロに低下する。
【０１２３】
ギャップ及び温度値の組合せで、２つの共通モード信号に関するレシオメトリック面は概ね一定であり、駆動電圧（ＣＲｒ）面及び信号面が温度及びギャップ面上で多少変わる。
【０１２４】
［代替構成］
基準信号を得るために使用される方法は、ホールセンサなど他のセンサでの使用に適合させることができる。
【０１２５】
図１７及び１８は３極ホールセンサから得られる基準信号（ＡＭ）を示し、それは例えばレシオメトリック・アプローチを使用して、共通モード因子に対するホールセンサからの位置信号の補償に使用することができる。これは自動車用途で以前に達成されていない。これらの例において、ホールセンサはスター配列及びデルタ配列を有する。これらはチップ上の物理的な形状として、あるいは他の例でホールセンサの電気的な構成として設計されてもよく、図示の物理的配置である必要はない。
【０１２６】
図１７は、図示の感知電極及び駆動電極４８４及び４８６を備えるデルタ構成のホールセンサ４８０を示す。４９０で基準信号出力を得るためにダイオードアレイ４８２が使用される。
【０１２７】
図１８は、４９４で示された基準信号出力を与える同様のホールセンサのスター構成を示す。
【０１２８】
スター及びデルタで電気的に構成した受信コイルから基準信号を得るために同様な構成を使用することができる。好ましくは、ダイオード降下電圧は最小限にされる。従って、共通モード因子が補償された位置センサ（液面センサを含む）を得るために、センサ信号が受信コイル、ホールセンサ、容量性センサ、圧電センサ又は他の位置センサから得られる場合、整流されたセンサ信号の和から基準信号（ＡＭ）を得ることができる。
【０１２９】
本発明の例はさらに、例えばＵ字型又は他の構成のカプラー要素を含むリニアセンサをも含む。改良されたリニア位置センサは中央タップ付き受信コイルを含み、ＡＭ信号が個別の基準コイルなしで生成されることを可能にする。ＡＭ信号は、ブリッジ回路又は絶縁変圧器から得られる、例えば励起電圧の一部であるベースライン値から減算することにより形成されてもよい。
【０１３０】
図１９は、カプラー要素がペダルアセンブリの裾広がり端の端部に設けられた電子スロットル制御用の受信コイルを示す。この例において、基準信号は、例えば図３に示す構成又は単一ループＡＭコイルを使用する受信コイルのクロスオーバー接続付近（あるいはその内部）の中央タップを使用して得ることができる。
【０１３１】
図は、４６６で出力し、ペダルアーム延長部４６２の端部に支持された金属板としてのカプラー要素４６４を備える差動受信コイル構造４６０を示す。ペダルの踏み込みがペダルアーム延長部を弧状の経路に沿って移動させ、受信コイル部分への相対的なフラックス・ブロッキングを修正する。中央タップは４６８の箇所に含むことができ（中央タップは正確な中央にある必要はない）、それによりコイルアセンブリから位置依存信号及び位置非依存信号を得ることができる。
【０１３２】
誘導位置センサは同一出願人による次のアメリカ出願公報に記載されている：２００８／０００７２５１（操向角度センサ）；２００７／０１９４７８２（誘導位置センサ．．．）；２００７／０００１６６６（リニア及び回転誘導位置センサ）；２００６／０２５５７９４（誘導位置センサ用の信号調整システム）；２００６／０２３３１２３（共通モード矯正巻線及び単純化された信号調整手段を備えた誘導位置センサ）；２００５／０２２５３２０（誘導位置センサ）；及び２００５／０２２３８４１（車両の電子スロットル制御用誘導センサ）。本発明の実施例は、そこに記載され、（例えば）１つ以上のタップ付き受信コイルを含むよう適合され、さらに、本書に記載した方法を用いて位置非依存信号を生成するよう動作可能な電子回路を含む例と、改良された基準信号を生成するためにベースライン電圧から位置非依存信号が減算される例とを含む。
【０１３３】
本発明は上記具体例に限定されるものではない。例示は発明の範囲に対する制限として意図されるものではない。ここに記載された方法、装置、回路、材料組成等は一例であり、発明の範囲に対する制限として意図されるものではない。当業者は、上記例に対する変更及び他の用途を想到し得るであろう。発明の範囲は請求項の範囲によって決定される。
【０１３４】
発明を記載した上で、別紙のように特許を請求する。
【技術分野】
【０００１】
［関連出願への言及］
本件出願は、２００７年１月１９日付けの米国仮特許出願シリアル番号６０／８８５，７３６からの優先権を主張し、言及することによってその全てをここに取り込む。
【０００２】
［発明の分野］
本発明は、位置センサ、特に誘導位置センサに関する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
［発明の背景］
誘導センサの受信コイルからの信号は、ノイズと部品間隔のばらつき等による製造のばらつきにより変動しがちである。そのような共通モード因子が補正された位置信号を与える改良センサは、他の多くの可能な用途の中でも特に電子スロットル制御用途で、大きな商業的利益になろう。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
［発明の要約］
本発明は、直線及び／又は回転位置センサを含む機械部品の位置に関連する電気信号を提供する誘導性センサに関する。発明の実施例は電子スロットル制御装置に使用してもよい。その位置が感知される部分は、カプラー要素に機械的につながれてもよい。
【０００５】
誘導位置センサの例は、励起コイル、１つ以上の受信コイル及びカプラー要素を備える。カプラー要素は、部分位置によって励起コイルと受信コイルの誘導結合を修正する。部分位置は、受信コイルから得られる受信信号から決定される。複数の受信コイルが設けられ、それぞれが受信信号を提供する場合、位置の範囲あるいは他の因子によって１つの受信信号が選択される。受信信号は、少なくとも位置の範囲にわたり、部分位置に感応し、さらに励起電圧、製造バラツキ（コイルアセンブリとカプラー要素とのギャップなど）、電気ノイズ、温度などの周囲のあるいは現場の状態、又は他の因子などの共通モード因子に感応する。
【０００６】
位置信号の精度は、基準信号を使用すること、例えば受信信号と基準信号から比率が作られるレシオメトリック・アプローチを使用することによって高めることができる。基準信号は、少なくとも関心位置の方向に沿って、部分位置に実質的に依存しないことが望ましいが、受信コイルに作用する共通モード因子のうちのいくつかあるいはすべてに影響される。従って、共通モード因子による誤差は、基準信号に対する受信信号の比率として形成されるレシオメトリック信号を得ることにより減らすか実質的に除去することができる。そうすれば、共通モード因子の影響は、比率の形成により実質的に除去し得る。基準信号は、例えば受信コイルを励起させるのと同じフラックスで励起されるように構成される別の基準コイルによって提供することができる。
【０００７】
本発明のいくつかの例では、基準信号は別の基準コイルを必要とせずに得られる。基準信号は１つ以上の受信コイルから得られる信号を使用して決定される。これは、コイルアセンブリの単純化、低コスト、より高い信頼性を可能にする。さらに、共通モード因子の排除の程度を高めることができる。多層回路基板に基づくコイルアセンブリの層数が減少すれば、熱に対する頑強性も高められる。例えば、受信コイルは中央タップを備え、中央タップの両側に反対に巻かれた部分を設けてもよい。そうすれば、受信信号と基準信号の両方を受信コイルから得ることができる。
【０００８】
いくつかの用途では、カプラー素子位置に実質的に依存しない第１の信号を得て、さらに第２の値から第１信号を減算するステップを通じて基準信号を修正することが望ましい。例えば、いくつかの電子スロットル制御装置では、コイルアセンブリとカプラー要素の間にギャップが存在する。回転センサの場合、ギャップは回転中心軸に沿っている（又はそれに平行である）。受信信号は、ギャップの減少とともに増加する傾向がある。中央タップ付き受信コイルを使用する際、実質的に部分位置には依存しないものの、ギャップ減少につれて減少する傾向を有する第１信号が得られてもよい。より高いベースライン・レベルから第１信号を減算することによって、ギャップが減少するとともに増加する第２信号を得ることができる。より高いベースライン・レベルは、例えばインピーダンスブリッジ（抵抗性及び／又は容量性）又は絶縁変圧器を使用して、励起信号から得ることができる。
【０００９】
