JP2018503822A - 誘導性変位センサ - Google Patents
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Abstract
Description
図9Aは、図5(2つの2次側が電気周期の4分の1だけ空間的にオフセットされる)および図7(各2次側が交互の巻線方向の2N個のターンを備える)の実施形態の選択肢を組み合わせた上述したタイプの誘導性センサにおける、角度位置θに応じた振幅VおよびV’の信号の期待される理論上の進行を表す図である。図9Aに見られるように、期待される理論上の振幅VおよびV’は、センサの電気周期に等しい周期を有する三角波周期信号であり、値Vmin〜Vmax間で、互いに対して電気周期の4分の1の角度オフセットで線形に変動する。確かに、理論的には、上述した欧州特許出願公開第0182085号明細書(段12、行22〜57)に示されているように、誘導性センサの2次巻線の端子において測定される電圧の範囲の振幅は、ターゲットの導電パターンの表面のうちこの2次巻線に面して位置する部分の面積に比例する。しかし、上述した実施形態の例では、図7のパターン123i+およびパターン123i−の場合、ターゲットの導電表面のうち2次巻線の電気回路パターンまたはターンに面して位置する部分は、角度位置θとともに線形に変動する。したがって、信号VおよびV’は、位置θに応じて部分によって線形に変動するはずである。
− 上部部分205’を1次巻線から、1次巻線とターゲットの導電パターンの表面積とを分離する距離の約0.5〜2倍の距離をあけて配置し、
− 下部部分205を1次巻線から、1次巻線とターゲットの導電パターンの表面積とを分離する距離の約1.3〜3倍の距離をあけて配置するものである。
本発明者らは、実際には、線形性の問題に依存することなく、既存の誘導性変位センサ、特に多極センサが、結合作用によって誘導される様々な障害の影響を受けやすいことをさらに観察した。そのような障害は、たとえば、変換領域において、すなわち変換器の2次側において直接生じ、さらに変換器の2次側と電子手段の機能調整ブロックとの間の電気接続領域において生じる。これらの障害は、特に、センサの外側からの電磁障害(すなわち、1次巻線によって生成されたものではない)の結合、1次巻線と2次巻線の直接誘導結合(すなわち、ターゲットの位置にかかわらず誘導結合の割合が一定のままである)、および/または1次巻線と2次巻線との間の容量結合を特徴とする。これらの障害は、センサ出力信号の望ましくない変動およびセンサ出力信号解釈エラーを引き起こす可能性がある。
巻線213が方向xに平行して延びる距離Dtotのほぼ中央点に位置する巻線の第1の端部E1と、距離Dtotの第1の端部に位置する巻線の第1の中間点Aとの間に延びる、交互方向のN個の2分の1ターンを形成する第1のコイル状導電区間213Aと、
点Aと、距離Dtotのほぼ中央点に位置する巻線の第2の中間点Mとの間に延びる、区間213AのN個の2分の1ターンに対して相補形の交互方向のN個の2分の1ターンを形成する第2のコイル状導電区間213Bと、
点Mと、距離Dtotの第2の端部に位置する巻線の第3の中間点Bとの間に延びる、交互方向のN個の2分の1ターンを形成する第3のコイル状導電区間213Cと、
点Bと、巻線の第1の端部E1近傍において距離Dtotのほぼ中央点に位置する巻線の第2の端部E2との間に延びる、区間213CのN個の2分の1ターンに対して相補形の交互方向のN個の2分の1ターンを形成する第4のコイル状導電区間213Dとからなる。
図示の例では、距離Dtotのほぼ中央点(たとえば、値0°が任意で割り当てられた角度位置からの近傍、すなわち5°の範囲内、好ましくは2°の範囲内)に位置する巻線223の第1の端部E1と、距離Dtotの第1の端部(たとえば、角度180°の近傍)に位置する巻線の中間点Aとの間で、第1の円環状2分の1ストリップに沿って延びる、交互方向のN個の2分の1ターンを形成する第1の湾曲したコイル状導電区間223Aと、
点Aと、距離Dtotのほぼ中央点(たとえば、角度0°の近傍)に位置する巻線の第2の中間点Mとの間で、第1の環状2分の1ストリップに沿って延びる、区間223AのN個の2分の1ターンに対して相補形の交互方向のN個の2分の1ターンを形成する第2の湾曲したコイル状導電区間223Bと、
点Mと、距離Dtotの反対の端部(たとえば、角度−180°の近傍)に位置する巻線の第3の中間点Bとの間で、第1の2分の1ストリップに対して相補形の第2の環状2分の1ストリップに沿って延びる、交互方向のN個の2分の1ターンを形成する第3の湾曲したコイル状導電区間223Cと、
