JP2002542471A - 回転角度の無接触式検出のための測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 回転角度の無接触式検出のための測定装置は、ロータとして働く軟磁性材料から成る支持体板（５２）を有している。センサのステータは少なくとも２つの構成部材から成っており、これらの構成部材の端部（１８，１７）は２つの平面内で終わっている。前記端部（１８，１７）間には測定ギャップ（Ｍ１）が磁界感応素子（２０）と一緒に位置している。両ステータ部材（１３，１４）の端部が異なる平面内で終わっていることにより、測定素子（２０）を、磁石（５０）の磁束を集中させられる極めて小さな測定ギャップ（Ｍ１）に配置することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 背景技術 本発明は、請求項１の上位概念に記載の形式の回転角度の無接触式検出のため
の測定装置から出発する。後から公開されたドイツ連邦共和国特許出願公開第１
９７５３７７５．８号明細書に基づき公知のセンサでは、ロータ及びステータが
２つの平面内で重なり合って配置されている。ステータは２つの構成部材から成
っており、これらの構成部材の間には測定ギャップと間隔ギャップとが位置して
いる。回転運動を規定しようとする、軸に結合されたロータには磁石が配置され
ている。但しこの場合は、ロータ、測定素子及びステータの正確な対応配置が不
可欠である。

【０００２】 発明の利点 これに対して請求項１の特徴部に記載の、本発明による回転角度の無接触式検
出のための測定装置は、測定素子が測定装置の作動範囲を限定しないという利点
を有している。リニアな出力信号において最大１４０°の回転角度が測定可能で
ある。この場合、測定装置は例えばアクセルペダル付近の「左側取付け部及び右
側取付け部」に取り付けることができる。このことは、左側運転席及び右側運転
席の車両においてセンサが簡単に組み込まれるということを意味する。磁石を有
するロータはステータの上位でも下位でも組み込むことができ、またこの場合３
６０°だけ回転する。ステータの特別な構成に基づいて磁束の集約を簡単に達成
することができ、これにより、磁界感応素子における測定信号が改善される。更
に、剛性のプリント配線板及び平坦な構造において本来の測定ギャップを極めて
細く保持することが可能である。このことは、小さな測定ギャップを介して最大
限の磁束が小型磁石において得られるという利点を有している。測定ギャップ自
体は本来の測定素子の厚さによってのみ規定される。両ステータ部材の端部が重
なり合って突出していると、製作誤差が大きくても一定の磁束が得られる。

【０００３】 当該センサはその簡単な構成に基づき比較的僅かな組込み手間で、例えばスロ
ットル状態測定装置、ブレーキペダル・アクセルペダル値センサ用のペダルモジ
ュール等の種々様々なシステムに組み込むことができるか、又はスロットルバル
ブセンサ又は車体懸架装置における専用のセンサとして使用することができる。

