高分解能非接触式多回転検出システムおよび方法
【課題】高分解能で非接触の態様でシャフトの多回転位置を計測するシステムおよび方法を提供すること。
【解決手段】一実施形態で、多回転検出装置は、シャフトによってなされた回転数を決定するように構成された回転カウンタと、所定の回転の中でシャフトの角度位置を計測するように構成された角度位置センサとを含むことが可能である。回転数は、Ｍビットの分解能によって決定可能であり、１回転当たりの角度位置は、Ｎビットの分解能によって計測可能である。適切に選択されているので、回転カウンタは、比較的低い分解能として作動するように構成可能であるが、多回転検出装置は、全範囲にわたって１回転当たりＮビットの角度分解能を維持することが可能である。したがって、多回転検出装置はＭ＋Ｎビットの実効分解能を有することが可能である。
【解決手段】一実施形態で、多回転検出装置は、シャフトによってなされた回転数を決定するように構成された回転カウンタと、所定の回転の中でシャフトの角度位置を計測するように構成された角度位置センサとを含むことが可能である。回転数は、Ｍビットの分解能によって決定可能であり、１回転当たりの角度位置は、Ｎビットの分解能によって計測可能である。適切に選択されているので、回転カウンタは、比較的低い分解能として作動するように構成可能であるが、多回転検出装置は、全範囲にわたって１回転当たりＮビットの角度分解能を維持することが可能である。したがって、多回転検出装置はＭ＋Ｎビットの実効分解能を有することが可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概ねセンサの分野に関し、特には、多回転（マルチターン）を高分解能かつ非接触で検出するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
関連出願の相互参照
本出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている、２０１１年７月１７日に出願の米国仮出願第６１／５０８６７２号の優先権を米国特許法第１１９条（ｅ）の下で主張する。
【０００３】
機械デバイスおよび／または電気機械デバイスの多くで、回転物体の状態を正確に決定することが望まれる。例えば、スクリュージャッキなどの回転物体は、その回転によって他の物体に直線運動を与える。多くの場合、直線的に運動する物体の位置を正確に決定することが望まれる。そのような決定は、回転物体の角度位置を知ることに基づいて行うことができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ある適用例においては、回転物体の回転位置を複数の回転にわたって正確に決定することが望まれうる。そのような構造は、通常、比較的低い分解能に悩まされ、および／または比較的複雑な機構に依存することに悩まされる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実装形態では、本開示は、長手軸を有する回転可能なシャフトと、第１のセンサ組立体と、第２のセンサ組立体とを有する位置検出デバイスに関する。第１のセンサ組立体は、第１の磁石および第１の磁気センサを有する。第１のセンサ組立体は、シャフトの回転数を決定できるように、第１の磁気センサに対する第１の磁石の直線位置の計測を可能とするように構成されている。第２のセンサ組立体は、第２の磁石および第２の磁気センサを有する。第２のセンサ組立体は、シャフトの所定の回転範囲内でのシャフトの角度位置を決定できるように構成され、第２の磁気センサに対する第２の磁石の角度位置を計測し、シャフトの角度位置に関連する角度分解能がシャフトの回転数全体にわたり実質的に維持されるようになっている。
【０００６】
一実施形態で、第１の磁石の直線位置は、長手軸に実質的に平行な成分を有する直線方向に沿っていることが可能である。一実施形態で、長手軸周りのシャフトの回転が、結果的に線方向に沿った第１の磁石の直線運動を生じさせるように、デバイスが、第１のセンサ組立体をシャフトに接続するように構成された第１の機構をさらに含むことが可能である。
【０００７】
一実施形態で、シャフトの回転が、第２の磁気センサに対する第２の磁石の回転運動を生じさせるように、第２のセンサ組立体をシャフトに接続するように構成された第２の機構をデバイスがさらに含んでいてもよい。第２の機構は、第２の磁石を保持し、第２の磁石をシャフトの端部に相互接続するように構成された磁石ホルダを含むことが可能である。第２の機構は、シャフトの１つの回転が第２の磁石の１つの回転になるように構成可能である。
【０００８】
一実施形態で、第２の磁石は、第２の磁気センサと非接触となるように位置決め可能である。第２の磁石は、可変の直交および平行の磁束を第２の磁気センサに与えるように構成された、直径に沿って双極性に磁化された磁石を含むことが可能である。
【０００９】
一実施形態で、第２の磁気センサは、直交位相モードで作動するように構成可能である。第２の磁気センサは、複数のホール効果センサ、複数の磁気抵抗（ＭＲ）センサ、または複数の巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサを含む。第２の磁気センサは、直交位相に位置決めされ、正弦−余弦センサとして作動するように構成された４つのセンサを含むことが可能である。
【００１０】
一実施形態で、デバイスは、第２の磁気センサからの出力信号を処理し、デジタルデータを生じさせるように構成されたアナログインターフェイスをさらに含むことが可能である。例として、デジタルデータは、シャフトの所定の回転に対して少なくとも１０ビットの分解能によって、シャフトの角度位置についての情報を含むことが可能である。より具体的な例として、シャフトの角度位置は、シャフトの所定の回転に対して１０ビット〜１４ビットの範囲の分解能を有することが可能である。また、前述の例よりも高いまたは低い他の分解能も実施可能である。
【００１１】
一実施形態で、第２の磁気センサおよびアナログインターフェイスは、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）の一部であっても、または特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）に配置されてもよい。
【００１２】
一実施形態で、第１のセンサ組立体は、回転数を計数するのに十分なＭビットの分解能を提供するように構成可能であり、第２のセンサ組立体は、角度分解能を生じさせるためにＮビットの分解能を提供するように構成されている。組み合わせると、位置検出デバイスは、回転数全体にわたって、Ｍ＋Ｎビットの実効分解能を有することが可能である。
【００１３】
一実装形態では、本開示は、長手軸周りを回転するシャフトの位置を検出する方法に関する。その方法は、第１の磁石によってシャフトの回転数を決定するステップであって、第１の磁石は第１の磁気センサと非接触の態様で配置され、第１の磁気センサに対する第１の磁石の直線位置の計測を可能にする、ステップを含む。直線位置はシャフトの回転数を示し、回転数はＭビットの分解能によって決定される。その方法は、第２の磁石によって所定の回転範囲内でシャフトの角度位置を決定するステップであって、第２の磁石は第２の磁気センサと非接触の態様で配置され、所定の回転範囲内での角度位置はＮビットの分解能によって決定される、ステップをさらに含む。その方法は、複数の回転を有する範囲の中でシャフトの計測位置を生じさせるために、回転数と角度位置を組み合わせるステップをさらに含む。
【００１４】
一実施形態で、１回転当たりＮビットの角度位置分解能は、複数の回転の範囲全体にわたる計測位置に対して実質的に維持可能である。組み合わせるステップは、複数の回転の範囲全体にわたって、Ｍ＋Ｎビットの実効分解能を生じさせることが可能である。
【００１５】
一実施形態で、複数の回転は、２回転より多い回転を含むことが可能である。例えば、最大１６の回転数の決定を可能とするために、Ｍの値は４以下に選択可能である。
【００１６】
ある実装形態では、本開示は、長手軸周りを回転するように構成されたシャフトを含む多回転検出装置に関する。その装置は、シャフトによってなされた回転数を決定するように構成された回転カウンタをさらに含む。回転カウンタは、第１の磁石および第１の磁気センサを含む。第１の磁石は、シャフトに接続され、シャフトが回転すると長手軸に沿って直線的に運動するように構成されている。第１の磁気センサは、第１の磁石の直線運動を検出し、シャフトの回転数を非接触の態様で決定するように構成されている。その装置は、所定の回転についてシャフトの角度位置を計測するように構成された角度位置センサをさらに含む。角度位置センサは、第２の磁石および第２の磁気センサを含む。第２の磁石は、シャフトの端部に装着され、シャフトと一緒に回転するように構成されている。第２の磁気センサは、第２の磁石の回転を検出し、シャフトの角度位置を非接触の態様で決定するように構成されている。
【００１７】
一実装形態で、本開示は、第１のセンサおよび第２のセンサを有する非接触式の多回転検出デバイスに関する。第１および第２のセンサのそれぞれは、非接触センサとして構成されている。第１および第２のセンサは、物体の０〜Ｎ回転の範囲の中で、デバイスが選択された角度位置分解能を維持することができるように構成されている。
【００１８】
一実施形態で、第１のセンサは、物体の回転数を決定することができるように構成可能であり、第２のセンサは、所定の回転範囲内で、物体の角度位置を決定することができるように構成可能である。一実施形態で、第２のセンサは、選択された角度位置分解能によって、物体の位置を決定するように構成可能である。一実施形態で、選択された角度位置分解能は少なくとも１０ビットであることが可能である。一実施形態で、選択された角度位置分解能は１４ビットであることが可能である。一実施形態で、第１のセンサは４ビットの計測範囲で構成され、０から１５回転の範囲全体にわたって、装置についての１８ビットの実効的な角度分解能を生じさせることが可能である。また、前述の例よりも高いまたは低い他の分解能も実施可能である。
【００１９】
一実行形態で、本開示は、回転可能物体の回転を検出する方法に関する。その方法は、物体が回転する回転数を計測するステップを含む。その方法は、物体がある回転数だけ回転したときに、０から３６０度の範囲の中で、物体の角度位置を計測するステップをさらに含む。その計測は、回転数および角度位置に基づいて物体の全体角度変位を決定するステップをさらに含む。全体の角度変位は、角度位置計測に関連するものと実質的に等しい角度分解能を有する。
【００２０】
一実施形態で、回転数の計測は、Ｍビットの分解能を有することが可能であり、角度分解能の計測は、Ｎビットの分解能を有することが可能である。全体の角度変位分解能は、Ｍ＋Ｎビットの分解能を有することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】一実装形態では、位置検出デバイスは、角度位置センサおよび回転センサを含むことが可能であるということを模式的に示す図である。
【図２】回転センサの例示の実施形態を模式的に示す図である。
【図３Ａ】図２の回転センサは、入力回転運動を磁石などの被検出部材の進行運動の範囲に機械的に変換するように構成可能であり、磁石の進行位置は、磁場検出器などの検出部材によって検出可能であるということを示す図である。
【図３Ｂ】図２の回転センサは、入力回転運動を磁石などの被検出部材の進行運動の範囲に機械的に変換するように構成可能であり、磁石の進行位置は、磁場検出器などの検出部材によって検出可能であるということを示す図である。
【図４】一実施形態で、回転センサは、プログラム可能な性能を促進するために、プロセッサおよびメモリを含むことが可能であるということを示す図である。
【図５Ａ】図２の磁石に利用することが可能である磁石構成の非限定的な例を示す図である。
【図５Ｂ】一実施形態で、磁石は、その磁化軸線が磁石の長手方向の運動の方向に対して実質的に垂直であるように位置付けられた双極子永久磁石であることが可能であるということを示す図である。
【図５Ｃ】一実施形態で、磁石は、その進行運動および磁場検出器に対して配向可能であり、検出器における磁場パターンまたは検出器の周りの磁場パターンを示すその磁化軸線が、進行運動方向に対して概して垂直になり、磁場検出器によって画定された平面に対して概して垂直になることを示す図である。
【図６Ａ】図５の構成についての磁場強度の例示の分布を示すグラフである。
【図６Ｂ】図５の構成についての磁場強度の例示の分布を示すグラフである。
【図７Ａ】図５の例示の磁石配向が、その磁化軸線の周りに磁石の実質的な対称性をもたらして、磁場検出器に対する磁石のアライメントにおいての感度を低減するようになることを示す図である。
【図７Ｂ】図５の例示の磁石配向が、その磁化軸線の周りに磁石の実質的な対称性をもたらして、磁場検出器に対する磁石のアライメントにおいての感度を低減するようになることを示す図である。
【図８Ａ】図５の例示の磁石配向が、水平方向に沿った磁石のミスアライメントに対して低減された感度をもたらすことも可能であるということを示す図である。
【図８Ｂ】図５の例示の磁石配向が、水平方向に沿った磁石のミスアライメントに対して低減された感度をもたらすことも可能であるということを示す図である。
【図９】図２の回転センサの例示の実施形態の分解図である。
【図１０Ａ】図９の回転センサの切断斜視図である。
【図１０Ｂ】図９の回転センサの切断側面図である。
【図１１】図９の回転センサの組立斜視図である。
【図１２Ａ】一実施形態で、シールドが、図１１の回転センサに備えられ得るということを示す図である。
【図１２Ｂ】回転センサの検出部材などの内部部品は、図１２Ａの例示のシールドによって遮蔽可能であるという例示の状況を示す図である。
【図１３Ａ】実装可能なハウジング形状およびシールド形状の様々な非限定的な例を示す図である。
【図１３Ｂ】実装可能なハウジング形状およびシールド形状の様々な非限定的な例を示す図である。
【図１３Ｃ】実装可能なハウジング形状およびシールド形状の様々な非限定的な例を示す図である。
【図１３Ｄ】実装可能なハウジング形状およびシールド形状の様々な非限定的な例を示す図である。
【図１３Ｅ】実装可能なハウジング形状およびシールド形状の様々な非限定的な例を示す図である。
【図１３Ｆ】実装可能なハウジング形状およびシールド形状の様々な非限定的な例を示す図である。
【図１４】回転センサを較正する例示の構成を示す図である。
【図１５】回転センサの作動の間に使用するために、較正データが、どのように表され、格納されて得るかの例を示すグラフである。
【図１６】実施可能な例示の較正プロセスを示す図である。
【図１７】一実施形態で、回転センサは、例えば、検出された角度位置に基づいて回転速度を計算するように構成された速度部を含むことが可能であるということを示す図である。
【図１８Ａ】回転センサを利用して実装可能なフィードバック制御システムの非限定的な例を示す図である。
【図１８Ｂ】回転センサを利用して実装可能なフィードバック制御システムの非限定的な例を示す図である。
【図１９】図１の角度位置センサ部品、および図２〜図１８の１つまたは複数の特徴を有する回転センサ部品を有する、組み立てられた位置検出デバイスの例を示す図である。
【図２０】図１９の例示の位置検出デバイスの分解図である。
【図２１】図１９の例示の位置検出デバイスの切断図である。
【図２２Ａ】図１９の角度位置センサの例の側面図および軸線方向図を模式的に示す図である。
【図２２Ｂ】図１９の角度位置センサの例の側面図および軸線方向図を模式的に示す図である。
【図２３Ａ】角度位置センサが、どのように回転軸の角度位置を生じさせるように作動することができるかの例を示す図である。
【図２３Ｂ】角度位置センサが、どのように回転軸の角度位置を生じさせるように作動することができるかの例を示す図である。
【図２３Ｃ】角度位置センサが、どのように回転軸の角度位置を生じさせるように作動することができるかの例を示すグラフである。
【図２３Ｄ】角度位置センサが、どのように回転軸の角度位置を生じさせるように作動することができるかの例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
これらのおよび他の観点、利点、および本教示の新規な特徴は、次に続く発明の詳細の説明を読み、添付の図面を参照すれば明らかになるであろう。図面において、同様の部材は、同様の参照番号を有する。
【００２３】
本明細書で開示されるのは、高分解能の非接触式の位置検出デバイスの実施形態の例である。本明細書で説明されるように、そのような検出デバイスは、費用効果の高い態様で設計および実施可能である。ある実装形態では、そのような検出デバイスは、多回転検出デバイスとして作動するように構成可能である。
【００２４】
図１は、位置検出デバイス６００が、一実装形態で、角度位置センサ部６０２と、回転センサ部６０４とを含んでいてもよいことを模式的に示している。一実施形態で、回転センサ部６０４は、図２〜図１８を参照して説明されるような１つまたは複数の方式で作動するように構成されていてもよい。また、そのような回転センサ部に関する詳細は、参照により本明細書に組み込まれる「高分解能の非接触多回転位置センサ」という名称の米国特許出願公開第２０１１−０１７５６０１号（２０１０年１月１８日に出願された米国出願第１２／６８９，０４７号）にも見られる。図１９〜図２３は、どのように角度位置センサ部６０２が回転センサ部６０４と組み合わせられて、とりわけ、複数の回転を含み得る回転範囲にわたり高分解能の性能を生じさせることができるかということの例を示している。
【００２５】
回転センサは、本明細書で説明されるように、有利な特徴を提供するように構成可能である。例えば、回転センサは、多回転の入力性能を提供するように構成されていてもよく、また、そのような入力の回転数は選択されてもよいし、プログラムされていてもよい。したがって、センサの回転位置分解能は、相対的に粗い分解能から相対的に高い（すなわち良好な）分解能へ調整可能である。別例で、回転センサは、検出部材と被検出部材との間の非接触の配置で、そのような機能を提供する構成であってもよい。そのため、一般に物理的に接触する構造に関連する様々な機械的な問題を避けることが可能である。
【００２６】
一実施形態で、回転センサは、回転物体（シャフトなど）の回転運動を被検出部材の進行運動に変換するように構成可能である。検出部材は、被検出部材の進行位置を決定できるように、被検出部材に対する位置決めおよび配置がされていてもよい。一実施形態で、被検出部材のそのような進行位置は、シャフト固有の回転位置に対応していてもよい。
【００２７】
図２は、そのような機能を提供できる回転センサ１００を示している。一実施形態で、回転センサ１００に関連する特徴のいくつかまたは全てが、図１の回転センサ部６０４において実施可能である。
【００２８】
一実施形態で、回転センサ１００は、キャリア１０４に機械的に接続されたシャフト１０２のような回転物体を有していてもよい。機械的連結は、シャフト１０２の回転がキャリア１０４の進行運動に変換されるように構成可能である。一実施形態で、キャリア１０４のそのような進行運動は、シャフト１０２の回転軸線に実質的に平行な方向に沿った実質的な直線運動であってもよい。
【００２９】
一実施形態で、シャフト１０２とキャリア１０４との間の機械的連結は、シャフト１０２上に、およびキャリア１０４によって画定された開口部の内側表面上に形成された係合ネジ部を含むことが可能である。そのようなネジ山が付けられた連結の例の追加的な詳細が、本明細書で説明されている。
【００３０】
一実施形態で、係合ネジ部のリード値は、シャフト１０２の回転とキャリア１０４の進行との間の機械的なギア比を提供するように選択可能である。本明細書において説明する目的のために、様々な例示のネジが一条ネジの形態を有するという仮定のもと、用語「ピッチ」を用語「リード」と互換性を持って使用することが可能である。本開示の１つまたは複数の特徴は、多条ネジの形態のネジ部にも適用することが可能であるということが理解されるであろう。したがって、本説明において適切な場合には、２つの用語の区別がなされ得る。
【００３１】
図２に示すように、回転センサ１００は磁石１０６をさらに有していてもよく、この磁石１０６は、キャリア１０４上に配置され、キャリア１０４と一緒に運動可能である。進行運動方向に対する磁石１０６の異なる配向についての追加的な詳細が本明細書で説明されている。
【００３２】
図２に示すように、回転位置センサ１００は検出部材１０８をさらに有していてもよく、この検出部材１０８は、進行運動方向に沿った様々な位置で磁石１０６を検出する。検出部材１０８についての追加的な詳細が本明細書で説明されている。
【００３３】
一実施形態で、様々な部品を保護し、取付けを促進するなどのために、回転位置センサ１００がハウジング１１０をさらに含むことが可能である。ハウジングについての追加的な詳細が本明細書で説明されている。
【００３４】
図３Ａおよび図３Ｂは、一実施形態では、シャフト１０２の第１の方向の回転（矢印１２０）により、キャリア１０４（および磁石１０６）が、シャフト１０２とキャリア１０４との間の機械的なギア比に基づき、第１の方向（矢印１２２）に直線的に運動してもよいことを示している。また、シャフトの反対方向の回転（矢印１３０）により、キャリア１０４（および磁石１０６）が第１の線形方向１２２と反対の第２の方向（矢印１３２）に直線的に運動することとなってもよい。
