JP7338099B2 - 誘導センサを用いるマルチレベル回転リゾルバー - Google Patents

Description

本願は、概して、回転位置及び／又は速度感知に関し、更に特定して言えば、誘導センサを用いるマルチレベル高分解能回転位置及び速度感知回転リゾルバーに関連する。

従来、回転位置感知は、機械的接触に基づくシステムを主として用いて実装されてきている。これらのシステムは、可動部品に起因してそのシステムの寿命にわたって、壊れやすく、そのため費用のかかる交換につながりがちである。光学的感知を用いる代替の解決策は、汚れや埃に免疫がなく、多くの工業用途に対する制約となっている。ホールセンサを用いる代替の解決策は、大きな製造変動を受ける永久磁石に依存しており、そのため広範な較正を要する。

従来のリゾルバーは、回転の度合いを測定するためのロータリー電気的変圧器の一種である。これはアナログデバイスであると考えられ、スターター入力コイル、出力コイル、及びローターで構成される。誘導性感知は、永続性のある回転位置感知実装を提供する非接触感知技術である。この技術は、過酷な環境に対してきわめて耐性があり、概して耐水性及び防塵性（ｄｉｒｔ ｐｒｏｏｆ）がある。回転感知において、複数のインダクタンスコイルの利用により、連続的な３６０度の角度位置感知が可能となり、感知精度が増大され得る。

デジタルコンバータベースの回転リゾルバーシステムに対する既存の単一レベルインダクタンスにおいて、回転分解能は、典型的に、特に軸方向に沿ったリゾルバーとの機械的変動、温度変化、並びに、分解能及び速度の相容れない要件などの要因により制限される。例えば、従来の８１９２位置リゾルバーにおいて、インダクタンス・デジタルコンバータが、およそ３．８ｒｐｍの回転速度のみをサポートし得る。軸近接における１パーセントの変化は、１００倍（１００×）の位置誤差を生じさせ得る。温度が７０℃変化するとき、１０倍（１０×）の位置誤差が典型的である。

記載される例において、回転リゾルバーが回転シャフトを含み、回転シャフトには、少なくとも一つの伝導性偏心粗分解能ディスクが固定され、少なくとも一つの伝導性細分解能ディスクも固定される。細分解能ディスクは、複数の概して半円形の突出する端部セグメントを画定する。少なくとも一つの伝導性粗ディスク感知コイルが、粗分解能ディスクの端部に近接して配置され、少なくとも一つの伝導性細ディスク感知コイルが、細分解能ディスクの端部に近接して配置される。これらのコイルは、それぞれのディスクの軸感知のために方向付けられ得る。

幾つかの実施例に従った、回転位置及び速度感知システムにおいて配置される回転リゾルバーを示す環境図である。

種々の実施例に従った、誘導センサを用いる例示のマルチレベル高分解能回転位置及び速度感知回転リゾルバーの概略的平面（頂部）図である。

種々の実施例に従った、図１の例示のマルチレベル高分解能回転位置及び速度感知回転リゾルバーの概略的側部（立面）図である。

種々の実施例に従った、誘導センサを用いる別の例示のマルチレベル高分解能回転位置及び速度感知回転リゾルバーの概略的（頂部）平面図である。

種々の実施例に従った、誘導センサを用いる第３の例のマルチレベル高分解能回転位置及び速度感知回転リゾルバーの概略的側部（立面）図である。

種々の実施例に従った、誘導センサを用いる第４の例のマルチレベル高分解能回転位置及び速度感知回転リゾルバーの概略的側部（立面）図である。

種々の実施例に従った、誘導センサを用いる例示の代替のマルチレベル高分解能回転位置及び速度感知回転リゾルバーの概略的平面（頂部）図である。

種々の実施例に従った、図７の例示の代替のマルチレベル高分解能回転位置及び速度感知回転リゾルバーの概略的側部（立面）図である。

幾つかの実施例に従って、誘導センサを用いるマルチレベル高分解能回転位置及び速度感知回転リゾルバーのための例示の計算される最大回転速度を表にしたものである。

図９と同じ実施例に従って、誘導センサを用いるマルチレベル高分解能回転位置及び速度感知回転リゾルバーのための例示の計算される最大分解能を表にしたものである。

この記載は、マルチディスク構成を用いるマルチレベル分解能を含む、誘導性感知に基づく回転リゾルバー（エンコーダ）のための装置及び方法に関連する。このようなリゾルバーは、単一シャフト（ｘ－ｙ平面回転）上の粗及び細回転ディスクを含み、種々の実施例において、それぞれの軸的に同相（Ｉ）及び直交（Ｑ）の誘導性感知コイルが、ディスク端部において配置され、コイル軸がディスク回転軸に直交する。粗ディスクは、ディスク回転が、ディスク端部とそのＩコイル及びＱコイルとの間の（コイルの平面のｚ軸に沿った）距離を、回転サイクル毎に最大及び最小距離間で循環させるように、偏心である。細ディスクは、実質的に半円である角端部セグメントの数（ｎ）を有して構成され、そのため、ディスク回転が、ディスク端部とそのＩコイル及びＱコイルとの間の（ｚ軸に沿った）距離を、回転サイクル毎にｎサイクルに対応して、各セグメントに最大距離から最小距離へ及び最大距離に戻って（即ち、谷／山／谷）、循環させる。

ここでの回転エンコードは、直交アプローチを用いて実装される。Ｉ及びＱのセンサコイルセットは、細及び粗ディスク（回転ターゲット）の端部に沿って配置される。この配置により、ディスクの角度及び回転方向の検出が可能となる。このＩ‐Ｑセンサ配置は、約３６０度の絶対回転角度を測定し得る。結果の出力波形は、正弦（及び／又は余弦）関数に類似し、これにより、データを処理するため及び出力から回転角度を見出すために三角関数を用いることが可能となる。

