JP2023092833A - ストロークセンサとこれを用いたブレーキシステム - Google Patents
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Abstract
【課題】ストロークセンサにおいて、磁場の向きの測定精度を高める。【解決手段】ストロークセンサ1は、ストロークセンサ1は、磁場を検出する磁場検出素子2と、磁場検出素子2が検出する磁場を発生させ、磁場検出素子2に対して第1の方向Xに相対移動する磁石3と、磁場検出素子2に対する相対位置が固定された第1の軟磁性体4Aと、を有している。磁場検出素子2と第1の軟磁性体4Aは、第1の方向Xと直交する第2の方向Zに、磁石3から離隔している。第1の軟磁性体4Aは、第2の方向Zからみて、第1の方向Xにおける磁場検出素子2の側方に位置している。第1及び第2の方向Zと直交する方向を第3の方向Y、第1の軟磁性体4Aの第1の方向Xの寸法をL1、第1の軟磁性体4Aの第2の方向Zの寸法をD1、第1の軟磁性体4Aの第3の方向Yの寸法をW1としたとき、L1>D1,且つL1>W1である。【選択図】図1
Description
本発明は、ストロークセンサとこれを用いたブレーキシステムに関する。
一般に、ストロークセンサは磁場の向きを検知して、測定対象である物体の移動の有無や、移動距離を検出する。特許文献1には、磁場を検出する磁場検出素子と、磁場検出素子が検出する磁場を発生させ、磁場検出素子に対して相対移動する磁石と、を有するストロークセンサが開示されている。特許文献1に開示されたストロークセンサは、磁場検出素子の相対移動方向両側に軟磁性体を有している。特許文献1には、軟磁性体を設けることによって磁束密度が高められ、ストロークを増加可能であることが記載されている。
ストロークセンサでは、磁場検出素子の検出する磁束密度を高めることが重要であるが、磁場の向きの測定精度を高めることも重要である。
本発明は磁場の向きの測定精度を高めることが可能なストロークセンサを提供することを目的とする。
本発明のストロークセンサは、磁場を検出する磁場検出素子と、磁場検出素子が検出する磁場を発生させ、磁場検出素子に対して第1の方向に相対移動する磁石と、磁場検出素子に対する相対位置が固定された第1の軟磁性体と、を有している。磁場検出素子と第1の軟磁性体は、第1の方向と直交する第2の方向に、磁石から離隔している。第1の軟磁性体は、第2の方向からみて、第1の方向における磁場検出素子の側方に位置している。第1及び第2の方向と直交する方向を第3の方向、第1の軟磁性体の第1の方向の寸法をL1、第1の軟磁性体の第2の方向の寸法をD1、第1の軟磁性体の第3の方向の寸法をW1としたとき、L1>D1,且つL1>W1である。
本発明によれば、磁場の向きの測定精度を高めることが可能なストロークセンサを提供することができる。
以下、図面を参照して、本発明のストロークセンサとこれを用いたブレーキシステムの実施形態について説明する。以下の説明において、磁石3が磁場検出素子2に対して相対移動する方向を第1の方向X、第1の方向Xと直交し、磁場検出素子2と第1の軟磁性体4A及び第2の軟磁性体4Bが磁石3から離隔する方向を第2の方向Z、第1の方向X及び第2の方向Zと直交する方向を第3の方向Yという。
(第1の実施形態)
図1に本発明の第1の実施形態に係るストロークセンサ1の概要図を示す。図1(a)はストロークセンサ1の斜視図を、図1(b)は第3の方向Yからみたストロークセンサ1の側面図を、図1(c)は第2の方向Zからみたストロークセンサ1の平面図を示す。ストロークセンサ1は、磁場を検出する磁場検出素子2と、磁場検出素子2が検出する磁場を発生させる磁石3と、を有している。磁石3は第1の方向Xに移動可能な可動部材13に取り付けられ、可動部材13とともに第1の方向Xに移動する。磁場検出素子2は固定部材(図示せず)に取り付けられている。従って、磁石3は磁場検出素子2に対して第1の方向Xに相対移動する。磁石3が固定部材に取り付けられ、磁場検出素子2が可動部材13に取り付けられてもよい。
