特許 6543337 偏心モータを用いた傾き感知のための方法および装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6543337

(24)【登録日】2019年6月21日

(45)【発行日】2019年7月10日

(54)【発明の名称】偏心モータを用いた傾き感知のための方法および装置

(51)【国際特許分類】

   G01C 9/06 20060101AFI20190628BHJP

   G01B 7/30 20060101ALI20190628BHJP

   G06F 3/01 20060101ALN20190628BHJP

【ＦＩ】

   G01C9/06 E

   G01B7/30 B

   !G06F3/01 560

【請求項の数】7

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2017-518058(P2017-518058)

(86)(22)【出願日】2015年10月5日

(65)【公表番号】特表2017-530365(P2017-530365A)

(43)【公表日】2017年10月12日

(86)【国際出願番号】US2015054057

(87)【国際公開番号】WO2016054652

(87)【国際公開日】20160407

【審査請求日】2018年9月25日

(31)【優先権主張番号】14/505,543

(32)【優先日】2014年10月3日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390020248

【氏名又は名称】日本テキサス・インスツルメンツ合同会社

(73)【特許権者】

【識別番号】507107291

【氏名又は名称】テキサス インスツルメンツ インコーポレイテッド

(74)【上記1名の代理人】

【識別番号】100098497

【弁理士】

【氏名又は名称】片寄 恭三

(72)【発明者】

【氏名】ステファン ジョン フェディガン

【審査官】 九鬼 一慶

(56)【参考文献】

【文献】 特公平０６−０６３７６５（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開２０１０−１３０７４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０２６７７７５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｃ ９／００−９／３６

Ｇ０１Ｂ ７／００−７／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

傾きセンサ装置であって、
ロータがロータ軸の周りで回転されるときに、偏心質量を支持する前記ロータを有するモータに流れるモータ電流を表すセンサ出力信号を提供するセンサと、
傾き角度検出器回路であって、
前記センサ出力信号に結合される入力を有し、前記モータ電流の同期成分の振幅と位相とを表す直交出力信号を有する同期復調器と、
前記直交出力信号に結合され、傾き角度出力信号又は値を有する出力回路と、
を含む、前記傾き角度検出器回路と、
を含む、装置。

【請求項2】

請求項１に記載の傾きセンサ装置であって、
前記出力回路が、前記直交出力信号に従ってモータ電流角度値を算出するためのプロセッサ回路要素を含み、前記傾き角度出力信号又は値が、前記算出されたモータ電流角度値に少なくとも部分的に基づく、装置。

【請求項3】

請求項１に記載の傾きセンサ装置であって、
前記傾き角度検出器回路が、前記モータ電流の前記同期成分の周波数を判定するための位相ロックループ（ＰＬＬ）を含み、前記ＰＬＬが、前記センサ出力信号を受信するための入力と、前記モータ電流の前記同期成分の前記周波数を表す信号又は値を前記同期復調器に提供するための出力とを含む、装置。

【請求項4】

請求項１に記載の傾きセンサ装置であって、
前記傾き角度検出器回路が、前記センサ出力信号の低周波数成分を除去するためのフィルタ回路を含み、前記フィルタ回路が、前記センサ出力信号を受信するための少なくとも１つの入力と、フィルタされた出力信号を前記同期復調器に提供するための出力とを含む、装置。

【請求項5】

請求項１に記載の傾きセンサ装置であって、
前記同期復調器が、
前記センサ出力信号に結合される入力と、ｓｉｎωｔ信号を受信する入力と、前記直交出力信号の１つの信号に結合される出力とを有する第１の乗算器と、
前記センサ出力信号に結合される入力と、ｃｏｓωｔ信号を受信する入力と、前記直交出力信号の他の１つの信号に結合される出力とを有する第２の乗算器と、
を含む、装置。

【請求項6】

請求項１に記載の傾きセンサ装置であって、
前記同期復調器が、
前記センサ出力信号に結合される入力と、ｓｉｎωｔ信号を受信する入力と、出力とを有する第１の乗算器と、
前記第１の乗算器の出力に結合される入力と、前記直交出力信号の１つの信号に結合される出力とを有する第１の増幅器と、
前記センサ出力信号に結合される入力と、ｃｏｓωｔ信号を受信する入力と、前記直交出力信号の他の１つの信号に結合される出力とを有する第２の乗算器と、
前記第２の乗算器の出力に結合される入力と、前記直交出力信号の他の１つの信号に結合される出力とを有する第２の増幅器と、
を含む、装置。

【請求項7】

請求項１に記載の傾きセンサ装置であって、
前記出力回路が、
前記直交出力信号に結合される入力と、デジタル出力とを有するアナログ・デジタルコンバータ回路要素と、
ルックアップテーブルを含むメモリと、
前記傾き角度出力信号又は値を提供するために前記デジタル出力と前記メモリとに結合されるプロセッサ回路要素と、
を含む、装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

様々なタイプの機器が、基準面に対して特定の位置で維持されるように求められる。デバイスの中には、デバイス筐体の傾き角度に基づいて幾つかの特徴または機能を提供するものがあり、例えば、ディスプレイを備えるスマートフォンやタブレットコンピュータは、ユーザによってデバイス自体が回転または傾斜されると、横長表示と縦長表示との間で自動回転を行う。スマートフォン、ゲームコントローラ、および多くの無線制御の乗り物は、垂直または水平面に対する本体の方位を測定するために傾きセンサを有する。これらの機器の正常な動作は、しばしば、基準面に対して、所望の位置を特定または所望の位置を維持する能力に依拠する。また、傾き角度センサが、電子デバイス、工業生産、および科学研究活動にしばしば用いられる。これらのセンサは、基準面に対するシステムの勾配を測定するために有用である。所望の対象の傾き角度を検出するために、加速度計などの加速度センサが、対象の加速度を検出する。例えば、加速度センサが、傾き角度を検出し、カメラ、電話、タブレット、またはその他の電子デバイスが使用時に水平にまたは垂直に置かれているかどうかを識別する信号を提供する。さらに、乗り物または電子デバイスの傾きを検出するため、および、乗り物または電子デバイスのシフト、落下または傾きが生じているかどうかを判定するために傾き角度センサが用いられている。傾き角度センサは、加速度計、磁気デバイス、振り子システム、および／または、スプリング要素を含む。しかし、これらのセンサは、高コスト、低精度、および／または、大きなサイズといった難点があり、また、幾つかの最終用途にとって不適切なことがある。これらのセンサは、高価なことがあり、また、ホストシステムの回路基板上の貴重な空間を消費することがある。

【発明の概要】

【0002】

説明される例において、傾き角度を感知または推定するために、偏心質量モータを流れる電流が感知され、検出器回路が、モータ電流の同期成分の振幅を評価し、また、モータ電流の同期成分の振幅に少なくとも部分的に従って、重力軸に対する傾き角度を示す出力信号または値を提供する。

【図面の簡単な説明】

【0003】

【図1】モータ電流の同期成分に少なくとも部分的に基づいて、重力軸に対する、ロータによって支持される偏心質量を有する関連するモータの傾き角度を感知するための傾きセンサ装置のシステム図である。