【０００４】 請求項２以下に記載の構成手段により、請求項１記載の測定装置の有利な改良
が可能である。

【０００５】 実施例の説明 図１〜図３若しくは図４には、符号１０でステータ１１とロータ１２とから成
るセンサが示されている。図２から判るように、ステータ１１は異なる幅のギャ
ップにより互いに分離された２つの部材１３，１４から成っている。図１からは
、両ステータ部材１３，１４の端部が２つの平面内で重なり合って終わり且つオ
ーバラップしているという本願の重要な特徴が認識可能である。このためには、
一方の端部１６がステータ部材１４の平面から曲げ出されているので、前記端部
１６は第１の平面に対して平行に延びる付加部１７を有している。この場合、こ
の付加部１７の長さは、他方のステータ部材１３の端部１８とオーバラップする
程度の長さである。このためには、ステータ部材１３の端部１８が当該ステータ
部材１３の平面から曲げ出されているので、端部１８の端面は前記付加部１７の
方を向いている。しかしまた、ステータ部材１３の端部１８が上方に曲げられて
いるのではなく、当該ステータ部材１３の平面内若しくはステータ部材１４の平
面内で終わっているということも考えられる。端部１８とステータ部材１４の付
加部１７との間には測定ギャップＭ１が位置している。図１では、付加部１７は
付加部１８の端面を越えて突出しているので、オーバラップＵ１が生ぜしめられ
る。このオーバラップＵ１に基づき、センサ１０にステータを組み込む際に製作
誤差の問題を調整することができる。しかしまた、例えば図５に示したように付
加部１７が端部１８の、ステータ部材１４とは反対の側と整合して終わっている
ということも考えられる。ギャップＭ１には磁界感応素子２０が配置されており
、この磁界感応素子２０は以下で更に説明するように、磁束の変化を検出する。
磁界感応素子２０としては、例えばフィールドプレート、磁気トランジスタ、コ
イル、磁気抵抗効果素子又はホール素子を使用することができる。この場合に重
要なのは、磁界感応素子の出力信号が、磁気誘導値Ｂに関してできるだけリニア
な関連性を有しているということである。図面には、それぞれ唯一の磁界感応素
子、つまりホール素子を用いた測定部が示されている。この場合、磁界感応素子
２０はできるだけギャップＭ１の中央に配置されていなければならない。場合に
よっては、１つ又は複数の測定素子を測定ギャップＭ１に配置することも可能な
ので、いわゆる冗長的測定（確実な測定）を実施することができる。ホール素子
２０の電気的な接続部は、プリント配線板２４の付加部２２，２３に配置されて
いる。図２からは、プリント配線板２４の導体路２５及び電気的な各接続部２６
が認識可能である。

【０００６】 ステータ部材１３は、図２に示したように孔３１を備えた付加部３０を有して
おり、前記孔３１を以てステータ部材１３は軸３３に遊びを有して周面係合して
いる。前記付加部３０の領域では、両ステータ部材１３，１４間に第１の間隔ギ
ャップ３５が位置しており、この第１の間隔ギャップ３５は約１８０°の角度範
囲を有している。間隔ギャップ３５の大きさは、この間隔ギャップ３５の領域で
両ステータ部材１３，１４間に磁束ができるだけ生ぜしめられないような大きさ
でなければならない。更に、両ステータ部材１３，１４の他端部３７，３８、つ
まりステータ部材１３，１４の端部１８，１６に向かい合った端部間に第２の間
隔ギャップ４０が生ぜしめられる。間隔ギャップ３５から間隔ギャップ４０への
移行部は、ステータ部材１３に突入するセグメント状の付加部４１を有している
。この場合、間隔ギャップ３５の他端部には第３の間隔ギャップ４３が続いてお
り、この第３の間隔ギャップ４３は第４の間隔ギャップ４４に移行する。この第
４の間隔ギャップ４４はステータ部材１４の付加部１７の下位に位置しており且
つ１平面内に位置するステータ部材１３、１４の端部１８，１６の間隔を示して
いる。全ての間隔ギャップは空気又は別の非導磁性材料で満たされていてよい。
勿論、間隔ギャップをそれぞれ異なる材料で満たすことも可能である。間隔ギャ
ップが空気で満たされているという仮定から出発すると、間隔ギャップ４４は測
定ギャップＭ１よりも大きくなくてはならない。このことは不可欠であり、これ
により、磁束は間隔ギャップ４４を介して僅かにしか流れない、又はできるだけ
流れないだけでなく、できるだけ集中的に測定ギャップＭ１を介して延びる。磁
束の観点でも、間隔ギャップ４３は間隔ギャップ３５よりも大きくなければなら
ない。しかしいずれにしろ、間隔ギャップ４３はできるだけ間隔ギャップ４４と
ほぼ同じ大きさであるのが望ましい。図２では図面をはっきりと見やすくするた
めに、ロータ１２は部分的にしか書き込まれていない。この場合は上で既に重ね
て述べた磁束を生ぜしめる磁石５０だけが示されている。この磁石５０は、図２
では間隔ギャップ４０から間隔ギャップ４３まで突出しているＵ字形区分として
示されている。図２では、前記磁石５０は連続した環状の構成部材として示され
ている。測定された測定曲線が平坦域又は別の非リニアな移行部を有している場
合、磁石５０は多少なりとも大きな区分によって分割された複数の区分から成っ
ていてよい。前記磁石は、軸方向で、つまりステータ１１若しくは支持体板５２
に対して垂直方向で分極された永久磁石として形成されていてよい。磁石５０は
円区分（円セグメント）又は円環部分として構成されていてよい。磁石５０の角
度範囲は、監視若しくは測定しようとする構成部材の規定されるべき最大回転角
度と少なくとも同じ大きさである。図２から判るように、永久磁石５０の角度範
囲はこの実施例ではほぼ１８０°なので、１８０°の測定されるべき回転角度が
得られる。図３には、図２に示したのと同様にステータ１１の上位で支持体板５
２を備えた永久磁石５０が示されており、この永久磁石５０は図４に示した様に
、ステータ１１の下位に支持体板５２を備えて配置されてもよい。図３に示した
、ロータ１２がステータ１１の上位の平面に設けられた配置形式では、軸３３が
ステータ部材１３の付加部３０に設けられた開口３１を貫通しているので、軸３
３の端部に支持体板５２が固定されていてよい。この場合、ステータ１１と支持
体板５２との間の間隔は、支持体板５２のステータに面した側に配置された磁石
５０が回転運動に際して自由に運動できる大きさでなければならない。つまり、
ステータ１１に面した磁石５０の表面とステータ１１との間には空隙Ｌ１が位置
している。但し、この空隙Ｌ１はロータ１２の回転運動中、できるだけ一定であ
るのが望ましい。ロータ１２の直径、つまり支持体板５２の直径は、端部１７，
１８の空隙Ｍ１よりも大きな空隙によって分割されている必要がある。

