JP2842482B2 - ホール素子を有する磁気的位置および速度センサ - Google Patents
ホール素子を有する磁気的位置および速度センサInfo
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- JP2842482B2 JP2842482B2 JP4502508A JP50250892A JP2842482B2 JP 2842482 B2 JP2842482 B2 JP 2842482B2 JP 4502508 A JP4502508 A JP 4502508A JP 50250892 A JP50250892 A JP 50250892A JP 2842482 B2 JP2842482 B2 JP 2842482B2
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- G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
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- G01D5/145—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields
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- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、磁気的位置センサに関するものであり、他
の表現をすれば、磁気的位置・速度センサに関するもの
である。
の表現をすれば、磁気的位置・速度センサに関するもの
である。
ホールプローブ（sonde de Hall）に対するマグネッ
ト相対運動により発生する磁束を検出するホールプロー
ブを用いた位置センサが、従来より知られている。特
に、フランス特許2624966号は、ホール効果リニア検出
器とホイールにモールドされシャフトを取囲むように螺
旋状の電流を形成するリングを形作る非鉄金属シャフト
に載置された永久磁石とを備えた印刷胴（roue d' impr
ession）の為の符号器（codeur）を開示している。印刷
胴の角度位置は、螺旋の推移点に対する信号の振幅の絶
対値により決定される。別の実施例においては、第二ホ
ール効果検出器をシャフト上であって第一検出器とは反
対側に設置し、補強信号（signal renforce）を供給し
ている。
ト相対運動により発生する磁束を検出するホールプロー
ブを用いた位置センサが、従来より知られている。特
に、フランス特許2624966号は、ホール効果リニア検出
器とホイールにモールドされシャフトを取囲むように螺
旋状の電流を形成するリングを形作る非鉄金属シャフト
に載置された永久磁石とを備えた印刷胴（roue d' impr
ession）の為の符号器（codeur）を開示している。印刷
胴の角度位置は、螺旋の推移点に対する信号の振幅の絶
対値により決定される。別の実施例においては、第二ホ
ール効果検出器をシャフト上であって第一検出器とは反
対側に設置し、補強信号（signal renforce）を供給し
ている。
この様なセンサは、実際のところ直線性に優れた信号
を出力しない。従来技術において、この欠点はホールプ
ローブによりもたらされた信号をデジタル化し、データ
処理手段によりその信号を処理することにより補われい
た。
を出力しない。従来技術において、この欠点はホールプ
ローブによりもたらされた信号をデジタル化し、データ
処理手段によりその信号を処理することにより補われい
た。
従来技術において複素幾何学により磁界位置センサの
直線性に関する欠点を補うことが提案されている。1990
年６月13日から15日にかけて開催された“近代マグネッ
トおよびその機械”に関するヨーロッパ学会において、
角度位置にほぼ比例する出力信号をもたらす位置センサ
が発表された。このセンサは、第一実施例では楕円形、
または二つの円弧からなる基本的に適切な形の磁化リン
グを備えている。したがって、直線性のすぐれが、離心
率（l'excentricite）により解消される。論理的にはこ
の方法が優れているとしても、産業的に大規模生産され
るセンサに適用することは技術的に困難である。これに
より、多数の応用例において、製造コストがかさむこと
になる。
直線性に関する欠点を補うことが提案されている。1990
年６月13日から15日にかけて開催された“近代マグネッ
トおよびその機械”に関するヨーロッパ学会において、
角度位置にほぼ比例する出力信号をもたらす位置センサ
が発表された。このセンサは、第一実施例では楕円形、
または二つの円弧からなる基本的に適切な形の磁化リン
グを備えている。したがって、直線性のすぐれが、離心
率（l'excentricite）により解消される。論理的にはこ
の方法が優れているとしても、産業的に大規模生産され
るセンサに適用することは技術的に困難である。これに
より、多数の応用例において、製造コストがかさむこと
になる。
本発明の目的は、低い製造コストの角度又はリニア位
置センサを提供することによりこれらの欠点を克服する
ことであり、また、直線性のずれを１パーセントより小
さく、その測定範囲を磁極の長さよりわずかに短い長さ
まで拡大することである。
置センサを提供することによりこれらの欠点を克服する
ことであり、また、直線性のずれを１パーセントより小
さく、その測定範囲を磁極の長さよりわずかに短い長さ
まで拡大することである。
