特許 6648022 高分解能の多回転センサに関連するデバイスおよび方法

(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】6648022

(24)【登録日】2020年1月17日

(45)【発行日】2020年2月14日

(54)【発明の名称】高分解能の多回転センサに関連するデバイスおよび方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 7/30 20060101AFI20200203BHJP

   G01D 5/12 20060101ALI20200203BHJP

   G01B 7/00 20060101ALI20200203BHJP

【ＦＩ】

   G01B7/30 H

   G01D5/12 G

   G01B7/00 101E

   G01B7/00 101R

【請求項の数】20

【全頁数】26

(21)【出願番号】特願2016-542114(P2016-542114)

(86)(22)【出願日】2014年9月11日

(65)【公表番号】特表2016-534362(P2016-534362A)

(43)【公表日】2016年11月4日

(86)【国際出願番号】US2014055231

(87)【国際公開番号】WO2015038800

(87)【国際公開日】20150319

【審査請求日】2017年9月6日

(31)【優先権主張番号】61/876,738

(32)【優先日】2013年9月11日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】505441524

【氏名又は名称】ボーンズ、インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100106297

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 克博

(72)【発明者】

【氏名】ボゴス、 エウゲン

(72)【発明者】

【氏名】カウチ、 クリストファー

(72)【発明者】

【氏名】ウィールマン、 ペリー

【審査官】 仲野 一秀

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０１６３３３３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１３−２４８７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２０５８１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１８１５８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５３８１３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２６９４４４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ ７／００−７／３４

Ｇ０１Ｄ ５／００−５／２５２

Ｇ０１Ｄ ５／３９−５／６２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

長手方向の軸を有するシャフトと、
磁石および磁気センサを有する第１のセンサアセンブリであって、前記磁石は前記シャフトの端部に結合されており、前記第１のセンサアセンブリによって前記磁気センサに対する磁石の角度位置の測定が可能となり、これにより、前記シャフトの所定の回転範囲内における前記シャフトの対応の角度位置の検出が可能となるように、前記磁気センサが前記磁石に対して位置決めされている、第１のセンサアセンブリと、
前記シャフトに結合され、該シャフトの回転数の測定を可能にし、導電コイルを有する誘電素子を含む第２のセンサアセンブリであって、
前記導電コイルは、実質的に平らな基板上の軸の周りの導電線の巻線として設けられ、前記巻線は長手方向の軸と略平行な法線方向を有する平面を画定しているものであり、
前記第２のセンサアセンブリは、さらに、前記シャフトに結合されたワッシャ形状の金属ターゲットを含むものであって、そのシャフトはワッシャ形状の前記金属ターゲットの開口部を通って延在しており、かつ、当該シャフトの回転によってワッシャ形状の前記金属ターゲットの前記巻線に対する長手方向の移動が生じるようになっており、
ワッシャ形状の前記金属ターゲットおよび前記巻線は、巻線とワッシャ形状の金属ターゲットに生じた過電流との間の誘電結合によって、巻線にＡＣ信号を与えることにより検出可能な前記巻線のインピーダンスの変化が生じるように構成されており、
前記インピーダンスの変化は、ワッシャ形状の前記金属ターゲットと前記巻線との間の長手方向の距離に依存しており、それにより、シャフトの回転数が測定可能となっている、
第２のセンサアセンブリと、
を備える位置検出デバイス。

【請求項2】

前記第１のセンサアセンブリが角度分解能を有しており、それにより、第２のセンサアセンブリにより測定される回転数によって、シャフトの回転数の全体にわたって角度分解能が実質的に維持される、請求項１に記載のデバイス。

【請求項3】

前記回転数が２よりも大きい、請求項２に記載のデバイス。

【請求項4】

前記シャフトと前記磁石との間の実質的にゼロの機械的バックラッシュが得られるように、前記磁石が前記シャフトに直接的に結合されている、請求項１に記載のデバイス。

【請求項5】

前記シャフトに対する磁石の直接的な結合は、第１の側部および第２の側部を有する磁石取付構造を含んでおり、前記第１の側部は前記シャフトの端部に取り付けられ、前記第２の側部は前記磁石に取り付けられている、請求項４に記載のデバイス。

【請求項6】

前記磁石は、磁気センサに対して可変の直交および平行な磁束を生じさせるように、バイポーラで直径方向に磁化されるように構成されている、請求項５に記載のデバイス。

【請求項7】

磁気センサは、複数のホール効果センサ、複数の正弦余弦磁気抵抗（ＭＲ）センサ、複数の大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサ、または統合垂直ホールセンサを含んでいる、請求項６に記載のデバイス。

【請求項8】

磁気センサは、直交位相ホール効果センサアセンブリに実装された、複数の前記ホール効果センサを含む、請求項７に記載のデバイス。

【請求項9】

前記直交位相ホール効果センサアセンブリは、正弦余弦センサとして動作するように構成されており、
直交および平行な磁束の変化が、直交位相のサインおよびコサインのように近似される、請求項８に記載のデバイス。

【請求項10】

前記直交位相ホール効果センサアセンブリは、アークタンジェント（ｔａｎ（ａ））の量で磁石の角度変位を近似することにより磁石の角度位置を計算するように構成されており、ここで、αは直交位相で近似されたサインおよびコサインの位相である、請求項９に記載のデバイス。

【請求項11】

サイン（α）とコサイン（α）の比によって近似された角度変位により、測定される磁束の振幅の変化に対しても安定した角度変位の測定が可能となっている、請求項１０に記載のデバイス。

【請求項12】

前記第２のセンサアセンブリが、さらに、
前記シャフトにネジ結合し、シャフトの回転にともなってワッシャ形状の前記金属ターゲットの長手方向の移動が実現されるように構成されたターゲットホルダであって、前記シャフトおよび誘導素子に対してワッシャ形状の前記金属ターゲットを保持するように構成されたターゲットホルダを有している、
請求項１に記載のデバイス。

【請求項13】

ターゲットホルダが、ハウジングの壁の内面に定義された螺旋の溝パターンにネジ結合して長手方向の動きを達成するように構成されている、請求項１２に記載のデバイス。

【請求項14】

前記シャフトは、クラッチ機能を提供するように構成されている、請求項１に記載のデバイス。

【請求項15】

第１のセンサアセンブリは、シャフトの所定の回転角度の分解能をもたらすためにＮビットの分解能を提供するように構成され、
第２のセンサアセンブリは、シャフトの回転数を判定するのに十分なＭビットの分解能を提供するように構成され、
これにより、位置検出デバイスは、シャフトの回転数の範囲にわたって、有効なＭ＋Ｎビットの分解能を有している、請求項１に記載のデバイス。

【請求項16】

長手方向軸を有するシャフトの位置を検出する方法であって、
第１のセンサアセンブリで、シャフトの端部に結合された磁石を検出して、所定の回転範囲内で、シャフトの角度位置を測定するステップと、
第２のセンサアセンブリで、シャフトの回転数を検出するステップであって、該第２のセンサアセンブリは導電コイルを有する誘電素子を含んでおり、
前記導電コイルは、実質的に平らな基板上の軸の周りの導電線の巻線として設けられ、前記巻線は長手方向の軸と略平行な法線方向を有する平面を画定しているものであり、
前記第２のセンサアセンブリは、さらに、前記シャフトに結合されたワッシャ形状の金属ターゲットを含むものであって、そのシャフトはワッシャ形状の前記金属ターゲットの開口部を通って延在しており、かつ、当該シャフトの回転によってワッシャ形状の前記金属ターゲットの前記巻線に対する長手方向の移動が生じるようになっており、
ワッシャ形状の前記金属ターゲットおよび前記巻線は、巻線とワッシャ形状の金属ターゲットに生じた過電流との間の誘電結合によって、巻線にＡＣ信号を与えることにより検出可能な前記巻線のインピーダンスの変化が生じるように構成されており、
前記インピーダンスの変化は、ワッシャ形状の前記金属ターゲットと前記巻線との間の長手方向の距離に依存しており、それにより、シャフトの回転数が測定可能となっている、
ステップと、
測定されたシャフトの角度位置とシャフトの回転数とを組み合せるステップと、
を含む方法。

