JP4017666B2

JP4017666B2 - 能動磁束環を有する交差コイルゲージ

Info

Publication number: JP4017666B2
Application number: JP51430097A
Authority: JP
Inventors: ジョンエイエアーズ; ディヴィッドエルエール; マイケルイーサルモン; クレイグエイエアーズ
Original assignee: ヌ−テックアンドエンジニアリングインコーポレイテッド
Priority date: 1995-10-03
Filing date: 1996-09-24
Publication date: 2007-12-05
Anticipated expiration: 2016-09-24
Also published as: CA2233895A1; JP2001519889A; WO1997013154A8; GB2324162B; US6323637B1; GB2324162A; GB9805632D0; WO1997013154A1; US5686832A; DE19681591T1; AU7165396A; US6046583A

Description

技術的分野
本発明は、空芯交差コイル（crossed coil）型ゲージのための改良された超小型アナログメータムーブメントに関する。
発明の背景
アナログ計器は最も広く使用され、運転手に自動車データを表示する好ましい方法であり続けている。これは、それらの機構が簡単であり、多くの異なるスタイルに適合する能力の故である。計装の予算に制限を設けてない高価な自動車モデルでさえも、一般的にアナログゲージを選択している。計器に対する将来の要求も、疑いなくアナログゲージを含むことになろう。より簡単で、より柔軟性に富む計器クラスタ設計概念を採用することによって、上昇する計器クラスタの価格の制御を援助する新しい技術が望まれている。
現在の殆どの自動車用アナログゲージ製品は、空芯のダルソンバール、またはバイメタルゲージ技術の何れかを使用している。
現在の空芯ゲージに伴う１つの主要問題は、それらのサイズとかさ（バルク）である。ゲージ機構を取付けて固定するためには、機械的に複雑な計器ハウジング、面板、及び接続が必要である。計器ハウジングは、ツーリング（tooling）を必要とする極めて複雑な部品に発展し、リードタイムは長くなり、そして費用は高くなってきた。この高いツーリング費用は、設計から生産に移された後に「新型への変更」が必要になった時には更に高騰する。組立プロセスを自動化するには、生産される計器クラスタの各型毎に特別に設計された設備が必要である。新しいモデルを導入する度にこの製造設備に絶えず資本投資をすることが、計装費用を更に高くする。
本発明の新しい超小型ゲージは、今日の大きいゲージが必要とするような複雑な取付け方法及びハウジングの複雑さを必要としない。この新しいゲージは、印刷回路基板に直接取付けられ、この基板が計器クラスタ全体のための支持構造になる。
この新しい超小型ゲージは、柔軟性に富んだ計器クラスタ設計、小型テルテール（telltale）モジュール、及びアナログ投射ＨＵＤ（ヘッドアップディスプレイ）のための可能化技術になる。
空芯または交差コイルゲージは、それらが1965年に最初に発明された時以来自動車に使用されてきた（米国特許第3,168,689号参照）。図１に示すように、従来技術の交差コイルゲージ１０は、同軸シャフト１４に取付けられている放射状に磁化された２極円筒形磁石１２を使用している。この磁石は、発生する磁束ベクトルに応答してシャフトと共に回転する。この磁束ベクトルは、磁石を取り巻く一方のコイル上に他方が巻かれている２つのコイル１６によって生成される。コイルは「空芯」であり、即ちそれらは鉄を含んでおらず、第１のコイル軸は第２のコイルに対して直角である。コイルは鉄環または鉄の缶１８によって取り囲まれ、他の外部磁場から遮蔽されている。磁石は、プラスチックボビン２０内に収納されている。ボビン２０は、軸受、制動用流体容器、コイルボビン、鉄缶ホールダ、及びゲージ取付け手段として役立つ。シリコン制動用流体２２がボビン内に形成されている流体容器空洞を充填し、磁石回転を制限する。ゲージ１０は平らな上側取付け表面２４と、反対側表面上の一連の電気端子２６とを有している。
多年にわたって空芯ゲージの改良が提唱されてきた。最も新しくは、米国特許第4,760,333号に示されている、非晶質金属合金のストリップを巻付けて磁気遮蔽を得る新しい方法である。これは、従来の鉄缶または環に代わって磁気遮蔽を行う。米国特許第4,827,210号は、プラスチックボビンを改造してコイル巻線の長さを等しくするのを容易にし、より線形なゲージが得られることを示している。特許第4,992,726号は、より線形なゲージを得るための織った（インタレースされた）コイル巻線を示している。米国特許第5,017,862号は、改良された軸受設計及びボビン構造を示している。米国特許第5,038,099号は、コイル巻線を平衡させ、より薄いゲージを得るための放射状空芯ゲージ設計を開示している。米国特許第5,095,266号は、ゲージのより均一な制動を得るための粘性制動用流体を収容する方法を示している。
いろいろな文献に多くの段階的な改良が示されているが、現在の空芯ゲージ製品には幾つかの問題が残されている。第１の問題はサイズである。殆どの空芯ゲージは、直径が3/4乃至１-1/4インチ、長さが1/2乃至１インチである。これらは典型的には、種々のねじ、クリップ、及びプラスチックモールドされた部品を含む複雑な取付け方法を必要とする。ゲージを計器クラスタに組立てるために特別な機械及びプロセスが設計されることが多い。ゲージ厚が計器クラスタの最小の厚みを制御することが多く、大きいゲージ直径が計器ダイアルのバックライティングを困難にする。複雑な光導管を光ゲージダイアル及び指針に使用して、背後及び周囲からゲージの前面を光らせることが多い。ゲージを直接的に電子回路基板組立体に自動組立てすることが望ましいが、現在の大きい空芯ゲージ設計では困難である。
第２の未解決の問題は、空芯ゲージ内に液体制動用流体を使用することを含んでいる。最も一般的には、これは適切な粘性のシリコン流体である。流体をゲージボビン組立体内に挿入するには、複雑な生産プロセスが必要である。ゲージを運んだり、貯蔵したり、または実際の使用中に屡々流体の移動が発生し、ある使用期間を経過した後にゲージの制動が低下したり、または時として全く制動が失われたりする。粘性流体制動に伴う問題を排除するために、いろいろな試みがなされてきた。米国特許第5,095,266号が最新の試みである。
