(57)【要約】  シリンダ位置センサおよびそれを備えるシリンダ。少なくとも1つの磁石がシリンダの構成要素に連結される。センサ要素が磁石からの磁束に応答して出力を提供する。センサ要素の出力がシリンダバレルに対するピストンおよびピストンロッドの位置と共に変化する。
2010513800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダバレルと、
前記シリンダバレルに対する往復動作のために前記シリンダバレル内に配置されたピストンと、
前記ピストンに連結されたピストンロッドであって、前記シリンダの前記往復動作によって前記バレルに対して軸方向に移動するように構成されたピストンロッドと、
前記ピストンに直接的に連結された少なくとも1つの磁石と、
前記少なくとも1つの磁石からの磁束に応答して出力を提供するように構成され、前記出力が前記シリンダバレルに対する前記ロッドの位置と共に変化する少なくとも1つのセンサ要素と
を備えるシリンダシステム。
【請求項２】
前記少なくとも1つのセンサ要素が前記バレルの外側表面に隣接して配置された、請求項1に記載のシステム。
【請求項３】
前記バレルが鋼から構築される、請求項2に記載のシステム。
【請求項４】
前記システムが、前記バレルに連結され、前記少なくとも1つのセンサ要素の上に延出するシールドをさらに備え、前記シールドが前記少なくとも1つのセンサ要素を外部の磁界から少なくとも部分的に遮蔽するように構成されている、請求項2に記載のシステム。
【請求項５】
前記システムが複数の前記センサ要素を備え、前記複数のセンサ要素がその長手方向に沿って前記バレルの外側表面に隣接してアレイに配置された、請求項1に記載のシステム。
【請求項６】
前記システムが、前記バレルの端部に連結されたロッドガイドをさらに備え、前記ロッドの少なくとも一部分が前記ロッドガイドから延出し、前記少なくとも1つのセンサ要素が前記ロッドに隣接して前記ロッドガイド内に少なくとも部分的に配置された、請求項1に記載のシステム。
【請求項７】
前記ロッドガイドが鋼から構築される、請求項6に記載のシステム。
【請求項８】
前記システムが、差動出力を提供するように接続された、前記センサ要素のうちの第1および第2のものを備える、請求項1に記載のシステム。
【請求項９】
前記センサ要素のうちの第1および第2のものが、前記バレルの外側表面に隣接して配置された、請求項8に記載のシステム。
【請求項１０】
前記センサ要素のうちの前記第1および第2のものが、バレルの軸に対して斜角で前記バレルに接線方向に向けられる、請求項9に記載のシステム。
【請求項１１】
前記少なくとも1つのセンサ要素がフラックスゲートセンサを備える、請求項1に記載のシステム。
【請求項１２】
前記システムが、前記ロッドに隣接して配置された少なくとも1つの消磁器をさらに備え、前記消磁器が外部の磁界によって生じた前記ロッド内の残留磁界を低下させるように構成された、請求項1に記載のシステム。
【請求項１３】
前記システムが、前記ロッドの周りに配置された脱磁コイルをさらに備え、前記コイルの周期的な信号の励磁のとき、前記コイルが外部の磁界によって生じた前記ロッド内の残留磁界を低下させるように構成された、請求項1に記載のシステム。
【請求項１４】
シリンダバレルと、
前記シリンダバレルに対する往復動作のために前記シリンダバレル内に配置されたピストンと、
前記ピストンに連結されたピストンロッドであって、前記シリンダの前記往復動作によって前記バレルに対して軸方向に移動するように構成されたピストンロッドと、
前記ピストンロッドに連結された少なくとも1つの磁石と、
前記センサ要素が前記少なくとも1つの磁石からの磁束に応答して出力を提供するように構成され、前記出力が前記シリンダバレルに対する前記ロッドの位置と共に変化する少なくとも1つのセンサ要素と
を備えるシリンダシステム。
【請求項１５】
前記少なくとも1つのセンサ要素が前記バレルの外側表面に隣接して配置された、請求項14に記載のシステム。
【請求項１６】
前記バレルが鋼から構築される、請求項15に記載のシステム。
【請求項１７】
前記システムが、前記バレルに連結され、前記少なくとも1つのセンサ要素の上に延出するシールドをさらに備え、前記シールドが前記少なくとも1つのセンサ要素を外部の磁界から少なくとも部分的に遮蔽するように構成されている、請求項15に記載のシステム。
【請求項１８】
前記システムが複数の前記センサ要素を備え、前記複数のセンサ要素がその長手方向に沿って前記バレルの外側表面に隣接してアレイに配置された、請求項14に記載のシステム。
【請求項１９】
前記システムが、前記バレルの端部に連結されたロッドガイドをさらに備え、前記ロッドの少なくとも一部分が前記ロッドガイドから延出し、前記少なくとも1つのセンサ要素が前記ロッドに隣接して前記ロッドガイド内に少なくとも部分的に配置された、請求項14に記載のシステム。
【請求項２０】
前記ロッドガイドが鋼から構築される、請求項19に記載のシステム。
【請求項２１】
前記システムが、差動出力を提供するように接続された、前記センサ要素のうちの第1および第2のものを備える、請求項14に記載のシステム。
【請求項２２】
前記センサ要素のうちの前記第1および第2のものが、前記バレルの外側表面に隣接して配置された、請求項21に記載のシステム。
【請求項２３】
前記センサ要素のうちの前記第1および第2のものが、バレルの軸に対して斜角で前記バレルに接線方向に向けられる、請求項22に記載のシステム。
【請求項２４】
前記少なくとも1つのセンサ要素がフラックスゲートセンサを備える、請求項14に記載のシステム。
【請求項２５】
前記システムが、前記ロッドに隣接して配置された少なくとも1つの消磁器をさらに備え、前記消磁器が外部の磁界によって生じた前記ロッド内の残留磁界を低下させるように構成された、請求項14に記載のシステム。
【請求項２６】
前記システムが、前記ロッドの周りに配置された脱磁コイルをさらに備え、前記コイルの周期的な信号の励磁のとき、前記コイルが外部の磁界によって生じた前記ロッド内の残留磁界を低下させるように構成された、請求項14に記載のシステム。
【請求項２７】
前記少なくとも1つの磁石が前記ロッド内に少なくとも部分的に配置された、請求項14に記載のシステム。
【請求項２８】
前記少なくとも1つの磁石が前記ピストン内に少なくとも部分的に配置された、請求項14に記載のシステム。
【請求項２９】
前記少なくとも1つの磁石が、前記ピストンを前記ピストンロッドに連結するためのナット内に少なくとも部分的に配置された、請求項14に記載のシステム。
【請求項３０】
ピストンロッド、シリンダバレル、およびピストンを通って延出する磁路内の磁束を提供する少なくとも1つの磁石と、
前記磁束に応答して出力を提供するように構成され、前記出力が前記シリンダバレルに対する前記ピストンの位置と共に変化する少なくとも1つのセンサ要素と
を備えるシリンダ位置センサ。
【請求項３１】
前記少なくとも1つのセンサ要素が前記バレルの外側表面に隣接して配置された、請求項30に記載のシステム。
【請求項３２】
前記システムが複数の前記センサ要素を備え、前記複数のセンサ要素がその長手方向に沿って前記バレルの外側表面に隣接してアレイに配置された、請求項31に記載のシステム。
【請求項３３】
前記システムが前記バレルの端部に連結されたロッドガイドをさらに備え、前記ロッドの少なくとも一部分が前記ロッドガイドから延出し、前記磁路が前記ロッドガイドを通って延出し、前記少なくとも1つのセンサ要素が前記ロッドに隣接して前記ロッドガイド内に少なくとも部分的に配置された、請求項30に記載のシステム。
