JP2000516716A

JP2000516716A - 回転角度もしくは直線運動を無接触式に検出するための測定装置

Info

Publication number: JP2000516716A
Application number: JP10510231A
Authority: JP
Inventors: ヘルデンヴェルナー; ライヒルアスタ; マルクスクラウス; クロツビューヒャートーマス; ビーレルトフリードリヒ
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1996-08-24
Filing date: 1997-06-21
Publication date: 2000-12-12
Also published as: US6232771B1; EP0920604B1; DE19634281C2; DE19634281A1; DE59708385D1; WO1998008059A1; EP0920604A1

Abstract

(57)【要約】回転角度を無接触式に検出するための測定装置が、ロータ（２２）とステータ（１０）とから成っている。ステータ（１０）はこの場合、スリットによって互いに分離された２つのセグメント（１３，１４）と、外側のポット形のハウジング部分（１１）とから成っている。両セグメント（１３，１４）とポット形のハウジング部分（１１）は、導磁性の材料から成っている。一方のセグメント（１４）は直接にハウジング部分（１１）の底部（１５）に装着されているので、導磁性の結合が形成されている。他方のセグメント（１３）と底部（１５）との間には、非導磁性の材料から成る層（１８）が設けられているので、磁束の流れは不可能となる。ロータとしては、両セグメント（１３，１４）とハウジング部分（１１）との間のエアギャップ（２１）内に可動に配置された永久磁石（２２）が働く。この永久磁石（２２）の分極化方向は半径方向に、つまり両セグメント（１３，１４）に向かう方向またはこの方向とは逆の方向に向けられている。測定素子（２０）は両セグメント（１３，１４）の間のスリット（１２）内に配置されている。このような構成に基づき、線状の測定領域のシフトが可能となり、ひいては線状の測定領域内に前符号変化もしくは極性符号変化が生じないように磁束を分割することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】回転角度もしくは直線運動を無接触式に検出するための測定装置背景技術本発明は、請求項１の上位概念部または請求項９の上位概念部に記載の形式の、回転角度、または線状運動、つまり直線運動を無接触式に検出するための測定装置から出発する。フランス国特許出願公開第９０１５２２３号明細書に基づき、ステータとロータとが互いに相対的に運動させられるような測定装置が公知である。それぞれ導磁性の材料から成るステータとロータとの間には、小さなエアギャップが設けられている。ロータには１８０°の長さにわたって第１のリング形の永久磁石が配置されており、この第１のリング形の永久磁石は半径方向で分極化されている。ステータの、同じく１８０°を有する残りの範囲には、逆向きの極性を有する第２のリング形の永久磁石が配置されている。さらに、ステータは直径方向で互いに向かい合って位置する２つのエアギャップを有している。両エアギャップのうちの少なくとも一方のエアギャップには、ホールセンサが配置されている。ロータがステータに対して回転運動を実施すると、ホールセンサを通る磁界の強さが変化する。しかし、こうして形成された測定信号の線状の測定領域は、約±７５°の大きさに制限されている。さらに、この線状の測定領域は前符号変化、つまり極性符号変化を有している。場合によっては、このような測定領域は、接続された電気回路において手間をかけて補正され得る。さらに、線状運動、つまり直線運動を測定するために、永久磁石を、磁界に敏感な素子に対して相対的に移動させることが知られている。この場合、永久磁石の磁束を導磁性の構成部分によって案内することも知られている。発明の利点請求項１の特徴部もしくは請求項９の特徴部に記載の、回転角度もしくは直線運動を無接触式に検出するための本発明による測定装置には、従来のものに比べて次のような利点が認められる。すなわち、測定電圧の前符号変化なしに線状の測定領域が可能となる。線状の測定領域はこの場合、９０°よりも大きく、特に１１０°よりも大きく形成されている。このような、前符号変化を有しない線状の測定領域は、測定装置の両回転方向において、つまり正の回転方向でも負の回転方向でも可能となる。磁界に敏感な素子の構成に応じて、線状の測定領域にわたって正の出力電圧または負の出力電圧が可能となる。単純な構造に基づき、磁力線の非対称的なガイドを形成し、ひいては線状の測定領域を前符号変化なしに形成することが可能となる。これにより、測定領域は高められる。固有の測定角度はセグメントの大きさによって個別に決定され得る。請求項２〜請求項８に記載の構成により、請求項１に記載の測定装置の有利な改良が可能となる。図面以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。