特開 2024-137739 誘導型角度センサ及びトルクセンサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024137739

(43)【公開日】2024-10-07

(54)【発明の名称】誘導型角度センサ及びトルクセンサ

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/245 20060101AFI20240927BHJP

【ＦＩ】

G01D5/245 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2024021385

(22)【出願日】2024-02-15

(31)【優先権主張番号】23164191

(32)【優先日】2023-03-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(71)【出願人】

【識別番号】516186407

【氏名又は名称】メレクシス・テクノロジーズ・ソシエテ・アノニム

【氏名又は名称原語表記】ＭＥＬＥＸＩＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ ＳＡ

(74)【代理人】

【識別番号】100101454

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 卓二

(74)【代理人】

【識別番号】100135703

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 英隆

(72)【発明者】

【氏名】ルガーニ，ロレンツォ

【テーマコード（参考）】

2F077

【Ｆターム（参考）】

2F077AA25

2F077AA27

2F077CC02

2F077NN02

2F077NN21

2F077PP09

2F077QQ07

(57)【要約】      （修正有）

【課題】同一径の結合素子を有する既存の解決策と比較して、改善された測定範囲、精度、低減された誤差を実現する。
【解決手段】誘導型角度センサであって、送信機コイル（ＴＸ）及び励起回路と、第１の周期性Ｎを有する幾何形状を有する第１のセットの受信機コイルと、該第１の周期性Ｎを有する周期的な幾何形状を有する第１の移動可能な結合素子と、第１の周期性Ｎよりも小さい第２の周期性Ｍを有する幾何形状を有する第２のセットの受信機コイルと、該第２の周期性Ｍを有する周期的な幾何形状を有する第２の移動可能な結合素子と、を備え、第１の周期性Ｎ及び第２の周期性Ｍの比率Ｎ／Ｍが、１．５に等しい、誘導型角度センサ。そのような誘導型角度センサ及びトルクバーを備える、トルクセンサ。該複数のコイルを備える、プリント回路基板。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

誘導型角度センサであって、
－交番磁場を生成するための少なくとも１つの送信機コイル（ＴＸ）と、
－前記少なくとも１つの送信機コイルに通電するための交番信号を生成するための少なくとも１つの励起回路と、
－各々が第１の周期性（Ｎ）を有する幾何形状を有する、第１のセットの受信機コイル（ＲＸ１ａ、ＲＸ１ｂ、ＲＸ１ｃ）と、
－各々が前記第１の周期性（Ｎ）よりも小さい第２の周期性（Ｍ）を有する幾何形状を有する、第２のセットの受信機コイル（Ｒｘ２ａ、ＲＸ２ｂ、ＲＸ２ｃ）と、
－前記第１のセットの受信機コイル及び前記第２のセットの受信機コイルから得られた信号を評価するための評価回路と、
－前記少なくとも１つの送信機コイル（ＴＸ）と前記第１のセットの受信機コイル（ＲＸ１ａ、ＲＸ１ｂ、ＲＸ１ｃ）との間に誘導結合を提供するための第１の移動可能な結合素子であって、前記第１の周期性（Ｎ）を有する周期的な幾何形状を有する、第１の移動可能な結合素子と、
－前記少なくとも１つの送信機コイルと前記第２のセットの受信機コイル（Ｒｘ２ａ、ＲＸ２ｂ、ＲＸ２ｃ）との間に誘導結合を提供するための第２の移動可能な結合素子であって、前記第２の周期性（Ｍ）を有する周期的な幾何形状を有する、第２の移動可能な結合素子と、を備え、
前記第１の周期性（Ｎ）及び前記第２の周期性（Ｍ）の比率が、１．５に等しいことと、
前記第１の周期性及び前記第２の周期性（Ｎ、Ｍ）が、以下の組み合わせ：
ｉ）前記第１の周期性（Ｎ）が６に等しく、かつ前記第２の周期性（Ｍ）が４に等しいこと、又は、
ｉｉ）前記第１の周期性（Ｎ）が９に等しく、かつ前記第２の周期性（Ｍ）が６に等しいこと、又は、
ｉｉｉ）前記第１の周期性（Ｎ）が１２に等しく、かつ前記第２の周期性（Ｍ）が８に等しいこと、又は
ｉｖ）前記第１の周期性（Ｎ）が１５に等しく、かつ前記第２の周期性（Ｍ）が１０に等しいこと、又は
ｖ）前記第１の周期性（Ｎ）が１８に等しく、かつ前記第２の周期性（Ｍ）が１２に等しいこと、のうちの１つであることと、を特徴とする、誘導型角度センサ。

【請求項2】

前記評価回路が、前記第１のセットの受信機コイル及び前記第１の周期性（Ｎ）から得られた前記信号に基づいて、第１の角度値（α１）を判定することと、前記第２のセットの受信機コイル及び前記第２の周期性（Ｍ）から得られた前記信号に基づいて、第２の角度値（α２）を判定することと、前記第１の角度値（α１）と前記第２の角度値（α２）との間の差を判定することと、を行うように構成されている、請求項１に記載の誘導型角度センサ。

【請求項3】

前記第１のセットの受信機コイルが、二相ループ構造を有し、かつ前記第２のセットの受信機コイルが、二相ループ構造を有するか、又は
前記第１のセットの受信機コイルが、二相ループ構造を有し、かつ前記第２のセットの受信機コイルが、三相ループ構造を有するか、又は
前記第１のセットの受信機コイルが、三相ループ構造を有し、かつ前記第２のセットの受信機コイルが、二相ループ構造を有するか、又は
前記第１のセットの受信機コイルが、三相ループ構造を有し、かつ前記第２のセットの受信機コイルが、三相ループ構造を有する、請求項１又は２に記載の誘導型角度センサ。

【請求項4】

前記第１のセットの受信機コイル及び前記第２のセットの受信機コイルのうちの少なくとも１つが、三相ループ構造を有し、
前記少なくとも１つの送信機コイルと、前記第１のセットの受信機コイルと、前記第２のセットの受信機コイルと、が、単一の多層プリント回路基板上に実装されている、請求項１又は２に記載の誘導型角度センサ。

【請求項5】

前記プリント回路基板が、４層プリント回路基板である、請求項１又は２に記載の誘導型角度センサ。

【請求項6】

誘導型トルクセンサであって、
トーションバーと、
請求項１又は２に記載の誘導型角度センサと、を備え、
前記第１の移動可能な結合素子及び前記第２の移動可能な結合素子が、前記トーションバーに接続されている、誘導型トルクセンサ。

【請求項7】

プリント回路基板であって、
－交番磁場を生成するための少なくとも１つの送信機コイル（ＴＸ）と、
－各々が第１の周期性（Ｎ）を有する幾何形状を有する、第１のセットの受信機コイル（ＲＸ１ａ、ＲＸ１ｂ、ＲＸ１ｃ）と、
－各々が前記第１の周期性（Ｎ）よりも小さい第２の周期性（Ｍ）を有する幾何形状を有する、第２のセットの受信機コイル（Ｒｘ２ａ、ＲＸ２ｂ、ＲＸ２ｃ）と、を備え、
－前記プリント回路基板が、４層のみを含むことと、
－前記第１の周期性（Ｎ）及び前記第２の周期性（Ｍ）の比率が、１．５に等しいことと、
前記第１の周期性及び前記第２の周期性（Ｎ、Ｍ）が、以下の組み合わせ：
ｉ）前記第１の周期性（Ｎ）が６に等しく、かつ前記第２の周期性（Ｍ）が４に等しいこと、又は、
ｉｉ）前記第１の周期性（Ｎ）が９に等しく、かつ前記第２の周期性（Ｍ）が６に等しいこと、又は、
ｉｉｉ）前記第１の周期性（Ｎ）が１２に等しく、かつ前記第２の周期性（Ｍ）が８に等しいこと、又は
ｉｖ）前記第１の周期性（Ｎ）が１５に等しく、かつ前記第２の周期性（Ｍ）が１０に等しいこと、又は
ｖ）前記第１の周期性（Ｎ）が１８に等しく、かつ前記第２の周期性（Ｍ）が１２に等しいこと、のうちの１つであることと、を特徴とする、プリント回路基板。

【請求項8】

－前記少なくとも１つの送信機コイルに通電するための交番信号を生成するための少なくとも１つの励起回路と、
－前記第１のセットの受信機コイル及び前記第２のセットの受信機コイルから得られた信号を評価するための評価回路と、を更に備える、請求項７に記載のプリント回路基板。

【請求項9】

前記少なくとも１つの励起回路及び前記評価回路が、前記プリント回路基板上に装着された単一の集積回路デバイス内に実装されている、請求項８に記載のプリント回路基板。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、概して、誘導型角度センサ及び誘導型トルクセンサの分野に関し、より具体的には、送信機コイル、第１のセットの受信機コイル、第１の移動可能な結合素子、第２のセットの受信機コイル、及び第２の移動可能な結合素子を備えるタイプの誘導型角度センサ及び誘導型トルクセンサに関する。本発明はまた、誘導型角度センサ又は誘導型トルクセンサでの使用に好適なプリント回路基板に関する。

