JP4911396B2 - 誘導位置センサ - Google Patents

Description

関連出願への相互参照
この出願は、２００７年１２月１２日に出願された米国仮特許出願連続番号第６１／０１３，１５８号、および２００８年１２月１日に出願された米国連続番号第１２／３２５，６４８の優先権を主張し、これらの両方の内容はここに参照により援用される。

発明の背景
Ｉ．発明の分野
本発明は一般的には位置センサに関し、より詳細には、誘導位置センサに関する。

ＩＩ．関連技術の説明
自動車では、スロットルペダルは従来、ケーブルによってエンジンスロットルに機械的に接続されていた。しかしながら、現代の車両では、スロットル位置センサがペダルに機械的に接続され、スロットルペダルの位置を示す電気出力信号を生成する。電気出力信号は、運転者によってスロットルペダルが押し下げられると変動する。このようなシステムは時に「フライ・バイ・ワイヤ」システムと呼ばれる。

１つのタイプの従来公知のスロットル位置センサでは、センサは、典型的にはプリント回路基板上に形成される円形に巻かれたトランスミッタコイルを含む。このトランスミッタコイルは、電磁放射を生成するよう高周波交流電源によって励起される。トランスミッタコイルは通常円形パターンに構成されるが、他のパターン構成が代替的に用いられてもよい。

トランスミッタコイルに近接して、さらにレシーバコイルがプリント回路基板上に形成される。このレシーバコイルは、トランスミッタコイルから誘導結合を通じて電磁放射を受け、トランスミッタコイルから受けた信号により出力信号を生成する。

しかしながら、トランスミッタコイルとは異なり、レシーバコイルは平面図で見ると反対の方向にまかれる第１のループと第２のループとを含む。この結果、トランスミッタコイルとレシーバコイルの第１のループとの間の誘導結合により、トランスミッタコイルとトランスミッタコイルの第２のループとの間の誘導結合とは極性が反対の電圧が生成される。このレシーバ出力は、互いに直列に接続されたレシーバコイルの第１および第２のループからの信号の組合せまたは合計である。

スロットルの位置を示す出力信号を生成するために、スロットル位置センサの中に結合要素が回転可能に取付けられ、スロットルペダルの押下および解放に同期して回転する。さらにこの結合要素は、トランスミッタコイルから受取られた磁束を相殺する、金属のような導電材料から構成される。

結合要素は、トランスミッタおよびレシーバコイルの両方の部分の上に存在する。結果、トランスミッタコイルの通電の間および結合要素の回転の際には、トランスミッタコイルとレシーバコイルの第１および第２のループとの間の誘導結合が変動する。この変動し得る誘導結合は、結合要素の角度位置、したがってスロットルペダルの位置を示す、レシーバコイルからの電圧出力を作り出す。

これらの従来公知のスロットル位置センサから正確な信号を得るには、結合要素がトランスミッタおよびレシーバコイルと同心であることと、結合要素とトランスミッタおよびレシーバコイルとの間の間隔が結合要素の全運動を通して一定のままであることとが重要である。しかしながら、スロットル位置センサの製造における製造公差により、結合要素はしばしばトランスミッタおよびレシーバコイルと正確に同心とならず、ならびに／または結合要素とトランスミッタおよびレシーバコイルとの間の間隔は、結合要素の旋回運動の間に、ある程度変動する。この結合要素とトランスミッタおよびレシーバコイルとの間の同心性の欠如、ならびに結合要素の回転の間の結合要素とレシーバおよびトランスミッタコイルとの間の間隔の変動により、トランスミッタコイルとレシーバコイルの第１および第２のループとの間の誘導結合が変動することになる。これにより、レシーバコイルからの出力信号が、同じ角度位置で正確に位置決めされた結合要素を有するスロットル位置センサとは異なって作り出される。

本発明の概要
本発明は、従来公知のスロットル位置センサの上述した不都合を克服するスロットル位置センサを提供する。

簡潔に言うと、本発明のスロットル位置センサは、好ましくは円形の構成に巻かれるトランスミッタコイルを含む。トランスミッタコイルは、通電されると電磁放射を生成するように、高周波交流源によって励起される。さらに、トランスミッタコイルは好ましくはプリント回路基板上に形成される。

