JP6629289B2 - Sensor system and piston cylinder device - Google Patents
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Description
本発明は、磁石に対峙して位置するように支持された少なくとも1つの切換点センサを含むセンサシステムであって、少なくとも1つの切換点センサを通過する磁石が、線形に移動可能な要素に機械的に固定されている、センサシステムに関する。 The present invention is a sensor system including at least one switching point sensor supported opposite a magnet, wherein the magnet passing through the at least one switching point sensor is mechanically coupled to a linearly movable element. Fixedly related to a sensor system.
自動車におけるクラッチ操作システムでは、クラッチ操作システムの、クラッチマスタシリンダによって取り囲まれたピストンの位置を検出するために、線形ストローク測定システムが使用される。このような線形ストローク測定システムでは、センサシステムとしてストロークセンサが使用される。このストロークセンサは、独国特許出願公開第102012218605号明細書(DE 10 2012 218 605 A1)によれば、誘導性の作用原理に即して動作し、この場合、ピストンに固定された導電性のターゲットがコイル装置の磁界に侵入してこの磁界を変化させる。別のセンサは、ホール効果を利用しており、このホール効果では、ピストンに固定された磁石の位置が、シリンダに取り付けられた少なくとも1つの別個の切換点センサによって検出される。このような線形ストローク測定システムは、独国特許出願公開第102012219183号明細書(DE 10 2012 219 183 A1)から公知である。 In a clutch operating system in a motor vehicle, a linear stroke measuring system is used to detect the position of a piston of the clutch operating system surrounded by a clutch master cylinder. In such a linear stroke measurement system, a stroke sensor is used as a sensor system. According to DE 10 2012 218 605 A1 (DE 10 2012 218 605 A1), this stroke sensor operates according to the principle of inductive action, in which case a conductive sensor fixed to a piston is used. The target penetrates and changes the magnetic field of the coil device. Another sensor utilizes the Hall effect, in which the position of a magnet fixed to the piston is detected by at least one separate switching point sensor mounted on the cylinder. Such a linear stroke measuring system is known from DE 10 2012 219 183 A1 (DE 10 2012 219 183 A1).
ホール効果に基づく切換点センサを使用するためには、切換点センサのための信号発信器として機能する永久磁石が必要である。この場合には一般的に、希土類磁石が利用される。しかしながら、希土類磁石は非常に高価であり、さらには著しい価格変動を受けることがよくある。 The use of a switching point sensor based on the Hall effect requires a permanent magnet that functions as a signal transmitter for the switching point sensor. In this case, a rare earth magnet is generally used. However, rare earth magnets are very expensive and often suffer significant price fluctuations.
本発明の基礎となる課題は、製造コストが低減され、それでもなお高精度の位置検出が可能であるような、センサシステム及びピストンシリンダ装置を提供することである。 The problem underlying the present invention is to provide a sensor system and a piston-cylinder device in which the manufacturing costs are reduced and still highly accurate position detection is possible.
上記の課題は、本発明によれば、軸方向に磁化された磁石の少なくとも一方の端部の外周面が、磁石の移動方向に対して平行に磁束案内素子によって覆われていることによって解決される。磁束案内素子は、このように軸方向に覆うことにより、磁石によって形成された磁界を軸方向に集束させる。これにより、磁石のストロークにわたって磁束密度のエッジ勾配が高くなり、これによってスイッチング許容誤差が減少する。上記の装置によれば、希土類磁石の使用を省略することが可能となり、比較的小さいエネルギ密度を有する磁石を使用することが可能となる。このような磁石を使用することによって、センサシステムのためのコストが著しく低減される。 According to the present invention, the above problem is solved by that the outer peripheral surface of at least one end of the magnet magnetized in the axial direction is covered by the magnetic flux guiding element in parallel to the moving direction of the magnet. You. The magnetic flux guide element axially focuses the magnetic field formed by the magnet by covering in the axial direction in this way. This increases the edge gradient of the magnetic flux density over the magnet stroke, thereby reducing switching tolerances. According to the above-described device, it is possible to omit the use of the rare earth magnet, and it is possible to use a magnet having a relatively small energy density. By using such a magnet, the cost for the sensor system is significantly reduced.
有利には、強磁性材料からなる磁束案内素子は、スリーブ状に形成されている。このように形成することによって、磁束案内素子を磁石に簡単に取り付けることが可能となる。 Advantageously, the flux guiding element made of ferromagnetic material is formed in the form of a sleeve. With this configuration, the magnetic flux guiding element can be easily attached to the magnet.