１つのアプローチ例では、複数の部分を持つ受信コイルが使用され、そのように得られる複数の信号が、部分位置に実質的に依存しない基準信号を得るために組み合わせられる。例えば、受信コイルがタップ付きであれば、タップは受信コイルの反対に巻かれた部分間に位置してもよい。そして、その部分から得られる２つの信号の大きさの和は、カプラー位置に依存しない信号を得るために使用することができる。カプラー要素がコイルアセンブリに対して移動すると、第１の巻き方向を持つ第１の部分への誘導結合は低下するが、（第１部分に対して）反対の巻き方向を持つ第２の部分への結合は促進される。信号を差動的に組み合わせることは、カプラー素子位置で関連する位置感応信号を得る。第１受信コイル部分への誘導結合が低下すると、位置感応信号が第２部分からの貢献をより含むことになる。しかし、信号の大きさを加えることによって、カプラー位置に実質的に依存しない信号が得られる。
【００１０】
別のアプローチ例では、複数の受信コイルが使用され、複数の受信コイルからの信号の組合せによって基準信号が得られる。
【００１１】
１つの例において受信コイルは、２つの部分に分割する中央タップを有する。受信信号は受信コイルの端部から得られ、２つの部分は対向する電圧を受信信号に与える。受信信号が２つの部分で生じる電圧の大きさの差であるから、この構成は「差動」と呼べる。基準信号は、各部分の電圧の大きさの和として得られる。
【００１２】
他の例において、基準信号は単一ループによって提供することができる。基準信号の大きさは、強磁性プレートを基準コイルに近接配置することにより高めることができる。いくつかの例において、概ね円形のループの外側の付加コイル構造を加えてもよく、そのような付加コイル構造に強磁性鉄心を含めることは、そのように得られる基準信号の大きさをさらに高める。
【００１３】
レシオメトリック信号処理が適用される前に、基準信号を修正することができる。いくつかの例において、カプラー要素が取り除かれる場合に、信号処理に使用される基準信号がより低い値（例えばゼロなどの最小値）になることが有用であり得る。反対に巻かれた部分からの信号が相殺されるので、カプラー要素が取り除かれる場合、差動型受信コイルからの受信信号は典型的には最小になってもよい。従って、コイルアセンブリから得られる基準信号は、レシオメトリック信号処理（又は他の種類の信号処理）が適用される前にベースライン電圧から減算されてもよい。ベースライン電圧は、絶縁変圧器（例えば励起コイルと直列の）によって提供されてもよく、あるいは（例えば励起コイルと並列の容量性又は抵抗性の分圧器によって）励起コイルに加えられる励起電圧から得られるか、あるいは、任意のソースから得られる所定値でもよい。この減算ステップを使用して、ベースライン電圧は、位置依存信号において認められるような共通モード因子（カプラー要素に対する温度又はギャップなど）に対して同様の傾向を持つ基準信号を与えるように調節されてもよく、それは共通モード因子の影響がより正確に取り除かれることを可能にする。ベースライン電圧は、理論上（あるいは実際に）認められた基準信号電圧の最高値とほぼ等しいように選択されてもよい。
【００１４】
カプラー要素の位置と関連する信号を提供する装置例は、励起されると磁束を生成するよう動作可能な励起コイルと、受信コイルと励起コイルの誘導結合により、後者が励起されると受信信号を生成するよう動作可能で、第１部分信号及び第２部分信号をそれぞれ生成する第１及び第２部分を持つ受信コイルと、受信信号を使用して位置依存信号を、また第１部分信号及び第２部分信号を使用して位置非依存信号を生成するよう動作可能な電子回路とを備える。受信信号が位置と関連し、位置非依存信号がカプラー要素の位置に実質的に依存しないように、誘導結合はカプラー要素の移動によって空間変調を介して修正される。カプラー要素の位置に実質的に依存しない改良された基準信号は、ベースライン電圧から位置非依存信号を減算することにより生成することができる。電子回路は、位置依存信号及び基準信号を使用して、位置と関連するレシオメトリック信号を生成してもよい。他の例において、装置は基準コイルを備え、基準コイルは、励起コイルが基準コイルと励起コイルの誘導結合により励起されると、位置非依存信号を提供するよう動作可能である。
【００１５】
本発明の例は回転位置センサ及び直線位置センサを含む。特定の例は電子スロットル制御装置を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】図１Ａ及び１Ｂは、タップ付き受信コイルから得られる信号を示す。
【図１Ｂ】図１Ａ及び１Ｂは、タップ付き受信コイルから得られる信号を示す。
【００１７】
【図２】図２は、カプラー位置に依存する信号とカプラー位置に実質的に依存しない信号の生成を示す。
【００１８】
【図３】図３は、中央タップ付き受信コイルから基準信号と受信信号を得るための電子回路を示す。
【００１９】
【図４】図４は、分圧器を使用して励起信号から得られるベースライン電圧を示す。
【００２０】
【図５】図５は、電流収集を使用して励起信号から得られるベースライン電圧を示す。
【００２１】
【図６Ａ】図６Ａ及び６Ｂは、ベースライン電圧から位置非依存信号を減算することにより得られるギャップ補正された基準信号を示し、そのベースライン電圧は、図６Ａの容量性ブリッジと図６Ｂの電流収集を使用して得られる。
【図６Ｂ】図６Ａ及び６Ｂは、ベースライン電圧から位置非依存信号を減算することにより得られるギャップ補正された基準信号を示す。
【００２２】
【図７】図７は、回転センサの２極コイル受け設計及び任意のループ（非差分構造）の基準コイルを示す。
【００２３】
【図８】図８は、５極受信コイル設計及び基準コイルを示し、それは概ね円形の内外周を持つよう構成されてもよい。
【００２４】
【図９Ａ】図９Ａは、基準（もし使用されれば）及び／又は受信コイルからの信号強度を高めるように位置づけられた強磁性金属板を示す。
【００２５】
【図９Ｂ】図９Ｂは、強磁性鉄心を用いた付加コイル構造の使用を示す。
【００２６】
【図１０Ａ】図１０Ａは、基準信号を修正するためのベースライン電圧を使用する、コイルアセンブリ及び関連する電子回路を有する装置を示す。
【００２７】
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、ベースライン電圧の生成への電流収集アプローチを使用する、図１０Ａと同様の回路を示す。
【００２８】
【図１１Ａ】図１１Ａ及び１１Ｂは、レシオメトリック信号を生成する電子回路のさらなる例の概略図を示す。
【図１１Ｂ】図１１Ａ及び１１Ｂは、レシオメトリック信号を生成する電子回路のさらなる例の概略図を示す。
【００２９】
【図１２Ａ】図１２Ａ及び１２Ｂは、これらの例の２個の受信コイルにおいて、それぞれ複数の受信コイルを有する装置を示す。
【図１２Ｂ】図１２Ａ及び１２Ｂは、これらの例の２個の受信コイルにおいて、それぞれ複数の受信コイルを有する装置を示す。
【００３０】
【図１３Ａ】図１３Ａは、出力位相への容量結合の影響を示す。
【００３１】
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、容量結合の影響を弱める位相シフタ回路を示す。
【００３２】
【図１４Ａ】図１４Ａ−１４Ｃは、例としての回路から得られる考え得る信号を示す。
【図１４Ｂ】図１４Ａ−１４Ｃは、例としての回路から得られる考え得る信号を示す。
【図１４Ｃ】図１４Ａ−１４Ｃは、例としての回路から得られる考え得る信号を示す。
【００３３】
【図１４Ｄ】図１４Ｄは、ベースライン電圧からの位置非依存信号の減算がギャップ補正を改良する様子を示す。
【００３４】
【図１５】図１５は、改良されたギャップ補正を示す。
【００３５】
【図１６】図１６は、改良された温度補正を示す。
【００３６】
【図１７】図１７及び１８は、３極ホールセンサから得られる基準信号を示す。
【図１８】図１７及び１８は、３極ホールセンサから得られる基準信号を示す。
【００３７】
【図１９】図１９は、中央タップが改良された位置センサの一部として使用され得るペダルアセンブリに使用された受信コイルを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
［発明の詳細な説明］
可動部の位置と関連する信号を提供する装置は、励起コイルと、励起コイルに近接配置された受信コイルを備える。励起コイルが交流源などの電気エネルギー源によって励起されると、励起コイルは磁束を生成する。励起コイルが励起されると、受信コイルと励起コイルの誘導結合により、受信コイルは受信信号を生成する。位置センサが直線運動、回転運動（マルチターン回転センサを含む）、あるいは直線及び回転運動の組合せを感知してもよい。
【００３９】
