JP2005522673A - 角位置磁気センサ装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも一つのステータ（１、２）と、ロータ（３）とを含み、前記ステータ（１、２）と前記ロータ（３）との間のスペースは、極性が交互に入れ替わる少なくとも２個の磁極（５、６）が移動する主要エアギャップ（４）を画定し、前記ステータ（１、２）は、少なくとも一つの磁気感知素子（９）が配置される少なくとも一つの第二のエアギャップ（７、８）を含む角位置磁気センサ装置に関し、前記ステータ（３）は、角方向の幅がそれぞれほぼ１２０°と２４０°である２個の磁極片（１、２）から構成され、２個の磁極（５、６）の角方向の幅は、それぞれほぼ１２０°であることを特徴とする。

Description

本発明は、角位置磁気センサ装置に関する。本発明は、排他的ではないが特に、行程の開始時に非常に安定した信号を要し、行程がかなり大きく（９０°以上）、優れた線形性を有する駆動スロットルバルブ（ＥＴＣ）に適用される。

一般に、無接点システムは、主として、角位置磁気センサから形成される装置から構成される。こうした全ての装置において、測定信号は、角位置に応じてできるだけ線形でなければならない。

本発明および角位置磁気センサ装置をもっと分かりやすくするには、「ゼロガウス」の概念を理解することが重要である。

ゼロガウスに等しい信号を送る位置は、安定性の高い位置に対応する。実際、誘導変化は、ＡＳＩＣタイプのインテリジェントプログラマブルホール効果センサにより測定される。このセンサは、磁気システムで温度作用を補償することができる（温度係数のプログラミング）。温度補償は完全ではないので、このエラーによる影響を受けない唯一の位置は、誘導がゼロになる位置である。

本出願人の名義で出願された仏国特許出願第２６７０２８６号明細書および欧州特許出願第０６６５４１６号明細書は、磁気誘導の変化により角位置の測定機能を実施する装置を開示しているが、ゼロガウス位置を中心とする最大行程は±９０°である。ところで、上記の２件の特許出願で提示されているタイプのセンサの場合、優れた線形性を得ようとすると（一般に±０．５％）、この行程は、ゼロガウス位置を中心として±７０°に縮小される。ＥＴＣの用途は一般に全行程が９０°前後でなければならないので、次の二つの手段が考えられる。
−たとえば［−４５°；＋４５°］の対称な角領域を使用する。または、
−角領域［−２０°；＋７０°］を使用してゼロガウスに近づくようにする。

従って、いずれの場合にも、次の３つの特徴を結合することはできない。
−ゼロガウスの起点（安定性の高い点）
−９０°以上の有効な角行程
−選択された角領域における優れた線形性（±０．５％）

実際、たとえば間隔［−２０°；＋７０°］を用いると、起点（−２０°）はゼロガウスで作用せず、非常に安定した起点が必要な用途に対して妨げとなる「オフセット」を有する。

また、従来技術では、ロータとステータとからなる無接点検出装置を記載した米国特許第５８６１７４５号明細書が知られている。ステータには、スリット状のエアギャップにホール素子が配置されており、ロータの内壁には、互いに反対の極性を持つ２個の環状磁石が配置されている。

しかし、最大行程（２４０°）の角センサを使用する場合、および／またはＥＴＣタイプの用途では、それぞれステータが内側に配置される構成とステータが外側に配置される構成とからなる図３、４に示した二つの構造だけが理論上、機能する。この二つの装置は、ステータと、一方は１２０°の角範囲（内側半径方向）、他方は２４０ °の角範囲（外側半径方向）に半径方向に磁化される２個の磁石との３個の部品からなるという特徴を有する。

しかしながら、現在のところ、２４０°の角範囲で磁石を適切に磁化することは技術的に不可能である。このように性能がよくない場合、必然的に線形性が劣化する。ところで、線形性は、このタイプのセンサの第一の基準である。

