(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁石（１２）に対峙して位置するように支持された少なくとも１つの切換点センサ（１１）を含むセンサシステムであって、
前記少なくとも１つの切換点センサ（１１）を通過する前記磁石（１２）は、線形に移動可能な要素（３）に機械的に固定されており、
軸方向に磁化された前記磁石（１２）の少なくとも一方の端部の外周面が、前記磁石（１２）の移動方向に対して平行に磁束案内素子（１３，１４）によって覆われており、
強磁性材料からなる前記磁束案内素子（１３，１４）は、スリーブ状に形成されていることを特徴とするセンサシステム。
【請求項２】
前記磁束案内素子（１３，１４）は、前記磁石（１２）の前記端部の半径方向に延在する表面を完全に覆っている、請求項１記載のセンサシステム。
【請求項３】
前記磁石（１２）は、ハードフェライトとして形成されている、請求項１又は２に記載のセンサシステム。
【請求項４】
前記磁石（１２）は、円筒形又は直方体形又はセグメント形に形成されている、請求項１から３のいずれか１項に記載のセンサシステム。
【請求項５】
前記磁石（１２）の両端部が、磁束案内素子（１３，１４）によって覆われており、両磁束案内素子（１３，１４）が、互いに離間して配置されている、請求項１から４のいずれか１項に記載のセンサシステム。
【請求項６】
特に自動車におけるクラッチ操作システムのためのピストンシリンダ装置であって、
前記ピストンシリンダ装置は、シリンダ（２）の内部で軸方向に移動可能に配置されたピストン（３）と、センサシステム（１１，１２）とを備え、
前記センサシステム（１１，１２）は、前記ピストンに配置された磁石（１２）と、前記シリンダ（２）に固定された少なくとも１つの切換点センサ（１１）とを有し、
前記センサシステム（１１，１２）は、請求項１から５のいずれか１項に基づいて構成されていることを特徴とするピストンシリンダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁石に対峙して位置するように支持された少なくとも１つの切換点センサを含むセンサシステムであって、少なくとも１つの切換点センサを通過する磁石が、線形に移動可能な要素に機械的に固定されている、センサシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車におけるクラッチ操作システムでは、クラッチ操作システムの、クラッチマスタシリンダによって取り囲まれたピストンの位置を検出するために、線形ストローク測定システムが使用される。このような線形ストローク測定システムでは、センサシステムとしてストロークセンサが使用される。このストロークセンサは、独国特許出願公開第１０２０１２２１８６０５号明細書（DE 10 2012 218 605 A1）によれば、誘導性の作用原理に即して動作し、この場合、ピストンに固定された導電性のターゲットがコイル装置の磁界に侵入してこの磁界を変化させる。別のセンサは、ホール効果を利用しており、このホール効果では、ピストンに固定された磁石の位置が、シリンダに取り付けられた少なくとも１つの別個の切換点センサによって検出される。このような線形ストローク測定システムは、独国特許出願公開第１０２０１２２１９１８３号明細書（DE 10 2012 219 183 A1）から公知である。
【０００３】
ホール効果に基づく切換点センサを使用するためには、切換点センサのための信号発信器として機能する永久磁石が必要である。この場合には一般的に、希土類磁石が利用される。しかしながら、希土類磁石は非常に高価であり、さらには著しい価格変動を受けることがよくある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の基礎となる課題は、製造コストが低減され、それでもなお高精度の位置検出が可能であるような、センサシステム及びピストンシリンダ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題は、本発明によれば、軸方向に磁化された磁石の少なくとも一方の端部の外周面が、磁石の移動方向に対して平行に磁束案内素子によって覆われていることによって解決される。磁束案内素子は、このように軸方向に覆うことにより、磁石によって形成された磁界を軸方向に集束させる。これにより、磁石のストロークにわたって磁束密度のエッジ勾配が高くなり、これによってスイッチング許容誤差が減少する。上記の装置によれば、希土類磁石の使用を省略することが可能となり、比較的小さいエネルギ密度を有する磁石を使用することが可能となる。このような磁石を使用することによって、センサシステムのためのコストが著しく低減される。
【０００６】
有利には、強磁性材料からなる磁束案内素子は、スリーブ状に形成されている。このように形成することによって、磁束案内素子を磁石に簡単に取り付けることが可能となる。
