JP6184157B2 - 位置センサ - Google Patents

Description

本発明は、例えば可動アクチュエータ素子の線形変位の計測のための、感知方向における線形位置を決定するための位置センサに関する。より具体的には、本発明は、相互に可動する第１のセンサ部分と第２のセンサ部分とを含む、感知方向の線形位置を決定するための位置センサに関する。

非常に厳格な相互位置関係を有するよう設計されたセンサ部分を有する従来技術の位置センサは、センサ部品間の内部の機械的な摩擦および摩耗のために、使用可能な寿命が減少されることにたいてい悩まされている。特にそのような位置センサが複雑な製品に使用される場合には、高額な関連コストの観点から、そのような位置センサを交換あるいは修理することは概して望ましくない。

特許文献１は、形作られた極を有する長いストロークのホール位置センサを開示する。ハウジングには、位置決め部材とホールセンサとが設けられる。形作られた磁極と、磁石とが提供され、かつそれらのうちのひとつが位置決め部材に結合される。形作られた磁極の磁束の強度を感知するように、ホール効果センサが提供され、かつ配置される。その結果、位置決め部材の位置によって変化するセンサ出力が発生される。形作られた磁極および磁石の幾何学的な寸法、および／または材料は、位置に対する出力電圧の関係を調整するよう適応され得る。

米国特許第７，２７６，８９８号

本発明の第１の目的は、正確で、信頼性が高く、かつ低コストの位置センサを提供することである。本発明の第２の目的は、ターボチャージャでの使用に特に適した位置センサを提供することである。

本発明によれば、上記の位置センサが提供され、第１のセンサ部分は、磁気軸が感知方向と一致し、かつ感知方向に沿って軸対称に分布する磁界を発生させる環状の磁石と、磁気軸上の環状の磁石から第１の距離で位置決めされた磁界センサとを含み、第２のセンサ部分は、第１および第２の位置の間で感知方向に沿って環状の磁石を介して移動可能なフラックスシェイパー（flux shaper）を含み、第１の方向においてフラックスシェイパーは、磁界センサから実質的に第１の距離にあり、フラックスシェイパーは環状の磁石と磁界センサとの間の空間の磁界に影響を及ぼすよう配置される。

位置センサの相互に移動する第１および第２部分との間に摩擦がないように、本発明は、非常に信頼性が高く、かつ製造が容易な位置センサを提供する。さらに、軸対称は、線形位置が測定される第２の部分に関連したアクチュエータ素子の起こり得るミスアライメントや偏心の移動に対応するのを可能にする。

さらなる態様では、本発明は、例えばターボチャージャの羽根の位置を制御するために真空動作作されたアクチュエータといったアクチュエータ素子に、線形移動を提供するアクチュエータに関し、本発明の実施例のいずれか１つによる位置センサを含み、第２のセンサ部分はアクチュエータ素子に接続される。

本発明は、添付の図面を参照して、多くの例示的な実施例を使用して下記でより詳細に説明される。
図１は、本発明の第１の実施例による位置センサの断面図を示す。 図２は、位置センサの主要な素子と、それらの相互の位置の簡略的な図を示す。 図３は、本発明による位置センサの第２の実施例の概略図を示す。 図４は、本発明のさらなる実施例による位置センサ部分の断面図を示す。 図５は、線形位置の関数として、本発明による位置センサの出力信号の図を示す。 図６は、本発明による一体化されたカバーを有する位置センサの１つの実施例の断面図を示す。 図７は、本発明によるオーバートラベルストップが設けられた位置センサの１つの実施例の断面図を示す。 図８は、本発明によるフラックスシェイパーの代替的な実施例の断面図を示す。

発明の詳細な説明

線形位置センサは、例えばターボチャージャのような自動車用アプリケーションにおける、例えばアクチュエータとの組合せで広く使用される。ターボチャージャは、エンジンの大きさおよび重量を増加させることなく、様々なエンジン設計の出力および燃焼効率を増加させる。最新のターボチャージャは、単一のバキュームアクチュエータを使用して作動される、ターボチャージャ内部の調節可能な羽根（vane）に適合される。

