特許 7574165 モータ制御のための磁気センサーシステム

(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】

(24)【登録日】2024-10-18

(45)【発行日】2024-10-28

(54)【発明の名称】モータ制御のための磁気センサーシステム

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/245 20060101AFI20241021BHJP

   H02K 11/215 20160101ALI20241021BHJP

   H02K 29/08 20060101ALI20241021BHJP

【ＦＩ】

G01D5/245 110K

G01D5/245 M

H02K11/215

H02K29/08

【請求項の数】 17

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2021166088

(22)【出願日】2021-10-08

(65)【公開番号】P2022062707

(43)【公開日】2022-04-20

【審査請求日】2023-01-20

(31)【優先権主張番号】63/089,142

(32)【優先日】2020-10-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】17/448,628

(32)【優先日】2021-09-23

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】519383544

【氏名又は名称】アナログ・ディヴァイシス・インターナショナル・アンリミテッド・カンパニー

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】ヨッヒェン・シュミット

(72)【発明者】

【氏名】エンダ・ニコール

【審査官】藤澤 和浩

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－２３３０６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０２４２７６４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－１６９６６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０２４１５４４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開昭６３－１６３２１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２２６８１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１８７４４７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｄ ５／００ ～ ５／２５２

Ｈ０２Ｋ １１／２１５

Ｈ０２Ｋ ２９／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

磁気センサーシステムであって、
磁界を生成するように構成された少なくとも１つのバイアス磁石と、
モータシャフトによって回転されるように構成された第１の磁気ターゲットによって誘起された前記磁界への変化を検出するように構成された第１の磁気センサーであって、前記第１の磁気ターゲットが前記磁界における変化を誘起するための第１の数の特徴部を有している、第１の磁気センサーと、
前記モータシャフトによって回転されるように構成された第２の磁気ターゲットによって誘起された前記磁界への変化を検出するように構成された第２の磁気センサーであって、前記第２の磁気ターゲットが前記磁界における変化を誘起するための第２の数の特徴部を有している、第２の磁気センサーと、
前記第１の磁気センサーおよび前記第２の磁気センサーと通信する処理回路であって、
前記第１の磁気センサーおよび前記第２の磁気センサーによって取得された測定値の間の差を検出し、
前記第１の磁気センサーおよび前記第２の磁気センサーから取得された測定値の間の前記検出された差に基づいて、前記モータシャフトの回転開始位置に関連する第１のシャフト回転角度情報を生成し、
前記第１の磁気センサーによって測定された前記第１の磁気ターゲットの前記第１の数の特徴部の計数または前記第２の磁気センサーによって測定された前記第２の磁気ターゲットの前記第２の数の特徴部の計数に基づいて、前記第１のシャフト回転角度情報に関連付けられた前記回転開始位置から、前記第１のシャフト回転角度情報に対する第２のシャフト回転角度情報を生成するように構成された処理回路と、を備え、
特徴部の前記第１の数と特徴部の前記第２の数との差が、モータの極対の数に基づいて決定される、磁気センサーシステム。

【請求項2】

特徴部の前記第１の数と特徴部の前記第２の数との前記差が、前記極対の前記数に等しい、請求項１に記載の磁気センサーシステム。

【請求項3】

前記処理回路が、前記第１のシャフト回転角度情報に基づいて、前記モータの固定子に対する前記モータの回転子の位置を決定するようにさらに構成されている、請求項１または２に記載の磁気センサーシステム。

【請求項4】

前記処理回路が、前記モータシャフトの回転あたりの第３の数の電気周期を有する信号を出力し、電気周期の前記第３の数が、極対の前記数に等しい、請求項１または２に記載の磁気センサーシステム。

【請求項5】

前記処理回路が、固定子に対する回転子の位置を、前記固定子への電気出力を制御するための電子制御ユニットに出力するように構成されている、請求項１または２に記載の磁気センサーシステム。

【請求項6】

前記第１および第２の磁気センサーが、磁気抵抗角度センサーを備える、請求項１または２に記載の磁気センサーシステム。

【請求項7】

前記第１の磁気ターゲットが、第１の数の歯を有する第１の歯状歯車であり、
前記第２の磁気ターゲットが、第２の数の歯を有する第２の歯状歯車である、請求項１または２に記載の磁気センサーシステム。