【請求項３４】
前記システムが、差動出力を提供するように接続された、前記センサ要素のうちの第1および第2のものを備える、請求項30に記載のシステム。
【請求項３５】
前記センサ要素のうちの第1および第2のものが、前記バレルの外側表面に隣接して配置された、請求項34に記載のシステム。
【請求項３６】
前記センサ要素のうちの前記第1および第2のものが、バレルの軸に対して斜角で前記バレルに接線方向に向けられる、請求項35に記載のシステム。
【請求項３７】
前記少なくとも1つのセンサ要素がフラックスゲートセンサを備える、請求項30に記載のシステム。
【請求項３８】
前記少なくとも1つの磁石が前記ロッド内に少なくとも部分的に配置された、請求項30に記載のシステム。
【請求項３９】
前記少なくとも1つの磁石が前記ピストン内に少なくとも部分的に配置された、請求項30に記載のシステム。
【請求項４０】
前記少なくとも1つの磁石が、前記ピストンを前記ピストンロッドに連結するためのナット内に少なくとも部分的に配置された、請求項30に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、2006年12月13日に出願された米国仮特許出願第60/869,805号、2006年12月22日に出願された米国仮特許出願第60/871,622号、2007年5月4日に出願された米国仮特許出願第60/916,000号、および2007年9月26日に出願された米国仮特許出願第60/975,328号の出願日の利益を主張し、それらの教示はこれにより参照によって本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、一般に位置センサに関し、より詳細にはシリンダと共に使用する位置センサに関する。
【背景技術】
【０００３】
別の構成要素に対する構成要素の配置および移動を制御するために、アクチュエータを使用することがよく知られている。多くのアクチュエータ(液圧シリンダ、気圧シリンダ等)は、そこに連結されたピストンを有するシリンダおよびピストンロッドを備える。作動力(それに限定されるわけではないが、加圧作動液または圧縮空気など)が導入された場合に、シリンダおよびピストンロッドが互いに対して移動する。
【０００４】
多くの用途では、シリンダに対するロッドの位置を知ることが望ましい可能性がある。ロッドの位置の制御は一般に、機械の動作の制御に欠かせないものである。従来のフィードバック制御技術を使用した制御を行うために、シリンダに対するロッドの絶対位置または絶対速度を測定することがしばしば求められる。
【０００５】
以下の詳細な説明を参照する必要があるが、その説明は、同様の数字が同様の部品を表す以下の図と共に読むべきである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国仮特許出願第60/869,805号
【特許文献２】米国仮特許出願第60/871,622号
【特許文献３】米国仮特許出願第60/916,000号
【特許文献４】米国仮特許出願第60/975,328号
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本開示と整合するシステムの1つの例示の実施形態を示す。
【図２】本開示と整合する永久磁石およびセンサ要素の1つの例示の配置を備える、例示のピストンロッドを示す。
【図３】図2に示される実施形態と関連する感知された磁界に対するロッド行程/位置のグラフである。
【図４】本開示と整合する永久磁石、センサ要素、および脱磁コイルの例示の配置を備える、別の例示のピストンロッドを示す。
【図５】本開示と整合する永久磁石、およびセンサ要素の例示の配置を備える、別の例示のピストンロッドを示す。
【図６】図5に示された実施形態の断面図である。
【図７】本開示と整合する永久磁石の例示の配置を備える、別の例示のピストンロッドを示す。
【図８】本開示と整合する例示のシリンダ位置センサと関連する感知された磁界に対するロッド行程/位置のグラフである。
【図９】本開示と整合する別の例示のシリンダを示す。
【図１０】永久磁石の配置を示す、図9に示された実施形態の断面図である。
【図１１Ａ】本開示と整合する永久磁石の径方向の磁化を図示したものである。
【図１１Ｂ】本開示と整合する永久磁石の真っ直ぐの磁化を図示したものである。
【図１１Ｃ】本開示と整合する永久磁石を図示したものである。
【図１１Ｄ】本開示と整合する永久磁石の軸方向の磁化を図示したものである。
【図１２】本開示と整合する別の例示のシリンダを示す。
【図１３】永久磁石の配置を示す、図12に示された実施形態の端面図である。
【図１４】本開示と整合する別の例示のシリンダを示す。
【図１５】永久磁石の配置を示す、図14に示された実施形態の端面図である。
【図１６】本開示と整合する別の例示のシリンダを示す。
【図１７】永久磁石の配置を示す、図16に示された実施形態の端面図である。
【図１８】図16に示されたロッドの端部の詳細図である。
【図１９】本開示と整合する別の例示のシリンダを示す。
【図２０】本開示と整合する例示のシリンダの閉ループの磁路を示す。
【図２１】ロッド内に形成された空洞に配置された永久磁石を備える、本開示と整合するシリンダの部分を示す。
【図２２】ピストンをロッドに固定するナットに配置された永久磁石を備える、本開示と整合するシリンダの部分を示す。
【図２３】図22に示されたナットの端面図である。
【図２４】本開示と整合する別の例示のシリンダを示す。
【図２５】図24に示された実施形態の端面図である。
【図２６】本開示と整合する別の例示のシリンダを示す。
【図２７】図26に示された実施形態の端面図である。
【図２８】本開示と整合する別の例示のシリンダを示す。
【図２９】図28に示された実施形態の端面図である。
【図３０】本開示と整合する別の例示のシリンダを示す。
【図３１】本開示と整合する別の例示のシリンダを示す。
【図３２】図31に示された実施形態の端面図である。
【図３３】図31に示されたロッドの端部の詳細図である。
【図３４】本開示と整合する別の例示のシリンダを示す。
【図３５】本開示と整合するシステムにおいてのセンサ要素の1つの例示の配置を図示したものである。
【図３６】図35に示される実施形態の側面図である。
【図３７】本開示と整合するシステムにおいてのセンサ要素の別の例示の配置を図示したものである。
【図３８】図37に示される実施形態の側面図である。
【図３９】本開示と整合するシステムにおいて有用なセンサ電子回路の1つの例示の実施形態を示す。
【図４０】図39に示されたセンサ電子回路に関連する出力電圧に対するシリンダ位置のグラフである。
【図４１】本開示と整合する別の例示のシリンダの側面図である。
【図４２】図41に示されたシリンダの部分の断面図である。
【図４３】本開示と整合する別の例示のシリンダの側面図である。
【図４４】本開示と整合する別の例示のシリンダの側面図である。
【図４５】シールドを備える、本開示と整合する別の例示のシリンダの斜視図である。
【図４６】本開示と整合するシリンダにおいて有用な例示のピストンの斜視図である。
【図４７】シールド部分が取り外された図46に示されるピストンの斜視図である。
【図４８】本開示と整合するシリンダにおいて有用な別の例示のピストンの分解図である。
【図４９】図48に示されたピストンの部分分解図である。
