JP2007309934A - 磁束密度のゼロ位置通過を安定化させた位置センサ用エンコーダ - Google Patents

Abstract

【課題】空隙変化に対し安定な位置及び／又は速度センサ用エンコーダを提供する。
【解決手段】一の小磁極Ｐと一の大磁極Ｇとの間に少なくとも一の接合面Ｊを有しており、大磁極Ｇは小磁極Ｐの角度幅よりも大きな角度幅を有し、各接合面Ｊに対応する小磁極Ｐと大磁極Ｇは反対符号の極性を有するエンコーダに関する。各接合面Ｊに関して、所定の符号を有する大磁極Ｇは、一方では、前記所定符号と同じ符号の少なくとも一の小安定極ｐｓであって、反対符号の小磁極Ｐに隣接し、この小磁極Ｐの角度幅と実質的に同一の角度幅を有する小安定極ｐｓと、他方では、小安定極ｐｓと同じ符号の少なくとも一の相補極ｐｃであって、この相補極ｐｃ及び／又は小安定極ｐｓが、磁束密度における放射方向成分のゼロガウス位置通過を安定化するように適合された傾斜型の磁界強度を示す相補極ｐｃとから成る。
【選択図】図３Ａ

Description

本発明は、検出用セルの近傍を移動するエンコーダの構成部品を含む磁気センサ、最広義には移動ターゲットの位置及び／又は速度を検出するように適合させた磁気センサの技術分野に関する。

本発明の目的は、具体的には、Ｎ極とＳ極が交互に連続したエンコーダの作成に関する。

また本発明の目的は、上記のセンサが例えばイグニッション機能及びインジェクション機能の範疇で使用されうる自動車分野において特に好適に応用されることにある。

さらに本発明の目的は、より具体的には電圧が印加されると移動ターゲットの位置に応じた一の情報を提供することが可能なＴＰＯＳ（true power on sensor）型磁気センサの分野に関する。

従来、電圧が印加されると移動ターゲットの位置に応じて一の情報を提供することができる種々のセンサが知られている。そのようなセンサは、例えば軟磁性材料で作成され、かつ少なくとも一の歯部、一般的には凹部で隔てられた連続の歯状体を有する移動ターゲットを備えている。また、そのようなセンサは、移動ターゲットとの空隙を有して配置される着磁された永久磁石も備えている。この空隙にはプローブが配置され、磁束密度の方向及び強度に対して感応するようになっている。

移動ターゲットの変位は、プローブを通過する各歯部に関して、プローブと交差する磁束密度の変化をもたらし、それにより磁束密度の方向及び強度に応じた電気信号が出力される。この検出用プローブは、特にヒステリシスレベル比較器と接続されており、その出力は、プローブが出力する電気信号が所定の閾値よりも大きいとき第１の論理状態、電気信号が所定の閾値よりも小さいとき第２の論理状態を取る。

この種のセンサは、ターゲットが動かない状態で、電圧がセンサに印加されると凹部又は歯部に応じた信号を出力する。このようなセンサの欠点は、環境温度や、ターゲットとセンサ間の空隙といったパラメータの変動に対して敏感なことである。

一方で従来、検出用セルを通過する磁気エンコーダを備えた位置センサ又は速度センサが、例えば特許文献１（欧州特許出願公開第ＥＰ０６１１９５２号明細書）及び特許文献２（仏国特許出願公開第ＦＲ２７５７９４３号明細書）でも知られている。このようなエンコーダは、Ｎ極とＳ極が円周上に交互に設けられた多極型の磁気リングで作成されており、これらの極のうち少なくとも一は、他極の幅ピッチとは異なる角度幅を有しており、不規則である。このようなセンサの欠点は、測定用セルとエンコーダ間の空隙の変化に敏感なことが挙げられる。実際、セルで測定される磁束密度の極性は、セルに面した磁極の極性の写像である。しかしながら、ある磁極から他の磁極に遷移する位置は、２つの磁極が同一の幅及び磁性であるときのみ、あるいはセルと磁気エンコーダ間の空隙が最小であるときのみ、２つの磁極間の遷移と一致する。図６は、多極型のエンコーダにおける連続した２つの反対極間で測定された磁束密度が遷移する位置を示している。接合面の位置ずれ、すなわち極性の異なる大磁極Ｇと小磁極Ｐ間の遷移tの位置ずれは、この図６で表すことができる。大磁極が、隣接する小磁極に対して大きな角度幅を有すれば、それだけこの大磁極はセルが磁気誘導を測定する領域を拡げることになり、磁束密度の極性は、それに対応する極性である。この傾向は、セルとエンコーダ間の空隙が大きいと、それだけ一層顕著となることが判る。
欧州特許出願公開第ＥＰ０６１１９５２号明細書 仏国特許出願公開第ＦＲ２７５７９４３号明細書

