JP5680962B2 - 軸貫通非接触の多回転絶対位置磁気センサ - Google Patents
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Description
たとえば、特許文献2または特許文献3に記載の光学的な解決法は複雑で高価であり、また、温度条件や環境条件と適合しないため、モータコンパートメントへの組み込みに適合しないことが分かる。
電位差測定による解決法は、主にコストと単純性の面で利点が大きい。
は、略直径方向に磁化された磁石リングまたは磁気ディスクの角度位置を決定するために磁石感知センサを用いる360°回転位置センサが記載されている。この特許文献において、磁石によって生成された磁界の方向を感知するセンサは磁石の外側に配置され、これによって、たとえばステアリングコラムの回転角測定用の軸貫通回転センサが得られる。また特許文献13においては、センサにおける回転を複数回から1回以下に抑えるために、運動の減速に関連付けたセンサが使用されている(図2参照)。この解決法の主な不利点は、分解能および精度を同様に低減するn減速比を用いることに起因している。これは、精度および分解能が非常に高いステアリングコラムの用途には不十分な場合がある。
第1センサ(メインセンサとも言う)は、360°を越える軌跡においてハンドル角度を測定し、この軌跡における該角度に比例する信号を伝達する。それ以上の角度については、伝達される信号は、同一のモジュロ(modulo)360°角に対して伝達される信号と同じである。この信号のみでは、初期位置に対する相対的なハンドル位置は分かるが、絶対位置は分からない。実際、第1センサは360°周期の周期信号を伝達する。この周期内の角度は正確に測定されるが、シャフトが何周期にあるかは分からない。
特許文献11には、インクリメント式の第2信号を生成する方法(ジェネバ駆動)が記載されている。この信号は第1センサが何回転にあるかを正確に示すが、(インクリメント値を用いて)不連続であるため、ユーザはこの信号を使用して冗長性を得ることはできない。
第2センサの信号は軌跡全体における入力軸の角度に略比例するが、センサ1の信号よりは精度が劣る。
有利なことに、両信号を電子的に組み合わせることによって、軌跡全体における入力軸位置に比例する、信号2と同種であるが第1信号の精度を有する信号を合成することができる。このため、精度および分解能において有意な利点がある。
ホイールおよびウォームの減速;
ギアトレーンの減速;
ギアホイールの直接的な減速:この解決法は可能であるが、寸法の点からは有利でない;
磁気トルクによる減速。
:ブリーチに取り付けら放射状に磁化された複数の磁石を含み、トルクセンサに属する、第1のロータ磁気構造と;複数の歯を有する2つの同心リングを含み、トルクセンサに属する、第2のステータ磁気構造と;磁石感知要素が配置される測定間隙を形成すべく、閉鎖アームによって拡張された2つの同心リング部分からなり、トルクセンサに属する、第3の固定コレクタと;ステータ部分のリング間に配置され直径方向に磁化された磁石(またはハルバッハ磁石)を含み、トルクセンサの第2の磁気構造を支持するプラスチック部分の上におけるキャストから成形可能である、第4の構造と、である。MLX90316または他の種類の磁石感知要素は、位置磁石センサの外部に配置され、トルクセンサの磁石感知要素と同じPCBに属する。
有利な方法において、1つのハウジング内に統合するために、両検出システムは互いに近接して配置される。このため装置はコンパクトとなり、監視を行う装置に容易に載置できる。
図10は本発明の出力信号を示す。第1信号は高精度の分解能の360°(1回転)における周期信号であり、第2信号はこの周期信号の4分の1の分解能の4回転における絶対信号である。
大口径のウォーム1は、測定されるシャフト(たとえば、自動車のステアリングコラム
