JP2014092546A

JP2014092546A - 非接触液体レベルセンサ

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Publication number: JP2014092546A
Application number: JP2013226147A
Authority: JP
Inventors: R Forgue John; アールフォルグジョン
Original assignee: TI Group Automotive Systems LLC
Current assignee: TI Group Automotive Systems LLC
Priority date: 2012-11-01
Filing date: 2013-10-31
Publication date: 2014-05-19
Also published as: EP2728319A2; US20140116131A1; CN103808391A; BR102013027898A2; EP2728319A3; KR20140056104A

Abstract

【課題】機械的接触、摩耗、汚染のない燃料レベルセンサを提供する。
【解決手段】液体レベルセンサは、液体レベル反応性部材と、第一及び第二回路素子と、磁場部材とを含む。一方の回路素子６０は磁場を生成し、他方の回路素子６２は前記磁場に反応する。磁場部材７６は、液体レベル反応性部材の動きに反応するとともに、磁場部材の少なくともいくつかの位置において、磁場部材の位置に応じて第二回路素子が受ける磁場の少なくとも一つの特性を変える。第二回路素子が受けた磁場は磁場部材の位置と関連付けることができ、この磁場部材の位置はタンク内の液体レベルを示すために液体レベル反応性部材の位置と関連付けることができる。
【選択図】図２Ｂ

Description

（同時係属出願の参照）
本発明は、２０１２年１１月１日に提出された米国仮特許出願第６１／７２１，１５６号の利益を主張し、その全体が参照することにより本明細書に盛り込まれる。

本発明は、容器内に残っている液体の量を検出するレベルセンサなどのポジションセンサに関する。

燃料レベルセンサは歴史的に機械的接触に頼ってきた。例えば、前記センサはレベルアームを含むさまざまな部品を備えることがある。レベルアームの一端は燃料の表面上に浮かび、燃料レベルが増加又は減少するにつれて動くフロートを支持する。レベルアームの他端には、レベルセンサ回路の抵抗を変えるために、したがって燃料タンク内の燃料のレベルに対応するフロートの位置を検出するために、レジスタ経路に係合するとともにレジスタ経路に沿って動くワイパーが設けられてもよい。このタイプの接触系レベル検出装置は摩耗及び汚染の可能性があり、その結果センサエラーが生じたり部品の破損が生じたりする。

少なくともいくつかの実施において、タンク内の液体のレベルを測定するための液体レベルセンサは、タンク内の液体のレベルが変化したときに動く液体レベル反応性部材と、第一回路素子と、第二回路素子と、磁場部材と、を備える。第一回路素子は磁場を生成し、第二回路素子は前記磁場に反応する。磁場部材は、液体レベル反応性部材の動きに反応して動くために液体レベル反応性部材の動きに反応する。第一及び第二回路素子の一方又は両方に対する磁場部材の動きによって、磁場部材の少なくともいくつかの位置において、磁場部材の位置に応じて第二回路素子が受ける磁場の少なくとも一つの特性が変わる。第二回路素子が受けた磁場は磁場部材の位置と関連付けることができ、該磁場部材の位置はタンク内の液体レベルを示すために液体レベル反応性部材の位置と関連付けることができる。

いくつかの実施は、追加で又は代替的に、タンク内の液体のレベルを測定する方法を提供する。該方法は、第一回路素子において磁場を生成し、第二回路素子において磁場を受け、前記第二回路素子において受けた磁場に基づいてタンク内の液体のレベルを測定することを含む。磁場部材は第一回路素子に対して動き、前記磁場部材の動きによって、少なくともいくつかの位置において、前記第二回路素子が受けた磁場の少なくとも一つの特性が変わる。磁場部材は、タンク内の液体のレベルが変化すると動く液体レベル反応性部材の動きに反応して動いてもよい。そのような実施において、タンク内の液体レベルを示すために、磁場部材の位置を液体レベル反応性部材の位置と関連付けることができる。

以下、本発明の実施例及び最も好ましい実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

燃料タンクアセンブリの部分断面図である。レベルセンサセンブリ（ＬＳＡ）を示す図１の一部の拡大斜視図である。図２ＡのＬＳＡの簡単化された部分断面図である。図２Ａ−２Ｂに示されたＬＳＡの電気回路図である。針金コイルの斜視図である。レベルセンサセンブリ（ＬＳＡ）の別の実施の一部の斜視図である。図３Ａに示されたＬＳＡの簡単化された部分断面図である。図３Ａ−３Ｂに示されたＬＳＡの電気回路図である。図２Ｂに示されたＬＳＡの別の実施の簡単化された部分断面図である。図２Ｂに示されたＬＳＡの別の実施の簡単化された部分断面図である。図５Ａ及び図９の切断線５Ｂ−５Ｂに沿った側面図である。図２Ｂに示されたＬＳＡの別の実施の簡単化された部分断面図である。図６Ａの切断線６Ｂ−６Ｂに沿った側面図である。図２Ｂに示されたＬＳＡの別の実施の簡単化された部分断面図である。図７Ａの切断線７Ｂ−７Ｂに沿った側面図である。別のＬＳＡの簡単化された部分断面図である。図８Ａに示されたＬＳＡの電気回路図である。図８Ａに示されたＬＳＡの別の実施の簡単化された部分断面図である。図８Ａに示されたＬＳＡの別の実施の簡単化された部分断面図である。図２Ａに示されたＬＳＡによって使用できる方法を説明するフローチャートである。図８Ａに示されたＬＳＡによって使用できる方法を説明するフローチャートである。