【請求項17】

角度位置と回転数とが独立して測定される、請求項１６に記載の方法。

【請求項18】

回転位置と回転数の独立した測定により、シャフトの回転数の全体にわたって実質的に維持される角度位置測定に関する角度分解能がもたらされる、請求項１７に記載の方法。

【請求項19】

回転数が２よりも大きい、請求項１８に記載の方法。

【請求項20】

回転体の状態を判定するシステムであって、
磁石および磁気センサを含み、該磁石は回転体の端部に結合され、前記磁石は、第１のセンサアセンブリによって、磁気センサに対する磁石の角度位置の測定ができるようになっており、これにより、回転体の所定の回転の範囲内で、該回転体の対応の角度位置の判定が可能となっている、第１のセンサアセンブリと、
回転体に結合され、回転体の回転数の測定を可能とし、導電コイルを有する誘電素子を含む、第２のセンサアセンブリであって、
前記導電コイルは、実質的に平らな基板上の軸の周りの導電線の巻線として設けられ、前記巻線は長手方向の軸と略平行な法線方向を有する平面を画定しているものであり、
前記第２のセンサアセンブリは、さらに、前記回転体に結合されたワッシャ形状の金属ターゲットを含むものであって、その回転体はワッシャ形状の前記金属ターゲットの開口部を通って延在しており、かつ、当該回転体の回転によってワッシャ形状の前記金属ターゲットの前記巻線に対する長手方向の移動が生じるようになっており、
ワッシャ形状の前記金属ターゲットおよび前記巻線は、巻線とワッシャ形状の金属ターゲットに生じた過電流との間の誘電結合によって、巻線にＡＣ信号を与えることにより検出可能な前記巻線のインピーダンスの変化が生じるように構成されており、
前記インピーダンスの変化は、ワッシャ形状の前記金属ターゲットと前記巻線との間の長手方向の距離に依存しており、それにより、回転体の回転数が測定可能となっている、
第２のセンサアセンブリと、
を備える、システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、２０１３年９月１１日に高分解能の多回転センサに関連するデバイスおよび方法の名称で出願された米国仮出願番号６１／８７６，７３８の優先権を主張し、その開示は全体的に本明細書に参照により組み込まれる。

【背景技術】

【0002】

本開示は、一般に、高分解能の多回転センサに関連するデバイスおよび方法に関する。

【0003】

関連技術の説明
多くの機械的および／または電気機械なデバイスでは、正確に回転体の状態を判定することが望ましい。例えば、ジャッキなどの回転体は、その回転によって、別の物体への直線運動を付与する。多くの状況では、正確に直線的に移動体の位置を判定することが望ましい。このような判定は、回転体の角度位置を知ることに基づくことが可能である。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0004】

幾つかの実施態様では、本開示は、長手軸を有するシャフトと、磁石および磁気センサを備えた第１のセンサアセンブリとを備える位置検出デバイスに関する。磁石はシャフトに結合され、第１のセンサアセンブリによって磁気センサに対する磁石の角度位置の計測が可能となり、これにより、シャフトの所定の回転範囲内におけるシャフトの角度位置に対応する判定が可能となるように、磁気センサは磁石に対して配置されている。位置検出デバイスは、さらに、シャフトに結合された第２のセンサアセンブリであって、シャフトの回転数の測定を可能にするように設けられた第２のセンサアセンブリを含んでいる。この第２のセンサアセンブリは、非磁性センサを含んでいる。

【0005】

幾つかの実施形態では、第１のセンサアセンブリは、第２のセンサアセンブリにより測定される回転数によってシャフトの回転数の全体にわたって角度分解能が実質的に維持されるように、角度分解能を有することができる。回転数は２よりも大きくてもよい。

【0006】

シャフトと磁石との間において実質的にゼロの機械的バックラッシュとなるように、幾つかの実施形態では、磁石がシャフトに直接結合されていてもよい。シャフトへの磁石の直接結合は、第１の側部および第２の側部を有する磁石取付構造を含んでいてもよく、ここで、第１の側部はシャフトの端部に取り付けられ、第２の側部は磁石に取り付けられる。磁石は、バイポーラで直径方向に磁化されたものであってもよく、これにより、磁気センサに対して、可変である直交および平行な磁束が得られることとなる。

【0007】

幾つかの実施形態では、磁気センサは、複数のホール効果センサ、複数の正弦余弦磁気抵抗（ＭＲ）センサ、複数の大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサ、または統合垂直ホールセンサを含んでいてもよい。幾つかの実施形態では、磁気センサは、直交位相ホール効果センサアセンブリに実装された複数のホール効果センサを含んでいてもよい。直交位相ホール効果センサアセンブリは、直交位相ホール効果センサアセンブリにおける直交および平行な磁束の変化が直交位相における正弦および余弦のように近似される正弦余弦センサとして動作するように構成されていてもよい。直交位相ホール効果センサアセンブリは、ａｒｃｔａｎ（ｔａｎ（α））の量により磁石の角度変位を近似することにより、磁石の角度位置を計算するように構成されていてもよく、ここで、αは、直交位相において近似されたｓｉｎおよびｃｏｓの位相である。ｓｉｎ（α）とｃｏｓ（α）の比で近似された角度変位によって、角度位置の測定が、計測された磁束の振幅の変動に対して、安定化する。

【0008】

幾つかの実施形態では、第２のセンサアセンブリの非磁性センサは、電気センサまたは誘導センサのような電磁センサを含むことができる。幾つかの実施形態では、非磁性センサ、電気センサを含むことができる。電気センサは、抵抗素子と、シャフトの回転数を表す可変の抵抗を提供するような摺動接点を含んでいてもよい。

【0009】

幾つかの実施形態では、電気センサは、第１および第２の端部を有する巻線型抵抗素子を含んでいてもよく、また、摺動接点を含む摺動子アセンブリであって、それによってシャフトの回転時に巻線型抵抗素子に沿って摺動接点が移動できるようになっている摺動子アセンブリと、そして、摺動接点に電気的に接するコレクタ接点であって、上記巻線型抵抗素子の第１の端部および第２の端部と、コレクタ接点とがポテンショメータ回路を形成する、コレクタ接点とを含んでいてもよい。電気センサは、さらに、第１および第２の接点巻線型抵抗素子の第１および第２の端部に電気的に接続され、コレクタ端子は、コレクタ接点に電気的に接続される。電気センサは、シャフトの移動範囲内で、シャフトの回転数を表す出力電圧を生成するように構成されていてもよい。

【0010】

幾つかの実施形態では、非磁性センサは誘導センサを含んでいてもよい。誘導センサは、シャフトが回転すると、誘導素子に対し金属ターゲットの長手方向の移動が可能となるように、シャフトに設けられた金属ターゲットを含んでいてもよい。金属ターゲットと誘導性素子によって、金属ターゲットと誘導性素子との間の距離に少なくとも部分的に依存している、誘導応答の測定が可能となる。

【0011】

幾つかの実施形態では、誘導性素子は、導電性コイルを含んでいてもよい。導電性コイルは、実質的に平坦な基板上の導電線の巻線として設けられていてもよい。巻線は、長手方向軸線とほぼ平行な法線方向を持つ平面を定義するものであってもよい。

【0012】

幾つかの実施形態では、誘導センサは、シャフトおよび誘導素子に対するターゲットを保持するターゲットホルダを含んでいてもよい。ターゲットホルダは、長手方向の動きを達成するためにシャフトにネジ結合されるように構成されていてもよい。ターゲットホルダは、長手方向の移動を達成するために、ハウジング壁の内面に設けられた螺旋状の溝パターンにネジ結合するように構成されていてもよい。

【0013】

幾つかの実施形態では、シャフトは、クラッチ機能を提供するように構成することができる。幾つかの実施形態では、シャフトは、クラッチ機能なしで構成することができる。

【0014】

幾つかの実施形態では、第１のセンサアセンブリは、シャフトの所定の回転角度分解能を得るためにＮビットの分解能を提供するように構成されていてもよく、第２のセンサアセンブリはシャフトの回転数を判定するのに十分なＭビットの分解能を提供するように構成されていてもよい。位置検出デバイスは、シャフトの回転数の範囲にわたって有効なＭ＋Ｎビットの分解能を有するものであってもよい。

【0015】

幾つかの実装形態では、本開示は、長手方向軸を有するシャフトの位置を検出するための方法に関する。この方法は、第１のセンサセンブリで、シャフトに結合された磁石を検出することにより、所定の回転内で、シャフトの角度位置を測定することを含む。この方法はさらに、第２のセンサアセンブリで、シャフトの回転数を測定することを含む。この方法はさらに、シャフトの測定角度位置とシャフトの測定された回転数を組み合わせることを含む。第２のセンサアセンブリは非磁性センサを含む。

【0016】

幾つかの実施形態では、角度位置と回転数とを独立して測定することができる。角度位置と回転数との独立した測定により、シャフトの回転数にわたって、角度位置の測定に関する角度分解能が実質的に維持できることにつながる。回転数は２よりも大きくてもよい。幾つかの実施形態では、非磁性センサは電気センサまたは誘導センサを含むものであってもよい。