【００３５】
シャフトおよびキャリアのそのような連結に基づいて、シャフト１０２の回転運動の範囲（Δα）（矢印１４０によって図示されている）が、キャリア１０４の２つの端部位置（１４４ａ、１４４ｂ）により画定される磁石１０６の直線運動範囲（ΔＹ、矢印１４２によって図示されている）に対応していてもよい。一実施形態で、キャリア１０４および／または磁石１０６の直線運動をハウジング１１０の中に制限することが可能である。したがって、シャフト１０２の回転範囲（Δα）に対応する直線運動範囲（ΔＹ）が、キャリア１０４および／または磁石１０６の機械的に制限された範囲よりも小さくなるまたは等しくなるように、シャフト１０２とキャリア１０４との間の機械的連結が選択されていてもよい。
【００３６】
図３Ｂは、直線運動方向を表す「Ｙ」と共に例示の座標系を示している。示されている座標系は、単に、説明する目的のためであって、いかなる態様にも本開示の範囲を限定することを意図していないということが理解されるであろう。
【００３７】
図４は、一実施形態においては、回転センサ１００が様々な機能的な構成要素を含んでいてもよいことを示している。図２および図３を参照して説明されるように、機械的連結１５６は、シャフト（１０２）の回転運動を、磁石部１５８として表すことができる磁石（１０６）の直線運動に変換可能である。磁石の位置は検出部材（１０８）で検出でき、その検出部材（１０８）は磁場センサ要素１５４として表すことができる。
【００３８】
一実施形態で、回転位置センサ１００は、プロセッサ要素１５０とメモリ要素１５２を含んでいてもよく、それらは本明細書で説明されるように１つまたは複数の機能を提供するものであってもよい。一実施形態で、プロセッサ１５０およびメモリ１５２は、例えば、センサ１００の較正レンジおよび作動ダイナミックレンジに関してプログラムできる機能を提供することが可能である。
【００３９】
そのようなプログラム可能性により、一例として、所望の回転範囲（入力１６０として図示されている）の選択を容易にし、また、そのような範囲の中のシャフトの回転位置には、選択された出力範囲（出力１７０として図示されている）の中にある独自の出力値が与えられる。上記プログラム可能性についての追加的な詳細は本明細書で説明されている。
【００４０】
一実施形態で、図２および図３に示された磁石１０６は多数の方式で構成可能である。図５Ａは、本明細書で説明されるような回転センサ１００の１つまたは複数の実施形態で利用可能な磁石の非限定的な例を示す。例えば、磁石は、円筒形状の磁石（１７２ａ、１７２ｂ、１７２ｃ）または箱形状の磁石（１７２ｄ、１７２ｅ、１７２ｆ）のような幾つかの他の形状の磁石であってもよい。図５Ａを説明する目的のために、斜線で埋められたパターンおよび埋められていないパターンは、双極子磁石の２つの磁極を示しているということが理解されるであろう。例えば、埋められていないパターンはＮ極を表し、斜線で埋められたパターンはＳ極を表すことができる。
【００４１】
一実施形態で、磁石１０６は永久磁石であることが可能である。一実施形態で、永久磁石は、単一の双極子磁石であるか、組合せであるか、または２つもしくはそれ以上の双極子磁石であることが可能である。
【００４２】
本明細書で説明する目的のために、永久磁石は、磁化された材料を含み実質的に永続する自分自身の磁場を発生させる磁石を含むことが可能である。そのような材料は、鉄、ニッケル、コバルト、および特定の希土類金属、ならびに幾つかのそれらの合金などの強磁性材料を含むことが可能である。
【００４３】
本明細書で説明する目的のために、単一の双極子磁石は、一般的に「Ｎ」極および「Ｓ」極として参照されるようなものを有し、その結果、磁力線はＮ極からＳ極へ向かうように示されるということが理解されるであろう。単一の双極子磁石のために、磁化軸線は、磁石のＮ極およびＳ極を通って延びる線であるということが一般的に理解される。
【００４４】
例示の磁石１７２ａは、例えば、円筒の軸線に沿ってＮ極およびＳ極を有する円筒形状の磁石である。そのような構成では、磁化軸線は、円筒の軸線に対してほぼ同軸となっていてもよい。
【００４５】
円筒形状の磁石１７２ｂの別の例では、Ｎ極およびＳ極は、円筒の方位角の半分であるように示されている。したがって、その磁化軸線は、円筒の軸線とほぼ垂直であることが推定される。２つ以上の磁石（例えば、１７２ｃ、１７２ｆ）を有する形状の磁石において、磁化軸線は、その形状の軸線に対して比較的単純な配向を形成しても、または形成しなくてもよい。本明細書で説明する目的のために、磁化軸線は、全体的な磁石の特性と、磁石によって発生させられる磁場パターンの局所的な特性との両方を含んでいてもよいことが理解されるであろう。
【００４６】
本明細書で説明する幾つかの例では、磁化軸線は長手方向の磁石の運動に対して概して垂直であるように示されている。しかしながら、磁化軸線の他の配向も可能であるということが理解されるであろう。例えば、磁石構成１７２ｂ、１７２ｃ、１７２ｅ、および１７２ｆは、図示のように位置付けられ、示されているＹ方向に移動させられたときに、垂直でない磁化軸線を生じさせることが可能である。
【００４７】
図５Ｂは、一実施形態で、磁石１０６は、その磁化軸線１８２が長手方向の磁石の運動の方向（矢印１７４で示されている）に対して実質的に垂直となるように位置決めされた双極子磁石であってもよいことを示している。例えば、円筒形状の永久磁石は、そのＮ極およびＳ極が長手方向に対して実質的に垂直な磁化軸線１８２を略形成するように位置決めされてもよい。本明細書で説明されるように、そのような長手方向の運動は、磁石１０６が接続されたシャフト１０２の回転（１２０、１３０）によって起こり得る。また、本明細書で説明されるように、そのような長手方向の運動は、検出部材１０８に対し磁石の長手方向の位置を決定しやすくするように磁石１０６を検出部材１０８に対して動かせてもよい。
【００４８】
図５Ｂに示されている例では、磁化軸線１８２は、磁石の形状（例えば、円筒）の軸線とほぼ同じであってもよい。図５Ｃの例は、磁石１０６で生じた磁力線１８０のより局所的な図を示している。図５Ｃ〜図８Ｂに示されている磁石１０６は、図５Ｂに示されているような双極子磁石との関連で説明されているが、１つまたは複数の双極子磁石を有する他の磁石構成によって、同様の磁場パターンが発生または近似させられることが可能であるということが理解されるであろう。図５Ｃに示された磁化軸線１８２は、検出部材１０８に影響を与える局所的な磁場を示すことが可能である。
【００４９】
一実施形態で、磁石１０６は、検出部材１０８のところもしくはその付近の磁場をあらわす磁化軸線１８２が進行運動方向に対して略垂直であるように、方向付けられていてもよい。一実施形態で、磁化軸線および長手方向の軸線が、検出部材１０８のほぼ中心を通って延在する平面を略画定するように、磁石１０６が位置決めされていてもよい。図３Ｂに示されている例示の座標系との関連で、磁石１０６の磁化軸線は、そのような実施形態において、Ｚ軸線にほぼ沿っている。本明細書で説明されるように、そのような構成は、望ましい特徴を提供することが可能である。
【００５０】
図５Ｃは、検出部材１０８の側面図に対して、磁石１０６の磁極区域のより詳細な図を示している。図示のように、磁石１０６の磁化軸線１８２が、検出部材１０８によって画定された平面に対して概して垂直であるように示されている。
【００５１】
磁石１０６によって生じた磁力線１８０も示されている。図示の磁極がＮ極であると仮定し、複数の磁場ベクトルが、図３Ｂに示されている例示の座標系で分解された形態（ＢＺおよびＢＹ）で示されている。図示のように、磁場ベクトル１８４は、磁化軸線１８２周りにおいて略対称的である。したがって、磁場ベクトル１８４ａのＺ成分は、磁場ベクトル１８４ｄのＺ成分と方向および大きさが概して同一であり、また、ベクトル１８４ａのＹ成分は、ベクトル１８４ｄのＹ成分と方向が反対であるが、大きさが略同一である。同様に、磁場ベクトル１８４ｂは、磁場ベクトル１８４ｃの略鏡像である。
【００５２】
上述に基づいて、ＢＺの平均寄与度は、磁石がＹ方向に沿って移動するときにおいては、所定のＹ＝０の周りに概して対称的である。そのような対称性は図６ＡでＢＺ曲線１９０として示されている。もし、ＢＺ成分が、検出部材１０８によって単独で計測されるとすれば、磁石の位置決定において不明確さがある可能性も、または不明確さがない可能性もある。例えば、もし、磁石の運動が検出部材の長手方向の片側に限定されるように検出部材１０８および磁石１０６が構成されている場合、計測されたＢＺ成分は曲線１９０のＹ＞０の部分のものとなるであろう。そのような状況では、単独のＢＺ成分に基づいての位置決定における不明確さはないようである。しかし、もし、磁石の運動が検出部材の長手方向の両側で可能であるように、検出部材１０８および磁石１０６が構成されている場合、位置決定における不明確さの可能性があり、それは解決され得る。
【００５３】
一実施形態で、進行運動方向（ＢＹ）に沿う磁場成分はＢＺ成分と同時に計測可能である。図５Ｃの例示の磁場表現１８４に基づいて、ＢＹの平均寄与度は、磁石がＹ方向に沿って移動するとき、あるＹ＝０周りに略非対称的である。そのような非対称性は図６ＢのＢＹ曲線１９２として示されている。したがって、Ｙ＝０周りのＢＺの不明確さは、Ｙ＞０のときにＢＹ＞０でありＹ＜０のときにＢＹ＜０であるという非対称性によって解決され得る。
【００５４】
一実施形態で、Ｙ方向に沿った磁石の位置を、ＢＹ成分の値に基づいて特徴づけることができる。しかし、ＢＺ成分を利用することは多くの理由で有利である。例えば、（磁場検出平面に対する）垂直成分の検出は、通常、他の成分よりも好ましい。別の例では、ＢＹ曲線１９２はＹ＝０において値０を通過する。したがって、Ｙ＝０およびＹ＝０の近辺において、ＢＹ成分が０または比較的小さい値を有することとなる。結果的に、Ｙ方向に沿った磁石の移動の中間部分であり得る位置において、ＳＮ比が、受け入れられない程度に低くなることがありうる。一方、ＢＺ成分はＹ方向に沿った磁石の移動の略同一の中間部分において最大値を有する。さらに、ＢＺ成分の最大値は、ＢＹ成分の最大値よりも通常極めて高くなりうる。
【００５５】
図５Ｃに例示の磁石の向きは、上述の特徴に加えて、有利な特徴を提供することができるという他の考慮事項がある。そのような特徴は、磁石の向きの様々な偏りに対して出力（図４の１７０）は比較的に感度が低いということを含むことが可能である。
【００５６】
図７Ａおよび図７Ｂはキャリア１０４に装着された磁石１０６を示しており、それは磁化軸線に沿って示されている。そのような構成に関しては、キャリア１０４によるマウントが実現可能であって、該キャリア１０４は、磁石１０６の少なくとも一部分と同様の形状をした凹部（図９の２６２）（例えば、円筒形状の磁石を受け入れるための円筒形状の凹部）を画定するものである。そのようなマウント構造との関連で言えば、図７Ａおよび図７Ｂは次のようなことを示している：磁化軸線（図７Ａおよび図７ＢのＺ軸線に平行）に対する磁石１０６の方位角の向きが、略対称的な磁場であることから、検出部材（図５Ｃの１０８）に到達する磁場１８０に一般に影響を与えない。異なる方位角方向を示すため、磁石１０６の上に指示部２００が示されている。
【００５７】
一実施形態では、磁石の磁化軸線が実質的にＺ軸線に沿いＸ軸線およびＹ軸線の両方に垂直となるように、磁石１０６がキャリア１０４に装着されることが好ましい。しかし、様々な理由によって、磁化軸線はＺ軸線から偏向することがあり、そのような偏向の例が図８Ａおよび図８Ｂに示されている。
【００５８】
図８Ａでは、磁石−キャリア組立体の側面図により、装着された磁石の軸線１８２がＺ軸線（２１０として示されている）から偏向し磁石１０６がＹ方向に傾いていることが示されている。図８Ｂでは、磁石−キャリア組立体の端面図により、装着された磁石の軸線１８２がＺ軸線（２１０として示されている）から偏向し、磁石１０６がＸ方向に傾いていることが示されている。ある状況では、磁石１０６は、図８Ａおよび図８ＢのＸ傾斜およびＹ傾斜の組み合わせを生じさせるように傾くことがある。
【００５９】
もし、磁石１０６が上記のように傾いている場合、磁場パターンが、図６Ａおよび図６Ｂのような理想的パターンから逸脱する可能性がある。ＢＺ成分がＢＹ成分よりも比較的大きく、Ｚ軸線に対する偏向角が相対的に小さいことから、ＢＺの正味の影響は相対的に小さい。さらに、たとえＢＺ成分および／またはＢＹ成分にかなりの偏向があるとしても、本明細書で説明されるような一実施形態では、プログラム可能性（プログラム可能であること）によりそのような偏向が示され、したがって、磁石の配向に対して出力を比較的低感度にすることができる。
【００６０】
図９〜図１１は、回転センサ１００の構成例の様々な図を示している。図９は、分解図２２０を示している。図１０Ａは、模式的切断組立図３００を示している。図１０Ｂは、切断組立側面図３１０を示している。図１１は、模式的組立図３２０を示している。
【００６１】
シャフト１０２は、図示のように、第１の端部２３０を有しており、その第１の端部２３０は、外部要素（図示せず）からシャフト１０２にトルクを伝達することを容易にするように構成されている。図示の例では、そのような目的のためのスロット３０２（図１０Ａ）が第１の端部２３０によって画定されている。多数の異なる構成が可能であるということが理解されるであろう。
【００６２】
シャフト１０２は、第２の端部２３２も有しており、それは、キャリア１０４に接続するように構成されている。図示の例では、シャフト１０２の第２の端部２３２と、キャリア１０４の係合開口部２６０とによって係合ネジ部パターンが画定されており、これにより、シャフト１０２の回転に応じてキャリア１０４の進行運動が容易になる。
【００６３】
シャフト１０２の第２の端部２３２は、キャリア１０４の移動を限定するための保持クリップ２５６を受け入れるような寸法とされている。第２の端部２３２は先端部２３４（図１０Ａ）を含み、この先端部２３４は、凹部３０４（端部キャップ２７２によって形成され同様の寸法となっている）によって受け入れられるような寸法となっており、これにより、シャフトの第２の端部２３２が制限される。
【００６４】
図示の例では、シャフト１０２の第１および第２の端部（２３０、２３２）の間の部分は、スリーブ２５０に形成された開口部２５２の中に支持されるようような寸法となっている。スリーブ２５０は、ブッシング２４０およびワッシャ２５４によりハウジング１１０に固定されるような寸法となっている。これにより、スリーブ２５０と端部キャップ２７２の凹部３０４とでシャフト１０２が支持され、シャフトは、ハウジング１１０に対して正確に回転可能となっている。また、ブッシング２４０（および、したがってハウジング１１０）に対するシャフト１０２の長手方向の運動は、保持ワッシャ２４２およびワッシャ２５４によって制限される。
【００６５】
一実施形態では、ブッシング２４０は雄ネジ部を有していてもよく、この雄ネジ部は装着ナット２４４と噛み合ってセンサ組立体の装着を可能にする。図１０Ｂに示すように、装着ナット２４４とハウジングとの間に調整空間３１２が設けられプレートのような様々な寸法の構造体への装着が容易になるように、ブッシングのネジ部のパターンは選択可能である。ワッシャ２４６により、そのような装着をさらに容易にすることができる。
【００６６】
ある状況では、センサ組立体の全体形状を特定形態にすることが望ましいことがある。例えば、設計によっては、長手方向に見たときに丸い形態のハウジングが要求されることがある。より具体的には、設計選択によっては、シャフトの長手方向の軸線に対して円形形状のハウジングが要求されることがある。しかし、もし、ハウジング内部が円形形状にされ、かつ、キャリア中心を通って延在するシャフトと共にキャリアも円形形状にされている場合、何らかの回転抑制機能がないとするとシャフトの回転に応じてキャリアが回転することが抑制されないおそれがある。
【００６７】
そのため、一実施形態では、ハウジング１１０の側壁部２７０は長手方向に見たときに「Ｕ字」形状に形成可能であり、また、それに合わせてキャリアが形成される。一実施形態では、「Ｕ字」の曲線部分は、実質的に半円形状であることが可能であり、シャフト１０２の長手方向の軸線は、そのような２つの半円によって形成されことになる円形の中心に位置決めされていてもよい。そのような構成は、前述の円形の設計選択の少なくともいくつかを収容することが可能である。一実施形態では、「Ｕ字」の側部は、キャリア１０４が回転することを抑制するように上方に延在していてもよい。
【００６８】
一実施形態では、「Ｕ字」形状の側壁部２７０の上部部分がほぼ平坦であってもよく、これにより、平坦な回路基板に形成可能な回路組立体２８０が収容される。図示の例では、回路組立体２８０は、プリント回路基板の上の実質的な完成ユニットとして形成可能であり、プリント回路基板は、側壁部２７０の上部部分付近に形成された溝部２７６内をスライドするような寸法となっている。
【００６９】
図９に示すように、一実施形態で、例示のキャリア１０４も側壁部２７０にフィットする「Ｕ字」形状を有し、シャフト１０２の回転に応じて、その中を長手方向にスライド可能である。キャリア１０４の上部部分は、側壁部２７０同様、回路組立体２８０を収容するように略平坦であってもよい。キャリアの「Ｕ字」形状の高さは、検出部材１０８から所望のＺ距離（図３Ｂの例示の座標系を参照）において、その上に（凹部２６２を介して）磁石１０６を装着することを可能とするように選択可能である。
【００７０】
回路組立体２８０は、図示のように、１つまたは複数の電気接点２８２を含んでいてもよく、それらの接点は、端部キャップ２７２に適切に形成された穴を通じてハウジング１１０から延在していてもよい。一実施形態で、シール部材２７４が設けられていてもよく、このシール部材２７４は、回転センサデバイスの組立てを容易にし、ハウジング１１０の中の様々な要素に対して少なくともいくらかのシール機能を提供する。そのようなシール部材は、ガスケット、エポキシ、または、幾つかのそれらの組合せを含むことが可能である。
【００７１】
図１１は、回転位置センサの模式的組立図３２０を示している。本明細書で説明されるような様々な要素の構成例および配置によって、回転位置センサは、特定の設計基準を満たしながら、比較的に簡易でかつコンパクトなパッケージで、磁場を検出する機能を提供できるということが分かる。
【００７２】
図１１および図１２Ａに示すように、一実施形態で、ハウジングの側壁部２７０は、シールド２９０を容易に装着および除去できるように形成されたスロット３２４を有していてもよい。ある状況では、回転位置センサは、外部の電場および／または磁場、および／または放射線にさらされることがある。
【００７３】
検出部材１０８は磁場を検出することで作動するものであるので、正確な計測のためには、磁場を、磁石１０６からの磁場に制限することが望ましい。したがって、一実施形態では、シールド２９０は、比較的高い透磁率を有する材料で形成可能である。例えばシールド２９０を形成するために、パーマロイおよびミューメタルなどの金属合金を使用可能である。
【００７４】
図示のように、シールド２９０は、側壁部２７０の上部部分３２２に実質的に適合するような形状であってもよい。一実施形態で、カバー２９２は、その縁部をスロット３２４内にスライドさせて、カバー部分２９２と側壁部２７０の上部部分３２２との間にシールド２９０を挟み込むような寸法であってもよい。一実施形態で、カバー２９２は、（スロット３２４に装着されるために）シールド２９０よりも複雑なその形状を実現するために、プラスチックで比較的容易に形成可能である。
【００７５】
ある作動条件では、回転位置センサは、Ｘ線、ガンマ線、荷電粒子、中性子、および／または他の電離放射線などの放射線にさらされる可能性がある。そのような放射線は、とりわけ長期間さらされると、回転センサの１つまたは複数の部品に対して有害な影響を有する可能性がある。例えば、検出部材１０８が、半導体材料および／または部品から形成される実施形態では、あるいは、半導体材料および／または部品に基づいて形成される実施形態では、放射線にさらされることによって、検出性能が劣化するおそれがある。
【００７６】
図１２Ｂは、一実施形態で、例示のシールド２９０が、ハウジング２７０を完全に取り囲むことなく、放射線３２８から検出部材１０８を効果的に遮蔽することを提供することが可能であることを示している。放射線３２８の概略の方向が知られている一般状況では、シールド２９０が検出部材１０８および／または他の（１つまたは複数の）要素を放射線から覆ってそれらがさらされることを低減するように、回転位置センサが方向付けられていてもよい。
【００７７】
例えば、回転位置センサが、放射線に基づく治療デバイスまたは撮像デバイスのための患者用可動プラットフォームの位置を監視するために使用されることを考える。そのようなプラットフォームの多くは、スクリュージャッキによって動かされ、そのようなスクリュージャッキの回転を回転位置センサによって監視することで、プラットフォーム位置についての情報が提供される。そのような制御された臨床状況では、治療デバイスまたは撮像デバイスに関連する放射線の方向および量は、一般的によく知られている。したがって、シールド付きの回転位置センサは、放射線からの遮蔽効果を提供するように方向付けられていてもよい。
【００７８】
