JP2020190558A

JP2020190558A - 磁界センサ装置

Info

Publication number: JP2020190558A
Application number: JP2020089272A
Authority: JP
Inventors: ランスィングマティアス; Lansing Matthias
Original assignee: Fraba BV
Current assignee: Fraba BV
Priority date: 2019-05-23
Filing date: 2020-05-22
Publication date: 2020-11-26
Also published as: JP3238189U; DE102019113808A1

Abstract

【課題】信頼性が高く、エネルギー効率が良く、比較的安価な磁界センサ装置を創作すること。【解決手段】安価な磁界センサ装置１０を得るために、少なくとも２つのエネルギー蓄積素子１４ａ，ｂは、本発明に従って、スイッチング装置２０を介して必要に応じ電気的にデータ記憶装置１８と接続可能である。【選択図】図１

Description

本発明は、センサ信号を供給するウィーガンド・センサと、電気的に前記ウィーガンド・センサと接続されている少なくとも２つのエネルギー蓄積素子と、電気的に前記ウィーガンド・センサと接続されていると共に前記センサ信号を評価する評価ユニットと、電気的に前記評価ユニットと接続されているデータ記憶装置と、を備える磁界センサ装置に関する。

磁界センサ装置は、例えば、シャフトの回転運動を検出するために、回転角度測定システムにおいて使用される。典型的には、この場合、少なくとも１つの永久磁石がシャフトに取り付けられており、その磁界が、磁界センサ装置によって、特にセンサ装置のウィーガンド・センサによって検出される。ウィーガンド・センサは、ウィーガンド・ワイヤとも称される少なくとも１つの磁気双安定パルスワイヤを備えており、その磁化方向は、外部磁界の作用下で突然に反転され、それにより、規定された電気パルス・エネルギーを有する短い電圧パルスが生成される。電圧パルスの時系列はセンサ信号を形成し、その周波数はシャフトの回転速度に比例する。更に、ウィーガンド・センサ内で生成された電気パルス・エネルギーは、磁界センサ装置のエネルギー供給のために使用することができる。このために、磁界センサ装置は、典型的には、電気的にウィーガンド・センサと接続されていると共に、生成されたパルス・エネルギーをその内部に一時的に蓄積可能な、少なくとも１つのエネルギー蓄積素子を備えている。

特許文献１から、例えば２つのエネルギー蓄積素子を備える磁界センサ装置が知られており、両者は電気的にウィーガンド・センサと接続されていると共に、生成されたパルス・エネルギーによって充電可能である。

この場合、第１のエネルギー蓄積素子は、電気的にデータ記憶装置と接続されていると共に、センサ・データの保存／読み出しのために必要な電気エネルギーを、データ記憶装置に供給する。第２のエネルギー蓄積素子は、電気的に無線インターフェースと接続されていると共に、送信／受信のために必要な電気エネルギーを、無線局に供給する。磁界センサ装置は、更に、評価ユニットを含んでおり、当該評価ユニットは、電気的にウィーガンド・センサと接続されていると共に、ウィーガンド・センサによって供給されたセンサ信号を評価可能である。評価ユニットは、更に、センサ・データ（例えば、多数の検出されたシャフト回転数又は検出された回転角度）をデータ記憶装置に保存するために、及び／又は、センサ・データをデータ記憶装置から読み出すために、電気的にデータ記憶装置と接続されている。

データ記憶装置内への／データ記憶装置からのセンサ・データの確実な保存／読み出しを可能とするために、第１のエネルギー蓄積素子からデータ記憶装置へ供給された供給電圧は、保存／読み出しの過程の全体に亘って、規定された機能のために必要とされる供給電圧閾値を上回っていなければならない。供給される供給電圧は、エネルギー蓄積素子の放電の際に連続的に低下するので、第１のエネルギー蓄積素子は、初期供給電圧がデータ記憶装置の供給電圧閾値よりも著しく大きいように設計されていなければならない。したがって、ウィーガンド・センサ内で生成される比較的低いパルス・エネルギーに起因して、第１のエネルギー蓄積素子は、データ記憶装置に比較的低い供給電流しか供給することができない。低い供給電流は、比較的高価なデータ記憶装置構成の使用を必要とする。

独国特許出願公開第１０２０１１０１１８７１号明細書

したがって、信頼性が高く、エネルギー効率が良く、比較的安価な磁界センサ装置を創作することが課題である。

この課題は、主請求項１の特徴を有する磁界センサ装置によって解決される。

本発明によれば、磁界センサ装置の少なくとも２つのエネルギー蓄積素子は、スイッチング装置を介して必要に応じデータ記憶装置と接続可能である。これは、スイッチング装置を介して、必要に応じ、各エネルギー蓄積素子が個々に電気的にデータ記憶装置と接続可能であり、又は、複数のエネルギー蓄積素子が同時にデータ記憶装置と接続可能であることを意味している。このために、スイッチング装置は、一般に、複数の別個に切り替え可能なスイッチング素子を備えている。実施例に応じて、スイッチング素子は、ブレーカ及び／又は切替スイッチとして形成することができる。

