(57)【要約】磁界センサ装置は、磁界（332, 334）を生成する発信手段（106, 108）と、磁界（332, 334）を検出する検出手段とを備える。発信手段（106, 108）及び検出手段は相対移動するよう配置されている。検出手段は、磁界（332, 334）に依存する第１センサ信号を生成する第１センサ（110）と、磁界（332, 334）に依存する第２センサ信号を生成する第２センサ（112）とを備える。第１センサ（110）及び第２センサ（112）は、少なくとも１つの磁石の長手方向軸の延長上に存在する検出領域において、互いに隣接して配置されている。
2015511018.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁界（332, 334）を生成するための少なくとも１つの磁石（106, 108; 406）を備えた発信手段と、前記磁界（332, 334）を検出するための検出手段とを備えた磁界センサ装置であって、前記発信手段（106, 108）及び検出手段は相対移動するよう配置され、前記検出手段は、前記磁界（332, 334）に依存する第１センサ信号を生成するための第１センサ（110）と、前記磁界（332, 334）に依存する第２センサ信号を生成するための第２センサ（112）を備えた磁界センサ装置において、前記第１センサ（110）及び第２センサ（112）は、少なくとも１つの磁石の長手方向軸の延長上に存在する検出領域において、互いに隣接して配置されていることを特徴とする磁界センサ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の磁界センサ装置であって、該磁界センサ装置は評価手段（114）を備え、該評価手段（114）は、前記第１センサ信号と第２センサ信号を互いに組み合わせ、前記磁界（332, 334）に重ね合わされた磁気的干渉（336）及び／又は前記磁界（332, 334）のパラメータ及び／又は前記発信手段（106, 108）と検出手段との間の相対位置を決定するよう構成されていることを特徴とする磁界センサ装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の磁界センサ装置であって、前記第１センサ（110）及び第２センサ（112）は、前記磁界センサ装置の作動時に、前記第１センサ（110）を貫通する磁界（332）が、前記第２センサ（112）を貫通する磁界（334）とは異なる磁界を成立させるよう配置されていることを特徴とする磁界センサ装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載の磁界センサ装置であって、前記発信手段は、第１磁界（332）及び第２磁界（334）を生成するために構成され、前記第１磁界（332）及び第２磁界（334）は反対方向へと互いに調整され、前記第１センサ（110）は、前記第１磁界（332）に依存して前記第１センサ信号を生成するために構成可能であり、前記第２センサ（112）は前記第２磁界（334）に依存して前記第２センサ信号を生成するために構成可能であり、前記第１センサ（110）のセンサ方向は前記第２センサ（112）のセンサ方向と一致していることを特徴とする磁界センサ装置。
【請求項５】
請求項４に記載の磁界センサ装置であって、前記発信手段は、前記第１磁界（332）を生成するための第１磁石（106）と、該第１磁石（106）に隣接して配置された、前記第２磁界（334）を生成するための第２磁石（108）とを備えていることを特徴とする磁界センサ装置。
【請求項６】
請求項４に記載の磁界センサ装置であって、少なくとも１つの磁石が、前記第１磁界（332）を生成するための磁界のＮ極及び前記第２磁界（334）を生成するための磁界のＳ極を備え、前記第１磁界（332）及び第２磁界（334）は、前記磁石（106）の、前記磁界のＮ極とＳ極との間を走る磁界の領域であることを特徴とする磁界センサ装置。
【請求項７】
請求項３〜６の何れか一項に記載の磁界センサ装置であって、前記第１磁界（332）及び第２磁界（334）は量的に同一の大きさであることを特徴とする磁界センサ装置。
【請求項８】
請求項３〜７の何れか一項に記載の磁界センサ装置であって、前記第１センサ（106）及び第２センサ（108）は、センサ面上において互いに隣接して配置されていることを特徴とする磁界センサ装置。
【請求項９】
請求項１〜３の何れか一項に記載の磁界センサ装置であって、前記第１センサ（106）のセンサ方向は前記第２センサ（108）のセンサ方向の反対方向であり、前記磁界センサ装置の作動時に、前記磁界の磁力線が前記第１センサ（110）及び第２センサ（112）を貫通していることを特徴とする磁界センサ装置。
【請求項１０】
車両用作動装置であって、
相対移動するよう配置された第１部品（102）及び第２部品（104）と、
請求項１〜９の何れか一項に記載の磁界センサ装置であって、前記発信手段（106, 108）は前記第１部品（102）に、前記検出手段（110, 112）は前記第２部品（104）に配置された磁界センサ装置と
を備えていることを特徴とする車両用作動装置。
【請求項１１】
相対移動するように配置された第１部品（102）と第２部品（104）との間の相対位置を決定するための方法であって、
前記第１部品（102）に配置された、磁界を生成するための少なくとも１つの磁石（106, 108; 406）を備える発信手段により磁界（332, 334）を生成するステップと、
前記第２部品（104）に配置された、前記磁界（332, 334）を検出するための検出手段により前記磁界（332, 334）を検出するステップと