マルチレベルインダクタンス・デジタルコンバータリゾルバーによって、種々の利点が達成される。マルチレベル（ｎ）インダクタンス・デジタルコンバータセンサシステムにおいて、分解能要件は、Ｐ１－１／ｎ倍程度、低減され得る（ここでＰは分解能である）。これは、速度及び分解能間の要求トレードオフがより少なく、機械的変動及び温度変化に対する感度がより小さいことにつながる。例えば、２レベルの８１９２位置リゾルバーでは、インダクティブ・デジタルコンバータが、およそ３４０ｒｐｍの回転速度をサポートし得、軸近接における１パーセントの変化が、約１の大きさの位置誤差を生じさせ得、温度が７０℃変化するとき位置誤差は約０．１の大きさである。更なる例として、３レベルの８１９２位置リゾルバーにおいて、インダクティブ・デジタルコンバータが、約１５００ｒｐｍの回転速度をサポートし得、軸近接における１パーセントの変化が、約０．２５の大きさの位置誤差を生じさせ得、温度が７０℃変化するとき位置誤差はおよそ０．０２５の大きさである。

図１は、幾つかの実施例に従って、回転位置及び速度感知システム１００において配置される回転リゾルバー１０５を示す環境図である。回転位置及び速度感知システム１００は、インダクタンス・デジタルコンバータ１１０、複数のインダクタンスタンク回路（コイル１１５～１３０、及びキャパシタ１３５～１５０など）、及び複数のインダクタンスタンク回路を介してインダクタンス・デジタルコンバータ１１０に作用可能に結合される回転リゾルバー１０５を含み得る。システム１００において、回転リゾルバー１０５は、下記で詳細に説明するように、回転シャフト、シャフト上に固定される一つ又は複数の伝導性偏心粗分解能ディスク、及び同じくシャフト上に固定される一つ又は複数の伝導性細分解能ディスクを含み得る。

誘導性位置感知の原理は、渦電流の現象に関連する。伝導性リゾルバーディスクなどの金属が、振動するＬＣタンクのコイル（コイル１１５～１３０及びキャパシタ１３５～１５０など）に近接して配置されるとき、その金属において誘導された電流は、コイルの有効インダクタンスを低減する反対のフィールドを生成し、そのため、共振周波数を変える。インダクタンス・デジタルコンバータ（１１０）は、ＬＣタンク（コイル１１５～１３０及びキャパシタ１３５～１５０など）の共振する周波数を測定することによりインダクタンス変化を検出し、そのため、コイルとターゲット金属（伝導性リゾルバーディスクなど）との間の近接を測定する。従って、インダクタンス・デジタルコンバータ（１１０）は、ターゲットの位置を判定するためセンサ発振周波数を測定する。インダクタンス・デジタルコンバータ（１１０）は、周波数データをマイクロプロセッサ又は同様の電子回路要素（１５５）に渡し、これは、周波数データを送るその他の機器（ホストプラットホーム、コンピュータなど）と通信し得る。

図２は、種々の実施例に従った、誘導センサを用いる例示のマルチレベル高分解能回転位置及び速度感知回転リゾルバー２００の概略的平面（頂部）図である。図３は、種々の実施例に従った、図２の例示のマルチレベル高分解能回転位置及び速度感知回転リゾルバー２００の概略的側部（立面）図である。図２及び図３の例示される例は、２レベルであり、粗及び細リゾルバーが軸感知コイルを備える。絶対エンコーダとして動作し得るマルチレベルインダクタンス・デジタルコンバータリゾルバー２００は、（図３に図示するように）同じシャフト２１５上に搭載される２つのディスク２０５及び２１０を備える、２レベルインダクタンス・デジタルコンバータベースのリゾルバーとし得る。レベル１の偏心粗分解能ディスク２０５は、アクティブレベル２「歯（ｔｅｅｔｈ）」の角度を弁別し、レベル２はオフセット角度を弁別する。この（及び／又はその他の）実施例におけるディスク（又は、各ディスクの少なくともフレーム）はアルミニウムでつくられ得、中実の（ｓｏｌｉｄ）材料は、ディスクの少なくとも２ｍｍ外など、外半径においてのみ必要とされる。その偏心性に起因する、粗ディスクにおける不均衡は、ディスクにおける穴により相殺され得、シャフトの軸を介してそれを平衡させる。

回転リゾルバー２００は、回転リゾルバー粗ディスク感知コイルを含み得、これは、（ａ）同相（Ｉ）粗ディスク感知コイル（２２０）と直交（Ｑ）粗ディスク感知コイル（２２５）とを有する、粗ディスク感知コイルのペアを含み得る。細ディスク感知コイルは、同相（Ｉ）細ディスク感知コイル（２３５）と直交（Ｑ）細ディスク感知コイル（２４０）とで構成されるコイルのペアを含み得る。

ディスク２０５の回転が、それぞれ、Ｉ及びＱコイル２２０及び２２５に対する端部位置を変えるように、粗リゾルバーディスク２０５は偏心されている。端部位置変化は、比較的低周波数である。この偏心性は、シャフト２１５上に、中央シャフト２１５の軸に対して中心をずらして、概して円形のディスクを配置することによって提供され得る。代替として、偏心性は、粗ディスク自体が偏心されている（即ち、概してカム形状である）ことによって提供されてもよい。粗分解能ディスクは、回転の第１の半サイクル（０～１８０度など）においてそれぞれの粗ディスク感知コイルまでの距離を減少し続けさせ、回転サイクルの第２の半分（１８０～３６０度など）において距離を増大し続けさせる、ディスク形状として一般化され得る。形作られた（ｓｈａｐｅｄ）ディスクが、中心からずれた円形のディスク配置よりも、角度とセンサ出力との間で一層線形の関係を生成し得る。

細ディスク２１０は、波形にされた、又はその他の方式で交互に規則的に突出する、端部セグメント２３０（又は「歯」）を有し得、端部セグメント２３０（又は「歯」）は、それぞれ、Ｉ及びＱコイル２３５及び２４０を過ぎて回転し、各セグメントに対する位置が周期的に（概して正弦波状に）変化する。これらのサイクルは、（例えば、Ｉ及びＱコイル２２０及び２２５に対する粗リゾルバーディスク２０５の位置変化に対して）比較的高周波数である。

