(57)【要約】      （修正有）【課題】発信磁石の位置を特定するための磁気センサの較正方法を提供する。【解決手段】センサ素子２０−１、２０−２、２０−３から時間的に均等なステップで信号が記憶され、時間値ｔｘと信号値Ｕｘの対が取得される。発信磁石が一定の速度でセンサ素子２０−１、２０−２、２０−３のそばを通過しているかどうかが調べられ、そうであれば、その都度の２つの隣接するセンサ素子２０−１、２０−２、２０−３の間における相対的な発信磁石の位置が、時間値ｔｘと信号値Ｕｘの対のうちの時間値ｔｘから求められ、時間値ｔｘと信号値Ｕｘの対とそれに属する算出された発信磁石の位置から多項式係数が算出され、これらの係数が較正のために採用される。【選択図】図２
2020098203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
区間（ＡＢ）に沿った発信磁石（１２）の位置を特定するための磁気センサ（１０）の較正方法であり、前記磁気センサ（１０）が少なくとも３つの同種のセンサ素子（２０、２０−１、２０−２、２０−３）を前記区間（ＡＢ）に沿って備えており、前記センサ素子がそれぞれの場所で前記発信磁石（１２）の磁場を検出することができ、更に前記磁気センサ（１０）が評価用電子装置（３０）を備えている、という方法であって、
a)前記区間に沿って前記センサ素子（２０−１、２０−２、２０−３）を等間隔で配置するステップ、
b)前記区間（ＡＢ）に沿って前記発信磁石（１２）を動かすステップ、
c)前記センサ素子（２０−１、２０−２、２０−３）を通じて前記磁場の成分を検出し、前記発信磁石（１２）の位置に依存するセンサ素子信号（４０−１、４０−２、４０−３）を各センサ素子（２０−１、２０−２、２０−３）から時間的に均等なステップ（ｔｘ）で生成し、該センサ素子信号（４０−１、４０−２、４０−３）を記憶するステップ、及び
d)永久磁石（１２）を較正のために往復させる行程において多項式係数を算出することにより、前記センサ素子（２０−１、２０−２、２０−３）毎に各センサ素子信号（４０−１、４０−２、４０−３）のうち測定範囲となる部分に対する多項式を近似的に求めるステップ
を含む方法において、更に、
e)前記発信磁石の移動中に、前記測定範囲において各々のセンサ素子信号（４０−１、４０−２又は４０−３）が取得された時点（ｔｘ）を記憶するとともに、各々の時点（ｔｘ）に属するセンサ素子信号（Ｕｘ）を記憶することにより、時間値と信号値の対を取得するステップ、
f)前記発信磁石（１２）が一定の速度で前記センサ素子（２０−１、２０−２
２０−３）のそばを通過しているかどうかを調べるステップ、及び、
g)一定の速度である場合に、前記時点の値（ｔｘ）からその都度の２つの隣接するセンサ素子（２０−１及び２０−２、２０−２及び２０−３）の間における相対的な発信磁石位置を算出するステップ、及び、
h)前記値の対と、ステップg)に従って求められた、各時点に属する発信磁石位置から、ステップd)に従って多項式係数を算出するステップ
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
稼動の最中にステップe)からh)までが定常的に繰り返されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
繰り返し率が予め定められており、好ましくは調節可能であることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
ステップf)において、一定の速度を調べるために、互いに隣接するセンサ素子の同じ強度のセンサ素子信号に属する２つの時点の時間差からそれぞれ計算される２つの時間間隔（Ｔ１及びＴ２）が比較されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
区間（ＡＢ）に沿った発信磁石（１２）の位置を特定するために請求項１〜４のいずれかに記載の方法を実行するための磁気センサであって、該センサ（１０）が少なくとも３つの同種のセンサ素子（２０−１、２０−２、２０−３）を前記区間に沿って備えており、該センサ素子がそれぞれの場所で前記発信磁石（１２）の磁場を検出することができ、該センサ（１０）が評価用電子装置（３０）を備えており、前記センサ素子（２０−１、２０−２、２０−３）が前記区間（ＡＢ）に沿って等間隔で配置されており、各センサ素子（２０−１、２０−２、２０−３）が前記磁場の成分を検出して前記発信磁石（１２）の位置に依存したセンサ素子信号（４０−１、４０−２、４０−３）を生成し、また該センサが前記センサ素子信号（４０−１、４０−２、４０−３）を記憶するための記憶装置を備えている、というセンサにおいて、