を含み、
前記検出手段は、前記磁界（332, 334）に依存する第１センサ信号を生成するための第１センサ（110）及び前記磁界（332, 334）に依存する第２センサ信号を生成するための第２センサ（112）を備え、前記第１センサ（110）及び第２センサ（112）を、少なくとも１つの磁石の長手方向軸の延長上に存在する検出領域において、互いに隣接して配置するものとし、更に、
前記第１部品（102）と第２部品（104）との間の相対位置を決定するために、前記第１センサ信号を前記第２センサ信号と組み合わせるステップとを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁界センサ装置及び車両用作動装置に関し、更には、例えば車両のギヤセレクトレバーと関連して使用可能な第１部品及び第２部品の間の相対位置を決定するための方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
２つの部品間の相対位置を検出するためには、磁界センサ装置が使用可能である。この場合、磁界を生成する発信ユニットを両部品のうちの第１部品上に、磁界を評価するセンサユニットを第２部品上に配置する。
【０００３】
欧州特許出願公開第1 777 501号明細書は、冗長感磁式センサ素子により、非接触的に位置決定するための位置センサ配置を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】欧州特許出願公開第1 777 501号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の開示を背景として本発明は、主請求項に従い、磁界センサ装置、車両用作動装置及び第１部品と第２部品との間の相対位置を決定するための方法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】
【０００６】
好適な実施形態は，従属請求項及び以下の記述より明らかとなる。
【０００７】
位置検知に使用可能な磁界センサ装置においては、発信手段により磁界が生成され、発信手段に対して移動するよう配置された検出手段により磁界が検出される。発信手段及び検出手段は相対移動するため、検出手段により検出される磁界も又変化することになる。検出手段により検出された磁界の広さに亘って、発信手段と検出手段との間の相対位置を決定可能である。磁界センサ装置に対して、磁気的干渉フィールドを介して影響を及ぼすことが可能である。これにより、こうした磁気的干渉フィールドが後続の信号評価に与える影響を認識可能又は除去可能となり、検出手段は少なくとも２つのセンサを備えることが可能となる。２つのセンサは、これらセンサが磁気的干渉フィールドから等しい態様で影響を受けるよう配置可能である。センサのセンサ信号が適切な方法で互いに組み合わされた場合、センサ信号に含有された磁気的干渉フィールド部分が決定可能又は除去可能である。これにより、適用事例で磁界センサ装置が使用可能となり、この適用事例において、変化する磁気的干渉フィールドを計算可能である。
【０００８】
従って好適には、外部の磁気的干渉フィールドに対して不感のアナログセンサにより、位置検出が実現可能である。このアプローチは、例えば３次元センサにおいて使用可能である。３次元センサは、例えば位置検出又は車両のギヤセレクトレバーの調整に使用可能である。
【０００９】
本発明は、磁界を生成するための少なくとも１つの磁石を備えた発信手段と、磁界を検出するための検出手段とを備えた磁界センサ装置に関し、発信手段及び検出手段は相対移動するよう配置され、検出手段は、磁界に依存する第１センサ信号を生成するための第１センサと、磁界に依存する第２センサ信号を生成するための第２センサを備えた磁界センサ装置において、第１センサ及び第２センサは、少なくとも１つの磁石の長手方向軸の延長上に存在する検出領域において、互いに隣接して配置されていることを特徴とする磁界センサ装置に関する。
【００１０】
従って、磁界センサ装置は発信手段及び検出手段を有し、これら発信手段及び検出手段は互いに分離され、相対移動するよう配置される。発信手段は１つ以上の磁石又は磁石素子を備え、各磁石又は磁石素子は永久磁石又は電磁石を含む。１つ以上の磁石は棒状磁石として構成可能である。磁石素子として、空芯コイル又は円筒状コイルを使用することも考慮可能である。磁石の長手方向軸は、磁石又は磁石鉄心の長手延長方向により規定可能であり、空芯コイル又は円筒状コイルの場合には、空芯の長手延長方向により規定可能である。磁極又は磁石の磁極から発する磁力線は、長手方向軸に対して平行に調整可能である。長手方向軸は、磁界センサ装置の基本位置又は中央位置において、第１センサ及び第２センサのセンサ面に対して直交するよう調整可能である。中央位置においては、発信手段と検出手段との間で多数の相対位置が可能である。中央位置内で、検出領域内部の磁界の磁力線は第１センサのセンサ面及び第２センサのセンサ面に対して直交可能である。センサは更なるセンサ面を備えることが可能であり、このセンサ面は上述のセンサ面に対して直交するよう調整可能である。従ってセンサは１次元センサ、２次元センサ又は３次元センサとして構成可能である。センサは、磁束密度を計測するための従来のセンサとすることが可能である。例えばセンサは、ホールセンサ、XMRセンサ（X-磁気抵抗センサ）又は磁気抵抗器とすることが可能である。第１センサ信号及び第２センサ信号は各々電気信号、例えば電圧とすることが可能である。第１センサ信号は、第１センサにより検出された磁界部分の大きさを、第２センサ信号は第２センサにより検出された磁界部分の大きさを表現可能である。従って、磁界の方向を変更することで、互いに対応する変更を第１センサ信号及び第２センサ信号に導入可能である。第１センサ及び第２センサが配置された検出領域のサイズは、磁界センサ装置の適用領域に関して予測可能な磁気的干渉フィールドが、検出領域内部で均質又は略均質となるよう選択可能である。それにより、第１センサ及び第２センサは略同一の磁気的干渉フィールドから影響を受けることになる。従って、同一の時点で強度及び方向が略同一の各磁気的干渉フィールドが、第１センサ及び第２センサに対して作用可能である。この場合略同一とは、例えば磁界センサ装置の計測交差内であれば同一を意味可能とする。