一実施形態で、放射線シールド２９０は、特定の放射線の強度を弱めることでそのような放射線からの遮蔽効果をもたらすように、形成および寸法付けられていてもよい。重原子核を有する鉛のような材料は、Ｘ線およびガンマ線を遮蔽するのに適しているが、プラスチックまたはアクリルガラスなどのような比重の小さい材料は、エネルギ電子に対して適している。他のタイプの放射線に対して、他の材料も可能である。
【００７９】
本明細書で説明されるように、容易に取付け／取外し可能なシールドを使用することは、放射線の安全性との関連で有利な特徴を提供しうる。放射線を劣化させる性能により、内部部品が遮蔽されているので、回転位置センサはより長い耐用年数を有することが可能である。長期間さらされることにより自身に与えられた放射線のためシールドを取り換える必要があるときには、シールドは、比較的容易に取り換えることができ、また、放射性シールドが比較的小さいサイズで簡易な形態であるため、安全に容易に格納または廃棄可能である。
【００８０】
図１３Ａ〜図１３Ｆは、回転位置センサの一部分として使用可能なハウジング２７０の様々な非限定的な例を示している。また、本明細書で説明されるような１つまたは複数の特徴を有するシールド２９０の非限定的な例示の構成が示されている。
【００８１】
図１３Ａは、例示のハウジング構成５００を示している。ここでは、ハウジング２７０は、曲面の壁部５０２と、第１および第２の壁部５０４ａ、５０４ｂとを含み、これらの壁部は、「Ｕ字」形状壁部を形成するように曲面の壁部５０２から延在している。Ｕ字形状の壁部によって提供されることができる有利な特徴の例は、図９および図１０を参照して、本明細書で説明されている。
【００８２】
図１３Ａは、一実施形態で、キャリア１０４が、Ｕ字形状の壁部内側にほぼ一致し、Ｕ字形状の壁部の内部に対し長手方向に移動するように形成されていてもよいことをさらに示している。キャリア１０４の様々な特徴（例えば、検出部材１０８に対して長手方向の移動ができるようにシャフト１０２と接続すること、および、磁石１０６を保持すること）は、本明細書で説明されている。
【００８３】
図１３Ｂは、一実施形態で、曲面の壁部は、円形部５１６の一部分によって画定されていてもよいことを示している。例えば、例示のハウジング構成５１０では、曲面の壁部は、円形部５１６の一部である半円形部５１２によって画定されていてもよい。一実施形態で、曲面の壁部を画定する円形部の一部分は、半円形部に関連して約１８０度よりも大きいかまたは小さく延在する円弧であることが可能である。図１３Ｂに示されている例では、半円形壁部５１２を画定する円形部５１６の中心は、シャフト１０２の中心と実質的に同軸であることが可能である。
【００８４】
図１３Ｂにさらに示すように、第１の壁部５１４ａおよび第２の壁部５１４ｂは、ハウジング２７０のＵ字形状の壁部を形成するように半円形壁部５１２から延在していてもよい。一実施形態では、キャリア１０４は、Ｕ字形状の壁部の曲線部分内部に実質的に一致するように形成可能である。例えば、キャリア１０４の曲線部分は、例示の半円形壁部５１２に一致するように、図示された円形部５１８の一部分である半円形部によって画定可能である。
【００８５】
図１３Ｃおよび図１３Ｅは、Ｕ字形状のハウジングの上部部分が、多数の異なる方式で構成可能であるということを示している。図１３Ｃの例示の構成５２０は、キャップ壁部５２４が、５２２ａ、５２２ｂで示された実質的に四角の角部を形成するように、側壁部（例えば、図１３Ｂの５１４ａ、５１４ｂ）に接続可能であることを示している。図１３Ｅの例示の構成５４０は、キャップ壁部５４４が、５４２ａおよび５４２ｂとで示された丸い形の角部を形成するように、側壁部（例えば、図１３Ｂの５１４ａ、５１４ｂ）に接続可能であるということを示している。
【００８６】
図１３Ｄおよび図１３Ｆは、本明細書で説明されるような１つまたは複数の機能を有するシールド２９０は、多数の方式で形成可能であるということを示している。図１３Ｄの例示の構成５３０では、シールド２９０は、図１３Ｃのハウジングの例示の四角形状の角部（５２２ａ、５２２ｂ）の上部部分に、ほぼ一致するように形成でき、シールド２９０は、５３２ａおよび５３２ｂで示された略四角形の角部を含むようになるということを示している。図１３Ｆの例示の構成５５０は、シールド２９０は、図１３Ｅのハウジングの例示の丸い形の角部（５４２ａ、５４２ｂ）の上部部分に、概して適合するように形付け可能であり、シールド２９０は、５５２ａおよび５５２ｂとして示された概して丸い形の角部を含むようになるということを示している。
【００８７】
図１３Ａ〜図１３Ｆを説明する目的のために、「上部」および「側部」などの用語は、Ｕ字形状の壁部に関連する異なる部品の相対的な位置との関連で使用され、回転位置センサが、全体としてそのように位置付けられる必要があるということを意味すると解釈されるべきでないということが理解されるであろう。明確化のために、Ｕ字形状のハウジングを有する回転位置センサの実施形態に対して、センサは、必要または要望に応じて、任意の態様（例えば、上部が開いている「Ｕ字」、下部が開いている「Ｕ字」、横が開いている「Ｕ字」、またはそれらの任意の組合せ）で方向付けられていてもよいことが理解されるであろう。
【００８８】
図４を参照して本明細書で説明するように、回転位置センサ１００の一実施形態は、例えばセンサ１００の較正レンジおよび作動ダイナミックレンジに関してプログラム可能な機能を有していてもよい。図１４および図１５は、そのようなプログラム可能性の例を示している。
【００８９】
図１４において、較正システム３３０は制御装置３３２を含んでいてもよく、この制御装置３３２は、制御されたシャフト１０２の回転（矢印３３８）を実現するためにアクチュエータ３３６（ライン３３４として示されている）に接続されている。制御された回転（例えばステップ状）に応じて、磁石１０６がハウジング１１０内の選択長手方向の運動範囲（３５０として示されている）において検出部材１０８に対して移動することが示されている。制御されたそれぞれの磁石の位置において、出力信号は、コネクタ３４２を介した接点２８２を通して収集可能であり、そのような信号は、処理のために制御装置３３２へ提供可能である（ライン３４０）。
【００９０】
前述の態様で得られた較正データ３６０は、多数の方式で表すことが可能である。図１５の例のグラフ３６０に示されているように、電圧などの出力と角度位置αなどの入力との関係を得てもよい。多数の角度位置において得られた（例えば、Δα毎に得られた）複数の較正データ点３６２についての、直線３８０のような曲線は、出力電圧および入力角度位置との間の関係を示すのに適していることが可能である。そのような代表的な曲線に適するということは、一般的に知られている多数の方式で実現可能である。
【００９１】
ある状況では、較正データ点の（１つまたは複数の）位置は、代表的な曲線から体系的に偏向する可能性がある。例えば、角度位置αの上限近辺のデータ点は、直線３８０（角度範囲の主要部分の代表）から偏向しているように示されている。そのような偏向は、多数の理由によって起こりうる。説明する目的のために、体系的な偏向は、偏向曲線３７０によって表されるように示されている。
【００９２】
一実施形態で、所望の出力表現を生じさせるように出力を調整するために、１つまたは複数の補正を行うことが可能である。例えば、出力電圧が、角度位置αの画定された範囲内において実質的に線形関係として表すことができるように、体系的な偏向３７０が調整可能（矢印３７２）である。
【００９３】
一実施形態で、較正された入力と出力との関係についての情報は、回転位置センサ１００の作動中に取り出せるように格納可能である。例えば、そのような情報は、ルックアップテーブル、関係を代表するアルゴリズムに対する１つまたは複数のパラメータ（例えば、もし線形関係が使用されるなら、傾斜および中断パラメータ）などを含む多数のフォーマットのうちの１つで、図４のメモリ要素１５２に格納可能である。
【００９４】
図１６は、図１４および図１５を参照して説明された較正プロセスの１つまたは複数の特徴を実現するために実施されうる例示のプロセス４００を示している。プロセスブロック４０２では、角度位置センサ１００のシャフトは、回転運動の所望範囲の第１のリミット（例えば下限）を示す第１の位置（α１）まで回転してもよい。次に、プロセス４００は、インクリメンタルステップにおいて計測が行われる反復シーケンスに入ることが可能である。そして、決定ブロック４０４において、プロセス４００は、現在の角度位置αが、回転運動の所望範囲の第２のリミット（例えば上限）を示す第２の位置（α２）よりも小さいかどうかを決定する。もし、答えが「はい」ならば、プロセス４００は、計測の別の反復を継続する。プロセスブロック４０６では、現在のシャフト位置αで較正計測値を得ることができる。プロセスブロック４０８では、シャフト位置をΔαずつ徐々に増やして変化させてもよく、プロセス４００は、最新の角度位置で決定ブロック４０４の試験を実施することが可能である。
【００９５】
もし、決定ブロック４０４において、答えが「いいえ」ならば、（もしあるなら）体系的な補正が、プロセスブロック４１０において随意的に適用可能である。プロセス４１２において、代表的な出力応答（例えば、線形出力応答）を得ることが可能である。プロセスブロック４１４において、代表的な出力応答についての情報は、角度位置センサ１００の作動中に取り出して使用できるように格納可能である。
【００９６】
一実施形態で、較正の特性が、承認されていない較正および／または出力応答についての情報を変更することを禁止するロック機構を含んでいてもよい。ある状況では、そのようなロックは、加工施設などのような承認された設備において実施される較正プロセスの後に生じることが可能である。
【００９７】
ある状況では、較正特性および／または較正情報をロックした後に、調整、カスタマイズなどのための少なくともいくらかの性能を提供することが望ましいことがある。一実施形態で、較正特性は、承認された関係者がそのような機能の少なくともいくらかをロック解除できるようにするキー（例えば、電子キー）を、さらに含んでいてもよい。ロックする、ロック解除する、および前述についての関連の動作は、既知の態様で実現可能である。
【００９８】
図１４〜図１６を参照した前述の説明では、出力と入力との線形関係は、多数の可能な関係のうちの１つであるように説明されている。一実施形態で、そのような線形関係は、検出部材１０８に対する磁石の進行位置から生じることが可能である。
【００９９】
例えば、一実施形態で、検出部材１０８は、磁場の３つの成分（ＢＸ、ＢＹ、ＢＺ）を検出する性能を有する集積回路であってもよい。そのような集積回路（ＩＣ）は、例えば、Ｍｅｌｅｘｉｓ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｙｓｔｅｍｓによって製造されるホール検出モノリシックセンサＩＣ（ＭＬＸ９０３３３モデル）を含むことが可能である。例示のＩＣベースのセンサ部材についての追加的な情報は、製造者のウェブサイトｈｔｔｐ：／／ｍｅｌｅｘｉｓ．ｃｏｍにおいて入手可能な様々な文献（アプリケーションノートを含む）において見つけることが可能である。
【０１００】
２つ以上の磁場成分を検出する性能を有するセンサ部材（例示のＭｅｌｅｘｉｓセンサなど）について、ＢＺおよび長手方向の成分（例えば、ＢＹ）は、（センサ部材に対する）磁石の長手方向位置とほぼ線形関係を有する量を生じさせることが可能である。例えば、θ＝ａｒｃｔａｎ（ＢＹ／ＢＺ）（θは、図５Ｃに示されるように画定される）は、Ｙ軸線に沿って磁石の長手方向位置に対してほぼ線形の応答を生じさせることが可能である。
【０１０１】
一実施形態で、そのような例示の量θとＹ位置との間のほぼ線形の関係は、量θとシャフトの角度位置（α）との間のほぼ線形の関係を得るために拡張可能である。シャフトの角度位置（α）は、通常、実質的に一様なネジ部によって接続された磁石キャリアの進行運動と線形関係を有するので、そのような関係の拡張は容易にできる。
【０１０２】
一実施形態で、シャフトの角度位置（α）と磁場の量θとの間の例示の線形関係には、所望の出力範囲の選択を可能にする振幅パラメータを与えることが可能である。例えば、振幅パラメータは、約０と５ボルトとの間の範囲において出力値を生じさせるように選択可能である。
【０１０３】
前述の例は、磁場成分の幾つかの組合せから生じうる略線形の特性との関連で説明されているが、そのような検出された量は、最初に線形である必要は必ずしもないということが理解されるであろう。例えば、図６を参照して説明された例示のＢＹおよび／またはＢＺ成分は、一般的に既知の技術を較正データ点および／または代表曲線に適用することによって、直線にすることが可能である。
【０１０４】
一実施形態で、回転位置センサ１００の出力は、入力回転に応答して線形である必要は全くない。しかし、シャフトの角度位置のそれぞれは、独自の対応する出力を有することが好ましい。
【０１０５】
本明細書で説明された様々な例では、回転位置センサ１００の出力は、電圧であるとして説明される場合がある。しかし、出力は、多数の異なる形態であり得るということが理解されるであろう。出力は、デジタルフォーマットまたはアナログフォーマットのいずれかであり、それに限定されないが、パルス幅変調またはシリアルプロトコルに基づいた信号を含んでいてもよい。
【０１０６】
一実施形態では、回転位置センサ１００の出力は、処理されたフォーマットであることが可能である。そのような処理は、例えば、増幅および／またはアナログ−デジタル変換を含んでいてもよい。
【０１０７】
一実施形態では、磁石の進行位置（そして、したがってシャフトの角度位置）を検出することによって、そのような位置が変化する速度を決定すること可能にすることができる。したがって、図１７に模式的に示すように、センサシステム４２０は、本明細書で説明されるような特徴を有する位置決定部４２２と、任意で速度部４２４とを含むことが可能である。一実施形態で、速度部は、本明細書で説明されるような位置計測と時間情報（例えば、サンプリング期間）とを組み合わせることによって、シャフトの瞬間的な回転速度の平均または概算を決定するように構成可能である。一実施形態で、そのような速度決定は、シャフトの角度加速度の評価に拡張可能である。
【０１０８】
図１８Ａおよび図１８Ｂは、回転位置センサを使用可能なシステムの非限定的な例を模式的に示している。図１８Ａに示されている１つの例示のシステム４３０では、回転位置センサ４４０は、アクチュエータ４３２と制御されたデバイス４４４との間に配置されていてもよく、このデバイス４４４は、機械的連結４３６を介してアクチュエータ４３２によって機械的に駆動される。したがって、アクチュエータ４３２の機械的な出力（矢印４３４）は、例えば、シャフトを介してセンサ４４０に接続可能であり（矢印４３８）、その機械的な駆動は、センサ４４０を通じて持続し、制御されたデバイス４４４へ伝達されてもよい（矢印４４２）。
【０１０９】
センサ４４０は、例えば、機械的連結の回転状態（例えば、シャフトの回転位置）の決定を容易にするように、本明細書で説明されるように作動することが可能である。図示のように、センサ４４０は制御装置４５０と連通していていてもよく、この制御装置４５０は、センサの出力に応じてアクチュエータ４３２を制御（ライン４５２）するように構成されている。一実施形態では、アクチュエータ４３２（および、したがって制御されたデバイス４４４）をそのように検出および制御することは、フィードバック制御システムとして構成可能である。
【０１１０】
図１８Ｂは、図１８Ａのシステムの変形形態であり得る別の例示のシステム４６０を示している。例示の構成４６０では、機械的連結４６６は、アクチュエータ４６２から機械的出力（矢印４６４）を受け、別々の機械的出力４７２および４６８を提供するように構成されていてもよい。出力４７２は制御されたデバイス４７４に提供可能であり、出力４６８はセンサ４７０に提供可能である。図１８Ａに例示のシステム４３０と同様に、センサ４７０は、アクチュエータ４６２を制御（ライン４８２）するように構成された制御装置４８０に出力４３４を提供することが可能である。繰り返しになるが、そのような検出およびアクチュエータ４６２を制御することは、フィードバック制御システムとして構成可能である。
【０１１１】
図１８Ａおよび図１８Ｂを参照して説明されるように、例示の構成４３０は、直列型監視システムであると考えることが可能であり、例示の構成４６０は、並列型監視システムであると考えることが可能である。また、他の監視および／またはフィードバック構成も可能である。
【０１１２】
図２〜図１８の例示の回転センサ１００との関連で説明されているが、本開示の１つまたは複数の特徴は、他の回転センサの設計を用いて実施可能であることが理解されるであろう。図２〜図１８の回転センサ１００の例示の関連では、図１の位置検出デバイス６００は、図１９〜図２１に示されているデバイス６１０として実施可能である。図１９は、デバイス６１０の組立図を示している。図２０は、デバイス６１０の分解図を示している。図２１は、デバイス６１０の切断図を示している。
【０１１３】
図２０の分解図に示すように、図１の回転センサ６０４は、センサ組立体６３０として実装可能である。そのようなセンサ組立体についての追加的な詳細は図２〜図１７を参照して本明細書で説明されている。
【０１１４】
図２０および図２１は、一実施形態で、図１の角度位置センサ６０２はセンサ組立体６２０として実装可能であるということを示している。角度位置センサ６２０は磁石７０２を含むことが可能であり、磁石７０２は、装着部材７０４によってデバイス６１０の回転可能軸６３２に装着されている。角度位置センサ６２０は、回路基板７０６に装着された磁気センサ７００をさらに含むことが可能である。一実施形態では、角度位置センサ６２０は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）の一部であるように構成可能である。一実施形態では、磁石７０２と磁気センサ７００とは、実質的に非接触となるように互いに位置決めされていてもよい。磁石７０２および磁気センサ７００に関連する例の追加的な詳細は、本明細書でより詳しく説明されている。
【０１１５】
図２２Ａおよび図２２Ｂは、磁石７２２（図２０および図２１の７０２）の例示の構成７２０、ならびに磁気センサ７２６（図２０および図２１の７００）に対するその非接触の位置についての分離された側面図および軸線方向図を模式的に示している。磁石７２２は、回転可能軸７２４（図２１の６３２）に装着されるように示されている。図２２Ａおよび図２２Ｂでは、磁石ホルダ（例えば、図２０および図２１の７０４）は示されていない。
【０１１６】
一実施形態で、可変の直交および平行の磁束を磁気センサ７２６に生じさせるように、磁石７２２は直径に沿って双極性に磁化されていてもよい。一実施形態で、そのような磁石は、例えば、約１ｍｍ±０．５ｍｍの作動距離だけ磁気センサから分離されていてもよく、磁気センサ７２６は、磁石７２２の角度位置を１０〜１４ビットの分解能で読み取るように構成可能である。また、他の分離距離および／または他の分解能も利用することが可能である。
【０１１７】
図２３Ａ〜図２３Ｄは、磁気センサ７２６に対する図２２Ａ、図２２Ｂの磁石７２２（およびしたがって回転可能軸７２４）の角度位置を決定するように、どのようにそのような磁束を検出できるかについての例を示している。一実施形態で、磁気センサ７２６は、Ｈ１〜Ｈ４として示されているホール効果センサを有する直交ホール効果センサ組立体７５２を含んでいてもよい。そのようなホール効果センサは、一体型のセンサとして形成されても、または形成されなくてもよい。磁気センサ７２６はホール効果センサとの関連で説明されているが、他のタイプのセンサも、実装可能であるということが理解されるであろう。例えば、正弦−余弦磁気抵抗センサ（ＭＲ）または巨大磁気抵抗センサ（ＧＭＲ）を、例えば、ブリッジ構成で利用することが可能である。
【０１１８】
図２３Ａは、幾つかの実施で、磁気センサ組立体７５２は、正弦−余弦センサとして作動するように構成可能であり、磁気センサ組立体７５２における直交および平行の磁束（例えば、図２３Ｂの７６０）の変化は、直角位相の正弦および余弦として近似可能であるということを示している。ホール効果センサのそのような出力はアナログインターフェイス７５０によって処理可能であり、そのインターフェースは、１つまたは複数の出力（７５８）を生じさせるように、増幅および調整（７５４）ならびにデジタルデータ（７５６）への変換などの機能を提供するように構成されている。一実施形態では、前述の読み出し装置の後置部分は、Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａおよびシリアル通信性能を備えたプログラム可能なインターフェースを提供するように構成可能である。
【０１１９】
図２３Ａおよび図２３Ｂに示されている例では、ホール効果センサＨ１〜Ｈ４は、それぞれ＋正弦、＋余弦、−正弦、−余弦の信号を出力するように示されている。そのような信号は、電流（Ｉ）と磁場（Ｂ）との相互作用から生じるホール電圧（ＶＨ）に基づくものであってもよい。したがって、そのような信号を検出することは、以下のように表すことができる磁束値Ｈ１〜Ｈ４を生じさせることが可能である。
【０１２０】
【数１】
したがって、
【０１２１】
【数２】
【０１２２】
異なる読み出しに基づき、信号は、正弦および余弦信号として近似可能である。そのような信号は、磁気センサに対する磁石の角度変位（Ａ）を計算するために使用可能である。例えば、量Ａを以下のように評価することが可能である。
