(57)【要約】  本発明は、第１に、限られた角度の回転運動（Ｒ）のストロークを回転運動可能であり、第２に、限られた直線のストロークを並進軸（Ｘ）に沿って並進運動可能である部品（２）の位置を決定するための磁気センサであって、前記センサは、前記可動部品（２）に固定されて搭載され、並進軸（Ｘ）に一致した対称軸を有する、放射状に磁化された部分シリンダの形態にある帯磁ターゲット（３）と、３次元での前記ターゲットの位置を決定するために前記帯磁ターゲットの磁場を測定するためのシステム（５）とを含む磁気センサに関する。本発明によれば、前記ターゲットの位置および配向を決定するために、前記システムが、１点において、２つの直交する平面における磁場の方向を測定するように動作し、２つの直交する平面のうちの一方の平面（Ｐ1）は、回転運動（Ｒ）に対し垂直であり、他方の平面（Ｐ2）は、並進運動（Ｘ）に対して垂直である。【選択図】図１
2013507636.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１に、限られた角度の回転運動（Ｒ）のストローク（ω）を回転運動可能であり、第２に、限られた直線のストローク（ｘ）を並進軸（Ｘ）に沿って並進運動可能である部品（２）の位置を決定するための磁気センサであって、前記センサは、前記可動部品（２）に固定されて搭載され、並進軸（Ｘ）に一致した対称軸を有する、放射状に磁化された部分シリンダの形態にある帯磁ターゲット（３）と、３次元での前記ターゲットの位置を決定するために前記帯磁ターゲットの磁場を測定するためのシステム（５）とを含み、前記システム（５）は、前記ターゲットの位置および配向を決定するために、１点において、２つの直交する平面における磁場の方向を測定するように動作し、２つの直交する平面のうちの一方の平面（Ｐ1）は、回転運動（Ｒ）に対し垂直であり、他方の平面（Ｐ2）は、並進運動（Ｘ）に対して垂直であることを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
前記測定システム（５）が、回転運動（Ｒ）に垂直な平面（Ｐ1）の磁場の方向に比例
する測定信号（Ｖα）と、並進運動（Ｘ）に垂直な平面（Ｐ2）の磁場の方向に比例する
測定信号（Ｖφ）とを処理することを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項３】
前記測定システム（５）が、磁場の方向を検出する測定手段（６）を含むことを特徴とする請求項２に記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記測定システム（５）が、３つの相互に垂直な軸に沿った磁場成分を検出するホール効果セルを含むことを特徴とする請求項２に記載の磁気センサ。
【請求項５】
前記測定システム（５）が、前記ターゲットの位置に対応する信号および前記ターゲットの配向に対応する信号（Ｓｔ、Ｓｒ）を送信するよう、回転運動（Ｒ）に垂直な平面と並進運動（Ｘ）に垂直な平面の磁場の配向に比例する測定信号（Ｖα、Ｖφ）を処理するためのステージ（７）を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の磁気センサ。
【請求項６】
前記測定システム（５）が、バイナリ信号を送信するために、前記ターゲットの位置に対応する信号および前記ターゲットの配向に対応する信号を定量化するためのステージ（８）を含むことを特徴とする請求項５に記載の磁気センサ。
【請求項７】
前記部分シリンダが、一方の端部（３4）から他方の端部（３4）まで放射状に磁化されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項８】
前記部分シリンダが、中央部は放射状に、当該中央部から端部に向かっては、周方向に方向を変えつつ、磁化されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項９】
前記帯磁ターゲット（３）が、ギアチェンジアクチュエータロッドの形態の可動部品に固定されて搭載されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項１０】
