(57)【要約】【課題】  機械の作動構成要素の回転を検出するために使用される磁気センサを提供する。【解決手段】  回転するシリンダの直径の反対端のシリンダ上に配置された一対の磁石を使用する角度位置センサ。ホール効果磁束センサは、シリンダ内に固定され、磁石間の幾何学的及び磁気的対称線からオフセットされる。オフセットセンサは、磁石がシリンダと共に所定の角度距離に亘って回転する時に磁石の磁束の線形変化を検出し、それによってシリンダの角度位置を判断する。センサのオフセットは、感知誤差を減少させるように調節される。【選択図】      図１
2005010164.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隔を空けた関係で配置され、間に幾何学的及び磁気的対称線を形成する、対向する反対の極を有する少なくとも一対の磁石と、
磁界感知面を有し、前記磁石間に配置され、該磁界感知面が前記対称線と交差しないように該対称線から所定のオフセット距離だけ離れた間隔で配置された少なくとも１つの磁束センサと、
を含み、
前記センサは、それによって、前記磁石対及び前記センサ間の相対的角度移動に応答して磁束の比較的線形の変化を感知する、
ことを特徴とする角度位置センサ。
【請求項２】
前記の所定のオフセット距離は、前記対称線に沿う前記磁石間の距離の１／２から１／１６であることを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
前記磁石の形状は、円筒形であることを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
【請求項４】
前記磁石の形状は、円筒形であり、各々の長さは、その直径と同じであることを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
【請求項５】
静止磁束センサに対して回転するように前記磁石を取り付けるための円筒形サポートを含むことを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
【請求項６】
前記サポートは、オートバイ又は自動車のエンジンの作動を可能にするために回転することを特徴とする請求項５に記載のセンサ。
【請求項７】
前記磁束センサは、ホール効果センサであることを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
【請求項８】
２つ又はそれ以上の対の磁石を含み、その各々が予め選択された拡張された回転範囲に亘って角度位置を感知するための少なくとも１つの関連した磁束センサを備えたことを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
【請求項９】
拡張された回転範囲に亘って角度位置を感知するように向きが決められた２つ又はそれ以上の磁束センサを含むことを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
【請求項１０】
前記磁束を重複して感知するための２つ又はそれ以上の磁束センサを含むことを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
【請求項１１】
オートバイの加速を制御するために軸線上で回転的にねじるための非磁性円筒形スロットル制御部と、
前記軸線に垂直でそれと交差する線の反対端において前記円筒形スロットル制御部内に間隔を空けた関係で配置され、対向する反対の極を有してその間の幾何学的及び磁気的対称線を形成する少なくとも一対の磁石と、
磁界感知面を有し、前記磁石間に配置され、前記対称線から所定のオフセット距離だけ離れた間隔で配置された少なくとも１つの磁束センサと、
を含み、
前記磁束センサは、それによって、前記円筒形スロットル制御部及び磁石が該センサに対して回転する時に磁束の比較的線形の変化を感知する、
ことを特徴とする電子スロットル位置センサ。
【請求項１２】
予め選択された拡張された回転範囲に亘って前記スロットル制御部の角度位置を感知するための少なくとも１つの関連した磁束センサを、各々備えた２つ又はそれ以上の対の磁石を含むことを特徴とする請求項１１に記載のセンサ。
【請求項１３】