【請求項8】

前記第１の歯状歯車と、前記第２の歯状歯車と、をさらに備える、請求項７に記載の磁気センサーシステム。

【請求項9】

前記第１および／または第２の磁気センサーが、複数の磁気抵抗素子を備え、前記複数の磁気抵抗素子が、対応する歯状歯車の歯のピッチに応じてセンサーダイ上に配列され、前記歯のピッチが、隣接する歯の間の距離である、請求項７に記載の磁気センサーシステム。

【請求項10】

前記第１および／または第２の磁気センサーが、
第１の磁気抵抗素子のセットを備える第１のホイートストンブリッジ回路と、
第２の磁気抵抗素子のセットを備える第２のホイートストンブリッジ回路と、を備え、
各ホイートストンブリッジ回路が、磁気抵抗素子の２つの領域を含み、各領域間の距離が、歯ピッチの半分である、請求項９に記載の磁気センサーシステム。

【請求項11】

前記第１の磁気ターゲットが、ディスクの表面上の第１の特徴部のセットであり、
前記第２の磁気ターゲットが、ディスクの前記表面上の第２の特徴部のセットであり、
前記第１および第２の特徴部のセットが、同心リングとして配列されている、請求項１または２に記載の磁気センサーシステム。

【請求項12】

前記第１および第２の特徴部のセットを備える前記ディスクをさらに備える、請求項１１に記載の磁気センサーシステム。

【請求項13】

前記第１および第２の特徴部のセットが、突起、穴、盲穴、またはくぼみのうちの１つである、請求項１１または１２に記載の磁気センサーシステム。

【請求項14】

電子的に整流されたモータにおけるシャフトの位置を監視する方法であって、
第１の磁気センサーから、前記シャフトの回転に関連する第１の磁界測定値を取得することであって、前記第１の磁界測定値が、少なくとも１つのバイアス磁石によって生成された少なくとも１つの磁界における第１の磁気ターゲットによって誘起された変化を表し、前記第１の磁気ターゲットが、前記磁界における変化を誘起するための第１の数の特徴部を有している、取得することと、
第２の磁気センサーから、前記シャフトの回転に関連する第２の磁界測定値を取得することであって、前記第２の磁界測定値が、前記少なくとも１つのバイアス磁石によって生成された前記少なくとも１つの磁界における第２の磁気ターゲットによって誘起された変化を表し、前記第２の磁気ターゲットが、前記磁界における変化を誘起するための第２の数の特徴部を有している、取得することと、
処理回路で、前記第１の磁界測定値および前記第２の磁界測定値に基づいて、第１のシャフト回転角度情報を生成し、それによって前記シャフトの回転開始位置を決定することと、
前記第１の磁気センサーによって測定された前記第１の磁気ターゲットの前記第１の数の特徴部の計数または前記第２の磁気センサーによって測定された前記第２の磁気ターゲットの前記第２の数の特徴部の計数に基づいて、前記回転開始位置から、前記第１のシャフト回転角度情報に対する第２のシャフト回転角度情報を生成することと、を含み、
特徴部の前記第１の数と特徴部の前記第２の数との差が、前記モータの極対の数に基づいて決定される、方法。

【請求項15】

前記第１のシャフト回転角度情報を電子制御システムに出力することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記第１のシャフト回転角度情報が、前記モータシャフトの回転あたりの第３の数の電気周期を有し、電気周期の前記第３の数が、極対の前記数に等しい、請求項１４に記載の方法。

【請求項17】

前記第１のシャフト回転角度情報に基づいて、前記シャフトに結合された回転子の回転を制御することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、モータ制御における使用のための磁界センサー、具体的には、電子モータ整流における使用のためのモータの回転位置を監視するためのバックバイアス磁石センサーに関する。

【背景技術】

【0002】

同期モータの主な利点のうちの１つは、固定子における界磁回転が回転子の位置と整列されることである。概して、電子モータ駆動について、モータを同期させたまま保持するか、または所望の方向にそれを駆動するための電流方向および周波数を決定するために、固定子に対する回転子の位置を知ることが有益である。

【0003】

ブラシレスＤＣ（ＢＬＤＣ）モータは、典型的には、同期アーキテクチャを有し、名前が示すように、ブラシ接点を有しない。したがって、位置センサーは、正しい固定子コイル通電シーケンスが使用されることを確実にするために、固定子と回転子との間の相対位置を測定するために使用される。これは、利用可能なバック電磁力（ＥＭＦ）がなく、このように、相対的な回転子および固定子位置を決定するマイクロコントローラのためには不可能であるときに、起動時に特に有用である。