【０１２３】
【数３】
【０１２４】
したがって、図２３Ｃに示すように、直交位相における正弦および余弦信号（７８４、７８０）の読出しは、位相角αと線形であるとして評価することができる磁石の角度変位（Ａ）を生じさせることが可能である。そのような線形の推定が傾斜線７８２、７８６、および７８８によって示されている。
【０１２５】
一実施形態で、ホールセンサの振幅は、機械的なミスアライメント、内部の磁場変化、温度変化、および／または外部の磁場などの効果によって変化することが可能である。しかし、図２３Ｄに示すように、そのような効果は、信号振幅に影響を与える可能性があるであろうが、正弦／余弦比には影響を与えないであろう。したがって、正弦／余弦比または位相角αによって角度変位を評価する前述の例は、安定したセンサを生じさせることが可能である。
【０１２６】
図１９〜図２１の例示のデバイス６１０を参照して、０から３６０度の範囲において角度位置センサ６２０が前述の角度変位値Ａを生じさせることを考える。さらに、そのような角度変位値Ａを、例えば、１４ビットの分解能によって計測することが可能であるということを考える。一実施形態で、デバイス６１０の高い分解能は、角度位置センサ６２０によって提供可能であり、回転センサ６３０が比較的低い分解能（例えば、４ビット）を備え、回転可能軸６３２によってなされた回転数を計数するように構成可能である。そのような構成によれば、角度位置センサ６２０によって回転運動の全範囲を通じて提供された角度毎の分解能を維持することが可能であり、ある状況では、回転運動は、回転可能軸６３２の複数の回転を含むことが可能である。したがって、角度位置センサ６２０の高分解能と組み合わせられて回転カウンタとして作動する回転センサ６３０は、回転運動の広い範囲にわたって高分解能の位置検出デバイスを生じさせることが可能である。
【０１２７】
角度位置センサ６２０が１４ビットの分解能を提供するように構成され、回転センサ６３０が４ビットの性能を提供するように構成された前述の例では、回転センサ６３０は、０から１５までの回転数を決定することができる。それぞれの回転の中で、角度位置センサ６２０は、約０．０２°（３６０／（２＊＊１４））の角度分解能を提供することが可能である。回転センサ６３０が回転数の情報を提供しているので、０から１５度の範囲の中の任意の回転の角度位置は、０．０２°の分解能の利益を享受できる。したがって、全範囲の運動についての角度分解能は、０．０２°に維持され、０以上１５以下の回転の範囲にわたり１８ビットの角度分解能を効果的に生じさせる。
【０１２８】
もし、角度位置センサ６２０が使用されない場合、デバイス６１０の角度分解能は、（図２〜図１８を参照して説明されたような）直線位置検出モードで作動する回転センサ６３０に依存してもよい。そのようなモードでは、所定の角度分解能を維持するために、回転数を増加させることがビット分解能の増加を伴ってもよい。
【０１２９】
したがって、本明細書で説明されるように、回転計数能力を含むように構成された、角度位置センサ（例えば、６２０）および回転センサ（例えば、６３０）の組合せにより、複数の回転にわたり高い角度分解能を有するデバイスが構成されうる。本明細書で説明される１つまたは複数の概念は、他の構成で実施可能であるということが理解されるであろう。例えば、回転を計数することは、ある他の検出デバイスによって提供可能である。さらに、角度変位は、１つまたは複数の他の技術を使用して計測可能である。
【０１３０】
一実施形態で、図２〜図１８を参照して説明された回転センサに関連した遮蔽、ハウジング、および／または較正などの様々な特徴のいくつかまたは全ては、図１９〜図２１を参照して説明された位置検出デバイス６１０において実施可能である。
【０１３１】
本開示は、様々な特徴を説明しており、そのうちの１つだけが、単独で、本明細書で説明される利益に関与しているのではない。当業者には明らかであるように、本明細書で説明される様々な特徴は、組み合わせられ、修正され、または省略可能であるということが理解されるであろう。本明細書で具体的に説明されるもの以外の、他の組合せおよびサブコンビネーションが、当業者には明らかであろう。そして、それらは、この開示の一部を形成することが意図されている。様々な方法が、様々なフローチャートステップおよび／またはフェーズに関連して、本明細書で説明されている。多くのケースでは、フローチャートに示された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／またはフェーズとして実施されることができるように、特定のステップおよび／またはフェーズを一緒に組み合わせることが可能であるということが理解されるであろう。また、特定のステップおよび／またはフェーズは、別々に実施される追加的なサブコンポーネントに分解可能である。ある場合では、ステップおよび／またはフェーズの順序は、再編成可能であり、特定のステップおよび／またはフェーズは、完全に省略可能である。また、本明細書で説明された方法は、変更可能であり、また、本明細書で示され説明された、それらに対する追加的なステップおよび／またはフェーズも実施することが可能であるということが理解されるべきである。
【０１３２】
本明細書で説明されたシステムおよび方法のある観点は、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使用して、有利に実施可能である。コンピュータソフトウェアは、実行時に本明細書で説明された機能を実施するコンピュータ可読媒体（例えば、一時的でないコンピュータ可読媒体）に格納されたコンピュータ実行可能コードを含むことが可能である。一実施形態で、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。本開示を参照して、当業者は、汎用コンピュータで実行されるソフトウェアを使用して実施されることができる任意の特徴または機能が、ソフトウェア、ハードウェア、またはファームウェアの異なる組合せを使用して実施されることも可能であるということを認識するであろう。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して、完全にハードウェアの中で実施可能である。別法としてまたは追加的に、そのような特徴または機能は、汎用コンピュータを使用するよりも、本明細書で説明された特別の機能を実施するために設計された専用コンピュータを使用して、完全にまたは部分的に実施可能である。
【０１３３】
複数分散コンピューティングデバイスを、本明細書で説明されたコンピューティングデバイスの任意の１つの代わりに用いることが可能である。そのような分散型の実施形態では、ある機能がそれぞれの分散コンピューティングデバイスで実施されるように、１つのコンピューティングデバイスの機能は、（例えば、ネットワークにわたり）分散される。
【０１３４】
ある実施形態を、等式、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可能である。これらの方法は、１つまたは複数のコンピュータで実行可能なコンピュータプログラム指令を使用して実施可能である。また、これらの方法は、それぞれ別々のコンピュータプログラム製品として、または装置もしくはシステムのコンポーネントとして実行されることも可能である。この点で、それぞれの等式、アルゴリズム、ブロック、またはフローチャートのステップ、およびそれらの組合せは、コンピュータ可読プログラムコードロジックで具現化された１つまたは複数のコンピュータプログラム指令を含むソフトウェア、ハードウェア、および／またはファームウェアによって実施可能である。認識されるように、それらのコンピュータプログラム指令は、マシーンを作るために、汎用コンピュータまたは専用コンピュータの限定なしに１つまたは複数のコンピュータにロードされ、または、他のプログラム可能な処理装置にロード可能であり、（１つまたは複数の）コンピュータまたは（１つまたは複数の）他のプログラム可能な処理デバイスで実行されるコンピュータプログラム指令は、等式、アルゴリズム、および／またはフローチャートで特定された機能を実施するようになっている。また、それぞれの等式、アルゴリズム、および／またはフローチャート図の中のブロック、ならびにそれらの組み合わせは、特定の機能もしくはステップ、または、特殊目的のハードウェアおよびコンピュータ可読プログラムコードロジック手段を実施する特殊目的のハードウェアベースのコンピュータシステムによって実施可能であるということも理解されるであろう。
【０１３５】
さらに、コンピュータ可読プログラムコードロジックにおいて具現化されるようなコンピュータプログラム指令をコンピュータ可読メモリ（例えば、一時的でないコンピュータ可読媒体）に格納することも可能である。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プログラム可能な処理デバイスに特定の態様で機能するように指示することが可能であり、コンピュータ可読メモリに格納された指令は、（１つまたは複数の）フローチャートの（１つまたは複数の）ブロックにおいて特定された（１つまたは複数の）機能を実施するようになる。また、コンピュータプログラム指令は、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にロードされ、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において実施される一連の作動ステップを引き起こし、コンピュータで実行されるプロセスを作り出し、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指定が、（１つまたは複数の）等式、（１つまたは複数の）アルゴリズム、および／または（１つまたは複数の）フローチャートの（１つまたは複数の）ブロックにおいて特定された機能を実施するためのステップを提供するようになることが可能である。
【０１３６】
本明細書で説明された方法およびタスクのいくつかまたは全ては、コンピュータシステムによって実施され、および完全に自動化可能である。あるケースでは、コンピュータシステムは、ネットワーク上で説明された機能を実施するように通信および相互運用する複数の別個の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、物理サーバ、ワークステーション、ストレージアレイなど）を含む。そのようなコンピューティングデバイスのそれぞれは、メモリまたは他の一時的でないコンピュータ可読ストレージ媒体またはデバイスに格納されたプログラム指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。開示された機能のいくつかまたは全ては、別法として、コンピュータシステムの特定用途向け集積回路（例えば、ＡＳＩＣまたはＦＰＧＡ）において実施されることも可能であるが、本明細書で説明された様々な機能は、そのようなプログラム指令において具現化可能である。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、そうする必要はないが、同一場所に配置可能である。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などの物理ストレージデバイスを異なる状態に変換することによって永続的に格納可能である。
【０１３７】
本明細書および特許請求の範囲を通じて、明らかに文脈上他の意味に解すべき場合を除き、用語「ｃｏｍｐｒｉｓｅ」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」などは、排他的なまたは網羅的な意味とは反対の包含的な意味に、すなわち「含むが、それに限定されない」という意味に解釈されるべきである。本明細書で一般的に使用されるように、用語「接続された」は、直接接続されるか、または１つまたは複数の中間部材によって接続可能である２つ以上の部材に関連する。さらに、用語「本明細書で」、「上述の」、「以下の」、および同様の意味の用語は、この出願で使用されるとき、全体としてこの出願に関連するべきであり、この出願の任意の特定の部分に関連するべきではない。また、文脈が許せば、単数形または複数形を使用する上述の発明の詳細な説明の中の用語は、それぞれ複数または単数も含むことが可能である。２つ以上の項目のリストを参照した用語「または」は、その用語の次の解釈の全て、すなわち、リストの中の任意の項目、リストの中の項目の全て、および、リストの中の項目の任意の組合せを含む。用語「例示の」は、本明細書で「例、実例、図解例としての役割を果たす」ということをもっぱら意味するために使用されている。「例示」として本明細書で説明された任意の実施は、他の実施を超えて好ましいまたは有利であるとして解釈される必要はない。
【０１３８】
本開示は、本明細書で示された実施に限定されることを意図していない。この開示の中で説明された実施に対する様々な修正例が、当業者にとって明白であり、本明細書で画定された包括的な原理は、この開示の精神または範囲から逸脱することなく他の実施に適用可能である。本明細書で提供された発明の教示は、他の方法およびシステムに適用可能であり、上述の方法およびシステムに限定されず、上述の様々な実施形態の部材および行為は、さらなる実施形態を作り出すために組み合わせられることが可能である。したがって、本明細書で説明された新規の方法およびシステムは、様々な他の形態で具現化可能である。さらに、本明細書で説明された方法およびシステムの形式の様々な省略形態、代用形態、変更形態が、本開示の精神を逸脱することなくなされることが可能である。添付の特許請求の範囲およびその均等物は、そのような形態または修正例が本開示の範囲および精神に該当するものとして含まれるということが意図されている。
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概ねセンサの分野に関し、特には、多回転（マルチターン）を高分解能かつ非接触で検出するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
関連出願の相互参照
本出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている、２０１１年７月１７日に出願の米国仮出願第６１／５０８６７２号の優先権を米国特許法第１１９条（ｅ）の下で主張する。
【０００３】
機械デバイスおよび／または電気機械デバイスの多くで、回転物体の状態を正確に決定することが望まれる。例えば、スクリュージャッキなどの回転物体は、その回転によって他の物体に直線運動を与える。多くの場合、直線的に運動する物体の位置を正確に決定することが望まれる。そのような決定は、回転物体の角度位置を知ることに基づいて行うことができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ある適用例においては、回転物体の回転位置を複数の回転にわたって正確に決定することが望まれうる。そのような構造は、通常、比較的低い分解能に悩まされ、および／または比較的複雑な機構に依存することに悩まされる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実装形態では、本開示は、長手軸を有する回転可能なシャフトと、第１のセンサ組立体と、第２のセンサ組立体とを有する位置検出デバイスに関する。第１のセンサ組立体は、第１の磁石および第１の磁気センサを有する。第１のセンサ組立体は、シャフトの回転数を決定できるように、第１の磁気センサに対する第１の磁石の直線位置の計測を可能とするように構成されている。第２のセンサ組立体は、第２の磁石および第２の磁気センサを有する。第２のセンサ組立体は、シャフトの所定の回転範囲内でのシャフトの角度位置を決定できるように構成され、第２の磁気センサに対する第２の磁石の角度位置を計測し、シャフトの角度位置に関連する角度分解能がシャフトの回転数全体にわたり実質的に維持されるようになっている。
【０００６】
一実施形態で、第１の磁石の直線位置は、長手軸に実質的に平行な成分を有する直線方向に沿っていることが可能である。一実施形態で、長手軸周りのシャフトの回転が、結果的に線方向に沿った第１の磁石の直線運動を生じさせるように、デバイスが、第１のセンサ組立体をシャフトに接続するように構成された第１の機構をさらに含むことが可能である。
【０００７】
一実施形態で、シャフトの回転が、第２の磁気センサに対する第２の磁石の回転運動を生じさせるように、第２のセンサ組立体をシャフトに接続するように構成された第２の機構をデバイスがさらに含んでいてもよい。第２の機構は、第２の磁石を保持し、第２の磁石をシャフトの端部に相互接続するように構成された磁石ホルダを含むことが可能である。第２の機構は、シャフトの１つの回転が第２の磁石の１つの回転になるように構成可能である。
【０００８】
一実施形態で、第２の磁石は、第２の磁気センサと非接触となるように位置決め可能である。第２の磁石は、可変の直交および平行の磁束を第２の磁気センサに与えるように構成された、直径に沿って双極性に磁化された磁石を含むことが可能である。
【０００９】
一実施形態で、第２の磁気センサは、直交位相モードで作動するように構成可能である。第２の磁気センサは、複数のホール効果センサ、複数の磁気抵抗（ＭＲ）センサ、または複数の巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサを含む。第２の磁気センサは、直交位相に位置決めされ、正弦−余弦センサとして作動するように構成された４つのセンサを含むことが可能である。
【００１０】
一実施形態で、デバイスは、第２の磁気センサからの出力信号を処理し、デジタルデータを生じさせるように構成されたアナログインターフェイスをさらに含むことが可能である。例として、デジタルデータは、シャフトの所定の回転に対して少なくとも１０ビットの分解能によって、シャフトの角度位置についての情報を含むことが可能である。より具体的な例として、シャフトの角度位置は、シャフトの所定の回転に対して１０ビット〜１４ビットの範囲の分解能を有することが可能である。また、前述の例よりも高いまたは低い他の分解能も実施可能である。
【００１１】
一実施形態で、第２の磁気センサおよびアナログインターフェイスは、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）の一部であっても、または特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）に配置されてもよい。
【００１２】
一実施形態で、第１のセンサ組立体は、回転数を計数するのに十分なＭビットの分解能を提供するように構成可能であり、第２のセンサ組立体は、角度分解能を生じさせるためにＮビットの分解能を提供するように構成されている。組み合わせると、位置検出デバイスは、回転数全体にわたって、Ｍ＋Ｎビットの実効分解能を有することが可能である。
【００１３】
一実装形態では、本開示は、長手軸周りを回転するシャフトの位置を検出する方法に関する。その方法は、第１の磁石によってシャフトの回転数を決定するステップであって、第１の磁石は第１の磁気センサと非接触の態様で配置され、第１の磁気センサに対する第１の磁石の直線位置の計測を可能にする、ステップを含む。直線位置はシャフトの回転数を示し、回転数はＭビットの分解能によって決定される。その方法は、第２の磁石によって所定の回転範囲内でシャフトの角度位置を決定するステップであって、第２の磁石は第２の磁気センサと非接触の態様で配置され、所定の回転範囲内での角度位置はＮビットの分解能によって決定される、ステップをさらに含む。その方法は、複数の回転を有する範囲の中でシャフトの計測位置を生じさせるために、回転数と角度位置を組み合わせるステップをさらに含む。
【００１４】
一実施形態で、１回転当たりＮビットの角度位置分解能は、複数の回転の範囲全体にわたる計測位置に対して実質的に維持可能である。組み合わせるステップは、複数の回転の範囲全体にわたって、Ｍ＋Ｎビットの実効分解能を生じさせることが可能である。
【００１５】
一実施形態で、複数の回転は、２回転より多い回転を含むことが可能である。例えば、最大１６の回転数の決定を可能とするために、Ｍの値は４以下に選択可能である。
【００１６】
ある実装形態では、本開示は、長手軸周りを回転するように構成されたシャフトを含む多回転検出装置に関する。その装置は、シャフトによってなされた回転数を決定するように構成された回転カウンタをさらに含む。回転カウンタは、第１の磁石および第１の磁気センサを含む。第１の磁石は、シャフトに接続され、シャフトが回転すると長手軸に沿って直線的に運動するように構成されている。第１の磁気センサは、第１の磁石の直線運動を検出し、シャフトの回転数を非接触の態様で決定するように構成されている。その装置は、所定の回転についてシャフトの角度位置を計測するように構成された角度位置センサをさらに含む。角度位置センサは、第２の磁石および第２の磁気センサを含む。第２の磁石は、シャフトの端部に装着され、シャフトと一緒に回転するように構成されている。第２の磁気センサは、第２の磁石の回転を検出し、シャフトの角度位置を非接触の態様で決定するように構成されている。
【００１７】