【００１１】
磁界センサ装置は評価装置を備えることが可能である。評価装置は、第１センサ信号及び第２センサ信号を互いに組み合わせ、磁界に重ね合わされた磁気的干渉、及び追加的又は代替的に磁界のパラメータ及び追加的又は代替的に発信手段と検出手段との間の相対位置を決定するよう構成される。評価装置は電気回路とすることが可能であり、センサ信号を受信、評価し、磁気的干渉、磁界のパラメータ又は相対位置を表現する評価信号を提供するよう構成される。センサ信号を組み合わせるため、又はセンサ信号により表現された値を介して、センサ信号を加算又は減算、又はセンサ信号から平均値を算出するために、評価装置を構成可能である。例えば、検出領域内部の磁気的干渉の大きさ及び追加的又は代替的に方向を決定するために、評価装置を構成可能である。更に、検出領域内部の磁界の大きさ及び追加的又は代替的に方向を決定するために、評価装置を構成可能である。磁界の大きさ及び追加的又は代替的に方向を決定する際に、磁気的干渉の影響を考慮可能、及び除去又は低減可能である。更に評価装置は、磁界の基準値並びに大きさ及び追加的又は代替的に方向を用いて発信手段と検出手段との間の相対位置を決定するために、構成可能である。センサ信号を組み合わせることにより、磁気的干渉フィールドがセンサ機能に与える影響を決定可能であり、及び追加的又は代替的に低減又は除去可能である。
【００１２】
好適な実施形態に従い、第１センサ及び第２センサは、磁界センサ装置の作動時に、第１センサを貫通する磁界が第２センサを貫通する磁界とは異なる磁界を成立させるよう配置される。好適には、第１センサ及び第２センサは、磁界センサ装置の作動時に、両センサの一方が磁界のＮ極から発する磁界に、両センサの他方が磁界のＳ極へと至る磁界に貫通されるよう配置され、その際磁界のＮ極及びＳ極は、少なくとも１つ又は２つの磁石に割り当てられることとする。
【００１３】
好適には、発信手段は第１磁界及び第２磁界を生成するために構成可能である。この場合、第１磁界及び第２磁界は反対方向へと互いに調整可能である。第１センサは、第１磁界に依存して第１センサ信号を生成するために構成可能である。第２センサは、第２磁界に依存して第２センサ信号を生成するために構成可能である。第１センサ及び第２センサは、同一の構成とすることが可能である。第１及び第２センサは、互いに対応して調整可能であり、相互接続可能又は電気的に接触可能である。この場合、第１センサのセンサ方向又はセンサ特性は、第２センサのセンサ方向又はセンサ特性と一致可能である。これは、随意の想定された磁界が第１センサに影響を及ぼす際に、第２センサに影響を及ぼす際と同一のセンサ信号をもたらすことを意味する。例えば、センサの基本面又は接触面は同一に調整可能である。この実施形態に従い２つの磁界が生成され、その際これら磁界の一方は第１センサに、及びこれら磁界の他方は第２センサにより検出される。従って磁界毎に１つのセンサが備わる。第１磁界及び第２磁界が反対方向へと互いに調整可能であることにより、潜在的な磁気的干渉が、センサの一方において検出された磁界を強化するよう導かれ、センサの他方において検出された磁界を低減するよう導くことが可能となる。第１センサは、発信手段の磁界のＮ極の主影響領域に面して又は主影響領域内に配置可能である。第２センサは、発信手段の磁界のＳ極の主影響領域に面して又は主影響領域内に配置可能である。磁界のＮ極及び磁界のＳ極は、隣接して配置可能である。磁界のＮ極の主伸長面は、磁界のＳ極の主伸長面に対して平行可能である。磁界のＮ極から発する磁力線は、磁界のＳ極に入る磁力線と平行可能である。磁界センサ装置の作動時に、第１センサを貫通する磁界の磁力線は、第２センサを貫通する磁界の磁力線に少なくとも略平行可能である。磁界センサ装置の作動時に供給される、発信手段と検出手段との間の可能な相対位置において、第１磁界の各磁力線は、第２磁界の磁力線が第２センサのセンサ面から出るのと同一角度で第１センサのセンサ面に入る。この場合実施形態に従い、各角度の量的な大きさを同一とすることが可能であるが、各角度はサインが異なる。センサ面とは、センサにより検出又はセンサされる磁界が貫通する面と理解される。２次元センサは２つのセンサ面、及び３次元センサは３つのセンサ面を備えることが可能であり、各面は互いに直交するよう調整する。発信手段のＮ極と第１センサとの各間隔は、供給される発信手段と検出手段との間の可能な相対位置において、各々発信手段のＳ極と第２センサとの間隔と同一とすることが可能である。第１センサ及び第２センサは、例えば支持体の表面等の共通面において互いに隣接して配置可能である。第１磁界が第２磁界と反対方向に調整されることで、第１センサ信号及び第２センサ信号、又は第１及び第２センサ信号により表現される値は、磁気的干渉フィールドが存在しない場合に異なるサインを備えることができる。
【００１４】