【0004】

伝統的に、３つのＨａｌｌスイッチを備えるブロック整流は、同期モータ内の回転子位置を示すために使用されてきた。

【0005】

位置監視を必要とする別の種類の電子モータは、リラクタンスモータである。リラクタンスモータの回転子は、固定子内の磁界の回転と同期して走行し、よって、再び、固定子に対する回転子の位置を知ることが有益である。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示は、電子モータ整流における使用のために、固定子に対する回転子の位置を監視するための磁気センサーシステムを提供する。システムは、バックバイアス磁石を有する２つの磁気センサーを使用し、磁気センサーが、モータシャフトによって回転されている２つの可動ターゲットと相互作用する磁界によって引き起こされる磁界方向における変化を検出するように構成される。このように、各センサーで測定された信号間の固有の位相シフトは、固定子と回転子との間の相対位置を決定するために、使用されることができる。この点において、システムは、回転変位を測定するためにＮｏｎｉｕｓまたはＶｅｒｎｉｅｒ原理を使用するが、エンコーダのスケールは、モータ極対の数によって画定されている。

【0007】

本開示の第１の態様は、磁気センサーシステムであって、磁界を生成するように構成された少なくとも１つのバイアス磁石と、モータシャフトによって回転されるように構成された第１の磁気ターゲットによって誘起された磁界への変化を検出するように構成された第１の磁気センサーであって、第１の磁気ターゲットが磁界における変化を誘起するための第１の数の特徴を有している、第１の磁気センサーと、モータシャフトによって回転されるように構成された第２の磁気ターゲットによって誘起された磁界への変化を検出するように構成された第２の磁気センサーであって、第２の磁気ターゲットが磁界における変化を誘起するための第２の数の特徴を有している、第２の磁気センサーと、第１の磁気センサーおよび第２の磁気センサーと通信する処理回路であって、第１の磁気センサーおよび第２の磁気センサーによって取得された測定値の間の差を検出し、第１の磁気センサーおよび第２の磁気センサーから取得された測定値の間の検出された差に基づいて、モータシャフトの回転角度に関連するシャフト回転角度情報を生成するように構成された処理回路と、を備え、特徴の第１の数と特徴の第２の数との差が、モータの極対の数に基づいて決定されている、磁気センサーシステムを提供する。

【0008】

特徴の第１の数と特徴の第２の数との差は、極対の数に等しくあり得る。

【0009】

処理回路は、シャフト回転角度情報に基づいて、モータの固定子に対するモータの回転子の位置を決定するようにさらに構成され得る。

【0010】

処理回路は、モータシャフトの回転あたりの第１の数の電気周期を有する信号を出力し得、電気周期の第１の数は、極対の数に等しい。

【0011】

処理回路は、固定子に対する回転子の位置を、固定子への電気出力を制御するための電子制御ユニットに出力するように構成され得る。

【0012】

処理回路は、第１の磁気ターゲットの特徴の第１の数および第２の磁気ターゲットの特徴の第２の数のうちの少なくとも１つを計数することによってシャフト回転角度情報を生成するように構成され得る。

【0013】

いくつかの構成において、第１および第２の磁気センサーは、磁気抵抗角度センサーを備え得る。

【0014】

第１の磁気ターゲットは、第１の数の歯を有する第１の歯状歯車であり得、第２の磁気ターゲットは、第２の数の歯を有する第２の歯状歯車であり得る。

【0015】

システムは、第１の歯状歯車と、第２の歯状歯車と、をさらに備え得る。

【0016】

第１および／または第２の磁気センサーは、複数の磁気抵抗素子を備え得、複数の磁気抵抗素子は、対応する歯状歯車の歯のピッチに応じてセンサーダイ上に配列され、歯のピッチが、隣接する歯の間の距離である。

【0017】

第１および／または第２の磁気センサーは、第１の磁気抵抗素子のセットを備える第１のホイートストンブリッジ回路と、第２の磁気抵抗素子のセットを備える第２のホイートストンブリッジ回路と、をさらに備え得、各ホイートストンブリッジ回路が、磁気抵抗素子の２つの領域を含み、各領域間の距離が、歯ピッチの半分である。

【0018】

他の構成において、第１の磁気ターゲットは、ディスクの表面上の第１の特徴のセットであり得、第２の磁気ターゲットは、ディスクの表面上の第２の特徴のセットであり得、第１および第２の特徴のセットは、同心リングとして配列されている。例えば、第１および第２の特徴のセットは、突起、穴、盲穴またはくぼみのうちの１つである。

