(57)【要約】  本発明は、センサ装置（１）に関しており、本発明では、磁石（３）は少なくとも３つの磁石セグメントに分割されており、各磁石セグメントは、固有のＮ極（Ｎ）およびＳ極（Ｓ）を有しており、センサ（４）は、磁石（３）の外部にかつこの磁石（３）が運動する際には各磁石セグメントの磁極にそれぞれ直接相対して配置され、センサ（４）が磁力線の主束方向に位置する。
2013513092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エレメントの運動を検出するように構成された、殊にシャフト（２）の回転を検出するように構成されたセンサ装置（１）であって、
該センサ装置（１）は、前記エレメントによって運動可能な磁石（３）と、
当該磁石（３）の運動を検出するように構成されたセンサ（４）とを有する、センサ装置（１）において、
前記磁石（３）は、少なくとも３つの磁石セグメントに分割されており、
各磁石セグメントは、固有のＮ極（Ｎ）およびＳ極（Ｓ）を有する、
ことを特徴とするセンサ装置（１）。
【請求項２】
エレメントの運動を検出するように構成された、殊にシャフト（２）の回転を検出するように構成されたセンサ装置（１）であって、
該センサ装置（１）は、前記エレメントによって運動可能な磁石（３）と、
当該磁石（３）の運動を検出するように構成されたセンサ（４）とを有する、センサ装置（１）において、
センサ（４）は、磁石（３）の外部にかつ該磁石（３）が運動する際には各磁石セグメントの磁極にそれぞれ直接相対して配置され、磁力線の主束方向に位置する、
ことを特徴とするセンサ装置（１）。
【請求項３】
請求項１または２に記載のセンサ装置において、
前記磁石（３）は少なくとも３つの磁石セグメントに分割されており、
各磁石セグメントは、固有のＮ極（Ｎ）およびＳ極（Ｓ）を有しており、
前記センサ（４）は、前記磁石（３）の外部にかつ当該磁石（３）が運動する際には各磁石セグメントの磁極にそれぞれ直接相対して配置され、前記センサ（４）が前記磁力線の主束方向に配置される、
ことを特徴とするセンサ装置。
【請求項４】
請求項１，２または３に記載のセンサ装置（１）において、
前記磁石（３）は丸い形状を有しており、
前記可動のエレメントはシャフト（２）であり、
前記磁石（３）はシャフト（２）に配置かつ固定されており、
さらに前記センサ（４）は前記磁石（３）の外周に直接に隣接して配置されている、
ことを特徴とするセンサ装置（１）。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか１項に記載のセンサ装置（１）において、
前記磁石（３）はディスクまたはリングとして構成されている、
ことを特徴とするセンサ装置（１）。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか１項に記載のセンサ装置（１）において、
前記センサ装置（１）は、車両の手動操作式アクセル回転グリップに使用される、
ことを特徴とするセンサ装置（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレメントの運動を検出するために構成されたセンサ装置、殊にシャフトの回転を検出するために構成されたセンサ装置に関しており、ここでこのセンサ装置は、上記のエレメントによって動かすことの可能な磁石と、この磁石の運動を検出するために構成されたセンサとを有する。
【０００２】
従来技術からはすでに、例えば車両の手動操作式アクセル回転グリップ用に、また並進運動検出用に、誘導式、容量式、抵抗式およびホール効果ベースのシステムに基づき、非接触で動作するセンサ装置、殊に回転角センサが公知である。ホール効果回転角システムは、中空シャフトシステムと、シャフトの端部（付け根）に取り付けなければならないシステムとでは異なる。
【０００３】
本発明の基礎にある課題は、外部場妨害についての従来のシステムの欠点が劇的に低減されかつ分解能が格段に高められた非接触で動作するセンサ装置を発展させることである。
