JP2005221508A - 回転可能な可動部材用の温度感知装置及びそれを用いた温度検出法 - Google Patents

Abstract

【課題】 回転可能な可動部材用の磁場式温度感知装置であって、磁場強度の検出精度による影響を、ごく僅かにしか受けない又は全く受けない温度測定精度を有する磁場式温度感知装置を提供する。
【解決手段】 本発明の磁気式温度感知装置は、上記回転可能な可動部材（１１）に結合した少なくとも１つの磁場源素子（１３）と、固定部（１５）に結合しており、上記磁場源素子（１３）により決定された磁場（Ｈ）のパラメータを測定するための磁場感知素子（１４）と、を含んでおり、上記磁場（Ｈ）のパラメータが、回転可能な可動部材（１１）の温度の関数である。上記磁場源素子（１３）は、磁場（Ｈ）の方向を少なくとも１つの軸（２５）に沿って、上記回転可能な可動部材（１１）の温度（Ｔ）の関数として回転する手段（２２）を含んでいる。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転可能な可動部材用の磁気式温度感知装置に関する。この磁気式温度感知装置は、回転可能な可動部材に結合した少なくとも１つの磁場源素子と、この磁場源素子により決定された磁場パラメータを測定するために固定部に結合した磁場センサー素子と、を含むタイプである。磁場パラメータは、回転可能な可動部材の温度の関数である。

回転素子やシャフトのような回転部材の温度を測定することは、回転部材上にセンサーを固定することが不可能であるので、常に困難を伴う。

特に興味のあることは、例えば自動車の運転中に自動車タイヤの温度をモニターして、一般的な整備の目的と自動車の高速走行時の安全性との両方のために利用することである。従って、ドライバーは、タイヤの温度を常に知ることが重要であり、それが、自動車の挙動に急激な影響を与える可能性がある。

タイヤの空気圧と温度とをモニターするための、いくつかの方法が知られている。通常は、複雑な固定技術が利用されており、又は、電源とアンテナが必要な電磁波の送信機と受信機とが利用されている。

米国特許４５７０１５２には、タイヤ内の温度測定システムが開示されており、複数の磁性釘を、決められたタイヤの溝部に挿入するものである。そして、磁場センサーを、タイヤの近傍にある自動車の非可動部材に固定して、回転する複数の磁性釘により発生した磁場パルスを検出するのに使用される。もしタイヤ温度が上昇すると、磁性釘から発生する磁場が減少する。
米国特許第４５７０１５２号明細書

しかしながら、そのような温度測定システムでは、磁場の強度変化を正確に検出するために、タイヤの溝部に異質の部材を挿入し、センサー素子をタイヤの溝部にかなり近付けることが必要である。

本発明の目的は、タイヤ用の磁場式温度感知装置であって、磁場強度の検出精度による影響を、ごく僅かにしか受けない又は全く受けない温度測定精度を有する磁場式温度感知装置を製造できる解決方法を提供することである。

本発明によれば、上記の目的は、温度感知装置と、対応する温度測定方法とによって達成される。これらは、特許請求の範囲に具体的に詳しく説明された特徴を有している。
即ち、本発明の温度感知装置は、回転可能な可動部材用の装置であって、当該装置は、上記回転可能な可動部材（１１）に結合した少なくとも１つの磁場源素子（１３）と、固定部（１５）に結合しており、上記磁場源素子（１３）により決定された磁場（Ｈ）のパラメータを測定するための磁場感知素子（１４）と、を含んでおり、上記磁場（Ｈ）のパラメータが、回転可能な可動部材（１１）の温度の関数であり、上記磁場源素子（１３）が、磁場（Ｈ）の方向を少なくとも１つの軸（２５）に沿って、上記回転可能な可動部材（１１）の温度（Ｔ）の関数として回転する手段（２２）を含んでいる。
また、本発明の測定方法は、上述の磁気式温度感知装置に用いた回転可能な可動部材により温度を測定する方法であって、該方法は、温度（Ｔ）の変化を、磁場（Ｈ）の方向の変化に関係付けており、当該磁場（Ｈ）が、磁場源素子（１３）から生じ且つ磁場センサーで測定される。

本発明の温度感知装置では、温度を、磁場方向の回転に関係付けることができる。よって、回転素子による磁場の方向の変化を測定することにより、温度を間接的に測定できる。そのため、本発明の装置を用いた温度測定では、測定精度が、磁場の強度変化の測定精度に殆ど影響を受けない。