1つの実施形態では、磁束案内素子は、磁石の端部の半径方向に延在する表面を完全に覆っている。これによって、磁束案内体の製造が簡単になり、また、スリーブ状の磁束案内体を磁石に簡単に取り付けられるようになる。 In one embodiment, the flux-guiding element completely covers the radially extending surface of the end of the magnet. This simplifies the manufacture of the flux guide and allows the sleeve-like flux guide to be easily attached to the magnet.
1つの実施形態では、磁石は、ハードフェライトとして形成されている。ハードフェライト磁石は、特に低コストの磁石である。しかしながら、ハードフェライト磁石のエネルギ密度は小さいので、多くの場合、必要となる磁石体積も比較的大きくなる。好ましくは、測定ストロークの中央に形成される磁界のエッジ勾配が、スリーブ状の磁束案内素子によって高められる。 In one embodiment, the magnet is formed as a hard ferrite. Hard ferrite magnets are particularly low cost magnets. However, since the energy density of the hard ferrite magnet is small, the required magnet volume is often relatively large. Preferably, the edge gradient of the magnetic field formed in the center of the measuring stroke is increased by the sleeve-like flux guiding element.
1つの実施形態では、磁石は、円筒形又は直方体形又はセグメント形に形成されている。従って、それぞれの用途において設けられた構造スペースに、磁石の形状を適合させることが可能である。これらの磁石形状のいずれにも、スリーブ状の磁束案内素子を簡単に被せ嵌めることができる。 In one embodiment, the magnet is formed in a cylindrical or rectangular parallelepiped or segment shape. Therefore, it is possible to adapt the shape of the magnet to the structural space provided in each application. A sleeve-shaped flux guide element can be easily fitted over any of these magnet shapes.
磁石の両端部が磁束案内素子によって覆われていて、両磁束案内素子が互いに離間して配置されている場合には、磁束密度の特に良好なエッジ勾配が実現される。 A particularly good edge gradient of the magnetic flux density is achieved if both ends of the magnet are covered by flux guide elements and the two flux guide elements are arranged at a distance from one another.
本発明の1つの発展形態は、特に自動車におけるクラッチ操作システムのための、ピストンシリンダ装置であって、ピストンシリンダ装置は、シリンダの内部で軸方向に移動可能に配置されたピストンと、センサシステムとを備え、センサシステムは、ピストンに配置された磁石と、シリンダに固定された少なくとも1つの切換点センサとを有する、ピストンシリンダ装置に関する。製造コストをできるだけ小さく抑えることが可能であるピストンシリンダ装置においては、センサシステムが、特許請求の範囲に記載された特徴の少なくとも1つに基づいて構成されている。従って、軸方向に磁化された磁石の両端部の外周面も、磁石の移動方向に対して平行に磁束案内素子によって覆われており、両磁束案内素子は、互いに離間して配置されている。上記の構成によって、大きい磁石体積を有してはいるが、磁石がセンサエレメントに向かって移動する際に生じるエッジ急峻度は比較的小さい、低コストの磁石を使用することが可能となる。このエッジ急峻度は、磁束案内素子の配置によって形成され、従って、このようにして特に低コストのセンサシステムが形成される。 One development of the invention is a piston-cylinder arrangement, in particular for a clutch actuation system in a motor vehicle, the piston-cylinder arrangement comprising a piston axially displaceable inside a cylinder and a sensor system. And the sensor system relates to a piston-cylinder arrangement having a magnet arranged on the piston and at least one switching point sensor fixed to the cylinder. In a piston-cylinder device whose production costs can be kept as low as possible, the sensor system is configured on the basis of at least one of the features recited in the claims. Therefore, the outer peripheral surfaces of both ends of the magnet magnetized in the axial direction are also covered by the magnetic flux guiding elements in parallel to the moving direction of the magnet, and the two magnetic flux guiding elements are arranged apart from each other. The above arrangement makes it possible to use a low-cost magnet which has a large magnet volume but has relatively small edge steepness when the magnet moves toward the sensor element. This edge steepness is formed by the arrangement of the flux guiding elements, and thus a particularly low-cost sensor system is formed in this way.