【0017】

幾つかの実施態様では、本発明は、回転体の状態を判定するためのシステムに関する。このシステムは、磁石と磁気センサを有する第１のセンサアセンブリを備える。磁石は、回転体に結合され、磁気センサは、第１のセンサアセンブリによって磁気センサに対する磁石の角度位置の測定が可能となり、それにより、回転体の所定の回転内で回転体の対応する角度位置の判定が可能となるように、磁石に対して配置されている。システムはさらに、回転体に連結され、回転体の回転数の測定を可能にするように第２のセンサアセンブリを含む。第２のセンサアセンブリは非磁性センサを含む。

【0018】

本開示を要約する目的のために、特定の態様、利点、および本発明の新規な特徴は本明細書に記載される。このような利点は、本発明の任意の具体的な実施形態にしたがって必ずしも全て達成される必要はないことが理解されるべきである。したがって、本発明は、本明細書に教示または示唆され得るように、必ずしも他の利点を達成することなく、本明細書で教示されるような利点の一つの利点またはグループを達成または最適化する方式で具現化または実施することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】角度位置センサおよび回転センサを有する位置検出デバイスを模式的に示す図である。

【図2】図１のデバイスの一実施形態の斜視図であり、角度位置センサが第１のセンサとして実装することができ、回転センサは第２のセンサとして実装することができることを示す図である。

【図3】図２の実施形態の断面図である。

【図4A】図１〜図３の角度位置センサの例の軸方向の模式図である。

【図4B】図１〜図３の角度位置センサの例の軸方向の模式図である。

【図5A】図４Ａおよび図４Ｂの角度位置センサが、回転する軸の角度位置を得るのにどのように動作するように構成され得るかを示す図である。

【図5B】図４Ａおよび図４Ｂの角度位置センサが、回転する軸の角度位置を得るのにどのように動作するように構成され得るかを示す図である。

【図5C】図４Ａおよび図４Ｂの角度位置センサが、回転する軸の角度位置を得るのにどのように動作するように構成され得るかを示す図である。

【図5D】図４Ａおよび図４Ｂの角度位置センサが、回転する軸の角度位置を得るのにどのように動作するように構成され得るかを示す図である。

【図6A】本明細書に記載の１つまたは複数の機能を提供するように、回転センサをどのように構成することができるかの例を示す図である。

【図6B】本明細書に記載の１つまたは複数の機能を提供するように、回転センサをどのように構成することができるかの例を示す図である。

【図6C】本明細書に記載の１つまたは複数の機能を提供するように、回転センサをどのように構成することができるかの例を示す図である。

【図6D】本明細書に記載の１つまたは複数の機能を提供するように、回転センサをどのように構成することができるかの例を示す図である。

【図7】本明細書に記載の１つまたはそれ以上の機能を有する検出デバイスから得られる出力の例を示す図である。

【図8A】本明細書に記載のように電子回転センサ、磁気回転センサ、および／または電磁回転センサを有することができる位置検出デバイスを示す図である。

【図8B】本明細書に記載のように電子回転センサ、磁気回転センサ、および／または電磁回転センサを有することができる位置検出デバイスを示す図である。

【図8C】本明細書に記載のように電子回転センサ、磁気回転センサ、および／または電磁回転センサを有することができる位置検出デバイスを示す図である。

【図8D】本明細書に記載のように電子回転センサ、磁気回転センサ、および／または電磁回転センサを有することができる位置検出デバイスを示す図である。

【図9】図８Ｂの磁気回転センサの一例を示す図である。

【図10】図８Ｃの電磁回転センサの一例を示す図である。

【図11】回転シャフトがクラッチ機構を備えている、図１０の電磁回転センサのバリエーションを示す図である。

【図12A】図１０および図１１の電磁回転センサに利用することができる検知素子の例を示す図である。

【図12B】図１０および図１１の電磁回転センサに利用することができる検知素子の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

本明細書で提供される見出しは便宜上のものであり必ずしも本発明の範囲または意味に影響を与えるものではない。

【0021】

本明細書の開示は、一例として、高分解能の位置検出に関連するデバイスおよび方法に関連する。本明細書に記載されるように、そのような検出デバイスは、低減したヒステリシスのような望ましい機能を持った多回転検出デバイスとして設計され実現されていてもよい。幾つかの実施形態では、そのような低いヒステリシスは、例えば、位置検出デバイスの１つまたは複数の構成要素に関連する機械的バックラッシュの影響を低減することで実現され得る。

【0022】

図１は、幾つかの実装形態における、位置検出デバイス１００を模式的に示しており、このデバイスは角度位置センサ部品１０２と、回転センサ部品１０４を有し得る。図２、図３は、そのようなセンサ部品が、回転の範囲（多回転を含み得る）にわたって高分解能をもたらすためにどのように組合せ可能であるかの一例を示している。図４、図５は、角度位置センサ１０２がどのように実現可能である一例を示している。図６Ａ〜図６Ｃは、回転センサ１０４がどのように実現可能であるかの一例を示している。図７は、本明細書に記載される１つまたは複数の特徴を備えた検出デバイス１００から得ることができる出力の例を示している。

【0023】

図２は、位置検出デバイス１００の一例であり、このデバイスは第１のセンサ１０２（センサ１とも呼ぶ）および第２のセンサ１０４（センサ２とも呼ぶ）を有している。第１のセンサは、図１の角度位置センサ１０２であってもよい。幾つかの実施形態では、第１のセンサ１０２は、所定の回転で、回転シャフト１１６の角度位置を得るように構成されていてもよい。第２のセンサ１０４は、図１の回転センサ１０４であってもよい。幾つかの実施形態では、第２のセンサ１０４は、回転シャフト１１６による回転の数を得るように構成されていてもよい。２つの測定は互いに独立であってもよいので、そのような計測の組合せは、広範囲の多回転にわたって、第１のセンサに関する高分解能の恩恵を受けることができる。また、本明細書に記載のように、多回転にわたるそのような高分解能性能は、低減したまたはごく僅かなヒステリシス効果で実現することができる。

【0024】

図２に示すように、位置検出デバイス１００は、第１および第２のセンサ１０２、１０４の両方を収容するように構成されたハウジングを含んでいてもよい。ハウジング１１０は、第１および第２のセンサ１０２、１０４、回転シャフト１１６、および／または他の関連する部品を保持する１つまたはそれ以上の構造を有していてもよい。

【0025】

図２は、ハウジング１１０が、異なる取付けの選択を容易にできるように寸法決めされた取付構造に結合されてもよいことを示している。例えば、フランジ１１４が、位置検出デバイス１００のパネルの取付けを可能にするように寸法決めされていてもよい。

【0026】

幾つかの実施形態では、第１のセンサ１０２は、非接触磁気センサであってもよい。このようなセンサに関連する例は図４および図５を参照してより詳細に説明する。図２に示すように、そのような非接触の磁気センサは、入力電力を与えるためおよびシャフト１１６の角度位置を表す信号を出力するために端子１２０、１２２および１２４を含んでいてもよい。端子１２０は、供給電圧（例えば５Ｖ、ＤＣ）を受けるための電源供給端子であってもよく、端子１２４は接地端子であってもよい。端子１２２はシャフトの角度位置を表す信号を出力するための出力端子であってもよい。そのような出力信号の詳細は本明細書でより詳しく説明する。

【0027】

幾つかの実施形態では、第２のセンサ１０４は、市販のデバイス（例えば、ボーンズ３５４１Ｈまたは３５４９Ｈ）のような設計を有する精密ポテンショメータデバイスであってもよい。幾つかの実施形態では、このようなポテンショメータデバイスは、例えば、導電性プラスチックコーティングを有するハイブリッド抵抗巻線型素子を含む有利な特徴を有するものであってもよい。このような抵抗素子は、導電性プラスチック素子の長い動作寿命で、巻線型素子の安定した特性を示す。有利な特徴は、また、優れたバックラッシュ性能を含んでいてもよい。例えば、１°以下の機械的なバックラッシュが期待できる。幾つかの実施形態では、このような特徴は、シャフトに直接結合された摺動子素子によって促進されてもよい。このような結合に関する実施例は、図３を参照してより詳細に説明する。

【0028】

図２では、幾つかの実施形態で、第２センサ１０４のポテンショメータに関連付けられた電気端子がハウジング１１０の円筒壁に沿って設けられてもよいことが示されていている。例えば、抵抗素子の両端（図２では不図示）が第１および第２の端子１３０、１３２に電気的に接続され、また、摺動子（図２では不図示）がコレクタ端子１３４に電気的に接続されていてもよい。そのような端子の例はより詳細に本明細書中で説明する。

【0029】

図３は、図２の位置検出デバイス１００の例の切断図である。具体的には、第１および第２のセンサ１０２、１０４がどのように構成され、また、シャフト１１６に対して配置可能であるかが示されている。