本開示は、自動車用燃料タンクなどの流体容器のための流体又は液体レベルセンサに関する。液体レベルセンサは、燃料タンク内に搭載されてもよく、流体表面の上又は近くに維持されるフロートなどの、容器内の流体レベルの変化に反応する流体レベル反応性部材に連結されてもよい。この実施では、フロートはタンク内に残っている燃料の量が変化するにつれて上下に動く。少なくとも一つの例では、レベルセンサは、第一及び第二コイルと、少なくとも特定の実施形態においてシールドを含む又はシールドによって画定されてもよい磁場部材と、を有する非接触センサでもよい。二つのコイルは通常トランスフォーマーとして構成されてもよく、例えば、第一コイルに第一電圧が加えられたときに第二コイルに第二電圧が誘起されるように、第二コイルが第一コイルと間隔をあけて第一コイルに対して位置付けられてもよい。センサは、フロートが上下に動くにつれて磁場部材が二つのコイルに対して動き、それに応じて第二コイルに誘起された電圧が変化するように構成されている。第二コイルに誘起された電圧は、測定され、タンク内の燃料のレベルと関連付けられてもよい。

より詳しく図面を参照すると、図１は、燃料を保持するための燃料タンク１２と、タンクからエンジン（図示せず）に燃料をくみ上げるための燃料ポンプアセンブリ１４と、を有する燃料タンクアセンブリ１０を示す。燃料ポンプアセンブリ１４は、ハウジング１８内に包まれた及び／又はハウジング１８によって支持された燃料ポンプ１６を有し、燃料ポンプ１６及びハウジング１８は、少なくとも部分的に容器又はスワール(swirl)又はスロッシング(slosh)ポット２１内に位置する。ハウジング１８は、燃料タンク１２の対応するフランジ領域２２に嵌合又は隣接してもよいフランジ２０を有してもよい。ポンプ１６はフィルタ２６を介して燃料をくみ上げて、タンクの外に導出した排水管を介して圧力下で燃料を排出する。燃料レベルセンサセンブリ（ＬＳＡ）３０は、ハウジング１８、フランジ２０、スロッシングポット２１（図示されるようなもの）、タンクの内壁、タンク内の任意の骨格もしくは支持構造又は燃料タンク１２内部に位置するもしくは燃料タンク１２に隣接する（例えば、燃料タンクの内壁の位置、近く又は上の）任意の他の適切な付属品に連結されてもよい。

図１、２Ａ−２ＤのＬＳＡ３０は一つの実施を示しているにすぎず、当然ながら他の実施も可能である。ＬＳＡ３０は、取付台３２、軸３４及びフロートアームアセンブリ３６（図２Ａ）を有してもよい。

取付台３２は、スロッシングポット２１と第一アーム４２と第二アーム４４とに連結するベース４０を有してもよく、アーム４２、４４はフロートアームアセンブリ３６を支持してもよい。ベース４０は、ＬＳＡをスロッシングポット２１に連結するための任意の適切な機構でもよい。第一及び第二アーム４２、４４は全体的に垂直面方向に配された板状の部材でもよく、ベース４０から先端２３、２４に外向きに平行にのびてもよい。前記二つのアームは、内向き表面及び外向き表面を有してもよく、内向き表面は、間でフロートアームアセンブリ３６が回動するのに十分なギャップ又は距離ｘ₁だけ互いに離れてもよい。各アーム４２、４４は、回動可能なフロートアームアセンブリを支持する手段を有してもよい（例えば、各アーム４２、４４の先端２３、２４の近くにおいて、内向き表面から外向き表面に開口がのびてもよい）。開口は、フロートアームアセンブリ３６が旋回する軸３４を支持して支えるような寸法を有してもよい。軸３４が開口内に組立てられたときに軸３４はアーム４２、４４の内向き表面に対して垂直となってもよい。当然ながら、上述の取付台３２は一実施を示しているにすぎず、他の実施も可能である。

アーム４２、４４は、各々、ベース４０と先端２３、２４の間（又は先端の近く）に位置する下向きにのびるフランジ又は耳たぶ状の突出物５４、５６を有してもよい。フランジは板状の部材でもよく、距離ｘ₁だけ互いに離れてもよい。各フランジ５４、５６は、平坦な又はさまざまな形状及び輪郭を有する内向き表面６６、６８（図２Ｂ）を有してもよい（例えば、該表面は凹部又は他の空洞を有してもよい）。

取付台３２（そのアーム、フランジなどを含む）は任意の（複数の）非導電性材料から構成されてもよい。例えば、取付台は、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）などのポリマーから製造されてもよい。加えて、取付台のさまざまな特徴又は部分を同じ材料片又は別の材料片から形成してもよい。

次にフロートアームアセンブリ（図２Ａ）について説明すると、フロートアームアセンブリ３６は、シールド７６として示される磁場部材を有するアーム２５を有してもよい。図示した実施では、シールド７６は、アーム２５の第一端部又は基端部７０に又はその近くに位置するとともに、第二端部又は先端部７２の近くに位置する一以上のフロート７４を有する。アーム２５は、第一端部７０の近くにアーム２５を貫通する孔を有してもよく、該孔は、軸３４、該軸３４はその周りをフロートアームアセンブリ３６が枢動可能に回転するものである、が該孔を通る寸法に形成されている。図示した実施では、シールド７６は、第一端部７０から径方向に外向きにのびる第一側面３８及び第二側面３９（図２Ｂ参照）を有する垂直面方向に配された板状の部材である。シールド７６は、図２Ａに示されるように、略パイ状でもよい（しかしながら当業者ならば他の適切な形状でもよいことは理解できるであろう）。シールドの厚さは距離ｘ₁よりも小さくてもよく、例えばアーム４２、４４の間及びフランジ５４、５６の間に物理的接触なく収まる寸法でもよい。フロート７４は、用いられる液体（燃料など）に浮きやすい任意の物体でもよい。フロートは、タンク内の液体の表面で又はその近くで浮かんでもよく、フロートが（例えば液体レベルの変化によって）タンク内で上下に動くにつれて、フロートアームアセンブリが軸３４の周りで回転又は枢動するよう構成されている。フロートアームアセンブリ３６が軸３４の周りを枢動すると、シールドはフランジ５４、５６の間から部分的に又は完全に内外に動いてもよい。アーム２５は、燃料タンクの形状に適応するために、直線的でも、屈曲しても、湾曲しても又はこれらの任意の組み合わせでもよい。