有利には、強磁性材料からなる磁束案内素子は、スリーブ状に形成されている。スリーブ状に形成することにより、磁束案内素子を磁石に簡単に取り付けることが可能となり、また、使用中に磁束案内素子が磁石に確実に固定されることが保証される。 Advantageously, the flux guiding element made of ferromagnetic material is formed in the form of a sleeve. The sleeve-shaped construction makes it possible to easily attach the flux-guiding element to the magnet and to ensure that the flux-guiding element is securely fixed to the magnet during use.
本発明は、多数の実施形態が可能である。多数の実施形態のうちのいくつかを、図面に基づいて詳細に説明する。 The invention is capable of many embodiments. Some of the numerous embodiments will be described in detail with reference to the drawings.
同じ特徴には、同じ参照符号が付されている。 The same features have the same reference numbers.
図1には、自動車において現在使用されているようなクラッチ操作システム1が図示されている。このようなクラッチ操作システム1は、シリンダ2を含むマスタシリンダを有し、このシリンダ2の内部では、ピストン3が移動可能に支持されている。ピストン3は、クラッチペダル4によって操作される。シリンダ2は、液圧導管8を介してスレーブシリンダ9に接続されており、このスレーブシリンダ9がクラッチ10を操作する。クラッチ10の位置の調整は、クラッチペダル4によるピストン3の駆動に基づいて実施される。マスタシリンダ2,3と、スレーブシリンダ9を有するクラッチ10とは、自動車内で空間的に隔離されて配置されている。ハウジングとして機能するシリンダ2の外側には、切換点センサ11が配置されている。この切換点センサ11は、評価装置を含み、制御装置5に接続されている。切換点センサ11は、シリンダ2の内部でピストン3に固定されている永久磁石12に対向して配置されている。
FIG. 1 shows a clutch operating system 1 as currently used in motor vehicles. Such a clutch operation system 1 has a master cylinder including a cylinder 2, and a
永久磁石12は、図2に詳細に図示されている。永久磁石12は、ハードフェライトからなり、この永久磁石12の両端部は、それぞれ強磁性のスリーブ13,14によって取り囲まれており、これらのスリーブ13,14は、ピストン3の移動方向に対して平行に永久磁石12を覆っている。本実施例では、永久磁石12は、中空円筒として形成されている。2つの強磁性のスリーブ13,14は、軸方向の空隙15によって互いに隔離されている。永久磁石12の端部に強磁性のスリーブ13,14を使用することにより、永久磁石12によって形成された磁界は、ある程度の範囲に「集束」される。これにより、より短い永久磁石のエッジ勾配(Flankensteilheit)に相当するエッジ勾配が実現されると同時に、比較的長い永久磁石の磁石体積が利用される。
The
図3には、同じ長さの磁石を有する複数の異なる磁石装置及び磁石材料に対するエッジ勾配が図示されている。曲線Aは、強磁性のスリーブ13,14を使用しない場合におけるハードフェライト製の永久磁石12の磁束密度Bを示す。これに対して曲線Bには、永久磁石12が同様にハードフェライト材料からなる場合であって、且つ、永久磁石12の両側が強磁性のスリーブ13,14によって覆われている場合における、永久磁石12のストロークにわたる磁束密度の推移が示されている。この図から分かるように、強磁性のスリーブ13,14を有する永久磁石12の磁束密度Bは、より急勾配のエッジを有しており、このより急勾配のエッジは、ホールセンサとして構成された切換点センサ11によって良好に識別することが可能である。強磁性のスリーブ13,14を有する永久磁石12の磁気最大値の若干の増加は、通常であれば中空円筒として形成された永久磁石の軸方向孔部を通って延在するはずの磁界の一部が、強磁性のスリーブ13及び14を使用することによって外側へと偏向されることによって発生する。このことが発生する理由は、磁束案内体として使用される強磁性の材料が磁界を良好に導くので、永久磁石12の外側面への経路がより好まれるからである。
FIG. 3 illustrates edge gradients for a plurality of different magnet arrangements and magnet materials having the same length of magnet. A curve A shows the magnetic flux density B of the hard ferrite
図4には、曲線A及び曲線Bに加えて曲線Cが記載されている。この曲線Cは、強磁性のスリーブ13,14を使用しない、比較的長い永久磁石12の強磁性のスリーブ13と14の間の空隙15に相当する長さを有する短い永久磁石に相当する。曲線Bと曲線Cとの比較により、測定ストロークの中央における曲線の傾きが、強磁性のスリーブ13,14を有する永久磁石12の場合の傾きにぴったり一致していることが明らかとなる。
FIG. 4 illustrates a curve C in addition to the curves A and B. This curve C corresponds to a short permanent magnet having a length corresponding to the