図1に本発明の第1の実施形態に係るストロークセンサ1の概要図を示す。図1(a)はストロークセンサ1の斜視図を、図1(b)は第3の方向Yからみたストロークセンサ1の側面図を、図1(c)は第2の方向Zからみたストロークセンサ1の平面図を示す。ストロークセンサ1は、磁場を検出する磁場検出素子2と、磁場検出素子2が検出する磁場を発生させる磁石3と、を有している。磁石3は第1の方向Xに移動可能な可動部材13に取り付けられ、可動部材13とともに第1の方向Xに移動する。磁場検出素子2は固定部材(図示せず)に取り付けられている。従って、磁石3は磁場検出素子2に対して第1の方向Xに相対移動する。磁石3が固定部材に取り付けられ、磁場検出素子2が可動部材13に取り付けられてもよい。
磁場検出素子2は第1の方向Xの磁束密度Bxを検出する第1の素子(図示せず)と、第2の方向Zの磁束密度Bzを検出する第2の素子(図示せず)と、を有している。素子の種類は限定されず、ホール素子のほか、AMR素子、TMR素子などの磁気抵抗効果素子を用いることができる。ストロークセンサ1の演算部(図示せず)は、第1の素子と第2の素子が検出した磁束密度から合成磁場(BxとBzのベクトル和)の角度を算出する。磁石3の周囲の磁場分布は予め求められているので、合成磁場の向きから磁石3の相対変位、すなわち可動部材13の第1の方向Xの移動量を検出することができる。
磁石3はネオジムなどの磁性材料で形成されている。磁石3は第1の方向Xに磁化されている。図2に磁石3の構成例を示す。本実施形態の磁石3の形状は、図1(a)、図2(a)に示すように、第1の方向Xと平行な中心軸Cを有する円筒形である。可動部材13は円柱またはロッド状の部材であり、その中心軸Cは磁石3の中心軸Cと一致している。磁石3の中央穴31に可動部材13が挿入され、磁石3は可動部材13の所定の位置で、接着剤、ねじなどの適宜の手段で可動部材13に固定されている。図2(b)に示すように、磁石3の形状は、第1の方向Xと平行な中心軸Cを有する円柱形でもよい。この場合、磁石3は可動部材13の端部に、接着剤、ねじなどの適宜の手段で固定される。図2(c)に示すように、磁石3は可動部材13の周方向の一部の面に取り付けられてもよい。この場合、可動部材13は長方形断面を有し、磁石3は直方体であることが好ましい。円筒形または円柱形の磁石3は、可動部材13が中心軸Cの周りを回転したときに、磁石3の周囲に生じる磁束分布が変化しない。従って、可動部材13が中心軸Cの周りを回転可能である場合、図2(a)、(b)に示す構成が有利である。一方、可動部材13の中心軸Cの周りの回転が拘束されている場合、加工費などの観点から図2(c)に示す構成を選択してもよい。
磁場検出素子2の第1の方向Xにおける両側に、第1の軟磁性体4Aと第2の軟磁性体4Bが設けられている。より詳細には、第1の軟磁性体4Aは、第2の方向Zからみて、第1の方向Xにおける磁場検出素子2の側方に位置し、第2の軟磁性体4Bは、第2の方向Zからみて、第1の方向Xにおける磁場検出素子2の側方であって、磁場検出素子2に関して第1の軟磁性体4Aの反対側に位置している。第1の軟磁性体4Aと第2の軟磁性体4Bは、磁場検出素子2に対する相対位置が固定されている。第1の軟磁性体4Aと第2の軟磁性体4Bは直方体であり、直方体の各辺が第1の方向X、第2の方向Z、第3の方向Yのいずれかと平行である。第1の軟磁性体4Aと第2の軟磁性体4Bは、一般的な鉄鋼材などの軟磁性体で形成される。第1の軟磁性体4Aと第2の軟磁性体4Bは、好ましくは同じ材料で形成される。磁場検出素子2と第1の軟磁性体4Aと第2の軟磁性体4Bは、第2の方向Zに、磁石3から離隔している。第1の軟磁性体4A及び第2の軟磁性体4Bは、第1の方向Xに、磁場検出素子2から離間している。第1の軟磁性体4Aと第2の軟磁性体4Bは、磁場検出素子2の感磁部の中心21を通り第2の方向Z及び第3の方向Yと平行な面に関し鏡対称である。磁場検出素子2の感磁部の中心21とは、ホール素子の場合、ホール素子を構成する半導体薄膜(InSb薄膜、GaAs薄膜等)の中心であり、AMR素子の場合、AMR素子を構成する強磁性金属薄膜の中心であり、TMR素子やGMR素子の場合、フリー層の中心である。
ここで、以下の説明で使用する寸法の定義を述べる(図1(b)も参照)。
L1:第1の軟磁性体4Aの第1の方向Xの寸法(長さ)
D1:第1の軟磁性体4Aの第2の方向Zの寸法(厚さ)
W1:第1の軟磁性体4Aの第3の方向Yの寸法(幅)
L2:第2の軟磁性体4Bの第1の方向Xの寸法(長さ)
