JP2017531174A - ホール効果による自動車のリニアポジションセンサ - Google Patents

Abstract

本発明は、ホール効果による自動車のリニアポジションセンサであって、特に自動車のクラッチマスターシリンダのリニアポジションセンサにおいて、前記リニアポジションセンサの固定部に対して並進運動により移動可能なピストン（２０）を備え、前記ピストン（２０）および前記固定部の一方がハウジング（２４）内に収容された直径方向に磁化された磁石（２２）を備え、前記ピストン（２０）および前記固定部の他方が磁場検出回路を備え、前記磁石（２２）および前記ハウジング（２４）が、前記磁石（２２）が前記検出回路において軸線方向に配置される場合、前記磁石（２２）から前記検出回路への方向が前記磁石（２２）の磁場線の方向と実質的に平行である、前記磁石（２２）の角度位置においてのみ、前記磁石（２２）を前記ハウジング（２４）内に挿入できるように構成される、リニアポジションセンサに関する。

Description

本発明は、ホール効果による自動車のリニアポジションセンサ、および、このようなリニアポジションセンサを備える自動車のアクチュエータに関する。本発明は、具体的にはこのようなホール効果によるリニアポジションセンサを備える、自動車のクラッチ制御装置または「クラッチマスターシリンダ」に関わる。

既知の方法により、クラッチマスターシリンダは、手動変速機搭載の自動車のクラッチを油圧によって制御することができる。より正確には、このようなクラッチマスターシリンダは、従来から例えば、ヴァレオ・アンブラヤージュ(VALEO EMBRAYAGES)社による仏国特許出願公開第２８６２１１４号明細書に記載されているように、クラッチ制御油圧回路への入口として実現されている。マスターシリンダは、ロッドを介して、自動車の運転者に作用するクラッチペダルに機械的に連結されている。ロッドは、可変容量の油圧室の境界を定める中空体のクラッチマスターシリンダ内を並進運動するピストンと一体である。ピストンは、マスターシリンダと実質的に同一のスレーブシリンダによって形成された油圧制御回路の出口の方向に、油圧室内の制御すべき内容物である流体または液体を排出するように設けられている。

このため、クラッチマスターシリンダの油圧室におけるピストンの位置によって、クラッチの接続状態または切断状態を判断することができる。このような情報は、特に自動車が停止する際、自動車の速度調整、内燃機関の自動停止・始動システム（英語による名称では「stop and start」が知られている）、または電動パーキングブレーキによって、用いることができる。

クラッチマスターシリンダにおけるピストンの位置については、図１に示されているように、特に磁石１２の上にピストン１０をオーバーモールドすることによって、ピストン１０に磁石１２を設けることが知られている。そして、中空体には磁場検出集積回路が含まれており、これによって、ピストン１０における磁石１２とともに、ホール効果によるリニアポジションセンサが形成される。

ここで磁石１２は、断面が環状の部分からなる円筒形であるので、ピストン１０は、断面が円形の円筒状である。磁石は軸線方向の磁化を有し、すなわち磁場線が図１の面に対して直交しピストン１０の移動方向にも相当する、ピストンおよび磁石１２を延長した主方向と実質的に平行である。

磁石１２は希土類であり、具体的には、ネオジム、ジスプロシウムまたはサマリウム系のものである。これらの物質は、非常に良好な磁気性能、具体的には残留磁気をもたらし、これによってホール効果による高性能センサを実現することができる。しかしながら、これらの希土類系材料のコストは非常に高い。

仏国特許出願公開第２８６２１１４号明細書

本発明の目的は、ホール効果による改良されたリニアポジションセンサを提案することである。

この目的のため、本発明は、ホール効果による自動車のリニアポジションセンサであって、特に自動車のアクチュエータの、具体的には自動車のクラッチマスターシリンダのリニアポジションセンサにおいて、前記リニアポジションセンサの固定部に対して並進運動により移動可能なピストンを備え、前記ピストンおよび前記固定部の一方がハウジング内に収容された直径磁化磁石を備え、前記ピストンおよび前記固定部の他方が磁場検出回路を備え、前記磁石および前記ハウジングが、前記磁石が前記検出回路において軸線方向にある場合、前記検出回路に対する前記磁石の方向が、前記磁石の磁場線の方向と実質的に平行である、前記磁石の角度位置においてのみ前記磁石を前記ハウジング内に挿入できるように構成される、リニアポジションセンサを提案する。