本発明を、単に、限定しない例示を提供している添付の図面を参照しながら、以下に記載する。
本明細書で提案された回転可能な可動部材用の磁気式温度センサーは、少なくとも１つの磁場源素子であって、好ましい説明ではタイヤチューブのようなタイヤの内部部品である回転可能な可動部材に結合した磁場源素子と、この磁場源素子の磁場パラメータを測定するための磁場感知素子であって、好ましい説明では自動車のシャーシである固定部に結合した磁場感知素子と、を含んでいる。磁場パラメータは、特に、磁場の方向を含んでおり、温度の関数として適切に回転する手段を採用することによって、磁場の方向を回転可能な可動部材の温度の関数にする。

図１は、本発明に係る装置の主な動作を図示している。
回転軸１２の周りに回転するタイヤ１１は、磁場源１３を含んでいる。磁場源１３は、それ自身が磁性を備えていて、磁場Ｈを決めることができる。

上記の磁場源１３は、タイヤ１１内部のインナーチューブ内に配置するのが好ましい。固定部、具体的には、図面を簡潔にするために全体的には図示していない自動車のフェンダー１５であるが、そこには磁場センサー１４が配置されている。

タイヤ１１と固定部１５との間の領域において、磁場源１３から発生した磁場Ｈに、電界強度及び方向が関連付けられる。

磁場源１３の磁場Ｈは、タイヤ１１が到達した温度の関数として、回転すること及び恐らく磁場の強度を変えることができる。磁場センサー１４は、離れた状態で磁場Ｈを測定して、それによって間接的に温度を測定することができる。磁場センサー１４により測定された信号は、図１に不図示の自動車の電子ユニットに送られて、処理され、シグナルやアラームを発する。

図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、タイヤ１１に結合した磁場源１３を詳細に図示している。
図２（Ａ）は、温度ＴがＴ１に等しいときの、第１の動作配置の磁場源１３を示している。図２（Ｂ）は、温度ＴがＴ２に等しいときの、第２の動作配置の磁場源１３を示している。ここで、Ｔ２のほうが、Ｔ１より大きい。

本発明に係る磁場源１３は、永久磁石素子２１を含んでおり、この素子は、一定の係数(modulus)及び方向を有する磁場Ｈを発生する。しかしながら、永久磁石素子２１は、都合のよいことに、回転素子２２に結合されている。回転素子２２は、軸２５に沿って回転運動する。軸２５は、タイヤ１１が規定する円周の半径方向に向けられている。好ましい実施形態によれば、回転素子２２は、形状記憶素子から構成されており、例えば、ニッケル−チタン合金や他のＳＭＡｓ（形状記憶合金）から構成されている。このような形状記憶素子は、温度変化が起こると、素子自身の主軸周りにねじれることができる。図２に示すように、回転素子２２は、共軸の容器シリンダ内に、軸２５に沿って配置された形状記憶材料のバー２３を含んでおり、タイヤ１１の動きによって生じる振動を制限することができる。

好ましくは、バー２３は、タイヤ１１の表面から遠位の一方の端部が、シリンダ２４の底部に固定されている。これにより、他方の端部は、シリンダ２４の中で自由にねじれることができる。よって、バー２３の自由端、つまりタイヤ１１の表面に近接した端部上に、永久磁石２１が配置されている。図２（Ａ）に示すように、永久磁石２１は、２つの極性を有しているので、それに付随した磁場Ｈを有している。磁場Ｈは、タイヤ１１の表面に対して実質的に接線方向に配列している。具体的には、図２（Ａ）では、永久磁石２１の配置状態は、タイヤの接線方向で且つタイヤ１１の回転方向に沿った磁場Ｈを決定する。

上述のように、図２（Ｂ）では、磁場源１３は、温度Ｔ１よりも高い温度Ｔ２を受けている。形状記憶材料のバー２３は、温度上昇の効果によって、ねじれる傾向にあり、それにより、バーの両端部のうち、永久磁石２１を支えているタイヤ表面に近接した端部は、軸２５に沿って回転する。図２（Ｂ）では、永久磁石２１は、実質的に９０°回転しており、磁場Ｈを、タイヤ１１の回転方向に対して実質的に直角方向に決定する。

磁場センサー１４は、回転素子２２上に配置された永久磁石２１の磁性によって決定された磁場Ｈの方向を直接に測定することにより、タイヤ１１の温度Ｔを間接的に測定できる。