粘性流体を排除するために、空芯ゲージ以外のデバイス内に磁気渦電流制動が使用されてきた。渦電流制動を利用する最も一般的なデバイスの一つは、電気設備に使用されるワット・時メータである。これらのデバイス内での渦電流制動の使用は、米国特許第4,238,729号及び第4,238,730号に開示されている。渦電流制動は、回転する導電性ディスクまたは筒に連続ドラッグトルクを与え、ディスク駆動トルクを平衡させてディスク速度を電力消費率に比例させる。この応用においては、一般的に過渡トルク振動ダンパとしては使用されない。米国特許第3,786,685号には、銅製のカップ状の環を磁場内で回転させてジャイロ内での過渡運動を制動することが示されている。米国特許第3,983,478号は、渦電流制動のための銅環を有する運動コイル計器を開示している。これらの環は運動コイルに溶接されており、磁場を通して切断してあってそれらの回転速度を遅くする。これらの渦電流制動用デバイスは全て、小さい空隙と磁束集中用鉄磁極片または複数の磁石を使用することによって生成された高磁束密度に依存している。これらは、制動のために高磁束が必要であることから、一般にかさ張り、重い。
現在の全ての空芯ゲージ製品は、鉄缶または鉄環を使用して磁気遮蔽を得ている。設計ジオメトリ及び使用する磁石の故に、缶はゲージコイルをリンクする磁束に対しては殆ど効果を有していない。従って鉄缶または鉄環は、ゲージトルクに殆ど影響を与えず、このトルクは主として磁石材料、ゲージジオメトリ、及びコイル巻線によって発生するアンペア・巻回の数によって制限される。
空芯ゲージは、多くの自動車システムの１つの故障を指示するために、光の前のアイコンマスクを回転させるように、いろいろな「テルテール」設計に使用されてきた（米国特許第3,660,814号参照）。これらの応用では、ある位置を「保持」するための戻り止め（デテント）動作がゲージ内に設けられていないという問題が存在している。従って、一般的には連続電力が必要である。戻り止め動作またはゲージの線形化のためにゲージに独特なトルク特性を与えるべく、空芯ゲージの磁気抵抗を変更する方法に対する要望が存在している。
要約すれば、現在、空芯ゲージの幾つかの問題が分かっている。これらの問題は、ａ）大きいゲージサイズ、ｂ）信頼できない液体制動、ｃ）不十分な磁束利用率、及びｄ）定磁気抵抗である。
発明の概要
本発明の目的は、あたかも標準電子成分であるかのように電子回路基体に組立てることができる新しい小型空芯ゲージを提供することである。この新しい可能化技術を使用すると、柔軟な回路基板組立体プロセスを使用して、高い柔軟性を有する一般に入手可能な回路基板機器を使用する種々の自動車計器クラスタを製造することができる。
本発明の目的は、普通の電子成分組立て装置によって、ゲージを電子回路基板に組立てることができるように、ゲージのサイズをできる限り小さく縮小させることである。
本発明のさらなる目的は、ゲージの何れかの端からの電気接続によってゲージを組立てることである。
本発明の別の目的は、普通のシリコン流体粘性制動手段に代わって、磁気制動または磁性流体を使用することである。
本発明の更に別の目的は、ゲージトルクを増加させ、磁気制動を可能ならしめるように、磁束利用率を大幅に増加させる手段を提供することである。
最後に本発明の別の目的は、可変磁気抵抗磁束環が、ゲージトルク変動を磁石角位置の関数とすることができるようゲージを線形化し、またゲージのステッピング動作を可能にすることである。
従来技術の空芯ゲージが大直径のセラミック、またはアルニコ（ALNICO）磁石を使用していることを発見した。幾つかは、プラスチックモールドされたアンオリテンテッド（unoriented）・レアアース（稀土）磁石を使用しているが、高価である。またこれらの従来技術ゲージでは、鉄缶を付加してもコイルを通過する磁束の量が大幅に増加しないことを発見した。これらの応用では、磁束環または磁束缶は主としてゲージの精度に外部磁場が影響するのを防ぐ磁気遮蔽として役立っている。
本発明においては、充分な厚みの小直径磁束環の組合せが、大きい強さの磁石と共に使用した場合のコイルへの使用可能な磁束に大きく影響する。このような磁束環は、ゲージコイルを取り囲む磁束を大幅に増加させるように、磁束を磁極から再分配させることが分かった。これは、特に極めて強い焼結したネオジム磁石を用いると良好に動作する。磁石の合計磁束は比較的一定に保たれ、一方その磁束は磁束環によって再分配される。従って、小直径磁束環と強いオリエンテッド・ネオジム磁石との組合せを用いると、環は磁気遮蔽になるだけではなく、コイルの周囲の利用可能な磁束に大きい影響を与える。本発明では、高磁束レベルがトルクをブーストし、直接磁気制動を可能にするのに必要な強さを与える。
さらなる目的は、単なる例示に過ぎず、且つ本発明を特定的に限定するものではない以下の詳細な説明内に暗示されており、当分野に精通していれば上記目的はこの説明を注意深く検討することにより明白になるであろう。
本発明の本質を明瞭にする目的で、以下に添付図面を参照して本発明の１つの例示実施例を説明する。これは、本発明の範囲内にある本発明の複数の実施例の代表である。
即ち、提供する交差コイルゲージはゲージシャフト軸に沿って配向されている回転可能なシャフトを備えている。シャフトには、シャフト軸を横切る磁束を生成するレアアース磁石が取付けられている。磁石は全体的に筒形の形状であり、約1.4、即ち磁石の軸方向の長さよりも小さい半径を有している。磁石の周囲に配置され、シャフトをピボット支えする上側及び下側ボビンによってゲージハウジングが作られている。第１及び第２のコイルがゲージハウジングの周囲に巻かれている。詳しく述べると、第１のコイルが第２のコイルに全体的に直角に巻かれ、第１及び第２のコイルが交差コイルとして磁石を取り巻いている。磁束環が第１及び第２のコイルの周囲に配置され、磁石及びシャフトと軸方向に整列している。磁石は充分に大きい強さを有しており、磁束環は第１及び第２のコイルに充分に接近して取付けられ、磁石によって印加される磁束を分配してゲージ性能を能動的に増加させる。第１及び第２のコイル表面付近の磁束密度は、磁束環が存在する時の方が、磁束環が存在しない時に測定した磁束に比して実質的に増加する。