本発明に係る位置センサは、連結手段と一体となった
移動マグネットがその内部で移動する主エアーギャップ
を形作る固定子を備えている。さらにこの位置センサ
は、前記主エアーギャップにほぼ垂直な２つの副エアー
ギャップを備え、少なくとも１つの副エアーギャップ内
の誘導の変化を測定するホールプローブを備えている。
固定子は、第１の部材及び、静止もしくは移動可能な第
２の部材を有している。該二つの部分は、その間に磁化
部が移動するエアーギャップを形作る。該第２の部材
は、移動領域内において実質的に直線的な消磁特性及び
空気に近い可逆透磁率を示す材料からできている。磁化
部は、交差（transversalement）磁化された（第１の部
材に対向する面と第２の部材に対向する面の磁気極性が
異なるよう磁化された）少なくとも２つの薄い部分を有
している。第１の部材は、第２の部材が移動する主エア
ーギャップにほぼ垂直な少なくとも二つの副エアーギャ
ップを形作り、ホールプローブは、その副エアーギャッ
プの一つに収納される。L/Eは、６より大きいことが効
果的で、好ましくは10より大きいほうがよい。ここでＬ
は、リニアセンサの場合、磁極の直線長さであり、回転
性センサの場合、極の平均半径の弧に対応する長さであ
り、Ｅは主エアーギャップの幅を示す。具体的な実施例
では、磁化部は交差磁化された薄い部分を１つだけ備え
ている。この場合、第２の部材は、変換された動きまた
は回転円筒可動子のアクチュエータとしては120゜に開
いたタイル状のものとして、平面回転に対しては半円盤
状のものとして形成される。しかしながら、その出力信
号は少なくとも二つの磁化部分を用いた実施例より振幅
が小さく質も劣る。
移動マグネットがその内部で移動する主エアーギャップ
を形作る固定子を備えている。さらにこの位置センサ
は、前記主エアーギャップにほぼ垂直な２つの副エアー
ギャップを備え、少なくとも１つの副エアーギャップ内
の誘導の変化を測定するホールプローブを備えている。
固定子は、第１の部材及び、静止もしくは移動可能な第
２の部材を有している。該二つの部分は、その間に磁化
部が移動するエアーギャップを形作る。該第２の部材
は、移動領域内において実質的に直線的な消磁特性及び
空気に近い可逆透磁率を示す材料からできている。磁化
部は、交差（transversalement）磁化された（第１の部
材に対向する面と第２の部材に対向する面の磁気極性が
異なるよう磁化された）少なくとも２つの薄い部分を有
している。第１の部材は、第２の部材が移動する主エア
ーギャップにほぼ垂直な少なくとも二つの副エアーギャ
ップを形作り、ホールプローブは、その副エアーギャッ
プの一つに収納される。L/Eは、６より大きいことが効
果的で、好ましくは10より大きいほうがよい。ここでＬ
は、リニアセンサの場合、磁極の直線長さであり、回転
性センサの場合、極の平均半径の弧に対応する長さであ
り、Ｅは主エアーギャップの幅を示す。具体的な実施例
では、磁化部は交差磁化された薄い部分を１つだけ備え
ている。この場合、第２の部材は、変換された動きまた
は回転円筒可動子のアクチュエータとしては120゜に開
いたタイル状のものとして、平面回転に対しては半円盤
状のものとして形成される。しかしながら、その出力信
号は少なくとも二つの磁化部分を用いた実施例より振幅
が小さく質も劣る。
ホールプローブは、これを通過する誘導に比例した電
気信号を生成する。このプローブが角度及び直線上の位
置に対する直線性をもって信号を出力するように、位置
に応じてできるだけ直線的に変化する磁場にそのプロー
ブを載置する必要がある。
気信号を生成する。このプローブが角度及び直線上の位
置に対する直線性をもって信号を出力するように、位置
に応じてできるだけ直線的に変化する磁場にそのプロー
ブを載置する必要がある。
本発明における考え方として、固定子は高透磁率を持
つ回路構成要素のグループであり、第１の部材と、多く
の場合静止している第２の部材とによって構成される。
ただし、第２の部材は、特別な例では移動マグネットに
固定されて移動する。
つ回路構成要素のグループであり、第１の部材と、多く
の場合静止している第２の部材とによって構成される。
ただし、第２の部材は、特別な例では移動マグネットに
固定されて移動する。
特別な実施例として、第２の部材は磁化部と一体に構
成される。この実施例では、センサの慣性特性がかなり
増加されるが、第２の部材の機械的強度を高めることが
できるので、もろい磁性材料を使用することが可能であ
る。
成される。この実施例では、センサの慣性特性がかなり
増加されるが、第２の部材の機械的強度を高めることが
できるので、もろい磁性材料を使用することが可能であ
る。
第一実施例においては、第１の部材（１）は、同軸の
二つのリング（８）、（９）を有しており、外側のリン
グは少なくとも放射状のエアーギャップを備え、そのエ
アーギャップの一方の中にホールプローブが配置されて
いる。第２の部材（２）には、第１の薄い部分（3a），
第２の薄い部分（3b）が設けられている。第１の薄い部
分（3a）および第２の薄い部分（3b）は、放射状に磁化
された環状のマグネットである。該マグネットは、前記
リング（８）、（９）と同心で対称軸の周りを回転す
る。第２の部材（２）の移動は、中間位置の両端上にお
いて、C/2となる。ここで、中間位置とは、その位置に
おいて前記２つのマグネットの間の推移領域（６）、
（７）が、ホールプローブが収納されている放射状の副
エアーギャップ（10）、（11）の対称面に垂直な面に入
るような位置をいう。Ｃはπよりわずかに小さいもので
ある。