【0030】

シャフト１１６は、第１および第２のブッシング１７６、１７８によって回転可能にハウジングに固定されるように示されている。各ブッシングは、異なる負荷（例えば、側面荷重）のもと改善された摩耗特性のための軸受面（例えば、真鍮や青銅）を含んでいてもよい。図３に示す構成例では、第１のブッシング１７６は、第１および第２のセンサ１０２、１０４を分離する隔壁１４２に設けられるように示されている。第２のブッシング１７８は、前方の蓋構造１７４に設けられるように示されている。このようなブッシング構造は、改善された製造プロセスに加え、改善された機械的安定性などの有利な特徴を提供することができる。

【0031】

ブッシング１７６、１７８によって支持されたシャフト１１６は、その端部が磁石取付構造１５０に結合されているように示されている。磁石取付構造１５０は、磁石１５２が取り付けられるように寸法決めされているように示されている。幾つかの実施形態では、そのような結合構造は、磁石１５２とシャフト１１６の実質的に直接的な機械的結合をもたらすことができる。このような直接結合の構造によれば、シャフト１１６の回転は、磁石１５２に実質的に直接伝達可能となり、第１のセンサ１０２に関する機械的なバックラッシュを軽減または排除することが可能となる。

【0032】

図３の例では、磁石１５２と検出アセンブリ１６２は、第１のセンサ１０２の一部となっている。検出アセンブリ１６２を使って磁石１５２の回転（したがってシャフトの回転）をどのように検出できるかの例については、図４、図５を参照してより詳細に本明細書中で説明する。

【0033】

検出アセンブリ１６２は、ハウジング１１０のエンドキャップ１１８の内側に取り付けられるように示されている。第１のセンサ１０２のための集積回路（ＩＣ）センサ１６０は、検出アセンブリ１６２の一部として示されており、エンドキャップ１１８は、ＩＣセンサ１６０を収容するように適切に寸法決めされていてもよい。エンドキャップ１１８は、また、第１のセンサ１０２に関連付けられた電気端子１２０（図２参照）、１２２、１２４を支持することが示されている。

【0034】

図３の例では、エンドキャップ１１８、隔壁１４２、およびその間の円筒壁１４０が、第１のセンサ１０２の様々な部品を収容するように寸法決めされた第１の空間１４４を画定するように示されている。本明細書で説明するように、隔壁１４２は、ブッシング１７６を支持するように設けられていてもよい。

【0035】

さらに図３に示すように、第２のセンサ１０４に関連する様々な部品が、隔壁１４２と前方の蓋構造１７４との間に配置されていてもよい。この例では、隔壁１４２と前方の蓋構造１７４との間の円筒状の壁１７０が凹状構造２００を確定するように示されており、凹状構造は、巻線型素子１９０の外側部分を受け入れ、支持するように寸法決めされている。したがって、凹状構造２００は巻線型素子１９０の支持構造として機能することができる。幾つかの実施形態では、そのような支持構造は、位置分解能を向上させるために、より均一な間隔を提供するように寸法決めされていてもよい。幾つかの実施形態では、巻線型素子１９０のための支持構造２００は、巻線型素子１９０がそこに結合され、それにより例えば確実な方法で前述の均一な空間を促すように構成されていてもよい。

【0036】

幾つかの実施形態では、円筒壁１７０は、プラスチック等の材料で作られ、内面に設けられた支持構造２００（巻線型素子１９０のための）と一緒に単一の部品として実現されていてもよい。円筒壁１７０および／または支持構造２００の他の構成も実現可能である。

【0037】

巻線型素子１９０の構成例については、前方の蓋構造１７４側の第１の端部１９３が、第１の端子１３０に電気的に接続されるように示されている。同様に、隔壁１４２側の、巻線型素子１９０の第２の端部１９４が第２の端子１３２に電気的に接続されるように示されている。

【0038】

幾つかの実施形態では、第１および第２の端子１３０、１３２のそれぞれの電気的接続は、例えば、モールド構造１３６に保持された金属線を含んでいてもよい。モールド構造１３６は、適切な取付機構によって、円筒壁１７０に固定されるように示されている。

【0039】

図３では、第２の端子１３２のための電気的な接続は、第２の端部１９４においてまたはその近傍で巻線型素子１９０に係合するコンタクト機構１９２を含むことが示されている。第２の端子１３２を対応のコンタクト機構１９２に電気的に接続する接続部は、第２の端子１３２の所望の位置を形成するように設けられる（例えば２つの９０°曲げ）ことが示され、および／または、モールド構造１３６によって十分な封止を提供することが示されている。第１の端子１３０のための電気的接続は、巻線型素子１９０の第１の端部１９３に対して同様の方法で構成されていてもよい。

【0040】

幾つかの実施形態では、巻線型素子１９０は、摺動子の回転運動を軸方向の変位に変換するためのネジ山として機能するように構成されていてもよい。このような構成により、摺動子が巻線型素子１９０の複数の回転をカバーすることが可能となる。

【0041】

図３に示す例では、摺動子アセンブリ１８０は、巻線型素子１９０の複数の回転（例えば多回転）にわたって上記の機能を提供するように構成されていてもよい。摺動子アセンブリ１８０は、係合機構１８６が備わったリング状のオブジェクトであってもよく、その係合機構１８６は、摺動子アセンブリ１８０と巻線型素子１９０との間のスレッド・トゥ・スレッドの係合をなすように、放射状に延び、巻線型素子１９０と係合するようになっている。幾つかの実施形態では、摺動子アセンブリ１８０は電気絶縁材料で形成されていてもよく、また、本明細書に記載のように、種々の電気接点機構がそこに形成されてもよい。

【0042】

幾つかの実施形態では、摺動子アセンブリ１８０は、巻線型素子１９０の局所的部分との摺動電気接触を形成するように構成されていてもよい。例えば、摺動電気接触の機構は、接触機構が巻線型素子１９０の対応する局所的部分と電気的に接触できることを可能にするように、係合機構１８６の一方側（例えば軸方向に沿って）に形成されていてもよい。

【0043】

接触機構１８７は、摺動子アセンブリ１８０の内側に設けられていてもよく、そして、接触機構１８７はコレクタ接点１９６に係合するように構成されていてもよい。係合機構１８６の摺動接触部と接触機構１８７との間の電気的接続は、係合機構１８６の摺動接触部をコレクタ接点１９６に電気的に接続するように設けられていてもよい。コレクタ接点１９６は、係合機構１８６の摺動接触部が（巻線型素子１９０の沿う様々な位置で）コレクタ端子１３４と電気的接続されるように、コレクタ端子１３４に電気的に接続されるように示されている。

【0044】

図３の構成例では、シャフト１１６の回転運動は下記のように摺動子アセンブリ１８０に伝達することができる。内側スリーブ１８８は、それがシャフト１１６と一緒に回転するように、隔壁１４２と前方の蓋構造１７４との間のシャフト１１６の一部の周りに設けられていることが示されている。外側スリーブ１８９は、それが内側スリーブ１８８と一緒（したがってシャフト１１６と一緒）に回転するように、内側スリーブ１８８の周りに設けられていることが示されている。シャフト１１６と内側スリーブ１８８との間の、および、内側スリーブ１８８と外側スリーブ１８９との間の接続は、例えば圧入、接着といった種々の方法で実施可能である。また、２つの例示的なスリーブの文脈で説明したが、シャフト１１６とコレクタ接点１９６との間の領域は、構造体のより少ないまたはより多い数で形成されていてもよいことが理解されるであろう。また、幾つかの実施形態では、スリーブ（単数または複数）に関連するスペーシング機能およびガイド機能の一部のまたは全てを提供するように、シャフト自体が適切に寸法決めされていてもよいことが理解されるであろう。

【0045】

図３に示す例では、外側スリーブ１８９は、そこにコレクタ接点１９６を装着または形成可能な外面を含んでいてもよい。外側スリーブ１８９は、さらに、外側スリーブ１８９の外側部に沿って軸方向に延びるガイド溝１８３を含んでいてもよい。このガイド溝１８３は、摺動子アセンブリ１８０の内側に形成された対応するガイドタブ１８１を受け入れるように寸法決めされていてもよい。

【0046】

ガイドタブ１８１は、ガイド溝１８３内に捕捉されており、その結果、シャフト１１６と共に回転する摺動子アセンブリ１８０となっている。本明細書に記載のように、そのような摺動子アセンブリ１８０の回転は、巻線型素子１９０のスレッド・トゥ・スレッド相互作用（一例）によって、結果として、摺動子アセンブリ１８０の軸方向移動となる。幾つかの実施形態では、ガイドタブ１８１とガイド溝１８３の嵌合が、機械的なバックラッシュの影響を低減しつつ、シャフト１１６が回転する際の溝１８３内におけるガイドタブ１８１の望ましい摺動を提供するように構成されていてもよい。