【０００４】
この課題は、独立請求項１または２に記載された特徴的構成によって解決され、または殊に有利には請求項３に記載されたようにこれらの請求項１および２の特徴的構成を組み合わせることによって解決される。
【０００５】
本発明ではまず、上記の磁石は、少なくとも３つの磁石セグメントに分割される。ここで各磁石セグメントは、固有のＮ極およびＳ極を有する。１つのＮ極およびＳ極だけしか有しないふつうの２極の磁石とは異なり、本発明によるセンサ装置では、３つのセグメントが、すなわち磁石の少なくとも３つの極が、可動のエレメントのポジションを測定するために使用される。これによって有利にも、例えば９０度だけの回転運動から、磁石の力線により、３６０度までの角度変化を表すことができるようになる。この角度変化はセンサによって検出され、引き続いて評価することができる。ここでの決定的な利点は、有効データ生成のために生信号ないしは有効信号をすでに相応に正確に分解できることである。従来公知の市販のシステムは、９０度の磁石角度変化において１２ビットの分解能しか使用できないため、同様に１２ビットの分解能による生信号の後続の線形化、スカラ化およびデータ変換時に何度も量子化誤差が生じてしまうからである。これとは異なり、（並進または回転）運動方向に対して垂直に記録した磁気成分、すなわちＸ方向およびＺ方向における力線の磁気成分を絶対値として使用して実際のポジションを計算する。簡単にいうと、逆正接関数（Ｂｘ／Ｂｚ）から磁石のポジションを推定できるのである。ここでは線形化のため、さらに別の補正係数を取り入れることができる。本発明によるセンサ装置（測定システム）は、有利にも差分式測定方法を使用することにより、温度または経年変化に起因する磁石のドリフトに対して耐性を有する。
【０００６】
これとは択一的にまたはこれに補足的に本発明では、上記のセンサは、磁石の外部に配置され、またこの磁石が運動した際には各磁石セグメントの磁極に対してそれぞれ直接配置されており、また磁力線の主束方向にある。したがってエレメントの回転運動を検出するセンサ装置では、センサが、すなわち磁気を感知するエレメント（有利にはホールセンサ）が外径に直接配置されており、したがって上記の磁石の磁極に対して直接相対している。上記の磁石およびセンサ装置の磁化方向から、公知の装置とは異なり、格段に大きい信号対雑音比が得られる。それは、既存の公知のシステムでは、センサが磁力線の副束（副束方向）に配置されているからである。したがって本発明のセンサ装置は、格段に外部場からの妨害を受けにくいのである。言い換えると、磁力線の主束方向に上記のセンサを配置することにより、外部の妨害を格段に低減できるのである。
【０００７】
請求項３にしたがって請求項１および２の特徴的構成を互いに組み合わせた場合、殊に有利にも外部の影響を格段に低減し、分解能を格段に高めることができる。
【０００８】
本発明の２つの選択肢の上記の説明またはこれらの選択肢の殊に有利な組み合わせの上記の説明は、並進運動（往復運動）または回転運動のいずれかを行うセンサ装置に当てはまる。このようなセンサ装置を構造的に構成する際には上記の磁石を別個の構成部分として作製し、引き続き、回転運動するエレメントまたはスライド可能なエレメントに固定することができる。これとは択一的に、上記の可動エレメントの作製に伴ってすでに磁石とこのエレメントとを一体化するかまたはこのエレメント内に組み込み、これが上記の可動エレメントの構成部材にすることも考えられる。また殊に有利にも本発明によるセンサ装置は、中空シャフトシステムにおける回転運動を検出するために使用される。しかしながらこの他に上記のセンサ装置がシャフトの付け根に取り付けられるシステムも使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】中空シャフトシステムに使用されるセンサ装置１を示す図である。
【図２】磁石３およびセンサ４ならびに磁力線の主束方向を示す図である。
【００１０】
以下では殊に有利な実施例を説明し、これを図１および２に示すが、本発明はこの実施例に限定されない。