さらに、相対運動を無接点で検出するための測定装置を記載した国際公開第０１２０２５０号パンフレットが知られている。この装置は、大型ステータへの穴の形成により約１２０°の３個のステータ極を含んでおり、磁石の遷移が上記パンフレットの図２２、２３、２４ａ、２４ｃに特に示された構成にあるとき、漏洩磁束を減少することを目的としている。そのため、この特許出願の装置は、前記穴の存在により、ゼロに近いエリアで測定される誘導に「トラブル」を生じるので、［−１２０°；＋１２０°］の角位相で作動することはできない。

従って、本発明は、特に、従来技術の装置の不都合を解消することを目的とする。このため、本発明は、少なくとも一つのステータとロータとを含み、前記ステータと前記ロータとの間のスペースは、極性が交互に入れ替わる少なくとも２個の磁極が移動する主要エアギャップをほぼ３６０°にわたって画定し、前記ステータは、少なくとも一つの磁気感知素子が配置される少なくとも一つの第二のエアギャップを含む、角位置磁気センサ装置を提案し、前記ステータは、角方向の幅がそれぞれほぼ１２０°と２４０°である２個の磁極片から構成されることを特徴とする。

さらに、２個の磁極の角方向の幅は、それぞれほぼ１２０°である。有利には、上記の２個の磁極が、半径方向に磁化される隣接磁石である。

本発明の実施形態では、ロータが、ステータの内側に配置される。

第二の実施形態では、ロータが、ステータの外側に配置される。

本発明により提供される手段によれば、前記エアギャップの少なくとも一方の縁を半径方向に配向可能にして、「半径方向のスリット」とも称し、あるいは同方向に配向可能にして「直角スリット」とも称する。

好適には、前記第二のエアギャップの縁が互いに平行である。同様に、前記磁極の少なくとも一方が、有利には、柔らかい強磁性材料から構成される。

前記磁極の少なくとも一方をロータに貼り合わせることもでき、あるいは前記ロータの不可欠な一部とすることができる。

一つの手段によれば、ロータおよびステータが軸方向に配置され、すなわち同一の直線軸に沿って配置される。この場合、上記の磁極は、軸方向に磁化される、すなわち同一の直線軸に沿って磁化される円板状の隣接磁石である。

ロータは、軸方向に隔てられた少なくとも２個の部分を含むことができる。その場合、ロータをなす２個の部分は、軸方向に磁化される円板磁石により隔てられる。２個の部分は、また、軸方向に磁化される環状磁石により分離可能である。

本発明により提供される手段によれば、ロータは、横方向に隔てられた少なくとも２個の部分を含むことができる。その場合、ロータをなす２個の部分は、横方向に磁化された平行六面体の磁石により隔てられている。

ロータがステータの外側に配置されている場合、ロータは、横方向に磁化された磁石により横方向に隔てられる少なくとも２個の部分を含むことができる。磁石の形状は、平行六面体とすることができる。

従って、上記の特性により、本発明は、ゼロガウス点から１００°の行程について±０．５％の線形性により作動可能な角位置センサを安価で製造可能であり、行程を±９０°〜±１２０°に広げることができる。かくして、このセンサは、以下の特徴を有する。
−ピーク間の線形性が約１％である。
−２２０°の範囲で良好な線形性を有する信号を送る。
−ステータ部分が２個の部品に低減される。
−ほぼ１２０°の角領域で好適には半径方向に磁化される２個の磁極を、これまでよりも工業的に生産しやすい。

以下、限定的ではなく例として、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

本発明による角位置磁気センサ装置は、本発明の様々な変形実施形態の理解および説明に必要な以下の全ての実施例において、柔らかい強磁性材料からなるステータおよびロータと、極性が交互に入れ替わる２個の磁極とを含む。ステータの第二のエアギャップに収容されるたとえばホールセンサ等の磁気感知素子により誘導を測定し、ステータに対するロータの角位置を得ることができる。

さらに、各図から分かるように、ステータは、ロータの外側または内側に配置され、ロータは、角方向の幅がそれぞれほぼ１２０°、２４０°である２個の磁極片１、２から常に構成される。

