JP2011501156A - ２進および１０進の出力を有する絶対位置用磁気エンコーダ - Google Patents

Abstract

絶対位置用磁気エンコーダは、２進出力に対して構成された第１磁気トラックと、１０進出力に対して構成された第２磁気トラックと、上記第１磁気トラックの近傍に位置されて、該第１磁気トラックの磁界を検出する第１磁気センサと、上記第２磁気トラックの近傍に位置されて、該第２磁気トラックの磁界を検出する第２磁気センサとを含む。上記エンコーダは上記２進出力および上記１０進出力の内の一方を提供すべく選択的に動作可能である。
【選択図】 図１

Description

関連出願
本出願は、２００７年１０月２２日に出願された米国仮特許出願第６０／９８１，６００号の優先権を主張するものであり、そ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。
本発明は概略的に、磁極を有する目標物の絶対位置を決定するための磁気センサの使用法に関する。

磁気エンコーダは典型的に、移動物体の位置もしくは移動が機械的システムにおいて制御され得る様に、上記機械的システムにおける上記物体の位置を決定すべく利用される。磁気エンコーダは典型的に、移動物体上に取付けられた目標物であって二重の多重極式磁気トラックを含むという目標物と、夫々の磁気トラックの各磁極の近傍に載置された磁気センサ（たとえばホール効果デバイスの列など）とを含む。夫々の磁気トラックの磁極間隔は典型的に異なることから、夫々のトラック上で上記磁気センサにより検出される信号中には位相差が誘起される。その場合、各磁気センサの夫々の信号間における位相差は、任意の所定時点において、上記目標物の位置、故に可動物体の位置を決定すべく利用される。換言すると、各磁気トラックの一方の（すなわち“測定対象トラック”）の位置は、該測定対象トラックに対する磁気センサにより出力された信号を、他方のトラック（すなわち“基準トラック”）に対する磁気センサにより出力された信号と比較することにより決定され得る。

磁気エンコーダが利用される制御システムに依存し、該エンコーダによる１０進出力もしくは２進出力が所望され得る。１０進出力が望まれる如き場合、磁気エンコーダは、特定個数のＮ／Ｓ極対（以下、「磁極対」）を有する測定対象トラックと、特定の分解能（すなわち、磁極対毎の「カウント」もしくは「エッジ」）を有する磁気センサとにより構成されることで、測定対象トラックの回転毎のカウントもしくはエッジの総数であって、１０、１００などで割り切れるという総数がもたらされることで、回転毎の整数のカウント数がもたらされ得る。たとえば、磁気エンコーダが１０進出力に対して構成されたときには、多くの場合、測定対象トラックの１，０００カウント／回転の分解能が所望される。斯かる分解能は、２５個の磁極対の測定対象トラックを有する目標物と、２４個の磁極対の基準トラックと、１６０カウント／磁極対の分解能を有する磁気センサとを配備することにより達成され得る（すなわち、２５磁極対×１６０カウント／磁極対＝測定対象トラックの回転毎の４，０００個の合計カウント；次に、４で除算することにより、測定対象トラックの１，０００カウント／回転の所望分解能が達成される）。

２進出力が所望される如き場合、磁気エンコーダは、特定個数の磁極対を有する測定対象トラックと、特定の分解能を有する磁気センサとにより構成されることで、測定対象トラックの回転毎のカウントもしくはエッジの総数であって、２の因数であるという総数がもたらされることで、回転毎の２進数のカウント数がもたらされ得る。たとえば、磁気エンコーダが２進出力に対して構成されたときには、多くの場合、測定対象トラックの１，０２４カウント／回転の分解能が所望される。斯かる分解能は、３２個の磁極対の測定対象トラックを有する目標物と、３１個の磁極対の基準トラックと、磁極対毎に１２８カウントの分解能を有する磁気センサとを配備することにより達成され得る（すなわち、３２磁極対×１２８カウント／磁極対＝測定対象トラックの回転毎の４，０９６個の合計カウント；次に、４で除算することにより、測定対象トラックの１，０２４カウント／回転の所望分解能が達成される）。

なし

なし

しかし、習用の磁気エンコーダを１０進出力から２進出力へと再構成するために、目標物は、１０進出力を促進する特定個数の磁極対（たとえば２５個の磁極対）を有する測定対象トラックを、２進出力を促進する特定個数の磁極対（たとえば３２個の磁極対）を有する測定対象トラックと置き換えるべく変更されねばならない。また各磁気センサもまた、１０進出力もしくは２進出力を促進する分解能を提供すべく再構成され、または、置換されねばならない。