したがって、本発明は従来技術におけるこれらの欠点を解消すべくなされたものであり、本発明の目的は、空隙の変化に対し安定で、電圧を印加することで有用な信号を出力可能な位置及び／又は速度センサ用のエンコーダを提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

このような目的を達成するために、本発明は、反対符号の極性を有して交互に配置された磁極が円周上に設けられている多極型の磁気リングを備え、磁極が誘導する磁束密度における放射方向成分の密度変化に対応して周期的な信号を出力する測定用セルを通過するようになされたタイプの位置センサ用エンコーダに関するものである。このエンコーダは、一の小磁極と一の大磁極との間に少なくとも一の接合面を有しており、大磁極は小磁極の角度幅よりも大きな角度幅を有し、各接合面に対応する小磁極と大磁極は、反対符号の極性を有している。

本発明によれば、各接合面に関して、所定の符号を有する大磁極は、
一方では、前記所定符号と同じ符号の少なくとも一の小安定極であって、反対符号の小磁極に隣接し、この小磁極の角度幅と実質的に同一の角度幅を有する小安定極と、
他方では、小安定極と同じ符号の少なくとも一の相補極であって、この相補極及び／又は小安定極が、磁束密度における放射方向成分のゼロガウス位置通過を安定化するように適合された傾斜型の磁界強度を示す相補極と、
から成っている。

好適な実施形態の特徴によれば、各接合面に関して、小安定極は、小磁極の磁界強度と実質的には同一であるが反対符号の磁界強度を有している。

別の好適な実施形態の特徴によれば、連続して配置された両方の相補極は、反対符号であって実質的に同一の磁界強度を有している。

別の実施形態によれば、相補極及び／又は小安定極は、着磁していない部分を持つ磁界強度を有している。

別の変形例によれば、相補極及び／又は小安定極は漸進的に変化する形態を有している。

別の変形例によれば、相補極及び／又は小安定極は、一定値であってかつ反対符号である連続した領域を持つ磁界強度を有している。

本発明の他の目的は、磁極が誘導する磁束密度における放射方向成分の密度変化に対応して周期的な電気信号を出力する測定用セルを通過する、本発明によるエンコーダを備えた位置センサを提案することにある。

好ましい用途によれば、このエンコーダは自動車エンジンのシャフト上で回転が停止される態様で使用される。

他の好ましい実施形態によれば、このエンコーダは自動車エンジンのカムシャフト上での回転が停止される態様で使用される。

他の多様な特徴は、添付図面を参照して以下の説明から明らかとなろう。これらの図面は本発明の目的に関して、限定しない実施例として、実施の形態を示すものである。

図１から具体的に明らかなように、本発明は、検出用又は測定用セル３を通過するようになされた磁気エンコーダ２を備える位置及び／又は速度センサ１に関する。エンコーダ２は、そのセンターｃを中心にして回転駆動され、かつ反対符号の磁極が円周上に設けられ交互に配置された多極型の磁気リングとして形成されている。したがってエンコーダ２は、交互に配置されたＮ極ＮとＳ極Ｓを備え、放射方向の磁界強度を有している。