一実装形態で、本開示は、第１のセンサおよび第２のセンサを有する非接触式の多回転検出デバイスに関する。第１および第２のセンサのそれぞれは、非接触センサとして構成されている。第１および第２のセンサは、物体の０〜Ｎ回転の範囲の中で、デバイスが選択された角度位置分解能を維持することができるように構成されている。
【００１８】
一実施形態で、第１のセンサは、物体の回転数を決定することができるように構成可能であり、第２のセンサは、所定の回転範囲内で、物体の角度位置を決定することができるように構成可能である。一実施形態で、第２のセンサは、選択された角度位置分解能によって、物体の位置を決定するように構成可能である。一実施形態で、選択された角度位置分解能は少なくとも１０ビットであることが可能である。一実施形態で、選択された角度位置分解能は１４ビットであることが可能である。一実施形態で、第１のセンサは４ビットの計測範囲で構成され、０から１５回転の範囲全体にわたって、装置についての１８ビットの実効的な角度分解能を生じさせることが可能である。また、前述の例よりも高いまたは低い他の分解能も実施可能である。
【００１９】
一実行形態で、本開示は、回転可能物体の回転を検出する方法に関する。その方法は、物体が回転する回転数を計測するステップを含む。その方法は、物体がある回転数だけ回転したときに、０から３６０度の範囲の中で、物体の角度位置を計測するステップをさらに含む。その計測は、回転数および角度位置に基づいて物体の全体角度変位を決定するステップをさらに含む。全体の角度変位は、角度位置計測に関連するものと実質的に等しい角度分解能を有する。
【００２０】
一実施形態で、回転数の計測は、Ｍビットの分解能を有することが可能であり、角度分解能の計測は、Ｎビットの分解能を有することが可能である。全体の角度変位分解能は、Ｍ＋Ｎビットの分解能を有することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】一実装形態では、位置検出デバイスは、角度位置センサおよび回転センサを含むことが可能であるということを模式的に示す図である。
【図２】回転センサの例示の実施形態を模式的に示す図である。
【図３Ａ】図２の回転センサは、入力回転運動を磁石などの被検出部材の進行運動の範囲に機械的に変換するように構成可能であり、磁石の進行位置は、磁場検出器などの検出部材によって検出可能であるということを示す図である。
【図３Ｂ】図２の回転センサは、入力回転運動を磁石などの被検出部材の進行運動の範囲に機械的に変換するように構成可能であり、磁石の進行位置は、磁場検出器などの検出部材によって検出可能であるということを示す図である。
【図４】一実施形態で、回転センサは、プログラム可能な性能を促進するために、プロセッサおよびメモリを含むことが可能であるということを示す図である。
【図５Ａ】図２の磁石に利用することが可能である磁石構成の非限定的な例を示す図である。
【図５Ｂ】一実施形態で、磁石は、その磁化軸線が磁石の長手方向の運動の方向に対して実質的に垂直であるように位置付けられた双極子永久磁石であることが可能であるということを示す図である。
【図５Ｃ】一実施形態で、磁石は、その進行運動および磁場検出器に対して配向可能であり、検出器における磁場パターンまたは検出器の周りの磁場パターンを示すその磁化軸線が、進行運動方向に対して概して垂直になり、磁場検出器によって画定された平面に対して概して垂直になることを示す図である。
【図６Ａ】図５の構成についての磁場強度の例示の分布を示すグラフである。
【図６Ｂ】図５の構成についての磁場強度の例示の分布を示すグラフである。
【図７Ａ】図５の例示の磁石配向が、その磁化軸線の周りに磁石の実質的な対称性をもたらして、磁場検出器に対する磁石のアライメントにおいての感度を低減するようになることを示す図である。
【図７Ｂ】図５の例示の磁石配向が、その磁化軸線の周りに磁石の実質的な対称性をもたらして、磁場検出器に対する磁石のアライメントにおいての感度を低減するようになることを示す図である。
【図８Ａ】図５の例示の磁石配向が、水平方向に沿った磁石のミスアライメントに対して低減された感度をもたらすことも可能であるということを示す図である。
【図８Ｂ】図５の例示の磁石配向が、水平方向に沿った磁石のミスアライメントに対して低減された感度をもたらすことも可能であるということを示す図である。
【図９】図２の回転センサの例示の実施形態の分解図である。
【図１０Ａ】図９の回転センサの切断斜視図である。
【図１０Ｂ】図９の回転センサの切断側面図である。
【図１１】図９の回転センサの組立斜視図である。
【図１２Ａ】一実施形態で、シールドが、図１１の回転センサに備えられ得るということを示す図である。
【図１２Ｂ】回転センサの検出部材などの内部部品は、図１２Ａの例示のシールドによって遮蔽可能であるという例示の状況を示す図である。
【図１３Ａ】実装可能なハウジング形状およびシールド形状の様々な非限定的な例を示す図である。
【図１３Ｂ】実装可能なハウジング形状およびシールド形状の様々な非限定的な例を示す図である。
【図１３Ｃ】実装可能なハウジング形状およびシールド形状の様々な非限定的な例を示す図である。
【図１３Ｄ】実装可能なハウジング形状およびシールド形状の様々な非限定的な例を示す図である。
【図１３Ｅ】実装可能なハウジング形状およびシールド形状の様々な非限定的な例を示す図である。
【図１３Ｆ】実装可能なハウジング形状およびシールド形状の様々な非限定的な例を示す図である。
【図１４】回転センサを較正する例示の構成を示す図である。
【図１５】回転センサの作動の間に使用するために、較正データが、どのように表され、格納されて得るかの例を示すグラフである。
【図１６】実施可能な例示の較正プロセスを示す図である。
【図１７】一実施形態で、回転センサは、例えば、検出された角度位置に基づいて回転速度を計算するように構成された速度部を含むことが可能であるということを示す図である。
【図１８Ａ】回転センサを利用して実装可能なフィードバック制御システムの非限定的な例を示す図である。
【図１８Ｂ】回転センサを利用して実装可能なフィードバック制御システムの非限定的な例を示す図である。
【図１９】図１の角度位置センサ部品、および図２〜図１８の１つまたは複数の特徴を有する回転センサ部品を有する、組み立てられた位置検出デバイスの例を示す図である。
【図２０】図１９の例示の位置検出デバイスの分解図である。
【図２１】図１９の例示の位置検出デバイスの切断図である。
【図２２Ａ】図１９の角度位置センサの例の側面図および軸線方向図を模式的に示す図である。
【図２２Ｂ】図１９の角度位置センサの例の側面図および軸線方向図を模式的に示す図である。
【図２３Ａ】角度位置センサが、どのように回転軸の角度位置を生じさせるように作動することができるかの例を示す図である。
【図２３Ｂ】角度位置センサが、どのように回転軸の角度位置を生じさせるように作動することができるかの例を示す図である。
【図２３Ｃ】角度位置センサが、どのように回転軸の角度位置を生じさせるように作動することができるかの例を示すグラフである。
【図２３Ｄ】角度位置センサが、どのように回転軸の角度位置を生じさせるように作動することができるかの例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
これらのおよび他の観点、利点、および本教示の新規な特徴は、次に続く発明の詳細の説明を読み、添付の図面を参照すれば明らかになるであろう。図面において、同様の部材は、同様の参照番号を有する。
【００２３】
本明細書で開示されるのは、高分解能の非接触式の位置検出デバイスの実施形態の例である。本明細書で説明されるように、そのような検出デバイスは、費用効果の高い態様で設計および実施可能である。ある実装形態では、そのような検出デバイスは、多回転検出デバイスとして作動するように構成可能である。
【００２４】
図１は、位置検出デバイス６００が、一実装形態で、角度位置センサ部６０２と、回転センサ部６０４とを含んでいてもよいことを模式的に示している。一実施形態で、回転センサ部６０４は、図２〜図１８を参照して説明されるような１つまたは複数の方式で作動するように構成されていてもよい。また、そのような回転センサ部に関する詳細は、参照により本明細書に組み込まれる「高分解能の非接触多回転位置センサ」という名称の米国特許出願公開第２０１１−０１７５６０１号（２０１０年１月１８日に出願された米国出願第１２／６８９，０４７号）にも見られる。図１９〜図２３は、どのように角度位置センサ部６０２が回転センサ部６０４と組み合わせられて、とりわけ、複数の回転を含み得る回転範囲にわたり高分解能の性能を生じさせることができるかということの例を示している。
【００２５】
回転センサは、本明細書で説明されるように、有利な特徴を提供するように構成可能である。例えば、回転センサは、多回転の入力性能を提供するように構成されていてもよく、また、そのような入力の回転数は選択されてもよいし、プログラムされていてもよい。したがって、センサの回転位置分解能は、相対的に粗い分解能から相対的に高い（すなわち良好な）分解能へ調整可能である。別例で、回転センサは、検出部材と被検出部材との間の非接触の配置で、そのような機能を提供する構成であってもよい。そのため、一般に物理的に接触する構造に関連する様々な機械的な問題を避けることが可能である。
【００２６】
一実施形態で、回転センサは、回転物体（シャフトなど）の回転運動を被検出部材の進行運動に変換するように構成可能である。検出部材は、被検出部材の進行位置を決定できるように、被検出部材に対する位置決めおよび配置がされていてもよい。一実施形態で、被検出部材のそのような進行位置は、シャフト固有の回転位置に対応していてもよい。
【００２７】
図２は、そのような機能を提供できる回転センサ１００を示している。一実施形態で、回転センサ１００に関連する特徴のいくつかまたは全てが、図１の回転センサ部６０４において実施可能である。
【００２８】
一実施形態で、回転センサ１００は、キャリア１０４に機械的に接続されたシャフト１０２のような回転物体を有していてもよい。機械的連結は、シャフト１０２の回転がキャリア１０４の進行運動に変換されるように構成可能である。一実施形態で、キャリア１０４のそのような進行運動は、シャフト１０２の回転軸線に実質的に平行な方向に沿った実質的な直線運動であってもよい。
【００２９】
一実施形態で、シャフト１０２とキャリア１０４との間の機械的連結は、シャフト１０２上に、およびキャリア１０４によって画定された開口部の内側表面上に形成された係合ネジ部を含むことが可能である。そのようなネジ山が付けられた連結の例の追加的な詳細が、本明細書で説明されている。
【００３０】
一実施形態で、係合ネジ部のリード値は、シャフト１０２の回転とキャリア１０４の進行との間の機械的なギア比を提供するように選択可能である。本明細書において説明する目的のために、様々な例示のネジが一条ネジの形態を有するという仮定のもと、用語「ピッチ」を用語「リード」と互換性を持って使用することが可能である。本開示の１つまたは複数の特徴は、多条ネジの形態のネジ部にも適用することが可能であるということが理解されるであろう。したがって、本説明において適切な場合には、２つの用語の区別がなされ得る。
【００３１】
図２に示すように、回転センサ１００は磁石１０６をさらに有していてもよく、この磁石１０６は、キャリア１０４上に配置され、キャリア１０４と一緒に運動可能である。進行運動方向に対する磁石１０６の異なる配向についての追加的な詳細が本明細書で説明されている。
【００３２】
図２に示すように、回転位置センサ１００は検出部材１０８をさらに有していてもよく、この検出部材１０８は、進行運動方向に沿った様々な位置で磁石１０６を検出する。検出部材１０８についての追加的な詳細が本明細書で説明されている。
【００３３】
一実施形態で、様々な部品を保護し、取付けを促進するなどのために、回転位置センサ１００がハウジング１１０をさらに含むことが可能である。ハウジングについての追加的な詳細が本明細書で説明されている。
【００３４】
図３Ａおよび図３Ｂは、一実施形態では、シャフト１０２の第１の方向の回転（矢印１２０）により、キャリア１０４（および磁石１０６）が、シャフト１０２とキャリア１０４との間の機械的なギア比に基づき、第１の方向（矢印１２２）に直線的に運動してもよいことを示している。また、シャフトの反対方向の回転（矢印１３０）により、キャリア１０４（および磁石１０６）が第１の線形方向１２２と反対の第２の方向（矢印１３２）に直線的に運動することとなってもよい。
【００３５】
シャフトおよびキャリアのそのような連結に基づいて、シャフト１０２の回転運動の範囲（Δα）（矢印１４０によって図示されている）が、キャリア１０４の２つの端部位置（１４４ａ、１４４ｂ）により画定される磁石１０６の直線運動範囲（ΔＹ、矢印１４２によって図示されている）に対応していてもよい。一実施形態で、キャリア１０４および／または磁石１０６の直線運動をハウジング１１０の中に制限することが可能である。したがって、シャフト１０２の回転範囲（Δα）に対応する直線運動範囲（ΔＹ）が、キャリア１０４および／または磁石１０６の機械的に制限された範囲よりも小さくなるまたは等しくなるように、シャフト１０２とキャリア１０４との間の機械的連結が選択されていてもよい。
【００３６】
図３Ｂは、直線運動方向を表す「Ｙ」と共に例示の座標系を示している。示されている座標系は、単に、説明する目的のためであって、いかなる態様にも本開示の範囲を限定することを意図していないということが理解されるであろう。
【００３７】
図４は、一実施形態においては、回転センサ１００が様々な機能的な構成要素を含んでいてもよいことを示している。図２および図３を参照して説明されるように、機械的連結１５６は、シャフト（１０２）の回転運動を、磁石部１５８として表すことができる磁石（１０６）の直線運動に変換可能である。磁石の位置は検出部材（１０８）で検出でき、その検出部材（１０８）は磁場センサ要素１５４として表すことができる。
【００３８】
一実施形態で、回転位置センサ１００は、プロセッサ要素１５０とメモリ要素１５２を含んでいてもよく、それらは本明細書で説明されるように１つまたは複数の機能を提供するものであってもよい。一実施形態で、プロセッサ１５０およびメモリ１５２は、例えば、センサ１００の較正レンジおよび作動ダイナミックレンジに関してプログラムできる機能を提供することが可能である。
【００３９】
そのようなプログラム可能性により、一例として、所望の回転範囲（入力１６０として図示されている）の選択を容易にし、また、そのような範囲の中のシャフトの回転位置には、選択された出力範囲（出力１７０として図示されている）の中にある独自の出力値が与えられる。上記プログラム可能性についての追加的な詳細は本明細書で説明されている。
【００４０】
一実施形態で、図２および図３に示された磁石１０６は多数の方式で構成可能である。図５Ａは、本明細書で説明されるような回転センサ１００の１つまたは複数の実施形態で利用可能な磁石の非限定的な例を示す。例えば、磁石は、円筒形状の磁石（１７２ａ、１７２ｂ、１７２ｃ）または箱形状の磁石（１７２ｄ、１７２ｅ、１７２ｆ）のような幾つかの他の形状の磁石であってもよい。図５Ａを説明する目的のために、斜線で埋められたパターンおよび埋められていないパターンは、双極子磁石の２つの磁極を示しているということが理解されるであろう。例えば、埋められていないパターンはＮ極を表し、斜線で埋められたパターンはＳ極を表すことができる。
【００４１】
一実施形態で、磁石１０６は永久磁石であることが可能である。一実施形態で、永久磁石は、単一の双極子磁石であるか、組合せであるか、または２つもしくはそれ以上の双極子磁石であることが可能である。
【００４２】
本明細書で説明する目的のために、永久磁石は、磁化された材料を含み実質的に永続する自分自身の磁場を発生させる磁石を含むことが可能である。そのような材料は、鉄、ニッケル、コバルト、および特定の希土類金属、ならびに幾つかのそれらの合金などの強磁性材料を含むことが可能である。
【００４３】
本明細書で説明する目的のために、単一の双極子磁石は、一般的に「Ｎ」極および「Ｓ」極として参照されるようなものを有し、その結果、磁力線はＮ極からＳ極へ向かうように示されるということが理解されるであろう。単一の双極子磁石のために、磁化軸線は、磁石のＮ極およびＳ極を通って延びる線であるということが一般的に理解される。
【００４４】
例示の磁石１７２ａは、例えば、円筒の軸線に沿ってＮ極およびＳ極を有する円筒形状の磁石である。そのような構成では、磁化軸線は、円筒の軸線に対してほぼ同軸となっていてもよい。
【００４５】
円筒形状の磁石１７２ｂの別の例では、Ｎ極およびＳ極は、円筒の方位角の半分であるように示されている。したがって、その磁化軸線は、円筒の軸線とほぼ垂直であることが推定される。２つ以上の磁石（例えば、１７２ｃ、１７２ｆ）を有する形状の磁石において、磁化軸線は、その形状の軸線に対して比較的単純な配向を形成しても、または形成しなくてもよい。本明細書で説明する目的のために、磁化軸線は、全体的な磁石の特性と、磁石によって発生させられる磁場パターンの局所的な特性との両方を含んでいてもよいことが理解されるであろう。
【００４６】
本明細書で説明する幾つかの例では、磁化軸線は長手方向の磁石の運動に対して概して垂直であるように示されている。しかしながら、磁化軸線の他の配向も可能であるということが理解されるであろう。例えば、磁石構成１７２ｂ、１７２ｃ、１７２ｅ、および１７２ｆは、図示のように位置付けられ、示されているＹ方向に移動させられたときに、垂直でない磁化軸線を生じさせることが可能である。
【００４７】
図５Ｂは、一実施形態で、磁石１０６は、その磁化軸線１８２が長手方向の磁石の運動の方向（矢印１７４で示されている）に対して実質的に垂直となるように位置決めされた双極子磁石であってもよいことを示している。例えば、円筒形状の永久磁石は、そのＮ極およびＳ極が長手方向に対して実質的に垂直な磁化軸線１８２を略形成するように位置決めされてもよい。本明細書で説明されるように、そのような長手方向の運動は、磁石１０６が接続されたシャフト１０２の回転（１２０、１３０）によって起こり得る。また、本明細書で説明されるように、そのような長手方向の運動は、検出部材１０８に対し磁石の長手方向の位置を決定しやすくするように磁石１０６を検出部材１０８に対して動かせてもよい。
【００４８】
図５Ｂに示されている例では、磁化軸線１８２は、磁石の形状（例えば、円筒）の軸線とほぼ同じであってもよい。図５Ｃの例は、磁石１０６で生じた磁力線１８０のより局所的な図を示している。図５Ｃ〜図８Ｂに示されている磁石１０６は、図５Ｂに示されているような双極子磁石との関連で説明されているが、１つまたは複数の双極子磁石を有する他の磁石構成によって、同様の磁場パターンが発生または近似させられることが可能であるということが理解されるであろう。図５Ｃに示された磁化軸線１８２は、検出部材１０８に影響を与える局所的な磁場を示すことが可能である。
【００４９】
一実施形態で、磁石１０６は、検出部材１０８のところもしくはその付近の磁場をあらわす磁化軸線１８２が進行運動方向に対して略垂直であるように、方向付けられていてもよい。一実施形態で、磁化軸線および長手方向の軸線が、検出部材１０８のほぼ中心を通って延在する平面を略画定するように、磁石１０６が位置決めされていてもよい。図３Ｂに示されている例示の座標系との関連で、磁石１０６の磁化軸線は、そのような実施形態において、Ｚ軸線にほぼ沿っている。本明細書で説明されるように、そのような構成は、望ましい特徴を提供することが可能である。
【００５０】
図５Ｃは、検出部材１０８の側面図に対して、磁石１０６の磁極区域のより詳細な図を示している。図示のように、磁石１０６の磁化軸線１８２が、検出部材１０８によって画定された平面に対して概して垂直であるように示されている。
【００５１】
磁石１０６によって生じた磁力線１８０も示されている。図示の磁極がＮ極であると仮定し、複数の磁場ベクトルが、図３Ｂに示されている例示の座標系で分解された形態（ＢＺおよびＢＹ）で示されている。図示のように、磁場ベクトル１８４は、磁化軸線１８２周りにおいて略対称的である。したがって、磁場ベクトル１８４ａのＺ成分は、磁場ベクトル１８４ｄのＺ成分と方向および大きさが概して同一であり、また、ベクトル１８４ａのＹ成分は、ベクトル１８４ｄのＹ成分と方向が反対であるが、大きさが略同一である。同様に、磁場ベクトル１８４ｂは、磁場ベクトル１８４ｃの略鏡像である。
【００５２】
上述に基づいて、ＢＺの平均寄与度は、磁石がＹ方向に沿って移動するときにおいては、所定のＹ＝０の周りに概して対称的である。そのような対称性は図６ＡでＢＺ曲線１９０として示されている。もし、ＢＺ成分が、検出部材１０８によって単独で計測されるとすれば、磁石の位置決定において不明確さがある可能性も、または不明確さがない可能性もある。例えば、もし、磁石の運動が検出部材の長手方向の片側に限定されるように検出部材１０８および磁石１０６が構成されている場合、計測されたＢＺ成分は曲線１９０のＹ＞０の部分のものとなるであろう。そのような状況では、単独のＢＺ成分に基づいての位置決定における不明確さはないようである。しかし、もし、磁石の運動が検出部材の長手方向の両側で可能であるように、検出部材１０８および磁石１０６が構成されている場合、位置決定における不明確さの可能性があり、それは解決され得る。
【００５３】