本発明はひとつの見地において、目標物、または、測定対象トラックもしくは基準トラックのいずれかの変更もしくは置き換えなしで、１０進出力および２進出力を行い得る絶対位置用磁気エンコーダを提供する。上記絶対位置用磁気エンコーダは、２進出力に対して構成された第１磁気トラックと、１０進出力に対して構成された第２磁気トラックと、上記第１および第２磁気トラックの近傍に配置されて該第１および第２磁気トラックの磁界を検出する夫々の磁気センサとを含む。上記絶対位置用磁気エンコーダはまた、単一個のＮ／Ｓ磁極対を含む第３磁気トラック、および、上記第３磁気トラックの近傍に位置されて、該第３磁気トラックの磁界を検出する複数個のホール効果デバイスも含む。上記エンコーダは、上記２進出力および上記１０進出力の内の一方を提供すべく選択的に動作可能である。

別の見地において本発明は、エンコーダの絶対位置を算出する方法であって、２進出力に対して構成された第１磁気トラックを配備する段階と、１０進出力に対して構成された第２磁気トラックを配備する段階と、上記第１磁気トラックから第１カウント値を検出する段階と、上記第１カウント値と実質的に同時に、上記第２磁気トラックから第２カウント値を検出する段階と、上記第１および第２カウント値を用いて、上記エンコーダの上記絶対位置を表す第３カウント値を算出する段階とを含む方法を提供する。上記第３カウント値は、上記２進出力および上記１０進出力の一方の提供を促進する。

本発明の他の特徴および見地は、以下の詳細な説明および添付図面を考慮することにより明らかとなろう。

第１磁気トラックと、第２磁気トラックと、該第１および第２磁気トラックの近傍の対応磁気センサと、第３磁気トラックと、該第３磁気トラックの近傍の複数個のホール効果デバイスとを示す本発明の絶対位置用磁気エンコーダの概略図であり、第１および第２磁気トラック間の第１位相間隔が示されている。 上記第１および第２磁気トラック間の第２位相シフト間隔を示す図１の絶対位置用磁気エンコーダの概略図である。 上記第１および第２磁気トラック間の第３位相シフト間隔を示す図１の絶対位置用磁気エンコーダの概略図である。 上記第１および第２磁気トラック間の第４位相シフト間隔を示す図１の絶対位置用磁気エンコーダの概略図である。 上記第１および第２磁気トラック間の第５位相シフト間隔を示す図１の絶対位置用磁気エンコーダの概略図である。 上記第１および第２磁気トラック間の第６位相シフト間隔を示す図１の絶対位置用磁気エンコーダの概略図である。 上記第１および第２磁気トラック間の第７位相シフト間隔を示す図１の絶対位置用磁気エンコーダの概略図である。 円形配置とされた上記第１、第２および第３磁気トラック、該第１および第２磁気トラックの近傍の対応磁気センサ、および、上記第３磁気トラックの近傍の上記複数個のホール効果デバイスを示す、図１の絶対位置用磁気エンコーダの概略図である。

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。

図１を参照すると、絶対位置用磁気エンコーダ１０が概略的に示されている。エンコーダ１０は、複数個のＮ／Ｓ磁極対１８（各ボックスは単一個のＮ／Ｓ磁極対１８を表す）を有する第１磁気トラック１４と、該第１磁気トラック１４の近傍に位置されると共に複数個のＮ／Ｓ磁極対２６（各ボックスは単一個のＮ／Ｓ磁極対２６を表す）を有する第２磁気トラック２２とを含む。夫々のトラック１４、２２は直線状形態で概略的に示されるが、エンコーダ１０は、各トラック１４、２２の端部が夫々接続されて２つの同心的な円を形成し、トラック２２はトラック１４内にもしくは該トラックの内側に位置する如く、該トラック１４、２２が組み付けられる目標ホィール３０を含む回転エンコーダ１０として構成される。結果として、トラック１４、２２の夫々の長さは、目標ホィール３０上の該トラック１４、２２の異なる径方向位置の違いにより、異なる。但し、本発明のエンコーダ１０は、回転エンコーダ１０に関して本明細書において記述されるのと実質的に同様の構造および動作方法を取り入れた線形エンコーダとしても構成され得る。

図１を参照すると、トラック１４は、上述の円形配置で構成されたときに２進出力もしくは２を基底とする出力の提供を促進する所定数の磁極対１８（以下の表１を参照）を含む一方、トラック２２は、上記トラック１４と同心的に配置されたときに１０進出力もしくは１０を基礎とする出力の提供を促進する所定数の磁極対２６を含む。エンコーダ１０の図示された構成において、トラック１４は３２個の磁極対１８を含み、且つ、トラック２２は２５個の磁極対２６を含む。代替的に、エンコーダ１０の他の構成は、６４個の磁極対を含むトラック１４、および、５０個の磁極対を含むトラック２２を取り入れ得る。

