JP2014055966A

JP2014055966A - 回転式位置センサー

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Publication number: JP2014055966A
Application number: JP2013229446A
Authority: JP
Inventors: Kevin Wolschlager; ウォルシュラガー，ケビン; Newman Robert; ニューマン，ロバート; Kim Cook; クック，キム
Original assignee: CTS Corp
Current assignee: CTS Corp
Priority date: 2009-02-17
Filing date: 2013-11-05
Publication date: 2014-03-27
Also published as: JP2012518172A; US20100207616A1; KR20110121706A; WO2010096365A1; CN102326053B; US20130241539A1; DE112010000835B4; US8692544B2; JP5409814B2; US9297637B2; DE112010000835T5; US8450999B2; CN102326053A; US20140152296A1

Abstract

【課題】磁場の乱れや機械的振動と摂動の影響を受けない非接触式位置センサーを用いた回転位置センサーアセンブリーを提供する。
【解決手段】可動物体の検知するセンサーアセンブリーは、内部キャビティを規定する筐体３２２を含む。ローター３８０はキャビティ内に保持される。ローター３８０は中央の穴３８４を規定し、マグネット４００はローター３８０により規定される中心から外れたポケット４０５に取り付けられる。ローター３８０は位置が測定される可動物体のシャフトに連結される。センサー４３０は、マグネット４００に少なくとも重なる関係でキャビティ内に保持され、少なくともマグネット４００により生じる磁場の方向を検知して可動物体の位置を示す電気信号を生成する。
【選択図】図８

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、本書に参照されるすべての文献と同様に参照により明示的に本書に組み込まれる２００９年２月１７日に出願された米国仮特許出願第６１／２０７，７５５号の出願日と開示の利益を主張する。

本発明は一般に、位置センサー、より具体的にはホール効果装置の使用により位置情報を表示する信号を発生させるセンサーに関する。

位置センサーは、機械部品の位置や移動を電子的に監視するために使用される。位置センサーは、問題となる部品の位置が変わるに伴い変化する電気信号を発生させる。電気位置センサーは、多くの製品に含まれている。例えば、位置センサーにより、様々な自動車部品の状態を電子的に監視、管理することが可能になる。

位置センサーは、測定された位置に基づいて適当な電気信号を提供しなければならないという点で正確である必要がある。位置センサーは不正確な場合、監視中の部品の位置の適当な評価と管理を阻害してしまう可能性がある。

また、通常、位置センサーは測定が十分に正確であることが要求される。しかし、位置の測定に必要となる正確性は、特定の使用状況により異なることは明らかであろう。目的によっては、大雑把な位置の表示だけしか必要にならないこともある。例えば、バルブがほとんど開いているかほとんど閉じているかの表示を挙げられる。別の使用状況では、より正確な位置の表示が必要になる場合もある。

また、位置センサーは、設置される環境で十分な耐久性があるべきである。例えば、自動車バルブ上で使用される位置センサーは、自動車の運転中にほぼ常に動きを経験する。このような位置センサーは、相当な機械的振動、熱的な極限および勾配にもかかわらずセンサーが計画された寿命中に正確性と的確性を維持できるような機械電気部品で構成されているべきである。

従来、位置センサーは通常、“接触式”のものであった。接触式位置センサーは、電気信号を発生させるために物理的接触が必要になる。接触式位置センサーは通常、部品の位置の関数として変化する電気信号を発生させる電位差計から成る。接触式位置センサーは通常、正確かつ的確である。残念ながら、接触式位置センサーの移動中の接触を原因とする摩耗により、耐久性が制限される。また、接触から生じる摩擦により、部品の動作が低下してしまう場合もある。さらに、電位差計センサーへの浸水により、センサーが故障する場合もある。

センサー技術の１つの重要な進歩は、非接触式位置センサーの開発である。非接触式位置センサー（“ＮＰＳ”）では、信号発生器と検知要素との物理的接触が必要にならない。その代わり、ＮＰＳは、位置の関数として変化する磁場を発生させるためのマグネットと、変化する磁場を検知し、監視される部品の位置を測定するための装置とを使用する。ホール効果装置は、装置に発生する磁束の大きさと極性に応じた電気信号を発生させるために使用されることが多い。ホール効果装置は監視される部品に物理的に取り付けられる場合があり、そのようにして部品の移動と共に静止マグネットに対して移動する。逆に、ホール効果装置が監視される部品に取り付けられるマグネットに対し静止している場合もある。いずれの場合でも、監視される部品の位置は、ホール効果装置が発生する電気信号により測定できる。

ＮＰＳの使用は、接触式位置センサーの使用に対して顕著な利点をいくつか提供する。ＮＰＳでは信号発生器と検知要素との物理的接触が必要にならないため動作中の物理的摩耗が少なくなり、その結果としてセンサーの耐久性が高まる。また、監視中の品目とセンサー自体との物理的接触がない結果としてドラッグが少なくなるという点でも、ＮＰＳの使用には利点がある。

ＮＰＳの使用は利点をいくつか提供するが、ＮＰＳが多くのアプリケーションで満足の行く位置センサーとなるためには克服しなければならない欠点もいくつかある。磁場の乱れと不完全性がＮＰＳの的確性と正確性を駄目にする場合がある。ＮＰＳの正確性と的確性は、センサーが経験しがちな数多くの機械的振動と摂動の影響も受ける。監視される品目とセンサーとの間に物理的接触がないため、品目とセンサーの配列がそのような振動と摂動により乱れてしまう可能性がある。配列の乱れの結果、特定の位置で測定された磁場が当初の配列で測定されたであろう磁場と異なってしまう場合がある。測定された磁場が適切な配列で測定される磁場と異なる場合があるため、認識された位置が不正確である場合がある。磁場強度の直線性とその結果として発生する信号も問題である。

