JP2021522514A - 整形外科補助手段 - Google Patents

Abstract

（ａ）基準部材（２６）と、（ｂ）基準部材に運動可能に取り付けられている運動部材（２４）と、（ｃ）少なくとも１つの永久磁石（４０）及び少なくとも３つのホールセンサ（４２）を有する、基準部材に相対する運動部材のポジションを決定するためのポジションセンサ（３８）と、を備える整形外科補助手段（１０）であって、（ｄ）ホールセンサが基準部材に配置されているとともに、基準部材に相対して運動部材が運動する場合に軌道（Ｔ）に沿って運動するように配置されており、（ｅ）少なくとも１つの永久磁石が運動部材に取り付けられており、（ｆ）ホールセンサと永久磁石とは、基準部材に相対する運動部材の運動と、その結果としてのホールセンサの軌道に沿った運動とが、少なくとも１つのホールセンサにホール電圧（Ｕ_Ｈａｌｌ）の直線的変化をもたらすように配置されている、整形外科補助手段。
【選択図】図１

Description

本発明は、整形外科補助手段に関する。これに加えて、本発明は、請求項２の前提部に記載の整形外科補助手段に関する。第２態様では、本発明は、上記整形外科手段の位置を決定する方法に関する。

整形外科補助手段は、例えば装具又は補綴物、特に外部補綴物である。この整形外科補助手段は、基準部材に相対する運動部材のポジションに依存して整形外科補助手段の特性に影響を及ぼすアクチュエータを有することが多い。それゆえ、整形外科補助手段の位置、すなわち基準部材に相対する運動部材のポジションを可能な限り高い精度で知ることが必要である。

加えて、整形外科補助手段は、重量の理由から通常大きいエネルギー貯蔵器を具備せず、それにより整形外科補助手段の位置の決定を可能な限り少ないエネルギー消費量で行わなければならない。

ＵＳ２０１４／００２５１８２Ａ１から、モータを有する補綴物が知られている。モータのポジションは、傍らを磁気部材が通過する場合に信号を受信するホールセンサによって決定される。磁気部材は、モータのロータに位置付けられている。この整形外科補助手段の欠点は、基準部材に相対する運動部材の速度及び加速度を比較的不正確にしか決定できないということである。

ＵＳ２０１３／０２４５７８５Ａ１から、真空ポンプを有する補綴物が知られている。真空ポンプはホールセンサを有するスイッチで操作され得る。磁気部材がホールセンサの傍らを誘導された場合にスイッチが切り替わる。このシステムは、スイッチが切り替わるか否かをバイナリ表現することしかできない。

ＵＳ２０１６／０３０２９４６Ａ１から、ロードセンサを有する補綴物が知られている。このロードセンサは、ホールセンサと、補綴物に負荷がかかる場合にホールセンサに相対して動く磁石とを備えている。このシステムによって、補綴物の２つの構成要素の相対するポジションを比較的良好に決定することが可能ではあるが、例えば速度又は加速度などの動的量を十分に高い精度で決定することはできない。

ＵＳ２０１８／０１１６８２６Ａ１から、ステータに相対するモータのロータのポジションを決定することができる同様にホールセンサを用いる補綴物が知られている。このシステムでも、ポジションデータを十分に正確に検知できるかもしれないが、十分に正確な速度データ及び／又は加速度データを検知することはできない。

ＥＰ２６９６８１４Ｂ１から、複数の駆動装置を有する補綴物装置が知られている。例えば加速度計又はジャイロスコープなどのバイナリ（ｂｉｎａｅｒｅ）センサ及び非バイナリ（ｎｉｃｈｔ−ｂｉｎａｅｒｅ）センサが使用され得ることが教示される。これらのセンサは、運動部材と基準部材との相対ポジション及び相対速度を検知するのにあまり適していない。

本発明は、その位置を正確に決定可能な整形外科補助手段を提案するという課題にもとづいている。

本発明は、上記問題を（ａ）基準部材と、（ｂ）基準部材に運動可能に取り付けられている運動部材と、（ｃ）少なくとも１つの永久磁石及び少なくとも３つのホールセンサを有する、基準部材に相対する運動部材のポジションを決定するためのポジションセンサと、を備える整形外科補助手段であって、（ｄ）ホールセンサが基準部材に配置されているとともに、基準部材に相対して運動部材が運動する場合に軌道に沿って運動するように配置されており、（ｅ）少なくとも１つの永久磁石が運動部材に取り付けられており、（ｆ）ホールセンサは、基準部材に相対する運動部材の運動と、その結果としてのホールセンサの軌道に沿った運動とが、少なくとも１つのホールセンサにホール電圧の直線的変化をもたらすように配置されている整形外科補助手段により解決する。

本発明の上記問題を、（ｉ）第１ホールセンサの第１ホール電圧及び第１ホールセンサに隣接する第２ホールセンサの第２ホール電圧を検出する工程と、（ｉｉ）第１ホール電圧と第２ホール電圧とのホール電圧差及び第２ホール電圧から基準部材に相対する運動部材のポジションを決定する工程と、を包含する、上記の特性を有する整形外科補助手段の位置を決定する方法により解決する。特に、運動部材のポジションは、ホール電圧差と２つの隣り合うホールセンサの距離とこれらのホール電圧のうちの１つとから算出される。決定することは、特に算出することである。

これに加えて、本発明は、第２態様では、（ａ）基準部材と、（ｂ）基準部材に運動可能に取り付けられている運動部材と、（ｃ）基準部材に相対する運動部材のポジションを決定するためのポジションセンサと、を備える整形外科補助手段であって、ポジションセンサは少なくとも１つの永久磁石と少なくとも３つのホールセンサとを有しており、（ｄ）ホールセンサが基準部材に配置されており、運動部材が基準部材に相対して軌道に沿って運動するように配置されており、（ｅ）少なくとも１つの永久磁石が磁極片（Ｍａｇｎｅｔｓｃｈｅｎｋｅｌ）方向に延在する第１磁極片と、第１磁極片から離間するとともに、磁極片方向に沿って延在する第２磁極片と、（ｆ）第１磁極片が第１極性を有する第１自由端を有し、（ｇ）第２磁極片は、第１極性とは逆の第２極性を有する第２自由端を有し、（ｈ）自由端が軌道に沿って配置されている、及び／又は運動可能に配置されている、整形外科補助手段により解決する。