拡張された回転範囲に亘って角度位置を感知するように向きが決められた２つ又はそれ以上の磁束センサを含むことを特徴とする請求項１１に記載のセンサ。
【請求項１４】
前記磁束を重複して感知するための２つ又はそれ以上の磁束センサを含むことを特徴とする請求項１１に記載のセンサ。
【請求項１５】
円筒形ハウジングをその軸線の周りで回転させる段階と、
前記円筒形ハウジング上に、反対の極が対向するように、該ハウジングの直径の反対端に間隔を空けて一対の磁石を添付する段階と、
前記円筒形ハウジング内に少なくとも１つの磁束センサを取り付け、前記磁石間の対称線から所定の固定距離だけオフセットさせる段階と、
前記円筒形ハウジング及び磁石が前記磁束センサに対して前記軸線の周りに所定の角度だけ回転した時に、磁束の線形変化を検出する段階と、
を含むことを特徴とする、角度位置を検出する方法。
【請求項１６】
２つ又はそれ以上の対の磁石及びそれに関連した磁束センサを使用する段階と、
前記それぞれの対に対して異なる所定の角度距離に亘る磁束の線形変化を検出する段階と、
を含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
磁束の線形変化が検出される前記角度距離が増加するように向きが決められた一対の対向する磁石及び２つ又はそれ以上の磁束センサを使用する段階を更に含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記磁束センサとしてホール効果デバイスを使用する段階を更に含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記磁束を重複して感知するための２つ又はそれ以上の磁束センサを使用する段階を更に含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
角度位置感知装置の作動パラメータを最適化する方法であって、
２つの磁石間の選択された間隔と、該磁石間に配置された磁束センサの関連して選択された可変オフセットとの比を判断する段階と、
それぞれの比に対する所定の回転角に亘って前記磁束センサが前記センサ及び磁石間の相対的回転を検出する誤差を判断する段階と、
選択された回転角に対して好ましい最適誤差を選択する段階と、
前記選択された回転角に亘る回転に対して最適誤差の測定を達成するために、磁石間隔と磁束センサオフセットとの比を設定する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２１】
前記磁束センサとしてホール効果デバイスを使用する段階を更に含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械の作動構成要素の回転を検出するために使用される磁気センサに関する。より詳細には、本発明は、例えばオートバイや自動車のエンジンを制御するのに使用する時のスロットルの作動回転を検知するホール効果センサのような磁石及び関連する磁気感応装置の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
２つの対向する磁石がシリンダに添付され、そのために、シリンダがその軸線上で回転すると、磁石は反対の向きに回転することができることは公知である。磁石の移動する磁界は、回転するシリンダの内部で対向する磁石の間に配置されたホール効果センサのような固定式磁気感応検出器によって検出されることも公知である。センサは、磁石が回転する時にその上部磁束感知面で変化する磁束角度を検出し、シリンダの回転の程度に対応する信号を生成する。この種の公知の装置は、磁束検知器を対向する磁石の幾何学的及び磁気的対称軸上に配置し、磁石が回転した時の磁束の正弦波の変化を検出した。この装置は、約±３０°の比較的小さな角度距離に亘ってのみ回転の許容誤差を有するものであった。
【０００３】