一実施形態で、進行運動方向（ＢＹ）に沿う磁場成分はＢＺ成分と同時に計測可能である。図５Ｃの例示の磁場表現１８４に基づいて、ＢＹの平均寄与度は、磁石がＹ方向に沿って移動するとき、あるＹ＝０周りに略非対称的である。そのような非対称性は図６ＢのＢＹ曲線１９２として示されている。したがって、Ｙ＝０周りのＢＺの不明確さは、Ｙ＞０のときにＢＹ＞０でありＹ＜０のときにＢＹ＜０であるという非対称性によって解決され得る。
【００５４】
一実施形態で、Ｙ方向に沿った磁石の位置を、ＢＹ成分の値に基づいて特徴づけることができる。しかし、ＢＺ成分を利用することは多くの理由で有利である。例えば、（磁場検出平面に対する）垂直成分の検出は、通常、他の成分よりも好ましい。別の例では、ＢＹ曲線１９２はＹ＝０において値０を通過する。したがって、Ｙ＝０およびＹ＝０の近辺において、ＢＹ成分が０または比較的小さい値を有することとなる。結果的に、Ｙ方向に沿った磁石の移動の中間部分であり得る位置において、ＳＮ比が、受け入れられない程度に低くなることがありうる。一方、ＢＺ成分はＹ方向に沿った磁石の移動の略同一の中間部分において最大値を有する。さらに、ＢＺ成分の最大値は、ＢＹ成分の最大値よりも通常極めて高くなりうる。
【００５５】
図５Ｃに例示の磁石の向きは、上述の特徴に加えて、有利な特徴を提供することができるという他の考慮事項がある。そのような特徴は、磁石の向きの様々な偏りに対して出力（図４の１７０）は比較的に感度が低いということを含むことが可能である。
【００５６】
図７Ａおよび図７Ｂはキャリア１０４に装着された磁石１０６を示しており、それは磁化軸線に沿って示されている。そのような構成に関しては、キャリア１０４によるマウントが実現可能であって、該キャリア１０４は、磁石１０６の少なくとも一部分と同様の形状をした凹部（図９の２６２）（例えば、円筒形状の磁石を受け入れるための円筒形状の凹部）を画定するものである。そのようなマウント構造との関連で言えば、図７Ａおよび図７Ｂは次のようなことを示している：磁化軸線（図７Ａおよび図７ＢのＺ軸線に平行）に対する磁石１０６の方位角の向きが、略対称的な磁場であることから、検出部材（図５Ｃの１０８）に到達する磁場１８０に一般に影響を与えない。異なる方位角方向を示すため、磁石１０６の上に指示部２００が示されている。
【００５７】
一実施形態では、磁石の磁化軸線が実質的にＺ軸線に沿いＸ軸線およびＹ軸線の両方に垂直となるように、磁石１０６がキャリア１０４に装着されることが好ましい。しかし、様々な理由によって、磁化軸線はＺ軸線から偏向することがあり、そのような偏向の例が図８Ａおよび図８Ｂに示されている。
【００５８】
図８Ａでは、磁石−キャリア組立体の側面図により、装着された磁石の軸線１８２がＺ軸線（２１０として示されている）から偏向し磁石１０６がＹ方向に傾いていることが示されている。図８Ｂでは、磁石−キャリア組立体の端面図により、装着された磁石の軸線１８２がＺ軸線（２１０として示されている）から偏向し、磁石１０６がＸ方向に傾いていることが示されている。ある状況では、磁石１０６は、図８Ａおよび図８ＢのＸ傾斜およびＹ傾斜の組み合わせを生じさせるように傾くことがある。
【００５９】
もし、磁石１０６が上記のように傾いている場合、磁場パターンが、図６Ａおよび図６Ｂのような理想的パターンから逸脱する可能性がある。ＢＺ成分がＢＹ成分よりも比較的大きく、Ｚ軸線に対する偏向角が相対的に小さいことから、ＢＺの正味の影響は相対的に小さい。さらに、たとえＢＺ成分および／またはＢＹ成分にかなりの偏向があるとしても、本明細書で説明されるような一実施形態では、プログラム可能性（プログラム可能であること）によりそのような偏向が示され、したがって、磁石の配向に対して出力を比較的低感度にすることができる。
【００６０】
図９〜図１１は、回転センサ１００の構成例の様々な図を示している。図９は、分解図２２０を示している。図１０Ａは、模式的切断組立図３００を示している。図１０Ｂは、切断組立側面図３１０を示している。図１１は、模式的組立図３２０を示している。
【００６１】
シャフト１０２は、図示のように、第１の端部２３０を有しており、その第１の端部２３０は、外部要素（図示せず）からシャフト１０２にトルクを伝達することを容易にするように構成されている。図示の例では、そのような目的のためのスロット３０２（図１０Ａ）が第１の端部２３０によって画定されている。多数の異なる構成が可能であるということが理解されるであろう。
【００６２】
シャフト１０２は、第２の端部２３２も有しており、それは、キャリア１０４に接続するように構成されている。図示の例では、シャフト１０２の第２の端部２３２と、キャリア１０４の係合開口部２６０とによって係合ネジ部パターンが画定されており、これにより、シャフト１０２の回転に応じてキャリア１０４の進行運動が容易になる。
【００６３】
シャフト１０２の第２の端部２３２は、キャリア１０４の移動を限定するための保持クリップ２５６を受け入れるような寸法とされている。第２の端部２３２は先端部２３４（図１０Ａ）を含み、この先端部２３４は、凹部３０４（端部キャップ２７２によって形成され同様の寸法となっている）によって受け入れられるような寸法となっており、これにより、シャフトの第２の端部２３２が制限される。
【００６４】
図示の例では、シャフト１０２の第１および第２の端部（２３０、２３２）の間の部分は、スリーブ２５０に形成された開口部２５２の中に支持されるようような寸法となっている。スリーブ２５０は、ブッシング２４０およびワッシャ２５４によりハウジング１１０に固定されるような寸法となっている。これにより、スリーブ２５０と端部キャップ２７２の凹部３０４とでシャフト１０２が支持され、シャフトは、ハウジング１１０に対して正確に回転可能となっている。また、ブッシング２４０（および、したがってハウジング１１０）に対するシャフト１０２の長手方向の運動は、保持ワッシャ２４２およびワッシャ２５４によって制限される。
【００６５】
一実施形態では、ブッシング２４０は雄ネジ部を有していてもよく、この雄ネジ部は装着ナット２４４と噛み合ってセンサ組立体の装着を可能にする。図１０Ｂに示すように、装着ナット２４４とハウジングとの間に調整空間３１２が設けられプレートのような様々な寸法の構造体への装着が容易になるように、ブッシングのネジ部のパターンは選択可能である。ワッシャ２４６により、そのような装着をさらに容易にすることができる。
【００６６】
ある状況では、センサ組立体の全体形状を特定形態にすることが望ましいことがある。例えば、設計によっては、長手方向に見たときに丸い形態のハウジングが要求されることがある。より具体的には、設計選択によっては、シャフトの長手方向の軸線に対して円形形状のハウジングが要求されることがある。しかし、もし、ハウジング内部が円形形状にされ、かつ、キャリア中心を通って延在するシャフトと共にキャリアも円形形状にされている場合、何らかの回転抑制機能がないとするとシャフトの回転に応じてキャリアが回転することが抑制されないおそれがある。
【００６７】
そのため、一実施形態では、ハウジング１１０の側壁部２７０は長手方向に見たときに「Ｕ字」形状に形成可能であり、また、それに合わせてキャリアが形成される。一実施形態では、「Ｕ字」の曲線部分は、実質的に半円形状であることが可能であり、シャフト１０２の長手方向の軸線は、そのような２つの半円によって形成されことになる円形の中心に位置決めされていてもよい。そのような構成は、前述の円形の設計選択の少なくともいくつかを収容することが可能である。一実施形態では、「Ｕ字」の側部は、キャリア１０４が回転することを抑制するように上方に延在していてもよい。
【００６８】
一実施形態では、「Ｕ字」形状の側壁部２７０の上部部分がほぼ平坦であってもよく、これにより、平坦な回路基板に形成可能な回路組立体２８０が収容される。図示の例では、回路組立体２８０は、プリント回路基板の上の実質的な完成ユニットとして形成可能であり、プリント回路基板は、側壁部２７０の上部部分付近に形成された溝部２７６内をスライドするような寸法となっている。
【００６９】
図９に示すように、一実施形態で、例示のキャリア１０４も側壁部２７０にフィットする「Ｕ字」形状を有し、シャフト１０２の回転に応じて、その中を長手方向にスライド可能である。キャリア１０４の上部部分は、側壁部２７０同様、回路組立体２８０を収容するように略平坦であってもよい。キャリアの「Ｕ字」形状の高さは、検出部材１０８から所望のＺ距離（図３Ｂの例示の座標系を参照）において、その上に（凹部２６２を介して）磁石１０６を装着することを可能とするように選択可能である。
【００７０】
回路組立体２８０は、図示のように、１つまたは複数の電気接点２８２を含んでいてもよく、それらの接点は、端部キャップ２７２に適切に形成された穴を通じてハウジング１１０から延在していてもよい。一実施形態で、シール部材２７４が設けられていてもよく、このシール部材２７４は、回転センサデバイスの組立てを容易にし、ハウジング１１０の中の様々な要素に対して少なくともいくらかのシール機能を提供する。そのようなシール部材は、ガスケット、エポキシ、または、幾つかのそれらの組合せを含むことが可能である。
【００７１】
図１１は、回転位置センサの模式的組立図３２０を示している。本明細書で説明されるような様々な要素の構成例および配置によって、回転位置センサは、特定の設計基準を満たしながら、比較的に簡易でかつコンパクトなパッケージで、磁場を検出する機能を提供できるということが分かる。
【００７２】
図１１および図１２Ａに示すように、一実施形態で、ハウジングの側壁部２７０は、シールド２９０を容易に装着および除去できるように形成されたスロット３２４を有していてもよい。ある状況では、回転位置センサは、外部の電場および／または磁場、および／または放射線にさらされることがある。
【００７３】
検出部材１０８は磁場を検出することで作動するものであるので、正確な計測のためには、磁場を、磁石１０６からの磁場に制限することが望ましい。したがって、一実施形態では、シールド２９０は、比較的高い透磁率を有する材料で形成可能である。例えばシールド２９０を形成するために、パーマロイおよびミューメタルなどの金属合金を使用可能である。
【００７４】
図示のように、シールド２９０は、側壁部２７０の上部部分３２２に実質的に適合するような形状であってもよい。一実施形態で、カバー２９２は、その縁部をスロット３２４内にスライドさせて、カバー部分２９２と側壁部２７０の上部部分３２２との間にシールド２９０を挟み込むような寸法であってもよい。一実施形態で、カバー２９２は、（スロット３２４に装着されるために）シールド２９０よりも複雑なその形状を実現するために、プラスチックで比較的容易に形成可能である。
【００７５】
ある作動条件では、回転位置センサは、Ｘ線、ガンマ線、荷電粒子、中性子、および／または他の電離放射線などの放射線にさらされる可能性がある。そのような放射線は、とりわけ長期間さらされると、回転センサの１つまたは複数の部品に対して有害な影響を有する可能性がある。例えば、検出部材１０８が、半導体材料および／または部品から形成される実施形態では、あるいは、半導体材料および／または部品に基づいて形成される実施形態では、放射線にさらされることによって、検出性能が劣化するおそれがある。
【００７６】
図１２Ｂは、一実施形態で、例示のシールド２９０が、ハウジング２７０を完全に取り囲むことなく、放射線３２８から検出部材１０８を効果的に遮蔽することを提供することが可能であることを示している。放射線３２８の概略の方向が知られている一般状況では、シールド２９０が検出部材１０８および／または他の（１つまたは複数の）要素を放射線から覆ってそれらがさらされることを低減するように、回転位置センサが方向付けられていてもよい。
【００７７】
例えば、回転位置センサが、放射線に基づく治療デバイスまたは撮像デバイスのための患者用可動プラットフォームの位置を監視するために使用されることを考える。そのようなプラットフォームの多くは、スクリュージャッキによって動かされ、そのようなスクリュージャッキの回転を回転位置センサによって監視することで、プラットフォーム位置についての情報が提供される。そのような制御された臨床状況では、治療デバイスまたは撮像デバイスに関連する放射線の方向および量は、一般的によく知られている。したがって、シールド付きの回転位置センサは、放射線からの遮蔽効果を提供するように方向付けられていてもよい。
【００７８】
一実施形態で、放射線シールド２９０は、特定の放射線の強度を弱めることでそのような放射線からの遮蔽効果をもたらすように、形成および寸法付けられていてもよい。重原子核を有する鉛のような材料は、Ｘ線およびガンマ線を遮蔽するのに適しているが、プラスチックまたはアクリルガラスなどのような比重の小さい材料は、エネルギ電子に対して適している。他のタイプの放射線に対して、他の材料も可能である。
【００７９】
本明細書で説明されるように、容易に取付け／取外し可能なシールドを使用することは、放射線の安全性との関連で有利な特徴を提供しうる。放射線を劣化させる性能により、内部部品が遮蔽されているので、回転位置センサはより長い耐用年数を有することが可能である。長期間さらされることにより自身に与えられた放射線のためシールドを取り換える必要があるときには、シールドは、比較的容易に取り換えることができ、また、放射性シールドが比較的小さいサイズで簡易な形態であるため、安全に容易に格納または廃棄可能である。
【００８０】
図１３Ａ〜図１３Ｆは、回転位置センサの一部分として使用可能なハウジング２７０の様々な非限定的な例を示している。また、本明細書で説明されるような１つまたは複数の特徴を有するシールド２９０の非限定的な例示の構成が示されている。
【００８１】
図１３Ａは、例示のハウジング構成５００を示している。ここでは、ハウジング２７０は、曲面の壁部５０２と、第１および第２の壁部５０４ａ、５０４ｂとを含み、これらの壁部は、「Ｕ字」形状壁部を形成するように曲面の壁部５０２から延在している。Ｕ字形状の壁部によって提供されることができる有利な特徴の例は、図９および図１０を参照して、本明細書で説明されている。
【００８２】
図１３Ａは、一実施形態で、キャリア１０４が、Ｕ字形状の壁部内側にほぼ一致し、Ｕ字形状の壁部の内部に対し長手方向に移動するように形成されていてもよいことをさらに示している。キャリア１０４の様々な特徴（例えば、検出部材１０８に対して長手方向の移動ができるようにシャフト１０２と接続すること、および、磁石１０６を保持すること）は、本明細書で説明されている。
【００８３】
図１３Ｂは、一実施形態で、曲面の壁部は、円形部５１６の一部分によって画定されていてもよいことを示している。例えば、例示のハウジング構成５１０では、曲面の壁部は、円形部５１６の一部である半円形部５１２によって画定されていてもよい。一実施形態で、曲面の壁部を画定する円形部の一部分は、半円形部に関連して約１８０度よりも大きいかまたは小さく延在する円弧であることが可能である。図１３Ｂに示されている例では、半円形壁部５１２を画定する円形部５１６の中心は、シャフト１０２の中心と実質的に同軸であることが可能である。
【００８４】
図１３Ｂにさらに示すように、第１の壁部５１４ａおよび第２の壁部５１４ｂは、ハウジング２７０のＵ字形状の壁部を形成するように半円形壁部５１２から延在していてもよい。一実施形態では、キャリア１０４は、Ｕ字形状の壁部の曲線部分内部に実質的に一致するように形成可能である。例えば、キャリア１０４の曲線部分は、例示の半円形壁部５１２に一致するように、図示された円形部５１８の一部分である半円形部によって画定可能である。
【００８５】
図１３Ｃおよび図１３Ｅは、Ｕ字形状のハウジングの上部部分が、多数の異なる方式で構成可能であるということを示している。図１３Ｃの例示の構成５２０は、キャップ壁部５２４が、５２２ａ、５２２ｂで示された実質的に四角の角部を形成するように、側壁部（例えば、図１３Ｂの５１４ａ、５１４ｂ）に接続可能であることを示している。図１３Ｅの例示の構成５４０は、キャップ壁部５４４が、５４２ａおよび５４２ｂとで示された丸い形の角部を形成するように、側壁部（例えば、図１３Ｂの５１４ａ、５１４ｂ）に接続可能であるということを示している。
【００８６】
図１３Ｄおよび図１３Ｆは、本明細書で説明されるような１つまたは複数の機能を有するシールド２９０は、多数の方式で形成可能であるということを示している。図１３Ｄの例示の構成５３０では、シールド２９０は、図１３Ｃのハウジングの例示の四角形状の角部（５２２ａ、５２２ｂ）の上部部分に、ほぼ一致するように形成でき、シールド２９０は、５３２ａおよび５３２ｂで示された略四角形の角部を含むようになるということを示している。図１３Ｆの例示の構成５５０は、シールド２９０は、図１３Ｅのハウジングの例示の丸い形の角部（５４２ａ、５４２ｂ）の上部部分に、概して適合するように形付け可能であり、シールド２９０は、５５２ａおよび５５２ｂとして示された概して丸い形の角部を含むようになるということを示している。
【００８７】
図１３Ａ〜図１３Ｆを説明する目的のために、「上部」および「側部」などの用語は、Ｕ字形状の壁部に関連する異なる部品の相対的な位置との関連で使用され、回転位置センサが、全体としてそのように位置付けられる必要があるということを意味すると解釈されるべきでないということが理解されるであろう。明確化のために、Ｕ字形状のハウジングを有する回転位置センサの実施形態に対して、センサは、必要または要望に応じて、任意の態様（例えば、上部が開いている「Ｕ字」、下部が開いている「Ｕ字」、横が開いている「Ｕ字」、またはそれらの任意の組合せ）で方向付けられていてもよいことが理解されるであろう。
【００８８】
図４を参照して本明細書で説明するように、回転位置センサ１００の一実施形態は、例えばセンサ１００の較正レンジおよび作動ダイナミックレンジに関してプログラム可能な機能を有していてもよい。図１４および図１５は、そのようなプログラム可能性の例を示している。
【００８９】
図１４において、較正システム３３０は制御装置３３２を含んでいてもよく、この制御装置３３２は、制御されたシャフト１０２の回転（矢印３３８）を実現するためにアクチュエータ３３６（ライン３３４として示されている）に接続されている。制御された回転（例えばステップ状）に応じて、磁石１０６がハウジング１１０内の選択長手方向の運動範囲（３５０として示されている）において検出部材１０８に対して移動することが示されている。制御されたそれぞれの磁石の位置において、出力信号は、コネクタ３４２を介した接点２８２を通して収集可能であり、そのような信号は、処理のために制御装置３３２へ提供可能である（ライン３４０）。
【００９０】
前述の態様で得られた較正データ３６０は、多数の方式で表すことが可能である。図１５の例のグラフ３６０に示されているように、電圧などの出力と角度位置αなどの入力との関係を得てもよい。多数の角度位置において得られた（例えば、Δα毎に得られた）複数の較正データ点３６２についての、直線３８０のような曲線は、出力電圧および入力角度位置との間の関係を示すのに適していることが可能である。そのような代表的な曲線に適するということは、一般的に知られている多数の方式で実現可能である。
【００９１】
ある状況では、較正データ点の（１つまたは複数の）位置は、代表的な曲線から体系的に偏向する可能性がある。例えば、角度位置αの上限近辺のデータ点は、直線３８０（角度範囲の主要部分の代表）から偏向しているように示されている。そのような偏向は、多数の理由によって起こりうる。説明する目的のために、体系的な偏向は、偏向曲線３７０によって表されるように示されている。
【００９２】
一実施形態で、所望の出力表現を生じさせるように出力を調整するために、１つまたは複数の補正を行うことが可能である。例えば、出力電圧が、角度位置αの画定された範囲内において実質的に線形関係として表すことができるように、体系的な偏向３７０が調整可能（矢印３７２）である。
【００９３】
一実施形態で、較正された入力と出力との関係についての情報は、回転位置センサ１００の作動中に取り出せるように格納可能である。例えば、そのような情報は、ルックアップテーブル、関係を代表するアルゴリズムに対する１つまたは複数のパラメータ（例えば、もし線形関係が使用されるなら、傾斜および中断パラメータ）などを含む多数のフォーマットのうちの１つで、図４のメモリ要素１５２に格納可能である。
【００９４】
図１６は、図１４および図１５を参照して説明された較正プロセスの１つまたは複数の特徴を実現するために実施されうる例示のプロセス４００を示している。プロセスブロック４０２では、角度位置センサ１００のシャフトは、回転運動の所望範囲の第１のリミット（例えば下限）を示す第１の位置（α１）まで回転してもよい。次に、プロセス４００は、インクリメンタルステップにおいて計測が行われる反復シーケンスに入ることが可能である。そして、決定ブロック４０４において、プロセス４００は、現在の角度位置αが、回転運動の所望範囲の第２のリミット（例えば上限）を示す第２の位置（α２）よりも小さいかどうかを決定する。もし、答えが「はい」ならば、プロセス４００は、計測の別の反復を継続する。プロセスブロック４０６では、現在のシャフト位置αで較正計測値を得ることができる。プロセスブロック４０８では、シャフト位置をΔαずつ徐々に増やして変化させてもよく、プロセス４００は、最新の角度位置で決定ブロック４０４の試験を実施することが可能である。
【００９５】