図１、２に示した実施形態では、本発明による位置センサ装置は、ロータ３が内部に収容されるステータ１、２を含む。ステータ１、２とロータ３との間に画定されるスペースは、３６０°にわたって広がる主要エアギャップ４を画定し、２個の磁極５、６、すなわち半径方向に磁化されて極性が交互に入れ替わる隣接磁石が、この主要エアギャップで移動する。前記磁石は、連結手段に結合されてロータに貼り合わせ可能である。

ステータ１、２は、２個の第二のエアギャップ７、８を画定する２個の固定部分１、２から構成され、２個ずつ互いに平行なその縁が、半径方向に配向されている。２個の第二のエアギャップ７、８は、主要エアギャップ４にほぼ垂直であり、前記第二のエアギャップ７、８の少なくとも一方に収容される磁気感知素子９が、誘導変化を測定する。磁気感知素子９は、この素子を通過する誘導に比例する電気信号を発生する。

図３、４は、図１、２に示した角位置磁気センサ装置の変形実施形態を示している。実際、この変形実施形態では、角方向の幅がほぼ１２０°である２個の磁極の一方を画定する一方の磁石に代わって、柔らかい強磁性材料が用いられている。さらに、上記の実施形態と同様に、ロータ３はステータ１、２の内部に配置され、第二のエアギャップ７、８の平行な縁は、「半径方向のスリット」と称される公知の構成に従って半径方向に配向される。

本発明により提供される手段によれば、磁極は、ロータ３に貼り合わせるか、ロータ３の不可欠な一部をなすことができる。かくして、図４に示した実施例では、柔らかい強磁性材料からなる磁極１０は、ロータ３の不可欠な一部となっている。

同様に、図５、６に示された本発明による装置の実施形態を検討可能である。この実施形態では、上記の実施形態で縁が理想的には平行であるとされている第二のエアギャップ７、８が同じ方向に配向されており、すなわち、図６から分かるように、前記縁が、平行な２本の直線Ａ’ＡおよびＢ’Ｂにそれぞれ沿って延びている。

もちろん、本発明による装置の諸特性が著しく劣化しなければ、第二のエアギャップの縁が平行にならないケースを想定することもできる。さらに、製造や生産を考慮に入れる場合、磁極５、６または磁極６、１０の向かい合った縁を平行に構成する方がずっと容易であることが理解されるであろう。

本発明による装置の第二の実施形態では、位置センサがロータ１１を含み、その内部に、ステータ１２、１３が配置されている。

上記の実施形態と同様に、前記ステータ１２、１３と前記ロータ１１との間のスペースは、３６０°にわたって延びる主要エアギャップ４を画定し、極性が交互に入れ替わる少なくとも半径方向に磁化された２個の隣接磁極５、６が、この主要エアギャップ４で移動する。同様に、連結手段に結合される前記磁石５、６は、ロータ１１に貼り合わせるか、またはロータの不可欠な一部をなすことができる。２個の磁石５、６は、角方向の幅がほぼ１２０°の２個の磁極を構成する。

ここでは、ステータ１２、１３が２個の固定部分１２、１３から構成され、これらの固定部分を隔てるスペースが第二のエアギャップ１４を画定し、その二端が、主要エアギャップ４にほぼ垂直である。第二のエアギャップ１４に収容される磁気感知素子９は、誘導変化を測定する。磁気感知素子９は、この素子を通過する誘導に比例する電気信号を発生する。

上記の実施形態と同様に、角方向の幅がほぼ１２０°である少なくとも一方の磁極５または６を、柔らかい強磁性材料に代えることを検討してもよい。

本発明による装置の実施形態において、ステータ１、２およびロータ１５は、軸方向に配置される。ステータ１、２とロータ１５とを隔てるスペースは、２個の磁石５、６が移動する３６０°にわたって延びる主要エアギャップ４を画定し、これらの磁石は、角方向の幅がほぼ１２０°であって軸方向に磁化されて隣接しており、極性が交互に入れ替わる２個の円板状の磁極を構成する。前記磁石５、６は、連結手段に結合されて、ロータ１５に貼り合わせ可能である。