点Bと、距離Dtotのほぼ中央点(この例では、角度0°の近傍)に位置する巻線の第2の端部E2との間で、第2の環状2分の1ストリップに沿って延びる、区間223CのN個の2分の1ターンに対して相補形の交互方向のN個の2分の1ターンを形成する第4の湾曲したコイル状導電区間223Dとを備える。
上述した多極センサの実施形態の例では、センサに対するターゲットの自由度に平行する変換器の2次巻線の所与の寸法Dtot、および磁極対の所与の数Nに対して、センサによって検出されるのに適した位置の範囲の最大程度は、センサが単一の2次巻線を備える場合、約1つの電気半周期(たとえば、Dtot/2N、すなわち角度センサの事例では360°/2N)であり、センサが2つ以上の2次巻線を備える場合、たとえば電気周期の4分の1(たとえば、Dtot/4N、すなわち角度センサの事例では360°/4N)だけ空間的にオフセットされた2つの同一の2次巻線を備える場合、または電気周期の6分の1(たとえば、Dtot/6N、すなわち角度センサの事例では360°/6N)だけ空間的にオフセットされた3つの同一の2次巻線を備える場合、約1つの電気周期(たとえば、Dtot/N、すなわち角度センサの事例では360°/N)まで増大させることができる。いずれの事例でも、上述したタイプの多極角変位センサでは、完全な1回転(360°)にわたって絶対的に、すなわち変位ログ記憶方法ならびに/またはセンサの開始時および/もしくは動作中の位置を参照する方法を使用することなく、変位測定を行うことは可能でない。この説明は、磁極対の数Nが2以上であるかどうかにかかわらず有効であり、数Nが大きいとき、たとえばN≧4、好ましくはN≧6であるとき、より問題となる可能性がある。上述した誘導性線形変位センサには、同じ制限があり、Dtotの完全な範囲にわたって絶対的に測定を行うことは可能でない。
ターゲットの第1の環状ストリップ118および第2の環状ストリップ120に実質上同一の変換器の第1および第2の円環状ストリップ内に励磁をもたらすのに適した1つまたは複数の1次巻線であって、それぞれターゲットの第1の環状ストリップ118および第2の環状ストリップ120に面して位置決めされることが意図される、1つまたは複数の1次巻線と、
電気周期Dtot/N(たとえば、角度センサの例では360°/N)の少なくとも第1および第2の2次巻線であって、それぞれ、変換器の第1の環状ストリップに沿って規則的に分散された変換器の第1の環状ストリップの開口角αNのセクタの形状で、同じ巻線方向のN個のターンを備え、または別法として、変換器の第1の環状ストリップに沿って規則的に分散された変換器の第1の環状ストリップの開口角αNのセクタの形状で、交互の巻線方向の2N個のターンを備える、少なくとも第1および第2の2次巻線と、
電気周期Dtot/(N+1)(たとえば、360°/(N+1))の少なくとも第3および第4の2次巻線であって、それぞれ、変換器の第2の環状ストリップに沿って規則的に分散された変換器の第2の環状ストリップの開口角αN+1のセクタの形状で、同じ巻線方向のN+1個のターンを備え、または別法として、変換器の第2の環状ストリップに沿って規則的に分散された変換器の第2の環状ストリップの開口角αN+1のセクタの形状で、交互の巻線方向の2(N+1)個のターンを備える、少なくとも第3および第4の2次巻線とを備える。
ターゲットの円環状ストリップ130に実質上同一の変換器の円環状ストリップ内にほぼ均一の励磁をもたらすのに適した少なくとも1つの1次巻線であって、ターゲットの環状ストリップ130に面して位置決めされることが意図される、少なくとも1つの1次巻線と、
周期性360°/Nの少なくとも第1および第2の2次巻線であって、電気周期の一部分だけ空間的にオフセットされ、変換器の円環状ストリップに沿って延びる、少なくとも第1および第2の2次巻線と、
周期性360°/(N+1)の少なくとも第3および第4の2次巻線であって、電気周期の一部分だけ空間的にオフセットされ、変換器の同じ環状ストリップに沿って延びる、少なくとも第3および第4の2次巻線とを備える。
ターゲットの第1の環状ストリップ138に実質上同一の変換器の第1の円環状ストリップ(幅広いストリップ)内にほぼ均一の励磁をもたらすのに適した少なくとも1つの1次巻線であって、ターゲットの第1の環状ストリップに面して位置決めされることが意図される、少なくとも1つの1次巻線と、
周期性360°/Nの少なくとも第1および第2の2次巻線であって、電気周期の一部分だけ空間的にオフセットされ、変換器の第1の円環状ストリップ(幅広いストリップ)に沿って延びる、少なくとも第1および第2の2次巻線と、