さらに、トランスミッタコイルに近接して、レシーバコイルがプリント回路基板上に形成される。しかしながら、トランスミッタコイルとは異なり、レシーバコイルは互いに直列で相互接続される４つの別個のコイル部を含む。これらの４つの別個のコイル部は、反対に巻かれる第１および第２のループと、反対に巻かれる２つの補償コイルとを含む。

レシーバコイルの第１のループはトランスミッタコイルの第１の部分の周りに位置決めされ、その一方、同様に、レシーバコイルの第２のループはトランスミッタコイルにおいて径方向に対向する第２の部分の周りに位置決めされる。第１の補償コイルは、トランスミッタコイルの第１の部分の内側に位置決めされるが、第２の方向、すなわちレシーバコイルの第２のループと同じ方向に巻かれる。逆に、第２の補償コイルは、トランスミッタコイルの第２の部分の内側に位置決めされ、第１の方向、すなわちレシーバコイルの第１のループと同じ方向に巻かれる。

レシーバコイルの第１および第２のループならびに第１および第２の補償コイルはトランスミッタコイルに誘導結合されるようにトランスミッタコイルに十分近く位置決めされる。しかしながら、第１および第２のループならびに第１および第２の補償コイルは互いに直列に接続されるので、レシーバコイルの第１および第２のループならびに補償コイルからの電圧の合計がスロットル位置センサの出力信号を形成する。

トランスミッタおよびレシーバコイルに対して結合要素が移動可能に位置決めされる。結合要素は、トランスミッタコイルとレシーバコイルとの間の誘導結合を結合要素の角度位置の関数として変動させる。好ましくは、結合要素は、トランスミッタコイルおよびレシーバコイルの両方の軸と同心の軸の周りを回転可能なように取り付けられる。さらに、結合要素は、結合要素の回転が、結合要素がレシーバコイルの第１および第２のループの両方の上に存在する量、したがってレシーバコイルの出力信号を変動させるように形状決めされる。

実際には、レシーバコイルの第１および第２の補償コイルは、トランスミッタおよびレシーバコイルの軸に対する結合要素の回転軸の位置合わせの誤差を補償するとともに、結合要素とトランスミッタおよびレシーバコイルとの間の間隔の変動も補償する。以下により詳細に記載されるように、レシーバコイルの第１および第２の補償コイルは、トランスミッタおよびレシーバコイルの軸に対する結合要素の小さなずれと、結合要素とトランスミッタおよびレシーバコイルとの間の間隔の変動とを補償する。たとえば、結合要素のずれによって引き起こされる、トランスミッタコイルとレシーバコイルの第１のループとの間の誘導結合の低減はレシーバコイルの第２のループと同じ方向に巻かれた第１の補償コイルとの間の誘導結合の減少によって相殺される。逆も当てはまる。

添付図面と併せて以下の詳細な説明を参照すれば、本発明をよりよく理解できるであろう。いくつかの図を通じて、同様の参照符号は、同様の部分を指す。

明確さのために一部を除去した本発明の好ましい実施例を示す平面図である。 トランスミッタおよびレシーバコイルの上に配置される結合要素を示す、図１に類似した図である。 センサの軸に対してずれた結合要素を示す、図２に類似した図である。 結合要素がトランスミッタおよびレシーバコイルに対して傾いている本発明の位置センサを示す側面図である。

本発明の好ましい実施例の詳細な説明
まず図１を参照して、本発明に従ったスロットル位置センサ１０を概略的に示す。スロットル位置センサ１０は、プリント回路基板１３上に印刷されたトランスミッタコイル１２を含む。トランスミッタコイル１２は、センサ１０の軸１４について実質的に同心円状に少なくとも１つ、好ましくはいくつかの円形ループを含む。

高周波交流源１６は、トランスミッタコイル１２の端部に電気的に接続される。したがって、高周波交流源１６が活性化されると、トランスミッタコイル１２は、高周波交流源１６の周波数で電磁放射を生成する。

プリント回路基板１３上にはさらにレシーバコイル２０が印刷され、このレシーバコイル２０は、センサ１０の出力信号を形成する２つの端部２２および２４を含む。レシーバコイル２０は、トランスミッタコイル１２の外周の実質的に半分の周りに第１の方向に巻かれる第１のループ２６を含む。レシーバコイル２０の第２のループ２８は、第１のループ２６と径方向において対向する位置において、トランスミッタコイル１２の外周の周りに、第１の方向とは反対の第２の方向へ巻かれる。

