JP2008512822A - センサ - Google Patents

Abstract

本発明は、対象の直線又は回転運動を検出するためのセンサ（１）であって、発信素子（２）は前記対象に取付けることができるか、又は、対象の部分であり、且つ、少なくとも１つの検出要素（３）と共働するセンサ（１）に関しており、その際、本発明によると、磁場を形成するマグネット素子（４）の横に、少なくとも１つ乃至複数の検出要素（６，７）が、運動面内に設けられており、発信素子（２）は、磁場に作用を及ぼす材料製であるように設けられている。

Description

本発明は、面構造の経路又は位置センサであって、対象の直線又は回転運動を検出するためのセンサであって、発信素子は対象に取付けることができるか、又は、対象の部分であり、且つ、少なくとも１つの検出要素と共働する対象の直線又は回転運動を検出するためのセンサに関する。

対象の直線又は回転運動を非接触（ノンコンタクト）、つまり、摩耗せずに検出するために、様々なセンサが公知となっている。これらのセンサは、永久磁石と共働し、この永久磁石の磁場は、発信器（対象に取り付けることができるか、又は、対象の部分である）によって影響を及ぼされる。この磁場は、ホールセンサ（図４及び５に示されている）又はリードスイッチ（図６〜８に示されている）として構成された検出要素に作用する。

図４及び５に示されているセンサの場合、発信器の運動面に対して垂直方向にホールセンサ及び永久磁石（Ｓ：永久磁石の南極、Ｎ：永久磁石の北極）が対向しており、その結果、センサは、総じてＵ字形の横断面を有している。
センサ素子の保護のために、センサ素子には射出成形シースが設けられており、この射出成形シースから、ホールセンサのケーブルが形成されており、ケーブルの端には、プラグが設けられている。発信器がＵ字形のセンサに入ったり、Ｕ字形のセンサから出たりすると、所定の位置でスイッチングし、乃至、リニアな経路測定を行うことができ、その測定の際、発信器とセンサとの間隔が比較的大きくても測定が可能である。この手段は、しかし以下のような欠点がある：この手段は、リードスイッチと比較して高価であり、ＥＭＶ乃至ＥＳＤ保護のために、付加的な構成部品、極性混合防止策が必要であり、永久磁石を装着した際の極性は保持される必要があり、３つもの端子が必要であり、出力信号は、ホールセンサの許容された給電電圧によって強く制限される。
それに対して、図６〜８に図示されているような、唯１つのリードスイッチを備えたセンサの手段がある。この手段でも、センサ（そのケーシング）は、Ｕ字形の横断面を有しており、射出成形シースが設けられている。発信器がＵ字形センサに入ったり、Ｕ字形センサから出たりすることによって、リードスイッチが接続されたり（発信器がセンサの外側に位置している場合）、開かれたり（発信器がセンサの内側に位置している場合）する。リードスイッチを備えた、この手段は、ホールセンサを備えた手段に対して著しく簡単であり、と言うのは、リードスイッチは、簡単な原理であり、単に２個の端子しか必要とせず、ＥＭＶ乃至ＥＳＤ保護要素を必要としない。更に、極性混合防止策は必要とせず、センサの製造時に、永久磁石の極性に注意する必要もない。出力信号は、典型的には０〜２４ボルト、場合によっては１００ボルトになることもあり、その際、この原理では、簡単な信号適合が同様に可能である。この信号適合は、例えば、別の構成素子、例えば、２つの抵抗と相応に接続することによって実行することができる。

リードスイッチの原理に基づくセンサの手段は、ホールセンサを備えた原理に較べて簡単と思われるが、これは未だ欠点を有している。リードスイッチでの簡単な原理に基づくと、対象の運動を無段階的又は段階的に検出することはできない。位置センサに相応して、対象が所定の領域内に位置しているか（相応のリードスイッチが開く）、又は、他の領域内に位置してるか（リードスイッチが閉じる）どうかしか分からない。更に、２つの公知原理の手段では、Ｕ字形ケーシングの凹部内に不純物が集まる危険性があり、その際、殊に、永久磁石の磁力により、導磁性の粒子が引き寄せられることがある。この凹部の大きさに応じて、この凹部が汚濁粒子が比較的多数集まることによって汚濁されると、発信器は、もはや、この凹部内に入ることができず、対象の運動の測定が不可能となる。このような事態は、センサを持続的に用いた場合、及び、厳しい環境条件内で使用した場合にも非常に速く生じる。

従って、本発明の課題は、冒頭に記載した欠点を回避した、対象の運動を検出するためのセンサを提供することにある。 殊に、対象の所定の位置を検出するセンサが求められている。その際、予め決められた位置は、直線運動又は回転運動から合成することができる。その際、発信素子は、永久磁石、フェライト等のような、付加的な磁気コンポーネントを装着する必要はなく、これに対して、無接触で摩耗なしの測定が維持される必要がある。