上記の実施形態と同様に、この実施形態では、本発明による装置が同様に機能する。そのため、ステータは、平行な縁が半径方向に配向された２個の第二のエアギャップ７、８を画定する２個の固定部分１、２から構成される。２個の第二のエアギャップ７、８は、主要エアギャップ４にほぼ垂直であり、前記第二のエアギャップの少なくとも一方７または８に収容される磁気感知素子９が誘導変化を測定する。磁気感知素子９は、この素子を通過する誘導に比例する電気信号を発生する。

本発明による装置のこの変形実施形態は、本発明による装置のあらゆる代替装置と同様に、前記柔らかい強磁性材料からなる磁極５、６の少なくとも一方を備えることができる。同様に、第二のエアギャップ７、８の対向する平行な縁は、同じ方向に配向可能である。

図１１、１２に示された、本発明により提供される他の手段によれば、角位置磁気センサ装置は、本発明を説明するために選択されたあらゆる実施例において、ロータ３とステータ１、２とから独立した２個の磁極５、６を備えることができる。そのため、前記２個の磁極５、６は、ステータに貼り合わせたりロータに貼り合わせたりせずに、主要エアギャップの内部で独立して移動可能である。

図１３、１４は、ステータ１、２の内部に配置されたロータ１６、１７が、磁極５、６をそれぞれ貼り合わせた２個の部分１６、１７から構成されている、本発明による装置の変形実施形態を示している。しかも、ロータの２個の部分１６、１７は、軸方向に磁化された円板状の磁石１８によって隔てられている。

そのため、この実施形態による位置センサは、２個の部分１６、１７に分割されたロータが内部に収容されたステータ１、２を含んでおり、前記部分１６、１７は、軸方向に磁化された円板状の磁石１８により軸方向に隔てられている。すなわち、磁化方向は、ロータの２個の部分１６、１７と前記円板状の磁石１８との積層軸ＸＸ’に平行である。ステータ１、２とロータ１６、１７との間に存在するスペースは、３６０°にわたって延びる主要エアギャップ４を画定し、極性が交互に入れ替わる柔らかい強磁性材料からなる２個の磁極５、６が、この主要エアギャップで移動する。前記磁極５、６は、連結手段に結合され、ロータに貼り合わされるか、ロータの各部分１６、１７の一部を構成可能である。

本発明による装置の他の実施形態と同様に、ステータは、２個の固定部分１、２からなり、第二のエアギャップ７、８を画定し、その平行な縁が半径方向に配向されている。２個の第二のエアギャップ７、８は、主要エアギャップ４にほぼ垂直であり、前記第二のエアギャップ７、８の少なくとも一方に収容される磁気感知素子９が、誘導変化を測定する。磁気感知素子９は、この素子を通過する誘導に比例する電気信号を発生する。

図１５に示したように、ロータの２個の部分１９、２０は、同じくステータ１、２を含む同一面に配置可能である。本発明による装置のこの変形実施形態では、ロータの２個の部分１９、２０が、たとえば前記部分１９または２０に貼り合わされる磁極をそれぞれ含んでおり、平行六面体の磁石２１によりそれぞれ互いに隔てられている。この磁石は、横方向に磁化されており、すなわち前記面に沿って、ステータ１、２またはロータの２個の部分１９、２０からなる円または円部分の接線に垂直に磁化されている。

本発明による角位置磁気センサ装置の他の素子については、上記の変形実施形態と同様に配置可能である。そのため、ステータ１、２は、２個の固定部分１、２から構成され、２個の第二のエアギャップ７、８を画定し、エアギャップの平行な縁が半径方向に配向される。２個の第二のエアギャップ７、８は、主要エアギャップ４にほぼ垂直であり、前記第二のエアギャップ７、８の少なくとも一方に収容される磁気感知素子９が、誘導変化を測定する。磁気感知素子９は、この素子を通過する誘導に比例する電気信号を発生する。