【００１１】
詳細に示した図１には、中空シャフトシステムに使用されるセンサ装置１が示されている。このセンサ装置ないしは図示した中空シャフトシステムにはシャフト２が含まれており、このシャフトの回転運動（旋回運動）をセンサ装置１によって検出する。このためにシャフト２には磁石３が配置されている。磁石３の考えられ得る配置は図２に示されている。さらにセンサ装置１には１つのセンサ４、すなわち例えば１つのホールセンサなどの磁気抵抗素子が含まれている（冗長性が望まれる場合には２つのセンサまたは場合によって２つよりも多くのセンサを使用可能である）。
【００１２】
図１に示したセンサ装置１により、例えばオートバイなどの車両の手動操作式アクセル回転グリップ５の回転運動を検出する。さらにセンサ装置１には、詳しく図示していないコネクタ装置が含まれており、このコネクタ装置により、センサ４の生信号が有利な形態で、後置接続された評価装置ないしは制御装置（手動操作式アクセル回転グリップでは、例えばＥアクセルシステム）に出力される。さらに図１に示したシステムはつぎのように構成されている。すなわち、手動操作式アクセル回転グリップは、操作者により、２つのストッパの間で回転運動可能であり、これらのストッパのうちの１つは、出発位置を定義し、操作者はこの出発位置から出発して手動操作式アクセル回転グリップ５を回転させることができるように構成されているのである。この回転運動は、戻しばねとして構成されているばねの力に抗して行われるため、手動操作式アクセル回転グリップ５は、操作者の力が加わらなければ、その出発位置（アイドリング）に自動的に戻る。
【００１３】
図１の実施例においてわかるのは、磁石３が丸い形状を有することであり、上記の可動エレメントがシャフト２であることであり、ここで磁石３はシャフト２に配置かつ固定されており、さらにセンサ４は磁石３の外周に隣接して配置されている。ここで図１を観察する際に考慮しなければならないのは、個々の構成部材を図示しかつこれらの構成部材が識別できるようにするため、センサ装置１と、手動操作式アクセル回転グリップ５とが分解されて図示されていることである。組み立て後にはセンサ装置１の構成エレメント、殊に磁石３およびセンサ４（コネクタ接続部も含めて）はセンサ装置１のケーシング６に入れられることである。このケーシングは、手動操作式アクセル回転グリップ５の端部に設けられている。
【００１４】
図１に示した実施例において磁石３はディスクとして実施されており、このディスクは孔を有しており、この孔を通してシャフト２が案内され、磁石３をシャフト２に配置して固定（例えば接着）することできる。
【００１５】
これとは択一的にセンサ４が、磁石３の外部に配置され、また磁石３が運動した際に各磁石セグメントの磁極に対してそれぞれ直接配置され、また磁力線の主束方向にあることの説明については、図２を参照されたい。図２からわかるのは、磁石３がちょうど３つ（または３つより多くの）磁石セグメントを有することであり、各磁石セグメントは、固有のＮ極ＮおよびＳ極Ｓを有することである。この配置構成をわかりやすくするため、手動操作式アクセル回転グリップ５（グリップチューブ）も概略的かつ断面で書き込まれている。手動操作式アクセル回転グリップ５の回転運動により、図示の磁石３およびその少なくとも３つの磁石セグメントは、固定されたセンサ４を基準にして回転運動するため、磁石３の各磁石セグメントの書き込まれたＮ極，Ｓ極は、有効な有効領域間で（また場合によってこれを越えて）運動することができる。この回転運動は、有利にもセンサ４によってつぎのように検出される。すなわち、一方では磁気を感知するエレメントが外径の直ぐ傍に配置され、したがって磁極に対して直接相対し、また他方ではセンサ４が、図示した磁力線の主束方向にあることによって検出されるのである。ここでこの磁化方向およびセンサ４の図示の配置構成から、公知のシステムに比べて格段に大きい信号雑音比が設定される。それは、公知のシステムのセンサは、磁場力線の副束にあり、したがってこのようなセンサ配置は、外部磁場に対して格段に妨害の影響を受けやすいからである。