フロートアームアセンブリ３６はさまざまな材料から作成されてもよい。例えば、少なくとも一つの実施では、シールド７６は任意の導電性の又は部分的に導電性を有する材料（例えばステンレス鋼３０４）から構成されてもよい。また、いくつかの実施において、アーム２５の第一端部７０は任意の非導電性材料（例えばＰＯＭ）でもよい。フロート及びアームの残部を含む残りのフロートアームアセンブリはプラスチック又は金属（例えばステンレス鋼）でもよい。

フランジ５４、５６は、それぞれ、フランジの内向き表面６６、６８上において、シールド７６に近接するように配置された第一回路素子６０及び第二回路素子６２を支持してもよい（図２Ｂ）。図２Ｂの実施に示されるように、第一回路素子６０及び第二回路素子６２は、内向き表面６６、６８においてフランジ５４、５６内に、例えば凹部内に、はめ込まれても（又は部分的にはめ込まれても）よいが、これは必須ではなく、例えば回路素子６０、６２は、フランジ５４、５６に取付けられて又はフランジ５４、５６内に部分的にもしくは完全に封入されて、任意の方向に配向又は配列してもよい。一実施において、第一回路素子６０は誘導コイル（より具体的には駆動コイル）でもよく、第二回路素子６２は別の誘導コイル（より具体的にはピックアップコイル(pickup coil)又は検出コイル）でもよい。本明細書に用いる場合、駆動コイルとの用語は、磁場を生成するために電圧及び／又は電流が与えられるプリント基板カードアセンブリ上の電線コイル又はエッチド (etched) コイルを含む。本明細書に用いる場合、ピックアップコイルとの用語は、駆動コイル又は別の磁場装置によって誘導された磁場を受けることにより作動するプリント基板カードアセンブリ上の電線コイル又はエッチドコイルを含む。少なくともいくつかの実施において、第一回路素子は磁場を生成可能な任意の素子でもよく、第二回路素子は前記磁場に対して何らかの形で反応可能な任意の素子でもよい。シールドは、第二回路素子においてかつ液体レベルに対して又は液体レベルに応じて磁場を検出可能なよう、磁場を変更可能なものであればなんでもよい。機能的に必須ではないものの、図２Ａ−２Ｂの駆動コイル及びピックアップコイルは互いに同じでもよいので、以下、一つのみについて説明する。

一実施では、駆動コイルは平坦ならせん状のコイル又は巻き線を多数の積層したものでもよい（図２Ｄ）。例えば、駆動コイルは、巻き数が各々１３回の２８ＡＷＧ（米国ワイヤゲージ規格）のワイヤが１２層積層されたもの（つまり、合計の巻き数は１５６回）でもよい。層の数（Ｌ）は異なってもよく、巻き数（Ｎ）は異なってもよく、例えば、１≦Ｌ≦２５かつ１０≦Ｎ≦１０００である。さらに、ワイヤ（又は配線）のゲージ規格(gauge)は異なってもよく、例えば２０ＡＷＧ≦ゲージ規格≦４０ＡＷＧである。コイルの中心は貫通した開口又は空洞でもよい。この構成は一例にすぎず、駆動コイルは総巻き数が異なってもよく及び／又は層が平坦もしくはそれ以外でもよい。コイルは、銅、鉄又は任意の他の適切な導電性材料から構成されてもよい。図２Ｄにおいて駆動コイルの形状は腎臓状であるが、コイルの形状は異なってもよい（例えば、円形状、くさび状、三角形状又は他の形状でもよい）。

コイルの少なくとも一つの実施はＡの値で規定され、ここでＡは駆動コイルの巻き数（Ｎ１）とピックアップコイルの巻き数（Ｎ２）との関係を定めるものであり、例えばＡは近似的にｋ×Ｎ１／Ｎ２であり、ここでｋは結合係数（又は伝達効率因子）であって０．０１＜ｋ＜１である。少なくとも一つの実施では、Ａの値は約０．５でもよく、他の場合は０．１から１０の間の値でもよい。

図２Ｃは、図２Ａ−２Ｂに示された実施の電気回路図を示す。図２Ｃは、磁気的に結合された（又は互いに誘導的に結合された）第一回路素子６０及び第二回路素子６２を示す。両方の素子６０、６２は電源及び制御モジュール８０に独立して結合され、素子６０、６２は（オプションの）抵抗素子Ｒ１、Ｒ２とそれぞれ直列に配置されている（当然ながら、Ｒ１及びＲ２は、実際の抵抗、ワイヤもしくは配線の抵抗値及び／又は任意の他の抵抗回路素子を表してもよい）。モジュール８０は、電源（例えば信号又は波形発生器）８１、センサ８２及び制御装置８３を有してもよい。一実施において、電源８１は、周波数ｆで、定常状態の交流電流（ＡＣ）電圧（Ｖ_AC）［例えば、Ｖ_AC＝Ｖ_IN＋Ｖ_R1であり、ここでＶ_INは駆動コイルの電圧、Ｖ_R1は抵抗素子Ｒ１にかかる電圧である］を与えてもよい。電源８１はパルス電流もしくは電圧（交流又はそれ以外）又は他の非定常状態電力を与えてもよい。センサ８２は、電流及び／又は電圧の変化を検出するための任意の装置又は回路部品（例えばメーター）を含んでもよく、したがってセンサ８２は検出された電圧（Ｖ_SENSED）［例えば、Ｖ_SENSED＝Ｖ_OUT−Ｖ_R2］を受信及び／又は測定してもよい。また、制御装置８３は、センサ及び電源を制御する並びに／又は検出された電圧をモニタリングするための、任意の論理装置又はプロセッサを含んでもよい。

図２Ｃに示す電気回路の電源及び制御モジュール８０は、取付台３２又は燃料ポンプアセンブリ１４又はタンク１２の他の場所に支持されてもよく、あるいは例えばタンク１２を支持する任意の自動車に支持されてもよい。

