(57)【要約】【課題】大寸の単一の絶対位置センサを適用することなく、回動デバイスの絶対的位置を決定し得るシステムおよび方法を提供する。【解決手段】モータの絶対的位置を決定するシステム。該システムは、第１および第２の多重磁極式磁気リング、第１および第２の処理ユニット、および、少なくとも一個の外部センサを含む。上記第１の多重磁極式磁気リングは、上記モータの回りに同心的に位置決めされると共に、複数の磁極対を有する。上記第２の多重磁極式磁気リングは、上記第１の多重磁極式磁気リングの回りに同心的に位置決めされると共に、少なくともひとつの磁極対を有する。上記第１処理ユニットは上記第１の多重磁極式磁気リングの近傍に位置決めされることで、上記第１の多重磁極式磁気リングの上記複数の磁極対の内のひとつの磁極対の全体に亙る角度的位置を決定する。上記センサは上記処理ユニットの外部にて上記第２の多重磁極式磁気リングの上方に位置決めされ、該第２の多重磁極式磁気リングの上記磁極対の状態を表す。上記第２処理ユニットは、上記角度的位置および上記状態に基づき、上記モータの絶対的位置を生成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回動デバイスの絶対的位置を決定するシステムであって、
上記回動デバイスの回りに同心的に位置決めされると共に複数の磁極対を有する第１の多重磁極式磁気リングと、
上記第１の多重磁極式磁気リングの回りに同心的に位置決めされると共に少なくともひとつの磁極対を有する第２の多重磁極式磁気リングと、
上記第１の多重磁極式磁気リングの近傍に位置された第１処理ユニットであって、上記第１の多重磁極式磁気リングの上記複数の磁極対の内のひとつの磁極対の全体に亙り角度的位置を決定すべく構成された第１処理ユニットと、
上記処理ユニットの外部にて上記第２の多重磁極式磁気リングの近傍に位置決めされた少なくとも一個のセンサであって、上記第２の多重磁極式磁気リングの上記少なくともひとつの磁極対の状態を表すべく構成された少なくとも一個のセンサと、
上記少なくとも一個のセンサからの上記状態と上記第１処理ユニットからの上記角度的位置とを受信し、上記角度的位置および上記状態に基づき上記第１の多重磁極式磁気リングの上記複数の磁極対の内の上記ひとつの磁極対の全体に亙り上記回動デバイスの絶対的位置を決定すべく構成された第２処理ユニットとを備えて成る、
システム。
【請求項２】
前記第１処理ユニットは更に、前記第１の多重磁極式磁気リングから基準パルスを生成すべく構成される、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記第２処理ユニットは更に、前記基準パルス、前記角度的位置および前記状態に基づき、前記第１の多重磁極式磁気リングの前記複数の磁極対の内の前記ひとつの磁極対の全体に亙り前記回動デバイスの絶対的位置を生成すべく構成される、請求項２記載のシステム。
【請求項４】
前記第２の多重磁極式磁気リングの前記少なくともひとつの磁極対は円弧長を有する、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記少なくとも一個のセンサは第１および第２センサを備え、且つ、
上記第１センサは上記第２センサから前記円弧長の分だけ離間される、請求項４記載のシステム。
【請求項６】
前記回動デバイスはモータを備えて成る、請求項１記載のシステム。
【請求項７】
前記絶対的位置は一回転の一部分の全体に亙る、請求項１記載のシステム。
【請求項８】
前記回動デバイスは、操舵輪と、複数の対応回転速度を夫々が有する複数の車輪とに対して関係付けられ、且つ、
前記第２処理ユニットは更に、上記操舵輪が前記絶対的位置から行なった回転数と、各車輪速度の比率とを決定すべく構成される、請求項１記載のシステム。
【請求項９】
回動デバイスの回りに同心的に位置決めされた第１の多重磁極式磁気リングと、上記第１の多重磁極式磁気リングの回りに同心的に位置決めされた第２の多重磁極式磁気リングと、上記第１の多重磁極式磁気リングの近傍に位置された処理ユニットと、上記処理ユニットの近傍かつ上記第２の多重磁極式磁気リングの上方に位置決めされた少なくとも一個のセンサとにより、上記回動デバイスの絶対的位置を決定する方法であって、
上記処理ユニットにより、上記第１の多重磁極式磁気リングの局所的な磁極位置を決定する段階と、
上記少なくとも一個のセンサから、上記第２の多重磁極式磁気リングの少なくともひとつの状態を決定する段階と、
上記少なくともひとつの状態と上記局所的な磁極位置とから上記回動デバイスの絶対的位置を決定する段階とを備えて成る、
方法。
【請求項１０】
前記回動デバイスは操舵輪を備え、且つ、
前記少なくともひとつの状態と前記局所的な磁極位置とから上記操舵輪の絶対的位置を決定する段階は、
複数の車輪速度を決定する段階と、
少なくともひとつの車輪速度比率を決定する段階とを備えて成る、
請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の多重磁極式磁気リングから基準パルスを生成する段階を更に備えて成る、請求項９記載の方法。
