(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサデバイスであって、
シャフト（１００）の端面上に配置される磁石（２２０）の磁界内に配置される磁界感応要素（２１０）と、
前記シャフト（１００）に対して非対称に配置された複数の歯（２１、２２、２３）をエミュレートしたものである、前記シャフト（１００）の相異なる配向角度に対応付けたパルスエッジ（１１Ａ、１１Ｂ、１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ、１３Ｂ）を記憶する、歯エミュレータ用の角度マッピングメモリ（２６０）と、
前記磁界感応要素（２１０）の出力信号（ＳＥＮＳＥ）と前記角度マッピングメモリ（２６０）に記憶されたパルスエッジ（１１Ａ、１１Ｂ、１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ、１３Ｂ）とを比較して、パルスエッジ（１１Ａ、１１Ｂ、１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ、１３Ｂ）が付いたパルスパターンの信号（１１、１２、１３）を生成するパルスパターン生成器（２５０）と、
前記磁界感応要素（２１０）の出力信号（ＳＥＮＳＥ）を受け、当該出力信号（ＳＥＮＳＥ）から、絶対角度信号（ＡＡＳ）により、０°〜３６０°の範囲内の前記磁界の配向角度を一義的に測定する絶対角度信号生成器（２７０）と、
モード選択信号（ＳＴＡＴＵＳ）に応じて、前記パルスパターン生成器（２５０）のパルスパターン信号（１１、１２、１３）と前記絶対角度信号生成器（２７０）の絶対角度信号（ＡＡＳ）のいずれかまたは両方を選択して出力するモード選択器（２８０）とを備え、
前記シャフトは、車両の車輪軸のシャフトである、
センサデバイス。
【請求項２】
前記磁界感応要素の出力信号（ＳＥＮＳＥ）から前記シャフト（１００）の角速度を表現する追加信号を生成する追加信号生成器（２７０）を有する、請求項１に記載のセンサデバイス。
【請求項３】
前記追加信号が前記シャフトの１旋回当たり既定の数の周期を有する、請求項２に記載のセンサデバイス。
【請求項４】
車両の伝動装置のシャフト（１００）と、
前記シャフト（１００）の端面上に配置される磁石（２２０）と、
前記磁石の（２２０）の磁界内に配置される磁界感応要素（２１０）と
を含む変速のためのシステムであって、更に
前記シャフト（１００）に対して非対称に配置された複数の歯（２１、２２、２３）をエミュレートしたものである、前記シャフト（１００）の相異なる配向角度に対応付けたパルスエッジ（１１Ａ、１１Ｂ、１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ、１３Ｂ）を記憶する、歯エミュレータ用の角度マッピングメモリ（２６０）と、
前記磁界感応要素（２１０）の出力信号（ＳＥＮＳＥ）と前記角度マッピングメモリ（２６０）に記憶されたパルスエッジ（１１Ａ、１１Ｂ、１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ、１３Ｂ）とを比較して、パルスエッジ（１１Ａ、１１Ｂ、１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ、１３Ｂ）が付いたパルスパターンの信号（１１、１２、１３）を生成するパルスパターン生成器（２５０）と、
前記磁界感応要素（２１０）の出力信号（ＳＥＮＳＥ）を受け、当該出力信号（ＳＥＮＳＥ）から、絶対角度信号（ＡＡＳ）により、０°〜３６０°の範囲内の前記磁界の配向角度を一義的に測定する絶対角度信号生成器（２７０）と、
モード選択信号（ＳＴＡＴＵＳ）に応じて、前記パルスパターン生成器（２５０）のパルスパターン信号（１１、１２、１３）と前記絶対角度信号生成器（２７０）の絶対角度信号（ＡＡＳ）のいずれかまたは両方を選択して出力するモード選択器（２８０）とを備える、システム。
【請求項５】
前記磁石が、
直径方向に磁性を帯びた磁石ピル、
前記シャフトの軸に対して半径方向に広がる扁平要素、および
磁気双極子を形成する円盤状要素であって、前記円盤の一方の半分はＮ磁極を形成し、前記円盤の他方の半分はＳ磁極を形成する、円盤状要素、
を含む群から選択される、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記磁界感応要素が前記シャフトの軸方向延長線に配置され、前記磁石に対して間隙によってオフセットされ、
前記磁石が前記シャフトの軸上に配置される、
請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