この課題は請求項１記載の特徴によって解決される。

本発明によると、磁場を形成するマグネット素子の横に、少なくとも１つ乃至複数の検出要素が、運動面内に設けられており、発信素子は、磁場に作用を及ぼす材料製であるように設けられている。そのような装置は、幾つかの利点を有する：
一方では、２つの検出要素、例えば、リードスイッチ、ホールセンサ、磁気共鳴センサ等が使用され、それらは、無接触、従って、摩耗せずに作動する。特に有利には、リードスイッチが使用される。その理由は、信頼性が高く、特にコスト上有利であるからである。発信素子自体は、マグネット素子の磁場に作用を及ぼし、従って、検出要素に作用する材料からなっている。２つの検出素子を設ける利点は、（ホール磁気共振センサを用いた場合）対象の運動を無段階に検出するか、又は、（リードスイッチを用いた場合）位置を段階的に検出することができるようになる点である。その際、磁場を形成するマグネット素子は、コスト上有利且つ簡単に取り扱える永久磁石である。択一的に、又は、それに対して補完的に、マグネット素子を電磁石にしてもよい。

本発明の本質的な利点は、各検出素子がマグネット素子と一緒に運動平面内に設けられている点にある。そうすることによって、センサ全体を平坦に構成し、対象の運動方向に適合させることができる。つまり、各検出素子は、マグネット素子と一緒に、例えば、対象のリニア運動時に平坦に、対象の回転運動時に湾曲して構成するのである。この平坦乃至湾曲状の構成により、並びに、各検出素子上の発信素子の運動により、殊に、マグネット素子の領域内に、センサの全領域内にも不純物が集まることはなくなる。さもないと、不純物により、発信素子の運動が損なわれることがある。発信素子の運動は、各検出素子に対して相対的に汚濁粒子及び不純物を除去することができるので、発信素子の運動が損なわれることはまったくない。

本発明の別の実施例では、対象のリニアな運動を検出するために、検出要素及びマグネット素子は、平坦な坦体上に設けられており、被覆部を用いて外部の影響から保護されている。 閉じた形状の利点は、不純物、殊に、屑又はその他の電導性及び導磁性粒子が、磁場によって、検出素子、殊に、リードスイッチとマグネット素子、殊に、永久磁石との間に達することはない。この不純物は、精々、マグネット素子の直接的な周囲の被覆部の表面に集まることがあるにすぎず、発信素子の運動時には、それを介して除去される。更に、この構造形式を用いると、発信素子も平坦に構成されて、各検出素子に対して面平行（コプラナー）に運動することができる場合に、極端に平坦なセンサが可能である。本発明のセンサの使用領域は、経路が走行されて所定の位置を検出する必要があるような全ての場所である。センサは、傍を走行した際に中間位置を検出するためにも各終端位置を検出するのにも使われる。その際、リニアな運動（例えば、ミリメートル単位での位置）を検出することができると同様に回転運動（度単位での角度）を検出することもできる。殊に有利には、車両技術分野でのセンサの使用にあり、つまり、この分野では、過酷な環境条件下（導電性粒子、導磁性粒子の不純物、温度変動、振動等）で使用され、僅かな構造スペースで使用されるからである。

本発明の実施例を以下に記述し、図面に基づき説明するが、本発明はこの実施例に制限されるものではない。
ここで、
図１及び２は：本発明のセンサの構成を示し、
図３は：電磁石を備えたセンサを示し：
図４〜８は：従来技術のセンサの構成を示す。

図１及び２は、詳細に図示されている限りで、磁場に影響を与え得る材料からなる発信素子２を備えたセンサ１の構成を示す。更に、マグネット素子４及び平坦に形成された坦体５を有する検出素子３が設けられており、その際、マグネット素子４の横に代わりに２つのリードスイッチ６，７が設けられている。この構成は、図２に断面で図示されており、その際、坦体５は、当該坦体５の上に設けられた各要素（マグネット素子４及びリードスイッチ６，７）と共に被覆部によって囲まれている。リードスイッチ６，７の各端子は図示されていないが、設けられており、被覆部８から引き出されていて、例えば、ケーブルを介して、センサ１のケーブル接続用のプラグと接続されている。発信素子２は、この実施例では平坦に（他の形状にしてもよい）構成されており、ここには図示されていない対象、又は対象の構成部品と接続することができる。

図１及び２から、センサ１は、図示されていない対象のリニアな運動を検出するために構成されており、極めて平坦に構成されており、その際、発信素子２と検出素子３の面平行な装置構成により、これら両素子２，３間の間隔を非常に狭く保持することができるようになる。