受信信号がその部分の位置と関連するように、誘導結合はその部分の移動によって変更される。例えば、その部分にカプラー要素が機械的につながれてもよく、その結果、それが移動すると、励起コイルと受信コイルの間の誘導結合をカプラー要素が変更し、その結果、受信信号はカプラー位置、したがってその部分の位置と関連することになる。カプラー要素は、金属板、概ねＵ型の金属構造、電導ループ、あるいは送信コイルと受信コイルの誘導結合を変更する他の構造を備えてもよい。カプラー要素は、励起コイルと受信コイルの磁束連結をブロックする渦プレートとして作用してもよい。
【００４０】
受信コイルが複数の部分を含み、誘導結合は（少なくとも２つの部分で対向電圧を生じさせる傾向があってもよい。出力電圧が誘導電圧の大きさの差と考えられるから、この構造は差分構造となる。センサは、カプラー要素が取り除かれると、受信コイル出力が実質的にゼロになるように構成することができる。
【００４１】
励起コイルと、１つ以上の受信コイルと、１つの任意の基準コイルを含むようコイルアセンブリを形成してもよい。コイルアセンブリは、例えば信号処理用の電子回路を支持するためにも使用可能なプリント回路基板上の金属トラックとして、基板上に形成されてもよい。
【００４２】
電子回路は、電圧対直線位置、電圧対角度位置、湾曲経路に沿った位置、あるいは直線運動と回転の組合せである他の位置として、測定される位置との実質的に直線関係にある位置信号を生成するよう動作可能に提供されてもよい。部分位置はペダルの位置でもよく、ペダルの移動は、例えば電子スロットル用途、ステアリングコラム回転センサ、燃料タンクセンサなどのためのカプラー要素の位置に機械的につながれていてもよい。装置はエンジンに速度制御を与えるよう動作可能な電子回路を備えてもよい。
【００４３】
いくつかの実施例では、部分位置と関連しない受信信号の変動を補償するために基準信号が使用される。これらは共通モード因子と呼ばれ、電気ノイズ、電源電圧変化、及びカプラー要素とコイル面（例えばコイルアセンブリ及び関連電子モジュールがある回路ボード上の）とのギャップなどの製造バラツキを含み得る。励起コイルが励起されるとき基準信号は関心部分の位置に実質的に依存せず、共通モード因子に関する位置依存信号を修正するレシオメトリック信号処理（基準信号による受信信号のアナログ・ディビジョンなど）に使用することができる。例えば、基準信号は、測定方向に沿う部分位置に実質的に不感応かもしれないが、製造バラツキによるものなどのような他方向の変動に敏感かもしれない。
【００４４】
基準信号は、励起コイルと１個以上の他のコイルとの誘導結合から発生する信号を用いて生成することが望ましい。いくつかの例において、別の基準コイルが使用されてもよい。他の例で、基準信号は受信コイルから得られる信号から生成される。基準信号が得られる信号を得るために、受信コイルのタッピングを使用してもよい。
【００４５】
基準信号は、コイルアセンブリとカプラー要素との間のギャップないしオフセットを推定する、例えばマルチターン回転センサ（マルチターン・センサ）の回転数を決定するために使用することができる。基準信号は、受信信号（この脈絡での用語は受信コイルの部分から得られる信号を含む）の組合せによって、あるいは別の基準コイルから得られてもよい。別の基準コイル及びそこからの信号は、回転モニタリング（マルチターン・センサにおいて、例えばステアリングコラムの回転に応じて変わるセパレーションを測定）、センサ・トラブルシューティング診断などに使用されてもよい。受信コイルから得られる基準信号も、同じ目的に使用することができる。従って、基準信号を回転数に関連づけ、正確な出力を得るために適正電圧レベルを選択することができる。これは、レベルを落とさずに、信号が繰り返し始める程度（モジュラス限界）を越えない出力を持つマルチターン・センサを可能にする。そのシステムの電圧レベルは、例えばシステムの接地にオフセット値を加えることにより、センサの範囲を増大させるよう選択することができる。
【００４６】
ある部分の部分位置を決定するための装置の一例は、次のもの：励起コイル、励起コイルが電気エネルギー源によって励起されると、励起コイルは磁束を生成する；励起コイルに近接した複数の受信コイル、励起コイルが受信コイルと励起コイルの誘導結合により励起されると、受信コイルは複数の受信信号を生成する；部分位置と関連した位置を持つ可動カプラー要素、カプラー要素は受信信号がそれぞれ部分位置と関連するように励起コイルと受信コイルの誘導結合を修正する；そして、受信信号の少なくとも１つと基準信号から得られるレシオメトリック信号を提供する電子回路；を備える。
【００４７】
基準信号は、ノイズ、電源電圧変化及び製造バラツキなどの、カプラー位置と関連していない受信信号の変動を補償するために使用してもよい。基準信号は、受信信号の組合せ、あるいはコイルをタッピングすることにより受信コイルの部分から得られる信号から得られてもよい。例えば、基準信号は、受信コイル又はその部分からの２つ以上の信号の非位相感知整流から得ることができる。
【００４８】
システムの電圧レベルは、例えばＲＭの１つの信号を別のものに接続して、回転信号の直線範囲をモジュラス・アングルを越えて増大させることにより調節することができる。この場合、直線範囲は受信信号が回転角に対して直線である範囲である。
【００４９】
センサ範囲は、例えば回転数又はその部分が回転した他のモジュラス・アングルを追跡することにより拡張することができる。ＡＭ信号（基準信号）は回転数に関連づけることができる。これはモジュラス情報とのＡＭ出力からの直接の関係であり、モジュラス限界を越えて測定するためのシステムの電圧レベルを決定する。
【００５０】
電子モジュール（又はモジュール）は、信号調整用のＡＳＩＣモジュール、つまり出力を得るためにセンサ・アセンブリを駆動する装置でもよい。
【００５１】
回転センサ用のコイル本体は、軸方向モジュレータ（ＡＭコイルあるいは近接感知コイルとも呼ばれる基準コイル、回転モジュレータ（ＲＭ、受信コイル）、そして磁気／電界を生成するキャリア（励起コイル、又はトランスミッタ・コイル）を備えてもよい。
【００５２】
電子スロットル制御用途の回転センサなどのいくつかの例において、基準信号はカプラー要素と受信コイルのギャップの変動を補正するために使用することができる。ギャップはコイルの軸方向に沿って測定され、したがって、別の基準コイルは軸方向モジュレータ（ＡＭ、あるいは近接感知コイル）と呼ぶことができる。同様に、基準信号はＡＭ信号と呼ぶことができる。受信コイルは、回転に依存する信号を提供し、回転モジュレータ（ＲＭ）と呼ぶことができる。１つ以上の受信コイルがあってもよい。基準信号の生成を可能にするために、受信コイルの１つ以上の箇所にタップを付けてもよい。励起コイルはトランスミッタ・コイル又はキャリア（ＣＲ）と呼ばれてもよい。しかし、例はリニアセンサなどの種々の構成に適合させることができ、例えば、具体例としてＲＭコイルに言及することは発明概念を回転センサだけに限定しない。
【００５３】
いくつかの例は変復調信号解析を使用してもよい。モジュレータは、回動角度信号（あるいは任意の位置依存信号）を含む信号を励起信号で乗算することを可能にする。復調器は変調された信号用の位相感応整流器であり、それは直線的測定アングル（又は他の位置範囲）を、復調器なしの量の２倍まで拡大し得る。復調器は、接続つきの微調整可能な抵抗器とＬＣ発振器を備えたモジュールでもよい。もし適切な信号がそれに供給されれば、復調器などの電子モジュール構成要素はコイル本体と無関係にテストすることが可能であろう。
【００５４】
レシオメトリック感知は、共通モード因子の影響を取り除くために受信信号（又はそれから得られる、部分位置に感応する任意の位置感応信号）と基準信号との比率の形成に関する。復調信号は、キャリア電圧（励起コイル電圧）への依存がはるかに少ない信号の出力となるように形成される。この場合、基準信号は、所望の測定方向に沿う部分位置に実質的に依存しない信号である。それは、別の基準コイルから、又は受信コイルの部分からの信号の組合せから、あるいはその他の方法で得られる。電子回路は、直流（非交流）の位置依存信号及び位置非依存信号を得るために使用することができる。レシオメトリック信号は、アナログ又はデジタル回路、あるいはそれの組合せ（アナログ除算器及び較正データを格納するディジタルメモリなど）によって形成してもよい。
【００５５】
図１Ａはレシオメトリック構成を示し、図１Ｂはが２つの部分１２及び１４からなる受信コイル１８のための差動接続を示す。図は、励起コイル１０と、部分１２及び１４からなる受信コイル１８とを備えたコイルアセンブリを符号２０で示す。関心部分の位置と関連する位置を持つ可動カプラー要素を１６で示す。
【００５６】
本発明の種々の例で、受信コイルはタップ付き、例えば中央タップ付きで、タップの両側に２つのコイル部分を形成する。励起コイルからの磁束による励磁の下で受信コイル内に反対の電位を生成するように、２つのコイル部分は反対の巻回方向であってもよい。すると、１６で示されたカプラー要素の位置に敏感な、図１ＢのＶ３のような位置感知信号が受信コイルから得られる。さらに、カプラー要素の位置に実質的に依存しない信号が、コイルセクションからの信号、この例では図１ＡのＶ１及びＶ２の大きさの和から形成されることができる。