レシーバコイルはさらに、第１のループ２６と同じトランスミッタコイル１２の半分部分上において、トランスミッタコイル１２の内部に位置決めされる第１の補償コイル３０を含む。しかしながら、この補償コイル３０は、レシーバコイルの第２のループ２８と同じ方向、したがってレシーバコイルの第１のループ２０の方向とは反対の方向に巻かれる。同様に、第２の補償コイル３２が第１の補償コイル３０と径方向において対向するトランスミッタコイル１２の内部に位置決めされる。この第２の補償コイル３２は、レシーバコイル２０の第１のループ２６と同じ方向、したがってレシーバコイル２０の第２のループ２８とは反対の方向に巻かれる。

ループ２６および２８の両方ならびに補償コイル３０および３２の両方は、センサ１０の軸１４に対して、プリント回路基板１３上に同心円状に形成される。さらに、レシーバコイル２０の第１のループ２６および第１の補償コイル３０は、レシーバコイル２０の第２のループ２８および第２の補償コイル３２の鏡像を実質的に形成する。

レシーバコイル２０のループ２６および２８の両方ならびに補償コイル３０および３２の両方がプリント回路基板１３上に印刷される。さらに、第１および第２のループ２６および２８ならびに第１および第２の補償コイル３０および３２は、全体のレシーバコイル２０が２つの端部２２および２４を有する単一の配線からなるように、互いに直列に接続される。

レシーバコイル２０のループ２６および２８は互いに反対に巻かれているので、ループ２６および２８においてトランスミッタコイル１２によって誘導される電圧は、極性が互いに反対になることになる。同様に、補償コイル３０および３２も反対に巻かれているので、通電された際に補償コイル３０および３２においてトランスミッタコイル１２によって誘導される電圧も極性が互いに反対になることになる。同様に、レシーバコイル２０の第１のループ２６における電圧の極性は、第１の補償コイル３０における誘導電圧とは反対になり、レシーバコイル２０の第２のループ２８において誘導される電圧は、第２の補償コイル３２において誘導される電圧と極性が反対になる。結果、レシーバコイル２０の出力端子２２および２４での電圧は、レシーバコイル２０の第１および第２のループ２６および２８ならびに第１および第２の補償コイル３０および３２における誘導電圧の合計に等しくなる。

ここで図２を参照して、結合要素４０は、センサハウジングの軸１４の周りに回転可能なようにセンサ１０に取付けられる。この結合要素４０は、トランスミッタコイル１２が作り出す電磁放射に応答して渦電流を作り出す材料、たとえば金属から構成される。

結合要素４０は、図２に示されるように、レシーバコイル２０の第１および第２のループ２６および２８の両方の部分の上に存在する半円部４２を含む。結合要素４０はさらに、結合要素４０が正確にセンサ１０の軸１４と同心である場合に完全に補償コイル３０および３２の上に重なる円形部４４を含む。

したがって、結合要素は、センサ１０に対する結合要素４０の角度位置に依存して、トランスミッタコイル１２とレシーバコイル２０の第１のループ２６および第２のループ２８との間の誘導結合を変動させる。結合要素４０は、結合要素４０の角度位置が車両のためのスロットルペダル４１の位置に比例して変動するように、スロットルペダル４１に機械的に接続される。

たとえば図２では、結合要素４０の半円部４２がレシーバコイル２０の第１のループ２６および第２のループ２８の両方の部分の上に等しく存在する中立位置に結合要素４０があるのが示される。この結果、この位置では、第１のループ２６においてトランスミッタコイル１２によって誘導される電圧は、レシーバコイル２０の第２のループ２８において誘導される電圧と等しいが、極性が反対になる。したがって、レシーバコイル２０の出力端子２２および２４の間で誘導される電圧は零になる。しかしながら、結合要素４０がたとえば時計回りの方向に回転される場合、トランスミッタコイル１２とレシーバコイル２０の第１のループ２６との間の誘導結合が増加すると同時に、トランスミッタコイル１２とレシーバコイル２０の第２のループ２８との間の誘導結合が減少する。これにより、レシーバコイルの出力端子２２および２４にて、センサ軸１４に対する結合要素４０の角度位置に比例する量により変動する電圧が作り出される。