絶対位置用磁気エンコーダ１０はまた、トラック１４の近傍の磁気センサ３４、および、トラック２２の近傍の別の磁気センサ３８も含んでいる。図示された構成において、センサ３４、３８の各々はホール・ストリング乗算センサを有するマイクロチップとして構成される。斯かるセンサ３４、３８は、オハイオ州、カントンのティムケン社（Ｔｉｍｋｅｎ Ｃｏｍｐａｎｙ）から部品番号ＭＰＳ１６０として入手可能である。当業者であれば理解され得る様に、センサ３４は特定分解能（すなわち、磁極対１８毎の「カウント」もしくは「エッジ」）を以て構成されることで、トラック１４の回転毎のカウントもしくはエッジの総数であって、２進出力の提供を促進し、または、単純な２進数（すなわち“２”の整数乗）へ変換されるに適するという総数をもたらし得る。図示された構成においては、トラック１４に対して３２個の磁極対１８を配備すると共に、磁気センサ３４を１２８カウント／磁極対を以て構成することにより（すなわち、３２個の磁極対×１２８カウント／磁極対＝トラック１４の回転毎の４，０９６個の合計カウント）、トラック１４の１，０２４カウント／回転の分解能（２進数「１００００００００００」に等しい１０進数）が達成され得る。トラック１４の１，０２４カウント／回転の所望分解能は、トラック１４の合計カウント／回転を４で除算することにより達成され得る。

同様に、当業者であれば、センサ３８は特定分解能（すなわち、磁極対２６毎のカウントもしくはエッジ）を以て構成されることで、トラック２２の回転毎のカウントもしくはエッジの総数であって、「１０」の整数乗であるという総数をもたらし得ることを理解すべきである。図示された構成においては、トラック２２に２５個の磁極対２６を配備すると共に、磁気センサ３８を１６０カウント／磁極対の分解能で構成することにより（すなわち、２５個の磁極対×１６０カウント／磁極対＝トラック２２の回転毎の４，０００個の合計カウント）、トラック２２の１，０００カウント／回転（すなわち１０^３）の分解能が達成され得る。トラック２２の１，０００カウント／回転の所望分解能は、トラック２２の合計カウント／回転を４で除算することにより達成され得る。センサ３４、３８は構造的に類似し得るが、センサ３４、３８の各々上にＤＩＰスィッチが取付けられることで、センサ３８は１０進出力（１，０００カウント／回転）を促進する分解能へと切替えられ得ると共に、センサ３４は２進出力（１，０２４カウント／回転）を促進する分解能へと切替えられ得る。代替的に、センサ３４、３８の各々は、ヒューズもしくはメモリ要素の形態の内部スィッチを用いて１０進出力もしくは２進出力に対してプログラムされ得る。

依然として図１を参照すると、絶対位置用磁気エンコーダ１０は、トラック１４、２２と同心的な第３磁気トラック４２であって、夫々のトラック１４、２２が上記で論じられた如く円形配置されたときにトラック２２の内側に配設されるというトラック４２を更に含む。トラック４２は、該トラック４２の約１８０°がＮ極から成り且つ該トラック４２の約１８０°がＳ極から成る如く、単一個の磁極対４６を含む。絶対位置用磁気エンコーダ１０はまた、トラック４２により発せられた磁界を検出すべく該トラック４２の近傍とされた複数個のホール効果デバイスＨＥ１〜ＨＥ５（たとえばホール効果センサ）も含んでいる。図示された構成においては、５個のホール効果デバイスＨＥ１〜ＨＥ５が利用される。代替的に、トラック１４、２２の各々における磁極対１８、２６の個数に依存して、異なる個数のホール効果デバイスが採用され得る。更に、ホール効果デバイスＨＥ１〜ＨＥ５に対して、オーストリア、ウンタープレムステーテンのオーストリアミクロシステムズ社（Ａｕｓｔｒｉａｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ ＡＧ）により製造されたＡＳ５０４０センサの如き回転式磁気位置センサが代用され得る。代替的に、ホール効果デバイスＨＥ１〜ＨＥ５の代わりに、磁気抵抗センサ（すなわちＭＲセンサ）または他の任意の磁界センサが使用され得る。図１に示された如くホール効果デバイスＨＥ１〜ＨＥ５は、該ホール効果デバイスＨＥ１〜ＨＥ５の全てがトラック４２の各磁極の一方の円周方向長さ内に収まり得る如く、相互から離間される。

依然として図１を参照すると、絶対位置用磁気エンコーダ１０は、センサ３４、３８およびホール効果デバイスＨＥ１〜ＨＥ５と通信する論理モジュール５０も含んでいる。図１においては物理的な（すなわち有線の）接続が概略的に示されているが、センサ３４、３８およびホール効果デバイスＨＥ１〜ＨＥ５が論理モジュール５０と通信するのを許容すべく無線通信が採用され得る。