スイッチング装置は、エネルギー蓄積素子が次々にデータ記憶装置と電気的に接続されるように形成されており、それぞれのエネルギー蓄積素子によって供給される供給電圧が予め定められた切り替え閾値を下回ると直ちに、スイッチング装置がそれぞれ次のエネルギー蓄積素子に切り替えられ、切り替え閾値はデータ記憶装置の供給電圧閾値よりも大きい。更に、本発明によるスイッチング装置は、必要に応じて、複数のエネルギー蓄積素子を同時にデータ記憶装置と接続する、特に電気的にデータ記憶装置と直列に接続するように設計されており、その結果、データ記憶装置に供給された供給電圧は、直列に接続されたエネルギー蓄積素子の出力電圧の合計となる。

少なくとも２つのエネルギー蓄積素子が、本発明によるスイッチング装置を介して、必要に応じ、電気的にデータ記憶装置と接続可能であることにより、個々のエネルギー蓄積素子は、それぞれ、より低い初期供給電圧に対して設計され得る。これにより、データ記憶装置の特にエネルギー効率の良い作動が可能となる。したがって、エネルギー蓄積素子内に蓄積された全エネルギーが同じである場合、個々のエネルギー蓄積素子を介したエネルギー供給と比較して、より大きな供給電流をデータ記憶装置に供給することができる。これにより、同一の信頼性の下で比較的安価なデータ記憶装置構成の使用が可能となり、したがって、信頼性が高く、エネルギー効率が良く、比較的安価な磁界センサ装置が得られる。

好ましくは、少なくとも２つのエネルギー蓄積素子は、それぞれ安価なコンデンサ、例えばセラミック・コンデンサよって形成されている。これにより、特に安価な磁界センサ装置が得られる。

本発明の有利な実施形態では、全てのエネルギー蓄積素子が、実質的に同一の蓄電容量を有し、全てのエネルギー蓄積素子は、好ましくは同一の部材によって構成されている。全てのエネルギー蓄積素子が同一の蓄電容量を有していることにより、スイッチング装置は、特に簡単に、したがって安価に、実現可能である。

ウィーガンド・センサは、典型的には、約7Vの電圧及び190nJの電気エネルギーを有する電圧パルスを生成する。データ記憶装置は、好ましくは、強誘電体メモリとして構成されており、データの書き込み／読み出しのために約1.6V〜2Vの最小供給電圧を必要とする。有利には、磁界センサ装置には正確に２つのエネルギー蓄積素子が設けられており、これらの素子は、充電された状態の２つのエネルギー蓄積素子によって、それぞれ約2.5Vの初期供給電圧が供給可能であるように形成されている。２つのエネルギー蓄積素子は、当該エネルギー蓄積素子の充電のために、好ましくは、ウィーガンド・センサと電気的に直列に接続されており、２つのエネルギー蓄積素子は、同時に、ウィーガンド・センサ内で生成された7Vの電圧パルスによって、実質的に完全に充電可能である。充電された状態において、２つのエネルギー蓄積素子は、それぞれ、データ記憶装置の最小供給電圧よりも大きい初期供給電圧を供給する。これにより、エネルギー効率が良く安価な磁界センサ装置が得られる。

本発明の特に有利な実施形態では、２つのエネルギー蓄積素子は、それぞれ、5nF〜20nFの範囲の、好ましくは10nF〜15nFの範囲の静電容量を有し、その結果、２つのエネルギー蓄積素子は、ウィーガンド・センサ内で生成された電圧パルスによって、確実に充電可能であり、それぞれ、データ記憶装置の最小供給電圧よりも大きい初期供給電圧を供給する。これにより、信頼性が高く安価な磁界センサ装置が得られる。

典型的には、データ記憶装置には、規定された機能のために、比較的一定の供給電圧が供給されなければならない。したがって、好ましくは電圧変換器が設けられており、当該電圧変換器は、入力側において電気的にスイッチング装置と、出力側において電気的にデータ記憶装置と、それぞれ接続されていると共に、十分に高い入力電圧において実質的に一定の出力電圧をデータ記憶装置に供給する。これにより、特に信頼性の高い磁界センサ装置が得られる。

