(57)【要約】  空間検出装置は、ビットパターンを形成するように所定の距離でその円周のまわりにおいて角度的に離間した所定数の歯を有する回転部材と；歯の上昇する縁部及び下降する縁部を検出できる少なくとも１つのセンサと；センサからの入力に基づきビットパターンの少なくとも一部を検出するように形状づけられたプロセッサと；を有する。【選択図】  図１
2008521000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間検出装置において、
ビットパターンを形成するように所定の距離でその円周のまわりにおいて角度的に離間した所定数の歯を有する回転部材と；
上記歯の上昇する縁部及び下降する縁部を検出できる少なくとも１つのセンサと；
上記少なくとも１つのセンサからの入力に基づき上記ビットパターンの少なくとも一部を検出するように形状づけられたプロセッサと；
を有することを特徴とする空間検出装置。
【請求項２】
上記プロセッサが上記少なくとも１つのセンサからの上記入力に基づき上記回転部材の角速度を決定することを特徴とする請求項１に記載の空間検出装置。
【請求項３】
上記プロセッサが上記少なくとも１つのセンサからの上記入力に基づき上記回転部材の角度位置を決定することを特徴とする請求項１に記載の空間検出装置。
【請求項４】
上記少なくとも１つのセンサが、
上記歯の上記上昇する縁部及び下降する縁部を検出するためのトリガセンサと；
上記トリガセンサによる上記上昇する縁部又は下降する縁部の検出に応答して所定の位置での上記歯のビット値を検出するための少なくとも１つの方向センサと；
を有し、上記プロセッサが上記少なくとも１つの方向センサからの入力に基づき上記回転部材の進行方向を決定することを特徴とする請求項１に記載の空間検出装置。
【請求項５】
上記歯の隣接した上昇する縁部間の距離をｄとした場合、第１の方向センサが上記トリガセンサから７ｄ／８の距離に位置することを特徴とする請求項４に記載の空間検出装置。
【請求項６】
第２の方向センサが上記トリガセンサから９ｄ／８の距離に位置することを特徴とする請求項５に記載の空間検出装置。
【請求項７】
上記センサのうちの少なくとも１つがホール効果センサであることを特徴とする請求項４に記載の空間検出装置。
【請求項８】
上記少なくとも１つのセンサが所定数の位置センサを有し；
上記プロセッサが上記位置センサからの入力に基づき上記回転部材の静的な角度位置を決定することを特徴とする請求項１に記載の空間検出装置。
【請求項９】
上記所定数の位置センサのうちの少なくとも１つがホール効果センサであることを特徴とする請求項８に記載の空間検出装置。
【請求項１０】
上記回転部材の上記静的な角度位置を決定するのに必要な上記位置センサの数が次の式に基づき決定されることを特徴とする請求項８に記載の空間検出装置：
【数１】
2008521000.tif 000009
ここで、ＮｏTeethは上記回転部材の円周のまわりで離間した歯の数であり、Ｉｎｔｅｇｅｒは整数を生み出す関数であり、Ｆｒａｃｔｉｏｎは分数を生み出す関数である。
【請求項１１】
上記歯の隣接した上昇する縁部間の距離をｄとした場合、上記位置センサが互いに距離ｄだけ隔てて位置することを特徴とする請求項８に記載の空間検出装置。
【請求項１２】
歯の所定数をｎとし、上記歯の隣接した上昇する縁部間の距離をｄとした場合、上記所定数の位置センサのうちの第１の位置センサがトリガセンサから（ｎｄ＋ｄ／２）の距離に位置することを特徴とする請求項８に記載の空間検出装置。
【請求項１３】
上記ビットパターンがマンチェスターコード化技術に基づきエンコード化されることを特徴とする請求項１に記載の空間検出装置。
【請求項１４】
上記歯の小定数が８であることを特徴とする請求項１に記載の空間検出装置。
【請求項１５】
上記所定数の歯及びその間に形成された空間の各々が個々の２進値に対応し；上記個々の２進値が集合的に上記ビットパターンを形成することを特徴とする請求項１に記載の空間検出装置。
【請求項１６】
上記少なくとも１つのセンサが上記回転部材に隣接して位置することを特徴とする請求項１に記載の空間検出装置。
【請求項１７】
上記ビットパターンが上記歯の上記個々の２進値及びその間に形成された空間に基づく反復する２進数シーケンスを有し、上記反復する２進数シーケンスが所定数のユニークな２進数を有し、上記２進数の各々が上記回転部材のユニークな角度位置に対応することを特徴とする請求項１に記載の空間検出装置。
【請求項１８】
上記プロセッサが上記少なくとも１つのセンサからの上記反復する２進数シーケンスの入力の少なくとも一部に基づき上記回転部材の動的な角度位置を決定することを特徴とする請求項１７に記載の空間検出装置。
【請求項１９】
上記プロセッサがシフト状態図を参照することにより上記回転部材の動的な角度位置を決定することを特徴とする請求項１８に記載の空間検出装置。
【請求項２０】
上記反復する２進数シーケンスにおける上記各２進数の言語寸法が次の式に基づき予め決定されることを特徴とする請求項１７に記載の空間検出装置：
【数２】
2008521000.tif 000010