【００１６】
少なくとも３つまたはちょうど３つの磁石セグメントを有しかつリング状の構成された図２の磁石３は、回転運動を検出するためにディスク状に構成される磁石、または並進運動を検出するために長く延在する磁石と同様にワンピースで構成することができるか、上記の可動エレメントの構成部分とするか、または個々にまたは互いに別個に作製した複数の磁石セグメントから構成することができる。したがって例えば図２のリング状の磁石３を実現するため、１つの極を有する個々のリングセグメント磁石（したがって例えば外周にＮ極を有する１つのリングセグメント磁石と、外周にＳ極を有する２つのリングセグメント磁石（またはその逆））を作製し、（例えば接着などにより）有利な仕方で作製することができる。当然のことながら同じことが運動方向（往復運動）の長手に延在する磁石にも当てはまり、これも同様に、運動方向において交互に代わる固有の極を有する複数の個別の磁石セグメントから、適切な形態で構成することできる。
【００１７】
殊にリング状に構成した磁石３の、図１および２によるセンサ装置１の実施形態の図示した実施例において、運動方向（図２を考察した場合、手動操作式アクセル回転グリップ５の長手方向軸周りの回転運動）に対して垂直に記録した磁場成分は、磁力線Ｂ（例えばＢｘおよびＢｚ）の１つの方向および少なくとも１つの別の方向（例えばＸ軸およびＺ軸方向）は、手動操作式アクセル回転グリップ５の実際のポジションを計算するため（その出発ポジションを基準にして）絶対値として使用される。すなわち、Ｂｚに対するＢｘの逆正接関数から計算により、センサ４を基準にした磁石３のポジションを推定することができるのである。
【００１８】
以上をまとめると本発明によってつぎのような利点が実現される。すなわち、センサ装置１に対してわずかな構成部分しか必要でなく、このセンサ装置をその構成にしたがって較正できるという利点が実現されるのである。さらに並進運動では、０．１ｍｍの分解能で４００ｍｍまでの長さを実現可能である。また利点としては、コスト的に有利に作製できること、外部磁場妨害が低減されるのと同時に長期間の安定性が得られることと、分解能を格段に増大できることとが挙げられる。このことは、（殊に図１および２に相応する実施例による）回転運動を検出するように構成されたセンサ装置１にも同様に当てはまる。
【００１９】
上では本発明の殊に有利な応用を車両の手動操作式アクセル回転グリップで説明して来たが、これは応用の制限を示すものではない。本発明は有利には車両技術（自動車）分野に応用することができ、殊に原動機分野（例えば、スロットルがシャフト上に配置されておりかつ回転運動するスロットルバルブ、ＡＧＲバルブ、排気ガスフラップ等）におけるすべての応用、また同様に換気フラップにおいて、変速ポジションを検出するため、軸領域およびパワートレインにおける応用、ならびにエアコン装置および換気システムに応用できるのである。また例えばヘッドランプ調整のためのレベルセンサとしてセンサ装置もこれに該当する。車両技術的な応用の他に、飛行機および宇宙船における応用も対象となる。
【００２０】
本発明によるセンサ装置は、回転角が３６０度未満である回転運動の検出に殊に有利に応用される。３６０度よりも大きな回転運動を検出する場合、３６０度未満（すなわち固有の軸のまわりの完全な１回転よりも多くの）の回転運動は除外される。
【符号の説明】
【００２１】
１  センサ装置、  ２  シャフト、  ３  磁石、  ４  センサ、  ５  手動操作式アクセル回転グリップ、  ６  ケーシング
【図１】
2013513092.tif 000003
【図２】
2013513092.tif 000004
【国際調査報告】
2013513092.tif 000005
2013513092.tif 000006
2013513092.tif 000007
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