また、従来技術の装置は、温度に伴う磁場の変化を補うための電子装置を必要とする。磁石により生成されるフィールドは温度と共に変化し、センサーは、温度の変化と一の変化を区別しなければならない。

本発明の特長はシャフトに連結された可動物体の位置を検知するためのセンサーアセンブリーを提供することであり、１つの実施例において中心を外れた関係で可動物体のシャフトに連結されたマグネットを含む。シャフトとマグネットは回転に適応され、マグネットはマグネット表面の少なくとも１つに垂線の方向となる磁束場を発生させるように適応される。センサーは、マグネットに近接した筺体に保持される。マグネットとセンサーは相互に対し可動であり、センサーは、磁束場の方向を検知し、磁束場の方向、シャフトの位置およびシャフトに連結された可動物体の位置を表示する電気信号を発生するように適応される。

１つの実施例において、センサーアセンブリーは筐体を含み、筐体中のローターは可動物体のシャフトを受納するように適応された穴を規定する。マグネットは、ローターのポケット中に位置する。

１つの実施例において、ローターはカラーを含み、ポケットはカラーからオフセットされる。ローターとセンサーは、少なくとも部分的に覆い被さる関係で筐体中に位置する。１つの実施例において、ローターのカラーは筐体中に形成されるカラーに対し着座している。

１つの実施例において、ローターは、カラーの少なくとも一部を囲繞し、マグネット用のポケットを規定し、筐体を第１と第２の部分に分割する少なくとも１つのスロットを規定する筐体を含み、第２の部分が温度変化に応じて第１の部分と独立して屈曲するように適応される。

別の実施例において、筐体は内壁により分離される第１と第２のキャビティーを規定し、ローターとセンサーの各々は少なくとも部分的に重なり合って離間した関係で第１と第２のキャビティー中に位置する。

１つの実施例において、シャフトが筐体およびローターの穴とカラーの中へと延びている。

１つの実施例において、マグネットが半円の形状で直面を含み、磁場の方向は概略マグネットの直面に対し垂線となる。

本発明には他にも利点と特長があり、それらは以下の発明の１つの実施例に関する詳細な説明、図面および添付の特許請求の範囲から容易に明らかになろう。

本明細書の一部を成す添付の図面では、図面を通じ同様の部分を指定するために同様の番号を使用している。

図１は、本発明による回転式位置センサーの上面斜視図である。図２は図１の回転式位置センサーの底面斜視図であり、回転位置が測定される部品のシャフトを分解図で示している。図３は、図１と２の回転式位置センサーの簡易分解斜視図である。図４は、本発明による回転式位置センサーの図１の４−４線に沿う簡易横断面図である。図５Ａ〜５Ｃは、３つの異なる測定角度／マグネット位置において本発明による回転式位置センサーのマグネットにより発生された磁束を示す磁束ダイアグラムである。図６は、本発明による回転式位置センサーの別の実施例の上面斜視図である。図７は、図６の回転式位置センサーの底面斜視図である。図８は、図６と７に示した回転式位置センサーの簡易分解斜視図である。図９は、ローターとマグネットが外側被覆された対応マグネット筐体とを示す拡大破断斜視図である。図１０は、回転式位置センサーの図６の１０−１０に沿う簡易横断面図である。図１１Ａ〜１１Ｃは、３つの異なる測定角度／マグネット位置において図６〜１０の回転式位置センサーのマグネットにより発生された磁束を示す磁束ダイアグラムである。

本発明による回転式位置センサーアセンブリー２０の第１の実施例を図１〜４に示しており、他の要素の中でも特に筐体２２、ローター８０、マグネット１００（図３）および回路基板センサーアセンブリー１２０（図３と４）を含む。

筐体２２は対向する上面２５と底面２６の各々を含み、概略円形のベースまたはローター部２３およびベースまたはローター部２３と単一体であり隣接した概略正方形のセンサー部２９を規定する。コネクター部２４（図１と２）は、センサー部２９の側面から外側に一体に延びる。取付フランジまたはブラケット２７と２８は筐体２２の対向する対角部に形成され、そこから外側に突出する。ブラケット２７はセンサー部２９の側面から外側に突出し、ブラケット２８はローター部２３の側面から外側に突出する。筐体２２は、射出成形プラスチックで形成される場合がある。

筐体２２は、２つの部分、キャビティーまたは囲いを規定する。具体的には、筐体２２のベース部２３がローター８０を収納するローターキャビティー３２（図３）を規定し、センサー部２９が回路基板アセンブリー１２０を収納するセンサーまたは電子装置キャビティー４２（図４）を規定する。

ローターキャビティー３２は一般に円筒形で、筐体２２の側面２６に位置し規定される。センサーキャビティー４２（図４）は一般に正方形で筐体２２の対向側面２５に規定され、そのようにして各キャビティー３２と４２が部分的に重なる関係で筐体２２の対向側面に位置する。