【0004】

【図2】関連するモータが重力軸に対して傾斜されたときの時間の関数とした、モータ電流および傾きセンサ出力信号の同期成分のグラフである。

【0005】

【図3】モータ電流の同期成分の振幅を表す出力を提供するための同期復調器、および、復調器出力信号に少なくとも部分的に基づいて傾き角度出力信号を提供するための第２の回路を含む、傾きセンサ装置実施形態の概略図である。

【0006】

【図4】図３の同期復調器の更なる詳細、および、傾き角度出力信号を提供するためのプロセッサ実装の第２の回路の概略図である。

【0007】

【図5】モータ電流の同期成分に少なくとも部分的に従って、傾き角度出力信号を提供するためのリセット可能な積分器回路を含む、別の傾きセンサ装置実施形態の概略図である。

【0008】

【図6】ハイパスフィルタおよび整流器を含む、別の傾きセンサ装置実施形態の概略図である。

【0009】

【図7】傾き角度出力信号を提供するためのリセット可能なピーク検出器回路、および、モータ電流角度を示す出力を提供する位相検出器回路を含む、別の傾きセンサ装置実施形態の概略図である。

【0010】

【図8】図７の検出器回路における様々な信号波形のグラフである。

【0011】

【図9】偏心質量の回転を検出するためのホールセンサを含む、別の傾きセンサ装置実施形態のシステム図である。

【0012】

【図10】図９におけるロータによる偏心質量の回転、および、偏心質量回転を検出するためのホールセンサの場所を示す上面図である。

【0013】

【図11】ベースの平面に対して異なる角度で配置されたロータ軸を備える複数の偏心質量モータと、モータ電流の同期成分に少なくとも部分的に従って重力軸に対するベースの傾き角度を感知するための傾きセンサ装置とを有するシステムの概略側面図である。

【0014】

【図12】互いに対して異なる角度で、ベースの平面と平行に配置されたロータ軸を備える複数の偏心質量振動モータを有する別のシステム実施形態の概略上面図である。

【0015】

【図13】ベースの平面に対して異なる角度で、および、図１１におけるように互いに対して非ゼロ角度で配置されたロータ軸を備える偏心質量振動モータを備える別の複数のモータシステム、ならびに、モータ電流の同期成分に少なくとも部分的に従って、ベースの傾き角度を表す出力信号を提供するための傾きセンサ装置実施形態の概略上面図である。

【0016】

【図14】図１３のシステムにおける個々の偏心質量振動モータのための同期モータ電流成分曲線および対応する傾き角度信号、ならびに、傾きセンサ出力信号を示す曲線のグラフである。

【0017】

【図15】モータ電流の同期成分およびホールセンサ信号に少なくとも部分的に基づいて傾き方向出力を提供する位相検出器回路を備える、別の傾きセンサ装置実施形態の概略図である。

【0018】

【図16】傾き方向が、ホールセンサ面からロータ軸までの軸に対して０°傾き方向である、重力軸に対するセンサ装置の一つの可能な方位のシステム図である。

【0019】

【図17】図１６におけるように方位付けられた装置の概略上面図である。

【0020】

【図18】図１６および図１７に示すように方位付けられた装置により傾き方向信号または値を判定するための、図１５の傾きセンサ装置における信号波形を示すグラフである。

【0021】

【図19】傾き方向が、ホールセンサ面からロータ軸までの軸に対して７０°傾き方向である、センサ装置の別の可能な方位のシステム図である。

【0022】

【図20】図１９に示すように方位付けられる装置の概略上面図である。

【0023】

【図21】図１９および図２０に示すように方位付けられる、図１５の傾きセンサ装置における信号波形を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0024】

図面は必ずしも一定の縮尺で描かれていない。一つまたは複数の例示的な実施形態において、傾きセンサまたは推定装置が、回転する偏心質量を支持するロータを有するモータまたはその他のアクチュエータの電流を感知するためのセンサを含む。センサは、モータ電流を表すセンサ出力信号を検出器回路に提供し、検出器回路は、モータ電流の同期成分の振幅に少なくとも部分的に基づいて、重力（例えば、垂直）軸に対するロータ軸の傾き角度を表す傾き角度出力信号または値を提供する。

【0025】

幾つかの実施形態において、検出器回路は、電流の速度同期成分の振幅を表す出力信号を提供するようにセンサ出力信号を復調するための同期復調器、および、傾き角度出力信号または値を提供する第２の回路を含む。幾つかの実装において、プロセッサが、直交復調器出力信号を受信し、同期成分の絶対値を表す振幅値を算出し、算出された振幅に基づいて傾き角度出力信号または値を提供する。また、幾つかの実施形態において、プロセッサは、復調器出力に従ってモータ電流角度値を算出し得、また、算出されたモータ電流角度値および算出された振幅値に少なくとも部分的に基づいて、傾き角度出力信号または値を提供し得る。幾つかの実施形態において、ロータの回転を表す信号を検出器回路に提供するために第２のセンサが含まれる。様々な実装において、位相ロックループ（ＰＬＬ）またはその他の適切な回路が、同期成分の周波数を判定し得る。幾つかの実施形態において、センサ出力信号の低周波数成分を除去するために、バンドパスフィルタまたはハイパスフィルタなど、フィルタ回路が用いられ得る。

【0026】

その他の実施形態において、検出器回路は、傾き角度出力信号または値を提供する増幅器を備える積分器回路を含み、幾つかの実装が、積分器回路に入力を提供するために、センサ出力信号の低周波数成分を除去するためのフィルタ回路を含む。

【0027】

幾つかの実施形態において、検出器回路は、センサ出力信号の低周波数成分を除去するためのフィルタ回路、および、傾き角度出力信号または値を提供するために、フィルタされた信号を整流するための整流器回路を含む。

【0028】

幾つかの実施形態における検出器回路は、センサ出力信号の検出されたピークに従って傾き角度出力信号または値を提供するためのピーク検出器回路を含む。幾つかの実装において、センサ出力信号の低周波数成分を除去するためにフィルタ回路が提供され得、フィルタ回路は、フィルタされた信号をピーク検出器回路の入力に提供する。幾つかの実装において、位相検出器回路がモータ電流角度を検出し、位相検出器回路はモータ電流角度を表す位相信号を提供し、また、ピーク検出器回路からの傾き角度出力信号および位相検出器回路からの位相信号に少なくとも部分的に基づいて、デジタル傾き角度出力値を算出するためにプロセッサが用いられる。

【0029】

幾つかの実施形態において、第２のセンサは、ロータの回転を表す信号を提供し、位相検出器回路が、一定の方向に対するロータ軸の回転角度を検出し、また、第２のセンサからの位置信号とモータ電流の同期成分とに少なくとも部分的に基づいて、一定の方向に対して傾斜するロータ軸の方向を表す傾き方向信号または値を提供する。

【0030】

さらなる態様によれば、或るシステムが、ベースに対して一定の位置に搭載される少なくとも一つのモータを含み、また、ベースの平面に対して所定の角度で延在するロータ軸を規定するロータを含み、偏心質量が当該ロータによって支持されている。このシステムはさらに、センサおよび検出器回路を有する傾きセンサ装置と共に、ロータを回転させるためにモータ電流を提供するための電源を含む。センサは、モータ電流を表すセンサ出力信号を提供するように作用し、検出器回路は、モータ電流の同期成分の振幅に少なくとも部分的に基づいて、重力軸に対するロータ軸の角度を表す傾き角度出力信号または値を提供する。幾つかの実施形態は、２つ以上の偏心質量モータおよび関連する検出器回路を含み、モータハウジングが、互いに対して所定の非ゼロ角度で延在する第１および第２のロータ軸を備えて、ベースの平面に対して一定の位置に搭載される。或る回路が、検出器回路から、第１および第２の傾き角度出力信号または値を受信し、検出器回路からの第１および第２の傾き角度出力信号または値に少なくとも部分的に基づいて、重力軸に対するベースの平面のベース傾き角度を表す傾き角度出力を提供する。