【図５０】図48に示されたピストンの断面図である。
【図５１】図48に示されたピストンの別の断面図である。
【図５２】本開示と整合する例示のシリンダ位置センサに関連する感知された径方向磁界に対するロッド行程/位置のグラフを含む。
【図５３】本開示と整合する例示のシリンダ位置センサに関連する感知された軸方向磁界に対するロッド行程/位置のグラフを含む。
【図５４】本開示と整合するピストンにおいて有用な磁石アセンブリの分解図である。
【図５５】図54に示されるマグネットアセンブリを組み込む例示のピストンの部分分解図である。
【図５６】本開示と整合するシリンダにおいて有用な別の例示のピストンの斜視図である。
【図５７】本開示と整合するシリンダにおいて有用な別の例示のピストンの斜視図である。
【図５８】本開示と整合するシリンダにおいて有用な別の例示のピストンの分解図である。
【図５９】図58に示されたピストンの斜視図である。
【図６０】本開示と整合するシステムにおいて有用なセンサ電子回路の別の例示の実施形態を示す。
【図６１】図60に示されたセンサ電子回路に関連するセンサ出力に対するシリンダ位置のグラフである。
【図６２】図60に示されたセンサ電子回路に関連する出力電圧に対するシリンダ位置のグラフである。
【図６３】本開示と整合するシステムにおいてのセンサ要素の別の例示の配置を図示したものである。
【図６４】図63と整合するセンサ要素の配置に関連する感知された磁界に対するシリンダ位置のグラフを含む。
【図６５】図63と整合するセンサ要素の配置に関連するサイン/コサイン出力のアークタンジェントのグラフを含む。
【図６６】図63と整合するセンサ要素の配置に関連する感知された磁界に対するシリンダ位置のグラフを含む。
【図６７】図63と整合するセンサ要素の配置に関連する感知された磁界に対するシリンダ位置の微分係数のグラフを含む。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本開示と整合して、ピストンロッドおよびそれに連結された要素の位置を決定するためのシリンダ位置センサシステムの様々な実施形態が示される。シリンダは、それに限定されるわけではないが、アクチュエータ液(たとえばそれに限定されるわけではないが作動液または圧縮空気)によって互いに対して移動される、少なくとも1つのシリンダバレルおよび少なくとも1つのロッド/ピストンを含む、液圧および空気圧ピストンのアクチュエータなどの当業者に知られた任意のシリンダ設計を含むことができる。当業者は、本開示と整合するシリンダ位置センサシステムが、その他の用途において同様に有用であることを理解するであろう。
【０００９】
より詳細に説明されるように、本明細書に説明されるシリンダ位置センサシステムは、シリンダロッドの位置を決定/推測するために使用できる信号を出力する1つまたは複数のセンサ要素を使用することを含むことができる。網羅的な列挙ではないが、センサ要素は、1つまたは複数のホール効果センサ、フラックスゲートセンサ、MRセンサ、GMRセンサ、または任意のその他の磁石センサを備えることができる。知られているように、デジタルホール効果センサは、デジタル信号を提供するように構成することができ、出力は、所定のレベルの磁束が存在する場合にデジタル「1」出力を含み、所定のレベルの磁束がない場合にデジタル「0」を含むことができる。もちろん、出力信号の値は反対にすることもできる。あるいは、センサの出力はアナログ信号を含むことができる。簡潔かつ明瞭にするために、シリンダ位置センサシステムのシリンダ部分は、完全には示すことはできず、当分野の技術者の知識の範囲内にあると見なされる。
【００１０】
図1は、可動要素104、位置センサ106、および制御システム108を移動するためのシリンダ102を備える本開示と整合する例示のシステムを示す。シリンダ102は断面図で示され、シリンダバレル110、ロッド112、ピストン114、およびロッドガイド116を含む。ピストン114は、軸に沿った往復運動のためのシリンダバレル110内に配置される。ピストン114は、シリンダバレル110を2つのチャンバ118aおよび118bに仕切る。ピストン、ロッド、バレル、および/またはロッドガイドは、たとえば鋼などの鉄材料または非鉄材料から作製できる。
【００１１】
ピストンロッド112の一方の端部は、ピストン114に固定され、動作軸に沿って延出する。ピストンロッド112のもう一方の端部は、ロッドガイド116を通ってバレル110から延出し、可動要素104に直接的または間接的に連結できる。知られた様式では、シリンダバレルは、チャンバ118aおよび118bから流体を導入および抽出するためのチャネル(図示されない)を備えることができる。たとえばシリンダへの既知の流体制御機構およびカプリングによってチャンバに加えられた流体圧力においての変化は、可動要素の制御された移動を生じるシリンダバレルに対するピストンおよびロッドの対応した移動を生じさせる。
【００１２】
可動要素の動作の制御を行うために、位置センサ106はピストンロッド112の位置を感知するためにシリンダ102に連結できる。位置センサは、ピストンロッド112の位置を示す出力を制御システムに提供することができる。制御システムは、位置センサの出力に応答して、たとえばチャンバ118aおよび118bに導入される流体の量を制御することによって、ピストンロッドの動作を制御できる。
【００１３】
可動要素は、たとえば積載機、掘削機などのバケット部分等のピストンによって移動されるように構成された任意の要素であることができる。1つの実施形態では、たとえば本開示と整合する位置センサが、リターントゥーディッグ(return to dig)/リターントゥーダンプ(return to dump)の用途に使用できる。たとえば、ダンプトラックまたはその他の運搬車に材料の堆積を積み込む、積載機または掘削機に乗っているオペレータは、バケットを堆積に入れる掘削点、運搬車の上の積み下ろし点を設定できる。掘削点および積み下ろし点は、センサ出力から決定できる。液圧システムがバケットを制御システム108に設けられたセンサ出力から決定された正確な掘削または積み下ろしの高さに移動する間、オペレータは機械を適切な場所に配置することに集中することができる。
【００１４】
別の実施形態では、改善されたGPSシステムと共に、液圧システムは、センサ、および勾配計画またはトレンチ計画のコンピュータモデルからの入力をとることができる。制御システム108は、勾配またはトレンチを二次的な仕上げをすることなく精密に構成するために、入力に応答して、たとえばバケット等の器具の配置を制御できる。
【００１５】
別の実施形態では、トラクタのオペレータは、磁界を通る通路に作業を加えるために深さ、加圧速度、その他を含む様々な器具の変数を設定できる。列の終わりでは、全ての器具を地面から引いて方向転換するためにボタンまたはその他の制御が使用できる。磁界に戻ると、オペレータは、制御システム108へのセンサ出力を使用して、液圧で作動する器具の設定をすべて以前と同じ点に戻し、列に反対方向に作業を加えるために単一制御を使用することができる。
【００１６】
別の実施形態では、収穫機の近くを付いていく運搬車の上にオーガを位置決めすることは、オーガを間違えて配置した場合に、粒を運搬車に捕え損ね、傷めてしまうので、極めて重要なものである。さらに、運搬車の上に保持しながらオーガを振動させ、運搬車をより完全に充填する能力が、作業をより効率的にすることができる。制御システム108は、オーガを適切な位置に位置決めし、かつ/または本開示と整合するセンサによってもたらされたオーガの位置情報に応答してオーガを振動させることができる。