動作において、ピックアップコイル６２に誘導電圧（Ｖ_OUT）が生じた結果、センサは電圧（Ｖ_SENSED）を検出し、この電圧が制御装置８３に送られてもよい。モジュール８０がＶ_ACを与えると共にＶ_SENSEDを検出する一方で、フロートアームアセンブリ３６のシールド７６は、タンク内に残っている燃料の量の変化に応じて、コイル６０、６２間を部分的に及び／又は完全に移動する。シールド７６は導電性材料から構成されているので、シールド７６はピックアップコイル６２に誘導された電圧（Ｖ_OUT）の量と干渉し、例えばピックアップコイルにおける磁束の量はシールドがその間にどれだけあるかを示す度合いの関数である。図１は、フロート７４が下側の位置（例えばタンクが空っぽのとき）及び上側の位置７４’（例えばタンクが満タンのとき）にあってもよいことを示すとともに、フロートがその間の任意の位置にあってもよいことを伝えることを意図している。したがって、フロートアームアセンブリの他端において、シールドは全体的にコイル６０、６２の間にある（例えばタンクが満タンのとき）、部分的にコイルの間にある（例えばタンクが部分的に満タンのとき）又はコイルの間に全くない（例えばタンクが空っぽのとき）。したがって、制御装置８３を用いて、シールドの複数の位置（電圧Ｖ_SENSEDの変化に基づく）を、タンク内の残っている燃料の複数の異なる量又は体積と関連付けることができる。

図２Ｂに示すように、そして流体レベルセンサの少なくとも一つの実施において、シールド７６は、フランジ５４、５６間にあるときに、距離ｘ₂及びｘ₃だけそれぞれ間隔を空けて配されるように離されてもよい。距離ｘ₂は第一フランジの内面６６とシールド７６の第一側面３８との間の距離でもよく、距離ｘ₃は第二フランジの内面６８とシールド７６の第二側面３９との間の距離でもよい。距離ｘ₂及びｘ₃は同じ又は異なってもよく、すなわち、センサは、シールド７６が回路素子６０、６２間の中央に位置せずにずれていたとしても動作してもよい。例えば、ｘ₂は０．５ｍｍから１．５ｍｍの間でもよく、ｘ₃は０．５ｍｍから１．５ｍｍの間でもよい。さらに、シールドの側面３８、３９は、（互いに向き合っている）回路素子６０、６２よりも大きな表面積を有してもよい。一実施において、シールドの外周は回路素子６０、６２よりも１０ｍｍ以上大きく径方向に外向きにのびてもよく、これによりピックアップコイルにおける磁場強度がさらに制限される。

以下、図２Ａ−２Ｄに示す流体レベルセンサについて、動作１００（図１１）の一つの方法を説明する。該方法はステップ１１０から始まり、ここで燃料タンク内の燃料のレベルが変化するにつれて第一及び第二回路素子６０、６２間で移動するシールド７６が与えられる。第一及び第二回路素子は、それぞれ駆動コイル及びピックアップコイルでもよく、互いに近接して配置されてもよい。シールドの位置は、燃料タンク内の瞬間的な燃料レベルに対応してもよい。ステップ１２０において、電圧（Ｖ_AC）が電源８１から駆動コイル６０に与えられる。これにより駆動コイル６０に電圧降下（Ｖ_IN）が生じ、これにより磁場が生成されてピックアップコイル６２に起電力が生じる。したがって、起電力によってピックアップコイル６２に誘導電流が生成され、その結果このコイルに電圧（Ｖ_OUT）が生じる（ステップ１３０）。ステップ１４０において、センサ８２を用いて電源及び制御回路８０が検出電圧（Ｖ_SENSED）を測定してもよく、該検出電圧は（Ｖ_OUT）からピックアップコイルと直列の抵抗素子（例えばＲ２）にかかる電圧を差し引いたものに等しい。ステップ１５０において、制御装置８３を用いて、検出電圧をタンク内に残っている燃料のレベルと関連付けてもよい。その後、前記方法は終了してもよく又はステップ１６０に続いてもよい。ステップ１６０において、燃料レベルの変化によってフロートアーム２５の角度方向が取付台３２に対して変わるにつれて（例えば燃料がタンクに追加される又はタンクから除去される）、シールド７６はコイル６０、６２の間を側面に沿ってさまざまな程度にまで移動してもよい。コイル６０、６２間でのシールド７６の位置の角度変位又は変化によって、ピックアップコイルにおいて受ける磁場強度の大きさが変化する。したがって、誘導電流の大きさは変化してもよく（例えばより小さくなる）、結果として生じる電圧（Ｖ_OUT）の大きさも変化してもよい（例えばより小さくなる）。シールドが変位した結果、ステップ１７０において、電源及び制御回路８０のセンサ８２はＶ_SENSEDの新しい値を測定してもよく、この値はタンク内に残っている燃料の異なるレベルと関連する。ステップ１６０−１８０は繰り返されてもよい。

ＬＳＡの他の実施を図３−１０に示す。例えば、図３Ａ−３Ｂは、二つのシールドを有するレベルセンサを示す。より具体的には、二つのシールドは第一端部７０の近くでフロートアーム２５によって支持されてもよい。これらのシールドは同じような形状及び寸法を有してもよく、同じような導電性材料から構成されてもよい。さらに、取付台３２は、ベース４０から外向きにのびる三つのアーム４２、４４、４６を有してもよい。第三アーム４６は板状でもよく、第二アーム４４が第一アームと第三アームの間に介在するよう第一及び第二アーム４２、４４に平行でもよい。さらに、第三フランジ５８も同様に、第三アーム４６から下向きにフランジ５４、５６と平行にのびる板状部材でもよい。第一及び第二回路素子６０、６２（第一及び第二フランジ５４、５６によって支持されている）は上述のようなコイルでもよく、第三フランジ５８によって支持されてもよい第三回路素子６４もコイルでもよい。この構成において、第一及び第三回路素子６０、６４は駆動コイルであり、第二回路素子６２は二つの駆動コイルによって生成された磁場によって作動するピックアップコイルでもよい。一実施において（図３Ｂに最もよく示される）、コイル６２は第一及び第二シールド７６、７８の両方に対して露出してもよく、例えば第二フランジは第二フランジを貫通する開口を有してもよく、該開口はコイル６２を支持するような寸法に形成されてもよく、これによりコイル６２がフランジ５６の両側に露出する。ピックアップコイル６２が両方のシールドと両方の駆動コイル６０、６４とに露出されることによって、電磁インダクタンスがより均一に分布することとなる（つまり、磁場強度の大きさは源即ち駆動コイルからの距離が増加するにしたがって小さくなるので、磁場強度の大きさはピックアップコイルの領域においてわずかに異なる（例えば、磁場強度の大きさは、ピックアップコイルの駆動コイルから一番離れた領域ではピックアップコイルの駆動コイルから一番近い領域よりも小さくなる）。したがって、電磁インダクタンス（又は電磁的に誘導された電流）は均一に分布しない可能性がある）。しかしながら、駆動コイルがピックアップコイルの両側に位置する場合、特に二つの駆動コイルがピックアップコイルから全体的に等距離に位置する場合に、このような不均一な分布は軽減される。