端部セグメント２３０は、半円形のプロファイルを備えて構成され得る。代替として、誘導センサ（コイル２２０、２２５、２３５、及び２４０など）は距離と共に低減する感度を有するので、粗ディスク２０５及び細ディスク２１０はいずれも、センサ応答が回転に対して実質的に線形であるような形状とされ得る。これは、（ａ）ディスクが近い（及びセンサが高感度を有する）とき、距離における変化が小さく、及び（ｂ）ディスクが離れている（及びセンサが一層低い高感度を有する）とき、距離における変化が増大されるように、回転の各度合に対して距離における変化を変えることによるダイナミックレンジ最適化を介して達成され得る。従って、図２に示す端部セグメント２３０の概して放物線状の形状は、このダイナミックレンジ最適化を実装し得る。従って、ディスクがセンサ（コイルに面する端部セグメントの頂部）に近いとき、一度の回転は、端部セグメントの底部（最大距離）が、端部セグメントの傾斜が一層急となるセンサの軸との整合に近づく場合に比して、ディスクとセンサとの間の距離における比較的小さな変化となる。

較正及び／又は温度補償のために基準コイル２４５、２５０、２５５、及び２６０が用いられ得る。種々の実装に従って、位置感知のために４つ又はそれ以上コイル（コイル２２０、２２５、２３５、及び２４０など）が用いられ得る。このような実装において、４つの他のコイル（コイル２４５、２５０、２５５、及び２６０など）は、較正及び／又は補償（温度補償など）のために用いられ得る。補償／較正コイル２４５、２５０、２５５、及び２６０は、同じ回転リゾルバーハウジング（下記で用いられるものなど）において又は近隣の印刷回路基板（ＰＣＢ）ロケーションにおいてなど、Ｉ及びＱコイル２２０、２２５、２３５、及び２４０により経験されるものと同じ周囲温度を有する任意の箇所に置かれ得る。これら４つのセンサコイル２２０、２２５、２３５、及び２４０（及び／又は較正コイル２４５、２５０、２５５、及び２６０）は、コイルボードＰＣＢの内部層（層２及び層３）上に印刷され得る。各コイルは、インダクタンスを最大化するため直列に接続される、印刷されたスパイラルコイルの二層を含み得る。この（及びその他の）実施例におけるコイルの厚みは、約２ミリメートルなど、それらを搭載するＰＣＢ（及び／又はＰＣＢ層）の厚みに基づき得る。４つのコイルを図２及び図３に図示するが、誘導センサを用いるこのマルチレベル高分解能回転位置及び速度感知回転リゾルバーに従って、任意の数のコイルが用いられ得る。概して、感知コイル２２０、２２５、２３５、及び２４０は、（ａ）コイル軸がディスク回転軸に直交し、位置におけるｚ軸の変化を測定するアキシャルコイル、又は（ｂ）コイル軸がディスク回転軸に平行し、感知エリア内の端部コイル下のディスクエリアにおけるｘ－ｙ変化を測定するラテラルコイルとし得る。ラテラルコイルは、集中した磁束の感知エリアを介してディスク端部（粗又は細）が回転するように、回転ディスクに対して共平面に巻かれ、関連する正接成分より実質的に大きい通常成分を備えた感知エリアに交差する磁場大きさベクトルにより特徴付けられる。ラテラルコイルにおいて、本願と同一出願人に譲渡された米国特許出願公報番号ＵＳ２０１４／０２４７０４０に記載されるように、感知は感知エリア内のディスクエリアに依存し、この文献の開示は、全体として参照により本願に組み込まれている。しかし、本明細書に記載されるシステム及び方法に従って、アキシャルコイルセンサは、そのような実施例では機械的誤差小さいのでラテラルコイルセンサに比して、有利となり得る。
米国特許公報ＵＳ２０１４／０２４７０４０

有利にも、同相（Ｉ）及び直交位相（Ｑ）センサコイルの利用は、較正の必要性をなくすか又は大幅に低減し、熱的ドリフトを低減する。インダクタコイル間の良好なマッチングを仮定すると、次式により与えられるインダクタンス（Ｌ）の差動測定に基づいて位置が測定され得る。
（ＬＩ－ＬＱ）／（ＬＩ＋ＬＱ）

これは、２つの磁石がマッチングしないためにマッチングセンサ（コイル）を利用することができないホール効果ベースの実装など、磁石ベースの位置センサに対して著しい利点となる。同相及び直交位相センサの利用における更なる利点は、回転の方向が判定され得る点である。例えば、（ａ）Ｉチャネルは、一つの方向に回転するとき、Ｑチャネルにわたって同相を導き、（ｂ）逆の方向で、Ｑチャネルは、Ｉチャネルにわたって同相を導く。また、（本明細書に記載されるシステム及び方法において用いられる装置のような）同相及び直交位相センサコイルは冗長性を提供する。センサの一つが、機能すること又は信号を提供することをやめる場合、単一チャネルバージョンが残る。精度が低減され得る一方で、システムは充分に機能し得、これは、クリティカルなアプリケーションにおいて重要であり得る。

粗ディスクでは、形状の粗レベル計算が、粗レベルディスクの、結果として得られるラジアンによって提供され得る。粗及び細ディスク半径は、一つの式、
ｒ＝ｒ０＋ｆ（Ｎθ）
を用いて表現され得、ここで、ｒ０はベース半径であり、ｆは３６０度の周期を有する周期的関数であり、Ｎはそのディスクにおける「歯」の数であり、θは物理的角度であり、及びΝθは電気的位相を表す。関数ｆ（）の要件は、（ａ）周期的であり、（ｂ）前半（０～１８０度）において増大し続け、（ｃ）正弦波トランスファなど、後半（１８０～３６０度）において減少し続ける。

粗ディスクの絶対角度の絶対検出では、一つの線形周期（上昇及び下降）は粗ディスクの固定ラジアンに変調される。正弦関数がｆ（）として用いられる一つのあり得る実装において、正弦関数の正の半分のみが各歯に対して用いられ、旋回毎の歯の数が、Ｎとして設定される。上記式から、粗ディスク上の楕円曲線となる。５０μｍ未満の機械的公差を仮定すると、（ａ）細ディスク精度は、２．５ｍｍ／５０μｍ、又は５０ステップであり、（ｂ）粗ディスク精度は、約５ｍｍ／３０／５０μｍ又はセクター毎に約３．３ステップであり、これは、セクターを検出するために充分である。これにより、システムの較正及び／又は線形化なしに、３６０度毎に約１５００ポイントの総精度が提供される。図２及び図３の例示の回転リゾルバー２００において、総ポイントは、Ｎ×５０、又はＮ×５０／３６０ポイント／度である。