【００１７】
次に図2に注目すると、本開示と整合するシリンダ位置センサの1つの例示の実施形態が示され、少なくとも1つの永久磁石202(たとえば一対の永久磁石202aおよび202b)が、ロッド112(たとえばそれに限定されるわけではないが、ロッド112の端部領域206aおよび206b)に取り付けられ、またはそうでなければ固定され、ロッド24と共に移動する。1つまたは複数のセンサ要素920-1、920-2、…920-nが永久磁石202によって生成された磁界の径方向および/または接線方向の成分を表す信号を生成でき、ロッド112の位置を決定するために使用できる。特に、磁石202aおよび202bがセンサ920に近づいて移動すると、センサ出力がたとえば直線的な様式で増加し、それらがセンサから離れると、センサ出力はたとえば直線的な様式で減少する。したがってセンサ出力は、シリンダバレルに対するピストンおよびロッドの位置の表示を提供する。
【００１８】
1つの実施形態では、シリンダ位置センサシステム200が1つまたは複数のリング永久磁石202a、202bを備え、それはロッド112の端部206aおよび206bのうちの一方または両方に取り付けることができる。特に特許請求の範囲にそのように示されない限り本開示を限定するものではないが、リング永久磁石202は、ロッド112のボルト(図示されない)の上を通過できるので好ましい。しかし永久磁石202は、それに限定されるわけではないが、円盤状永久磁石などを含む、当業者に既知の任意のその他の形状または構成で提供できる。
【００１９】
図3を参照すると、シリンダ位置センサシステム200用の1つまたは複数のセンサ要素920に対するロッド行程の径方向出力のグラフ300が示される。図示されるように、システム200に関するセンサ出力は、ロッドの位置を決定するために使用できる実質的に直線状の範囲302を示すことができる。端部付近の非直線状領域304a、304bは、センサ電子回路および参照テーブルによって直線化することもできる。
【００２０】
いくつかの用途において、高い分解能(たとえば1mmの分解能)が可能なシリンダ位置センサシステム200が求められ、かつ/または望ましいものである。この要件は、比較的短いロッド112と共に使用するシリンダ位置センサシステム200に適合するために比較的容易であることができるが、より長いロッド112と共に使用されるシリンダ位置センサシステム200に関してはより困難である可能性がある。たとえば、シリンダ位置センサシステム200は、1mmの分解能を維持するために、2メートルの長さ(2000mm)であるロッド112に関して1つを2000の部分にする分解能を示すことが求められる可能性がある。より高い分解能センサ要素920(ホールセンサなどの)が利用可能であるが、多くのセンサ要素は2メートルのロッドに関して分解能が十分に高くない可能性がある。例示の目的のみのために、一般的なホールセンサ920が10ビットの分解能(1024のうちの1つ)をもたらすことができる。
【００２１】
シリンダ位置センサシステム200がより高い分解能を有することが望ましい用途に関しては、シリンダ位置センサシステム200は2つ以上のセンサ920-1、920-2、…920-nを備えることができ、各センサ要素920-1、920-2、…920-nは、ロッド112の長さの部分を測定し、次いで次のセンサ要素920-1、920-2、…920-nがとって代わる。これらのセンサ要素920-1、920-2、…920-nは異なる利得で動作できる。
【００２２】
任意のシリンダ位置センサシステムに伴う可能性のある問題の1つに、カウマグネットによって生成されるような外部の磁界の効果に対する感受性がある。カウマグネットは、農産業において使用され、牛に飲み込ませて牛の第一胃に配置される。カウマグネットは釘などの鋭い物体を収集し、牛の内臓が傷つくのを防止する。このため、農業従事者はしばしば、農地でポケットの中にカウマグネットを携帯している。カウマグネットがシリンダ位置センサシステムのロッド112と接触するようになると、カウマグネットは感知された磁界を歪ませ、正確な位置感知を乱す可能性がある。
【００２３】
シリンダ位置センサシステム200において、カウマグネットが(端部206aおよび206bに取り付けられた磁石202aおよび202bを有する)ロッド112と接触するようになると、またはロッドが外部の磁界に配置された場合、カウマグネットまたは外部磁界が除去された後に残留磁界がある可能性がある。この残留磁界は、位置情報を歪ませる可能性がある。これに対処するため、図4に示されるような脱磁コイル402をセンサ要素ハウジング404内またはロッド112の周囲に組み込むことができる。脱磁コイル402には、感知センサ920-1、920-2が位置情報を登録する前に、ロッド112を脱磁する固定されたサイン周波数でエネルギーを与えることができる。位置センサ電子回路は、いかなるAC成分も除外することができ、したがって永久磁石202aおよび202bによる磁界のDC部分のみを読み取ることができる。ほとんどの液圧シリンダは、(必ずしも必要でないが)磁力センサにとって望ましい強磁性体材料から作製される。あるいは、図24に関連して下記に説明されるように、ロッドが動くとき、およびセンサが供給源の永久磁石から主要な磁界をとりあげる前に、永久磁石が残留磁界を除去または低減するための消磁器として使用できる。
【００２４】
シリンダ位置センサシステムに伴う可能性のある別の問題として、ロッド112が動作中にシリンダに起こる負荷のために曲がる可能性がある。ロッド112が曲がると、センサ要素920とロッド112の間の空隙/間隔が変わる可能性があり、それによりセンサ要素920の出力が変わる可能性がある。これに対処するために、複数のセンサ要素920(たとえばロッド112の周縁部の周りに、たとえばほぼ180度離れて実質的に等しく間隔を置いて配置された複数のセンサ要素920)が、ロッド112の曲げによる影響を実質的に打ち消すために使用できる。1つのセンサ要素920-1が曲げのためにロッド112に近づくと、(たとえば第1のセンサ要素920-1に対して180度のところにある)別のセンサ要素920-2がロッド112からより離れる。これらのセンサ要素920の出力は(たとえば差動接続などによって)加算することができ、それによって、曲げの誤差またはシリンダに入る可能性のある任意の一定の外部の磁界を実質的に打ち消すことができる。
【００２５】
さらに、またはその代わりに、ロッド112の曲げの影響はセンサ要素920を「浮動させる」ことによって対処できる。たとえば図5および6に示されるように、センサハウジング404がロッド112に連結でき、ロッド112と共に径方向に移動できる。1つまたは複数のセンサ要素920がセンサハウジング404に接続できる。センサハウジング404は、複数のリブ604(たとえば3つ以上のリブ604)を有する内側側面602を備えることができ、それはロッド112の外側表面に接触し、センサ要素920とロッド112の間の間隔/距離を実質的に維持/固定する。ロッド112が曲がると、センサハウジング404はロッド112と共に移動でき、センサ要素920とロッド112の間の有効な間隙/間隔を実質的に一定に保つことができる。
【００２６】