実質的に増大した範囲の角度移動に亘って改善された精度で磁束の線形変化を検出するために、対向する磁石と関連するホール効果センサ又は他の磁気感応装置とを使用することができることは有利であろう。望ましい増大した範囲の角度移動に亘って磁束検出の精度及び線形性を最適化するために、そのような装置の構成要素に対するパラメータを選択することもまた有利であると考えられる。この種の改善された角度位置センサは、例えばオートバイ又は自動車のスロットル制御の角度移動の検出に十分に適するであろう。この改良型センサはまた、任意の装置の構成要素の回転を正確に検出するのに使用することができると考えられる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、それ自体の軸線に関して回転する例えば円筒形であるハウジングを使用する角度位置センサに関する。本発明のシステムでは、少なくとも一対の磁石は、シリンダの回転軸に垂直でそれと交差する対称軸の反対端においてハウジング上に間隔が空いた関係で配置される。磁石は、その対向する極がシリンダ内に介在する空間に亘って互いに面するように向きが決められる。例えばホール効果センサのような磁束検出器は、シリンダ内の磁石間の静止位置に配置されるが、磁石の対称軸から所定の固定距離だけオフセットされる。このホール効果センサの非対称配置は、磁石がシリンダと共に回転する時に、センサが磁束の変化を高い精度で検出することを可能にする。磁界の磁束密度は、オフセットセンサの角度位置に対して、例えば±７５°に亘ってほぼ直線的に変化し、センサによって正確に検出することができる。
【０００５】
線形磁束変化の検出を最適化するための本発明のオフセットセンサ及び方法は、オートバイ又は自動車のためのスロットル制御の角度位置を正確に検出し、関連するエンジンの作動を制御する対応する電気信号を生成するために応用することができる。本発明の方法及び装置はまた、他の装置の回転構成要素の角度位置を検出するのに有利に使用することができる。本発明の角度位置センサの上記及び他の恩典及び特徴は、現時点で好ましい実施形態の以下の詳細説明及び添付図面を考えると明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１は、改良型角度位置センサの概略図である。図１に示すように、シリンダ１は、対向する一対の磁石３と、装置の上部感知面と直角方向に検出された磁束の強さに相当する電気信号を生成するオフセット磁気感応検出器又は磁束センサ５、例えば、ホール効果磁束センサ又は磁気抵抗器とを包含する。異なる検出方向を有する磁気感応装置は、相応の異なるオフセット方向を有するであろう。
磁石３は、対向するＮ極とＳ極が互いに向き合うようにシリンダ１に添付される。幾何学的及び磁気的対称の仮想線９は、シリンダ１の回転軸線１１を通過して磁石の面を接続する。線９は、シリンダ１の円形断面の直径上にある。磁石の配列は、従って、線９及びシリンダ１の回転軸線１１に対して対称である。
【０００７】
磁束センサ５は、線９から距離Ｄ（図１に対応する矢印で示されている）だけオフセットしている。磁束センサ５が線９からオフセットする距離Ｄは、直線性とセンサの角度検出の精度とを最適化するように選択される。線９上の磁石間の距離又は間隔ＳＰとオフセットＤとの比は、多くの場合にほぼ最適な作動に対して約８から１２であることが見出されている。現在入手可能な情報はまた、構成要素の物理的パラメータと角度移動Ｒを検出する精度と直線性の必要なレベルとによって、センサオフセットに対する磁石間隔ＳＰの比は、約２から１６の範囲としてもよいことを示唆している。従って、磁束センサは、シリンダ１が回転する時にその感知面７で磁束検出の直線性及び精度を向上させるために非対称に配置され、比ＳＰ／Ｄは、磁束検出の直線性及び精度を最適化するように選択される。
【０００８】
作動時には、シリンダ１は、その軸線１１の周りを回転し、それが回転する時、磁石３もそれらがシリンダ１に添付されているので回転する。磁石は、シリンダ１の内面に添付されるように示されているが、磁石の磁束がシリンダ１内の空間に十分な強度で入り、磁界がオフセット磁束センサ５によってその感知面７において検出することができる限り、磁石をシリンダ１の外面にも添付することができることを認めるべきである。
【０００９】
図２ａ〜ｂは、磁石３の静止磁束センサ５に対する回転移動を示す。磁石が回転する時、磁束センサ５は、矢印１４で示す長さＤの半径を有する円弧の経路に亘って磁束密度を検出する。磁石が回転する時、静止磁束センサ５は、比較的十分な範囲の角度変位に亘って、感知面７に垂直な磁石３からの比較的線形の磁束密度の変化を検出する。図３ａ〜ｂは、同じ効果を達成するために磁束センサを静止磁石に対してどのように回転させることができるかを示している。必要なのは、磁束センサ５と磁石３の間の相対的な移動である。
