JP2015503105A

JP2015503105A - センサ装置，位置検出方法及びセンサ装置のための磁石素子

Info

Publication number: JP2015503105A
Application number: JP2014546387A
Authority: JP
Inventors: ファイファーラルフ; ポイカートアンドレアス
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2011-12-13
Filing date: 2012-11-15
Publication date: 2015-01-29
Anticipated expiration: 2032-11-15
Also published as: WO2013087336A1; CN103988053B; ES2625082T3; JP6122440B2; KR20140109379A; US20140345408A1; CN103988053A; EP2791625B1; DE102011088365A1; KR101999874B1; US9644732B2; EP2791625A1

Abstract

本発明に係るセンサ装置（100）は，少なくとも１つのセンサ素子（120），特にホールセンサ素子と，センサ素子（120）に関連して移動する少なくとも１つの磁石素子（110）とを有する。磁石素子（110）は複数の異なる磁化領域（310）を有する。センサ素子（120）は，その計測領域（360）内にある磁石素子（110）の領域の磁化に関する状態を，少なくとも３通りの既定のセンサ信号値のうちの１つの信号値により表すセンサ信号（350）を出力するよう構成されている。【選択図】図３

Description

本発明は，独立請求項の主題であるセンサ装置，センサ素子に関連する磁石素子の位置検出方法，及びかかるセンサ装置のための磁石素子に関する。

現在，ギヤセレクタのための複数の適用例において磁石プレートが使用される。磁石プレートはセレクタレバーにより作動される。図１にシフトレバーセンサ配置100の例として示されるように，セレクタレバーの位置はホールセンサにより検出される。シフトレバーセンサ配置100は，シフトレバー位置を評価するための磁石プレート110を有する。磁石プレート110の磁性領域は，特にホールセンサとして構成された複数のセンサ120により読み出される。この場合，ホールセンサ120及び下流の評価ロジックは磁場の方向を「１」及び他の方向を「０」と認識する。また各センサは２種の値を出力可能であり（つまりバイナリセンサとして作動する），これらの値「０」及び「１」は符号化理論において「アルファベット」と称されている。例えば図１に示された配置の全体図及び詳細な説明のような本製品についての例示的な分析は，４つのセンサにより２^４＝１６通りの状態が４ビット−ワードとして提示されることを示す。しかし種々のシフトレバー位置を提示するために必要なのは，６通りのコードワード，即ち「Ｐ」，「Ｒ」，「Ｎ」，「Ｄ」，「＋」，「−」のコードワードだけであり，ここに「Ｐ」は駐車位置，「Ｒ」は後退位置，「Ｎ」は中立位置，「Ｄ」は前進位置，「＋」はアップシフト位置，「−」はダウンシフト位置である。この場合，論理的には３つのセンサで十分であると考えられる。

個々のビットエラーを認識するために，各コードワード独自の特徴が要求され，その独自の特徴により特にハミング距離が計測される。例えば，最小ハミング距離２が要求された場合，出力のために使用される各コードワードは，他の有効なコードワードの各々と，少なくとも２つの符号で異なるべきである。図１の適用例においては，最小のハミング距離３を要求できるであろう。しかし，可能なコードワードが16通りである場合，これらの条件を満たすものとして３通り以上のコードワードは発見できない。しかし，出力に上述した６通りのコードワード「Ｐ」，「Ｒ」，「Ｎ」，「Ｄ」，「＋」，「−」が必要とされているため，図示されたセンサグループはギヤ選択段をハミング距離?３と共には出力することができない。最小のハミング距離２まで要求が低減された場合，種々のコードワードを８通りまで組み合わせ可能である。図２の表は可能な解決法Ａ又はＢを示す。これらの解決法においては，他のコードワード各々に対する各コードワードは，１種乃至８種の自身の（符号化）パターンにおいて，少なくともハミング距離２を有する。

欧州特許出願公開第1003186A1号明細書は，選択スイッチにより得られる位置の確実な位置検知のための方法，選択スイッチ及び選択装置を開示する。

欧州特許出願公開第1003186A1号明細書

かかる背景を前提に，本発明はセンサ装置，センサ素子に関連する磁石素子の位置検出方法及びセンサ装置のための磁石素子を改善するものであり，それぞれの特徴は各独立請求項に記載した通りである。好適な実施形態は，従属請求項及び以下の記述より明らかとなる。

本発明は，少なくとも１つのセンサ素子，特にホールセンサ素子と，少なくとも１つのセンサ素子に関連して移動する磁石素子を有するセンサ装置を創作するものである。磁石素子は複数の異なる磁化領域を有する。センサ装置は，その計測領域内にある磁石素子の領域の磁化に関する状態を，少なくとも３通りの既定のセンサ信号値のうちの１つの信号値により表すセンサ信号を出力するようセンサ素子が構成されていることを特徴とする。