したがって本発明は、直径磁化磁石を実現することを提案する。加えて、磁石およびハウジングは、磁石と、磁石の磁場線と実質的に平行な方向にある検出回路とを一直線に並べることが可能な磁石の角度位置においてしか、磁石をハウジング内に挿入できないように構成される。これによって、検出回路により検知された磁場の強度が最適化されるため、センサがノイズを拾いにくくすることができる。

本発明に係るセンサは、次に示す特徴のうちの１つ以上を、単独でまたは組み合わせて有することが好ましい。
−前記磁石が円筒形であり、そして１つまたは２つの平らな部分を有することが好ましく、対称な２つの平らな部分を有することがより好ましい。
−前記磁石は、棒状であり、断面が凸状であることが好ましい。
−前記磁石は、その側端部に、溝およびリブのうちの一方を備え、これら溝およびリブのうちの一方は、前記ハウジングの底部に作製されるこれら溝およびリブの他方と相補的な形状を有する。
−前記磁石は、その両側端部の各々に溝またはリブのうちの一方を備え、これら溝およびリブのうちの一方は、前記ハウジングの底部に作製されるこれら溝およびリブの他方と相補的な形状を有する。
−前記溝および／または前記リブの断面は、台形状である。
−前記磁石の前記溝が、前記磁石の磁化方向に対して直交する方向に配置される。
−前記ピストンが、前記磁石と、前記磁石を収容する前記ハウジングと、を備える。
−前記磁石が、フェライト系または希土類系の材料からなる。
−前記磁石が、被覆層、特に塗料層で覆われる。

また本発明は、自動車のアクチュエータであって、具体的にはクラッチマスターシリンダであり、前記アクチュエータの枠体に対して前記アクチュエータの可動部を並進運動させる制御機構と、本発明に係るセンサと、を備え、前記ピストンが前記アクチュエータの前記可動部と一体であるかまたは同一であり、前記固定部が前記アクチュエータの前記枠体と一体であるかまたは同一である前記アクチュエータにも関する。

図１は、自動車のクラッチマスターシリンダのピストンの第１の例の正面図である。 図２は、自動車のクラッチマスターシリンダのピストンの第２の例の正面図である。 図３は、図２のピストン内に収容された磁石の斜視図を示す。 図４は、自動車のクラッチマスターシリンダのピストン内に収容できる他の例による磁石の断面を概略的に示す。

本明細書において、アクチュエータとは、流体の流量または圧力を調整して特定の条件下で別のシステムを制御することができる、例えばジャッキのようなあらゆる装置という意味で用いられる。クラッチマスターシリンダは、自動車の運転者によるクラッチペダルの作動時に、自動車のクラッチを操作するクラッチスレーブシリンダ内の流体の圧力変化を制御できるようなアクチュエータの例である。

本明細書において、リニアポジションセンサとは、基準となる前述した固定要素に対する、前述した可動要素の位置の相対的な変化を直線方向において検知することができるセンサという意味で用いられる。特にこのようなセンサは、固定要素に対する可動要素の相対的な並進運動を検知することができる。

本明細書において、ホール効果によるセンサとは、磁性の物理的原理に基づき、特に磁場発生源と磁場検出器とを備えるセンサという意味で用いられ、ここで磁場発生源とスレーブシリンダとの間の相対的な軸線方向位置に応じて、磁場は磁場発生源によって放出され、種々の検出器によって検出される。

一方、本明細書において、磁石の磁化方向とは、磁石の磁場線の主方向または平均的な方向という意味で用いられる。

最後に、本明細書において、軸線方向とは、ピストンの並進運動の方向という意味で用いられ、該方向は、ピストンを延長した主方向に相当することが好ましい。特にピストンが円筒状の場合、軸線方向はピストンの主軸線の方向に相当する。

本発明は、ホール効果による自動車のリニアポジションセンサに関し、特に自動車のアクチュエータ、具体的には自動車のクラッチマスターシリンダのリニアポジションセンサに関する。ホール効果によるリニアポジションセンサは可動ピストンを備え、該ピストンは、リニアポジションセンサの固定部に対する軸線に沿って並進運動が可能である。

