JP4806308B2 - 非接触ホール効果角度位置センサー - Google Patents

Description

関連出願の相互参照

本願は２００５年８月２日付け米国仮出願第６０/７０４，７４４号に基づく優先権を主張する。

本発明は概ね角度位置センサーに係わる。より具体的には、本発明は角度位置の変化に起因する磁界の変化を測定するホール効果センサーを含む角度位置センサーに係わる。

角度位置センサーは強磁性材のリングの内側に配置されて磁界を発生させる磁気源を含む。リングの内側において、磁束ガイドがリングと磁気源との間を回転する。磁束ガイドとリングとの間の磁束通路内には、最適条件で磁界の影響を受けることによって所要のセンサー精度を可能にするホール効果セルが配置される。

ところが不都合なことに、センサーのサイズはホール効果セルのサイズによって制限される。センサーを小型化すると、磁束ガイドとリングとの間のギャップが狭くなる。しかし、ギャップの縮小に比例するサイズにホール効果セルを小さくすることはできない。従って、エアギャップを狭くすれば、磁束ガイドとリングとの間にホール効果セルを設置することが不可能になるから、センサーのサイズはホール効果セルのサイズによって制限されることになる。

従って、ホール効果セルのサイズとは関係なく、用途に固有の必要条件を満たすようにサイズ設定できるセンサーを開発し、設計することが望まれる。

発明の概要

角度位置センサー組立体の１例はリングの内側において回転するセクター部材を含み、前記リングの内側中心には永久磁石が配置され、前記永久磁石の、セクター部材とは反対の側に近くホール効果センサーが設置されている。

リングは第１軸と交差する第１平面を画定する。セクター部材はリングとマグネットとの間のスペース内において第１軸を中心に第１平面内で回転する。マグネットはリングおよびセクター部材を含む磁気回路内に磁界を発生させる。リングおよびマグネットに対するセクター部材の移動に伴って磁界が変化し、この変化をホール効果センサーが感知する。永久磁石のセクター部材とは反対の側に、永久磁石から所要の間隔を保ってホール効果センサーを配置する。

リングの外径を小さくしてセンサー組立体全体を小型化できるように、セクター部材とリングとの間のスペースからは外れるようにホール効果センサーを配置する。

図1に示す実施例では、角度位置センサー組立体１０は非磁性ハウジング４２内に支持された強磁性リング１２を含む。ハウジング４２はマグネット１６およびホール効果センサー１８をも支持する。セクター部材１４はハウジング４２に対して、従って、リング１２に対して移動できるように駆動アーム４０内に支持されている。駆動アーム４０は非磁性材から成り、ハウジング４２と基部５６との間に支持されている。基部５６は湿気またはその他の汚染物質がセンサー組立体の内部構造に侵入するのを防止するためのシール５０、５２を含む。

セクター部材の移動を検知し、この移動を示す所要の位置情報を提供するため、駆動アーム４０を（図示しない）外部装置によって回転させる。駆動アーム４０の回転に伴ってセクター部材１４がリング１２およびマグネット１６に対して回転する。セクター部材１４の移動が磁界を変化させ、磁界の変化がホール効果センサー１８によって感知される。ホール効果センサー１８が電気信号を発し、これが端子４４を介して（図示しない）所要の制御装置に伝送される。ホール効果センサー１８は端子４４と電気的に接続するリード線４２を含む。端子はヒート・ステーク４８によってハウジング４２に取り付けられる。ヒート・ステーク４８はファスナを別設しなくても端子を所要の向きに保持することができる。

図２には、図１に示したハウジング４２およびその他の支持素子から取外した状態で角度位置センサー組立体１０を示した。リング１２は第１軸２０と同心関係にある。リング１２はセクター部材１４を囲み、セクター部材１４は半径方向に末広がりの扇形を呈し、第１軸を中心に且つマグネット１６に対して回転自在である。セクター部材１４の角度範囲を参照符号１５で示してある。図示実施例の場合、この角度範囲は約１４０°である。但し、本発明の意図を逸脱しない限り、角度範囲は図示例に制限されない。図示実施例におけるマグネット１６はリング１２の内側中心に、即ち、第１軸２０と同心関係に配置された永久磁石である。

リング１８は、第１軸１２と交差し、第２軸２２と平行な第１平面３６を画定する。セクター１４は第１平面内において且つリング１２の内側において、リング１２とマグネット１６との間のスペース内で回転する。マグネット１６が磁界を発生させ、磁界はリング１２およびセクター部材１４を含む磁気回路を形成する。リング１６もセクター部材１４も所要の磁性を有する強磁性材料から製造されたものである。

セクター１４はリング１２に対して回転して磁界を変化させ、この変化をホール効果磁界センサー組立体１８が感知する。ホール効果センサー１８はマグネット１６の、セクター部材１４とは反対側に配置される。ホール効果センサー１８はマグネット１６との間に距離２６を保つ。ホール効果センサー１８とマグネット１６との間の距離２６は所要の磁界感知精度が得られるように設定される。ホール効果センサー１８のこの位置はリング１２とセクター部材１４との間のギャップ２８からは外れた位置である。マグネット１６に対するセクター１４の回転が磁界を変化させ、この変化がホール効果センサー１８によって検知される。ホール効果センサー１８によって検知された磁界変化はリング１２に対するセクター１４の回転量を示す。

ホール効果センサー１８はリング１２とセクター部材１４との間のギャップ２８から外れた位置を占めているから、ギャップ２８のサイズが制限されることがない。リング１２とセクター部材１４との間にホール効果センサー１８が配置される場合のように、セクター部材１４の移動に伴ってマグネット１６に対する直接的な露出が遮断されたり、遮断を解かれたりすることはない。従って、リングに対するセクター部材１４の相対位置による磁界変化が、従来のセンサー組立体の場合に見られたようにマグネット１６に対する直接的な露出が遮断されたり、解放されたりするという余計な要因なしに測定される。