【００１０】
図４は、シリンダ１及び磁石３が開始位置から±９０°の変位まで回転する時の磁束センサ５の感知面７と垂直方向に検出された磁束の大きさのグラフである。図４ａを参照して分るように、約±７５°の比較的十分な角度距離に亘る検出磁束とシリンダ及び磁石の角移動との間には線形の関係がある。この線形の関係により、センサから±７５°に亘ってシリンダ１の角移動に比例する電気出力信号がもたらされる。開示の感知装置及び方法は、オートバイの円筒形スロットルの回転的なねじりの動きを正確に検出して、オートバイエンジンの対応する制御のための電気信号を加えるために使用することができることが見出されている。本装置はまた、自動車の吸気マニホルドのアクセルペダル又はバタフライ弁の角度位置を検出することができるので、自動車エンジンの作動を制御することができる。
【００１１】
図４ｂは、オフセット磁束センサを使用する開示の装置で行われた角度測定に伴う誤差（角度で表す）と、オフセットされていない磁束センサを使用する公知の装置（正弦波角度センサ）によって行われた同じ計測の誤差とを比較するグラフである。図４ｂに示すように、オフセットセンサに関する誤差のグラフ１５は、対称線９上に配置された磁束センサで行われた同じ計測値に関する誤差のグラフ１７よりも十分に小さい。
【００１２】
線１９は、公知の正弦波角度検出器の誤差が、本発明のオフセット磁束センサを備えた検出器の誤差を超える乗数を表すグラフである。図４ｂに示すように、公知の装置の誤差は、角度感知の用途としては最も広い用途と考えられる±４５°の回転範囲で本発明の装置の誤差の１０倍を超える。また、本発明のより高精度の装置は、±４５°に亘って回転を検出し、線形性が約±３０°の範囲に制約される正弦波装置よりも大きな線形性を有することを理解すべきである。
【００１３】
図５は、オフセット磁束センサを備えた磁気角度位置検出器の実施形態の組立分解斜視図である。図６は、オートバイのスロットルの角度位置を感知するために使用されるこの検出器の断面図である。図５及び６に示すように、対向する円筒形磁石３は、直径及び長さが約０．１２５インチであり、円筒形ハウジング１の凹部内に添付されて埋め込まれる。これらの磁石は、円筒形ハウジング１内に約０．４５インチの距離で間隔を置いて配置される。厚さが約０．０３インチの回路基板２１は、回路基板２１を収容する、円筒形ハウジング１内に配置された内部シリンダ２３の成形レール１８上に担持される。レール１８は、回路基板の作動位置を見つけるために使用される端部止めを有する。回路基板２１は、回路基板の端部の各反対側に取付けられて回路基板及びシリンダ２３が円筒形ハウジング１内に完全に収容された時に磁石３の対称線９とオフセットの関係で配置された磁束センサ５の出力を処理及び／又は中継するのに必要ないかなる電子構成要素も有している。磁石３が円筒形ハウジング１内で回転する時、磁束は、センサ５のオフセット上面に垂直に検出される。円筒形ハウジング１が回転する間、内部シリンダ２３は静止状態で保持される。構成要素の上述の寸法は、例示的な実施形態を開示するために提供されたものであり、他の寸法も使用することができる。
【００１４】
図５に示すように、磁束センサ５は、回路基板２１上に各々同じ大きさのオフセットで、共有磁石３の対称線９の両側に配置することができる。この構成に必要な空間を増すことが可能な場合は、回路基板の同じ側に互いに隣り合わせでデュアルセンサを配置することもできるであろう。デュアル磁束センサは、磁石が回転する時に重複する角度位置を読み取るのに使用してもよい。二重の読取値は、電子的に比較されて角度位置感知機構が正しく作動していることを確認することができる。２つのセンサの読取値の間に著しい変化が検出された場合、関連するエンジンのスロットルは、自動的に安全なアイドリングモードで作動して危険な作動条件を回避する。勿論、重複が要求されない場合は、回路基板２１は、角度位置を検出するための単一センサだけをサポートすることができる。
【００１５】