図１６、１７は、２個の部分２４、２５に分割されるロータの内部にステータ２２、２３を配置した本発明による装置の変形実施形態を示しており、この２個の部分２４、２５は、環状磁石２６により隔てられている。この磁石は、軸方向に磁化されており、すなわちロータ２４、２５の部分と、これらの部分を隔てる環状磁石２６とからなる円またはリング状の積層に平行な方向に磁化されている。ステータ２２、２３とロータ２４、２５との間のスペースは、３６０°にわたって延びる主要エアギャップ４を画定し、極性が交互に入れ替わる柔らかい強磁性材料からなる２個の磁極５、６が、この主要エアギャップで移動する。

磁極５、６は、ロータ部分２４、２５との連結手段に結合可能であり、たとえば前記ロータ部分２４、２５に貼り合わせてもよいし、あるいは前記ロータ部分２４、２５の一部から構成してもよい。図１６、１７に示されたケースでは、ロータの各部分２４、２５が磁極５または６を含み、あるいは支持している。

ステータ２２、２３は、ここでは、第二のエアギャップ２７を画定する２個の固定部分２２、２３から構成されており、エアギャップの両端は、主要エアギャップ４にほぼ垂直である。第二のエアギャップ２７に収容される磁気感知素子９は、誘導変化を測定する。上記の実施形態と同様に、磁気感知素子９が、この素子を通過する誘導に比例する電気信号を発生する。

図１８は、図１５に示された実施例と同様に、同一面に配置された２個のロータ部分２８、２９を含み、２個のロータ部分２８、２９からなる円またはリングの内部に配置されたステータ３０、３１を同様に含む。２個のロータ部分２８、２９は、それぞれ磁極５、６を含み、たとえば平行六面体の磁石３２により互いに隔てられている。磁石は、横方向に磁化されており、すなわち、前記面に沿って、ステータ３０、３１または２個のロータ部分２８、２９からなる円または円部分の接線に垂直に磁化されている。

この実施例では、ステータ３０、３１が第二のエアギャップを画定する２個の固定部分３０、３１から同様に構成され、エアギャップの両端が、主要エアギャップにほぼ垂直である。第二のエアギャップに収容される磁気感知素子９は、本発明による他の実施例と同様に誘導変化を測定する。

以上、例として本発明を説明した。当業者が、特に、ステータおよび／またはロータの形状、主要エアギャップおよび第二のエアギャップの形状に関して、特許範囲を逸脱することなく本発明によるシール装置の様々な変形実施形態を実施可能であることはいうまでもない。

本発明による角位置磁気センサ装置の斜視図である。 図１に示された装置の上面図である。 ロータがステータの内側に配置される本発明による装置の別の実施形態を示す斜視図である。 ロータがステータの内側に配置される本発明による装置の別の実施形態を示す上面図である。 図３に示された装置の変形実施形態を示す斜視図である。 図４に示された装置の変形実施形態を示す上面図である。 ロータがステータの外側に配置される本発明による装置の別の実施形態を示す斜視図である。 ロータがステータの外側に配置される本発明による装置の別の実施形態を示す上面図である。 磁極が円板状である本発明による装置の別の実施形態を示す斜視図である。 磁極が円板状である本発明による装置の別の実施形態を示す上面図である。 磁極がロータから独立している本発明による装置の別の実施形態を示す斜視図である。 磁極がロータから独立している本発明による装置の別の実施形態を示す上面図である。 ロータが軸方向に磁化された円板ディスクにより軸方向に隔てられている、本発明による装置の別の実施形態を示す斜視図である。 ロータが軸方向に磁化された円板ディスクにより軸方向に隔てられている、本発明による装置の別の実施形態を示す上面図である。 ロータが横方向に磁化された磁石により横方向に隔てられている、本発明による装置の斜視図である。 ロータが、ステータの外側に配置され、軸方向に磁化される環状磁石により軸方向に隔てられている、本発明による装置の別の実施形態を示す斜視図である。 ロータが、ステータの外側に配置され、軸方向に磁化される環状磁石により軸方向に隔てられている、本発明による装置の別の実施形態を示す上面図である。 ステータの外側に配置されたロータが、横方向に磁化される磁石により横方向に隔てられている、本発明による装置の斜視図である。