ターボチャージャ内で使用される従来技術の位置センサは、部品間の内部の機械的な摩擦および摩耗に悩まされている。これらの位置センサの使用可能な寿命は、通常、高いガラス含有率（例えば、４０−４５％）を有するＰＰＳプラスチックのような高価な材料を使用することによって増加される。これらのプラスチックが、部品間の内部の機械的な摩擦および摩耗の効果を減少させるためである。さらに、これらの位置センサは、線形性および信頼性を増加させるために、ネオジムから作られた複数の高価な磁石を使用し、これにより構成要素の数と製造コストがさらにいっそう増加させる。現在、線形位置センサは、例えば自動車のアプリケーションのために、非常に長い寿命と同時に高い正確性、線形性、信頼性および低コストを提供することが要求される。

本発明は、例えばターボチャージャージャでの使用のため、信頼性があり、正確かつ低コストの位置センサを提供することを目的とする。本発明の実施例による位置センサは、内部のセンサ部品間の機械的な接触がないので、内部摩擦が全くない。さらに、本発明の実施例により提供される位置センサは、高価な磁石の使用を除去する。また、製造公差および温度変化に対する寸法の不確実性は、本発明の位置センサの測定精度と信頼性に識別可能な影響を与えない。

大まかに言えば、感知方向における線形位置を決定するための位置センサが提供される。図１、図３および図４では、そのような位置センサの実施例の断面図が示される。図２は、位置センサの主要な要素の相互の位置を示す簡略化された図を示す。

位置センサは、図２に概略的に示されるように、相互に移動可能な第１のセンサ部分と第２のセンサ部分とを含む。第１のセンサ部分は、感知方向と一致し、かつ感知方向に沿って軸方向に対称に分布する磁界を発生させる磁気軸１ａを有する環状の磁石２と、磁気軸１ａ上の環状の磁石２から第１の距離ｌ_１で位置決めされる磁界センサ３とを含む。第２のセンサ部分は、第１および第２の位置の間で感知方向に沿って環状の磁石２を介して移動可能なフラックスシェイパー１を含み、第１の位置において、フラックスシェイパー１は実質的に磁界センサ３から第１の距離ｌ_１にある。フラックスシェイパー１は、環状の磁石２と磁界センサ３との間の空間の磁界に影響を与えるよう配置される。例えば、磁力線は、フラックスシェイパー１が磁界センサ３の付近にあるとき、より集中される。これは、フラックスシェイパー１の位置と感知された磁界強度との間に単調な関係をもたらし、かつ相互に移動する第１および第２のセンサ部品間に摩擦が全く存在しない。

図１は、例えば、ターボチャージャ内の羽根を制御するために、真空アクチュエータ９に搭載された位置センサ１０の第１の実施例の断面図を示す。位置センサ１０は、‘フラックスシェイパー１’と呼ばれる細長い軸対称の部材を含み、フラックスシェイパー１は、環状の磁石２の軸方向に対称の開口２ａを介して、磁気軸１ａに沿って線形に移動する。位置センサ１０はさらに、プリント回路基板（ＰＣＢ）のようなキャリア１１上に搭載された磁界センサ３を含み、プリント回路基板は、磁界センサ３からの信号を処理するための電子部品を有する。磁界センサ３は、環状の磁石２の長手方向の軸（磁気軸１ａ）に沿って計測された固定された距離ｌ_１で、環状の磁石部材２から離れて位置決めされる。環状の磁石２は、典型的に永久磁石であるよう選択されるが、電磁石あるいは適切な磁界を発生させるその他の素子であっても良い。環状の磁石２から発せられる磁界は、フラックスシェイパー１と磁界センサ３との双方と、下記で説明されるようにそれらの間の空間とを通過する。

位置センサ１０のフラックスシェイパー１は、アクチュエータロッド５により、あるいは、位置センサ１０が位置決めされるアクチュエータのその他の可動部分により、直接あるいは間接的に移動される。図示されるアクチュエータは、ハウジング９とカップ形状のアクチュエータ本体４とを有する真空動作されるアクチュエータであり、カップ形状のアクチュエータ本体４は、図示されるように、磁気軸１ａに沿ってアクチュエータ本体４の実質的な線形移動を可能にするベローズ型の素子４ａを使用して、アクチュエータハウジング９に懸架される。弾性部材６（例えば、図示されるようなコイルスプリング）は、アクチュエータ本体４を、アクチュエータハウジング９に抗して（アクチュエータロッド５の側で）静止位置に押しやる。ハウジング９には、真空ライン接続９ａが設けられ、これは、ハウジング９、アクチュエータ本体４および位置センサ１０間の真空空間に真空を加えることによって、アクチュエータ本体４を作動された位置へ移動するのを可能にする。