図５及び６の装置の作動時に、円筒形ハウジング１は、オートバイのハンドルバーのチューブ内で回転するように配置される。外側シリンダ１の露出端２５は、ハンドルバーの開放端から延びて、オートバイエンジンを制御するために、係合され、手動でねじられる円筒形スロットルグリップ（図示せず）と係合する。スロットルグリップは、ハンドルバーの上を摺動し、円筒形ハウジング１及び円筒形スロットルグリップ間の確実な摩擦嵌合をもたらすために端部２５内の摩擦突起２７と係合する一体型端部キャップ（図示せず）を有する。従って、円筒形ハウジング１は、エンジンを制御するためにスロットルグリップがねじられて回転された時にハンドルバー内で回転する。
円筒形ハウジング１の許容される回転角度は、内側シリンダ２３内に形成された凹部３０に挿入されて例えば接着剤によって添付されたペグ２８によって制限される。ペグ２８は、円筒形ハウジング１内に形成された弓形スロット２９と摺動係合して延びる。例えば、スロットの長さは、スロットルグリップ及び円筒形ハウジング１に対して±４５°のねじり回転をもたらすのに必要な寸法にされる。
【００１６】
内側シリンダ２３は、非鉄又は非磁性材料、例えばプラスチックで作られ、外側円筒形ハウジング１は、金属又はプラスチックで作られる。円筒形ハウジング１が大きな妨害を受けることなく内側シリンダ２３上で回転するように、シリンダの材料は、摩擦係数が適度に小さくなければならない。静止内側シリンダ２３は、回路基板１７からの電線（図示せず）が電子制御装置まで通されてエンジンを制御するために関連する信号が中継される中空ネック部分３１を有する。例えばクルーズ制御として作用する位置にスロットルグリップ及びセンサを保持するために、電気クラッチ（図示せず）を追加することができる。
【００１７】
磁気的に飽和したサマリウムコバルト（ＳｍＣｏ）磁石が、角度位置の検出のために望ましい作動を提供することが見出されている。スイスのチューリッヒ所在のミクロナス・セミコンダクター・カンパニーから提供される例えば「Ｍｉｃｒｏｎａｓ  ＨＡＬ  ４０１」のようなホール効果センサは、約±７５°の回転に亘る磁束変化に相当する比較的精密で線形の電気信号を発生する。２つの磁石に対する磁束センサのオフセット配置は、磁石の比較的大きな角度変位に亘るセンサ出力の実質的に向上した線形性及び精度を達成する。
【００１８】
間隔ＳＰが１３ｍｍ、磁石の直径が７ｍｍ、磁石の長さが３ｍｍの典型的な磁石の角度検出の精度を図７に示す。この図に示すように、±３０°に亘るこれらの構成要素の回転の検出に対して、オフセット比（ＳＰ／Ｄ）が約２０において約０．１°の最小誤差が達成される。この誤差は、理論的な角度センサの出力角度を正確な入力角度と比較し、次に、誤差の量を予測することによって決定された。記録された誤差は、この理論モデルから特定された最大値である。磁束検出器が他の文献で提案されたように磁石の対称線に配置されると、ＳＰ／Ｄの比は、非常に大きな値（Ｄ＝０の位置で無限大）に増大して、検出器は、１．０°の誤差、又は０．１°の最適誤差の約１０倍の誤差に近いより高い付随した誤差を有する。より広い角度（すなわち、±４５°、±６０°、又は±７５°）の計測が要求される場合、累進的に大きな感知誤差が発生する。しかし、これらの誤差は、ＳＰ／Ｄの比を調節することによって最小にすることができる。その結果、選択された角度の範囲に亘る角度検出の誤差を最小にするために、所定の磁石の配置、直径、及び長さに関して、磁束センサのオフセットが選択される。
【００１９】
図８及び９は、使用する磁石の配置と直径は同じであるが、長さがそれぞれ１２ｍｍと４８ｍｍに増加した装置に関する誤差のデータを示す。図７〜図９のグラフは、所定の磁石のサイズと間隔に対して、誤差は、長さを約１２ｍｍに増すことにより減少し、長さを約４８ｍｍに増すことによりほんの僅かな更なる増加しか得られないことを示す。図７〜図９のグラフは、オフセット磁束センサを備えた角度位置検出器の性能を最適化するために使用される解析手法を明らかにする。
【００２０】
指定された角度限界内で正確かつ線形の計測値を生成する角度センサを導出する本方法は、次のようにまとめることができる。
１．磁気回路は、例えば「Ａｎｓｏｆｔ  Ｍａｘｗｅｌｌ  ３Ｄ静磁気ソフトウエア  バージョン９．０」を使用してモデル化される。モデル化の処理は、磁石形状の作成、材料特性と磁気方向の割当て、モデルを解くこと、及び可能なセンサ位置を表示する様々な曲線に沿って磁界の値を抽出することによるデータの事後処理が必要である。