この場合、発信手段は第１磁界を生成するための第１磁石、及び第１磁石に隣接して配置された、第２磁界を生成するための第２磁石を備えることが可能である。第１磁石は第２磁石と同一構成が可能である。第１磁石は、少なくとも磁界センサ装置の中央位置において第２磁石と平行に配置可能である。実施形態に従い、第１磁石は供給される可能な全ての相対位置において第２磁石と平行に配置可能である。第１磁石のＮ極から第１センサへの間隔は、供給される発信手段と検出手段との間の可能な相対位置において、各間隔を第２磁石のＳ極と第２センサとの間隔と同一とすることが可能である。第１磁石のＮ極は、第２磁石のＳ極に対してずらして配置可能である。第１磁石及び第２磁石は、各々棒状磁石として構成可能であり、磁石の各長手方向軸は、磁石のＮ極とＳ極との間の軸により定義可能である。第１磁石のＮ極とＳ極との間の第１軸は、第２磁石のＮ極とＳ極との間の第２軸に平行可能である。第１軸は、供給される発信手段と検出手段との間の可能な相対位置の全て又は複数において、第１センサにより調整可能である。第２軸は、供給される発信手段と検出手段との間の可能な相対位置の全て又は複数において、第２センサにより調整可能である。第１軸及び第２軸は各々、供給される可能な相対位置において互いに平行に配置可能である。代替的に、第１軸及び第２軸は中央位置から離れた際に反対方向に傾斜可能である。この実施形態に従い、発信手段は２つの磁石により実現できる。
【００１５】
代替的に、少なくとも１つの磁石が、第１磁界を生成するための磁界のＮ極及び第２磁界を生成するための磁界のＳ極を備えることが可能である。この場合第１磁界及び第２磁界は、磁石の磁界のＮ極とＳ極との間を走る磁界の領域とすることが可能である。磁石はＵ字型磁石、例えば馬蹄型磁石として構成可能であり、２つの長手方向軸を備えることが可能である。これらの長手方向軸は各々、磁石の極脚部の長手延長方向に対応する。第１及び第２磁界を生成するために１つのみの磁石が備わるのとは区別され、この実施形態の構成及び作動様式は２つの磁石を備えた実施形態の構成及び作動様式に対応可能である。
【００１６】
実施形態に従い、第１磁界及び第２磁界は量的に同一の大きさとすることが可能である。これは特に検出領域に関して適用可能である。２つの同一の磁石又は２つの同一構成の脚部を備えた磁石が使用することで、同一の大きさの磁界が実現可能である。第１磁界が第２磁界と反対方向に調整されることにより、第１センサ信号及び第２センサ信号、又は第１及び第２センサ信号により表現される値が、磁気的干渉フィールドが存在しない場合に異なるサインを備えつつ、しかし大きさが同一であることが可能となる。磁界の量的な大きさが同一であるため、磁気的干渉フィールドは単にセンサ信号から決定される。
【００１７】
第１センサ及び第２センサは、センサ面上において互いに隣接して配置可能である。センサ面は、例えば回路の表面により構成可能である。回路は、第１及び第２センサと接触するための電線を備えることができる。
【００１８】
実施形態に従い、第１センサのセンサ方向は第２センサのセンサ方向と反対方向とすることが可能である。この場合磁界センサ装置の作動時に、磁界の磁力線が第１センサ及び第２センサを貫通可能である。第１センサ及び第２センサは、積み重ねて配置可能である。例えば、第１センサは例えば回路である支持体の第１表面上に、第２センサは、第１表面とは反対側の支持体の第２表面上に配置可能である。発信手段は磁界を生成するための単一の磁石を備えることができる。磁石のＮ極又は代替的に磁石のＳ極と、第１センサ及び第２センサへの間隔は、供給される発信手段と検出手段との間の可能な相対位置において、第１センサと第２センサとの間隔によってのみ異なることが可能である。磁石は棒状磁石として構成可能である。磁石のＮ極とＳ極との間の長手方向軸は、供給される発信手段と検出手段との間の可能な相対位置の全て又は複数において、第１センサ及び第２センサにより調整可能である。磁界センサ装置の作動時に、第１センサを貫通する磁界の磁力線は、第２センサを貫通する磁界の磁力線に少なくとも略平行可能である。
【００１９】
本発明に係る車両用作動装置は、
相対移動するよう配置された第１部品及び第２部品と、
磁界センサ装置であって、磁界センサ装置の発信手段が第１部品に、磁界センサ装置の検出手段が第２部品に配置された磁界センサ装置と、
を備えていることを特徴とする車両用作動装置である。
【００２０】
車両とは自動車、例えば乗用車又はトラックとすることが可能である。作動装置は、マニュアル変速機のギヤ又はオートマチック変速機の走行段を選択するための装置とすることができる。例えば、部品のうちの一方はセレクタレバーとすることが可能である。部品のうちの他方は、支承部又はセレクタレバーの支承機構とすることが可能である。磁界センサ装置は、例えばボールジョイント又はカルダンジョイントである支承部の領域において、第１部品と第２部品との間に配置可能である。磁界センサ装置の１つ以上の信号を評価することにより、部品の間の相対位置が決定可能である。
【００２１】
相対移動するように配置された第部品と第２部品との間の相対位置を決定するための本発明に係る方法は、
第１部品に配置された、磁界を生成するための少なくとも１つの磁石を備える発信手段により磁界を生成するステップと、
第２部品に配置された、磁界を検出するための検出手段により磁界を検出するステップとを含み、検出手段は、磁界に依存する第１センサ信号を生成するための第１センサ及び磁界に依存する第２センサ信号を生成するための第２センサを備え、第１センサ及び第２センサを、少なくとも１つの磁石の長手方向軸の延長上に存在する検出領域において、互いに隣接して配置するものとし、更に、
第１部品と第２部品との間の相対位置を決定するために、第１センサ信号を第２センサ信号と組み合わせるステップとを含む方法である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