【0031】

例示的な実施形態の更なる態様によれば、或る方法が、重力軸に対する構造の傾き角度を推定する。この方法は、構造上の一定の位置におけるロータ軸（例えば、偏心質量モータ）の周りを回転するように適合される偏心質量を有するアクチュエータを提供すること、ロータ軸の周りで偏心質量を回転させること、アクチュエータ電流を感知すること、および、感知された電流の同期成分に少なくとも部分的に従って、構造傾き角度を推定することを含む。幾つかの実施形態において、傾き角度は、低周波数成分を除去するために、および、偏心質量の回転速度に関連する周波数でアクチュエータ電流の振動を表す同期成分信号を提供するために、電流感知信号をフィルタリングすることによって、ならびに、同期成分信号の振幅を判定して、同期成分信号の振幅を推定された傾き角度値と相関させることによって、推定される。

【0032】

図１は、重力（例えば、垂直）軸Ｇに対する、関連する偏心質量アクチュエータ（例えば、モータ）１１０の傾き角度θｙを感知するための傾きセンサ装置１００を含むシステムを示す。一実施形態におけるモータ１１０は、ロータ１２０を含むＤＣブラシモータであり、ロータ１２０は、給電されるとロータ軸１４０の周りを回転し、また、偏心質量１３０を支持する。図１に示すように、例示的な実施形態におけるロータ１２０および偏心質量１３０は、図１において矢印により示される方向に回転し、偏心質量１３０は、回転角度θｅで配置されている。動作において、モータ１１０は、電源１５０からモータリード１１１および１１２を介するＤＣ電流によって駆動され、例示的な実施形態における電源１５０は、概ね一定の回転速度でモータ１１０を動作させるように、概ね一定のＤＣ電流Ｉｍを提供する。

【0033】

偏心質量モータ１１０は、任意の適切な手段を用いて、ベース構造１０１に対して概ね一定の位置または場所に置かれるハウジングを含み、ロータ軸１４０は、ベース１０１の平面に対して所定の角度（例えばこの例では１８０°）で延在する。この例において、モータ１１０は、ロータ角度１４０がベース１０１の平面に対して概ね垂直または直角の状態で置かれ、また、この例におけるベース１０１は、或る面を規定する概ね平らな頂部面１０１ｔを提供するが、この例の傾きセンサ装置１００は、ベース構造１０１の任意のプロファイル表面上に置かれる偏心質量モータ１１０に関連して用いられ得る。一実施形態において、ベース１０１は印刷回路基板であるが、その他の実施形態が可能である。別の例において、偏心質量モータ１１０は、携帯電話、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、ロボット構造、または可動機械構成要素の、筐体またはハウジングの一部を形成するベース１０１上またはその中に置かれる。

【0034】

偏心質量モータ１１０は、傾き角度θｙを検出または推定するために用いられ、また、消費者電子デバイスにおいて触覚フィードバックまたはその他の有用な機能を提供するなど、ホストシステムにおいてさらなる機能性を提供し得る。例示的な実施形態において、電源１５０は、傾き角度推定または検出を可能とするように概ね連続的にモータ電流Ｉｍを提供するように制御され、また、電源１５０は常時動作され得る（但し、必須ではない）。例えば、ホストシステムプロセッサ（図示せず）が、電源１５０の触覚フィードバック動作を開始するように傾きセンサ装置１００と、およびそれゆえ、着信の通知など、何らかのホストシステム機能を実装するように偏心質量モータ１１０と、動作可能に結合（例えば、直接的または間接的に接続）され得、および、所定のモータ電流Ｉｍおよびそれゆえ所定の回転モータ速度で、随時（または連続的に）、傾き角度感知動作をその他の方式で開始し得る。例示的な実施形態において、電源１５０はＤＣモータ電流Ｉｍを提供するＤＣ源であるが、これは、全ての可能な実施形態の厳格な要件ではない。また、重力軸Ｇに対する非ゼロ角度θｙでの偏心質量モータ１１０の動作は、モータ電流Ｉｍ上にＡＣ同期成分を導入し、この同期電流成分の振幅は角度θｙに関連して変化する。

【0035】

モータ電流Ｉｍは、検出器回路１８０の入力１８２へのモータ電流Ｉｍを表すセンサ出力信号１７０（例えば、図示するような差動電圧信号、または、他の実施形態におけるシングルエンド信号）を提供するために、センサ１６０（例えば、第２のモータリード１１２と負の電力源接続との間に結合される直列感知レジスタＲＳ）を用いて感知される。モータ電流Ｉｍを表すセンサ出力信号１７０を提供するための、磁流センサ（図示せず）または任意の適切な手段を用いるなど、その他の実施形態が可能である。検出器回路１８０は、モータ電流Ｉｍの同期成分の振幅に少なくとも部分的に基づいて、重力軸Ｇに対するロータ軸１４０の角度θｙを表す傾き角度出力信号または値１９０を提供する出力１８４を有する。（例えば）スマートフォンおよびタブレットコンピュータ用の表示スクリーンの選択的な調整を含む、出力信号または値１９０の使用に対して、および／または、重力軸Ｇに対する、ベース１０１を含む構造の傾き角度θｙを知ることが望ましい、航空学、ロボット工学、または製造システムを含む任意の応用例に対して、様々な応用例が可能である。傾きセンサ装置１００は、偏心質量１３０を、ロータ軸１４０の周りで回転させるためのモータ電流Ｉｍの供給によって、重力軸Ｇに対する構造の傾き角度を推定するために、電流の流れＩｍを感知するために、および、感知された電流Ｉｍの同期成分に少なくとも部分的に従って構造の傾き角度を推定するために用いられ得る。図１にさらに示すように、三次元空間における軸１４０の方向は、ロータ軸１４０と重力軸Ｇとの間の角度を表す傾き角度θｙ、および、傾斜したロータ軸１４０と、図１に示した真北Ｎなどの水平基準との間の角度を示す回転角度または傾き方向角度θｙｄの両方を特徴付けることによって推定され得る。幾つかの実施形態において、θｙおよびθｙｄの両方を確認するために、複数の偏心質量モータシステムおよび対応する検出器回路１８０が用いられ得ることが、図１１〜図１４に関連して下記でさらに説明される。