ローターキャビティー３２（図３と４）は、円形の垂直周辺内壁３４と水平内壁または面３６との組合により規定される。壁３４は、面２６上に外部周辺円周縁４０を規定する。中心内壁またはスルーホール３７を規定するカラーおよび円筒壁３５は水平面３６中に規定され、そこから筐体面２５の方向に延びる。

センサーキャビティー４２（図４）は、周囲を延びる垂直内側壁４４、カラー壁３５および側壁４４に対し垂面の内底壁または面４８の組合により規定される。

側壁４４は、面２５上に円周外部縁５２（図４）を規定する。一般に水平の分離壁５４（図４）は筐体２２内部に形成され、垂直カラー壁３５と共にセンサーキャビティー４２をローターキャビティー３２から分離、隔離する。分離壁５４はローターキャビティー壁３４とセンサーキャビティー壁４４と単一体であり、それらに対しほぼ垂面に配置される。ローターキャビティー３２の底面３６は分離壁５４の１つの側面上に位置し、センサーキャビティー４２の底面４８は分離壁５４のもう１つの側面上に位置する。

１対の長円形の開口部またはスルーホール５６（図１〜４）は筐体２２の各フランジ２７と２８に規定され、それらを通じて延びる。長円形の閉鎖金属インサート１６０（図１〜４）は、圧入などの方法により開口部５６に取り付けられる。締め具（図示なし）が筐体２２を他の物体に取り付けられるように開口部５６とインサート１６０の各々を通じて延びるように適応される。

コネクター部または筐体２４（図２）は、センサー筐体部２９の側面の１つから外側に延びる。ワイヤーハーネス６６は、コネクター部２４に接続される。端子１５０（図３）は、コネクター部２４内部に位置しハーネス６６と結合するように適応される。ワイヤーハーネス６６は、センサーアセンブリー２０を他の電気回路に電気的に接続する。

一般に円形のローター８０を図２〜４に示しており、水平上面８３のある中心プレートまたはディスク８２、水平下面８４およびそれらの間にある円周垂直外面または壁８５を含んでいる。ローター８０は、射出成形プラスチックで形成される場合がある。

第１の円筒形カラー８７はディスク８２の上面８３の中心から垂直外側に延び、中心シャフト穴またはスルーホール９２を規定する。第２の円筒形カラー９３は、ディスク８２の下面８４の中心から垂直外側に延びる。シャフト穴またはスルーホール９２は、ローター８０を通じて延び、より具体的にはカラー８７、ディスク８２およびカラー９３を通じて連続的に延びる。

カラー９３は、細長い一般に垂直のスロット９９により４つの部分または区分に分割される。区分９７は、離間した平行の関係で壁９３の周囲を延びる。

中心を外れた、シャフトを外れた、または軸を外れたマグネット凹部またはポケット８８は、内側壁８９と側壁８９に対して垂面の底壁９０との組合によりローター８０のディスク８２内に規定される。マグネットポケット８８は、中心穴９２と円周外壁８５との間に位置するディスク８２の中心を外れた部分に規定される。マグネット１００は、ポケット８８中に受納され着座する。

円周凹部９６（図４）は、カラー９３外面中に規定され位置する。金属グリップリング９８（図３と４）はカラー９３を囲繞し、凹部９６に着座し、また、ローター８０と筐体カラー壁３５との間にシールを提供しさらにローター８０を筐体２２と垂直の関係で保持するように適応される。

ローター８０の穴９２は、回転位置が測定される物体のシャフト１７０を受納する。図の実施例において、シャフト１７０は例えば長方形端部１７２（図２）のような結合機能を有している。また、シャフト１７０は、対向する円筒形端部１７１を有している。シャフト１７０は筐体２２から一般に垂直外側に延び、回転位置が測定されるあらゆる形態の物体に取り付けることができる。

シャフト１７０の長方形端部１７２は、ローター穴９２を通じてカラー９３内部へと延びる。カラー９３の区分９７がシャフト１７０の長方形端部１７２の外面に対し内側に圧迫され屈曲することにより、シャフト１７０がローター８０に固定される。

図３、４および５に示す通り、マグネット１００は一般に半円形または半月形で、ローター８０のディスク８２中に規定されるポケット８８中にローター８０の穴９２に対しオフセットまたは軸を外れた関係で取り付けられるよう適応され、また、熱かしめ（図示なし）でその中に固定されるか代わりにその中に圧入される。図の実施例において、ポケット８８はマグネット１００とほぼ同じ形である。マグネット１００は、そこにＮ極１０４とＳ極１０５（図５Ａ〜５Ｃ）が規定されるように極性を持つ永久マグネットである。マグネット１００は、これらに限定されないが、コバルトフェライト、サマリウムコバルトまたはネオジウム鉄ボロンなどのいくつかの異なるマグネット材料で作られる場合がある。

マグネット１００は、水平上面１０１、面１０１と離間、対向、平行する水平底面１０２、湾曲した半円垂直側面１０３、半円面１０３と対向する真直ぐな垂直側面１０６および面１０３と１０６の端部の間を延びる１対の対向する垂直端側面１０７と１０９を規定する。