【0019】

いくつかの構成において、システムは、第１および第２の特徴のセットを備えるディスクをさらに備える。

【0020】

本開示の第２の態様は、電子的に整流されたモータにおけるシャフトの位置を監視する方法であって、第１の磁気センサーから、シャフトの回転に関連する第１の磁界測定値を取得することであって、第１の磁界測定値が、少なくとも１つのバイアス磁石によって生成された少なくとも１つの磁界における第１の磁気ターゲットによって誘起された変化を表し、第１の磁気ターゲットが、磁界における変化を誘起するための第１の数の特徴を有している、取得することと、第２の磁気センサーから、シャフトの回転に関連する第２の磁界測定値を取得することであって、第２の磁界測定値が、少なくとも１つのバイアス磁石によって生成された少なくとも１つの磁界における第２の磁気ターゲットによって誘起された変化を表し、第２の磁気ターゲットが、磁界における変化を誘起するための第２の数の特徴を有している、取得することと、処理回路で、第１の磁界測定値および第２の磁界測定値に基づいて、シャフト回転角度の測定を生成することと、を含み、特徴の第１の数と特徴の第２の数との差が、モータの極対の数に基づいて決定されている、方法を提供する。

【0021】

方法は、シャフト回転角度の測定を電子制御システムに出力することをさらに含み得る。シャフト回転角度の測定は、モータシャフトの回転あたりの第１の数の電気周期を有し得、電気周期の第１の数が、極対の数に等しい。

【0022】

方法は、シャフト回転角度の測定に基づいて、シャフトに結合された回転子の回転を制御することをさらに含み得る。

【図面の簡単な説明】

【0023】

本開示は、以下の添付の図面を参照する場合のみの例として、ここに記載される。

【図1】図１は、本開示の実施形態によるモータ制御システムの例である。

【図2】図２Ａおよび２Ｂは、本開示の実施形態によるモータ制御システムのさらなる例を示す。

【図3】図３は、本開示の実施形態による磁気センサーシステムを図示する概略ブロック図である。

【図4】図４は、本開示の実施形態による角度センサーの例である。

【図5A】図５Ａは、本開示の実施形態による磁気センサー出力を図示する。

【図5B】図５Ｂは、本開示の実施形態による磁気センサー出力を図示する。

【図5C】図５Ｃは、本開示の実施形態による磁気センサー出力を図示する。

【図5D】図５Ｄは、本開示の実施形態による磁気センサー出力を図示する。

【図6A】図６Ａは、本開示の実施形態による角度センサーのさらなる例を図示する。

【図6B】図６Ｂは、本開示の実施形態による角度センサーのさらなる例を図示する。

【図7A】図７Ａは、本開示の実施形態による角度センサーの例をさらに図示する。

【図7B】図７Ｂは、本開示の実施形態による角度センサーの例をさらに図示する。

【図8A】図８Ａは、本開示の実施形態による角度センサーの例をさらに図示する。

【図8B】図８Ｂは、本開示の実施形態による角度センサーの例をさらに図示する。

【発明を実施するための形態】

【0024】

ＢＬＤＣモータ駆動（電動パワーステアリング（ＥＰＳ）システムを含む）の性能を改善し、騒音、振動、および耳障り感（ｈａｒｓｈｎｅｓｓ）を低減し、運転効率を改善するための要求は、ブロック転流から正弦転流制御への移行という結果になる。Ｈａｌｌスイッチは、モータシャフトに装着された磁石の前に位置付けられた磁気抵抗（ＭＲ）角度センサーに置き換えられることができ、測定位置は、回転子の回転を制御するために電子制御ユニット（ＥＣＵ）にフィードバックされる。

【0025】

本開示は、電子モータ整流における使用のために、固定子に対する回転子の位置を監視するための磁気センサーシステムを提供する。システムは、バックバイアス磁石を有する２つの磁気センサーを使用し、磁気センサーが、モータシャフトによって回転されている２つの可動ターゲットと相互作用する磁界によって引き起こされる磁界方向における変化を検出するように構成される。このように、各センサーで測定された信号間の固有の位相差は、固定子と回転子との間の相対位置を決定するために、使用されることができる。この点において、システムは、回転変位を測定するためにＮｏｎｉｕｓまたはＶｅｒｎｉｅｒ原理を使用するが、エンコーダのスケールは、モータ極対の数によって画定されている。