ここで、ＮｏStatesは上記回転部材の静的な角度位置を決定するのに必要な歯の最小数であり、ＮｏTeethは当該回転部材の円周のまわりで離間した歯の数であり、Ｉｎｔｅｇｅｒは整数を生み出す関数であり、Ｆｒａｃｔｉｏｎは分数を生み出す関数である。
【請求項２１】
所定の距離で回転部材の円周のまわりにおいて角度的に離間した所定数の歯によりエンコード化される上記回転部材の少なくとも１つの空間特性を検出し、ビットパターンを形成する方法において、
少なくとも１つのセンサにより上記歯の各々の上昇する縁部又は下降する縁部を検出する工程と；
上記少なくとも１つのセンサからの入力に基づき、プロセッサを介して、上記ビットパターンの少なくとも一部をデコード化することにより、上記回転部材の上記少なくとも１つの空間特性を決定する工程と；
を有することを特徴とする方法。
【請求項２２】
上記少なくとも１つの空間特性を決定する上記工程が、上記プロセッサにより、上記少なくとも１つのセンサからの上記入力に基づき、上記回転部材の角速度を決定する工程を有することを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
上記少なくとも１つの空間特性を決定する上記工程が、上記プロセッサにより、上記少なくとも１つのセンサからの上記入力に基づき、上記回転部材の角度位置を決定する工程を有することを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
上記少なくとも１つのセンサが、
上記歯の上記上昇する縁部及び下降する縁部を検出するためのトリガセンサと；
上記トリガセンサによる上記上昇する縁部又は下降する縁部の検出に応答して第１の所定の位置での上記歯のビット値を検出するための少なくとも１つの方向センサと；
を有し、上記プロセッサが上記少なくとも１つの方向センサからの入力に基づき上記回転部材の進行方向を決定することを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
上記少なくとも１つのセンサが所定数の位置センサを有し；
上記プロセッサが上記位置センサからの入力に基づき上記回転部材の静的な角度位置を決定することを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
すべての上記歯の上記上昇する縁部が隣接する歯から同じ距離だけ隔てて位置するように、当該歯を位置決めする工程を有することを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
個々の２進値に対応するように、上記所定数の歯の各々を形成し、同歯間に形成される空間を形成する工程を有し；上記個々の２進値が集合して上記ビットパターンを形成することを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２８】
上記ビットパターンが上記歯の上記個々の２進値及びその間に形成された空間に基づく反復する２進数シーケンスを有し、上記反復する２進数シーケンスが所定数のユニークな２進数を有し、上記２進数の各々が上記回転部材のユニークな角度位置に対応することを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２９】
上記プロセッサが上記少なくとも１つのセンサからの上記反復する２進数シーケンスの入力の少なくとも一部に基づき上記回転部材の動的な角度位置を決定することを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
空間検出装置と一緒に使用するための回転部材において、
ビットパターンを形成するように所定の距離でその円周のまわりにおいて角度的に離間した所定数の歯を有し、上記歯のうちの少なくともいくつかが他の歯と異なる円周方向の長さを有することを特徴とする回転部材。
【請求項３１】
すべての上記歯の上記上昇する縁部が隣接する歯から同じ距離だけ隔てて位置するように、当該歯を位置決めする工程を有することを特徴とする請求項３０に記載の回転部材。
【請求項３２】
マンチェスターコード化技術を使用して上記ビットパターンをエンコード化する工程を有することを特徴とする請求項３０に記載の回転部材。
【請求項３３】
上記所定数の歯及びその間に形成された空間の各々が個々の２進値に対応し；上記個々の２進値が集合的に上記ビットパターンを形成することを特徴とする請求項３０に記載の回転部材。
【請求項３４】
上記ビットパターンが上記歯の上記個々の２進値及びその間に形成された空間に基づく反復する２進数シーケンスを有し、上記反復する２進数シーケンスが所定数のユニークな２進数を有し、上記２進数の各々が上記回転部材のユニークな角度位置に対応することを特徴とする請求項３０に記載の回転部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は一般に空間検出の分野に関し、特に、回転部材の角度位置、角速度及び進行方向の決定に関する。
【背景技術】
【０００２】