【０００７】 図４では、ロータ１２はステータ１１の下位に配置されている。ロータ１２の
構成は図３に示したものと同じである。但し、配置形式は勿論鏡像的である。そ
れというのも、磁石５０がステータ１１に面して支持体板５２に配置されていな
ければならないからである。図４から判るように、軸３３は付加部５５を以てロ
ータ１２の支持体板５２を貫通し且つステータ１１においてステータ部材１３の
付加部３０の開口３１内で回転可能に支承されている。

【０００８】 支持体板５２も両ステータ部材１３，１４も導磁性材料から製作されている。
閉じられた磁気回路を得るためには、軸３３又は少なくともその付加部５５も導
磁性材料から成っていなければならない。

【０００９】 図８には両ステータ部材１３，１４を備えたステータ１１の斜視図が示されて
いる。図５〜図７には、図８に対応するステータ１１の平面図が示されている。
図８からは、この場合空隙であると仮定する４つの間隔ギャップ若しくは測定ギ
ャップＭ１のそれぞれ異なる大きさが認識可能である。図５には上で述べた変化
実施例が示されており、ステータ部材１４の端部１６の付加部１７が、ステータ
部材１３の端部１８の、前記端部１６とは反対の側の縁部と一緒に終わっている
。間にギャップＭ１の位置するオーバラップしている端部１７，１８は、図７の
部分断面図でも認識できる。

【００１０】 図９には、測定ギャップＭ１の領域における磁石５０の磁束の集中を可能にす
る特別な構成が示されている。このことは、磁界感応素子２０の感応域ができる
だけ磁束の集中域、つまり最強磁束域に配置されていることによって達成される
。このためには、プリント配線板２４の支持体６０が切欠き６１を有しており、
この切欠き６１はプリント配線板２４の切欠き６２よりも大きいか、又は該切欠
き６２と整合している。これらの２つの切欠き６１，６２をステータ部材１３の
端部１８が貫通して、プリント配線板２４の表面とほぼ同一平面で合致している
。ステータ部材１３の端部１８の端面の上位、つまり測定ギャップＭ１では、磁
界感応素子２０の最も感度の高い領域が、付加部１８の端面にわたってできるだ
け中央に配置されている。前記の支持体６０の切欠き６１及びプリント配線板２
４の切欠き６２に基づき更に、測定ギャップＭ１が図９の構成において、ほぼ磁
束感応素子２０の厚さによってのみ規定されるということが可能である。当該の
極めて小さな測定ギャップＭ１は、例えば小さなサイズに基づき得られる小さな
磁力を有する磁石においても既に最大限の磁束延いては明確な測定信号が発生さ
れるという利点を有している。更に補足しておくと、図９でもステータ部材１４
の端部１６は支持体６０とプリント配線板２４とに沿って第２の平面へ曲げられ
ているので、ステータ部材１４の付加部１７は、ステータ部材１３；１４のその
他の領域に対して平行な平面内に位置している。