【0047】

上記の例のように摺動子アセンブリ１８０が軸方向に動く際、接触機構１８７はコレクタ接点１９６に電気的に接続されたままである。幾つかの実施形態では、コレクタ接点１９６はシャフト１１６と一緒に回転するように構成され、これにより、接触機構１８７との電気的摺動接続が可能となっていてもよい。コレクタ接点１９６は、さらに、コンタクト機構１９７を含むように示されており、そのコンタクト機構１９７は、コレクタ接点１９６がシャフト１１６と一緒に回転する際、コンタクトリング１９８に係合して電気的接続を提供する。コンタクトリング１９８はコレクタ端子１３４に電気的に接続されていてもよく、それによって、巻線型素子１９０の所定の場所に沿う係合機構１８６の摺接部と、コレクタ端子１３４との間の電気的接続が形成される。

【0048】

図４Ａ、図４Ｂは、模式的に図３を参照して本明細書に記載される磁石１５２の構成例の分離された側面および軸方向の図、ならびに、磁気センサ１６０に対する非接触位置（検出アセンブリ１６２の一部、図３も参照）を模式的に示している。磁石１５２は、磁石取付構造１５０を介してシャフト１１６に取り付けられるように示されている。

【0049】

幾つかの実施形態では、磁石１５２は、磁気センサ１６０に直交および並行な可変の磁束が得られるように、バイポーラで直径方向に磁化された構成であってもよい。幾つかの実施形態では、そのような磁石は、磁気センサから分離されていてもよく（例えば、約１ｍｍ±０．５ｍｍの作動距離）、磁気センサ１６０は、例えば１０ビットから１６ビットの分解能を含むさまざまな分解能を変化させる磁石１５２の角度位置を読むように構成されていてもよい。他の分離距離および／または他の分解能を利用することもできる。

【0050】

図５Ａ〜図５Ｄは、図４Ａ、図４Ｂの磁石１５２（したがってシャフト１１６）の磁気センサ１６０に対する角度位置を判定するためにそのような磁束がどのように検出可能であるかを示している。幾つかの実施態様では、磁気センサ１６０は、Ｈ１〜Ｈ４として示さホール効果センサを含む直交位相ホール効果センサアセンブリ３５２有していてもよい。このようなホール効果センサは、統合されたセンサとして設けられたものであってもそうでなくてもよい。磁気センサ１６０は、ホール効果センサの文脈で説明されているが、他のタイプのセンサも使用可能であることが理解されよう。例えば、正弦余弦磁気抵抗（ＭＲ）センサ、大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサ、または統合垂直方向ホールセンサ（例えばブリッジ構成）を利用することができる。

【0051】

図５Ａは、幾つかの実装では、磁気センサアセンブリ３５２は、正弦余弦センサとして動作するように構成できることを示しており、ここで、磁気センサアセンブリ３５２の直交および並行な磁束の変化（例えば図５Ｂ、３６０）は、直交位相のｓｉｎおよびｃｏｓに近似することができる。ホール効果センサのような出力は、幾つかの実施形態において、アナログインターフェース３５０によって処理することができ、このアナログインターフェースは、１つまたはそれ以上の出力３５８を生成するように、増幅、調整３５４、およびデジタルデータ３５６への変換など機能を提供するように構成されている。幾つかの実施形態では、上述の読出装置の後端部は、Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ、およびシリアル通信機能とのプログラム可能なインタフェースを提供するように構成されていてもよい。

【0052】

図５Ａ、図５Ｂに示す例では、ホール効果センサＨ１〜Ｈ４はそれぞれ、出力＋ｓｉｎ、＋ｃｏｓ、−ｓｉｎ、−ｃｏｓ信号として示されている。このような信号は、磁場（Ｂ）と電流（Ｉ）との相互作用から生じるホール電圧（Ｖ_Ｈ）に基づくものであってもよい。したがって、このような信号の検出により、以下のように表すことができる磁束値Ｈ１〜Ｈ４を得ることができる：

【0053】

【数1】

【0054】

差動読出し時には、信号は、ｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号のように近似することができる。このような信号は、磁気センサに対する磁石の角度変位（Ａ）を計算するのに使用することができる。例えば、次のように量Ａを推定することができる：

【0055】

【数2】

【0056】

こうして、図５に示すように、直角位相のｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号（３８４、３８０）の読出しによって、位相角αでリニアと推定可能な磁石の角度変位（Ａ）を得ることができる。このような線形推定は、傾斜ライン３８２、３８６および３８８で示されている。

【0057】

幾つかの状況では、ホールセンサの振幅は、機械的位置ずれ、内部磁場の変化、温度変化、および／または外部磁界といった要因のために、変更されてもよい。しかし、図５Ｄに示すように、このような要因は、ｓｉｎ／ｃｏｓ比ではなく信号の振幅に影響を与える可能性がある。したがって、ｓｉｎ／ｃｏｓ比または位相角αによる角度変位の推定の上記例によれば、安定したセンサを得ることができるものとなる。

【0058】

図６Ａ〜図６Ｃは、本明細書で説明するように、第２のセンサ１０４のために実施することができる幾つかの追加機能を示している。図６Ａおよび図６Ｃは、ポテンショメータの機能が第２のセンサ１０４でどのように得ることができるかの例を示している。ここで説明するように、導電性プラスチックコーティングのハイブリッド抵抗巻線型素子のような巻線型素子が、端子「１」、「３」（それぞれ１３２および１３０）の間の抵抗素子４００として表わされていてもよい。「２」の端子（１３４）に接続されている摺動接点（スライディング接点）４０２（図３の１８６）は、抵抗素子４００に沿って電気的に接触していてもよい。上記のような方式で構成され、端子１３２と端子１３４との間の抵抗１３４はＲ１のように表すことができ、端子１３４と端子１３０との間の抵抗はＲ２のように表すことができる。Ｒ１とＲ２の値は、摺動接点４０２がどこに位置しているかに応じて、かつ、Ｒ１とＲ２の和が端子１３０、１３２間の抵抗素子４００のほぼ総抵抗となるように、反比例の方式で変化することができる。端子１３４は、コレクタ端子として機能することができ、そして得られたポテンショメータ回路は、例えば分圧器としてのような、多くの方法で利用することができる。このような分圧回路に関連した電圧により、シャフト１１６が時計回りまたは反時計回りどの程度回転したかの判定が可能となる。そのような情報に基づき、回転数の情報を得ることができる。そのような例はより詳細に本明細書中に記載される。

【0059】

図６Ａおよび６Ｂは、様々な用途に対応するために第２のセンサ１０４が幾つかの方法で設定することができることを示している。例えば、シャフト１１６の寸法（一例で直径ｄ１）は選択可能である。別の例では、パネルの取付け（フランジ１１４で）のような取付けのオプションを実施してもよい。さらに別の例では、ハウジングの直径（ｄ４）、端子取付構造の寸法（ｄ２、ｄ３）、および、端子の向きやサイズ（４１０、コレクタとエンド端子との間の角度オフセットθ）といった種々の寸法が適宜選択されてもよい。第１のセンサ１０２（図６Ａおよび６Ｂに示されていない）がシャフト１１６の後ろ側に配置されている場合、第２のセンサ１０４の上記例の構成をほぼ変更しないままとすることもできることに留意されたい。

【0060】

図７は、本明細書に記載する位置検出デバイス１００から得ることができる出力信号の一例を示している。信号線５００は、第１のセンサ１０２からの周期的な出力を示し、信号線５０４は、第２のセンサ１０４からの出力を表している。いずれも５Ｖの動作範囲の例で示されているが、他の出力電圧範囲であってもよいことは理解されよう。また、第１のセンサ１０２および第２センサ１０４の出力電圧範囲が、同じであってもなくてもよいことも理解されよう。また、１０回転（３６００°）の例で説明している第２のセンサの動作範囲であるが、他の回転範囲でも実施可能であることは理解されよう。

【0061】

本明細書に記載し、さらに、図７に示すように、第１センサ１０２は、所定の回転のための角度位置センサとして構成されたものであってもよい。したがって、そのような１０の角度位置の線が１０回転に対応し、示されている。６回転（５０２で示す）のような所定の回転のために、第１のセンサの出力電圧は、回転の３６０°にわたって０Ｖから５Ｖまでほぼ直線的に変化するようになっていてもよい。

【0062】

また、本明細書に記載し、さらに、図７に示すように、第２センサ１０４は、その移動範囲内で回転数を判定するための回転センサ１０４として構成されていてもよい。信号線５０４は例えばシャフトの回転位置を表すものであってもよく、その回転位置は、一例で、反時計回りの完全位置（例えば０Ｖ出力）と、時計回りに完全に１０回転（例えば５Ｖ出力）した後の位置との間である。本明細書に記載の第２のセンサ１０４の構成例であるので、出力電圧（ポテンショメータ回路から生じる）とシャフトの回転位置はほぼ線形となり得る。