二つのリング（８）、（９）を有しており、外側のリン
グは少なくとも放射状のエアーギャップを備え、そのエ
アーギャップの一方の中にホールプローブが配置されて
いる。第２の部材（２）には、第１の薄い部分（3a），
第２の薄い部分（3b）が設けられている。第１の薄い部
分（3a）および第２の薄い部分（3b）は、放射状に磁化
された環状のマグネットである。該マグネットは、前記
リング（８）、（９）と同心で対称軸の周りを回転す
る。第２の部材（２）の移動は、中間位置の両端上にお
いて、C/2となる。ここで、中間位置とは、その位置に
おいて前記２つのマグネットの間の推移領域（６）、
（７）が、ホールプローブが収納されている放射状の副
エアーギャップ（10）、（11）の対称面に垂直な面に入
るような位置をいう。Ｃはπよりわずかに小さいもので
ある。
この実施例によれば、有効な移動を越えたことや高精
度に角度位置に比例した出力信号を出す小型化したセン
サーを得ることができる。
度に角度位置に比例した出力信号を出す小型化したセン
サーを得ることができる。
第二実施例において、第２の部材（２）には、それぞ
れ約πを越える範囲に設けられた交差磁化された２つの
磁化部を有する薄いディスクが設けられている。固定子
は、一方にホールプローブが収納された二つの放射状の
副エアーギャップを形作る第１の部材と、円盤状の軟材
を有する第２の部材とを有している。
れ約πを越える範囲に設けられた交差磁化された２つの
磁化部を有する薄いディスクが設けられている。固定子
は、一方にホールプローブが収納された二つの放射状の
副エアーギャップを形作る第１の部材と、円盤状の軟材
を有する第２の部材とを有している。
効果的には、その主エアーギャップは、第２の部材
（２）と第１の部材（１）との間に位置するスラストボ
ールベアリング（20）により形作られる。第２の部材
（２）に設けられた磁化部（３）と第１の部材（１）と
の間の磁力により、第２の部材（２）の位置及び中心が
決定される。この磁力により生じる運動は、スラストボ
ールベアリング（20）により規制される。しかし、この
ボールベアリング（２）は、余裕のあるアライメント調
整を維持でき、衝撃及び振動の有効な緩衝材となり得
る。
（２）と第１の部材（１）との間に位置するスラストボ
ールベアリング（20）により形作られる。第２の部材
（２）に設けられた磁化部（３）と第１の部材（１）と
の間の磁力により、第２の部材（２）の位置及び中心が
決定される。この磁力により生じる運動は、スラストボ
ールベアリング（20）により規制される。しかし、この
ボールベアリング（２）は、余裕のあるアライメント調
整を維持でき、衝撃及び振動の有効な緩衝材となり得
る。
特別な例においては、第１の部材（１）は、それぞれ
前述の副エアーギャップに収納される２つのホールプロ
ーブを備える。
前述の副エアーギャップに収納される２つのホールプロ
ーブを備える。
上述の２つのホールプローブの各々により出力された
信号を合計することにより、位置センサの機械的構造に
よる欠点を補うことができる。
信号を合計することにより、位置センサの機械的構造に
よる欠点を補うことができる。
第三実施例においては、三つの部材（24、25、26）を
有する第１の部材（１）と、第２の部材（27）が直線的
に移動するエアーギャップをその間に形作る第２の部材
（27）を有している。
有する第１の部材（１）と、第２の部材（27）が直線的
に移動するエアーギャップをその間に形作る第２の部材
（27）を有している。
特別な例においては、第１の部材（１）は、副エアー
ギャップのいずれか１つに収納され、磁束の時間的変化
を検出する検出コイルをさらに備えている。
ギャップのいずれか１つに収納され、磁束の時間的変化
を検出する検出コイルをさらに備えている。
このコイルは、このコイルに対する第２の部材の相対
速度に比例した電気信号を出力する。
速度に比例した電気信号を出力する。
効果的には、第１の部材は、さらに温度プローブの収
納部を備えるとよい。
納部を備えるとよい。
この温度プローブにより、磁化部及び／又はホールプ
ローブの温度に基づく特性変化を補償することができ、
従って、妥当なコストの構成部材を用いることができ
る。この温度プローブは、副エアーギャップの一つに収
納することができる。
ローブの温度に基づく特性変化を補償することができ、
従って、妥当なコストの構成部材を用いることができ
る。この温度プローブは、副エアーギャップの一つに収
納することができる。
本発明は、どの面からも発明の範囲を制限しない実施
例に関する以下の記述を読むことと、以下の図面を参照
することによりさらに理解することができる。
例に関する以下の記述を読むことと、以下の図面を参照
することによりさらに理解することができる。
図１は、角度位置および速度センサの軸方向断面図で
ある。
ある。
図２は、角度位置および速度センサの中央断面図であ
る。
る。
図３は、異なった状態にある角度位置および速度セン
サの中央断面図である。
サの中央断面図である。
図４は、角度センサの第二実施例の軸方向断面図であ
る。
る。
図５は、第三実施例の軸方向断面図である。
図６は、リニアセンサの横断面図である。
図７は、他のリニアセンサの断面図である。
図１に示されたセンサは、第１の部材（１）と、磁化
部である管状マグネット（３）に一体化された第２の部
材（２）とを備える固定子構造を有する。その第１の部
材（１）および第２の部材（２）は、高透磁率及び低磁
気ヒステリシスを有する軟磁性体から成る。例として
は、アニール処理された純鉄又はアニール処理されたニ
