JP2008536145A - 移動する構成要素の位置を磁気的に感知するシステムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
Description
1つの局面において、発明は、第1の構成要素と、それに対する動きのために、第1の構成要素に可動的に結合された第2の構成要素と、を備える位置感知システムを特徴とする。記録媒体を提供するために、第2の構成要素上に磁気的硬質層が形成されている。磁気的硬質層の複数の領域が磁化される。磁化領域は、第1の構成要素に対する第2の構成要素の位置を決定するために、相対符号化方式(relative encoding scheme)を提供する。第2の構成要素が第1の構成要素に対して動いている間に、磁気的硬質層の磁化領域を感知するため、複数の磁場センサーが、磁気的硬質層に近接して第1の構成要素に結合される。同一のセットの磁化領域を続けて感知し、かつ、第2の構成要素の位置を決定するために使用され得る、感知された磁化領域に対応する信号を生成するため、少なくとも2つの磁場センサーが軸方向に配置される。
本発明は、第1構成要素の第2構成要素に対する、位置、移動した距離、速度、加速度、および動きの方向を磁気的に感知する位置感知システムを概ね特徴とする。構成要素は、概ね、システムまたはアセンブリの部品または要素であり、そのような例には、限定されないが、機械類、設備(切削機等)、車両(トラクター等)、工具、および輸送装置が挙げられる。発明を具体化するシステムには、限定されないが、静水圧システム、空気圧システム、振動および衝撃減衰システム、および精密機械のための測定システムが含まれる。さまざまな媒介バスまたはマシンデータバスは、本発明を採用して、開ループ感知、閉ループフィードバック系制御、またはこれらの組み合わせを提供することができる。GPS(全地球測位システム)のような他のタイプの位置決めシステムは、機械の場所および距離を検出する機能を、機械の動きの検出および制御をする位置感知システムの機能と統合することができる。
磁気的硬質層14の下のピストンロッド12の強磁性基材は、磁化されて磁場を生成することがあり、この磁場が、磁気的硬質層14に磁気的に記録された領域の磁場に干渉する。位置感知システムの1つの実施形態では、同相除去(CMR)を使用して、磁化領域を読み取る読み取りセンサー21の周囲磁場(fields)の影響を打ち消す。図5は、磁束感知装置20”’の例を図示し、ここでCMR読み取りセンサー21’は、磁気的硬質層14から、読み取りセンサー21−1、21−2よりも、大きい距離で配置される。CMR読み取りセンサー21’は、1つの実施形態において、ピストンロッドから主要読み取りセンサー21−1、21−2の概ね10倍の距離であり、一方、読み取りセンサー21−1、21−2は、磁気的硬質層14に充分近くの距離29にあって、両矢印32で示す方向にピストンロッド12が動いているとき、磁化領域30の磁場を感知することができる。
図6は、磁束感知装置20””実施形態の上面図を示し、ここで集束器34は、各読み取りセンサー21−1、21−2の各側または周囲に組み込まれていて、磁化領域30の感知を高めることができる。磁気的軟質(すなわち低保磁力)材から作製されているので、各集束器34は、ピストンロッド12の周囲から磁化領域30の磁束を集め、集められた磁束を集束器34に対応する読み取りセンサー21に方向づける。ピストンロッド12の周囲から磁束を集めることで、磁化領域30に対する読み取りセンサー21の角度位置に対して各センサー21を鈍感にさせ、信号を大きくする。集束器を使用することで生じる利点は、磁気的硬質層14の構成が、集束器を使用しなかった場合よりも薄くできることである。また、磁気的硬質層14から読み取りセンサーが得ることができる磁気信号が強くなればなるほど、読み取りセンサーは、磁気的硬質層からさらに離れて読み取ることができる。
1つの実施形態において、例えば、図1の磁束感知装置20の中で、書き込みヘッドは読み取りセンサーと一体化され得て、損傷または消去された磁気ビットを動的に修復することができる。書き込みヘッドは、読み取りセンサーと軸方向に整列され、読み取りセンサーから既知の距離だけ、書き込まれるべき磁化領域の軸方向の長さの何倍か等だけ、空間的に離される。読み取りセンサーが、損傷または消去された磁化領域を検出すると、書き込みヘッドは、活性化されて転移ゾーンを適切な程度の磁化にまで回復することができる。一体型書き込みヘッドを使用することで、追加の較正装置を必要とすることなく、機械装置または設備の現場作業またはメンテナンス中にピストンロッドの磁化が可能となる。位置感知システムは、各トラックについて書き込みヘッドを採用することができる(すなわち、磁化領域に対応(図10A)または、読み取りセンサーのセット23に対応(図3))。