本発明は更に，センサ素子に関連する磁石素子の位置検出方法を創作し，その際方法は前述のセンサ装置を使用し，以下のステップを有することを特徴とする：
−センサ素子の計測領域内にある磁石素子の領域の磁化に関する状態を，少なくとも３通りの既定のセンサ信号値のうちの１つの信号値により表すセンサ信号を出力するステップ。

本発明は更にセンサ装置のための磁石素子を創作する。その際，磁石素子は複数の磁化領域及び少なくとも１つの非磁化領域及び／又は反磁性領域を有し，この非磁化領域及び／又は反磁性領域は少なくとも２つの磁化領域に隣接する。好適には非磁化領域及び／又は反磁性領域は，少なくとも磁化領域に隣接するか，更に好ましくは２つの同一の磁化領域の間に配置されるか及び／又は２つの異なる磁化領域の間に配置される。

センサ素子とは，特に磁性サイズを検出するために構成されたセンサとして理解可能である。例えば，センサ素子はホールセンサとすることが可能である。磁石素子とは，異なる磁化領域を有する素子として理解可能である。例えば，磁石素子はその本体内に異なる磁化領域を含むディスクとすることができる。代替的に，磁石素子は金属製支承シートを有することが可能であり，この金属製支承シート上に個々の磁石が固定される。しかし，磁石素子（例えば車両変速機のシフトレバーとする）の位置移動をセンサ素子に関連して検出可能とするため，磁石素子はセンサ素子に関連して移動させるべきである。センサ信号とは，センサ素子の計測領域内にある領域における磁石素子の磁化の状態に関する情報を有するセンサ素子の出力信号として理解可能である。磁化に関する状態とは，磁化（特に磁場の方位）の提示又はセンサ素子の計測領域内にある磁石素子の領域で磁化が無いと理解可能である。既定のセンサ信号値とは，センサ信号値の既定の量からの値として理解可能である。特に，センサ信号値は少なくとも３通りの分離した値をとることが可能である。これらの値は，例えば第１方向，第１方向とは異なる第２方向への磁場の提示，又はセンサ素子の計測領域内の磁石素子の領域内に磁場が無いことの提示を表す

本発明は，少なくとも３通りのセンサ信号値から選択された信号値を有するセンサ信号を使用することにより，センサ素子の計測領域内の磁石素子の領域の磁化に関する状態の提示に関して非常に正確なメッセージが可能になるという知識に基づくものである。特にこれにより，個々のセンサを使用し，センサ素子の計測領域内の磁石素子の具体的状態に関してより詳細なメッセージを言い当てることが可能となる。従来技術による解決法に対して，この解決法においてはバイナリセンサ信号値を有するセンサが使用され，有利なことに更なるセンサ信号値，特にセンサの計測領域内の磁石素子で磁化が無いという提示を表すセンサ信号値を加えることにより，僅かな追加費用で計測精度が向上可能である。更に，かかるセンサ信号の評価も向上可能である。なぜなら，例えば複数のかかるセンサ装置のセンサ信号をセンサ信号ワードと組み合わせると，バイナリ出力値を有するセンサを使用した場合よりも，個々のセンサ信号ワード間でより大きなハミング距離が実現可能となるためである。

本発明の特に好適な実施形態においては，センサ素子の前にある磁石素子の領域の磁化に関する状態において，センサ素子に磁束が作用していない場合に，既定のセンサ信号値をセンサ信号として出力するようセンサ素子が構成されている点である。本発明のかかる実施形態により，センサ素子の計測領域内の磁石素子の磁化を提示しないという追加情報が，センサ信号内に利点として提供される。磁化が無い状態を検出不可能な従来のアプローチと比較して，上述のようにしてセンサ素子の計測領域内の磁石素子の磁化の状態に関する詳細情報を検出可能である。

本発明の更なる実施形態に従い，センサ装置であって，センサ素子から出力されるセンサ信号は，センサ素子の計測領域内にある磁石素子の領域に対する磁場の方向を認識可能であるも，センサ素子の計測領域内にある磁石素子の領域に対する磁場の強度を認識不能なセンサ信号値を有する。本発明のかかる実施形態により，検出された磁場の提示のみに関連性を見出すという利点が提供され，それにより可能性のある信号センサ値が減少し，センサ信号の処理が簡素化される。