エンコーダ１０の動作の間、センサ３４はトラック１４により発せられる磁界を検出すべく構成され、且つ、センサ３８はトラック２２により発せられる磁界を検出すべく構成される。トラック２２はトラック１４よりも少ない磁極対２６を含むことから、センサ３４は、センサ３８により出力される信号と位相が異なる信号を出力する。詳細には、図示された構成において、トラック１４、２２間の７個の磁極対の差によればトラック１４、２２に沿い７個の間隔がもたらされ、該間隔の間において、センサ３４、３８により出力される夫々の信号は位相が異なる（７個の位相シフト間隔を示す図１乃至図７を参照）。（各間隔の終端に向かい僅かにオフセットされた磁極の接合部の故に）各信号は夫々の位相シフト間隔の終端に向けて厳密に同相に戻る様には見えないが、上記で論じられた如くトラック１４、２２を円形配置に巻回すると、各間隔の終端に向けて、更に明確に画成された位相シフト間隔と、磁極接合部の整合とが許容される。これに加えてセンサ３４、３８は、夫々の信号を調整することで図１乃至図７に概略的に示された位相シフト間隔よりも更に明確に画成された個別的な位相シフト間隔を提供する信号調整電子機器を含み得る。

（不図示の）コントローラもしくは他のデバイスにより促されたとき、センサ３４は、該センサ３４が上方に位置する任意の磁極対１８のカウントに対応する値を検出する。同様に、センサ３８は実質的に同時に、該センサ３８が上方に位置する任意の磁極対２６のカウントに対応する値を検出する。両方の「カウント」は次に、論理モジュール５０に対して出力される。このプロセスの更に詳細な考察は、以下に見られる。

同様に、絶対位置用磁気エンコーダ１０の動作の間、トラック４２によるホール効果デバイスＨＥ１〜ＨＥ５の起動により、センサ３４、３８によるカウント検出と相関され得る個別的な時間枠が生成されることで、論理モジュール５０に対して出力されるカウントは、センサ３４、３８による検出が行われたトラック１４、２２の概略的箇所に関連付けられ得る。図８を参照すると、トラック４２は円形配置で示され、図１に示されたトラック４２の各末端は相互に対して接続される。トラック４２が目標ホィール３０と共に回転するときに、ホール効果デバイスＨＥ１〜ＨＥ５は静止的であると共に、該ホール効果デバイスは、該デバイスＨＥ１〜ＨＥ５のひとつが磁極性の変化（すなわちＮ／Ｓ極接合部）を検出する毎に、「ｏｎ」および「ｏｆｆ」状態の間で順次的にスィッチされまたは切替えられる。表２は、デバイスＨＥ１〜ＨＥ５が有し得る「ｏｎ」および「ｏｆｆ」状態の組み合わせの全てを示しており、夫々の固有の組み合わせは、当該時間枠もしくは“スライス”の間においてセンサ３４、３８により検出されたカウントが生じたという目標ホィール３０の時間枠もしくは“スライス”を示している。「１」の記述項は「ｏｎ」状態に対応する一方、「０」の記述項は「ｏｆｆ」状態に対応している。

センサ３４、３８がそれらの夫々のカウント値を検出するのと同時に、論理モジュール５０は、その時点においてデバイスＨＥ１〜ＨＥ５の特定の状態配列に関連付けられた位置番号を記録する。結果として、センサ３４、３８により検出されたカウント値は位置１、位置２などに関連付けられ得る一方、該位置番号は、トラック１４における選択個数の磁極対１８またはトラック２２における選択個数の磁極対２６に関連付けられ得る。

絶対位置エンコーダ１０の第１モードの動作において、トラック２２は“測定対象トラック”として機能し、且つ、トラック１４は「基準トラック」として機能する。このモードにおいて、トラック２２上の任意の箇所における絶対位置はトラック１４に関して検出され得ると共に、トラック２２の絶対位置、故に、目標ホィール３０、および、該目標ホィール３０が自身上に取付けられた移動物体の絶対位置の１０進出力がエンコーダ１０により提供され得る。このモードにおいて論理モジュール５０は、１６０（列）×２５（行）×２（レイヤ）に達する積層行列を利用することで、任意の特定時点におけるトラック２２の絶対位置を算出する。

上記積層行列は、（たとえばマスタ・エンコーダ１０などの）マスタ情報源から測定されて算出もしくはシミュレートされたデータを用いて、または、数個の製造エンコーダ１０のサンプリングから解釈された代用データを用いて、エンコーダ１０の製造の時点で論理モジュール５０内へと事前実装され得る。これによりエンコーダ１０は、顧客もしくはエンドユーザが各エンコーダ１０を別個に較正する必要なしで、エンコーダ１０の製造に使用されたプロセスの許容誤差を考慮して事前実装された積層行列を以て製造され得る。

