JP2006227007A - 補正磁極を備えた位置センサ - Google Patents
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Abstract
【課題】種々のギャップピッチをもつ磁極を含むにもかかわらず、測定信号が少しも磁気ドリフトをともなわない磁気センサの提供。
【解決手段】軸の周りに回転させられ、円周上に所定の符号をもつ磁極P1が設けられ、反対符号をもつ磁極P2が交互に配置され、所定の周期をもつ少なくとも1対の磁極の少なくとも1組を形成するようにされ、所定の符号の各磁極が幅Iiと磁気分極値Miとを有し、反対符号の各磁極が幅Iiとは異なる幅Ii+1と磁気分極値Mi+1とを有する、多極磁性リングを含むロータリ位置センサのエンコーダにおいて、磁極の分極が、Mi×Ii=Mi+1×Ii+1となることを特徴とするエンコーダに関係する。
【選択図】 図1
【解決手段】軸の周りに回転させられ、円周上に所定の符号をもつ磁極P1が設けられ、反対符号をもつ磁極P2が交互に配置され、所定の周期をもつ少なくとも1対の磁極の少なくとも1組を形成するようにされ、所定の符号の各磁極が幅Iiと磁気分極値Miとを有し、反対符号の各磁極が幅Iiとは異なる幅Ii+1と磁気分極値Mi+1とを有する、多極磁性リングを含むロータリ位置センサのエンコーダにおいて、磁極の分極が、Mi×Ii=Mi+1×Ii+1となることを特徴とするエンコーダに関係する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、最広義では、検出器セルの近くを移動し、少なくとも1個の角度位置を位置決めするのに適切なエンコーダコンポーネントを含むタイプのロータリ磁気センサの分野に関係する。
本発明の目的は、このようなセンサが使用される自動車分野において、例えば、イグニッション機能の枠組みの範囲内で、特に有利なアプリケーションを見出すことである。
上記の好ましい分野では、可変磁場を発生する一連のコンポーネントを設けられたエンコーダが1台以上の測定又は検出器セルのそばを通過するときに、磁場の強さの変化を測定するため適切な磁気センサを適用することが既知である。例えば、ホール効果又は磁気抵抗プローブのような各検出器セルは、コンポーネントによって発生された磁場の強さの変化に対応する周期的な電気信号を出す。各検出器セルは、磁場の値を増加させることにより変化するか、又は、減少させることにより変化するかに応じて、磁場の識別可能な値に対して出力電圧の明瞭な遷移を得るために、シュミットトリガーのようなヒステリシスをもつレベルコンパレータと関連付けられる。
回転の速度を検出するセンサを形成するために、円周に沿って規則的に並べられた、可変磁場を発生するコンポーネントを備えたエンコーダを作る方法が既知である。
第1の実施形態によれば、発生用コンポーネントは固定磁石によって生成された磁場を摂動するコンポーネントにより構成され、固定磁石がこのような摂動用コンポーネントの近くに設置される。例えば、このような摂動用コンポーネントは強磁性リングに設けられた歯によって形成される。
第2の実施形態によれば、可変磁場を発生するコンポーネントは、所定のピッチに従って規則的に間隔をあけられた磁極により形成される。このようなエンコーダは、したがって、多極磁性リングのように見える。
