(57)【要約】【課題】磁場センサの測定精度を改善すること。【解決手段】磁場軸線ｆを有する磁場を生じさせる磁石Ｍ１をもつ磁場センサであって、前記磁石Ｍ１が、磁石軸線ａを有するとともに少なくとも１つの軸線を中心として可動な、部材軸線ｂを有する部材４に収容されている、前記磁場センサにおいて、前記磁場軸線ｆが前記部材軸線ｂとほぼ一致するように、前記磁石Ｍ１が前記部材４に収容されている。
2021501876.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁場軸線（ｆ）を有する磁場（Ｆ）を生じさせる磁石（Ｍ）をもつ磁場センサであって、前記磁石が、磁石軸線（ａ）を有するとともに少なくとも１つの軸線を中心として可動な、部材軸線（ｂ）を有する部材（４）に収容されている、前記磁場センサにおいて、
前記磁場軸線（ｆ）が前記部材軸線（ｂ）とほぼ一致するように、前記磁石（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３）が前記部材（４）に収容されていることを特徴とする磁場センサ。
【請求項２】
前記磁石（Ｍ）が円筒体（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３）として形成されており、前記磁石軸線（ａ）が円筒軸線（ａ）として形成されていることを特徴とする請求項１に記載の磁場センサ。
【請求項３】
前記磁石（Ｍ１）の磁石軸線（ａ）が、前記部材軸線（ｂ）に対して傾斜して配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁場センサ。
【請求項４】
前記磁場軸線（ｆ）及び前記磁石軸線（ａ）が偏差角度（α）を形成すること、並びに前記磁石軸線（ａ）が前記部材軸線（ｂ）に対して前記偏差角度（α）だけ傾斜していることを特徴とする請求項３に記載の磁場センサ。
【請求項５】
前記磁石（Ｍ２）の磁石軸線（ａ）が、ずれ（ｅ）をもって前記部材軸線（ｂ）に対して軸平行に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の磁場センサ。
【請求項６】
前記磁場軸線（ｆ）及び前記磁石軸線（ａ）が偏差角度（α）を形成すること、並びに前記ずれ（ｅ）が前記偏差角度（α）に適合されていることを特徴とする請求項５に記載の磁場センサ。
【請求項７】
前記磁石（Ｍ３）の前記磁石軸線（ａ）が前記部材軸線（ｂ）と一致していること、及び導磁性材料から成る補整体（６）が前記磁石（Ｍ３）の周囲範囲に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の磁場センサ。
【請求項８】
前記磁石（Ｍ３）がリング状の合成樹脂ハウジング（５）内に配置されており、該合成樹脂ハウジングには前記補整体（６）を配置可能であることを特徴とする請求項７に記載の磁場センサ。
【請求項９】
前記磁石軸線（ａ）に対して軸平行に配置され、周囲にわたって分配された、前記補整体（６）を収容するためのチャンバ（５ａ）を前記合成樹脂ハウジング（５）が備えていることを特徴とする請求項８に記載の磁場センサ。
【請求項１０】
前記補整体（６）がピン又はワイヤインサートとして形成されていることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の磁場センサ。
【請求項１１】
前記部材が、ボールジョイントのボールスタッド（４）として、又はボールスリーブジョイントのボールスリーブとして形成されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の磁場センサ。
【請求項１２】
前記ボールジョイント又は前記ボールスリーブジョイントがジョイントハウジングを備えていること、及び該ジョイントハウジングでは、磁場を感知するセンサ要素が前記磁石（Ｍ）の磁場（Ｆ）の範囲に配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の磁場センサ。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の磁場センサの磁石（Ｍ）を取り付ける方法において、
以下のステップ：
ａ）商慣習上の磁石（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３）を準備するステップと、