前記磁界感応要素の出力信号（ＳＥＮＳＥ）から前記シャフト（１００）の角速度を表現する追加信号を生成する追加信号生成器（２７０）を有する、請求項４に記載のシステム。
【請求項８】
前記追加信号が前記シャフトの１旋回当たり既定の数の周期を有する、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
ハウジングであって、前記シャフトの少なくとも部分は前記ハウジング内で回転し、前記磁界感応要素は前記ハウジングに取り付けられる、ハウジングをさらに含む、請求項４に記載のシステム。
【請求項１０】
車両の車輪軸のシャフト（１００）と、
前記シャフト（１００）の端面上に配置される磁石（２２０）と、
前記磁石の（２２０）の磁界内に配置される磁界感応要素（２１０）と
を含むシステムであって、更に
前記シャフト（１００）に対して非対称に配置された複数の歯（２１、２２、２３）をエミュレートしたものである、前記シャフト（１００）の相異なる配向角度に対応付けたパルスエッジ（１１Ａ、１１Ｂ、１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ、１３Ｂ）を記憶する、歯エミュレータ用の角度マッピングメモリ（２６０）と、
前記磁界感応要素（２１０）の出力信号（ＳＥＮＳＥ）と前記角度マッピングメモリ（２６０）に記憶されたパルスエッジ（１１Ａ、１１Ｂ、１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ、１３Ｂ）とを比較して、パルスエッジ（１１Ａ、１１Ｂ、１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ、１３Ｂ）が付いたパルスパターンの信号（１１、１２、１３）を生成するパルスパターン生成器（２５０）と、
前記磁界感応要素（２１０）の出力信号（ＳＥＮＳＥ）を受け、当該出力信号（ＳＥＮＳＥ）から、絶対角度信号（ＡＡＳ）により、０°〜３６０°の範囲内の前記磁界の配向角度を一義的に測定する絶対角度信号生成器（２７０）と、
モード選択信号（ＳＴＡＴＵＳ）に応じて、前記パルスパターン生成器（２５０）のパルスパターン信号（１１、１２、１３）と前記絶対角度信号生成器（２７０）の絶対角度信号（ＡＡＳ）のいずれかまたは両方を選択して出力するモード選択器（２８０）とを備える、システム。
【請求項１１】
前記磁石が、
直径方向に磁性を帯びた磁石ピル、
前記シャフトの軸に対して半径方向に広がる扁平要素、および
磁気双極子を形成する円盤状要素であって、前記円盤の一方の半分はＮ磁極を形成し、前記円盤の他方の半分はＳ磁極を形成する、円盤状要素、
を含む群から選択される、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記磁界感応要素が前記シャフトの軸方向延長線に配置され、前記磁石に対して間隙によってオフセットされ、
前記磁石が前記シャフトの軸上に配置される、
請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記磁界感応要素の出力信号（ＳＥＮＳＥ）から前記シャフト（１００）の角速度を表現する追加信号を生成する追加信号生成器（２７０）を有する、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記シャフトの前記端面が前記車輪軸の車輪軸受と反対側にあり、
前記シャフトが前記端面と前記車輪軸受との間の車軸支持体に回転自在に接続される、請求項１０に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、センサデバイス、およびセンサデバイスを含むシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
シャフトの回転検知は、各種技術分野で行われているさまざまな制御機能の信頼性が、シャフトの検知された回転を拠り所にしている。例えば、伝動装置のシャフトの回転速度または角速度を用いて、伝動装置の動作を制御する。例えば、車輪軸のシャフトの角速度を用いて、対応する車輪の摩擦を監視するために用いられてもよく、これは車両内のアンチブロッキングシステムまたは電子安定システムのために有用となり得る。
【０００３】