回転リゾルバー２００（図２及び図３）を図１のシステム１００に適用する際、シャフト２１５（及び、それによるディスク２０５及び２１０）の回転が、各粗ディスク感知コイル２２０及び２２５と粗分解能ディスク２０５との間の距離を、各回転サイクルに最大距離と最小距離との間で循環させるように、伝導性粗ディスク感知コイル２２０及び２２５は、粗分解能ディスク２０５の端部近くに配置され、その結果、回転サイクル毎に一感知サイクルに対応するインダクタンス・デジタルコンバータ１１０へのインダクタンス信号の出力となる。伝導性細ディスク感知コイル２３５及び２４０は、シャフト２１５（及び、それによるディスク２０５及び２１０）の回転が、各細ディスク感知コイル２３５及び２４０と細分解能ディスク２１０との間の距離を、各端部セグメント２３０の通過の間、最大、最小、及び再び最大の間で循環をさせるように、細分解能ディスク２１０の端部に近接して配置され、インダクタンス・デジタルコンバータ１１０への周期的インダクタンス信号の出力を生じさせる。この信号は、ディスクの回転位置に対応する。

図４は、種々の実施例に従った、誘導センサを用いる別の例示のマルチレベル高分解能回転位置及び速度感知回転リゾルバー４００の概略的（頂部）平面図である。例示のリゾルバー４００は、中実のシャフト４１５を備えて、それぞれ、粗及び細ディスク４０５及び４１０を用いる。この例（これは、他の図面と同様、一定の縮尺で描かれてはない）では、粗ディスク４０５は、５ｍｍの変調（線形オフセット）を備えて、７２ｍｍの直径を有する。また、この例では、粗ディスクの厚み（又は高さ）は１６ｍｍ（１４ｍｍ＋２ｍｍ）である。それに関係なく、ディスク厚みは、それぞれのコイル直径より大きくすべきである。図４の例において、４つの粗ディスクコイル４２０、４２２、４２５、及び４２７が、１０ｍｍの直径及び９０度の位相シフトを有する（即ち、それらは、９０度離れたＩ／Ｑペアを備えて粗ディスク４０５の周りに間隔を空けて配置される）。細ディスク４１０は、２．５ｍｍの変調（波サイズ（ｓｃａｌｌｏｐ ｓｉｚｅ））を備え（余弦の絶対値を提供するように形づくられる）、この例では８０ｍｍの直径を有する。この例では細ディスク４１０上の「歯」４３０の数は３０であり、細ディスク４１０の高さ（厚み）は８ｍｍ（６＋２ｍｍ）である。図４の例において４つの細ディスクコイル（４３５、４３７、４４０、及び４４２）は各々、４ｍｍの直径を有し、２１度の位相シフトを有するように配される。従って、細ディスクコイルのＩ／Ｑペアは、各ペアのコイル同士が細ディスク４１０の周りで互いから２１度離間され、これらのペアが、細ディスク４１０を横切って互いに概して対称的（ｄｉａｍｅｔｒｉｃａｌ）に配置され得るように、配される。この例における細ディスク４１０の周期は３６０／３０であり、１２の物理的角度、又は３６０の電気的角度に等しい。Ｉ及びＱコイルは、＋／－９０＋／－ｍ×３６０の電気的角度（ここでｍは任意の整数である）、又は＋／－３＋／－ｍ×１２の物理的角度離れているべきである。従って、Ｉコイルが０度で、Ｑコイルが２周期マイナス１／４周期である場合、２１度となり得、それらの間の電気的位相は９０度となり得る。更に、この例及び他の実施例に従って、粗ディスクの半径は、細ディスクの半径より細ディスクコイル直径のサイズだけ小さくし得る。また、この（及びその他の）例示の実施例において、ディスクフレーム（図４には図示せず）から垂直細ディスクコイル４３５、４３７、４４０、及び４４２までの距離は、０．１～１ｍｍ（即ち、１ミリメートル未満）である。

図５は、種々の実施例に従った、誘導センサを用いる別の例示のマルチレベル高分解能回転位置及び速度感知回転リゾルバー５００の概略的側部（立面）図である。他の図面と同様、図５は一定の縮尺で描かれていない。例えば、図５においてｚ軸は拡張されている。また、例えば、リゾルバー５００は、中実のシャフト５１５を備えて、それぞれ、粗及び細ディスク５０５及び５１０を用いる。この例では、粗ディスク５０５は、４ｍｍの変調（線形オフセット）を備えて、６７ｍｍの直径を有し、粗ディスクの厚み（又は高さ）は１６ｍｍ（１４ｍｍ＋２ｍｍ）であり、４つの粗ディスクコイル（概して５２０）は、１０ｍｍの直径を有し、細ディスク５１０は８０ｍｍの直径を有する。４つの細ディスクコイル（概して５３５）は各々４ｍｍの直径を有する。そのため、この例に従って、粗ディスクの大きい方の半径は、細ディスクコイル直径のサイズ（図４にあるように、この場合は４ｍｍ）だけ細ディスクの半径より小さくし得る。

また、この（及びその他の）例示の実施例において、細ディスク（フレーム）５１から垂直細ディスクコイル５３５までの距離は、０．１ｍｍ～１ｍｍ（１ミリメートル未満など）である。図５の例示の実施例において、粗ディスクコイル５２０は、ハウジング５６５から内方に１８ｍｍ（１６ｍｍ＋ＰＣＢ厚みのための２ｍｍ）間隔があけられる。これは、粗ディスクコイル５２０と粗ディスク５０５との間の最大距離の約３倍である。ハウジング５６５までの細ディスクコイル距離は、１４ｍｍ（１２ｍｍ＋２ｍｍ）であり、これは、細ディスク４１０（スカラップ（ｓｃａｌｌｏｐ）５３０間）と細ディスクコイル５３５（３．５ｍｍ）との間の最大距離の約４倍である。

