(57)【要約】能動型速度センサーに用いる磁気組立体により生じる磁界特性を最適化するための磁気組立体装置及び方法。磁気組立体は複数の極片を管状の磁石内に挿入したものである。磁気組立体の幾何学的形状の最適化により使用可能な磁界領域を変化させて、所与の磁気感知装置のスイッチング特性を低コストの感知装置が使用できるように適応させる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
能動型速度センサーの磁気組立体により生じる磁界特性を変化させるための部品キットであって、
磁界を発生するほぼ管状の磁石と、
ほぼ管状の磁石内に挿入可能で、それぞれの寸法が磁界を変化させる複数の極片とより成る部品キット。
【請求項２】
磁界を感知する感知要素と、
磁界を発生させるほぼ管状の磁石と、
ほぼ管状の磁石内に挿入可能で、それぞれの寸法が磁界を変化させる複数の極片とより成る能動型速度及び位置センサー。
【請求項３】
感知要素はホール効果型または磁気抵抗型センサーより成る請求項２の装置。
【請求項４】
ほぼ管状の磁石は円筒状、正方形、矩形または楕円形の磁石より成る請求項２の装置。
【請求項５】
複数の極片は極板に垂直に結合された円筒状コアより成る請求項２の装置。
【請求項６】
円筒状コアは管状の磁石の中心に同軸的に配置されている請求項５の装置。
【請求項７】
極板は管状の磁石の１つの極に結合されている請求項５の装置。
【請求項８】
円筒状コアは円筒状かまたはテイパーしている請求項５の装置。
【請求項９】
極板は円筒状かまたはテイパーしている請求項５の装置。
【請求項１０】
円筒状コアは軟質で高透磁率の磁気材料より成る請求項５の装置。
【請求項１１】
極板は軟質で高透磁率の磁気材料より成る請求項５の装置。
【請求項１２】
ほぼ管状の磁石は分極されている請求項２の装置。
【請求項１３】
磁界特性を変化させるために能動型速度センサーに用いる磁気組立体であって、
ほぼ管状の磁石と、
管状の磁石内に挿入可能で、それぞれの寸法が磁界を変化させる複数の極片とより成る磁気組立体。
【請求項１４】
ほぼ管状の磁石は円筒状、正方形、矩形または楕円形の磁石より成る請求項１３の装置。
【請求項１５】
複数の極片は極板に垂直に結合された円筒状コアより成る請求項１３の装置。
【請求項１６】
円筒状コアは管状の磁石の中心に同軸的に配置されている請求項１５の装置。
【請求項１７】
極板は管状の磁石の１つの極に結合されている請求項１５の装置。
【請求項１８】
円筒状コアは円筒状かまたはテイパーしている請求項１５の装置。
【請求項１９】
極板は円筒状かまたはテイパーしている請求項１５の装置。
【請求項２０】
円筒状コアは軟質で高透磁率の磁気材料より成る請求項１５の装置。
【請求項２１】
極板は軟質で高透磁率の磁気材料より成る請求項１５の装置。
【請求項２２】
ほぼ管状の磁石は分極されている請求項１３の装置。
【請求項２３】
能動型速度センサーの磁気組立体により生じる磁界特性を変化させる方法であって、
複数の極片をほぼ管状の磁石に挿入して結合し、
複数の極片の寸法を変化させ、
複数の極片により種々の磁界を発生させるステップより成る磁界特性を変化させる方法。
【請求項２４】
ほぼ管状の磁石は円筒状、正方形、矩形または楕円形の磁石より成る請求項２３の方法。
【請求項２５】
複数の極片は極板に垂直に結合された円筒状コアより成る請求項２３の方法。
【請求項２６】
円筒状コアは管状の磁石の中心に同軸的に配置されている請求項２５の方法。
【請求項２７】
極板は管状の磁石の１つの極に結合されている請求項２５の方法。
【請求項２８】
円筒状コアは円筒状かまたはテイパーしている請求項２５の方法。
【請求項２９】
極板は円筒状かまたはテイパーしている請求項２５の方法。