アクチュエータロッド５は、図１の実施例で示されるように、例えばアクチュエータ本体４の両側のクランピングリング５ａを使用して、アクチュエータ本体４に接続され、他方で真空空間を維持する。ブッシング７は、アクチュエータロッド５をハウジング９へガイドするよう提供される。フラックスシェイパー１は、アクチュエータロッド５あるいはアクチュエータ本体４のいずれかに接続されて、その結果、位置センサ１０の磁気軸１ａに沿った同一の移動を提供する。フラックスシェイパー１のアクチュエータロッド５への接続は、例えば、ねじ接続を使用して提供され得る。

具体的な実施例では、図１に示されるように、フラックスシェイパー１は、（外部の）アクチュエータロッド５の端部である。多くのアクチュエータのアプリケーションでは、アクチュエータロッド５は、軟磁性材料から作られ、位置センサ１０のフラックスシェイパー１として機能するよう設計され得る。バキュームアクチュエータの場合には、当然、ハウジング９に対して移動するアクチュエータロッド５の適切に封止が提供される。

アクチュエータが、単一の方向にアクチュエータロッド５に力を作用することによって動作するよう設計されたとき（例えば、アクチュエータロッド５それ自身がアクチュエータに接触する位置へ戻るよう付勢される場合のプッシュロッド型のアクチュエータロッド５）、アクチュエータロッド５は、さらなる他の接続手段なしで、アクチュエータ本体４に簡単に接触し得る。この場合、フラックスシェイパー１は、例えば図３で示される実施例のように、アクチュエータ本体４にしっかりと取り付けられる。

環状の磁石２および磁界センサ３は、センサコネクタの主要部分１３に配置される。センサコネクタの主要部分１３は、ハウジング９とアクチュエータ本体４とともに閉ざされた真空空間を形成することを可能にする方法で、アクチュエータに取り付けられる。図示される実施例では、これは、ハウジングリム２２と、関連した封止部材２３と、かつ場合によってはハウジング９の１つもしくは複数の固定部品とを使用して実現される。

センサコネクタの主要部分１３はさらに、（標準化された）コネクタ部分２１と、ＰＣＢ１１上に提供される電子部品と接触する１つもしくは複数の電気リード２０とを含む。

図２は、本発明の実施例による位置センサ１０の機能の役割を果たす幾つかの寸法を示す。上述のように、環状の磁石２は、磁界センサ３から距離ｌ_１で位置決めされ、かつ図２で示されるように、フラックスシェイパー１（の端面）は、磁界センサ３から第２の距離ｌ_２にあり、第２の距離ｌ_２は、最小距離と第１の距離ｌ_１との間の動作範囲で変化する。環状の磁石２は、（軸方向の）開口２ａを備え、環状の磁石２の内径ｄ_１は、フラックスシェイパー１の最大の外径ｄ_２よりも大きい。内径ｄ_１と最大の外径ｄ_２との差は、少なくとも１ｍｍ、例えば３ｍｍである。

実際のアプリケーションおよび／もしくは測定要求に依って、フラックスシェイパー１は、動作上の長さに沿って変化する直径（例えば、テーパ形状あるいは段差形状）を有することができ、ここで、フラックスシェイパー１の動作上の長さは、位置センサ１０の測定特性を概ね決定するフラックスシェイパー１の断面（すなわち、動作中に、磁界センサ３の近傍の磁界にアクティブに影響を及ぼしているフラックスシェイパー１の部分）であるよう定義される。

環状の磁石２と磁界センサ３との間の空間に延在するフラックスシェイパー１の部分だけが磁界に影響を及ぼすだけでなく、環状の磁石２の開口２ａ内側に位置決めされたフラックスシェイパーの部分と、動作中に環状の磁石２の他端に延在するフラックスシェイパーの部分もまた、磁界に影響を及ぼすことに留意される。図示されるように、フラックスシェイパー１、環状の磁石２および磁界センサ３の構造および配向は、フラックスシェイパー１におけるＢ−Ｈ曲線のヒステリシスが磁界センサ３の位置で補償される技術的効果を有する。