D2:第2の軟磁性体4Bの第2の方向Zの寸法(厚さ)
W2:第2の軟磁性体4Bの第3の方向Yの寸法(幅)
G1:第1の方向Xにおける、磁場検出素子2と第1の軟磁性体4Aの離間距離
G2:第1の方向Xにおける、磁場検出素子2と第2の軟磁性体4Bの離間距離
H1:第1の軟磁性体4Aの中心41と磁場検出素子2の感磁部の中心21の第2の方向Zの間隔(第1の軟磁性体4A及び磁場検出素子2が磁石3から離れる方向を正、磁石3に近づく方向を負とする)
H2:第2の軟磁性体4Bの中心42と磁場検出素子2の感磁部の中心21の第2の方向Zの間隔(第2の軟磁性体4B及び磁場検出素子2が磁石3から離れる方向を正、磁石3に近づく方向を負とする)
S:磁石3の中心(重心)31が磁場検出素子2の感磁部の中心21に対して相対移動可能な範囲、ないし相対移動可能な距離の最大値(ストロークともいう)
S1:磁石3が基準位置Rから第1の軟磁性体4Aの側に相対移動可能な距離
S2:磁石3が基準位置Rから第2の軟磁性体4Bの側に相対移動可能な距離
T:第1の方向Xにおいて、第1の軟磁性体4Aと第2の軟磁性体4Bを含む最小区間の長さ(軟磁性体配置長さともいう)
T1:第1の方向Xにおいて、第1の軟磁性体4Aと基準位置を含む最小区間の長さ
T2:第1の方向Xにおいて、第2の軟磁性体4Bと基準位置を含む最小区間の長さ
磁石3は基準位置Rを中心に磁場検出素子2に対して相対移動する。基準位置Rとは、磁石3の磁場検出素子2に対する相対位置(以下、磁石3の相対位置という場合がある)であって、第1の方向Xにおいて磁石3の中心31が磁場検出素子2の感磁部の中心21と一致する位置である。
L1:第1の軟磁性体4Aの第1の方向Xの寸法(長さ)
D1:第1の軟磁性体4Aの第2の方向Zの寸法(厚さ)
W1:第1の軟磁性体4Aの第3の方向Yの寸法(幅)
L2:第2の軟磁性体4Bの第1の方向Xの寸法(長さ)
D2:第2の軟磁性体4Bの第2の方向Zの寸法(厚さ)
W2:第2の軟磁性体4Bの第3の方向Yの寸法(幅)
G1:第1の方向Xにおける、磁場検出素子2と第1の軟磁性体4Aの離間距離
G2:第1の方向Xにおける、磁場検出素子2と第2の軟磁性体4Bの離間距離
H1:第1の軟磁性体4Aの中心41と磁場検出素子2の感磁部の中心21の第2の方向Zの間隔(第1の軟磁性体4A及び磁場検出素子2が磁石3から離れる方向を正、磁石3に近づく方向を負とする)
H2:第2の軟磁性体4Bの中心42と磁場検出素子2の感磁部の中心21の第2の方向Zの間隔(第2の軟磁性体4B及び磁場検出素子2が磁石3から離れる方向を正、磁石3に近づく方向を負とする)
S:磁石3の中心(重心)31が磁場検出素子2の感磁部の中心21に対して相対移動可能な範囲、ないし相対移動可能な距離の最大値(ストロークともいう)
S1:磁石3が基準位置Rから第1の軟磁性体4Aの側に相対移動可能な距離
S2:磁石3が基準位置Rから第2の軟磁性体4Bの側に相対移動可能な距離
T:第1の方向Xにおいて、第1の軟磁性体4Aと第2の軟磁性体4Bを含む最小区間の長さ(軟磁性体配置長さともいう)
T1:第1の方向Xにおいて、第1の軟磁性体4Aと基準位置を含む最小区間の長さ
T2:第1の方向Xにおいて、第2の軟磁性体4Bと基準位置を含む最小区間の長さ
磁石3は基準位置Rを中心に磁場検出素子2に対して相対移動する。基準位置Rとは、磁石3の磁場検出素子2に対する相対位置(以下、磁石3の相対位置という場合がある)であって、第1の方向Xにおいて磁石3の中心31が磁場検出素子2の感磁部の中心21と一致する位置である。
本実施形態では、L1=L2=17mm、D1=D2=1mm、W1=W2=5mmであり、L1>D1、L1>W1、且つL2>D2、L2/W2が成り立つ。すなわち、第1の軟磁性体4Aと第2の軟磁性体4Bは第1の方向Xに細長い形状を有している。D1とW1の関係については、D1≦W1であり、好ましくはD1<W1である。同様に、D2とW2の関係については、D2≦W2であり、好ましくはD2<W2である。すなわち、第1の軟磁性体4Aと第2の軟磁性体4Bは第2の方向Zに扁平な形状を有している。基準位置RはストロークSの中央に位置し、S1=S2=S/2である。また、S=Tであり、S1=T1、S2=T2である。すなわち、磁石3の中心31がストロークSの一端に位置しているとき、磁石3の中心31と第1の軟磁性体4Aの外側端部は第1の方向Xにおいて一致し、磁石3の中心31がストロークSの他端に位置しているとき、磁石3の中心31と第2の軟磁性体4Bの外側端部は第1の方向Xにおいて一致する。