本発明の好ましい実施例では、磁石及びシャフト振動を制限する渦電流制動を生成するために、制動用環が設けられている。制動用環は、磁石から離間して磁石を取り囲んでいる上側ボビンと下側ボビンとの間のゲージハウジング内に位置決めされている全体的に筒形の、非磁性導電性部材である。制動用環はハウジングに対して固定され、第１及び第２のコイルによって取り囲まれている。
本発明の好ましい実施例では、磁束環は鉄及びニッケルの混合体で形成され、粉末金属プロセスを使用して極めて同心状で、そして真円ジオメトリの厚い断面部分を達成している。
【図面の簡単な説明】
図１は、従来技術の空芯ゲージの断面図である。
図２は、本発明の１つの代表的形状の第１の実施例を示す斜視図である。
図３は、本発明の第１の実施例において、磁気制動した場合と、制動しない場合のゲージ位置におけるステップ応答を示すグラフである。
図４ａは、円形磁束環の軸方向端面図である。
図４ｂは、長円形磁束環の軸方向端面図である。
図４ｃは、トライバンプ（Tri-bump）磁束環の軸方向端面図である。
図５ａは、図４ａに示す円形磁束環の場合の、ゲージ角の関数としての未補償ゲージ誤差を示すグラフである。
図５ｂは、図４ｂに示す長円形磁束環の場合の、ゲージ角の関数としての未補償ゲージ誤差を示すグラフである。
図５ｃは、図４ｃに示すトライバンプ磁束環の場合の、ゲージ角の関数としての未補償ゲージ誤差を示すグラフである。
図６は、３つの基本的成分技術の組合せによって、どのように種々の積極的な機構が可能になるかを示すブロック線図である。
図７は、円形断面の磁束環の斜視図である。
図８は、本発明の第２の実施例の側面図である。
図９は、図８の９−９矢視前面図である。
図１０は、図８の１０−１０矢視後面図である。
図１１は、図８の１１−１１矢視側断面図である。
図１２は、図８の１２−１２矢視軸方向断面図である。
図１３は、図８に示す本発明の第２の実施例の分解側断面図である。
図１４は、図８に示す本発明の第２の実施例の側断面図であって、磁束環取付けプロセスを示す図である。
図１５は、本発明の第２の実施例の拡大端面図であって、ワイヤ接続の詳細を示す図である。
図１６は、本発明の第３のゲージ実施例の側断面図である。
図１７は、第３のゲージ実施例の一部の拡大図である。
図１８は、本発明の第４の実施例の側断面図である。
図１９は、第４のゲージ実施例に使用されるボビンスペーサの斜視図である。
図２０は、典型的な計器クラスタ応用における第２のゲージ実施例の側面図である。
図２１は、自動車計器クラスタ応用に取付けられた第４のゲージ実施例の側面図である。
図２２は、第５のゲージ実施例の側断面図である。
発明の詳細な説明
図２を参照する。図２は、小型交差コイルゲージ３０の主要成分を分解して示している。ゲージハウジングは３つの片、即ち上側ボビン３２、下側ボビン３４、及び制動用環３６から形成されている。これらの３つの片は互いにフィットして、軸受支持具、及びシャフト３８及び磁石４０組立体を収納する閉じた空洞を形成している。この組立体は、第１のコイル４２及び第２のコイル４４のための支持具としても役立っている。軸受４６は下側ボビン３４内に圧入され、シャフト３８のためのスラスト軸受４６になる。制動用環３６は銅製であり、磁石４０及び何等かの外部に接続されている指針の回転の振動を除去する独特なゲージ制動方法を提供する。制動用環３６は、オプションとしてアルミニウム製であることができる。磁石４０からの磁束は制動用環３６の周縁を直角に通過し、磁石４０と制動用環３６との間の相対運動が制動用環３６内に渦電流を誘起して渦電流による制動を行う。この方法は、空芯ゲージに一般的に使用されている普通のシリコン制動用流体に代わるものである。
印刷回路基板にゲージを前面取付けまたは後面取付けするように、端子ピン４８が上側ボビン３２及び下側ボビン３４内にモールドまたは挿入されている。端子ピン４８はゲージを回路基板組立体に面実装するような形状であることもできる。
磁束環５０は、磁石４０、及び第１のコイル４２及び第２のコイル４４のための閉じた磁束戻り路を与える。このような構成にすると、磁束環５０の付加によって、コイルの磁極付近の磁束密度をほぼ２倍にすることができることを見出した。磁束環５０は、外部磁場に対する遮蔽にもなっており、他のデバイスがゲージに干渉しないようにする。この設計の磁石４０はレアアース型磁石であり、アンオリエンテッドまたは高性能オリエンテッド磁石であることができる。外向きの磁束パターンを有するより高い磁束密度磁石を使用することによって、より効果的な渦電流制動を達成することができる。
磁束環５０は低炭素鋼で作ることができるが、ニッケル合金鋼を使用することが好ましい。大きい強さの磁石５０を使用する場合、磁束環５０材料が磁気的に飽和するのを回避し、従ってゲージ性能が制限されるのを避けるために、磁束環５０を充分な厚みにすることが重要である。
以下の表は、本発明の第１の実施例の種々の特性を、従来技術の空芯ゲージの特性と比較したものである。

このデータから、本ミニゲージが従来技術よりも遙かに小さいことが分かる。即ち、直径は従来技術の半分であり、長さも従来技術の半分である。しかも、同一のアンペア・巻回では、ミニゲージの磁気は従来技術よりも60％高い出力トルクを発生している。比較のために選択された従来技術のゲージは、最新のモールドされたネオジム・鉄磁石を使用しており、この磁石はセラミックまたはアルニコの何れかの磁石を使用している他の従来技術の空芯ゲージに比して比較的高い磁束レベルを発生するものである。従って、他の従来技術の空芯ゲージは、本発明と比較した時に更に低いトルク性能を示すであろう。ミニゲージの磁石体積は、従来技術の1/3にしか過ぎない。サイズが小さいので、より高価な焼結されたオリエンテッド・ネオジム・鉄磁石をミニゲージ内には使用することができるが、従来技術のゲージに使用すると莫大な費用になる。ミニゲージのトルクは従来技術より高いにも拘わらず、磁石の直径は1/2にしか過ぎない。ミニゲージの磁石表面上の磁束レベルは、従来技術に比して2.4倍である。磁束環内のピーク磁束密度は、従来技術の3.5倍である。磁束環がない時のコイル付近のピーク磁束密度は、ミニゲージでは948ガウスに、また従来技術のゲージでは380ガウスに減少している。磁束環によってもたらされるピーク磁束密度のパーセンテージ変化を比較すると、ミニゲージは、従来技術と比較した時に、磁束環を付加したことによって使用可能なコイル磁束を遙かに大きくブーストしていることを示している（67％対18％）。