ッケル鉄合金（Creusot Loire社製のANHYSTER DまたはM
UMETALタイプ）、もしくは焼結された鉄またはニッケル
鉄で構成するとよい。
部である管状マグネット（３）に一体化された第２の部
材（２）とを備える固定子構造を有する。その第１の部
材（１）および第２の部材（２）は、高透磁率及び低磁
気ヒステリシスを有する軟磁性体から成る。例として
は、アニール処理された純鉄又はアニール処理されたニ
ッケル鉄合金（Creusot Loire社製のANHYSTER DまたはM
UMETALタイプ）、もしくは焼結された鉄またはニッケル
鉄で構成するとよい。
管状マグネット（３）は、反対の極性（aimantees ra
dialement en sens oppose）を帯びた二つの部材を合体
することにより、あるいは等方性または異方性の放射配
向を有するモールドサマリウムコバルト1/5を管状に磁
化することにより製造される。管状マグネット（３）
は、周辺で二対の極性を示す。Ｎ極は180゜よりわずか
に小さい区間に、またＳ極は180゜よりわずかに小さく
直径上の反対側の区間に現われる。つまり、マグネット
（３）は、厚さ方向に磁化（交差磁化）された第１の薄
い部分（3a）と、これに隣接し反対方向に磁化された第
２の薄い部分（3b）とを有している。磁性体原料の品質
及び／又はこの可動子の製造技術によってその大きさが
定まる２つの推移領域（６）（７）は、二対の磁極の間
に位置する。
dialement en sens oppose）を帯びた二つの部材を合体
することにより、あるいは等方性または異方性の放射配
向を有するモールドサマリウムコバルト1/5を管状に磁
化することにより製造される。管状マグネット（３）
は、周辺で二対の極性を示す。Ｎ極は180゜よりわずか
に小さい区間に、またＳ極は180゜よりわずかに小さく
直径上の反対側の区間に現われる。つまり、マグネット
（３）は、厚さ方向に磁化（交差磁化）された第１の薄
い部分（3a）と、これに隣接し反対方向に磁化された第
２の薄い部分（3b）とを有している。磁性体原料の品質
及び／又はこの可動子の製造技術によってその大きさが
定まる２つの推移領域（６）（７）は、二対の磁極の間
に位置する。
第２の部材（２）及び管状マグネット（３）を構成す
るリングは、接着剤で組まれて接続シャフト（４）に取
り付けられる。
るリングは、接着剤で組まれて接続シャフト（４）に取
り付けられる。
第１の部材（１）は、長さＥの主エアーギャップ
（５）を介して、第２の部材（２）から隔たっている。
図２に示すように、第１の部材（１）は、好ましくは高
透磁率及び低ヒステリシスを有する軟磁性材料から成る
二つの半径リング（８）、（９）からできている。第１
の部材（１）は、二つの副エアーギャップ（10）（11）
を構成する放射状の溝を有しており、その副エアーギャ
ップ（10）、（11）にはそれぞれホールプローブ（12）
と電気コイル（13）が収納される。副エアーギャップ
（10）（11）は、図２に示すように、主エアーギャップ
（５）にほぼ垂直（法線方向）に形成されている。二つ
のエアーギャップの中心を切る対称面に垂直に測定する
と、これらのエアーギャップの長さは、ミリメータのオ
ーダである。
（５）を介して、第２の部材（２）から隔たっている。
図２に示すように、第１の部材（１）は、好ましくは高
透磁率及び低ヒステリシスを有する軟磁性材料から成る
二つの半径リング（８）、（９）からできている。第１
の部材（１）は、二つの副エアーギャップ（10）（11）
を構成する放射状の溝を有しており、その副エアーギャ
ップ（10）、（11）にはそれぞれホールプローブ（12）
と電気コイル（13）が収納される。副エアーギャップ
（10）（11）は、図２に示すように、主エアーギャップ
（５）にほぼ垂直（法線方向）に形成されている。二つ
のエアーギャップの中心を切る対称面に垂直に測定する
と、これらのエアーギャップの長さは、ミリメータのオ
ーダである。
磁束検出器であるホールプローブ（12）は、好ましく
は同じ収納場所に組込まれた増幅器を備えたタイプがよ
く、リード線を３本だけ有し、電気的影響（interferen
ces electriques）に敏感に反応することなく、大振幅
の電気信号を得ることができるものが好ましい。例とし
ては、ホールプローブは、Sprague社製のUGN 3503 タ
イプ（type）である。
は同じ収納場所に組込まれた増幅器を備えたタイプがよ
く、リード線を３本だけ有し、電気的影響（interferen
ces electriques）に敏感に反応することなく、大振幅
の電気信号を得ることができるものが好ましい。例とし
ては、ホールプローブは、Sprague社製のUGN 3503 タ
イプ（type）である。
磁束検出器である電気コイル（13）は、副エアーギャ
ップ（11）を形作る固定子の面に垂直な軸を有する巻線
である。
ップ（11）を形作る固定子の面に垂直な軸を有する巻線
である。
主エアーギャップ（５）は、できるだけ小さくする。
例えば、センサーが第２の部材の中央において5mmの平
均半径であるとして、また管状マグネット（３）が1mm
の厚さであるとして、管状マグネット（３）の外周面
（15）と第１の部材（１）の内周面との間のあそび（je
u）は0.2mmのオーダーとする。この実施例においては、
L/E比は、13である。
例えば、センサーが第２の部材の中央において5mmの平
均半径であるとして、また管状マグネット（３）が1mm
の厚さであるとして、管状マグネット（３）の外周面
（15）と第１の部材（１）の内周面との間のあそび（je