２．センサの出力が計算され、例えば「ＭＳ  Ｅｘｃｅｌ  ９７」を使用して完全に線形の理想センサと比較される。計算は、磁界の値をデータ処理ソフトウエアにインポートし、計算された磁界のベクトル特性と使用された磁石センサのベクトル特性との観点からセンサ応答を計算することによって実行される。センサの値は、次にスケーリングされ、所定の回転範囲の線形理想曲線に対して最も良く適合するようにオフセットされる。スケーリングとオフセットは、所定のセンサオフセットＤと角度範囲との組合せに関して解析された全ての角度位置に対して一定に保たれる。計算されたシステム出力は、次に線形出力と比較され、最大絶対誤差が記録されてグラフにされる。
３．様々なセンサ出力のグラフを考察し、線形性と、同じく許容範囲、用途の仕様、及び幾何学的制約とを考慮し、磁気回路内の磁石の所定の間隔、直径、及び長さに対して望ましいセンサオフセットを選択することにより、望ましい出力が選択される。
【００２１】
図１０〜図１３は、更に解析的方法の結果を明らかにし、それによって構成要素に対する最適パラメータが選択される。図１０は、磁石間隔が１３ｍｍ、磁石直径が１０ｍｍ、及び磁石長さが４．５ｍｍの検出器のために計算された誤差を示す。図１１〜図１３は、磁石の直径をそれぞれ１６ｍｍ、２４ｍｍ、及び５２ｍｍに変化させて実行された解析の結果を示す。図１２に示すように、最小誤差は、磁石の直径２４ｍｍで達成される。しかし、図１０及び図１１に示すように、別のＳＰ／Ｄ比を使用すれば、ごく僅かの誤差の増加で、より小さな磁石を使用することができる。
【００２２】
装置に対する比較的小さなサイズと最高の精度及び線形性とが要求される場合、図１２の構成が選択される。図１２の最大の誤差削減は、ＳＰ／Ｄが約５の比較的小さな比率の時に達成される。磁石の間隔ＳＰは、図１０〜図１３の場合と同じなので、図１２の誤差の減少は、磁束センサのオフセット距離Ｄの増加によってのみ達成され、装置のサイズに影響を与えないはずである。十分に定まった単一最小誤差がないので、図１３の５２ｍｍの直径は選択されないであろう。また、図１３の誤差は、図１０〜図１２の構成要素によって達成された最小値を超える。
【００２３】
図１０〜図１３はまた、磁石の直径が１０ｍｍから２４ｍｍに増加し、ＳＰ／Ｄ比が減少してオフセットの増加を示す時に、所定の構成要素の寸法で計測誤差が減少することを明らかにする。このデータセットで磁石の直径が２４ｍｍを超えて増加すると、感知誤差の増加がもたらされ、従って、最適な感知作動が要求される場合は望ましくない。ここで、本発明の解析的方法は、オフセット磁束センサを使用する全ての角度位置検出器の作動を最適化するのに使用することができることを理解すべきである。また、本発明は、磁石の直径、長さ、及び間隔のパラメータのみの調節に制限されない。角度の計測値を最適化するために、他のパラメータを開示の方法で調節して解析することができる。例えば、性能を最適化するために、磁束センサをシリンダの回転軸上の一点の周りの相対的回転から離して移動させる効果を判断することができるであろう。勿論、他のいかなる物理パラメータの変化も評価することができる。
【００２４】
図１４は、拡張された範囲に亘って角度位置を精密に感知する装置を示す。この実施形態では、それぞれ独自の磁束検出器３７を備えた二対３３の磁石が使用される。サポート３９が回転する時に、一対の磁石とそれに関連したセンサとが所定の最適角度範囲に亘って角度位置を検出する。この範囲を超えると、次の角度の範囲に亘って角度位置を精密に検出するために、第２の磁石の対とセンサとが使用される。角度位置を検出するための各磁石対とそのセンサとを交替に選択し、同時に他の磁石対によって生成されたデータを消すか又は無視するために、公知の電子ゲート回路を使用することができる。また、磁石対は、それらを隔てている距離又は磁束シールド４０のいずれかによって互いに分離される。このようにして、±９０°を超えて恐らくは±１８０°に至る範囲に亘り、精密かつ線形の計測値が取られる。上述のように例えば円筒形ハウジング１によって磁石３を回転させ、サポート３９を静止状態に維持することによってもこれらの改善された結果を得ることができることは勿論である。
【００２５】