センサ素子に関連する磁石素子の相対位置に関して，可及的に説得力のある情報を受信するため，センサ装置は少なくとも１つの更なるセンサ素子，特に更なるホールセンサ素子を備えることが可能である。その際更なるセンサ素子は，その計測領域内にある磁石素子の領域の磁化に関する状態を，少なくとも３通りの既定のセンサ信号値のうちの１つの信号値により表す更なるセンサ信号を出力するよう構成される。このようにして，センサ信号及び更なるセンサ信号の信号値からセンサ信号コードワードを決定可能である。このセンサ信号コードワードは，センサ素子に関連する磁石素子の相対位置に関して，個々のセンサ素子のセンサ信号値内でのみ受信される情報として，確かなメッセージを提供する。

特に好適には，本発明の更なる実施形態は信号出力ユニットを有する。信号出力ユニットは，少なくとも，センサ素子のセンサ信号のセンサ信号値,及び更なるセンサ素子が出力するセンサ千号のセンサ信号値をセンサ信号ワードに関連付けるように構成される。その際信号出力ユニットは更に，センサ素子及び更なるセンサ素子の前の磁石素子の異なる相対位置に対してセンサ信号ワードを出力し，このセンサ信号ワードが少なくともハミング距離２，特に少なくともハミング距離３を有するよう構成される。本発明のかかる実施形態により，個々のセンサ信号ワードの明瞭な差別化が向上可能であるという利点が提供される。

センサ素子の計測領域内の磁場の磁化の状態を，極めて良好かつ明瞭に差別化することを可能にするため，磁石素子は特殊な構成をとることが可能である。特に本発明の実施形態に従う磁石素子は，２つの磁化領域の間に少なくとも１つの開口部及び／又はリセスを有することが可能である。特にその際開口部及び／又はリセスは，磁石素子の領域の磁化に関して，磁化を提示しない状態を表す。開口部及び／又はリセスを有することにより，従来技術によるアプローチと比較して，磁石素子の２つの異なる又は同一の磁化領域の間の移行部が，特に良好及び容易に認識される。

磁石素子の２つの異なる又は同一の磁化領域の間の明瞭な差別化は，本発明の実施形態に従い，開口部及び／又はリセスに反磁性素材，特に銅を配置することにより更に向上可能である。かかる反磁性素材を配置することで，反磁性素材を有する領域へと磁力線を「追い出す」ことが可能になる。従って反磁性素材をセンサ素子の計測領域内に配置した場合，磁石素子の非磁化状態を有する領域の提示を，より良好かつ一意的に認識できる。

磁石素子を特に単純な方法で製造可能とするために，磁石素子は複数の部分素子を有することが可能である。その際，少なくとも部分的に平面形状の支承素子を有し，その支承素子上に磁性部分素子が配置される。少なくとも部分的に平面形状の支承素子は，例えば金属製支承シートとすることが可能であり，この金属製支承シート上に個々の磁性部分素子を塗布するか又は組み入れる。この場合磁性部分素子は，例えば平面形状の支承素子上に貼り付けられるか又は分かれた素子として平面形状の支承素子に挿入され，支承素子により附勢されるか又はさもなければ移動不可能に接続された永久磁石とすることが可能である。

本発明の好適に実施形態に従い，センサテストユニットを有することが可能である。センサテストユニットは，センサ素子により電流の流れの方向を変更し，変更後の電流の流れのセンサ信号値に基づき，センサ素子により検出されたセンサ信号によりセンサ素子の正しい機能を認識するよう構成される。本発明のかかる実施形態により，センサ装置が個別に内部機能をテストすることが可能となり，センサ装置の誤作動を僅かな費用で認識し，素早く交換可能となる。

特に好適には，本発明は車両のギヤを選択するシフトレバーのシフト位置の決定と関連して使用可能である。従って本発明の特に好適な実施形態に従い，特に車両のためのシフト装置を提供可能である。その際，変形形態に関して上述のセンサ装置が使用され，シフトレバー，特にギヤシフトレバーの位置を検出するようセンサ装置が構成される。

本発明は添付の図面を参照して例示的に詳説される。
従来技術に従うセンサ装置の使用例を示す図である。ハミング距離２を有する４つのセンサ信号値からなるコードワードのバイナリシフト挙動を示す表である。センサ装置である本発明の実施形態のブロック図である。本発明の実施形態に従う磁石素子の概略的な平面図である。図4Aの実施形態の４つの生成可能なセンサ信号値からのコードワードに基づく，３進シフト挙動を示す表である。外部の磁場によるホール電圧発生を図示する第１概略図である。外部の磁場によるホール電圧発生を図示する第２概略図である。３進センサ使用時のh_min = 3ハミング距離のためのパターン例を反映する表である。種々のセンサタイプにおける異なるコードワードの生成数を比較した表である。バイナリセンサから３進センサへの変更において省略可能なセンサの数を示す表である。本発明の実施形態である方法のフローチャートである。