【背景技術】

【0002】

誘導型角度センサは、当技術分野で既知である。それらは、物理的接触なしに角度位置を測定することができるという利点を提供し、したがって、機械的な摩耗、傷、摩擦などの問題を回避する。それらは、典型的には、励起コイル（「送信機コイル」としても知られている）及び複数の検出コイル（「受信機コイル」としても知られている）を備える。励起コイルは、結合素子の角度位置に応じて、受信機コイルのセットに結合される、交番磁場を生成する。受信機コイルから得られた信号は、エレクトロニクス回路で処理され、角度位置は、これらの信号に基づいて判定される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】米国特許出願公開第２０１０／３１９４６７号公報

【特許文献2】欧州特許出願公開第３８８５７１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は、２つのセットの受信機コイルと、２つの移動可能な素子と、これらの移動可能な素子間の角度を判定するための電子回路と、を有する誘導型角度センサに関する。これらの結合素子がトルクバーに接続されている場合、結合素子間の角度は、トルクバーに加わるトルクと関係している。

【0005】

特許文献１は、少なくとも１つの励起コイル、少なくとも１つの発振器回路、ステータ回路基板、少なくとも２つの回転子、及び評価手段を備える、自動車用誘導型トルクセンサを開示する。

【0006】

改善又は代替のための余地が常にある。

【0007】

本発明の実施形態の目的は、誘導型角度センサと、そのような角度センサを備えるトルクセンサと、そのような角度センサで用いるプリント回路基板と、を提供することである。

【0008】

本発明の実施形態の目的は、以下の特徴のうちの１つ以上を有する誘導型角度センサ及び／又はトルクセンサを提供することである：同様のサイズ（例えば、同一径の結合素子）を有する既存の解決策と比較して、同じ又は改善された測定範囲、同じ又は改善された精度（例えば、同じ又は低減された誤差）、及び好ましくはこれらの全て。

【0009】

本発明の実施形態の目的は、同様の測定範囲及び／又は同様の精度（例えば、同様の誤差）を有する既存の解決策と比較して、より小さい寸法（例えば、より小径の結合素子）を有する誘導型角度センサ及び／又はトルクセンサを提供することである。

【0010】

本発明の実施形態の目的は、既存の解決策と比較して、同様の寸法及び同様の精度を有するが、より単純及び／又は低コスト及び／又は製造が容易である、誘導型角度センサ及び／又はトルクセンサを提供することである。

【0011】

本発明の実施形態の目的は、自動車環境での使用に好適な誘導型センサ及び／又はトルクセンサを提供することである。

【0012】

本発明の実施形態の目的は、産業環境又はロボット環境での使用に好適な誘導型センサ及び／又はトルクセンサを提供することである。

【0013】

これらの目的は、本発明の実施形態によって達成される。

【課題を解決するための手段】

【0014】

第１の態様によれば、本発明は、誘導型角度センサであって、交番磁場を生成するための少なくとも１つの送信機コイル（例えば、ＴＸ）と、該少なくとも１つの送信機コイルに通電するための交番信号を生成するための少なくとも１つの励起回路と、各々が第１の周期性Ｎを有する幾何形状を有する、第１のセットの受信機コイル（例えば、ＲＸ１ａ、ＲＸ１ｂ、ＲＸ１ｃ）と、各々が第１の周期性Ｎよりも小さい第２の周期性Ｍを有する幾何形状を有する、第２のセットの受信機コイル（例えば、Ｒｘ２ａ、ＲＸ２ｂ、ＲＸ２ｃ）と、第１のセットの受信機コイル及び第２のセットの受信機コイルから得られた信号を評価するための評価回路と、少なくとも１つの送信機コイル（例えば、ＴＸ）と第１のセットの受信機コイル（例えば、ＲＸ１ａ、ＲＸ１ｂ、ＲＸ１ｃ）との間に誘導結合を提供するための第１の移動可能な結合素子（「第１のターゲット」とも称される）であって、該第１の周期性Ｎを有する周期的な幾何形状を有する、第１の移動可能な結合素子と、少なくとも１つの送信機コイルと第２のセットの受信機コイル（例えば、Ｒｘ２ａ、ＲＸ２ｂ、ＲＸ２ｃ）との間に誘導結合を提供するための第２の移動可能な結合素子（「第２のターゲット」とも称される）であって、該第２の周期性Ｍを有する周期的な幾何形状を有する、第２の移動可能な結合素子と、を備え、第１の周期性Ｎ及び第２の周期性Ｍの比率が、１．５に等しい、誘導型角度センサを提供する。

【0015】

驚くべきことに、本発明者らは、このような誘導型角度センサの精度が、実質的に同じ角度範囲を有するが、第１の周期性と第２の周期性との整数比を有する誘導型角度センサの精度よりも、信号対ノイズ比（ＳＮＲ）がより優れているだけでなく、特にクロストークがはるかに低いため、はるかに優れていることを見出した。

【0016】

第２の結合素子は、第１の結合素子との間に角度を形成するように、第１の結合素子に対して移動可能である。

【0017】

少なくとも１つの送信機コイル及び複数の受信機コイルは、単一基板（例えば、プリント基板、ＰＣＢ）上に実装され得るか、又は２つの別個のＰＣＢ上に実装され得る。

【0018】

実施形態では、誘導型角度センサは、第１のセットの受信機コイル及び受信機コイルの第２のセットの受信機コイルの両方によって受信される磁場を生成するように配置された、単一の送信機コイルのみを備える。

【0019】

実施形態では、誘導型角度センサは、第１のセットの受信機コイルによって受信される磁場を生成するための第１の送信機コイルと、第２のセットの受信機コイルによって受信される磁場を生成するための第２の送信機コイルと、を含む、２つの送信機コイルを備える。

【0020】

実施形態では、励起回路及び評価回路は、集積半導体デバイス（「チップ」とも称される）に実装される。

【0021】

評価ユニットは、第１のセットの受信機コイルから得られた信号に基づいて、第１の角度値を判定することと、第２のセットの受信機コイルから得られた信号に基づいて、第２の角度値を判定することと、任意選択的にまた、第１の角度値と第２の角度値との間の角度差を判定することと、を行うように構成され得る。評価ユニットはまた、角度差に基づいて、トルク値を判定するようにも構成され得る。

【0022】

集積半導体デバイスは、第１の角度値、第２の角度値、角度差（判定された場合）、及びトルク値（判定された場合）のうちの１つ以上を出力し得る。

【0023】

誘導型角度センサは、第１の受信機コイル及び第２の受信機コイルに一般的に使用される単一の送信機コイルを備え得る。代替的に、誘導型角度センサは、第１のセットの受信機コイル用のものと、第２のセットの受信機コイル用のものと、の２つの送信機コイルを備え得る。

【0024】

実施形態では、評価回路は、第１のセットの受信機コイルから得られた信号に基づいて、第１の角度値（α１）を判定することと、第２のセットの受信機コイルから得られた信号に基づいて、第２の角度値（α２）を判定することと、第１の角度値（α１）と第２の角度値（α２）との間の差を判定することと、を行うように構成されている。

【0025】

実施形態では、第１の周期性Ｎは６に等しく、第２の周期性Ｍは４である。

【0026】

実施形態では、第１の周期性Ｎは９に等しく、第２の周期性Ｍは６である。

【0027】

実施形態では、第１の周期性Ｎは１２に等しく、第２の周期性Ｍは８である。

【0028】

実施形態では、第１の周期性Ｎは１５に等しく、第２の周期性Ｍは１０である。

【0029】

実施形態では、第１の周期性Ｎは１８に等しく、第２の周期性Ｍは１２である。

【0030】

（Ｎ＝６又は９又は１２）との組み合わせは、上記の利点に加えて、相対的に広い以下の測定範囲を提供するので、自動車用途での使用に特に有用である：±１５°（Ｎ＝６、Ｍ＝４の場合）、±１０°（Ｎ＝９、Ｍ＝６の場合）、±７．５°（Ｎ＝１２、Ｍ＝８の場合）。