シャフトの回転を検知する周知の方法では、シャフト上に強磁性歯車を配置し、センサを用いて歯車の歯の通過を検出する。通例、センサはシャフトの回転軸から少し離れて配置される。多くの場合、センサは強磁性歯車から半径方向にオフセットされて配置される。このようなセンサの出力は通例、回転のスピードに応じてパルスの周波数が変化するパルスのパターンに対応する。歯車のそれぞれの歯を、歯車の他の歯とは異なるサイズにすることによって、シャフトの単一の回転の途中の異なる角度位置を区別することが可能になる。例えば、歯のうち１つだけを他と異なるものにし、それにより、歯車の角度位置が特定され得るようにすることが考えられる。いかなる限定をするものでもないが、歯のうち２本以上を特定可能にし、それによって、角度位置のうち２つ以上を特定可能にしてもよい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、このような歯車を用いた回転角度の評価は、シャフトが実際に回転していることを必要とする。時として、絶対配向を判定するためには、少なくとも１回の完全な回転が必要とされる。さらに、パルスの検知されたパターンから回転角度を正確に推定するためには、複雑なアルゴリズムが必要となり得る。同様に、達成可能な精度は、歯車の製作精度、およびセンサを歯車に対して装着する際の精密度に大きく依存し得る。なおさらに、歯車−時により、磁気エンコーダ歯車とも呼ばれる−はかなり大きな空間が必要となり得、比較的高価になり得る。
【０００５】
したがって、シャフトの回転を効率的かつ正確な方法で検知することを可能にする技法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態によれば、センサデバイスが提供される。センサデバイスは、磁石の磁界内に配置される磁界感応要素を含んでもよい。磁石はシャフトの端面上に配置されてもよい。磁界感応要素は、０°〜３６０°の範囲内の磁界の配向角度を検知するように構成されてもよい。シャフトは、車両の伝動装置のシャフト、またはブラシレスＤＣモータのシャフト、または車両の車輪軸のシャフトのうちの１つであってもよい。
【０００７】
さらなる実施形態によれば、システムが提供される。システムは、車両の伝動装置のシャフトと、シャフトの端面上に配置される磁石と、を含んでもよい。システムは、磁石の磁界内に配置される磁界感応要素をさらに含んでもよい。磁界感応要素は、０°〜３６０°の範囲内の磁界の配向角度を検知するように構成されてもよい。
【０００８】
さらなる実施形態によれば、ブラシレス直流（ＤＣ）モータのシャフトと、シャフトの端面上に配置される磁石と、を含んでもよいシステムが提供される。システムは、磁石の磁界内に配置される磁界感応要素をさらに含んでもよい。磁界感応要素は、０°〜３６０°の範囲内の磁界の配向角度を検知するように構成されてもよい。
【０００９】
さらなる実施形態では、車両の車輪軸のシャフトを含んでもよいシステムが提供される。システムは、シャフトの端面上に配置される磁石と、磁石の磁界内に配置される磁界感応要素と、を含んでもよい。磁界感応要素は、０°〜３６０°の範囲内の磁界の配向角度を検知するように構成されてもよい。
【００１０】
本開示のさらなる実施形態によれば、他のデバイス、システム、または方法が提供されてもよい。このような実施形態は、添付の図面と関連して以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示の一実施形態に係るセンサデバイスの概略図である。
【図２】センサデバイスの機能性を概略的に示すためのブロック図を示す。
【図３Ａ】一実施形態に係るセンサデバイスによって生成される信号内のパルスパターンの例を示す図である。
【図３Ｂ】センサと組み合わせた強磁性歯車の概略図であって、強磁性歯車は、図３Ａのパルスパターンに実質的に対応するプロファイルを有する、図である。
【図４】センサデバイス、および車両の伝動装置のシャフトを含む一実施形態に係るシステムの概略図である。
【図５】センサデバイス、および車両の車輪軸のシャフトが設けられる一実施形態に係るシステムの概略図である。
【図６】センサデバイス、およびブラシレスＤＣモータのシャフトが設けられる一実施形態に係るシステムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下において、添付の図面を参照して種々の実施形態が詳細に説明される。これらの実施形態は単に例としての役割を果たすのみであって、限定として解釈されることを意図してない。例えば、複数の特徴を有する実施形態に対して、他の実施形態は、より少ない特徴および／または代替的な特徴を含んでもよい。さらに、異なる実施形態からの特徴は、特に断りのない限り、互いに組み合わせられてもよい。
【００１３】
以下に例示されるとおりの実施形態は、シャフト、特に、車両の伝動装置のシャフト、ブラシレスＤＣモータのシャフト、および車両の車輪軸のシャフトの回転を検知する技法に関する。例示されている実施形態は、対応するセンサデバイス、システム、および方法を包括する。
【００１４】