センサ要素920によって感知される磁界を生成するために使用される永久磁石の位置は、用途に応じて変更できる。たとえば、いくつかの複動式シリンダが、磁石をシリンダの中心に調整できる。たとえば図7に示されるように、永久磁石700a、700bは磁路をさらに閉じ、同時に永久磁石700a、700bを加えることによってロッド112の延出量を最小限に抑えるために、ロッド112の内側に埋め込むことができる。たとえば、ロッド112は、そこから全体的に径方向外側に延出するショルダまたは段領域702を備えることができる。1つまたは複数の磁石700a、700b(たとえばそれに限定されるわけではないがリング磁石)が、ショルダ702の各側/面704aおよび704bに配置できる。
【００２７】
さらに別の実施形態によれば、永久磁石の代わりに、またはそれに加えて、ロッドは外部の磁界に対してより安定した出力を形成するために、シャフトに硬磁性の磁性被覆を備えることができる。鋼は薄いメッキ材料の下でその大きな質量によりほとんどの磁石の機能を行うので、硬磁性被覆は外部の磁界の存在下では機能しない可能性があり、外部の磁界(たとえばカウマグネットなど)はメッキの下で鋼を磁化し、センサ出力を変える可能性がある。さらに、メッキ材料それ自体は、その飽和保磁力(Hc)より大きな磁界の存在の下で脱磁できる。
【００２８】
1つの実施形態によれば、本開示はセンサが作動している間にロッドを脱磁することによってこれらの問題に対処することができる。反磁界(demagnetizing field)は、鋼を脱磁するのに十分強力なものであるが、メッキ材料を脱磁しないように十分に弱いものであることができる。したがって、鋼が磁化される問題は、メッキが(たとえば、上記に論じられた脱磁コイルまたは永久的な消磁器を使用して)ロッドの脱磁と組み合わせて(磁気的な表現で)十分に硬質の磁性メッキを有するように選択される場合に解決できる。
【００２９】
一般に多くの用途では高分解能が望ましい可能性があるが、高分解能はシリンダの長手方向に沿った一定の移動領域においてのみ必要である可能性がある。したがって、本明細書に記載されたシリンダ位置センサシステムの実施形態のうちの任意のものは、1つまたは複数の位置感知の分解能(position sensing resolution)が高い領域と、1つまたは複数の分解能が低い領域とを有することができる。たとえば図8は、本開示と整合する例示のシリンダ位置センサ用のセンサ出力に対するロッド行程のグラフ804である。グラフ804は、位置感知の分解能の低い領域802と比べて比較的高い傾斜を有する、位置感知の分解能の高い第1の領域800aおよび第2の領域800bを示す。低分解能が望ましい場所と比べて高分解能が望ましいロッドの部分に隣接してより多くのセンサ要素を配置することによって、上記に論じたような高い位置感知の分解能が達成できる。
【００３０】
したがって、本開示と整合するシリンダ位置センサは、ロッド位置を示すために1つまたは複数のセンサ要素から実質的に直線的な出力を定める磁界を生成するためのシリンダロッドに取り付けられた1つまたは複数の磁石を備えることができる。径方向、軸方向、および/または接線方向の磁界成分がセンサ要素によって感知され、ロッドの位置を認識する。脱磁パルスおよび/または永久磁石を使用して、ロッドを磁気的に磨き、任意の残留磁界を除去できる。
【００３１】
図9は、本開示と整合するシリンダ位置センサの別の実施形態を示す。図9に示される例示の実施形態は、本開示と整合するセンサ構成を備える液圧シリンダの部分を示す。ここでも同様に、当分野の技術者は、液圧シリンダが説明を容易にするために簡略化された形で示されていることを理解するであろう。
【００３２】
図9および10の実施形態では、磁石906、908がピストン114に形成されたポケット内に設けられる。磁石906および908は半円形であり、ロッド112の周縁部の一部分の周りに配置されるピストンにおける対応する半円形のポケット内に配置される。しかし、任意の数の磁石が使用できることを理解されたい。たとえば、複数のより小さな磁石をピストンの周縁部の全体または一部分の周りに配置でき、または単一の円形の磁石が使用できる。磁石は、用途においてのセンサを通して感知可能な磁束を定めるのに十分な任意の磁性材料から成ることができる。1つの実施形態では、磁石はネオジウム磁石であることができる。従来から焼結磁石が使用できる。
【００３３】
磁石は、径方向、真っ直ぐ、または軸方向に磁化できる。たとえば図11Aおよび11Bにおいての矢印は、磁石906および908の径方向および真っ直ぐの磁化を示す。図11Cは、磁石906および908の正面図であり、図11Dの断面図においての矢印は、図11Cにおいての磁石の軸方向の磁化を示す。図11Bに示されるような真っ直ぐな磁化は、従来の焼結磁石を有してより単純であることができる。磁束を感知する1つまたは複数のセンサ920、たとえばフラックスゲートセンサが、たとえばシリンダロッドガイド116内の関連するスロット内の、またはロッドの周りに連結された、個別のセンサハウジング内のシリンダの端部に隣接して配置されうる。
【００３４】
たとえば図20に図示されるように、磁石906および908からの磁束は、ピストンロッド112、ロッドガイド116(またはセンサを収容するその他の要素)、バレル110を通り、ピストン114を通って磁石に戻る閉ループ経路を有することができる。センサ920は、磁束の少なくとも一部分を感知するために磁路の内側または磁路に隣接して配置され、それを通過する磁束のレベルを示す出力を提供することができる。ピストンおよびロッドがセンサ920に近づいて移動すると、センサ出力がたとえば直線的な様式で増加する可能性があり、ピストンおよびロッドがセンサから離れると、センサ出力はたとえば直線的な様式で減少する可能性がある。したがってセンサ出力は、シリンダバレルに対するピストンおよびロッドの位置の表示を提供する。本明細書に示される例示の実施形態では、例示を容易にするために、複数のセンサおよびセンサハウジング、またはロッドガイドを除外することができる。
【００３５】
直接的にまたは間接的に、任意の位置に、かつ様々な構成で、磁石がピストンまたはロッドに連結できる。図12〜18は例示の代替の磁石構成を示す。図12〜13は、ピストン114に配置され、ロッド112と直接的に接触する複数の磁石908aを示す。図14〜15は、ピストン114の外部表面に隣接して配置された単一のリング磁石908bを示す。
【００３６】
図16〜18は、ロッドに組み込むことができる1つまたは複数の磁石908cを示す。図16および18に示されるように、1つまたは複数のロッド磁石1602、1604が同様に、またはその代わりに、たとえばシリンダの端部およびセンサ位置を越えて、ピストンの反対側の端部に隣接してロッド112に配置できる。図16の実施形態では、磁石は、図18で矢印によって示されるように、ロッド112の軸に平行な方向に磁化される。図19に示される様に、ロッド磁石1602、1604は磁石ホルダ1902を使用するロッドに連結できる。磁石ホルダは、鋼または非鉄材料から構築できる。図21および22〜23はさらなる磁石装着位置を示す。図21に示されるように、1つまたは複数の磁石908dが、ロッド112のボア2100内に装着できる。図22〜23に示されるように、1つまたは複数の磁石908eがピストン114をロッド112に連結するためにナット2202に装着できる。
【００３７】