ローター８０は回転の動きができるようローターキャビティー３２に着座するように支持され、そこではローター８０のカラー９３がキャビティー３２中の開口部３７を通じて筐体２２中のカラー３５中へと延び、ローター８０のディスク８２がローターキャビティー３２中に着座する。カバープレート１１０（図２〜４）は筐体２２の面２６と縁４０上に取り付けられてキャビティー３２を覆い、そのようにしてローター８０はその中に収納される。カバー１１０は、中心開口部１１１と周辺のネジ開口部１１２を規定する。環状スロットまたは凹部１１３はカバー１１０中に規定され、シャフト開口部１１１を囲繞しそれから離間する。リングまたは面シール１１４は、スロット１１３中へ圧入される。締め具またはネジ１１５は、カバー１１０を筐体２２に取り付けられるよう各開口部１１１を通じて延びる。面シール１１４は別の取付面（図示なし）のあるシールを形成し、センサー筐体２２はそこに取り付けられるよう適応される。ローター８０のカラー８７は、プレート１１０中の開口部１１１を通じて延びる。

図３と４は、筐体部２９中に規定されたセンサーキャビティー４２中に着座するように取り付けられ、上面１２４、分離壁５４の床面１２５に対し隣接する底面１２５および上面１２４と底面１２５との間を延びるめっきスルーホール１３０を有する一般に長方形のプリント配線板１２２を含む回路基板センサーアセンブリー１２０を示している。プリント配線板１２２は、ＦＲ４材料で形成された従来のプリント配線板である場合がある。

例えば磁場センサーのようなセンサー１２１は、例えばはんだ付けのような従来の電子組立技術により上面１２４に取り付けられる。磁場センサー１２１はベルギーのレペルにあるＭｅｌｅｘｉｓ社製のモデル番号ＭＬＸ９０３１６ホール効果集積回路の場合があり、マグネット１００により発生される磁場または磁束の大きさと方向の両方を測定できるように適応される。その他にも例えばコンデンサー、抵抗器、誘導子、他の形態の調整装置、増幅装置、ろ過装置などの電子部品１２６（図４）が従来の電子組立技術により上面１２４に取り付けられる。

センサー１２１は、キャビティー３２に着座するローター８０の凹部８８中のマグネット１００に覆い被さる関係でキャビティー４２中の板１２０に着座することが好ましい。例えばシリコーンゲルのような埋め込み用化合物１３６（図４）がプリント配線板１２２、センサー１２１および面１２４上の他の部品１２６に適用され、外部環境からプリント配線板１２２、センサー１２１および部品１２６を密閉する。

また、いくつかの一般にＬ形の導電性金属端子１５０（図３）も、片端のコネクター２４ともう片端のプリント配線板１２２との間の筐体壁の１つを通じて延びる。具体的には、端子１５０は双方に対し一般に９０°の角度で屈曲する端部１５１と１５２を規定する。図示と詳細な説明がないものの、端子端部１５１はプリント配線板１２２中の各スルーホール１３０にはんだ付けされ、端子端部１５２は筐体２２からコネクター部２４の中へと延びてワイヤーハーネス６６に接続されることが理解されよう。

別のカバープレート１３８（図１、３および４）は筐体部２９の縁５２上に着座し、その中にキャビティー４２とプリント配線板１２２に覆い被さる。カバープレート１３８は、締め具またはネジ１３９により筐体２２の筐体部２９の縁５２に取り付けられる。

回転式位置センサーアセンブリー２０の使用により、上に説明した通りカバープレート１１０中の開口部１１１とローター８０中の穴９２を通じて延びる第１の端部１７２と、例えば車両の変速機などの多種多様な回転物体や可動物体に接続されるように適応される対向端部１７１とを含むシャフト１７０のような回転物体や可動物体の位置が確認される。図４および５Ａ〜５Ｃに示す通り、シャフト１７０が回転すると、上に説明した通りマグネット１００から離間しそれに覆い被さる静止センサー１２１に対しローター８０とマグネット１００も回転する。筐体水平内壁５４とプリント配線板１２２は、センサー１２１をマグネット１００から分離する。マグネット１００により発生される磁束場が筐体内壁５４とプリント配線板１２２を通過し、磁束場の大きさ／強度と方向／極性がセンサー１２１により検知される。具体的には、マグネット１００の位置および磁気パラメーター（磁束線）が測定される位置に応じて、磁場の大きさ／強度と極性／方向が変化し得ることが理解されよう。

センサー１２１は、マグネット１００の位置とシャフト１７０の位置に応じて変化する電気出力信号を発生させる。マグネット１００により発生される磁場（すなわち大きさ／強度と極性／方向）がシャフト１７０とローター８０の回転と共に変化すると、センサー１２１により発生される電気出力信号もそれに従って変化し、シャフト１７０の位置が測定または確認される。センサー１２１は、マグネット１００の回転と共に変化する磁場（すなわち大きさ／強度と極性／方向）を検知する。１つの実施例において、センサー１２１により発生される電気信号はシャフト１７０の位置に比例する。

図５Ａ〜５Ｃは、３つの異なるシャフトとマグネットの回転角度または位置、すなわち０°（図５Ａ）、４５°（図５Ｂ）および９０°（図５Ｃ）でマグネット１００上の水平面において磁束センサー１２１の上と内部を通過する磁場／磁束線２１０の位置と配向を示している。

より具体的には、マグネット１００は、マグネット１００の湾曲Ｎ極上面１０３から前向きに対向Ｓ極直底面１０５の方向へマグネット１００の全幅を一般に真直ぐに流れ、また、マグネット面１０５に対し一般に垂直の配向と関係で流れる磁束線２１０を発生させる。