【００５７】
２つの受信コイル部分１２及び１４は反対の巻回方向であり、中央タップに対して第１及び第２電圧（図１ＡのＶ１及びＶ２）をそれぞれ与える。これらの２つの電圧間の相違は、励起コイル１０と受信コイルの相対的なフラックス連結と関連する。２つの電圧間の相違がカプラー位置と関連するように、フラックス連結はカプラー要素１６を使用して空間変調されてもよい。例えば、回転センサでは、カプラー要素は回転してもよい。リニアセンサでは、カプラー要素は直線移動してもよい。いくつかの例において、カプラー要素の移動は回転及び直線成分の両方を含んでいてもよい。図１Ａで、２つの信号の相対的な大きさが決定されてもよい。図１Ｂでは、出力電圧Ｖ３は受信信号であり、それは、時に受信コイルからの差分信号電圧と呼ばれ、カプラー素子位置と関連するように、フラックス連結でカプラー素子効果によって変調される。
【００５８】
図２は、中央タップを有する受信コイルを用いた基準及び受信信号の生成を示す。受信コイルは、それぞれ３０と３２で示す第１部分及び第２部分を備える。これらの部分は、基板上で実質的に同一平面に位置してもよく、例えばプリント回路基板の手法で作られる。図示のように、内外コイル周囲は多角形であるが、他の例において、コイル部分は径方向・円弧状部分であってもよい。
【００５９】
２個の反対巻きのコイルが励起コイルからの磁束にさらされると、接地に関しての２つの対向電圧が生じ、それらが電圧源として作用する。対向電圧の和は、それが２つの対向する誘導電圧の差であるから、差動電圧と呼んでもよい。この差分信号はカプラー要素の角度位置と関連しており、回転センサにおいて回転モジュレータ（ＲＭ）信号と呼ぶことができる。さらに、対向電圧の大きさの和は、本書でコモンモード電圧又はＡＭ（軸方向モジュレータ）信号とも呼ぶ基準信号を生成するのに使用することができる。
【００６０】
基準信号は、コイルアセンブリとカプラー要素の軸方向分離と、励起信号電圧などの他の共通モード因子に敏感でありながら、カプラー要素の回転位置に実質的に依存しないように生成することができる。共通モード信号は位置敏感信号及び位置不感信号の両方に影響し、レシオメトリック信号の形成によりそのような同相モード効果の排除を可能にする。基準信号は、別の基準コイルによって、受信コイルの部分からの信号から、あるいは本書に記載される他の方法によって生成することができる。回転センサで使用される場合、受信コイルも回転モジュレータ・コイル、つまりＲＭコイルと呼ぶことができる。しかし、ＲＭという用語が下記の例で使用される場合であっても、発明の概念は回転センサに限定されず、リニアセンサで使用されてもよい。
【００６１】
基準信号（共通モード信号）は、図２に示すような中央タップを備えた受信コイルから生成することができる。２つのコイル部分３０及び３２が互いに反対方向（例えば、時計回りと反時計回り）に巻かれる場合、各部分で生じる信号は接地に関して異極性であり、ＲＭ＋及びＲＭ−と表示できる。これらは図１Ａに示すＶ１及びＶ２と類似している。信号ＲＭは受信信号で、部分の位置と関連している。信号はそれぞれ交流信号かもしれないが、任意の特定の時に誘導電圧は対向しえる。位置情報は差分信号から決定することができ（２つの反対された信号が同じ大きさを持っている場合、それは０である）、基準信号は２つの信号の大きさの合計から与えられる。
【００６２】
図３は基準信号と受信信号とを得るための電子回路を示す。図１Ａ及び１Ｂに関連して上記したように、コイルアセンブリは励起コイル１０と、１２と１４で示す第１部分及び第２部分を有する受信コイルとを備える。第１アンプ４０は、部分位置と関連する信号を生成する。第２アンプ４２は、関心部分位置からほぼ独立しているが、同相モード因子と関連した信号を生成する。その出力はそれぞれ、４４と４６とで示すＲＭ（受信信号）及びＡＭ（基準信号）である。受信コイルからの信号はＲＭ＋及びＲＭ−と呼ばれ、２つの受信コイル部分からの対向信号を示す。
【００６３】
受信コイル部分の信号はＲＭ＋、ＲＭ−として示すが、発明は回転位置センサに限定されない。差分信号（受信信号）は、位置の範囲にわたって位置との相関を持っている。差分信号は、互いに対向する蛍光があるＲＭ＋及びＲＭ−の組合せ後に生じる信号である。位置の信号は、広い角度範囲にわたる角度に対して一意的に定義されない。しかし、マルチターン・センサで、基準信号は角度範囲（例えばマルチターン・センサの回転数）を決定するために使用されてもよく、従って、装置は広い位置範囲にわたって角度を一意的に決定してもよい。
【００６４】
［基準信号の大きさ及びギャップ］
ギャップに反比例する基準信号を得るために、ベースライン電圧、例えば励起信号電圧又はその一部から得られるベースライン電圧から位置非依存信号を減算してもよい。例えば、分圧器を用いて励起電圧の所定の一部を得、第１基準信号をそれから減算して、部分位置に実質的に依存しないさらに良好な第２基準信号を得ることができる。基準信号という用語は、部分位置に実質的に依存しない信号を概略的に表すのに本書で使用され、そして本発明の信号のいくつかの例で、第１位置非依存信号（それは基準信号として有用かもしれない）がベースライン電圧から減算されて、共通モード因子などの環境変数と所望の関係を持つ第２基準信号を得る。
【００６５】
次に、一例を説明する。図４に示すようなコンデンサ対（又は抵抗器対）から形成された分圧器を使用して、励起信号電圧を値ＣＲｒにする。ここで、ＣＲｒ＝ＣＲ／２ｘＣ１／（Ｃ１＋Ｃ２）である。この値は式ＣＲｒ＝ＲＭ＋ｍａｘ＋ＲＭ−ｍａｘを満たすように設計することができ、その後、基準信号電圧（ここではＡＭと表示する）は下記式を満たすように設計することができる：
【数１】
ここで：
【００６６】
ＲＭ＋ｍａｘは、最大の磁束を生成するカプラー位置（回転子位置など）で、カプラーがゼロギャップで逆方向ＲＭコイルを完全に覆う場合の、順方向ＲＭコイルの誘導電圧を意味する；
【００６７】
ＲＭ−ｍａｘは、最大の磁束を生成する温度で、カプラーがゼロギャップで順方向ＲＭコイルを完全に覆う場合の、逆方向ＲＭコイル部分の誘導電圧を指す。所望の特性を有するＡＭ信号を生成することができる実施例は後述する；
【００６８】
そして、ＣＲｒは励起信号から得られるベースライン電圧である。
【００６９】
しかし、発明はベースライン電圧のいかなる特定の導出にも限定されない。例えば、ベースライン電圧は、励起信号、好ましくは同じ電源上の他の発振器又は回路、電源レベル、ベースライン電圧を形成する格納された記憶場所あるいは他のソースを使用して得てもよい。
【００７０】
図４は、２つの対向ＲＭコイル部分の最大での絶対値の和と一致するように、ベースライン電圧ＣＲｒ信号が設計されることを可能にする分圧器を示す。励起コイル６０の一部分を横切る容量ブリッジ内の出力６４で得られるこのＣＲｒ信号は、図示のような容量分割、あるいは一対の抵抗器を用いる抵抗分割によって得ることができる。この例において、ＣＲｒは電圧収集によって得られ、中央タップ６２は接地される。
【００７１】
図５は、電流収集（カレントコレクション）を使用したＣＲｒ信号の生成を示す。この例は、励起コイル８０と、第２励起コイル８２及び補足の基準信号コイル８４を使用するＣＲｒジェネレーターとを使用する。この例において、コイル８２及び８４の組合せは絶縁変圧器によって提供される。ここで、ＣＲｒ信号は絶縁変圧器二次巻線の出力８６から得られ、一次巻線は第２励起コイルである。
【００７２】
さらに別の例において、補足の基準コイル８０は励起コイル８０に近接位置して、励起コイル８０からのフラックスによって励起され、その結果、第２励起コイル８２は省略される。
【００７３】
図６Ａは、ＣＲｒとして示されたベースライン電圧を使用する、ギャップ補正された基準信号（ＡＭ）の生成を示す。これは電圧結合回路であり、それは理論上正確ではないが、励起コイル（ＣＲ）インダクタンスがほぼ一定の場合、実際上使用することができる。用語ＣＲｒは、励起信号から得られるベースライン電圧を表わすことができる。必要に応じて、ｄｃ（直流）ベースライン電圧レベルを得るために整流又は他の信号処理を使用することができる。
【００７４】
符号１００で示されたコイルアセンブリは励起コイルと受信コイルとを含んでおり、図１に示す構成と同様である。従って、図１に関連してより完全に説明したように、励起コイル１０、受信コイル部分１２及び１４を使用することができる。図４に示すように、励起コイルの部分の容量ブリッジングによってＣＲｒ信号が得られる。改良された基準信号１１０を得るために、アンプ１０６を用いてＣＲｒ信号から差分信号の減算を得る。図３に関連して説明したように、１０８で受信信号（ＲＭ信号）を与えるために演算増幅器１０４が使用される。出力１０８は図３の出力４４と同じでよいが、基準信号（ＡＭ）はＣＲｒ信号から減算されている。