第１図は第１実施例の平面図であり、第２図ａは第１図に示した実施例を、永久磁石と、この永久磁石に対応する磁力線経過とがホール素子における最大出力信号を発生させる角度位置で示す縦断面図であり、第２図ｂは第１図に示した実施例を、永久磁石と、この永久磁石に対応する磁力線経過とがホール素子における最小出力信号を発生させる角度位置で示す縦断面図であり、第３図ａは第２実施例の平面図であり、第３図ｂは第２実施例の縦断面図であり、第４図は第２実施例の変化形を示す縦断面図であり、第５図は別の実施例の斜視図であり、第６図、第７図および第８図はそれぞれ第５図に示した実施例の変化形を示しており、第９図ａおよび第９図ｂはホール素子の範囲における磁気誘導を高めるためのステータの形状の変化形を示している。第１０図にはステータに設けられた導磁性のブリッジを用いる変化実施例が示されており、この場合、第１０図ａはホール素子を通る最大磁束におけるロータの位置を示しており、第１０図ｃは第１０図ａに示した状態に対応する磁束を示しており、第１０図ｂはホール素子を通る最小磁束におけるロータの位置を示しており、第１０図ｄは第１０図ｂに示した状態に対応する磁束を示している。第１１図は第１０図に示した実施例の変化形を示している。第１１図以降には、ディスク形の構成としての角度センサが示されている。第１２図ａはさらに別の実施例を示す縦断面であり、第１２図ｂは第１２図ａに示した実施例を底部から見た図であり、第１２図ｃは第１２図ａに示した実施例の平面図である。第１３図および第１４図は永久磁石の別の実施例を示しており、第１５図はセグメントの非対称的な構成を示している。第１６図ａおよび第１６図ｂは任意に成形されたガイド部材のための変化形を示す縦断面図および底部から見た図を示しており、第１７図は第１３図〜第１６図に示した実施例のさらに別の変化形を示している。第１８図は直線運動を測定するためのセンサの縦断面図を示しており、第１９図は第１８図に示した実施例の変化形を示している。実施例の説明第１図に符号１０で示したステータはカップ形のハウジング部分１１から成っている。このハウジング部分１１内には、スリット１２によって互いに分離された２つのセグメント１３，１４が挿入されている。両セグメント１３，１４はハウジング部分１１の底部１５（第２ａ図）に載置されている。ステータ１０を形成するハウジング部分１１の側壁１６も底部１５も、導磁性の材料、特に軟磁性の材料から成っている。セグメント１４も導磁性の、特に軟磁性の材料から成っている。それに対して第２のセグメント１３は軟磁性の材料から成る導磁性の上側の層１７と、非導磁性の材料、たとえばプラスチックから成る下側の層１８とを有している。この下側の層１８で第２のセグメント１３はステータ１０のハウジング部分１１の底部１５に、たとえば接着により装着されている。両セグメント１３，１４の間のスリット１２によって形成されたエアギャップには、磁界に敏感な素子２０、たとえば磁界依存性抵抗素子（Ｆｅｌｄｐｌａｔｔｅ）、磁気トランジスタ（Ｍａｇｎｅｔｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、磁気抵抗素子（ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖ．Ｅｌｅｍｅｎｔ）またはホール素子が挿入されている。この場合に重要となるのは、磁界に敏感な素子２０が、その出力信号と磁気誘導Ｂとの間にできるだけ線状の関係を有していること、つまり前記素子の出力信号が磁気誘導に対してできるだけ比例していることである。ハウジング部分１１と両セグメント１３，１４の間のエアギャップ２１には、ロータ２２が配置されている。このロータ２２は図示していない結合部を介して、回転角度を測定しようとする被測定構成部分に結合されている。ロータ２２は磁石、特に環状のリング磁石から成っており、この磁石の分極化方向は両セグメント１３，１４に向けられている。すなわち、たとえばリング磁石２２のＮ極が両セグメント１３，１４の側に向けられている。当然ながら、両セグメント１３，１４とリング磁石２２との間もしくはリング磁石２２とハウジング部分１１の縁部もしくは側壁１６との間には、ロータとして働くリング磁石２２の可動性を実現するために小さなエアギャップが存在している。リング磁石２２の深さは、第２のセグメント１３の導磁性の層１７の深さにほぼ相当している。ハウジング部分１１の側壁１６と底部１５との間には、非導磁性の材料から成る層２４が設けられている。ステータ１０の構造とロータ２２の対応する構造とに基づき、ロータとして働くリング磁石２２の磁力線を分割し、ひいては信号曲線の線状領域のシフトを達成することが可能となる。信号曲線のシフトにより、線状の全測定領域において極性符号変化が行われなくなることが望ましい。そこで第２ａ図には、ステータ１０に対するロータ２２の角度位置が、磁界に敏感な素子として働くホール素子２０において最大出力信号を発生させる角度位置で示されている。この場合に、磁石２２から、つまり磁石２２のＮ極から出る磁力線はエアギャップ２１を通過し、セグメント１３の導磁性の上側の層１７内を通る。