長年にわたって、回転する物質又は物体の位置及び速度を決定するために種々の装置及び方法が開発されてきた。例えば、機械工学の分野特にクランクシャフト力学の分野においては、例えばエンジンの点火タイミングを改善するために、また、エンジンの誤点火を阻止するために及びエンジン流出物を一層有効に制御するために、エンジンに関連するクランクシャフトの位置及び速度を正確に決定する努力として多くの装置及び方法が開発されてきた。しかし、このような従来の装置及び方法は多数の欠点及び欠陥に苦しむ。
【０００３】
１つの接近法によれば、等間隔で離間した同じ寸法の多数の歯が、例えばクランクシャフトと一体的に回転する目標のホイール上に形成される。目標のホイール及びクランクシャフトの相対的な増分回転位置及び速度は、目標のホイールの近傍に位置する感知素子により歯の上昇する縁部又は下降する縁部の通過を感知することによって、決定される。しかし、目標のホイール上に形成された各歯が等間隔で離間し、同じ寸法を有するので、クランクシャフトの位置は通過する各歯を計数することによってのみ増分的な方法で正確に決定することができる。その結果、クランクシャフトの相対回転位置は常に出発位置即ち基準値のある形に関連して決定しなければならない。
【０００４】
別の接近法によれば、等間隔で離間した歯はクランクシャフトと一体的に回転する目標のホイールの周辺部に沿って形成される。目標のホイールの回転位置は、感知素子によって、目標のホイール上でビットパターンを形成する通過する歯の上昇する縁部及び下降する縁部を監視することにより、決定される。
【０００５】
この従来の接近法によれば、目標のホイールの相対回転位置を正確に決定できるようにする前に、最小数の連続するビットを感知素子により監視しなければならず、計算遅れを生じさせる。更に、最少６つ（６個）の連続するビットを感知素子により監視しなければならないので、この従来の接近法は目標のホイールの静的位置を決定することができない；すなわち、目標のホイールは、その相対回転位置を正確に決定するために、常に運動していなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、出発位置即ち基準値に頼ることなく、回転部材の静的及び動的な角度位置を決定できるようにする要求がある。更に、複数の連続するビットを監視する必要なく、任意の特定の時点で回転部材の角度位置を決定できるようにする要求も付加的に存在する。更に、特に上述の要求を満たすために、回転部材の角速度及び進行方向を検出できることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
少なくとも１つの実施の形態においては、空間検出装置はビットパターンを形成するように所定の距離でその円周のまわりにおいて角度的に離間した所定数の歯を有する回転部材と；歯の上昇する縁部及び下降する縁部を検出できる少なくとも１つのセンサと；センサからの入力に基づきビットパターンの少なくとも一部を検出するように形状づけられたプロセッサと；を有する。
【０００８】
ある実施の形態においては、プロセッサはセンサからの入力に基づき回転部材の角速度を決定するする。プロセッサはまた、回転部材の近傍に位置するセンサからの入力に基づき回転部材の角度位置を決定することができる。
【０００９】
ある実施の形態によれば、空間検出装置は更に歯の上昇する縁部及び下降する縁部を検出するためのトリガセンサと；トリガセンサによる上昇する縁部又は下降する縁部の検出に応答して第１の所定の位置での歯のビット値を検出するための第１の方向センサと；トリガセンサによる上昇する縁部又は下降する縁部の検出に応答して第２の所定の位置での歯のビット値を検出するための第２の方向センサと；を有し、プロセッサは第１の方向センサ及び第２の方向センサからの入力に基づき回転部材の進行方向を決定する。
【００１０】
少なくとも１つの実施の形態においては、歯の隣接した縁部間の距離をｄとした場合、第１の方向センサはトリガセンサから７ｄ／８の距離に位置する。第２の方向センサはまたトリガセンサから９ｄ／８の距離に位置することができる。トリガセンサ、第１の方向センサ及び第２の方向センサの各々はまたホール効果センサとすることができる。
【００１１】
ある実施の形態によれば、空間検出装置は更に所定数の位置センサを有し；プロセッサはこれらの位置センサからの入力に基づき回転部材の静的な角度位置を決定する。所定数の位置センサの各々はホール効果センサとすることができる。
【００１２】
少なくとも１つの実施の形態においては、回転部材の静的な角度位置を決定するのに必要な位置センサの数は次の式に基づき決定される：
【数１】
2008521000.tif 000003
【００１３】
ここに、ＮｏTeethは回転部材の円周のまわりで離間した歯の数であり、Ｉｎｔｅｇｅｒは整数成分であり、Ｆｒａｃｔｉｏｎは分数成分である。
ある実施の形態においては、歯の隣接した縁部間の距離をｄとした場合、位置センサは
互いからｄの距離だけ隔てて位置することができる。所定数の位置センサのうちの第１の位置センサはまたトリガセンサから（ｎｄ＋ｄ／２）の距離に位置することができ、ここに、ｎは歯の所定数であり、ｄは歯の隣接した上昇する縁部間の距離である。
【００１４】
少なくとも１つの実施の形態によれば、ビットパターンはマンチェスターコード化技術に基づきエンコード化される。所定数の歯はまた８個とすることができる。