以上のように、本発明の磁束環は単なる遮蔽だけではなく、ゲージの磁気回路に、従ってその性能に重要な役割を果している。コンパクトなサイズと、高パワーの磁石との組合せによって、従来技術の空芯ゲージとは大きく異なる結果が得られ、その潜在能力は磁性材料及び含まれるジオメトリを詳細に解析しなければ明らかにはならない。
ミニゲージのコイルにおいて得られる高い磁束レベルは、充分な長さ及び厚みの磁束環が付加された時に、コイル付近の磁束が再分配されることが主因であることが分かった。合計磁束は目立って増加することはないが、環を追加したことによって磁石から外向きにかなり導かれる。これは、磁束環を用いて、及び用いないで合計磁束をサーチコイル測定によって確認されている。またミニゲージ断面のコンピュータモデルでも、この試験の結果が確かめられている。
図２は、本発明に使用される導電性筒形制動用環３６を示している。磁束が極めて高い時に限って、空芯ゲージに磁気制動を考えることができるのである。表１は、プラスチックモールドされたネオジム磁石を含んでいる時には、ミニゲージの磁束レベルが従来技術のそれの3.5倍であることを示している。他の従来技術のゲージでの磁束レベルはより低く、この比を3.5：1.0から高い場合の7.0：1.0に引き上げる。
図７を参照する。以下の式は、導電性制動用環を通る磁束密度を含む幾つかのパラメータの関数としての磁気制動トルクを定義する。
Ｔ_r＝Ｋ₁ｌ²Ｂ_g ²Ｖｒｗｔ／ｐ ^*
ここに、Ｔ_r＝筒による遅れ、即ち渦電流ブレーキングトルク、
ｌ＝筒の軸に平行なブレーキング磁場の長さ、
Ｂ_g＝筒の表面に垂直な永久磁石の磁場によってもたらされる空隙内の磁束密度、
Ｖ＝ωｒ＝回転磁束の接線速度、
ｒ＝実効トルク半径、
ｗ＝筒の軸に垂直なブレーキング磁場の幅、
ｔ＝筒の厚み、
ｐ＝筒の電気抵抗、
Ｋ₁＝比例定数、
である。
^*基本式は、米国特許第4,238,729号から筒に適用したものである。
制動トルクが、この磁束密度の平方と、磁石長の平方×磁石半径とに比例することが分かる。ミニゲージは、従来技術の空芯ゲージの磁束レベルの3.5乃至7.0倍の磁束密度を有しており、長さの増加が直径の減少の殆どを相殺し、ミニゲージの制動トルク能力は従来技術の空芯ゲージのおぼ６乃至24倍である。このことが、磁気制動を新しいミニゲージに実現できるオプションとし、流体制動を実質的に従来技術の空芯ゲージだけのためのものにしてしまっている。
ミニゲージに使用されている磁気制動は、回転磁石と磁束環との間に導電性材料を置くことによって容易に実現することができる。磁石が運動すると、その運動に対抗するトルクが制動用環内に生成され、磁石運動は過渡トルク状態の下で安定する。磁気制動は、従来技術のゲージに現在使用されている液体粘性制動に対して明らかな利点を提供する。製造中にボビン空洞を流体で満たすことが排除され、ゲージの取扱い中、またはゲージの使用中に制動が失われることがない。最後に、ゲージボビン全体を高速でスピンさせることができ（流体が流出することがないから）、ゲージコイルの代替巻線方法を容易にする。
図３は、駆動トルクのステップ入力に応答するゲージ角変位の比較を示している。制動を用いない場合には、ゲージは曲線５２で示すように低周波数で「リング」（ring）する。磁気制動を用いると、曲線５４で示すようにこの「リンギング」は大幅に減少する。
前述したように、従来技術の空芯ゲージとは異なって、本ミニゲージの磁束環は磁気回路における重要な要因である。この磁束環は、コイルにおける磁束レベルを60％以上変化させることができるので、可変磁気抵抗デバイスと考えることができる。
図４ａ、４ｂ、及び４ｃは、図４ａの標準円形磁束環５０から始まって、異なる形態の３つの異なる磁束環５０、５２、及び５４を示している。図５ａ、５ｂ、及び５ｃは、各磁束環毎のゲージ角度の関数としてのゲージ角位置誤差を示すグラフである。この誤差は、ゲージ磁石が360°回転する際の静的トルク変動によって生じる。円形磁束環の場合には、ゲージ誤差曲線５６は約３乃至５°誤差の４つのハンプを有し、これらは磁石に対する影響力が外側ゲージコイルが内側コイルよりも少ないために生じるのである。これは、巻回が同数の場合には外側コイルの抵抗が高く、内側コイルよりも磁石から遠く離れているからである。
図４ｂ及び５ｂの長円磁束環５２は、第１の場合を原因とする非線形を補償する方法を提供している。ゲージ磁気の抵抗は、不平等なコイルトルクを平衡させるように長円磁束環をコイルボビンに対して回転させることによって調整することができる。磁気抵抗トルクは、図５ｂの曲線５８で示すように、ゲージ位置誤差を減少させることができるようにコイルの不平衡によって発生するトルクを相殺する。
図４ｃ及び５ｃに示す第３の磁束環設計はトライバンプ設計であり、ゲージから簡単なステッピング動作を発生させるために、ゲージの磁気抵抗トルクをどのように変更するのかを示している。この場合、トライバンプ磁束環５４を使用している。２極磁石を用いた場合、図５ｃの曲線６０で示すように、６つのトルクバンプをゲージ内に発生させることができる。ミニゲージ磁石はこれらの６つの異なる位置に選択的に整列し、ステッパ電動機に類似したゲージ位置を保持するメモリの形状を提供する。勿論、異なる数のステップを発生させるように、このアイディアの多くの変形を考案することができる。ゲージ角度の関数として磁気抵抗を変化させるように、磁束環のどのような変更も使用することができる（例えば、孔または薄壁）。
図６は、可能化技術を得るために、磁束環、導電性の筒、及び磁石をどのように独特に組合せているかを示す関係ブロック線図である。これにより、ミニゲージと呼ぶ極めて小さく、新しい空芯ゲージが得られる。これは、このチャートに示されているような他の多くの便益を可能にする幾つかの独特な特色を有している。これらの便益は全て、ゲージの小さい物理的サイズ、及びゲージコイルにおいて生成される極めて高い磁束密度によて得られるのである。磁束環自体は外部磁場に対する遮蔽であること以外に、ゲージ特性に直接影響を及ぼすように変更することができるシステム内の能動要素である。
図８−１５は、先に交差コイルゲージ６２と呼んだ本発明の第２の実施例を示している。本発明の第２の実施例は、交差コイルゲージ３０によって示されている本発明の第１の実施例に実質的に類似している。交差コイルゲージ６２は、その制動及びゲージからゲージへの再現性を更に改善する付加的な特色と共に示されている。
交差コイルゲージ６２は図８−１０にまとめて示されている。交差コイルゲージ６２の縦方向及び半径方向断面を図１１及び１２に示す。簡易化の目的から図１３は、第１及び第２のコイルを外した交差コイルゲージ６２の分解断面図である。