図５の例におけるハウジング５６５（及びその他の例示のための任意のハウジング）は、外部の移動する金属からコイルを遮蔽するために金属でつくられ得る。シャフト５１５は、中実でも又は中空であってもよいが、１ミリメートル未満の最大ｚ軸の遊びを有するべきである。アッセンブリのランアウト（ｒｕｎ－ｏｕｔ）は、実用上可能な限り低くされるべきであり、許容差を含み、コイルとディスクとの間の最小距離の関数とし得る。

図６は、種々の実施例に従った、誘導センサを用いる別の例示のマルチレベル高分解能回転位置及び速度感知回転リゾルバー６００の概略的側部（立面）図である。図６も（そのｚ軸が拡張されるなど）一定の縮尺で描かれていない。例示のリゾルバー６００は、中実のシャフト６１０を備えて、それぞれ、粗及び細ディスク６０５及び６１０を用いる。この例では、粗ディスク６０５は、４０ｍｍなど、細ディスク６１０と同じ半径を有する。粗ディスク６０５の例示の厚み（高さ）は、２０ｍｍ（即ち、１０ｍｍの粗ディスクコイルサイズの２倍）である。この例では、粗ディスクコイル（概して６２０）は、細ディスクコイル（概して６３５）と（軸シャフトから）同じ半径で搭載され、これは、４０ｍｍ＋１ミリメートル未満である。図６の例示の回転リゾルバー６００は、図５の例示の回転リゾルバー５００より大きなハウジング（６６５）を用い得るが、回転リゾルバー６００は、有利にも、同じ半径で粗及び細ディスクコイル（６２０及び６３５）を搭載し、粗及び細コイル（６２０及び６３５）両方に対して単一ＰＣＢを用いるなど、ＰＣＢレイアウト及び搭載が簡略化される。

図７は、種々の実施例に従った、誘導センサを用いる例示の代替のマルチレベル高分解能回転位置及び速度感知回転リゾルバー７００の概略的平面（頂部）図である。図８は、種々の実施例に従った、図７の例示の代替のマルチレベル高分解能回転位置及び速度感知回転リゾルバー７００の概略的の側部（立面）図である。図７及び図８の図示された例は、軸感知コイルを備えた代替の粗及び細リゾルバーである。マルチレベルインダクタンス・デジタルコンバータベースのリゾルバー７００は、絶対エンコーダとして機能し得、（図８において図示するように）、粗分解能ディスク７０５、第１の細分解能ディスク７１０、及び第２の細分解能ディスク７１２の３つのディスクを有し得、これらは全て同じシャフト７１５上に搭載される。この場合も、レベル１の偏心粗分解能ディスク７０５は、細分解能ディスク７１０及び７１２のアクティブレベル２「歯」の角度を弁別し、細分解能ディスク７１０は第１のオフセット角度を弁別し、細ディスク７１２は第２のオフセット角度を弁別する。

この場合も、偏心粗リゾルバーディスク７０５は、上述のように成され得るように、ディスク７０５の回転が、粗ディスク（図示せず）のためのＩ及びＱコイルに対して端部位置を変化させるように、シャフト７１５上に配置される。前述のように、端部位置変化は、比較的低周波数である。回転リゾルバー７００は、個別の細ディスク７１０及び７１２を用いる。各々が、それぞれ、同様のスカラップ型にされた（又はその他の方式で交互に規則的な突出を有する）、端部セグメント７３０及び７３２を有する。しかし、細ディスク７２０及び７２２は、それぞれ、Ｉ及びＱコイル７３５及び７４０を過ぎてそれらが回転するにつれて、一方の細ディスクが歯毎に全正弦周期を出力し、他方の細ディスクが歯毎に全余弦周期を出力するように搭載される。これらのサイクルは、（例えば、そのＩ及びＱコイルに関する粗リゾルバーディスク７０５の位置変化に対して）比較的高周波数である。有利にも、（細ディスク７１０及び７１２から出力される）細利得のためのＩ及びＱコイル７３５及び７４０は、インラインで、リゾルバーディスクに対して同じ角度位置で搭載され得、機械的位相シフトを最小化し、同じＰＣＢの共用を可能にし、そのため、機械的に実現することがより容易となり得る。

回転リゾルバー７００（図７及び図８）の図１のシステム１００への適用において、細分解能ディスクの一つ（７１０など）は同相配置され得、他方の細分解能ディスク（７１２など）は、第１の細分解能ディスク（７１０など）に対して直交して配置され得る。このようなシステムにおいて、（ａ）シャフト７１５（及び、それによるディスク）の回転が、各細ディスク感知コイル７３５及び７４０と細分解能ディスク間との距離を、各端部セグメント（７３０及び７３２）の通過の間、最大、最小、及び最大の間で循環させ、（ｂ）細分解能ディスクの一つの細分解能ディスク（７１０）の端部に近接して配置される伝導性コイル（７３５）は、概して正弦波状の周期的な第１の信号を、インダクタンス・デジタルコンバータに出力し、及び（ｃ）他の細分解能ディスク（７１２）の端部に近接して配置される他の伝導性コイル（７４０）が、第１の信号に概して直交する概して正弦波状の周期的な第２の信号を出力する。これらの信号は、インダクタンス・デジタル信号コンバータ１１０への出力である。このようなシステムにおいて、回転リゾルバー粗ディスク感知コイルは、（ａ）（同相（Ｉ）粗ディスク感知コイルと直交（Ｑ）粗ディスク感知コイルとを有する粗ディスク感知コイルのペアを含み得る。また、（ａ）細ディスク感知コイルのペアが、同相（Ｉ）細ディスク感知コイル７３５及び直交（Ｑ）細ディスク感知コイル７４０を有し得る。このようなシステムにおいて、同相（Ｉ）細ディスク感知コイル７３５は、細分解能ディスクの一つ（７１０）に近接して配置され、直交（Ｑ）細ディスク感知コイル７４０は、他の細分解能ディスク（７１２）に近接して配置される。これらのコイルは、互いに概して整合され得、回転リゾルバーシャフト（７１５）に概して平行配置に配置され得る。