このような第1の軟磁性体4Aと第2の軟磁性体4Bを設けることで、磁石3によって発生する磁束の向きを修正して、磁場の向きをより高精度で測定することが可能となる。ここで、磁場の向きとその測定誤差について、図3を参照して説明する。図3上図は基準位置Rにある磁石3(実線で示す)と、ストロークSの両端にある磁石3を(破線で示す)示している。矢印は磁束の向きを概略的に示している。図3中図は、磁石3の相対位置と、磁場検出素子2の感磁部の中心21における磁束線(磁力線)の角度との関係を示している。角度は、図3に示すように、時計の9時を0度として、反時計回りを正として定義している。
前述の通り、ストロークセンサ1は、磁場検出素子2が検出した合成磁場(BxとBzのベクトル和)の角度、すなわち磁束線の角度から、磁石3の第1の方向Xの移動量を検出する。従って、第1の方向Xの移動量をより高精度で検出するためには、磁石3の相対位置と、磁場検出素子2の感磁部の中心21における磁束線の角度との間の線形性が高いこと(図3中図のグラフの直線性が高いこと)が望ましい。線形性が低いと、磁束線の角度変化が小さな領域で測定精度が低下する。さらに線形性が低下すると、複数の相対位置で磁束線の角度が同じ値となり、測定自体が困難となる。ここで、磁石3の相対位置と、磁場検出素子2の感磁部の中心21における磁束線の角度θBとの関係を、実際の磁束線の角度の最小値θB1と最大値θB2との間で、最小二乗法で線形近似する。実際の磁束線の角度θBと線形近似線上の磁束線の角度θBoとの差分をΔθB=θB―θBoとすると、誤差θBerrorはΔθB/(θB2-θB1)として求められる。図3下図に、磁石3の相対位置と誤差θBerrorとの関係を示している。本実施形態では、このようにして求められる誤差θBerrorを低減することが可能である。以下、実施例と比較例によって、本実施形態をさらに説明する。
実施例1のストロークセンサ1は、磁石3が基準位置Rの両側23mmの範囲を相対移動する。以下の説明では、磁石3の相対変位を、基準位置Rで0,基準位置Rの左側で負、基準位置Rの右側で正とする。図4(a)~4(d)は、磁石3が基準位置Rに対していくつかの相対位置(-23m、-16mm、-8mm、0mm)にあるときの磁束線の向きを概念的に示している。図5(a)は磁石3の相対位置と、磁場検出素子2の感磁部の中心21における磁束線の角度θBとの関係を、図5(b)は磁石3の相対位置と誤差θBerrorとの関係を示している。実線は実施例1であり、破線は実施例1から第1の軟磁性体4Aと第2の軟磁性体4Bを除いた比較例である。実施例1は磁石3の相対位置と磁束線の角度θBとの線形性が高く、ほぼ直線状のグラフが得られている。これに対して比較例では、特に相対位置B(-16mm)での誤差θerrorが大きい。相対位置Bに対応する図4(b)を参照すると、比較例では磁束線の反時計方向への曲がり方(θBの変化)が緩慢であり、これが誤差θerrorの原因となっている。これに対して、実施例1では磁束線がスムーズに曲がっており、θBの変化が相対位置の変化に良好に追従できていることがわかる。
図6は磁石3と磁場検出素子2の近傍の磁束の解析例を示している。図6(a)は実施例1であり、図示していないが、第2の軟磁性体4Bも設けられている。図6(b)は比較例である。第1の軟磁性体4Aに対応する位置を四角形で示している。磁石3の相対位置は図4(b)に対応している。比較例では磁束は概ね正弦波状となっているのに対し、実施例1では磁束の一部が第1の軟磁性体4Aに引っ張られ、吸い込まれている。これによって、磁束が磁場検出素子2の近傍で反時計回りに大きく回転していると考えられる。
図5(c)は磁石3の相対位置と磁束密度(絶対値)との関係を示している。磁束密度は磁石3が基準位置Rの近傍にあるときに大きくなる。磁束密度は、基準位置Rの近傍では、実施例1が比較例より多少大きいが、基準位置Rから遠い位置では比較例が実施例1よりわずかに大きく、大きな差はない。第1及び第2の軟磁性体4A,4Bは磁束密度を高める効果はほとんどなく、主として誤差θBerrorを低減するように機能していることがわかる。