ゲージ６２は、上側及び下側ボビン６４及び６６を備えている。上側及び下側ボビン上にピボット取付けされているのは、筒形磁石７２を支持するゲージシャフト７０である。磁石７２と軸方向に整列して磁束環７４が設けられ、上側及び下側ボビン組立体が取り巻いている。磁束環を設置する前に１対のコイル、即ち第１のコイル７５及び第２のコイル７７が、ボビン組立体の周囲に巻かれる。第１及び第２のコイル７５及び７７を形成するワイヤのワイヤ端は、各々４つの端子ピン８０の１つに取付けられる。
この応用に示されている本発明の実施例では、交差コイルゲージは、付加的な取付け用デバイスまたは電気コネクタを用いることなく回路基板上に直接取付けるように意図されている。代替形状で取付けできることは明白であるが、本発明が極めて低質量であることから、本発明によって始めて達成できるようになった低実装費用で、回路基板に直接取付けることが特に有利である。端子ピン８０は第１及び第２のコイルを、ゲージ駆動回路と、付加的な電気的または支持手段を用いることなく交差コイルゲージ組立体を回路基板とに結合する電気導体として役立つ。この場合も、ゲージの軸方向高さが極めて小さいことから、自動車計器クラスタ応用でビークル運転手に対面する回路基板の前面上に、ゲージを取付けることができる。
図示の実施例では、シャフト７０の細長い部分は、ゲージの「上側」端と呼ぶゲージ組立体から突き出ており、一方端子ピン８０はゲージ組立体「下側」または軸方向反対側の端から伸びている。勿論、いろいろな向き及び形態を使用することはできるが、図示の形態が自動車計器クラスタに特に適しているものと考えられる。ゲージを実際に使用する場合、どのような位置に配向することも可能であるが、参照の目的から、図８及び１１に側面図で示すゲージは、シャフト７０が垂直になるように配向されている。この向きに基づいて、ボビン６４を上側ボビンと呼び、ボビン６６を下側ボビンと称しているのである。シャフト７０が突き出ているゲージ組立体の端が上側端であり、端子ピン８０が突き出ているゲージ組立体の端が下側端である。
上側ボビン６４は中心ハブ７６を有しているモールドされたプラスチック部品であり、この中心ハブ７６にはシャフト７０とピボット的に共働するために全体的に筒形の孔が形成されている。中心ハブ７６から放射状外向きに伸びているのは、ほぼ平らな下側表面７９を有する全体がディスク状のフランジ７８である。ディスク状フランジ７８の外側周縁には４つの円周方向に離間したボスが存在しており、各ボスは端子ピン８０と共働する細長い中心開口８４を有している。各ボス８２には、その上に磁束環７４を設置するのを容易にするために半径方向内向きにバイアスすることができる柔軟なラッチング手段８６も設けられている。ラッチング部材８６には、磁束環７４と係合するための上側傾斜表面８８と、磁束環を捕らえてゲージ組立体に対して磁束環を指定された軸方向の向きに維持するための段付き肩９０とが設けられている。上側ボビン６４並びに下側ボビン６６は、20％のテフロンを調合したナイロン66材料を使用して射出成形することが好ましい。この材料は、優れた安定性と、低摩擦特性とを呈した。
同じように下側ボビン６６には、中心ハブ９２と、全体がディスク状の放射状フランジ９４と、４つの円周方向に離間したボス９６とが設けられている。図示の実施例では、中心ハブ９４には、シャフト７０の下側端とピボット的に共働する一体に形成された中心ピボット点を有する円筒形の盲空洞が設けられている。ハブ９２の最も下の外側部分には、下向きに、そして内向きにテーパーが付けられている円錐台形のパイロット表面９８が形成されており、取付け用表面１００の面より下に伸びていて自動組立プロセス中にゲージ組立体を回路基板に精密に配向するのを容易にする。
下側ボビン６６のフランジ９４には、制動用環６８と共働する全体的に平らな上面１０２が設けられている。組立てる時に、制動用環６８は上側ボビン６４の平らな表面７９及び下側ボビン６６の平らな表面１０２と係合し、密封された全体が筒形の磁石空洞１０４を限定する。制動用環６８は、図１１に示すように上側及び下側ボビンを離間させるのに役立つ。
下側ボビン６６の各ボス９６は、その中に形成されている縦方向に伸びる孔１０６を有している。孔１０６は、その中に端子ピン８０を圧入されて受けるようなサイズである。図示のように、端子ピン８０はボス９６の上及び下の両方に伸びている。ボスより上に伸びている部分は、上側ボビンの孔８４と共働してボスを回転的に整列させ、コイルを巻く前の上側及び下側ボビンを保持する。端子ピン８０はボス９６の下へも伸びていて、ゲージ組立体６２を印刷回路基板上に面実装するのを容易にする。
上側ボビン６４及び下側ボビン６６は、組立てを容易にするための複数の繊細な設計特色を有している。図９及び１０に示すように、フランジ部材７８及び９４は全体的に円形である。上側及び下側ボビン組立体の周囲に巻かれるコイル７５及び７７が制動用環６８に接触しないように、フランジ部材７８及び９４の外径を制動用環６８より大きくすることが好ましい。これは、コイルが制動用環と短絡する可能性を最小にする。組立体を援助する別の特色は、ボス８２及び９６の構造である。ボス８２及び９６の半径方向に最も内側の部分は、フランジ部材８６及び９４の外縁の内側まで伸びていて、これらの似ている部品を何等かの容器内に一緒に配置した時に、これらの部品が重なり合わない、即ちネスティングしないようにしている。この特色は、ゲージ組立て中のからみ合い問題を解消する。
図１０、１１、１３、及び１５に示すように、各ボス９６の最も下の部分は３つの足、即ち固定された内側の足１０８、固定された外側の足１１０、及び柔軟な外側の足１１２によって限定されている。２つの固定された足１０８及び１１０の各々には、平らな取付け用表面１００と共働する全体的に平坦なモールドされた表面１１４及び１１５が設けられている。図１３に示すように、柔軟な外側の足１１２は僅かに短くしてあって、この足が回路基板に拘束されずに、半径方向に内向きに自由にたわむことができるようになっている。足１１２及び１１０の上面１１８及び１２０はそれぞれ回路基板から離間していて、磁束環７４の一方の軸方向端と共働するための肩を提供している。磁束環７４は、円周方向に離間した４つの各ボス９６上に形成されている柔軟な足１１２によって、シャフト７０の軸に対して同心状に精密に心合わせされる。柔軟な足１１２は、４つの各足が磁束環７４と接触し、それをシャフト７０と同軸的に整列させるように、シャフト軸に対して磁束環７４の内径よりも僅かに大きいある半径に位置している係合表面１２２を有している。磁束環７４の上側軸方向端は、ラッチング部材８６によって同様に同軸的に整列される。