図１５ａは、拡張された範囲に亘って角度移動を検出するための装置の別の実施形態を示す。この装置は、異なる範囲の角度位置を検出するために直角に配置された２つの磁束センサを使用する。図１５ａに示すように、１つの磁束センサは、図示する向きの磁石の動きを検出する。図１５ｂは、別の磁束センサで動きを検出するための磁石の向きを示す。磁束センサは、同じ量Ｄだけオフセットされるか、又は、必要に応じて作動結果を改善するためにオフセットを変化させることができる。
【００２６】
図１６は、拡張された範囲に亘って回転を検出するために、オフセットＤで三角形に配置された３つの磁束センサを使用する別の実施形態を示す。図１７は、重複した感知のために二対の磁束センサを使用し、拡張された範囲に亘って回転を検出するために、オフセットＤで４つの磁束センサを使用する実施形態を示す。それぞれのセンサ対の対向するセンサ構成要素は、大きさが同じで、磁界方向が１８０°変化した相対的方向が反対の重複した角度位置を検出し、従って、センサ対の構成要素のセンサの読取値は、同じ角度範囲で線形である。上述のように、信頼性又は診断機能を付加するために重複読取値を使用することができる。また、グループ内のセンサに対して別のオフセットを使用することができる。図１６及び図１７の実施形態は、センサ及びそれらの磁石間の相対的な角度移動に応答して、連続して作動する磁束センサ又は磁束センサ対の各々からデータを読み取るために電子ゲートを必要とする場合がある。
【００２７】
図１８は、自動車エンジン制御のための角度位置センサの構成要素の分解組立斜視図である。センサハウジング４１は、上述した方法で間隔を空けて配置された２つの対向する磁石３を保持するロータ４３を支持する。例えばホール効果センサである磁束センサ５は、ハウジング４１の裏面に圧接されて埋め込まれたプリント基板４５と係合する。磁束センサ５は、上述のように、磁石３間の所定位置に保持され、磁石の対称軸からオフセットされる。前面カバー４７は、全ての構成要素を保持するためにハウジング４１と係合される。
【００２８】
ロータ４３は、自動車エンジン（図示せず）吸気マニホルドのスロットル本体に配置された従来のバタフライバルブ（図示せず）と回転のために係合される。作動時には、自動車のアクセルペダル（図示せず）が作動すると、それは機械的にバタフライバルブにリンクされ、従って、アクセルペダルの動きは、従来の方法でバタフライバルブの対応する動きを引き起こす。ロータ４３は、バタフライバルブと共に±４５°回転し、磁束センサ５は、バタフライバルブの角度位置と関連するアクセルペダルの作動位置とに対応する電気信号を生成する。この信号は、自動車エンジンを従来の方法で制御するために磁束センサの角度位置情報を使用する従来のエンジン制御コンピュータに入力として加えられる。
【００２９】
代替実施形態では、上述の機能を備えた角度位置センサは、アクセルペダル及び吸気マニホルドのバタフライバルブの両方に結合することができる。アクセルペダルセンサは、次に、アクセルペダルの角度位置を検出し、バタフライバルブを対応する位置まで回転させるように制御信号を送信するか、又はバタフライバルブに機械的に連結されたままであるアクセルペダルの角度位置をモニタするだけかのいずれかである。どちらの場合も、これらの構成要素の適正な同期作動を確認するために、アクセルペダルの感知された角度位置は、バタフライバルブの感知された角度位置と比較することができる。アクセルペダルの感知された角度位置とバタフライバルブの感知された角度位置とが互いに一致する場合、対応する角度位置情報は、制御コンピュータのデータとして加えられるであろう。感知位置が一致しない場合、安全予防策として、エンジンをアイドリング条件で運転するのが良い。
【００３０】
オートバイ又は自動車のスロットルの角度位置の検出に使用するための角度位置センサを開示したが、センサは、任意の装置の回転位置を検出するのに使用することができることを理解すべきである。また、実施形態は、円筒形ハウジングの動きに関連して説明したが、関連する磁束センサが望ましいオフセットで配置される限り、任意の望ましい形状のハウジングを使用することができることを認めるべきである。更に、開示の実施形態には、円筒形磁石が示されて製造にも好ましいが、例えば正方形、矩形、又はＬ字形のような任意形状の磁石を使用することができ、更に対向する磁石の形状が異なっていても使用することができる。また、磁束センサと一対の磁石との間の相対的な動きは、任意の望ましい経路に亘って達成することができる。しかし、磁気的及び幾何学対称線９と回転軸１１とに関して同心の円弧として形成された経路が望ましい。勿論、開示した本発明の解析的方法は、角度位置感知装置に対する任意の選択経路、磁石の形状、又は構成要素の他の任意の変更、又は、構成要素の向き又はサイズの有効性を評価するのに使用することができると考えられる。