もし、決定ブロック４０４において、答えが「いいえ」ならば、（もしあるなら）体系的な補正が、プロセスブロック４１０において随意的に適用可能である。プロセス４１２において、代表的な出力応答（例えば、線形出力応答）を得ることが可能である。プロセスブロック４１４において、代表的な出力応答についての情報は、角度位置センサ１００の作動中に取り出して使用できるように格納可能である。
【００９６】
一実施形態で、較正の特性が、承認されていない較正および／または出力応答についての情報を変更することを禁止するロック機構を含んでいてもよい。ある状況では、そのようなロックは、加工施設などのような承認された設備において実施される較正プロセスの後に生じることが可能である。
【００９７】
ある状況では、較正特性および／または較正情報をロックした後に、調整、カスタマイズなどのための少なくともいくらかの性能を提供することが望ましいことがある。一実施形態で、較正特性は、承認された関係者がそのような機能の少なくともいくらかをロック解除できるようにするキー（例えば、電子キー）を、さらに含んでいてもよい。ロックする、ロック解除する、および前述についての関連の動作は、既知の態様で実現可能である。
【００９８】
図１４〜図１６を参照した前述の説明では、出力と入力との線形関係は、多数の可能な関係のうちの１つであるように説明されている。一実施形態で、そのような線形関係は、検出部材１０８に対する磁石の進行位置から生じることが可能である。
【００９９】
例えば、一実施形態で、検出部材１０８は、磁場の３つの成分（ＢＸ、ＢＹ、ＢＺ）を検出する性能を有する集積回路であってもよい。そのような集積回路（ＩＣ）は、例えば、Ｍｅｌｅｘｉｓ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｙｓｔｅｍｓによって製造されるホール検出モノリシックセンサＩＣ（ＭＬＸ９０３３３モデル）を含むことが可能である。例示のＩＣベースのセンサ部材についての追加的な情報は、製造者のウェブサイトｈｔｔｐ：／／ｍｅｌｅｘｉｓ．ｃｏｍにおいて入手可能な様々な文献（アプリケーションノートを含む）において見つけることが可能である。
【０１００】
２つ以上の磁場成分を検出する性能を有するセンサ部材（例示のＭｅｌｅｘｉｓセンサなど）について、ＢＺおよび長手方向の成分（例えば、ＢＹ）は、（センサ部材に対する）磁石の長手方向位置とほぼ線形関係を有する量を生じさせることが可能である。例えば、θ＝ａｒｃｔａｎ（ＢＹ／ＢＺ）（θは、図５Ｃに示されるように画定される）は、Ｙ軸線に沿って磁石の長手方向位置に対してほぼ線形の応答を生じさせることが可能である。
【０１０１】
一実施形態で、そのような例示の量θとＹ位置との間のほぼ線形の関係は、量θとシャフトの角度位置（α）との間のほぼ線形の関係を得るために拡張可能である。シャフトの角度位置（α）は、通常、実質的に一様なネジ部によって接続された磁石キャリアの進行運動と線形関係を有するので、そのような関係の拡張は容易にできる。
【０１０２】
一実施形態で、シャフトの角度位置（α）と磁場の量θとの間の例示の線形関係には、所望の出力範囲の選択を可能にする振幅パラメータを与えることが可能である。例えば、振幅パラメータは、約０と５ボルトとの間の範囲において出力値を生じさせるように選択可能である。
【０１０３】
前述の例は、磁場成分の幾つかの組合せから生じうる略線形の特性との関連で説明されているが、そのような検出された量は、最初に線形である必要は必ずしもないということが理解されるであろう。例えば、図６を参照して説明された例示のＢＹおよび／またはＢＺ成分は、一般的に既知の技術を較正データ点および／または代表曲線に適用することによって、直線にすることが可能である。
【０１０４】
一実施形態で、回転位置センサ１００の出力は、入力回転に応答して線形である必要は全くない。しかし、シャフトの角度位置のそれぞれは、独自の対応する出力を有することが好ましい。
【０１０５】
本明細書で説明された様々な例では、回転位置センサ１００の出力は、電圧であるとして説明される場合がある。しかし、出力は、多数の異なる形態であり得るということが理解されるであろう。出力は、デジタルフォーマットまたはアナログフォーマットのいずれかであり、それに限定されないが、パルス幅変調またはシリアルプロトコルに基づいた信号を含んでいてもよい。
【０１０６】
一実施形態では、回転位置センサ１００の出力は、処理されたフォーマットであることが可能である。そのような処理は、例えば、増幅および／またはアナログ−デジタル変換を含んでいてもよい。
【０１０７】
一実施形態では、磁石の進行位置（そして、したがってシャフトの角度位置）を検出することによって、そのような位置が変化する速度を決定すること可能にすることができる。したがって、図１７に模式的に示すように、センサシステム４２０は、本明細書で説明されるような特徴を有する位置決定部４２２と、任意で速度部４２４とを含むことが可能である。一実施形態で、速度部は、本明細書で説明されるような位置計測と時間情報（例えば、サンプリング期間）とを組み合わせることによって、シャフトの瞬間的な回転速度の平均または概算を決定するように構成可能である。一実施形態で、そのような速度決定は、シャフトの角度加速度の評価に拡張可能である。
【０１０８】
図１８Ａおよび図１８Ｂは、回転位置センサを使用可能なシステムの非限定的な例を模式的に示している。図１８Ａに示されている１つの例示のシステム４３０では、回転位置センサ４４０は、アクチュエータ４３２と制御されたデバイス４４４との間に配置されていてもよく、このデバイス４４４は、機械的連結４３６を介してアクチュエータ４３２によって機械的に駆動される。したがって、アクチュエータ４３２の機械的な出力（矢印４３４）は、例えば、シャフトを介してセンサ４４０に接続可能であり（矢印４３８）、その機械的な駆動は、センサ４４０を通じて持続し、制御されたデバイス４４４へ伝達されてもよい（矢印４４２）。
【０１０９】
センサ４４０は、例えば、機械的連結の回転状態（例えば、シャフトの回転位置）の決定を容易にするように、本明細書で説明されるように作動することが可能である。図示のように、センサ４４０は制御装置４５０と連通していていてもよく、この制御装置４５０は、センサの出力に応じてアクチュエータ４３２を制御（ライン４５２）するように構成されている。一実施形態では、アクチュエータ４３２（および、したがって制御されたデバイス４４４）をそのように検出および制御することは、フィードバック制御システムとして構成可能である。
【０１１０】
図１８Ｂは、図１８Ａのシステムの変形形態であり得る別の例示のシステム４６０を示している。例示の構成４６０では、機械的連結４６６は、アクチュエータ４６２から機械的出力（矢印４６４）を受け、別々の機械的出力４７２および４６８を提供するように構成されていてもよい。出力４７２は制御されたデバイス４７４に提供可能であり、出力４６８はセンサ４７０に提供可能である。図１８Ａに例示のシステム４３０と同様に、センサ４７０は、アクチュエータ４６２を制御（ライン４８２）するように構成された制御装置４８０に出力４３４を提供することが可能である。繰り返しになるが、そのような検出およびアクチュエータ４６２を制御することは、フィードバック制御システムとして構成可能である。
【０１１１】
図１８Ａおよび図１８Ｂを参照して説明されるように、例示の構成４３０は、直列型監視システムであると考えることが可能であり、例示の構成４６０は、並列型監視システムであると考えることが可能である。また、他の監視および／またはフィードバック構成も可能である。
【０１１２】
図２〜図１８の例示の回転センサ１００との関連で説明されているが、本開示の１つまたは複数の特徴は、他の回転センサの設計を用いて実施可能であることが理解されるであろう。図２〜図１８の回転センサ１００の例示の関連では、図１の位置検出デバイス６００は、図１９〜図２１に示されているデバイス６１０として実施可能である。図１９は、デバイス６１０の組立図を示している。図２０は、デバイス６１０の分解図を示している。図２１は、デバイス６１０の切断図を示している。
【０１１３】
図２０の分解図に示すように、図１の回転センサ６０４は、センサ組立体６３０として実装可能である。そのようなセンサ組立体についての追加的な詳細は図２〜図１７を参照して本明細書で説明されている。
【０１１４】
図２０および図２１は、一実施形態で、図１の角度位置センサ６０２はセンサ組立体６２０として実装可能であるということを示している。角度位置センサ６２０は磁石７０２を含むことが可能であり、磁石７０２は、装着部材７０４によってデバイス６１０の回転可能軸６３２に装着されている。角度位置センサ６２０は、回路基板７０６に装着された磁気センサ７００をさらに含むことが可能である。一実施形態では、角度位置センサ６２０は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）の一部であるように構成可能である。一実施形態では、磁石７０２と磁気センサ７００とは、実質的に非接触となるように互いに位置決めされていてもよい。磁石７０２および磁気センサ７００に関連する例の追加的な詳細は、本明細書でより詳しく説明されている。
【０１１５】
図２２Ａおよび図２２Ｂは、磁石７２２（図２０および図２１の７０２）の例示の構成７２０、ならびに磁気センサ７２６（図２０および図２１の７００）に対するその非接触の位置についての分離された側面図および軸線方向図を模式的に示している。磁石７２２は、回転可能軸７２４（図２１の６３２）に装着されるように示されている。図２２Ａおよび図２２Ｂでは、磁石ホルダ（例えば、図２０および図２１の７０４）は示されていない。
【０１１６】
一実施形態で、可変の直交および平行の磁束を磁気センサ７２６に生じさせるように、磁石７２２は直径に沿って双極性に磁化されていてもよい。一実施形態で、そのような磁石は、例えば、約１ｍｍ±０．５ｍｍの作動距離だけ磁気センサから分離されていてもよく、磁気センサ７２６は、磁石７２２の角度位置を１０〜１４ビットの分解能で読み取るように構成可能である。また、他の分離距離および／または他の分解能も利用することが可能である。
【０１１７】
図２３Ａ〜図２３Ｄは、磁気センサ７２６に対する図２２Ａ、図２２Ｂの磁石７２２（およびしたがって回転可能軸７２４）の角度位置を決定するように、どのようにそのような磁束を検出できるかについての例を示している。一実施形態で、磁気センサ７２６は、Ｈ１〜Ｈ４として示されているホール効果センサを有する直交ホール効果センサ組立体７５２を含んでいてもよい。そのようなホール効果センサは、一体型のセンサとして形成されても、または形成されなくてもよい。磁気センサ７２６はホール効果センサとの関連で説明されているが、他のタイプのセンサも、実装可能であるということが理解されるであろう。例えば、正弦−余弦磁気抵抗センサ（ＭＲ）または巨大磁気抵抗センサ（ＧＭＲ）を、例えば、ブリッジ構成で利用することが可能である。
【０１１８】
図２３Ａは、幾つかの実施で、磁気センサ組立体７５２は、正弦−余弦センサとして作動するように構成可能であり、磁気センサ組立体７５２における直交および平行の磁束（例えば、図２３Ｂの７６０）の変化は、直角位相の正弦および余弦として近似可能であるということを示している。ホール効果センサのそのような出力はアナログインターフェイス７５０によって処理可能であり、そのインターフェースは、１つまたは複数の出力（７５８）を生じさせるように、増幅および調整（７５４）ならびにデジタルデータ（７５６）への変換などの機能を提供するように構成されている。一実施形態では、前述の読み出し装置の後置部分は、Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａおよびシリアル通信性能を備えたプログラム可能なインターフェースを提供するように構成可能である。
【０１１９】
図２３Ａおよび図２３Ｂに示されている例では、ホール効果センサＨ１〜Ｈ４は、それぞれ＋正弦、＋余弦、−正弦、−余弦の信号を出力するように示されている。そのような信号は、電流（Ｉ）と磁場（Ｂ）との相互作用から生じるホール電圧（ＶＨ）に基づくものであってもよい。したがって、そのような信号を検出することは、以下のように表すことができる磁束値Ｈ１〜Ｈ４を生じさせることが可能である。
【０１２０】
【数１】
したがって、
【０１２１】
【数２】
【０１２２】
異なる読み出しに基づき、信号は、正弦および余弦信号として近似可能である。そのような信号は、磁気センサに対する磁石の角度変位（Ａ）を計算するために使用可能である。例えば、量Ａを以下のように評価することが可能である。
【０１２３】
【数３】
【０１２４】
したがって、図２３Ｃに示すように、直交位相における正弦および余弦信号（７８４、７８０）の読出しは、位相角αと線形であるとして評価することができる磁石の角度変位（Ａ）を生じさせることが可能である。そのような線形の推定が傾斜線７８２、７８６、および７８８によって示されている。
【０１２５】
一実施形態で、ホールセンサの振幅は、機械的なミスアライメント、内部の磁場変化、温度変化、および／または外部の磁場などの効果によって変化することが可能である。しかし、図２３Ｄに示すように、そのような効果は、信号振幅に影響を与える可能性があるであろうが、正弦／余弦比には影響を与えないであろう。したがって、正弦／余弦比または位相角αによって角度変位を評価する前述の例は、安定したセンサを生じさせることが可能である。
【０１２６】
図１９〜図２１の例示のデバイス６１０を参照して、０から３６０度の範囲において角度位置センサ６２０が前述の角度変位値Ａを生じさせることを考える。さらに、そのような角度変位値Ａを、例えば、１４ビットの分解能によって計測することが可能であるということを考える。一実施形態で、デバイス６１０の高い分解能は、角度位置センサ６２０によって提供可能であり、回転センサ６３０が比較的低い分解能（例えば、４ビット）を備え、回転可能軸６３２によってなされた回転数を計数するように構成可能である。そのような構成によれば、角度位置センサ６２０によって回転運動の全範囲を通じて提供された角度毎の分解能を維持することが可能であり、ある状況では、回転運動は、回転可能軸６３２の複数の回転を含むことが可能である。したがって、角度位置センサ６２０の高分解能と組み合わせられて回転カウンタとして作動する回転センサ６３０は、回転運動の広い範囲にわたって高分解能の位置検出デバイスを生じさせることが可能である。
【０１２７】
角度位置センサ６２０が１４ビットの分解能を提供するように構成され、回転センサ６３０が４ビットの性能を提供するように構成された前述の例では、回転センサ６３０は、０から１５までの回転数を決定することができる。それぞれの回転の中で、角度位置センサ６２０は、約０．０２°（３６０／（２＊＊１４））の角度分解能を提供することが可能である。回転センサ６３０が回転数の情報を提供しているので、０から１５度の範囲の中の任意の回転の角度位置は、０．０２°の分解能の利益を享受できる。したがって、全範囲の運動についての角度分解能は、０．０２°に維持され、０以上１５以下の回転の範囲にわたり１８ビットの角度分解能を効果的に生じさせる。
【０１２８】
もし、角度位置センサ６２０が使用されない場合、デバイス６１０の角度分解能は、（図２〜図１８を参照して説明されたような）直線位置検出モードで作動する回転センサ６３０に依存してもよい。そのようなモードでは、所定の角度分解能を維持するために、回転数を増加させることがビット分解能の増加を伴ってもよい。
【０１２９】
したがって、本明細書で説明されるように、回転計数能力を含むように構成された、角度位置センサ（例えば、６２０）および回転センサ（例えば、６３０）の組合せにより、複数の回転にわたり高い角度分解能を有するデバイスが構成されうる。本明細書で説明される１つまたは複数の概念は、他の構成で実施可能であるということが理解されるであろう。例えば、回転を計数することは、ある他の検出デバイスによって提供可能である。さらに、角度変位は、１つまたは複数の他の技術を使用して計測可能である。
【０１３０】
一実施形態で、図２〜図１８を参照して説明された回転センサに関連した遮蔽、ハウジング、および／または較正などの様々な特徴のいくつかまたは全ては、図１９〜図２１を参照して説明された位置検出デバイス６１０において実施可能である。
【０１３１】
本開示は、様々な特徴を説明しており、そのうちの１つだけが、単独で、本明細書で説明される利益に関与しているのではない。当業者には明らかであるように、本明細書で説明される様々な特徴は、組み合わせられ、修正され、または省略可能であるということが理解されるであろう。本明細書で具体的に説明されるもの以外の、他の組合せおよびサブコンビネーションが、当業者には明らかであろう。そして、それらは、この開示の一部を形成することが意図されている。様々な方法が、様々なフローチャートステップおよび／またはフェーズに関連して、本明細書で説明されている。多くのケースでは、フローチャートに示された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／またはフェーズとして実施されることができるように、特定のステップおよび／またはフェーズを一緒に組み合わせることが可能であるということが理解されるであろう。また、特定のステップおよび／またはフェーズは、別々に実施される追加的なサブコンポーネントに分解可能である。ある場合では、ステップおよび／またはフェーズの順序は、再編成可能であり、特定のステップおよび／またはフェーズは、完全に省略可能である。また、本明細書で説明された方法は、変更可能であり、また、本明細書で示され説明された、それらに対する追加的なステップおよび／またはフェーズも実施することが可能であるということが理解されるべきである。
【０１３２】
本明細書で説明されたシステムおよび方法のある観点は、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使用して、有利に実施可能である。コンピュータソフトウェアは、実行時に本明細書で説明された機能を実施するコンピュータ可読媒体（例えば、一時的でないコンピュータ可読媒体）に格納されたコンピュータ実行可能コードを含むことが可能である。一実施形態で、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。本開示を参照して、当業者は、汎用コンピュータで実行されるソフトウェアを使用して実施されることができる任意の特徴または機能が、ソフトウェア、ハードウェア、またはファームウェアの異なる組合せを使用して実施されることも可能であるということを認識するであろう。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して、完全にハードウェアの中で実施可能である。別法としてまたは追加的に、そのような特徴または機能は、汎用コンピュータを使用するよりも、本明細書で説明された特別の機能を実施するために設計された専用コンピュータを使用して、完全にまたは部分的に実施可能である。
【０１３３】
複数分散コンピューティングデバイスを、本明細書で説明されたコンピューティングデバイスの任意の１つの代わりに用いることが可能である。そのような分散型の実施形態では、ある機能がそれぞれの分散コンピューティングデバイスで実施されるように、１つのコンピューティングデバイスの機能は、（例えば、ネットワークにわたり）分散される。
【０１３４】
ある実施形態を、等式、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可能である。これらの方法は、１つまたは複数のコンピュータで実行可能なコンピュータプログラム指令を使用して実施可能である。また、これらの方法は、それぞれ別々のコンピュータプログラム製品として、または装置もしくはシステムのコンポーネントとして実行されることも可能である。この点で、それぞれの等式、アルゴリズム、ブロック、またはフローチャートのステップ、およびそれらの組合せは、コンピュータ可読プログラムコードロジックで具現化された１つまたは複数のコンピュータプログラム指令を含むソフトウェア、ハードウェア、および／またはファームウェアによって実施可能である。認識されるように、それらのコンピュータプログラム指令は、マシーンを作るために、汎用コンピュータまたは専用コンピュータの限定なしに１つまたは複数のコンピュータにロードされ、または、他のプログラム可能な処理装置にロード可能であり、（１つまたは複数の）コンピュータまたは（１つまたは複数の）他のプログラム可能な処理デバイスで実行されるコンピュータプログラム指令は、等式、アルゴリズム、および／またはフローチャートで特定された機能を実施するようになっている。また、それぞれの等式、アルゴリズム、および／またはフローチャート図の中のブロック、ならびにそれらの組み合わせは、特定の機能もしくはステップ、または、特殊目的のハードウェアおよびコンピュータ可読プログラムコードロジック手段を実施する特殊目的のハードウェアベースのコンピュータシステムによって実施可能であるということも理解されるであろう。
【０１３５】