エンコーダ２は、少なくとも一の小磁極Ｐ（図２Ａに示す例では４つの小磁極Ｐ）と、４つの大磁極Ｇを備えており、この大磁極Ｇはそれぞれ小磁極Ｐの角度幅よりも大きな角度幅を有している。例えば、大磁極Ｇはそれぞれ７０゜に相当する角度幅を有しており、小磁極Ｐはそれぞれ２０゜に相当する角度幅を有している。図示した例では、エンコーダ２は、２つの大磁極Ｇ内のＳ極及び２つの大磁極Ｇ内のＮ極とともに２つの小磁極Ｐ内のＳ極及び２つの小磁極Ｐ内のＮ極を有している。Ｎ極とＳ極は、エンコーダの周縁に沿って交互の極性を得るように配置されている。

したがって、図２Ａに示した例では、互いに異なる極性を有する大磁極Ｇと小磁極Ｐの間に６つの接合面Ｊが現れている。したがって、図２Ｂで示すように、小磁極Ｐと大磁極Ｇの間でそのような接合面Ｊを通過するごとに、磁束密度における放射方向成分のゼロガウス位置通過は、エンコーダ２と測定用セル３との間の空隙Ｅの変化に従ってずれていることが判る。曲線Ａと曲線Ｂは、図２Ａに示したエンコーダが空隙Ｅの異なる２つの値に基づいてセル３を通過するときに測定された磁束密度における放射方向成分の変化を示している。その結果、測定用セル３からの信号を考慮する水準比較器の出力部から出力される信号の始端Ｆが不安定となる（図２Ｃ）。同じカテゴリーの２つの磁極間（すなわち大磁極Ｇ内のＮ極とＳ極の両者間、又は小磁極Ｐ内のＮ極とＳ極の両者間）の接合面において、磁束密度における放射方向成分のゼロガウス位置通過は、空隙Ｅの異なる値に対して実質的に同じであることに留意すべきである。したがって、対応する測定用セルからの信号の始端において、不安定さは生じない（図２Ｃ）。

したがって、本発明の目的はこのような欠点を解消すべく、空隙Ｅの変化によって遷移の位置がずれることを回避することにある。図３Ａで具体的に明らかなように、本発明によるエンコーダ２は、大磁極Ｇと小磁極Ｐ間の各接合面に関して、大磁極Ｇを有しており、この大磁極Ｇは

一方では、大磁極Ｇと同じ符号であって、かつ前記接合面の反対符号を持つ小磁極Ｐに隣接している少なくとも一の小安定極ｐｓであって、小磁極Ｐの角度幅と実質的に同一の角度幅を有する小安定極ｐｓと、

他方では、小安定極ｐｓと同じ符号の少なくとも一の相補極ｐｃであって、この相補極ｐｃと小安定極ｐｓが、磁束密度における放射方向成分のゼロガウス位置通過を安定化するように適合された傾斜型の磁界強度を示す相補極ｐｃと、
から成っている。

したがって、小磁極Ｐ内のＮ極と大磁極Ｇ内のＳ極の間の接合面（例えばＪ）に関して、大磁極Ｇ内のＳ極は、一方で、小Ｎ極に隣接して配置された小安定極ｐｓ（Ｓ極）より成っている。小安定極ｐｓ（Ｓ極）の角度幅は小磁極Ｐ内のＮ極の角度幅と実質的に同一である。さらに、大磁極Ｇ内のＳ極も相補極ｐｃ（Ｓ極）を備えている。相補極ｐｃ（Ｓ極）と小安定極ｐｓ（Ｓ極）は、磁束密度における放射方向成分のゼロガウス位置通過を安定化するように適合させた傾斜型の磁界強度を有している。

この多極型の磁気リングすなわち磁石２は、（材質の残留磁束に応じて）２つの極端値±Ｂｒの間で磁界を印加する結果、可変の磁性値を取りうる材料で作成されることを考慮すべきである。このリング又はリングの一部に印加される磁界によっては、可変又は傾斜型の磁界強度を得ることが可能であり、その磁界強度に沿って磁性値が最小値から最大値まで傾斜型に変化する。磁界強度は、残留誘導の極端値の間で連続的に変化しうることもあれば、一定しているが互いに異なる磁性値にそれぞれ対応した平面領域を備えて、残留誘導の極端値間で任意の値を取ることもある。