前記評価用電子装置（３０）が、前記発信磁石（１２）の移動中に前記センサ素子信号（４０−１、４０−２、４０−３）のうちその都度の測定範囲となる部分において時間値と信号値の対を取得して記憶するように構成されており、ここで時間値と信号値の対は各センサ素子信号（４０−１、４０−２、４０−３）が取得された時点（ｔｘ）とそれに属するセンサ素子信号（Ｕｘ）から成り、
前記評価用電子装置（３０）が更に、前記発信磁石（１２）が一定の速度で前記センサ素子（２０−１、２０−２、２０−３）のそばを通過しているかどうかを調べ、一定の速度である場合に、前記時点（ｔｘ）の値からその都度の２つの隣接するセンサ素子（２０−１及び２０−２、２０−２及び２０−３）の間における相対的な発信磁石位置を算出するように構成されており、
前記評価用電子装置（３０）が更に、前記時間値と信号値の対とそれに属する算出された発信磁石位置から、各センサ素子信号の測定範囲に対する多項式を多項式係数の算出により近似的に求めるように構成されており、
前記評価用電子装置（３０）が更に、稼動中に近似的な多項式を用いて前記センサ素子信号（４０−１、４０−２、４０−３）の一つを通じて前記発信磁石（１２）の位置値を出力するように構成されていること
を特徴とするセンサ（１０）。
【請求項６】
前記センサ素子がホール型センサ素子であることを特徴とする請求項５に記載のセンサ。
【請求項７】
前記センサ素子が前記磁場の半径方向の成分を検出することを特徴とする請求項５又は６に記載のセンサ。
【請求項８】
前記評価用電子装置が集積回路として構成されていることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載のセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１のプレアンブルに記載の、区間に沿った発信磁石の位置を特定するための磁気センサの較正方法並びにその方法を実行するための磁気センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
作動シリンダにおいて、発信磁石を装着した往復ピストンの位置を検出できるようにするために磁気センサがよく用いられる。その場合、多くの用途では、ピストン又は発信磁石の正確な位置を一定の区間にわたって連続的に検出できることが不可欠である。このようなセンサの例として、磁場の半径方向の成分を検出するホール型センサ素子の列を備えるものが特許文献１から知られている。このようなホール型センサ素子のセンサ素子信号はピストンの往復行程の一部の領域をカバーする準直線的な範囲を有しており、その一部の領域上で発信磁石の位置を連続的に検出することができる。
【０００３】
最初の較正時にピストンを較正のために往復させることで発信磁石の位置に対するセンサ素子信号の較正を行う。この較正は、前記準直線的な範囲に多項式を適合させるために多項式係数を求める手順を含む。この適合化は発信磁石の磁場の形態に依存し、該形態はシリンダの幾何学的形状に依存する。係数の適合はピストンに応じて良くなったり悪くなったりする。そのため、線形誤差が増大してピストン位置の特定がそれだけ不正確になる恐れがある。このようなピストン位置の特定に関する誤差原因は適切な係数の使用により回避又は少なくとも軽減できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】EP 2 166 313 A1
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これを前提とした本発明の課題は、磁気センサを較正するより良い方法を提案すること、そしてそのような改良された較正方法を実行できるセンサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は、請求項１に記載の特徴を有する方法及び請求項５に記載の特徴を有するセンサにより解決される。
【０００７】
本発明に係る方法は、区間に沿った発信磁石の位置を特定するための磁気センサの較正方法であって、前記磁気センサが少なくとも３つの同種のセンサ素子を前記区間に沿って備えており、前記センサ素子がそれぞれの場所で前記発信磁石の磁場を検出することができ、更に前記磁気センサが評価用電子装置を備えている、という方法において、
a)前記区間に沿って前記センサ素子を等間隔で配置するステップ、
b)前記区間に沿って前記発信磁石を動かすステップ、
c)前記センサ素子を通じて前記磁場の成分を検出し、前記発信磁石の位置に依存するセンサ素子信号を各センサ素子から時間的に均等なステップで生成し、該センサ素子信号を記憶するステップ、及び
d)永久磁石を較正のために往復させる行程において多項式係数を算出することにより、前記センサ素子毎に各センサ素子信号のうち測定範囲となる部分に対する多項式を近似的に求めるステップ
を含んでいる。そして本発明に係る方法は更に、
e)前記発信磁石の移動中に、各々のセンサ素子信号が取得された時点を記憶するとともに、各々の時点ｔｘに属するセンサ素子信号を記憶することにより、時間値と信号値の対を取得するステップ、