ｂ）製造に起因する偏差について前記磁石（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３）をチェックし、場合によってはあり得る、前記磁石軸線（ａ）からの前記磁場軸線（ｆ）の偏差を測定し、偏差角度（α）を特定するステップと、
ｃ）前記磁石（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３）を取付装置（１）によって持ち上げ、前記偏差角度（α）を同時に補正しつつ前記磁石（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３）を前記部材（４）において位置決めするステップと、
ｄ）前記部材（４）において前記磁石（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３）を固定して、前記磁場軸線（ｆ）が前記部材軸線（ｂ）と一致するステップと
を行うことを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法を実施する装置において、
リンク式に配置された第１の脚部（１ａ）と、前記第１の脚部（１ａ）に対して曲げられ、前記磁石（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３）を収容する把持ヘッド（１ｃ）を端面側に備える第２の脚部（１ｂ）とを有する旋回アーム（１）が設けられていることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部分による磁場センサと、請求項１３の前提部分による方法と、請求項１４の前提部分による、方法を実施する装置とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁場センサは、とりわけ、特に角度位置を測定する位置センサとして知られている。磁場センサは、２つのセンサ要素、すなわち、永久磁石として形成され信号発信器として作用する第１のセンサユニットと、磁場を感知するセンサ要素として形成され信号受信器として作用する第２のセンサユニットとで構成されている。第２のセンサ要素は、例えばホール要素として形成されることが可能である。
【０００３】
出願番号１０２０１８２０８４１０．３の本出願人の以前の出願により、信号発信器としての永久磁石と、信号受信器としてのセンサ要素とで構成された磁場センサが知られており、当該磁場センサは、ボールジョイントに組み入れられている。このとき、永久磁石が特にボールスタッドの止まり穴の凹部に配置されている一方、第２のセンサ要素である信号受信器は、ボールスタッドを収容するハウジングに配置されている。ハウジングに対するボールスタッドの角度運動時には、第２のセンサ要素が磁場の変化に反応する。変化信号を評価することで、角度位置を推定することが可能である。
【０００４】
このような磁場センサにおける問題は、磁石により生じる磁場が公差の影響を受けるとともに、目標位置からのずれ、特に磁場の軸線のエラー位置を有することがあることにある。このようなエラー位置は、磁場の軸線と可動の部材に配置された磁石の軸線とが一致せず、互いに角度を形成するときに存在する。そして、このような欠陥のある磁場による角度位置の表示も同様にエラーあるいは偏差の影響を受ける。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０３５８７６３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、冒頭に挙げた種類の磁場センサの測定精度を改善することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、独立請求項１，１３及び１４の特徴を含んでいる。有利な実施形態は、従属請求項から明らかである。
【０００８】