図２に示されているように、可動ピストン２０は、相補的な断面を有するハウジング２４内に収容された磁石２２を備えている。

センサの固定部は、ピストン２０内の磁石２２によって放出される磁場を検出することが可能な磁場検出回路を備えている。検出回路によって検出される磁場は、センサの固定部に対するピストン２０の位置によって異なる。

ここで、磁石２２は円筒形である。磁石２２は直径方向に磁化され、すなわち磁石の磁場線が磁石を横断する面の直径に沿って延びている。

ここで、磁石２２は異方性フェライトであり、これによって希土類磁石と比較してコストが削減される。しかしながら変形例として磁石は希土類であってもよい。

磁石２２は、乾式圧縮または湿式圧縮で作製されることが好ましく、コスト削減には乾式圧縮が好ましい。

図２に示されているように、磁石２２およびハウジング２４の断面は、円形である。ただし磁石２２は、その側端部に溝２６、２８を有している。ハウジング２４は、その底部に相補的なリブを有しており、このリブによって、異なる２つの対称な角度位置においてのみ、磁石２２をハウジング２４内に位置決めすることができる。

これらの角度位置では、磁石２０がセンサ内の検出回路において軸線方向にある場合、磁石２０から検出回路への方向は、磁石２５の磁場線の方向と平行である。ハウジング内の磁石が適切な角度で位置決めされるため、センサ内の検出回路に対し、つまり磁石の磁場線に対し、磁石の直径磁化は、軸線方向の磁化より検出回路に、より高いレベルで誘導される。このように、センサはノイズを拾いにくいことを示す。センサの読取り精度は高まり、またセンサ出力信号も線形となる。

当然のことながら、磁石２２は、１つの側端部にしか溝を有していなくてもよい。２つの側面の各々に溝が存在することにより、ハウジング２４内への磁石２２の二方向の挿入における無頓着な位置決めが可能となる。

ここでハウジング内の溝２６、２８およびリブの断面は、台形状である。これによって、溝内にリブを容易に挿入することができ、さらにハウジングに対する磁石の相対的な回転を阻止することができる。当然のことながら、溝およびリブの他の形状も可能である。

特に磁石が希土類である場合、磁石の圧縮後、機械加工によって溝２６、２８を作製することができる。

ただし、磁石２２の溝２６、２８は、磁石２２の形成を実現する圧縮工具によって作製されることが好ましい。このため溝２６、２８の形成には、機械加工の作業は必要ない。これによって、磁石２２を得るための工程数が制限される。

溝２６、２８は、検出回路のより近くに物質を出来る限り維持できるように、磁石の磁場線の方向に対して直交する方向に配置されることが好ましい。

特に溝が機械加工によって形成される場合、磁石から鉄粉や切粉がはがれることを防ぐために、磁石２２は被覆材で覆われていてもよい。塗料層は、特に磁石を覆うことができる。

図４は、磁石２２の別の例を示している。図４の磁石２２は円筒形状で、断面は長方形である。より正確には磁石２２は、対称な２つの平らな部分３０、３２を備えた円形状の断面を有する円筒形状である。平らな部分は、磁石の磁化方向と平行であることが好ましい。そしてハウジングは、２つの角度位置において、磁石２２を収容する相補的な断面を有している。平らな部分３０、３２は、研削によって作製することができる。

説明してきたホール効果によるリニアポジションセンサは、特に自動車のアクチュエータ、具体的にはクラッチマスターシリンダで実現することができる。また、アクチュエータは、アクチュエータの枠体および先述したセンサに対するアクチュエータ可動部の並進運動を制御する機構を備えていてもよい。そして、ピストンは、アクチュエータの可動部と一体または同一であり、固定部は、アクチュエータの枠体と一体または同一である。並進運動を制御する機構は、任意の種類のものとすることができる。