例えば、シリンダに点火する上死点に対応する少なくとも1個の位置を決定できるようにするため、一般的に特異な又は変則的な極と呼ばれる磁気エンコーダ上の特異点を生成する方法が既知である。よって、例えば、強磁性リング上の2個の歯を抑制する方法が既知である。代替的な実施形態では、多極磁性リングとして作られたエンコードを適用し、残りの隙間をそのまま残すことによって数個の磁極を抑制すること、又は、所定の符号の1個若しくは数個の極を反対の符号の1個若しくは数個の極で置き換えることが検討される。それによって、反対の符号をもつその隣接した極と極との間に、他の極のキャップピッチとは異なるギャップピッチを有する所定の磁極が実現される。
ある特定の使用条件下では、0.5とは異なるサイクル比を有する信号を得るために異なるギャップピッチをもつ規則的な磁極を作ることが必要である。一般に、異なるギャップピッチを有する磁極、すなわち、異なるサイズからなる磁石をもつエンコーダを作ることは、位置の検出に精度の不足を生じさせる磁気的不安定の原因となることに注意すべきである。
したがって、本発明の目的は、種々のギャップピッチをもつ磁極を含むにもかかわらず、測定信号が少しも磁気ドリフトを伴うことなく得られる磁気センサを提案することにより、従来技術の欠点の改善策を見出すことを目標とすることである。
この目標を達成するために、本発明の対象は、軸の周りに回転させられ、円周上に所定の符号をもつ磁極が設けられ、反対符号をもつ磁極が交互に配置され、所定の周期をもつ少なくとも1対の磁極の少なくとも1組を形成するようにされ、所定の符号の各磁極が幅Iiと磁気分極値Miとを有し、反対符号の各磁極が幅Iiとは異なる幅Ii+1と磁気分極値Mi+1とを有する、多極磁性リングを含むセンサに関係する。本発明によれば、磁極の分極は、
Mi×Ii=Mi+1×Ii+1
となる。
Mi×Ii=Mi+1×Ii+1
となる。
第1の典型的な実施形態によれば、エンコーダは、磁極として、所定の周期をもつ規則的な磁極の対の組を形成するように、所定の符号をもつ規則的な磁極と、反対符号をもつ規則的な磁極とを含み、所定の符号をもつ規則的な各磁極は幅I1及び磁気分極値M1を有し、反対符号の規則的な各磁極は幅I1とは異なる幅I2及び磁気分極値M2を有し、
M1×I1=M2×I2
となる。
M1×I1=M2×I2
となる。
この典型的な実施形態によれば、エンコーダは、磁極として所定の周期をもつ少なくとも1対の変則的な磁極の組を形成するように、幅I3及び磁気分極値M3を有する所定の符号の少なくとも1個の変則的な磁極と、実質的に幅I3と等しい幅I4及び磁気分極値M4を有する反対符号の変則的な磁極とにより形成された少なくとも1個の磁気的特異点をさらに含み、変則的な磁極の分極が
M3×I3=M4×I4
となることに注意すべきである。
M3×I3=M4×I4
となることに注意すべきである。
第1の典型的な実施形態と組み合わせて、又は、独立に適用される第2の典型的な実施形態によれば、エンコーダは、磁極として、所定の周期をもつ少なくとも1対の変則的な磁極の組を形成するように、幅I3及び磁気分極値M3を有する所定の符号の少なくとも1個の変則的な磁極と、幅I3とは異なる幅I4及び磁気分極値M4を有する反対符号の変則的な磁極とにより形成された少なくとも1個の磁気的特異点を有し、変則的な磁極の分極が
M3×I3=M4×I4
となる。
M3×I3=M4×I4
となる。
この典型的な実施形態によれば、エンコーダは、磁極として、所定の周期をもつ規則的な磁極の対の組を形成するように、所定の符号をもつ規則的な磁極と、反対符号をもつ規則的な磁極とをさらに含み、所定の符号をもつ規則的な各磁極は幅I1及び磁気分極値M1を有し、反対符号の規則的な各磁極は幅I1と実質的に等しい幅I2及び磁気分極値M2を有し、
M1×I1=M2×I2
となることに注意すべきである。
M1×I1=M2×I2
となることに注意すべきである。
好ましい代替的な実施形態によれば、規則的な磁極と変則的な磁極は、