磁力線がホール素子２０とスリットもしくはエアギャップ１２とを通過した後に、磁束は部分磁束Ｆ１およびＦ２に分割される。部分磁束Ｆ２はセグメント１４で屈曲して、底部１５と層２４と側壁１６とエアギャップ２１とを介して永久磁石２２へ、つまり永久磁石２２のＳ極へ戻される。それに対して、部分磁束Ｆ１の磁力線はハウジング部分１１の底部１５に対して平行な平而に延びている。したがって、この部分磁束Ｆ１の磁力線はセグメント１４内を通って、エアギャップ２１を通過し、そして側壁１６とエアギャップ２１とを介して永久磁石２２のＳ極にまで戻る。ロータ２２がステータ１０に対して相対的に回転する間、ホール素子２０での磁束変化に基づき、線状に延びる測定信号が形成される。第２ｂ図には、ロータ２２が第２ａ図に示した位置から１８０°だけ回転した後の位置が示されており、この位置ではホール素子２０を通る最小磁束が生ぜしめられ、ひいては最小出力信号が生ぜしめられる。第２ｂ図から判るように、部分磁束Ｆ１の経過は第２ａ図の部分磁束Ｆ１の経過に相当しており、ただし磁束方向は逆の方向に延びている。部分磁束Ｆ２はもはやホール素子２０を通流しない。それどころか、この部分磁束Ｆ２は永久磁石２２から進出してエアギャップ２１を通過する際にセグメント１４で軸方向に変向され、そしてこの部分磁束Ｆ２は底部１５と非磁性の層２４と側壁１６とエアギャップ２１とを介して永久磁石２２のＳ極に戻る。永久磁石２２の全磁束がこのように非対称的に形成されることに基づき、つまり永久磁石２２の磁束が２つの部分磁束Ｆ１およびＦ２に分割されることに基づき、角度センサの測定信号の特性線の鉛直方向シフトが生ぜしめられる。鉛直方向シフトの度合い、つまり鉛直方向でのシフトの大きさは、両部分磁束Ｆ１およびＦ２の割合から得られる。部分磁束Ｆ２の大きさは底部１５の厚さおよび／または底部１５と側壁１６との間の非磁性のギャップもしくは層２４の厚さにより制御され得る。非磁性のギャップもしくは層２４が設けられていないと、特性線の最大の鉛直方向シフトが得られる。第２ａ図もしくは第２ｂ図に示した極端位置の間の全ての中間位置において、磁束は、角度センサのできるだけ大きな線状特性線が生ぜしめられるように分割される。第１図ならびに第２ａ図および第２ｂ図に示した実施例では、両セグメント１３，１４が同じ大きさに形成されているので、スリットもしくはエアギャップ１２は両セグメント１３，１４の真ん中を通って延びている。このような実施例とは異なり、第３図ａおよび第３図ｂに示した角度センサの実施例では、セグメント１３ａ，１４ａが非対称的に形成されている。第３図ａもしくは第３図ｂに示した実施例では、両セグメントのうちの大きい方のセグメント（１４ａ）が、底部１５を成す底部プレートを介してハウジング部分１１に磁気的に結合されている。小さい方のセグメント１３ａは非導磁性の１８ａに基づき、底部プレート１５とは磁気的に分離されている。第１図に示した実施例では１８０°の開き角度が設定されており、つまりロータ２２が１８０°にわたって開くように形成されているが、第３ａ図および第３ｂ図に示した実施例では１８０°よりも小さな開き角度が可能となる。ただし留意すべき点は、ロータとして働く永久磁石２２の大きさが、非導磁性の部分１８ａを備えたセグメント１３ａの大きさに合わせて調整されていなければならないことである。第４図に示した実施例では、第３図に示した実施例に対する構造的な改良によって、ホール素子２０が位置する個所において磁気誘導Ｂの増大を達成することができる。このためには、両セグメント１３ａ，１４ａに上方から孔もしくは切欠き２６が加工成形されている。両セグメント１３ａ，１４ａの薄くなった壁２７に基づき、ホール素子２０を通る、集中化された磁束が得られる。第３ａ図および第３ｂ図に示した実施例に対するこのような特別な変化実施例により、ロータとして働く永久磁石２２の磁力線はホール素子２０の位置する個所に集中する。第５図にはさらに別の実施例が示されている。第１図〜第４図に示した実施例では、両セグメント１３，１４が、ポット形に形成されたハウジング部分１１の底部１５に載置されているのに対して、第５図に示した実施例ではステータ１０ａが、環状のハウジング部分１１ａもしくは比較的短い管状に形成されたハウジング部分１１ａを有している。両セグメント１３ｂ，１４ｂはやはりステータ１０ａの一部として軟磁性の材料から製作されている。両セグメント１３ｂ，１４ｂの大きさは対称的に形成されている。セグメント１４ｂは完全に導磁性の材料、たとえば軟磁性の材料から成っていて、突出部３０を有している。この突出部３０はハウジング部分１１の端面にまで、あるいはハウジング部分１１の端面の下にまで突出している。この場合に重要となるのは、突出部３０がセグメント１４ｂとハウジング部分１１ａとの間に導磁性の接続を形成することである。突出部３０の幅および形状は種々様々に設定されていてよい。たとえば突出部３０は第５図に示したように条片の形を有していてもよいし、あるいはまた１８０°の半円セグメントとして形成されていてもよい。