本発明の好適な実施形態に関する以下の記載において，種々の図面に記された類似の作用を有する素子に関しては同一又は類似の符号を使用し，これら素子を繰り返して記載することを控えている。

図３においては，本発明の実施形態のブロック図が，センサ装置100として示される。センサ装置100は，例えば自動変速機のギヤセレクトレバー300に配置され，少なくとも１つの磁石素子110を含み，磁石素子110上には異なる磁化領域310がある。これらの異なる磁性領域は，例えば永久磁石315により構成可能である。永久磁石315は磁石素子110へと埋め込まれるか，又は磁石素子110上に貼り付けられる。更に，磁石素子110内には穴320及び／又はリセス330（つまり磁石素子110の支承プレートにおける窪み）を施すことが可能である。代替的又は追加的に，穴320及び／又はリセス330の内部に反磁性素材340を入れ，磁場を反磁性素材340で満たされていない磁石素子110の領域に集中させることも可能である。更に，センサ装置100は少なくとも１つのセンサ素子120，この実施形態の場合には４つのセンサ素子120を含む。各センサ素子120は，その計測領域360内にある磁石素子110の領域の磁化に関する状態を，少なくとも３通りの既定のセンサ信号値のうちの１つの信号値により表すセンサ信号350を出力するよう構成される。磁石素子110はこの場合，センサ素子120に関連して回転ポイント345を中心に移動し，ギヤセレクタ300に関連して移動しないよう配置され，ギヤセレクタ300が作動した後に，センサ素子120により磁石素子110の位置を検出可能であり，その結果ギヤセレクタ300の位置が検出可能である。以下に詳述されるように，センサ信号350はセンサ出力ユニット370内で出力信号380としてコードワードに関連付けられる。更に，センサ装置100 はテストユニット390を有する。テストユニット390はセンサ素子の機能性を，例えば以下の記述に従ってテストするよう構成される。

図4Aにおいて，本発明の実施形態に従う磁石素子110の概略的な平面図が示される。図4Bにおいて，この好適な実施形態に対して割り当て可能なシフト挙動の表が示される。磁石素子110はこの場合，例えば前述のセンサ装置100において使用可能である。磁石素子110は長方形の磁石プレートから構成され，磁石プレートは少なくとも一方向（図4Aの矢印方向）に平行し，前後に移動する。磁石プレート110は複数の磁化領域310及び非磁化領域320, 330, 340を含む。磁化領域310は異なる磁化領域，つまり異なる極性の磁化領域を有する。図4Aに示された磁化及び非磁化領域並びに異なる極性を有する磁化領域の配置は単に例示的に選択されたにすぎず，異なる配置も可能である。詳細には磁石プレート110は例示的に示された実施形態においては複数の北磁極を含み，この北磁極は，図4Aにおいて一方向の斜線を付したフィールドにより示される。更に磁石プレート110は，二方向の斜線を付された複数の領域を有し，この領域は南磁極を提示する。斜線の付されていないフィールドは非磁化領域に対応する。非磁化領域はこの好適な実施形態において，例示的に穴320，リセス330及び反磁性素材340の組合せにより実現される。磁石プレート110は基本的には非磁化領域を含む。非磁化領域は穴320，リセス330若しくは反磁性素材から，又はそれらの随意の組み合わせから構成可能である。この好適な実施形態の場合，非磁化領域はセンサ信号状態「０」を，北磁極はセンサ信号状態「１」を，南磁極はセンサ信号状態「２」をもたらす。生成可能な各センサ信号状態については，以下の特に図5A乃至5Bに関する記述において詳述される。

図4Aに示されたパターン又は磁化及び非磁化領域の配置は，前述の配置と関連して，対応して割り当てられたシフト計画を記載した図4Bの表となる。シフト計画は，磁石プレート110と複数のセンサ素子120，この場合には４つの３進センサ素子120との相互作用により生成される。この場合磁石プレート110は３進センサ素子120と以下のように相互作用する。つまり，磁石プレート110がセンサ素子120に対して相対移動し，その際磁石プレート110は信号作用を及ぼしつつセンサ素子120を通り越し可能であるか，又はセンサ素子120から通り越し可能であり，センサ素子120を通り越す状態で，センサ素子120の計測領域内にある磁石素子110の領域の磁化に関する状態を，少なくとも３通りの既定のセンサ信号値のうちの１つの信号値により表すセンサ信号を出力する。センサ信号はセンサ出力ユニット内で，出力信号として図4Bに示されたコードワードに関連付けられる。