フラックスシェイパー１は、最大限の線形性のために最適化された半径方向の形状で実質的に軸方向に対称のロッドとして設計される。図１の実施例でさらに示されるように、フラックスシェイパー１は、環状の磁気部材２の内側に接触することなく、開口２ａを介して移動可能に延在し、それにより、フラックスシェイパー１と環状の磁気部材２との間のエアギャップを生成する。フラックスシェイパー１は、概ね長手方向で開口２ａに整合されるが、本発明の実施例の利点は、測定精度が、開口２ａに対するフラックスシェイパー１の可能性のある偏心および／もしくはミスアライメントによる影響が最小限であることである。

当業者には、フラックスシェイパー１と環状の磁気部材２とが、寸法偏差を招く製造公差および／もしくは温度変化に晒されることが容易に理解される。フラックスシェイパー１と環状の磁気部材２とのすべての想定される実施例は、介入されるエアギャップをこれらの寸法偏差の存在に残すよう幾何学的に設計され、これにより開口２ａを介したフラックスシェイパー１の自由な摩擦のない移動が保証される。

図１、図３および図４の実施例でさらに示され、かつさらに詳細に論じられるように、位置センサ１０の実施例は、センサコネクタの主要ハウジング１３の磁気軸１ａ上の中心に位置決めされた磁界センサ３を含む。磁界センサ３は、典型的に、プリント回路基板１１上に搭載されたホールセンサであることが選択されるが、あらゆる適切な磁界センサが本発明の実施例にとって十分である。環状の磁石２から発せられる磁界は、ホールセンサ３を通過し、その接続端子上に電圧を誘導する。

フラックスシェイパー１は、環状の磁石２から発せられる磁界に影響を及ぼすよう設計される。ある実施例では、フラックスシェイパー１は、軟磁性材料（例えば、低炭素鋼）から製造され、フラックスシェイパーが永久に磁化されないようにし、他方で磁界にさらされるようにする。そのような材料は、低コストで容易に入手可能である。環状の磁石２は、より高価なネオジムあるいはサマリウムコバルト型の磁石の代わりに、ＡｌＮｉＣｏのような低コストの磁性材料から構成される。さらなる実施例では、環状の磁石２は電磁石である。これは、位置センサ１０に誘導される磁束の正確な制御を可能とする。

フラックスシェイパー１をホールセンサ３へ移動することは、ホールセンサ３を通過する磁束を減少させ、これは、接続端子へのより低い電圧をもたらす。反対に、フラックスシェイパー１をホールセンサ３から離す移動は、ホールセンサ３を通過する磁束を増加させ、これは、接続端子へより高い電圧をもたらす。それ故、ホールセンサ３に対するフラックスシェイパー１の特定の位置は、ホールセンサ３の接続端子への対応する電圧と直接的に相関関係がある。フラックスシェイパー１は、ホールセンサ３に決して接触せず、その結果、永続的なエアギャップがフラックスシェイパー１とホールセンサ３との間に（エアギャップの長さｌ_２で）介在するということに留意すべきである。

留意すべき重要な点は、磁界センサ３が、フラックスシェイパー１それ自身の磁束を測定せず、環状の磁気部材２から発せられる磁束の一部を測定するという点である。フラックスシェイパー１は、磁界センサ３に近づく、あるいは磁界センサ３から離れるよう移動するとき、磁界センサ３を通過する磁束に影響を与える。その結果、フラックスシェイパー１内の実際の磁界の強度は、特に関係がない。留意すべき別の点は、フラックスシェイパー１が、感知の目的目標を感知するために環状の磁石２から発せられる磁界を意図的に操作するよう設計された、本発明の位置センサ１０における唯一の素子であることである。

前述の段落で述べたように、フラックスシェイパー１は、その動作上の長さに沿って変化する直径（例えば、テーパ形状あるいは予め決められた半径方向状の輪郭）を有し得る。変化する直径の技術的な効果は、フラックスシェイパー１の位置とホールセンサ３の位置での磁界の強さとの間の関係にある。例えば、磁界の強さは、ホールセンサ３の接続端子上の電圧として測定され得る。動作上の長さにわたって変化する直径をフラックスシェイパー１に提供することによって、フラックスシェイパー１の位置とホールセンサ３の接続端子への電圧との間により良い線形関係が得られる。必要に応じて、残りの非線形の挙動は、ホールセンサ素子と同一チップ上に集積され得る専用の電子回路で補償され得る。非線形の関係を有することは、理論的には、プリント回路基板１１上に置かれた適切な電子部品によって対処され得るが、フラックスシェイパー１は、センサの複雑さと製造コストを減少させるために、概ね線形関係を課すよう意図的に設計され、それゆえ、位置センサを大量生産により適したものとする。図５では、フラックスシェイパー１の測定された距離（それゆえ、アクチュエータの線形位置）の関数として、磁界センサ３の出力信号の関係を描くグラフの一例が示されており、グラフは明確に、非常に良い線形関係を示している。