図24〜25は、シリンダバレル110の端部に隣接して配置された1つまたは複数の消磁器2402を備える、本開示と整合するセンサシステムの1つの例示の実施形態を示す。図示されるように、複数の永久磁石2402が、消磁器ホルダ2404によってロッド112の周縁部の周りの定位置に保持できる。消磁器2402は、ロッドが移動するとき、およびセンサが供給源の永久磁石から主要の磁界をとりあげる前に、残留磁界を移動することができる。消磁器は、センサから離れる方向に磁化され、たとえばロッドに、またはそれに隣接して配置されたカウマグネットまたはその他の永久磁石から生じる外部の磁界に対するバイアスを与えることができる。
【００３８】
ロッド位置を決定するための感知可能な磁界を定める永久磁石を追加の位置または代替の位置に設けることができる。たとえば図26に示されるように、本開示と整合するシリンダ位置センサが、固定磁石2602を使用して動作できる。図示された例示の実施形態では、固定磁石がバレル110の端部から軸方向に延出するシールド延出部2604に配置され、矢印2606によって示される磁束を提供する。固定磁石2602からの磁束が感知されてシリンダ位置を決定でき、外部の磁界に対してバイアスも与えることができる。
【００３９】
たとえば図28〜29に示される様に、本開示と整合するシリンダ位置センサ内の永久磁石908fがたとえばロッドが回転しない実施形態においてコストを削減するために、ロッド112の周縁部の一部分のみの周りに配置できる。また図30は、複動式のロッド構成のためにたとえばロッド112の中央の位置において、ピストン114aに連結された磁石3002を備える配置を示す。
【００４０】
図31〜33に示されるように、1つまたは複数のロッド磁石3102、3104も同様に、またはその代わりにピストンの反対側の端部に隣接し、ロッドガイドの端部を越えてロッド112に配置でき、そのロッドガイドは磁石908cからの磁界を感知する1つまたは複数のセンサ要素920を受けるボア3106を備えることができる。図31の実施形態では、磁石3102、3104は、図33で矢印によって示されるように、ロッド112の軸に平行な方向に磁化される。図34は、ロッド112の周りでコイルホルダ3404に配置されたコイル3402を備える例示の実施形態を示す。コイルを通って提供されるAC電流は、ロッド112の残留磁化を除去または低減するために使用できる。
【００４１】
図35〜38は、たとえばロッド112に隣接してフラックスゲートセンサ等の1つまたは複数のセンサ920を配置するための例示の実施形態を示す。図示されるように、センサ920は、たとえばロッドガイド116内のスロット、または別々のセンサハウジングで、1つまたは複数の印刷回路板(PCB)3502上に配置できる。センサ要素920は、共通の磁界を打ち消し、磁石からの磁束によって発生する信号を向上させる差動構成で接続できる。図35〜36は、ロッド112に垂直に向けられた単一のPCBに配置された複数のセンサ920を示す。図35〜36のセンサは、ロッドの幅の少なくとも一部分を横切り、ロッド112の軸に全体的に垂直に延出するようにPCBに配置される。図37〜28は、ロッドに垂直に向けられた別々のPCBに配置され、互いにロッドの周縁部の周りに180度になって配置されたセンサ920を示す。図35〜36のセンサは、ロッド112に対して全体的に径方向に延出するためにPCBに配置される。その他のセンサおよびPCBの構成が、所望のセンサ出力に応じて使用できる。
【００４２】
図39は、ブロック図の形で、本開示と整合するシステムで有用なロッドの位置を示す出力を提供する複数のセンサ920と関連する例示の電子回路を示す。図示された例示の実施形態は、マスタ磁気計3902、制御された磁気計3904、およびプロセッサ3906を備える。制御された磁気計3904は、自動利得制御構成で、たとえばプロセッサからの制御信号がダイナミックレンジおよびオフセットを設定するのに応答して、たとえばフラックスゲートコイルなどのセンサを駆動するように構成できる。この構成は、定められたシリンダ位置の範囲内でセンサ出力を直線化するように出力配分を行うために使用できる。たとえば図40は、定められたシリンダ位置の範囲内でのセンサ出力の直線化を示す、マスタ磁気計3902および制御された磁気計3904の出力に対するシリンダ位置の例示のグラフを含む。
【００４３】
図41〜67は、本開示と整合するシリンダ位置センサの別の実施形態を示す。一般に図41〜67に示される実施形態は、たとえばピストン114に連結された1つまたは複数の永久磁石から出る磁界を感知するバレル110に沿って配置された、たとえばフラックスゲートセンサなどの1つまたは複数のセンサを組み込む。
【００４４】
たとえば、図41〜42は、本開示と整合する例を示し、ポケット4102がバレルに対して接線方向に向けられ、すなわちバレルの軸(動作の軸)に垂直に、かつバレルの表面上のバレル幅にわたって延出する、センサ要素920を受けるバレルの外部表面にポケット4102が形成される。図示された例示の実施形態は、その中に単一のセンサ要素を有する単一のポケット4102を示すが、任意の数のポケットおよびセンサ要素を設けることができることを理解されたい。また、複数のセンサ要素を単一のポケット内に設けることができ、かつ/またはセンサ要素がたとえば接線方向、軸方向、斜角で接線方向などの任意の向きに設けることができる。任意の実施形態において、センサ要素を通る磁束が、センサ要素920を通して磁束を送るために、ポケット4102のいずれかの側に強磁性磁束凝縮器を設けることによって増加できる。
【００４５】
図43は、別の例示の実施形態を示し、センサ要素920-1、920-2、920-3、920-4のアレイがバレルの外側の長手方向に沿って配置される。ここでも同様に、任意の数のセンサ要素920が、任意の向き、または向きの組み合わせで使用できる。また、図示された実施形態でのセンサ要素がバレルの長手方向に沿って互いに全体的に等しく間隔を置いて配置されて示される。しかしセンサ要素は、不均等に間隔を置いて配置される可能性がある。たとえば、センサ要素は高分解能が関心をもたれるバレルの領域に互いに比較的密接して間隔を置いて配置でき、低分解能が受け入れ可能または望ましい領域にさらに間隔を置いて配置される。
【００４６】
図43は別の例示の実施形態を示し、第1のセンサ要素920-1および第2のセンサ要素920-2が、たとえば互いに180度離れて、バレルの周縁部の周りに配置される。本明細書の任意の実施形態においてのように、センサ要素の出力は、外部の磁界を打ち消すように差動接続できる。また、任意の数のセンサ要素を任意の向きで設けることができる。また、一群の円周方向のセンサ要素を、バレルの長手方向に沿って延出するアレイに設けることができる。
【００４７】
センサ要素がバレル110の外側表面に配置される場合、それらは周囲条件から生じる損傷を受ける可能性がある。また、外部磁界がセンサ出力に寄与する可能性があり、それによって位置感知が乱される。センサ要素を保護するために、シールドがセンサ要素の上に設けられる。たとえば図45は、たとえば図43に示されるようなシールドの下のバレルに配置されたセンサ要素を保護するために、バレル110の外側表面に固定された細長いシールド4502を示す。シールドは、用途において使用されるセンサ要素を保護するために必要な任意の形状または構成をとることができる。有利なことに、シールドは機械的な保護を提供することができ、外部の磁界からのセンサ要素を少なくとも部分的に遮蔽することもできる。
【００４８】