従来既知である解決法は，より多くのセンサ，例えば４つに換えて７つのセンサを使用することでハミング距離を高めることに基づくものである。ここで提案されたアプローチにより，ホール効果及びホールセンサの最小構造に基づく代替的解決法が提案される。そのために，まずホールセンサの作動について概説する。

図５は，ホール効果の基本を２つの部分図5A及び5Bで示す。ホール電圧は電子流eにより生じ，電子流eは磁場からの作用を受け，磁場は印加された電流の流れの方向Iに対して横向きに成立する。図5Aにおいて磁場は，図5Bの磁場とは反対方向である。電圧サインは磁場及び電流の方向に依存する。例示的に示された図５の配置において，電流方向を建設的とすると，図５に示された配置がギヤセレクトレバーの位置検出センサに取り付けられた場合，磁場Bはギヤレバー（図１に示されたような）の位置を検出するため，唯一の変数として留まる。磁場の方向は，磁石プレート上の磁性ゾーンの選択により建設的となる。

従って原則的には，アナログ信号（この場合例示的に符号関数sgn(x)を用いて記述される）が量子化されたホールセンサを有し，３つの状態が出力される。例えば，ホール電圧U_Hall> 0においては値Sgn(U_Hall) = + 1を受信可能である。この値は，ホールセンサの磁石が一方向を指しているため，検出可能な電圧は正であり，正の最大ホール電圧に近接して存在することを示している。ホール電圧U_Hall ≒ 0を検出した場合，サインU_Hall = 0が受信される。このサインは，ホールセンサに磁石が接しておらず，従って事実上磁束及びホール電圧が無いものと理解される。磁石プレートの漂遊磁場により環境の影響及び地磁場は値が無く，U_Hall= 0と同様に設定可能である。U_Hall < 0が計測された場合，Sgn(U_Hall) = -1を有するU_Hallのサインが設定される。このサインは，ホールセンサの磁石が前述の方向付けに対して反対の方向に導かれていると理解される。電圧はこの場合負であり，負の最大電圧に近接する。３通りの状態を有するかかる（ホール）センサは，３進センサとも称することができる。

以下に詳述するアプローチは，従来技術に対する複数の変更形態の提案に基づくものである。例えばホールセンサは，磁場の方向を電圧のサインに関して反映する通常の「ナチュラル」な機能で作動可能である。更に信号処理により，ホール電圧の電圧領域を00（磁場無し），01(流れ方向A)，10（Aに対して反対の流れ方向）及びオプション11（センサによるエラー状態通知）との決定に従ってホール電圧を翻訳可能である。更に磁石プレート（例えば図１又は図３に図示）は，ホールセンサと接続して00状態を提示するため，製造中又は製造後に穴空け可能でもある。シフトにおいて特段の利点は，センサと同一の数を有する大きなハミング距離を生成可能な点である。

ここで提案されたアプローチの技術的な利点として，まずセレクトレバーの位置が非常に単純に評価可能である。このために，センサ毎に２つの状態を有し，全体で16のコードワードが実現される。シフト位置毎に，２つのみの異なるコードワードを超えるコードワードが必要とされる場合，例えば６つの位置P, R, N, D, + 及び -に６つのコードワードが必要である場合には，ハミング距離２の展開は制限されるべきである。図２の表は，４つのセンサに対して，各々８つのコードワードを有する各２つのコードチェーンが存在し，これらのコードチェーンは互いに少なくともハミング距離２を含むことを示す。

この提案の場合，バイナリホールセンサを３進ホールセンサに交換した場合，前述のアプローチに従い，符号関数を使用して電圧のサインは以下のように置換して表すことが可能である。
b_i= sgn(U_Hall) + 1
その場合
b_i= i次ビットの値（単位無し）
U_Hall= 計測されたVolt単位のホール電圧
つまり，コードワードのアルファベットはセンサ状態-1 , 0, 1から0, 1 , 2へ翻訳され，シフトの設計段階の間のセンサ状態の計算及び提示を単純化する。

（３進センサの信号に対応する）各３つの状態をとることが可能である４つの「ビット」（つまり実際にはむしろコードワードの位置）を有することにより，結果的に3⁴= 81，つまり単に２つの状態を有する場合の５倍を超えるコードワードが構成される。可能なハミングチェーンを計算した場合，４つのセンサ及び各３つの状態を有することで72の異なるチェーンが与えられ，これらのチェーンはハミング距離３を有する。図２の表に示されるように，バイナリセンサは２つのチェーンをもたらすのみである。