シャフトとマグネットの回転または位置角度が０°のとき（図５Ａ）、磁束線またはベクトル２１０は磁束センサー１２１の左上隅から右下隅まで一般に斜めに向く磁束方向を持ち、すなわち磁束線またはベクトルはセンサー側面の各々に対し４５°の角度の配向となる。センサー１２１は磁場２１０の方向を検知し、磁束方向、マグネット１００の位置、ローター８０の位置、シャフト１７０の位置および最終的にはシャフト１７０に連結される物体の位置を表示する電気信号を発生させる。

シャフトとマグネットの回転または位置角度が４５°のとき（図５Ｂ）、磁束線またはベクトル２１０は磁束センサー１２１の上から下まで一般に真直ぐに向く磁束方向を持ち、すなわち磁束線またはベクトルはセンサー側面の２つに対し平行でセンサー側面の他の２つに対し垂直の関係の配向となる。センサー１２１は磁束線２１０の方向を検知し、上に説明した通りマグネット１００とシャフト１７０の方向ひいては位置を表示する電気信号を発生させる。

シャフトとマグネットの回転または位置角度が９０°のとき（図５Ｃ）、磁束線またはベクトル２１０は磁束センサー１２１の右上隅から左下隅まで一般に斜めに向く磁束方向を持ち、すなわち磁束線またはベクトルはセンサー側面の各々に対し４５°の角度の配向となる。図５Ｃの磁束線２１０の角度方向と配向は、図５Ａの磁束線２１０の角度方向と配向と正反対になる。

本発明には、いくつかの利点がある。ローター８０を通じて延びる中心穴９２を使用し、シャフト１７０に隣接しそれから中心を外れたローター８０中にマグネット１００を位置決めすることにより、シャフト１７０の端部１７２は穴９２とローター８０の全域を通じて延びることができ、センサーアセンブリー２０をシャフト１７０の長さがセンサーアセンブリーに収容されなければならないアプリケーションで使用することができる。

また、電子部品（ホール効果センサー）キャビティー４２から分離した筐体部分またはキャビティー３２中にローター８０とマグネット１００を取り付けることにより、よりコンパクトな設計が可能になり、キャビティー４２中の電子部品を外部環境条件からより好適に隔離、保護および密閉できる。これにより、センサーアセンブリー２０を高熱および高湿度の要求が厳しいアプリケーションで使用できる。

さらに、ＭＬＸ９０３１６装置は直交軸で磁場ベクトルを測定し、この情報の使用により位置を計算するため、ＭＬＸ９０３１６集積回路ホール効果センサーの使用により温度補償電子装置の必要性が軽減されるかなくなる。

さらに、マグネット１００が半円形または半月形であるために均一の磁場が発生し、そこを通じて常に、また、マグネット１００の角度や位置に関係なくマグネット１００の幅とベース面１０５を通じて一般に垂直の配向で延びる方向性を持つ磁場が発生し、均一の信号出力直線性が保証、提供される。

図６〜１０は本発明による別の実施例の回転式位置センサー３００を示しており、他の要素の中でも特に、以下により詳細に説明する筐体３２２、ローター３８０、マグネット４００およびプリント配線板センサーアセンブリー４２０を含む。

筐体３２２は一般に半長円形であり、プラスチックで作られ、１対の対向、離間、一般に平行する直線部分３２４ａと３２４ｂ、２つの直線部分３２４ａと３２４ｂの一方の端部を接合する湾曲部分３２４ｃおよび湾曲部分３２４ｃと対向し２つの直線部分３２４ａと３２４ｂの対向端部を接合する直線部分３２４ｄを含む周辺円周垂直壁３２４を含む。また、筐体３２２は、壁３２４と共に内部筐体キャビティー３３２を規定する底面または床面３２６を含む。さらに、筐体壁３２４は、円周周辺縁３２５（図８）を規定する。

円形開口部３３４（図８と９）は、筐体壁部３２４ｄから隣接、離間した位置に筐体３２２の床面３２６中に規定される。開口部３３４は、床面３２６から外側にキャビティー３３２の中へ突出するカラー３３６により囲繞される。一対の離間した柱又は止め具３３６，３３８がカラー３３６の縁および筐体壁３２４の内面から外側に突起する。湾曲した壁３４０が筐体３２２の床３２６からカラー３３６に隣接、離間して外側に突起する。一対の真っ直ぐな壁３４１，３４３もまた、床３２６から外側に突起する。壁３４１は筐体壁部の内側と壁３４１の間に延びる。壁３４３は、壁３４０とカラー３３６の間に延びる。傾斜取付フランジまたはブラケット３４２は、筐体３２２の壁部３２４ｂの外面から突出し外側に延びる。傾斜取付フランジまたはブラケット３４４は、筐体３２２の壁部３２４ａの外面から突出し外側に延びる。図の実施例において、ブラケット３４４はブラケット３４２より長い。ブラケット３４２と３４４の各々は、円形閉鎖インサート３４８を受納する円形開口部またはスルーホール３４６を規定する。回転式位置センサー３００を他の構造物に取り付けて固定するため、締め具（図示なし）が各開口部３４６と対応インサート３４８の各々を通じて延びるように適応される。

中空コネクター部または筐体３４８は、筐体３２２の壁部３２４ｃの外面から延び外側に突出する。複数のコネクター端子３５０（図８と９）は、筐体３２２の壁３２４ｃ中に規定される各開口部３２７を通じて筐体３２２のキャビティー３３２の中へ延びる。