u）は0.2mmのオーダーとする。この実施例においては、
L/E比は、13である。
Ｌは磁極の長さを示す。
Ｌは5mm×π＝15.7mmより少し小さい。
Ｅは主エアーギャップ（５）の大きさを示し、1mm＋
0.2mm＝1.2mmである。
0.2mm＝1.2mmである。
図２に示した位置においては、推移領域（６）、
（７）を横切る磁性面（18）は、副エアーギャップ（1
0）、（11）の中心を横切る固定子の対称面に対し近い
角度になっている。その差は、約15゜である。これらの
条件のもとで、一対の磁極より発生する磁束の大部分
は、副エアーギャップ（10）、（11）を介して、もう一
対の磁極に取り込まれる。機械的構造が良好であれば、
各エアーギャップ等は等しい磁束を生み、二つの副エア
ーギャップの誘導（inductions）は等しく最大となる。
15゜より小さい場合、推移領域（６）、（７）は、それ
ぞれ副エアーギャップ（10）、（11）に近づきすぎ、こ
れによりセンサの応答を妨害する磁気不連続が引き起こ
される。
（７）を横切る磁性面（18）は、副エアーギャップ（1
0）、（11）の中心を横切る固定子の対称面に対し近い
角度になっている。その差は、約15゜である。これらの
条件のもとで、一対の磁極より発生する磁束の大部分
は、副エアーギャップ（10）、（11）を介して、もう一
対の磁極に取り込まれる。機械的構造が良好であれば、
各エアーギャップ等は等しい磁束を生み、二つの副エア
ーギャップの誘導（inductions）は等しく最大となる。
15゜より小さい場合、推移領域（６）、（７）は、それ
ぞれ副エアーギャップ（10）、（11）に近づきすぎ、こ
れによりセンサの応答を妨害する磁気不連続が引き起こ
される。
図３に示した位置においては、推移領域（６）、
（７）を横切る磁性面（18）と、副エアーギャップ（1
0）、（11）の中心を横切る固定子の対称面とが90゜を
形成する。この場合、副エアーギャップ（10）、（11）
には磁束が発生せず、そこでの誘導もゼロである。165
゜より大きい角度の場合、誘導の振幅は等しく、図２の
場合の誘導とは逆位相（egale en amplitude et de sig
ne oppose）となることは明らかである。L/E比を大きく
し、マグネットの性質を選択することにより、その誘導
は、15゜から165゜の間の角度（約150゜の間）で直線的
に変化する。第１の部材（１）と第２の部材（２）と
は、どの点でも飽和しないように十分な断面積を有する
べきである。さらに、優れた直線性を得るために、固定
子の磁気抵抗を幅エアーギャップの磁気抵抗を考慮して
低くすべきである。同じ大きさのエアーギャップおよび
同じ幅の推移領域（６），（７）に対して、管状マグネ
ット（３）の半径を大きくすれば、直線的応答の範囲は
増加し、極めて180゜に近い170゜台の値になることは明
らかである。第２の部材の移動終点がない場合、回転す
るセンサからの応答は対称なのこぎり波に近づく。
（７）を横切る磁性面（18）と、副エアーギャップ（1
0）、（11）の中心を横切る固定子の対称面とが90゜を
形成する。この場合、副エアーギャップ（10）、（11）
には磁束が発生せず、そこでの誘導もゼロである。165
゜より大きい角度の場合、誘導の振幅は等しく、図２の
場合の誘導とは逆位相（egale en amplitude et de sig
ne oppose）となることは明らかである。L/E比を大きく
し、マグネットの性質を選択することにより、その誘導
は、15゜から165゜の間の角度（約150゜の間）で直線的
に変化する。第１の部材（１）と第２の部材（２）と
は、どの点でも飽和しないように十分な断面積を有する
べきである。さらに、優れた直線性を得るために、固定
子の磁気抵抗を幅エアーギャップの磁気抵抗を考慮して
低くすべきである。同じ大きさのエアーギャップおよび
同じ幅の推移領域（６），（７）に対して、管状マグネ
ット（３）の半径を大きくすれば、直線的応答の範囲は
増加し、極めて180゜に近い170゜台の値になることは明
らかである。第２の部材の移動終点がない場合、回転す
るセンサからの応答は対称なのこぎり波に近づく。
管状マグネット（３）の作動位置の変化によるセンサ
の駆動トルクを減少させる為に、またセンサが測定対象
に取り付けられることによって生じる寄生変動を減少さ
せるために、管状マグネット（３）の作動範囲を小さく
することが好ましく、すなわち１以上のホールプローブ
が位置するエアーギャップの磁気抵抗を小さくすること
が好ましい。この目的の為には、薄いホールプローブを
選択するか、この副エアーギャップの表面積を大きくす
るとよい。
の駆動トルクを減少させる為に、またセンサが測定対象
に取り付けられることによって生じる寄生変動を減少さ
せるために、管状マグネット（３）の作動範囲を小さく
することが好ましく、すなわち１以上のホールプローブ
が位置するエアーギャップの磁気抵抗を小さくすること
が好ましい。この目的の為には、薄いホールプローブを
選択するか、この副エアーギャップの表面積を大きくす
るとよい。
図４に本発明に係るセンサの他の実施例の中央断面図
を示す。前述の実施例との対比において、固定子は、前
述の第１の部材の形状とほぼ同一の第１の部材（１）
と、円盤型の第２の部材（２）とからなる。マグネット
（３）は、反対方向に交差磁化された二つの半円形ワッ
シャーからなる。マグネット（３）は、第２の部材
（２）の一面に接着される。例としては、マグネットの
外径は16mmで、内径は8mmであり、その厚さは1mmで、マ
グネットと第１の部材（１）の最接面とのあそびは約0.