)周囲に搭載されるように、中が空洞になっている。このウォームは測定されるシャフトに取り付けられている。直径方向に磁化された第1磁石3は、このウォームに連結され、1回転を通じて精密信号を感知する第1センサの一部を成す。この磁石は、磁気ブリーチ8に搭載されてもされなくてもよい。本出願において、ウォームはセンサハウジング9に軸留めされ、ハウジングは固定されている。このウォームは、第2磁石7が連結されるスプロケット4を回転させるように駆動する。第2磁気センサの一部は、精度は劣るが軌跡全体にわたる信号を感知する(図10の信号n°2)。このスプロケットは、ハウジング9に軸留めされている。自動車ハンドルの角度軌跡は、多くの場合2〜5回転分であるが、これらの値に限らない。回転ポインタである磁石7が軌跡全体において1回転にわずかに満たない回転をするように、減速比が選択される。この角度軌跡は、分解能の点で、第2センサの可能性から最も利点が得られるものである。図に示す例において、ウォーム1には3つの溝があり、スプロケット4には13個の歯がある。したがって、減速比は4.33であり、これは軌跡が4回転のハンドルに適合する。この運動変換においてわずかな緩みは許容されるが、不可避な程度にすべきであり、減速時の緩みに関係する寄生ヒステリシスを追加することによって第2センサの精度を過度に低下させないようにすべきである。
センサ6は、直径方向に磁化された磁石7の軸方向成分および接線成分を測定する。
中空の第1ホイール1はシャフトに連結されており、その角度位置が測定される必要がある。このシャフトは、ホイール1を貫通する。
第2磁石7は粗い第2信号(図10、信号n°2)のセンサの一部であるが、軌跡全体にわたって拡張される。
可動部の数は、大きさの制約または所要の軌跡に適合するように変更してもよい。
入力ホイール1(歯数:60)
ホイール12(歯数:12,34)
ホイール13(歯数:12,39)
出力ホイール14(歯数:35)。
図20は、直接的な磁気接続の使用を示す。
2ステータ多極磁石10と、2つのコレクタ8と、PCB5に搭載された2つの磁石感知要素7とを備えるトルクセンサ;と、
アセンブリの大きさを最適にするために2つのステータ間に適切に配置され、直径方向に磁化された磁石3と、PCB5上に配置され、磁石3の軸方向成分および接線成分を測定するセンサ6とを含む位置センサ;と
に再編成される。磁石3はステータと同時にキャスト成形することができ、トルクおよび位置の測定は、磁石感知要素を用いて同一面で行える。
図24、図25、および図26は、トルクセンサと多回転絶対位置センサとのアセンブリの斜視図、断面図、および正面図である。このアセンブリは以下のように再編成される
。
周期θ/nの「周期」関数に従って信号を生成して周期的な角度位置を提供する検出システムであって、アセンブリの大きさを最適にするために2つのステータ間に適切に配置される直径方向に磁化された磁石3と、PCB5上に配置され、磁石3の軸方向成分および接線成分を測定するセンサ6とを含む検出システム、
軌跡θにおける絶対信号を生成する検出システムであって、直径方向に磁化された磁石19と磁石19の軸方向成分および接線成分を測定するセンサ16とを含む、ホイール18およびウォーム11の減速機(図11〜図15を参照)を含む検出システム。
図11〜図19に顕著に見られるように、1つのハウジングに組み付けられたコンパクトなセンサを実現するために、両検出システム(すなわち、センサ2,6)は互いに接近して有意に配置される。
Claims (17)
- シャフトの軌跡θにおける角度位置を測定するための絶対位置磁気センサであって、前記シャフトは前記センサを貫通しており、前記センサは前記シャフトの位置を検出するための少なくとも2つの検出システムを備え、
前記検出システムのうちの少なくとも第1の検出システムは、前記シャフトに連結される入力軸の運動を連続的に変換し、周期θ/nの「周期」関数に従って信号を生成して前記シャフトの周期的な角度位置を提供するための機械的システムを含み、前記第1の検出システムは、直径方向に磁化されている第1の磁石を備え、前記第1の磁石は前記シャフトの周囲に取り付けられる中空のウォームに連結されており、
前記検出システムのうちの少なくとも第2の検出システムは、前記シャフトの軌跡θにおける絶対信号を生成するためのシステムを含み、前記第2の検出システムは、スプロケットに連結される第2の磁石を備え、前記ウォームは前記スプロケットを回転させるように駆動し、