本発明の第１の形態によれば、磁石と、磁石軸線と、磁場と、磁場軸線とを有する磁場センサにおいて、磁場軸線が部材軸線とほぼ一致するように、磁石が可動の部材に収容されているように構成されている。磁石軸線は、磁石本体の幾何学的な軸線と理解される。磁石は磁場を生じさせ、当該磁場は、磁場の磁束線の対称軸線を形成する磁場軸線を有している。部材軸線は、一方側又は他の側への角度運動に対する部材のゼロ位置についての基準軸線である、可動の部材の軸線と理解されるべきである。通常、商慣習上の磁石は、磁石の幾何学的な軸線、すなわち磁石軸線に対する磁場軸線の偏差を有しており、当該偏差は、±５°の範囲であり得る。ゼロ位置からの部材の角度偏向の正確でできる限りエラーのない測定には、磁場軸線がゼロ位置において基準軸線、すなわち部材軸線と一致することが必要である。これにより、磁場あるいは磁場軸線が両側へ、又は逆方向へ部材と同一の角度だけ移動することが達成される。
【０００９】
好ましい一実施形態によれば、磁石は円筒体として形成されており、磁場軸線は円筒軸線として形成されている。円筒形状を有する磁石本体を容易に製造、すなわち成形及び磁化することができ、径方向に対称に配置された磁束線を有する径方向に対称な磁場が生じる。
【００１０】
別の好ましい一実施形態によれば、磁場軸線が部材軸線と一致するように磁石軸線が部材軸線に対して傾斜されて配置されている。好ましくは、磁石軸線は、偏差角度の値だけ傾斜されている。偏差角度は、磁場軸線と磁石軸線の間のエラー位置に基づいて、部材へ組み込まれるべき磁石に対して生じる。
【００１１】
別の好ましい一実施形態によれば、磁場軸線が部材軸線と一致するようにあるいはずれをもって、磁石軸線が部材軸線に対して軸平行にずらして配置されている。好ましくは、軸ずれは、磁石軸線と磁場軸線の間の偏差角度へ適合されている。磁石は軸ずれにより部材の凹部の壁部へ接近し、これは、磁場軸線の傾斜又は移動につながる。部材の収容開口部における磁石の偏心状の配置により、磁場の非対称の影響が生じるため、偏差角度が補整される。
【００１２】
別の好ましい一実施形態によれば、磁石、好ましくは円筒状の磁石は、部材の収容開口部において同軸に、すなわち中心に配置されている。磁場の偏差あるいは磁場軸線のエラー位置を補整するために、補整体が周囲範囲に配置されている。導磁性材料で構成され、部分的に周囲に配置された補整体は、磁場軸線がその位置を変更し、部材軸線へ変位するように、磁場を変化させるという作用を有している。
【００１３】
別の好ましい一実施形態によれば、磁石はリング状の合成樹脂ハウジングによって包囲されており、当該合成樹脂ハウジングには、周囲の異なる箇所に補整体を配置することが可能である。したがって、合成樹脂ハウジングは、周囲の一部にのみ、好ましくは磁場軸線の偏差の位置に対して径方向に（正反対に）設けられるマガジンとなっている。
【００１４】
別の好ましい一実施形態によれば、補整体はピン又はワイヤインサートとして形成されており、これにより、磁場の影響への精緻な配量が達成され得る。
【００１５】
別の好ましい一実施形態によれば、部材がボールジョイントのボールスタッドとして、又はボールスリーブジョイントのボールスリーブとして形成されている。両ケースでは、磁場センサは、角度測定に用いられる。ボールスタッドの場合には、部材軸線はボールスタッドの長手軸線に対応している。ボールスリーブの場合には、部材軸線は、ボールスリーブの長手軸線に対して垂直に延びる。
【００１６】
別の好ましい一実施形態によれば、ボールジョイント又はボールスリーブジョイントは、それぞれジョイントハウジングを備えており、当該ジョイントハウジングでは、磁場を感知するセンサ要素が磁場の作用範囲に配置されている。したがって、ボール又はボールスリーブの角度運動は、センサ要素における信号をもたらし、これにより角度表示をもたらす。
【００１７】
本発明の別の好ましい一態様によれば、磁場センサの磁石を取り付ける方法において、以下の方法ステップが設定されている：まず、商慣習上の磁石が部材への組み込みのために設けられ、通常、当該磁石は、磁石軸線に対する磁場軸線の偏差を有している。以下の方法ステップでは、磁石が偏差に関して、場合によっては偏差の位置及び強さに関して、すなわち、一方では周囲角度と、他方では磁石軸線と磁場軸線の間の偏差角度に関してチェックされる。次の方法ステップでは、磁石は、取付装置によって収容され、部材において、すなわち部材に設けられた収容開口部において位置決めされ、同時に、磁場軸線が部材軸線と一致するように偏差角度の補正が行われる。したがって、磁石におけるエラー位置の検出及びこれにつづく、部材への磁石の組み込み時のエラー位置の補正は、中間ステップのない作業順序において実行される。
【００１８】