さらに、コンピュータ可読プログラムコードロジックにおいて具現化されるようなコンピュータプログラム指令をコンピュータ可読メモリ（例えば、一時的でないコンピュータ可読媒体）に格納することも可能である。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プログラム可能な処理デバイスに特定の態様で機能するように指示することが可能であり、コンピュータ可読メモリに格納された指令は、（１つまたは複数の）フローチャートの（１つまたは複数の）ブロックにおいて特定された（１つまたは複数の）機能を実施するようになる。また、コンピュータプログラム指令は、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にロードされ、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において実施される一連の作動ステップを引き起こし、コンピュータで実行されるプロセスを作り出し、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指定が、（１つまたは複数の）等式、（１つまたは複数の）アルゴリズム、および／または（１つまたは複数の）フローチャートの（１つまたは複数の）ブロックにおいて特定された機能を実施するためのステップを提供するようになることが可能である。
【０１３６】
本明細書で説明された方法およびタスクのいくつかまたは全ては、コンピュータシステムによって実施され、および完全に自動化可能である。あるケースでは、コンピュータシステムは、ネットワーク上で説明された機能を実施するように通信および相互運用する複数の別個の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、物理サーバ、ワークステーション、ストレージアレイなど）を含む。そのようなコンピューティングデバイスのそれぞれは、メモリまたは他の一時的でないコンピュータ可読ストレージ媒体またはデバイスに格納されたプログラム指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。開示された機能のいくつかまたは全ては、別法として、コンピュータシステムの特定用途向け集積回路（例えば、ＡＳＩＣまたはＦＰＧＡ）において実施されることも可能であるが、本明細書で説明された様々な機能は、そのようなプログラム指令において具現化可能である。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、そうする必要はないが、同一場所に配置可能である。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などの物理ストレージデバイスを異なる状態に変換することによって永続的に格納可能である。
【０１３７】
本明細書および特許請求の範囲を通じて、明らかに文脈上他の意味に解すべき場合を除き、用語「ｃｏｍｐｒｉｓｅ」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」などは、排他的なまたは網羅的な意味とは反対の包含的な意味に、すなわち「含むが、それに限定されない」という意味に解釈されるべきである。本明細書で一般的に使用されるように、用語「接続された」は、直接接続されるか、または１つまたは複数の中間部材によって接続可能である２つ以上の部材に関連する。さらに、用語「本明細書で」、「上述の」、「以下の」、および同様の意味の用語は、この出願で使用されるとき、全体としてこの出願に関連するべきであり、この出願の任意の特定の部分に関連するべきではない。また、文脈が許せば、単数形または複数形を使用する上述の発明の詳細な説明の中の用語は、それぞれ複数または単数も含むことが可能である。２つ以上の項目のリストを参照した用語「または」は、その用語の次の解釈の全て、すなわち、リストの中の任意の項目、リストの中の項目の全て、および、リストの中の項目の任意の組合せを含む。用語「例示の」は、本明細書で「例、実例、図解例としての役割を果たす」ということをもっぱら意味するために使用されている。「例示」として本明細書で説明された任意の実施は、他の実施を超えて好ましいまたは有利であるとして解釈される必要はない。
【０１３８】
本開示は、本明細書で示された実施に限定されることを意図していない。この開示の中で説明された実施に対する様々な修正例が、当業者にとって明白であり、本明細書で画定された包括的な原理は、この開示の精神または範囲から逸脱することなく他の実施に適用可能である。本明細書で提供された発明の教示は、他の方法およびシステムに適用可能であり、上述の方法およびシステムに限定されず、上述の様々な実施形態の部材および行為は、さらなる実施形態を作り出すために組み合わせられることが可能である。したがって、本明細書で説明された新規の方法およびシステムは、様々な他の形態で具現化可能である。さらに、本明細書で説明された方法およびシステムの形式の様々な省略形態、代用形態、変更形態が、本開示の精神を逸脱することなくなされることが可能である。添付の特許請求の範囲およびその均等物は、そのような形態または修正例が本開示の範囲および精神に該当するものとして含まれるということが意図されている。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手軸を有する回転可能なシャフトと、
第１の磁石および第１の磁気センサを有する第１のセンサ組立体であって、前記第１の磁気センサに対する前記第１の磁石の直線位置を計測し、前記シャフトの回転数を決定できるように構成された第１のセンサ組立体と、
第２の磁石および第２の磁気センサを有する第２のセンサ組立体であって、前記第２の磁気センサに対する前記第２の磁石の角度位置を計測し、前記シャフトの角度位置に関する角度分解能が該シャフトの回転数全体にわたり実質的に維持されるように、当該シャフトの所定の回転範囲内での該シャフトの角度位置を決定できるように構成された第２のセンサ組立体と、
を備える、位置検出デバイス。
【請求項２】
前記第１の磁石の直線位置が、前記長手軸に実質的に平行な成分を有する線形方向に沿っている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
さらに、
前記長手軸周りの前記シャフトの回転により直線方向に沿う前記第１の磁石の直線運動が生じるように、前記第１のセンサ組立体と前記シャフトとを連結するように構成された第１の機構を備える、請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
さらに、
前記シャフトの回転により前記第２の磁石の前記第２の磁気センサに対する回転運動が生じるように、前記第２のセンサ組立体と前記シャフトとを連結するように構成された第２の機構を備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記第２の機構が、
前記第２の磁石を保持し該第２の磁石を前記シャフトの端部に相互接続するように構成された磁石ホルダを有している、請求項４に記載のデバイス。
【請求項６】
前記シャフトの１回転が前記第２の磁石の１回転となるように、前記第２の機構が構成されている、請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記第２の磁石が、前記第２の磁気センサに対して非接触となるように位置決めされている、請求項４に記載のデバイス。
【請求項８】
前記第２の磁石は、直径に沿って双極性に磁化された磁石を含み、該磁石が前記第２の磁気センサに対して可変の直交および平行の磁束を与えるように構成されている、請求項７に記載のデバイス。
【請求項９】
前記第２の磁気センサは、直交位相モードで作動するように構成され、かつ、
複数のホールセンサ、複数の磁気抵抗（ＭＲ）センサ、または複数の巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサを含んでいる、請求項４に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記第２の磁気センサが４つのセンサを含んでおり、それらは直交位相に位置決めされ、かつ、正弦−余弦センサとして作動するように構成されている、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１１】
さらに、
前記第２の磁気センサからの出力信号を処理してデジタルデータを生じさせるように構成されたアナログインターフェイスを備える、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記デジタルデータは、前記シャフトの前記所定の回転に対して少なくとも１０ビットの分解能で、前記シャフトの角度位置についての情報を含む、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記シャフトの前記角度位置が、前記シャフトの前記所定の回転に対して１０ビット〜１４ビットの範囲の分解能を有している、請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記第２の磁気センサと前記アナログインターフェイスとが、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）の一部であるか、または、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）に設けられている、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記第１のセンサ組立体が、回転数を計数するのに十分なＭビットの分解能を与えるように構成され、
前記第２のセンサ組立体が、前記角度分解能を生じさせるためにＮビットの分解能を提供するように構成され、
これにより、回転数に関してＭ＋Ｎビットの実効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】
長手軸周りで回転するシャフトの位置を検出する方法であって、
第１の磁石により前記シャフトの回転数を決定するステップであって、前記第１の磁石が第１の磁気センサと非接触の態様で配置され、前記第１の磁石の前記第１の磁気センサに対する直線位置の計測が可能となっており、前記直線位置が前記シャフトの回転数を示し当該回転数はＭビットの分解能で決定される、ステップと、
第２の磁石によって所定の回転範囲内の前記シャフトの角度位置を決定するステップであって、前記第２の磁石が第２の磁気センサと非接触で配置され、前記所定の回転範囲内の前記角度位置がＮビットの分解能で決定される、ステップと、
前記回転数と前記角度位置とを組み合わせ、複数の回転を含む範囲内において、前記シャフトの計測位置を求めるステップと、
を含む方法。
【請求項１７】
前記１回転当たりＮビットの角度位置の分解能が、複数の回転の範囲全体にわたる計測位置で実質的に維持される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記組み合わせるステップでは、複数の回転の範囲全体にわたって、Ｍ＋Ｎビットの実効分解能を生じさせる、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記複数の回転は２より多い回転を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
最大１６の回転数の決定を可能とするために、前記Ｍの値が４以下に選択されている、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
長手軸周りを回転するように構成されたシャフトと、
前記シャフトの回転数を決定するように構成された回転カウンタであって、第１の磁石および第１の磁気センサを含み、前記第１の磁石は前記シャフトに接続されるとともに前記シャフトが回転すると前記長手軸に沿って直線的に運動するように構成され、前記第１の磁気センサは、前記第１の磁石の直線運動を検出し、前記シャフトの前記回転の数を非接触の態様で決定するように構成されている、回転カウンタと、
所定の回転について前記シャフトの角度位置を計測するように構成された角度位置センサであって、第２の磁石および第２の磁気センサを含み、前記第２の磁石は、前記シャフトの端部に装着されるとともに前記シャフトと一緒に回転するように構成され、前記第２の磁気センサは、前記第２の磁石の回転を検出し前記シャフトの前記角度位置を非接触で決定するように構成されている、角度位置センサと、
を含む、多回転検出装置。
【請求項１】
長手軸を有する回転可能なシャフトと、
第１の磁石および第１の磁気センサを有する第１のセンサ組立体であって、前記第１の磁気センサに対する前記第１の磁石の直線位置を計測し、前記シャフトの回転数を決定できるように構成された第１のセンサ組立体と、
第２の磁石および第２の磁気センサを有する第２のセンサ組立体であって、前記第２の磁気センサに対する前記第２の磁石の角度位置を計測し、前記シャフトの角度位置に関する角度分解能が該シャフトの回転数全体にわたり実質的に維持されるように、当該シャフトの所定の回転範囲内での該シャフトの角度位置を決定できるように構成された第２のセンサ組立体と、
を備える、位置検出デバイス。
【請求項２】
前記第１の磁石の直線位置が、前記長手軸に実質的に平行な成分を有する線形方向に沿っている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
さらに、
前記長手軸周りの前記シャフトの回転により直線方向に沿う前記第１の磁石の直線運動が生じるように、前記第１のセンサ組立体と前記シャフトとを連結するように構成された第１の機構を備える、請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
さらに、
前記シャフトの回転により前記第２の磁石の前記第２の磁気センサに対する回転運動が生じるように、前記第２のセンサ組立体と前記シャフトとを連結するように構成された第２の機構を備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記第２の機構が、
前記第２の磁石を保持し該第２の磁石を前記シャフトの端部に相互接続するように構成された磁石ホルダを有している、請求項４に記載のデバイス。
【請求項６】
前記シャフトの１回転が前記第２の磁石の１回転となるように、前記第２の機構が構成されている、請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記第２の磁石が、前記第２の磁気センサに対して非接触となるように位置決めされている、請求項４に記載のデバイス。
【請求項８】
前記第２の磁石は、直径に沿って双極性に磁化された磁石を含み、該磁石が前記第２の磁気センサに対して可変の直交および平行の磁束を与えるように構成されている、請求項７に記載のデバイス。
【請求項９】
前記第２の磁気センサは、直交位相モードで作動するように構成され、かつ、
複数のホールセンサ、複数の磁気抵抗（ＭＲ）センサ、または複数の巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサを含んでいる、請求項４に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記第２の磁気センサが４つのセンサを含んでおり、それらは直交位相に位置決めされ、かつ、正弦−余弦センサとして作動するように構成されている、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１１】
さらに、
前記第２の磁気センサからの出力信号を処理してデジタルデータを生じさせるように構成されたアナログインターフェイスを備える、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記デジタルデータは、前記シャフトの前記所定の回転に対して少なくとも１０ビットの分解能で、前記シャフトの角度位置についての情報を含む、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記シャフトの前記角度位置が、前記シャフトの前記所定の回転に対して１０ビット〜１４ビットの範囲の分解能を有している、請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記第２の磁気センサと前記アナログインターフェイスとが、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）の一部であるか、または、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）に設けられている、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記第１のセンサ組立体が、回転数を計数するのに十分なＭビットの分解能を与えるように構成され、
前記第２のセンサ組立体が、前記角度分解能を生じさせるためにＮビットの分解能を提供するように構成され、
これにより、回転数に関してＭ＋Ｎビットの実効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】
長手軸周りで回転するシャフトの位置を検出する方法であって、
第１の磁石により前記シャフトの回転数を決定するステップであって、前記第１の磁石が第１の磁気センサと非接触の態様で配置され、前記第１の磁石の前記第１の磁気センサに対する直線位置の計測が可能となっており、前記直線位置が前記シャフトの回転数を示し当該回転数はＭビットの分解能で決定される、ステップと、
第２の磁石によって所定の回転範囲内の前記シャフトの角度位置を決定するステップであって、前記第２の磁石が第２の磁気センサと非接触で配置され、前記所定の回転範囲内の前記角度位置がＮビットの分解能で決定される、ステップと、
前記回転数と前記角度位置とを組み合わせ、複数の回転を含む範囲内において、前記シャフトの計測位置を求めるステップと、
を含む方法。
【請求項１７】
前記１回転当たりＮビットの角度位置の分解能が、複数の回転の範囲全体にわたる計測位置で実質的に維持される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記組み合わせるステップでは、複数の回転の範囲全体にわたって、Ｍ＋Ｎビットの実効分解能を生じさせる、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記複数の回転は２より多い回転を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
最大１６の回転数の決定を可能とするために、前記Ｍの値が４以下に選択されている、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
長手軸周りを回転するように構成されたシャフトと、
前記シャフトの回転数を決定するように構成された回転カウンタであって、第１の磁石および第１の磁気センサを含み、前記第１の磁石は前記シャフトに接続されるとともに前記シャフトが回転すると前記長手軸に沿って直線的に運動するように構成され、前記第１の磁気センサは、前記第１の磁石の直線運動を検出し、前記シャフトの前記回転の数を非接触の態様で決定するように構成されている、回転カウンタと、
所定の回転について前記シャフトの角度位置を計測するように構成された角度位置センサであって、第２の磁石および第２の磁気センサを含み、前記第２の磁石は、前記シャフトの端部に装着されるとともに前記シャフトと一緒に回転するように構成され、前記第２の磁気センサは、前記第２の磁石の回転を検出し前記シャフトの前記角度位置を非接触で決定するように構成されている、角度位置センサと、
を含む、多回転検出装置。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１３Ｃ】
【図１３Ｄ】
【図１３Ｅ】
【図１３Ｆ】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８Ａ】
【図１８Ｂ】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２Ａ】
【図２２Ｂ】
【図２３Ａ】
【図２３Ｂ】
【図２３Ｃ】
【図２３Ｄ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１３Ｃ】
【図１３Ｄ】
【図１３Ｅ】
【図１３Ｆ】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８Ａ】
【図１８Ｂ】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２Ａ】
【図２２Ｂ】
【図２３Ａ】
【図２３Ｂ】
【図２３Ｃ】
【図２３Ｄ】
【公開番号】特開２０１３−２４８７４（Ｐ２０１３−２４８７４Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−１５９０８１（Ｐ２０１２−１５９０８１）
【出願日】平成２４年７月１７日（２０１２．７．１７）
【出願人】（５０５４４１５２４）ボーンズ、インコーポレイテッド (8)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１５９０８１（Ｐ２０１２−１５９０８１）
【出願日】平成２４年７月１７日（２０１２．７．１７）
【出願人】（５０５４４１５２４）ボーンズ、インコーポレイテッド (8)
【Ｆターム（参考）】
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