図３Ｃは、図３Ａ−３Ｂに示された実施の電気回路図を示す。電源及び制御モジュール８０（電源８１、センサ８２及び制御装置８３を含む）が、三つの回路素子６０、６２、６４（例えばコイル）及び三つの抵抗素子Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３（前述のとおり、当然ながらＲ１、Ｒ２及びＲ３は実際の抵抗、ワイヤもしくは配線の抵抗値及び／又は任意の他の抵抗回路素子を表してもよい）と共に示されている。二つの並列回路ループにおいて、コイル６０及び６４並びに抵抗素子Ｒ１、Ｒ３はそれぞれ電源８１に連結されている。第三の回路ループにおいて、コイル６２とＲ２がセンサ８２に連結されている。この構成において、単一の電源８１は両方のコイル６０、６４に電圧を与えてもよく、前述のとおり、コイル６２に誘発された電流によって生じる電圧が、センサ８２において検出された電圧に基づいて測定されてもよい。

図３Ａ−３Ｃに示す実施において、タンク内の燃料のレベルが変化すると、（第一）シールド７６は第一及び第二フランジ５４、５６（したがってコイル６０、６２）の間の位置にアーム２５を介して回動する一方で、第二シールド７８が同時に第二及び第三フランジ５６、５８（したがってコイル６２、６４）の間の位置に回動してもよい。動作において、図３Ａ−３Ｂに示す実施は方法１００に記載したものと類似していてもよいが、第二コイル６２にて受ける起電力は、一つの駆動コイルのみを有する（例えば回路の他の全ての素子及び側面は同じである）実施にて受ける起電力よりも大きくてもよい。

図２Ａ−２Ｃ及び３Ａ−３ＣのＬＳＡの他のバリエーション又は実施（及び本明細書に開示する他の実施）は、（複数の）シールドが固定されている（即ちシールドがベース４０に連結されベース４０からのびている）一方でフランジ及びその各回路素子が動く（即ちフランジ及びその各回路素子がフロートアームアセンブリ３６に連結されている）ような例を含んでもよい。

別の実施について説明する。図４は、第一及び第二フランジ５４、５６並びにシールド７６’を示す。この実施では、第一フランジ５４及び第一回路素子６０は上述の実施（即ち回路素子６０が駆動コイルであることを含む）におけるものと類似していてもよい。シールド７６’は同じ形状でもよく、シールド７６と同様にしてフロートアームアセンブリ３６から同様にのびてもよく、フロートアームアセンブリ３６に同様に連結されていてもよい。しかしながら、シールド７６’は非導電性材料（例えばプラスチック又はポリマー）から構成されてもよい。さらに、シールド７６’は第二回路素子６２、ピックアップコイルでもよい、を支持してもよい。ここで、第二フランジ５６が示されているが、これはオプションである。

図４に示す実施は図２Ｃに示される回路を用いて動作してもよい。電圧Ｖ_ACは同じでもよく、したがってピックアップコイル６２で受ける磁場の変化は、シールド（例えば７６）が二つのコイル６０、６２に対して動く代わりに、ピックアップコイルが駆動コイル６０に対して側面に沿って動くことによって生じてもよい（例えば、燃料レベルが変化するとフロートアームアセンブリのアーム２５の取付台３２に対する角度方向が変化する）。

図５Ａ及び５Ｂに示す実施は、第一コア素子８４及び第二コア素子８６が追加されていること以外は、図２Ａ−２Ｂに示すものと同じである。この実施では、コア素子８４、８６は中心柱８７を有するコップ状又はポット状のコアである。コア素子８４、８６はフランジ５４、５６によって支持されここから外向きに互いに向かってのびる。例えば、コア素子８４、８６はフランジ内にはめ込まれて（又は部分的にはめ込まれて）もよく、フランジの内向き表面６６、６８に表面実装されてもよい。当業者にとって当然ながら、コア素子を用いることにより、局所領域又は磁束領域８８にて、例えばコップ状のコア８４、８６の周縁及び中心柱８７にて、ピックアップコイルの誘導電流（したがってコイルにかかる電圧）が増加する。いくつかの実施において、シールド７６は、シールドがコイル６０、６２の間に直接配置されたときにシールドがコア素子の周縁間の磁場を妨げないような形状及び寸法に構成されてもよいが、これは必須ではない。

図６Ａ及び６Ｂは別の実施を示すが、第一及び第二コア素子８４’、８６’はコップ状のコアではなくＥ字状のコアである。それ以外は、この実施の組立て及び動作は図５Ａのものと同じである。

図７Ａ及び７Ｂは別の実施を示すが、第一及び第二コア素子８４”、８６”は中心柱がないコップ状のコアである。それ以外は、この実施の組立て及び動作は図５Ａのものと同じである。

その他の実施も可能であり、例えば第一及び第二コア素子は、単にコップ状又はＥ字状の部分がない中心柱でもよい。また、コア素子は前述した形状以外の形状でもよい。いくつかの実施において、シールドの位置に対して第二回路素子にて受ける磁場を線状にするような形状に形成されたコア素子を用いることが望ましいであろう。例えば、第一及び第二回路素子間のシールド位置の各角度変化（α）によって第二回路素子において受ける磁場の大きさの変化（Ｍ）が生じる、又は各α変化が近似的に変化Ｍを生じさせる。