【0036】

図２はグラフ２００および２１０を提供し、グラフ２００および２１０はそれぞれ、偏心質量モータ１１０および関連するロータ軸１４０が重力軸Ｇに対して徐々に傾斜されるときの、モータ電流Ｉｍの同期成分２０２および傾きセンサ出力信号２１２を時間「ｔ」の関数として示す。図２の例に示すように、モータ電流Ｉｍの同期成分２０２は、傾き角度に概ね比例して変化する包絡線または振幅（例えば、ピークツーピーク振幅）を有する概ね正弦波の波形であり、質量１３０の偏心は、０°傾き角度θｙで、モータ１１０に如何なる付加的なトルク荷重も導入しないが、角度θｙの非ゼロ値は、モータ負荷に、ロータ１２０の各回転周期における正弦波の増加および減少を経験させる。また、非ゼロ角度θｙでのモータの偏心負荷は、グラフ２００に示すように、モータ電流Ｉｍにおける正弦波の増加及び減少を引き起こし、こうした増加および減少は、ロータ回転と同期し、それゆえモータ速度ωと同期する。また、傾き角度θｙの増加の結果、モータ電流Ｉｍの同期成分のピークツーピーク振幅の対応する増加となる。

【0037】

検出器回路１８０（例えば、図１）は、同期成分振幅に従って、信号および／またはデジタル値１９０として傾き角度出力を提供するために、モータ電流のこの正弦波または同期成分２０２を評価する。検出器回路１８０の異なる実装が可能であり、以下でいくつかの例が図示および説明される。このように、検出器回路１８０は、センサ出力信号１７０に従って、モータ電流Ｉｍの同期成分の振幅に少なくとも部分的に基づいて傾き角度θｙを表すアナログ電圧または電流信号１９０を提供するために、アナログ回路要素を用い得る。他の実施形態において、アナログ回路要素が、一つまたは複数のプロセッサ（例えば、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、ＤＳＰ、プログラマブル論理）を含むデジタル回路要素と結合され得、および／または、プロセッサ回路が、センサ出力信号１７０を直接的に受信するため、および、プログラム命令に従って傾き角度θｙを表す傾き角度値１９０を生成するために分析を行うために適切なアナログ‐デジタルコンバータ回路要素と共に用いられ得、また、デジタル‐アナログ変換回路が、傾き角度θｙを表す、結果のアナログ傾き角度出力信号１９０を生成するために用いられ得る。上述のように、出力信号または値１９０は、傾きセンサ装置１００および関連するモータ１１０が設置された電子デバイスのホストプロセッサなど、任意の適切なシステムによって用いられ得る。

【0038】

図３は、傾きセンサ装置実施形態１００を示し、傾きセンサ装置実施形態１００は、（ａ）直交出力３１０ａおよび３１０ｂなど、モータ電流Ｉｍの同期成分の振幅を表す一つまたは複数の復調器出力３１０を提供するための同期復調器回路３００、および、（ｂ）一つまたは複数の復調器出力信号３１０に少なくとも部分的に基づいて、検出器回路出力１８４において傾き角度出力信号１９０を提供するための第２の回路３２０を含む。この例において、同期復調器３００は、モータ電流Ｉｍの同期成分の振幅および位相を表す出力３１０ａおよび３１０ｂを提供するために、センサ出力信号１７０を選択的に復調する。図３の実施形態において、位相ロックループＰＬＬ３３０の入力が、センサ出力信号１７０を受信するように検出器回路入力１８２と動作可能に結合され、ＰＬＬ３３０は、モータ電流Ｉｍの同期成分の周波数ωを判定するように動作する。この例におけるＰＬＬ３３０は、モータ電流Ｉｍの同期成分周波数を表す信号または値ωを、同期復調器３００への入力として提供する出力を有する。同期復調器が、例えば偏心モータ１１０の既知の動作中のモータ速度に対応する、一定の復調周波数ωを用いて、一つまたは複数の出力３１０を生成するように復調を行うその他の実施形態が可能である。また、更なる実施形態が、周波数信号または値ωを、同期復調器３００への入力として能動的に提供するために、異なる周波数感知回路要素を用い得る。

【0039】

図４は、図３の同期復調器３００の実施形態の更なる詳細を示し、第２の回路３２０が、傾き角度θｙを表す傾き角度出力信号または値１９０を提供するためのプロセッサ４１２を含む。一つの可能な実装において、同期復調器回路３００は、例えば、リターンモータリード１１２に接続された入力により、センサ出力信号１７０を直接的に受信する。別の実施形態において、検出器回路要素１８０は、センサ出力信号１７０の低周波数成分を除去するためのハイパスフィルタ（ＨＰＦ）またはバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）など、フィルタ回路４２０を含む。図４の例において、フィルタ回路４２０は、センサ出力信号１７０を受信するように検出器回路入力１８２と結合される入力、および、センサ出力信号１７０に基づくフィルタされた出力信号を、同期復調器３００の入力に提供するように結合される出力を含む。同期復調器３００は、モータ電流Ｉｍの同期成分の振幅および位相を表す、直交形態の復調器出力信号３１０ａ（Ｉｑ）および３１０ｂ（Ｉｄ）を提供するように、フィルタ回路４２０からのフィルタされた出力信号を選択的に復調するように作用する。

【0040】

図４における復調器回路３００は、第１および第２の乗算器４００ａおよび４００ｂを含み、それぞれが（例えば、直接的に、または、任意の提供されるフィルタ回路４２０を介して）センサ出力信号１７０を受信し、第１の乗算器４００ａは、受信された入力信号を正弦関数信号ＳＩＮωｔで乗算し、その場合、周波数ωは、（例えば、電源１５０からの一定のＤＣ出力のため、仮定された一定のモータ速度動作に基づくなど）所定の周波数であり得、または、周波数信号ωは、図３に示すようなＰＬＬまたはその他の回路３３０などの外部回路から受信され得る。第２の乗算器４００ｂは、入力信号を余弦関数ＣＯＳωｔで乗算する。乗算器の出力はそれぞれ、対応する乗算器出力から、対応する演算増幅器４０２（例えば、第１のチャンネルにおける増幅器４０２ａ、および、第２のチャンネルにおける増幅器４０２ｂ）の反転（−）入力に接続される入力レジスタＲ１を含む増幅器回路に提供される。各チャンネルにおけるフィードバック回路がコンデンサＣを含み、コンデンサＣは、反転入力と増幅器出力端子との間の第２のレジスタＲ２と並列に接続され、および、増幅器出力は、それぞれ、直交ＩｑおよびダイレクトＩｄの復調された電流信号３１０ａおよび３１０ｂを、第１および第２の回路３２０への入力として提供する。

【0041】

図４にさらに示すように、第２の回路３２０は、一体または個別のアナログ‐デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータを備えるプロセッサ回路４１０を含む。一つの可能な実装において、Ａ／Ｄコンバータは、アナログ直交信号３１０ａおよび３１０ｂを受信し、これらを変換して、対応するデジタル値を、プロセッサによる使用のための一連のサンプルとして提供する。また、この例における第２の回路３２０は、データおよびプログラム命令４１４の記憶のため、および、逆正弦（ＡＲＣＳＩＮ）関数を判定するためのルックアップテーブル（ＬＵＴ）４１６を記憶するため、電子メモリ４１２を含む。この例におけるプロセッサ４１０は、任意の適切な処理技法によりプログラム４１４の命令に従って、傾き角度θｙを表す傾き角度出力値１９０を検出器回路出力１８４において提供する。一つの可能な実施形態において、プロセッサプログラム４１４は、プロセッサ４１０に、復調器出力３１０に基づいて次の式を解かせる。
｜Ｉｍ｜＝ＳＱＲＴ（Ｉｄ^２＋Ｉｑ^２） 式（１）
角度（Ｉｍ）＝ＡＴＡＮ（Ｉｑ／Ｉｄ）＝θｉｍ 式（２）
ＡＳＩＮ（｜Ｉｍ｜／｜Ｉｍａｘ｜）＝θｙ 式（３）