限られたストロークを回転および並進運動可能なギアチェンジアクチュエータロッドを含むギアボックスであって、請求項１〜９のいずれか１項に記載の磁気センサを含むことを特徴とするギアボックス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直線運動と回転運動が組み合わさった特定の軌道に沿って移動する可動部品の位置を決定するのに適合した、非接触磁気センサの技術分野に関する。
【０００２】
本発明は、位置を知る必要のある限られた直線および回転運動をする種々の部品を備えるモータ駆動車両の分野において、特に有利に適用されるが、これに限られるものではない。
【０００３】
本発明は、モータ駆動車両のギアボックスの位置センサの技術分野において、特に有利に適用される。
【背景技術】
【０００４】
先行技術において、例えば、仏国特許出願公開第２９０４３９４号明細書により、ギアボックスのギアチェンジアクチュエータロッドに固定されることが意図された帯磁ターゲットを含むモータ駆動車両のギアボックス用位置センサが公知である。アクチュエータロッドは、回転および並進運動可能であり、ギアチェンジレバーの動作に関連して移動する。前記センサは、空間のターゲットの位置と配向の両方を決定しそれによりギアチェンジレバーの位置を推定するために、直交する３つの方向における磁場を測定するのに適合したホール効果部品をさらに含んでいる。
【０００５】
前記の磁気センサの欠点は、いくらか並進運動もするターゲットの回転運動全体についての信頼性のある測定の困難さ、およびいくらか回転運動もする並進運動全体について信頼性のある測定の困難さを考えた場合の正確性の欠如と関連している。加えて、得られる測定結果は、エアギャップの変化、すなわちターゲットとホール効果測定部品との間の距離の変化に非常に影響を受けやすい。
【０００６】
仏国特許第２７８６２６６号明細書は、並進および回転運動可能な部品の位置を決定するためのセンサについて記載している。その１つの構成によれば、当該センサは、２つの内部強磁性固定子および２つの外部強磁性固定子の間を移動可能な、放射状に磁化されたハーフリングを含んでいる。当該２つの内部固定子は半月形をしており、それらの間で第１のエアギャップを画定しており、当該２つの外部固定子はリング状であり、第２のエアギャップを画定している。ホール効果プローブが、これらのエアギャップのそれぞれに取り付けられている。磁化されたリングが回転および並進運動する場合、２つの二次エアギャップのそれぞれにおいて磁場の変動が起こる。当該センサは、２つのホール効果プローブによって測定される磁場の大きさの関数として部品の位置を決定することが可能である。当該センサは、複数の強磁性の部品を使用しなければならず、全体寸法に制約が生じる。さらに、当該センサの正確性は、プローブの位置取りの正確性が関連している。
【０００７】
同様に、仏国特許第２８２９５７４号明細書は、並進および回転運動可能な物品の位置を決定するためのセンサについて記載している。当該センサは、２つの磁気回路を画定する同軸円筒型磁場アセンブリが内部に嵌め込まれた円筒形磁石を含み、各磁気回路は磁場の大きさを検出するセンサが配置されるエアギャップを画定している。当該センサは、エアギャップ内に配置されたセンサによって測定される磁場の大きさの関数として、磁場アセンブリと磁石の軸方向および角度方向の相対位置を決定することができる。強磁場アセンブリの使用は、このような位置センサの製造に関して全体寸法に制約を生じる。さらに、当該位置センサは、プローブの正しい位置取りに関連する正確性の欠如と結びついた欠点を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】仏国特許出願公開第２９０４３９４号明細書
【特許文献２】仏国特許第２７８６２６６号明細書