【0026】

図１および図２Ａ～図２Ｂは、回転子位置が、磁気センサーシステムを使用してどのように測定され、電子的に整流されたモータ１を制御するＥＣＵ１０へのフィードバックとして使用され得るかを図示する。

【0027】

図１は、センサー５および６の背面に位置付けられたバックバイアス磁石７を有する、第１の磁気センサーおよび第２の磁気センサー６を備えるセンサーモジュール８を含む、磁気センサーシステム２０を図示する。図１に示されるように、システム２０はまた、磁気センサー５および６から信号を受信し、回転角度を計算し、測定された回転角度をＥＣＵ１０または別の所望の構成要素に伝送する処理回路９を含み得る。センサー５および６などの磁界方向センサーは、異方向性磁気抵抗（ＡＭＲ）センサー素子、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサー素子、トンネル磁気抵抗センサー素子、任意の磁気抵抗感知素子（ｘＭＲ）、または他の適切な磁気センサー技術に基づくことができるが、これらに限定されない。

【0028】

磁気センサー５および６は、それぞれ、２つの移動するターゲット３および４の表面に近接して位置付けられる。本実施形態において、ターゲット３および４は、モータ１のシャフト２に固定された歯状歯車である。いくつかの応用において、センサー５および６は、シャフト２の０°～３６０°の絶対回転位置を測定するように構成され得る。これを行うために、第１のターゲット歯車３は、第２のターゲット歯車４よりもより多くの、またはより少ない歯で提供されている。例として、ターゲット歯車３は、ｎ個の歯を有し得、一方、ターゲット歯車４は、ｎ－１個またはｎ＋１個の歯を有し得る。そのような例において、Ｎｏｎｉｕｓ原理は、適用され得、歯車３および４の両方の絶対回転角度は、センサー５および６の位置で、ターゲット４上の歯でターゲット３上の歯の相対変位を測定することによって推測されることができる。特に、ターゲット歯車３および４の歯の数が１つずつ異なっているとき、磁気センサー５および６の位置での隣接する歯車３と４との間の相対オフセットは、シャフト２の全回転に対して一意に変化する。このように、センサー５および６からの測定値を比較することによって、０°～３６０°の入力シャフト２の絶対回転角度は、測定されることができる。

【0029】

しかしながら、電子モータ整流について、絶対シャフト位置情報は、典型的には電源投入時に使用されない。正しい固定子コイル通電シーケンスを確保するために、使用される情報は、回転子と固定子との間の相対角度である。これは、第１のターゲット３に「ｎ」個の歯を提供し、第２のターゲット４上の歯の数を、「ｐ」がモータ極対の数（すなわち、回転子上の南北の永久磁極の数）である、ｎ＋ｐまたはｎ－ｐに変更することによって、上で記載の構成を改変することによって、代わりに達成されることができる。次いで、センサーモジュール８は、１シャフト回転あたり「ｐ」の電気周期を提供し、そこから回転子コイルと固定子コイルとの間の相対角度が推測され、モータ１を整流させるためにＥＣＵ１０に入力することができる。代替的に、シャフト回転角度の測定は、ＥＣＵ１０に入力され得、ＥＣＵ１０は、次いで、回転子の相対角度を決定して、それによってモータ１を整流させ得る。

【0030】

この点において、図５Ａ～Ｄは、センサー５および６の出力が、回転子と固定子との間の相対角度を提供するように処理される方法を図示する。動作において、センサー５および６は、磁気ターゲット３および４が回転し、磁石７によって生成された磁界と相互作用する結果として、センサー５および６を通過する磁界方向の測定可能な変化を検出する。図５Ａは、第１の磁気ターゲット３に関連付けられた磁界が通過する場合に第１のセンサー５で測定された信号の正弦および余弦成分を示し、一方、図５Ｂは、第２の磁気ターゲット４に関連付けられた磁界が通過する場合に第２のセンサー６で測定された信号の正弦および余弦成分を示す。次いで、図５Ｃに示されるように、各センサー信号の「逆正接」（すなわち、正弦値を余弦値で割った）が、計算される。次いで、図５Ｄに示されるように、各センサー５および６について決定される逆正接値の間の差が、決定される。