有利にも、共にスタックされ、互いに９０の電気的角度、位相が異なる、２つの細分解能ディスク（７１０及び７１２）を有することにより、細分解能Ｉ及びＱコイルは、一つのＰＣＢ上の、同じ、整合された位置に配置され得、上述のようにこれらを（例えば＋／－３＋／－ｍ×１２度）分離する必要性をなくす。こういった分離は、より厳しい機械的許容差を要求し得る。

図９は、幾つかの実施例に従って、インダクタンス・デジタルコンバータに関連する使用に基づいて誘導センサを用いるマルチレベル高分解能回転位置及び速度感知回転リゾルバーのための、例示の計算された最大回転速度を表にしたものである。図１０は、図９と同じ実施例に従って、インダクタンス・デジタルコンバータに関連する使用に基づき誘導センサを用いるマルチレベル高分解能回転位置及び速度感知回転リゾルバーのための、例示の計算された最大分解能を表にしたものである。

従って、記載される例において、シャフト（及び、それによるディスク）の回転が、各粗ディスク感知コイル及び粗分解能ディスク間の距離を、回転サイクル毎に一つの感知サイクルに対応して、各回転サイクルに最大距離と最小距離との間で循環させる。また、シャフト（及び、それによるディスク）の回転が、端部セグメントの数に等しい回転サイクル毎の多数の感知サイクルに対応して、各細ディスク感知コイル及び細分解能ディスク間の距離を、各端部セグメントの通過の間、最大、最小、及び最大の間で循環させる。

粗ディスク感知コイルは、（ａ）同相粗ディスク感知コイルと直交粗ディスク感知コイルとを含む粗ディスク感知コイルのペアであり得る。同様に、細ディスク感知コイルは、（ａ）同相細ディスク感知コイルと直交細ディスク感知コイルとを含む細ディスク感知コイルのペアであり得る。

幾つかの実装は、伝導性細分解能ディスクのペアを用い得、一つの伝導性粗分解能ディスクが伝導性細分解能ディスク間に配置される。第１の細分解能ディスクが同相に配置され得、第２の細分解能ディスクが、第１の細分解能ディスクに対して直交して配置され得る。このような実施例において、（ａ）シャフト（及び、それによるディスク）の回転が、各細ディスク感知コイル及び細分解能ディスク間の距離を、各端部セグメントの通過の間、最大、最小、及び最大の間で循環させ、（ｂ）第１又は第２の細分解能ディスクの端部に近接して配置されるコイルが、概して正弦波状の周期的な第１の信号を出力し、及び（ｃ）他方の細分解能ディスクの端部に近接して配置される他の伝導性コイルが、第１の信号（即ち、余弦信号）に対して概して直交する概して正弦波状の周期的な第２の信号を出力する。また、このような実装において、粗ディスク感知コイルは、（ａ）粗ディスク感知コイルのペアを含み、粗ディスク感知コイルのペアは、同相粗ディスク感知コイル及び直交粗ディスク感知コイルを含み、細ディスク感知コイルは、（ａ）同相細ディスク感知コイルと直交細ディスク感知コイルとを含む細ディスク感知コイルのペアを含む。同相細ディスク感知コイルは、細分解能ディスクの一つに近接して配置され、直交細ディスク感知コイルは、他方の細分解能ディスクに近接して配置される。同相細ディスク感知コイル及び直交細ディスク感知コイルは、互いに整合され得、シャフトに概して平行に配置され得る。

このように、回転位置感知の或る方法が、シャフト上に偏心伝導性粗分解能ディスクを搭載すること、及びそのシャフト上に複数の概して半円形の突出する端部セグメントを画定する伝導性細分解能ディスクを搭載することを要求し得る。回転位置感知のこのような方法において、（ａ）直交して配置される伝導性粗ディスク感知コイルのペアが、粗分解能ディスクの軸感知のため粗分解能ディスクの端部に近接して配置され得、及び（ａ）伝導性細ディスク感知コイルが、細分解能ディスクの軸感知のため細分解能ディスクの端部に近接して配置され得る。回転位置感知のこのような方法が、シャフト（及び、それによりディスク）を回転させることを要求し得、それにより、（ａ）各粗ディスク感知コイル及び粗分解能ディスク間の距離を、回転サイクル毎に一つの感知サイクルに対応して、各回転サイクルに最大距離と最小距離との間で循環させ、及び（ｂ）各細ディスク感知コイル及び細分解能ディスク間の距離を、端部セグメントの数に等しい回転サイクル毎の多数の感知サイクルに対応して、各端部セグメントの通過の間、最大、最小、及び最大の間で循環させる。回転位置感知のこのような方法において、伝導性粗ディスク感知コイルの各々は、回転サイクル毎に一つの感知サイクルを感知し、一つ又は複数の伝導性細ディスク感知コイルの各々は、ディスクの回転位置に対応する回転毎に複数の感知サイクルを感知する。

幾つかの方法の実装において、直交して配置される伝導性粗ディスク感知コイルの各ペアは、同相粗ディスク感知コイル及び直交粗ディスク感知コイルを含み得、及び／又は細ディスク感知コイルは、（ａ）同相細ディスク感知コイルと直交細ディスク感知コイルとで構成される細ディスク感知コイルのペアを含み得る。

回転位置感知の方法の幾つかの実装が、シャフト上で複数の概して半円形の突出する端部セグメントを画定する第２の伝導性細分解能ディスクを搭載することを要求し得、例えば、粗分解能ディスクが細分解能ディスク間に配置され、細分解能ディスクの一つが同相に配置され、他方の細分解能ディスクが第１の細分解能ディスクに対して直交して配置される。このような方法の実装において、シャフト（及び、それによりディスク）を回転させることが、各細ディスク感知コイル及び細分解能ディスク間の距離を、各端部セグメントの通過の間、最大、最小、及び最大の間で循環させる。その結果、細分解能ディスクの一つの細分解能ディスクの端部に近接して配置される伝導性コイルが、概して正弦波状の周期的な第１の信号を出力し、他方の細分解能ディスクの端部に近接して配置される別のコイルが、第１の信号に対して概して直交する概して正弦波状の周期的な第２の信号を出力する。回転位置感知のこのような方法の実装において、細ディスク感知コイルは、（ａ）同相細ディスク感知コイルと直交細ディスク感知コイルとを含む細ディスク感知コイルのペアであり得る。この同相細ディスク感知コイルは、細分解能ディスクの一つに近接して配置され得、直交コイル細ディスク感知は、他方の細分解能ディスクに近接し、同相細ディスク感知コイルと概して整合されて配置され、同相細ディスク感知コイル及び直交細ディスク感知コイルが、シャフトに概して平行に配置される。