この整形外科補助手段の利点は、位置、すなわち基準部材に相対する運動部材のポジションを高精度及び比較的少ないエネルギー消費量で検知できるということである。これに加えて、高い測定精度にもとづいて、基準部材に相対する運動部材が動く速度を自動的に導き出すことによって決定することが可能である。導き出す場合に、測定不確実性が格段に高くなり、それゆえ整形外科補助手段の位置を可能な限り正確に決定することが必要である。このことは本発明によるシステムを用いて可能である。

これに加えて、位置の決定がロバストに可能であることが有利である。ホールセンサは可動部品を有さず、それにより機械的摩耗がわずかである。これに加えて、ホールセンサは、高精度で大量に製造される標準部品である。したがって、整形外科補助手段を比較的安価に製造することができる。

本明細書の範囲内で、整形外科補助手段は、特に、病気の又は存在しない関節の機能、又は間接を取り囲む筋肉組織の機能を代替又は補助するために、人体又は動物体と接続されるように形成されている装置と解される。

整形外科補助手段とは、特に装具又は補綴物、特に外部補綴物（Ｅｘｏ−Ｐｒｏｔｈｅｓｅ）と解される。例えば、整形外科補助手段は膝用外部補綴物である。

基準部材とは、特に補助手段の部品であって、この部品に対して運動部材が相対運動を行う、部品と解される。これは基準部材に対する運動部材の相対運動であるということに留意されたい。この理由から、運動部材が基準部材とも解釈され得るし、基準部材が運動部材とも解釈され得る。呼称は、本発明の説明を容易にするものにすぎない。基準部材と運動部材との間の相対運動のみが問題であるので、ホールセンサが取り付けられている部材は基準部材とみなされる。基準部材という用語の代わりに第１部材という用語が使用されることもあり、また運動部材という用語の代わりに第２部材という用語が使用されることもある。

運動部材が基準部材に運動可能に取り付けられているという特徴は、特に、両者が互いに接して所定の案内状態で取り付けられていると解される。

ポジションセンサとは、特に、基準部材に相対する運動部材のポジションを自動的に確認できるようにするあらゆる装置と解される。殊に、ポジションセンサは、基準部材に相対する運動部材のポジションをコード化する電気信号を出力する。その際、この電気信号がポジションを絶対単位、特にＳＩ単位で示すことが可能であるが必要ではない。特に、ポジションが、整形外科補助手段に特有の座標系及び／又は単位系で示されることも可能である。

ホールセンサは、運動部材を基準部材に相対して動かすべく軌道に沿って動くように運動部材に配置されているという特徴は、特に、運動部材の運動が静止するように考えられた基準部材に対する運動部材の運動が、ホールセンサを曲線、すなわち軌道に沿って動かすように行われると解される。特に、すべてのホールセンサが同じ軌道に沿って動く。軌道は、例えば円又は直線であってもよいが必要ではない。特に、軌道は、例えば楕円であってもよいが、他の形であってもよい。

ホールセンサが、少なくとも１つのホールセンサについて軌道に沿ったホールセンサの運動がホールセンサのホール電圧の直線的変化をもたらすように配置されているという特徴は、特に、この要求が当てはまるホールセンサが常に存在することと解される。特に、この要求は、通常、すべてのホールセンサに同時に当てはまるのではなく、基準部材に対する運動部材の位置とは無関係に、それぞれ２つのホールセンサにだけ当てはまる。ホール電圧の直線的変化とは、技術的意味での直線的変化と解される。換言すると、ホール電圧は、ホールセンサのポジションの変化に、この偏差が十分に小さい限り数学的意味で直線的に依存することが可能である。

当然のことながら、通常、各曲線は第１近似において直線とみなされてもよいが、これはこの特徴が意味するところではない。むしろ、ホールセンサは、ポジション変化に依存したホール電圧の変化の直線性を想定することにより予め定められた値より小さい、好ましくは２％より小さい値より小さい測定誤差となるように配置されている。

ホールセンサが温度補償されている場合に特に好都合である。

第１磁極片が磁極片方向に延在するという特徴は、特に、第１磁極片がその自由端に隣接してこの方向に延在することと解される。磁極片が角柱状、特に直方体形である場合、磁極片方向は角柱の突き出し方向に相当する。

運動部材に取り付けられた自由端が軌道に沿って配置されているか、又は動く、という特徴は、特に、両端が軌道から等しい距離を有することと解される。距離とは、普通一般的であるように、２つの物体を互いに結ぶ最短の線分の長さと解される。等しい距離とは、技術的意味での等しい距離と解される。したがって、距離が数学的意味で等しいということは可能であるが必要でなく、例えば最大１０％の相対偏差も可能である。

好ましい一実施形態では、永久磁石は、（ａ）軟磁性材料からなる軟磁性部材である磁束形成部品と、（ｂ）第１磁極片をなし、かつ第１自由端の向かい側に位置する第１コンタクト端で軟磁性部材に当接する第１部分永久磁石と、（ｃ）第２磁極片をなし、かつ第２自由端の向かい側に位置する第２コンタクト端で軟磁性部材に当接する第２部分永久磁石と、（ｄ）第１部分永久磁石と第２部分永久磁石との間に配置されており、第１磁極片及び第２磁極片に対して横向きに延びる第３部分永久磁石と、を有し、かつ第１部分永久磁石の第１永久磁石配向に対して横向きに延びるとともに、第２部分永久磁石の第２永久磁石配向に対して横向きに延びる磁気第３永久磁石配向を有する。