【００１１】 図１４には、軸３３の回転角度αにわたる、例えばホール素子等の素子２０に
おける磁気誘導値Ｂの特性線の経過が示されている。回転角度αが０°の場合は
誘導値Ｂもやはり０であるのに対して、回転角度αが最大の場合には、誘導値Ｂ
も最大誘導値に達するということが認識可能である。この実施例では、最大測定
角度範囲は約１８０°で得られる。回転角度が０°の場合のセンサ１０の位置が
図１０及び図１１に示されており、この場合もはっきりとさせるために、図１１
では磁石５０が支持体板５２無しで書き込まれている。図１０からは、磁石５０
の磁束が支持体板５２と軸３３の付加部５５とを通って小さな支承ギャップを越
えてステータ部材１３に向かって延びており、そこからステータに対するロータ
の運動に役立つ小さなギャップを越えて永久磁石に向かって戻るということが判
る。特に図１１から判るように、磁束はギャップ３５，４１，４０，４３に基づ
き、回転角度が０°の場合は素子２０を通って延びないように制御されているの
で、素子２０に磁気誘導値Ｂは生じない。軸３３延いては支持体板５２が磁石５
０と一緒に回転されると、素子２０を通って延びる磁束が拡大されて、図１４に
示したリニアな測定線が生じる。回転角度αが最大の場合のセンサの調整は図１
２及び図１３に示されている。この場合も図１３では図面を見やすくするために
支持体板５２は書き込まれていない。図１２から判るように、回転角度αが最大
の場合は、磁束は永久磁石５０から支持体板５２と軸３３の付加部５５とを通っ
てステータ部材１３の軸３３の支承ギャップを越えて前記ステータ部材１３内へ
延びている。そこからギャップ４１，３５，４３に基づいて磁束が分割され、部
分的にギャップ４０を越えて磁石５０に戻る。磁束のほぼ半分がステータ部材１
３において端部１８内へ延びており、そこから素子２０を通ってステータ部材１
４の端部１６の付加部１７に向かって延びる。ステータ部材１４から磁束は既に
上で述べた小さなギャップを越えて磁石５０へ戻る。これにより、磁束全体が素
子２０を通って案内されるので、素子２０には可能な限り最大限の磁気誘導値Ｂ
が生ぜしめられる。

【００１２】 上で説明したセンサはスロットルバルブ調整ユニットに簡単に組み込むことが
できる。このユニットでは、エンジン制御用のスロットルバルブの回転角度が検
出される。この場合、両ステータ部材１３，１４はスロットルバルブ調整ユニッ
トの蓋に直接に配置されていてよい。

【００１３】 更に、ブレーキペダル若しくはアクセルペダルの検出のため、又は別の適用の
ための専用のセンサを成すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 測定ギャップ域のステータ及びプリント配線板の縦断面図をロータ無しで示し
たものである。

【図２】 測定装置の平面図であり、この場合、ロータに関しては該ロータに配置された
磁石しか書き込まれていない。

【図３】 図２のＡ−Ａ方向で縦断した図を、ステータの上位に配置されたロータと一緒
に示したものである。

【図４】 ステータの下位にロータが配置された、図３に対する択一的な実施例を示した
図である。

【図５】 ステータを図６のＶ方向で見た図である。

【図６】 ステータの平面図である。

【図７】 ステータを図６のＶＩＩ方向で見た図である。

【図８】 ステータの斜視図である。

【図９】 ホールＩＣ及びプリント配線板を備えた測定ギャップを巡る領域の変化実施例
の拡大図である。

【図１０】 角度位置が０°若しくは誘導値Ｂ＝０の場合の磁束を示した図である。

【図１１】 角度位置が０°若しくは誘導値Ｂ＝０の場合の磁束を示した図であり、この場
合、図１０とは異なり、簡略化のために磁石は該磁石のために働く支持体、つま
りロータ無しで書き込まれている。