図３には、マグネット素子４（図１及び２では永久磁石）の箇所に、電磁石を使用してもよいことが示されている。マグネットは、更に、用途及び構造スペースに相応して形成されている。択一的に、マグネットを焼結部品として、又は、高密度に充填されたプラスチック部品として構成し、乃至、磁気特性を有するプラスチックであるようにしてもよい。

リードスイッチ６，７として構成されている各検出素子を用いる代わりに、ホールセンサ、磁気抵抗センサ等を用いてもよく、これらは、１つ又は複数のリードスイッチに代替してもよい。

リードスイッチを用いる際、更に以下の特性を構成してもよい：
開スイッチから閉スイッチとなる：
発信素子（例えば、ディスク）が、初めからセンサのところに設けられている（リードが開かれる）：所望の位置で、発信器は、十分に広く離れており、乃至、ホールが発信器内にある（リードスイッチが閉じられる）。
２つのリードスイッチと１つのマグネット素子での出力信号パターンの可能な変形：

他のパターンは、発信器のコーディングによって、乃至、開始位置の選択により形成することができる。

スイッチング特性は、以下により特定される：
−発信器の形状（輪郭）乃至ディスク内での複数のホール（コーディング）
−リード及びマグネットの同調（マグネットの感度、強度→h_max、マグネットの形状）
利点：
−簡単な原理（開スイッチとしてのリード）、
−位置（＝スイッチ）毎に２つの端子しか必要とせず、
ＥＭＶ／ＥＳＤ保護は必要なく、
極性混合防止策は必要なく、
−マグネットの極性に注意しなくてよく、単に位置にだけ周囲し、
−出力信号０＜ボルト＜２４Ｖ（１００Ｖ）
−簡単な信号適合が可能（２つの抵抗）、
−センサの閉じられた構造形式、
−極端に平坦なセンサ、
−緊密に一緒に配置された（小さな距離乃至小さな角度）順次連続する位置で、２つのスイッチ間のマグネットで十分であり、その際、両スイッチが閉じられ、又は開かれる中間領域が形成される。

付加的な用途及び利点は、電磁石を用いることにより得られ：
−（両マグネットスイッチをスイッチングする必要がある）用途の開始時での機能テスト乃至システムチェック。実施例としての説明：点火がスイッチオンされ自動車がスタートされる。その際、システムが構成された場合、電磁石をスイッチオンし、リードスイッチ（マグネットスイッチ）もスイッチングし、それにより、電磁石が機能しているというサインを示す必要がある。
−安全性でのアプリケーションを実行することができる（例えば、発信器が平坦に構成されていない場合、発信器の適合によって、付加的なスイッチング点を生成することができ、例えば、以下の図示の場合である。

本発明のセンサの構成を示す図 本発明のセンサの構成を示す図 電磁石を備えたセンサを示す図 従来技術のセンサの構成を示す図 従来技術のセンサの構成を示す図 従来技術のセンサの構成を示す図 従来技術のセンサの構成を示す図 従来技術のセンサの構成を示す図

符号の説明

１ センサ
２ 発信素子
３ 検出素子
４ マグネット素子
５ 坦体
６ リードスイッチ
７ リードスイッチ
８ 被覆部

Claims (9)

1. 対象の直線又は回転運動を検出するためのセンサ（１）であって、発信素子（２）は前記対象に取付けることができるか、又は、前記対象の部分であり、且つ、少なくとも１つの検出要素（３）と共働するセンサ（１）において、磁場を形成するマグネット素子（４）の横に、少なくとも１つ乃至複数の検出要素（６，７）が、運動面内に設けられており、発信素子（２）は、前記磁場に作用を及ぼす材料製であることを特徴とするセンサ（１）。
2. 各検出要素（６，７）及びマグネット素子（４）は、有利には平坦な坦体（５）上に設けられており、被覆部（８）を用いて外部の影響から保護されている請求項１記載のセンサ（１）。
3. 発信素子（２）は有利には平坦に構成され、各検出要素（６，７）に対して面平行に可動である請求項２記載のセンサ（１）。
4. 検出要素は、リードスイッチ（６，７）として構成されている請求項１から３迄の何れか１記載のセンサ（１）。
5. 各検出要素は、ホールセンサとして構成されている請求項１から４迄の何れか１記載のセンサ（１）。
6. 各検出要素は、磁気抵抗センサとして構成されている請求項１から５迄の何れか１記載のセンサ（１）。
7. 磁場を形成するマグネット素子（４）は、永久磁石である請求項１から６迄の何れか１記載のセンサ（１）。
8. 磁場を形成するマグネット素子（４）は、電磁石である請求項１から７迄の何れか１記載のセンサ（１）。
9. 磁場を形成するマグネット素子（４）は、磁気特性を有するプラスチックである請求項１から７迄の何れか１記載のセンサ（１）。

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