図３に示すように、マグネット１６によって発生させられた磁界を表す磁束線３０がリング１２、セクター部材１４およびマグネット１６の間に磁気回路を形成する。リング１２およびセクター部材１４内の磁界はマグネット１６とセクター部材１４との間のギャップ３２、およびリング１２とセクター部材１４との間のギャップ２８の位置に応じて敏感に変化する。

用途に応じてセンサー組立体サイズを変えるには、種々の構成部分間の比例的な空間関係を維持しながら構成部分のサイズを比例的に変化させればよい。即ち、リング１２のサイズに関係なく、ギャップ２８、３２および２６の比例関係を維持すればよい。

ホール効果センサー１８はその作用の有効性を確保しながら小型化するには限界があるから、センサー組立体の全体的なサイズはホール効果センサー１８によって制限される。従って、従来のセンサーでは、ギャップ２８内に配置されるホール効果センサーがセンサー組立体の実行可能な小型化の限界を決定する。リング１２およびセクター部材１４に対するギャップ２８の比例的サイズに変化を加えると、センサー組立体の精度を低下させる可能性がある。図示実施例のホール効果センサー１６はキャップ２８から外れた位置を占めるから、リング12、マグネット１６およびセクター部材１４間の比例関係を変化させずに外径の小さいリング１２を使用することができる。

図３に続いて図４および図５を参照すると、磁界はほぼ平面３６内にあり、磁界の強さはセクター部材１４の回転に伴って比例的に変化する。セクター部材１４は約２２０°の範囲内で回転可能である。即ち、それぞれの方向へ約１１０°移動できることになる。セクター部材１４に伴い、ホール効果センサー18を通る磁界３８の強さが変化する。ホール効果センサー１８によって感知される磁界強さが角度位置を示す。

図示実施例の角度センサー組立体１０は、リング１２とセクター部材１４との間の磁束通路内にホール効果センサーを配置する従来の角度位置センサーよりも外径の小さいリング１２の使用を可能にする。本発明のセンサー組立体１０はリング１２、セクター部材１４およびマグネット１６を所要の空間関係に設定し、センサー組立体サイズを殆ど制限されることなく所要の角度位置測定精度を達成することができる。

本発明の好ましい実施例を以上に説明したが、当業者には明らかなように、本発明の範囲内で種々の変更を加えることができる。従って、本発明の真の範囲および内容は飽くまでも後記する請求項によって定義される。

本発明の角度位置センサー組立体の実施例を示す斜視図である。 上記角度センサー実施例を示す概略図である。 上記角度センサー実施例における磁気回路の一例を示す概略図である。 上記実施例におけるセクター部材の位置に対して前記磁気回路を示す概略図である。 上記実施例におけるセクター部材の位置に対して前記磁気回路を示すもう一つの概略図である。

Claims (15)

1. 角度位置センサー組立体において、
   軸線を中心として配置された強磁性材から形成されたリングと；
   リングの内側に配置された磁気源と；
   リングの内側に配置され、軸線を中心にリング内側で移動自在なセクター部材と；
   磁気源のセクター部材の反対側に配置されたホール効果センサーとから成る角度位置センサー組立体。
2. 磁気源がリング内側の中心点に配置され、セクター部材がリングの内側において磁気源を中心に回転する請求項１に記載の組立体。
3. リングおよびセクター部材が平面内に位置する磁束通路を画定する請求項２に記載の組立体。
4. セクター部材の移動に応答して磁気源によって発生させられる磁界変化をホール効果センサーが測定する請求項３に記載の組立体。
5. ホール効果センサーを磁束通路内の磁気源とリングとの間に配置した請求項４に記載の組立体。
6. ホール効果センサーと磁気源との間にギャップを有し、このギャップ内にはリングまたはセクター部材のいかなる部分も配置されていない請求項１に記載の組立体。
7. セクター部材とリングとの間に環状ギャップを有し、この環状ギャップが平面内に位置する請求項１に記載の組立体。
8. 実質的に非磁性材から成り、リングの内側においてセクター部材を支持する駆動アームを含む請求項１に記載の組立体。
9. リング、磁気源およびホール効果センサーが非磁性ハウジング内に支持される請求項８に記載の組立体。
10. ホール効果センサーと電気的に接続し、ハウジングにおける所要の位置に支持されている請求項９に記載の組立体。
11. 角度位置センサー組立体において、
    軸線と同心関係のリングと；
    軸線を中心に回転するように駆動アームによって支持されたセクター部材と；
    軸線に沿ってリング内側の中心に配置されたマグネットと；
    マグネットから間隔を保つようにマグネットの、セクター部材とは反対の側に配置されたホール効果センサーと；
    リング、マグネットおよびホール効果センサーを所要の空間関係に支持するハウジングとから成る角度位置センサー組立体。
12. リングおよびハウジングに対して駆動アームを回転自在に支持するようにハウジングに取り付けた基部を含む請求項１１に記載の組立体。
13. ホール効果センサーとマグネットとの間にエアギャップを有し、リングまたはセクター部材の如何なる部分もエアギャップ内に配置されない請求項１１に記載の組立体。
14. セクター部材がリングおよびマグネットに対して回転自在であり、セクター部材の回転に応答して磁束通路が変化する請求項１１に記載の組立体。
15. セクター部材が約１４０°の角度に亘る幅を有する請求項１１に記載の組立体。

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