このように構成された永久磁石はホールセンサの場所に特に均一な磁界を生成することが分かった。

殊に、磁束形成部品は、第１部分永久磁石と第３部分永久磁石との間の磁束線流れ（Ｍａｇｎｅｔｆｌｕｓｓｌｉｎｉｅｎｖｅｒｌａｕｆ）において、及び／又は第２部分永久磁石と第３永久磁石との間の磁束線流れにおいて配置されている非強磁性部品を有する。非強磁性部品が第１部分永久磁石と第３部分永久磁石との間の磁束線流れにおいて配置されているという特徴は、特に、磁束線が第１部分永久磁石から非強磁性部品を通って第３部分永久磁石へ延びることと解される。非強磁性部品は、特に強磁性でない反磁性材料又は常磁性材料から、例えば金属、特に銅又はプラスチックからなる。非強磁性部品の厚さは、ホールセンサが運動の可能な限り広い領域にわたって軌道に沿って少なくとも１つのホールセンサについてホール電圧の略直線的変化を示すように選択されている。理想的厚さは予備実験で突きとめられる。

殊に、永久磁石は、軌道に沿って永久磁石長を有し、永久磁石長は、２つの隣り合うホールセンサ間のホールセンサ距離の少なくとも２倍、特に少なくとも３倍の大きさである。このようにすることで、ホールセンサの場所で磁界が十分に均一となり、それにより高い測定精度が達成可能である。

２つのホールセンサの距離とは、特に、隣接するホールセンサがその前のホールセンサと同じ箇所に配置されるまでホールセンサが動かされなければならない道のりと解される。

殊に、永久磁石からの軌道の距離は永久磁石長の最大で１／２である。このことは、ホールセンサにおいて十分に均一な磁界をもたらす。これに加えて、距離が永久磁石長の少なくとも１／１０であるならば好都合である。

殊に、整形外科補助手段は、（ｉ）第１ホールセンサの第１ホール電圧及び第１ホールセンサに隣接する第２ホールセンサの第２ホール電圧を検出する工程と、（ｉｉ）第１ホール電圧と第２ホール電圧とのホール電圧差から基準部材に相対する運動部材のポジションを決定する工程と、を包含する方法を自動的に実行するように形成されている電気的評価ユニットを具備する。

ホールセンサに存在するホール電圧からでもすでに永久磁石に相対するホールセンサのポジション、及びそれに伴い基準部材に相対する運動部材のポジションを決定することができるかもしれない。しかし、ホール電圧差をさらに考察することが、基準部材に相対する運動部材のポジションの決定をより高い精度で可能にすることが分かった。

殊に、電気的評価ユニットは、（ｉ）少なくとも３つのホールセンサのホール電圧を検出する工程と、（ｉｉ）ホール電圧が数値的に最小値をとるホールセンサを検出する工程と、（ｉｉｉ）各ホールセンサの各ポジション、及び各ホール電圧のホール電圧差、及びホール電圧から基準部材に相対する運動部材のポジションを決定する工程と、を包含する方法を自動的に実行するように形成されている。

正しく位置決めされたホールセンサでは、存在する磁界がセンサ平面に対する法線成分を有していないならば、ホール電圧が消える。このことは、殊に、ホールセンサが正確に２つの磁極片間に位置する場合に当てはまる。このポジションからの変位は、ホールセンサの良好な近似における直線的変化をもたらす。良好な近似とは、直線的挙動に対して最大で２％の偏差であると解される。

隣接するホールセンサとのホール電圧差を算出するために、殊に、数値的に最小であるホール電圧が使用される。この電圧は、２つの磁極片間の上記のポジションとの距離が別の隣接するホールセンサより小さいホールセンサのものである。このようにすることで、２つの磁極片間のポジションの距離が最小である２つのホールセンサが常に整形外科補助手段の位置を決定するために使用される。ポジションを測定する場合に特に高い精度が達成される。

基準部材がシリンダであり、運動部材がシリンダ内を移動するピストンであり、ポジションセンサは、シリンダ内のピストンのポジションを測定するためのピストンポジションセンサであり、永久磁石がピストンに配置されており、かつホールセンサがシリンダに配置されている。このようにすることで、シリンダ内のピストンのポジションを高精度で測定することができる。

これに代えて又はこれに加えて、基準部材が第１脚（Ｓｃｈｅｎｋｅｌ）であり、運動部材が第２脚であり、第１脚と第２脚とが継手、特に回転継手によって互いに接続されており、ポジションセンサが、第２脚に相対する第１脚の角度位置を測定するための脚角度センサである。

好ましい一実施形態では、評価ユニットは、運動部材のポジションの算出に測定結果が関与しないホールセンサをスイッチオフするように形成されている。このようにすることで、エネルギー消費量が少なく抑えられる。

これに加えて、本発明によれば、基準部材と、
（ｂ）運動部材と、（ｃ）−少なくとも１つの永久磁石及び−少なくとも３つのホールセンサを有する、基準部材に相対する運動部材のポジションを決定するためのポジションセンサと、を備え、（ｄ）ホールセンサが基準部材に配置されているとともに、基準部材に相対して運動部材が運動する場合に軌道に沿って運動するように配置されており、（ｉ）第１ホールセンサの第１ホール電圧及び第１ホールセンサに隣接する第２ホールセンサの第２ホール電圧を検出する工程と、
（ｉｉ）第１ホール電圧と第２ホール電圧とのホール電圧差及び第２ホール電圧から基準部材に相対する運動部材のポジションを決定する工程とを包含する。

殊に、方法は、（ｉ）少なくとも３つのホールセンサのホール電圧を検出する工程と、（ｉｉ）ホール電圧が数値的に最小値をとる特に２つのホールセンサを検出する工程と、（ｉｉｉ）これらのホールセンサのポジション、及びホール電圧とホール電圧とのホール電圧差から永久磁石のポジションを決定する工程と、を包含する。２つのホール電圧が同じである場合、２つのホールセンサのうちの、例えば、最小特性数の１つが選択され、この場合、すべてのホールセンサが特性値（Ｋｅｎｎｚａｈｌ）を有し、特性値は大きさで選別されている。

殊に、方法は、（ｉ）各ホールセンサについて、ホールセンサの実際位置と目標位置との間に角度が存在することによって生ぜしめられるホール電圧のオフセット電圧を検出する工程と、（ｉｉ）オフセット電圧分だけホール電圧を補正する工程と、を包含する。