磁束環の同心度及び真円度は、前述したように、両者がゲージの直線性及びゲージ毎の再現性に影響するので、重要な要因である。下側及び上側ボビンに対して磁束環が柔軟に取付けられているために、ボビン材料が温度変化と共に伸縮しても、磁束環７４が変形することがなく、またボビンが恒久的に変形することもない。
磁束環７４は、1991年のＡＳＴＭ標準A 904に記載されている材料のような、残留誘導が低い50/50ニッケル・鉄合金で形成することが好ましい。製造を容易にするために、粉末金属形成プロセスを使用することが磁束環７４を製造するのに理想的に適していることが分かった。このプロセスによれば、高い材料の利用率、優れた真円度、低い製造及びツーリング費用を可能にし、そして均一な肉厚の部品を形成することができる。選択されたニッケル・鉄粉末金属合金は、少なくとも7.0ｇ／ｃｃに、好ましくは少なくとも7.15ｇ／ｃｃに成形し、高密度予備形成（full dense preform）と称されるものを達成する。得られた磁束環を心合わせした後は、少なくとも7.2ｇ／ｃｃ、好ましくは7.4ｇ／ｃｃの密度を有するようになる。
現在では、従来技術の交差コイルゲージと共に使用される磁束環は、引抜きプロセスを使用して形成されている。従来技術の典型的な磁束環はゲージ性能に重要な、即ち主として遮蔽としての役割を果たしており、従って、公差は比較的重要ではない。更に従来技術の環のジオメトリは、円周方向に均一でさえもない。本発明の磁束環７４は、円周方向に均一な断面を有する形状の筒形である。磁束環７４の内径はほぼ1/2インチであり、好ましくは真円度の変動を0.002インチ以上にならないようにし、好ましくは0.001インチ以下の変動とする。真円度を達成するために、磁束環７４は初期焼結プロセスの後にサイジングダイを用いて一定の大きさにする。磁束環の大きさを定めた後に、磁束環を焼き戻して環内の磁気特性の変動を排除するために再焼結する。磁束環７４はほぼ0.38インチの軸方向長さと、0.045インチの肉厚とを有している。磁束環７４の長さを変えることはできるが、この長さは磁石の長さより小さくすべきではなく、肉厚は磁気飽和を回避するために充分であるべきである。肉厚は、理想的には磁束環の長さの８％より大きく、好ましくは磁束環の長さの10％より大きくする。
第１のゲージ実施例で説明したように、磁束環７４は磁石のＮ極とＳ極とを接続する磁気回路で重要な役割を果している。磁束環を定位置に配置して、及び磁束環を除去して、磁極に接するコイルの表面にホール・プローブ・センサを使用して磁束を測定することによって磁束環の影響を評価することができる。好ましくは、本発明の磁束環は、プローブ・センサを使用してコイル表面において測定したピーク磁束を、少なくとも30％、好ましくは50％以上増加させる。
磁束環７４を粉末金属形成プロセスを使用して製造する他に、磁束環は高密度金属磁束環を達成する代替方法を使用して形成することができる。本明細書で使用している「高密度」（full dense）とは、90％の純粋な金属合金の密度、好ましくは92％の純粋な金属合金の密度を有する形成された粉末金属部品のことである。これらの密度は、比較的高いレベルの圧縮に圧縮された適切に選択された粉末金属を使用して得られる。100％に近いより高い密度は、金属押し出し、または金属射出成形プロセスを使用して達成することができる。しかしながら、磁束環密度を付加的に増加させても、費用を付加しただけの価値をもたらさないかも知れない。押し出した、または金属射出成形された磁束環は完全に満足するに足るように動作するものと考えられるが、現時点では、高密度である粉末金属で形成された磁束環が費用の点から有利である。勿論、磁束環は普通のスタンピングプロセスを使用して金属ブランクから形成することができる。しかしながら、本磁束環はかなりの肉厚を必要とし、比較的小さいサイズであるので、スクラップ率が極めて高く生材料が高価であるスタンピングは経済的ではないものと考えられる。
前述したように、磁石７２は極めて強いオリエンテッド・レアアース磁石材料で形成されている。詳しく述べれば、高密度粉末金属ＮｄＦｅＢ及びＳｍＣｏ磁石は、満足できるように機能する。選択された材料は、25ＭＧＯ、そして好ましくは28−60ＭＧＯのエネルギ積を有している。磁石の強さを増加させ、磁石価格を引下げるように磁石技術が更に進歩すれば、本発明のゲージと従来技術の構造のゲージとの費用便益の比を向上させることになろう。
本発明の磁石７２は、0.250の直径と、0.165の軸方向長さとを有している。理想的には、磁石の軸方向長さは磁石の半径を越えよう。最も好ましいのは、磁石の軸方向長さを、磁石の半径のほぼ0.70乃至1.50倍とすることである。磁石７２は、磁極が半径方向に180°離間して配向されるように磁化する。理想的には、磁石は3.0キロガウスの最小強さを有し、最も好ましいのは磁石表面上の両極で測定して少なくとも4.0キロガウスである。
磁石７２は、鉛／錫合金、亜鉛合金、銀／錫合金、またはアンチモン／錫合金を使用した普通の金属射出成形プロセスを使用して、シャフト７０に同心的に固定される。磁石７２がＮｄＦｅＢである場合には、腐食を最小にするために、静電めっきプロセスを使用してニッケル被膜することが好ましい。移動に対する強度を良好にするために、シャフト７０には、磁石の領域にダイヤモンドまたはローレットパターンでローレット掛けしてある。磁石７２には、その両端に環状の凹みを有する孔が設けてあり、磁石の端面と平らになるまで金属を注入できるようにしてある。この方法は、磁石面より下の金属区分の材料が、付加的な磁石材料のための余裕をボビン空洞内に保ち続けるようにする。
制動用環６８は、磁石のための閉じられた空洞を限定してその中で磁石が回転するように、磁石よりも長い軸方向長さと、磁石の直径よりも大きい内径とを有するように設計されている。制動用環の肉厚が制動の量に影響する。肉厚は、0.018乃至0.040インチ、好ましくは0.020インチ以上とする。コイルの短絡を避けるために、制動用環はパラレン（商品名）のような絶縁体で被膜する。制動用環６８は焼き戻した電気的に純粋なＯＦＨＣ銅（無酸素高導電度）で形成するが、アルミニウムのような他の非磁性の導電性材料も、それらが必要な渦電流制動特性を呈するならば使用することができる。