磁場センサー１４は、例えば、磁場方向の切替えに敏感なスピンバルブセンサーにすることができるが、この磁場センサー１４が磁場Ｈの方向の変化を感知して、それにより温度上昇を検知することができる。
特に、例えば単なるカウンターの代わりとして、電子ユニット内の適切な回路とマイクロコントローラとを利用して永久磁石２１の回転数を測定することができるので、従って、タイヤ１７の温度を決定することができる。

永久磁石は、バルク磁性材料又は硬質の強磁性体薄膜を、スパッタリングや電着法のような対応する薄膜析出技術によって形成することによって、得ることができる。この場合、永久磁石２１は、単一膜や、複数膜の積層体だけでなく、強磁性体粒子から構成された複合材料を用いることができる。複合材料の強磁性体粒子は、種々の寸法（ナノメートルからミリメートルまで）と形状とを有しており、ポリマーマトリクス中に取り込まれて、磁化されている。強磁性体粒子は、ポリマー内において合成することも、又は別で合成することもできる。ここに記載された実施形態において、永久磁石２１の磁性は、温度の関数として変化することはない。

いずれの場合も、いくつかの磁性材料は、ある意味において、上述の用途に適した振る舞いをすることが知られており、例えば、磁性反応は、−４０℃〜３００℃の温度範囲にわたって、顕著に、必須ではないが直線的に変化する。この点に関して、図３に、永久磁石２１の作成に適した材料について、磁性の絶対値Ａｂｓ（Ｍ）を温度Ｔの関数としたプロファイルを示す。磁性は、補償温度Ｔ_ｃｏｍｐ及びキュリー温度Ｔ_{ｃｕｒｉｅ}において、最小の絶対値を示すことが、容易に理解される。

上述の解決方法によれば、従来技術の解決方法を超えた多くの利点を達成することができる。

本発明の温度感知装置は、有利なことに、温度を磁場の方向の回転に関係付けることができる。それにより、回転素子が決定した変化を測定するので、磁場の強度をセンサーで正確に決定することは、影響が少ない。

特に、有利には、ここで提案した磁気式温度感知装置では、回転素子として、温度変化に敏感な形状記憶材料を使用することができる。

当然に、構造の詳細や実施形態は、本発明の本質を損なうことなく、単に実施例として本明細書に記載し図解したことに関して、添付の特許請求の範囲から逸脱せずに広く変更することができる。

例えば、シリンダと形状記憶材料のバーとを適切にねじ切りすることにより、回転素子は、軸２５に沿ってねじ又はらせん状の前進動作を備えることができる。このようにして、温度変化は、磁場の回転とその強度変化とに変換することができる。これらのパラメータは、磁場センサーによって同時に測定することができ、より正確な温度測定が可能になる。

さらに、温度の関数として回転する回転素子は、好ましい実施形態に記載された形状記憶材料のバーと異なる方法により形成することもできる。例えば、ガス入り容器の体積が変化することを有効に利用して、温度変化を磁場源素子の回転動作に変換する機械的置換器を得ることができる。

磁場センサーは、デジタル式、又は単なるソレノイドのようなアナログ式の磁場センサーや、ＡＭＲ（異方性磁気共鳴）型、ホール効果型、ＧＭＲ（巨大磁気抵抗効果）型、及びＴＭＲ（トンネル磁気抵抗）型の磁場センサーから入手することができる。

上述のタイプの温度センサー装置は、温度測定を要求される様々な用途に利用することができる。

タイヤ内の温度測定に関連して、温度センサーは、適当な測定ユニットの１部品にすることができる。測定ユニットには、さらに、タイヤ摩耗センサー及び／又は圧力センサーを備えており、あるいはアクチュエータ又はバルブを備えていて、タイヤの温度を回復することができる。この測定ユニットは、タイヤに直接に配置させて、タイヤの動作から得られる振動エネルギーを転換することにより、間接的に動力を得るだろう。

特に、固定部材に配置したセンサーを有効に利用して、例えば圧力のような数値の制御下において、他の磁場源の磁場の強度変化及び／又は磁場の方向変化を検出することができる。

しかしながら、提案された装置が、本明細書に記載された磁気式温度感知装置と相性のよい全ての温度測定に適用可能であることは、明らかである。本発明の磁気式温度感知装置は、回転可能な可動部材に結合した少なくとも１つの磁場源素子と、固定部材に結合しており磁場源素子により決定された磁場のパラメータを測定する磁場感知素子と、を含んでいる。磁場のパラメータは、回転可能な可動部材の温度の関数である。磁場源素子は、その素子から発している磁場の方向を、少なくとも１つの軸に沿って回転させる手段を含んでいる。