図３は、本発明による位置センサ１０のさらなる実施例の断面図を示す。本図では、位置センサ１０のみが表され、実際の動作で共に動作する他のいかなるアクチュエータの部分も表されていない。

この実施例では、位置センサ１０はさらに、磁界センサ３より遠位のフラックスシェイパー１の第２の端部に接続された搭載ディスク１５を含む。搭載ディスク１５は、位置センサの感知方向に対して実質的に垂直である主面を有する。これは、搭載ディスク１５へのフラックスシェイパー１への容易な取付け（例えば、図３で描かれるように溶接接合１６を使用する）を可能にし、彼杵に、図１で示されるバキュームアクチュエータのアクチュエータ本体４の底面のようなアクチュエータの移動部分との組合せを搭載する。取り付けは、例えば、（点）溶接、ボルト締め、はんだ付け技術を使用して達成され得る。本実施例では、アクチュエータ本体４へのアクチュエータロッド５（あるいは、一般的な線形運動を有するアクチュエータ素子）の結合は、感知方向と異なる方向での相互の移動（例えば、偏心方向、ねじれ方向等）を可能にする結合を使用して実施され得る。

図１、図３および図４で示される実施例には、磁界センサ３の近傍に任意の磁気シールド素子８が設けられる。磁気シールド素子は、軟磁性材料から作られ、かつ磁界センサ３を介して集中されるべき位置センサ１０の磁界を高める。この具体的な例では、磁気シールド素子８は、環状の磁石２と磁界センサ３との間の全体の空間上を、かつ円周方向にもまた延在するカップ８の形状を有する。これはまた、（磁気）シールド機能を提供し、例えば自動車用アプリケーションにおいて度々存在する、位置センサ１０へのその他の外部の磁界からの影響を取り除く。そのようなシールド素子８はまた、位置センサ１０の信号利得を改善し、信号ノイズを減らし、かつ測定精度がさらに改善される。上述したように、線形位置を決定するために磁界を使用する従来技術の位置センサは、長い耐用年数を保証し、かつ非常に小さな製造公差を維持するためにハウジングおよびハウジング素子用に高級な材料を用いて製造されてきた。本発明の実施例は、非常に低コストで製造され得る。位置センサ１０の第１および第２の部分の摩擦のない構造は、図４の実施例のセンサハウジングのメインボディ１３を形成するよう、例えばモールド技術を使用して、低コストの位置センサ１０を製造するのを可能にする。位置センサ１０の第１の部分の全ての素子は、正確な相互位置でモールド工程に含まれることができ、これは、効果的に、ハウジングのメインボディを低コストのプラスチック材料の単一のモールドされた部品にする（例えば、自動車用アプリケーションで通常使用される材料であり、高級で高い強度のプラスチック材料の使用の必要性を除去する）。

図１および図３の実施例の一部として示される代替的な配置では、２つのハウジング部分１２、１３が使用され、それらは、それら自身で単一にモールドされた部品であり、それらは共に組立てられる。ハウジング本体１３は、磁界センサ３（および関連するＰＣＢ１１と任意のシールド素子８）を保持するために再び配置され、かつ位置センサ１０を接続するためのコネクタ部分２１と関連する配線／リード２０とを含む。二次的なハウジング部分１２が、例えば環状の磁石２を適所に保持するための延在部分とリングとを使用して、環状の磁石２を保持するよう配置される。二次的なハウジング部１２は、ハウジング本体１３によって提供される空間に適合し、かつ図示されるように、１つもしくは複数の摩擦ボルト１４を使用して取り付けることができる。本実施例はそれゆえ、位置センサ１０を形成するために、一つずつ素子を追加する連続的なプロセスを使用して、容易に組立てられる。