【0031】

測定範囲は、機能範囲（典型的には、±５％）を含むだけでなく、機能安全のための追加の範囲も含むので、（Ｎ＝６又はＮ＝９）との組み合わせは、特に有利である。

【0032】

実施形態では、第１のセットの受信機コイルは二相ループ構造を有し、かつ第２のセットの受信機コイルは二相ループ構造を有する。

【0033】

実施形態では、第１のセットの受信機コイルは二相ループ構造を有し、かつ第２のセットの受信機コイルは三相ループ構造を有する。

【0034】

実施形態では、第１のセットの受信機コイルは三相ループ構造を有し、かつ第２のセットの受信機コイルは二相ループ構造を有する。

【0035】

実施形態では、第１のセットの受信機コイルは三相ループ構造を有し、かつ第２のセットの受信機コイルは三相ループ構造を有する。

【0036】

実施形態では、第１のセットの受信機コイル及び第２のセットの受信機コイルのうちの少なくとも１つは三相ループ構造を有し、少なくとも１つの送信機コイルと、第１のセットの受信機コイルと、第２のセットの受信機コイルと、は、単一の多層プリント回路基板上に実装されている。

【0037】

一方のセットのコイルによって誘導される信号の第２の高調波は、他方のセットのコイルによって、高調波周波数の３．０倍又は１．３３倍として見られるが、この周波数に敏感でないことは、本実施形態の利点である。多層プリント回路基板はまた、上記の集積半導体デバイスを含み得る。

【0038】

好ましくは、多層ＰＣＢは、第１の移動可能な結合素子と第２の移動可能な結合素子との間に配置されている。そうすることによって、コイルと、対応する移動可能な結合素子との間の距離を縮めることができ、一方、受信信号は十分に大きく、ＰＣＢと移動可能な素子との間の物理的間隔（エアギャップ）は、接触を回避するのに十分に大きい。

【0039】

実施形態では、この多層ＰＣＢは、６層ＰＣＢである。第１のセットの受信機コイルは、主に２つの隣接する層上に実装され得、第２のセットの受信機コイルは、主に２つの他の隣接する層に実装され得、２つの内側層は、主に遮蔽目的のため（例えば、クロストークを防止又は低減するため）に使用され得る。

【0040】

実施形態では、プリント回路基板は、４層プリント回路基板である。

【0041】

驚くべきことに、三相ループ構造は、第３の高調波及び第９の高調波に実質的に影響を受けないので、第１のセットのコイルで誘導された信号の第２の（及び第６の）高調波が、第２のセットのコイルで第３の（及び第９の）高調波妨害として経験され得る（比率１．５のため）という事実にも関わらず、周期性間の比率が係数１．５であり、かつ第１のセットの受信機コイル及び第２のセットの受信機コイルのうちの少なくとも１つが三相ループ構造で実装される場合、６層ＰＣＢは必要とされないことが見出された。

【0042】

第２の態様によれば、本発明はまた、誘導型トルクセンサであって、トーションバーと、第１の態様による誘導型角度センサと、を備え、第１の移動可能な結合素子及び第２の移動可能な結合素子が、トーションバーに接続されている、誘導型トルクセンサを提供する。（例えば、トーションバーの両端）。

【0043】

実際のトルク値は、評価回路によって計算され得、集積半導体デバイスによって出力され得る。代替的に又は追加的に、評価回路は、２つの角度位置、及び／若しくはそれらの間の差を出力し得るか、又はトルク値は、評価回路の外側、例えば、集積半導体デバイスに接続された電子制御ユニット（ＥＣＵ）内で計算され得る。

【0044】

第３の態様によれば、本発明はまた、（例えば、第１の態様による誘導型角度センサ、又は第２の態様による誘導型トルクセンサでの使用に好適な）プリント回路基板であって、交番磁場を生成するための少なくとも１つの送信機コイル（例えば、ＴＸ）と、各々が第１の周期性Ｎを有する幾何形状を有する、第１のセットの受信機コイル（例えば、ＲＸ１ａ、ＲＸ１ｂ、ＲＸ１ｃ）と、各々が第１の周期性Ｎよりも小さい第２の周期性Ｍを有する幾何形状を有する、第２のセットの受信機コイル（例えば、Ｒｘ２ａ、ＲＸ２ｂ、ＲＸ２ｃ）と、を備え、プリント回路基板が、４層のみを含み、第１の周期性Ｎ及び第２の周期性Ｍの比率Ｎ／Ｍが、１．５に等しい、プリント回路基板を提供する。

【0045】

実施形態では、第１の周期性Ｎは６に等しく、第２の周期性Ｍは４である。

【0046】

実施形態では、第１の周期性Ｎは９に等しく、第２の周期性Ｍは６である。

【0047】

実施形態では、第１の周期性Ｎは１２に等しく、第２の周期性Ｍは８である。

【0048】

実施形態では、第１の周期性Ｎは１５に等しく、第２の周期性Ｍは１０である。

【0049】

実施形態では、第１の周期性Ｎは１８に等しく、第２の周期性Ｍは１２である。

【0050】

実施形態では、プリント回路基板は、該少なくとも１つの送信機コイルに通電するための交番信号を生成するための少なくとも１つの励起回路と、第１のセットの受信機コイル及び第２のセットの受信機コイルから得られた信号を評価するための評価回路と、を更に備える。

【0051】

実施形態では、少なくとも１つの励起回路及び評価回路は、プリント回路基板上に装着された単一の集積回路デバイス内に実装されている。

【0052】

第４の態様によれば、本発明はまた、誘導型角度センサであって、交番磁場を生成するための少なくとも１つの送信機コイルと、該少なくとも１つの送信機コイルに通電するための交番信号を生成するための少なくとも１つの励起回路と、各々が第１の周期性Ｎを有する幾何形状を有する、第１のセットの受信機コイルと、各々が第１の周期性Ｎよりも小さい第２の周期性Ｍを有する幾何形状を有する、第２のセットの受信機コイルと、第１のセットの受信機コイル及び第２のセットの受信機コイルから得られた信号を評価するための評価回路と、少なくとも１つの送信機コイルと第１のセットの受信機コイルとの間に誘導結合を提供するための第１の移動可能な結合素子であって、該第１の周期性Ｎを有する周期的な幾何形状を有する、第１の移動可能な結合素子と、少なくとも１つの送信機コイルと第２のセットの受信機コイルとの間に誘導結合を提供するための第２の移動可能な結合素子であって、該第２の周期性Ｍを有する周期的な幾何形状を有する、第２の移動可能な結合素子と、を備え、第１の周期性Ｎ及び第２の周期性Ｍの比率Ｎ／Ｍが、４／３、６／５、５／２、及び７／２からなる群から選択された非整数値であり、少なくとも１つの送信機コイルと、第１のセットの受信機コイルと、第２のセットの受信機コイルと、は、単一の４層プリント回路基板上に実装されている、誘導型角度センサを提供する。

【0053】

任意選択的に、第１のセットの受信機コイル及び第２のセットの受信機コイルのうちの少なくとも１つは、三相ループ構造を有する。

【0054】

これらの値のうちの１つに等しい比率Ｎ／Ｍを有する第１のセットの受信機コイル及び第２のセットの受信機コイルを有する誘導型角度センサは、特に、無視できる程度のクロストークに関して、Ｎ／Ｍ＝１．５である誘導型角度センサと同じ特性の多くを有することを示すことができる。したがって、複数のコイルは、遮蔽層が必要とされないため、４層ＰＣＢ上に実装することができる。このことは、（６層ＰＣＢと比較して）製造が容易であり、したがって、安価である解決策をもたらす。

【0055】

第５の態様によれば、本発明はまた、誘導型トルクセンサであって、トーションバーと、第４の態様による誘導型角度センサと、を備え、第１の移動可能な結合素子及び第２の移動可能な結合素子が、トーションバーに接続されている、誘導型トルクセンサを提供する。（例えば、トーションバーの両端）。

【0056】

評価回路は、実際のトルク（例えば、典型的には、実際のトルクに比例する上述の角度差）を示す信号を出力するように構成され得る。

【0057】

第６の態様によれば、本発明はまた、第４の態様による誘導型角度センサ、又は第５の態様による誘導型トルクセンサでの使用に好適なプリント回路基板であって、交番磁場を生成するための少なくとも１つの送信機コイルと、各々が第１の周期性Ｎを有する幾何形状を有する、第１のセットの受信機コイルと、各々が第１の周期性Ｎよりも小さい第２の周期性Ｍを有する幾何形状を有する、第２のセットの受信機コイルと、を備え、プリント回路基板が、４層のみを含み、第１の周期性Ｎ及び第２の周期性Ｍの比率Ｎ／Ｍが、３／２、４／３、６／５、５／２、及び７／２からなる群から選択された非整数値である、プリント回路基板を提供する。

【0058】

任意選択的に、第１のセットの受信機コイル及び第２のセットの受信機コイルのうちの少なくとも１つは、三相ループ構造を有する。

【0059】

実施形態では、第１のセットの受信機コイルは三相ループ構造を有し、かつ第２のセットの受信機コイルは二相ループ構造を有する。

【0060】

実施形態では、第１のセットの受信機コイルは二相ループ構造を有し、かつ第２のセットの受信機コイルは三相ループ構造を有する。

【0061】

実施形態では、第１のセットの受信機コイルは三相ループ構造を有し、かつ第２のセットの受信機コイルは三相ループ構造を有する。

【0062】

実施形態では、比率は２．５に等しく、Ｎは１５に等しく、Ｍは６に等しい。

【0063】

実施形態では、プリント回路基板は、該少なくとも１つの送信機コイルに通電するための交番信号を生成するための少なくとも１つの励起回路と、第１のセットの受信機コイル及び第２のセットの受信機コイルから得られた信号を評価するための評価回路と、を更に備える。