例示されている実施形態では、磁石の磁界内に配置される磁界感応要素が利用される。磁石はシャフトの端面上に配置される。磁界感応要素は、０°〜３６０°の範囲内の磁界の配向角度を検知するように構成される。この角度から、磁界の配向角度を一義的に測定することが可能になり得る。
【００１５】
磁界感応要素は、いかなる限定をするものでもないが、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）効果、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）効果、またはホール効果等の、磁気抵抗効果に基づいてもよい。磁界感応要素の実施形態の例は、シャフトの端面と平行であり、かつシャフトの長手方向および回転軸と垂直である平面内に２つの異なる最大感度方向を有する２つのＧＭＲデバイスに基づくことができよう。このような磁界感応要素は、シャフトの回転軸と垂直に配向した磁性を有する磁石の磁界の配向角度の正確な検出を可能にし得る。特に、このような磁界感応要素は、シャフトと一緒に回転する磁石の磁界の配向を検知するためにコンパスのような様式で用いられてもよい。
【００１６】
さらに、例示されている実施形態は、パルスエッジの、配向角度への記憶された対応付けを利用してもよい。いくつかの実施形態では、対応付けは、例えば、メモリをプログラムすることによって、構成可能であることができる。この対応付け、および磁界感応要素によって検知されたとおりの磁界の配向角度に応じて、立ち上がりパルスエッジおよび立ち下がりパルスエッジを有するパルスのパターンを含む第１の信号が生成される。第１の信号内において、立ち上がりエッジおよび／または立ち下がりエッジは、磁界感応要素によって検知されるとおりの既定の配向角度に対応付けられてもよい。第１の信号は、先に説明したように、非対称な歯車に基づくセンサアセンブリによって生成されるとおりのパルスパターンをエミュレートするために用いられてもよい。これによって、このような非対称な歯車に依存する既存のセンサデバイスとの互換性を達成する、第１のもののこのような形態。
【００１７】
加えて、検知された角度配向は、０°〜３６０°の範囲内のシャフトの回転角度を表現する第２の信号を生成するために用いられてもよい。後者の場合には、回転角度は、デジタル値、アナログ値、またはパルス幅変調信号によって表現されてもよい。パルス幅変調信号は、換言すれば、パルス幅変調値に対応してもよい。第１の信号または第２の信号のどちらかを出力するために、異なる動作モードが提供されてもよい。例えば、センサデバイスは、センサデバイスが第１の信号を出力する第１の動作モード、およびセンサデバイスが第１の信号の代わりに第２の信号を出力する第２の動作モードを提供されてもよい。同様に、センサは、さらに別の動作モードでは、第１の信号および第２の信号の両方を出力してもよい。
【００１８】
いくつかの実施形態では、磁界感応要素によって検知されたとおりの磁界の配向はまた、追加信号を生成するための基盤として用いられてもよい。例えば、検知された配向角度に応じて、シャフトの角速度を表現する追加信号が生成されてもよい。角速度は、いかなる限定をするものでもないが、デジタル値、アナログ値、またはパルス幅変調信号によって表現されてもよい。追加信号はシャフトの１旋回当たり既定の周期数を有してもよい。換言すれば、信号の基本構成ブロック−パルスまたは半波もしくは全波等−の繰り返しが、決まった既定の数に達してもよい。非限定例として、１旋回当たり１０の数のデューティサイクルがあってもよい。既定の周期数は、歯車に基づいて動作する従来のセンサデバイス出力をエミュレートすることを可能にし得る。既定の周期数は、エミュレートされる歯車の歯の数に対応してもよい。
【００１９】
これより、図面を参照して上述の実施形態をさらに説明する。
【００２０】
図１は、一実施形態に係るセンサデバイス２００を概略的に示す。センサデバイス２００は、シャフト１００の回転、すなわち、配向および／または角速度を検知するように構成される。したがって、以下におけるセンサデバイス２００は回転センサとも呼ばれることになる。
【００２１】
シャフトは、車両の伝動装置のシャフト、またはブラシレスＤＣモータのシャフト、または車両の車輪軸のシャフトのうちの１つであってもよい。
【００２２】
例示されている実施形態では、センサデバイス２００は、以下においてセンサ要素とも呼ばれる、磁界感応要素２１０と、磁石２２０とを含む。さらに、例示されている実施形態では、出力回路２３０が設けられる。図示されているように、磁石２２０は、シャフト１００の端面上に装着される円盤状の双極子磁石であってもよい。（Ｓ極「Ｓ」からＮ極「Ｎ」への）磁石２２０の磁性は、シャフト１００の長手方向回転軸１１０に対して垂直に配向している。磁性は、内部に作用する磁界に対応してもよい。磁石２２０のＮ極とＳ極との境界は磁性と垂直に配向していてもよい。したがって、矢印によって指示されるようにシャフトが回転すると、磁石２２０の磁界の配向は、（図１において軸の遠位端から磁石の方を見て）シャフト１００の長手方向回転軸１１０の周りに反時計回りに変化する。