3mmである。マグネット（３）の平均半径は6mmであり、
極の幅と、計測したエアーギャップとの比は約15であ
る。各磁極は、約180゜に開いた扇形をしている。その
磁力は、第１の部材（１）に対して第２の部材（２）を
引き付ける。第２の部材（２）と第２の部材（１）との
接触を防ぐ為、スラストボールベアリング（20）によっ
て軸の移動が制限されている。このスラストボールベア
リング（20）のリング（21）は、非磁性体部（22）によ
って、第１の部材（１）から磁気的に分離されている。
位置決め作用およびガイド作用は、磁気吸引力およびス
ラストボールベアリング（20）やその他の機械的ガイド
によって確実になされる。このことにより、衝撃及び振
動の為の大きな緩衝となり、また接続（連結）シャフト
（４）のアライメント問題の自己整合を可能とする。
を示す。前述の実施例との対比において、固定子は、前
述の第１の部材の形状とほぼ同一の第１の部材（１）
と、円盤型の第２の部材（２）とからなる。マグネット
（３）は、反対方向に交差磁化された二つの半円形ワッ
シャーからなる。マグネット（３）は、第２の部材
（２）の一面に接着される。例としては、マグネットの
外径は16mmで、内径は8mmであり、その厚さは1mmで、マ
グネットと第１の部材（１）の最接面とのあそびは約0.
3mmである。マグネット（３）の平均半径は6mmであり、
極の幅と、計測したエアーギャップとの比は約15であ
る。各磁極は、約180゜に開いた扇形をしている。その
磁力は、第１の部材（１）に対して第２の部材（２）を
引き付ける。第２の部材（２）と第２の部材（１）との
接触を防ぐ為、スラストボールベアリング（20）によっ
て軸の移動が制限されている。このスラストボールベア
リング（20）のリング（21）は、非磁性体部（22）によ
って、第１の部材（１）から磁気的に分離されている。
位置決め作用およびガイド作用は、磁気吸引力およびス
ラストボールベアリング（20）やその他の機械的ガイド
によって確実になされる。このことにより、衝撃及び振
動の為の大きな緩衝となり、また接続（連結）シャフト
（４）のアライメント問題の自己整合を可能とする。
前述の実施例の変形例の断面図を、図５に示す。組立
を簡単にする為に、第１の部材と第２の部材の位置を逆
にしている。接続シャフト（４）は、軸方向でなく、横
方向にベアリング（23）により導かれる。
を簡単にする為に、第１の部材と第２の部材の位置を逆
にしている。接続シャフト（４）は、軸方向でなく、横
方向にベアリング（23）により導かれる。
極端な場合では、第２の部材（２）は、スラストボー
ルベアリング（41）の収納が十分可能な深さの穴（40）
を形作る。この場合、第１の部材（１）は１本の直径方
向の溝をもつ硬質の円盤により形成できる。
ルベアリング（41）の収納が十分可能な深さの穴（40）
を形作る。この場合、第１の部材（１）は１本の直径方
向の溝をもつ硬質の円盤により形成できる。
この場合、二つのエアーギャップは、互いに他方を延
長した位置に配置され一つの溝となる。結果として、
「二つのエアーギャップ」という概念は、この発明にお
いて、このような溝を含むものとして拡張される。
長した位置に配置され一つの溝となる。結果として、
「二つのエアーギャップ」という概念は、この発明にお
いて、このような溝を含むものとして拡張される。
リニア・センサの断面図を図６に示す。第１の部材
（１）は、３つの磁極（24,25,26）をそれぞれ形作る。
第２の部材（27）は、反対方向の二対の極性を示す薄い
マグネット（28）と一体化される。第１の部材（１）
は、ホールプローブ（33）が収納される第１の副エアー
ギャップ（31）及び電気コイル（34）または第二のホー
ルプローブが収納される第２の副エアーギャップ（36）
を形作る。副エアーギャップ（31），（36）の中央面
は、主エアーギャップ（５）の中央面と垂直である。第
２の部材は直線的に移動し、その有効移動範囲は、二対
の磁極間の推移領域（35）が副エアーギャップ（31），
（36）の一方もしくは他方の近傍（au voisinage）まで
近づいた所を両端とする範囲である。ここで、「近傍
（au voisinage）」とは、主エアーギャップ（５）の幅
にほぼ等しい距離を意味する。
（１）は、３つの磁極（24,25,26）をそれぞれ形作る。
第２の部材（27）は、反対方向の二対の極性を示す薄い
マグネット（28）と一体化される。第１の部材（１）
は、ホールプローブ（33）が収納される第１の副エアー
ギャップ（31）及び電気コイル（34）または第二のホー
ルプローブが収納される第２の副エアーギャップ（36）
を形作る。副エアーギャップ（31），（36）の中央面
は、主エアーギャップ（５）の中央面と垂直である。第
２の部材は直線的に移動し、その有効移動範囲は、二対
の磁極間の推移領域（35）が副エアーギャップ（31），
（36）の一方もしくは他方の近傍（au voisinage）まで
近づいた所を両端とする範囲である。ここで、「近傍
（au voisinage）」とは、主エアーギャップ（５）の幅
にほぼ等しい距離を意味する。
上記の実施例において、その薄いマグネットは平面状
である。もちろん、いろんな形で形成することは可能で
あり、特にその軸が第２の部材の直線的運動の軸に対応
するようなタイル形や円筒形とする場合には、磁極（2
4、25、26）は円筒形ワッシャとなる。