ローター３８０（図６〜１０）は、内部の一般に円筒形のスルーホールまたは開口部３８４を規定する細長い一般に円筒形の中心カラー３８２を含む。一般に半円形または半月形のマグネット筐体３８６はカラー３８２の外面下部に連結され、そこから中心を外れた、軸を外れた、またはオフセットの関係で外側に延びる。

マグネット筐体３８６は、水平上面３８８および上面３８８と離間、平行の水平底面３９０を含み、これらが一緒になって、その間に開口内部キャビティー３９２（図８）を有する筐体３８６を規定する。マグネット筐体３８６、より具体的にはその上面３８８と底面３９０の各々は、中心カラー３８２から離間し、その湾曲および形状に従う細長い半円形の周辺外縁３８９を含む。複数のポスト３９１は、上面３８８の縁３８９と底面３９０の縁３８９との間を離間した一般に平行の関係で延びる。

さらに、マグネット筐体３８６、より具体的にはその上面３８８と底面３９０の各々は、カラー３８２の外面に連結されそこから外側に延びる中心ベース部３９９の中へマグネット３８６を規定、分離する１対の正反対の一般に涙形のスロット３９５および３９７と、ベース３９９の対向側面から一体に外側に延び上面３８８と底面３９０の各々の外縁３８９により一部が規定される１対の正反対の周辺の湾曲した伸長フィンガーまたはウィング部４０１および４０３とを規定する。フィンガー４０１と４０３の各々はカラー３８２の方向に湾曲し、各スロット３９５と３９７によりベース３９９から分離される結果として、以下に詳細に説明する通り温度変化に応じてベース３９９に向かうかそこから離れて屈曲し撓むように適応される。フィンガー４０１と４０３は、筐体の上面３８８と底面３９０と共にフィンガー４０１と４０３の各々の端部に遠位端閉鎖ポケット４０５を規定する各遠位端垂直壁３８７ａと３８７ｂ（図８）に終端がある。

マグネット４００（図８と９）は一般に半円形または半月形であり、マグネット１００と同じ材料で作られ、対向、離間、平行する上面４０２と底面４０４、上面４０２と底面４０４の間を一般に垂直に延びマグネットのＮ極を規定する第１の周辺湾曲側面４０６、第１の湾曲側面４０６と対向しマグネットのＳ極を規定する第２の周辺直側面４０８および湾曲側面４０６と直側面４０８の端部の間を延びる３番目と４番目の正反対の周辺直側面４１０と４１２を含む。

マグネット筐体３８６はプラスチック材料で作られ、図９に示す通り、マグネット筐体３８６の上面３８８、より具体的にはそのベース３９９の上面がマグネット４００の上面４０２に隣接し、マグネット筐体３８６の底面３９０、より具体的にはそのベース３９９の底面がマグネト４００の底面４０４に隣接し、マグネット筐体３８６のポスト３９１がマグネット４００の周辺湾曲面４０６の外面に隣接し、また、マグネット４００の端部４１０と４１２がマグネット筐体３８６の各可撓フィンガー４０１と４０３の各々の遠位端に規定される各ポケット４０５に隣接しその周りに包含される関係でマグネット４００の周りに外側被覆される。

本発明によれば、マグネット筐体３８６の形状および可撓の構造と構築により、温度変化に晒されるときにマグネット筐体３８６を構成するプラスチック材料の亀裂や破損が防止される。具体的には、マグネット材料は通常、温度に対する寸法変化が非常に小さく、一方、外側被覆に使用されるプラスチックは通常、温度に対する寸法変化が（比較的に）大きいことが理解されよう。従って、マグネット４００が全体をプラスチック材料で外側被覆されて最高最低気温や自動車用のアプリケーションで要求される温度サイクルに晒された場合、寸法変化が異なるため、すなわちマグネット４００は小さくなりプラスチック材料は大きくなるため、プラスチック材料が亀裂または破損する結果となり、その中に外側被覆されるマグネット４００が移動または位置変化してしまう。マグネット４００の位置はシャフト１７０の位置を検知、測定するために使用されるため、マグネット４００の移動や位置変化は勿論、好ましくない。

マグネット筐体３８６が湾曲した形状であり、また、ベース３９９および各スロット３９５と３９７により分離されたフィンガー４０１と４０３が組み込まれているため、フィンガー４０１と４０３が温度変化およびその結果としてのマグネット４００と筐体３８６の両方の寸法変化に応じてベース３９９と独立して屈曲、屈折し、マグネット筐体３８６の面３８８と３９０に対する負荷を最小限にでき、次にはマグネット筐体３８６の亀裂や破損のリスクがなくなり、ひいてはその中に外側被覆されたマグネット４００の移動や位置変化のリスクのないマグネット筐体３８６が創造される。

プリント配線板アセンブリー４２０（図８と１０）は、一般に長方形の端子またはベース部４２４およびそれと単一体の上面センサー部４２６を持つプリント配線板４２２を含む。端子部４２４は複数の離間した同一線上のめっき端子レセプタクルまたはスルーホール４２８を規定し、センサー部４２６は上面に着座するように取り付けられたセンサー４３０を含む。スロット４３２は、端子部４２４とセンサー部４２６の各々の間の板４２２中に規定される。

図示と詳細な説明がないものの、プリント配線板アセンブリー４２０は、プリント配線板４２２の端子部４２４の端部が筐体壁３４０と３４１の間にくさびで留められ、プリント配線板４２２のセンサー部４２６が筐体壁３４０とカラー３３６の間にくさびで留められるカラー３３６に隣接した関係で、筐体３２２の床面３２６の外面に対し筐体３２２のキャビティー３３２中に着座することが理解されよう。各端子３５０の端部は、板４２２中に規定される各端子レセプタクル４２８中に受納される。

