JP6882530B2 - センサ装置 - Google Patents

Description

本発明は、１つの運動方向、特に単一の運動方向に変位可能な発信器素子と、当該発信器素子の位置及び／又は変位量を決定するための少なくとも２つのハウジング固定された磁場感応型のセンサとを備えたセンサ装置に関する。この場合、発信器素子は、当該発信器素子の運動方向に沿って異なる方向に配向された磁場を有する第１の磁石アセンブリを有する。

従来技術
従来技術からは、冒頭に述べたような形式のセンサ装置が既に公知である。それにより、例えば独国特許発明第１９９３７２０６号明細書（ＤＥ１９９３７２０６Ｃ２）には、それらのＮ極とＳ極とが異なる方向に配向され、それによって磁石アセンブリに沿って異なる方向に配向された磁場が生じる、複数の磁石からなる磁石アセンブリを備えたセンサ装置が開示されている。２つの磁場感応型のセンサにより、磁場が検出され、この場合、センサに対する磁石アセンブリの位置を特定することができる総和信号及び／又は差分信号を得るために、センサの出力信号は、相互に関連して設定される。類似のセンサ装置は、独国特許出願公開第１０２００９０５５１０４号明細書（ＤＥ１０２００９０５５１０４Ａ１）及び欧州特許第０９９７７０６号明細書（ＥＰ０９９７７０６Ｂ１）からも既に明らかである。

独国特許発明第１９９３７２０６号明細書 独国特許出願公開第１０２００９０５５１０４号明細書 欧州特許第０９９７７０６号明細書

発明の開示
請求項１の特徴を備える本発明に係るセンサ装置は、外部の均一な漂遊磁場に依存することなく、発信器素子の位置が一義的に検出可能であるという利点を有する。本発明に係るセンサ装置の実施形態により、長い測定経路を達成することができ、また、いわゆるクランプ領域での一定の出力信号が可能になる。この目的のために、本発明によれば、発信器素子は、発信器素子の運動方向に沿って異なる方向に配向された磁場を有する第２の磁石アセンブリを有することが想定されている。従って、ここでは、発信器素子の運動方向に沿って異なる方向の磁場配向を有する２つの磁石アセンブリが存在している。この場合、これらの磁石アセンブリは、発信器素子に沿って異なる方向の磁場配向を有することが想定されている。この場合、センサの対応する位置決めによって、シフトの際に、特に運動方向での発信器素子の運動の際に、発信器素子の一義的な位置を推定し得る、２つの磁石アセンブリの磁場変化又は磁場配向の変化を確定することができる。従って、特に差動センサとしての実施形態においては、例えばその位置が監視されるべきアクチュエータのアクチュエータ素子に機械的に接続されている発信器素子の一義的な位置検出が保証されている。

特に、磁石アセンブリの配向は、発信器素子に沿って相互に異なることが想定されている。これにより、運動方向における発信器素子の一義的な位置決定が確実に保証されている。配向が発信器素子に沿って異なることにより、（運動方向で見て）発信器素子の同等の高さにおける磁場が異なる方向に配向されており、これによって一義的な位置決定が可能である。

さらに好適には、磁石アセンブリは、磁気線路として発信器素子に配置され形成されていることが想定されている。そこでは、これらの磁石アセンブリは、それぞれ線路状に、特に直線状に発信器素子にわたって延在し、センサの運動方向に応じて確実に検出することができる。

さらに好適には、これらの磁石アセンブリは、発信器素子に相互に隣接して配置されて形成されている。従って、磁石アセンブリは、相互に隣接して発信器素子の一方の側に配置されており、それにより、これらのセンサは、各磁場を検出するために発信器素子の同じ側に割り当てられている。これにより、構造的に簡単でかつ低コストの発信器素子が実現される。

これらのセンサは、好適には、磁石アセンブリのうちのそれぞれ１つに割り当てられており、それにより、これらのセンサの各々は、磁石アセンブリのうちのそれぞれ１つを監視し、又は、磁石アセンブリのうちのそれぞれ１つの磁場を検出する。これにより、磁場の一義的な評価が確実に保証される。

好適には、これらのセンサは、磁場を検出するために運動方向に相互に隣接して配置されていることが想定されており、それにより、これらのセンサは、（運動方向で見て）同等の高さで相互に隣接する。これにより、センサ装置のコンパクトな実施形態が保証されている。代替的に、これらのセンサは、正確な測定結果を得るために好適には当該運動方向で相互にずらされて若しくは離間されて配置されており、又は、測定方向に対して所定の角度で配置されている。