【請求項１２】
前記少なくとも一個のセンサは第１および第２センサを備え、且つ、
上記第１センサは上記第２センサから離間される、請求項９記載の方法。
【請求項１３】
前記少なくともひとつの状態は第１および第２の状態を備え、該第１および第２の状態の各々はＯＮ状態およびＯＦＦ状態を有する、請求項９記載の方法。
【請求項１４】
前記ＯＮ状態および前記ＯＦＦ状態の二進組み合わせを決定する段階と、
上記二進組み合わせに基づき、前記第１の多重磁極式磁気リングの前記複数の磁極対の内のひとつの磁極対を特定する段階とを更に備えて成る、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記絶対的位置は一回転の一部分の全体に亙る、請求項９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、２００６年４月１０日に出願された米国仮特許出願第６０／７９１，３５９号および２００６年６月２２日に出願された米国仮特許出願第６０／８０５，５２７号の優先権を主張するものであり、それらの全ての内容は言及したことにより本明細書中に援用される。
本発明の各実施例は概略的に、検知システムおよび方法に関し、特に検知システム制御法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くのモータ用途においては、モータの位置が検知される。モータ位置が一旦検知されたなら、該モータを動作させるべく動力が付与され得る。用途が異なると、モータ位相の検知要件が異なる。たとえば、目標磁石の絶対的位置を決定するためにティムケン社（Ｔｉｍｋｅｎ  Ｃｏｍｐａｎｙ）のＭＰＳ１６０が使用され得る。但し上記ＭＰＳ１６０の如きチップは典型的に、北（Ｎ）／南（Ｓ）磁極の各対の範囲内のみにおける目標の絶対的位置を決定すべく使用され得るだけである。これらの磁極対は、一定性能の構成においては６ｍｍまでの幅とされ得る。更に、一回転の１／３、１／４または１／５を網羅するためには、非常に大寸の単一の位置センサ・チップが必要とされることもある。しかし、空間の制限がある用途の如き多くの用途において、大寸の単一の絶対位置センサを適用することは困難となり得る。
【０００３】
集合的にモータ・センサと称されると共に、モータの位置を検知すべく使用され得る幾つかの特定用途集積回路（“ＡＳＩＣ”）が在る。たとえば、ティムケン社のＭＰＳ３２ＸＦは、多様な磁極幅から高分解能信号を生成する。このモータ・センサはプログラム可能であると共に、ホール（Ｈａｌｌ）センサ・アレイを備えている。
【特許文献１】なし
【非特許文献１】なし
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
たとえば一定の操舵輪用途において、ステアリング・コラムを正確に制御もしくは起動するためには、上記操舵輪もしくはステアリング・コラムの複数の回動の全体に亙り絶対的なステアリング・コラム位置が必要とされる。絶対的なステアリング・コラム位置を決定するために、一定の制御器は、回動カウンタの出力を、検知デバイスにより提供される一回転に亙る操舵輪の位置信号と組み合わせる。しかし、回動カウンタを実現することは不経済であると共に、上記検知デバイスの複雑さを増すことがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一形態において、本発明はモータの絶対的位置を決定するシステムを提供する。該システムは、第１および第２の多重磁極式磁気リング、第１および第２の処理ユニット、および、少なくとも一個の外部センサを含む。上記第１の多重磁極式磁気リングは、上記モータの回りに同心的に位置決めされると共に、複数の磁極対を有する。上記第２の多重磁極式磁気リングは、上記第１の多重磁極式磁気リングの回りに同心的に位置決めされると共に、少なくともひとつの磁極対を有する。上記第１処理ユニットは上記第１の多重磁極式磁気リングの近傍に位置決めされることで、上記第１の多重磁極式磁気リングの上記複数の磁極対の内のひとつの磁極対の全体に亙る角度的位置を決定する。上記少なくとも一個のセンサは上記処理ユニットの外部にて上記第２の多重磁極式磁気リングの上方に位置決めされ、該第２の多重磁極式磁気リングの上記少なくともひとつの磁極対の状態を表す。上記第２処理ユニットは、上記角度的位置および上記状態に基づき、上記モータの絶対的位置を生成する。
【０００６】