【００２３】
上述のように、センサ要素２１０は、例えば、シャフト１００の長手方向回転軸１１０と垂直である平面内で異なる最大感度方向を各々有する２つのＧＭＲデバイスに基づいてもよく、それにより、０°〜３６０°の範囲内の磁界の配向の絶対角度を検知することを可能にする。
【００２４】
磁石２２０の幾何学的形状および磁界配位は特に限定されない。上述のように、図１のシナリオでは、磁気双極子を形成する円盤状要素が示されている。円盤の一方の半分はＮ磁極Ｎを形成し、円盤の他方の半分はＳ磁極Ｓを形成する。磁軸、すなわち、Ｎ極ＮとＳ極Ｓとの幾何学的連結線、はシャフトの軸と垂直に配向している。複数のＮ極および対応するＳ極を含む磁気多極子要素が用いられることも可能である。これは、磁界の配向角度の検知における感度および精度を高め得る。このようなシナリオでは、回転センサは通例、磁石２２０によって生成される磁界の空間的形状に関する情報を用いて事前に構成される。一実施形態では、シャフト１００の軸に対して半径方向に広がる扁平要素を用いることが望ましい場合がある。これは、あまり多くの空間が利用可能でない状況においてさえも配向の検知を可能にし得る。しかし、要素であって、その半径方向寸法に比して相当な厚さを有する要素を用いることも可能である。図１のシナリオに示されるように、磁石の半径方向寸法はほぼシャフト１００の半径方向寸法の程度であってもよい。しかし、一般に、磁石２２０の半径方向寸法はシャフト１００の半径方向寸法よりも相当に大きいかまたは小さいことも可能である。例えば、一シナリオでは、磁石ピルが磁石２２０として用いられてもよい。磁石ピルは、実質的に細長い要素であって、その対向端部上に磁極が位置する要素であってもよい。細長いとは、実質的に１次元に延びた要素に言及してもよい。例えば、磁石ピルは直径方向に磁性を帯びていてもよい。
【００２５】
図１から分かるように、センサ要素２１０は、（図１における破線によって指示されるように）シャフト１００の軸方向延長線に配置されれ、磁石２２０に対して間隙によってオフセットされている。具体的には、図１に示されているように、シャフト１００は回転する一方で、センサ要素２１０は静止していてもよい。
【００２６】
さらに、センサデバイス２００は、センサ要素２１０によって検知されたとおりの磁界の配向角度からさまざまな種類の出力信号を生成するように構成される電子出力回路２３０を含んでもよい。センサ要素２１０および出力回路２３０は、同じ半導体チップ上、または同じチップパッケージ内に配置されてもよい。図２のブロック図によって出力回路２３０の機能性がさらに示されている。
【００２７】
図２に示されているように、出力回路２３０は、パルスパターン生成器２５０およびメモリ２６０を含んでもよい。パルスパターン生成器２５０は、パルスのパターンを含む信号ＰＰを生成するように構成される。これは、図２において信号ＳＥＮＳＥによって表現される、磁界の検知された配向角度、およびメモリ２６０内に記憶されているとおりのパルスエッジ（ＰＥ）角度対応付けに応じて遂行される。メモリ２６０は、例えば、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、プログラマブルＲＯＭ（ＰＲＯＭ）、消去可能ＰＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ）、またはフラッシュメモリ等の、好適な種類の半導体メモリによって実装されてもよい。ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、またはフラッシュメモリを用いるメモリ２６０の一実施形態は、メモリ２６０内に記憶されたＰＥ角度対応付けの構成またはさらには再構成を可能にするために用いられてもよい。
【００２８】
例示されている実施形態では、メモリ２６０内に記憶されたＰＥ角度対応付けは、パルスパターンのパルスごとに、パルスの立ち上がりエッジに関連付けられる配向角度およびパルスの立ち下がりエッジに関連付けられる配向角度を定義する。したがって、パルスパターン生成器２５０は、検知された配向を対応付け内の配向角度と比較し、検知された配向角度が、立ち上がりエッジに対応する配向角度を通過した場合には、信号ＰＰの値を高い値に切り換えるか、または、検知された配向角度が、立ち下がりエッジに対応する配向角度を通過した場合には、信号ＰＰの値を低い値に切り換えることによって、動作してもよい。このように、シャフト１００が完全に回転する間に、各パルスはそのデューティサイクルに関して他のパルスと異なる、非対称性の高いパルスパターンを含むさまざまな種類のパルスパターンが生成されてもよい。