本発明の別の一態様によれば、取付方法を実施する装置は旋回アームを備えており、当該旋回アームは、リンク式に配置された第１の脚部と、当該第１の脚部に対して曲げられ、磁石を収容する把持ヘッドを有する第２の脚部とを備えている。リンク式の配置により、偏差角度は、磁石の組み込み時に補正されることができ、把持ヘッドによって、磁石は、捕捉されるとともに、偏差角度が補正され磁場軸線が部材軸線と一致するように、部材において位置決めされる。
【００１９】
本発明の実施例は、図面に図示されているとともに、以下において詳細に説明され、明細書及び図面から更なる特徴及び／又は利点が明らかとなり得る。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１ａ】目標状態における、磁場を有する磁石を示す図である。
【図１ｂ】磁場軸線のエラー位置を有する、磁場を有する磁石を示す図である。
【図２ａ】磁石の磁石軸線と磁場軸線の間の角度偏差（磁場角度エラー）を測定する装置を示す図である。
【図２ｂ】部材における傾斜した位置での、磁場角度エラーだけ補正された磁石の取付を示す図である。
【図３ａ】磁場角度エラーを測定する、図２ａによる装置を示す図である。
【図３ｂ】部材における中心から外れた位置での、磁場角度エラーだけ補正された磁石の取付を示す図である。
【図４ａ】磁石の磁場角度エラーの測定を示す図である。
【図４ｂ】合成樹脂ハウジングにおける鋼インサートによる磁場角度エラーの補正を伴う磁石の取付を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１ａには磁石軸線ａを有する磁石Ｍが示されており、磁石Ｍは好ましくは円筒状に形成されているとともに、磁石軸線ａは円筒軸線に対応する。基本的に、磁石軸線ａは、磁石Ｍの幾何学的な軸線である。磁石Ｍは磁場Ｆを生じさせ、当該磁場の磁束線経過は、磁石軸線ａに対して対称に配置されており、すなわち、磁場軸線は磁石軸線ａと一致している。したがって、磁場Ｆ及び磁石Ｍの図示は、磁石が磁場センサのために必要とされるような目標状態に対応している。
【００２２】
図１ｂには、上述のように磁石Ｍ’の幾何学的な軸線に対応する磁石軸線ａを有する商慣習上の磁石Ｍ’が示されている。磁石Ｍ’は磁場Ｆ’を生じさせ、当該磁場は、磁石軸線ａに対して偏差角度αだけ傾斜した磁場軸線ｆを有している。したがって、磁場Ｆ’は磁石軸線ａに対して対称に配置されておらず、その結果、磁石軸線ａ及び磁場軸線ｆは一致していない。以下では、偏差角度αを磁場角度エラーαともいう。商慣習上の磁石Ｍ’においては、製造に起因して±５°の磁場角度エラーが生じる。このような磁場角度エラーを有する磁石が、角度測定に用いられる磁場センサにおいて組み入れられれば、測定結果は、角度エラーの影響を受けてしまう。本発明は、このような測定エラーを回避することを目標としている。
【００２３】
図２ａには、磁場角度エラーαの影響を受ける磁場Ｆ１を生じさせる磁石Ｍ１を収容し（持ち上げ）、測定し、取り付ける装置１が示されている。円筒状に形成された磁石Ｍ１の幾何学的な軸線、すなわち磁石軸線ａは、磁場Ｆ１の軸線、すなわち磁場軸線ｆと共に磁場角度エラーαとも呼ばれる偏差角度αを形成する。装置１は、磁場角度エラーαを検出するセンサ要素２を備えている。装置１は、ジョイント３を介して旋回可能に配置されているとともに、図面ではほぼ水平に延びる第１の脚部１ａと、図面ではほぼ垂直に延び、センサ要素２が配置された第２の脚部１ｂとを備えている。第２の脚部１ｂは端面側に把持ヘッド１ｃを備えており、当該把持ヘッドには磁石Ｍ１が収容されている。
【００２４】
図２ｂには、磁石Ｍ１のための収容開口部４ａを備えた部材４に磁石Ｍ１を取り付けるときの旋回可能な装置１が示されている。好ましくは、部材４は、例えば本出願人の独国特許出願公開第１０２００４０３９７８１号明細書により公知となったようなボールジョイントのボールスタッド４として形成されることが可能である。部材４あるいはボールスタッド４は、部材軸線ｂあるいはボールスタッド軸線ｂを有している。図示から明らかであるように、装置１は図２ａに比して旋回されているため、磁石軸線ａは、磁場角度エラーαだけ部材軸線ｂに対して傾斜している。これにより、磁場軸線ｆは部材軸線ｂと一致することとなる。したがって、図面では、磁場軸線ｆ及び部材軸線ｂは垂直に配置されている。磁石Ｍ１の傾斜された位置は、部材４との磁石Ｍ１の接着によって固定されることが可能である。傾斜のほか、装置１、特に第２の脚部１ｂの把持ヘッド１ｃにわたって径方向のずれを設定することも可能である。