前述のように、本実施形態では、第1の軟磁性体4Aと第2の軟磁性体4Bは第1の方向Xに細長い形状を有している。図5には、実施例2も点線で示している。実施例2では、第1の軟磁性体4Aと第2の軟磁性体4Bの寸法は、L1=L2=5.5mm、D1=D2=1mm、W1=W2=5mmであり、L1>D1、L1>W1、且つL2>D2、L2/W2が成り立っている。図5(a)、5(b)に示すように、実施例2は、角度θBの線形性や誤差θerrorは実施例1より劣る。これは、第1の軟磁性体4Aと第2の軟磁性体4Bの第1の方向Xの寸法L1,L2が小さい場合、磁束を引っ張り、磁束の方向を変える効果が小さいためであると考えられる。しかし、実施例2は、角度θBの線形性や誤差θerrorが比較例より改善されている。これより、L1>D1、L1>W1、且つL2>D2、L2/W2であれば誤差θerrorが低減することが理解される。一方、磁石3が基準位置Rの近傍にあるときの磁束密度は、実施例2が実施例1と比較例より大きい。このため、ストロークセンサ1が作動のために必要とする磁束密度を、より広い移動範囲で確保することができる。例えば、図5(c)において、50mT以上の磁束密度が得られる磁石3の位置の範囲は、実施例1ではA、実施例2ではBとなり、実施例2の方が実施例1よりも大きなストロークを確保することができる。1<L1/W1≦1.2、1<L2/W2≦1.2が成り立つ範囲ではほぼ実施例2と同様の効果が得られると考えられる。また、3≦L1/W1≦4、3≦L2/W2≦4が成り立つ範囲ではほぼ実施例1と同様の効果が得られると考えられる。
誤差θerrorをさらに低減するためには、ストロークSと軟磁性体配置長さTの比をできるだけ1に近づける(一例として、0.95≦T/S≦1.05)ことが好ましい。図7に、ストロークSを一定(46mm)としたときの軟磁性体配置長さTと誤差θerrorとの関係を示す。軟磁性体配置長さTがストロークSより大きいと、ストロークSの範囲外で磁束線が第1の軟磁性体4Aと第2の軟磁性体4Bに吸収され、磁束線の向きが乱される。逆に、軟磁性体配置長さTがストロークSより小さいと、ストロークSの端部付近で、第1の軟磁性体4Aと第2の軟磁性体4Bが磁束を引っ張り、磁束の方向を変える効果が得られない。誤差θerrorは、ストロークSと軟磁性体配置長さTが等しいときに最小化される。軟磁性体配置長さTが32mm以上、69mm以下、すなわち0.69≦T/S≦1.5で誤差θerrorが2%以下となる。軟磁性体配置長さTが40mm以上、56mm以下、すなわち0.89≦T/S≦1.22で誤差θerrorが1%以下となる。
図8に第1及び第2の軟磁性体4A,4Bの寸法D1,D2と誤差θerrorとの関係を示す。0.56mm≦D1≦3mm、0.56mm≦D2≦3mmで誤差θerrorが2%以下となる。0.81mm≦D1≦2.39mm、0.81mm≦D2≦2.39mmで誤差θerrorが1%以下となる。
図9に第1及び第2の軟磁性体4A,4Bの寸法W1、W2と誤差θerrorとの関係を示す。2.51mm≦W1≦10mm、2.51mm≦W2≦10mmで誤差θerrorが2%以下となる。3.53mm≦W1≦10mm、3.53mm≦W2≦10mmで誤差θerrorが1%以下となる。
図10に磁場検出素子2と第1及び第2の軟磁性体4A,4Bの離間距離G1,G2と誤差θerrorとの関係を示す。4.1mm≦G1≦7.6mm、4.1mm≦G2≦7.6mmで、誤差θerrorが2%以下となる。5.1mm≦G1≦6.7mm、5.1mm≦G2≦6.7mmで、誤差θerrorが1%以下となる。
図11に第1及び第2の軟磁性体4A,4Bの中心42と磁場検出素子2の感磁部の中心21の第2の方向Zの間隔H1,H2と誤差θerrorとの関係を示す。-3.5mm≦H1≦1.0mm、-3.5mm≦H2≦1.0mmで誤差θerrorが1%以下となる。第2の方向Zにおいて、磁場検出素子2の感磁部の中心21は第1及び第2の軟磁性体4A,4Bと重なっていることが好ましい。
(第2の実施形態)