本明細書に説明するように、磁石をピストン、ロッド、またはナットに連結すると、たとえばピストン、ロッド、およびシリンダを通して磁石からの磁束に関する閉ループの磁路が定められる。この閉ループ経路の中またはそれに隣接した任意の位置に配置されたセンサは、シリンダ/ロッド位置を決定するために、磁石からの磁束を感知するために使用できる。したがって、磁石をピストンまたはロッドに連結するための、本明細書に説明される構成のうちの任意のものは、バレルに配置されるセンサ要素と共に使用できる。
【００４９】
図46〜47は例示の実施形態を示し、複数の個別の磁石908aが、ピストン114の周縁部の周りで、その中に形成されたポケット内に配置される。磁石は、ピストン114の端部に固定されたシールド4602によって覆われる。ピストンの周縁部の周りに磁石を設けることにより、ピストンロッドが自由に回転することが求められる場合に、シリンダの構成で適切な位置センサの出力を維持するのに有用であることができる。
【００５０】
図48〜51は、本開示と整合する例示の実施形態を示し、磁石がピストンの周縁部の周りに部分的にのみ配置される。図示された実施形態では、弓形のポケット4802が磁石アセンブリ4804を受けるピストン114に形成される。図示された例示の実施形態では、磁石アセンブリが3つの個別の磁石層4806、4808、4810を備える。たとえば図示されるように、層4608に対して図51では、図示された例示の実施形態での各層が、3つの磁石908aそれぞれの6つのスタック4812、4814、4816、4818、4820、および4822を備える。
【００５１】
磁石層は第1の弓状プレート4824と第2の弓状プレート4826の間に配置でき、磁石アセンブリは弓状のポケット4802に嵌入できる。アセンブリ4804は、ピストンの外側表面での対応する溝に嵌入するリング4828を保持することによってピストンに連結できる。図示された実施形態は磁石の特定の数および配置を示すが、任意の数の磁石が任意の数のスタックで使用できることを理解すべきである。
【００５２】
図52および53は、それぞれ図48〜51に示されるような永久磁石を含むバレルおよびピストンに配置されたセンサ要素を使用する、本開示と整合するシミュレーションされたシリンダ位置センサシステム用の径方向のガウス5200および軸方向のガウス5300に対するロッド位置(行程)のグラフを含む。グラフは、センサ要素と磁石の間の異なる空隙について示される。図示されるように、センサ要素は、シリンダロッド、したがってそれに連結された任意の可動要素の位置を決定するために使用できる出力を提供する。
【００５３】
ロッド位置を示すための感知可能な磁界を発生させるために、永久磁石をピストン114に連結するその他の構成が可能である。たとえば、図54〜55は第1の弓状プレート4824と第2の弓状プレート4826の間に配置された単一の弓状磁石908を含む磁石アセンブリ4804aを示す。アセンブリは、ピストン内のポケット4802に嵌入され、リング4828をピストンの外側表面での対応する溝に嵌入して保持することによってそこに固定できる。図56〜57はさらなる実施形態を示し、リング磁石908g、908hがピストンの外側表面の周りに配置される。図58〜59は別の実施形態を示し、リング磁石908gがピストン114をロッド112に固定するナット5802を使用してピストンを固定できる。
【００５４】
図60は、1つまたは複数の永久磁石がピストンに連結された実施形態でのバレル110の外側表面に配置されたフラックスゲートセンサ要素920-1、920-2、…920-Nからシリンダ位置情報を得るために有用な例示の電子回路を示す。図示された例示の実施形態は、フラックスゲートセンサ要素に接続されたフラックスゲート磁気計6002、および信号処理ユニット6004を備える。磁気計6002は、各フラックスゲートを監視し、信号処理ユニットへのフラックスゲートに与えられた磁束を表す、個別の関連するアナログ出力を提供する。信号処理ユニットは、磁気計からの出力のうちの特定の1つを選択するように構成できる。
【００５５】
各出力は、ロッド行程の少なくとも一部分にわたって実質的にサイン波であることができる。たとえば図61は、センサ要素920-1、920-2、…920-Nのうちの1つの出力と関係する磁気計の出力6104と比較して純粋なサイン波信号6102を示す。図示されるように、センサ要素はロッド行程(延出)の部分の間にわたってほぼサイン波の信号を提供する。信号処理ユニット6004は、磁気計の出力を受けることができ、選択されたセンサ要素に関するサイン/コサインのフラックスゲート出力のアークタンジェントを計算し、たとえば図62に示されるように、実質的に直線の電圧に対する行程(ロッド位置)の特性6202を提供することができる。信号処理ユニットの実質的に直線の出力特性は、個別の電圧レベルがその行程/延出においてロッドのそれぞれの位置と関連付けられるので、ロッド位置を決定するために使用できる。
【００５６】
センサ電子回路に関する様々な構成が可能である。一般に電子回路は、1つまたは複数の以下の態様を組み込むことができる。
接線方向磁界に関する差動測定が、薄いパッケージをもたらす。
接線方向/径方向、または純粋に径方向のセンサ要素構成により、差動測定が共通の磁界を打ち消し、根底にある信号を向上させることが可能になる。
複数のセンサ要素が、分解能および心振れ、曲げに関する修正をもたらすのに使用できる。たとえば3つまたは4つのセンサ要素をロッドの周りに設けて、同じ組の集中した電子回路によって信号を平均することができる。
異常な磁界に関して分析する。
フラックスゲートコイルセンサ要素は、その抵抗が温度と共に変化するので温度感知に使用できる。
センサ出力の出力分割および直線化が、たとえば自動利得制御構成で駆動することによって達成できる。
システムは、入力電圧として5Vの代わりに12Vを使用し、ダイナミックレンジを増加させ、分解能を向上させることができる。
システムは、シリンダ鋼の構造に集められた地球の磁界を分離するために、差動測定を使用することができる。
軸方向および接線方向の磁界出力は、サイン波出力を得るために結合することができる。
システムは磁石の時効をなくすためにサイン/コサイン、およびアークタンジェントのアルゴリズムを使用することができる。
【００５７】
センサ要素からのサイン波出力を得ることは、直線の出力を得るためにサイン/コサインのアークタンジェントを計算するのに有用であることができる。図63に注目すると、センサ要素920をバレル110に対して接線方向に、かつバレルの軸に対して斜角θで向けることにより、センサ要素がバレルの軸に対して垂直に配置された接線方向のセンサ要素の構成と比べてサイン波出力が向上することが分かった。1つの実施形態では、センサ要素920は差動対として接続でき、角度θは45度であることができる。1つの実施形態では、差動接続されたセンサ要素は約25mmでバレルの軸の長手方向に沿って間隔を置いて配置できる。
【００５８】
図64〜67は、45度の角度θでセンサ要素の1つの差動対を含む、図63と整合する構成の性能を示す。図64は、純粋なサイン波信号のグラフ6404と共に、センサ要素出力に対するロッド位置/行程のグラフ6402を含む。図示されるように、45度の角度θでセンサ要素の差動対に関連付けられる出力は、ロッド位置の広い範囲にわたって実質的にサイン波である。図65は、サイン/コサインのアークタンジェント6506のグラフと共に、45度の角度θでセンサ要素の差動対から得られたサイン出力6502およびコサイン出力6504のグラフを含む。図示されるように、アークタンジェントはロッド位置の範囲にわたって実質的に直線である。図66は、渦電流の影響を示す異なるロッド行程速度に関連する、センサ要素出力対するロッド位置/行程のグラフ6600を含み、図67は、渦電流の影響を修正するのに有用な強力な感知された信号を示す位置に対する感知された磁界の微分係数のグラフ6700を含む。