【００７５】
図６Ｂは、絶縁変圧器を使用する電流結合回路を示す。ＣＲｒ誘導電圧はＣＲと同相のままで、アンプに対して低インピーダンスの、良好な電圧源を維持している。
【００７６】
ベースライン電圧の適切な選択によって、受信コイルを含むコイルアセンブリとカプラー要素との間のギャップが減少するに伴って、ギャップ補正された基準信号が大きくなるので、図６Ａ及び６Ｂの回路を使用して（それぞれ出力１１０及び１１２で）得られた基準信号は、ギャップ補正された基準信号と呼ぶことができる。これは受信信号（この場合、１０８の信号）と同じ傾向を持つ。従って、ギャップ補正された基準信号はギャップ変化についての補正に使用することができる。
【００７７】
この例において、コイルアセンブリは、図１Ａに示すものと同じでよい励起コイル及び受信コイルを含んでおり、さらに、ＣＲｒ信号は電流収集（カレントコレクション）を使用して生成される。この例は、例えば図５に関連して上述した第２励起コイル１２２及び補足の基準信号コイル１２６を、例えば受信コイルに誘導結合した励起コイルと別の絶縁変圧器の形で用いてＣＲｒを生成する際に適用できる。ＣＲｒ信号は出力１２８から得られ、共通モード因子の補正用の基準信号を生成するためにアンプ１０６によって使用される。
【００７８】
さらに別の例で、第２励起コイルは、例えば絶縁変圧器を使用しないことにより省略され、補足の基準コイルは、励起コイルからのフラックスによって励起されるように励起コイルに近接して位置する。
【００７９】
［レシオメトリックコイル設計］
図７は、改良された回転センサに受信信号（ＲＭ、回転モジュレータ信号）及び基準信号（ＡＭ、軸方向モジュレータ信号）を与える二端子コイル設計を符号１４０で示す。
【００８０】
この例において、基準コイルは単一ループ１４２であり、受信コイルは差分構造を備える。周方向の矢印は誘導電位（それらは時間に応じて反転する）の相対的な方向を示し、したがって、受信信号出力は反対に巻かれた部分における対向電位の和である。例えば、隣接した外側弧状部分１４４及び１４６の誘導電位は、出力ＲＭＦ及びＲＭＢから得られた合成の受信信号において対向する傾向がある。同様に、隣接した内側の弧状部分の信号は対向する。
【００８１】
コイルアセンブリは励起コイルをさらに備えてもよく、それは概ね円形で、基準コイルと同様の半径を持っていてもよい（さらに受信コイルの外側半径とも同様であってもよい。）。
【００８２】
いくつかの例で、非差分基準コイルからの位置非依存信号の振幅はベースライン・レベルから減算されてもよい。
【００８３】
図８は、５端子受信コイル設計を符号１６０で示し、それは外側の基準コイル１６２と差分構造の受信コイルを備える。基準コイルの隣接した実質的に周方向の部分は受信信号に対向電位を与える。この例において、コイルは多角形のコイルで、それはいくつかの例における製作（フレームワーク上で金属ロッドを使用する組み立てなど）を容易にし、さらに説明を容易にする。他の例において、コイルは代りとして弧状（又は円形のウェッジ形）でもよい。この例において、ＲＭコイル対は接地付近で特異であり、ＡＭコイル（単一ループ基準コイル１６２）は特異ではないが、それは電子回路を使用して、有効に特異にすることができる。例えば、基準信号は、他の例によって提供されるＣＲｒ信号などのようなベースライン値から減算することができる。
【００８４】
基準（ＡＭ）信号は出力１６８で提供され、受信信号は出力１７０及び１７２で提供され、出力１７４は受信コイルに中央タップを与える。
【００８５】
コイルアセンブリは励起コイルをさらに備えてもよく、それは概ね多角形又は円形で、基準又は受信コイルの半径又は同等の寸法と同様の半径（又は周辺距離への平均中心などの同等寸法）を持っていてもよい。
【００８６】
図９Ａは、受信及び基準コイルからの信号強度を増幅し、小型センサを可能にするように位置したフェロメタリック板２００を示す。強磁性板（フェロ・プレート）は、コイルアセンブリ構造のカプラー要素２１０から反対側で支持される。この例において、このアプローチはリニアセンサにも有利であるが、カプラー要素は回転子である。コイルアセンブリは基板２０２（例えば回路基板）上の基準コイル（ＡＭ、この例では単一ループ）２０８を備え、他の構成要素を支持する他の基板２０６及び２０４が任意に設けられる。強磁性板は信号増幅板として作用し、いかなる強磁性体（高周波のフェライトを含む）でも、誘導結合を増進させることができる他の材料でもよい。
【００８７】
図９Ｂは、プリント基板などのような回路基板でもよい支持基板に挿入されたフェロ（例えば強磁性鋼）又はフェライト材料による誘導鉄心を示す。１ＭＨｚ以上などの高い励起コイル周波数で、フェライト材料は強磁性体として作用することができ、センサ・サイズを小さくすることを可能にする。また、ＣＲ（励起）コイルに対する温度の影響からより独立するようにインダクタンスが増加される。
【００８８】
図９Ｂは、基板２２０上の構成要素のおおよその位置を示す。２２２で単純化して示すコイルアセンブリは、外周のまわりに受信コイル（詳細は示さない）と単一ループ基準コイル（これも単純化して示す）とを備える。高められた基準信号を得るために、２２４のような付加コイル構造が、ループに組み込むことにより基準コイル中への直列配置に接続される。付加コイル構造は、基準信号を増大させるように強磁性鉄心を有し、そのような強磁性ディスク又はプレートが基板上で支持される。電子回路が、２２８のような箇所で同じ基板（それはプリント回路基板でもよい）に支持されてもよい。基板の縁２３０で出力が提供され、例えばアセンブリが受入れスロットに挿入されることを可能にする。
【００８９】
いくつかの例において、付加コイル構造はベースライン電圧源として使用されてもよい。いくつかの例において、強磁性鉄心を有する付加コイル構造を使用する同様のアプローチは、受信コイルのインダクタンスを高めるために使用されてもよい。得られるＣＲｒが十分な場合、空気鉄心を使用することができる。
【００９０】
［電子回路と信号調整］
図１０Ａは、この例では図６Ａに示すような、符号１００で示すコイルアセンブリを備える装置を示し、これも図６Ａに関連して上記したように、１０２の容量性ブリッジからＣＲｒ信号が得られる。図６Ａの構成のアンプ１０４及び１０６の出力はここでは、差動増幅器として使用されるギルバートセル整流器２４０及び２４２へ渡される。ギルバートセル回路に入る前に、ＡＣ（容量性）連結はギルバートセル回路と仮想接地レベルを分離するために使用され、電圧レベルがギルバートセルに適したものに調節される。他の例において、ギルバートセルの代わりに演算増幅器又は他の回路を使用してもよい。電子回路は、一部又は全体がＡＳＩＣとして実施されてもよい。
【００９１】
図１０Ｂは、符号１２０で示すコイルアセンブリを使用する、図１０Ａの回路の電流結合バージョンを示し、それは図６Ｂに関連して記載したように１２８でＣＲｒ信号を提供するために絶縁変圧器を使用する。他の点は図１０Ａの回路と同様である。
【００９２】
［さらなる電子回路構成］
記載した種々の例について、仮想接地レベルなどの電圧レベル及び制御信号レベルを修正するために、ツェナー・ザッピング又は他のプログラマブルロジック回路を使用することができる。他の形のスタティックメモリを使用してもよい。自動車の電子スロットル制御装置として使用される代表的な例において、入力信号はその最大比率の最大で２０ｍＶかもしれない。最大のＲＭ及び最大のＡＭ信号の大きさは同じでありえる。
【００９３】
図１１Ａは電子回路のさらなる例の回路図を示し、ここでは電子回路がユニット２６０内で制御される。本明細書の他の箇所でより詳細に述べるように、そして簡明のためにここで繰り返さないが、装置はさらにコイルアセンブリ１００、アンプ１０４及び１０６、ギルバートセル回路２４０及び２４２を含む。ここで、ギルバートセル回路の表示は補助の構成要素を含む。この例において、ギルバートセル回路２４０及び２４２の出力はアナログ・ディバイダなどのレシオメトリック回路に渡される（デジタル・ディバイダを使用してもよい。）。
【００９４】
この例において、デフォルト設定は非活性化された論理条件でもよく、ロジック駆動される選択可能なスイッチはＲＭ１信号を常に接続する。このようにして、ＥＴＣ（電子スロットル制御）機能は２６８の出力を使用して得ることができ、共通モード因子は実質的に除去される。
【００９５】