本発明による磁界センサ装置の一実施例を、以下において、本発明による磁界センサ装置の概略図を示す添付の図面を参照し説明する。

磁界センサ装置の概略図である。

図１は、ウィーガンド・センサ１２と、２つのエネルギー蓄積素子１４ａ，ｂと、評価ユニット１６と、データ記憶装置１８と、スイッチング装置２０と、を備える磁界センサ装置１０を示している。

ウィーガンド・センサ１２は、整流器素子２２を介して、電気的に２つのエネルギー蓄積素子１４ａ，ｂと接続されており、その結果、エネルギー蓄積素子１４ａ，ｂは、それぞれ、ウィーガンド・センサ内で生成された電圧パルスによって充電可能である。

２つのエネルギー蓄積素子１４ａ，ｂは、本実施例ではそれぞれ単純なコンデンサとして形成されており、両者は10nF〜15nFの範囲の同一の静電容量を有している。したがって、２つのエネルギー蓄積素子１４ａ，ｂは、実質的に同一の蓄電容量を有している。

ウィーガンド・センサ１２は、電気的に評価ユニット１６と接続されている。評価ユニット１６は、ウィーガンド・センサ１２から供給され、ウィーガンド・センサ１２内で生成された電圧パルスの時系列を通じて形成されたセンサ信号が、評価ユニット１６によって評価可能であり、その結果から例えば現下のパルス周波数又はパルスの絶対数を確定するように形成されている。

評価ユニット１６は、電気的にデータ記憶装置１８と接続されており、その結果、評価ユニット１６からのセンサ・データは、データ記憶装置１８内に保存可能であり、又は、データ記憶装置１８から読み出し可能である。

データ記憶装置１８は、本実施例では強誘電体メモリ素子として構成されており、データの書き込み／読み出しのために、約1.6V〜2Vの最小供給電圧を必要とする。データ記憶装置１８は、電気的に電圧変換器２４の出力側と接続されており、電圧変換器２４は、その入力側の電圧が十分に大きい場合、実質的に一定の供給電圧をデータ記憶装置１８に供給する。

スイッチング装置２０は、本実施例では４つのスイッチング素子２０ａ〜ｄを含んでいる。スイッチング素子２０ａ〜ｄは、それぞれブレーカとして形成されており、当該ブレーカは、閉じられた状態では、その入力側とその出力側との間に電気的な接続を生成し、開かれた状態では、その入力側とその出力側とを電気的に互いに分離する。

第１のスイッチング素子２０ａは、入力側において第１のエネルギー蓄積素子１４ａの第１の接続部と接続されており、出力側において電圧変換器２４の入力側と接続されている。

第２のスイッチング素子２０ｂは、入力側において第１のエネルギー蓄積素子１４ａの第２の接続部及び第２のエネルギー蓄積素子１４ｂの第１の接続部と接続されており、出力側において電圧変換器２４の入力側と接続されている。

第３のスイッチング素子２０ｃは、入力側において第１のエネルギー蓄積素子１４ａの第２の接続部及び第２のエネルギー蓄積素子１４ｂの第１の接続部と接続されており、出力側において接地接続部と接続されている。

第４のスイッチング素子２０ｄは、入力側において第２のエネルギー蓄積素子１４ｂの第２の接続部と接続されており、出力側において接地接続部と接続されている。

スイッチング装置２０は、４つのスイッチング位置Ｓ１〜Ｓ４を有している。第１のスイッチング位置Ｓ１では、第１のスイッチング素子２０ａ、第２のスイッチング素子２０ｂ及び第３のスイッチング素子２０ｃはそれぞれ開かれており、第４のスイッチング素子２０ｄは閉じられている。したがって、スイッチング位置Ｓ１では、２つのエネルギー蓄積素子１４ａ，ｂがウィーガンド・センサ１２と電気的に直列に接続されており、その結果、エネルギー蓄積素子は、ウィーガンド・センサ１２内で生成された電気エネルギーによって充電されることができる。

第２のスイッチング位置Ｓ２では、第１のスイッチング素子２０ａ及び第３のスイッチング素子２０ｃはそれぞれ開かれており、第２のスイッチング素子２０ｂ及び第４のスイッチング素子２０ｄはそれぞれ閉じられている。したがって、スイッチング位置Ｓ２では、第２のエネルギー蓄積素子１４ｂから電圧変換器２４を介してデータ記憶装置１８に供給電圧が供給可能であるように、第２のエネルギー蓄積素子１４ｂが電気的に電圧変換器２４と接続されている。

第３のスイッチング位置Ｓ３では、第１のスイッチング素子２０ａ及び第３のスイッチング素子２０ｃはそれぞれ閉じられており、第２のスイッチング素子２０ｂ及び第４のスイッチング素子２０ｄはそれぞれ開かれている。したがって、スイッチング位置Ｓ３では、第１のエネルギー蓄積素子１４ａから電圧変換器２４を介してデータ記憶装置１８に供給電圧が供給可能であるように、第１のエネルギー蓄積素子１４ａが電気的に電圧変換器２４と接続されている。