図12に本発明の第2の実施形態に係るストロークセンサ1の概要図を示す。以下、第1の実施形態との差異について説明する。説明を省略した構成及び効果は第1の実施形態と同様である。本実施形態では、第1の軟磁性体4Aの第1の方向Xの長さL1が第2の軟磁性体4Bの第1の方向Xの長さL2より小さく(L1<L2)、S1=T1である。図13(a)に、T1=17mm(L1=11mm)の場合の磁石3の相対位置と誤差θBerrorとの関係を、図13(b)に、T1=12mm(L1=6mm)の場合の磁石3の相対位置と誤差θBerrorとの関係を、図13(c)に、T1=0mm(L1=0mm)の場合の磁石3の相対位置と誤差θBerrorとの関係を示している。いずれのケースもT2=23mm(L2=17mm)である。各図には実施例と比較例も併せて示している。誤差θBerrorは、図13(a)では磁石位置-17mm~+23mmの範囲で算出し、図13(b)では磁石位置-12mm~+23mmの範囲で算出し、図13(c)では磁石位置0mm~+23mmの範囲で算出している。実施例3-1~3-3は実施例1と比べて、角度θBの線形性と誤差θBerrorは低下しているが、比較例より角度θBの線形性と誤差θBerrorが改善されている。本実施形態はストロークSが制限されている場合に有効である。
図12に本発明の第2の実施形態に係るストロークセンサ1の概要図を示す。以下、第1の実施形態との差異について説明する。説明を省略した構成及び効果は第1の実施形態と同様である。本実施形態では、第1の軟磁性体4Aの第1の方向Xの長さL1が第2の軟磁性体4Bの第1の方向Xの長さL2より小さく(L1<L2)、S1=T1である。図13(a)に、T1=17mm(L1=11mm)の場合の磁石3の相対位置と誤差θBerrorとの関係を、図13(b)に、T1=12mm(L1=6mm)の場合の磁石3の相対位置と誤差θBerrorとの関係を、図13(c)に、T1=0mm(L1=0mm)の場合の磁石3の相対位置と誤差θBerrorとの関係を示している。いずれのケースもT2=23mm(L2=17mm)である。各図には実施例と比較例も併せて示している。誤差θBerrorは、図13(a)では磁石位置-17mm~+23mmの範囲で算出し、図13(b)では磁石位置-12mm~+23mmの範囲で算出し、図13(c)では磁石位置0mm~+23mmの範囲で算出している。実施例3-1~3-3は実施例1と比べて、角度θBの線形性と誤差θBerrorは低下しているが、比較例より角度θBの線形性と誤差θBerrorが改善されている。本実施形態はストロークSが制限されている場合に有効である。
図14に参考形態のストロークセンサ1の概要図を示す。参考形態は、第2の実施形態同様、L1<L2であるが、第2の実施形態と異なり、S1=S2である。換言すれば、第1の実施形態において、第1の軟磁性体4Aの第1の方向Xの長さL1だけが変更されている。図15(a)に、T1と、磁場検出素子2の感磁部の中心21における磁束線の角度θBとの関係を、図15(b)にT1と誤差θBerrorとの関係を、図15(c)にT1と磁束密度(絶対値)との関係を示している。T1=0は第1の軟磁性体4Aがない場合に相当する。T1が減少するにつれ、角度θBの線形性と誤差θBerrorは低下している。T1が減少するにつれ、磁束密度は増加しているが、T1による大きな差はない。参考形態は第2の実施形態と比べて、角度θBの線形性と誤差θBerrorを改善する効果が小さい。
(第3の実施形態)
図16(a)に本発明の第3の実施形態に係るストロークセンサ1の平面図を示す。第1の軟磁性体4A及び第2の軟磁性体4Bは、第3の方向Yを向き互いに対向する2つの面43を有し、2つの面43は凹部44を有する。ストロークセンサ1はインサート成形で製造される。図16(b)は凹部44を設けない第1の軟磁性体4A及び第2の軟磁性体4Bを示している。第1の軟磁性体4A、第2の軟磁性体4B及び磁場検出素子2の周囲には樹脂45が設けられている。樹脂45が設けられる範囲は金型(図示せず)によって規制される。金型の内部で第1の軟磁性体4Aと第2の軟磁性体4Bを位置決めするため、第1~第3の治具46A~46Cが第1及び第2の軟磁性体4A,4Bの各3面に設けられている。図16(c)は凹部44を設けた第1の軟磁性体4A及び第2の軟磁性体4Bを示す、図16(b)と同様の図である。第1~第2の治具46A~46Bが凹部44に設けられている。凹部44の3つの面が第1~第2の治具46A~46Bと当接することで、X方向とY方向の位置決めが可能となる。この結果、第3の治具46Cが不要となり、第1の軟磁性体4A及び第2の軟磁性体4Bと磁場検出素子2との間のX方向の間隔の自由度が増加する。図16(d)に示すように、凹部44の代わりに凸部47を設けることもできる。この場合、凸部を取り囲むように第1及び第2の治具48A,48Bを設けることで同様の効果が得られる。