【0042】

前述の図２のグラフ２００に示すように、同期成分信号は、傾き角度θｙと共に変化する振幅を有する概ね正弦波の波形を含む。上記の式（１）を解くと、直交信号３１０のサンプルの所与のセットのための絶対値振幅（｜Ｉｍ｜）が提供され、また、式（２）における角度演算は、同期復調器の正に向かうゼロ交差に対するモータ電流角度を示す、対応するロータ角度または位相角度値θｉｍを提供する。この情報により、プログラムされたプロセッサ４１０は、ルックアップテーブル４１６にアクセスし、ルックアップテーブル４１６は、所与の絶対値振幅｜Ｉｍ｜のための傾き角度θｙ、および、モータ電流角度θｉｍに対応する値、または、絶対値振幅｜Ｉｍ｜および絶対最大電流値｜Ｉｍａｘ｜に基づく値を示し、または、これは、幾つかの実施形態において上記式（３）を用いて算出され得る。それゆえ、傾き角度θｙは、直交信号３１０のための２つのサンプルのセットに基づいて、時間的に任意の地点で算出され得る。他の実施形態において、プロセッサは、好ましくは同期成分の複数サイクルにわたる（例えば、ロータ１２０の複数旋回にわたる）多数のサンプルの平均またはピーク振幅値を判定するようにプログラムされ、また、モータ電流角度θｉｍを算出する必要なく、対応するパラメトリック式（３）またはＬＵＴ４１６を用いて、結果の振幅値を対応する傾き角度θｙと相関させる。このように、異なる傾き角度θｙに関して上述の図２に示された同期成分２０２における全体的な振幅変化、および、そのような振幅変化の傾き角度変化との相関（グラフ２１０）は、傾き角度θｙを推定するための如何なる位相角度情報の使用も必要とせずに、同期（例えば、モータ）周波数の一つまたは複数のサイクルにわたって、ピーク検出またはその他の適切な技法によって評価され得る。

【0043】

また、電源１５０からの一定のＤＣ電圧出力による、概ね一定の速度ωでのＤＣモータの動作は、一般に、或る非ゼロＤＣ電流がモータを流れる結果となり、同期成分が、そのようなＤＣオフセット量に付加される。幾つかの実施形態において、同期周波数よりもはるかに高いサンプルレートで複数のサンプルを得るプロセッサ４１０が、ＤＣ成分を効率的に取り除くように、および、残りの同期（ＡＣ）成分振幅を分析するようにプログラムされる。また、様々な実施形態において、ハイパスまたはバンドパスフィルタ４２０が、同期成分の復調またはその他の評価の前に、（例えば、モータ電流Ｉｍにおける任意の概ね一定のＤＣオフセットを含む）低周波数成分を除去するために、図４に示すようなハードウェアにおける（および／または、プロセッサ実行ファームウェアまたはソフトウェアにおける）同期周波数を下回るカットイン周波数を備えて実装され得る。例えば、他の可能な実装において、ルックアップテーブル４１６（および／または、上記のグラフ２１０における相関曲線など）は、任意のＤＣオフセット成分を組み込むように改変され得、それゆえ、モータ電流Ｉｍの同期成分振幅の評価を可能とする。

【0044】

図５は、別の傾きセンサ装置実施形態を示し、検出器回路１８０は、モータ電流Ｉｍの同期成分に少なくとも部分的に従って傾き角度出力信号１９０を提供するためのリセット可能な積分器回路５００を含む。この実装において、角度情報は、傾き角度θｙを推定するのに必要なく、一つまたは複数のモータ旋回に関して回路要素５００により提供される積分が、同期成分の振幅に基づいた信号を提供する。一つの実装において、積分器回路５００は、ハイパスまたはバンドパスフィルタ５０２を含み、ハイパスまたはバンドパスフィルタ５０２は、センサ出力信号１７０を受信し、フィルタされた信号５０３を演算増幅器ベースの積分器回路に提供する。別の実施形態において、フィルタ回路５０２は省かれ、積分器回路がセンサ出力信号１７０を直接的に受信する。図５に示すように、ハイパスまたはバンドパスフィルタ５０２は、センサ出力信号１７０の低周波数成分を除去するように動作し、また、バンドパスフィルタの場合には、モータ速度または周波数を上回る（モータ電流Ｉｍの同期成分の周波数を上回る）高周波数成分を除去する。フィルタ回路５０２は、フィルタされた信号を、（Ｒｌと結合された反転入力を有する増幅器も含む）積分器回路要素のレジスタＲｌに提供するように結合される出力と、演算増幅器５０４の反転入力および出力間に結合されるフィードバックコンデンサＣとを有し、増幅器５０４は、増幅器出力をサンプルホールド（Ｓ／Ｈ）回路５１２に提供し、サンプルホールド（Ｓ／Ｈ）回路５１２は、スイッチ５１４、演算増幅器５１６、並びに、レジスタ５１８およびコンデンサ５２０により形成されるＲＣローパスフィルタを含み、演算増幅器５１６は傾き角度出力１９０を提供する。積分器実施形態５００は、リセット可能であり、また、ゼロ交差検出器（ＺＣＤ）回路などの制御回路５１０からの制御信号５０８に従って動作される第１のスイッチ５０６を含み、ゼロ交差検出器（ＺＣＤ）回路は、センサ出力信号１７０のゼロ交差に応答して、積分器コンデンサＣを放電するようにスイッチ５０６を選択的に閉じるために信号５０８を提供するように動作可能である。一つの可能な実装において、ゼロ交差検出器制御回路５１０は、フィルタされたセンサ出力信号１７０の半サイクルにわたって積分するため、フィルタ回路５０２の出力での電圧の正の半サイクルの間、スイッチ５０６を閉じるように信号５０８を選択的に提供する。他の可能な実装が、負の半サイクルまたは半サイクルの所定の部分の間、スイッチ５０６を閉じることを提供し、また、その他の変形が可能である。また、幾つかの実施形態における制御回路５１０は、積分器回路入力１７０の電圧のゼロ交差に少なくとも部分的に基づいて（例えば、直接、またはフィルタ回路５０２の後に）、スイッチ５０６の閉鎖の前に増幅器５０４の出力を選択的にサンプルするように、サンプルホールドスイッチ５１４を動作させる。このように、一つの制御信号５０８が、スイッチ５０６および５１４を動作させるために用いられ得、一方のスイッチは通常開いており、他方は通常閉じられている。その他の例において、制御回路５１０は、個別のスイッチ５０６および５１４を動作させるために個別のスイッチング制御信号を提供し得る。動作において、（フィルタされたかどうかにかかわらず）受信された信号の積分は、同期成分の振幅を表し、そしてそれゆえ回路５００における積分による傾き角度θｙを表す電圧信号出力１９０、および、サンプルホールド回路５１２を用いた後続のサンプリングを提供する。