さまざまな組み合わせの上述の特徴が、磁気的硬質層に記録された情報の偶発的または意図的消去に対して保護するように作用することができる。そのような1つの特徴が、冗長性である。すなわち、ピストンロッドの周囲に設置された読み取りセンサーが、冗長的な、軸方向トラックの磁化領域またはピストンロッドを取り囲むリングを読み取る。従って、位置感知システムの故障を生じさせるためには、全周囲が乱れている必要があろう。別の特徴は、磁気的硬質層についてのCoNiPのような高保持材の選択であり、これにより、記録された情報をさらに消去されにくくすることができる。磁気的硬質層の垂直方向の磁化は、磁気的硬質層の消磁に伴う困難をさらに増加する。さらに、改善されたGMR読み取りセンサーは、少ない磁束量を読み取ることができ、従ってさらに、不完全に消去された磁気ビットを読み取ることができる。
Claims (27)
- 第1の構成要素と、
それに対する動きのために、前記第1の構成要素に可動的に結合された第2の構成要素と、
記録媒体を提供するために前記第2の構成要素上に形成された磁気的硬質層であって、前記第1の構成要素に対する前記第2の構成要素の位置を決定するために、前記磁気的硬質層の複数の領域が符号化方式を提供するように磁化されている磁気的硬質層と、
前記第2の構成要素が前記第1の構成要素に対して動いている間に、前記磁化領域を感知するため、前記磁気的硬質層に近接して前記第1の構成要素に結合された複数の磁場センサーであって、同一のセットの磁化領域を連続的に感知するため、かつ、前記第2の構成要素の位置を決定するために使用され得る、前記感知された磁化領域に対応した信号を生成するため、前記磁場センサーの少なくとも2つが軸方向に配置されている磁場センサーと、を備える位置感知システム。 - 少なくとも1つの所与の磁場センサーが、磁気的に記録された領域を感知するために配置された磁場センサーよりも、磁気的硬質層から大きい距離で配置されており、同相除去を実施するために、前記所与の磁場センサーが、使用された周囲磁場を感知する、請求項1に記載の位置感知システム。
- 前記位置感知システムを使用する設備がオフであるとき、前記第1の構成要素に対する前記第2の構成要素の動きを、前記設備がオフである間に前記磁場センサーが感知することができるように、複数の磁場センサーおよび関連する読み取りヘッド電子回路に電力を供給する電源をさらに備える、請求項1に記載の位置感知システム。
- 前記複数の磁気的に記録された領域が、前記第2の構成要素の動きの方向に沿って延びる空間的に離れたトラックに配置され、各トラックの磁気的に記録された領域のため、少なくとも2つの磁場センサーを伴う、請求項1に記載の位置感知システム。
- 前記第2の構成要素が円筒形状であり、前記磁気的に記録された領域が前記第2の構成要素の周囲にリングを含む、請求項1に記載の位置感知システム。
- 前記第2の構成要素が、強磁性材で作製され、前記磁気的硬質層が、非磁性層を介することなく前記強磁性材の外面に隣接して配置されており、前記磁気的硬質層の複数の領域が長手方向に記録されている、請求項1に記載の位置感知システム。
- 磁気的に記録された領域の感知を改善するため、前記複数の磁場センサーの各磁場センサーの近傍に集束器をさらに備える、請求項1に記載の位置感知システム。
- 前記第2の構成要素の動きに伴う絶対的計測を提供するため、第2の複数の磁気的に記録された領域をさらに備える、請求項1に記載の位置感知システム。
- 前記第1の構成要素がシリンダを含み、かつ、前記第2の構成要素がピストンロッドを含む、請求項1に記載の位置感知システム。
- 損傷または消去された磁気的に記録された領域を修復するため、前記複数の磁場センサーと一体化した書き込みヘッドをさらに備える、請求項1に記載の位置感知システム。
- 前記複数の磁場センサーによって生成された出力信号に基づいて、位置的情報を算出して格納するための手段をさらに備え、ここで、機械もしくは構成要素自体の動きまたは位置を制御するために前記位置的情報が表示または使用され得る、請求項1に記載の位置感知システム。
- 情報を格納する記録媒体を提供するため、第1の構成要素上に磁気的硬質層を形成する工程と、
前記磁気的硬質層の複数の領域に、前記第1の構成要素の動きの方向に沿って情報を磁気的に記録する工程と、
前記第1の構成要素が第2の構成要素に対して動いている間に、複数の磁場センサーによって、前記磁気的硬質層の同一の磁気的に記録された領域を読み取る工程と、
前記第2の構成要素に対する前記第1の構成要素の位置が決定され得る前記複数の磁場センサーによって出力信号を生成する工程と、を備える、前記第2の構成要素に対して動く前記第1の構成要素の位置を感知するための方法。 - 同相除去を実行する際に使用する周囲場を感知する工程をさらに備える、請求項12に記載の方法。