図16(a)に本発明の第3の実施形態に係るストロークセンサ1の平面図を示す。第1の軟磁性体4A及び第2の軟磁性体4Bは、第3の方向Yを向き互いに対向する2つの面43を有し、2つの面43は凹部44を有する。ストロークセンサ1はインサート成形で製造される。図16(b)は凹部44を設けない第1の軟磁性体4A及び第2の軟磁性体4Bを示している。第1の軟磁性体4A、第2の軟磁性体4B及び磁場検出素子2の周囲には樹脂45が設けられている。樹脂45が設けられる範囲は金型(図示せず)によって規制される。金型の内部で第1の軟磁性体4Aと第2の軟磁性体4Bを位置決めするため、第1~第3の治具46A~46Cが第1及び第2の軟磁性体4A,4Bの各3面に設けられている。図16(c)は凹部44を設けた第1の軟磁性体4A及び第2の軟磁性体4Bを示す、図16(b)と同様の図である。第1~第2の治具46A~46Bが凹部44に設けられている。凹部44の3つの面が第1~第2の治具46A~46Bと当接することで、X方向とY方向の位置決めが可能となる。この結果、第3の治具46Cが不要となり、第1の軟磁性体4A及び第2の軟磁性体4Bと磁場検出素子2との間のX方向の間隔の自由度が増加する。図16(d)に示すように、凹部44の代わりに凸部47を設けることもできる。この場合、凸部を取り囲むように第1及び第2の治具48A,48Bを設けることで同様の効果が得られる。
(第4の実施形態)
上述のストロークセンサ1は例えばブレーキシステム11に利用することができる。図17にブレーキシステム11の概念図を示す。ブレーキシステム11はストロークセンサ1と、ブレーキペダル12と、ブレーキペダル12と連動して第1の方向Xに移動する可動部材13と、を有している。ブレーキペダル12は、運転者の操作によって、第1の支軸14の周りを反時計回りに回動する。これによって、ブレーキペダル12に連結された油圧回路が作動する。可動部材13はブレーキペダル12の第1の支軸14から離れた第2の支軸15に連結されており、図示しない案内機構によって、ブレーキペダル12の回動運動が第1の方向Xと平行な直線運動に変換される。可動部材13の第2の支軸15と反対側の端部にはばね16の一端が取り付けられ、ばね16の他端は車両に取り付けられている。ばね16の付勢力によって、ブレーキペダル12は非操作時には所定の位置に保持され、操作時にはばね16の付勢力に打ち勝って回動する。上述した磁石3は可動部材13に保持され、上述した磁場検出素子2と第1及び第2の軟磁性体4A,4Bは車両に保持されている。
上述のストロークセンサ1は例えばブレーキシステム11に利用することができる。図17にブレーキシステム11の概念図を示す。ブレーキシステム11はストロークセンサ1と、ブレーキペダル12と、ブレーキペダル12と連動して第1の方向Xに移動する可動部材13と、を有している。ブレーキペダル12は、運転者の操作によって、第1の支軸14の周りを反時計回りに回動する。これによって、ブレーキペダル12に連結された油圧回路が作動する。可動部材13はブレーキペダル12の第1の支軸14から離れた第2の支軸15に連結されており、図示しない案内機構によって、ブレーキペダル12の回動運動が第1の方向Xと平行な直線運動に変換される。可動部材13の第2の支軸15と反対側の端部にはばね16の一端が取り付けられ、ばね16の他端は車両に取り付けられている。ばね16の付勢力によって、ブレーキペダル12は非操作時には所定の位置に保持され、操作時にはばね16の付勢力に打ち勝って回動する。上述した磁石3は可動部材13に保持され、上述した磁場検出素子2と第1及び第2の軟磁性体4A,4Bは車両に保持されている。
1 ストロークセンサ
2 磁場検出素子
3 磁石
4A 第1の軟磁性体
4B 第2の軟磁性体