【0064】

実施形態では、少なくとも１つの励起回路及び評価回路は、プリント回路基板上に装着された単一の集積回路デバイス内に実装されている。

【0065】

本発明の特定の及び好ましい態様は、添付の独立請求項及び従属請求項に記載されている。従属請求項からの特徴は、必要に応じて独立請求項の特徴及び他の従属請求項の特徴と組み合わせることができ、単に特許請求の範囲に明示的に記載されるものだけではない。本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載される実施形態から明らかであり、それらを参照して解明されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0066】

【図1】（Ａ）は本発明の一実施形態による、トルクセンサの概略図を示す。これは、本発明の一実施形態による角度センサと、入力軸部分及び出力軸部分に装着されたトルクバーとを備え、（Ｂ）はＮ個の突出部を有する第１の結合素子の例解的な例を示し（本例では、Ｎ＝９）、（Ｃ）は複数のコイルを備える、プリント回路基板の例解的な例を示し、（Ｄ）はＭ個の突出部を有する第２の結合素子の例解的な例を示す（本例では、Ｍ＝６）。

【図2A】少なくとも１つの送信機コイル及び第１のセットの受信機コイルを備える基板に対して移動可能に装着された、図１（Ｂ）の第１の結合素子の例解的な例を示し、これらの受信機コイルは、第１の結合素子と同じ周期性を有する（本例では、Ｎ＝９）。

【図2B】少なくとも１つの送信機コイル及び第２のセットの受信機コイルを備える基板に対して移動可能に装着された、図１（Ｄ）の第２の結合素子の例解的な例を示し、これらの受信機コイルは、第２の結合素子と同じ周期性を有する（本例では、Ｍ＝６）。

【図3】本発明の実施形態で使用され得る電子回路のハイレベルブロック図を示す。

【図4A】（Ｎ＝９、Ｍ＝６）を有する誘導型角度センサが、（Ｎ＝１８、Ｍ＝９）を有する誘導型角度センサと同じ測定範囲（すなわち、２０°又は±１０°）を有することを例解するグラフを示す。

【図4B】本発明の実施形態で使用され得るような、Ｎ及びＭの５つの例解的な組み合わせに対する角度範囲を示す。

【図5】周期性の関数として、受信機コイルから得られた信号の典型的な信号強度のグラフを示す。

【図6】結合素子及び受信機コイルの周期性（すなわち、突出部の数）の関数としての典型的なノイズ量（任意の単位）を示す曲線を示す。

【発明を実施するための形態】

【0067】

図面は、概略のみであり、非限定的である。図面では、素子のいくつかのサイズは、例解目的上、誇張され、縮尺どおりに描画されていない場合がある。特許請求の範囲におけるいずれの参照符号も、範囲を限定するものと解釈されるべきではない。異なる図面では、同じ又は同様の参照符号（例えば、同じモジュロ１００）は、典型的には、同じ又は類同の素子を指す。

【0068】

本発明は、特定の実施形態に関して及び特定の図面を参照して説明されるが、本発明はそれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。

【0069】

本明細書及び特許請求の範囲における第１の、第２のなどの用語は、同様の要素を区別するために使用され、時間的、空間的、順位付け、又は任意の他の様式のいずれかで、必ずしも順序を記述するためではない。そのように使用される用語は、適正な状況下で交換可能であり、本明細書に記載の本発明の実施形態は、本明細書に記載又は例解される以外の順序で動作可能であることを理解されたい。

【0070】

本明細書及び特許請求の範囲における上（ｔｏｐ）、下（ｕｎｄｅｒ）などの用語は、説明の目的ために使用され、必ずしも相対的な位置を説明するために使用されるわけではない。そのように使用される用語は、適正な状況下で交換可能であり、本明細書に記載の本発明の実施形態は、本明細書に記載又は例解される以外の配向で動作可能であることを理解されたい。

【0071】

特許請求の範囲において使用される「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、その後に列挙される手段に限定されるものと解釈されるべきではなく、他の要素又はステップを除外しないことに留意されたい。したがって、述べられた特徴、整数、ステップ又は言及された構成要素の存在を指定するものと解釈されるが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ若しくは構成要素、又はそれらの群の存在又は追加を排除するものではない。したがって、「手段Ａ及びＢを備えるデバイス」という表現の範囲は、構成要素Ａ及びＢのみからなるデバイスに限定されるべきではない。これは、本発明に関して、デバイスのただ関連する構成要素が、Ａ及びＢであることを意味する。

【0072】

本明細書全体を通して「一実施形態」又は「実施形態」への言及は、実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造又は特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体を通して様々な個所における「一実施形態では」又は「実施形態では」という句の出現は、必ずしも全てが同じ実施形態を指しているわけではないが、そうである場合もある。更に、特定の特徴、構造又は特性は、本開示から当業者には明らかであるように、１つ以上の実施形態において、任意の好適な様式で組み合わせることができる。

【0073】

同様に、本発明の例示的な実施形態の説明において、本発明の様々な特徴が、本開示を合理化し、様々な発明の態様のうちの１つ以上の理解を支援する目的で、単一の実施形態、図面、又はそれらの説明にまとめられることがあることを理解されたい。しかしながら、開示の本方法は、特許請求される発明が、各特許請求項に明示的に列挙されるよりも多くの特徴を必要とするという意図を反映していると解釈されるべきではない。むしろ、以下の特許請求の範囲が反映するように、発明の態様は、上記の単一の開示された実施形態の全ての特徴よりも少ない。したがって、詳細な説明に続く特許請求の範囲は、この詳細な説明に明示的に組み込まれ、各特許請求項は、本発明の別個の実施形態として独立している。

【0074】

更に、本明細書に記載のいくつかの実施形態は、他の実施形態に含まれるいくつかではあるが他ではない特徴を含むが、当業者によって理解されるように、異なる実施形態の特徴の組み合わせは、本発明の範囲内であることを意味し、異なる実施形態を形成する。例えば、以下の特許請求の範囲では、特許請求される実施形態のいずれも、任意の組み合わせで使用することができる。

【0075】

本明細書に提供される説明では、多数の具体的な詳細が記載されている。しかしながら、本発明の実施形態は、これらの具体的な詳細なしに実施され得ることが理解される。他の例では、周知の方法、構造、及び技法は、本説明の理解を曖昧にしないために、詳細に示されていない。

【0076】

本文書では、「励起コイル」及び「送信機コイル」という用語は同じ意味である。

【0077】

本文書では、「受信機コイル」及び「検出コイル」という用語は同じ意味である。

【0078】

本文書では、「結合素子」及び「ターゲット」及び「回転子」という用語は同じ意味である。

【0079】

本文書では、「第１のコイルセット」という表現は、文脈に応じて、少なくとも１つの送信機コイルの有無に関わらず「第１のセットの受信機コイル」を指し得る。

【0080】

本文書では、「第２のコイルセット」という表現は、文脈に応じて、少なくとも１つの送信機コイルの有無に関わらず「第２のセットの受信機コイル」を指し得る。

【0081】

本文書では、移動可能なターゲットの「周期性」は、突出部の数を指し得る。

【0082】

本文書では、移動可能なターゲットの「機械的角度」を、その周期性で除算した、移動可能なターゲットの「電気的角度」として計算され得る。

【0083】

本文書では、ｓｑｒｔ（）は、平方根関数を意味する。

【0084】

本発明は、２つのセットの受信機コイルを有し、かつ（例えば、特許文献１に記載されるものと同様のタイプの）２つの移動可能な結合素子を有する、誘導型角度センサに関する。考察を容易にするために、第１のターゲットは、第１の周期性Ｎ（例えば、Ｎ個の突出部）を有し、第２のターゲットは、第２の周期性Ｍ（例えば、Ｍ個の突出部）を有し、ここで、Ｎ及びＭは、整数値であると仮定される。特許文献１では、Ｎの値は、Ｍの整数倍であり、Ｎ／Ｍの好ましい比率は、２．０に等しいとしている。角度周期性１５°を有する（Ｎ＝３０、及びＭ＝１５）を有する誘導型センサ、及び角度周期性２０°を有する（Ｎ＝１８、及びＭ＝９）を有する別の誘導型センサの例をあげる。そのような組み合わせは、ほとんど測定誤差をもたらさないとされる。