【特許文献３】仏国特許第２８２９５７４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明は、測定エアギャップが比較的大きく変化した場合でも、直線運動および回転運動可能な部品の位置を、部品の移動行程全体にわたって高い精度で決定することができる新規な磁気センサを提案することにより、従来技術の欠点を改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明は、第１に、限られた角度の回転運動のストロークを回転運動可能であり、第２に、限られた直線のストロークを並進軸に沿って並進運動可能である部品の位置を決定するための磁気センサを提供するものであり、前記センサは、前記可動部品に固定されて搭載され、並進軸に一致した対称軸を有する、放射状に磁化された部分シリンダの形態にある帯磁ターゲットと、３次元でのターゲットの位置を決定するために帯磁ターゲットの磁場を測定するためのシステムとを含む。
【００１１】
本発明によれば、ターゲットの位置と配向を決定するために、前記システムは、１点において、２つの直交する平面における磁場の方向を測定するよう動作する。２つの直交する平面のうちの一方の平面は、回転運動に対し垂直であり、他方の平面は、並進運動に対して垂直である。
【００１２】
本発明はまた、以下の特徴を１つ以上有する磁気センサに関する。
・前記測定システムは、回転運動に垂直な平面の磁場の方向に比例する測定信号と、並進運動に垂直な平面の磁場の方向に比例する測定信号とを処理する；
・前記測定システムは、磁場の方向を検出する測定手段を含む；
・前記測定システムは、３つの相互に垂直な軸に沿った磁場成分を検出するホール効果セルを含む；
・前記測定システムは、前記ターゲットの位置に対応する信号および前記ターゲットの配向に対応する信号を送信するよう、回転運動に垂直な平面と並進運動に垂直な平面の磁場の配向に比例する測定信号を処理するためのステージを含む；
・前記測定システムは、バイナリ信号を送信するために、前記ターゲットの位置に対応する信号および前記ターゲットの配向に対応する信号を定量化するためのステージを含む；・前記部分シリンダは、一方の端部から他方の端部まで放射状に磁化されている；
・前記部分シリンダは、中央部は放射状に、当該中央部から端部に向かっては、周方向に方向を変えつつ、磁化されている；
・前記帯磁ターゲットは、ギアチェンジアクチュエータロッドの形態の可動部品に固定されて搭載されている。
【００１３】
本発明はまた、限られたストロークを回転および並進運動可能であって、本発明の磁気センサを含むギアチェンジアクチュエータロッドを含む、ギアボックスを提供する。
【００１４】
その他の種々の特徴は、添付図面を参照しながら、本発明の実施態様を非限定的な例として示す以下の記載により明らかにする。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施態様の磁気センサを示す斜視図である。
【図２】本発明の磁気センサの上面図である。
【図３】本発明の磁気センサの立面図である。
【図４】本発明の帯磁ターゲットの別の一例を示す線図である。
【図５】本発明の磁気センサの測定システムの機能ブロック図である。
【図６Ａ】並進運動がない場合の３つの回転位置のうちの１つにある位置センサを示す図である。
【図６Ｂ】並進運動がない場合の３つの回転位置のうちの１つにある位置センサを示す図である。
【図６Ｃ】並進運動がない場合の３つの回転位置のうちの１つにある位置センサを示す図である。
【図７Ａ】帯磁ターゲットの並進運動ｘの関数として、磁場の方向αを測定した信号の曲線である。
【図７Ｂ】帯磁ターゲットの並進運動ｘの関数として、並進運動の方向Ｓｔを測定した信号の曲線である。
【図８Ａ】回転運動がない場合の３つの並進位置のうちの１つにある位置センサを示す図である。
【図８Ｂ】回転運動がない場合の３つの並進位置のうちの１つにある位置センサを示す図である。
【図８Ｃ】回転運動がない場合の３つの並進位置のうちの１つにある位置センサを示す図である。
【図９Ａ】帯磁ターゲットの回転ωの関数として、磁場の方向φを測定した信号を示す曲線である。
【図９Ｂ】帯磁ターゲットの回転ωの関数として、回転方向Ｓｒを測定した信号を示す曲線である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１〜３により詳細に示されるように、本発明は、概して、並進軸Ｘに沿った並進運動および並進軸Ｘでの回転運動が可能な部品２の位置を決定するのに適合した磁気センサ１に関する。センサ１は、可動部品２に適切な手段によって固定されて搭載された帯磁ターゲット３を含む。磁気センサ１はまた、３次元での帯磁ターゲット３の位置と配向を決定するために、帯磁ターゲット３の磁場Ｂの方向を測定するシステム５を含む。測定システム５は、可動な帯磁ターゲット３とは異なり、位置が不変である。