周期性360°/(N+1)の少なくとも第3および第4の2次巻線であって、電気周期の一部分だけ空間的にオフセットされ、ターゲットの第2の環状ストリップ142に実質上同一の変換器の第2の円環状ストリップ(狭いストリップ)に沿って配置され、ターゲットの環状ストリップ142に面して位置決めされることが意図される、少なくとも第3および第4の2次巻線とを備える。
ターゲットの第1の環状ストリップ148に実質上同一の変換器の第1の円環状ストリップ内にほぼ均一の励磁をもたらすのに適した少なくとも1つの1次巻線211(図27B)であって、ターゲットの環状ストリップ148に面して位置決めされることが意図される、少なくとも1つの1次巻線211と、
電気周期360°/Nの少なくとも第1および第2の2次巻線243(図27Bには1つの2次巻線243のみを示す)であって、それぞれ、同じ巻線方向のN個のターン、または別法として、交互の巻線方向の2N個のターンを備え、第1および2次巻線の各ターンが、変換器の第1の環状ストリップの開口角360°/2Nのセクタの形状を有し、各巻線のNまたは2N個のターンが、変換器の第1の環状ストリップの360°に沿って規則的に分散される、少なくとも第1および第2の2次巻線243と、
周期性360/(N+1)の少なくとも第3および第4の2次巻線253(図27Cには1つの2次巻線253のみを示す)であって、それぞれ、同じ巻線方向のN+1個のターン、または好ましくは、交互の巻線方向の2(N+1)個のターンを備え、第3および第4の2次巻線の各ターンが、変換器の第2の環状ストリップの開口角360°/2(N+1)のセクタの形状を有し、変換器の第2の環状ストリップが、ターゲットの第2の環状ストリップ152に実質上同一であり、ターゲットのストリップ152に面して位置決めされることが意図され、各巻線のN+1または2(N+1)個のターンが、変換器の第2の環状ストリップの360°に沿って規則的に分散される、少なくとも第3および第4の2次巻線253と、
周期性360°/(N+1)の少なくとも第5および第6の2次巻線255(図27Cには1つの2次巻線255のみを示す)であって、それぞれ、同じ巻線方向のN+1個のターン、または好ましくは、交互の巻線方向の2(N+1)個のターンを備え、第5および第6の2次巻線の各ターンが、変換器の第3の環状ストリップの開口角360°/2(N+1)のセクタの形状を有し、変換器の第3の環状ストリップが、ターゲットの第3の環状ストリップ154に実質上同一であり、ターゲットの環状ストリップ154に面して位置決めされることが意図され、各巻線のN+1または2(N+1)個のターンが、変換器の第3の環状ストリップの360°に沿って規則的に分散される、少なくとも第5および第6の2次巻線255とを備える。
2次巻線243による1組のパターン147iの読み取りが、電気周期360°/2Nの処理に適した所望の信号を生成し、
2次巻線253による1組のパターン147iの読み取りが、電気周期360°/2(N+1)の処理に適した所望の信号を生成し、
2次巻線255による1組のパターン147iの読み取りが、電気周期360°/2(N+1)の処理に適した所望の信号を生成し、
2次巻線253および2次巻線255による1組のパターン147iの同時読み取りの組合せが、たとえば両方の2次側の極性が交互であり(図27Cに示す)、直列に電気的に接続されているとき、電気周期360°/2(N+1)および2次巻線253によって読み取られる所望の信号または2次巻線255によって読み取られる所望の信号の2倍にほぼ等しい振幅の所望の処理に適した信号を生成し、
2次巻線243による1組のパターン147iの読み取りが、この2次巻線によって検出される所望の信号に対して比較的弱い寄生信号(特に、周期性360°/(N+1)および360°)を生成し、
2次巻線253および2次巻線255による1組のパターン147iの同時読み取りの組合せが、たとえば2つの2次側の極性が交互であり(図27Cに示す)、直列に電気的に接続されているとき、この2次巻線によって検出される所望の信号に対して比較的弱い寄生信号(特に、周期性360°/Nおよび360°)を生成することを、特に観察した。
概して、誘導性変位センサのターゲットは、厚さ全体にわたって切断された金属板から構成され、したがって、たとえば上述した欧州特許出願公開第0182085号明細書の図50の例に示されているように、板のうちターゲットの導電パターンに対応する部分のみを変換器の巻線に面して保持する。別法として、ターゲットは、誘電体基板、たとえばプラスチック板からなることができ、変換器の方へ向けられた1つの面が、ターゲットの導電パターンを形成する金属層によって部分的に被覆される。