少なくとも１つの実施の形態においては、所定数の歯及びその間に形成された空間の各々は個々の２進値に対応し、個々の２進値は集合的にビットパターンを形成する。このビットパターンは歯及びその間に形成された空間の個々の２進値に基づく反復する２進数シーケンスを有することができ、反復する２進数シーケンスは所定数のユニークな２進数を有し、２進数の各々は回転部材のユニークな角度位置に対応する。
【００１５】
ある実施の形態によれば、プロセッサは少なくとも１つのセンサからの反復する２進数シーケンスの入力の少なくとも一部に基づき回転部材の動的な角度位置を決定する。プロセッサはまたシフト状態図を参照することにより回転部材の動的な角度位置を決定することができる。
【００１６】
少なくとも１つの実施の形態においては、反復する２進数シーケンスにおける各２進数の言語寸法は次の式に基づき予め決定される：
【数２】
2008521000.tif 000004
【００１７】
ここで、ＮｏStatesは回転部材の静的な角度位置を決定するのに必要な歯の最小数であり、ＮｏTeethは回転部材の円周のまわりで離間した歯の数であり、Ｉｎｔｅｇｅｒは整数成分であり、Ｆｒａｃｔｉｏｎは分数成分である。
【００１８】
少なくとも１つの実施の形態によれば、回転部材の空間特性を検出する方法は、ビットパターンを形成するために所定の距離で回転部材の円周のまわりにおいて角度的に離間する所定数の歯で回転部材をエンコード化する工程と；少なくとも１つのセンサにより歯の各々の上昇する縁部又は下降する縁部を検出する工程と；少なくとも１つのセンサからの入力に基づき、プロセッサを介して、ビットパターンの少なくとも一部をデコード化することにより、回転物体の空間特性を決定する工程と；を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
i．大要
図１は回転部材１４の角度位置、進行方向及び角速度を決定するための空間検出装置１０の例示的な実施の形態を示す。少なくとも１つの例示的な実施の形態によれば、検出装置１０はビットパターンを形成するように回転部材１４の円周のまわりで角度的に離間した所定数の歯１２を有する。図示の実施の形態においては、コード化された歯１２は回転部材１４の全円周のまわりで完全に延びる。
【００２０】
図１に示すセンサ１６、１８、２０のような少なくとも１つのセンサは回転部材１４に近接して位置し、その出力はプロセッサ２２に提供される。回転部材１４は、例えばクランクシャフト、駆動シャフト及びカムシャフト又はこれらの任意の１つと一体的に回転する目標のホイールを含む、当業界で既知の回転できる任意の部材とすることができる。
【００２１】
図１に示すように、歯１２は均一ではない。代わりに、図示の実施の形態においては、歯は「０」又は「１」により表す２つの形状のうちの１つである。図２は図１の実施の形態に関連して使用するための例示的なビットパターンエンコード化技術を示す。一般に、回転部材１４の円周表面に沿って形成された各歯１２は反復するビットパターンを集合的に構成する個々の二進値に対応する。図２に示す例示的なエンコード化技術によれば、２進値「０」は長い谷部２６の前の短い山部２４として歯１２内で画定され、一方、２進値「１」は短い谷部３０の前の長い山部２８として画定される。各歯１２の長さ即ち円周方向の距離「ｄ」は同じである。更に、短い山部２４は短い谷部３０と同じ円周方向の距離を有し、一方、長い谷部２６は長い山部２８と同じ円周方向の距離を有する。
【００２２】
一般にマンチェスターエンコード化と呼ばれるこの例示的なゼロに戻るエンコード化技術は、回転部材１４の進行方向とは無関係に、回転部材１４の表面に沿った歯１２内でエンコード化されたビットパターンを決定することができる。上述のように、この接近法の使用により、回転部材１４の静的及び動的な位置並びにその方向及び速度を導き出すことができる。
【００２３】
図示のエンコード化技術は歯１２の双方向認識を許容する。例えば、回転部材１４が図１に示すように歯１２と一緒に前方方向Ｆ（右から左）へ進行する場合、各歯１２の上昇する縁部３２は２進値の開始を示す。従って、上昇する縁部は（部材１４が一定の角速度で移動する場合）基準値「ｄ」だけ均一に離間即ち時間決めされる。逆に、回転部材１４が歯１２と一緒に後方方向Ｒ（左から右）へ進行する場合、各歯１２の下降する縁部３４が２進値の開始を示す。これは、下降する縁部が基準値「ｄ」だけ均一に離間即ち時間決めされることを意味する。従って、図示の実施の形態においては、各上昇する縁部３２及び各下降する縁部３４は互いに「ｄ」だけ均一に離間する。等間隔で離間したパルスは同期パルスとして参照する。上昇する縁部の同期パルスの場合、正のパルスが負のパルスより（前方方向で）先行し、上昇する縁部は歯の事象（０又は１）の開始を表す。下降する縁部の同期パルスの場合は、負のパルスが正のパルスより（後方方向で）先行し、下降する縁部は歯の事象（これまた０又は１）の開始を表す。
【００２４】