目標位置は、特に、ホールセンサが正確に２つの磁極片間に位置する場合にホールセンサにホール電圧が存在しない位置である。ホールセンサがこの目標位置に対して傾いて組み付けられている場合、このポジションにおいても磁界の法線成分は生じない。この法線成分は、軌道に沿った運動時に生じるであろう法線成分と等しい。したがって、このオフセット電圧を測定されたホール電圧から導き出すことが有利である。この補正を実行するために、電気的評価ユニットは、殊に各ホールセンサについてオフセットが記憶されるデジタル記憶装置を有し、評価ユニットは、測定されたホール電圧からオフセット電圧を自動的に導き出すように形成されている。

オフセット電圧は、例えば、ホールセンサに磁界が存在しない場合に電圧が測定されることによって測定される。測定されたホール電圧Ｕ_{Ｈａｌｌ，Ｎ}を後から用いる場合、評価時にオフセット電圧の値分だけ補正される。Ｕ’_{Ｈａｌｌ，Ｎ}は、ホール電圧の補正値に相当する。

好ましい一実施形態では、方法は、（ｉ）各ホールセンサについて、磁界に対するホール電圧の依存性を表す感度を検出する工程と、（ｉｉ）感度の影響分だけポジションを補正する工程と、を包含する。感度は、ホールセンサに既知の磁界を印加すること、及び対応するホール電圧を測定することにより測定される。このようにして検知された感度は、すべてのホールセンサについて評価ユニットにデジタルで記憶される。

例えば、ホールセンサは検査機で較正される。その場合、デジタルインクリメンタルエンコーダがモータにフランジ付けされる。モータは、ホールセンサにわたって基準磁石を円形に動かす。インクリメンタルエンコーダは、それぞれ、正確な瞬時角度を提供し、センサはホール電圧を提供する。

その場合、すべてのホールセンサ４２．ｉについての曲線がプロットされる。感度は、ホール電圧を磁界に対して上昇させる（ａｕｆｔｒａｅｇｔ）曲線の勾配である。

以下、添付の図面をもとにして本発明を詳しく説明する。

膝用外部補綴物の形態の本発明による整形外科補助手段の側面図を示す。 基準部材と運動部材とポジションセンサとが見て取れる図１による整形外科補助手段の部分図を示す。 運動部材を部分的に取り除いた図２ａによる整形外科補助手段の図を示す。 図１及び図２による整形外科補助手段の永久磁石の模式的側面図を示す。 図３ａによる永久磁石の斜視図を示す。 図３ａ及び図３ｂによる永久磁石の磁力線流れ（Ｍａｇｎｅｔｌｉｎｉｅｎｖｅｒｌａｕｆ）を示す。 ホールセンサとの関係にある永久磁石の磁力線流れ（Ｍａｇｎｅｔｌｉｎｉｅｎｖｅｒｌａｕｆ）の図を示す。 永久磁石に相対するホールセンサのポジションに対するホール電圧の依存性の図を示す。 永久磁石に相対するホールセンサのポジションの決定を説明するための３つのホールセンサのホール電圧プロファイルの図を示す。 ポジション算出を説明するための基準部材に相対する運動部材のポジションに依存した複数のホールセンサのホール電圧のプロファイルの図を示す。 ピストンにおけるシリンダのポジションを決定するためのポジションセンサが形成されている本発明による整形外科補助手段のシリンダの図を示す。

図１は、人の上腿部断端１４を収容するためのシャフト１２と、人工下腿部１６とを有する膝用外部補綴物の形態の本発明による整形外科補助手段１０を示す。下腿部１６は、義足１８と接続されている。整形外科補助手段は膝用外部補綴物が自然な印象を与える粉飾部（Ｋｏｓｍｅｔｉｋ）２０を有することが可能であり、かつ好ましい。

補助手段１０は、下腿部１６を旋回角ａの分だけシャフト１２に相対して旋回させることができる回転継手２２を有している。この事例では、シャフト１２が基準部材２６であり、この基準部材に相対して下腿部の形態の運動部材２４を動かすことができる。

この事例では、補助手段１０は、シリンダ３２内を移動するピストン３０を有するダンパ２８を具備する。基準部材２６に相対する運動部材２４の位置に応じて、シリンダ３２内のピストン３０の位置が変化する。

図１による整形外科補助手段１０では、運動部材２４と基準部材２６との間の相対運動のみが重要であることが明らかになる。これに加えて、補助手段１０の使用時に基準部材２６も動く。

補助手段１０は、模式的に記入されたアクチュエータ３６と接続されることが可能であるが、必要ではない模式的に記入された評価ユニット３４を備える。アクチュエータ３６によって、ダンパ２８の減衰特性を変化させ得る。特に、ダンパが殊に停止されてもよく、それによりシリンダ３２内でピストン３０が動き得ない。これに代えて、又はこれに加えて、ピストン３０を予め定められた速度でシリンダ３２に相対して動かすために、ピストンに存在していなければならない力をアクチュエータによって変化させてもよい。

図２ａは、補助手段１０の切り取られた部分図を示す。補助手段１０がポジションセンサ３８を有することが認識できる。ポジションセンサ３８は、ホールセンサ４２．ｉ（ｉ＝１、２、１８）と、基準部材２６に取り付けられている評価装置３４（図２ａに見て取れない）とを備えている。ポジションセンサ３８の永久磁石４０は、運動部材２４に取り付けられている。

図２ｂは、ポジションセンサを詳細に示す。ポジションセンサ３８は、永久磁石４０とホールセンサ４２．ｉ（ｉ＝１、２、．．．１８）と評価装置３４とを備える。ホールセンサ４２．ｉは、基準部材２６に、すなわちこの事例ではシャフト１２に相対して固定に（ｓｔａｒｒ）取り付けられている。これに対して永久磁石４０は、運動部材２４に、すなわちこの事例では下腿部１６に相対して固定に取り付けられている。