である。もちろん、いろんな形で形成することは可能で
あり、特にその軸が第２の部材の直線的運動の軸に対応
するようなタイル形や円筒形とする場合には、磁極（2
4、25、26）は円筒形ワッシャとなる。
構造と機能は説明しないが、センサ（42）に合体した
直線性センサの断面図を図７に示す。
直線性センサの断面図を図７に示す。
センサステージ（43）は、縦軸（44）に対して、軸対
称である。センサステージ（43）は、センサの軸方向に
固定された半径方向に異なる向きに磁化された環状マグ
ネット（46）、（47）を備えた第２の部材（54）を備え
ている。その第１の部材は、環状の三つの強磁性部（4
8、49、50）からなる。この実施例において、L/E比は、
３よりわずかに大きい。放射状に延びる２つのエアーギ
ャップ（51、52）によって、ホールプローブ（53）、
（45）の位置を決定することができる。
称である。センサステージ（43）は、センサの軸方向に
固定された半径方向に異なる向きに磁化された環状マグ
ネット（46）、（47）を備えた第２の部材（54）を備え
ている。その第１の部材は、環状の三つの強磁性部（4
8、49、50）からなる。この実施例において、L/E比は、
３よりわずかに大きい。放射状に延びる２つのエアーギ
ャップ（51、52）によって、ホールプローブ（53）、
（45）の位置を決定することができる。
本発明は、上記実施例に制限されるものではなく、異
なった実施例の全てに応用され得る。
なった実施例の全てに応用され得る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−14908（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−297008（ＪＰ，Ａ) 実開 昭49−74877（ＪＰ，Ｕ)
Claims (15)
- 【請求項１】第１の対向面を有する透磁性の第１の部
材、 前記第１の部材の第１の対向面に対向する第２の対向面
を有するとともに、前記第１の対向面と第２の対向面に
よって主エアーギャップを形成するよう配置され、前記
第１の部材との間隔を保持したまま前記主エアーギャッ
プに沿って前記第１の部材に対して相対的に可動可能な
第２の部材、 前記主エアーギャップ内に位置し、前記第２の部材とと
もに可動する磁化部であって、前記第１の対向面側と前
記第２の対向面側で、磁気極性が異なる第１の薄い部分
を有する磁化部、 前記第１の部材内に設けられた磁束検出器、 を備えた磁気センサであって、 前記第１の対向面および前記第２の対向面の形状は、前
記第二の部材の可動方向に直角な方向の長さが前記可動
方向には均一であり、 前記第１の部材を通過する磁束の量は、第１の部材と前
記磁化部との相対的可動状態にかかわりなく一定であ
り、 前記相対的可動状態によって前記磁束検出器を通過しな
い磁束と前記磁束検出器の通過する磁束との割合が変わ
ることにより、前記磁束検出器が検出する磁束の量が変
動すること、 を特徴とする磁気センサ。 - 【請求項２】請求項１の磁気センサにおいて、 前記磁束検出器は、磁束を検出するホールプローブであ
るもの。 - 【請求項３】請求項１または請求項２の磁気センサにお
いて、 前記磁化部は、前記第１の薄い部分に隣接する第２の薄
い部分を少なくとも有し、前記第２の薄い部分は、前記
第１の薄い部分に対して反対の向きに磁化されているこ
とを特徴とするもの。 - 【請求項４】請求項１から３のいずれかの磁気センサに
おいて、 Ｌを磁極の長さとし、Ｅを主エアーギャップの幅のした
ときに、L/E比が３より大きいもの。 - 【請求項５】請求項１から４のいずれかの磁気センサに
おいて、 前記第２の部材が前記磁化部と一体化されているもの。 - 【請求項６】請求項１から５のいずれかの磁気センサに
おいて、 前記第１の部材はリング状に形成され、前記第２の部材
はこれと同軸のリング状に形成されており、前記第１の
部材には放射状に少なくとも１つの副エアーギャップが
設けられ、当該副エアーギャップの少なくとも１つにホ
ールプローブが配置され、 前記第２の部材には、放射方向に磁化された環状マグネ
ットが設けられ、この環状マグネットは、前記第１の部
材のリングと同芯であって、対称軸の周りを回転移動す
るとともに、Ｃを移動範囲とした時、前記第２の部材の
移動は中間位置の両端上においてC/2であり、前記中間
位置は、その位置において前記環状マグネット間の推移
領域が、前記ホールプローブが収納されている放射状の
副エアーギャップの対称面に垂直な面に入るような位置
にあり、Ｃはπよりもわずかに小さいもの。 - 【請求項７】請求項１から６のいずれかの磁気センサに
おいて、 L/E比が６より大きいもの。 - 【請求項８】請求項１から５のいずれかの磁気センサに
おいて、 前記磁化部は、それぞれが約πにわたって、互いに反対
の方向に磁化された２つの部分を有するディスクを備え
ており、 前記第１の部材は、一方にホールプローブが収納された
２つの放射状の副エアーギャップを有し、 前記第２の部材は、円盤状であること、 を特徴とするもの。 - 【請求項９】請求項１から８のいずれかの磁気センサに
おいて、 前記主エアーギャップの間隔が、前記第２の部材と前記
第１の部材との間に位置するスラストボールベアリング
によって規定されるもの。 - 【請求項１０】請求項６または８の磁気センサにおい