マンチェスターエンコード化技術に関連して歯１２のエンコード化を説明したが、歯１２はまた、例えばゼロへ戻らないエンコード化技術を含む、従来既知の任意のエンコード化技術を使用してエンコード化することができる。隣接した上昇する縁部３２と隣接した下降する縁部３４との間の距離はまた、歯１２が回転部材１４の円周表面に沿って不均一に離間するように、変更することができる。
【００２５】
図１に示す例示的な実施の形態に戻ると、歯１２の上昇する縁部３２又は下降する縁部３４は回転部材１４の近傍に位置する少なくとも１つのセンサにより検出される。少なくとも１つの実施の形態においては、回転部材１４の進行方向は回転部材１４の表面の近傍において形成されたトリガセンサ１６、第１の方向センサ１８及び第２の方向センサ２０により検出される。一括して、センサ１６、１８、２０は「方向グループ」として定義する。
【００２６】
ある実施の形態においては、センサ１６、１８、２０は歯１２の静的位置を検出できるホール効果センサである。当業者にとって既知のように、磁場がコンダクタに垂直に適用された場合、電圧（ホール電圧）は電気コンダクタ内で電流の方向に対して横断方向に発生する。ホール効果が半導体内で最も著しくなるので、しばしば、ホール効果センサは半導体材料で作ったプレートで構成される。回転部材１４が金属である場合に、ホール効果センサは特に有用である。その理由は、多くのこのようなセンサが金属の近接を検出できるからである。
【００２７】
他の実施の形態においては、センサ１６、１８、２０は回転部材１４の運動中に歯１２の上昇する縁部及び下降する縁部を検出できる可変磁気抵抗センサである。しかし、ホール効果センサとは異なり、可変磁気抵抗センサは静的な基準化(referencing)能力を有さず、それ故、可変磁気抵抗センサよりもホール効果センサの方が好ましい。
【００２８】
図１に示す例示的な実施の形態においては、第１の方向センサ１８及び第２の方向センサ２０の出力信号はトリガセンサ１６による上昇する縁部３２の検出によりラッチ・イネーブル化される。図１に示すように、トリガセンサ１６による上昇する縁部３２の検出時に、第１の方向センサ１８及び第２の方向センサ２０の直接下方に位置する各歯１２の２進値が検出される。トリガセンサ１６による上昇する縁部３２の検出時に、第１の方向センサ１８及び第２の方向センサ２０の出力信号はプロセッサ２２に提供されて、回転部材１４の進行方向を決定する。
【００２９】
少なくとも１つの実施の形態においては、プロセッサ２２はトリガセンサ１６に関するラッチされた位置センサ１８、２０の出力に基づき回転部材１４の進行方向を決定する。この例示的な実施の形態によれば、負極の出力は前方進行方向Ｆを示し、一方、正極の出力は後方の進行方向Ｒを示す。図示の実施の形態においては、センサ１８、２０の出力は当業者にとって既知のようなＡＮＤラッチへ送られる。このようなセンサの出力が負（即ち２進値「０」）である場合、プロセッサ２２により、回転部材１４は前方方向に進行しているもの、例えば（ＮＯＴ  ＳA  ＡＮＤ  ＳR  ＝  ０）として決定される。回転部材１４が後方方向に進行しているか否かを決定するため、センサ１８、２０の出力は当業者にとって既知のようなＯＲラッチへ送られる。このラッチの出力が正（即ち２進値「１」）である場合、回転部材は後方方向に進行しているもの、例えば（ＳA  ＯＲ  ＮＯＴ  ＳR  ＝  １）として決定される。
【００３０】
従って、トリガセンサ１６は、センサ１６から多数の歯位置だけ隔てて位置するセンサ１８のための上昇する縁部及び（前方運動に関して）トリガセンサから多数の付加的な歯位置だけ隔てて位置するセンサ２０のための上昇する縁部を検出し、トリガセンサの上昇する縁部３２によりラッチされたその信号を有する。８個の歯が存在するような少なくとも１つの実施の形態によれば、歯１２の隣接した上昇する縁部間の距離をｄとした場合、第１の方向センサ１８はトリガセンサ１６から７ｄ／８の距離に位置する。第２の方向センサ２０はトリガセンサ１６から９ｄ／８の距離に位置することができる。このような方法でのトリガセンサ１６からの第１の方向センサ１８及び第２の方向センサ２０の間隔決めは、第１の方向センサ１８及び第２の方向センサ２０の入力のみから、回転部材１４の進行方向を決定することを許容する。従って、この例示的な実施の形態は時間に合わせて任意の地点で回転部材１４の進行方向を決定することができ、それによって、進行方向を決定する前に多数の連続する２進値を増分的に入力する必要性を排除する。
【００３１】
少なくとも１つの実施の形態においては、回転部材１４の角速度は、プロセッサ２２により、回転部材１４に近接して位置するトリガセンサ１６のような少なくとも１つのセンサからの入力に基づき、決定される。この例示的な実施の形態によれば、回転部材１４の角速度は次の式に基づきプロセッサ２２により決定される：
【数３】
2008521000.tif 000005
【００３２】
ここに、ＶAngularは回転部材１４の角速度であり、Ａｎｇｌｅは回転部材１４の角度であり、ＮｏTeethは回転部材１４の円周のまわりで離間した歯１２の数であり、（Ｔｉｍｅ(時間)／Ｔｏｏｔｈ(歯)）はセンサによる隣接した上昇する縁部３２の検出と次の検出との間の経過時間の量である。回転部材１４の角度は後述するように決定することができる。
【００３３】
