JP2001513901A - 角度変化検出センサ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ここで提案されているのは、運動する機械的構成部材の小さな角度変化を検出するセンサ装置である。ここでは磁石（３）と、前記構成部分に対向する少なくとも１つのセンサ（５）とが設けられている。このセンサ（５）は、磁石（３）の磁力線（４）の方向に依存する電気的な出力信号を出力する。センサ（５）は磁気抵抗センサ（５）であり、磁石（３）の１つの極に対向して配置され、磁界に感応する層が、角度変化を発生させる回転に対して接線方向に位置するようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】 角度変化検出センサ装置 従来の技術 本発明は請求項１の上位概念に記載された、角度変化検出センサ装置例えば軸 のねじれを測定するためのセンサ装置に関する。 ＵＳ−ＰＳ５，５０１，１１０からすでに、軸に伝達される回転モーメントを 検出するセンサ装置が公知である。この回転モーメントは、軸終端部のねじれな いしねじり角と、軸の材料および幾何学形状に依存した定数とから検出される。 ここでは２つの磁石と、これらの磁石に対向するそれぞれ１つのホールセンサと が、それぞれ軸と共に回転する２つの円板上に設けられている。ここで円板は軸 の終端部に機械的に固定して連結されている。 例えば自動車のハンドル軸に作用する回転モーメントをハンドル回転中に検出 するためには、極めて小さな角度変化を、ハンドルの２つの回転方向に測定しな ければならない。したがって磁石から放射される磁界の変化を評価する場合には 、極めて感度がよくかつ温度安定性を備えた測定装置が必要である。 発明の利点 請求項１の上位概念の特徴を備えた、運動する機械的構成部材の小さな角度変 化を検出するセンサ装置は、本発明の特徴により有利にも改善される。なぜなら ばここでは高い感度を備えたセンサが使用されるからである。 磁石の磁界が、それぞれ対向するセンサの方向に走行しかつこのセンサが磁気 抵抗的なセンサであることにより、磁力線を検出する際に極めて大きな感度を発 揮することができる。この磁気抵抗センサは、磁石の１つの極に対向して配置さ れており、磁界に感応する層が、角度変化を引き起こす回転に対して接線を成す ようになっている。これにより磁極の狭い空間（例えば＞１ｍｍ）に磁力線の方 向が大きく変化することを有利にも利用することができる。 本発明による磁気抵抗センサは、磁力線の１方向成分（ここでは接線方向成分 ）に対する著しい感度を有することから線形に制御され、これにより磁石または センサの回転時に、極めて小さい角度変化を測定することができる。 本発明は有利には、軸の回転モーメントを検出するセンサ装置に適用される。 このセンサ装置それ自体は、冒頭に挙げたＵＳ−ＰＳ５５０１１１０から公知で ある。本発明では磁石とセンサはそれぞれ、軸方向で相異なる軸位置に連結され かつ相互に対向しているため、軸のねじれを角度変化として検出可能である。 この測定装置は有利には、２つのセンサを磁石の磁界に配置しかつ角度変化が ない場合にはこれらのセンサの差分出力が０になるように相互に接続することに よって実現される。ゼロ点が現れるのは、回転する軸に負荷がかかっていない場 合である。磁石を備えた部材とセンサを備えた部材との相対的な回転により、２ つのセンサの電気的なアナログ出力の差分が発生し、この差分は電気的信号処理 により直接回転モーメントとして出力することができる。 磁石は、軸方向に磁界を形成するシリンダ形状に簡単に構成することができる 。ここで磁気抵抗センサは有利にはＡＭＲセンサ（ＡＭＲ=antisotrop magnetor esistive），ＧＭＲセンサ（ＧＭＲ＝giant magenetoresistive）またはＣＭＲ センサ（ＣＭＲ＝colossal magnetoresistive）とすることができる。 図面 本発明によるセンサ装置の実施例を図面を用いて説明する。 図１は、磁石に対する支持部の概略図である。