【0085】

本発明者らは、測定誤差を大幅に増加させることなく、同様の測定範囲を有する、誘導型角度センサを見出すことを望んだ。

【0086】

彼らは実験を開始し、驚くべきことに、全ての関連する態様を考慮に入れると、同様のサイズ（例えば、同じ外径のターゲット）であるが、１．５に等しい比率Ｎ／Ｍを有する誘導型角度センサが、同じ測定範囲を有する（Ｎ／Ｍ＝２）の先行技術のセンサよりも低い測定誤差をもたらすことを見出した。これは、予想外であった。又は別の言い方をすると、彼らは、同じ測定範囲及び同じ測定誤差を有する誘導型角度センサが、より小さいサイズ又は形状因子で実装され得、したがって、より低コストで実装され得ることを見出した。これは、特に、自動車市場が非常に競争の激しい市場であることと、特許文献１が、１２年よりも前に既に公開されていることと、を考えると、大きな驚きであった。

【0087】

本発明の原理は、以下でより詳細に説明される。Ｎ＝１８及びＭ＝９（比率Ｎ／Ｍ＝２）を有する上記の先行技術のセンサは、「基準センサ」と称される。

【0088】

ここで図を参照する。

【0089】

図１（Ａ）は、角度センサ１０１及びトルクバー１４１を備えるトルクセンサ１００の概略図を示す。トルクバー１４１は、一端で入力軸１４２に接続され得、その他端で出力軸１４３に接続され得る。

【0090】

角度センサ１０１は、
－交番磁場を生成するための少なくとも１つの送信機コイル（例えば、ただ１つの送信機コイル、又は２つの送信機コイルＴｘ１、Ｔｘ２）であって、例えば、図２Ａ及び図２Ｂに例解されるように、略円形状を有し得る、少なくとも１つの送信機コイルと、
－該少なくとも１つの送信機コイルに通電するための交番信号（例えば、正弦波電流）を生成するための少なくとも１つの励起回路３２１（例えば、図３を参照のこと）と、
－各々が第１の周期性Ｎを有する幾何形状を有する、第１のセットの受信機コイルＲｘ１ａ、Ｒｘ１ｂ、Ｒｘ１ｃであって、例えば、二相システムの場合、２つの受信機コイルが、互いに対して９０°位相シフトされるか、又は、三相システムの場合、互いに対して１２０°位相シフトされる、第１のセットの受信機コイルＲｘ１ａ、Ｒｘ１ｂ、Ｒｘ１ｃと、
－各々が第１の周期性Ｎよりも小さい第２の周期性Ｍを有する幾何形状を有する、第２のセットの受信機コイルＲｘ２ａ、Ｒｘ２ｂ、Ｒｘ２ｃと、
－第１のセットの受信機コイル及び第２のセットの受信機コイルから得られた信号を評価するための評価回路３２０と、
－少なくとも１つの送信機コイルと第１のセットの受信機コイルとの間に誘導結合を提供するための第１の移動可能な結合素子１３１（「第１のターゲット」又は「第１の回転子」とも称される）であって、該第１の周期性Ｎを有する周期的な幾何形状を有し、図１（Ｄ）の例では、３６０°／９＝４０°の倍数で角度的に離間された９個の突出部（Ｎ＝９）を有する形状を有する、第１の移動可能な結合素子１３１と、
－少なくとも１つの送信機コイルと第２のセットの受信機コイルとの間に誘導結合を提供するための第２の移動可能な結合素子１３２（「第２のターゲット」又は「第２の回転子」とも称される）であって、該第２の周期性Ｍを有する周期的な幾何形状を有し、図１（Ｂ）～図１（Ｄ）の例では、３６０°／６＝６０°の倍数で角度的に離間された６個の突出部（Ｍ＝６）を有する形状を有する、第２の移動可能な結合素子１３２と、を備え、
第１の周期性Ｎ及び第２の周期性Ｍの比率が、１．５に等しい。

【0091】

単一の送信機コイルは、両方の移動可能なターゲットを励起するのに十分であることに留意されたい。

【0092】

実施形態では、送信機コイルは、全体的な円形状を有する。代替的に、送信機コイルは、全体的なＣ字形を有する。

【0093】

図１（Ａ）が示唆しているように、第１のターゲット１３１は、第１のセットのコイルから距離「ｇ」を置いて位置し、第２のターゲット１３２は、第２のセットのコイルから距離「ｇ」を置いて位置する。好ましい実施形態では、「ｇ」は、０．１～５．０ｍｍの範囲の値、又は０．５～４．０ｍｍの範囲の値、例えば、１．０～３．０ｍｍの範囲の値、又は１．５～２．５ｍｍの範囲の値、例えば、約２．０ｍｍに等しい。値「ｇ」が小さいほど、受信機コイルから得られる信号が大きくなり、したがって、信号対ノイズ比（ＳＮＲ）が大きくなるが、機械的摩擦を回避するための機械的な公差は小さくなる（すなわち、要件がより高くなる）。

【0094】

図１（Ｂ）は、Ｎ個の突出部を有する第１の結合素子の例解的な例を示す。示された例では、Ｎは、９に等しい。

【0095】

図１（Ｃ）は、複数のコイル（図１（Ｃ）には明示的に示されていないが、例えば、図２Ａ及び図２Ｂを参照のこと）を備える、プリント回路基板ＰＣＢ１１０の例解的な例を示す。ＰＣＢはまた、励起回路３２１及び評価回路３２０も備え得、好ましくは、（例えば、図３に例解されるように）単一の半導体デバイス１２８に集積されている。ＰＣＢは、典型的には、フレーム（図示せず）に固定して装着されている。

【0096】

図１（Ｄ）は、Ｍ個の突出部を有する第２の結合素子の例解的な例を示す（本例では、Ｍ＝６）。

【0097】

図１（Ａ）～図１（Ｄ）に示される例では、周期性Ｎを有する第１のターゲット１３１は、出力軸１４３の側に位置し、周期性Ｍを有する第２のターゲット１３２は、入力軸１４２の側に位置するが、本発明はこれらに限定されず、第１のターゲット１３１を入力軸１４２に接続し、第２のターゲット１３２を出力軸１４３に接続することも当然可能である。

【0098】

図１（Ｂ）の例では、ＰＣＢは、下部に矩形部分、上部に半円部分を有する特定の形状を有するが、本発明はこれに限定されず、他の形状も可能である。ＰＣＢは、単一の６層ＰＣＢであり得、第１のセットのコイルは、第１のターゲット１３１の近くにある、図１（Ａ）の左側に位置する２つの層に実装され、第２のセットのコイルは、第２のターゲット１３２の近くにある、図１（Ａ）の右側に位置する２つの層に実装され、２つの内層は、一方では、第１のターゲットと第１のセットのコイルとの間のクロストークを低減するための遮蔽として機能し、他方では、第２のターゲットと第２のセットのコイルとの間のクロストークを低減するための遮蔽として機能する。

【0099】

図２Ａは、送信機コイルＴｘ１及び第１のセットの受信機コイルＲｘ１ａ、Ｒｘ１ｂ、Ｒｘ１ｃに対して移動可能に装着された、図１（Ｂ）の第１の結合素子１３１、２３１の例解的な例を示す。これらのコイルは、プリント回路基板に実装され得る（例えば、図１（Ｃ）に例解されるが、図２Ａには明示的に示されていない）。受信機コイルＲｘ１ａ、Ｒｘ１ｂ、Ｒｘ１ｃは、第１の結合素子２３１と同じ周期性Ｎを有する。図２Ａに示される具体的な例では、第１の周期性Ｎは９に等しいが、本発明はこれに限定されず、Ｎ以外の値もまた可能である（例えば、図４Ｂを参照のこと）。

【0100】

図２Ａに示される例では、第１のセットの受信機コイルは、互いに１２０°離間した３つの受信機コイルＲｘ１ａ、Ｒｘ１ｂ、Ｒｘ１ｃを含む。これらの３つの受信機コイルから得られた信号は、三相システムを使用して復号することができる。しかし、本発明はこれに限定されず、９０°離間された２つの受信機コイル（図示せず）のみを有する第１のセットの受信機コイルを使用することもまた可能である。これらの２つの受信機コイルから得られた信号は、二相システムを使用して復号することができる。二相システム及び三相復号システムは、当技術分野で周知であり、本発明の主な焦点ではなく、したがって、ここで更に詳細に説明する必要はない。

【0101】

図２Ｂは、送信機コイルＴｘ２及び第２のセットの受信機コイルＲｘ２ａ、Ｒｘ２ｂ、Ｒｘ２ｃに対して移動可能に装着された、図１（Ｄ）の第２の結合素子１３２、２３２の例解的な例を示す。これらのコイルは、第１のセットの受信機コイルと同じプリント回路基板に、又は別のプリント回路基板に実装され得る。受信機コイルＲｘ２ａ、Ｒｘ２ｂ、Ｒｘ２ｃは、第２の結合素子２３２と同じ周期性Ｍを有する（本例では、Ｍ＝６であるが、他の値もまた可能であり、例えば、図４Ｂを参照のこと）。