開示の実施形態の変形及び修正は、従って、本発明の範囲を逸脱することなく行うことができる。上述の説明は、従って限定的ではなく例示的であるように意図されており、特許請求の範囲及びその均等物が本発明の範囲を示すことを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】改良型角度位置センサの概略図である。
【図２ａ】磁石がセンサに対して回転する時の一対の回転磁石と静止センサとの相対位置の概略図である。
【図２ｂ】磁石がセンサに対して回転する時の一対の回転磁石と静止センサとの相対位置の概略図である。
【図３ａ】磁石に対して回転するセンサとの一対の静止磁石の相対位置の概略図である。
【図３ｂ】磁石に対して回転するセンサとの一対の静止磁石の相対位置の概略図である。
【図４ａ】オフセット磁束検出器を有する装置に対する検出された磁束及び角度位置の直線関係を示すグラフである。
【図４ｂ】公知の正弦波角度センサと本発明の線形角度センサとに対する検出誤差の相対マグニチュードのグラフである。
【図５】本発明による改良型角度位置センサの構成要素の組立分解斜視図である。
【図６】図５の角度位置センサの側面断面図である。
【図７】角度位置センサの一実施形態に対する磁石間隔対センサオフセットの比に対する回転検出誤差を示すグラフである。
【図８】角度位置センサの別の実施形態に対する磁石間隔対センサオフセットの比に対する回転検出誤差を示すグラフである。
【図９】角度位置センサの更に別の実施形態に対する磁石間隔対センサオフセットの比に対する回転検出誤差を示すグラフである。
【図１０】角度位置センサの更に別の実施形態に対する磁石間隔対センサオフセットの比に対する回転検出誤差を示すグラフである。
【図１１】角度位置センサの更に別の実施形態に対する磁石間隔対センサオフセットの比に対する回転検出誤差を示すグラフである。
【図１２】角度位置センサの更に別の実施形態に対する磁石間隔対センサオフセットの比に対する回転検出誤差を示すグラフである。
【図１３】角度位置センサの更に別の実施形態に対する磁石間隔対センサオフセットの比に対する回転検出誤差を示すグラフである。
【図１４】間隔の空いた磁気及び磁束センサ構成要素を有する角度位置センサの概略図である。
【図１５ａ】２つのセンサを有する磁束感知装置の概略図である。
【図１５ｂ】回転した磁石を有する図１５ａの装置の概略図である。
【図１６】３つのセンサを有する磁束感知装置の概略図である。
【図１７】４つのセンサを有する磁束感知装置の概略図である。
【図１８】改良型角度位置センサの別の実施形態の分解組立斜視図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  シリンダ
３  対向する一対の磁石
５  磁束センサ
７  感知面
９  幾何学的及び磁気的対称の仮想線
ＳＰ  磁石の間隔
【図１】
2005010164.tif 000003
【図２ａ】
2005010164.tif 000004
【図２ｂ】
2005010164.tif 000005
【図３ａ】
2005010164.tif 000006
【図３ｂ】
2005010164.tif 000007
【図４ａ】
2005010164.tif 000008
【図４ｂ】
2005010164.tif 000009
【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１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５ａ】
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【図１５ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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