JP2006527844A

JP2006527844A - 制御された磁気漏洩の位置を判定するための磁気センサ

Info

Publication number: JP2006527844A
Application number: JP2006516299A
Authority: JP
Inventors: オリヴィエアンドリュー，; ローレンドゥフォー，
Original assignee: エレクトリクフィルオートモーティヴ
Priority date: 2003-06-17
Filing date: 2004-06-17
Publication date: 2006-12-07
Also published as: US20060164074A1; FR2856474A1; EP1634037A2; FR2856474B1; WO2004113844A2; WO2004113844A3

Abstract

本発明は、変位の軸線（Ｔ）に沿う移動物体（２）の位置を判定する磁気センサに関する。当該センサは、少なくとも一つの間隙（８）を規定し、磁束を発生する手段（４）を備える開磁路（３）と、この磁路（３）に固定して取り付けられており、磁束値を測定可能な少なくとも一つの第１の測定セル（１１）と、変位の軸線に沿う移動物体の直線位置を判定するために、測定セル（１１）が供給する出力信号を処理する手段とを含む。本発明によると、磁路（３）は、磁束を発生する手段に関連付けられた少なくとも一つの磁極片（５）も含み、測定セル（１１）は、磁束を発生する手段（４）が供給する磁束を漏洩磁束を差し引いて測定するように、変位の端点近傍に取り付けられている。

Description

発明の詳細な説明

本発明は、好ましくは直線の、変位の軸線に沿って移動する物体の位置を検出すために適する非接触磁気センサの技術分野に関する。

本発明の目的は、排他的にではないが自動車の分野において、その位置を知らなければならない、特に直線の変位を伴った種々の変位ユニットに装備するための特に有利な応用、及び、例えば、自動ギアボックス、サスペンション、制御クラッチ、パワーステアリング、姿勢調整システム等の部品を形成するために特に有利に応用を見出すことにある。

最新技術においては、平行移動で移動する物体の直線位置を知るために適切な非接触センサに多くのタイプがある。例えば、米国特許４，８１０，９６５号には、閉磁路を含む磁気センサが記載されており、当該閉磁路がＵ型磁極片を含んでおり、当該Ｕ型磁極片がその両自由端の間に、当該磁極片の表面に垂直な方向に沿って磁気誘導を生じる磁石を備えている。可動式測定セルが、磁極片の表面に関連する磁気誘導の値を測定するために、磁極片の分枝の間に取付けられている。当該セルは、こうして磁極片の両分枝の間に生じる磁気漏洩誘導強度を測定する。この磁気漏洩誘導の強度は、磁極片の表面で測定セルの平行移動の軸線に沿って変動する。当該センサは、平行移動の軸線に沿って移動する物体の直線位置を測定するために、測定セルが伝える出力信号を処理する手段をも含む。

この特許に記載されたセンサは、閉磁路の作成を必要とし、これが原価を上昇させる製造上の制約となる。その上、測定セルの案内は、当該セルが二つの磁極の面の間を動くので、相対的に正確でなければならない。さらに、測定セルの可動性は、とりわけ処理電子機器に対する電気接続に問題をもたらす。

文書ＤＥ３８０３２９３から、可動磁石の磁束を、二つの測定セルの間の任意の位置で測定する位置センサがさらに公知である。当該センサの主要な欠点は、移動物体の限定された行程を測定することができるだけであるという事実に対して、磁気漏洩が大きいこと、および測定セルが感知する磁束値が微小であることを考慮に入れて、対処する必要があることである。

本発明の目的は、したがって、直線変位移動の大きい移動物体の位置を判定することに適した非接触磁気センサを提案することによって、上述の欠点に対する改善策を見出すことに向けられている。このセンサは、簡易な経済的設計であって、大きい間隙で動作することができる。

このような目標を達成するために、この磁気センサは
少なくとも一つの間隙を規定しており、磁束を作成する手段を含み、当該磁束を作成する手段が移動物体によって変位可能に取り付けられており少なくとも一つの間隙を規定している開磁路、
上記磁路に固定して取付けられ、変位軸に関連する磁束値を測定することができる少なくとも一つの第１の測定セル、及び
移動物体の変位の軸線に沿う直線位置を判定するために、上記測定セルが伝える出力信号を処理する手段、
を備える。

本発明によれば、
上記磁路は、磁極片の表面に対して少なくとも垂直に配向された磁束を発生する手段に関連付けられた少なくとも一つの磁極片をも含み、当該磁極片から漏洩磁束を放出し、当該漏洩磁束の強度が上記の変位の軸線に沿って磁極片の表面で変動し、
上記測定セルが、上記の発生手段によってもたらされる磁束を、漏洩磁束を差し引いて測定するよう、変位の端点近傍に取付けられている。