別形態において本発明は、回動デバイスの絶対的位置を決定する検知システムを提供する。該検知システムは、第１および第２の多重磁極式磁気リング、第１および第２の処理ユニット、および、第１および第２のセンサを含む。上記第１の多重磁極式磁気リングは、上記回動デバイスの回りに同心的に位置決めされると共に、上記回動デバイスと共に回転する複数の磁極対を有する。上記第２の多重磁極式磁気リングは、上記第１の多重磁極式磁気リングの回りに位置決めされ、少なくともひとつの磁極対を有し、且つ、上記第１の多重磁極式磁気リングおよび上記回動デバイスと共に回転すべく構成される。上記第１処理ユニットは上記第１の多重磁極式磁気リングの近傍に位置決めされることで、該第１の多重磁極式磁気リングの上記複数の磁極対の内のひとつの磁極対に基づき上記回動デバイスの角度的位置を決定する。上記第１センサは上記第１処理ユニットの外部にて上記第２の多重磁極式磁気リングの近傍に位置決めされることで、上記第２の多重磁極式磁気リングの上記少なくともひとつの磁極対の第１状態を表す。上記第２センサは、上記第１処理ユニットの外部にて上記第２の多重磁極式磁気リングの近傍に、上記第１センサから離間して位置決めされることで、上記第２の多重磁極式磁気リングの上記少なくともひとつの磁極対の第２状態を表す。上記第２処理ユニットは、上記角度的位置および上記第１および第２状態に基づき、上記回動デバイスの上記絶対的位置を生成する。
【０００７】
更に別の形態において本発明は、回動デバイスの回りに同心的に位置決めされた第１の多重磁極式磁気リングと、上記第１の多重磁極式磁気リングの回りに同心的に位置決めされた第２の多重磁極式磁気リングと、上記第１の多重磁極式磁気リングの上方に位置された処理ユニットと、上記処理ユニットの近傍かつ上記第２の多重磁極式磁気リングの上方に位置決めされた少なくとも一個のセンサとにより、上記回動デバイスの絶対的位置を決定する方法を提供する。該方法は、上記処理ユニットにより、上記第１の多重磁極式磁気リングの局所的な磁極位置を決定する段階と、上記少なくとも一個のセンサから、上記第２の多重磁極式磁気リングの少なくともひとつの状態を決定する段階と、上記少なくともひとつの状態と上記局所的な磁極位置とから上記回動デバイスの絶対的位置を決定する段階とを含む。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、大寸の単一の絶対位置センサを適用することなく、回動デバイスの絶対的位置を決定し得るシステムおよび方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の一切の実施例が詳細に説明される前に、本発明はその適用性において、以下の記述中に示された又は添付図面に示された構成要素の構成および配置の詳細に限定されないことを理解すべきである。本発明は他の実施例が可能であると共に、種々の様式で実用化または実施され得る。また本明細書中で使用される表現および語句は記述を目的としており、限定的と解釈されてはならないことも理解されるべきである。本明細書中における“含む”、“から成る”または“有する”という語句およびそれらの変化形が使用されたときには、その後に列挙される項目およびその均等物ならびに付加的な項目を包含することが意味される。また、別様に特定または限定されなければ、“取付けられた”、“接続された”、“支持された”および“連結された”という語句およびその変化形は広範囲に使用されると共に、直接的および間接的な取付け、接続、支持および連結の両方を包含する。更に、“接続された”および“連結された”という語句は、物理的または機械的な接続または連結に限定されるものでない。
【００１０】
同様に、当業者であれば、図面中に示されたシステムは実際のシステムの模範例であることも明らかであろう。銘記される如く、記述されるモジュールおよび論理構造の多くは、マイクロプロセッサもしくは同様のデバイスにより実行されるソフトウェアにおいて実現され得るか、または、たとえば特定用途集積回路（“ＡＳＩＣ”）などの種々の構成要素を用いるハードウェアにおいて実現され得る。“処理ユニット”という語句は、ハードウェアおよび／またはソフトウェアを包含もしくは参照し得る。更に本明細書を通して、大文字化された用語が使用される。斯かる用語は、慣行に従うべく、且つ、プログラム例および図面に対する記述内容の相関を助力すべく使用される。但し単なる大文字使用により何らかの特殊な意味が示唆されることは無くまたは推察されるべきでない。故に各請求項は、特定の例もしくは用語に対し、或いは、任意の特定のハードウェアもしくはソフトウェアの実施またはソフトウェアもしくはハードウェアの組み合わせに対して限定されるべきでない。
【００１１】
先に記述された如く、ＭＰＳ１６０チップの如き検知用ＡＳＩＣは、ひとつのＮ／Ｓ磁極対のみの範囲内における目標磁石の絶対的位置を決定し得るが、これらの磁極対は一定の高性能構成において６ｍｍ幅に至り得る。
【００１２】
一形態において本発明は、モータ位置検知制御器に対して各モータ位相に亙りモータの絶対的位置を決定する方法を提供する。該方法は、ひとつのＮ／Ｓ磁極対に対して正確であり且つ固有的である絶対的位置情報を、ホール・ストリング（Ｈａｌｌ  ｓｔｒｉｎｇ）全体に対する位置を表す概略的信号と組み合わせる段階を包含する。故に、上記ホール・ストリングの全体に亙る絶対的位置が正確に決定され得る。
【００１３】
一実施例において上記方法は、一個以上のデジタル・ホールセンサを上記モータ位置検知システムに取付けて２つ以上の磁極対に亙り絶対的位置信号を生成する段階を含む。上記方法はまた、取付けられた上記センサからの信号出力を上記モータ位置検知制御器を通して経路設定する段階、および、上記信号出力をデータ・リンクを介して伝達する段階も含む。