磁石、シャフト、制動用環、及びボビンを組立てた後に、この副組立体をコイル巻線機内に配置して第１のコイル７５及び第２のコイル７７を巻く。ワイヤゲージは、好ましくは38乃至50ゲージであり、最も好ましいのは44ゲージである。理想的には、各コイルは約500−1000巻回であり、そして好ましくは約800巻回である。図５ａを参照して説明したように、所与の巻回数に対して付加的なワイヤ長のために、２つのコイルの外側のコイルの抵抗が増加することから非線形がもたらされる。抵抗及びアンペア・巻回の数を等しく維持するために、内側のコイルに補償抵抗または付加的な逆巻きの巻回を付加することができる。逆巻きは、内側コイルの抵抗を増加させながらアンペア・巻回の正味の数を適切に維持する。
同一のアンペア・巻回及び抵抗を達成するようにコイルを巻く代替方法は、ワイヤの巻線張力を変化させることを含んでいる。内側のコイルは普通の手法で巻くが、ワイヤを引き伸ばして抵抗を増加させるように巻線中の張力を調整する。次いで外側コイルを通常の張力で巻く。細いワイヤを使用している時には、ワイヤの張力を小さく変化させてもコイル抵抗に大きい変化を生じる。本ゲージでは巻回の数が比較的少なく、また細いワイヤを使用していてコイルのサイズが小さいので、この方法が実現できるのである。コイルを、44ゲージのワイヤの800巻回で、通常の張力で形成した場合、コイル間の抵抗差は10％以下である。遙かに太いワイヤを２−４倍の巻回数で使用する従来の技術と比較すると、抵抗のこの比較的小さい差が極めて重要になってくる。抵抗及びアンペア・巻回の正味数を平衡させる代替手段は、第１のコイルの抵抗を近似的に増加させるために、第１のコイルと直列に較正抵抗を使用してそのアンペア・巻回を減少させることである。
コイルを巻いた後、コイルを形成しているワイヤの端を端子ピン８０で終端させる。足１０８、１１０、及び１１２は端子ピンの周囲で充分な距離だけ離間していて、巻かれたワイヤの端を隠すポケットを形成しており、それによってゲージ組立体を回路基板上に面一に取付けることを可能にしている。コイルを巻き、終端させた後に、磁束環７４を、図１４に示すように上側ボビンの上に軸方向に被せることができる。ラッチ手段８６は、図示のように半径方向内側にたわんで磁束環はその上を通過できるようになる。
下側ボビンの足設計の拡大詳細図を図１５に示す。固定された内側足１０８は滑らかに丸めた輪郭を有していて、その周囲に巻かれるワイヤ１２４のためのひずみ逃しになっている。
第３のゲージ実施例１３０を図１６に示す。ゲージ１３０は上述したゲージ６２とは次の３つの点が異なっている。（i）ボビンに対して磁石及びシャフトの軸方向の配向に磁気バイアスを付加してあること、（ii）制動用環がなく、磁性流体磁気制動用流体を使用していること、そして（iii）磁石及びシャフトを固定する方法である。
下側ボビン１３２には、磁石１３６及び関連シャフト１３８と磁気的に共働するスラストディスク１３４が設けてある。スラストディスク１３４は、約0.015インチの厚みと、0.160インチの外径と、0.080インチの内径とを有する完全に焼き戻されたニッケル／鉄合金で作られた平座金である。スラストディスク１３４は、シャフト１３８の下端を下側ボビン１３２内に確実に係合させ続けるように磁石１３６を下向きにバイアスする。この構造によれば、ゲージをどのような角度配向にも、また高振動環境においても使用することができ、しかも磁石が上側ボビンに接触するのを防ぐことができる。
ゲージ１３０は、渦電流制動を使用していない。その代わりとして、下側ボビン１３２及び上側ボビン１３５は互いに密封係合して閉じられた磁石空洞１４０を限定している。ゲージを実質的に完成させ、第１及び第２のコイルをボビンの周囲に巻いた後に、磁性流体１４２を磁石空洞１４０内に注入する。磁性流体は少なくとも部分的に磁石空洞１４０の領域を満たし、磁石１３６の外縁と上側及び下側ボビンとの間の放射状間隙内に広がる。磁性流体１４２は、下側ボビン１３２に形成されている孔１４４から磁石空洞１４０内に注入される。図１６及び図１７の拡大図に示してある玉軸受１４６が、孔１４４を密封するのに役立ち、シャフト１３８の端と係合する軸受表面にもなる。前項で説明したように、スラストディスク１３４が磁石１３６を軸方向にバイアスしてシャフト１３８を下方向に引き付ける。この下向きのバイアス力が、シャフトを玉軸受１４６に係合させ、孔１４４を密封させる。
非磁性制動用液体に比して磁性流体の利点は、流体が磁石１３６の外縁に引き付けられることである。これは、流体が流出するのを防ぎ、ゲージを少量の流体で製造することを可能にする。0.02−0.05ml程度、好ましくは約0.03mlの少ない磁性流体を使用して制動を行わせる。選択される磁性流体は、27℃で測定して1,000−50,000センチポアズ、好ましくは5,000−20,000センチポアズの粘性を有しているべきである。更に、選択される磁性流体は、比較的低い飽和磁化を有しているべきである。25℃で測定して200ガウスの飽和磁化を有する流体が、満足できる仕事をすることが確かめられた。好ましくは、選択される磁性流体は200ガウスの、またはそれ以下の、好ましいのは100−200ガウスの範囲の飽和磁化を有している。上記基準に合致する磁性流体は、ニューハンプシャー州ナシュア市サイモン街40のFerrofluidics Corporationから入手可能である。磁性流体に関しては1986年にFerrofluidics Corporationから発行された小冊子“Ferrofluids：Physical Properties and Applications”^▲Ｃ▼に概要が記載されており、本明細書に参照として採り入れている。
磁石１３６は、機械的に変形する金環１４８を使用してシャフト１３８に固定される。磁石１３６には、シャフト直径のほぼ２倍の中心軸方向孔が設けられている。金環１４８は、シャフト１３８上に、そして磁石１３６内の軸方向孔内に滑り嵌めされるような大きさである。シャフト及び磁石は、すえ付け器具内で互いに精密に同軸整列するように位置決めされ、金環１４８を軸方向に圧縮する。金環は可塑的に変形し、シャフト及び磁石を互いに確実に固定せしめる。結合強度を更に高めるために、第２の実施例で説明したように、シャフト１３８の外縁にはローレットが掛けてある。金環１４８は錫／銀または錫／アンチモン合金で形成することはできるが、亜鉛、銅、アルミニウム、または鉛／錫合金も同じように満足できるように動作するものと考えられる。