自動車のこのようなアクチュエータは、特に、コンロッドクランクシステム、ＥＧＲ弁または排出ガス再循環弁、ブレーキペダルセンサであってもよい。クラッチマスターシリンダの場合、センサのピストンは、クラッチマスターシリンダと同一である。ピストンは、自動車のクラッチペダルに機械的に連結されるようになっている。ピストンは、ピストンによって境界が定められた流体制御室を形成する、クラッチマスターシリンダの中空体内を移動する。中空体は、磁場検出回路を収容する。このため、運転者のクラッチペダルの操作は、センサによって測定することができるピストンの並進運動を制御する。ピストンの並進運動は、制御室からクラッチを制御する油圧回路への流体の逆流をもたらす。

本発明は、先述した実施形態のみに限定されず、多くの変形が可能である。

特に、磁石は円筒形であってよく、どのような断面を有していてもよい。

また、磁石は棒状であってもよく、どのような断面を有していてもよいが、磁石の所定体積における磁石の磁化可能な物質の量を最適化するためには、凸状の断面であることが好ましい。

溝の代わりに、磁石はリブを備え、そしてハウジングは、リブと相補的な形状の溝を有していてもよい。

さらに変形例として、ピストンは検出回路とピストンの固定部とを備えていてもよい。

Claims (11)

1. ホール効果による自動車のリニアポジションセンサであって、特に自動車のアクチュエータの、特に自動車のクラッチマスターシリンダの、リニアポジションセンサにおいて、前記リニアポジションセンサの固定部に対して並進運動可能なピストン（２０）を備え、前記ピストン（２０）および前記固定部の一方がハウジング（２４）内に収容された直径方向に磁化された磁石（２２）を備え、前記ピストン（２０）および前記固定部の他方が磁場検出回路を備え、前記磁石（２２）が前記検出回路において軸線方向に配置される場合、前記磁石（２２）から前記検出回路への方向が前記磁石（２２）の磁場線の方向と実質的に平行である前記磁石の角度位置においてのみ、前記磁石（２２）を前記ハウジング（２４）内に挿入できるように、前記磁石（２２）および前記ハウジング（２４）が構成されており、前記磁石が円筒形である、リニアポジションセンサ。
2. 前記磁石（２２）が１つまたは２つの平らな部分（３０、３２）、より好ましくは対称な２つの平らな部分（３０、３２）を有する、請求項１に記載のセンサ。
3. 前記磁石（２２）は棒状であり、好ましくは断面が凸状である、請求項２に記載のセンサ。
4. 前記磁石（２２）は、その側端部に、溝（２６、２８）およびリブのうちの一方を備え、この溝（２６、２８）およびリブのうちの一方は、前記ハウジング（２４）の底部に作製される溝およびリブの他方と相補的な形状を有する、請求項１から３のうちのいずれか一項に記載のセンサ。
5. 前記磁石（２２）は、その両側端部の各々に溝（２６、２８）またはリブのうちの一方を備え、これらの溝（２６、２８）およびリブのうちの一方は、前記ハウジング（２４）の底部に作製される溝およびリブの他方と相補的な形状を有する、請求項４に記載のセンサ。
6. 前記溝（２６、２８）および／または前記リブの断面は、台形状である、請求項４または５に記載のセンサ。
7. 前記磁石（２２）の前記溝（２６、２８）が、前記磁石（２２）の磁化方向に対して直交する方向に配置される、請求項４から６のうちのいずれか一項に記載のセンサ。
8. 前記ピストン（２０）が、前記磁石（２２）と、前記磁石（２２）を収容する前記ハウジング（２４）と、を備える、請求項１から７のうちのいずれか一項に記載のセンサ。
9. 前記磁石（２２）が、フェライト系または希土類系の材料からなる、請求項１から８のうちのいずれか一項に記載のセンサ。
10. 前記磁石（２２）が、被覆層、特に塗料層で覆われる、請求項１から９のうちのいずれか一項に記載のセンサ。
11. 自動車のアクチュエータであって、具体的にはクラッチマスターシリンダであり、前記アクチュエータの枠体に対して前記アクチュエータの可動部を並進運動させる制御機構と、請求項１から１０のうちのいずれか一項に記載のセンサと、を備え、前記ピストン（２０）が前記アクチュエータの前記可動部と一体であるかまたは同一であり、前記固定部が前記アクチュエータの前記枠体と一体であるかまたは同一である、アクチュエータ。

Images