運動部材２４が基準部材２６に相対して動いた場合、ホールセンサ４２．ｉは、基準部材２４に相対して軌道Ｔ上を動く。この事例では軌道Ｔは円弧である。この事例では、軌道Ｔは、運動部材２４と基準部材２６との間の旋回角ａ（図１を参照）に依存する。

図３ａは、永久磁石４０の側面図を示す。永久磁石４０は、磁極片方向Ｒに延在する第１磁極片４４を有する。これに加えて、永久磁石４０は、同様に磁極片方向Ｒに沿って延在する第２磁極片４６を有する。第１磁極片４４は、この事例ではＳ極である第１極性Ｐ１を有する第１自由端Ｅ１を具備する。第２磁極片４６は、第１極性Ｐ１とは逆の、すなわちこの事例ではＮ極である第２極性Ｐ２を具備する。

これに加えて、永久磁石４０は、軟磁性部材５０と非強磁性部品５２とを有する磁束形成部品４８を具備する。この実施形態では軟磁性部材５０は軟鉄からなり、この事例では非強磁性部材５２は銅からなる。非強磁性部品５２は、例えばプラスチック製であってもよく、特にスペーサとして用いられる。

図３ａは、永久磁石４０が第１部分永久磁石５４と第２部分永久磁石５６と第３部分永久磁石５８とを有することを示す。第１部分永久磁石５４は第１磁極片４４をなし、第２部分永久磁石５６は第２磁極片４６をなす。

第３部分永久磁石５８は、第１部分永久磁石５４と第２部分永久磁石５６との間に配置されているとともに、これらに対して横向きに延びる。換言すると、Ｎ極からＳ極へ延びる第３永久磁石配向Ｏ_５８は、この事例では磁極片方向Ｒに相当する第１永久磁石配向Ｏ_５４に対して横向きに延びる。これに加えて、第３永久磁石配向Ｏ_５８は、この事例では磁極片方向Ｒとは逆に延びる第２永久磁石配向Ｏ_５６に対して横向きに延びる。第３永久磁石配向Ｏ_５８が第１永久磁石配向に対して横向きに延びるという特徴は、特に、両者間の角度が少なくとも実質的に９０°であると解される。すなわち、角度は８５と９５°の間である。

図３ａは、永久磁石４０の高さＨ_４０がその長さＬ_４０より小さいことを示す。高さＨ_４０は、磁極片方向Ｒの向きで測定される。殊に、長さＬ_４０は、高さＨ_４０の２倍の大きさ、殊に少なくとも２．５倍の大きさである。

図３ｂは、永久磁石４０の斜視図を示す。部分永久磁石５４、５６、５８と磁束形成部品４８とは互いに接続され、例えば互いに貼着されている。

図３ｃは、磁束線ｂ１、ｂ２、．．．の磁束線流れ６０を示す。磁界の法線成分ＢＮが、２つの端Ｅ１、Ｅ２の正確に間に位置するホールセンサ４２．４の場所で消えることが認識できる。

図４ａは、図３ａ、図３ｂ、図３ｃに示されるような永久磁石の代わりに、永久磁石として棒磁石が使用される場合の磁束線ｂ１、ｂ２、．．．の流れを示す。各ホールセンサ４２、例えばホールセンサ４２．１は、ホールセンサ４２．１のセンサ平面Ｅに対する磁界Ｂの法線成分Ｂ_Ｎに依存する図４ｂに示されたホール電圧Ｕ_Ｈａｌｌを出力する。磁石配向Ｏ_４０に対して垂直に永久磁石４０の中心点Ｍを通って延びる直線Ｇには、法線成分Ｂ_Ｎは存在しない。それに対応して、Ｘ_０で示されるこの箇所でホール電圧Ｕ_Ｈａｌｌはゼロに等しい。

運動部材に取り付けられた永久磁石４０が動かされた場合、ホールセンサ４２．１がこの場合直線である軌道Ｔに沿って運動部材に相対して動く。それにより永久磁石４０も基準部材に相対して軌道Ｔに沿って動く。それによりホール電圧Ｕ_Ｈａｌｌがまず直線的に変化し、かつ点Ｘ_Ｍで最大値を通過する。その理由は、磁界線がセンサ平面とともになす角度が絶えず大きくなること、しかしその一方で磁界が第３ポテンシー（Ｐｏｔｅｎｚ）ではるかに小さくなることである。

図４ｂは、ホールセンサのポジションに対するホール電圧Ｕ_Ｈａｌｌの依存性を示す。

図５ａは、軌道Ｔに沿うｘ座標に対するホール電圧Ｕ_Ｈａｌｌの依存性を示す。図の上部において、一般的に示されたホールセンサ４２．Ｎ、４２．Ｎ＋１及び４２．Ｎ−１のポジションが記入されている。下の部分図において、勾配ｋ＝ΔＵ_Ｈａｌｌ／ｄが

として決定されてもよいことが認識でき、
ｄは２つのホールセンサ、例えばホールセンサ４２．Ｎと４２．Ｎ＋１との距離である。ΔＵ_Ｈａｌｌは、ホール電圧差である。ホールセンサ４２．ｉは、等距離で配置されており、すなわち、隣り合う２つのホールセンサの距離は常に等しいｄである。

永久磁石が、例えば破線で示されたポジションへ移動された場合、電圧プロファイルも同様に移動する。軌道Ｔに沿った移動Ｄｃ’からホール電圧Ｕ’_{Ｈａｌｌ，Ｎ}が求められ、Ｄｃ’分だけ移動した後にホールセンサ４２．Ｎが測定するホール電圧が

となる。

したがって、それぞれ測定されたホール電圧Ｕ’_{Ｈａｌｌ，Ｎ}から、ホールセンサ４２．Ｎのポジションと、それに伴い運動部材２４に相対する基準部材２６のポジション（図２）が決定され得る。通常、３つより多いホイールセンサ４２．ｉが存在する。

図５ｂにおいて、複数のホールセンサのホール電圧Ｕ_{Ｈａｌｌ，ｉ}の依存性が示されている。図５ｂに破線で示される（かつ永久磁石が４０’’で示される）ように、ホールセンサに相対するポジションΔｘ’’に永久磁石４０が位置する場合、示されたホール電圧Ｕ’’_{Ｈａｌｌ，Ｎ−１}，．．．、Ｕ’’_{Ｈａｌｌ，Ｎ＋２}が測定される。