【００５９】
バレル110の外側に設けられたセンサを含むシステムは、単一のセンサ、または2つ以上のセンサを含むセンサのアレイと共に使用できる。バレルの長手方向に沿って配置されたセンサのアレイは、単一の点の測定と比べてより多くの位置情報を提供できる。また、フラックスゲートセンサが使用される場合、センサアレイが集中された電子回路と共に使用できる。地球の磁界は、差動測定およびバレルシグナチャ(barrel signature)を使用して管理できる。構成は、任意の長さのシリンダに縮尺を変えることもでき、シリンダの特定の領域のみを感知するためにセンサの適切な配置によって変更することができる。センサを適切な間隔で配置することによって、ピストン移動による可変の分解能に対応することもできる。また、ピストンの移動から生じる、センサによって感知された回転磁界により、磁石における温度および時効変化を打ち消すためのサイン/コサインのアルゴリズムの使用が可能になり、磁石が異なる温度になり、コストをより下げることが可能になる(周囲が低温の間に予熱する作動液により磁石温度が変わる可能性がある)。
【００６０】
さらに、そのようなシステムは、シリンダ構造、材料、または組立て方法に依存しないことができ、風袋長さ(tare length)を最小にする、たとえば風袋長さの変化が全くないことが可能になる。移動による追加の情報は、さらなる診断を可能にすることができ、システムを磁気的な「隆起」に影響を受けにくくすることが可能である。各ストロークは、どのようなカウマグネットの問題も克服する消磁機能を提供することができ、適切な空隙の管理により、鋼または非鉄ピストンを使用することが可能である。また、センサから出るコネクタを保護するためにシールドを使用することができ、コネクタは、ワイヤの引き回し、およびワイヤへの損傷の可能性を最小限に抑え、「千鳥配置」の変更機能に関するさらなるコイルを有する必要が全くなく、液圧の進入を全くなくすことができるようにシリンダの端部から出ることができる。
【００６１】
したがって本開示の1つの態様によれば、ピストンロッド、シリンダバレル、およびピストンを通って延出する磁路内の磁束を提供する少なくとも1つの磁石と、少なくとも1つのセンサ要素とを備え、センサ要素が磁束に応答して出力を提供するように構成され、出力がシリンダバレルに対するピストンの位置と共に変化する、シリンダ位置センサが提供される。
【００６２】
本開示の別の態様によれば、シリンダバレルと、シリンダバレルに対する往復動作のためにシリンダバレル内に配置されたピストンと、ピストンに連結されたピストンロッドであって、シリンダの往復動作によってバレルに対して軸方向に移動するように構成されたピストンロッドと、ピストンロッドに連結された少なくとも1つの磁石と、少なくとも1つのセンサ要素であって、少なくとも1つの磁石からの磁束に応答して出力を提供するように構成され、出力がシリンダバレルに対するロッドの位置と共に変化するセンサ要素とを備えるシリンダシステムが提供される。
【００６３】
本開示の別の態様によれば、シリンダバレルと、シリンダバレルに対する往復動作のためにシリンダバレル内に配置されたピストンと、ピストンに連結されたピストンロッドであって、シリンダの往復動作によってバレルに対して軸方向に移動するように構成されたピストンロッドと、ピストンロッドに連結された少なくとも1つの磁石と、少なくとも1つのセンサ要素であって、少なくとも1つの磁石からの磁束に応答して出力を提供するように構成され、出力がシリンダバレルに対するロッドの位置と共に変化するセンサ要素とを備えるシリンダシステムが提供される。
【００６４】
本明細書に説明された実施形態は、本発明を利用する多くのもののうちのいくつかであり、例として本明細書に規定するものであり、限定するものとして規定するものではない。本明細書に説明された任意の実施形態の特徴または態様は、本開示と整合するシステムを提供するために、本明細書に説明された任意のその他の実施形態の任意のその他の特徴または態様と結び付けることができる。本発明の趣旨および範囲から実質的に離れることなく、当業者には容易に明らかになる多くのその他の実施形態をなすことができることが明らかである。
【符号の説明】
【００６５】
２４  ロッド
１０２  シリンダ
１０４  可動要素
１０６  位置センサ
１０８  制御システム
１１０  シリンダバレル
１１０  バレル
１１２  ロッド
１１４  ピストン
１１４ａ  ピストン
１１６  シリンダロッドガイド
１１８ａ  チャンバ
１１８ｂ  チャンバ
２００  シリンダ位置センサシステム
２０２  永久磁石
２０２ａ  永久磁石
２０２ｂ  永久磁石
２０２ａ  磁石
２０２ｂ  磁石
２０６ａ  端部領域
２０６ｂ  端部領域
３０２  直線状の範囲
３０４ａ  非直線状領域
３０４ｂ  非直線状領域
４０２  脱磁コイル
４０４  センサ要素ハウジング
６０２  内側側面
６０４  リブ
７００ａ  永久磁石
７００ｂ  永久磁石
７０２  ショルダ
７０４ａ  ショルダの各側／面
７０４ｂ  ショルダの各側／面
８００ａ  第１の領域
８００ｂ  第２の領域
８０２  位置感知分解能の低い領域
８０４  ロッド行程のグラフ
９０６  磁石
９０８  磁石
９０８ａ  磁石
９０８ｂ  リング磁石
９０８ｃ  磁石
９０８ｄ  磁石
９０８ｅ  磁石
９０８ｆ  永久磁石
９０８ｇ  リング磁石
９０８ｈ  リング磁石
９２０  センサ要素
９２０−１  センサ要素
９２０−２  センサ要素
９２０−３  センサ要素
９２０−４  センサ要素
９２０−ｎ  センサ要素
１６０２  ロッド磁石
１６０４  ロッド磁石
１９０２  磁石ホルダ
２１００  ボア
２２０２  ナット
２４０２  消磁器
２６０２  固定磁石
２６０４  シールド延出部
２６０６  矢印
３００２  磁石
３１０２  ロッド磁石
３１０４  ロッド磁石
３１０６  ボア
３４０２  コイル
３４０４  コイルホルダ
３５０２  印刷回路板（ＰＣＢ）
３９０２  マスタ磁気計
３９０４  制御された磁気計
３９０６  プロセッサ
４１０２  ポケット
４５０２  細長いシールド
４６０２  シールド
４８０２  弓形のポケット
４８０４  磁石アセンブリ
４８０４ａ  磁石アセンブリ
４８０６  磁石層
４８０８  磁石層
４８１０  磁石層
４８１２  スタック
４８１４  スタック
４８１６  スタック
４８１８  スタック
４８２０  スタック
４８２２  スタック
４８２４  第１の弓状プレート
４８２６  第２の弓状プレート
４８２８  リング
５８０２  ナット
６００２  フラックスゲート磁気計
６００４  信号処理ユニット
６１０２  サイン波信号
６１０４  磁気計の出力
６２０２  特性
６４０２  ロッド位置／行程のグラフ
６４０４  サイン波信号のグラフ
６５０２  サイン出力
６５０４  コサイン出力
６５０６  アークタンジェント
６６００  グラフ
６７００  グラフ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【国際調査報告】
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