【0102】

図２Ｂに示される例では、第２のセットの受信機コイルは、互いに１２０°離間した３つの受信機コイルを含み、三相コイルシステムを形成するが、本発明はこれに限定されず、９０°離間した２つの受信機コイル（図示せず）のみを有する第２のセットの受信機コイルを使用することもまた可能である。

【0103】

実施形態では、第１のセットの受信機コイルは、互いに対して９０°位相シフトされた２つのコイルを含み、第２のセットの受信機コイルはまた、互いに対して９０°位相シフトされた２つのコイルも含む。

【0104】

実施形態では、第１のセットの受信機コイルは、互いに対して９０°位相シフトされた２つのコイルを含み、第２のセットの受信機コイルは、互いに対して１２０°位相シフトされた３つのコイルを含む。

【0105】

実施形態では、第１のセットの受信機コイルは、互いに対して１２０°位相シフトされた３つのコイルを含み、第２のセットの受信機コイルは、互いに対して９０°位相シフトされた２つのコイルを含む。

【0106】

実施形態では、第１のセットの受信機コイルは、互いに対して１２０°位相シフトされた３つのコイルを含み、第２のセットの受信機コイルはまた、互いに対して１２０°位相シフトされた３つのコイルも含む。

【0107】

コイルのレイアウトに詳しくない読者は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる特許文献２を参照し得るが、本発明はこれに限定されず、他のコイルレイアウトもまた使用され得る。

【0108】

図３は、本発明の実施形態で使用され得る電子回路のハイレベルブロック図を示すが、本発明はこれに限定されず、他の回路もまた使用され得る。

【0109】

図３の電子回路は、２つの主要なサブ回路である励起回路３２１及び評価回路３２０を備える。図３の例では、これらのサブ回路は、単一の集積半導体デバイス３２８に実装されているが、それは絶対的に必要ではなく、励起はまた、別個の回路、例えば、別個のチップによって実行され得る。

【0110】

図３の電子回路は、（単一の黒い矩形Ｔｘによって概略的に例解される）少なくとも１つの送信機コイルに接続されているが、上述したように、２つの個別の送信機コイルＴｘ１、Ｔｘ２を使用することもまた可能である。その場合、２つの送信機コイルは、好ましくは、例えば、それらを直列に又は並列に接続することによって、単一の励起信号によって駆動される。送信機コイルＴＸは、励起回路３２１の一部であり得るが、それは絶対的に必要ではない。送信機コイルＴｘは、約１ＭＨｚ～約２０ＭＨｚの周波数で励起され得る。励起周波数は、発振器回路の共振周波数よりも高く若しくは低くあり得るか、又は実質的に等しくあり得る。これらの態様は、当技術分野で周知であるが、本発明の主な焦点ではなく、したがって、ここでより詳細に説明する必要はない。

【0111】

図３の電子回路はまた、（３つの黒い矩形Ｒｘ１ａ、Ｒｘ１ｂ、Ｒｘ１ｃによって概略的に例解される）第１のセットの受信機コイル、及び（３つの黒い矩形Ｒｘ２ａ、Ｒｘ２ｂ、Ｒｘ２ｃによって概略的に例解される）第２のセットの受信機コイルにも接続されている。回路３２８は、各セットの受信機コイルから信号を受信することと、任意選択的に、増幅器３２２ａ、３２２ｂを使用してこれらの信号を増幅することと、既知の様式で（例えば、受信信号をベースバンド信号に復調することによって）受信信号を復号することと、を行うように構成されている。復調は、同期整流及び低域フィルタリングを含み得る。復調信号は、例えば、アナログ－デジタル変換器３２７と、デジタルプロセッサ３２６（例えば、ＤＳＰ）と、不揮発性メモリ３２４（例えば、フラッシュ）に接続されたコントローラ３２５と、を含む、アナログ又はデジタル回路を使用して更に処理され得る。

【0112】

評価回路３２０は、第１のセットの受信機コイル及び第１の周期性Ｎから得られた信号に基づいて（例えば、受信信号に基づいて第１の電気的角度を判定し、この電気的角度を第１の周期性Ｎで除算することによって）、第１の機械的角度値α１を判定することと、第２のセットの受信機コイル及び第２の周期性Ｍから得られた信号に基づいて（例えば、受信信号に基づいて第２の電気的角度を判定し、この電気的角度を第２の周期性Ｍで除算することによって）、第２の機械的角度値α２を判定することと、を行うように構成され得る。２つのターゲット間の相対的な位置は、値α１とα２との間の差に基づいて計算され得る。この相対的な位置は、トーションバー１４１に加わるトルクを示す（例えば、それに比例する）。角度差及び／又はトルク値は、評価回路３２０の内部で計算され得、外部プロセッサ、例えば、回路３２８に接続された電子制御ユニット（ＥＣＵ、図示せず）に出力され得る。代替的に又は追加的に、角度α１及びα２が出力され得、角度差及び／又はトルクは、該外部プロセッサによって計算され得る。

【0113】

図３に示される電子回路のアーキテクチャは、角度値を得るために、受信機コイルから得られた信号がどのように処理され得るかの一例に過ぎないが、本発明はこれに限定されず、他のアーキテクチャもまた使用され得ることに留意されたい。

【0114】

図４Ａは、先行技術からは知られていないが、本発明によって提示されるグラフを示し、第１の周期性Ｎ及び第２の周期性Ｍのいくつかの組み合わせに対する測定範囲を例解する。発明者らは、第１の周期性Ｎ及び第２の周期性Ｍを有する、図１（Ａ）に示されるような構造を有する誘導型角度センサの測定範囲が、次式によって表すことができることを見出した。
測定範囲＝３６０°／ＬＣＭ（Ｎ，Ｍ）［１］
式中、ＬＣＭは、値Ｎ及び値Ｍの最小公倍数である。

【0115】

より具体的には、図４Ａは、以下の２つの「曲線」を示す。
－上部の曲線（黒色）は、第２の周期性Ｍの固定値（６に等しい）に対する、第１の周期性Ｎの関数としての測定範囲を示す。図に示すように、この曲線は、複数の相対的に高いピーク（「Ｘ」で示す）、すなわち、Ｎ＝１２（２×６）、及びＮ＝１８（３×６）、及びＮ＝２４（４×６）などに対するピークを提供する。

【0116】

－下部の曲線（灰色）は、第２の周期性Ｍの固定値（９に等しい）に対する、第１の周期性Ｎの関数としての測定範囲を示す。図に示すように、この曲線はまた、いくつかの相対的に高いピーク、すなわち、Ｎ＝１８（２×９）、及びＮ＝２７（３×９）などに対するピークを提供する。

【0117】

本発明者らは、驚くべきことに、上部の曲線が、比率Ｎ／Ｍが１．５であるＮ＝９及びＭ＝６に対して、追加のピークを示すことを見出した。図４Ａから理解することができるように、本発明によって提案され、円によって示されるように、（Ｎ＝９、Ｍ＝６、比率＝１．５）を有する誘導型角度センサによって得られる範囲±１０°は、（Ｎ＝１８、Ｍ＝９、比率＝２）を有する古典的な誘導型角度センサと同じ測定範囲であり、（Ｎ＝１８、Ｍ＝６、比率＝３）を有する古典的な誘導型角度センサと同じ測定範囲である。

【0118】

この観察は、本発明の第１の洞察を例解するが、そのような誘導型角度システムによって得られる精度又は誤差についての手がかりを提供しない。

【0119】

精度又は誤差を説明する前に、図４Ｂは、本発明の実施形態で使用され得るような、Ｎ及びＭの５つの例解的な組み合わせに対する角度範囲を列挙する表を提供する。以下が理解され得る：
ｉ）本発明によって提案されるような（Ｎ＝６、Ｍ＝４、比率＝１．５）の組み合わせは、（Ｎ＝１２、Ｍ＝６、比率＝２）を有する古典的なセンサによって得ることができるものと同じ範囲（すなわち、±１５°）を提供し、
ｉｉ）本発明によって提案されるような（Ｎ＝９、Ｍ＝６、比率＝１．５）の組み合わせは、（Ｎ＝１８、Ｍ＝９、比率＝２）を有する古典的なセンサによって得ることができるものと同じ範囲（すなわち、±１０°）を提供し、
ｉｉｉ）本発明によって提案されるような（Ｎ＝１２、Ｍ＝８、比率＝１．５）の組み合わせは、（Ｎ＝２４、Ｍ＝６、比率＝４）を有する古典的なセンサによって得ることができるものと同じ範囲（すなわち、±７．５°）を提供する。