f)前記発信磁石が一定の速度で前記センサ素子のそばを通過しているかどうかを調べるステップ、及び
g)一定の速度である場合に、前記時点の値からその都度の２つの隣接するセンサ素子の間における相対的な発信磁石位置を算出するステップ、及び、
h)前記値の対と、ステップg)に従って求められた、各時点に属する発信磁石位置から、ステップd)に従って多項式係数を算出するステップ
を備えることを特徴としている。
【０００８】
本発明に係る方法の顕著な利点の一つは、個々のシリンダ毎にコストのかかる較正を行わなくてよいということである。代わりに本センサは単に一つの用途において、つまり一つのシリンダに取り付ければよく、較正は最初のピストンの往復行程により行われる。その際、シリンダの幾何学的形状は重要ではない。
【０００９】
そこから更に、本発明に係る較正は稼動中に繰り返し実行できるという利点が生まれる。ピストンの各往復行程は、ピストン運動が較正対象範囲において一定の速度で生じている限り、すべて較正に利用できる。そして、定速であることは本方法の中で検査される。較正は全て自動的に実行できる。
【００１０】
較正を定常的に繰り返せば、経年劣化と温度の効果を除去することができる。
【００１１】
全体として、本発明に係る方法により、変化する条件に対してでも係数が最大限に適合化される。
【００１２】
運転中の較正の繰り返しは事前に指定しておくこと、つまり特定の時間に若しくは特定の時間間隔（例えば時間又は日）で又はピストンが所定回数だけ往復した後（つまり所定の作動時間の後）で実行することができる。好ましくは繰り返し率が調節可能であるようにする。
【００１３】
好ましくは、発信磁石の速度が一定になっていて較正を実行できるかどうかを調べるため、ステップf)において、互いに隣接するセンサ素子の同じ強度のセンサ素子信号に属する２つの時点ｔｘの時間差からそれぞれ計算される２つの時間間隔Ｔ１とＴ２を比較する。これらの時間が等しければ速度は一定になっている。
【００１４】
本発明は、本発明に係る方法を実行できるように構成された磁気センサも対象としている。本センサは少なくとも３つの同種のセンサ素子を区間に沿って備えており、該センサ素子はそれぞれの場所で発信磁石の磁場を検出することができる。更に本センサは評価用電子装置を備えており、前記センサ素子は前記区間に沿って等間隔で配置されており、各センサ素子は前記磁場の成分を検出して前記発信磁石の位置に依存したセンサ素子信号を生成し、また本センサは該センサ素子信号を記憶するための記憶装置を備えている。本発明では評価用電子装置が、前記発信磁石の移動中に前記センサ素子信号のうちその都度の測定範囲となる部分において時間値と信号値の対を記憶するように構成されている。時間値と信号値の対は各センサ素子信号が取得された時点ｔｘとそれに属するセンサ素子信号から成る。評価用電子装置は更に、前記発信磁石が一定の速度でセンサ素子のそばを通過しているかどうかを調べ、一定の速度である場合に、前記時点ｔｘの値からその都度の２つの隣接するセンサ素子の間における相対的な発信磁石位置を算出する。更に評価用電子装置は、時間値と信号値の対とそれに属する算出された発信磁石位置から、各センサ素子信号の測定範囲に対する多項式を多項式係数の算出により近似的に求めるように構成されている。最後に、評価用電子装置は稼動中に近似的な多項式を用いて前記センサ素子信号の一つを通じて前記発信磁石の位置値を出力するように構成されている。
【００１５】
その利点は本発明に係る較正方法との関連で既に説明した通りである。
【００１６】
センサ素子はホール型センサ素子として構成され、磁場の半径方向の成分を検出することが好ましい。
【００１７】
以下、本発明について、実施例に基づき、添付の図面を参照しながら詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る磁気センサの概略図。
【図２】較正の説明のために、発信磁石の位置に依存するセンサ素子信号を描いた概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１に描いた本発明に係る磁気センサ１０は、区間ＡＢに沿った発信磁石１２の位置Ｃを特定するためのものである。発信磁石１２は作動シリンダ１６のピストン１４上に取り付けられている。このような作動シリンダは例えば自動運転式の機械（ロボット等）に用いられる。ピストンがピストン方向１８に動くとき、このセンサ１０でピストン位置が検出される。
【００２０】
センサ１０は少なくとも３つの個別のセンサ素子を備えている。センサ素子は好ましくはホールセンサ２０として構成されており、測定区間ＡＢに沿って等間隔で配置されている。ホールセンサ２０は、好ましくはマイクロコントローラとして構成された評価用電子装置３０と接続されている。ケーブル３２を通じて、全ての必要なデータ及び供給電圧が本発明に係るセンサ１０に供給されるとともに、評価用電子装置３０内で測定された位置信号が出力される。