従って、或る回転位置及び速度感知システムが、インダクタンス・デジタルコンバータ、複数のインダクタンスタンク回路、及び複数のインダクタンスタンク回路を介してインダクタンス・デジタルコンバータに作用可能に結合される回転リゾルバーを含み得る。このようなシステムにおいて、回転リゾルバーは、回転シャフト、シャフト上に固定される伝導性偏心粗分解能ディスク、及びシャフト上に固定される伝導性細分解能ディスクを含み得、細分解能ディスクは、複数の概して半円形の突出する端部セグメントを画定する。伝導性粗ディスク感知コイルは粗分解能ディスクの端部に近接して配置されて、シャフト（及び、それによるディスク）の回転が、各粗ディスク感知コイル及び粗分解能ディスク間の距離を、各回転サイクルに最大距離と最小距離との間で循環させ、その結果、回転サイクル毎に一つの感知サイクルに対応するインダクタンス・デジタルコンバータへのインダクタンス信号の出力となるようになっている。伝導性細ディスク感知コイルは細分解能ディスクの端部に近接して配置されて、シャフト（及び、それによるディスク）の回転が、各細ディスク感知コイル及び細分解能ディスク間の距離を、各端部セグメントの通過の間、最大、最小、及び最大間で循環させ、ディスクの回転位置に対応するインダクタンス・デジタルコンバータへの（正弦波状の周期的な）インダクタンス信号の出力が生じるようになっている。これらの回転リゾルバーコイルは、それぞれのディスクの軸感知のために方向付けられ得る。回転リゾルバー粗ディスク感知コイルは、（ａ）同相粗ディスク感知コイルと直交粗ディスク感知コイルとを有する粗ディスク感知コイルのペア、及び／又は同相細ディスク感知コイルと直交細ディスク感知コイルとを含む細ディスク感知コイルペアを含み得る。

幾つかのシステムにおいて、回転リゾルバーは、それらの間に配置される一つの伝導性粗分解能ディスクを備えた、伝導性細分解能ディスクのペアを有する。細分解能ディスクの一方が同相に配置され得、他方の細分解能ディスクが、第１の細分解能ディスクに対して直交して配置され得る。このようなシステムにおいて、シャフト（及び、それによるディスク）の回転が、各細ディスク感知コイル及び細分解能ディスク間の距離を、各端部セグメントの通過の間、最大、最小、及び最大間で循環させ、細分解能ディスクの一方の細分解能ディスクの端部に近接して配置される伝導性コイルは、概して正弦波状の周期的な第１の信号をインダクタンス・デジタルコンバータに出力し、他方の細分解能ディスクの端部に近接して配置される他の伝導性コイルが、第１の信号に概して直交する概して正弦波状の周期的な第２の信号をインダクタンス・デジタル信号コンバータに出力する。また、このようなシステムにおいて、回転リゾルバー粗ディスク感知コイルは、（ａ）同相粗ディスク感知コイルと直交粗ディスク感知コイルとを有する粗ディスク感知コイルのペア、及び（ａ）同相細ディスク感知コイルと直交細ディスク感知コイルとを有する細ディスク感知コイルのペアを含む。同相細ディスク感知コイルは、細分解能ディスクの一方に近接して配置され、直交細ディスク感知コイルは他方の細分解能ディスクに近接し、同相細ディスク感知コイルと概して整合されて配置され、同相細ディスク感知コイル及び直交細ディスク感知コイルは、回転リゾルバーシャフトに概して平行に配置される。

本発明の特許請求の範囲内で、説明した例示の実施例に変形が成され得、他の実施例が可能である。

Claims (11)