【００１７】
このようにして、磁気センサ１は、帯磁ターゲット３の位置の決定とその結果による部品２の位置の決定に適合するものであり、帯磁ターゲット３および部品２は、並進軸Ｘでの限られた角度の回転運動Ｒのストロークωを回転運動可能であり、また、限られた直線のストロークｘを並進軸Ｘに沿って並進運動可能である。
【００１８】
本発明によれば、帯磁ターゲット３は、並進軸Ｘに一致した対称軸を有する部分シリンダである。よって、帯磁ターゲット３は、互いに平行でそれぞれが並進軸Ｘを中心とする曲率を有する内面３1と外面３2により画定される。面３1、３2は、周辺端部３3、３4により画定される。帯磁ターゲット３は、例えば、数ミリメートル（ｍｍ）のオーダーの厚さを有し、測定すべき回転角度の変化量に応じた角度の広がりを有する。この角度の範囲は、例えば、４０°〜１１０°であってよい。示している例では、帯磁ターゲット３は、並進軸Ｘに垂直であり互いに平行に対向する２つの端部３3と、互いに平行な方向であって並進軸Ｘに平行な方向に伸長する２つの対向する周辺端部３4とを有する。この例では、帯磁ターゲット３の投影は、長方形となる。もちろん、帯磁ターゲット３は、検出される部品２の軌道に関連して異なった形状を有していてもよい。
【００１９】
本発明の１つの特徴によれば、帯磁ターゲット３は、放射状に磁化されている。すなわち、磁気軸が、運動軸Ｘに垂直であって運動軸Ｘを通過する半径方向に配向している（図２）。図２に示す第１の実施態様では、磁気ターゲット３は、周辺端部３4の一方から他
方まで放射状に磁化されている。換言すると、帯磁ターゲット３の磁気軸は、部分シリンダの角度計測すべてにわたって、運動軸Ｘを通過する。図４に示す別の実施態様では、帯磁ターゲット３は、中央部が上述のように放射状に、周辺端部３4に向かっては、周方向
に方向を変えつつ、磁化されている。よって、帯磁ターゲット３の磁気軸の方向は、帯磁ターゲット３の中央部の半径方向を出発点にして周辺端部３4に向かって円周方向磁化に
近づくように、徐々に変化する。
【００２０】
本発明の別の特徴によれば、可動ターゲット２の位置および配向を決定するために、システム５が、１点において、２つの直交する平面における磁場Ｂの方向を測定するように動作し、２つの直交する平面のうちの一方の平面Ｐ1は、回転運動Ｒに対し垂直であり、
他方の平面Ｐ2は、並進運動Ｘに対して垂直である。したがって、換言すれば、並進平面
と呼ぶ平面Ｐ1は、運動軸Ｘに対して平行であって回転運動Ｒに対して垂直であり、回転
平面と呼ぶ平面Ｐ2は、運動軸Ｘに対して垂直である。
【００２１】
よって、測定システム５は、磁場の方向αを並進平面Ｐ1で測定可能であり、磁場の方
向φを回転平面Ｐ2で測定可能である。可動ターゲット３によって生じる磁場Ｂは、並進
平面Ｐ1に成分Ｂｔを含み、回転平面Ｐ2に成分Ｂｒを含む。図１から明らかなように、成分ＢｒおよびＢｔはそれぞれ、回転平面Ｐ2内および並進平面Ｐ1内にあり、これらの成分は、共通の原点Ｏを有する。
【００２２】
したがって、図３からより明らかなように、測定システム５は、測定システム５に対する、可動ターゲット３の並進における位置の関数として変化する、磁場の成分Ｂｔの方向αを測定することができる（図３）。回転Ｒに垂直な平面Ｐ1での磁場の成分Ｂｔの原点
Ｏにおける方向を測定することにより、帯磁ターゲット３の位置を検出することができる。図６Ａ〜６Ｃは、回転がない場合の運動軸Ｘに沿った並進運動ｘの間の帯磁ターゲット３の移動行程を示す。角度αの変化が単調であるため、測定信号Ｖαもまた単調である（図７Ａ）。
【００２３】
同様に、測定システム５は、測定システム５に対する、可動ターゲット３の回転における位置の関数として変化する、磁場の成分Ｂｒの方向φを測定することができる（図２）。並進運動ｘに垂直な平面Ｐ2での磁場の成分Ｂｒの原点Ｏにおける方向を測定すること