図１および図３で示される実施例に関して説明された２つのハウジング部分を有する代わりに、図４は、単一のモールドされた部品としてのハウジング本体１３の一例を示す。本実施例では、ハウジング本体１３は、環状の磁石２と、ＰＣＢ１１上に搭載されたホールセンサ３と、平坦な磁気シールド素子８（平坦なディスク形状である）とを収容する。そのような配置は、構成要素の数を減らし、かつ位置センサ１０の組立てを容易にする。本実施例では、ＰＣＢ１１がホールセンサ３の下に配置され、かつ本体１３上に搭載され、これにより位置センサの組立てをさらに容易にすることに留意されたい。ハウジングリム２２は磁気シールド素子８の近くに位置され、その結果、本体１３の大部分が、図１で描画されるように、アクチュエータハウジング９の内側に受け取られるようにする。この構成では、平坦な磁気シールド素子８が外側の障害からホールセンサ３およびＰＣＢ１１をシールドするのに十分である。但し、アクチュエータハウジング９が、そのような障害をかなり弱める適切な材料で作られているものとする。

図６に示される代替的な実施例では、磁気シールド素子８のシールド機能は、磁気シールド素子８とアクチュエータハウジング９とを単一のピースとして提供することにより、さらに改善され得る。すなわち、ここでの位置センサ１０には、単一部品の封止体あるいはハウジングとして、磁気シールド素子８およびアクチュエータハウジング９を含む一体化されたカバー８が設けらえる。一体化されたカバー８は、環状の磁石２と磁界センサ３との間の空間を含むだけでなく、一体化されたカバー８はここでは、二次的なハウジング素子１２をはるかに超えて延在し、かつベローズ型素子４ａに接続される。図１および図３で示された実施例と比較して、一体化されたカバー８は、円周方向で、環状の磁石２と磁界センサ３との間の空間をシールドするカップ形状の素子の形態を有する磁気シールド素子８として理解される。

一体化されたカバー８は、磁界センサ３を介して集中されるべき位置センサ１０の磁界を高めるために金属材料から構成され得る。磁気シールド素子８とアクチュエータハウジング９とを単一のピースとして製造することにより、位置センサ１０の構成要素の数と関連する製造コストとがさらに削減される。

図１で示された磁気シールド素子８と同様に、統合されたカバー８は、外部の磁界といった外側の障害から、磁界センサ３とＰＣＢ１１とをシールドする。本実施例では、位置センサ１０の内側のより大容量の空間が外側の障害からシールドされるので、信号利得が増加し、かつ信号ノイズが減少する。一体化されたカバー８はそれゆえ、位置センサ１０の測定精度をさらに最適化する。

図示される実施例では、真空ライン接続９ａは、コネクタ主要部分１３上に配置され、かつ位置アクチュエータ１０が作動され得るカバーの開口８ａに整列される真空チャンネル９ａを含む。一体化されたカバー８には真空ライン接続がないので、金属材料を使用して製造することがより容易である。突出する真空ライン接続９ａは、射出成型プロセスを介して一体化された真空ライン接続９ａとともにコネクタ主要部分１３を製造することが概してより簡単でより安価である。

コネクタ主要部分１３はさらに、封止部材２３が設けられたハウジングリム２２を含む。封止部材２３は、一体化されたカバー８へのコネクタ主要部分１３の気密接続を確実にする。１つの実施例では、１つもしくは複数の摩擦ボルト１４が、コネクタ主要部分１３を一体化されたカバー８に固定的に取り付ける。さらなる実施例では、１つもしくは複数のハウジングリムスタブ２２ａが、コネクタ主要部分１３を一体化されたカバー８に固定的に取り付け、１つもしくは複数のハウジングリムスタブ２２ａはさらに、コネクタ主要部分１３と一体化されたカバー８との改善された封止配置のため、封止部材２３上に圧力を提供する。１つもしくは複数のハウジングリムスタブ２２ａはまた、カバーの開口８ａと真空チャンネル９ｂとの適切なアライメントを保証する。

封止部材２３は、磁気軸１ａ上の実質的に中心に置かれた円形のＯリングであることでき、カバーの開口８ａとハウジングリムスタブ２２ａとは、封止部材２３よりも磁気軸１ａに近接して位置される。すなわち、封止部材２３は、ハウジングリム２２と一体化されたカバー８との間のガス漏れを防ぐため、ハウジングリムスタブ２２ａとカバーの開口８ａとを包囲する。代替的な実施例では、封止部材２３は、センサのプラスチック部分と金属部分との接触面に配置された封止接着剤であり得る。

図７は、オーバートラベルストップが設けられた位置センサ１０の１つの実施例の断面図を示し、磁気軸１ａに対するフラックスシェイパー１のミスアライメントおよび偏心が誇張されて明確に視認することができる。本実施例では、位置センサ１０は、環状の磁石２とフラックスシェイパー１との間に配置された環状のオーバートラベルストップ１２ａを含む。環状のオーバートラベルストップ１２ａは、環状の磁石２内に少なくとも部分的に挿入されて、環状の磁石２の内面を少なくとも部分的に覆う。