【００２９】
さらに図示されているように、出力回路２３０はまた、０°〜３６０°の範囲内のシャフト１００の絶対配向角度を表現する信号ＡＡＳを生成するように構成される絶対角度信号生成器２７０を含んでもよい。信号ＡＡＳは、例えば、シャフト１００の絶対配向角度をアナログ値として表現してもよい。さらに、信号ＡＡＳはシャフト１００の絶対配向角度をデジタル値またはパルス幅変調信号として符号化してもよい。絶対角度信号生成器２７０は、センサ要素によって検知されたとおりの磁界の配向角度から、例えば、シャフト１００上の磁石２２０の装着配向を考慮に入れたオフセット、および／またはあらゆるさらなる基準オフセットを加えることによって、シャフト１００の絶対配向角度を導出してもよい。絶対角度信号生成器２７０はまた、非限定例として、例えば、信号ＳＥＮＳＥのアナログ表現から信号ＡＡＳのデジタルまたはパルス幅変調表現への、信号変換を実行してもよい。代替的に，または追加的に、パルスパターン生成器２５０が信号変換を実行してもよい。
【００３０】
いくつかの実施形態では、絶対角度信号生成器２７０はまた、センサ要素２１０によって検知された配向角度から１つ以上の追加信号を生成するように構成されてもよい。例えば、絶対角度信号生成器２７０は、例えば、シャフト１００の絶対配向角度の時間微分を計算することによって、シャフト１００の角速度を表現する信号を生成してもよい。任意選択的に、回転の方向が符号化されてもよい。歯車と相互作用する従来のセンサ要素を用いて得られる出力信号をエミュレートするために、例えば、絶対角度信号生成器２７０は、信号が、シャフトの１旋回当たり既定の数の周期、非限定例として１２または２０周期、を有するような、シャフト１００の角速度を表現する信号を出力することが可能である。このような信号は、対応する数の歯を有する歯車と相互作用する従来の絶対角度信号生成器を用いて得られる信号をエミュレートするために適し得る。
【００３１】
さらに図示されているように、図２の出力回路２３０はモード選択器２８０を含んでもよい。モード選択器２８０は、出力回路２３０の異なる動作モードを選択するために用いられてもよい。具体的には、モード選択器２８０は、出力回路２３０が信号ＰＰをその出力信号ＯＵＴとして出力する、第１の動作モードを選択するためにさらに用いられてもよい。モード選択器２８０は、出力回路が信号ＡＡＳをその出力信号ＯＵＴとして出力してもよい、第２の動作モードを選択するために用いられてもよい。任意選択的に、モード選択器２８０は、出力回路２３０が、回転スピードを指示する追加信号を出力する、第３の動作モードを選択するために用いられてもよい。
【００３２】
特定の動作モードを選択するためにモード選択器２８０によって用いられる種々の決定基準が考えられる。例えば、シャフトの回転の始動段階では、モード選択器２８０は第２の動作モードを選択してもよく、それにより、シャフトが実質的に静止している時、すなわち、信号ＰＰは回転角度の関係のために十分な数のパルスをまだ有していない可能性がある時でさえも、シャフト１００の回転角度に関する有用な情報を提供する。シャフト１００の決まった数の回転後、例えば、１回の完全な回転後、またはシャフト１００の角速度が閾値を超えた時に、モード選択器２８０は、従来の歯車ベースの回転センサによって通例提供されるとおりの出力信号をエミュレートするために出力信号ＯＵＴが生成されてもよい、第１の動作モードを選択してもよい。
【００３３】
出力回路２３０が複数の信号を出力することもまた可能である。例えば、信号ＡＡＳが出力されてもよく、追加信号が同一の動作モード内で出力されてもよい。このときには、配向および回転スピードの両方を導出することが可能になり得る。
【００３４】
図３Ａに、信号ＰＰ内に含まれるとおりのパルスパターンの例が示されている。このパルスパターンは、図３Ｂに概略的に示されているとおりの歯車２０の磁界内に配置された回転センサ２５の出力信号をエミュレートすると仮定されている。図示されている例では、パルスパターンは、異なるデューティサイクルを各々有する３つのパルス１１、１２、１３からなる。各パルス１１、１２、１３は、回転センサ２５とともに用いられる歯車２０の特定の歯２１、２２、２３に対応する。与えられた例では、パルス１１は歯車２０の歯２１に対応し、パルス１２は歯車２０の歯２２に対応し、パルス１３は歯車２０の歯２３に対応する。
【００３５】