したがって、他方のセグメント１３ｂは両セグメント１３ｂ，１４ｂの間のエアギャップ３２と、両セグメントとハウジング部分１１ａとの間のエアギャップ３１とに基づき磁気的に分離されている。すなわち、セグメント１３ｂには閉じた導磁性の接続が存在していない。両セグメント１３ｂ，１４ｂの間に形成されたエアギャップ３２には、第５図には図示していないが、しかしこれまで説明した全ての実施例の場合と同様に、磁界に敏感なセンサ、特にホールセンサが配置されている。エアギャップ３１にはロータとして、半径方向に磁化された永久磁石３３が配置されている。この永久磁石３３は、回転角度を測定しようとする被測定構成部分（図示しない）に結合されている。永久磁石３３はエアギャップ３１内で同心的に回転し、この場合、永久磁石３３は両セグメント１３ｂ，１４ｂにも、ハウジング部分１１ａの内壁にも接触しない。永久磁石の磁化方向は第５図に矢印により示されており、セグメント１３ｂもしくはセグメント１４ｂの方向に向けられている。しかし、磁化方向を逆方向に向けることも可能である。第６図には、第５図に示した実施例の変化形が示されている。この場合、特にロータとして働く永久磁石を、測定したい被測定構成部分に接続するための接続手段が示されている。リング磁石として形成された永久磁石３３ａはこの場合、たとえばプラスチックから成る結合部材３５によって取り囲まれている。この結合部材３５はフランジ状の突出部３６を有しており、この突出部３６により結合部材３５はたとえば、回転運動を測定しようとする被測定軸を取り囲んで係合している。第６図に示したように、セグメント１４ｃは１つの構成部分を介してハウジング部分１１ｃに結合されている。しかし第６図の実施例では、これらの３つの構成部分が全て１つの部分から一体に製造されているので、セグメント１４ｃに関しては横断面Ｕ字形の形状が生ぜしめられる。この場合、Ｕ字体の各脚部は互いに異なる厚さを有している。この一体の構成部分は積み重ねられた変圧器薄板または焼結材料から製造され得る。他方のセグメント１３ｃは非導磁性の材料から成る突出部３８、たとえばプラスチックから成るプレートを介して、ハウジング部分１１ｃに、たとえば接着により固定されている。両セグメント１３ｃ，１４ｃの間のエアギャップ３２ａには、ホール素子１６ｃが配置されている。当然ながら、第５図および第６図に示したような角度センサの動作原理は、両セグメント１３ｂ，１４ｂ；１３ｃ，１４ｃの対称的な形成に限定されるわけではない。第５図に示した１８０°の開き角度αとは異なる開き角度を有するリング磁石を使用することもできる。第７図に示した変化実施例では、互いに異なる大きさを有する２つのセグメント１３ｄ，１４ｄが示されている。したがって、両セグメント１３ｄ，１４ｄの間のスリットもしくはエアギャップ３２ｂは、もはやハウジング部分１１ｄの軸線を通って延びていない。第７図に示した変化実施例では、大きい方のセグメント１４ｄが、第７図には図示していないが第５図もしくは第６図に示した実施例と同様に軟磁性の材料から成る薄板を介してハウジング部分１１ｄに結合されている。それに対して、小さい方のセグメント１３ｄはやはり非磁性に、つまり閉じた磁束が可能にならないように、ハウジング部分１１ｄ、たとえば非磁性の材料から成るプレートに結合されている。環状のエアギャップ３１ｄ内に設けられた永久磁石３３ｄは、小さい方のセグメント１３ｄに対応する開き角度を有している。第７図の変化実施例では、この開き角度αが約１４０°に相当している。さらにこの変化実施例では、エアギャップ３２ｂに２つのホールセンサ３９，４０が配置されている。当然ながら、第５図もしくは第６図の実施例においてもエアギャップ３２；３２ａに２つのホール素子を配置することができる。第８図に示した実施例では、両セグメント１３，１４の代わりに、ロッド状の１つのコア４５がステータとして配置されている。ハウジング部分１１ｅには２つのスリット４６，４７が形成されており、これらのスリット４６，４７内にはそれぞれ１つのホール素子３９ａ，４０ａが配置されている。このような構成に基づき、コア４５を中実材料から簡単に製造することが可能となる。しかし、コア４５にスリットまたは中央の孔を設けることによっても、センサの機能に影響が与えられることはない。コア４５全体は、導磁性の材料、特に軟磁性の材料から成る突出部４６によってハウジング部分１１ｅに結合されている。両ホール素子３９，４０が第７図または第５図に示したように両セグメント１３，１４の間のスリットもしくはエアギャップ内に配置される場合には、両セグメント１３，１４に特別な形状を付与することによって、ホール素子の個所における磁気誘導の最大レベルを改善することができる。このような特別な形状付与は、第５図に示した対称的な構成においても、第７図に示した非対称的な構成においても、使用され得る。両セグメントはこの場合、スリット５１によって分割された２つのカップ部分４９，５０を備えたカップの形状を有している。ホール素子３９ｃ，４０ｃはこの場合、第９ｂ図から判るように両カップ部分４９，５０の底部に嵌め込まれている。上で述べた、磁気誘導の最大レベルの増大は、両カップ部分４９，５０の外面はそのまま変えずに維持しておいて、両カップ部分４９，５０の間のギャップもしくはスリット５１の面積を減少させた場合に、つまりギャップ高さｈをできるだけ低く保持した場合に得られる。