以下本発明を、添付図面を参照して例示的に詳説する。
【図１】作動装置の概略図である。
【図２】相対位置を決定するための方法のフローチャートである。
【図３】磁界センサ装置の概略図である。
【図４】磁界センサ装置の概略図である。
【図５】図５ａから図５ｃは、異なる相対位置における磁界センサ装置の一部の概略図である。
【図６】図６ａから図６ｃは、異なる相対位置における磁界センサ装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の好適な実施形態に関する以下の記載において，種々の図面に記された類似の作用を有する素子に関しては同一又は類似の符号を使用し，これら素子を繰り返して記載することを控えている。
【００２４】
図１は、本発明の実施形態に従う作動装置の概略図である。作動装置は第１部品102及び第２部品104を備える。第１部品102及び第２部品104は、相対移動するよう支承され、第１部品102は第２部品104に対して相対移動が可能である。
【００２５】
第１部品102と第２部品104との間の相対移動、及び第１部品102と第２部品104との間の相対位置は、磁界センサ装置により検出可能である。磁界センサ装置は発信手段及び検出手段を備える。実施形態に従い、発信手段は第１部品102に固定され、検出手段は第２部品104に固定される。代替的に、検出手段を第１部品102に、発信手段を第２部品104に固定することも可能である。このようにして、発信手段及び検出手段は、第１及び第２部品102, 104が相対移動する際に、それに対応して移動する。従って、発信手段と検出手段との間の実際の相対位置及び相対移動は、第１部品102と第２部品104との間の実際の相対位置及び相対移動に伝達可能である。
【００２６】
発信手段は実施形態に従い、第１磁石106及び第２磁石108を備える。実施形態に従い、検出手段は第１磁石106の磁界を検出するための第１センサ110、及び第２磁石108の磁界を検出するための第２センサ112を備える。図１は中央位置にある磁界センサ装置を示す。中央位置においては、第１センサ110は第１磁石106の磁極に直面するよう配置され、第２センサ112は第２磁石108の磁極に直面するよう配置される。
【００２７】
実施形態に従い作動装置は、車両の変速機の変速機段を選択するための装置とすることが可能である。従って、第１部品102はセレクタレバーとすることが可能であり、セレクタレバーは車両の運転者により変速機段を選択するために作動可能である。第１部品102及び第２部品104は、ボールジョイントを介して互いに連結可能である。磁石106, 108は、ボールジョイントのジョイントヘッドに配置できる。
【００２８】
第１センサ110は第１センサ信号を出力するよう構成される。第１センサ信号は検出された磁界を表現する。検出される磁界は、第１磁石の磁界を重ね合わせ、存在可能な磁気的干渉フィールドから組立可能である。実施形態に応じて、第１センサ信号は検出された磁界強度の値及び追加的又は代替的に検出された磁界の方向を示す値を含む。第２センサ112は第２センサ信号を出力するよう構成される。第２センサ信号は検出された磁界を表現する。検出される磁界は、第２磁石の磁界を重ね合わせ、潜在的に存在する磁気的干渉フィールドから組立可能である。実施形態に応じて、第２センサ信号は検出された磁界の強度の値及び追加的又は代替的に検出された磁界の方向を示す値を含む。
【００２９】
評価装置114は、第１センサ110の第１センサ信号及び第２センサ112の第２センサ信号を受信し、評価するよう構成される。そのために、評価装置114は電線を介してセンサ110, 112と接続する。評価装置114は、第１センサ信号を第２センサ信号と組み合わせ、発信手段と検出手段との間の相対位置を決定及び提供し、これにより第１部品102と第２部品104との間の相対位置を決定及び提供するよう構成される。この場合、評価装置114は、存在可能な磁気的干渉フィールドの大きさ及び方向に依存して相対位置を決定するよう構成される。この場合、評価装置114は磁気的干渉フィールドの部分をまず決定し、続いて相対位置決定の際に、磁気的干渉フィールドの部分を検討するよう構成される。代替的に、評価装置114は相対位置を直接決定するよう構成できる。その際、磁気的干渉フィールド部分は、相対位置決定の際に第１センサ信号と第２センサ信号とを組み合わせることにより除去される。
【００３０】
図２は、本発明の実施形態に従い相対位置を決定するための方法をフローチャートで示す。この方法により、例えば図１に示された作動装置の部品間の相対位置を決定可能である。
【００３１】
ステップ220において、発信手段により磁界が生成される。磁界は永久に、又は例えば測定サイクル間の限られた期間に亘って生成可能である。ステップ222において、磁界が検出手段により検出される。検出手段は発信手段に対して移動するよう配置される。検出手段は、磁界を検出するための２つの独立したセンサを備える。各センサはセンサ信号を供給し、センサ信号を介して磁界が表現される。ステップ224において、発信手段と検出手段との間の相対位置が決定され、その結果、例えば作動装置の第１部品と第２部品センサとの間の相対位置を決定すべく、信号が互いに組み合わされる。
【００３２】
図３は、本発明の実施形態に従う磁界センサ装置の概略図である。磁界センサ装置は、例えば図１に示された作動装置と一体化して使用可能である。
【００３３】