軸方向に磁化されたハードフェライト製の永久磁石12は、図5又は図6に図示されているように中実円筒又は中空円筒として形成することができる。図5には、ハードフェライト製の永久磁石12の2つの例が示されており、ここでは永久磁石12は、中空円筒として形成されており、永久磁石12の両側が、それぞれの強磁性のスリーブ13,14によって覆われている。磁石をより良好にピストン3に固定するための軸方向孔部16を有する中空円筒を使用することで、強磁性のスリーブ13,14にもこのような開口部を設ける必要がでてくる。この場合には、図5Aに図示されているように永久磁石12の直径を強磁性のスリーブ13,14の開口部の直径に一致させてもよいし、又は、図5Bのように強磁性のスリーブ13,14の開口部の直径を永久磁石12の孔部16の直径よりも大きくしてもよい。
The
図6では、永久磁石12は、中実円筒として形成されている。この場合、強磁性のスリーブ13,14は、図6Aのように開口部を有することができる。しかしながら、図6Bに示されているように、永久磁石12の端部を強磁性のスリーブ13,14によって完全に覆ってもよい。永久磁石12の移動方向に延在する永久磁石12の外側面を強磁性のスリーブ13,14によって部分的に覆うことによって、構造的に比較的短い磁石の磁界分布が形成される。
In FIG. 6, the
図7では、永久磁石12が直方体として形成されており、永久磁石12の両側は、如何なる開口部も有さないスリーブ13,14によって覆われている。永久磁石12は、中空円筒セグメントの形状を有することもでき(図8)、従って、強磁性のスリーブ13,14の両端側もこの形状に適合されているが、このスリーブ13,14の脚部は、永久磁石12を軸方向に部分的に覆っている。
In FIG. 7, the
本明細書で提案する解決方法によって、特に、磁束密度に対する一種の磁束案内素子として機能する強磁性のスリーブ13,14を使用することによって、長い磁石の磁界強度が、格段により短い磁界のエッジ勾配と組み合わせられる。これによって、切換点センサのためにフェライト磁石を使用することが可能となり、従って、希土類磁石を省略することが可能となる。
By means of the solution proposed here, in particular by using
1 クラッチ操作システム
2 シリンダ
3 ピストン
4 クラッチペダル
5 制御装置
8 液圧導管
9 スレーブシリンダ
10 クラッチ
11 切換点センサ
12 永久磁石
13 強磁性のスリーブ
14 強磁性のスリーブ
15 空隙
16 軸方向孔部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Clutch operation system 2
Claims (6)
前記少なくとも1つの切換点センサ(11)を通過する前記磁石(12)は、線形に移動可能な要素(3)に機械的に固定されており、
軸方向に磁化された前記磁石(12)の少なくとも一方の端部の外周面が、前記磁石(12)の移動方向に対して平行に磁束案内素子(13,14)によって覆われており、
強磁性材料からなる前記磁束案内素子(13,14)は、スリーブ状に形成されていることを特徴とするセンサシステム。 A sensor system comprising at least one switching point sensor (11) supported opposite a magnet (12),
The magnet (12) passing through the at least one switching point sensor (11) is mechanically fixed to a linearly movable element (3);
An outer peripheral surface of at least one end of the magnet (12) magnetized in the axial direction is covered by magnetic flux guiding elements (13, 14) in parallel to a moving direction of the magnet (12) ,
The magnetic flux guide element (13, 14) made of a ferromagnetic material is formed in a sleeve shape .
前記ピストンシリンダ装置は、シリンダ(2)の内部で軸方向に移動可能に配置されたピストン(3)と、センサシステム(11,12)とを備え、
前記センサシステム(11,12)は、前記ピストンに配置された磁石(12)と、前記シリンダ(2)に固定された少なくとも1つの切換点センサ(11)とを有し、
前記センサシステム(11,12)は、請求項1から5のいずれか1項に基づいて構成されていることを特徴とするピストンシリンダ装置。 A piston-cylinder device for a clutch operation system particularly in an automobile,
The piston-cylinder device includes a piston (3) movably arranged in an axial direction inside a cylinder (2), and a sensor system (11, 12),
The sensor system (11, 12) has a magnet (12) arranged on the piston and at least one switching point sensor (11) fixed to the cylinder (2),
The piston-cylinder device, wherein the sensor system (11, 12) is configured based on any one of claims 1 to 5 .
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