前記第1の検出システムは、位相が略90度ずれた2つの正弦波信号を供給するために、磁石によって生成される磁界の動径成分と、接線成分とを測定する、略同位置に配置された少なくとも2つの磁石感知要素を含み、
θおよびnは、θ/n=360(n>1)の関係を満たし、
前記第2の検出システムは、位相が略90度ずれた2つの正弦波信号を供給するために、磁界の接線成分、動径成分、または軸方向成分と、磁界の動径成分、軸方向成分、または接線成分とを測定する、略同位置に配置された少なくとも2つの磁石感知要素を含み、
前記第1、第2の検出システムの2つのセンサは共に、1つの印刷回路基板上に配置される、絶対位置磁気センサ。 - 前記第2の検出システムは、前記第1の検出システムの出力軸上の少なくとも1つの磁石を含むとともに、少なくとも1つの磁石感知要素を含む、請求項1に記載の絶対位置磁気センサ。
- 前記第1の検出システムの磁石感知要素と、前記第2の検出システムの1つ以上の磁石感知要素とは、同一平面上にある、請求項1に記載の絶対位置磁気センサ。
- 前記磁石感知要素は、同一の接続平面に接続される、請求項3に記載の絶対位置磁気センサ。
- 前記第1の検出システムは、ホイールまたはウォームの減速機である、請求項3に記載の絶対位置磁気センサ。
- 前記第1の検出システムは、少なくとも2つの多極磁石を備える非接触減速機であり、前記多極磁石のうちの少なくとも1つは前記シャフトに連結されている、請求項3に記載の絶対位置磁気センサ。
- 前記シャフトに連結された前記減速機の多極磁石は、前記第1の検出システムの磁石でもある、請求項5に記載の絶対位置磁気センサ。
- 前記第1の検出システムに連結された前記減速機の多極磁石は、前記第2の検出システムの磁石でもある、請求項6に記載の絶対位置磁気センサ。
- 信号を処理する回路は、前記第1および第2の検出システムからの電気信号を用いて、前記シャフトの軌跡θ全体における絶対位置を高精度に計算する、請求項1に記載の絶対位置磁気センサ。
- 前記第1および第2の検出システムは、1つのハウジングに組み込まれるように互いに接近して配置される、請求項1に記載の絶対位置磁気センサ。
- ステアリングコラムのねじれ検出用の位置センサのアセンブリであって、
トーションバーにかかるねじれトルクを推定するために、トーションバーによって同軸に接続された入力軸および出力軸の相対的角度位置±Ψ(Ψ>20)を検出するための少なくとも1つの検出システムと、同検出システムは、放射状に配向された複数の磁石を含む第1のロータ磁気構造と、近傍に少なくとも1つの磁石感知要素が配置された歯によって拡張される2つのリングを含む第2のステータ構造とからなることと;
請求項1乃至10のいずれか一項に記載の絶対位置磁気センサにおける第2の検出システムと;
少なくとも1つの信号処理システムと、を含み、
θ、Ψ、およびnは、θ/n=360(θ/Ψ>20、n≧1)の関係を満たし;
前記シャフトは、トルクセンサの入力軸または出力軸でもある、アセンブリ。 - 前記トルクセンサは、少なくとも1つの間隙を形成する2つのフロー閉鎖部から成る第3の固定コレクタ構造を含み、前記間隙には、少なくとも1つの磁石感知要素が配置される、請求項11に記載のアセンブリ。
- 前記トルクセンサのフロー閉鎖部、およびステータリングは、互いの間において、ステータ表面およびコレクタ表面の両方の径方向の相対位置から独立した一定な位置に収集表面を形成する、請求項12に記載のアセンブリ。
- 請求項1乃至10のうちのいずれか一項に記載の絶対位置磁気センサを含む、請求項11に記載のアセンブリ。
- 前記第1の検出システムの磁石感知要素と、前記第2の検出システムの1つ以上の磁石感知要素とのうちの1つ以上は、ねじれ検出用の前記センサの磁石感知要素と同一平面上にある、請求項11に記載のアセンブリ。
- 少なくとも1つのシールドが、ねじれ測定用の前記センサと前記シャフトの位置検出システムとの間に組み込まれる、請求項11に記載のアセンブリ。
- トルクおよび位置センサの磁気サブアセンブリはキャスト成形される、請求項11に記載のアセンブリ。
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