11 ブレーキシステム
12 ブレーキペダル
13 可動部材
44 凹部
2 磁場検出素子
3 磁石
4A 第1の軟磁性体
4B 第2の軟磁性体
11 ブレーキシステム
12 ブレーキペダル
13 可動部材
44 凹部
Claims (15)
- 磁場を検出する磁場検出素子と、
前記磁場検出素子が検出する磁場を発生させ、前記磁場検出素子に対して第1の方向に相対移動する磁石と、
前記磁場検出素子に対する相対位置が固定された第1の軟磁性体と、を有し、
前記磁場検出素子と前記第1の軟磁性体は、前記第1の方向と直交する第2の方向に、前記磁石から離隔しており、
前記第1の軟磁性体は、前記第2の方向からみて、前記第1の方向における前記磁場検出素子の側方に位置し、
前記第1及び第2の方向と直交する方向を第3の方向、
前記第1の軟磁性体の前記第1の方向の寸法をL1、
前記第1の軟磁性体の前記第2の方向の寸法をD1、
前記第1の軟磁性体の前記第3の方向の寸法をW1としたとき、
L1>D1,且つL1>W1である、ストロークセンサ。 - 前記第1の軟磁性体は、前記磁場検出素子から前記第1の方向に離間している、請求項1に記載のストロークセンサ。
- 前記第1の軟磁性体は、前記磁場検出素子から4.1mm以上7.6mm以下離間している、請求項2に記載のストロークセンサ。
- 0.56mm≦D1≦3mmである、請求項1から3のいずれか1項に記載のストロークセンサ。
- 2.51mm≦W1≦10mmである、請求項1から4のいずれか1項に記載のストロークセンサ。
- 前記第1の軟磁性体の中心と前記磁場検出素子の感磁部の中心との前記第2の方向の間隔は、前記第1の軟磁性体及び前記磁場検出素子が前記磁石から離れる方向を正、前記磁石に近づく方向を負として、-3.5mm以上、+1.0mm以下である、請求項1から5のいずれか1項に記載のストロークセンサ。
- 前記第2の方向において、前記磁場検出素子の前記感磁部の中心は前記第1の軟磁性体と重なっている、請求項6に記載のストロークセンサ。
- 前記磁場検出素子に対する相対位置が固定され、前記磁場検出素子に関して前記第1の軟磁性体の反対側に位置する第2の軟磁性体を有し、
前記第2の軟磁性体の前記第1の方向の寸法をL2、
前記第2の軟磁性体の前記第2の方向の寸法をD2、
前記第2の軟磁性体の前記第3の方向の寸法をW2としたとき、
L2>D2,且つL2/W2である、請求項1から7のいずれか1項に記載のストロークセンサ。 - 前記第1の軟磁性体と前記第2の軟磁性体は、前記磁場検出素子の感磁部の中心を通り前記第2の方向と前記第3の方向と平行な面に関し鏡対称である、請求項8に記載のストロークセンサ。
- 前記磁石の相対移動可能な距離の最大値をS、
前記第1の方向において、前記第1の軟磁性体と前記第2の軟磁性体を含む最小区間の長さをTとしたときに、
0.69≦T/S≦1.5である、請求項9に記載のストロークセンサ。 - 0.89≦T/S≦1.22である、請求項10に記載のストロークセンサ。
- L1<L2である、請求項8に記載のストロークセンサ。
- 前記磁石の形状は、前記第1の方向と平行な中心軸を有する円筒形または円柱形である、請求項1から12のいずれか1項に記載のストロークセンサ。
- 前記第1の軟磁性体は、前記第3の方向を向き互いに対向する2つの面を有し、前記2つの面は凹部または凸部を有する、請求項1から13のいずれか1項に記載のストロークセンサ。
- 請求項1から14のいずれか1項に記載のストロークセンサと、
ブレーキペダルと、
前記ブレーキペダルと連動して前記第1の方向に移動する可動部材と、を有し。
前記磁石が前記可動部材に保持されている、ブレーキシステム。
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JP2021208072A JP2023092833A (ja) | 2021-12-22 | 2021-12-22 | ストロークセンサとこれを用いたブレーキシステム |
CN202211646200.5A CN116337118A (zh) | 2021-12-22 | 2022-12-21 | 行程传感器和使用其的制动系统 |
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