M1×I1=M2×I2=M3×I3=M4×I4
となる。
M1×I1=M2×I2=M3×I3=M4×I4
となる。
有利的には、規則的な磁極は変則的な磁極と同じ符号であり、規則的な磁極と変則的な磁極は同じ符号であり、極の符号と反対である。
好ましい代替的な実施形態によれば、規則的な磁極及び変則的な磁極は、
I1+I2=I3+I4
となるので、規則的な磁極の周期は変則的な磁極の周期と等しい。
I1+I2=I3+I4
となるので、規則的な磁極の周期は変則的な磁極の周期と等しい。
別の好ましい代替的な実施形態によれば、規則的な磁極の幅I1は変則的な磁極の幅I4と等しく、磁極の幅I2は変則的な磁極の幅I3と等しいので、規則的な磁極と変則的な磁極のサイクル比は補完的である。
本発明の別の目的は、多極磁性リングが少なくとも1台の検出器セルのそばを通過する本発明によるエンコーダを含むロータリ位置センサを提案することである。
特に有利なアプリケーションによれば、エンコーダは自動車のエンジンのシャフト上で回転がブロックされる。
好ましくは、検出器セルはモノコンポーネント検出器セルである。
例えば、検出器セルは、ホール効果セル、差動ホール効果セル、フラックスコンセントレータをもつホール効果セル、磁気抵抗セル、又は、巨大磁気抵抗セルである。
種々のその他の特徴は、限定されない例として本発明の対象の一実施形態を表す唯一の添付図面を参照して行われる以下の説明から明らかになる。
図1は、すべての適切な手段によって軸xの周りに回転させられるロータリ磁気エンコーダ2を含む磁気回転センサ1の典型的な実施形態を示す。多極磁性リングとして形成されたエンコーダ2は、図示されていないが、それ自体はよく知れ、デジタル出力信号Sを出す論理処理手段に接続された少なくとも1台の固定した検出器セル3のそばを通過することが意図されている。検出器セル3は、可変磁場に感応する少なくとも1個のコンポーネントを備えていると考えられるべきである。好ましくは、検出器セル3は、モノコンポーネント検出器セル、すなわち、検出された可変磁場の直接イメージである一意的な信号を出すセルである。このモノコンポーネントセルは、2つの異なる場所で取得された可変磁場の変化に対応する2個の信号の減算から得られる単一信号を出すいわゆる差動セルとは異なる。検出器セル3は、ホール効果セル、差動ホール効果セル、フラックスコンセントレータをもつホール効果セル、磁気抵抗セル、巨大磁気抵抗セルである。
有利的には、検出器3及び論理処理手段は、超小型電子回路の一体的な部分を形成する。
エンコーダ2は、その円周上に、セル3のそばを通過することが意図された磁気トラック5が設けられる。磁気トラック5は、例示された実施例では、所定の符号、例えば、N極をもつ規則的な磁極P1と、交互に配置された反対符号、すなわち、例示された実施例では、S極をもつ規則的な磁極P2とを含む。規則的な磁極P1、P2は、各対が同じ周期T1と規則的な磁北極P1と規則的な磁南極P2とをもつN1組の極の対(例えば、N1=58対)を形成するように分布される。
検出器セル3は、エンコーダ2の回転中にセルのそばを通過するトラック5の磁場の変化に対応する電気信号を出す。セル3によって出される信号は、トラックのS極とN極の交番のそれぞれに対応するデジタル信号Sを得るために、処理手段によって処理される。例えば、セル3によって出される信号は、デジタル出力信号Sを得るため所定の電気的閾値と比較される。
規則的な各磁北極P1は、磁気分極値M1と、エンコーダの変位方向を考慮した後に、すなわち、エンコーダの接線方向に取られた幅I1とを有する。さらに、規則的な各磁南極P2は、磁気分極値M2と、幅I1とは異なる幅I2とを有する。