角度測定の場合、自動車のステアリングコラム、エンジンシャフト、もしくは減速ギアボックス(たとえば、シャフトの端部区間の1つのディスク状の面)、玉軸受の回転リング(内側もしくは外側)、ギアなど、または
線形測定の場合、ピストンロッド、緩衝体などにおいて、直接機械加工することができる。
101 1次導電巻線
101a 導電ターン
101b 導電ターン
103 2次導電巻線
107 導電パターン
110 変換器
111 ターゲット
112 変換器
113 2次巻線
113’ 第2の2次巻線
113i ターン、ループ
113i’ ターン、ループ
114 ターゲット
117i 導電パターン
118 第1の円環状ストリップ
119j 導電パターン
120 第2の円環状ストリップ
123 2次巻線
123i+ ターン、パターン
123i− ターン、パターン
127i 導電パターン
129j 基本パターン
130 円環状ストリップ
131k 第2の基本パターン
137i 導電パターン
138 第1の円環状ストリップ
139j 基本導電パターン
141k 第2の基本パターン
142 第2の円環状ストリップ
147i 導電パターン
148 第1の円環状ストリップ
149j 基本導電パターン
151k 第2の基本パターン
152 第2の環状ストリップ
153k 基本導電パターン
154 環状ストリップ
201 変換器
203 ターゲット
205 電磁界閉じ込め部分、下部部分、導電部分
205’ 電磁界閉じ込め部分、上部部分、導電部分
211 1次巻線
213 2次巻線
213A 第1のコイル状導電区間
213B 第2のコイル状導電区間
213C 第3のコイル状導電区間
213D 第4のコイル状導電区間
213i+ ループ、ターン
213i− ループ、ターン
223 2次巻線
223’ 2次巻線
223A 第1の湾曲したコイル状導電区間
223B 第2の湾曲したコイル状導電区間
223C 第3の湾曲したコイル状導電区間
223D 第4の湾曲したコイル状導電区間
243 第1および第2の2次巻線
253 第3および第4の2次巻線
255 第5および第6の2次巻線
301 一体型のターゲット
307i 導電スタッド
309 底壁
401 一体型の平面の誘導性角変位センサターゲット
407 導電スタッド
500 転がり軸受、玉軸受
A 第1の中間点
B 電磁界、第3の中間点
d ターゲット−変換器距離
dcpr ターゲット−1次巻線距離
dopt 最適のターゲット−変換器距離
dpipr’ 部分−1次巻線距離
Dtot 2次巻線の寸法、距離
E1 電気始端、入力端、第1の端部、端子
E1’ 端子
E2 電気終端、第2の端部、端子
E2’ 端子
EL 線形近似VLと振幅Vの差、線形性誤差
IP 電流
l 部分−変換器距離
l’ 部分−変換器距離
M 端子、中央点、第2の中間点、中間接続点
M’ 端子
M1 金属化レベル
M2 金属化レベル
PE1 接続端子
PE2 接続端子
PM 第3のアクセス端子
Rext 外半径
Rint 内半径
V 起電力、振幅、信号
V’ 振幅、信号
VL 線形近似
VM1 有効誘導現象
VM2 有効誘導現象
Vmax 高値
Vmin 低値
VP 寄生誘導現象
VP’ 寄生誘導現象
VP” 寄生誘導現象
VPE1 測定
VPE1PE2 差動測定
VPE2 測定
VREF 既知の値
x 直線方向
Z 軸
α 開口角
αL 低減された角度範囲、線形性範囲
θ 角度位置
θN 推定、位置推定信号
θN+1 推定、位置推定信号
Δα 角偏差
Claims (17)
- 1方向に寸法Dtotを有する領域に沿って分散された複数の導電パターン(127i、137i、147i)を備える誘導性変位センサのためのターゲットであって、前記パターン(127i、137i、147i)が、少なくとも、Dtot/Nにほぼ等しい周期を有し、前記方向にDtot/2Nにほぼ等しい寸法のN個の第1の基本導電パターン(129j、139j、149j)を含み、前記領域に沿って規則的に分散された、第1の組の基本周期パターンと、Dtot/(N+r)にほぼ等しい周期を有し、前記方向にDtot/2(N+r)にほぼ等しい寸法のN+r個の第2の基本パターン(131k、141k、151k)を含み、前記領域に沿って規則的に分散された、第2の組の基本周期パターンとのオーバーレイによって画定され、ここで、Nが2以上の整数であり、rがゼロとは異なるN−1以下の正の整数であり、第1および第2の基本導電パターンが、少なくとも部分的に重複する、ターゲット。