第１工程において、ホールセンサ４２．ｎについて図５ｂに記入される、すなわちホールセンサが永久磁石４０の２つの磁極間に正確に配置されているポジションで測定される値に最も近いホール電圧が決定される。この値は、通常Ｕ’’_Ｈａｌｌ＝０Ｖであるが、それはこの場合、対応するホールセンサのための法線磁界成分が存在しないからである。

すなわちこの事例では、数値的に最小の３つのホール電圧Ｕ’’_Ｈａｌｌが決定される。これは、ホール電圧Ｕ’’_{Ｈａｌｌ，Ｎ−１}、．．．、Ｕ’’_{Ｈａｌｌ，Ｎ＋１}である。数値的に最小の値はＵ’’_{Ｈａｌｌ，Ｎ}である。数値的に次に小さいホール電圧はＵ_{Ｈａｌｌ，Ｎ＋１}である。

したがって、
Ｕ’’_{Ｈａｌｌ，Ｎ}＝＋ｋΔｘ’’である。
よって、ポジションは

となる。

この式において、ｘ’’は、軌道Ｔに沿った経路であり、ここで、第１ホールセンサ４２．１の箇所でｘ＝０となる。

永久磁石４０がさらに移動した場合、例えば電圧Ｕ’’_{Ｈａｌｌ，Ｎ}は、それが電圧Ｕ’’_{Ｈａｌｌ，Ｎ＋１}より数値的に大きくなるまで益々大きくなる。その場合、この時点で、数値的に最小のホール電圧を用いて算出が行われる。数値的に最小の電圧とは、常に、図５ａにおいてホールセンサ４２．Ｎが配置されているように、すなわち永久磁石４０の２つの自由端間の領域に正確に配置されているホールセンサが有する電圧を指すことに留意されたい。この電圧は通常ゼロである。

例えば、ホールセンサの傾いた組み付けによって、この電圧はゼロではなくオフセット電圧Ｕ_{Ｏｆｆｓｅｔ}であることが考えられる。この事例では、それぞれ測定されたホール電圧Ｕ_{Ｈａｌｌ，ｍｅｓｓ}がオフセット電圧Ｕ分だけ補正される。ホールセンサのオフセット電圧Ｕ_{Ｏｆｆｓｅｔ}は、磁石がホールセンサの近傍にない場合に較正過程において測定される。測定されたホール電圧Ｕ_Ｈａｌｌは、評価時にオフセット電圧の値分だけ補正される。上記のホール電圧Ｕ’_{Ｈａｌｌ，Ｎ}は、ホール電圧の補正値に相当する。次に再び、対応するホールセンサが永久磁石の自由端間に正確に位置する場合にホール電圧はゼロである図５に示された状態になる。

ポジションを決定するために目下必要ではないホールセンサが停止されることが可能であるとともに、好ましい実施形態である。換言すると、対応するホールセンサの測定値が再び必要とされるまでの間、評価ユニット３４によるホール電圧の測定が終了される。そのために、ホールセンサが複数群に分割されることが可能である。対応する群のホールセンサが使用されない場合、対応する群のホールセンサはスイッチオフされる。

図６はダンパ２８を示す。ピストン３０に２つの永久磁石４０．１、４０．２が配置されていることが認識できる。ホールセンサ４２．ｉは線形に配置されている。シリンダ３２に相対してピストン３０が動いた場合、それに伴いピル損３０に相対してシリンダ３２が動いた場合、ホールセンサが永久磁石４０．１、４０．２に相対して軌道Ｔに沿って動く。上記のように、シリンダ３２に相対するピストン３０のポジションが比較的高い精度で調整され得る。図１による実施形態では、０．０１度の角度分解能が達成される。図６による実施形態では約０．１ｍｍの精度になる。

１０ 補助手段
ｂ 磁束線
１２ シャフト
Ｂ_Ｎ 法線成分
１４ 上腿部断端
ｄ 距離
１６ 下腿部
Ｅ センサ平面
２０ 足
Ｅ１ 第１自由端
２２ 粉飾部
Ｅ２ 第２自由端
２２ 回転継手
Ｇ 直線
２４ 運動部材
Ｈ 高さ
２６ 基準部材
ｉ 続き添え字
２８ ダンパ
Ｌ 長さ
Ｍ 中心点
３０ ピストン
Ｏ_５４ 第１永久磁石配向
３２ シリンダ
３４ 評価ユニット
Ｏ_５６ 第２永久磁石配向
３６ アクチュエータ
３８ ポジションセンサ
Ｏ_５８ 第３永久磁石配向
４０ 永久磁石
Ｐ 極性
４２ ホールセンサ
Ｒ 磁極片方向
４４ 第１磁極片
Ｔ 軌道
４６ 第２磁極片
Ｕ_Ｈａｌｌ ホール電圧
４８ 磁束形成部品
ΔＵ_Ｈａｌｌ ホール電圧差
５０ 軟磁性部材
ａ 旋回角
５２ 非強磁性部品
５４ 第１部分永久磁石
５６ 第２部分永久磁石
５８ 第３部分永久磁石
６０ 磁束線流れ

Claims (16)