磁界センサ装置は、第１磁石106、第２磁石108、第１センサ110及び第２センサ112を備える。第１センサ110及び第２センサ112は、支持体330の表面上に互いに隣接して配置される。しかしながら、センサ110, 112を例えばプレートのような支持体上に必ずしも配置する必要はない。センサ110, 112は、例えば図１に示された部品の表面又は内部に直接に配置可能でもある。
【００３４】
第１磁石106及び第２磁石108は、互いに固定接続されるか又は同期的移動するよう互いに接続され、センサ110, 112に対して共に移動可能である。
【００３５】
第１磁石106は第１センサ110に面して配置される。この場合はＮ極である第１磁石106の極は、第１センサ110のセンサ面に向けられる。第１磁石106は第１磁界332を生成するよう構成され、第１磁界332は第１センサ110により検出される。第１センサ110は、第１磁石106の第１センサ110に対する位置に依存して磁界を検出する。このようにして、第１センサ110により検出された磁界から、第１センサ110と第１磁石106との間の相対位置を推測可能である。従って、第１磁石106及び第１センサ110は第１計測ユニットを構成することになる。
【００３６】
第２磁石108は第２センサ112に面して配置される。この場合はＳ極である第２磁石108の極は、第２センサ112のセンサ面に向けられる。第２磁石108は第２磁界334を生成するよう構成され、第２磁界334は第２センサ112により検出される。第２センサ112は、第２磁石108の第２センサ112に対する位置に依存して磁界を検出する。このようにして、第２センサ112により検出された磁界から、第２センサ112と第２磁石108との間の相対位置が推測可能である。従って、第２磁石108及び第２センサ112は第２計測ユニットを構成することになる。
【００３７】
第１磁石106及び第２磁石108は、それぞれの磁極に対して反対方向に配置される。図３において、磁石106, 108は回転軸周りで傾斜された位置で示される。
【００３８】
センサ110, 112は検出領域内に配置される。磁気的干渉フィールド336は、検出領域に影響可能である。検出領域は、磁気的干渉フィールド336が検出領域の内部でほぼ均質であり、センサ110, 112が同一の磁気的干渉フィールドから影響を受けるよう選択可能である。磁気的干渉フィールド336の存在及び大きさは、未知とすることが可能である。
【００３９】
第１磁界332及び第２磁界334は各々方向ベクトル[Sx]において示される。磁気的干渉フィールド336は方向ベクトル[St]において示される。
【００４０】
磁気的干渉フィールド336は第１磁界332上に重ね合わされる。磁気的干渉フィールド336は第２磁界334上に重ね合わされる。第１磁界332は、第２磁界334と反対方向である。磁界332, 334は、量的に同一の大きさである。検出領域において、磁石106, 108により生成された磁界332, 334の磁力線は、互いに略平行する。各磁界332, 334は、支持体330の表面に対して直行する垂直方向の縦成分と、支持体330の表面に対して平行な横成分とを備える。磁界332, 334の縦成分及び横成分は各々異なるサインを備え、従って互いに対向する。磁気的干渉フィールドは、第１磁界332の縦成分と反対方向の縦成分、及び第１磁界332の横成分と反対方向の横成分を備える。従って、第１磁界332は磁気的干渉フィールド336により減衰され、第２磁界334は磁気的干渉フィールド336により増強される。
【００４１】
磁石106, 108は、２つの棒状磁石として構成可能である。磁石106, 108は、支持体330に対して移動可能な部品に固定可能である。磁石106, 108は、磁石106, 108が移動する際に部品と同期して移動するよう部品に固定可能である。代替的に磁石106, 108は、部品が移動する際に磁石106, 108が反対方向に移動し、例えば第１磁石106は部品が移動する際に同一方向に移動し、しかし第２磁石108は反対方向に移動するよう、部品に固定可能である。そのためには、適切な転位装置により磁石106, 108を部品と接続する。
【００４２】
以下に、アナログホールセンサシステムにおいて干渉信号を除去するための実施形態について図３を参照して詳述する。これに対応し、センサ110, 112はホールセンサとすることができる。
【００４３】
アナログセンサ110, 112による位置検出は、外部の磁気的干渉フィールドに対して感受性がある。例えば、３Ｄセンサ110及び３Ｄセンサに対して移動するよう配置された永久磁石又は電気的に構成可能な磁石106により、磁石106のＸ，Ｙ及びＺ方向の位置が検出可能である。磁石106は、例えば機械の一部でありその位置を検出すべき部品に固定される。永久的又は電気的とすることが可能な更なる磁界336により、ホールセンサ106に影響が及ぼされた場合、干渉フィールド336によってはもはや磁石106の位置が正確に検出されない。
【００４４】
正確な位置検出を保証するために、センサシステムはしばしば二重、三重、四重又はｎ重に設計される。こうしてセンサ106の故障が認識され、場合によりシステムの設計が修正される。対応する追加センサは図示されない。
【００４５】
図中で異なる実施形態として記載されたシステムは、外部磁界336の外部の影響に対して干渉感受性がある。外部磁界336は永久的又は電気特性を備えることが可能である。
【００４６】
こうしたセンサシステムは、例えば図３に示されるように、少なくとも２つのアナログセンサ110, 112から構成される。システム設計は、両センサ110, 112が位置を検出するために使用され、しかし大きさ及び方向に関連する干渉フィールド336を検出するよう選択される。従って修正計算により干渉336が除去される。修正計算は、例えばコントローラー、ディスクリートデジタル(TIL)及びアナログ（演算増幅器）において発生可能である。対応する修正計算は、例えば図１に示される評価装置において実行可能である。