また、目標ホィール３０およびトラック２２を完全に一回転させて上記行列内の各セルを、トラック１４の全体に亙るセンサ３４からのデータで満たすことにより、エンコーダ１０が自己較正され得るか、または、上記行列が自己実装され得る。詳細には、トラック１４、２２の回転の開始時に、センサ３４により検出された第１カウント（すなわち、トラック１４の第１磁極対１８の第１カウント）は、トラック２２の第１磁極対２６の第１カウントに対応するセル内へと入力される。次に、センサ３４により検出された第２カウントがトラック２２の第１磁極対２６の第２カウントに対応するセル内へと入力される。トラック２２の第１磁極対２６の第１６０番目のカウントに対応するセルが、トラック１４からの対応カウントにより満たされた後、上記プロセスは、トラック２２の第２５番目の磁極対２６の第１６０番目のカウントに対応するセルが満たされるまで、トラック２２の第２、第３、第４などの磁極対２６に対して反復される。

センサ３４により上記行列に対して入力されたデータの全ては、該行列の第１レイヤに入力される（表３を参照）。上記第１レイヤにおける個々のセルがトラック１４からのカウント値により実装されるのと同時に、（上述の）論理モジュール５０により記録された対応位置番号は、上記行列の第２レイヤにおける各対応セル内に記録される（表４を参照）。

目標ホィール３０の完全な一回転の後、上記行列は、上記第１レイヤにおいてはトラック１４からのカウント値により、且つ、上記第２レイヤにおいてはトラック１４からのカウント値に関連付けられた位置番号により、実装される。すると、その後における任意の時点にて、トラック２２の絶対位置は以下の手順を用いて決定され得る。第１に、センサ３４、３８は夫々のトラック１４、２２からのカウント値を同時に捕捉し、且つ、これらの値は論理モジュール５０に対して出力される。同時に、論理モジュール５０は、夫々のトラック１４、２２から捕捉されたカウント値に関連付けられたトラック４２からの位置番号を捕捉する。論理モジュール５０は次に、上記行列における特定の列であってセンサ３８により検出されたのと同一のカウント値を有するという特定の列を見て、且つ、上記行列におけるその列の上記第１レイヤ中の複数のセルであって、上記行列の上記第２レイヤにおいて該論理モジュール５０により捕捉された位置番号と同一の位置番号を有するという複数のセルを検索する。この一群のセルから、論理モジュール５０は、トラック１４から捕捉されたカウント値を、該一群のセル中に含まれる夫々の値と比較し、且つ、この群における１個のセルであって、トラック１４から捕捉されたカウント値と同一であるかもしくは実質的に同一であるカウント値を含むという１個のセルを選択する。

論理モジュール５０により選択された上記セルであって、トラック１４から捕捉されたカウント値と同一もしくは実質的に同一であるカウント値を含むという上記セルを含む上記特定行（すなわち「第Ｎ番目の」行）は、トラック２２の第Ｎ番目の磁極対２６内の何処かである該トラック２２の瞬間的位置を表している。次に、トラック２２の絶対位置もしくは瞬間的位置は、１６０カウント／磁極対と、（Ｎ−１）磁極対とを乗算し、且つ、トラック２２から捕捉されたカウント値を加算することで算出され得る。結果的なカウント値は、トラック２２上の絶対位置を表すことから、センサ３４、３８がトラック１４、２２からカウント値を捕捉した箇所における目標ホィール３０および移動物体の絶対位置を表す。たとえば、以下の表３および表４を参照すると、センサ３８により捕捉されたカウントが２０であり、且つ、センサ３４に捕捉されたカウントが９９であり、且つ、論理モジュール５０により検出された位置番号が５である、という瞬間におけるトラック２２の絶対位置は、（Ｎ−１）磁極対×１６０カウント／磁極対＋２０カウントとして算出される。結果的な値（すなわち“１０進出力”）は、４，０００個の合計カウントの内の１個のカウントであって、センサ３８によりトラック２２上で検出され得るという１個のカウントに相関する。

絶対位置エンコーダ１０の第２モードの動作において、トラック１４は“測定対象トラック”として機能し且つトラック２２は「基準トラック」として機能する。このモードにおいて、トラック１４上の任意の箇所における絶対位置はトラック２２に関して検出され得ると共に、トラック１４の絶対位置、故に、目標ホィール３０、および、該目標ホィール３０が自身上に取付けられた移動物体の絶対位置の２進出力がエンコーダ１０により提供され得る。このモードにおいて論理モジュール５０は、１２８（列）×３２（行）×２（レイヤ）に達する積層行列を利用することで、任意の特定時点におけるトラック１４の絶対位置を算出する。