1. （ａ）基準部材（２６）と、
   （ｂ）前記基準部材（２６）に運動可能に取り付けられている運動部材（２４）と、
   （ｃ）−少なくとも１つの永久磁石（４０）及び
   −少なくとも３つのホールセンサ（４２）を有する、前記基準部材（２６）に相対する前記運動部材（２４）のポジションを決定するためのポジションセンサ（３８）と、を備える整形外科補助手段（１０）であって、
   （ｄ）前記ホールセンサ（４２）が前記基準部材（２６）に配置されているとともに、前記基準部材（２６）に相対して前記運動部材（２４）が運動する場合に軌道（Ｔ）に沿って運動するように配置されており、
   （ｅ）前記少なくとも１つの永久磁石（４０）が前記運動部材（２４）に取り付けられており、
   （ｆ）前記ホールセンサ（４２）と前記永久磁石（４０）とは、前記基準部材（２６）に相対する前記運動部材（２４）の運動と、その結果としての前記ホールセンサ（４２）の軌道（Ｔ）に沿った運動とが、少なくとも１つのホールセンサ（４２）にホール電圧（Ｕ_Ｈａｌｌ）の直線的変化をもたらすように配置されている、整形外科補助手段（１０）。
2. （ａ）基準部材（２６）と、
   （ｂ）前記基準部材（２６）に運動可能に取り付けられている運動部材（２４）と、
   （ｃ）−少なくとも１つの永久磁石（４０）及び
   −少なくとも３つのホールセンサ（４２）を有する、前記基準部材（２６）に相対する前記運動部材（２４）のポジションを決定するためのポジションセンサ（３８）と、を備える整形外科補助手段（１０）であって、
   （ｄ）前記ホールセンサ（４２）が前記基準部材（２６）に配置されており、前記運動部材（２４）が前記基準部材（２６）に相対して軌道（Ｔ）に沿って運動するように配置されており、
   （ｅ）前記少なくとも１つの永久磁石（４０）が前記運動部材（２４）に取り付けられている、整形外科補助手段において、
   （ｆ）前記少なくとも１つの永久磁石（４０）は、
   −磁極片方向（Ｒ）に沿って延在する第１磁極片（４４）と、
   −前記第１磁極片（４４）から離間するとともに、前記磁極片方向（Ｒ）に沿って延在する第２磁極片（４６）と、を有し、
   （ｇ）前記第１磁極片（４４）は、第１極性（Ｐ１）を有する第１自由端（Ｅ１）を有し、
   （ｈ）前記第２磁極片（４６）は、前記第１極性（Ｐ１）とは逆の第２極性（Ｐ２）を有する第２自由端（Ｅ２）を有することと、
   （ｉ）前記自由端（Ｅ１、Ｅ２）が前記軌道（Ｔ）に沿って配置されていることと、を特徴とする、整形外科補助手段（１０）。
3. 前記永久磁石（４０）は、
   （ａ）軟磁性材料からなる軟磁性部材（５０）である磁束形成部品（４８）と、
   （ｂ）−第１磁極片（４４）をなし、かつ
   −前記第１自由端（Ｅ１）の向かい側に位置する第１コンタクト端で前記軟磁性部材（５０）に当接する第１部分永久磁石（５４）と、
   （ｃ）第２磁極片（４６）をなし、かつ第２自由端（Ｅ２）の向かい側に位置する第２コンタクト端で前記軟磁性部材（５０）に当接する第２部分永久磁石（５６）と、
   （ｄ）−前記第１部分永久磁石（５４）と前記第２部分永久磁石（５６）との間に配置されており、
   −前記第１磁極片（４４）及び前記第２磁極片（４６）に対して横向きに延びる第３部分永久磁石（４８）と、を有し、かつ
   −前記第１部分永久磁石（５４）の第１永久磁石配向（Ｏ_５４）に対して横向きに延びるとともに、前記第２部分永久磁石（５６）の第２永久磁石配向（Ｏ_５６）に対して横向きに延びる磁気第３永久磁石配向（Ｏ_５８）を有することを特徴とする、請求項２に記載の整形外科補助手段（１０）。
4. 前記磁束形成部品（４８）は、前記第１部分永久磁石（５４）と前記第３部分永久磁石（５８）との間の磁束線流れ（６０）において、及び／又は前記第２部分永久磁石（５６）と前記第３永久磁石（５８）との間の磁束線流れ（６０）において配置されている非強磁性部品（５２）を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の整形外科補助手段（１０）。
5. 前記永久磁石（４０）は、前記軌道（Ｔ）に沿って永久磁石長（Ｌ_４０）を有し、前記永久磁石長は、２つの隣り合うホールセンサ（４２）間のホールセンサ距離（ｄ）の少なくとも２倍、特に少なくとも３倍の大きさであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の整形外科補助手段（１０）。
6. 前記永久磁石（４０）からのホールセンサ（４２）の距離は、前記永久磁石長（Ｌ_４０）の最大で２分の１、殊に最大で１／３であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の整形外科補助手段（１０）。
7. （ｉ）第１ホールセンサ（４２．Ｎ−１）の第１ホール電圧（Ｕ_{Ｈａｌｌ，Ｎ−１}）及び前記第１ホールセンサ（４２．Ｎ−１）に隣接する第２ホールセンサ（４２．Ｎ）の第２ホール電圧（Ｕ_{Ｈａｌｌ，Ｎ}）を検出する工程と、
   （ｉｉ）第１ホール電圧（Ｕ_{Ｈａｌｌ，Ｎ−１}）と第２ホール電圧（Ｕ_{Ｈａｌｌ，Ｎ}）とのホール電圧差（ΔＵ_Ｈａｌｌ）及び前記第２ホール電圧（Ｕ_{Ｈａｌｌ，Ｎ}）から前記基準部材（２６）に相対する前記運動部材（２４）のポジションを決定する工程と、を包含する方法を自動的に実行するように形成されている電気的評価ユニット（３４）を特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の整形外科補助手段（１０）。
8. （ｉ）少なくとも３つのホールセンサ（４２）の前記ホール電圧（Ｕ_{Ｈａｌｌ，ｉ}）を検出する工程と、
   （ｉｉ）前記ホール電圧（Ｕ_Ｈａｌｌ）が数値的に最小値をとるホールセンサ（４２）を検出する工程と、