次に、図８と１０に示す通り、ローター３８０は、ローター３８０のカラー３８２の底部がキャビティー３３２中に規定されるカラー３３６の縁の上に着座し、筐体３２２中のカラー３３６中に規定される穴３８４がローター３８０のカラー３８２中に規定される穴３３４と一直線上になる関係で、筐体３２２のキャビティー３３２中に着座する。

次に、ローター３８０上のマグネット筐体３８６の下面３９０は、筐体３２２の床面３３２と離間、平行する関係および板アセンブリー４２０のセンサー部４２２から離間しそれに覆い被さる関係で、より具体的には板アセンブリー４２０の上面に取り付けられたセンサー部４２２に覆い被さりそれから離間する関係で、筐体キャビティー３３２中の壁３４０の上縁部に隣接して着座する。

マグネット筐体３８６のフィンガー４０１と４０３の各々の端部にある隣接端面または壁３８７ａと３８７ｂは筐体キャビティー３３２中の止め具３３６と３３８に対し接触、隣接するように適応され、筐体キャビティー３３２中のローター３８０、より具体的にはそのマグネット筐体３８６の回転を９０°までに制限する。

カバープレート４５０（図６、８および１０）は筐体３２２の壁３２４の縁３２５上に着座し、キャビティー３３２、より具体的にはその中に収納された板アセンブリー４２０とローター３８０を覆い囲繞する。プレート４５０は一般に半長円形であり、一般に半長円形の筐体３２２に沿う。プレート４５０は一般に円形の開口部４５２を規定し、開口部４５２を囲繞しそれから離間し、開口部４５２を囲繞するプレート４５０中に凹部４５６を規定する一般に円形の垂直内壁４５４を含む。

プレート４５０は、ローター３８０のカラー３８２の上面がプレート４５０の開口部４５２を通じて凹部４５６中へ延びる関係で、筐体３２２に連結される。シールリング４５８はローター３８０のカラー３８２とカバープレート４５０の壁４５４との間の凹部４５６中に着座し、プレート４５０とローター３８０の間にシールを提供する。

本書に図示と詳細な説明がないものの、回転式位置センサー２０との関連で図示し前に説明したシャフト１７０と同様のシャフトが、センサーアセンブリー３００の中へ、より具体的には筐体３２２の床面３２６中の開口部３３４を通じて、また、ローター３８０のカラー３８２中の穴３８４を通じて延びることが理解されよう。

さらに、詳細な説明がないものの、センサーアセンブリー３００はセンサー２０とほぼ同様に動作し、センサーアセンブリー２０に関して上に説明したのと同様の利点を提供し、従ってセンサーアセンブリー２０の動作と利点に関する前の説明がセンサーアセンブリー３００に関しても参照としてここに援用されることもまた理解されよう。

具体的には、シャフト１７０が回転すると、ローター３８０とマグネット４００もマグネット４００から離間しそれに覆い被さる静止センサー４３０に対し回転する。マグネット４００により発生される磁場、より具体的には少なくともその磁場の方向が、センサー４３０により検知される。より具体的には、センサーアセンブリー２０に関して上に説明した通り、磁場の大きさ／強度と極性／方向はマグネットパラメーター（磁束線）が測定される位置と場所に応じて変化する場合があることが理解されよう。

センサー４３０は、マグネット４００の位置に応じて変化する電気出力信号を発生させる。マグネット４００により発生される磁場（すなわち大きさと極性／方向）はシャフト１７０とローター３８０の回転と共に変化するため、センサー４３０により発生される電気出力信号はそれに従って変化し、それによりシャフト１７０の位置を測定、確認することが可能になる。センサー４３０は、マグネット４００が回転すると共に変化する磁場（すなわち変化する大きさと極性／方向）を検知する。

図１１Ａ〜１１Ｃは、３つの異なるシャフトとマグネットの回転角度または位置、すなわち０°（図１１Ａ）、４５°（図１１Ｂ）および９０°（図１１Ｃ）でマグネット４００上の水平面において磁束センサー４３０の上と内部を通過する磁場／磁束線４５０の位置と配向を示している。

より具体的には、マグネット４００は、マグネット４００の湾曲Ｎ極上面４０６から前向きに対向Ｓ極直底面４０８の方向へマグネット４００の全幅を一般に真直ぐに流れ、また、マグネット面４０８に対し一般に垂直の方向と配向に流れる磁束線４５０を発生させる。

シャフトとマグネットの回転または位置角度が０°のとき（図１１Ａ）、磁束線またはベクトル４５０は磁束センサー４３０の左上隅から右下隅まで一般に斜めに向く磁束方向を持ち、すなわち磁束線またはベクトルはセンサー側面の各々に対し４５°の角度の配向となる。センサー４３０は磁場４１０の方向を検知し、この方向ひいてはマグネット４００とシャフト１７０の位置を表示する電気信号を発生させる。

シャフトとマグネットの回転または位置角度が４５°のとき（図１１Ｂ）、磁束線またはベクトル４５０は磁束センサー４３０の上から下まで一般に真直ぐに向く磁束方向を持ち、すなわち磁束線またはベクトルはセンサー側面の２つに対し平行で他の２つのセンサー側面に対し垂直の関係の配向となる。センサー４３０は磁場４１０の方向を検知し、この方向ひいてはマグネット４００とシャフト１７０の位置を表示する電気信号を発生させる。