【０００７】
１つの実施形態では、磁束案内素子は、磁石の端部の半径方向に延在する表面を完全に覆っている。これによって、磁束案内体の製造が簡単になり、また、スリーブ状の磁束案内体を磁石に簡単に取り付けられるようになる。
【０００８】
１つの実施形態では、磁石は、ハードフェライトとして形成されている。ハードフェライト磁石は、特に低コストの磁石である。しかしながら、ハードフェライト磁石のエネルギ密度は小さいので、多くの場合、必要となる磁石体積も比較的大きくなる。好ましくは、測定ストロークの中央に形成される磁界のエッジ勾配が、スリーブ状の磁束案内素子によって高められる。
【０００９】
１つの実施形態では、磁石は、円筒形又は直方体形又はセグメント形に形成されている。従って、それぞれの用途において設けられた構造スペースに、磁石の形状を適合させることが可能である。これらの磁石形状のいずれにも、スリーブ状の磁束案内素子を簡単に被せ嵌めることができる。
【００１０】
磁石の両端部が磁束案内素子によって覆われていて、両磁束案内素子が互いに離間して配置されている場合には、磁束密度の特に良好なエッジ勾配が実現される。
【００１１】
本発明の１つの発展形態は、特に自動車におけるクラッチ操作システムのための、ピストンシリンダ装置であって、ピストンシリンダ装置は、シリンダの内部で軸方向に移動可能に配置されたピストンと、センサシステムとを備え、センサシステムは、ピストンに配置された磁石と、シリンダに固定された少なくとも１つの切換点センサとを有する、ピストンシリンダ装置に関する。製造コストをできるだけ小さく抑えることが可能であるピストンシリンダ装置においては、センサシステムが、特許請求の範囲に記載された特徴の少なくとも１つに基づいて構成されている。従って、軸方向に磁化された磁石の両端部の外周面も、磁石の移動方向に対して平行に磁束案内素子によって覆われており、両磁束案内素子は、互いに離間して配置されている。上記の構成によって、大きい磁石体積を有してはいるが、磁石がセンサエレメントに向かって移動する際に生じるエッジ急峻度は比較的小さい、低コストの磁石を使用することが可能となる。このエッジ急峻度は、磁束案内素子の配置によって形成され、従って、このようにして特に低コストのセンサシステムが形成される。
【００１２】
有利には、強磁性材料からなる磁束案内素子は、スリーブ状に形成されている。スリーブ状に形成することにより、磁束案内素子を磁石に簡単に取り付けることが可能となり、また、使用中に磁束案内素子が磁石に確実に固定されることが保証される。
【００１３】
本発明は、多数の実施形態が可能である。多数の実施形態のうちのいくつかを、図面に基づいて詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】クラッチ操作システムの原理図である。
【図２】本発明に係る磁石の第１実施例を示す図である。
【図３】ピストンのストロークにわたる磁石の磁束密度を示す線図である。
【図４】ピストンのストロークにわたる複数の異なる磁石の磁束密度を示す別の線図である。
【図５】磁石の別の実施例を示す図である。
【図６】磁石の別の実施例を示す図である。
【図７】磁石の別の実施例を示す図である。
【図８】磁石の別の実施例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
同じ特徴には、同じ参照符号が付されている。
【００１６】
図１には、自動車において現在使用されているようなクラッチ操作システム１が図示されている。このようなクラッチ操作システム１は、シリンダ２を含むマスタシリンダを有し、このシリンダ２の内部では、ピストン３が移動可能に支持されている。ピストン３は、クラッチペダル４によって操作される。シリンダ２は、液圧導管８を介してスレーブシリンダ９に接続されており、このスレーブシリンダ９がクラッチ１０を操作する。クラッチ１０の位置の調整は、クラッチペダル４によるピストン３の駆動に基づいて実施される。マスタシリンダ２，３と、スレーブシリンダ９を有するクラッチ１０とは、自動車内で空間的に隔離されて配置されている。ハウジングとして機能するシリンダ２の外側には、切換点センサ１１が配置されている。この切換点センサ１１は、評価装置を含み、制御装置５に接続されている。切換点センサ１１は、シリンダ２の内部でピストン３に固定されている永久磁石１２に対向して配置されている。
【００１７】