【0120】

これらの例から、整数比Ｎ／Ｍ＝２以上を使用する先行技術の解決策と比較して、比率Ｎ／Ｍ＝１．５でより小さい周期性を使用して、同じ範囲を達成し得ることが分かる。このことは、同等の寸法の誘導型角度センサの場合、より強い信号は、ノイズを低下させ、位置ずれに対する感度を低下させる一方で、分解能をわずかに低下させることを意味する。

【0121】

測定範囲は、用途に依存し得ることに留意されたい。例えば、自動車用途でのハンドルのトルクの測定のために、少なくとも１０°、又は少なくとも１５°、又は少なくとも２０°の測定範囲が必要とされ得る。より狭い測定範囲は、他の分野、例えば、特定のロボット及び／又は産業用途に適用可能であり得る。この点において、図４Ｂのリストは網羅的ではないこと、並びに、Ｎ及びＭの更なる組み合わせ（Ｎ及びＭが、１．５の比率を有する整数値である）を容易に見出すことができることに留意されたい。

【0122】

しかし、本発明の基礎となる重要な第２の洞察は、例えば、図４Ｂに列挙するように、第１の周期性Ｎ及び第２の周期性Ｍの様々な値を有する、図１（Ａ）に例解されるようなタイプの誘導型角度センサの誤差（又は、精度）を理解すること、並びに定量化することができることである。

【0123】

既存の解決策は、所与の測定範囲に対するセンサの分解能を最大化するために、Ｎ及びＭの値を選択するようである。自動車用途の典型的な測定範囲は、±１０°である。「高分解能」は重要であるが、誘導型角度センサの優れた性能にとっても重要な他の因子は、ノイズ及びクロストークである。これらの因子の各々は、次でより詳細に説明する。

【0124】

ｉ）第１の因子：範囲及び分解能
第１のセットの受信機コイル及び第１の移動可能な素子は、第１の周期性Ｎを有する。第２のセットの受信機コイル及び第２の移動可能な素子は、第２の周期性Ｍを有する。上記のように、測定範囲は、Ｎ及びＭの最小公倍数で３６０°を除算したものである。

【0125】

差分角度の分解能は、値Ｎ及びＭのうちのより小さい方の分解能によって、したがって、Ｍによって判定される。分解能は、典型的には、１ＬＳＢ（最小有効ビット）に対応する機械的角度として定義される。（例えば、事前定義された数のビット、例えば、１２ビットを有するＡＤＣを有する）所与の評価回路の場合、周期性が高いほど、分解能が高い。より具体的には、１２ビットのＡＤＣを使用する場合、最小数は０を表し得、最大数は４０９５を表し得、分解能は、機械角度で表される場合、（３６０／Ｍ）／４０９６として定義され得るか、又は一般に、分解能＝（３６０°／Ｍ）を２のＫ乗で除算したものとして定義され得、ここで、Ｋ＝１２（１２ビットのＡＤＣの場合）である。

【0126】

（Ｎ＝９、Ｍ＝６、比率＝１．５、範囲＝±１０°）を有する本発明の誘導型角度センサを、（Ｎ＝１８、Ｍ＝９、比率＝２、範囲＝±１０°）を有する古典的な誘導型角度センサと比較すると、本発明によって提案されたセンサの分解能は、わずか１．５倍だけ低い。

【0127】

ｉｉ）第２の因子：ノイズ及び信号強度
高い周期性（すなわち、より大きいＮ又はＭ）を有する誘導型センサは、重大な欠点を有する。周期性が増加するにつれて、ターゲットの突出部（又は歯）が小さくなり、効率的に励起されず、ノイズレベルが増加する（すなわち、信号対ノイズ比、ＳＮＲが減少する）ので、受信機コイルによって提供される信号の信号強度が弱くなる。

【0128】

これを図５に例解し、周期性の関数としての典型的な信号強度を有するグラフを示す。図に示すように、周期性が大きいほど、信号強度は小さくなる。誘導型センサの信号強度は、その周期性（読み取り：Ｎ及びＭ）並びに寸法（例えば、半径）に大きく依存する。所与の寸法（例えば、半径）に対して、周期性が増加するにつれて、信号強度が低下する。

【0129】

図６は、測定又はコンピュータシミュレーションから得ることができるような、受信機コイルから事前定義された距離を置いて装着された、結合素子及び受信機コイルの周期性（例えば、突出部の数）の関数としての典型的なノイズ量（任意の単位）を示す、例解的な曲線を示す。

【0130】

ノイズは、信号強度に反比例する。したがって、センサのノイズ性能は、信号レベルを増加させることによって改善することができる。「電気角度で表されるノイズ」は、１／信号＿強度として得られることに留意されたい。「機械角度で表されるノイズ」を得るために、「電気角度のノイズ」を周期性で除算する必要がある。

【0131】

図６の例は、プリント回路基板１１０から２．０ｍｍのエアギャップ「ｇ」に配置された、ターゲットコイルの直径５．０ｃｍを有する、図１（Ａ）に例解されるような誘導型角度センサの信号強度をモデル化するコンピュータシミュレーションによって得られた。

【0132】

（Ｎ＝９、Ｍ＝６、比率＝１．５、範囲＝±１０°）を有する本発明の誘導型角度センサを、（Ｎ＝１８、Ｍ＝９、比率＝２、範囲＝±１０°）を有する古典的な誘導型角度センサと比較すると、前者のノイズは、典型的には、後者よりも約２９％低く、図６から理解することができるように、Ｎ＝９に関連するノイズは約３２であり、Ｍ＝６に関連するノイズは約３４であるため、（Ｎ＝９及びＭ＝６）に対する全ノイズは、本発明によって提案されたセンサの

【数1】

に比例し、Ｎ＝１８に関連するノイズは約５１であり、Ｍ＝９に関連するノイズは約３２であり、したがって、（Ｎ＝１８及びＭ＝９）を有する古典的なセンサの全ノイズは、

【数2】

に比例する。したがって、本発明によって提案されるように、Ｎ＝９及びＭ＝６を有するセンサのノイズは、同じ角度範囲（Ｎ＝１８及びＭ＝９）を有する古典的なセンサのノイズよりも約２９％低い。これは、Ｎ＝９及びＭ＝６の例に過ぎないが、Ｎ＝９及びＭ＝６以外の周期性を有する本発明のセンサにも、同じ又は同様の原理が適用される。

【0133】

ｉｉｉ）第３の因子：クロストーク
理想的には、第１の角度値（例えば、入力軸の角度値）は、第２の角度値（例えば、出力軸の角度値）から独立しており、その逆もまた同様であるが、実際には、単一のプリント回路基板を用いて独立した測定を得るために、クロストークを回避するために、第１のセットのコイルと第２のセットのコイルとの間の遮蔽層が必要とされ得、このことは、そのようなプリント回路基板１１０（図１（Ｃ）を参照のこと）が、少なくとも６つの層（第１のセットの受信機コイル用の２層、２つの遮蔽層、及び第２のセットの受信機コイル用の２層）を有する必要があることを意味する。

【0134】

周期性Ｎを有する誘導ターゲットは、完全な正弦波によって励起されても、例えば、受信機コイル及び／又は移動可能なターゲットの周期性及び／又は幾何形状に関連する空間変調に起因して、基底周波数、及びＮ次、２Ｎ次、３Ｎ次、４Ｎ次、５Ｎ次、６Ｎ次、７Ｎ次などの高調波を含む交番磁場を生成する。驚くべきことに、１．５に等しいＮ／Ｍ比を有する、本発明によって提案された誘導型角度センサが、クロストークの点で特に有利であることが見出された。

【0135】

実際、本発明者らは、驚くべきことに、（２つの入力信号が実質的に同じ振幅を有するが、９０°位相シフトされた）二相コイルシステムは、奇数次高調波、すなわち、Ｎ次、３Ｎ次、５Ｎ次、７Ｎ次、９Ｎ次などの高調波に敏感であるが、（３つの入力信号が実質的に同じ振幅を有するが、１２０°位相シフトされた）三相コイルシステムは、Ｎ次、５Ｎ次、７Ｎ次、１１Ｎ次、１３Ｎ次などの高調波に敏感であるが、３Ｎ次、９Ｎ次、及び３Ｎの他の倍数次の高調波に敏感でないことを見出した。

【0136】

（周期性Ｍを有する）第２のコイルセットが、基底周波数を有する信号を送信するとき、それは、（周期性Ｎ＝１．５×Ｍを有する）第１のコイルセットによって、基底周波数の１．５倍の周波数を有する信号として「見られる」が、これに敏感ではない。
第２のコイルセットが、第２の高調波（２Ｍ）を送信するとき、それは、（３Ｎ）として第１のコイルセットによって見られるが、第１のコイルセットが三相システムである場合、この周波数に敏感ではない。
第２のコイルセットが、第３の高調波（３Ｍ）を送信するとき、それは、（４．５Ｎ）として第１のコイルセットによって見られるが、この周波数に敏感ではない。
第２のコイルセットが、第４の高調波（４Ｍ）を送信するとき、それは、（６Ｎ）として第１のコイルセットによって見られるが、この周波数に敏感ではない。
第２のコイルセットが、第５の高調波（５Ｍ）を送信するとき、それは、（７．５Ｎ）として第１のコイルセットによって見られるが、この周波数に敏感ではない。
第２のコイルセットが、第６の高調波（６Ｍ）を送信するとき、それは、（９Ｎ）として第１のコイルセットによって見られるが、第１のコイルセットが三相システムである場合、この周波数などに敏感ではない。