【００２５】
図３ａには、磁石Ｍ２の取付時の磁場角度エラーを補整するための本発明の別の一実施形態が示されている。図３ａは、図２ａに対応しているとともに、ジョイント３を用いて旋回可能に配置された、磁場角度エラーαを測定するための装置１を示している。磁石軸線はａで示され、磁場軸線はｆで示されている。磁場角度エラーα、すなわち磁場の傾斜は、センサ要素２によって検出される。
【００２６】
図３ｂには、スタッド軸線あるいは部材軸線ｂを有する部材４あるいはボールスタッド４の開口部４ａにおける、装置１を用いた磁石Ｍ２の取付が示されている。磁石軸線ａが部材軸線ｂに対してずれｅだけ軸平行にずらされていることが図示から見て取れる。したがって、磁石Ｍ２は、軸線ｂを有する止まり穴４ａとして形成された収容開口部において中心から外れて配置されている。図２ｂによる実施形態に対する当該実施形態の利点は、磁石Ｍ２が収容開口部４ａの床部に平坦に載置されることにある。
【００２７】
図４ａには磁場Ｆを有する磁石Ｍ３が示されており、磁場の磁場軸線ｆは、磁石軸線ａに対して傾斜しているとともに、センサ要素２によって検出される磁場角度エラーαを有している。図４ａの右側には磁石Ｍ３の平面図が図示されており、当該磁石Ｍ３はリング状の合成樹脂ハウジング５内に配置されており、当該合成樹脂ハウジングは、周囲に配置されつつ円筒状に形成されたチャンバ５ａを備えている。チャンバ５のうちいくつか（図面では３つのチャンバ）には、ピン又はワイヤインサート６として形成された補整体６がはめ込まれている。補整体６は、導磁性材料、好ましくは鋼から製造されている。鋼ピン６は、図４ａによる磁場Ｆがゆがみ、これにより磁場角度エラーαが補正されるという作用を有している。
【００２８】
図４ｂには、部材軸線ｂを有する部材４の収容開口部４ａに組み込まれた補整体６を含む合成樹脂ハウジング５を有する磁石Ｍ３が示されている。磁場Ｆが部材軸線ｂに対して対称に配置されており、磁場軸線ｆ及び磁石軸線ａが部材軸線ｂと一致していることが図示から分かる。当該実施形態では、磁石Ｍ３が中心で平坦に組み入れられるか、又は必要な場合にはずれによって径方向に補正されることができることが有利である。
【００２９】
部材４は、例えば本出願人の特許文献１により公知となったようなボールスリーブジョイントのボールスリーブとして形成されることも可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１            装置
１ａ          第１の脚部
１ｂ          第２の脚部
１ｃ          把持ヘッド
２            センサ要素
３            ジョイント
４            部材／ボールスタッド
４ａ          収容開口部／穴
５            合成樹脂ハウジング
５ａ          チャンバ
６            補整体／鋼ピン
ａ            磁石軸線
ｂ            部材軸線
ｅ            軸ずれ
ｆ            磁場軸線
Ｆ            磁場
Ｆ’          エラー位置を有する磁場
Ｆ１          磁場
Ｍ            磁石
Ｍ’          （商慣習上の）磁石
Ｍ１          磁石
Ｍ２          磁石
Ｍ３          磁石
α            偏差角度／磁場角度エラー
【図１ａ】
2021501876.tif 000003
【図１ｂ】
2021501876.tif 000004
【図２ａ】
2021501876.tif 000005
【図２ｂ】
2021501876.tif 000006
【図３ａ】
2021501876.tif 000007
【図３ｂ】
2021501876.tif 000008
【図４ａ】
2021501876.tif 000009
【図４ｂ】
2021501876.tif 000010
【国際調査報告】
2021501876.tif 000011
2021501876.tif 000012
2021501876.tif 000013
2021501876.tif 000014
2021501876.tif 000015