【００１４】
別形態において本発明は、各モータ位相に亙りモータの絶対的位置を決定するシステムを提供する。該システムは、デジタル・ホールセンサ、モータ位置検知制御器、および、データ・リンクを含む。上記デジタル・ホールセンサは上記モータ位置検知制御器に対して取付けられることで、２つ以上の磁極対に亙り絶対的位置信号を生成する。取付けられた上記センサは、上記モータ位置検知システムを通して信号出力を経路設定すると共に、該出力を上記データ・リンクを介して伝達する。
【００１５】
ティムケン社のＭＰＳ３２ＸＦもしくは他の適切なセンサは、上記ホールセンサ・アレイの両端におけるホール・セルを無効化し、上記モータ・センサの有効磁極幅を、目標磁極の幅に対して適切に整合させるべくプログラムされ得る。上記ホールセンサ・アレイにおいて使用されるホールセンサの個数は、用途毎に変化する。たとえば、各ホールセンサにより提供される全体的磁極幅に対して目標磁極の幅が整合するときには、上記ホールセンサの全てが利用される。但し、時には、上記各ホールセンサにより提供される全体幅に対して上記目標磁極の幅が整合しないこともある。たとえば、上記ホールセンサ・アレイにおける一部のホールセンサのみが使用されるときには、少ない個数の磁極が整合する。斯かる場合には信号／ノイズ比（“ＳＮＲ”）が低減する、と言うのも、上記ホールセンサ・アレイによれば低減した信号強度が生成されるからである。
【００１６】
別形態において本発明は、ホールセンサ・アレイの磁極幅を目標磁石の磁極幅に整合させる方法およびシステムを提供する。本発明の各実施例は、上記アレイにおける全ての検知要素または該アレイの一部分のみを以て検知制御器を動作させる。たとえばＭＰＳ３２ＸＦセンサは１６個のホールセンサ要素を有している。幾つかの実施例においてＭＰＳ３２ＸＦセンサは、１６個のホール要素を使用し得るか、または、アレイの各端部におけるホール要素を無効化することによりホール要素の個数を１２個または８個へと減少し得る。上記ホール・アレイの一部分のみが使用されるときにおける小寸の磁極に対し、ＳＮＲは低減される、と言うのも、上記ホール・アレイにより生成される信号は低強度だからである。
【００１７】
ひとつの特定実施例において本発明は、１個のＭＰＳ１６０もしくは類似のチップに対して１個、２個もしくは３個のデジタル・ホールセンサを取付けて２個、３個、４個もしくは５個の磁極対に亙り絶対的位置信号を生成する方法を記述する。これらの外部センサからの信号は、ＡＳＩＣを通して経路設定されると共に、シリアル・データ・リンクを介して外部システムに対して提供され得る。このセンサおよび磁石の構成は、多くのモータ用途の要件を満足し得る。
【００１８】
たとえば図１は、電機子、シャフトもしくは回転子１０８と、固定子１１２とを有するモータ１０４に対する第１の例示的な絶対位置検知システム１００を示している。示された実施例において固定子１１２は、４個の磁気セグメントもしくは円弧体１１６を有している。セグメント１１６の各々は、ひとつの磁極対を含むと共に、一回転（３６０°）四分の一（１／４）である約９０°の円弧を占有する。故に、示された如きモータ１０４は４極モータである。
【００１９】
第１の検知システム１００は、１２個の磁極対を含む第１の多重磁極式磁気リングもしくは高分解能トラック１２０を含んでいる。各セグメント１１６の内のひとつのセグメントの高分解能トラック１２０のみが示されていることを銘記されたい。故に、図２は３個の磁極対のみを示している。高分解能トラック１２０は回転子１０８に関して同心的に位置決めされる。高分解能トラック１２０を、第２の多重磁極式磁気リングもしくは低分解能トラック１２４が同心的に包囲する。示された実施例において低分解能トラック１２４は、４個の磁極対を含む。他の実施例において高分解能トラック１２０は更に多いまたは更に少ない磁極対を有し得ることを銘記されたい。同様に、他の実施例において低分解能トラック１２４は更に多くの磁極対を有し得る。
【００２０】
更に、第１の検知システム１００は、固定子１１２、高分解能トラック１２０および低分解能トラック１２４の上方に位置決めされた処理ユニット１２８を含んでいる。代表的な処理ユニットはティムケン社のセンサＭＰＳ１６０であり、該センサは、高分解能トラック１２０の各磁極対の内のひとつの磁極対の全体に亙る１６０個の角度的位置の内の１個の角度的位置を表す信号と、中央位置を表す基準パルス信号とを生成し得る。幾つかの実施例において処理ユニット１２８は、該処理ユニット１２８の外部の各構成要素と交信するインタフェース１３２を含む。他の実施例においてインタフェース１３２は、処理ユニット１２８の外部である。処理ユニット１２８はまた、該処理ユニット１２８の下方に在る磁極対の角度的位置を表す出力を生成する内部センサ・アレイ１３６も含む。内部センサ・アレイ１３６は複数のホール効果センサの如き一連の検知要素を含み得ることを理解すべきである。第１の検知システム１００はまた、低分解能トラック１２４の上方に位置された第１外部センサ１４０も含んでいる。示された実施例において、第１外部センサ１４０はホール効果センサである。付加的に、第１の検知システム１００は、低分解能トラック１２４の上方に位置決めされた第２外部センサ１４４も含んでいる。詳細には、第２外部センサ１４４は第１外部センサ１４０から９０°未満以内または約９０°に位置決めされる。示された実施例においては、第２外部センサ１４４もホール効果センサである。