この場合、磁力線は両カップ部分４９，５０の底部に集中されるので、ホール素子３９ｃ，４０ｃの個所における磁気誘導Ｂが増大する。第１０図ａ〜第１０図ｄには、角度センサのさらに別の変化実施例が示されている。これまでの実施例では、両セグメントのうちの一方が、突出部を介して底部に、つまりステータの外側のハウジング部分の端面に結合されているが、このような実施例とは異なり、第１０図ａ〜第１０図ｄに示した実施例では、一方のセグメント５５がブリッジ５６によって外側のハウジング部分１１ｄに結合されている。第２のセグメント５７はやはりハウジング部分１１ｄとの結合を有していない。すなわち、第２のセグメント５７とハウジング部分１１ｄとの間には、導磁性の接続は形成されていない。したがって、ブリッジ５６に基づき、測定したい角度領域は制限されている。すなわち、約２００ °の角度を超える測定は不可能である。しかし、この構成では、セグメント５５とブリッジ５６とハウジング部分１１ｄとを、軟磁性の材料、たとえば積み重ねられた変圧器薄板（Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｏｒｂｌｅｃｈ．）または焼結材料から成る一体の構成部分として製作することができるので有利である。当然ながらこの場合にも、両セグメント５５，５７を対称的に形成するのではなく、たとえば第７図に示したように非対称的に形成することも可能である。第１０図ａには見えていないが、両セグメント５５，５７の間のスリットもしくはエアギャップ５８には、やはりホール素子が配置されている。第１０図ａに示した状態では、両セグメント５５，５７とハウジング部分１１ｄとの間のスリットもしくはエアギャップ６０内に配置された永久磁石５９がセグメント５７を取り囲んでいる。すなわち、永久磁石５９とセグメント５７は約１８０°の共通の角度領域を有している。このような配置では、第１０図ｃに示したような磁束が得られる。第１０図ｃから判るように、永久磁石５９の分極化方向に基づき、つまり永久磁石５９の磁極が半径方向に向けられていることに基づき、磁力線は永久磁石５９からエアギャップ６０を介してセグメント５７に進入し、次いでエアギャップ５８と、このエアギャップ５８内に配置されたホール素子とを介してセグメント５５に進入する。セグメント５５から磁力線はブリッジ５６を介してハウジング部分１１ｄに進入し、そしてこのハウジング部分１１ｄにおいて分割される。ハウジング部分１１ｄでは磁力線が時計回り方向でも、逆時計回り方向でも流れて、エアギャップ６０を介して永久磁石５９に戻る。第１０図ａに示した位置もしくは第１０図ｃに示した磁束に基づき、エアギャップ５８における磁気誘導、つまりホール素子における磁気誘導は最大となる。第１０図ｃから判るように、永久磁石５９から出るほぼ全ての磁力線が両セグメント５７，５５の間のエアギャップ５８を通過し、ひいてはホール素子に影響を与える。第１０図ｂには、ステータ内部におけるロータ、つまり永久磁石５９の位置が、ホール素子における最小誘導を生ぜしめる位置で示されている。第１０図ｂに示した状態では、永久磁石５９がセグメント５５だけを取り囲むようになるまで回転させられている。この場合、永久磁石５９はもちろんブリッジ５６には接触していない。この位置に対応する磁束は第１０図ｄに示されている。第１０図ｄから判るように、磁力線は永久磁石５９からエアギャップギャップ６０を介してセグメント５５に進入し、さらにブリッジ５６を介してハウジング部分１１ｄに進入する。ハウジング部分１１ｄにおいて磁束はやはり分割されて、ハウジング部分１１ｄ内で時計回り方向もしくは逆時計回り方向に進み、その後に永久磁石５９の範囲でエアギャップ６０を通って永久磁石５９に戻る。特に第１０図ｄから判るように、磁束はエアギャップ５８を通過しておらず、したがってホール素子に信号は形成されない。また当然ながら、第１１図に示したように、両セグメント５５，５７の代わりに、ブリッジ５６ａによってハウジング部分６４に結合された１つの中実体６３を使用することも可能である。この場合、ハウジング部分６４はやはり直径方向で互いに向かい合って位置する２つのスリットもしくはエアギャップ６５，６６を有しており、これらのスリットもしくはエアギャップ６５，６６には、それぞれ１つのホール素子（第１１図には示していない）が配置されている。これまで第１図〜第１１図につき説明した全ての実施例では、永久磁石を公知の磁石材料の他に、プラスチックに結合された希土類磁石（たとえばＳｍ₂Ｃｏ１７）からも製造することができる。以下に説明する実施例では、ステータとロータとがディスクとして相並んでもしくは上下に形成されているような角度センサが示されている。第１２図ａに示した実施例では、ロータが軸７０を有していて、この軸７０によりロータは、第１２図ａ〜第１２図ｃには図示されていない被測定構成部分に結合可能となる。軸７０は第１２図ｃから判るように、カバープレート７２に形成された孔７３を貫通している。