符号の説明

１、２、１１、１２、１３、２２、２３、２９、３０、３１ ステータ
３、１５、１６、１７、１９、２０、２４、２５、２８、２９ ロータ
４ 主要エアギャップ
５、６、１０ 磁極
７、８、１４、２７ 第二のエアギャップ
９ 磁気感知素子
１８、２１、２６、３２ 磁石

Claims (19)

1. 少なくとも一つのステータ（１、２）と、ロータ（３）とを含み、前記ステータ（１、２）と前記ロータ（３）との間のスペースは、極性が交互に入れ替わる少なくとも２個の磁極（５、６）が移動する主要エアギャップ（４）をほぼ３６０°にわたって画定し、前記ステータ（１、２）は、少なくとも一つの磁気感知素子（９）が配置される少なくとも一つの第二のエアギャップ（７、８）を含んでおり、前記ステータ（１、２）は、角方向の幅がそれぞれほぼ１２０°と２４０°である２個の磁極片（１、２）から構成され、２個の磁極（５、６）の角方向の幅は、それぞれほぼ１２０°であることを特徴とする角位置磁気センサ装置。
2. ロータ（３）が、ステータ（１、２）の内側に配置されることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の角位置磁気センサ装置。
3. ロータ（１１）が、ステータ（１２、１３）の外側に配置されることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の角位置磁気センサ装置。
4. 前記２個の磁極（５、６）が、半径方向に磁化される隣接磁石であることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の角位置磁気センサ装置。
5. 前記第二のエアギャップ（７、８）の縁が半径方向に配向されて、「半径方向のスリット」とも称されることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の角位置磁気センサ装置。
6. 前記第二のエアギャップ（７、８）の縁が、同じ方向に配向されて、「直角スリット」とも称されることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の角位置磁気センサ装置。
7. 前記第二のエアギャップ（７、８）の縁が、互いに平行であることを特徴とする特許請求の範囲第５項または第６項に記載の角位置磁気センサ装置。
8. 前記磁極（５、６）の少なくとも一方が、柔らかい強磁性材料からなることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の角位置磁気センサ装置。
9. 前記磁極（５、６）の少なくとも一方がロータ（３）に貼り合わされることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の角位置磁気センサ装置。
10. 前記磁極（５、６）の少なくとも一方が、ロータ（３）の不可欠な一部となっていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の角位置磁気センサ装置。
11. ロータ（１５）およびステータ（１、２）が、軸方向に配置され、すなわち同一の直線軸に沿って配置されることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の角位置磁気センサ装置。
12. 前記磁極（５、６）が、軸方向に磁化される、すなわち同一の直線軸に沿って磁化される隣接磁石であることを特徴とする特許請求の範囲第１１項に記載の角位置磁気センサ装置。
13. ロータ（１６、１７）が、軸方向に隔てられた少なくとも２個の部分（１６、１７）を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の角位置磁気センサ装置。
14. ロータをなす２個の部分（１６、１７）が、軸方向に磁化される円板磁石（１８）により隔てられていることを特徴とする特許請求の範囲第１３項に記載の角位置磁気センサ装置。
15. ロータ（１９、２０）が、横方向に隔てられた少なくとも２個の部分（１９、２０）を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の角位置磁気センサ装置。
16. ロータをなす２個の部分（１９、２０）が、横方向に磁化された平行六面体の磁石（２１）により隔てられていることを特徴とする特許請求の範囲第１５項に記載の角位置磁気センサ装置。
17. ロータの２個の部分（２４、２５）が、軸方向に磁化される環状磁石（２６）により隔てられていることを特徴とする特許請求の範囲第１３項に記載の角位置磁気センサ装置。
18. ロータ（２８、２９）が、横方向に磁化される磁石（３２）により横方向に隔てられた少なくとも２個の部分（２８、２９）を含むことを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載の角位置磁気センサ装置。
19. 磁石（３２）が、平行六面体の形状を有することを特徴とする特許請求の範囲第１８項に記載の角位置磁気センサ装置。

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