さらに好適には、磁場の配向は、段階的に変化する又は連続的に変化することが想定されている。配向の段階的な変化により、各磁石アセンブリの簡単な実施形態が保証されており、この実施形態も低コストで実現可能である。特にここでは、各磁石アセンブリは、相前後して配置され、又は、配置された複数の個別磁石によって製造され得る。磁場の配向の連続的な変化は、センサ装置のより高い分解能と、ひいては正確な位置決定とを可能にさせ、これは、例えば磁性体の螺旋状の磁化によって可能であり、好適には想定されている。

さらに好適には、各磁石アセンブリは、複数の磁石要素から形成されていることが想定されている。既に述べたように、この場合、各磁石アセンブリの低コストの実現は、特に磁場の配向の段階的な変化によって可能である。これらの磁石要素は、好適には、発信器素子の基体に配置され、例えば当該基体に接着され、又は、形状結合的に若しくは摩擦結合的に保持される。これらの個別の磁石要素は、この場合、相互に直接当接していてもよいし、又は、相互に離間していてもよく、それにより、これらの間にはギャップ、特にエアギャップが生じる。

さらに好適には、各磁石アセンブリは、異なる方向に磁化された磁場本体から形成されていることが想定されている。それにより、各磁石アセンブリは、特に好適な磁化により、自身の長手延長線に沿って磁場の配向の変化を有する又は発信器素子の運動方向に磁場の配向の変化を有する磁場センサ又は磁場本体から一体的に製造されている。

本発明の特に好適な実施形態によれば、磁石アセンブリは、磁化された単一の磁場本体から形成されていることが想定されている。これにより、特にコンパクトな発信器素子が実現される。さらなる実施形態によれば、センサ装置又は発信器素子は、運動方向に沿って異なる方向に配向された磁場を有する３つ以上の磁石アセンブリを有する。

特に好適には、発信器素子は、直線的にシフト可能に支承されている。この目的のために、センサ装置は、合目的的にハウジングを有し、このハウジング内で発信器素子はシフト可能に支承されており、さらにハウジングはセンサを支持する。本発明の代替的な実施形態によれば、好適には、発信器素子は、ハウジング内で回転可能に支承されていることが想定されており、従って、その場合、磁石アセンブリは、好適には発信器素子の、従って特に円形の基体の外周にわたって周面方向に延在している。従って、このセンサ装置によれば、直線運動及び／又は位置も、回転運動及び／又は回転位置（角度位置）も、好適な方法で検出可能である。

以下においては、本発明を図面に基づいて、より詳細に説明する。

好適なセンサ装置の簡略図。

図１は、１つの発信器素子２と、２つのセンサ３とを有するセンサ装置１を概略的な斜視図で示す。このセンサ装置１は、さらにハウジング４を有しており、このハウジング４は、本明細書においては部分的にしか示されていない。ハウジング４は、一方では、可動の発信器素子２の支承のために用いられ、他方では、センサ３の保持のために用いられ、これによって、発信器素子２が、位置固定又はハウジング固定されて配置されたセンサ３に対して相対的に可動となる。この場合、本実施例によれば、発信器素子２は、双方向矢印５によって示されているように、ハウジング４内で直線的又は並進的に可動であることが想定されている。発信器素子２は、この場合、本明細書においては実質的に棒状に形成されており、ハウジング４内で矢印５に従った自身の長手延長線の方向にシフト可能である。

発信器素子２は、第１の磁石アセンブリ６と、第２の磁石アセンブリ７とを有しており、これらはそれぞれ１つの磁気線路を形成している。これらの磁気線路は、ここでは、発信器素子２の運動方向で見て相互に隣接している。各磁石アセンブリ６，７は、本実施例によれば、複数の磁石要素６＿１、６＿２、６＿３、及び６＿４又は７＿１、７＿２、７＿３、及び７＿４を有する。これらの磁石要素６＿１〜７＿４は、この場合、好適には、相互に直接固定されており、例えば接着されており、又は、図中において破線のみで任意選択肢として示されている共通の基体８に固定されている。