- 前記構成要素と一体化した機械がオフであるとき、前記第1の構成要素に対する前記第2の構成要素の動きを、前記機械がオフである間に前記磁場センサーが検出することができるように、複数の磁場センサーおよび関連する読み取りヘッド電子回路に電力を供給する工程をさらに備える、請求項12に記載の方法。
- 前記磁気的に記録する工程が、前記第2の構成要素の動きの方向に延びる空間的に離れたトラックにおける領域に磁気的に記録する工程を含み、各トラックの磁気的に記録された領域を、少なくとも2つの磁場センサーを用いて読み取る工程をさらに備える、請求項12に記載の方法。
- 前記磁気的に記録する工程が、前記磁気的硬質層の複数の領域に長手方向に情報を記録する工程を含み、ここで前記第1の構成要素が強磁性材で作製され、前記磁気的硬質層が、非磁性層を介することなく前記強磁性材の外面に隣接して配置されている、請求項12に記載の方法。
- 前記磁気的に記録された領域を読み取る工程を改善するため、前記各磁場センサーの近傍で集束する工程をさらに備える、請求項12に記載の方法。
- 前記第1の構成要素がピストンロッドを含み、前記第2の構成要素がシリンダを含む、請求項12に記載の方法。
- 損傷または消去された磁気的に記録された領域を感知し、この領域を動的に修復する工程をさらに備える、請求項12に記載の方法。
- 前記複数の磁場センサーによって生成された出力信号に基づいて、位置的情報を算出して格納する工程をさらに備え、ここで前記位置的情報が、機械またはその構成要素自体の動きまたは位置を制御するために表示されるかまたは使用され得る、請求項12に記載の方法。
- シリンダと、
それに対する動きのために前記シリンダに可動的に結合されたピストンロッドと、
記録媒体を提供するため前記ピストンロッドの表面上に形成された磁気的硬質層であって、前記シリンダに対する前記ピストンロッドの位置を決定するための符号化方式を提供するように、前記磁気的硬質層の複数の領域に情報が磁気的に記録されている磁気的硬質層と、
前記ピストンロッドが前記シリンダに対して動く間に、前記磁気的に記録された領域を感知するため、1以上のトラックの磁気的に記録された領域を覆って配置された第1の複数の磁場センサーと、
同相除去を実行する際に使用するための、前記第1の複数の磁場センサーの近傍の周囲場を感知するための第2の複数の磁場センサーと、備える装置。 - 前記第1の複数の磁場センサーによって検出された、損傷または消去された磁気的に記録された領域を動的に修復するため、磁気的に記録された領域のトラックを覆って配置された書き込みヘッドをさらに備える、請求項21に記載の装置。
- 前記装置がオフであるとき、前記シリンダに対する前記ピストンロッドの動きを、前記装置がオフである間に前記磁場センサーが感知し続けることができるように、前記複数の磁場センサーおよび関連する読み取りヘッド電子回路に電力を供給する電源をさらに備える、請求項21に記載の装置。
- 前記ピストンロッドが磁性材で作製されており、前記磁気的硬質層が非磁性層を介することなく前記強磁性材の外面に隣接して配置されており、ここで前記磁気的硬質層の複数の領域が長手方向に記録されている、請求項21に記載の装置。
- 前記磁気的硬質層の前記磁化領域の感知を改善するため、前記複数の磁場センサーの各磁場センサーの近傍に集束器をさらに備える、請求項21に記載の装置。
- 前記複数の磁場センサーによって生成された出力信号に基づいて、位置的情報を算出して格納するための手段をさらに備え、ここで機械またはその構成要素自体の動きまたは位置を制御するために、前記位置的情報が表示または使用され得る、請求項21に記載の装置。
- シリンダと、
それに対する動きのために前記シリンダに可動的に結合されたピストンロッドと、
記録媒体を提供するため、前記ピストンロッドの表面上に形成された磁気的硬質層であって、前記シリンダに対する前記ピストンロッドの位置を決定するための符号化方式を提供するように、前記磁気的硬質層の複数の領域に情報が磁気的に記録されている磁気的硬質層と、
冗長なトラックの磁気的に記録された領域を覆って配置された第1の複数の磁場センサーであって、前記ピストンロッドが前記シリンダに対して動く間に、前記磁気的に記録された領域を感知するため、少なくとも2つの磁場センサーが各トラックを覆って配置されている第1の複数の磁場センサーと、
同相除去を実行する際に使用するための、前記第1の複数の磁場センサーの近傍の周囲場を感知するための第2の複数の磁場センサーと、
前記第1の複数の磁場センサーのうちの1以上の磁場センサーによって検出された、損傷または消去された磁気的に記録された領域を動的に修復するための書き込みヘッドと、
前記装置がオフであるとき、前記シリンダに対する前記ピストンロッドの動きを、前記装置がオフである間に前記磁場センサーが感知し続けることができるように、前記磁場センサーおよび関連する読み取りヘッド電子回路に電力を供給する電源と、備える装置。
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