【００２１】
ホールセンサ２０と評価用電子装置３０は回路基板３４上に配置されている。道のりに依存してホールセンサ２０から出力される典型的なホール信号が図２に描かれている。図では単に３個のセンサ素子２０の信号が描かれている。これらの曲線４０−１、４０−２及び４０−３はそれぞれ特定のホールセンサ２０−１、２０−２及び２０−３のホール信号Ｕに対応しており、図示した信号の推移は、ＮＳ方向がピストン方向１８に向いた発信磁石１２の磁場の半径方向の成分をホールセンサで検出する場合の信号の推移にそれぞれ図式的に対応している。従って「半径方向」とはピストン方向１８に垂直という意味である。通常は位置測定のために各々のホール素子２０−１、２０−２又は２０−３の測定範囲として曲線４０−１、４０−２又は４０−３４の両端の間にある準直線的な範囲だけが用いられる。そのため、ホール素子２０−１、２０−２及び２０−３並びにその信号推移曲線４０−１、４０−２及び４０−３は、測定された位置がこのような準直線的な範囲の一端に達したらそれに隣接するホールセンサの準直線の範囲が始まり、それ以降は当該隣接するホールセンサが位置測定のために評価されるように、間隔を置いて配置されている。測定技術的に見れば、隣接する２つのセンサ素子２０−１と２０−２又は２０−２と２０−３の信号の大きさが等しくなる箇所に２つのセンサ素子間の測定範囲の境界が定められる。
【００２２】
以下に本発明に係る磁気センサ１０の較正方法について説明する。この方法は以下のステップを含む。
【００２３】
最初のステップa)ではセンサ素子２０が区間ＡＢに沿って等間隔で配置される。図示した実施例では、センサ１０において、該センサ１０の設計及び作動シリンダ１６へのセンサ１０の配置の設計によりそれが行われる。
【００２４】
次のステップb)ではピストン１４とその発信磁石１２が区間ＡＢに沿って動かされる。すなわちピストン往復行程が実行される。
【００２５】
ピストン往復行程の間、ステップc)において磁場の成分（ここでは半径方向の成分）がセンサ素子２０により検出され、発信磁石１２の位置に依存して各センサ素子からセンサ素子信号が得られる。図２では、それは発信磁石が通過したときにホール素子２０−１、２０−２及び２０−３によりそれぞれ生成されるセンサ素子信号（ホール信号）４０−１、４０−２及び４０−３である。これらのセンサ素子信号４０−１、４０−２及び４０−３が記憶される。
【００２６】
信号の記憶処理は測定範囲、つまり準直線的な範囲においてのみ行えばよい。その記憶処理はステップe)において時間値と信号値の対を取得し、記憶することにより行われる。時間値と信号値の対は時点ｔｘと該時点に属するセンサ素子信号Ｕｘから成る。時間値と信号値の対は発信磁石１２の移動中に取得され、記憶される。その際、センサ素子信号４０−１、４０−２及び４０−３の測定範囲（準直線的な範囲）からの時間値と信号値の対だけが取得され、記憶される。
【００２７】
その次のステップf)では、発信磁石１２が一定の速度でセンサ素子２０のそばを通過しているかどうかが調べられる。これは２つの時間間隔Ｔ１とＴ２の比較により行われる。この時間間隔は、互いに隣接するセンサ素子の同じ強度のセンサ素子信号に属する２つの時点の時間差である。本実施例ではそれは各信号がゼロ点交差するという簡単に特定できる時点である。時間間隔Ｔ１とＴ２が同じであれば、ピストンが一定の速度で動いていたものと仮定することができる。
【００２８】
ピストンの速度が一定であれば、次のステップg)において、時間値と信号値の対から各時点ｔｘにどの発信磁石位置が対応するかが求められる。これは、センサ素子２０の間隔と、２つのセンサ素子の間にある測定点の数、つまり時間間隔Ｔ１又はＴ２内の測定点の数から容易に特定できる。
【００２９】
最後にこの知識を用いて、ステップh)において各センサ素子２０−１、２０−２又は２０−３のセンサ素子信号の準直線的な部分（測定範囲）に対する多項式を近似計算する。これは、時間値と信号値の対と、各時点に属するステップg)に従って求められた発信磁石位置から多項式係数を算出することにより行われる。こうして、準直線的な部分におけるセンサ素子信号Ｕの各値に対して発信磁石位置が割り当てられ、センサ１０が較正される。
【００３０】
この較正は稼動の最中に自動的に且つ繰り返し実行できるため、変化する環境条件（温度、経年劣化等）に左右されず常に正しい較正結果が得られる。
【００３１】
較正のために特別な較正モードは必要ない。較正は起動時に最初のピストン往復行程とともに自動的に開始したり、稼動と並行して実行したりできる。
【図１】
2020098203.tif 000003
【図２】
2020098203.tif 000004
【外国語明細書】
2020098203000001.pdf