結合要素４０がセンサ１０の軸１４と正確に同心円状に取付けられると、結合要素４０の円形部４４は、補償コイル３０および３２の両方の上に完全かつ等しく重なる。したがって、第１の補償コイル３０においてトランスミッタコイル１２によって誘導される電圧は、第２の補償コイル３２においてトランスミッタコイルによって誘導される電圧と等しいが、極性が逆になる。この結果、２つのコイル３０および３２からの誘導電圧が互いに相殺する。

しかしながら、製造公差により、結合要素４０は常にセンサ１０の軸と正確に整列するわけではない。図３を参照すると、図３に誇張して示されるセンサ１０では、結合要素４０が、ハウジング軸１４と同心ではなく、図３に誇張して示される小量Ｘだけ軸１４からオフセットする軸５０上に取り付けられている。図３に示されるように結合要素４０の右方向のシフトにより、結合要素４０はレシーバコイル２０の第１のループ２６の全体をもはや覆っていない。これにより第１のループ２６に対する結合要素４０の影響が減少する。同時に、第１の補償コイル３０に対する結合要素４０の影響も減少し、そのためトランスミッタコイル１２によってレシーバコイル２０の第１のループ２６および第１の補償コイル３０の両方において誘導される電圧が増加する。しかしながら、レシーバコイル２０の第１のループ２６が第１の補償コイル３０とは反対方向に巻かれているので、第１のループ２６における誘導電圧の増加は極性が反対である第１の補償コイル３０における誘導電圧の増加によって自動的に相殺される。これにより、センサハウジングの軸１４に対する結合要素の軸のずれによって引き起こされるレシーバコイル端子２２および２４での出力電圧に対する影響を打消す、または少なくとも最小化する。

ここで図４を参照して、結合要素４０が図４に大きく誇張して示されるようにトランスミッタコイルおよびレシーバコイル１２に対して傾斜する場合、レシーバコイル２０の第１のループ２６に対する結合要素４０の影響の増加は、第１の補償コイル３０に対する結合要素４０の影響の増加によって相殺される。同様に、レシーバコイル２０の第２のループ２８に対する結合要素４０の影響の減少は、第２のレシーバループ２８と第２の補償コイル３２との間の結合要素４０に対する間隔の増加による第２の補償コイル３２に対する結合要素４０の影響の減少によって相殺される。

上記から本発明が、結合要素のずれならびにトランスミッタおよびレシーバコイルに対する結合要素の傾斜の両方の自動補正を提供する、特にスロットル位置センサとして良好に好適である位置センサを提供することが分かり得る。この発明を記載してきたが、当業者には、添付の特許請求の範囲に規定されるこの発明の精神から逸脱しない多くの修正例が明白であろう。

Claims (6)

1. 位置センサであって、
   電気エネルギ源によって励起されると電磁放射を生成する円形のトランスミッタコイルと、
   前記トランスミッタコイルの第１の部分の周りに第１の方向に巻かれる第１のループと、前記トランスミッタコイルにおいて径方向に対向する第２の部分の周りに前記第１の方向とは反対の第２の方向に巻かれる第２のループと、前記トランスミッタコイルの前記第１の部分の内側において前記第２の方向に巻かれる第１の補償コイルと、前記トランスミッタコイルの前記第２の部分の内側において前記第１の方向に巻かれる第２の補償コイルとを有するレシーバコイルとを含み、前記第１のループ、前記第２のループ、前記第１の補償コイル、および前記第２の補償コイルは直列に接続され、前記レシーバコイルは、前記トランスミッタコイルと前記レシーバコイルとの間の誘導結合により前記トランスミッタコイルが励起されると電気出力信号を生成し、前記位置センサはさらに、
   前記トランスミッタコイルと前記レシーバコイルとの間の誘導結合を前記結合要素の位置の関数として変動させ、これにより前記トランスミッタコイルによって励起される際の前記レシーバコイルからの当該電気出力信号を変動させる移動可能な結合要素を含む、位置センサ。
2. 前記トランスミッタコイルはプリント回路基板上に形成される、請求項１に記載の位置センサ。
3. 前記レシーバコイルはプリント回路基板上に形成される、請求項１に記載の位置センサ。
4. 前記結合要素は金属製であり、前記トランスミッタコイルに対して回転可能である、請求項１に記載の位置センサ。
5. 前記結合要素は、前記トランスミッタコイルに対して軸の周りを回転可能である、請求項１に記載の位置センサ。
6. 前記トランスミッタコイルは、同心である複数の円形ループを含む、請求項１に記載の位置センサ。

Images