【0031】

したがって、ターゲット歯車３と４との間の歯の数（または磁界の変化を誘起する他の特徴）の差は、シャフトの回転あたり各「ｐ」電気周期内の回転角度（例えば、ｐ＝２電気周期の場合、０°～１８０°）で固有の位相シフトという結果をもたらす。ということは、例えば、２つの極対を有するモータについて、２つのセンサー信号の間の固有の位相シフトは、１８０°回転内の各角度で取得される。別の例として、３つの極対を有するモータは、１２０°回転内の各角度での２つのセンサー信号の間の固有の位相シフトという結果をもたらす。

【0032】

このように、回転子と固定子との間の相対角度は、固定子コイル通電シーケンスが回転子の回転と整列および同期されることができるように、すなわち、回転子が、印加された電流によって通電されている固定子コイルによって生成された回転磁界と同期したままであることを確実にすることができるように、モータ１が整流されるのに十分な角度間隔（ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）に決定されることができる。この点において、回転子内の極は、磁界の対向する回転磁極と同期するため、固定子巻線に供給される電流は、磁界の回転と回転子の回転を一致させるために定期的に逆転されるべきである。例えば、２極対モータにおいて、電流は、回転子の回転１８０度ごとに回転されるべきである。例えば、３極対モータにおいて、電流は、回転子の回転１２０度ごとに回転されるべきである。このように、磁気センサーシステム２０の角度間隔（ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）は、モータ内の極対の数に基づいて選択されることができる。

【0033】

この構成は、回転子と固定子との間の相対位置が起動時に自動的に決定されることができる点で、さらに有利である。１つの開始位置は、上で記載の方法を使用して決定され、回転子の絶対位置はまた、磁界を通過するときに第１および／または第２の歯状歯車３、４の歯を計数することによって決定され得る。

【0034】

図２Ａ～図２Ｂは、図１を参照して記載されるように、センサー５および６の背面に位置付けられたバックバイアス磁石７を有する、第１の磁気センサー５および第２の磁気センサー６を備えるセンサーモジュール８を再び含む、代替のセンサーシステム３０の構成を図示する。

【0035】

前述のように、磁気センサー５および６は、それぞれ、２つの移動するターゲット１３および１４の表面に近接して位置付けられる。しかしながら、本実施形態において、ターゲット１３および１４は、回転ディスク１１の表面上の隆起突起またはモータ１のシャフト２に固定された歯車の２セットである。隆起突起１３、１４は、ディスク１１の周囲に配列される。第１の突起１３のセットは、ディスク１１の縁近くの第１の半径方向位置に配列され、第２の突起１４のセットは、ディスク１１の中心に近い第２の半径方向位置に配列される。動作において、センサー５は、ディスク１１が回転するにつれて磁界と相互作用する第１の突起１３のセットの結果として、それを通過する磁界方向の測定可能な変化を検出し、一方、センサー６は、ディスク１１が回転するにつれて磁界と相互作用する第１の第２の突起１４のセットとして、それを通過する磁界方向の測定可能な変化を検出する。前述のように、第１の突起１３のターゲットセットは、モータ極対の数によって画定される第２の突起１４のセットとして、より多くの、またはより少ない突起が提供される。例として、第１の突起１３のセットは、ｎ個の突起を有し得、一方、第２の突起１４のセットは、ｎ－ｐまたはｎ＋ｐ個の突起を有し得る。次いで、Ｎｏｎｉｕｓ原理は、再び適用され得、各電気周期にわたる２つのセンサー測定値の間の固有の位相シフトは、例えば、２つの極対の場合、０°～１８０°の入力シャフト２の回転の角度を決定するために、使用されることができる。

【0036】

上記の例は、回転ディスク１１の表面上の隆起突起のセットを記載するが、これらが、ディスク１１が回転するにつれて磁界における変化を誘起することができる穴、盲穴、くぼみ、または他の特徴で置き換えられ得ることが理解されるであろう。

【0037】

図３は、本開示の実施形態で使用される第１の角度センサー１０４および第２の角度センサー１０６を含む例示的な磁気センサー１００の概略ブロック図を図示する。この点において、第１の角度センサー１０４は、上記図１および２を参照して記載されるセンサー５として使用され得、一方、第２の角度センサー１０６は、図１および２を参照して記載されるセンサー６として使用され得る。角度センサー１０４および１０６は、磁気角度センサー、例えば、異方向性磁気抵抗（ＡＭＲ）、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）もしくはトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）ベースのセンサー、Ｈａｌｌセンサーまたは誘起センサーであり得る。