回転部材１４の角速度を決定するために使用されるトリガセンサ１６のようなセンサが歯１２の上昇する縁部３２に応答するか又は下降する縁部３４に応答するかは、回転部材１４の進行方向に依存する。例えば、回転部材１４が歯１２と一緒に図１に示すように前方方向Ｆに進行する場合、トリガセンサ１６は各歯１２の上昇する縁部３２に応答する。逆に、回転部材１４が歯１２と一緒に後方方向Ｒに進行する場合、トリガセンサ１６は各歯１２の下降する縁部３４に応答する。
【００３４】
従って、トリガセンサ１６の下方を通過する各歯１２間の経過時間を検出することにより、回転部材１４の進行方向に関係なく、回転部材１４の角速度は単一のセンサからの入力に基づきプロセッサ２２により決定することができる。更に、上述したように、トリガセンサ１６による上昇する縁部３２の検出に応答して第１の方向センサ１８及び第２のセンサ２０の直接下方に位置する歯１２の２進値を検出することにより、回転部材１４の進行方向は時間に合わせて任意の地点で決定することができる。
ii．静的位置の検出
図３は回転部材の角度位置及び角速度を決定するための検出装置の例示的な実施の形態を示す。図４は回転部材の角度位置を決定するために使用される例示的なシフト状態図を示す。
【００３５】
図３を参照すると、少なくとも１つの実施の形態によれば、回転部材１４の静的な角度位置はセンサ３６、３７、３８のような複数の位置センサからの入力に基づきプロセッサ２２により自動的に決定される。回転部材１４の静的な角度位置を決定するのに必要なセンサの数は、次の式で表すように、回転部材１４の表面上に形成される歯１２の数に直接関係する：
【数４】
2008521000.tif 000006
【００３６】
ここに、ＮｏSensorsは回転部材１４の静的な角度位置を決定するのに必要なセンサの数であり、ＮｏTeethは回転部材１４の円周のまわりで離間した歯１２の数であり、Ｉｎｔｅｇｅｒは丸括弧内での式の最も近い整数を得るための関数を特定し、Ｆｒａｃｔｉｏｎは分数を得るための関数である。
【００３７】
図４を参照すると、状態（２進数の組み合わせ）の数はホイールの位置を決定しなければならない歯の数に等しい。式１．２と同様の式は２進状態のＷｏｒｄＳｉｚｅ即ち言語寸法を決定するために使用される：
【数５】
2008521000.tif 000007
【００３８】
ここに、ＮｏStatesは回転部材の静的な角度位置を決定するのに必要な歯の最小数であり、ＮｏTeethは回転部材の円周のまわりで離間した歯の数であり、Ｉｎｔｅｇｅｒ及びＦｒａｃｔｉｏｎは上述のような関数である。
【００３９】
少なくとも１つの例示的な実施の形態においては、８つ（８個）の歯が回転部材１４の表面上に形成され、そのため、上述の式１．２に基づき回転部材１４の静的な角度位置を決定するために３つ（３個）のセンサが必要となる。特に、Ｉｎｔｅｇｅｒ（Ｌｏｇ2（８ｔｅｅｔｈ））＋０＝３センサである。同様に、シャフト位置を決定するのに必要な２進言語寸法は３ビットである。エンコーダホイールの解像度は３６０度を８つの歯で割った値即ち４５度／歯である。
【００４０】
図３の例示的な実施の形態において見られるように、第１の位置センサ（Ｓ1）３６、第２の位置センサ（Ｓ2）３７及び第３の位置センサ（Ｓ3）３８は回転部材１４の表面の近傍に位置し、歯１２の隣接した上昇する縁部間の距離に対応する距離ｄだけ互いに離間する。少なくとも１つの実施の形態においては、センサ３６、３７、３８は歯１２の静的位置を検出できるホール効果センサである。
【００４１】
図３に示す例示的な実施の形態によれば、回転部材１４の静的位置は第１の位置センサ３６、第２の位置センサ３７及び第３の位置センサ３８の直接下方に位置する各歯１２の２進値を検出することにより決定できる。センサ３６、３７、３８は集合的に「位置センサ」と呼ばれる。しかし、ある実施の形態においては、方向センサ１６、１８又は２０のうちの１又はそれ以上も位置センサとして機能することができる。
【００４２】
この実施の形態における３つの位置センサにより検出された２進値は一緒になって回転部材１４のユニークな位置に対応するユニークな２進数を形成する。この実施の形態における３つの位置センサにより検出され、一緒になってユニークな２進数を形成するこれらの２進値は次いでプロセッサ２２へ出力され、プロセッサは次いで、当業界で発見的に知られる状態図又は他の位置関係に基づき、回転部材１４の静的な角度位置を自動的に決定する。
【００４３】
例えば、図３に示す例示的な実施の形態における３つの位置センサにより検出された２進値は一緒になって、第１の位置センサ３６、第２の位置センサ３７及び第３の位置センサ３８の直接下方に位置する各歯１２の２進値に基づき、ユニークな２進数「０００」を形成する。次いで、ユニークな２進数「０００」はプロセッサ２２へ出力される。少なくとも１つの例示的な実施の形態によれば、次いで、プロセッサ２２は図４に示す例示的な状態図３９に基づき回転部材１４の角度位置を決定する。
【００４４】