【0045】

図６は、別の傾きセンサ装置実施形態を示し、検出器回路１８０は、センサ出力信号１７０の低周波数成分を除去するためのハイパスフィルタ回路６００、および、フィルタされた信号を整流するための整流器回路６１２を含む。バンドパスフィルタが用いられる（図示せず）その他の実施形態が可能である。フィルタ回路６００は、センサ出力信号１７０を受信するように検出器回路入力１８２に結合される第１の端子を備えるＤＣブロッキング静電容量６０２と共に、レジスタ６０４を介して静電容量６０２に結合される反転（−）入力と接地ノードに接続される非反転入力とを有する増幅器６０６を含む。増幅器６０６の反転入力および出力６１０間にフィードバックレジスタ６０８が結合され、増幅器６０６は、フィルタされた信号を整流器回路６１２に提供する。例示的な実施形態における整流器は、整流ダイオードのフルブリッジ構成を含み、傾き角度θｙを表す電圧など、整流された傾き角度出力信号１９０を提供する。他の実施形態が、受動フィルタ回路６００を用い、受動フィルタ回路６００は、一つのブロッキング静電容量と、一つの整流ダイオードなどの、その後に続く能動または受動整流器とを含む。幾つかの実施形態において、（例えば、図６に示すように、レジスタ６１６およびコンデンサ６１８を含む）出力フィルタ回路６１４が整流器出力を安定させ、フィルタ回路６１４の出力は、傾き角度θｙを表す電圧信号である傾き角度出力信号１９０を提供する。

【0046】

図７は別の傾きセンサ装置実施形態を示し、この実施形態は、センサ出力信号１７０の検出されたピークに従って、ロータ軸１４０と重力軸Ｇとの間の傾き角度θｙを表す傾き角度出力信号１９０を提供するための能動ピーク検出器回路を含む。また、図７の例は、位相検出器回路７２０を含み、位相検出器回路７２０は、モータ電流角度θｉｍを示す出力信号７３６を提供する。幾つかの実施形態においては、位相検出器回路７２０が省かれ、傾き角度信号１９０が、傾き角度θｙを表すものとしてホストシステムによって用いられる。この例はまた、センサ出力信号１７０の低周波数成分を除去するための、ハイパスフィルタまたはバンドパスフィルタなど、入力フィルタ回路７０２を含む。また、幾つかの実装において、プロセッサ回路７４０が、関連するＡ／Ｄコンバータによる変換のための信号１９０を受信し、プロセッサ７４０は、デジタル出力１９０として提供され得る、θｙを表す傾き角度値を判定するために、関連する電子メモリ７４２におけるルックアップテーブル７４４をインデクシングする。また、様々な実装において、プロセッサ７４０は、モータ電流角度θｉｍを表す、位相検出器回路７２０からのアナログ電圧信号７３６を獲得および変換し、変換されたθｙおよびθｉｍ値を用いて、プロセッサ７４０によりホストシステム（図示せず）にデジタル値として提供される傾き角度出力値１９０を獲得するためにルックアップテーブル７４４をインデクシングする。他の実施形態において、Ａ／Ｄコンバータ回路７４０が、変換されたθｙおよびθｉｍデジタル値１９０および７３６を、同様の処理のためにホストシステムに提供する。

【0047】

図７に示すように、フィルタ回路７０２は、センサ出力信号１７０を受信するように検出器回路入力１８２と結合されるフィルタ入力と、フィルタされた信号Ｉ_ｂｐ（ｔ）を、ピーク検出器回路７００の入力７０４に、およびまた、任意に含まれる位相検出器回路７２０に提供するように結合されるフィルタ出力とを含む。ピーク検出器入力７０４は、フォロアとして構成される演算増幅器７０６の非反転入力と結合（例えば、接続）され、出力ダイオード７０８が、第１の増幅器出力に接続されるアノードと、第２のフォロア増幅器７１６の非反転入力に出力信号を提供するカソードとを有し、第２のフォロア増幅器７１６の出力は、傾き角度出力信号１９０を提供する。増幅器７１６の非反転入力と回路接地との間に静電容量７１４が結合され、静電容量７１４と並列にスイッチ７１０が接続される。制御回路７２０が、センサ出力信号１７０のゼロ交差に応答して静電容量７１４を放電するように、スイッチ７１０を閉じることによりピーク検出器回路７００を選択的にリセットするように動作する。この実装において、制御回路７１２は、コンデンサ７１４の電圧をリセットするためにスイッチ７１０を閉じるように、および、ピーク検出器入力ノード７０４の電圧の正の半サイクルの間にのみ閉じたままにするように作用するゼロ交差検出回路を用いて実装され得る。図７にさらに示すように、位相検出器回路７２０の例は、出力７２４を備えるゼロ交差検出回路７２２を含み、出力７２４は、ヒステリシスを備えるゼロ交差検出信号Ｉ_ｚｃ（ｔ）を、フリップフロップ７２６のセット（Ｓ）入力に提供するように結合される。フリップフロップ７２６のリセット（Ｒ）入力が、インデックス回路７２８からの出力７３０に結合され、フリップフロップ出力７３２（Ｑ）が、モータ電流角度θｉｍを表すロータ角度（位相角度）出力信号７３６を提供するための任意選択のローパスフィルタ７３４に提供される。

【0048】

図８において、グラフ８００、８１０、８２０、８３０、および８４０は、図７の位相検出器回路７２０における様々な信号波形を示す。グラフ８００は、バンドパスフィルタされた信号波形８０２（Ｉ_ｂｐ（ｔ））の例を示し、任意のＤＣオフセットがフィルタ回路７０２の動作により除去された状態の、モータ電流Ｉｍの同期成分を示す。グラフ８１０は、ゼロ交差検出器出力波形８１２（Ｉ_ｚｃ（ｔ））を示し、フィルタされた信号波形８０２の検出されたゼロ交差に応答して、ハイに向かうパルスエッジおよびローに向かうパルスエッジが交互に発生している。インデックス回路出力波形８２２がグラフ８２０に示されており、幾つかの実施形態において、インデックス回路出力波形８２２は、ロータ１２０が基準位置を通る（例えば、下記の図９および図１０に示すように、偏心質量１３０と関連する永久磁石１０００が、センサ９００を通る）各同期サイクルの間に示されるように、パルスを提供するようにモータ電流Ｉｍの同期成分と同期される。グラフ８３０におけるフリップフロップ出力波形８３２は、ゼロ交差検出器出力波形８１２のハイに向かうパルスエッジと、対応するインデックスパルス波形８２２の立ち上がりエッジとの間の時間に概ね対応するパルス幅８３４を有する。フリップフロップ回路７２６からのＱ出力をローパスフィルタリングすることは、位相角度信号波形８４２に、フリップフロップ出力パルス８３２の幅８３４に概ね対応する振幅を提供する。位相検出器回路７２０は、インデックス信号８２２に対して、フィルタされた信号の位相に比例するアナログ電圧を提供する。その他の可能な実施形態において、プロセッサ回路７４０は、位相角度値θｉｍを算出し、それをデジタル出力７３６として提供するように、フリップフロップ出力波形パルス８３２のデューティーサイクルまたはパルス幅８３４を測定するため、フリップフロップ出力７３２を直接的に受信し得る。