したがって、図３Ａに示す例では、図３Ｂの曲線Ａ及び曲線Ｂは、異なる２つの空隙値に対して、磁気リング２に近接した大気中に磁束密度を与えることによって特定の磁界強度の効果を示している。

したがって、図３Ｂから明らかなように、大磁極Ｇの磁界強度、すなわち相補極ｐｃと小安定極ｐｓの磁性は、この大磁極Ｇとそれに隣接する小磁極Ｐとの間の接合面において、磁束密度における放射方向成分のゼロガウス位置通過が空隙Ｅの異なる値Ａ、Ｂに対して同じであるようになっている。測定用セルからの信号の対応する始端において不安定さは生じない（図３Ｃ）。

ただ、互いに隣接して配置された、反対磁極の２つの相補極は、好適にはそれらの接合面において測定用セルからの信号の始端Ｆに関して安定さを保持するよう、反対符号を有する実質的に同一の磁界強度を有している。

勿論、本発明の目的は、大磁極Ｇ内のＮ極と小磁極Ｐ内のＳ極の間の接合面Ｊにも適用されうる。この場合、大磁極Ｇ内のＮ極は、一方では小磁極Ｐ内のＳ極に隣接して配置された小安定極ｐｓ（Ｎ極）と、他方では相補極ｐｃ（Ｎ極）とから成る。

本発明の目的に従った好適な特長によれば、各接合面Ｊに関して、小安定極ｐｓは小磁極Ｐの磁界強度と実質的に同一ではあるが反対符号の磁界強度を有している。具体的には、相補極ｐｃが存在するため、小安定極ｐｓと小磁極Ｐとの間における磁束密度が遷移する位置は小磁極Ｐの方へずれる傾向がある。したがって、小安定極ｐｓの磁界強度は、相補極ｐｃによる影響を考慮するように適合させる。これにより、小安定極ｐｓの磁界強度は、小磁極Ｐの磁性値あるいは水準よりも僅かに低い値あるいは水準を有している。これを実現するために、小安定極ｐｓの角度幅は小磁極Ｐの角度幅よりも僅かに小さくされており、あるいは小安定極の磁性水準が小磁極Ｐの磁性水準よりも低くなっている。

相補極ｐｃ及び／又は小安定極ｐｓが傾斜型の磁界強度、すなわち値が一定ではない磁性を有していることは、上記より明らかである。図４Ａ及び４Ｂはその例として、相補極ｐｃに関して異なる傾斜型の磁界強度を示している。したがって、これらの磁極に関して、例えばリニアに変化する磁界強度あるいは放物線状に変化する磁界強度も可能となる。

別の変形例によれば、相補極ｐｃ及び／又は小安定極ｐｓは、着磁していない部分を有する磁界強度及び／又は一定した値を有して反対符号である連続的な領域を有する磁界強度を有している。図５Ａ及び５Ｂに示す例では、相補極ｐｃの一がゼロガウスに等しい磁性値を有している。この例によれば、相補極の一はゼロ値と最大の磁性値との中間である磁性値を有しており、他の相補極ｐｃは反対符号である連続した磁界領域が形成されている。

他の実施形態によれば、相補極ｐｃ及び／又は小安定極ｐｓは漸進的に変化する形態を有している。この点につき、相補極ｐｃの区分又は小安定極ｐｓの区分は、例示された矩形とは異なっていることもあり、例えば六角形のように別の多角形を有している。

上述した本発明によるエンコーダ２は、好適には自動車エンジンのシャフト上で回転するよう、固定して装着されることを想定している。好ましくは、このエンコーダ２は自動車エンジンのカムシャフト上で回転を停止される態様で使用される。