図４に示すように、所定数のユニークな２進数（「０００」、「００１」、「０１１」等）は状態図３９における所定数の状態４０、４２、４４、４６、４８、５０、５２、５４に対応できる。各状態４０、４２、４４等は回転部材１４のユニークな位置従ってユニークな２進数に対応する。例えば図３に示す例示的な実施の形態によれば、プロセッサ２２は、３つの位置センサからのユニークな２進数「０００」の入力に基づき、回転部材１４の角度位置が状態４０にあることを決定する。
【００４５】
従って、所定数の歯１２の２進値を同時に検出できる複数の位置センサを使用することにより、回転部材１４の角度位置は、従来の検出装置において必要なような運動中の回転部材１４からの複数の連続するビット入力を監視する必要なしに、時間に合わせて任意の特定の地点で決定することができる。換言すれば、この例示的な実施の形態に係る回転部材１４の角度位置は、従って、回転部材１４が静止している場合でさえも、決定することができ、それによって、その位置を決定するために回転部材１４を回転させる必要性を排除する。従って、例えば、エンジンを含む実施の形態においては、計算上の時間遅れは有利に減少し、エンジンを始動する時間が短縮される。
【００４６】
図５に示す例示的な実施の形態において見られるように、複数の位置センサ３６、３７、３８はまたトリガセンサ１６、第１の方向センサ１８及び第２の方向センサ２０に関連して使用することができる。この例示的な実施の形態によれば、第１の位置センサ３６はトリガセンサ１６から（ｎ×ｄ）＋１／２ｄの距離だけ離間し、ここで、ｎは歯の任意の数であり、ｄは任意の隣接した上昇する縁部間の距離である。次いで、第２の位置センサ３７は位置センサ３６からｄの距離だけ離間することができ、第３の位置センサ３８は第２の位置センサ３７からｄの距離だけ離間することができる。
【００４７】
各センサをこのように位置決めすることにより、第１の位置センサ３６、第２の位置センサ３７及び第３の位置センサ３８は、トリガセンサ１６が上昇する縁部３２を検出するときに、山部又は谷部の直接上方に位置することを保証される。このように、第１の位置センサ３６、第２の位置センサ３７及び第３の位置センサ３８は、トリガセンサ１６による上昇する縁部３２の検出時に、第１の位置センサ３６、第２の位置センサ３７及び第３の位置センサ３８により歯１２の２進値を検出できるように、トリガセンサ１６にラッチされることができる。このような方法でのトリガセンサ１６に対する位置センサのラッチは、高速同期作動及び角度位置検出を許容する。
【００４８】
図３に示す例示的な実施の形態においては８つ（８個）の歯及び３つ（３個）の位置センサが使用されるが、回転部材１４の静的位置を決定するのに必要な歯及びセンサの数は式１．２に従って変わることができる。更に、図３に示す例示的な実施の形態において検出されたユニークな２進数の言語寸法は３に等しいが、各ユニークな２進の言語寸法が回転部材１４の位置を検出するために使用される位置センサの数（式１．２の「ＮｏSensors」）に等しいので、各ユニークな２進数の言語寸法はまた使用される位置センサの数に従って変わることができる。
【００４９】
更に、回転部材１４の角度位置を決定できる精度（即ち検出装置の解像度）は回転部材１４の表面上に形成した歯１２の数に直接比例し、この精度は回転部材１４の表面に対して歯１２を付加したり除去したりすることにより変えることができる。換言すれば、検出装置１０の解像度は一層多数の歯１２を使用することにより増大させることができるか又は一層少数の歯１２を使用することにより減少させることができる。
iii．動的位置の検出
少なくとも１つの実施の形態によれば、回転部材１４の動的な角度位置はまた、単一のセンサからの入力に基づき、この単一のセンサからの２進値入力を図４に示すシフト状態図３９と比較することにより、プロセッサ２２によって決定することができる。図５は回転部材の進行方向、角速度及び角度位置を決定するための検出装置の例示的な実施の形態を示す。
【００５０】
図４に示すように、例示的なシフト状態図３９は多数の状態４０、４２、４４、４６、４８、５０、５２、５４を有する。シフト状態図３９における各状態の出力は回転部材１４のユニークな角度位置に対応する。この例示的な実施の形態によれば、図５に示すユニークな２進数シーケンス５６は状態４０、４２、４４、４６、４８、５０、５２、５４の出力値を順番に追うことにより形成される。この例においては、ユニークな２進数シーケンス５６は２進数「０００」、「００１」、「０１１」、「１１１」、「１１０」、「１０１」、「０１０」、「１００」（即ち、十進数にして、「０」、「１」、「３」、「７」、「６」、「５」、「２」、「４」）に等しく、シーケンス５６における各ユニークな２進数は回転部材１４のユニークな角度位置に対応する。
【００５１】
少なくとも１つの実施の形態においては、プロセッサ２２は、単一のセンサからのこの反復する２進数シーケンス５６の入力の少なくとも一部に基づき、回転部材１４の動的な角度位置を決定する。例えば、図３に示す第１の位置センサ３６のような単一のセンサがその直接下方を通過する運動中の歯１２からの言語寸法（この場合、３）に等しい複数のビット値を検出して出力してしまった後、次いで、プロセッサ２２は回転部材１４の角度位置を正確に決定できる。例えば、第１の位置センサ３６が２進数「０１１」を一緒に形成する２進値「０」、「１」、「１」を順番に検出した場合、次いで、プロセッサ２２は、回転部材１４の角度位置が状態４４にあるものと決定する。