好適な実施の形態によれば、磁気センサは、上記の発生手段によってもたらされる磁束を、漏洩磁束を差し引いて測定するよう、磁気回路で変位の別の端点近傍に固定して取付けられている第２の測定セルを含む。

磁束を発生する手段は、平行に変位可能なように取付けられていることが有利である。

第１の例示的な実施の形態によれば、移動物体の位置を判定する処理手段が、第１の測定セルと第２の測定セルが伝える出力信号の間の差を計算する。

第２の例示的な実施の形態によれば、移動物体の位置を判定する処理手段が、第１の測定セルと第２の測定セルが伝える出力信号の間の差を、第１の測定セルと第２の測定セルが伝える出力信号の和で除算して、計算する。

有利な実施の形態の特徴によれば、処理手段が、各測定セルの動作状態に関する判断を確定するために、各出力信号を独立にまたは組合せて解析する手段を含む。

磁束を発生する手段は、その軸線が平行移動の軸線に平行な、半径方向に磁化された環状の部品を含むことが有利である。

別の実施の形態によれば、磁束を発生する手段が、その磁化方向を２個づつ９０°ずらした一連の少なくとも四つの磁石を含む。

ある応用によれば、開磁路が、第１の磁極片に面して配置された第２の磁極片であって、第１の磁極片と間隙を規定する第２の磁極片を含む。

この代替の実施の形態においては、第２の磁極片が、磁束を発生する手段を備えている。

例えば、第２の磁極片は、半径方向に磁化された環状の部品を備えた筒状の部品によって形成される。

磁極片のいずれか一つが、測定セルの伝える出力信号の線形性を改善することに適した平面形状を有することが、有利である。

その他の多様な特徴が、非限定の例として本発明の対象の実施の形態を示す添付の図面を参照する以下の記述から明らかになるであろう。

図１および２から明確に分かるように、本発明の対象は、広い意味で移動物体２の位置を判定することに適した磁気センサ１に関する。物体２は、図示の例では平行移動の軸である変位の軸線Ｔに沿って移動する。移動物体２は、図示の例では、直線運動を行なう任意のタイプのユニットから構成されており、排他するものではないが好ましくは、自動車を備える装置の部品である。以下の説明においては、移動物体２は、直線運動を行なうものと見なすが、本発明の対象は、円運動など、異なる変位運動を行なう移動物体２に適用され得ることは明らかである。一般的に、移動物体２は、変位の軸線Ｔに沿って、図１に示す例においてはＰ₁およびＰ₂として示す二つの端点の間を移動する。

センサ１は、平行移動の軸線Ｔに対して垂直な方向ｆ_１に沿って磁束を発生する手段４を含む固定磁気回路３を含む。磁気回路３はまた、磁束の方向ｆ₁に対して略垂直に、且つ、平行移動の軸線Ｔに対して平行に延びる表面６を有する少なくとも一つの第１の磁極片５をも含む。磁束は、磁極片５から表面６に垂直な方向に沿って放出される。

本発明によれば、磁束を発生する手段４は、移動物体２によって変位可能に取付けられており、第１の磁極片５と間隙８を規定している。好適には、磁束を発生する手段４は、移動物体２の一部であるか、または任意の適切な方法で移動物体２に付加された磁石を含み、その位置が変位の軸線Ｔに沿って判定されるものである。磁石４はこうして、第１の磁極片５の表面６に垂直な方向に配向された磁束を発生する。なお、磁極片５は、端点Ｐ₁およびＰ₂の間で判定される移動物体２の測定すべき移動と、少なくとも等しい長さを有することに注意されたい。さらに、以下の記述から明らかになるように、第１の磁極片５は、ヒステリシス効果を制限する適切な材料を用い、適切な寸法によってその磁気飽和値に達しないように作成される。

本発明の特徴によれば、センサ１は、磁気回路３に取付けられ、第１の磁極片５に対する磁束値を相対的に測定することができる少なくとも一つの第１の測定セル１１を含む。このような測定セル１１は、例えばホール効果セルのように、所定の固定位置において、磁気回路を流れる磁束値の変動を測定することが可能である。図１に示す例においては、測定セル１１は、変位の端点Ｐ₂の近傍に取付けてある。具体的には、測定セル１１は、移動物体２の行程の外側において変位の端点の近傍に取付けられる。