図８Ａを参照すると、この実施は、第一回路素子６０、第二回路素子６２’及び導電性シールド７６（二つの回路素子間を側面に沿って動くフロートアームアセンブリ（図示しない）に連結されてもよい）を有してもよい。第一回路素子６０は前述のものと類似の駆動コイルでもよい。第二回路素子６２’は、最小又は閾値磁場を検出することができる任意の適切な磁気センサ又は磁気検出器でもよい。例えば、検出器６２’はＯＮにされてもよく、状態を切り替えてもよく又は他の手段により作動されてもよく、これにより検出器６２’が閾値強度以上の磁場の存在下にあるときにそこに電流が流れる。したがって、検出器６２’は二つの状態のうちの一つ、ＯＮ状態又はＯＦＦ状態、にあってもよい。磁気検出器の例は、これらに限定されないが、コイル（ピックアップコイルなど）、ホール(Hall)センサ、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）及び異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）などの磁気特性を有する薄膜抵抗器を含む。

図８Ｂは、図８Ａに示される実施の電気回路図を示す。図８Ｂは、電源８１’及び制御装置８３’を有する電源及び制御モジュール８０’に連結された回路ループを示し、該ループは、駆動コイル６０、抵抗素子Ｒ１及びモジュール８０’内の電源８１’を直列で有する。モジュール８０’は検出器６２’を有する別の回路ループにも連結される。電源８１’の電圧は定常状態ではなく可変であり、さらに電圧は直流電圧又は交流電圧（Ｖ_AC/DC）でもよい。したがって、電源はＲ１及びコイル６０に連結されてもよい。また、図８Ｂは、例えば制御装置が単に電源のＯＮ／ＯＦＦ状態を制御するのではなく電源電圧の大きさに関してフィードバックを受信するよう、制御装置が電源からのフィードバックループを有してもよいことを示す。

図８Ａ−８Ｂに示す実施の動作中、コイル６０及び検出器６２’に対するシールドの位置はタンク内の燃料レベルが変化するにつれて変化する。したがって、シールドは、異なる位置において、さまざまな程度に、検出器６２’に伝えられる磁場をブロックする又は妨げる。シールドがコイル６０によって生成された磁場をより妨げる位置にあるとき、検出器６２’においてより大きな磁場を生成するために電源８１’によってより大きな電圧が与えられてもよい（これにより状態を変えるよう検出器を動作させる）。また、シールドが生成された磁場をあまり妨げないときには、電源からのより小さい電圧によって、検出器６２’を動作させるための適切な磁場が生成されてもよい。したがって、検出器６２’を作動させるために必要な電源８１’からの電圧を、タンク内の燃料レベルの関数であるシールドの位置と関連付けることができる。

したがって、一実施において、検出器６２’はＯＦＦ状態でもよく、電源からの初期電圧（Ｖ_AC/DC）が駆動コイル６０に与えられてもよい（Ｖ_IN）。初期電圧によって駆動されると、コイル電圧（Ｖ_IN）は、検出器６２’が検出するには不十分な大きさの磁場を生成してもよい。検出器６２’がＯＦＦであると決定されると、制御装置８３’は、検出器６２’がＯＮ状態に切り替わるまでＶ_INの大きさ及び生成された磁場を増加させるために、電源８１’における電圧を徐々に増加させてもよい。Ｖ_AC/DC電圧の大きさは制御装置によってシールドの特定の位置と関連付けられてもよく、このシールドの特定の位置は次にタンク内の燃料の体積と関連付けられてもよい。タンクから燃料が除去されるにつれて、浮きアームアセンブリ３６が（上述のように）旋回し、シールドが検出器６２’に与えられた生成磁場をあまり妨げなくなる。シールドがあまり妨げなくなると、検出器６２’を作動させるために必要な電源８１’の大きさが減少する。一実施において、電源は、検出器６２’をリセットするため又はＯＦＦ状態に切り替えるために、一瞬ＯＦＦされる（例えば、電源をＯＦＦすることは所定間隔で実行されてもよい）。このプロセスは瞬間的な燃料レベルを測定するために望まれる頻度で繰り返されてもよい。

別の実施では、タンクが空っぽのときにシールド７６がより回路素子６０、６２’の間に位置し、タンクが満タンのときにシールドが回路素子６０、６２’の間にあまり位置しないよう、取付台３２を設計してもよい。一例では、回路素子６０、６２’を支持するフランジ５４，５６はアーム４２、４４（図示せず）から上方にのびてもよい。この実施では、タンク内の燃料のレベルが減少するにつれて、シールド７６が回路素子６０、６２’間で磁場をより妨げることとなる。回路素子６２’において受ける磁場が閾値大きさにまで減少すると、検出器６２’はリセットされる又はＯＦＦ状態に切り替えられる。前述の実施のように、Ｖ_AC/DC電圧の大きさは制御装置８３’によってシールドの特定の位置と関連付けられてもよく、このシールドの特定の位置は次にタンク内の燃料の体積と関連付けられてもよい。しかしながらこの実施では、検出器６２’をリセットするために電源８１’を瞬間的にＯＦＦする必要はないであろう。

第二回路素子６２’の他の実施も存在する。例えば、第二回路素子６２’はアナログでもよく、又は磁場のさまざまな値に反応するリニア素子でもよい。したがって、第二回路素子６２’の出力（例えば電圧）は、第二回路素子６２’がさまざまな磁場強度（例えば、第一及び第二回路素子の間のシールドの位置に起因する）を受けるにつれて変化してもよい。

少なくとも一つの実施では、第二回路素子（検出器６２’）は誘導コイル（例えばピックアップコイル）及び測定装置を有してもよく、全体的に方法２００に基づき動作してもよい。測定装置は、電気特性（電流、電圧、電力など）の大きさ又は値を測定する任意の装置又は閾値電気特性（電流、電圧、電力など）を受信すると作動する任意の装置を有してもよい。したがって、図１２のステップ２２０によれば、電気特性が所定値又は閾値に達したときに検出器６２’又はピックアップコイルが作動する。