【００５２】
少なくとも１つの実施の形態によれば、言語寸法に等しい複数のビット値が第１の位置センサ３６からプロセッサ２２へ入力されてしまった後、シフト状態図３９はまた、第１の位置センサ３６の下方を通過する各歯１２からの各２進値の検出時に、回転部材１４の角度位置を決定するために使用することができる。例えば、２進数「０１１」を一緒に形成する２進値「０」、「１」、「１」が第１の位置センサ３６からプロセッサ２２へ提供されてしまった後、次いで、プロセッサ２２は、第１の位置センサ３６による単一の２進値の検出時に、最初に検出された２進数「０１１」を新たに入力された２進値だけシフトさせることにより、回転部材１４の動的な角度位置を検出することができる。換言すれば、第１の位置センサ３６が２進値「１」を検出した場合、プロセッサ２２は先に入力された２進数「０１１」を１ビットだけシフトさせることができ、シフト状態図３９における状態４６に対応する２進数「１１１」を得る。
【００５３】
従って、先に入力された２進数を第１の位置センサ３６により検出された各新たな２進値だけシフトさせることにより、プロセッサ２２は、単一の入力された２進値に基づき、シフト状態図３９を参照しながら回転部材１４の動的な角度位置を決定することができる。従って、回転部材１４の動的な角度位置は単一のセンサからの単一の入力に基づいて決定することができ、計算時間を短縮し、装置の複雑さを減少させる。
【００５４】
シフト状態図３９は８つ（８個）の状態を含むものとして示すが、状態の任意の数又は組合せを使用することができる。例えば、たった５つ（５個）の状態が望ましい場合は、８個の代わりに５個の歯１２を回転部材１４の円周に形成することができる。次いで、状態４６、５０、５２はシフト状態図３９から除去することができ、それによって、２進数シーケンス５６は状態４０から状態４２、状態４４状態４８、状態５４へ進み、状態４０へ戻ることにより経路を完成させる。状態の数を変更することにより、結果としての２進数シーケンス５６も変更される。たった５つ（５個）の状態が望ましいような例においては、結果としての２進数シーケンスは「０００」、「００１」、「０１１」、「１１０」、「１００」（即ち、十進数にして、「０」、「１」、「３」、「６」、「５」）に等しくなる。一般に、一層多くの状態は回転部材１４の速度及び位置を決定する際の一層大きな解像度を提供し、一方、一層少ない状態は一層有効な計算を許容することを理解すべきである。
【００５５】
所望の状態の数又は所望の２進数シーケンス５６に従って、シフト状態図３９を通して種々の代わりの経路を選択することができる。例えば、シフト状態図３９を通る代わりの経路は状態４０から状態４２、状態５２、状態５０、状態４４、状態４６、状態４８、状態５４へと選択することができ、２進数シーケンス「０００」、「００１」、「０１０」、「１０１」、「０１１」、「１１１」、「１１０」、「１００」（即ち、十進数にして、「０」、「１」、「２」、「５」、「３」、「７」、「６」、「４」）を得る。
【００５６】
更に、少なくとも１つの例示的な実施の形態によれば、シフト状態図３９に使用される状態の数は常に、
【数６】
2008521000.tif 000008
の関係により表されるような偶数であり、ここに、ＮｏStatesはシフト状態図３９における状態の数であり、ｎは所定数であり、ＷｏｒｄＳｉｚｅは各ユニークな２進数の言語寸法である。シフト状態図はまた、前方Ｆ又は後方Ｒの方向に進行しているときの回転部材１４の動的な角度位置を決定するのに適するようにすることができる。
【００５７】
一般に、本開示の教示に従って、検出装置１０の回転方向が最初に決定され、これに続いて角速度が決定される。最後に、装置１０の位置をプロセッサ２２により位置決めすることができる。
iv．代わりの実施の形態
特許法令の規定に従って、原理及び作動モードを説明し、図示した。しかし、ここで述べた実施の形態は、その精神又は要旨から逸脱することなく特に説明し図示したものとは異なって実践できること、及び、ここで述べた装置及び方法は特許請求の範囲によってのみ限定されるべきであることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】回転部材の進行方向及び角速度を決定するための検出装置の例示的な実施の形態を示す図である。
【図２】例示的なビットパターンエンコード化技術を示す図である。
【図３】回転部材の角度位置及び角速度を決定するための検出装置の例示的な実施の形態を示す図である。
【図４】回転部材の角度位置を決定するために使用される例示的なシフト状態を示す図である。
【図５】回転部材の進行方向、角速度及び角度位置を決定するための検出装置の例示的な実施の形態を示す図である。
【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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【国際調査報告】
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