底部プレートは第１２図ｂから判るように、円形セグメント７４と、この円形セグメント７４からエアギャップ７６によって分離された円形セグメント７５とから成っている。エアギャップ７６内には真ん中でホール素子７７が配置されている。カバープレート７２と両セグメント７４，７５は２つのスペーサ部材７９，８０によって互いに分離されている。孔７３を貫通した軸７０の端部には、支持プレート８１が固定されており、この支持プレート８１には永久磁石８２が設けられている。永久磁石８２を備えた支持プレート８１はロータとして働き、カバープレート７２と両セグメント７４，７５と両スペーサ部材７９，８０とはステータとして働く。カバープレート７２と両セグメント７４，７５と少なくとも一方のスペーサ部材７９とは、導磁性の材料、特に軟磁性の材料から成っている。第２のスペーサ部材８０は非磁性の材料、たとえばプラスチックから製作されている。角度センサのこのようなディスク形の構成では外側の輪郭が円形に形成されていることは必ずしも必要ではない。これまで説明した実施例の場合と同様に、この実施例でも１つのホール素子の代わりに複数の、磁界に敏感な素子を両セグメント７４，７５の間のエアギャップ７６に配置することが可能である。永久磁石８２の形状、つまり永久磁石８２の角度領域は、やはり測定したい角度の大きさに関連している。そこで第１３図には、約１４０°の角度領域のための永久磁石８２ａが図示されている。それに対して第１４図に示した永久磁石８２ｂは半円体として形成されているので、１８０°の測定角度を有してぃる。第１２図ａもしくは第１３図もしくは第１４図から判るように、永久磁石８２の分極化方向は軸７０の軸方向に向けられている。さらに、これまで説明した実施例の場合と同様に、この場合にもセグメント７４；７５を第１２ａ図、第１２ｂ図および第１２ｃ図に示したように対称的に形成するか、あるいはまた第１５図に示したように非対称的に形成することも可能である。第１５図から判るように、非対称的な構成の場合には、両セグメントの間のスリットもしくはエアギャップ７６ａが軸７０の中心点外に延びており、したがって小さい方のセグメント（７４ａ）と大きい方のセグメント（７５ａ）とが存在している。第１２図ａに示した構成ではセグメント７４，７５が対称的に形成されていることに基づき、非磁性の材料から成るスペーサ部材８０を選択的に一方のセグメントまたは他方のセグメントに対応させることが任意に可能となる。それに対して第１５図に示した角度センサの非対称的な構成では、大きい方のセグメント７５ａが軟磁性のスペーサ部材７９によってカバープレート７２に結合されている。構造的な構成に基づき、ディスク状に形成された角度センサにおいても、使用される永久磁石８２の磁力線を、線状の測定領域の持上げが行われて、線状の測定領域内での前符号変化、つまり極性符号変化が行われなくなるように案内することが可能となる。線状に延びる測定信号が形成される角度領域は、この場合、≧１１０°であってもよい。第１２ａ図、第１２ｂ図および第１２ｃ図に示した実施例では磁束の分離が、非磁性の材料から成るスペーサ部材８０によって行なわれ、磁力線の流れは磁性のスペーサ部材７９を通って案内されるが、第１６ａ図および第１６ｂ図に示した変化実施例では、両スペーサ部材がリングとして形成されていない。導磁性の材料から成るカバープレート７２とセグメント７４との間には、磁性材料から成るガイド部材９０が配置されていてよい。このガイド部材９０は横断面で見てたとえば円セグメントとして約９０°の角度を有していてよい。スペーサ部材が円体として形成されていないと、このスペーサ部材はカバープレート７２と両セグメント７４，７５との間に突入している。これにより、角度センサのこのような変化実施例では、回転領域が３６０°よりも小さい回転角度に制限されている。その場合、支持プレート９１はたとえば半円体として形成されている。既に上で述べたように、カバープレートと、底部として働く両セグメントとは、必ずしも円形に形成されている必要はない。第１７図に示した変化実施例では、角度センサのステータとして働くこれらの構成部分が正方形に形成されている。この場合、ガイド部材９０ａは、磁石によって擦過される角度領域９５の外側に配置されていてもよい。第１７図に示したこのような変化実施例では、再び３６０°よりも大きな回転角度が可能となる。回転角度を測定するための角度センサのディスク形の構成は、線状運動、つまり直線運動を測定する目的で組み換えることもできる。このためには、センサ１００が底部プレート１０１を有している。この底部プレート１０１に向かい合って位置するように、２つの部分から成るカバープレートが対応している。このカバープレートは第１のカバープレート１０２と第２のカバープレート１０３とから成っている。両カバープレート１０２，１０３は互いに向かい合って位置する端部にそれぞれフランジ状の突出部１０４；１０５を有している。両突出部１０４，１０５の間に形成されたエアギャップ１０６内には、ホール素子１０７または上で説明した別の、磁界に敏感な素子が配置されている。両突出部１０４，１０５は、ホール素子１０７の範囲で磁束を均一に分配するために働く。