図１１Ｂは図１１Ａの回路の別のバージョンを示し、１２８でＣＲｒ信号を提供するために絶縁変圧器を使用するが、それは図５Ｂ及び６Ｂに関連してより詳細に述べた。２７０のレシオメトリック出力はＥＴＣ（電子スロットル制御）の用途で使用することができる。
【００９６】
図１２Ａは拡張された構成を示し、それはマルチターン・センサを含む拡張された角度範囲用途に使用してもよい。符号３００で示すコイルアセンブリは、相対位相がオフセットした励起コイル３０２と一対の受信コイル３０４及び３０６を含んでいる。２つの受信信号ＲＭ１及びＲＭ２が得られ、線形応答が広い角度範囲にわたり得られることを可能にしている。
【００９７】
電子回路が３０１で示される。３０８の回路部分は図６Ａに関連して記載したものと同様で、３１２で第１受信信号ＲＭ１を提供する。３１４でＲＭ２を生成するために、第２受信コイルに関連した第２ＲＭ生成回路が３１０で提供される。図６Ａと関連して上記したように、ここではＡＭ信号は１つだけ生成される。信号ＲＭ１及びＲＭ２は、基準信号ＡＭとともに、３１６などのギルバートセル回路を経て、デバイダー回路３１８（ＲＭ１とＡＭ）及び３２０（ＲＭ２とＡＭ）へ進む。コンパレータ３２２につながれたロジック駆動されるスイッチ３３２は、のこぎり歯信号形式で１つのモジュラス（一意のアングル依存信号の範囲）を測るために使用可能である。そのスイッチは、ＲＭ１を使用して得られるレシオメトリック信号、ＲＭｌ、ＲＭ２を使用した反転信号、又はＲＭ２を使用した反転信号を選択し、選択された信号は直接又はパルス幅変調として３３０で出力される。このアプローチは追加受信コイルから追加ＲＭ信号を得るために使用することができる。
【００９８】
このモードにおいて、シグナルコンディショナは、論理演算を通じて、ここでは４つの直線の信号セグメントからなる１つのモジュラス内の一意の位置を識別することができる。論理回路は、スタック・カウンタを使用して正確な角度範囲を決定し、出力信号を増すためにオフセット値を提供し、広い角度範囲にわたって線形応答を得ることができる。回転センサの場合には、受信コイル間の位相オフセットが、各コイルについて３６０度を端子数の２倍で割った値、例えば一対の二端子コイルでは９０度、に関連することができる。
【００９９】
ＰＷＭ３２４によって決定されたＰＷＭ周波数は、外部の受動素子トリマ、又はツェナー・ザップ設定を持った内部の受動素子、又は他のスタティック・ロジックを介して選択可能であってもよい。周波数範囲は、例えば１００Ｈｚから１ＫＨｚまででよい。この拡張構成は、ギャップ・レシオメトリック測定特徴によって、操向組合せセンサ（例えば組合せトルク及び操向角度センサ）で直接使用することができる。
【０１００】
デバイダー回路３２６は、ＡＭ信号とＣＲｒ信号の比率の形成により、３２８でギャップ出力を提供するために使用される。ギャップ出力は、マルチターン・センサ用途での回転数などのモジュラス値を決定するために使用されてもよい。
【０１０１】
レシオメトリック・チップのまわりでマイナーな選択動作モードに統合された３つの機能が、小さなアングル動作及び大きなアングル動作の両方を可能にする。付加的なＲＭ処理ブロックは、１つの完全なモジュラス処理（３６０度の範囲など）、ＰＷＭ処理、ＣＲｒ信号に対するＡＭの比率を使用したギャップ検出を可能にする。
【０１０２】
図１２Ｂは、図１２Ａの回路の電流連結バージョンを示す。電子回路３０１は図１２Ａと同じであるが、コイルアセンブリ３４０はＣＲｒ信号を生成するのに絶縁変圧器３４２を使用する。この構成は図５及び６Ｂに関連して記載したものと同様でよい。
【０１０３】
電圧レベルを調節するためにツェナー・ザッピング又は他のプログラマブルロジック回路又はスタティックメモリを使用できる。値の例として、製造公差調節のための幅５ビットのツェナー・ザッピング、上位プラトー：３ビット、下位プラトー：４ビット、アングル移動に沿った信号の較正：±３．２度をカバーする６ビット（回転センサ調節で）などがある。
【０１０４】
図１３Ａは出力位相に対する容量結合の影響を示す。この例で、コイルアセンブリ１００は図６Ｂで記載さしたものと同じである。３６２と３６０で示すコンデンサは容量結合を表わすもので、個別の部品を表わすものではない。矢印３６６及び３６８は、矢印３６４によって表わされる励起信号位相に対する、アンプ１０４及び１０６の出力の考え得る相対的位相を表わす。矢印の相対的な方向は相対的な信号位相を表わす。
【０１０５】
励起コイル（ＣＲ）のＱが無限大であり、ＣＲとＲＭとの容量結合が無く、アンプ（演算増幅器１０４及び１０６）のスルーレートが無限の理想的な場合であって、ＣＲがＶｃｒ＊ｓｉｎ（ωｔ）で全回路を駆動し、Ａｒｍが第２演算増幅器のもので割られた第１演算増幅器の増幅率であり、結合係数がｋであり、コイル巻線比率が１であれば、タンク電流はＱｒ＊ｄ（Ｖｃｒ＊ｓｉｎ（ωｔ））／ｄｔ＝Ｑｒ＊Ｖｃｒ＊ｃｏｓ（ωｔ）であり、それは、ＣＲ電圧を誘導電圧と同相にするレンツの法則の結果とともに、受信コイル（ＲＭ）に誘導され、そのとき以下のようになる：
【数２】
電圧誘導はノイズ経路を介して得ることもできる：
【数３】
ここでＲｅｑはＲＭｓループ抵抗を表す。誘導電圧の合計は次のとおりである：
【数４】
【０１０６】
上記の第２の式中の比較的大きなＣＲｒ電圧は、ＶａｍをＶｒｍから位相ずれとする。図１３Ａにおける矢印は、その結果生じる位相遅れを、符号３７０で角度として表わし、それはΦとすることができる。この位相遅れは温度変化による信号ドリフティングを引き起こし得るから、位相遅れを最小限にするか、基準信号（ＡＭ）アンプ１０６の後に位相調整装置（又はＲＣディバイダー）を取り付けるべきである。
【０１０７】
図１３Ｂは、位相シフタ回路３８０を用いた交流結合を使用して位相を制御する代替方法を示す。ＡＭを合算する演算増幅器とＣＲｒの間の交流結合を使用すると、位相を図示のように補正することができる。この場合、Ｒ＋ｊωＣのベクトルの組合せは、電圧ベクトルをＶｒｍと整列させるよう慎重に選ばれる。図１３Ａは、容量性ブリッジ出力１０２とアンプ１０６の間に導入された移相回路を示す。これらの構成要素は図６Ａに示す回路に加えられる。
【０１０８】
ＣＲｒ’は、３８８で状態図を使用して示されるように、インピーダンス・ベクトル（抵抗器とコンデンサ）の組合せを横切る電圧ベクトルを示す。ＣＲｒ’はインピーダンス・ベクトルによって所望のＣＲｒを得るように制御される。この位相シフタ回路は、他の回路部品に使用されるＡＳＩＣなどのシリコンチップに組み込むことができる。
【０１０９】
ＶｒｍとＶａｍの位相差の最小化はノイズを最小限にするだけでなく、増倍効率を最大限にする。ＶｒｍとＶａｍが同相の場合、位相の小さなドリフティングはノイズ及び増倍効率に事実上影響しない。
【０１１０】
［ＣＲｒ信号の振幅］
１つのアプローチ例で、ＣＲｒは、ＲＭ＋（受信コイルの順方向巻き部分からの信号）及びＲＭ−（受信コイルの逆方向巻き部分からの信号）の絶対値（大きさ）の和とする。最大のＲＭ信号は、ＲＴがそれらのうちの１つを完全にカバーする時、順方向及び逆方向巻きのＲＭ出力を指す。
【０１１１】
理想的に、ＣＲｒの値は最大ＲＭ値の２倍であり、それは回転子（又は他のカプラー要素）が完全に別のＲＭコイル部分をカバーする場合の１つのＲＭコイル部分の出力と考える。ＣＲｒの値は、カプラー要素を取り除いて、ＲＭ＋及びＲＭ−の両方の和をとることにより決定してもよく、他のアプローチは、ＲＭ順方向値を得るために一方のＲＭをブロックするカプラー要素を測定し、他方のＲＭをブロックするカプラー要素で測定を繰り返し、これらの両方の測定を合計する。
【０１１２】
厳密に理論的な観点から、２つの測定値は、カプラー要素からの磁束の影響、及びカプラー要素の効率によって異なるかもしれない。最大のＲＭは、測定方法にかかわらず同じであり、ノミナルのギャップでの値のおよそ２倍であり得る。
【０１１３】
図１４Ａ−１４Ｃは、カプラー素子位置の関数としての図３の回路からの考え得る信号を示す。
【０１１４】
図１４Ａは、ＲＭＦ（回転モジュレータの順方向巻き部分の信号、ＲＭ＋としても示す）、ＲＭＢ（逆方向巻き部分、ＲＭ−）及びＣＯＭを示し、それはここでＲＭ＋とＲＭ−の和である。ここで、ＲＭ＋のピーク値は左から右へ低下し、ＲＭ−のピーク値は左から右へ増加し、そして和のピーク値は一定のままである傾向がある。例えば、ピーク４００は和曲線のピーク値を表わす。ピーク４００は組合せのピークである。カプラーが取り除かれる場合の信号の大きさは、図１４Ａに示す最大大きさの２倍であり得る。
【０１１５】
図１４Ｂは最大から最小の比率のカプラー素子位置の関数としてＲＭ値を示す。例えば、曲線４０２はＲＭＢ信号である。
【０１１６】
図１４Ｃは、４０４のピークと等しい、ＣＲｒの考え得る値を示す。
【０１１７】