図８Ｂの制御モジュール８０’の動作の方法２００によれば、図１２に示す方法はステップ２１０から開始し、ここで制御モジュール８０’は初期電圧（Ｖ_AC/DC）を第一回路素子６０に与え、素子６０の電圧によって検出器６２’において受ける磁場が生成される。電圧は、検出器６２’を作動させるには不十分な磁場強度を生成することがわかっている所定電圧でもよい。ステップ２２０において、素子６２’が作動したか（例えばＯＮ状態とＯＦＦ状態の間で状態を変化させたか）否かを決定する。もし素子６２’が作動したならば、この作動がモジュール８０’内の制御装置８３’に伝えられてもよい（ステップ２３０）。しかしながら、もし磁場強度が素子６２’を作動させるには不十分であったならば、モジュール８０’は素子６０への電圧Ｖ_AC/DCを増加させてもよい（これにより磁場を増加させる）（ステップ２４０）。その後、増加した磁場強度が回路素子６２’を作動させるのに十分か否かが再度決定される。ステップ２２０及び２４０は、検出器６２’が作動するまで繰り返されてもよく、このイベントがモジュール８０’に伝えられる（ステップ２３０）。第二回路素子６２’が作動する又はＯＮ状態に切り替わる度に、モジュール８０’はタンク１２内の燃料レベルを電圧Ｖ_AC/DCに基づいて決定してもよい（ステップ２５０）。制御装置は、別々の部品（例えばゲートアレー、アナログ回路など）及び／又はマイクロプロセッサを含む任意の適切な処理装置でもよい。したがって、少なくとも一つの実施では、制御装置は、コンピュータプログラム（又はコンピュータプログラム製品）又は他の適切なアルゴリズムの使用を含んでもよい。この決定に続き、前記方法は、ステップ２２０−２５０を再度繰り返してもよい（例えば、第二回路素子が作動したか（又は作動したままか）否かを再度決定する、即ち、第二回路素子は状態を変えたかも知れず、タンク内の燃料のレベルが変化したならばもはや作動していないかも知れない）。

したがって、上述のさまざまな（複数の）方法又はその一部は、コンピュータプログラム製品を用いて実施されてもよく及び／又は一以上の方法ステップを実行するための一以上のプロセッサによって使用されるコンピュータ可読媒体が有する命令を含んでもよい。コンピュータプログラム製品は、ソースコード、オブジェクトコード、実行コードもしくは他のフォーマットのプログラム命令からなる一以上のソフトウェアプログラム（又はアプリケーション）、一以上のファームウェアプログラム、又はハードウェア記述言語（ＨＤＬ）ファイル、及び任意のプログラム関連データを含んでもよい。データは、データ構造、ルックアップテーブル又は任意の他のフォーマットのデータを含んでもよい。プログラム命令は、プログラムモジュール、ルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネントなどを含んでもよい。コンピュータプログラムは、一つのコンピュータ又は互いに通信する複数のコンピュータで実行されてもよい。

（複数の）プログラムは、一以上の記憶装置、製造品などを含むコンピュータ可読媒体に盛り込まれてもよい。コンピュータ可読媒体の例は、コンピュータシステムメモリ、例えばＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）、ＲＯＭ（読み出し専用メモリ）、半導体メモリ、例えばＥＰＲＯＭ（消去可能プログラム可能型ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（電気的消去可能プログラム可能型ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、磁気又は光学ディスク又はテープなどを含む。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ間接続を含んでもよく、例えばデータがネットワーク又は別の通信接続を介して伝達又は提供されてもよい。上述の例の任意の（複数の）組み合わせもコンピュータ可読媒体の範囲に含まれる。したがって、前記方法は、少なくとも部分的に、本明細書に開示された（複数の）方法の一以上のステップに対応する命令を実行可能な任意の電子製品及び／又は装置によって実行されることが理解できる。

図９は、図８Ａ及び８Ｂに示されたＬＳＡに類似したＬＳＡの代替的な実施を示し、違いは、第一回路素子６０が、例えば図５Ａに示すコップ状のコアでもよい第一コア素子８４内に位置する点である。図８Ｂに示されるモジュール８０’は、図９に示される実施を制御するために動作してもよい。

図１０の実施は、図４に示される実施と類似している。図１０において、第一回路素子６０は第一フランジ５４上に位置し、シールド７６’はフロートアームアセンブリ３６によって支持されている（図４に記載したのと同様に）。非導電性シールド７６’（例えばプラスチック又はポリマーからなる）は、同様にして、磁気センサでもよい第二回路素子６２’を支持する。第二フランジ５６が示されているが、これはオプションである。燃料レベルによってフロートアームアセンブリのアーム２５の取付台３２に対する角度方向が変化するにつれて、シールド７６’は第一回路素子６０に対して側面に沿って動いてもよい。これにより、回路素子６２’が回路素子６０に対して動くにつれて、回路素子６２’が受ける磁場が変化する。この磁場の変化は、図１２の方法及び図８Ｂの回路の使用について記載したように、燃料レベルと関連付けることができる。

液体レベルセンサのさまざまな実施形態について記載がされ、このなかで第二回路素子６２、６２’と関わる磁場を生成するために第一回路素子６０に電力が与えられる。第二回路素子６２、６２’が受ける磁場の大きさなどの特性は、磁場の妨害を変化させる及び／又は最初に生成された磁場の強度を変化させることによって、変えることができる。第二回路素子が受ける磁場の大きさは、本明細書に記載したように検出されている液体レベルと関連付けることができる。