【0063】

２つの独立したセンサ（１０２、１０４）が利用されているので、たとえ２つのセンサのいずれかまたは両方の分解能がそれほど高くなくても、シャフトの絶対位置を非常に高い分解能で測定できることに留意されたい。例えば、角度位置センサ１０２が、上記のように３６０°の範囲内で角度の変位値Ａをもたらしたと仮定する。さらに、このような角度変位値Ａは、例えば１４ビットの分解能で測定できると仮定する。このような構成により、任意の回転で、角度位置センサ１０２により緻密な分解能が提供可能となり、また、回転センサ１０４は、単にシャフトの回転数を判定するために、比較的低い分解能（例えば４ビット）で構成することができる。

【0064】

上記の例では、角度位置センサ１０２によって提供される角度当りの分解能は、回転動作の範囲の全範囲（幾つかの状況においては、シャフトの多回転を含み得る）で維持される。したがって、回転カウンタとして動作する回転センサ１０４が、角度位置センサ１０２の高分解能との組合せで、回転動作の広い範囲にわたって、高分解能の位置検出デバイスをもたらすことができる。

【0065】

上記の例では、角度位置センサ１０２は、所定の回転のために１４ビットの分解能有するものであってもよく、回転センサ１０４は、０〜１５の回転数を判定するのに十分な４ビットの分解能を有するものであってもよい。各回転の中で、角度位置センサ１０２は、約０．０２°の角度分解能を提供することができる（３６０／（２^１４））。回転センサ１０４が回転数の情報を提供するので、０〜１５の範囲内の任意の回転の角度位置は０．０２°の分解能の恩恵を受けることができる。したがって、動きの全範囲のための角度分解能は約０．０２のままとなり、０〜１５の回転の範囲にわたって包括的に１８ビットの角度分解能を効果的にもたらす。図７の１０回転の例の文脈では０．０２°の分解能の１０回転が、本質的に、約１７．５ビットの分解能に相当する１８００００マイクロステップ（３６００／０．０２）をもたらす。

【0066】

別の例では、角度位置センサ１０２が１２ビットの分解能を持っていると仮定し、回転センサ１０４は１０回転の範囲で３．２５ビットの分解能を有すると仮定する。そして、動きの全範囲のための角度分解能は約０．０８７９（３６０／２^１２）に維持され、それは、約１５．２５ビットの分解能に相当する４０９６０マイクロステップをもたらす。

【0067】

上記の高分解能性能とは別に、機能性（回転センサ１０４による）独立した回転数判定機能（回転センサ１０４による）によって実現される他の有利な特徴が幾つかある。例えば、たとえ回転センサが高いリニア性（例えば０．２５％）を有するものであっても、回転カウンタとしての役割によりリニア性に対する寄与を削除することができる。したがって、もし角度位置センサ１０２が例えば所定の回転のために０．５％のリニア性を有している場合、１０回転（一例）にわたる全体的なリニア性は、０．５％／１０、すなわち０．０５％と推定することができる。

【0068】

別の例では、位置検出デバイス１００の全体的なヒステリシス性能も、独立した回転数判定機能（回転センサ１０４による）の恩恵を受けることができる。ここでは、機械的バックラッシュの性能が１°以下回転センサ（例えば、ボーンズ３５４１Ｈまたは３５４９Ｈ）の例を示しているが、回転センサ１０４が低分解能の回転数計として利用される場合には、そのようなバックラッシュは必ずしも示されない。したがって、位置検出デバイスのための任意のヒステリシスが、角度位置センサ１０２によって通常与えられる。幾つかの実施形態では、シャフト１１６に直接結合された磁石（図３、図４の例えば１５２）により、多くの用途において無視できる程度といえる約０．２°に相当するヒステリシスの角度位置センサ１０２をもたらすことができる。

【0069】

さらに別の例では、位置検出デバイス１００の寿命もまた、独立した回転数判定機能（回転センサ１０４による）の恩恵を受けることができる。例えば、２０００万回転の軸の寿命（高分解能の用途に使用される回転センサの約４倍の寿命である）が実現でき、これは、幾つかの多回転用途での低い分解能のため、出力低下がそれほど重要でないからである。

【0070】

なお、図２、図３および図６Ａ〜６Ｃを参照して説明した様々な例は、図１の例の回転センサ１０４に関連していることに留意されたい。図８Ａに示されるように、より具体的には、そうした回転センサは、一例で、抵抗に関連する測定値に基づく電子回転センサである。

【0071】

また、図１の回転センサ１０４は、測定の他のタイプに基づいて行うことができることに留意されたい。図８Ｂおよび図８Ｃは、幾つかの実施形態において、図１の回転センサ１０４は、磁気回転センサ（図８Ｂの１０４）または電磁回転センサ（図８Ｃの１０４）であってもよいことを示している。磁気回転センサ、電磁回転センサの例は、より詳細に本明細書中に記載されている。図８Ｂおよび図８Ｃの位置検出デバイス１００のそれぞれにおいて、角度位置センサ１０２は、図２〜図５および図７を参照して本明細書に記載の実施例と同様のものであってもよい。したがって、図８Ａ〜図８Ｃの位置検出デバイスは、本明細書に記載されるような望ましい種々の機能を提供することができる。

【0072】

本明細書に記載の目的のために、電磁回転センサは、永久磁石を含んでいてもよいし、含んでいなくてもよい。図１０〜図１２に関連して本明細書に記載される様々な実施例では、電磁回転センサは、永久磁石を含んでいない。本明細書に記載されるように、このような電磁回転センサは誘導センサとして構成することもできる。

【0073】

図９は、角度位置センサ１０２および磁気回転センサ１０４を有する位置検出デバイス１０の例を示している。図９の例では、角度位置センサ１０２は、図２〜図５および図７を参照して説明した例と同様のものであってもよい。

【0074】

図９の例では、回転シャフト６００は、第１の部位６０２を含むように示されており、その部位６０２は、取付キャップアセンブリ６１０内に設けられたブッシング６０８によって支持されている。回転シャフト６００は、第１の部位６０２から角度位置センサ１０２の磁石取付構造１５０に延在する第２の部位６０６をさらに含むように示されている。磁石取付構造１５０は、本明細書に記載のように、磁石１５２を保持するように構成されていてもよい。

【0075】

回転シャフト６００の第２の部位６０６は、磁石ホルダ６２０に結合され、これにより、同磁石ホルダ６２０が第２の部位６０６と一緒に回転することとなり、そして、磁石ホルダ６２０が第２の部位６０６に沿って軸方向（長手方向）にスライドするようになっていてもよい。磁石ホルダ６２０は、さらに、その外周にネジ構造６１６を含むように示されており、そして、そのようなネジ構造は、ハウジング６１２の内面に形成された螺旋溝６１４に噛み合うように寸法決めされ、これにより、磁石ホルダ６２０と螺旋溝６１４とのネジ噛合が形成されるようになっていてもよい。したがって、回転シャフト６００の回転は、螺旋溝６１４に磁石ホルダ６２０のネジ構造６１６が噛み合うことをもたらし、それにより、磁石ホルダ６２０が第２の部位６０６に沿って軸方向（長手方向）にスライドすることとなる。

【0076】

磁石ホルダ６２０は、さらに、磁石６２２を保持するような寸法にされることが示されている。このような磁石は、回転シャフト６００の回転の軸周りに円筒対称性を有していてもよく、また、長手方向の軸に沿って極を有していてもよい。したがって、リング磁石６２２は、回転シャフト６００の回転に伴って、第２の部位６０６に対して長手方向に移動することができる。

【0077】

図９の例では、回転シャフト６００の第２の部位６０６は、第１の部位６０２よりも小さい横方向寸法を有するものであってもよい。横方向の寸法におけるそのような変化により、テーパ部６０４がもたらされ、そのようなテーパ部の位置は、磁石ホルダ６２０の移動を制限するように選択されてもよい。

【0078】

図９の例では、磁気センサ６２６は、磁石６２２によって生じる１つまたは複数の磁界の要素を検出するように、ハウジング６１２の一部に設けられることが示されている。磁界６２６は、長手方向の軸に沿ってまたはその近くに配置されていてもよく、例えば、磁石６２２の可動範囲の長手方向の中間地点に配置されてもよい。磁気センサ６２６へのおよび磁気センサ６２６からの電気的接続は、角度位置センサ１０２のエンドキャップに設けられた複数の端子６２８によって促進されていてもよい。

【0079】

幾つかの実施形態では、磁気センサ６２６は、磁石６２２の長手方向の位置を測定することによって回転可能シャフト６００の回転数を判定するように構成されていてもよい。そのような判定は、例えば、磁気センサ６２６の応答と回転数とを測定することで実現されてもよい。幾つかの実施形態では、本明細書に記載されるように、例えば、回転数を判定するために利用されている場合、磁気センサ６２６によって提供される測定値は高分解能を有する必要はない。幾つかの実施形態では、このような回転数は、回転シャフト６００の多回転を含むことができる。