1. 回転リゾルバーであって、
   回転シャフトと、
   前記シャフト上に固定される少なくとも１つの伝導性偏心粗分解能ディスクと、
   前記シャフト上に固定される少なくとも１つの伝導性細分解能ディスクであって、複数の概して半円形の突出する端部セグメントを画定して前記粗分解能ディスクよりも大きい回転分解能を提供する、前記細分解能ディスクと、
   前記粗分解能ディスクの端部に近接して配置される少なくとも１組の伝導性粗ディスク感知コイルと、
   前記細分解能ディスクの端部に近接して配置される少なくとも１組の伝導性細ディスク感知コイルと、
   を含み、
   前記１組の伝導性粗ディスク感知コイルは、１つの同相粗ディスク感知コイルと１つの直交粗ディスク感知コイルを含み、前記１組の伝導性粗ディスク感知コイルが前記粗分解能ディスクの回転軸に対して９０度の角度だけ互いに離れており、
   前記１組の伝導性細ディスク感知コイルは、同相細ディスク感知コイルと直交細ディスク感知コイルを含み、
   前記複数の概して半円形の突出する端部セグメントの数がＮであり、前記１組の細ディスク感知コイルが前記細分解能ディスクの回転軸に対して、９０度未満の角度であって、かつ±（９０／Ｎ）±（Ｍ×３６０／Ｎ）の角度だけ互いに離れており、Ｍが整数である、回転リゾルバー。
2. 請求項１に記載の回転リゾルバーであって、
   前記コイルがそれぞれのディスクの軸感知のために方向付けられる、回転リゾルバー。
3. 請求項１に記載の回転リゾルバーであって、
   前記シャフトの回転とそれによる前記ディスクの回転が、回転サイクル毎に１つの感知サイクルに対応して、各粗ディスク感知コイルと前記粗分解能ディスクとの間の距離を各回転サイクルに最大距離と最小距離との間で循環させる、回転リゾルバー。
4. 請求項３に記載の回転リゾルバーであって、
   前記シャフトの回転とそれによる前記ディスクの回転が、端部セグメントの数に等しい回転サイクル毎の多数の感知サイクルに対応して、各細ディスク感知コイルと前記細分解能ディスクとの間の距離を各端部セグメントの通過の間に最大と最小と前記最大への回帰との間で循環させる、回転リゾルバー。
5. 請求項１に記載の回転リゾルバーであって、
   前記粗分解能ディスクが前記細分解能ディスクの前記端部セグメントの角度の弁別を可能にし、前記細分解能ディスクが前記回転シャフトのオフセット角度の弁別を可能にする、回転リゾルバー。
6. 回転位置感知の方法であって、
   シャフト上に偏心伝導性粗分解能ディスクを搭載することと、
   前記シャフト上に複数の概して半円形の突出する端部セグメントを画定して前記粗分解能ディスクよりも大きい回転分解能を提供する伝導性細分解能ディスクを搭載することと、
   前記粗分解能ディスクの軸感知のために、直交して配置される少なくとも１組の伝導性粗ディスク感知コイルを前記粗分解能ディスクの端部に近接して配置することと、
   前記細分解能ディスクの軸感知のために、少なくとも１組の伝導性細ディスク感知コイルを前記細分解能ディスクの端部に近接して配置することと、
   を含み、
   前記１組の伝導性粗ディスク感知コイルは、１つの同相粗ディスク感知コイルと１つの直交粗ディスク感知コイルを含み、前記１組の伝導性粗ディスク感知コイルが前記粗分解能ディスクの回転軸に対して９０度の角度だけ互いに離れており、
   前記１組の伝導性細ディスク感知コイルは、同相細ディスク感知コイルと直交細ディスク感知コイルを含み、
   前記複数の概して半円形の突出する端部セグメントの数がＮであり、前記１組の細ディスク感知コイルが前記細分解能ディスクの回転軸に対して、９０度未満の角度であって、±（９０／Ｎ）±（Ｍ×３６０／Ｎ）の角度だけ互いに離れており、Ｍが整数である、方法。
7. 請求項６に記載の方法であって、
   前記シャフトを回転させてそれにより前記ディスクを回転させることであって、回転サイクル毎に１つの感知サイクルに対応して、各粗ディスク感知コイルと前記粗分解能ディスクとの間の距離を各回転サイクルで最大距離と最小距離との間で循環させ、端部セグメントの数に等しい回転サイクル毎の多数の感知サイクルに対応して、各細ディスク感知コイルと前記細分解能ディスクとの間の前記距離を各端部セグメントの通過の間に最大と最小と前記最大への回帰との間で循環させる、前記回転させることと、
   前記伝導性粗ディスク感知コイルの各々により回転サイクル毎に前記１つの感知サイクルを感知することと、
   前記伝導性細ディスク感知コイルの各々により前記ディスクの回転位置に対応する回転毎に複数の感知サイクルを感知することと、
   を更に含む、方法。
8. 請求項６に記載の方法であって、
   前記粗分解能ディスクが前記細分解能ディスクの前記端部セグメントの角度の弁別を可能にし、前記細分解能ディスクが前記回転シャフトのオフセット角度の弁別を可能にする、方法。
9. 回転位置及び速度感知システムであって、
   インダクタンス・デジタルコンバータと、
   複数のインダクタンスタンク回路と、
   少なくとも１つの回転リゾルバーであって、各々が前記複数のインダクタンスタンク回路を介して前記インダクタンス・デジタルコンバータに作用可能に結合される、前記少なくとも１つの回転リゾルバーと、
   を含み、
   前記回転リゾルバーが、
   回転シャフトと、
   前記シャフト上に固定される偏心伝導性粗分解能ディスクと、
   前記シャフト上に固定される伝導性細分解能ディスクであって、複数の概して半円形の突出する端部セグメントを画定して前記粗分解能ディスクよりも大きい回転分解能を提供する、前記伝導性細分解能ディスクと、
   前記粗分解能ディスクの端部に近接して配置される少なくとも１組の伝導性粗ディスク感知コイルであって、前記シャフトの回転とそれによる前記ディスクの回転が、各粗ディスク感知コイルと前記粗分解能ディスクとの間の距離を各回転サイクルに最大距離と最小距離との間で循環させ、回転サイクル毎に１つの感知サイクルに対応する前記インダクタンス・デジタルコンバータへのインダクタンス信号の出力を生じさせる、前記少なくとも１つの伝導性粗ディスク感知コイルと、
   前記細分解能ディスクの端部に近接して配置される少なくとも１組の伝導性細ディスク感知コイルであって、前記シャフトの回転とそれによる前記ディスクの回転が、各細ディスク感知コイルと前記細分解能ディスクとの間の距離を各端部セグメントの通過の間に最大と最小と前記最大への回帰との間で循環させて、前記ディスクの回転位置に対応する前記インダクタンス・デジタルコンバータへのインダクタンス信号の出力を生じさせる、前記少なくとも１組の伝導性細ディスク感知コイルと、
   を含み、
   前記１組の伝導性粗ディスク感知コイルは、１つの同相粗ディスク感知コイルと１つの直交粗ディスク感知コイルを含み、前記１組の伝導性粗ディスク感知コイルが前記粗分解能ディスクの回転軸に対して９０度の角度だけ互いに離れており、
   前記１組の伝導性細ディスク感知コイルは、同相細ディスク感知コイルと直交細ディスク感知コイルを含み、
   前記複数の概して半円形の突出する端部セグメントの数がＮであり、前記１組の細ディスクが前記細分解能ディスクの回転軸に対して、９０度未満の角度であって、±（９０／Ｎ）±（Ｍ×３６０／Ｎ）の角度だけ互いに離れており、Ｍが整数である、回転位置及び速度感知システム。
10. 請求項９に記載のシステムであって、
    前記コイルが、それぞれのディスクの軸感知のために方向付けられる、回転位置及び速度感知システム。
11. 請求項９に記載のシステムであって、
    前記粗分解能ディスクが前記細分解能ディスクの前記端部セグメントの角度の弁別を可能にし、前記細分解能ディスクが前記回転シャフトのオフセット角度の弁別を可能にする、システム。

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