磁石要素６＿１〜７＿４は、ここでは、各磁石アセンブリ６，７が、運動方向で見て、図中の矢印によって示されるように異なる方向の配向を有する磁場を有するように形成され、配向されている。この場合、隣接する磁石アセンブリ６及び７の配向は、相互に異なっており、そのため（発信器素子２の運動方向で見て）同等の高さに、異なる方向の配向を有する磁場が相互に隣接している。

２つのセンサ３は、運動方向で見て相互に隣接して配置されており、そのため、各磁場とその配向とを検出するために、一方のセンサ３は、第１の磁石アセンブリ６に割り当てられており、第２のセンサ３は、第２の磁石アセンブリ７に割り当てられている。

この場合、ここには示されていない制御機器がセンサ３の出力信号を監視し、これらの出力信号を、センサ３に関する発信器素子２の位置の算出のために総和信号又は差分信号に結びつける。磁石アセンブリ６，７は、それぞれ相互に異なる方向の磁場の配向を有しているので、発信器素子２の一義的な位置決定が高精度で実施可能である。発信器素子２が矢印５に従ってセンサ３に対して相対的に運動すると、センサ３によって検出される磁場と、本実施例からなる磁場配向とは、４つの磁石要素６＿１〜６＿４又は７＿１〜７＿４に従って段階的に変化する。

代替的な実施例によれば、高分解能の位置決定を保証するために、磁場の配向は、運動方向において連続的に又は特に小刻みな段階で変化することが想定されている。個別の磁石要素からなる磁石アセンブリ６，７に対して代替的に、長手延長線方向でその配向が変化する磁場を有するように磁化されている磁性体を各磁石アセンブリ６，７のために設けることも考えられる。この目的のために、例えば各磁性体は、螺旋状に磁化されている。

これらのセンサ３は、特にホールセンサ又はＸＭＲセンサとして形成されており、特に当該センサ３の測定箇所における磁場の角度差を決定する。これらのセンサ３の測定箇所は、既に述べたように、測定方向に対して隣接して又は横断方向に配置されている。

本明細書に示されていないさらなる実施例によれば、発信器素子２は棒状ではなく、円盤状又は環状に形成されていることが想定されている。この場合、磁石アセンブリ６，７は、発信器素子の外周にわたって周面方向に延在し、そのため、発信器素子２を用いて回転運動又は回転角度位置が検出可能である。

Claims (8)

1. １つの運動方向に変位可能な発信器素子（２）と、前記発信器素子（２）の位置及び／又は運動量を決定するための少なくとも２つのハウジング固定された磁場感応型のセンサ（３）と、前記センサ（３）の出力信号を監視し、これらの出力信号を差分信号に結びつけるために構成された制御機器とを備えたセンサ装置（１）であって、
   前記発信器素子（２）は、当該発信器素子（２）の運動方向に沿って異なる方向に配向された磁場を有する第１の磁石アセンブリ（６）を有する、センサ装置（１）において、
   前記発信器素子（２）は、当該発信器素子（２）の運動方向に沿って異なる方向に配向された磁場を有する第２の磁石アセンブリ（７）を有し、
   前記センサ（３）は、前記磁石アセンブリ（６，７）のうちのそれぞれ１つに割り当てられており、
   前記第１の磁石アセンブリ（６）の磁場の配向と前記第２の磁石アセンブリ（７）の磁場の配向とは、前記発信器素子（２）の運動方向に沿って相互に異なっている、
   ことを特徴とするセンサ装置（１）。
2. 前記磁石アセンブリ（６，７）は、前記発信器素子（２）に配置された磁気線路として形成されている、請求項１に記載のセンサ装置。
3. 前記第１の磁石アセンブリ（６）と前記第２の磁石アセンブリ（７）とは、前記発信器素子（２）の同じ側に相互に隣接して配置されている、請求項１又は２に記載のセンサ装置。
4. 前記センサ（３）は、前記発信器素子（２）の運動方向で見て、相互に隣接して当該運動方向で相互にずらされて配置されている又は測定方向に対して所定の角度で配置されている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のセンサ装置。
5. 前記磁場の配向は、段階的に変化する又は連続的に変化する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のセンサ装置。
6. 前記各磁石アセンブリ（６，７）は、複数の磁石要素（６＿１〜７＿４）から形成されている、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のセンサ装置。
7. 前記各磁石アセンブリ（６，７）は、異なる方向に磁化された本体から形成されている、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のセンサ装置。
8. 前記各磁石アセンブリ（６，７）は、磁化された単一の本体から形成されている、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のセンサ装置。

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