このような突出部１０４，１０５は特に比較的大きなホール素子１０７において必要となる。比較的小さなホール素子では、このような突出部を不要にすることができる。両カバープレート１０２，１０３と底部プレート１０１とは、導磁性の材料、特に軟鉄から成っている。底部プレート１０１と両カバープレート１０２，１０３との間のエアギャップ１１０内では、ディスク形に形成された永久磁石１１１が運動させられる。この永久磁石１１１には、直線運動を測定しようとする被測定構成部分（図示しない）が固定されている。永久磁石１１１の分極化は、底部プレート１０１の方向または底部プレート１０１とは反対の方向に向けられるように方向付けられている。本発明によれば、カバープレート１０２と底部プレート１０１とがプレート１１２によって互いに導磁結合されている。これによって生ぜしめられる磁力線の流れに基づき、形成された測定曲線の線状の領域の所定のシフトが達成されるので、測定曲線の線状の領域内では極性符号変化が生じなくなる。第１８図に示した構成では、プレート１１２によって線状の測定領域が制限される。それに対して第１９図に示した構成のように、磁束を案内するプレート１１３が永久磁石１１１の運動方向に対して平行に配置されると、永久磁石１１１はセンサ１００に設けられた他方の開口を越えて移動させられるようになるか、またはカバープレート１０２ａもしくは底部プレート１０１ａが短縮されるようになる。一方の側に単に１つのプレート１１３を配置することも、直径方向で向かい合って位置する側に第２のプレート１１３を配置することも可能である。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】平成１０年６月２０日（１９９８．６．２０）【補正内容】請求の範囲１．導磁性の材料から成る、複数の構成部分から形成されたステータ（１０，１１，１３，１４）とロータ（２２）との間の回転角度を無接触式に検出するための測定装置であって、ステータ（１０，１１，１３，１４）とロータ（２２）との間に第１のエアギャップ（２１）が設けられており、ステータ（１０，１１，１３，１４）に少なくとも１つの第２のエアギャップ（１２）が形成されており、該第２のエアギャップ（１２）内に少なくとも１つの、磁界に敏感な素子（２０）が配置されており、ロータ（２２）に、少なくとも１つのリング磁石の少なくとも１つのセグメントが配置されている形式のものにおいて、ステータ（１０）を形成する複数の構成部分の少なくとも１つの構成部分（１１，１４）が、別の構成部分との導磁性の結合部を有しており、少なくとも１つの別の構成部分（１３）が、その他の構成部分（１１，１４）との導磁性の結合部を有しておらず、リング磁石（２２）の磁束の分割が行われるようになっており、しかも磁束の少なくとも１つの第１の磁束部分（Ｆ１）が、磁界に敏感な素子（２０）を通流するようになっていることを特徴とする、回転角度を無接触式に検出するための測定装置。２．ステータが、ハウジング部分（１１）内に挿入された２つのセグメント（１３，１４）から成っており、第１のセグメント（１４）がハウジング部分（１１）に導磁的に結合されており、第２のセグメント（１３）がハウジング部分（１１）に磁気絶縁されて配置されている、請求項１記載の測定装置。３．第１のセグメント（１４）が、該第１のセグメント（１４）に設けられたプレート（３０）によってハウジング部分（１１ａ）に結合されている、請求項２記載の測定装置。４．第１のセグメント（１４）が、突出部（５６）によってハウジング部分（１１）に結合されている、請求項２記載の測定装置。５．両セグメント（１３，１４）が対称的に形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の測定装置。６．両セグメント（１３，１４）が非対称的に形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の測定装置。７．ステータが、１つのコア（４５）と、該コア（４５）を取り囲み、かつ少なくとも１つの、磁界に敏感な素子（３９ａ，４０ａ）のための少なくとも１つのスリット（４６，４７）を有する、複数の部分から成るハウジング（４９，５０）とから成っており、コア（４５）が、ハウジングの一部との導磁性の結合部（４６）を有している、請求項１記載の測定装置。８．ロータ（２２）とステータ（１０）とが、ディスク形に形成されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の測定装置。９．