【0049】

図９は、傾きセンサ装置実施形態１００が、偏心質量１３０の回転を検出するためのホールセンサ９００を含む、別の例示的なシステムを示す。図１０は、図９におけるロータによる偏心質量１３０の回転と、偏心質量１３０の永久磁石１００の通過を検出するためのホールセンサ９００を示す。図９および図１０に示すように、ホールセンサ９００は、永久磁石１０００の近接の検出に基づいて傾きセンサ装置１００の検出器回路１８０にセンサ信号を提供するように、一つまたは複数のワイヤまたは回路基板トレース９０２を介して結合される。ピックアップコイル感知、或いは、磁石１０００の存否のその他の方式での検出など、代替的な実装が可能である。また、他の実施形態において、誘導センサが偏心質量１３０の回転を検出するために用いられ得る。

【0050】

図１１は、上述のような傾きセンサ装置１００を含む別の傾きセンサシステムを示し、この傾きセンサシステムにおいて、３つの偏心質量モータ１１０ａ、１１０ｂ、および１１０ｃが、頂部側または表面１０１ｔおよび底部側または表面１０１ｂを有するベース１０１の頂部または上側表面１０１ｔの平面に対して所定または固定の角度で、対応するロータ軸１４０ａ、１４０ｂ、および１４０ｃを備えて配置される。この例において、モータ１１０の各々は、偏心質量１３０ａ、１３０ｂ、および１３０ｃを備える対応するロータを含み、また、モータリードが、対応するモータ電流Ｉｍ１、Ｉｍ２、およびＩｍ３を表す対応するセンサ出力信号１７０ａ、１７０ｂ、および１７０ｃを提供するように、傾きセンサ装置１００における対応するセンサに接続される。ロータ軸１４０ａ、１４０ｂ、および１４０ｃは、互いに対して非ゼロ角度で配置される。この例において、ロータ軸１４０は、漸次、互いから４５°オフセットされ、第３のロータ軸１４０ｃは、ベース１０１の平面に本質的に平行であり、ロータ軸１４０ｂは４５°オフセットされ、第１のロータ軸１４０ａは、ベース１０１の頂部表面１０１ｔの平面に概ね垂直である。

【0051】

図１２は、互いに対して異なる角度で、ベース１０１の平面と平行に配置されたロータ軸１４０を備える複数の偏心質量モータ１１０を有する、別のシステム実施形態を示す。例えば、図１１および図１２の構成が組み合わされるその他のシステム実施形態が考慮され、そうしたシステムは、重力軸に対して、三次元空間におけるベース１０１の曖昧でない角度位置を検出するための複数のモータ１１０を提供する。このように、システムは、ロボット工学またはその他の機械制御または動き制御応用例に、および、ゲームコントローラ応用例、無線制御の乗り物応用例、航空応用例、およびナビゲーションシステムに特に有利である。

【0052】

図１３は、３つの偏心質量モータ１１０ａ、１１０ｂ、および１１０ｃを含むシステムにおける別の可能な構成を示し、ロータ軸は、ベース１０１の平面に対して異なる角度で配置されており、また、図１１にも示したように、互いから４５°増分で漸次角度的に離間されている。図１４において、グラフ１４００、１４１０、１４２０、１４３０、１４４０、１４５０、および１４６０は、同期モータ電流成分曲線１４０２、１４２２、および１４４２、並びに、それぞれ、個々の偏心質量振動モータ１１０ａ、１１０ｂ、および１１０ｃのための対応する傾き角度信号波形１４１０、１４３０、および１４５０を示す。また、図１４におけるグラフ１４６０は、重力角度Ｇに対する装置の傾き角度θｙ（図１）を表す出力信号波形１４６２を示す。図１で述べたように、重力軸Ｇと、ベース１０１の平面に垂直であるロータ軸１４０との間の角度オフセットθｙは、ベース１０１の平面と水平面との間の角度偏差を表すベース傾き角度θｂに相関し、また、傾きセンサ装置１００は、重力軸Ｇにまたは重力軸に対して垂直の水平面に関連するベース構造１０１の傾き角度θｂを評価するために用いられ得る。

【0053】

図１３および図１４に示すように、大きな角度範囲にわたって所与の構造的ベース１０１のための推定された傾き角度を提供するために、上述の技法および回路要素を用いて複数の偏心質量モータ１１０が用いられ得る。このように、図１３におけるモータ１１０の４５°のオフセットにより、曖昧性除去（disambiguation）回路１３００（図１３）を用いる曖昧性除去が、角度検出または推定範囲を９０°を越えて拡張し得る。グラフ１４００、１４２０、および１４４０に示すように、モータ電流の同期成分は、包絡線正弦波波形を提供し、この波形は、傾きのための９０°の角度回転ごとに繰り返され、図１１〜図１３の技法は、９０°よりも小さい値（例えば、４５°）の、複数の偏心質量モータ１１０のスタッガードオフセットを提供する。図１４は、典型的に用いられるベース１０１を有するデバイスの一例を示し、ベース面は厳密に水平であり、これにより、図１３に示した「Ｙ」軸は、重力軸Ｇにデフォルトで垂直であり、図１４における水平目盛上の０°の破線垂直線により示される。

【0054】

一例において、（例えば、図１３におけるベースが、図１３における「Ｙ」軸の周りを時計回りに３０°回転することによる）、重力軸に対して＋３０°の有効角度θｙでのベース１０１の位置決めが、図１４において破線１４７０として示され、第１の偏心質量モータ１１０ａのための傾き角度出力信号波形１４１２は、＋３０°または−３０°に対応するレベルまたは振幅である。従って、（図１３に示すように配置される）一つの偏心質量モータ１１０ａの提供により、ベース１０１が、Ｙ軸の周りを時計回りまたは反時計回りに、そうした量だけ回転されたかどうかについて、曖昧な情報が提供される。しかし、図１４のグラフ１４３０に示すように、第２の偏心質量モータ１１０ｂのための傾き角度出力信号波形１４３２は、＋３０°および−３０°の２つの別個の振幅またはレベルを有する。図１３における傾きセンサ装置１００は、重力軸Ｇに対する、または水平面に対する、ベース１０１の平面の角度θｂを表す単一の傾き角度出力信号または値を提供するために、曖昧性除去回路要素１３００を含む。また、曖昧性除去回路１３００と共に、２つ又はそれ以上の非平行面における複数の角度−オフセットセンサ（例えば、偏心質量モータまたはアクチュエータ）の使用により、図１における重力軸Ｇに対する傾き角度値θｙ（および／または、重力軸Ｇに対する構造的ベース１０１の角度θｂ）と、上記の図１に示すような真北Ｎなど、水平基準に対するモータ軸１４０の角度を表す回転角度または傾き方向角度θｙｄとの両方の識別が可能となる。