環状のオーバートラベルストップ１２ａは、環状のオーバートラベルストップ１２ａを介してのフラックスシェイパー１の自由な移動を保証するため、フラックスシェイパー１の最大の外径ｄ２よりも大きな内径を有する。１つの実施例では、環状のオーバートラベルストップ１２ａの内径と、フラックスシェイパーの最大の外径ｄ２との間の差は、少なくとも１ｍｍであり、例えば２ｍｍである。

図示される実施例では、フラックスシェイパー１は磁気軸１ａに対してミスアラインされ、このミスアライメントは、磁気軸１ａに対して線形および／もしくは回転のオフセットを含み得る。フラックスシェイパー１と環状の磁石２との間のエアギャップが概して接触を防ぐのに十分であるとしても、環状のオーバートラベルストップ１２ａは、フラックスシェイパー１および／もしくは環状の磁石２がそれらの間を滑り接触する結果として摩耗するのを防ぐための予防策を提供する。磁気軸１ａに対するフラックスシェイパー１の過度のミスアライメントおよび／もしくは偏心の場合、環状のオーバートラベルストップ１２ａは、位置センサ１０の使用可能な寿命および測定精度を増加させる。

１つの実施例では、環状のオーバートラベルストップ１２ａは、環状の磁石２によるフラックスシェイパー１のすり減りもしくは引っ掻きを防止するようプラスチック材料で作られるので、環状のオーバートラベルストップ１２ａがフラックスシェイパー１に接触する場合に、フラックスシェイパー１の元の形状と磁気特性は影響を受けずにいる。位置センサ１０の測定精度はそれゆえ、もしもフラックスシェイパー１が環状のオーバートラベルストップ１２ａと接触するとしても、影響を受けずにいる。

図８は、本発明によるフラックスシェイパー１と搭載ディスク１５との代替的な実施例を示す。本実施例では、搭載ディスク１５は、円筒状の端部１５ｂが設けられた円錐部分１５ａを含み、フラックスシェイパー１は、円筒状の端部１５ｂにしっかりと固定される。円筒状の端部１５ｂは、フラックスシェイパー１と搭載ディスク１５との間の強固で耐久性のある接続を可能にし、他方でこの接続は、疲労による破壊なしに周期的な負荷に耐えることができる。

例えば、位置センサ１０は、ターボ機械アプリケーションの過酷な振動に晒され、このアプリケーションは、周期的な負荷を搭載ディスク１５とフラックスシェイパー１とに典型的に与える。搭載ディスク１５の円筒状の端部１５ｂは、フラックスシェイパー１が搭載ディスク１５にしっかりと溶接あるいはクランプさせることを可能にし、円筒状の端部１５ｂの接続部分１５ｃ（例えば溶接あるいやクランプされた部分）は、荷重モーメントそれ自身を吸収しないが、そもそもフラックスシェイパー１が円筒状の端部１５ｃから移動するのを防止する。すなわち、フラックスシェイパー１をその位置に保持する。

図示される実施例では、フラックスシェイパー１はさらに、フラックスシェイパー１の外面と、円筒状の端部１５ｂの隣接する一致する内面とによって円筒状の端部１５ｂに接続される。これらの面は、フラックスシェイパー１と搭載ディスク１５間の接続に与えられた荷重モーメントを実質的に吸収する。

ある実施例において、接続部分１５ｃはクランプされた部分であり、円筒状の端部１５ｂは、円筒状の端部１５ｂをフラックスシェイパー１へクランプもしくはプレスすることによって、フラックスシェイパー１に固定的にクランプされる。代替的な実施例では、接続部分１５ｃは溶接された部分であり、円筒状の端部１５ｂはフラックスシェイパー１へ溶接される。前述したように、接続部分１５ｃは概ね荷重モーメントを吸収せず、単にフラックスシェイパー１をその位置に留め、これにより、ターボ機械アプリケーションに度々存在する過酷な振動が原因の、フラックスシェイパー１と搭載ディスク１５との接続不良を防止する。さらに構造的な接続を増加させるために、接続部分１５ｃは、例えば二重溶接部分として複数存在することができ、それは円筒状の端部１５ｂとフラックスシェイパー１との重複する高さのために可能である。有利な実施例では、フラックスシェイパー１と搭載ディスク１５とが、深絞りのような低コストの製造技術を使用して、単一の金属片から構成される。