【0080】

幾つかの実施形態では、隔壁６２４は、角度位置センサ１０２と磁気回転センサ１０４とを分割するために設けられていてもよい。そのような隔壁は、２つのセンサ１０２、１０４に関する磁界の間の動作において干渉を防止するまたは軽減するための磁気シールド材料を含んでいてもよい。

【0081】

図１０は、角度位置センサ１０２と電磁回転センサ１０４とを有する位置検出デバイス１００の例を示している。図１０の例において、角度位置センサ１０２は、図２〜図５および図７を参照して説明したものと同様であってもよい。

【0082】

図１０の例では、回転シャフト６５０は、キャップ取付アセンブリ６５６によって支持される第１の部位６５２を含むことが示されている。回転シャフト６５０は、また、第１の部位６５２から角度位置センサ１０２の磁石取付構造１５０に延びる第２の部位６５４を含むことが示されている。磁石取付構造１５０は、本明細書で説明するように磁石１５２を保持するように構成されていてもよい。

【0083】

回転シャフト６５０の第２部位６５４は、シャフト６５０の回転時に、ターゲットホルダ６６４が軸方向に移動できるように、ターゲットホルダと６６４にネジ結合するようになっていてもよい。ターゲットホルダ６６４は、図１０の例では、ワッシャ状の構造を有し、金属ターゲット６６６を保持するように寸法決めされていてもよい。これにより、金属ターゲット６６６は、シャフト６５０の回転時に、軸方向に移動することができる。

【0084】

図１０の例では、コイルアセンブリ６６８が、回転シャフト６５０の第２の部位６５４の軸方向の一端またはその付近に設けられていることが示されている。このようなコイルアセンブリは、例えば、基板層上の金属線の巻線を含んでいてもよい。巻線は、インダクタとして機能するように端子を含んでいてもよい。本明細書に記載されるように、このようなインダクタに提供されるＡＣ信号によって、金属ターゲット６６６上で生じる渦電流との誘導結合によるインピーダンスの検出可能な変化がもたらされることとなる。インピーダンスのこのような変化は、金属ターゲット６６６と金属線の巻線との間の距離に依存する。従って、金属ターゲット６６６の軸方向の位置を測定することができる。また、回転シャフト６５０の回転数は、そのような測定値の計測に基づいて取得することができる。

【0085】

図１０の例では、回路アセンブリ６７０が、ハウジング壁６６０の内部に設けられていることが示されている。そのような回路アセンブリは、例えば上記した巻線のインピーダンス変化の測定に基づく回転数検出を行う集積回路６７２を含んでいてもよい。回路アセンブリは、また、巻線にＡＣ信号を与えるように構成されていてもよい。回路アセンブリ６７０からのおよび同アセンブリへの電気接続は、角度位置センサ１０２のエンドキャップに設けられた複数の端子６７４によって促進されてもよい。

【0086】

幾つかの実施形態では、本明細書に記載されるように回転数の判定のために利用される場合、図１０の上述の誘導センサにより与えられる測定値は、高分解能を有する必要はない。幾つかの実施形態では、そのような回転数は、回転シャフト６５０の多回転を含むものであってもよい。

【0087】

図１１は、角度位置センサ１０２と電磁回転センサ１０４を有する位置検出デバイス１００の例を示している。図１０の例では、角度位置センサ１０２は、図２〜図５および図７を参照して説明したものと同様であってもよい。電磁回転センサ１０４は、図１０の例と同様に誘導結合に基づくものであってもよいが、しかし、回転シャフトの機構上の態様と回転伝達が異なっている。

【0088】

より具体的には、図１１の例では、回転可能シャフト７００は、クラッチ機能を提供するように設けられていてもよい。回転シャフト７００は、取付キャップアセンブリ７３６によって支持される第１の部位７０２を含むように示されている。回転シャフト７００は、結合部材７０８を介して第２の部位７１２に結合されるように示されており、この結合部材７０８は、第１の部位７０２を受けるように寸法決めされた第１の開口部７０６を含んでいてもよい。結合部材７０８は、さらに、第２の部位７１２の一端を受けるように寸法決めされた第２の開口部７１０を含んでいてもよい。第２の部位７１２の他端は、角度位置センサ１０２の磁石取付構造１５０へと延びるように示されている。磁石取付構造１５０は、本明細書で説明するように磁石１５２を保持するように構成することができる。

【0089】

図１１の例では、第１の開口部７０６の内部に入る第１の部位７０２の一部は、第１の部位７０２が結合部材７０８の第１の開口部内で確実に保持されるように、対応するＯリング（複数可）のための１つまたはそれ以上の溝を含んでいてもよい。第２の開口部７１０の内部に入る第２の部位７１２は、例えば、第２の部位７１２と第２の開口部７１０の摩擦嵌めが可能となるような、寸法を有していてもよい。そのような摩擦嵌めは、所定の状況下で、一方が他方にスリップして回転することを可能にする。例えば、回転シャフト７００が軸方向の移動位置（例えばターゲットホルダー７２６）の動作範囲を超えて回転しようとした場合、そうした動きを抑制するためクラッチ方式でスリップが起こることができる。

【0090】

図１１の例では、結合部材７０８は、ターゲットホルダ７２４が結合部材７０８と一緒に回ることとなり同ホルダが結合部材に沿って軸方向にスライドするように、ターゲットホルダ７２４に結合されていてもよい。ターゲットホルダ７２４は、その外周にネジ機構７２２を含むように示されており、そのネジ機構は、ハウジング７１８の内面に画定された螺旋溝７２０と噛み合い、ターゲットホルダ７２４と螺旋溝７２０との間のネジ係合が形成されるように、寸法決めされていてもよい。こうして、回転シャフト７００の回転により、ターゲットホルダ７２４のネジ機構７２２が螺旋溝７２０に噛み合うこととなり、そして、ターゲットホルダ７２４が結合部材７０８に沿って軸方向にスライドすることが引き起こされる。

【0091】

ターゲットホルダ７２４は、図１１の例では、金属ターゲット７２６を保持するように寸法決めされていてもよく、金属ターゲット７２６は、結合部材７０８の周りに嵌まるような寸法のワッシャ状構造を有するものであってもよい。したがって、シャフト７００の回転時、金属ターゲット７２６がターゲットホルダ７２４と一緒に軸方向に移動できるものとなる。

【0092】

図１１の例では、コイルアセンブリ７２８は、角度位置センサ１０２と電磁回転センサ１０４とを略仕切る隔壁７１４に設けられていることが示されている。そのようなコイルアセンブリは、例えば、基板層上の金属線の巻線を含んでいてもよい。巻線は、インダクタとして機能するように端子を含んでいてもよい。本明細書に記載されるように、そのようなインダクタに与えられるＡＣ信号により、金属ターゲット７２６に生じる渦電流への誘導結合によるインピーダンスの検出可能な変化を引き起こすことができる。インピーダンスのそのような変化は、金属ターゲット７２６と金属線の巻線との間の距離に依存する。したがって、金属ターゲット７２６の軸方向の位置を測定することができる。また、回転シャフト７００の回転数はそのような測定値の計測に基づいて取得することができる。

【0093】

図１１の例において、上記の誘導測定動作のための回路アセンブリは、位置検出デバイス１００内に設けられていてもよいし、そうでなくてもよい。例えば、導体によって巻線と複数の端子７３２との間の電気的接続が提供されてもよく、また、計測処理が、位置検出デバイス１００の外部で行われてもよい。他の例では、そのような計測処理を行う回路がエンドキャップ７３０に設けられていてもよい。そのような回路は、例えば、測定された巻線のインピーダンス変化に基いて回転数の上記判定を行うように構成されていてもよい。

【0094】

幾つかの実施形態において、本明細書に記載されるように、例えば、回転数を判定するために利用される場合、図１１の誘導センサによって提供される測定値は高い分解能を有する必要はない。幾つかの実施形態では、このような回転数は、回転シャフト７００の多回転を含むことができる。

【0095】

図１２Ａは、図１０、図１１の例で利用することができる誘導センシング構造の分離図である。本明細書に記載されるように、そのようなセンシング構造は、金属ターゲット７５０（図１０の６６６、図１１の７２６）およびコイル７５２（図１０の６６８、図１１の７２８）を含んでいてもよい。図１２Ａの側面図に示すように、金属ターゲット７５０とコイル７５２とは距離ｄだけ離れていてもよい。本明細書に記載されるように、そのような分離距離は、シャフト（図１２Ａには示されていない）の回転によって長手方向に変化させることができる。