ここでこの支持部は１つの軸終 端部に固定されている。 図２は、図１の磁石の磁力線領域に配置された磁気抵抗センサを示す図である 。 実施例の説明 図１には支持部材１が示されている。この支持部１はシャフト２によりここに 図示しない回転する軸に固定されている。支持部材１はこの軸と共に座標軸ｚの 周りを回転する。支持部材１の周縁部にはシリンダ形状の磁石３が存在している 。この磁石３の磁力線４はここでは図示のように走行している。軸が回転するこ とにより磁石３は、磁力線４と共にｘ−ｙ平面内で角度を変化させる。 図２には磁石３が磁力線４と共に詳しく示されている。磁気抵抗センサ５は、 磁石３の１つの極に対向して配置されている。分かり易くするために、支持部材 １の構成をセンサ５の相応の支持部材に相互に関連させて図示することは省略す る。 しかしながら図２から、センサ５を磁力線４の領域に位置させるために、この センサをどのように配置すればよいかは判る。センサ５の支持部材は、別の軸終 端部に支持部材１と同様に固定され、これによって軸のねじれにより引き起こさ れた、磁石３とセンサ５相互の相対的な回転を測定することができる。 磁気抵抗センサ５は、磁力線４のｘ成分に関して殊に著しい感度を有するため 、２つの構成部材３または５のうちの１つがｚ軸の周りを回転すると、小さな角 度変化でもすでに、センサ５の出力信号に大きな変化が現れる。 図２から判るのは、例えば磁力線４．１が０のｘ成 分を有していることであり、さらにすでに隣接する磁力線４．２ではｘ成分が、 良好に測定可能な増加を示してことである。したがって例えば比較的わずかなね じれの際に発生する小さな角度変化を測定可能であり、軸に作用する回転モーメ ントを正確に検出することが可能である。

───────────────────────────────────────────────────── 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 フランツ ヨースト ドイツ連邦共和国 Ｄ―70565 シユツツ トガルト シェーンブーフシュトラーセ 30ベー (72)発明者 ハンス−ユルゲン ヘルデリッヒ ドイツ連邦共和国 Ｄ―71394 ケルネン ミュールシュトラーセ 18

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 運動する機械的な構成部材における小さな角度変化を検出するためのセン サ装置であって、 磁石（３）と、前記構成部材に対向する少なくとも１つのセンサ（５）を有 し、 該センサ（５）は、磁石（３）の磁力線（４）の方向に依存する電気的な出 力信号を送出し、 少なくとも１つのセンサ（５）と磁石（３）とはそれぞれ、相対的に相互に 運動する機械的構成部材（１）に固定されている形式のセンサ装置において、 磁石（３）の磁界は、対向するセンサ（５）の方向に走行し、 センサ（５）は、磁気抵抗センサ（５）であり、 該センサ（５）は、磁石（３）の１つの極に対向して配置され、磁界に感応 する層が、角度変化を引き起こす回転に対して接線方向に位置するようにされて いることを特徴とする センサ装置。 ２． 磁石（３）とセンサ（５）とは機械的にそれぞれ、軸方向で軸の相異なる 位置に連結されておりかつ軸のねじれが角度変化として検出されるように対向さ せられている 請求項１に記載のセンサ装置。 ３． ２つセンサ（５）が、磁石（３）の磁界に配置されており、該センサ（５ ）は、角度変化がない場合には該センサ（５）の差分出力が０になるように相互 に接続されている 請求項１または２に記載のセンサ装置。 ４． 磁石（３）はシリンダ形状に構成されており、軸方向に磁界を形成する 請求項１から３のいずれか１項に記載のセンサ装置。 ５． 磁気抵抗センサ（５）はＡＭＲセンサである 請求項１から４のいずれか１項に記載のセンサ装置。 ６． 磁気抵抗センサ（５）はＧＭＲセンサである 請求項１から４のいずれか１項に記載のセンサ装置。 ７． 磁気抵抗センサ（５）はＣＭＲセンサである 請求項１から４のいずれか１項に記載のセンサ装置。