【００４７】
実施形態に従い、干渉フィールド336の干渉ベクトルは、以下の数式により決定される。
【数１】
2015511018.tif 000003
【００４８】
対応して、位置は冗長性の調整及び／又は尤度と共に以下の数式により決定される。
【数２】
2015511018.tif 000004
【００４９】
基本となる機能原理は、以下に詳述される。
【００５０】
２つの同一なホールセンサ110, 112が、２つの反対磁極の磁石106, 108に対して位置し、磁石106, 108は永久磁石又は電磁磁石とすることが可能である。磁石106, 108は、位置を変更する際に同一の動き、又は例えば反対方向であるか又は転移された互いに連結された動きをとるよう、図３に示すように機械的に連結される。磁界332, 334が反対方向であるために、センサ110, 112によりセンサされる両磁界が差し引きされ、干渉フィールド336が決定される。
【００５１】
第１センサ110のセンサされた磁界[S1]から干渉フィールド336を差し引き、位置が決定される。第２センサ112に関しても、同様に計算される。続いて、調整されたセンサ値の両方に関して、尤度を確認する。
【００５２】
全ての使用されたセンサ110, 112は、位置検出及び尤度確認の機能を果たし、同時に干渉フィールド336を決定するために使用される。
【００５３】
図３に示された実施形態においては棒状磁石106, 108が使用されており、各センサ110, 112用に独自の磁石106, 108が使用され、磁界332, 334がセンサ110, 112に対して反対方向に作用する。センサ110, 112は同一に構成され、干渉フィールド336はセンサ110, 112に対して同一に作用する。更なる実施形態に従っては、互いに直交するセンサ110, 112が使用される。
【００５４】
磁石106, 108を備えた発信ユニットの移動は３次元移動であり、その際、例えば棒状磁石106はセンサ110に対して傾斜し、センサ110から離れる。対応して、棒状磁石108はセンサ112に対して傾斜し、センサ112から離れる。
【００５５】
実施形態に従い、磁石106, 108はセンサ110, 112を介してボールジョイントに配置される。その際、ボールジョイントのボールは、図１に示されるようなセレクタレバーによりセレクタレバーの中心点の周りで動かされる。
【００５６】
図４は、図３に示された実施形態に対応する磁界センサ装置の実施形態を示す。この場合、２つの独立した磁石に替えて馬蹄型磁石406が使用される。従って、一対の極のみを備えた馬蹄型磁石406は、少なくとも２つのセンサ110, 112と相互作用して使用される。例えばＮ極である第１磁極を構成する馬蹄型磁石406の第１脚部は、第１センサ110に面して配置される。例えばＳ極である第２磁極を構成する馬蹄型磁石406の第２脚部は、第２センサ112に面して配置される。
【００５７】
図５ａ乃至図５ｃは、異なる相対位置における磁界センサ装置の一部の概略図を示す。図示の各磁石106は、センサ110に対して移動するよう配置される。図５ａ乃至図５ｃは、例えば図３に示された第１磁石106及び第１センサ110とすることが可能である。磁石106は、矢印に示すようにセンサ110に対する相対移動540を実行可能であり、この場合回転移動又は傾斜移動とすることができる。これらの移動の際に、磁石106の長手方向軸はセンサ110に対して、又例えばセンサ110の表面に対して傾斜し、磁石106のセンサ110に面した極とセンサ110の中心点との間隔が変化する。
【００５８】
図５ａは、中央位置における磁界センサ装置を示す。中央位置において、棒状磁石106の長手方向軸はセンサ110のセンサ面又は基本面に向けられる。磁石106の長手方向軸はセンサ110の中心点を通る。磁石106の極の中心点は、中央位置においてセンサ110との間隔が最短となる。他の位置、例えば図５ｂ及び図５ｃに示される位置においては、磁石106の極の中心点からセンサ110への間隔がより拡大する。センサ110中はほぼ均質な磁界が流れており、磁界の磁力線はセンサ面に対して略直交する。
【００５９】
図５ｂは、第１方向に偏向された位置における磁界センサ装置を示す。図５ｂに示された位置においては、棒状磁石106の長手方向軸は、センサ110のセンサ面又は基本面に対して傾斜する。センサ110中はほぼ均質な磁界が流れており、磁界の磁力線はセンサ面に対して実質的に傾斜する。
【００６０】
図５ｃは第２方向に偏向された位置における磁界センサ装置を示し、第２方向は図５ｂに示された第１方向に直行する。図５ｃに示された位置においては、棒状磁石106の長手方向軸は、センサ110のセンサ面又は基本面に対して傾斜する。センサ110中はほぼ均質な磁界が流れており、磁界の磁力線はセンサ面に対して実質的に傾斜する。
【００６１】
図６ａ乃至図６ｃは、異なる相対位置における更なる磁界センサ装置の概略図を示す。磁界センサ装置は、例えば図１に示された作動装置と一体化して使用可能である。図３に示された実施形態と異なり、発信手段においては２つの磁石に替えて１つのみの磁石106が使用される。検出手段は図３に示された実施形態に対応して、２つのセンサ110, 112を備えるが、これらセンサ110, 112は配置が異なる。
【００６２】