セル１１は、磁石４がもたらす磁束から漏洩磁束を差し引いて測定することが理解されよう。図１には、ある磁力線Ｆをもつ漏洩磁束が示されている。セル１１はそれによって、一方の変位端における残留磁束を測定する。この残留磁束は、磁石４の全磁束から磁気回路３と磁石４との間の直接漏洩磁束を差し引いた磁束に等しい。漏洩磁束が、磁石４とセル１１との間の相対位置に単に依存する限り、セル１１が伝える出力信号は、平行移動の軸線Ｔに沿う磁石４の位置に関する情報を提供し、その結果、移動物体２の位置に関する情報を提供する。勿論、磁気回路および特に磁極片５が飽和していない場合に、測定が可能である。測定セル１１が伝える出力は、図示しないがそれ自体は公知の信号処理手段に送信され、移動物体２の直線位置を変位の軸線Ｔに沿って判定することを可能にする。

好適な実施の形態の特徴によれば、センサ１は、磁気回路３において他方の端点、即ち図２に示す例におけるＰ₁の近傍に固定して取り付けられた第２の測定セル１３を含む。上に説明したように、セル１１および１３は、点Ｐ₁とＰ₂との間の定められた範囲の行程の外側に置かれる。この第２の測定セル１３も、磁石４が伝える磁束を、漏洩磁束を差し引いて測定することが可能である。なお、図示の例において、測定セル１１、１３は、磁極片５からその表面６に垂直な方向に従って放出される磁束が各測定セル１１、１３を横切るよう、磁極片５の上に固定されることに注意されたい。勿論、測定セル１１、１３は、磁極片５と直接接触することなく、端点Ｐ₁とＰ₂の近傍に置かれる。

二つの測定セル１１、１３を含む磁気センサ１を作成することによって、測定セルからの出力信号の直線性を改善するために、差動測定構造を得ることが可能である。

第１の代替の実施の形態によれば、移動物体の位置を判定する処理手段が、第１の測定セル１１と第２の測定セル１３とが伝える出力信号の間の差を計算することが想定され得る。

別の実施の形態の特徴によれば、移動物体２の位置を判定する処理手段が、第１の測定セル１１と第２の測定セル１３とが伝える出力信号の間の差を、第１の測定セル１１と第２の測定セル１３が伝える出力信号の和で除算して、計算することが想定され得る。このような処理を用いて、例えば間隙または温度の変化に起因する、セル１１、１３が伝える信号のドリフトに対して、大きく影響されない出力信号を得ることが可能である。

本発明の有利な特徴によれば、処理手段は、各測定セル１１、１３の動作状態に関する判断を確立するために、各出力信号を独立に、または組合せて解析する手段を含む。こうして、例えば、所定の範囲内では検出されない信号を伝えるセルについて、欠陥状態が検出される。また、セルの伝える信号の和が判定された間隔の外にあるときは、欠陥状態が検出される。同様の意味で、両方のセルが伝える信号が独立しているが、磁石４の位置の両側で対称である限り、このような特性が測定セル１１、１３の動作状態を検出するために解析されてもよい。

図１および２に示す例においては、磁束を発生する手段４が、その磁化方向が第１の磁極片５の表面６に対して垂直である磁石を通して製造される。移動物体２がＴ軸に沿って回転もする場合においては、図３に示すように、磁束を発生する手段４は、その軸線Ａが変位の軸線Ｔに対し平行な、半径方向に磁化した環状の部品１４を通じて製造することが想定され得る。図４に示す例においては、磁束を発生する手段４は、その磁化方向を２個づつ９０°シフトされた少なくとも４個１組の磁石１５を含む。

図５および６により具体的に示す有利な特徴によれば、磁極片５は、測定セル１１、１３が伝える出力信号の直線性を改善することに適した平面的な形状を有していてもよい。例えば、磁極片５は、大きい基部同士が結合されるよう（図５）、または小さい基部同士が結合されるよう（図６）、ヘッドトゥテイル式（head-to-tail)に取付けられた二つの円錐台形によって形成される対称面を有する。

図７は、センサの別の代替の実施の形態を示す。このセンサは、第１の磁極片５と同一または別の第２の磁極片１８を用い、磁気漏洩を制限することが可能である。即ち磁束を磁気回路３に導くことが出来るようにする。図７の例において、第２の磁極片１８は、第１の磁極片５に面するように配置された平面を含み、その端の一方で第１の磁極片５との間に間隙１９を規定する。この第２の磁極片１８の他端は、磁石４を備えており、これも第１の磁極片５との間に狭い間隙８を規定する。