本発明に係る磁気式温度感知装置について、その動作の主要部分の概略図を示している。 図１の装置について、タイヤに結合した磁場源を詳細に示している（Ａ、Ｂ）。 温度Ｔに対する永久磁石の磁性の絶対値Ａｂｓ（Ｍ）を、図１の装置で測定した測定結果のグラフである。

符号の説明

１１ タイヤ
１２ タイヤの回転軸
１３ 磁場源
１４ 磁場センサー
１５ 固定部（シャーシ）
２１ 永久磁石素子
２２ 回転素子
２３ 回転素子のバー
２４ シリンダ
２５ バーの軸
Ｈ 磁場

Claims (12)

1. 回転可能な可動部材用の磁気式温度感知装置であって、当該装置は、
   上記回転可能な可動部材（１１）に結合した少なくとも１つの磁場源素子（１３）と、
   固定部（１５）に結合しており、上記磁場源素子（１３）により決定された磁場（Ｈ）のパラメータを測定するための磁場感知素子（１４）と、を含んでおり、
   上記磁場（Ｈ）のパラメータが、回転可能な可動部材（１１）の温度の関数であり、
   上記磁場源素子（１３）が、磁場（Ｈ）の方向を少なくとも１つの軸（２５）に沿って、上記回転可能な可動部材（１１）の温度（Ｔ）の関数として回転する手段（２２）を含んでいる磁気式温度感知装置。
2. 上記磁場（Ｈ）の方向を少なくとも１つの軸（２５）に沿って回転する上記の手段（２２）は、
   温度（Ｔ）の関数として回転する素子（２３）と、
   永久磁石（２１）と、を含んでいる請求項１に記載の磁気式温度感知装置。
3. 上記回転する素子（２３）が、形状記憶合金の、特にニッケル−チタン合金から成っている請求項２に記載の磁気式温度感知装置。
4. 上記磁場（Ｈ）の方向を少なくとも１つの軸（２５）に沿って回転する上記の手段（２２）は、さらに、上記永久磁石（２１）を上記の軸（２５）に沿って、温度（Ｔ）の関数として移動することができる請求項２又は３に記載の磁気式温度感知装置。
5. 上記磁場感知素子（磁場センサー）（１４）により測定される上記磁場（Ｈ）のパラメータが、磁場（Ｈ）の方向及び／又は強度を含んでいる請求項４に記載の磁気式温度感知装置。
6. 上記磁場感知素子（磁場センサー）（１４）は、別の磁場源の磁場パラメータを測定することができ、
   当該別の磁場源が、物理量に従って変化し、且つ上記回転可能な可動部材に結合しており、特に、物理量が圧力である請求項５に記載の磁気式温度感知装置。
7. 上記可動部材（１１）が、自動車のタイヤである請求項１乃至６のいずれかに記載の磁気式温度感知装置。
8. 上記磁気式温度感知装置が測定ユニットに含まれており、
   当該測定ユニットは、さらに、タイヤ摩耗センサー及び／又は圧力センサーを備えており、あるいはアクチュエータ又はバルブを備えていて、タイヤの温度を回復することができる請求項７に記載の磁気式温度感知装置。
9. 上記永久磁石（２１）が、バルク磁性材料、硬質の強磁性薄膜、又はポリマーマトリクス中に取り込まれて磁化された強磁性体粒子から構成された複合材料から形成されている請求項１乃至８のいずれかに記載の磁気式温度感知装置。
10. 上記磁場センサー（１４）が、スピンバルブ装置である請求項１乃至９のいずれかに記載の磁気式温度感知装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれかに記載の磁気式温度感知装置に用いた回転可能な可動部材により温度を測定する方法であって、該方法は、温度（Ｔ）の変化を、磁場（Ｈ）の方向の変化に関係付けており、当該磁場（Ｈ）が、磁場源素子（１３）から生じ且つ磁場センサーで測定される温度測定方法。
12. 上記方法は、さらに、温度（Ｔ）の変化を、磁場（Ｈ）の強度の変化に関係付けており、当該磁場（Ｈ）が、磁場源素子（１３）から生じ且つ磁場センサーで測定される請求項１１に記載の温度測定方法。
    

Images