   （ｉｉｉ）これらのホールセンサ（４２）の前記ポジション、及びこれらのホール電圧（Ｕ_Ｈａｌｌ）のホール電圧差、及び前記ホール電圧から前記基準部材（２６）に相対する前記運動部材（２４）の前記ポジションを決定する工程と、を包含する方法を自動的に実行するように形成されている電気的評価ユニット（３４）を特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の整形外科補助手段（１０）。
9. 前記電気的評価ユニット（３４）は、
   （ｉ）前記ホールセンサ（４２．Ｎ−１）が均一の磁界に位置していることを推論させる第１ホール電圧（Ｕ_{Ｈａｌｌ，Ｎ−１}）のホールセンサ（４２．Ｎ−１）を検出する工程と、
   （ｉｉ）−前記ホールセンサ（４２．Ｎ−１）に隣接し、かつ
   −前記別の隣接するホールセンサ（４２．Ｎ−１）より数値的に小さいホール電圧（Ｕ_Ｈａｌｌ）のホールセンサ（４２．Ｎ）の第２ホール電圧（Ｕ_{Ｈａｌｌ，Ｎ}）を決定する工程と、
   （ｉｉｉ）前記このホールセンサ（４２）のポジション、及び第１ホール電圧（Ｕ_{Ｈａｌｌ，Ｎ−１}）と第２ホール電圧（Ｕ_{Ｈａｌｌ，Ｎ}）との前記ホール電圧差（ΔＵ_Ｈａｌｌ）、及び前記第２ホール電圧（Ｕ_{Ｈａｌｌ，Ｎ}）から前記永久磁石（４０）のポジションを決定する工程と
   を包含する方法を自動的に実行するように形成されていることを特徴とする、請求項８に記載の整形外科補助手段（１０）。
10. （ａ）前記基準部材（２６）がシリンダ（３２）であり、
    （ｂ）前記運動部材（２４）が、前記シリンダ（３２）内を移動するピストン（３０）であり、
    （ｃ）前記ポジションセンサは、前記ピストン（３０）における前記シリンダ（３２）のポジションを測定するためのピストンポジションセンサであり、
    （ｄ）前記永久磁石（４０）が前記ピストン（３０）に配置されており、かつ
    （ｅ）前記ホールセンサ（４２）が前記シリンダ（３２）に配置されていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の整形外科補助手段（１０）。
11. （ａ）前記基準部材（２６）が第１脚であり、
    （ｂ）前記運動部材（２４）が第２脚であることと、
    （ｃ）前記ポジションセンサ（３８）が前記第２脚に相対する前記第１脚の角度位置を測定するための脚角度センサであることと、を特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の整形外科補助手段（１０）。
12. 前記評価ユニット（３４）は、前記運動部材（２４）のポジションの算出に測定結果が関与しないホールセンサ（４２）をスイッチオフするように形成されていることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の整形外科補助手段（１０）。
13. （ａ）基準部材（２６）と、
    （ｂ）運動部材（２４）と、
    （ｃ）−少なくとも１つの永久磁石（４０）及び
    −少なくとも３つのホールセンサ（４２）を有する、前記基準部材（２６）に相対する前記運動部材（２４）のポジションを決定するためのポジションセンサ（３８）と、
    を備え、
    （ｄ）前記ホールセンサ（４２）が前記基準部材（２６）に配置されているとともに、前記基準部材（２６）に相対して前記運動部材（２４）が運動する場合に軌道（Ｔ）に沿って運動するように配置されており、
    （ｅ）前記少なくとも１つの永久磁石（４０）が前記運動部材（２４）に取り付けられている、整形外科補助手段（１０）の位置を決定する方法であって
    （ｉ）第１ホールセンサ（４２．Ｎ−１）の第１ホール電圧（Ｕ_{Ｈａｌｌ，Ｎ−１}）及び前記第１ホールセンサ（４２．Ｎ−１）に隣接する第２ホールセンサ（４２．Ｎ）の第２ホール電圧（Ｕ_{Ｈａｌｌ，Ｎ}）を検出する工程と、
    （ｉｉ）第１ホール電圧（Ｕ_{Ｈａｌｌ，Ｎ−１}）と第２ホール電圧（Ｕ_{Ｈａｌｌ，Ｎ}）とのホール電圧差（ΔＵ_Ｈａｌｌ）及び前記第２ホール電圧（Ｕ_{Ｈａｌｌ，Ｎ}）から前記基準部材（２６）に相対する前記運動部材（２４）の前記ポジションを決定する工程と
    を包含する、方法。
14. （ｉ）少なくとも３つのホールセンサ（４２）の前記ホール電圧（Ｕ_{Ｈａｌｌ，Ｎ−１}、Ｕ_{Ｈａｌｌ，Ｎ} Ｕ_{Ｈａｌｌ，Ｎ＋１}）を検出する工程と、
    （ｉｉ）前記ホール電圧（Ｕ_{Ｈａｌｌ，Ｎ−１}、Ｕ_{Ｈａｌｌ，Ｎ} Ｕ_{Ｈａｌｌ，Ｎ＋１}）が前記数値的に最小値をとるホールセンサ（４２）を検出する工程と、
    （ｉｉｉ）これらのホールセンサ（４２）のポジション、及び前記ホール電圧（Ｕ_{Ｈａｌｌ，Ｎ−１}、Ｕ_{Ｈａｌｌ，Ｎ} Ｕ_{Ｈａｌｌ，Ｎ＋１}）と前記ホール電圧（Ｕ_{Ｈａｌｌ，Ｎ}）とのホール電圧差（ΔＵ_Ｈａｌｌ）から前記永久磁石（４０）の前記ポジションを決定する工程と、を特徴とする、請求項１３に記載の方法。
15. （ｉ）各ホールセンサ（４２）について、前記ホールセンサ（４２）の実際位置と目標位置との間の角度にもとづいて前記ホール電圧（Ｕ_Ｈａｌｌ）のオフセット電圧（Ｕ_{Ｏｆｆｓｅｔ}）を検出する工程と、
    （ｉｉ）前記オフセット電圧（Ｕ_{Ｏｆｆｓｅｔ}）分だけ前記ホール電圧（Ｕ_Ｈａｌｌ）を補正する工程と、を特徴とする、請求項１３又は１４に記載の方法。
16. （ｉ）各ホールセンサ（４２）について、磁界に対する前記ホール電圧の依存性を表す感度を検出する工程と、
    （ｉｉ）前記感度の影響分だけ前記ポジションを補正する工程と、を特徴とする、請求項１３〜１５に記載の方法。

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