本発明の位置センサ１０の実施例は、複数の効果を有する。フラックスシェイパー１と環状の磁石２との間に機械的接触がないので、これらの部分間の機械的な摩耗が取り除かれ、高価なＰＰＳプラスチックの使用が避けられる。

本発明の実施例は、より少ない部分を含み、かつ製造公差および温度変化に関して信頼性、測定精度および堅牢性を犠牲にすることなく容易に製造される位置センサを例示する。他の現在入手可能な位置センサと比較して、本発明の位置センサは、その簡単さおよび低い製造コストのために、大量生産に特に適している。

本発明の実施例は、図面に示された複数の例示的な実施例を参照して上記で説明された。いくつかの部分や素子の修正および代替的な実施が可能であり、かつ添付の請求の範囲において規定される保護範囲に含まれる。

Claims (15)

1. 感知方向の線形位置を決定する位置センサであって、
   相互に移動可能な第１および第２のセンサ部分を含み、
   前記第１のセンサ部分は、
   磁石の軸が感知方向に一致しかつ感知方向に沿って軸方向に対称な分布を有する磁界を発生する環状の磁石と、
   磁石の軸上の前記環状の磁石から第１の距離に位置決めされた磁界センサとを有し、
   前記第２のセンサ部分は、
   第１と第２の位置の間で感知方向に沿って環状の磁石を介して移動することができるフラックスシェイパーを有し、第１の位置でフラックスシェイパーが実質的に磁界センサから前記第１の距離にあり、第２の位置でフラックスシェイパーが実質的に磁界センサから第２の距離にあり、
   フラックスシェイパーは、環状の磁石と磁界センサの間の空間の磁界に影響を及ぼすように配置される、位置センサ。
2. 前記環状の磁石は、内径ｄ１を有し、フラックスシェイパーは、最大の外径ｄ２を有し、内径ｄ１と外径ｄ２の差は、少なくとも１ｍｍ、例えば３ｍｍである、請求項１に記載の位置センサ。
3. フラックスシェイパーは、アクチュエータロッドの端部である、請求項１または２に記載の位置センサ。
4. 位置センサはさらに、磁界センサに対して遠方であるフラックスシェイパーの第２の端部に接続された搭載ディスクを有し、当該搭載ディスクは、前記感知方向に対し実質的に垂直な主面を有する、請求項１または２に記載の位置センサ。
5. 位置センサはさらに、磁界センサの近傍に磁気シールド素子を有する、請求項１ないし４いずれか１つに記載の位置センサ。
6. 前記磁気シールド素子は、円周方向において、環状の磁石と磁界センサの間の空間をシールドするカップ形状の素子である、請求項５に記載の位置センサ。
7. 前記環状の磁石は、例えばＡｌＮｉＣｏからなる永久磁石である、請求項１ないし６いずれか１つに記載の位置センサ。
8. 前記環状の磁石は、電磁石である、請求項１ないし６いずれか１つに記載の位置センサ。
9. 前記フラックスシェイパーは、炭素鋼のような軟磁性材料から製造される、請求項１ないし８いずれか１つに記載の位置センサ。
10. 前記フラックスシェイパーは、予め決められた半径方向の輪郭を有する細長いロッドである、請求項１ないし９いずれか１つに記載の位置センサ。
11. 前記予め決められた半径方向の輪郭は、段差状の外形を有する、請求項１０に記載の位置センサ。
12. 前記位置センサは、単一のモールドされた部品として形成されたセンサハウジングを有する、請求項１ないし１１いずれか１つに記載の位置センサ。
13. 前記位置センサは、前記磁界センサを搭載する第１の部分と、前記磁界センサから前記第１の距離で前記環状の磁石を保持する第２の部分を有する、請求項１ないし１１いずれか１つに記載の位置センサ。
14. アクチュエータ素子に対し線形移動を提供するアクチュエータであって、
    請求項１ないし１３いずれか１つに記載の位置センサを有し、
    前記第２のセンサ部分は、前記アクチュエータ素子に接続される、アクチュエータ。
15. 前記第２のセンサ部分は、前記感知方向と異なる方向で相互移動を可能にする結合を用いて前記アクチュエータ素子に接続される、請求項１４に記載のアクチュエータ。
    

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