【００２１】
概略的に、特定用途において使用される高分解能トラック１２０にて使用される磁極対の個数により、必要とされる外部センサの個数が決定される。示された実施例においては、３個の磁極対が識別されることから、低分解能磁極対の個数は１個であり、且つ、３個の磁極対の内の１個の磁極対のみが特定の外部センサを起動することから、合計で２個の外部センサのみが必要である。２個の外部センサは概略的に、合計で４個の論理的に一意的な組み合わせを提供する。たとえば、第１外部センサ１４０の出力がイナクティブ（ｉｎａｃｔｉｖｅ）であり且つ第２外部センサ１４４の出力がイナクティブであるとき、第１および第２外部センサ１４０、１４４のいずれもアクティブでなく、すなわち、両者ともにＯＦＦ状態である。同様に、第１外部センサ１４０の出力がイナクティブであり且つ第２外部センサ１４４の出力がアクティブであるとき、第１外部センサ１４０はＯＦＦ状態に在り且つ第２外部センサ１４４はＯＮ状態に在る。別の例に関し、高分解能トラック１２０において使用される磁極対の個数が、低分解能トラック１２４において使用される磁極対の個数に５を乗算した積であるなら、合計で３個の外部センサが必要となろう。幾つかの実施例においては、磁石整列の如き許容誤差の問題の故に、決定された外部センサの個数と併せて付加的なセンサも使用される。
【００２２】
第２処理ユニット１４８はインタフェース１３２を介し、状態信号および角度的信号を表すデータもしくは情報を夫々、第１および第２外部センサ１４０、１４４および処理ユニット１２８から受信する。幾つかの実施例において上記データもしくは情報は、シリアル・データ・インタフェースを介してシリアル・データ信号の形態で受信される。そのときに第２処理ユニット１４８は、受信したデータもしくは情報を処理し、以下に詳述される如くモータ１０４の絶対的位置を生成する。
【００２３】
図２は、図１の高分解能磁極対１２０に関する複数の外部センサ出力２００を示している。詳細には、波形２０４においては対応する磁極対２０８の内のひとつの磁極対に依る第１外部センサ１４０の出力が示される一方、第１外部センサ１４０から約９０°に位置された第２外部センサ１４４の出力は波形２１０において示される。たとえば第１外部センサ１４０がｌｏｗであり且つ第２外部センサ１４４がｌｏｗであるとき、第２処理ユニット１４８は、磁極対Ｎ１、Ｓ１である目標磁極対を表す信号を生成する。
【００２４】
作動時に、処理ユニット１２８からのデータは第２処理ユニット１４８にて受信される。上記データは、モータ１０４の１個のＮ／Ｓ磁極対に亙る局所的な絶対的位置情報を含む。上記データはまた、未処理の基準パルスＲｐの状態、および、各外部ホールセンサ１４０、１４４の状態も含んでいる。もし、２個の外部ホールセンサ１４０、１４４と、１個のモータセグメント１１６毎に３個の高分解能磁極対１２０とを備えて図２に示された上記例からのデータが読み取られたなら、第２処理ユニット１４８もしくはユーザは２個の外部ホールセンサ１４０、１４４からの情報を使用して、絶対的位置の読取値が対応セグメント１１６における第１、第２または第３のいずれのＮ／Ｓ高分解能磁極対１２０からのものであるかを決定し得る。これは可能である、と言うのも、２個の外部ホールセンサ１４０、１４４は４通りの状態を生成し、且つ、ユーザもしくは第２処理ユニット１４８は、３個の高分解能磁極対１２０の内のいずれの磁極対が上記絶対的位置データにおいて報告されつつあるかを適切に識別することのみが必要とされるからである。たとえばティムケン社のＭＰＳ１６０は、１と１６０との間の数値を生成することで、上記高分解能磁極対の内のひとつの磁極対の角度的位置を表し得る。故に、１２個の高分解能磁極対を備える４極モータと共にＭＰＳ１６０が使用されたとき、ＭＰＳ１６０は、対応する高分解能磁極対における約４５°を表す８０の角度的位置を生成する。故に、角度的位置が対応セグメントにおける第２の高分解能磁極対に由来すると第２処理ユニット１４８が決定したなら、略々８０の角度的位置と第２磁極対から絶対的位置が求められ得る（各磁極対は１６０個の位置を生成し得る）。斯かる場合において第２処理ユニット１４８は、絶対的位置が、８０と１６０との合計である２４０であると決定する。
【００２５】
図３は、電機子、シャフトもしくは回転子３０８と、固定子３１２とを有するモータ３０４に対する第２の例示的な絶対位置検知システム３００を示している。示された実施例において固定子３１２は４個の磁気セグメントもしくは円弧体３１６を有することから、モータ３０４は４極モータである。第２の検知システム３００は、８個の磁極対を含む第１の多重磁極式磁気リングすなわち高分解能トラック３２０を含む。各セグメント３１６の内のひとつのセグメントの高分解能トラック３２０のみが示されることを銘記すべきである。故に、図３は２つの磁極対のみを示している。高分解能トラック３２０は、回転子３０８に関して同心的に位置決めされる。高分解能トラック３２０を、第２の多重磁極式磁気リングすなわち低分解能トラック３２４が同心的に包囲する。