【0038】

センサー１００はまた、処理回路１０８と、第１の角度センサー１０４、第２の角度センサー１０６、および処理回路１０８が配置されている集積回路１０２とを備える。処理回路１０８は、第１の角度センサー１０４から信号Ｓ１を受信し、第１の回転ターゲットの絶対位置を決定するために、受信信号を処理する。同様に、処理回路１０６は、第２の角度センサー１０６から信号Ｓ２を受信し、第２の回転ターゲットの角度位置を出力するために、受信信号を処理する。処理回路１０８は、上で記載されたように、回転子シャフト２の回転角度位置を示す出力信号ＳＯＵＴを提供するために、これらの受信信号を処理する。

【0039】

図４は、本開示の実施形態による、インターフェース回路２０６を有する磁気角度センサー１０４（または１０６）の例を示す概略図である。インターフェース回路２０６は、処理回路１０８の一部であることができる。代替的に、インターフェース回路２０６は、処理回路１０８と角度センサー１０４の出力との間の別個の回路であることができる。図４に示されるように、角度センサー１０４は、第１のホイートストンブリッジ２０２、および第２のホイートストンブリッジ２０４を含む。

【0040】

第１のホイートストンブリッジ２０２および第２のホイートストンブリッジ２０４は、それぞれ、回転磁界を感知し、０～２ｎラジアンの角度にも対応する０～３６０度の回転角度を提供するために、ＡＭＲ素子などの磁気抵抗素子を含むことができる。追加的に、各ＡＭＲ素子は、第１のホイートストンブリッジ２０２が第２のホイートストンブリッジ２０４に対して回転されるように、ＡＭＲプロセスを使用して集積回路上にパターン化されることができる。第１のホイートストンブリッジ２０２および第２のホイートストンブリッジ２０４を互いに対して回転させることによって、回転磁界の三角法の正弦および余弦は、０～３６０度の範囲にわたって決定されることができる。

【0041】

図４に示されるように、第１のホイートストンブリッジ２０２および第２のホイートストンブリッジ２０４の両方は、それぞれ、供給電圧ＶＤＤおよび接地ＧＮＤに電気的に接続されている。図示されるように、インターフェース回路２０６は、第１のホイートストンブリッジ２０２の感知ノードから電圧ＶＳＩＮ１およびＶＳＩＮ２を受信し、第２のホイートストンブリッジ２０４の感知ノードから電圧ＶＣＯＳ１およびＶＣＯＳ２を受信する。図４の電圧ＶＳＩＮ１、ＶＳＩＮ２、ＶＣＯＳ１、およびＶＣＯＳ２は、図３の信号Ｓ１（またはＳ２）の成分を表すことができる。インターフェース回路２０６は、磁界に関連付けられた正弦および余弦信号を、それぞれ、決定するために、電圧ＶＳＩＮ１およびＶＳＩＮ２ならびに電圧ＶＣＯＳ１およびＶＣＯＳ２を処理することができる。正弦および余弦信号から、インターフェース回路２０６は、０～３６０度の磁界の角度を決定することができる。図４の実施形態において、インターフェース回路２０６は、シングルターン角度出力データＳＴ＿Ｏｕｔｐｕｔを提供する。

【0042】

図６Ａは、センサーダイ３００上の磁気抵抗センサー素子３０２が歯状歯車３および４のピッチに一致するように配列される、磁気角度センサー１０４（または１０６）の別の例を図示する。この例において、磁気抵抗センサー素子３０２を含む２つのホイートストンブリッジ、正弦出力のための第１のホイートストンブリッジ（領域３０４Ａによって示される）、および余弦出力のための第２のホイートストンブリッジ（領域３０４Ｂによって示される）がある。２つの正弦領域３０４Ａの間の距離Ｄｓｉｎおよび２つの余弦領域３０４Ｂの間の距離Ｄｃｏｓは両方とも、歯のピッチが各歯の対応する点から測定されるように、隣接する歯の間の距離である、歯のピッチの半分に等しい。

【0043】

図６Ｂ中の矢印によって示されるように、磁束密度Ｂを有するバイアス磁界が適用されるとき、各磁気抵抗センサー素子３０２の磁化は、同じ方向に整列される。

【0044】

図７Ａ～図７Ｂは、磁気センサー１０４が、図１を参照して記載されるような磁気センサーシステムの一部として使用されるときの磁気整列への影響を図示する。センサー１０４は、バックバイアス磁石４００と、歯状歯車４０２が第１の位置にある、歯状歯車４０２（部分的に示される）との間に配列される。歯車４０２は、磁界と相互作用して、磁界線を曲げさせ、これにより、図７Ｂの矢印によって図示されるように、磁気抵抗素子の磁化は、異なる正弦領域３０４Ａおよび余弦領域３０４Ｂの方向を変化させる。