本発明によれば、規則的な磁極P1、P2の分極は、
M1×I1=M2×I2
となる。
M1×I1=M2×I2
となる。
幅I1が幅I2と異なる限り、規則的な磁極P1、P2の分極は同様に異なる。換言すると、より体積の大きい規則的な磁極は他の磁極より分極が小さい。例えば、幅I1が1対の規則的な磁極の全幅の30%を占めるならば(I2=この全幅の70%)、各磁北極P1は磁気分極値M1を有し、各磁南極P2はM1の3/7と等しい値M2を有する。有利的には、磁気分極値M1は飽和磁気分極値Bmaxと等しく、M2=Bmaxの3/7であるが、これに限定されない。
当然ながら、半径方向、すなわち、幅及び軸xに直交した方向の磁極P1、P2の厚さは、少なくともセル3のそばを通過する区域では一定である。
規則的な磁極P1、P2の間のこの磁気補正によって、磁気的不安定を回避すること、すなわち、各遷移で直角に信号を安定化することが可能である。
幅が異なる規則的な磁極P1、P2は、不安定なサイクル比R1をもつ規則的な部分S1を含むデジタル出力信号Sを生じることに注意すべきである。サイクル比は、0.5とは異なる値を有するならば、すなわち、1周期の間に、高い信号の時間が低い信号の時間と異なるならば、不安定であると考えられる。
好ましい例示された典型的な実施形態において、多極磁性リングは、例示された実施例では、所定の符号、例えば、N極をもつ少なくとも1個の変則的な磁極P3と、反対符号、例えば、S極をもつ少なくとも1個の変則的な磁極P4とによって形成された少なくとも1個の磁気的特異点を含む。変則的な磁極P3、P4は、それぞれが同じ周期T2と、変則的な磁北極P3と、変則的な磁南極P4とをもつN2組(例示された実施例ではN2=2)の極の対を形成するように分布される。
それぞれの変則的な磁北極P3は磁気分極値M3と幅I3を有する。同様に、それぞれの変則的な磁南極P4は磁気分極値M4と、例示された実施例では幅I3と異なる幅I4を有する。これらの変則的な磁極P3、P4は、サイクル比R2の変則的な部分S2をもつデジタル出力信号Sという結果を生ずる。
本発明によれば、変則的な磁極P3、P4の分極は、
M3×I3=M4×I4
となる。
M3×I3=M4×I4
となる。
規則的な磁極P1、P2の場合と同様に、変則的な磁極P3、P4の分極は異なる。当然ながら、半径方向に沿った変則的な磁極P3、P4の厚さは一定である。
有利的には、そして、エンコーダの全周に亘って磁気平衡を保つために、磁極P1からP4は、
M1×I1=M2×I2=M3×I3=M4×I4
となるように定められる。
M1×I1=M2×I2=M3×I3=M4×I4
となるように定められる。
好ましくは、I1+I2=I3+I4であるので、T1=T2である。出力信号Sは、したがって、その規則的な部分S1とその変則的な部分S2の両方で周期的である。
有利な実施形態の特徴によれば、規則的な磁北極P1の幅I1は変則的な磁南極P4の幅I4と等しく、規則的な磁南極P2の幅I2は変則的な磁北極P3の幅I3と等しい。
例示された実施例では、変則的な磁北極P3の幅I3は1対の変則的な磁極の全幅の70%を占めるので、変則的な磁南極P4の幅I4はその変則的な磁極の対の全幅の30%と等しい。
例示された実施例では、サイクル比R1はサイクル比R2に補完的であるので、R1=1−R2である。当然ながら、異なる値及び補完的ではない値(R1≠1−R2)をもつサイクル比を選択する対策が行われる。例えば、R1=0.7およびR2=0.4などのサイクル比が選ばれる。