【００２６】
第２の検知システム３００は、固定子３１２、高分解能トラック３２０および低分解能トラック３２４の上方に位置決めされた処理ユニット３２８を含む。図１の処理ユニット１２８と同様に処理ユニット３２８もまた、該処理ユニット３２８の外部の各構成要素と交信する選択的なインタフェース３３２と、処理ユニット３２８の下方の磁極対の角度的位置を表す出力を生成する内部センサ・アレイ３３６とを含む。第２の検知システム３００は、低分解能トラック３２４の上方に位置決めされた外部センサ３４０も含んでいる。示された実施例において、外部センサ３４０はホール効果センサである。
【００２７】
先に示された如く、特定用途において使用される高分解能トラック３２０にて使用される磁極対の個数により、必要とされる外部センサの個数が決定される。示された実施例においては、２つの磁極対が識別され且つ該２つの磁極対の内の一方の磁極対のみが外部センサ３４０を起動することから、１個のみの外部センサが必要である。詳細には、１個のみの外部センサが概略的に、合計で２個の論理的に一意的な組み合わせを提供する。たとえば外部センサ３４０の出力がイナクティブであるとき、該外部センサ３４０はＯＦＦ状態に在る。逆に、外部センサ３４０の出力がアクティブであるとき、該外部センサ３４０はＯＮ状態に在る。
【００２８】
そのときに第２処理ユニット３４８は、インタフェース３３２を介し、外部センサ３４０からの状態および角度的信号および処理ユニット３２８からの基準パルス信号を表すデータまたは情報を夫々受信する。先に論じられた如く、上記データもしくは情報はシリアル・データ・インタフェースを介してシリアル・データ信号の形態で受信され得る。次に第２処理ユニット３４８は、受信したデータもしくは情報を処理し、本明細書中において以下に詳述される如く、モータ１０４の絶対的位置を生成する。
【００２９】
図４は、図３の高分解能磁極対３２０に関して外部センサ３４０により生成された出力波形４００を示している。磁石の精度および整列に関する許容誤差の問題の故に、第２処理ユニット３４８においては処理ユニット３２８からの基準パルス信号も使用されることで絶対的位置が決定される。斯かる場合には、基準パルス波形４０４も示される。
【００３０】
詳細には、モータ・セグメント３１６毎に２個の高分解能磁極対３２０である場合、処理ユニット３２８からの内部基準パルス信号が外部ホールセンサ３４０の遷移と整列されるなら、該１個の外部ホールセンサ３４０のみにより高分解能磁極対３２０の適切な識別が達成され得る。斯かる場合に外部ホールセンサ３４０は、高分解能トラック３２０の一回おきのＮからＳへの遷移に対してＯＮ状態となる。この場合に第２処理ユニット３４８は、局所的な絶対的角度位置を読み取り、次に、基準パルス信号および外部ホールセンサ信号４００を読み取ることにより、処理ユニット３２８によりいずれの高分解能磁極対３２０が読み取られつつあるかを決定する。
【００３１】
図５は、図１および図３の検知システム１００、３００に取入れられ得るホールセンサ・アレイ機構５００を示している。詳細には機構５００は、幅Ｗを有する合計で１６個のホールセンサ５０４を示している。但し幾つかの実施例においては、たとえば２５％など、機構５００の一部のみが用いられる。図６は、機構５００の一部のみが使用されるという例を示している。斯かる場合、機構５００により生成される信号は低い信号／ノイズ比（“ＳＮＲ”）を有する。たとえば、各センサ５０４は正弦信号および余弦信号の如き直交信号を生成することから、２５％の減少は実際的に、機構５００を元の長さの約半分まで減少させる。たとえば図６に示された如く、正弦信号に対しては一群の内部センサ５０８が使用される一方、一群の外部センサ５１２は使用されない。余弦信号に対しては一群の内部センサ５１６が使用される一方、一群の外部センサ５２０は使用されない。
【００３２】
生成されたセンサ信号のＳＮＲを高めることで上記機構が上記ホールセンサ・アレイから使用可能な信号を生成するのを許容すべく、ホールセンサ５０４の残部の出力は以下の如く複製される。図７は、図５のホールセンサ・アレイ機構５００の二重全期間ホールセンサ構成７００を示している。詳細には、正弦信号に関して内部センサ５０８の出力は、７０４により示された如く外部センサ５１２にて鏡映される。余弦信号に関し、内部センサ５１６の符号は７０８により示された如く外部センサ５２０にて反転される。
【００３３】
本明細書中に記述された各実施例は、種々の利点を有している。たとえば、習用の設計態様の２倍の個数のホールセンサからの信号を使用することにより、増大された信号強度が達成され得る。これにより、更に弱い磁気的目標、または、標準的磁石と上記センサとの間の更に大きな間隙も許容され得る。もし同一の空気間隙が使用されるなら、信号は更に良好な信号／ノイズ比を有し、精度に対して有用である。２倍の個数のホールセンサを使用すると更に一貫した信号が生成され得る、と言うのも、個々のホールセンサにおける一切のオフセットもしくは利得の誤差の影響が減少されるからである。また２倍の個数のホールセンサを使用すると、更に大きなＳＮＲも生成される。