図１４Ｄは、ＡＭ及びＲＭ信号（それぞれ４２０及び４２２）がギャップに応じてどのように変わるかを示す。この例において、ＡＭ信号はＣＲｒ値である一定のベースライン電圧から減算され、その結果の基準信号はギャップの減少に従って増加する。これは、電子スロットル制御装置でのギャップ補正を向上させ、さらに、この用途及び他の用途における他の共通モード因子（温度など）の補正を向上させ得る。
【０１１８】
［レシオメトリック信号及び比率］
２つの極端なケースについては、ギャップと温度の影響が以下のように検討される。これらの２つのケースが現実である場合、他のすべてのケースは、それらの極端さの種々の程度で２つの組合せかもしれない。
【０１１９】
ギャップ補償検査：カプラー効率が１００％であり、逆方向ＲＭがカプラーによって完全にカバーされると仮定すると、最大の共通モード信号（最大のＡＭ）は以下を満たす：
【数５】
従って、比率＝ＲＭ／ＡＭはすべてのギャップ変数で等しい。
【０１２０】
図１５は、線４４２として示すように、レシオメトリック信号ＲＭ／ＡＭがベースライン電圧からの位置非依存信号の減算後ではギャップに依存しないことを示す。この図で、線４４０はギャップに応じてＡＭ信号がどのように変わるかを示し、ＡＭ値は破線４４６として上に示されたＣＲｒの一定値から減算された線４４０からの値であり、そしてＲＭ信号が線４４４としてギャップに応じてどのように変わるかを示す。位置非依存信号は、測定されるべき位置に実質的に依存しない信号である。位置非依存信号は、回転位置センサのカプラー要素回転に実質的に依存しないが、ギャップ、つまりコイルアセンブリとカプラー要素の軸方向分離に敏感かもしれない。
【０１２１】
温度補償検査：カプラー効率が１００パーセントであると仮定され、カプラーが逆方向ＲＭの７５パーセントをカバーし（順方向ＲＭの２５パーセントは同時に、カプラーとＲＭコイルの構成によりカバーされる）、したがって、順方向ＲＭの誘導電圧がより大きい。前述のケースと異なり、ＲＭは５０パーセントのゲインで始まる。しかし、ギャップがゼロで、カプラー効率が１００パーセントであると、ＡＭレベルの同じ初期値を予想通りに回復する。
【０１２２】
図１６は、温度が極端に最大となる場合、グラフに示されたのと同じ場所でＣＲがゼロに低下することを示す。同様に、他の曲線は同じ方向に延び、同じ場所でゼロに低下する。
【０１２３】
ギャップ及び温度値の組合せで、２つの共通モード信号に関するレシオメトリック面は概ね一定であり、駆動電圧（ＣＲｒ）面及び信号面が温度及びギャップ面上で多少変わる。
【０１２４】
［代替構成］
基準信号を得るために使用される方法は、ホールセンサなど他のセンサでの使用に適合させることができる。
【０１２５】
図１７及び１８は３極ホールセンサから得られる基準信号（ＡＭ）を示し、それは例えばレシオメトリック・アプローチを使用して、共通モード因子に対するホールセンサからの位置信号の補償に使用することができる。これは自動車用途で以前に達成されていない。これらの例において、ホールセンサはスター配列及びデルタ配列を有する。これらはチップ上の物理的な形状として、あるいは他の例でホールセンサの電気的な構成として設計されてもよく、図示の物理的配置である必要はない。
【０１２６】
図１７は、図示の感知電極及び駆動電極４８４及び４８６を備えるデルタ構成のホールセンサ４８０を示す。４９０で基準信号出力を得るためにダイオードアレイ４８２が使用される。
【０１２７】
図１８は、４９４で示された基準信号出力を与える同様のホールセンサのスター構成を示す。
【０１２８】
スター及びデルタで電気的に構成した受信コイルから基準信号を得るために同様な構成を使用することができる。好ましくは、ダイオード降下電圧は最小限にされる。従って、共通モード因子が補償された位置センサ（液面センサを含む）を得るために、センサ信号が受信コイル、ホールセンサ、容量性センサ、圧電センサ又は他の位置センサから得られる場合、整流されたセンサ信号の和から基準信号（ＡＭ）を得ることができる。
【０１２９】
本発明の例はさらに、例えばＵ字型又は他の構成のカプラー要素を含むリニアセンサをも含む。改良されたリニア位置センサは中央タップ付き受信コイルを含み、ＡＭ信号が個別の基準コイルなしで生成されることを可能にする。ＡＭ信号は、ブリッジ回路又は絶縁変圧器から得られる、例えば励起電圧の一部であるベースライン値から減算することにより形成されてもよい。
【０１３０】
図１９は、カプラー要素がペダルアセンブリの裾広がり端の端部に設けられた電子スロットル制御用の受信コイルを示す。この例において、基準信号は、例えば図３に示す構成又は単一ループＡＭコイルを使用する受信コイルのクロスオーバー接続付近（あるいはその内部）の中央タップを使用して得ることができる。
【０１３１】
図は、４６６で出力し、ペダルアーム延長部４６２の端部に支持された金属板としてのカプラー要素４６４を備える差動受信コイル構造４６０を示す。ペダルの踏み込みがペダルアーム延長部を弧状の経路に沿って移動させ、受信コイル部分への相対的なフラックス・ブロッキングを修正する。中央タップは４６８の箇所に含むことができ（中央タップは正確な中央にある必要はない）、それによりコイルアセンブリから位置依存信号及び位置非依存信号を得ることができる。
【０１３２】
誘導位置センサは同一出願人による次のアメリカ出願公報に記載されている：２００８／０００７２５１（操向角度センサ）；２００７／０１９４７８２（誘導位置センサ．．．）；２００７／０００１６６６（リニア及び回転誘導位置センサ）；２００６／０２５５７９４（誘導位置センサ用の信号調整システム）；２００６／０２３３１２３（共通モード矯正巻線及び単純化された信号調整手段を備えた誘導位置センサ）；２００５／０２２５３２０（誘導位置センサ）；及び２００５／０２２３８４１（車両の電子スロットル制御用誘導センサ）。本発明の実施例は、そこに記載され、（例えば）１つ以上のタップ付き受信コイルを含むよう適合され、さらに、本書に記載した方法を用いて位置非依存信号を生成するよう動作可能な電子回路を含む例と、改良された基準信号を生成するためにベースライン電圧から位置非依存信号が減算される例とを含む。
【０１３３】
本発明は上記具体例に限定されるものではない。例示は発明の範囲に対する制限として意図されるものではない。ここに記載された方法、装置、回路、材料組成等は一例であり、発明の範囲に対する制限として意図されるものではない。当業者は、上記例に対する変更及び他の用途を想到し得るであろう。発明の範囲は請求項の範囲によって決定される。
【０１３４】
発明を記載した上で、別紙のように特許を請求する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カプラー要素の位置と関連する信号を提供するための装置であって、当該装置は：
励起コイルであって、当該励起コイルが励起されると、磁束を生成する動作が可能である当該励磁コイルと；
受信コイルであって、前記励起コイルが当該受信コイルと前記励起コイルとの誘導結合により励起されると、受信信号を生成する動作が可能であり、
当該誘導結合は、当該受信信号が当該カプラー要素の位置と関連するように、当該カプラー要素の移動によって修正され、
当該受信コイルは、第１部分信号を生成する第１部分と第２部分信号を生成する第２部分とを有するものである、当該受信コイルと；
電子回路であって、前記受信信号を用いて当該カプラー要素の位置に関連する位置依存信号を生成する動作が可能であり、
当該電子回路は、さらに、前記第１部分信号及び前記第２部分信号を用いて当該カプラー要素の位置に実質的に依存しない位置非依存信号を生成する動作が可能である、当該電子回路と；
を含む装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、前記電子回路がさらに、前記位置依存信号及び前記位置非依存信号を用いて、レシオメトリック信号を生成する動作が可能である装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置であって、当該装置が回転位置センサである装置。
【請求項４】
請求項１に記載の装置であって、当該装置がリニア位置センサである装置。
【請求項５】
請求項１に記載の装置であって、当該装置が電子スロットル制御装置である装置。
【請求項６】
請求項１に記載の装置であって、前記電子回路が、さらに、基準信号を生成する動作が可能であり、当該基準信号は、当該カプラー要素の位置に実質的に依存せず、当該基準信号がベースライン電圧から前記位置非依存信号を減算することにより生成される装置。
【請求項７】
請求項６に記載の装置であって、前記電子回路が、さらに、前記位置依存信号及び前記基準信号を用いて、レシオメトリック信号を生成する動作が可能である装置。
【請求項８】