以上の説明では、エンコーダ2は、規則的な磁極P1、P2と、変則的な磁極P3、P4を含む。さらに、規則的な磁極P1、P2の幅I1、I2は異なる値を有し、変則的な磁極P3、P4の幅I3、I4も同様である。本発明の目的は、単一のカテゴリーの磁極Pi、Pi+1の対、すなわち、規則的なタイプ又は変則的なタイプのいずれか一方を含むエンコーダ2の適用されることが明らかである。エンコーダ2が両方のカテゴリーの磁極のペアを含む場合に、上記のように、一方のカテゴリーは異なる幅をもつ磁極を含み、もう一方のカテゴリーは異なる幅をもつ磁極を含むか、あるいは、等しい幅をもち、出力信号の対応する部分は平衡したサイクル比、すなわち、0.5と等しいサイクル比を有することに注意すべきである。
有利的には、エンコーダ2は、上記のように、一般的な意味で回転するターゲットであり、そこから少なくとも1個の位置が決定されるターゲットに取り付けられることが意図される。好ましい実施形態の特徴によれば、本発明によるエンコーダ2は、自動車のエンジンの出力に搭載されたドライブプーリー、すなわち、ディストリビュータプーリー又は補助プーリーのうちの1つに取り付けられることが意図される。有利的な特徴によれば、エンコーダ2は、シリンダに点火する上死点の検出を可能にするため、クランクシャフトの軸に見られるドライブプーリーに取り付けられる。
本発明の対象は、複数の位置を見つけることを可能にさせる複数個の変則的な磁極が設けられた磁性リングを含むセンサの作成にも適用されることに注意すべきである。有利的には、磁性リングは、例えば、4個の変則的な磁極を含み、その磁極を用いて、エンジンのシリンダの位置が見つけられる。この場合、エンコーダは自動車エンジンのカムシャフトに取り付けられ、しっかりと固定される。当然ながら、1個の変則的な極だけをもつエンコーダがカムシャフトに取り付けられることもある。
別の好ましい実施形態の特徴によれば、本発明によるエンコーダは、自動車のエンジンのクランクシャフトとギアボックスとの間に取り付けられた、トランスミッションシャフトのための動的なシールガスケットの支持板の内側に取り付けられる。エンコーダは、位置センサを形成するために、トランスミッションシャフトによって回転させられ、シールガスケットの支持板に取り付けられた検出器セルと近接する関係で取り付けられる。
別の実施形態の特徴によれば、エンコーダは、位置センサ又は速度センサを形成するために、自動車のエンジンのシャフト上で回転がブロックされるか、又は、自動車のエンジンのクランクシャフト又はカムシャフトによって回転させられ、同時に、このような自動車のエンジンブロックの内側で、検出器セルと近接した関係で取り付けられる。
種々の変更が本発明の範囲を逸脱することなく本発明に行われるので、本発明は、上述の、例示された実施例に限定されない。
1…磁気回転センサ、2…ロータリ磁気エンコーダ、3…検出器セル、5…磁気トラック、P1,P2,P3,P4…磁極、I1、I2、I3、I4…幅、T1、T2…周期、S1…規則的な部分、S2…変則的な部分、S…デジタル信号。
Claims (13)
- 多極磁性リングを含むロータリ位置センサのエンコーダであり、前記多極磁性リングについては、軸(x)の周りに回転させられ、円周上に所定の符号をもつ磁極(Pi)が設けられ、反対符号をもつ磁極(Pi+1)が交互に配置され、所定の周期(T1)をもつ少なくとも1対の磁極の少なくとも1組を形成するようにされ、所定の符号の各磁極(Pi)が幅Iiと磁気分極値Miとを有し、かつ、反対符号の各磁極(Pi+1)が幅Iiとは異なる幅Ii+1と磁気分極値Mi+1とを有するものとなっている、前記エンコーダにおいて、
磁極の分極(Pi,Pi+1)が、
Mi×Ii=Mi+1×Ii+1