当然ながら、上述の記載は、レベルセンサの一以上の好ましい実施である。本開示は、本明細書に開示される特定の（複数の）実施形態に限定されず、本明細書に添付の特許請求の範囲によってのみ定義される。さらに、本明細書に含まれる記載は特定の実施形態に関連し、用語又はフレーズについて特に定義されていない限り、特許請求の範囲に使用される用語の意味を限定するものではない。開示された（複数の）実施形態に対するさまざまな他の実施形態並びにさまざまな変更及び修正は、当業者に理解される。そのような他の実施形態、変更及び修正は全て、本明細書に添付された特許請求の範囲内であることを意図している。本明細書に記載の実施形態は、容器又はタンク内の液体の「レベル」を決定することに関して議論されており、「レベル」との用語は、タンク内に残っている液体の高さを意味し、これはタンクの形状の観点から体積寸法に変換することができる。又は、「レベル」とは、単にタンク内の液体の高さに関連させずに体積の寸法とすることができる。即ち、「レベル」とは、特定の用途において望まれるように、単にタンク内に残っている液体の量を意味することができる。さらに、「シールド」との用語は、磁場部材の特定の形状又は構造に対する新しい考えを制限することを意図していない。磁場は「シールド」によって増幅／増強又は変更されることが可能であり単にブロック又は部分的にブロックされないので、「シールド」が第二回路素子における磁場を減少させる構造に対する新しい考えを制限するものと考えるべきではない。

本明細書及び特許請求の範囲で用いる場合、「例えば」、「例として」、「など」、「のような」の用語及び「備える」、「有する」、「含む」などの動詞は、一以上の構成要素又は他のアイテムのリストとともに用いた場合、各々変更可能であり、リストは他の追加の構成要素又はアイテムを除くものではない。他の用語は、別の解釈を要する内容に用いられるものでない限り、それらの最も広い妥当な意味を用いるべきである。

Claims

タンク内の液体のレベルを測定するための液体レベルセンサにおいて、
前記タンク内の液体のレベルが変化するにつれて動く液体レベル反応性部材と、
磁場を生成する第一回路素子と、
前記磁場に反応する第二回路素子と、
前記液体レベル反応性部材の動きに反応して動くために、前記液体レベル反応性部材の動きに反応する磁場部材と、を備え、
前記磁場部材は、前記磁場部材の少なくともいくつかの位置において、前記磁場部材の位置に応じて前記第二回路素子が受ける磁場の少なくとも一つの特性を変えるために、前記第一回路素子及び前記第二回路素子の一方又は両方に対して可動であり、これにより、前記第二回路素子が受けた磁場を前記磁場部材の位置と関連付けることができ、該磁場部材の位置は前記タンク内の液体レベルを示すために前記液体レベル反応性部材の位置と関連付けることができる
ことを特徴とする液体レベルセンサ。
前記液体レベル反応性部材は、前記タンク内の液体に浮くフロートと、前記フロートを支持するアームと、を備えることを特徴とする請求項１に記載の液体レベルセンサ。
前記磁場部材は、前記アームと共に動くために前記アームによって支持されていることを特徴とする請求項２に記載の液体レベルセンサ。
前記磁場部材は導電性であることを特徴とする請求項１に記載の液体レベルセンサ。
前記磁場部材は、前記タンク内の液体のレベルが変わるにつれて、前記第一回路素子と前記第二回路素子の間を動くことを特徴とする請求項１に記載の液体レベルセンサ。
前記第一回路素子は誘導コイルであり、前記第二回路素子は磁気検出器であることを特徴とする請求項１に記載の液体レベルセンサ。
前記第二回路素子は、巻き針金、巻き配線、ホールセンサ及び磁気特性を有する薄膜抵抗器のうちの一以上であることを特徴とする請求項６に記載の液体レベルセンサ。
前記第一回路素子は駆動コイルであり、前記第二回路素子はピックアップコイルであることを特徴とする請求項６に記載の液体レベルセンサ。
前記駆動コイルの巻き線の数（Ｎ１）と前記ピックアップコイルの巻き線の数（Ｎ２）の関係が、Ａの値で定義され、ここで、Ａ＝ｋ×Ｎ１／Ｎ２であり、ここでｋは０．０１から１の値を有する伝達効率と関連する定数であり、
前記巻き線のワイヤゲージ規格が２０米国ワイヤゲージ規格（ＡＷＧ）以上４０ＡＷＧ以下の場合に、前記Ａの値は０．１から１０の間である
ことを特徴とする請求項８に記載の液体レベルセンサ。
前記液体レベルセンサが、磁場を生成する第三回路素子と、前記液体レベル反応性部材の動きに反応して動くために前記液体レベル反応性部材の動きに反応する第二磁場部材と、を備え、
前記磁場部材は、前記磁場部材の少なくともいくつかの位置において、前記磁場部材の位置に応じて前記第二回路素子が受ける磁場の少なくとも一つの特性を変えるために、前記第一回路素子、前記第二回路素子及び前記第三回路素子のうちの少なくとも一つに対して可動であり、これにより、前記第二回路素子が受けた磁場を第一シールドの位置と関連付けることができ、該第一シールドの位置は前記タンク内の液体レベルを示すために前記液体レベル反応性部材の位置と関連付けることができる
ことを特徴とする請求項１に記載の液体レベルセンサ。
タンク内の液体のレベルを測定する方法において、
第一回路素子において磁場を生成する工程と、
第二回路素子において磁場を受ける工程と、
前記第二回路素子において受けた磁場に基づいて前記タンク内の液体のレベルを測定する工程と、を有し、
磁場部材を前記第一回路素子に対して動くよう構成し、
前記磁場部材の動きによって、少なくともいくつかの位置において、前記第二回路素子が受けた磁場の少なくとも一つの特性が変わるよう構成し、
前記磁場部材を、前記タンク内の液体のレベルが変化するにつれて動く液体レベル反応性部材の動きに反応して動くよう構成し、
前記タンク内の液体レベルを示すために、前記磁場部材の位置を前記液体レベル反応性部材の位置と関連付ける
ことを特徴とする方法。
前記方法が、前記磁場部材の位置の変化に基づいて前記タンク内の液体レベルを再測定する工程をさらに有することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
前記第一回路素子が誘導コイルであり、前記第二回路素子が磁気検出器であることを特徴とする請求項１１に記載の方法。