永久磁石１２は、図２に詳細に図示されている。永久磁石１２は、ハードフェライトからなり、この永久磁石１２の両端部は、それぞれ強磁性のスリーブ１３，１４によって取り囲まれており、これらのスリーブ１３，１４は、ピストン３の移動方向に対して平行に永久磁石１２を覆っている。本実施例では、永久磁石１２は、中空円筒として形成されている。２つの強磁性のスリーブ１３，１４は、軸方向の空隙１５によって互いに隔離されている。永久磁石１２の端部に強磁性のスリーブ１３，１４を使用することにより、永久磁石１２によって形成された磁界は、ある程度の範囲に「集束」される。これにより、より短い永久磁石のエッジ勾配（Flankensteilheit）に相当するエッジ勾配が実現されると同時に、比較的長い永久磁石の磁石体積が利用される。
【００１８】
図３には、同じ長さの磁石を有する複数の異なる磁石装置及び磁石材料に対するエッジ勾配が図示されている。曲線Ａは、強磁性のスリーブ１３，１４を使用しない場合におけるハードフェライト製の永久磁石１２の磁束密度Ｂを示す。これに対して曲線Ｂには、永久磁石１２が同様にハードフェライト材料からなる場合であって、且つ、永久磁石１２の両側が強磁性のスリーブ１３，１４によって覆われている場合における、永久磁石１２のストロークにわたる磁束密度の推移が示されている。この図から分かるように、強磁性のスリーブ１３，１４を有する永久磁石１２の磁束密度Ｂは、より急勾配のエッジを有しており、このより急勾配のエッジは、ホールセンサとして構成された切換点センサ１１によって良好に識別することが可能である。強磁性のスリーブ１３，１４を有する永久磁石１２の磁気最大値の若干の増加は、通常であれば中空円筒として形成された永久磁石の軸方向孔部を通って延在するはずの磁界の一部が、強磁性のスリーブ１３及び１４を使用することによって外側へと偏向されることによって発生する。このことが発生する理由は、磁束案内体として使用される強磁性の材料が磁界を良好に導くので、永久磁石１２の外側面への経路がより好まれるからである。
【００１９】
図４には、曲線Ａ及び曲線Ｂに加えて曲線Ｃが記載されている。この曲線Ｃは、強磁性のスリーブ１３，１４を使用しない、比較的長い永久磁石１２の強磁性のスリーブ１３と１４の間の空隙１５に相当する長さを有する短い永久磁石に相当する。曲線Ｂと曲線Ｃとの比較により、測定ストロークの中央における曲線の傾きが、強磁性のスリーブ１３，１４を有する永久磁石１２の場合の傾きにぴったり一致していることが明らかとなる。
【００２０】
軸方向に磁化されたハードフェライト製の永久磁石１２は、図５又は図６に図示されているように中実円筒又は中空円筒として形成することができる。図５には、ハードフェライト製の永久磁石１２の２つの例が示されており、ここでは永久磁石１２は、中空円筒として形成されており、永久磁石１２の両側が、それぞれの強磁性のスリーブ１３，１４によって覆われている。磁石をより良好にピストン３に固定するための軸方向孔部１６を有する中空円筒を使用することで、強磁性のスリーブ１３，１４にもこのような開口部を設ける必要がでてくる。この場合には、図５Ａに図示されているように永久磁石１２の直径を強磁性のスリーブ１３，１４の開口部の直径に一致させてもよいし、又は、図５Ｂのように強磁性のスリーブ１３，１４の開口部の直径を永久磁石１２の孔部１６の直径よりも大きくしてもよい。
【００２１】
図６では、永久磁石１２は、中実円筒として形成されている。この場合、強磁性のスリーブ１３，１４は、図６Ａのように開口部を有することができる。しかしながら、図６Ｂに示されているように、永久磁石１２の端部を強磁性のスリーブ１３，１４によって完全に覆ってもよい。永久磁石１２の移動方向に延在する永久磁石１２の外側面を強磁性のスリーブ１３，１４によって部分的に覆うことによって、構造的に比較的短い磁石の磁界分布が形成される。
【００２２】
図７では、永久磁石１２が直方体として形成されており、永久磁石１２の両側は、如何なる開口部も有さないスリーブ１３，１４によって覆われている。永久磁石１２は、中空円筒セグメントの形状を有することもでき（図８）、従って、強磁性のスリーブ１３，１４の両端側もこの形状に適合されているが、このスリーブ１３，１４の脚部は、永久磁石１２を軸方向に部分的に覆っている。
【００２３】
本明細書で提案する解決方法によって、特に、磁束密度に対する一種の磁束案内素子として機能する強磁性のスリーブ１３，１４を使用することによって、長い磁石の磁界強度が、格段により短い磁界のエッジ勾配と組み合わせられる。これによって、切換点センサのためにフェライト磁石を使用することが可能となり、従って、希土類磁石を省略することが可能となる。
【符号の説明】
【００２４】
１  クラッチ操作システム
２  シリンダ
３  ピストン
４  クラッチペダル
５  制御装置
８  液圧導管
９  スレーブシリンダ
１０  クラッチ
１１  切換点センサ
１２  永久磁石
１３  強磁性のスリーブ
１４  強磁性のスリーブ
１５  空隙
１６  軸方向孔部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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