ステータ（１００）と、直線運動を伝達する可動部分（１１１）との間の直線運動を無接触式に検出するための測定装置であって、ステータ（１００）と可動部分（１１１）との間に、少なくとも１つのエアギャップ（１１０）が形成されており、ステータ（１００）に、少なくとも１つの、磁界に敏感な素子（１０７）を収容するエアギャップ（１０６）が設けられており、可動部分（１１１）に磁石が配置されている形式のものにおいて、前記磁石が、運動方向に対して直角な方向で分極化されており、ステータ（１００）が、少なくとも部分的に、導磁性の材料から成っていて、複数の構成部分（１１２，１０１，１０２，１０３）から形成されており、ステータ（１００）を形成するこれらの構成部分のうちの少なくとも１つの構成部分（１０１，１０２）が、別の構成部分との導磁性の結合部を有していて、少なくとも１つの別の構成部分（１０３）が、その他の構成部分（１０２，１１２，１０１）との導磁性の結合部を有しておらず、磁石（１１１）の磁束の分割が行われるようになっており、しかも磁束の少なくとも１つの第１の磁束部分が、磁界に敏感な素子（１０７）を通流するようになっていることを特徴とする、直線運動を無接触式に検出するための測定装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者クラウスマルクスドイツ連邦共和国Ｄ―70563 シユツツトガルトエスターフェルトシュトラーセ 62 (72)発明者トーマスクロツビューヒャードイツ連邦共和国Ｄ―73635 ルーダースベルクオーベラーヴァイラー９ (72)発明者フリードリヒビーレルトドイツ連邦共和国Ｄ―37073 ゲッティンゲンアムゴルトグラーベン 21 【要約の続き】る。このような構成に基づき、線状の測定領域のシフトが可能となり、ひいては線状の測定領域内に前符号変化もしくは極性符号変化が生じないように磁束を分割することが可能となる。

Claims

【特許請求の範囲】１．ステータ（１０）とロータ（２２）との間の回転角度を無接触式に検出するための測定装置であって、ステータ（１０，１１，１３，１４）とロータ（２２）との間にエアギャップ（２１）が設けられており、ステータ（１０，１１，１３，１４）に少なくとも１つのエアギャップ（１２）が形成されており、該エアギャップ（１２）内に少なくとも１つの、磁界に敏感な素子（２０）が配置されており、ロータ（２２）に、半径方向に向けられた分極化を有する少なくとも１つのリング磁石が配置されている形式のものにおいて、ステータ（１０，１１，１３，１４）が、少なくとも部分的に、導磁性の材料から成っていて、複数の構成部分（１１，１３，１４）から形成されており、しかもこれらの構成部分のうちの少なくとも１つの構成部分（１３）が、その他の構成部分（１１，１４）との導磁性の結合部（１８）を有していて、リング磁石（２２）の磁束の分割が行われるようになっており、しかも磁束の少なくとも１つの第１の磁束部分（Ｆ１）が、磁界に敏感な素子（２０）を通流するようになっていることを特徴とする、回転角度を無接触式に検出するための測定装置。２．ステータが、ハウジング部分（１１）内に挿入された２つのセグメント（１３，１４）から成っており、第１のセグメント（１４）がハウジング部分（１１）に導磁的に結合されており、第２のセグメント（１３）がハウジング部分（１１）に磁気絶縁されて配置されている、請求項１記載の測定装置。３．第１のセグメント（１４）が、該第１のセグメント（１４）に設けられたプレート（３０）によってハウジング部分（１１ａ）に結合されている、請求項２記載の測定装置。４．第１のセグメント（１４）が、突出部（５６）によってハウジング部分（１１）に結合されている、請求項２記載の測定装置。５．両セグメント（１３，１４）が対称的に形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の測定装置。６．両セグメント（１３，１４）が非対称的に形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の測定装置。７．ステータが、１つのコア（４５）と、該コア（４５）を取り囲み、かつ少なくとも１つの、磁界に敏感な素子（３９ａ，４０ａ）のための少なくとも１つのスリット（４６，４７）を有する、複数の部分から成るハウジング（４９，５０）とから成っており、コア（４５）が、ハウジングの一部との導磁性の結合部（４６）を有している、請求項１記載の測定装置。８．ロータ（２２）とステータ（１０）とが、ディスク形に形成されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の測定装置。９．ステータ（１００）と、直線運動を伝達する可動部分（１１１）との間の直線運動を無接触式に検出するための測定装置であって、ステータ（１００）と可動部分（１１１）との間に、少なくとも１つのエアギャップ（１１０）が形成されており、ステータ（１００）に、少なくとも１つの、磁界に敏感な素子（１０７）を収容するエアギャップ（１０６）が設けられており、可動部分（１１１）に磁石が配置されている形式のものにおいて、前記磁石が、運動方向に対して直角な方向で分極化されており、ステータ（１００）が、少なくとも部分的に、導磁。性の材料から成っていて、複数の構成部分（１１２，１０１，１０２，１０３）から形成されており、これらの構成部分のうちの少なくとも１つの構成部分（１０３）が、その他の構成部分（１０２，１１２，１０１）との導磁性の結合部を有していて、磁石（１１１）の磁束の分割が行われるようになっており、しかも磁束の少なくとも１つの第１の磁束部分が、磁界に敏感な素子（１０７）を通流するようになっていることを特徴とする、直線運動を無接触式に検出するための測定装置。