先に述べられた如く、上記行列は、算出データにより、代用データを用いることにより、または、目標ホィール３０およびトラック１４を完全に一回転させ、トラック２２上のセンサ３８からのデータにより上記行列における各セルを満たすことにより、実装され得る。詳細には、トラック１４、２２の回転の開始時に、センサ３８により検出された第１カウント（すなわち、トラック２２の第１磁極対２６の第１カウント）は、トラック１４の第１磁極対１８の第１カウントに対応するセル内へと入力される。次に、センサ３８により検出された第２カウントがトラック１４の第１磁極対１８の第２カウントに対応するセル内へと入力される。トラック１４の第１磁極対１８の第１２８番目のカウントに対応するセルが、トラック２２からの対応カウントにより満たされた後、上記プロセスは、トラック１４の第３２番目の磁極対１８の第１２８番目のカウントに対応するセルが満たされるまで、トラック１４の第２、第３、第４などの磁極対１８に対して反復される。

センサ３８により上記行列に対して入力されたデータの全ては、該行列の第１レイヤに入力される（表５を参照）。上記第１レイヤにおける個々のセルがトラック２２からのカウント値により実装されるのと同時に、（上述の）論理モジュール５０により記録された対応位置番号は、上記行列の第２レイヤにおける各対応セル内に記録される（表６を参照）。

目標ホィール３０の完全な一回転の後、上記行列は、上記第１レイヤにおいてはトラック２２からのカウント値により、且つ、上記第２レイヤにおいてはトラック２２からのカウント値に関連付けられた位置番号により、実装される。すると、その後における任意の時点にて、トラック１４の絶対位置は以下の手順を用いて決定され得る。第１に、センサ３４、３８は夫々のトラック１４、２２からのカウント値を同時に捕捉し、且つ、これらの値は論理モジュール５０に対して出力される。同時に、論理モジュール５０は、夫々のトラック１４、２２から捕捉されたカウント値に関連付けられたトラック４２からの位置番号を捕捉する。論理モジュール５０は次に、上記行列における特定の列であってセンサ３４により検出されたのと同一のカウント値を有するという特定の列を見て、且つ、上記行列におけるその列の上記第１レイヤ中の複数のセルであって、上記行列の上記第２レイヤにおいて該論理モジュール５０により捕捉された位置番号と同一の位置番号を有するという複数のセルを検索する。この一群のセルから、論理モジュール５０は、トラック２２から捕捉されたカウント値を、該一群のセル中に含まれる夫々の値と比較し、且つ、この群における１個のセルであって、トラック２２から捕捉されたカウント値と同一であるかもしくは実質的に同一であるカウント値を含むという１個のセルを選択する。

論理モジュール５０により選択された上記セルであって、トラック２２から捕捉されたカウント値と同一もしくは実質的に同一であるカウント値を含むという上記セルを含む上記特定行（すなわち「第Ｎ番目の」行）は、トラック１４の第Ｎ番目の磁極対１８内の何処かである該トラック１４の瞬間的位置を表している。次に、トラック１４の絶対位置もしくは瞬間的位置は、１２８カウント／磁極対と、（Ｎ−１）磁極対とを乗算し、且つ、トラック１４から捕捉されたカウント値を加算することで算出され得る。結果的なカウント値は、トラック１４上の絶対位置を表すことから、センサ３４、３８がトラック１４、２２からカウント値を捕捉した箇所における目標ホィール３０および移動物体の絶対位置を表す。たとえば、以下の表５および表６を参照すると、センサ３４により捕捉されたカウントが３１であり、且つ、センサ３８に捕捉されたカウントが７７であり、且つ、論理モジュール５０により検出された位置番号が５である、という瞬間におけるトラック１４の絶対位置は、（Ｎ−１）磁極対×１２８カウント／磁極対＋３１カウントとして算出される。結果的な値（すなわち「２進出力」）は、４，０９６個の合計カウントの内の１個のカウントであって、センサ３４によりトラック１４上で検出され得るという１個のカウントに相関する。

絶対位置エンコーダ１０の第３モードの動作において、トラック１４、２２の各々は「測定対象トラック」および「基準トラック」として同時に機能することで、センサ３４、３８の各々がエンコーダ１０の絶対位置の１０進出力および２進出力を夫々同時に提供することが許容される。換言すると、エンコーダ１０の上記第３モードの動作は、２進出力および１０進出力を用いてエンコーダ１０の絶対位置を記述すべく２倍の回数の計算が行われる如く、上述の第１モードおよび第２モードの動作を組み合わせる。

本発明の付加的な特徴としては、センサ３４、３８からのデータ速度に基づく１０μｓ毎のトラック位置に対する更新；位置のＳＳＩおよびＳＰＩ出力；位置出力のパルス幅変調；ユーザプログラム可能である位置の出力電圧、位置の電流レベル、または、位置のパルス幅変調；２極〜１００極のモータ構成に対する０．１°より良好に正確であるプログラム可能な通信信号；任意の２進もしくは１０進の分解能における直角位相の出力；ＤＩＰスィッチを以てまたはプログラミング・インタフェースにより現場設定可能なセンサ３４、３８；が挙げられる。