により、帯磁ターゲット３の配向を検出することができる。図８Ａ〜８Ｃは、並進がない場合の回転運動Ｒによる回転ωの間の帯磁ターゲット３の移動行程を示す。角度φの変化が単調であるため、測定信号Ｖφもまた単調である（図９Ａ）。
【００２４】
図５から明らかなように、測定システム５は、磁場の方向を直接検出し得る測定手段６を含み、あるいは、測定手段は、平面Ｐ1およびＰ2での磁場の方向をそれぞれ特徴化する角度α、φに比例する信号Ｖα、Ｖφを再構成してもよい。例えば、ホール効果技術を用いて、測定システム５に結び付いた標準点の３つの軸ｘ、ｙ、ｚに沿って、磁場の成分を測定することにより、角度α、φを求めることができる。
【００２５】
なお、測定システム５は、測定システム中の磁束を誘導するための固定子素子を用いることなく、３次元での１点において、考慮する磁場Ｂの方向を測定する。換言すれば、測定システム５は、帯磁ターゲット３によって生じた磁場のそのままの方向を直接測定する。ポールピースを用いることなく単一の測定点において磁場の方向を測定することは、限られた全体形状の範囲内にこのようなセンサを一体化させる上で有益である。
【００２６】
測定手段６より送信された信号Ｖα、Ｖφは、電気ゲインステージ７で処理されて、可動ターゲットの並進運動ｘと回転運動ωをそれぞれ反映する２つの線形信号Ｓｔ、Ｓｒを生成する（図７Ｂ，９Ｂ）。なお、並進運動ｘは、回転運動Ｒを反映する信号Ｓｒにほとんど影響を与えることがない。相互して、回転運動Ｒは、並進運動を反映する信号Ｓｒにほとんど影響を与えることがない。本発明の磁気センサは、回転運動Ｒと並進運動ｘを組み合わせたロバストなセンサを構成する。測定システム５は、測定システム５と帯磁ターゲット３との間の距離の変化に関連して変化することがほとんどない磁場の方向を測定するものであるため、当該センサは、実地では、測定システム５と帯磁ターゲット３との間の距離の変化に比較的影響されないことがわかる。
【００２７】
別の実施態様では、測定システム５は、ステージ７から送信された信号Ｓｔ、Ｓｒを定量化するためのステージ８を含む。当該実施態様では、信号Ｓｔ、Ｓｒの組み合わせであってバイナリ信号に該当する１つの信号Ｓｕを送信する。
【００２８】
磁気センサ１は、その用途は限定されないが、モータ駆動車両のギアボックス用途において、特に有利であることがわかる。このためには、帯磁ターゲット３は、ギアボックスのギアチェンジを行うためのロッドに固定または設置される。こうして、本発明の磁気センサ１は、ギアチェンジレバーの位置を決定することが可能であり、当該レバーの運動が、レバーの操縦によるロッドの回転および並進運動に対応している。
【００２９】
本発明は、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形が可能なものであり、よって記載し示した例に限定されるものではない。
【図１】
2013507636.tif 000003
【図２】
2013507636.tif 000004
【図３】
2013507636.tif 000005
【図４】
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【図５】
2013507636.tif 000007
【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
2013507636.tif 000009
【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
2013507636.tif 000011
【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
2013507636.tif 000013
【図８Ｂ】
2013507636.tif 000014
【図８Ｃ】
2013507636.tif 000015
【図９Ａ】
2013507636.tif 000016
【図９Ｂ】
2013507636.tif 000017
【国際調査報告】
2013507636.tif 000018
2013507636.tif 000019
2013507636.tif 000020
2013507636.tif 000021