- 前記第1の基本導電パターン(129j、139j、149j)および第2の基本導電パターン(131k、141k、151k)が、それぞれ、前記方向に平行する第1および第2の重なったストリップ(130、138、142、148、152、154)の部分の形状を有する、請求項1に記載のターゲット。
- 前記第1および第2のストリップ(130)が、ほぼ同一の幅である、請求項2に記載のターゲット。
- 前記第1および第2のストリップ(138、142、148、152、154)が別個の幅であり、前記第1のストリップが、前記第2のストリップより少なくとも2倍幅広い、請求項2に記載のターゲット。
- Nが偶数である、請求項1から4のいずれか一項に記載のターゲット。
- 前記パターン(147i)が、前記第1および第2の組の周期基本パターンと、Dtot/(N+r)にほぼ等しい周期を有し、前記方向にDtot/2(N+r)にほぼ等しい寸法のN+r個の第3の基本パターン(153k)を備え、前記第2の組の周期パターンの前記基本パターン(151k)に対してほぼDtot/2(N+r)のオフセットで前記領域に沿って規則的に分散された、第3の組の周期基本パターンとのオーバーレイによって画定され、第1の基本導電パターン(149j)および第3の基本導電パターン(153k)が、少なくとも部分的に重複する、請求項1から5のいずれか一項に記載のターゲット。
- 前記第1の基本パターン(149j)、第2の基本パターン(151k)、および第3の基本パターン(153k)が、それぞれ、前記方向に平行する第1、第2、および第3のストリップの部分の形状を有し、一方で前記第1および第2のストリップ、ならびに他方で前記第1および第3のストリップが、重なっており、前記第2および第3のストリップが、前記第1のストリップの幅より小さいほぼ同じ幅である、請求項6に記載のターゲット。
- 前記方向が円形方向である、請求項1から7のいずれか一項に記載のターゲット。
- 前記寸法Dtotが、360°に等しい角度寸法である、請求項8に記載のターゲット。
- rが1に等しい、請求項1から9のいずれか一項に記載のターゲット。
- 誘導性変位センサのための変換器であって、
1次巻線(211)と、
1方向に寸法Dtotを有する領域に沿って規則的に分散された、同じ巻線方向のN個の第1のターンまたは交互の巻線方向の2N個の第1のターンをそれぞれ備え、各第1のターンが、前記方向にDtot/2Nにほぼ等しい寸法を有する、第1の組の少なくとも2つの2次巻線(243)と、
前記領域に沿って規則的に分散された、同じ巻線方向のN+r個の第2のターンまたは交互の巻線方向の2(N+r)個の第2のターンをそれぞれ備え、各第2のターンが、前記方向にDtot/2(N+r)にほぼ等しい寸法を有する、第2の組の少なくとも2つの2次巻線(253)とを備え、ここで、Nが2以上の整数であり、rがゼロとは異なるN−1以下の正の整数であり、
第1および第2のターンが、少なくとも部分的に重複する、変換器。 - 前記第1および第2のターンが、それぞれ、前記方向に平行する重なった第1および第2のストリップの部分の形状を有する、請求項11に記載の変換器。
- 第2の組に対してほぼDtot/2(N+r)のオフセットで前記領域に沿って規則的に分散された、同じ巻線方向のN+r個の第3のターンまたは交互の巻線方向の2(N+r)個のターンをそれぞれ備え、各第3のターンが、前記方向にDtot/2(N+r)にほぼ等しい寸法を有する、第3の組の少なくとも2つの2次巻線(255)をさらに備え、第1および第2のターンが、少なくとも部分的に重複する、請求項11または12に記載の変換器。
- 前記第1、第2、および第3のターンが、それぞれ、前記方向に平行する第1、第2、および第3のストリップの部分の形状を有し、前記第1および第2のストリップが重なっており、前記第1および第3のストリップが重なっている、請求項13に記載の変換器。
- 前記第2の2次巻線(253)および第3の2次巻線(255)が、直列に接続される、請求項13または14に記載の変換器。
- 前記第2の2次巻線(253)および第3の2次巻線(255)の直列接続点が、電気接続端子に接続される、請求項15に記載の変換器。
- 請求項11から16のいずれか一項に記載の変換器と、請求項1から10のいずれか一項に記載のターゲットとを備える誘導性変位センサ。
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