図１６及び１７に示す付加的な設計は、ボビン１３２及び１３５とシャフト１３８との間の側壁接触による摩擦面積を制限する目的で、下側ボビン１３２及び上側ボビン１３５内に形成されている環１５０である。シャフト１３８と係合するボビン１３２及び１３５の接触面積を制限することによって、摩擦及び関連するヒステリシスを最小にすることができる。
第４のゲージ実施例を図１８に示す。ゲージ１６０はゲージ１３０に類似しているが、シャフト１６２が上側ボビン１６６からではなく下側ボビン１６４から突き出ている。この代替構造によれば、ゲージ１６０を印刷回路基板１６８の裏側（と呼ばれることが多い）に取付け、シャフト１６２を印刷回路基板に形成された開口１７０を通して突き出させることが容易になる。図１８に１７２で示すように下側ボビン１６４は、開口１７２の円錐台部分と共働してゲージ１６０と印刷回路基板１６８とを精密に整列させる。ゲージのこの配向は、自動車計器に使用される普通の交差コイルゲージの典型である。しかしながら、この配向の欠点は、シャフト１６２が存在しているためにウェーブ半田付け装置を使用してゲージを印刷回路基板に半田付けするのが困難なことである。
ゲージ１６０と、先に説明した実施例との間の別の差は、図１９に拡大して示してあるボビン環１７４である。ボビン環１７４は、上側ボビン１６６と及び下側ボビン１６４とを離間させ、それらの間に閉じた磁石空洞を限定するために役立つ。ボビン環１６４はプラスチック材料の１つであって、内側に一連の縦リブ１７６が設けられている。リブ１７６は、磁石空洞を部分的に満たし、磁石１７８の外縁とリブ１７６との間の放射状間隙に広がる磁性流体によってもたらされる制動力を強化するために役立つ。またこの環は、再設計または付加的なツールを用いることなく異なるゲージ長（磁石）を容易にするとができる。
図２０及び２１は、２つのゲージ取付けの配向を示している。図２０は、印刷回路基板１８０のグラフィック・光分配層１８２及び指針１８４に対するゲージモータ６２の配向を示す。図示のようにゲージモータ６２は、他の普通の電気成分と共に印刷回路基板１８０の表側に取付けられ、これによりゲージモータは印刷回路基板にウェーブ半田付けすることができる。本発明のゲージモータ６２のサイズが極めて小さいので印刷回路基板上のゲージの占有面積が小さくなり、電子成分のためにより多くの空間を与えるようになる。この付加的な空間は、もし印刷回路基板上の導電体被覆が（より高価な両面基板ではなく）一方の側だけに付着（片面基板）されていれば、大きい費用節約をもたらすことができる。ゲージモータ６２のサイズが極めて小さいので、導体ピンをゲージの基板への唯一の電気接続及び唯一の機械的接続として使用して、印刷回路基板上に直接取付けるのを容易にすることも理解されよう。図示のように、ゲージモータの重心ＣＧ_mはＰＣ基板に極めて近づいている。最悪例として、重心がＣＧ_pにある大質量の指針をゲージモータに装着した場合でも、ゲージモータの重心ＣＧ_mは印刷回路基板の表面から0.3インチ以内にあり、好ましくは0.25インチ以内にある。４グラムの重量を有する重い指針を使用してさえ、全組立体の重心ＣＧ_tは印刷回路基板表面から0.5インチ以内を維持する。この構造のゲージに、工業標準による重い指針を取付けた時に、長期の振動試験に耐えて機械的及び電気的の両ゲージ取付け要求に合格している。
第４のゲージ実施例は、図２１に典型的な自動車計器応用の印刷回路基板上に示されている。印刷回路基板１８６は、裏側に取付けられたゲージ１６０及び一連の電気成分を有している。ゲージのシャフトは印刷回路基板及びグラフィック・光分配層１８８を通過して、図示のように指針１９０を支持している。この構造の利点は、印刷回路基板１８６に対する全組立体の重心ＣＧ_tの位置にある。ゲージモータの重心ＣＧ_mとゲージ指針の重心ＣＧ_pとはＰＣ基板１８６を挟んで反対側に離れており、従って互いに平衡し合ってモータ・印刷回路基板接続に振動荷重によって賦課される曲げ荷重を最小にする。
第５のゲージ実施例１９２を図２２に示す。このゲージ実施例は、図１１に示したゲージ６２に概ね類似している。主な差は、磁束環１９４が上側ボビン１９６の肩と、印刷回路基板１９８との間に捕捉されていることである。
勿論、以上に説明した本発明の形状は本発明の好ましい実施例を構成しているのであるが、これは本発明の全ての考え得る形状を示すことを意図したものではないことは理解されよう。また、本明細書において使用した用語は限定するものではなく単なる説明の用語に過ぎず、本発明の思想及び範囲から逸脱することなく種々に変化することが可能であることも理解されたい。

Claims

交差コイルゲージであって、シャフトと、配向性希土類磁石と、ゲージハウジングと、第１のコイル及び第２のコイルと、磁束環とを備え、上記シャフトはシャフト軸に沿って配向されており、上記磁石は上記シャフト軸に沿って上記シャフトと共に回転するように取付けられ、上記磁石は上記シャフト軸を横切る方向に磁束を供給し、上記磁石は上記シャフト軸から測定した半径及びある軸方向長さを有する筒として成形され、上記磁石の長さは上記半径を超えており、上記ゲージハウジングは上記磁石空洞内に収容し、上記ゲージハウジングは上記シャフト軸を中心とする上記シャフト及び上記磁石の回転のための支持具になっており、上記第１のコイル及び第２のコイルは各々上記ゲージハウジングの周囲に巻かれ、上記第１のコイルは上記第２のコイルに対して全体的に直角に巻かれ、上記第１のコイル及び第２のコイルは上記磁石を包み込み、上記磁束環は上記第１のコイル及び第２のコイルの周囲に配置され、且つ上記磁石及び上記シャフトに対して軸方向に整列しており、上記磁石は充分に大きい強さを有し、上記磁束環は上記第１及び第２のコイルに充分に接近して取付けられていて、上記第１のコイル及び上記第２のコイル付近の磁束密度が上記磁束環がない時に上記磁石によって供給される磁束密度に比して少なくとも60％増加するように、上記磁石によって供給される磁束を再分配するようになっており、上記磁束環は上記磁石の周囲に同心状に取付けられる筒形ボディを備え、上記筒形ボディは軸方向長さ及び均一な肉厚によって限定される均一な断面を有し、上記ボディは低残留誘導を有する高密度粉末金属合金で形成されていて磁気特性の円周方向変動に最小にするために焼き戻しされ、上記筒形ボディは真円度が0.002インチより大きく変動しない均一な内径を有していることを特徴とする交差コイルゲージ。