図６の表は，３進センサの使用時にハミング距離h_min= 3を有するハミングチェーンのパターン例を示す。特にパターン例は，ハミングチェーン0000 - 0111 - 0222 - 1012 - 1120 - 1201 -2021 - 2102 - 2210を示す，このハミングチェーンにおいては，各コードワードは異なる他のコードワードの各々に対して，厳密にハミング距離３を有する。

図７の表は，３進センサ（３通りの状態0 / 1 / 2をもたらすセンサ）がバイナリセンサ（２通りの状態0 / 1をもたらすセンサ）に対して提供する可能性を示す。その際，第１列にはセンサ数A，第２列には最小の必要ハミング距離d_min，第３列にはバイナリセンサの場合のチェーン長K_b及び数A_b，第４列には3進センサの場合のチェーン長K_t及び数A_tが反映される。図７の表は，結果的にセンサタイプが異なる場合の生成数の比較を表す。チェーン長が長くなるほど，より多数の異なるシフト命令（P, R, N, D, +, -等）をコードワードに対して割り当て可能となり，同時に要求される好適な最小のハミング距離を達成可能である。

代替的に図７の表は，センサシステムが同様の性能である場合に，どのようにセンサ数を低減可能かに関する考察を提供する。センサ毎に３つの状態を有するセンサシステムは，センサ毎に２つのみの状態を有するセンサシステムよりも多くのコードワードをもたらすため，同様の機能でかつ安全及び利用可能性のための用途を変えずに，センサ数が低減可能である。

低減については以下の数式により計算可能である。
その場合，
k = 必要とされる３進センサ（３つの状態を有する）の数及び
n = 存在するバイナリセンサ（２つの状態を有する）の数。

図８の表においては，バイナリセンサから３進センサへ変更した場合に省略可能なセンサ数に関する結果が示される。上の行にはバイナリセンサ2ⁿを有する旧レイアウトのセンサが示され，下の行には新たなレイアウト，つまりセンサ値毎に3^kの異なる状態を有するセンサのレイアウトを使用した場合に，バイナリセンサの使用時のコードワードスペースに対応するコードワードスペースを得るために必要とされるセンサ数が示される。

ここで提案されたアプローチの更なる技術的な利点として，診断が更に向上する可能性がある。更に頻繁に採り上げられる要求として，システムに関する恒久的な診断がある。３つの状態を有するセンサにより，診断を実行する更なる可能性が提供される。ホールセンサ上に極（「北磁極」又は「南磁極」）が立っている場合，例えば，建設的に与えられた電流方向I（例えば図５の部分図で認識可能な電流方向）を診断のために断つか又は方向を変えることにより，センサをテストすることができる。センサが正しく作動している場合，まずホール電圧が消え，その後反対方向のサインと共に再びセンサに電圧が現れる。電流の流れが反転した際にセンサ結果がかかる挙動を示さない場合には，該当サンサには不具合が生じていると推測可能である。

更なる技術的な利点として，ここで提案されたアプローチの機能をサポートするために使用可能である特殊な磁石プレートを挙げることができる。例えば図１及び図4Aに示されるようにこの磁石プレートは，例えば穴を開けることにより穴の前に位置するホールセンサと接続し，磁場の無い状態「00」を提示可能である。特にコンパクトな磁石プレートを構成するか又は特に磁性領域と非磁性領域との間の移行部を鋭利とするために，プレートの穴に反磁性の挿入物（m_r< 1，例えば銅）を充填可能である。代替的に，磁石プレートは単体の部材又は磁石を組み立てて構成可能であり，磁石プレートは金属製支承シート上に配置される。センサが一方の側のみに取り付けられている場合には配置に不都合は無く，途切れ無く金属製プレートを使用している場合には磁性部分を広範囲に接着する。

ここで提案されたアプローチを変更することにより，一連の利点が新たに生じる。一つには既存のセンサシステムを建設的に修正することである。この修正においては，バイナリセンサを３進センサにより置き換え可能であり，センサを３つの状態「北磁極」，「南磁極」及び「非磁性」を有する磁石プレートと組合せ可能である。これにより，同一のセンサ数のもとでの有効性が生じる。なぜなら，センサ結果の評価の確実性をセンサ結果の可用性に対して考察した場合の利害の対立において，より高次の安全性レベル（SIL/ASIL）が達成されるか又は可用性が向上されるかにより，製造されるセンサが一層顧客の要求に沿うためである。更なる有効性として，既存の解決法を修正する場合，パッケージング（即ちセンサハウジング内のセンサ配置）の変更が不要であり，適度な調整費用で多数のコンポーネントが引き継ぎ可能であろうことが挙げられる。代替的に同一の安全性／可用性のもとで，センサを省略可能である。