位置出力のパルス幅変調は、所定範囲（たとえば、約１０％のデューティ・サイクルと約９０％のデューティ・サイクルとの間）のパルス幅である位置的情報の送信を含み得る。診断情報、警報情報およびデジタル・データ情報の如き付加的な情報は、約１０％のデューティ・サイクル〜約９０％のデューティ・サイクルの通常的な位置の範囲外のパルス幅を生成することで送信され得る。この付加的な情報は、特定の状況が生じたとき、または、定期的に、または、外部的な要求時にのみ、送信され得る。

エンコーダ１０は自然数の２進出力、１０進出力、または両方を生成し得ることから、該エンコーダ１０は、２進の角度的位置、１０進の角度的位置、または、両方に基づく多様な信号を生成し得る。斯かる信号としては、エンコーダ１０からの２進もしくは１０進の角度読取値に基づく、習用のＵ、Ｖ、Ｗ通信信号、基準パルス、または、任意の組み合わせのデジタル出力が挙げられる。これらの信号は２進もしくは１０進の読取値から導出されたエンコーダ１０における算出の結果であり得るか、または、該信号は、エンコーダ１０による角度読取値に基づき個々の出力ラインを投入もしくは切断する論理回路を含む検索テーブルからとされ得る。この技術は、広範囲な２極から１００極以上のモータに対する通信信号、ならびに、実質的に任意の設定の分解能による直角位相もしくは２進出力を生成する上で有用であり得る。この技術によれば、エンコーダ１０のトラック１４、２２の一回転の全体に亙り、完全にユーザ設定可能であるパルス幅変調、アナログ的な電圧もしくは電流、または、２進出力もしくは１０進出力の進展が許容される。

本発明の種々の特徴は、以下の請求項に示される。

ＨＥ１〜ＨＥ５ ホール効果デバイス
１０ 絶対位置用磁気エンコーダ／回転エンコーダ
１４ 第１磁気トラック
１８ Ｎ／Ｓ磁極対
２２ 第２磁気トラック
２６ Ｎ／Ｓ磁極対
３０ 目標ホィール
３４ 磁気センサ
３８ 磁気センサ
４２ 第３磁気トラック
４６ 単一個の磁極対
５０ 論理モジュール

Claims (23)