て、 直径上で反対側にある放射状の２つの副エアーギャップ
に収納された２つのホールプローブを備えたもの。 - 【請求項１１】請求項１から５のいずれかの磁気センサ
において、 前記第１の部材は、直線的に構成され、２つの副エアー
ギャップを有し、 前記第２の部材は、当該第１の部材に対して直線的に移
動するもの。 - 【請求項１２】請求項１から11のいずれかの磁気センサ
において、 磁束を検出するホールプローブおよび磁束の時間的変化
を検出する検出コイルを、前記副エアーギャップのいず
れかに収納させたもの。 - 【請求項１３】請求項１から12のいずれかの磁気センサ
において、 前記第１の部材が、さらに温度プローブのための収納部
を備えているもの。 - 【請求項１４】第１の対向面を有する透磁性の第１の部
材、 前記第１の部材の第１の対向面に対向する第２の対向面
を有するとともに、前記第１の対向面と第２の対向面に
よって主エアーギャップを形成するよう配置され、前記
第１の部材との間隔を保持したまま前記主エアーギャッ
プに沿って前記第１の部材に対して相対的に可動可能な
第２の部材、 前記主エアーギャップ内に位置し、前記第２の部材とと
もに可動する磁化部であって、前記第１の対向面側と前
記第２の対向面側で、磁気極性が異なる第１の薄い部分
を有する磁化部、 前記第２の部材に連結され前記第２の部材とともに可動
する接続シャフト、 前記第１の部材内に設けられたホールプローブおよび磁
束の時間的変化を検出する検出コイル、 を備えた磁気センサであって、 前記第１の対向面および前記第２の対向面の形状は、前
記第二の部材の可動方向に直角な方向の長さが前記可動
方向には均一であり、 前記第１の部材を通過する磁束の量は、第１の部材と前
記磁化部との相対的可動状態にかかわりなく一定であ
り、 前記相対的可動状態によって前記ホールプローブおよび
前記検出コイルを通過する磁束と通過しない磁束との割
合が変ることにより、前記ホールプローブおよび検出コ
イルが検出する磁束の量が変動すること、 を特徴とする磁気センサ。 - 【請求項１５】透磁性の第１の部材の第１の対向面に対
して、透磁性の第２の部材の第２の対向面を対向させ、
この両対向面により主エアーギャップを形成するととも
に、前記主エアーギャップを保持したまま前記主エアー
ギャップに沿って相対的に可動可能となるよう前記第２
の部材を配置させ、 前記主エアーギャップ内に、前記第１の部材に対向する
面とその反対側の面の磁気極性が異なる磁化部を前記第
２の部材とともに可動するよう配置して、前記磁化部の
一方の磁極から前記第１の部材および前記第２の部材を
通過して他方の磁極に戻る磁束を発生させ、 前記第１の部材内の磁束検出点を通過する磁束を検出す
る磁束検出方法であって、 前記第１の対向面および前記第２の対向面の形状は、前
記第二の部材の可動方向に直角な方向の長さが前記可動
方向には均一であり、 前記第１の部材を通過する磁束の量は、第１の部材と前
記磁化部との相対的可動状態にかかわりなく一定であ
り、 前記相対的可動状態によって前記磁束検出点を通過する
磁束と通過しない磁束との割合が変ることにより、前記
磁束検出点にて検出される磁束の量が変動すること、 を特徴とする磁束検出方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR90/15223 | 1990-12-05 | ||
| FR9015223A FR2670286B1 (fr) | 1990-12-05 | 1990-12-05 | Capteur magnetique de position et de vitesse a sonde de hall. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05505883A JPH05505883A (ja) | 1993-08-26 |
| JP2842482B2 true JP2842482B2 (ja) | 1999-01-06 |
Family
ID=9402918
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4502508A Expired - Lifetime JP2842482B2 (ja) | 1990-12-05 | 1991-12-05 | ホール素子を有する磁気的位置および速度センサ |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5528139A (ja) |
| EP (1) | EP0514530B1 (ja) |
| JP (1) | JP2842482B2 (ja) |
| DE (1) | DE69123240T2 (ja) |
| FR (1) | FR2670286B1 (ja) |
| WO (1) | WO1992010722A1 (ja) |
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| DE102008048843A1 (de) | 2007-09-27 | 2009-04-02 | Denso Corp., Kariya-shi | Fahrzeuglenkvorrichtung |
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