本発明の範囲から逸脱することなく種々の変更が可能であり、本発明は上述、例示された実施例に限定されるものではない。

本発明による位置センサを示す概略図である。 従来のエンコーダに関する実施形態の一例を示す平面図である。 図２Ａに示したエンコーダに基づいて、２つの異なる空隙に対して測定した磁束密度における放射方向成分の変化を示す図である。 図２Ａに示したエンコーダに基づいて、検出された磁束密度の値に対するセンサの出力電圧の変位を示す図である。 本発明によるエンコーダに関する実施形態の一例を示す平面図である。 図３Ａに示したエンコーダに基づいて、２つの異なる空隙に対して測定した磁束密度における放射方向成分の変化を示す図である。 図３Ａに示したエンコーダに基づいて、検出された磁束密度の値に対するセンサの出力電圧の変位を示す図である。 本発明によるエンコーダに関する実施形態の一例を示す平面図である。 図４Ａに示したエンコーダの磁極における傾斜型の磁界強度の例を示す図である。 本発明によるエンコーダに関する実施形態の一例を示す平面図である。 図５Ａに示した本発明によるエンコーダの磁極における磁界強度の他の例を示す図である。 従来の多極型エンコーダにおいて、反対符号が連続する２つの磁極間で測定された磁束密度が遷移する位置を示した平面図である。

Claims (9)

1. 反対符号の極性を有して交互に配置された磁極が円周上に設けられている多極型の磁気リング（2）を備え、
   磁極が誘導する磁束密度における放射方向成分の密度変化に対応して周期的な信号を出力する測定用セル（3）を通過するようになされ、
   一の小磁極（P）と一の大磁極（G）との間に少なくとも一の接合面（J）を有する位置センサ用エンコーダであって、
   大磁極（G）が小磁極（P）の角度幅よりも大きな角度幅を有し、各接合面（J）に対応する小磁極（P）及び大磁極（G）が反対符号の極性を有しており、
   各接合面（J）に関して、所定の符号を有する大磁極（G）が、
   一方では、前記所定符号と同じ符号の少なくとも一の小安定極（ps）であって、反対符号の小磁極（P）に隣接し、この小磁極の角度幅と実質的に同一の角度幅を有する小安定極（ps）と、
   他方では、小安定極（ps）と同じ符号の少なくとも一の相補極（pc）であって、この相補極（pc）及び／又は小安定極（ps）が、磁束密度における放射方向成分のゼロガウス位置通過を安定化するように適合された傾斜型の磁界強度を示す相補極（pc）と、
   から成ることを特徴とする位置センサ用エンコーダ。
2. 請求項１に記載の位置センサ用エンコーダにおいて、各接合面（J）に関して、前記小安定極（ps）が、小磁極（P）の磁界強度と実質的に同一であるが反対磁性を有することを特徴とする位置センサ用エンコーダ。
3. 請求項１に記載の位置センサ用エンコーダにおいて、連続して配置された２つの相補極（pc）が、反対符号であって実質的に同一の磁界強度を有することを特徴とする位置センサ用エンコーダ。
4. 請求項１〜３のいずれか一に記載の位置センサ用エンコーダにおいて、相補極（pc）及び／又は小安定極（ps）が、着磁していない部分を持つ磁界強度を有することを特徴とする位置センサ用エンコーダ。
5. 請求項１〜３のいずれか一に記載の位置センサ用エンコーダにおいて、相補極（pc）及び／又は小安定極（ps）が、漸進的に変化する形態を有することを特徴とする位置センサ用エンコーダ。
6. 請求項１〜３のいずれか一に記載の位置センサ用エンコーダにおいて、相補極（pc）及び／又は小安定極（ps）が、一定値であってかつ反対符号である連続した領域を持つ磁界強度を有することを特徴とする位置センサ用エンコーダ。
7. 請求項１〜６のいずれか一に記載のエンコーダ（2）を少なくとも一備えた位置センサにおいて、磁極が発する磁束密度における放射方向成分の密度変化に対応して周期的な電気信号を出力する測定用セル（3）を通過するよう構成されてなることを特徴とする位置センサ。
8. 請求項７に記載の位置センサにおいて、エンコーダ（2）が自動車エンジンのシャフト上で回転が停止される態様で使用されることを特徴とする位置センサ。
9. 請求項８に記載の位置センサにおいて、エンコーダ（2）が自動車エンジンのカムシャフト上で回転が停止される態様で使用されることを特徴とする位置センサ。

Images