【００３４】
本発明の各実施例は、たとえば車両環境において適用可能である。図８は、操舵輪検知システム８０４を有すると共に矢印８０８で示された方向に旋回している自動車両８００の概略的平面図を示している。車両８００は、４個の車輪８１２Ａ、８１２Ｂ、８１２Ｃおよび８１２Ｄを有している。操舵輪検知システム８０４は、固定箇所に関してステアリング・コラム８１６を運転者が何回転だけ回したかを決定する。たとえば幾つかの実施例において操舵輪検知システム８０４は、操舵輪もしくはコラム８１６の３回転、４回転または５回転に亙り絶対的ステアリング・コラム位置を決定し得る。示された実施例において車両８００は、車輪８１２Ａを速度ｓ１にて且つ車輪８１２Ｂを速度ｓ２にて回転させることにより方向８０８に進行する。概略的に、旋回するときに速度ｓ１および速度ｓ２は異なることから、車輪８１２Ａおよび８１２Ｂの間には速度差が在る。
【００３５】
習用的な回動カウンタを使用する代わりに、図９は、先に記述された局所的絶対位置および速度差を組み合わせることにより、本発明の実施例に従う図８の操舵検知システム８０４の断面図を示している。詳細には図９は、操舵検知システム８０４はステアリング・コラム８１６を囲繞することを示している。操舵検知システム８０４の幾つかの構成要素は、ステアリング・コラム８１６と共に回転すべく構成される。たとえば操舵検知システム８０４は、第１の多重磁極式磁気リングすなわち高分解能トラック８２０と、該高分解能トラック８２０を同心的に包囲する多重磁極式磁気リングすなわち低分解能トラック８２４とを含む。
【００３６】
更に、操舵検知システム８０４は、高分解能トラック８２０および低分解能トラック８２４の上方に位置決めされた処理ユニット８２８も含んでいる。幾つかの実施例において処理ユニット８２８は、該処理ユニット８２８の外部の各構成要素と交信するインタフェース８３２を含む。処理ユニット８２８はまた内部センサ・アレイ８３６も含むことで、該処理ユニット８２８の下方の高分解能磁極対の角度的位置を表す出力を生成する。操舵検知システム８０４はまた、低分解能トラック８２４の上方に位置決めされた第１外部センサ８４０、および、同様に低分解能トラック８２４の上方に位置決めされた第２外部センサ８４４も含む。示された実施例において、例示的な高分解能トラックは１２個の磁極対を有する一方、例示的な低分解能トラック８２０は４個の磁極対を有している。斯かる場合、第２外部センサ８４４は第１外部センサ８４０から９０°未満以内または約９０°に位置決めされる。
【００３７】
上述の実施例と同様に、たとえば、（外部センサにより決定される）回転の各セグメント内における絶対的位置と、前車輪８１２Ａおよび８１２Ｂからの速度差速度信号とを組み合わせることにより、操舵検知システム８０４は第２処理ユニット８４８を使用して、操舵輪８１６の数回の回動に亙る完全な絶対位置を決定する。詳細には、前車輪８１２Ａ、８１２Ｂから決定された差分速度は、全ての可能的な９０°セグメントもしくは区画の内のいずれに操舵輪８１６が在るかを区別すべく用いられる。各回動が４個の９０°区画から成るとして、固定位置間３回転式のシステムまたは固定位置間４回転のシステムの如き典型的な操舵システムによれば、操舵輪８１６は１２〜１６個の異なる９０°区画に在り得る。本明細書においては前車輪８１２Ａ、８１２Ｂのみが記述されるが、他の実施例においては後車輪８１２Ｃ、８１２Ｄの速度および方向も使用され得る。
【００３８】
幾つかの実施例において、車輪８１２Ａ、８１２Ｂ間の速度（ｓ１、ｓ２）の比率は、操舵輪８１６の位置に比例して変化する。図１のモータ１０４に関して上述された如く操舵検知システム８０４は、処理ユニット８２８により生成された基準パルス信号の一意的組み合わせを使用することにより、操舵輪８１６（またはその協働ステアリング・コラム）の絶対的位置を特定する。
【００３９】
たとえば、先に論じられた如く操舵検知システム８０４は、処理ユニット８２８により検出された局所的角度位置と、外部センサ８４０、８４４により検出もしくは識別された区画情報と、複数の車輪センサにより検出された差分速度情報とを使用することで、ステアリング・コラム８１６の絶対的位置であって概略的には一回転の間に複数回反復される絶対的位置を生成する。詳細には、操舵検知システム８０４は前車輪８１２Ａ、８１２Ｂからの差分速度情報を使用することで、固定位置間多重回転式の操舵システムにおける複数のセグメント８１６の内のひとつのセグメントを特定する。セグメント８１６の各々のために処理ユニット８２８から生成された複数の一意的な基準パルスを加えることで、上記ステアリング・コラムをひとつのセグメントの半分より多く回動させることなく、一回転内における完全な絶対位置が決定され得る。たとえば、４セグメント式操舵輪８１６および基準パルス構成によれば、特定のセグメントを表す基準パルスは、一回転内において４個のセグメントの各々に対して生成される。故に、各回転内における完全な絶対位置は、操舵輪８１６を最大で４５°だけ回動させることにより決定され得る。すなわち、操舵輪８１６が約４５°だけ一旦回動されたなら、該操舵輪８１６は別の象限内へと交差しており、基準パルスが生成される。