請求項６に記載の装置であって、前記ベースライン電圧が、前記励起コイルを励起するために用いられる励起信号から得られる装置。
【請求項９】
請求項８に記載の装置であって、前記ベースライン電圧が、ブリッジ回路を用いて前記励起信号から得られる装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の装置であって、前記ベースライン電圧が、絶縁変圧器を用いて前記励起信号から得られる装置。
【請求項１１】
請求項６に記載の装置であって、前記ベースライン電圧が前記位置非依存信号より大きい装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の装置であって、当該装置が前記受信コイルを複数備え、基準信号発生器が複数の前記受信信号を受信する請求項１の装置。
【請求項１３】
カプラー要素の位置と関連する信号を提供するための装置であって、当該装置は：
励起コイルであって、当該励起コイルが励起されると、磁束を生成する動作が可能である当該励磁コイルと、
受信コイルであって、前記励起コイルが当該受信コイルと前記励起コイルとの誘導結合により励起されると、受信信号を生成する動作が可能である当該受信コイルと、
前記誘導結合は、前記受信信号が部分位置と関連するように、当該カプラー要素の移動によって修正されることと、
電子回路であって、前記受信信号を用いて当該カプラー要素の位置に関連する位置依存信号を生成する動作が可能な当該電子回路と、
前記電子回路が、さらに、カプラー要素の位置に実質的に依存しない基準信号を生成する動作が可能であることと、
当該基準信号が、ベースライン電圧から位置非依存信号を減算することにより生成されるものであることと、
を含む装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の装置であって、
前記受信コイルが、第１部分信号及び第２部分信号をそれぞれ生成する第１部分及び第２部分を有し、
前記電子回路が、前記第１部分信号及び前記第２部分信号を用いて、位置非依存信号を生成する動作が可能である装置。
【請求項１５】
請求項１３に記載の装置であって、当該装置がさらに基準コイルを備え、前記励起コイルが当該基準コイルと前記励起コイルの誘導結合により励起される際、当該基準コイルが前記位置非依存信号を提供する動作が可能である装置。
【請求項１】
カプラー要素の位置と関連する信号を提供するための装置であって、当該装置は：
励起コイルであって、当該励起コイルが励起されると、磁束を生成する動作が可能である当該励磁コイルと；
受信コイルであって、前記励起コイルが当該受信コイルと前記励起コイルとの誘導結合により励起されると、受信信号を生成する動作が可能であり、
当該誘導結合は、当該受信信号が当該カプラー要素の位置と関連するように、当該カプラー要素の移動によって修正され、
当該受信コイルは、第１部分信号を生成する第１部分と第２部分信号を生成する第２部分とを有するものである、当該受信コイルと；
電子回路であって、前記受信信号を用いて当該カプラー要素の位置に関連する位置依存信号を生成する動作が可能であり、
当該電子回路は、さらに、前記第１部分信号及び前記第２部分信号を用いて当該カプラー要素の位置に実質的に依存しない位置非依存信号を生成する動作が可能である、当該電子回路と；
を含む装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、前記電子回路がさらに、前記位置依存信号及び前記位置非依存信号を用いて、レシオメトリック信号を生成する動作が可能である装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置であって、当該装置が回転位置センサである装置。
【請求項４】
請求項１に記載の装置であって、当該装置がリニア位置センサである装置。
【請求項５】
請求項１に記載の装置であって、当該装置が電子スロットル制御装置である装置。
【請求項６】
請求項１に記載の装置であって、前記電子回路が、さらに、基準信号を生成する動作が可能であり、当該基準信号は、当該カプラー要素の位置に実質的に依存せず、当該基準信号がベースライン電圧から前記位置非依存信号を減算することにより生成される装置。
【請求項７】
請求項６に記載の装置であって、前記電子回路が、さらに、前記位置依存信号及び前記基準信号を用いて、レシオメトリック信号を生成する動作が可能である装置。
【請求項８】
請求項６に記載の装置であって、前記ベースライン電圧が、前記励起コイルを励起するために用いられる励起信号から得られる装置。
【請求項９】
請求項８に記載の装置であって、前記ベースライン電圧が、ブリッジ回路を用いて前記励起信号から得られる装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の装置であって、前記ベースライン電圧が、絶縁変圧器を用いて前記励起信号から得られる装置。
【請求項１１】
請求項６に記載の装置であって、前記ベースライン電圧が前記位置非依存信号より大きい装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の装置であって、当該装置が前記受信コイルを複数備え、基準信号発生器が複数の前記受信信号を受信する請求項１の装置。
【請求項１３】
カプラー要素の位置と関連する信号を提供するための装置であって、当該装置は：
励起コイルであって、当該励起コイルが励起されると、磁束を生成する動作が可能である当該励磁コイルと、
受信コイルであって、前記励起コイルが当該受信コイルと前記励起コイルとの誘導結合により励起されると、受信信号を生成する動作が可能である当該受信コイルと、
前記誘導結合は、前記受信信号が部分位置と関連するように、当該カプラー要素の移動によって修正されることと、
電子回路であって、前記受信信号を用いて当該カプラー要素の位置に関連する位置依存信号を生成する動作が可能な当該電子回路と、
前記電子回路が、さらに、カプラー要素の位置に実質的に依存しない基準信号を生成する動作が可能であることと、
当該基準信号が、ベースライン電圧から位置非依存信号を減算することにより生成されるものであることと、
を含む装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の装置であって、
前記受信コイルが、第１部分信号及び第２部分信号をそれぞれ生成する第１部分及び第２部分を有し、
前記電子回路が、前記第１部分信号及び前記第２部分信号を用いて、位置非依存信号を生成する動作が可能である装置。
【請求項１５】
請求項１３に記載の装置であって、当該装置がさらに基準コイルを備え、前記励起コイルが当該基準コイルと前記励起コイルの誘導結合により励起される際、当該基準コイルが前記位置非依存信号を提供する動作が可能である装置。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１４Ｃ】
【図１４Ｄ】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１４Ｃ】
【図１４Ｄ】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公表番号】特表２０１０−５１７００８（Ｐ２０１０−５１７００８Ａ）
【公表日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５４６０１７（Ｐ２００９−５４６０１７）
【出願日】平成２０年１月１８日（２００８．１．１８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００８／０００１１７
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０８７５４５
【国際公開日】平成２０年７月２４日（２００８．７．２４）
【出願人】（５０８０００５９３）ケイエスアール テクノロジーズ カンパニー (12)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月１８日（２００８．１．１８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００８／０００１１７
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０８７５４５
【国際公開日】平成２０年７月２４日（２００８．７．２４）
【出願人】（５０８０００５９３）ケイエスアール テクノロジーズ カンパニー (12)
【Ｆターム（参考）】
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