【0137】

したがって、本発明の（Ｎ／Ｍ＝１．５を有する）誘導型角度センサでは、（周期性Ｎを有する）第１のコイルセットは、第１のコイルセットが三相システムである場合、（周期性Ｍを有する）第２のコイルセットによって放出された信号からのクロストークを経験しない。言い換えれば、（周期性Ｍを有する）第２のコイルセットは、（周期性Ｎを有する）第１のコイルセットの信号を妨害しない。実際には、シミュレーションにより、Ｎ／Ｍ＝１．５を有する誘導型角度センサのクロストークは、三相システムだけでなく、二相システムでも無視できることが示されている。

【0138】

同様の推論に続いて、（周期性Ｍを有する）第２のコイルセットもまた、（周期性Ｎを有する）第１のコイルセットによって放出された信号からクロストークを被らないことを示すことができる。実際、
（周期性Ｎを有する）第１のコイルセットが、基底周波数を有する信号を送信するとき、それは、（周期性Ｍ＝Ｎ／１．５を有する）第２のコイルセットによって、基底周波数の０．６７倍の周波数を有する信号として「見られる」が、この周波数に敏感ではない。
第１のコイルセットが、第２の高調波（２Ｎ）を送信するとき、それは、（１．３３×Ｍ）として第２のコイルセットによって見られるが、この周波数に敏感ではない。
第１のコイルセットが、第３の高調波（３Ｎ）を送信するとき、それは、（２Ｍ）として第２のコイルセットによって見られるが、この周波数に敏感ではない。
第１のコイルセットが、第４の高調波（４Ｎ）を送信するとき、それは、（２．６６×Ｍ）として第２のコイルセットによって見られるが、この周波数に敏感ではない。
第１のコイルセットが、第５の高調波（５Ｎ））を送信するとき、それは、（３．３３×Ｍ）として第２のコイルセットによって見られるが、この周波数に敏感ではない。
第１のコイルセットが、第６の高調波（６Ｎ）を送信するとき、それは、（４×Ｍ）として第２のコイルセットによって見られるが、この周波数などに敏感ではない。

【0139】

したがって、本発明の（Ｎ／Ｍ＝１．５を有する）誘導型角度センサでは、（周期性Ｍを有する）第２のコイルセットは、第２のコイルセットが二相システムで実装されるか三相システムで実装されるかに関わらず、（周期性Ｎを有する）第１のコイルセットによって放出された信号からのクロストークを経験しない。言い換えれば、（周期性Ｎを有する）第１のコイルセットは、（周期性Ｍを有する）第２のコイルセットの信号を妨害しない。

【0140】

これは、第１のセットの受信機コイル及び第２のセットの受信機コイルが、６層ＰＣＢよりも製造が複雑でなく、したがって、はるかに安価である、２つの遮蔽層のない４層プリント回路基板上に実装されている場合であっても当てはまることである。

【0141】

第１のセットのコイル及び第２のセットのコイルの相互の独立性は、シミュレーションを介して定量的に調査された。遮蔽層のないモデルであって、Ｎ＝９、Ｍ＝６、比率＝１．５、Ｔｘコイルの直径：３８ｍｍ、Ｒｘコイルの外径：３４ｍｍ、Ｒｘコイルの内径：２２ｍｍ、ターゲットの外径：４０ｍｍ、ターゲットの内径：２０ｍｍ、第１のターゲットと第１のセットの受信機コイルとの間のエアギャップ：２．０ｍｍ、第２のターゲットと第２のセットの受信機コイルとの間のエアギャップ：２．０ｍｍ、ＰＣＢ厚：１．０ｍｍ、第１のターゲットと第２のセットの受信機コイルとの間のエアギャップ：３．０ｍｍ、第２のターゲットと第１のセットの受信機コイルとの間のエアギャップ：３．０ｍｍであり、例えば、図１（Ａ）に描示されるように、ＰＣＢ厚１．０ｍｍを想定している、モデルを使用した。

【0142】

Ｎ＝９及びＭ＝６を有する本発明の誘導型角度センサについて、以下の結果が見出された：（Ｎ＝９を有する）第１の移動可能なターゲットが、第１の受信機コイルで１０ｍＶの信号を生成し、（Ｍ＝６を有する）第２の移動可能なターゲットが、第２の受信機コイルで２０ｍＶの信号を生成し、（Ｎ＝９を有する）第１のターゲットが、（Ｍ＝６を有する）第２のセットのコイルで１０μＶ未満の信号を生成し、（Ｍ＝６を有する）第２のターゲットが、（Ｎ＝６を有する）第１のセットのコイルで１０μＶ未満の信号を生成し、０．０１°未満の差分角度の誤差をもたらした。

【0143】

これらのシミュレーションはまた、同じ寸法（ｄ＝５ｃｍ、ｇ＝３ｍｍ）を有し、遮蔽層のない、Ｎ＝１８及びＭ＝９、比率＝２を有する古典的な誘導型角度センサのモデルについても実行された。この場合、（Ｍ＝９を有する）第２のターゲットは、（Ｎ＝１８を有する）第１のセットのコイルで０．２ｍＶの信号を生成し、０．１°を超える差分角度の誤差をもたらした。

【0144】

要約すると、Ｎ／Ｍ＝１．５である、第１の周期性Ｎ及び第２の周期性Ｍを有する上記のような誘導型角度センサは、Ｎ／Ｍが整数値である、第１の周期性Ｎ及び第２の周期性Ｍを有する古典的な誘導型角度センサの有効な代替物であると結論付けることができる。

【0145】

２つの遮蔽層を含む６層ＰＣＢを備える場合、提案された（Ｎ／Ｍ＝１．５を有する）解決策は、周期性の値がより小さく、かつ有意なクロストークがないため、同様の範囲と、わずかに（典型的には、１．５倍）低い分解能と、わずかに（典型的には、１．２９倍）低いノイズと、を有する。全体的に見て、このことは、２つの遮蔽層を含み、同じ範囲及び同じ寸法を有する６層ＰＣＢにも実装されている古典的な解決策と比較して、わずかに優れた精度を意味する。

【0146】

２つの遮蔽層のない４層ＰＣＢを備える場合、提案された（Ｎ／Ｍ＝１．５を有する）解決策は、周期性の値がより小さいが、クロストークがはるかに低いため、同様の範囲と、わずかに（典型的には、１．５倍）低い分解能と、わずかに（典型的には、２．５倍）低いノイズと、を有する。全体的に見て、このことは、遮蔽層のない、同じ範囲及び同じ寸法を有する４層ＰＣＢにも実装されている古典的な解決策と比較して、はるかに優れた精度を意味する。

【0147】

上記の説明は、主に、Ｎ＝９及びＭ＝６を有する誘導型角度センサについて提供されたが、同じ推論はまた、（例えば、図４Ｂに例解されるようなＮ及びＭの値を有する）Ｎ／Ｍ＝１．５の他の誘導型角度センサにも適用可能である。

【0148】

１２ビットのＡＤＣを有する例が使用されたが、本発明はこれに限定されず、（例えば、１４ビット又は１６ビットを有する）他のＡＤＣもまた使用され得る。

【符号の説明】

【0149】

１００ トルクセンサ（角度センサシステム及びトルクバーを備える）
１０１ 角度センサシステム（複数のコイル、２つのターゲット、電子機器を備える）
１１０、３１０ プリント回路基板（ＰＣＢ）
３２０ センサデバイス
３２１ 発振器回路
３２２ 増幅器
３２３ 復調器又は整流器＆フィルタ
３２４ ＮＶ ＭＥＭ（例えば、フラッシュ）
３２５ コントローラ
３２６ ＤＳＰ
３２７ ＡＤＣ
１２８、３２８ 集積半導体デバイス（ＩＣ又はチップ）
１３１、２３１、３３１ 第１の移動可能なターゲット
１３２、２３２、３３２ 第２の移動可能なターゲット
１４１ トーションバー
１４２ 入力軸部分
１４３ 出力軸部分
ｇ エアギャップ
Ｎ 第１の周期性
Ｍ 第２の周期性
ＴＸ 送信機コイル
ＲＸ１ａ、ＲＸ１ｂ、ＲＸ１ｃ 第１のセットの受信機コイル
ＲＸ２ａ、ＲＸ２ｂ、ＲＸ２ｃ 第２のセットの受信機コイル

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【外国語明細書】