シャフトとマグネットの回転または位置角度が９０°のとき（図１１Ｃ）、磁束線またはベクトル４５０は磁束センサー４３０の右上隅から左下隅まで一般に斜めに向く磁束方向を持ち、すなわち磁束線またはベクトルはセンサー側面の各々に対し４５°の角度の配向となる。図１１Ｃの磁束線４５０の角度方向と配向は、図１１Ａの磁束線４５０の角度方向と配向と正反対になる。

本発明を２つの実施例の具体的な参照により教示してきたが、当業者は本発明の精神と範囲から逸脱することなく形態と詳細の変更が可能であることを認識するであろう。説明した実施例は、すべての点において単に例証的であり限定的ではないと考慮される。従って、本発明の範囲は、上の説明による添付の特許請求の範囲により表明される。特許請求の範囲と同等の意味と範囲に入る変更はすべて、特許請求の範囲内に包含される。

米国特許公開公報ＵＳ２００６／０１７４３０Ａ１号

Claims

シャフトに連結された可動物体の位置を検知するセンサーアセンブリーであって、
中心を外れた関係で前記可動物体の前記シャフトに連結されたマグネットと、
前記マグネットに隣接して筐体中に保持されるセンサーとを備え、
前記シャフト及び前記マグネットは回転に適応されており、前記マグネットは、前記マグネットの少なくとも１つの面に対し垂直の方向を持つ磁束場を発生させるように適応されており、
前記マグネット及び前記センサーは、相互に対して移動可能であり、前記センサーは、前記磁束場の方向を検知し、前記磁束場の方向、前記シャフトの位置および前記シャフトに連結された前記可動物体の位置を表示する電気信号を発生させるように適応されている、センサーアセンブリー。
筐体および前記筐体内にあり前記可動物体の前記シャフトを受容するように適応された穴を規定するローターをさらに備え、前記マグネットが、前記ローターのポケットに位置する請求項１のセンサーアセンブリー。
前記筐体が、内壁により分離された第１および第２のキャビティーを規定し、前記ローターおよび前記センサーが、少なくとも部分的に重なり合って離間した関係で、それぞれ前記第１および第２のキャビティー内に位置する請求項２のセンサーアセンブリー。
前記ローターおよび前記マグネットが、少なくとも部分的に重なり合って離間した関係で筐体中に保持される請求項２のセンサーアセンブリー。
可動物体の位置を検知するセンサーアセンブリーであって、
第１および第２のキャビティーを規定する筐体と、
前記第１および第２のキャビティーを分離する壁と、
穴および前記穴からオフセットされたポケットを規定し、前記可動物体と連結されるように適応された前記第１のキャビティー内のローターと、
磁場を発生させるように適応された前記ローター内の前記ポケット内のマグネットと、
前記第２のキャビティー内のセンサーを備え、
前記センサーおよび前記ローターが相互に対して移動可能であり、前記センサーが前記磁場を検知し、前記マグネットの位置および前記可動物体の位置を表示する電気信号を発生させるように適応されている、センサーアセンブリー。
シャフトが前記筐体と前記ローターの前記穴に延びている請求項５のセンサーアセンブリー。
第１および第２のプレートが、前記第１および第２のキャビティーの各々を覆う請求項５のセンサーアセンブリー。
第１および第２のキャビティーが少なくとも部分的に相互に重なり合い、前記筐体の反対側面からアクセス可能である請求項５のセンサーアセンブリー。
前記マグネットにより発生される磁場が前記マグネットの面の少なくとも１つに対し垂直の磁束方向を持つ請求項５のセンサーアセンブリー。
前記マグネットが少なくとも第１の湾曲面と少なくとも第２の直面を含み、前記磁束方向が前記第２の直面に対し垂直である請求項９のセンサーアセンブリー。
前記マグネットが概略半円形である請求項１０のセンサーアセンブリー。
可動物体の位置を検知するセンサーアセンブリーであって、
内部キャビティーを規定し、開口部を規定する壁を含む筐体と、
前記キャビティー内のセンサーと、
カラーおよびポケットを含む前記キャビティー内のローターと、
磁場を発生させる前記ローターの前記ポケット内のマグネットを備え、
前記カラーは、前記筐体の前記壁の前記開口部と直線上にあり、前記ポケットは、前記センサーに少なくとも部分的に覆い被さり、前記マグネットおよび前記センサーは、相互に対して移動可能であり、前記センサーは、磁場を検知し、前記センサーにより検知される前記磁場に応じて電気信号を発生させるように適応されている、センサーアセンブリー。
前記筐体に固定された前記キャビティーを覆うプレートをさらに備え、前記プレートが、前記ローターの前記カラーの直線上にある開口部を規定する請求項１２のセンサーアセンブリー。
前記筐体が内部カラーを規定し、前記ローターの前記カラーが、前記筐体の前記カラーに当接してそれに対して回転する請求項１２のセンサーアセンブリー。
前記ローターが、前記カラーを少なくとも部分的に囲繞し、前記マグネットのための前記ポケットを規定する筐体を有し、前記筐体は、前記筐体を第１および第２の部分に分割する少なくとも１つのスロットを規定し、前記第２の部分が、温度変化に応じて前記第１の部分と独立して屈曲するように適応されている請求項１２のセンサーアセンブリー。