図３Ｂに示される歯車２０上において、歯２１、２２、２３は各々、軸に対して実質的に半径方向に延びる２つのエッジ２１Ａ、２１Ｂ、２２Ａ、２２Ｂ、および２３Ａ、２３Ｂを有する。エッジ２１Ａ、２１Ｂ、２２Ａ、２２Ｂ、および２３Ａ、２３Ｂの各対はそれぞれの歯２１、２２、２３の角度位置および周辺延在部を規定する。歯車２０の回転中に回転角度αが増大すると、歯２１、２２、２３はその後、センサ２５を通過する。例えば、センサ２５は、ホールセンサ、ＧＭＲセンサ、ＴＭＲセンサ、またはＡＭＲセンサであることができ、歯車２０の少なくとも歯２１、２２、２３は強磁性材料で形成されてもよい。このようなシステム設定の典型的な出力信号のパルスパターンは、図３Ａに示されるように、信号ＰＰによってエミュレートされる。図示されている例では、図３Ａのパルスパターンは、歯２１のエッジ２１Ａがセンサ２５を通過するであろう時間にパルス１１の立ち上がりパルスエッジ１１Ａを有し、歯２１のエッジ２１Ｂがセンサ２５を通過するであろう時間に立ち下がりパルスエッジ１１Ｂを有する。同様に、図３Ａのパルスパターンは、歯２２のエッジ２２Ａがセンサ２５を通過するであろう時間にパルス１２の立ち上がりパルスエッジ１２Ａを有し、歯２２のエッジ２２Ｂがセンサ２５を通過するであろう時間に立ち下がりパルスエッジ１２Ｂを有する。同様に、図３Ａのパルスパターンは、歯２３のエッジ２３Ａがセンサ２５を通過するであろう時間にパルス１３の立ち上がりパルスエッジ１３Ａを有し、パルス２３のエッジ２３Ｂがセンサ２５を通過するであろう時間に立ち下がりパルスエッジ１３Ｂを有する。
【００３６】
例示されている実施形態の出力回路２３０は、メモリ２６０内に記憶されたＰＥ角度対応付けを適切に構成することによってエミュレーションを達成してもよい。例えば、歯２１のエッジ２１Ａは０°の角度位置に位置すると仮定すると、ＰＥ角度対応付けは立ち上がりパルスエッジ１１Ａを０°の配向角度に指定してもよい。同様に、歯２１のエッジ２１Ｂは９０°の角度位置に位置する場合には、ＰＥ角度対応付けは立ち下がりパルスエッジ１１Ｂを９０°の配向角度に指定してもよい。他の歯２２、２３のために、歯２２、２３の角度位置および周辺延在部に応じて、対応する指定が行われてもよい。立ち上がりパルスエッジおよび立ち下がりパルスエッジのこのような指定においては、同様に、磁界の配向角度とシャフト１００の回転角度との間のオフセットが考慮されてもよい。オフセットは配向角度および回転角度の差に関連してもよい。オフセットは、ＰＥ角度対応付けの校正のために用いられる既定の基準角度だけ考慮されてもよい。
【００３７】
図３Ａのパルスパターンはシャフト１００の旋回のたびに繰り返されるであろうということを理解されたい。さらに、パルスパターン内のパルス幅および休止期間はシャフト１００の回転スピードに応じて変化するであろう。例えば、１旋回当たりのパルスの、休止期間に対する比は一定のままであってもよい。
【００３８】
図４に、ギアボックスの形の伝動装置４００が示されている。入力シャフト４０１が車両のエンジン（図４には示さず）によって駆動される。伝動装置出力輪４２０が示されている。伝動装置４００の３本のシャフト１００−１、１００−２、１００−３が存在する。３本のシャフト１００−１、１００−２、１００−３は各々その端面上に磁石２２０を備えている。ハウジング４１０がシャフト１００−１、１００−２、１００−３を回転自在に収容する。シャフトの少なくとも部分はハウジング内で回転する。換言すれば、ハウジング４１０はシャフト１００−１、１００−２、１００−３と一緒に回転せず、それはむしろシャフト１００−１、１００−２、１００−３の先端部分を包囲する。それぞれの軸受が設けられてもよい。それぞれの３つの磁石２２０に関連付けられる磁気センサ要素２１０がハウジング４１０に取り付けられる。図４はシャフト１００−１、１００−２、１００−３の各々の端面上の磁石２２０を示しているが、磁石は、制限なく、シャフトのうちのいくつかのみの上に設けられてもよい。具体的には、センサ要素２１０は、それぞれのシャフト１００−１、１００−２、１００−３の軸方向延長線（図４において破線によって示されている）に、磁石２２０に対して間隙によってオフセットされて配置される。センサ要素２１０は、それぞれのシャフト１００−１、１００−２、１００−３の軸方向延長線に対して変位させることが可能である。上述したとおりの技法によって、シャフト１００−１、１００−２、１００−３の配向および／または回転スピードを判定することが可能である。
【００３９】
図５では、車輪軸のシャフト１００を含むシステム５００が示される。シャフト１００の端面に磁石２２０が設けられる。シャフト１００の端面は車輪軸の車輪軸受５０２と反対側にある。シャフト１００は端面と車輪軸受５０２との間の車軸支持体５０１に回転自在に接続される。図５にさらに示されているのは、シャフト１００の軸方向延長線に配置され、磁石２２０に対して間隙によってオフセットされたセンサ要素２１０である。センサ要素２１０はシャフト１００と一緒に回転しない。上述したとおりの技法によって、シャフト１００の配向および／または回転スピードを判定することが可能である。