となることを特徴とするエンコーダ。 - 磁極(Pi,Pi+1)として、所定の周期(T1)をもつ規則的な磁極の対の組を形成するように、所定の符号をもつ規則的な磁極(P1)と、反対符号をもつ規則的な磁極(P2)とを含み、所定の符号をもつ規則的な各磁極(P1)が幅I1及び磁気分極値M1を有し、反対符号の規則的な各磁極(P2)が幅I1とは異なる幅I2及び磁気分極値M2を有し、
M1×I1=M2×I2
となることを特徴とする、請求項1記載のエンコーダ。 - 磁極(Pi,Pi+1)として、所定の周期(T2)をもつ少なくとも1対の変則的な磁極の組を形成するように、幅I3及び磁気分極値M3を有する所定の符号の少なくとも1個の変則的な磁極(P3)と、幅I3とは異なる幅I4及び磁気分極値M4を有する反対符号の変則的な磁極(P4)とにより形成された少なくとも1個の磁気的特異点を含み、変則的な磁極(P3,P4)の分極が
M3×I3=M4×I4
となることを特徴とする、請求項1又は2記載のエンコーダ。 - 磁極(Pi,Pi+1)として、所定の周期(T2)をもつ少なくとも1対の変則的な磁極の組を形成するように、幅I3及び磁気分極値M3を有する所定の符号の少なくとも1個の変則的な磁極(P3)と、幅I3と実質的に等しい幅I4及び磁気分極値M4を有する反対符号の変則的な磁極(P4)とにより形成された少なくとも1個の磁気的特異点を含み、変則的な磁極(P3,P4)の分極が
M3×I3=M4×I4
となることを特徴とする、請求項2記載のエンコーダ。 - 磁極(Pi,Pi+1)として、所定の周期(T1)をもつ規則的な磁極の対の組を形成するように、所定の符号をもつ規則的な磁極(P1)と、反対符号をもつ規則的な磁極(P2)とを含み、所定の符号をもつ規則的な各磁極(P1)が幅I1及び磁気分極値M1を有し、反対符号の規則的な各磁極(P2)が幅I1と実質的に等しい幅I2及び磁気分極値M2を有し、
M1×I1=M2×I2
となることを特徴とする、請求項3記載のエンコーダ。 - 前記規則的な磁極(P1,P2)と前記変則的な磁極(P3,P4)が
M1×I1=M2×I2=M3×I3=M4×I4
となることを特徴とする、請求項3〜5のいずれか一項記載のエンコーダ。 - 前記規則的な磁極(P1)が前記変則的な磁極(P3)と同じ符号であり、前記規則的な磁極(P2)と前記変則的な磁極(P4)が同じ符号であり、前記極(P1,P3)の符号と反対であることを特徴とする、請求項6記載のエンコーダ。
- 前記規則的な磁極(P1,P2)と前記変則的な磁極(P3,P4)が
I1+I2=I3+I4
となり、前記規則的な磁極の周期(T1)が前記変則的な磁極の周期(T2)と等しいことを特徴とする、請求項6記載のエンコーダ。 - 前記規則的な磁極(P1)の幅I1が変則的な磁極の幅I4と等しく、前記磁極(P2)の幅I2が前記変則的な磁極(P3)の幅I3と等しく、前記規則的な磁極と前記変則的な磁極のサイクル比が補完的であることを特徴とする、請求項7又は8記載のエンコーダ。
- 前記多極磁性リングが少なくとも1台の検出器セル(3)のそばを通過する、請求項1〜9のいずれか一項記載のエンコーダを含むことを特徴とするロータリ位置センサ。
- 前記エンコーダが自動車のエンジンのシャフト上で回転がブロックされることを特徴とする、請求項10記載のロータリ位置センサ。
- 前記検出器セル(3)がモノコンポーネント検出器セルであることを特徴とする、請求項10記載のロータリ位置センサ。
- 前記検出器セル(3)が、ホール効果セル、差動ホール効果セル、フラックスコンセントレータをもつホール効果セル、磁気抵抗セル、又は、巨大磁気抵抗セルであることを特徴とする、請求項12記載のロータリ位置センサ。
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