【００４０】
更に、本明細書中において以下に詳述される如く、操舵輪８１６を約３０°だけ回転した後、セグメント８１６の各々における基準パルスにより、前車輪８１２Ａ、８１２Ｂからの差分信号が識別される。たとえば、前車輪８１２Ａ、８１２Ｂにより検出される速度の分解能が疎らすぎもしくは十分に正確ではないなら、または、前車輪８１２Ａ、８１２Ｂの一方が砂地上で滑動しているなら、操舵輪８１６が回動される間に処理ユニット８２８は複数の基準パルスを生成し得る。故に、上記のもしくは同様の状態の故に車輪８１２Ａ、８１２Ｂの位置に関して第２処理ユニット８４８が不確実であるなら、複数のセグメント８１６の各々からの基準パルスが、該当セグメント８１６を特定すべく使用され得る。
【００４１】
図１０は、４個の象限の実施例における例示的な複数の基準パルスパターン１０００を示している。たとえば、ひとつの磁極対においてＮ極からＳ極への変化が在ると、対応する象限においてＣ基準パルスが生成される。同様に、ひとつの磁極対においてＳ極からＮ極への変化が在ると、対応する象限においてＤ基準パルスが生成される。その他の場合、磁極変化がないときには０基準パルスが生成される。図１０に示された如く、第１象限１００４において変化はない。第２象限１００８においてはＮからＳへの磁極変化が在る。同様に、第３象限１０１２においてはＮからＳおよびＳからＮへの両方の磁極変化が在る一方、第４象限１０１６においてはＳからＮへの磁極変化のみが在る。
【００４２】
本発明の種々の特徴および利点は、添付の各請求項に示される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】モータのための第１の例示的な絶対位置検知システムを示す図である。
【図２】図１の磁極対に関する複数のホールセンサ出力を示す図である。
【図３】モータのための第２の例示的な絶対位置検知システムを示す図である。
【図４】図３の磁極対に関する一群のホールセンサ出力を示す図である。
【図５】図１および図３の検知システムに取入れられ得るホールセンサ・アレイ機構を示す図である。
【図６】図５のホールセンサ・アレイの加算的ホールセンサ構成を示す図である。
【図７】図５のホールセンサ・アレイの二重全期間ホールセンサ構成を示す図である。
【図８】車両における操舵システムを示す図である。
【図９】図８の操舵システムの概略図である。
【図１０】例示的な複数の基準パルス・パターンを示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１００  絶対位置検知システム
１０４  モータ
１０８  電機子／シャフト／回転子
１１２  固定子
１１６  磁気セグメント／円弧体
１２０  第１の多重磁極式磁気リング／高分解能トラック
１２４  第２の多重磁極式磁気リング／低分解能トラック
１２８  処理ユニット
１３２  インタフェース
１３６  内部センサ・アレイ
１４０  第１外部センサ／外部ホールセンサ
１４４  第２外部センサ／外部ホールセンサ
１４８  第２処理ユニット
２００  外部センサ出力
２０４  波形
２０８  磁極対
２１０  波形
３００  絶対位置検知システム
３０４  モータ
３０８  電機子／シャフト／回転子
３１２  固定子
３１６  磁気セグメント／円弧体
３２０  第１の多重磁極式磁気リング／高分解能トラック
３２４  第２の多重磁極式磁気リング／低分解能トラック
３２８  処理ユニット
３３２  選択的なインタフェース
３３６  内部センサ・アレイ
３４０  外部センサ／外部ホールセンサ
３４８  第２処理ユニット
４００  出力波形／外部ホールセンサ信号
４０４  基準パルス波形
５００  ホールセンサ・アレイ機構
５０４  ホールセンサ
５０８  内部センサ
５１２  外部センサ
５１６  内部センサ
５２０  外部センサ
７００  二重全期間ホールセンサ構成
７０４  鏡映
８００  自動車両
８０４  操舵輪検知システム
８０８  方向
８１２Ａ、８１２Ｂ  前車輪
８１２Ｃ、８１２Ｄ  後車輪
８１６  ステアリング・コラム／４セグメント式操舵輪
８２０  第１の多重磁極式磁気リング／高分解能トラック
８２４  多重磁極式磁気リング／低分解能トラック
８２８  処理ユニット
８３２  インタフェース
８３６  内部センサ・アレイ
８４０  第１外部センサ
８４４  第２外部センサ
８４８  第２処理ユニット
１０００  基準パルスパターン
１００４  第１象限
１００８  第２象限
１０１２  第３象限
１０１６  第４象限
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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