【0045】

歯状歯車４０２が回転するにつれて、磁界は、連続的に変化し、１つの回転ピッチあたりセンサー信号に正弦波変化を引き起こす。図８Ａにおいて、歯状歯車４０２は、４分の１のピッチで移動し、磁石界方向を変化させ、これにより、図８Ｂの矢印によって再び図示されるように、磁気抵抗素子３０２の磁気整列を変化させ、それによって異なるセンサー読み取りを与える。

【0046】

応用
本明細書で論じられる原理および利点のうちのいずれかは、上で記載のシステムに限らず、他のシステムに適用されることができる。いくつかの実施形態は、本明細書に記載される特徴および／または利点のサブセットを含むことができる。上で記載の様々な実施形態の要素および動作は、さらなる実施形態を提供するために組み合わされることができる。本明細書で論じられる方法の行為は、必要に応じて任意の順序で実施されることができる。さらに、本明細書で論じられる方法の行為は、必要に応じて、連続的にまたは並列的に実施されることができる。回路は、特定の構成において図示されるが、他の同等の構成が可能である。

【0047】

本明細書で論じられる原理および利点のいずれかは、本明細書の教示のいずれかから利益を得ることができる任意の他のシステム、装置、または方法と関連して実装されることができる。例えば、本明細書で論じられる原理および利点のいずれかは、回転磁界に由来する回転角度位置データを補正する任意のデバイスに関連して実装されることができる。追加的に、デバイスは、磁界を感知することが可能である任意の磁気抵抗またはＨａｌｌ効果デバイスを含むことができる。

【0048】

本開示の態様は、様々な電子デバイスまたはシステムに実装されることができる。例えば、本明細書で論じられる原理および利点のいずれかに従って実装される位相補正方法およびセンサーは、様々な電子デバイスおよび／または様々なアプリケーションに含まれることができる。電子デバイスおよびアプリケーションの例は、サーボ、ロボット、航空機、潜水艦、歯ブラシ、生物医学的感知デバイス、ならびに半導体ダイおよび／またはパッケージ化モジュール、電子試験機器などの消費者向け電子製品の部分などを含むが、これらに限定されない。さらに、電子デバイスは、産業用、自動車用、および／または医療用の製品を含む、未完成の製品を含むことができる。

【0049】

文脈が別途明確に要求しない限り、記載および特許請求の範囲を通して、「備える」、「備えている」、「含む」、「含んでいる」などの語は、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、すなわち、「含んでいるが、これらに限定されない」という意味で解釈されるべきである。本明細書で概して使用される「結合された」または「接続された」という語は、直接接続され得るか、または１つ以上の中間要素によって接続され得る２つ以上の要素を指す。このように、図に示される様々な概略図は、要素および構成要素の例示的な構成を描写するが、追加の介在要素、デバイス、特徴、または構成要素は、実際の実施形態において存在し得る（描写される回路の機能性が悪影響を受けないと仮定する）。本明細書で使用される「に基づく」という語は、概して、「にのみ基づく」こと、および「少なくとも部分的に基づく」ことを包含することが意図される。追加的に、単語「本明細書」、「上記」、「下記」、および同様の意味の語は、この出願において使用されるとき、この出願全体を指すべきであり、この出願の任意の特定の部分を指すべきではない。文脈が許容するとき、単数または複数の数値を使用する詳細な記載における単語はまた、それぞれ、複数または単数の数値を含み得る。２つ以上の項目のリストを参照する単語「または」は、単語の以下の解釈、リスト内の任意の項目、リスト内のすべての項目、およびリスト内の項目の任意の組み合わせ、のすべてを網羅することが意図されている。本明細書で提供されるすべての数値または距離は、測定誤差内に類似の値を含むことが意図される。

【0050】

特定の実施形態が記載されている一方、これらの実施形態は、単に例として提示されており、本開示の範囲を限定することを意図しない。実際、本明細書に記載される新規の装置、システム、および方法は、様々な他の形態で具現化され得る。さらに、本明細書に記載される方法およびシステムの形態における様々な省略、置換および変更は、本開示の趣旨から逸脱することなく行われ得る。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図5D】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図8A】

【図8B】