1. ２進出力に対して構成された第１磁気トラックと、
   １０進出力に対して構成された第２磁気トラックと、
   上記第１磁気トラックの近傍に位置されて、該第１磁気トラックの磁界を検出する第１磁気センサと、
   上記第２磁気トラックの近傍に位置されて、該第２磁気トラックの磁界を検出する第２磁気センサと、を備え、
   当該エンコーダは上記２進出力および上記１０進出力の内の一方を提供すべく選択的に動作可能である、
   絶対位置用磁気エンコーダ。
2. 単一個のＮ／Ｓ磁極対を含む第３磁気トラックと、
   上記第３磁気トラックの近傍に位置されて、該第３磁気トラックの磁界を検出する複数個のホール効果デバイスとを更に備えて成る、請求項１記載の絶対位置用磁気エンコーダ。
3. 前記単一の磁極対はＮ極およびＳ極を含み、且つ、
   前記複数個のホール効果デバイスは、上記Ｎ極および上記Ｓ極の一方の円周方向長さ内に収まる、請求項２記載の絶対位置用磁気エンコーダ。
4. 前記複数個のホール効果デバイスは、前記Ｎ極の円周方向長さおよび前記Ｓ極の円周方向長さ内に収まる、請求項３記載の絶対位置用磁気エンコーダ。
5. 前記第１、第２および第３磁気トラックを支持する目標ホィールを更に備えて成る、請求項２記載の絶対位置用磁気エンコーダ。
6. 前記第１および第２磁気センサおよび前記複数個のホール効果デバイスと通信する論理モジュールを更に備えて成る、請求項２記載の絶対位置用磁気エンコーダ。
7. 前記論理モジュールは、前記第１および第２磁気センサの一方の出力を第１行列レイヤに記録すべく構成され、且つ、
   上記論理モジュールは、前記複数個のホール効果デバイスの出力を、上記第１行列レイヤと同一の個数の行および列を有する第２行列レイヤに記録すべく構成される、請求項６記載の絶対位置用磁気エンコーダ。
8. 前記第１磁気トラックは前記２進出力の提供を促進する第１の個数のＮ／Ｓ磁極対を含み、且つ、
   前記第２磁気トラックは前記１０進出力の提供を促進する第２の個数のＮ／Ｓ磁極対を含む、請求項１記載の絶対位置用磁気エンコーダ。
9. 前記第１の個数のＮ／Ｓ磁極対は、３２個およびその整数倍個の一方である個数のＮ／Ｓ磁極対を含み、且つ、
   前記第２の個数のＮ／Ｓ磁極対は、２５個およびその整数倍個の一方である個数のＮ／Ｓ磁極対を含む、請求項８記載の絶対位置用磁気エンコーダ。
10. 前記第１および第２磁気センサの少なくとも一方はホール・ストリング乗算センサを有するマイクロチップを含む、請求項１記載の絶対位置用磁気エンコーダ。
11. エンコーダの絶対位置を算出する方法であって、
    ２進出力に対して構成された第１磁気トラックを配備する段階と、
    １０進出力に対して構成された第２磁気トラックを配備する段階と、
    上記第１磁気トラックから第１カウント値を検出する段階と、
    上記第１カウント値と実質的に同時に、上記第２磁気トラックから第２カウント値を検出する段階と、
    上記第１および第２カウント値を用いて、上記エンコーダの上記絶対位置を表す第３カウント値であって、上記２進出力および上記１０進出力の一方の提供を促進するという第３カウント値を算出する段階とを備えて成る、
    方法。
12. 単一個のＮ／Ｓ磁極対を含む第３磁気トラックを配備する段階と、
    上記単一個の磁極対のＮ極とＳ極との間の磁極性の変化を検出する段階とを更に備えて成る、請求項１１記載の方法。
13. 当該方法は、前記第３磁気トラックの近傍に複数個のホール効果デバイスを位置決めする段階を更に備え、
    前記単一個の磁極対の前記Ｎ極と前記Ｓ極との間の磁極性の変化を検出する前記段階は、上記ホール効果デバイスの各々により上記Ｎ極と上記Ｓ極との間の接合部を検出する段階を含む、請求項１２記載の方法。
14. 前記第１および第２磁気トラックの一方における磁極対の個数と等しい個数の行と、上記第１および第２の磁気トラックの上記一方の近傍に位置決めされた磁気センサの分解能に等しい個数の列とを有する行列を生成する段階と、
    上記第１および第２磁気トラックの他方から検出された前記カウント値を行列中に記録する段階とを更に備えて成る、請求項１３記載の方法。
15. 前記行列を生成する前記段階は、前記第１および第２磁気トラックの前記他方から検出された前記カウント値が記録される第１行列レイヤを生成する段階を含み、且つ、
    上記行列を生成する上記段階は、前記ホール効果デバイスの前記出力が記録される第２行列レイヤを生成する段階を含む、請求項１４記載の方法。
16. 前記第２行列レイヤを生成する前記段階は、
    前記各ホール効果デバイスの一連のｏｎ／ｏｆｆ状態を位置番号に関連付ける段階と、
    上記位置番号を上記第２行列レイヤに記録する段階とを含む、請求項１５記載の方法。
17. 前記第１および第２行列レイヤを生成する前記段階は、前記第１行列レイヤと等しい個数の行および等しい個数の列を以て前記第２行列レイヤを生成する段階を含む、請求項１５記載の方法。
18. 前記第１磁気トラックを、円形配置にて、目標ホィールに対して結合する段階と、
    前記第２磁気トラックを、円形配置にて且つ上記第１磁気トラックと同心的に、上記目標ホィールに対して結合する段階とを更に備えて成る、請求項１１記載の方法。
19. 前記第１磁気トラックを配備する前記段階は、前記２進出力の提供を促進する第１の個数のＮ／Ｓ磁極対を配備する段階を含み、且つ、
    前記第２磁気トラックを配備する前記段階は、前記１０進出力の提供を促進する第２の個数のＮ／Ｓ磁極対を配備する段階を含む、請求項１１記載の方法。
20. 前記第１の個数のＮ／Ｓ磁極対を配備する前記段階は、３２個およびその整数倍個の一方である個数のＮ／Ｓ磁極対を配備する段階を含み、且つ、
    前記第２の個数のＮ／Ｓ磁極対を配備する前記段階は、２５個およびその整数倍個の一方である個数のＮ／Ｓ磁極対を配備する段階を含む、請求項１９記載の方法。
21. 前記エンコーダの前記絶対位置の前記２進出力および前記１０進出力を実質的に同時に提供する段階を更に備えて成る、請求項１１記載の方法。
22. 前記エンコーダの前記絶対位置の前記２進出力および前記１０進出力の前記一方を、約１０％のデューティ・サイクルと約９０％のデューティ・サイクルとの間である範囲のパルス幅に亙りパルス幅変調する段階を更に備えて成り、
    上記エンコーダの上記絶対位置の上記２進出力および上記１０進出力の上記一方を約１０％のデューティ・サイクルと約９０％のデューティ・サイクルとの間であるパルス幅の範囲外にパルス幅変調すると、診断情報、警報情報およびデジタル・データ情報の内の少なくともひとつが提供される、請求項１１記載の方法。
23. 前記エンコーダの前記絶対位置の前記２進出力および前記１０進出力の前記一方に基づき、Ｕ、Ｖ、Ｗ通信信号および基準パルスの内の少なくともひとつを提供する段階を更に備えて成る、請求項１１記載の方法。