図８は、筒状の部品製の第２の磁極片１８の別の実施の形態を示す。この筒状の部品には、図３に示すような、半径方向に磁化した環状の部品１４が取り付けられている。この第２の磁極片１８も、第１の磁極片５との間に間隙１９を規定する。

本発明は、説明し図示した例に限定されない。その範囲を逸脱することなく、これらに各種の変更を行うことができるからである。

本発明に係るセンサの原理を示す概略図である。本発明に係るセンサの好適な実施の形態を示す斜視図である。磁束を発生する手段の種々の実施の形態を示す斜視図である。磁束を発生する手段の種々の実施の形態を示す斜視図である。本発明に係るセンサに適用される磁極片の二つの代替の形状の実施の形態を示す。本発明に係るセンサに適用される磁極片の二つの代替の形状の実施の形態を示す。本発明に係るセンサの二つの代替の実施の形態の斜視図である。本発明に係るセンサの二つの代替の実施の形態の斜視図である。

Claims

変位の軸線（Ｔ）に沿って移動する移動物体（２）の位置を判定する磁気センサであって、
少なくとも一つの間隙（８）を規定する開磁路（３）であって、磁束を発生する手段（４）を含んでおり、当該磁束を発生する手段（４）が前記移動物体（２）によって変位可能に取付けられており前記少なくとも一つの間隙（８）を規定する開磁路（３）と、
前記磁路（３）に固定して取付けられ、前記変位の軸線に関連する磁束値を測定可能な少なくとも一つの第１の測定セル（１１）と、
前記変位の軸線に沿う前記移動物体の直線位置を判定するために、前記測定セル（１１）が伝える出力信号を処理する手段と、
を含み、
前記磁路（３）は少なくとも一つの磁極片（５）も含み、前記磁極片（５）は当該磁極片の表面（６）に垂直な少なくとも配向された磁束を発生する手段に関連付けられており、前記磁極片から漏洩磁束が放出され、当該漏洩磁束の強度は前記変位の軸線（Ｔ）に沿って前記磁極片の前記表面で変動しており、
前記測定セル（１１）は、前記発生する手段（４）がもたらす前記磁束を、前記漏洩磁束を差し引いて測定するように、変位の端点近傍に取付けられている、
ことを特徴とする磁気センサ。
前記発生する手段（４）がもたらす前記磁束を、前記漏洩磁束を差し引いて測定するように、前記磁路（３）において変位の他方の端点近傍に固定して取付けられた第２の測定セル（１３）を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。
、
前記磁束を発生する手段（４）が、平行に移動可能に取付けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気センサ。
前記移動物体（２）の位置を判定する前記処理手段が、前記第１の測定セル（１１）と前記第２の測定セル（１３）とが伝える前記出力信号の間の差を計算することを特徴とする請求項２に記載の磁気センサ。
前記移動物体（２）の位置を判定する前記処理手段が、前記第１の測定セル（１１）と前記第２の測定セル（１３）とが伝える前記出力信号の間の差を、前記第１の測定セル（１１）と前記第２の測定セル（１３）とが伝える前記出力信号の和で除算して、計算することを特徴とする請求項２に記載の磁気センサ。
前記処理手段が、各測定セル（１１、１３）の動作状態に関する判断を確定するため、各出力信号を独立にまたは組合せて解析する手段を含むことを特徴とする請求項１、４または５に記載の磁気センサ。
前記磁束を発生する手段（４）が、半径方向に磁化された環状の部品（１４）から成り、その軸線が平行移動の変位の前記軸線に平行であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の磁気センサ。
前記磁束を発生する手段が、その磁化方向を２個づつ９０°シフトした少なくとも４個１組の磁石（１５）から成ることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の磁気センサ。
前記開磁路（３）が、前記第１の磁極片（５）と間隙（１９）を規定しており、且つ前記第１の磁極片（５）に面するように配置されている第２の磁極片（１８）から成ることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の磁気センサ。
前記第２の磁極片（１８）が、磁束を発生する手段（４）を備えていることを特徴とする請求項９に記載の磁気センサ。
前記第２の磁極片（１８）が、半径方向に磁化された前記環状の部品（１４）を備えた筒状の部品を用いて形成されていることを特徴とする請求項５または９に記載の磁気センサ。
前記磁極片（５、１８）のうちいずれか一方が、前記測定セル（１１、１３）が伝える出力信号の直線性を改善するために適切な平面形状を有することを特徴とする請求項１または８に記載の磁気センサ。