【図１２】 最大角度位置若しくは誘導値Ｂ＝ｍａｘの場合の対応する磁束を示した図であ
る。

【図１３】 最大角度位置若しくは誘導値Ｂ＝ｍａｘの場合の対応する磁束を示した図であ
り、この場合、図１２とは異なり、簡略化のために磁石は該磁石のために働く支
持体、つまりロータ無しで書き込まれている。

【図１４】 回転角度αにわたって対応する誘導値Ｂの経過を示した図である。

【符号の説明】

１０ センサ、 １１ ステータ、 １２ ロータ、 １３，１４ ステータ
部材、 １６，１８ 端部、 １７，２２，２３，３０，４１，５５ 付加部、
２０ 磁界感応素子、 ２４ プリント配線板、 ２５ 導体路、 ２６ 接
続部、 ３１ 孔、 ３３ 軸、３５，４０，４３，４４ 間隔ギャップ、 ３
７，３８ 端部、 ５０ 磁石、 ５２ 支持体板、 ６０ 支持体、 ６１，
６２ 切欠き

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１３年７月４日（２００１．７．４）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項４】 ステータ（１１）の一方の構成部材（１３）が付加部（３０
）を有しており、該付加部に軸（３３）、特に該軸の付加部（５５）が突入して
いる、請求項１から３までのいずれか１項記載の測定装置。

【請求項５】 一方のステータ部材（１４）の端部（１７）が他方のステー
タ部材（１３）の端部（１８）と間隔（Ｕ１）をあけてオーバラップしている、
請求項１から４までのいずれか１項記載の測定装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トーマス クロッツビューヒャー ドイツ連邦共和国 ルーダースベルク オ ーベラー ヴァイラー ９ (72)発明者 ベルンハルト バウアー ドイツ連邦共和国 シユツツトガルト フ ローリアン−ガイアー−シュトラーセ 27 Ｆターム(参考） 2F063 AA35 BA06 DA05 GA52 GA79 KA01 KA05 2F077 CC02 JJ01 JJ06 JJ08 JJ09 JJ12 JJ23 VV02

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステータ（１１）とロータ（１２）との間の回転角度（α）
   の無接触式検出のための測定装置であって、ロータ（１２）に磁石（５０）が配
   置されており、ステータ（１１）とロータ（１２）との間にギャップが位置して
   おり、ステータ（１１）が少なくとも１つの非導磁性のギャップ（３５，３８，
   ４３，Ｍ１）によって分離された少なくとも２つの構成部材（１３，１４）から
   成っており、少なくとも１つのギャップ（Ｍ１）に少なくとも１つの磁界感応素
   子（２０）が位置している形式のものにおいて、 少なくとも２つのステータ部材（１３，１４）の端部（１８，１７）が、それ
   ぞれ重なり合って位置する２つの平面内に配置されており、当該端部（１７，１
   ８）間の測定ギャップ（Ｍ１）に、磁束が軸方向で通されるように磁界感応素子
   （２０）が配置されていることを特徴とする、回転角度の無接触式検出のための
   測定装置。
2. 【請求項２】 第１のギャップ（４３）が第２のギャップ（３５）よりも大
   きい、請求項１記載の測定装置。
3. 【請求項３】 第４のギャップ（４４）が測定ギャップ（Ｍ１）よりも大き
   く形成されている、請求項１又は２記載の測定装置。
4. 【請求項４】 軸（３３）、特に付加部（５５）及びロータ（１２，５２）
   が軟磁性材料から成っている、請求項１から３までのいずれか１項記載の測定装
   置。
5. 【請求項５】 ステータ（１１）の一方の構成部材（１３）が付加部（３０
   ）を有しており、該付加部に軸（３３）、特に該軸の付加部（５５）が突入して
   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. 【請求項６】 ロータ（１２）及びステータ（１１）がディスク形に形成さ
   れている、請求項１から５までのいずれか１項記載の測定装置。
7. 【請求項７】 一方のステータ部材（１４）の端部（１７）が他方のステー
   タ部材（１３）の端部（１８）と間隔（Ｕ１）をあけてオーバラップしている、
   請求項１から６までのいずれか１項記載の測定装置。