【0055】

図１３における回路１３００は、傾き角度出力信号または値１９０ａ、１９０ｂ、および１９０ｃを受信するように検出器回路１８０ａ、１８０ｂおよび１８０ｃに動作可能に結合され、また、傾き角度出力信号または値１９０ａ、１９０ｂ、および１９０ｃに少なくとも部分的に基づいて、重力軸（例えば、Ｇ）に対するベース１０１の平面のベース傾き角度θｂを表す傾き角度出力信号または値１９０を提供するように作用する。上記の例に続いて、一つの実施形態における回路１３００は、真のベース傾き角度θｂに関するマッチング情報を識別するために、様々な傾き角度出力信号波形１４１２、１４３２、および１４５２を比較するための比較回路要素（アナログおよび／またはデジタル）を含む。例えば、上記の状況において、曖昧性除去回路１３００は、第１の検出器回路１８０ａからの信号波形１４１２に対応する２つの可能な角度値＋３０°および−３０°を認識するように、およびまた、第２の検出器回路１８０ｂからの信号波形１４３２に対応する２つの可能な角度値＋３０°および＋７５°を認識するように動作し得る。この例において、曖昧性除去回路１３００は、第１および第２の波形１４１２および１４３２により示されるマッチング値（例えば、＋３０°）に対応するベース傾き角度θｂを表す出力信号または値１９０を提供する。図１４に示すように、第３の偏心質量モータ１１０ｃの提供により、曖昧でない角度範囲がさらに広がり、また、重力軸に対する傾き角度θｂの曖昧でない角度測定のために、複数の角度的にオフセットされた偏心質量モータ１１０が提供される様々な実施形態が考慮され、その場合、オフセットされた偏心質量モータ１１０のそのようなグルーピングが、三次元空間における曖昧でない傾き角度検出または推定を提供するために、（例えば、ベース１０１の平面に平行、およびベース１０１の平面に垂直の）２つの概ね直交する面において提供され得る。

【0056】

図１５は、別の傾きセンサ装置実施形態１００を示し、別の傾きセンサ装置実施形態１００は、重力軸Ｇに対する傾き角度信号または値１９０（θｙ）に加えて、ホールセンサ９００の感知面からロータ軸の中心へ延在する軸１６００に対する傾き方向角度信号または値１５０８（θｙｄ）を提供するための、検出器回路１８０における位相検出器回路１５００を含む。この例において、検出器回路１８０は、ハイパスフィルタ／バンドパスフィルタ回路５０２、ゼロ交差検出器回路５１０、リセット可能な積分器回路５００、ならびに、図５に関連して概して上述したように傾き角度信号または値１９０を提供するサンプルおよびホールド回路５１２を含む。また、位相検出器回路１５００は、正のゼロ交差検出回路１５０２を含み、正のゼロ交差検出回路１５０２は、ゼロ交差検出器回路５１０から出力５０８を受信し、リセット（「Ｒ」）入力信号１５０３をＲＳフリップフロップ１５０４に提供する。フリップフロップ１５０４への「セット」（「Ｓ」）入力は、ホールセンサ９００からの出力信号９０２が供給され、フリップフロップ１５０４「Ｑ」出力１５０５が、ローパスフィルタ回路１５０６に入力を提供する。それゆえ、ローパスフィルタの出力は、偏心質量１３０がロータ軸１４０の周りを回転するときの、モータ電流Ｉｍの同期成分の正のゼロ交差と、ホールセンサ９００の感知面を過ぎた磁石１０００の通過との間の位相差を表す。

【0057】

ホールセンサ信号９００は、偏心質量磁石１０００がセンサ９００と近接するとき、ハイに向かうパルスエッジを提供し、また、センサ９００により提供されるパルスが、磁石１０００がセンサ９００の感知範囲内にある時間を表す幅を有する。従って、ホールセンサ出力信号パルスの立ち上がり（一例において、ハイに向かう）エッジは、偏心質量１３０が、ホールセンサ９００の感知面からロータ１２０に向かって延在する軸１６００と整合することを示す。この基準方向１６００に対して、装置１００は、傾き方向信号または値θｙｄ １５０８を識別し得る。このように、ロータ軸１４０が重力軸Ｇと平行である場合、モータ電流Ｉｍが本質的にゼロ同期成分を有するので、傾き角度θｙは、上述したように０°である。

【0058】

しかし、図１６〜図１８も参照すると、一例の方位におけるモータ１１０は、図１６および図１７に示すように、軸１６００と本質的に平行の方向におけるセンサへ向かって、方向１６０２に傾斜され（重力軸Ｇは、軸１６００に沿っている）、図１７は、ホールセンサ面からロータ１２０の軸１４０へ軸１６００に対して０°傾き方向θｙｄ １５０８で、図１６におけるように方位付けられる装置の上面図を示す。図１８のグラフ１８００、１８０２、１８０４、１８０６、および１８０８は、図１６および図１７に示すように方位付けられる装置により傾き方向信号または値を判定するための、図１５の傾きセンサ装置における、それぞれ、信号波形５０３、９０２、１５０３、１５０５、および１５０８を示す。図１６および図１７の方位において、モータ電流Ｉｍの同期成分（図１８のグラフ１８００における波形５０３）は、ホールセンサ信号９０２の立ち上がりエッジが生成されるとき（グラフ１８０２における波形９０２）、ゼロを通って増加する。この時点で、偏心質量１３０は、その最低の垂直位置にあり、また、増加している。また、正のゼロ交差検出回路１５１０（図１５）は、ホールセンサ出力信号９０２の立ち上がりエッジとの整合（グラフ１８０２）において、フリップフロップリセット信号の立ち上がりエッジ（図１８のグラフ１８０４における波形１５０３）を提供し、それゆえ、フリップフロップ出力（グラフ１８０６における波形１５０５）はローのままであり、また、ローパスフィルタされた信号出力波形１５０８（グラフ１８０８におけるθｙｄ）はゼロであり、それゆえ、センサ−ロータ軸１６００に対して０°での傾き方向を示す。このようにして、図１５の傾きセンサ１００は、重力軸Ｇに対する傾き角度信号または値１９０（θｙ）、および、センサ面−ロータ軸または方向１６００に対する傾き方向角度信号または値１５０８（θｙｄ）の両方を識別する。それゆえ、装置１００は、重力軸Ｇからの傾きの量（例えば、ベクトルの大きさを表すθｙ）、および、固定方向に対する角度傾き方向（例えば、上から見たときのベクトル角度を表すθｙｄ）の極座標表示を提供するために用いられ得る。

【0059】

図１９のシステム図および図２０の上面図は、ホールセンサ面からロータ軸１４０へ軸１６００に対して７０°傾き方向θｙｄでの、別の可能な方位１６０２における装置を示す。また、グラフ１８００〜１８０８は、装置のこの位置のための対応する信号波形５０３、９０２、１５０３、１５０５、および１５０８を示す。この例において、モータトルクが公称値を介して上昇し（図２１におけるモータ電流同期成分曲線５０３における立ち上がりゼロ交差）、立ち上がりエッジをトリガするポイントは、グラフ１８０２におけるセンサ出力信号波形９０２の立ち上がりエッジに続く、パルス波形１５０３（グラフ１８０４）における７０°の相対的な位相角度である。従って、フリップフロップ１５０４（図１５）に提供されるセットおよびリセット信号は、適時にオフセットされ、また、図２１に示すように、グラフ１８０６におけるＱ出力信号波形１５０５は、パルスに非ゼロ期間を提供する。ローパスフィルタ回路１５０６（図１５）を介するパルス信号１５０５のローパスフィルタリングは、ホールセンサ９００の感知位相とロータ１２０の軸１４０との間の軸方向１６００に対する装置の傾き方向に対応して、７０°傾き方向θｙｄを表すグラフ１８０８において、非ゼロ出力信号波形１５０８を提供する。このように、センサ装置は、有利にも、傾きθｙおよび傾き方向θｙｄの量の表示を提供する。

【0060】

特許請求の範囲内で、説明された実施形態における改変が可能であり、その他の実施形態が可能である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】