第４のスイッチング位置Ｓ４では、第１のスイッチング素子２０ａ及び第４のスイッチング素子２０ｄはそれぞれ閉じられており、第２のスイッチング素子２０ｂ及び第３のスイッチング素子２０ｃはそれぞれ開かれている。したがって、スイッチング位置Ｓ４では、２つのエネルギー蓄積素子１４ａ，ｂから同時に電圧変換器２４を介してデータ記憶装置１８に供給電圧が供給可能であるように、第１のエネルギー蓄積素子１４ａ及び第２のエネルギー蓄積素子１４ｂの両方が電気的に電圧変換器２４と接続されている。特に、スイッチング位置Ｓ４では、２つのエネルギー蓄積素子１４ａ，ｂが電圧変換器２４と電気的に直列に接続されており、その結果、電圧変換器の入力側には、２つのエネルギー蓄積素子１４ａ，ｂの出力電圧の合計が印加される。

スイッチング装置２０は、２つのエネルギー蓄積素子１４の充電を可能とするために、ウィーガンド・センサ１２内で電圧パルスが生成された時点で、スイッチング位置Ｓ１にあるように形成されている。

エネルギー蓄積素子１４ａ，ｂが充電されると直ちに、スイッチング装置がスイッチング位置Ｓ２に切り替わり、その結果、電気エネルギーが第２のエネルギー蓄積素子１４ｂからデータ記憶装置１８に供給される。

第２のエネルギー蓄積素子１４ｂによって供給される電圧が予め定められた閾値を下回ると、スイッチング装置２０はスイッチング位置Ｓ３に切り替わり、その結果、電気エネルギーが第１のエネルギー蓄積素子１４ａからデータ記憶装置１８に供給される。

第１のエネルギー蓄積素子１４ａによって供給される電圧が予め定められた閾値を下回ると、スイッチング装置２０はスイッチング位置Ｓ４に切り替わり、その結果、電気エネルギーが２つのエネルギー蓄積素子１４ａ、ｂからデータ記憶装置１８に同時に供給される。

このようにして、スイッチング装置２０は、２つのエネルギー蓄積素子１４ａ，ｂに十分な電気エネルギーが蓄積されている限り、電圧変換器２４に常に十分に大きな入力電圧が印加されることを保障し、その結果、電圧変換器２４は、データ記憶装置１８の最小の供給電圧より大きい実質的に一定の供給電圧を、データ記憶装置１８に供給することができる。

１０磁界センサ装置
１２ウィーガンド・センサ
１４ａ，ｂエネルギー蓄積素子
１６評価ユニット
１８データ記憶装置
２０スイッチング装置
２０ａ−ｄスイッチング素子
２２整流器素子
２４電圧変換器

Claims

磁界センサ装置（１０）であって、
センサ信号を供給するウィーガンド・センサ（１２）と、
電気的に前記ウィーガンド・センサ（１２）と接続されている少なくとも２つのエネルギー蓄積素子（１４ａ，ｂ）と、
電気的に前記ウィーガンド・センサ（１２）と接続されていると共に前記センサ信号を評価する評価ユニット（１６）と、
電気的に前記評価ユニット（１６）と接続されているデータ記憶装置（１８）と、を備え、前記少なくとも２つのエネルギー蓄積素子（１４ａ，ｂ）は、スイッチング装置（２０）を介して必要に応じ電気的に前記データ記憶装置（１８）と接続可能であることを特徴とする磁界センサ装置（１０）。
前記少なくとも２つのエネルギー蓄積素子（１４ａ，ｂ）は、それぞれコンデンサによって形成されている、請求項１に記載の磁界センサ装置（１０）。
全てのエネルギー蓄積素子（１４ａ，ｂ）は、実質的に同一の蓄電容量を有している、請求項１又は２に記載の磁界センサ装置（１０）。
２つのエネルギー蓄積素子（１４ａ，ｂ）が設けられている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の磁界センサ装置（１０）。
前記２つのエネルギー蓄積素子（１４ａ，ｂ）は、それぞれ5nF〜20nFの範囲の静電容量を有している、請求項４に記載の磁界センサ装置（１０）。
電圧変換器（２４）が設けられており、前記電圧変換器（２４）は、入力側において電気的に前記スイッチング装置（２０）と、出力側において電気的に前記データ記憶装置（１８）と、それぞれ接続されていると共に、十分に高い入力電圧において実質的に一定の出力電圧を前記データ記憶装置（１８）に供給する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の磁界センサ装置（１０）。