【００４０】
図６を参照すると、ブラシレスＤＣモータユニットまたはアセンブリ６００が示されている。アセンブリのモータ６０１がシャフト１００に取り付けられてもよい。シャフトの端面に、磁石２２０が配置される。シャフト１００の軸方向延長線に、間隙によってオフセットされて、センサ要素２１０が配置される。上述したとおりの技法によって、シャフト１００の配向および／または回転スピードを判定することが可能である。
【００４１】
ブラシレスＤＣモータアセンブリ６００のコントローラ（図６には示さず）が、モータ６０１を回転させ続けるために、電気巻線の位相を連続的に切り換えてもよい。切り換えはシャフト１００の配向に応じて行われてもよい。センサ要素２１０を用いて０°〜３６０°の範囲の磁界の配向角度を判定することによって、シャフト１００の配向角度を判定することが可能になる。これはブラシレスＤＣモータ６０１の正確な制御を可能にする。
【００４２】
上述のことから分かるように、本技法は、シャフト１００、１００−１、１００−２、１００−３の配向を検知する際の複雑さ、必要な空間、およびコストを低減し得る。伝動装置４００のシャフト１００−１〜１００−３の１つ以上の端面上に磁石２２０が配置される図４のシナリオでは、必要とされる空間は従来の伝動装置におけるよりも大幅に少なくなり得る。具体的には、歯車を用いる場合には、後者を装着するためにシャフト１００−１〜１００−３上の追加の空間を占有することが必要になり得る。通例、（図３Ｂに示されるとおりの）歯車はおよそ７ｃｍの最小直径に制限される。多くの場合、従来の磁界センサをこのような歯車に近接して用いるときには、磁界センサを歯車により近づけるために、大きなセンサ塔が必要とされる。余分のコストが発生し、システムの複雑さが通例増大する。さらに、伝動装置４００の小型化の要求が常にある。上述したとおりのシステムを用いると、複雑さと必要な空間がどちらも低減され得る。
【００４３】
さらに、図５のシナリオでは、磁石２２０が車輪軸のシャフト１００の端面に取り付けられることにより、従来の解決策と比べると、空間およびコストの大幅な低減が達成される。具体的には、従来のシステムでは、多くの場合、車輪軸受５０２の近くに歯車が配置される。通例、これは、構築空間の増大など、システム全体の寸法に影響を与える。その結果、複雑さおよびコストはさらに増大する。従来のシステム内のそれぞれのセンサはさらに、ブレーキディスク、ブレーキキャリパ、およびブレーキシューを含むブレーキシステムの近くに位置する。これは多くの場合、高温環境を生じさせる。配向の検知の精度が低下する恐れがあり、電子部品の損耗の増大が生じる恐れがある。
【００４４】
上述のコンセプトおよび実施形態は種々の変更を受け入れる余地があることを理解されたい。例えば、さまざまな種類の歯車プロファイルに対応する種々のパルスパターンをエミュレートすることができるであろう。このようなエミュレーションはまた、歯の角度位置および延在部をエミュレートするために拡張されてもよいだけでなく、歯の半径方向寸法または歯のエッジの勾配等の、歯のプロファイルのさらなる特性をエミュレートすることもできるであろう。さらに、回転センサは、他の種類の検知デバイス、またはより複雑な多極子磁石等の、他の形式の磁石を用いることができるであろう。
【符号の説明】
【００４５】
１１、１２、１３  パルス
１１Ａ、１２Ａ、１３Ａ  立ち上がりパルスエッジ
１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂ  立ち下がりパルスエッジ
２０  歯車
２１、２２、２３  歯
２１Ａ、２１Ｂ、２２Ａ、２２Ｂ、２３Ａ、２３Ｂ  エッジ
２５  センサ
１００、１００−１、１００−２、１００−３  シャフト
１１０  シャフトの長手方向回転軸
２００  センサデバイス
２１０  磁界感応要素
２２０  磁石
２３０  出力回路
２５０  パルスパターン生成器
２６０  メモリ
２７０  絶対角度信号生成器
２８０  モード選択器
４００  伝動装置
４０１  入力シャフト
４１０  ハウジング
４２０  伝動装置出力輪
５００  システム
５０１  車軸支持体
５０２  車輪軸受
６００  ブラシレスＤＣモータアセンブリ
６０１  モータ
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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