更に本アプローチにより，センサを即座に正常な機能に照らしてテストするという更なる可能性が提供される。

特殊な磁石プレートに関して，単体の磁石又は磁石プレート部材を金属製支承シート上で組み立てることにより，磁石プレートの配置（つまり個々の極のサイズ及び配置）の設計自由度を向上させることが可能であり，磁石プレートの製造コスト及び処理時間が低減することに着目できよう。

図９は本発明の実施形態であるセンサ素子に関連する磁石素子の位置検出方法800のフローチャートである。この位置検出方法800は，前述の実施形態に対応するセンサ装置を使用するものであり，センサ素子の計測領域内にある磁石素子の領域の磁化に関する状態を，少なくとも３通りの既定のセンサ信号値のうちの１つの信号値により表すセンサ信号を出力するための出力ステップ810を含む。

ここで提案されたアプローチの重要な特徴を，以下に再度要約して記載する。まず，１つ又は複数の３進センサの使用を，シフトレバーの位置検出のために提案する。この場合，特に車両用のシフト装置は磁化可能な一つ又は複数の領域を備える磁性装置及びセンサを有する。センサは存在する磁化を認識可能であり，この磁化の方向を決定可能である。この場合好適には，一方の側の磁石プレートは２通りの可能な状態「北磁極」及び「南磁極」のうちの少なくとも１つの状態の組合せを，「非磁化」状態と組み合わせ可能である。同時に，この磁石プレートにおいて非磁化領域が穴により実現される。こうしたセンサが正しく機能しているかをテストするため，ホールセンサ内の電流方向を反転させてホールセンサの機能をテスト可能な装置を有することができる。

本発明の他の態様に従い，一方の側に取り付けられたセンサに対して３つの状態，つまり「北磁極」，「南磁極」及び「穴」（つまりセンサにより磁場が検出不可能な状態）の状態を有する磁石プレートを有する。特殊な形態においては，磁石プレートは穴内に反磁性の挿入物を含むことが可能であり，磁石プレートの漂遊磁場が非磁化ゾーンから弱められるか又は追い出されるよう磁性領域を遮断する。代替的又は追加的に，磁石プレートは一つの部材から構成されるのではなく，磁石プレートの構成部材が支承素子，特に成形済みの金属製シートによりまとめられるか又は金属製シート上に固定される。その際，非磁性領域は支承素子の穴として実現可能である。この場合にも，反磁性の挿入物を有する磁石プレートを，磁石プレートの穴又は個々の磁性構成部材の間の中間スペースに配置可能である。

上述及び図示の実施形態は，単に例示的に選択されたものである。異なる実施形態は完全な形態として又は個々の特徴と関連して，互いに組み合わせ可能である。実施形態は又，更なる実施形態の特徴により補完可能である。

更に本発明に従う方法のステップは繰り返して実行可能であり，上述の順番とは異なる順番でも実行可能である。

本発明に係る実施形態は，第１の特徴及び第２の特徴を「及び／又は」として結合している場合，ある実施態様では第１の特徴と第２の特徴の双方を有し，更なる実施態様では第１の特徴又は第２の特徴の何れか一方のみを有するものと解釈することが可能である。

100 センサ装置
110 磁石プレート，磁石素子
120 センサ素子
300 ギヤセレクタ，セレクトレバー
310 磁石素子の磁化領域
315 永久磁石
320 穴
330 リセス
340 反磁性素材
345 回転ポイント
350 センサ信号，センサ信号ライン
360 計測領域
370 出力ユニット
380 コードワード，出力信号
390 テストユニット
800 センサ素子に関連する磁石素子の位置検出方法
810 出力ステップ
U_Hホール電圧
B 磁場
e 電子流
I 電流