従って図６ａ乃至図６ｃに示された磁界センサ装置は、磁石106、第１センサ110及び第２センサ112を備える。第１センサ110及び第２センサ112は、例えばプレート又は回路である支持体330の表面上に、互いに重なり合って配置される。しかしセンサ110, 112は、例えばプレートのような支持体上に必ずしも配置する必要はない。第１センサ110及び第２センサ112は、それぞれのセンサ方向に対して反対方向に配置される。このような配置は、２つの同一なセンサ110, 112を使用し、しかしこれらセンサ110, 112を磁石に対して一方は、例えば接触面である下面を用いて下向きに、そして他方は下面を用いて上向きに配置する、つまり例えば鏡反転して配置することで実現可能である。従って、センサ110, 112の接触面が互いに向き合うことになる。磁石106はセンサ110, 112に対して移動可能である。
【００６３】
磁石106は、第１センサ110及び第２センサ112から構成されるセンサスタックに面するよう配置される。例えばＮ極である第１磁石106の極は、第１センサ110及び第２センサ112のセンサ面又は基本面に面する。磁石106は磁界332を生成するよう構成され、磁界332は第１センサ110及び第２センサ112により検出される。第１センサ110及び第２センサ112は、磁石106の第１センサ110及び第２センサ112に対する位置に依存して磁界を検出する。このようにして、第１センサ110及び第２センサ112により検出された各磁界から、第１センサ110と磁石106との間の相対位置、それに対応して第２センサ112と磁石106との間の相対位置が推測可能である。従って、磁石106及び第１センサ110は第１計測ユニットを、磁石106及び第２センサ112は第２計測ユニットを構成することになる。
【００６４】
センサ110, 112は検出領域内に配置される。磁気的干渉フィールド336は、検出領域に影響可能である。検出領域は、磁気的干渉フィールドが検出領域の内部でほぼ均質であり、センサ110, 112も同一の磁気的干渉フィールドから影響を受けるよう選択可能である。
【００６５】
図６ａは、中央位置における磁界センサ装置を示す。中央位置において、磁石106の長手方向軸はセンサ110, 112のセンサ面又は基本面に向けられる。センサ110, 112中はほぼ均質な磁界が流れており、磁界の磁力線はセンサ面に対して略直交する。
【００６６】
図６ｂは、第１方向に偏向された位置における磁界センサ装置を示す。図６ｂに示された位置においては、磁石106の長手方向軸は、センサ110, 112のセンサ面又は基本面に対して傾斜する。センサ110, 112中はほぼ均質な磁界が流れており、磁界の磁力線はセンサ面又は基本面に対して実質的に傾斜する。
【００６７】
図６ｃは第２方向に偏向された位置における磁界センサ装置を示し、第２方向は図６ｂに示された第１方向に直行する。図６ｃに示された位置においては、磁石106の長手方向軸は、センサ110, 112のセンサ面又は基本面に対して傾斜する。センサ110, 112中はほぼ均質な磁界が流れており、磁界の磁力線はセンサ面又は基本面に対して実質的に傾斜する。
【００６８】
実施形態に従い、図６ａ乃至図６ｃは棒状磁石106を備えた磁界センサ装置を示す。これは既述の配置の変形である。図６ａ乃至図６ｃに示された実施形態に従い、各１つのセンサ110は回路330の上に、各１つのセンサ112が回路330の下に位置する。従って、上部センサ110上でボールジョイントに支承された棒状磁石106が、上部センサ110に相対する下部センサ112に作用する。この実施形態は、２つ又は４つのセンサ110, 112用の１つの棒状磁石106を制御する。４つのセンサ110, 112を使用することで可用性が増強される。この場合、各センサ110, 112は二重に構成可能である。
【００６９】
上述及び図示の実施形態は，単に例示的に選択されたものである。異なる実施形態は完全な形態として又は個々の特徴と関連して，互いに組み合わせ可能である。実施形態は又，更なる実施形態の特徴により補完可能である。更に本発明に従う方法のステップは繰り返し，上述の順番とは異なる順番で実行可能である。
【００７０】
実施形態は第１の特徴及び第２の特徴を「及び／又は」として結合した特徴を含むため，一つの実施形態による実施形態は第１の特徴と第２の特徴の双方を備え，更なる実施形態による実施形態は第１の特徴又は第２の特徴の何れか一方のみを備えると解釈可能である。
【符号の説明】
【００７１】
102  第１部品
104  第２部品
106  第１磁石
108  第２磁石
110  第１センサ
112  第２センサ
114  評価装置
220  生成ステップ
222  検出ステップ
224  組み合わせステップ
330  支持体
332  第１磁界
334  第２磁界
336  磁気的干渉フィールド
406  磁石
540  相対移動
【図１】
2015511018.tif 000005
【図２】
2015511018.tif 000006
【図３】
2015511018.tif 000007
【図４】
2015511018.tif 000008
【図５ａ】
2015511018.tif 000009
【図５ｂ】
2015511018.tif 000010
【図５ｃ】
2015511018.tif 000011
【図６ａ】
2015511018.tif 000012
【図６ｂ】
2015511018.tif 000013
【図６ｃ】
2015511018.tif 000014
【国際調査報告】
2015511018.tif 000015
2015511018.tif 000016
2015511018.tif 000017
2015511018.tif 000018
2015511018.tif 000019
2015511018.tif 000020