【0096】

距離ｄで、金属ターゲット７５０とコイル７５２の間の誘導結合の量を判定することができる。そのような誘導結合は、図１２Ｂの回路として表すことができる。より具体的には、金属ターゲット７５０に表されるＬＲ回路７６２のノード７６４、７６６の間にＡＣ信号が与えられると、金属ターゲット７５０に表されるＬＲループ７６０に渦電流が生じることとなる。したがって、ＬＲループ７６０とＬＲ回路７６２の誘電結合分は、距離ｄで変化するインピーダンスＲをもたらすトランスとしてモデル化することができる。Ｒにおけるそのような変化は、例えば、コイルのＬＣ回路を形成する、および、回転センサ１０４の消費電力を低減するために共振インピーダンスを測定するといった幾つかの方法で測定することができる。

【0097】

本開示は、様々な特徴について説明しており、それらの１つが単独で重要であるというものではない。当業者には明らかであるように、本明細書で説明する様々な機能は、組み合わされ、変更、または省略されてもよいことが理解されるであろう。本明細書に具体的に記載されたもの以外の組合せおよびサブコンビネーションも当業者には明らかであり、この開示の一部を形成することを意図している。種々のフローチャートのステップおよび／またはフェーズと関連付けて色々な方法について本明細書で説明している。多くの場合、特定のステップおよび／またはフェーズは、フローチャートの複数のステップおよび／またはフェーズが単一のステップおよび／またはフェーズで実行されるように、組み合されてもよいことが理解されよう。また、特定のステップおよび／またはフェーズを別々に実行される追加のサブ部品に分割することができる。幾つかの例では、ステップおよび／またはフェーズの順序を再配列することができ、また、特定のステップおよび／またはフェーズが完全に省略されてもよい。また、本明細書に記載した方法は、本明細書に示され記載されたものに追加のステップおよび／またはフェーズも行うことができるように、オープンエンドのものであると理解されるべきである。

【0098】

本明細書で説明されるシステムおよび方法の幾つかの態様は、有利には、例えば、コンピュータソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、またはコンピュータソフトウェア、ハードウェア、およびファームウェアの任意の組合せを用いて実現できる。コンピュータソフトウェアは、実行時に本明細書に記載の機能を行う、コンピュータ実行可能コード、コンピュータ可読媒体（例えば非一時的なコンピュータ可読媒体）に格納されたもの、を含んでいてもよい。幾つかの実施形態では、コンピュータ実行可能コードは、１つまたは複数の汎用コンピュータプロセッサによって実行される。当業者であれば本開示に照らして次のことを理解するであろう：汎用コンピュータ上で実行されるソフトウェアを用いて実施することができる任意の特徴または機能は、ハードウェア、ソフトウェア、またはファームウェアの様々な組合せを使用して実施できるということ。例えば、そのようなモジュールは、集積回路の組合せを使用するハードウェアに完全に実装されたものであってもよい。代替的にまたは追加的に、このような特徴や機能ではなく、汎用コンピュータによって本明細書に記載の特定の機能を実行するように設計された特殊なコンピュータを使用して、完全にまたは部分的に実施することができる。

【0099】

複数の分散コンピューティングデバイスが、本明細書に記載のいずれかのコンピューティングデバイスの代わりに使用されてもよい。このような分散型の実施形態において、１つのコンピューティングデバイスの機能が、分散コンピューティングデバイスの各々でそれぞれの機能が実施されるように、（例えば、ネットワークを介して）分散される。

【0100】

幾つかの実施形態は、式、アルゴリズム、および／またはフローチャート図を参照して説明することができる。これらの方法は、１つまたは複数のコンピュータ上で実行可能なコンピュータプログラム命令を使用して実施することができる。これらの方法は、別々の、または、装置やシステムの構成要素のようなコンピュータプログラム製品として実装されてもよい。この点、各式、アルゴリズム、ブロック、フローチャートのステップ、およびこれらの組合せは、ハードウェア、ファームウェア、および／またはコンピュータ可読プログラムコードロジックに実装された１つまたはそれ以上のコンピュータプログラム命令を含むソフトウェアによって実現され得る。理解されるように、そのようなコンピュータプログラム命令は、コンピュータプログラム命令によりそうしたコンピュータやプログラム可能な処理装置が上記式、アルゴリズム、および／またはフローチャートに指定された機能を実現するように、汎用コンピュータまたは専用コンピュータまたは他のプログラム可能な処理装置を含むがこれに限定されない１つまたは複数のコンピュータにロードされてもよい。また、フローチャート図に示される各式、アルゴリズム、および／またはブロック、さらにそれらの組合せが、特殊目的のハードウェアベースコンピュータシステム（特殊な機能またはステップを行う）、または、特殊目的のハードウェアとコンピュータ可読プログラムコードロジック手段との組合せで実施されてもよい。

【0101】

さらに、コンピュータ可読プログラムコードロジックに実装されたもののようなコンピュータプログラムの命令が、コンピュータ可読メモリ（例えば非一時的なコンピュータ可読媒体）に格納されてもよく、このコンピュータ可読メモリは、１つまたは複数のコンピュータ、または、他のコンピュータプログラム可能な処理装置に、コンピュータ可読媒体に格納された指示がフローチャートのブロックで具体化される機能を実施できるように、特定の方法で、機能を指示するものであってもよい。コンピュータプログラム命令はまた１つもしくは複数のコンピュータまたは他のプログラム可能なコンピューティングデバイスにロードされ、その１つまたは複数のコンピュータまたは他のプログラム可能なコンピューティングデバイスで実施される一連の動作ステップを生じさせ、そして、コンピュータで実施されるプロセスが作成るようになっていてもよく、これにより、コンピュータまたは他のプログラム可能な処理装置で実行される命令が、上記式、アルゴリズム、および／またはフローチャートのブロックで特定される機能を実行するためのステップを提供することとなる。

【0102】

本明細書に記載する方法およびタスクの一部または全部は、コンピュータシステムによって完全に自動化することができる。コンピュータシステムは、幾つかのケースでは、複数の異なるコンピュータまたはコンピューティングデバイス（例えば、物理的なサーバ、ワークステーション、ストレージアレイ等。説明した機能を実行するために通信しネットワーク上で相互運用する）を含むことができる。そのようなコンピューティングデバイスは、典型的には、メモリまたは他の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体または装置に格納されたプログラム命令またはモジュールを実行するプロセッサ（または複数のプロセッサ）を含む。本明細書に開示される種々の機能はプログラム命令で実施することができるが、開示された機能の一部または全ては、代替的に、コンピュータシステムのアプリケーション特有の回路（例えば、ＡＳＩＣのかのＦＰＧＡ）で実装することができる。コンピュータシステムが複数のコンピューティングデバイスを含む場合、これらのデバイスは、必須ではないが、同じ場所に配置されていてもよい。開示された方法およびタスクの結果は、固体メモリチップおよび／または磁気ディスクのような物理的な記憶装置を異なる状態に形質転換することによって、持続的に格納されてもよい。

【0103】

文脈で明確に必要としない限り、明細書および特許請求の範囲を通して、単語「備える」「備えている」などは、排他的または網羅的な意味とは対照的に、包括的な意味で解釈されるべきである、すなわち「含む」という意味であるが、それに限定されない。一般的に本明細書で使用される、「結合」という用語は、２つ以上の要素が直接接続される、または、１つ以上の中間要素を介して接続されることを意味する。また、単語「ここで」、「上記の」、「下記の」、および類似の語句は、本出願において使用される場合、全体と、本出願の任意の特定の部分ではなく全体を指す。ここで、文脈が許すところで、単数形または複数形による明細書の単語は、それぞれ、複数または単数を含むことができる。２つまたはそれ以上の項目のリストを参照する単語「または」は以下の解釈のすべてを包含する：リスト内の項目のいずれかを含む、リスト内のすべての項目を含む、および任意の組合せを含む。「例示的」という語は、「例、事例、または例示として役立つもの」の意味で排他的に使用される。本明細書中で使用される「例示的」として記載の任意の実用は、必ずしも、好ましいまたは有利であると解釈されるべきではない。

【0104】

本開示は、本明細書に示す実装形態に限定されるものではない。本開示に記載の実施形態に対する様々な修正は当業者には容易に明らかであり、本明細書中で定義された一般的な原理は、本開示の意義または範囲から逸脱することなく、他にも適用することができる。本明細書で提供される本発明の教示は、上記の方法およびシステムに限定されるものではなく、他の方法およびシステムに適用可能であり、上述の様々な実施形態の要素およびステップはさらなる実施形態を提供するために組み合わせることができることができる。したがって、本明細書に記載の新規な方法およびシステムは、他の様々な形で実施することができる。さらに、種々の省略、置換、および本明細書に記載の方法およびシステムの形態の変化は、本発明の意義から逸脱することなく、行うことができる。添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物は、本開示の意義の範囲内に入るであろう形態または修正を含むことを意図している。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図5D】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12A】

【図12B】