Claims

少なくとも１つのセンサ素子（120），特にホールセンサ素子と，該センサ素子（120）に関連して移動する少なくとも１つの磁石素子（110）とを備え，該磁石素子が複数の異なる磁化領域を（310）を有するセンサ装置（100）において，前記センサ素子（120）は，その計測領域（360）内にある前記磁石素子（110）の領域の磁化に関する状態を，少なくとも３通りの既定のセンサ信号値のうちの１つの信号値により表すセンサ信号（350）を出力するよう構成されていることを特徴とするセンサ装置（100）。
請求項１に記載のセンサ装置（100）であって，前記センサ素子（120）は，その計測領域（360）内にある磁石素子（110）の領域の磁化に関する状態において，前記センサ素子（120）に磁束（B）が作用していない場合に既定のセンサ信号値をセンサ信号（350）として出力するよう構成されていることを特徴とするセンサ装置（100）。
請求項１又は２に記載のセンサ装置（100）であって，前記センサ素子（120）から出力されるセンサ信号（350）は，前記センサ素子（120）の前記計測領域（360）内にある前記磁石素子（110）の領域に対する磁場（B）の方向を認識可能であるも，前記センサ素子（120）の前記計測領域（360）内にある前記磁石素子（110）の領域に対する前記磁場（B）の強度を認識不能なセンサ信号値を有することを特徴とするセンサ装置（100）。
請求項１〜３の何れか一項に記載のセンサ装置（100）であって，該センサ装置（100）が，少なくとも１つの更なるセンサ素子（120），特に更なるホールセンサ素子を備え，該更なるセンサ素子（120）は，その計測領域（360）内にある前記磁石素子（110）の領域の磁化に関する状態を，少なくとも３通りの既定のセンサ信号値のうちの１つの信号値により表す更なるセンサ信号（250）を出力するよう構成されていることを特徴とするセンサ装置（100）。
請求項４に記載のセンサ装置（100）であって，信号出力ユニット（370）を備え，該信号出力ユニット（370）は，少なくとも，前記センサ素子（120）のセンサ信号（350）のセンサ信号値，及び前記更なるセンサ素子（120）が出力する更なるセンサ信号（350）のセンサ信号値をセンサ信号ワード（380）に関連付けるよう構成され，該信号出力ユニット（370）は，前記センサ素子（120）及び前記更なるセンサ素子（120）に関連する磁石素子（110）の異なる相対位置に対して前記センサ信号ワード（380）を出力し，該センサ信号ワード（380）が少なくともハミング距離２，特に少なくともハミング距離３を有するよう構成されていることを特徴とするセンサ装置（100）。
請求項１〜５の何れか一項に記載のセンサ装置（100）であって，前記磁石素子（110）は２つの磁化領域（310）の間に少なくとも１つの開口部（320）及び／又はリセス（330）を有し，該開口部（320）及び／又は前記リセス（330）は，前記磁石素子（110）の領域の磁化に関して，磁化を提示しない状態を表していることを特徴とするセンサ装置（100）。
請求項６に記載のセンサ装置（100）であって，前記開口部（320）及び／又はリセス（330）内に反磁性素材（340）が配置されていることを特徴するセンサ装置（100）。
請求項６又は７に記載のセンサ装置（100）であって，前記磁石素子（110）は複数の部分素子（310, 340）を有し，その際少なくとも部分的に平面形状の支承素子を有し，該支承素子上に磁性部分素子（315）が配置されていることを特徴とするセンサ装置（100）。
請求項１〜８の何れか一項に記載のセンサ装置（100）であって，センサテストユニット（390）を有し，該センサテストユニット（390）は，前記センサ素子（120）により電流の流れ（I）の方向を変更し，変更後の電流の流れ（I）のセンサ信号値に基づいて，前記センサ素子（120）により検出されたセンサ信号（350）により前記センサ素子（120）の正しい機能を認識するよう構成されていることを特徴とするセンサ装置（100）。
車両のためのシフト装置であって，請求項１〜９の何れか一項に記載のセンサ装置（100）を有し，該センサ装置（100）が，ギヤシフトレバーの位置を検出するよう構成されていることを特徴とするシフト装置。
請求項１〜１０の何れか一項に記載のセンサ装置を使用し，センサ素子に関連する磁石素子の位置を検出するための位置検出方法（800）であって，
前記センサ素子の計測領域内にある磁石素子の領域の磁化に関する状態を，少なくとも３通りの既定のセンサ信号値のうちの１つの信号値により表すセンサ信号の出力ステップ（810）を含むことを特徴とする位置検出方法（800）。
センサ装置（100）のための磁石素子（110）であって，複数の磁化領域（310）を有し，前記磁石素子（110）が少なくとも２つの磁化領域（310）に隣接する，少なくとも１つの非磁化領域（320; 330）及び／又は反磁性領域（340）を含んでいることを特徴とする磁石素子（110）。
請求項１２に記載の磁石素子（110）であって，前記非磁化領域（320; 330）は少なくとも１つの開口部（320）及び／又はリセス（330）を有することを特徴とする磁石素子（110）。
請求項１２又は１３に記載の磁石素子（110）であって，前記反磁性領域は，前記磁石素子（110）と共に構成されるか又は前記磁石素子（110）上に配置された反磁性素材（340）を有することを特徴とする磁石素子（110）。
請求項１３又は１４に記載の磁石素子（110）であって，前記反磁性素材（340）が，前記開口部（320）及び／又は前記リセス（330）内に配置されていることを特徴とする磁石素子（110）。