【請求項３０】
円筒状コアは軟質で高透磁率の磁気材料より成る請求項２５の方法。
【請求項３１】
極板は軟質で高透磁率の磁気材料より成る請求項２５の方法。
【請求項３２】
ほぼ管状の磁石は分極されている請求項２３の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、能動型速度センサーに用いる磁気組立体に係り、さらに詳細には、能動型速度センサーの磁気組立体が発生する磁界特性を最適化する方法及び装置に係る。
【背景技術】
【０００２】
希土類の管状偏倚磁石は、ホール効果型及び磁気抵抗型センサーを含む能動感知技術に使用する小さな磁界形状をかなり低コストで提供する。ホール効果型及び磁気抵抗型センサーは、一般的に、小型の集積回路を使用する磁気スイッチまたはラッチとして実現される。これらの装置のうち低価格タイプは通常、スイッチングしきい値が固定されているかまたは一度だけプログラム可能（ＯＴＰ）なものである。これらの装置は、ホール効果装置または磁気抵抗装置がその装置のスイッチングしきい値を超えるに十分な強度の磁界を受けると出力状態が切り換わるという動作原理を有する。これらの装置の出力部の構成は、用途によるがコレクタがオープンのトランジスタかまたは直流電流変調タイプである。スイッチング状態は２つの個別信号レベルより成る装置出力をデジタル的に示し、感知される磁界強度を装置のスイッチングしきい値（ヒステリシスを含む）との関連で指示する。
【０００３】
ホール効果型または磁気抵抗型感知装置のセンサーを設計する基本的課題は、目標物により生じる磁界変動が製造者の設計によりスイッチングポイントを跨ぐ変化を惹き起こすような磁界の形状及び強度を発生させることである。しかしながら、製造される装置の大部分はスイッチングポイントが固定されたものであるかまたはユーザーによるプログラムが可能であってもスイッチングポイントの範囲が限られたものである。この設計上の制約を考えると、普通生じる信号の変化が装置の好ましいスイッチングポイントまたはその範囲の限界点またはその外側に及ぶのは珍しくない。従って、所望の磁界状態を得るために磁界の形状及び強度を操作する必要がある。従来の発明は、この操作を環状の偏倚磁石の幾何学的形状を使用可能な磁界状態が発生するように変更することにより行っていた。しかしながら、磁石の幾何学的形状を変更しても磁界の形状及び強度に小さな影響が及ぶにすぎない。この影響は磁石及び感知装置の両方の構成の機械的限界により制限される。
【０００４】
磁石及び感知装置の構成の機械的限界に起因する最も重大な問題点は最適化されない磁気回路にある。これらの機械的な制約には、合理的な製造歩留まり及び安全な取り扱いを可能にする最小限の機械的特性を付与するための磁石の幾何学的構成における制約が含まれる。さらに、ホール効果型または磁気抵抗型の感知要素は、取り扱いのため、または環境保護のために、通常は熱硬化性樹脂である何らかの実装材料で包み込んで、ホール効果型または磁気抵抗型感知装置と磁石の面の間の距離を最小限に抑える必要がある。
【０００５】
これらの機械的制約が重なって、感知要素に所望の値よりも大きい静止点磁界強度が発生する。また、磁界の傾度及び磁界の形状は、磁石に関しては、また、磁石の材料密度及び寸法公差のような製造交差に関する限り制御不能である。従来技術では、この最適化されない磁気状態を克服するために高価な自己調整型感知装置を利用する方法が用いられていた。
【０００６】
従って、本発明の目的は上述した問題点のうちの少なくとも１つを克服及び軽減することにある。
【発明の概要】
【０００７】
従って、本発明の目的は、利用可能な広範囲の装置の構成を可能にし適応性を付与する装置及び方法を用いることによりコストを削減することにある。
【０００８】
本発明の別の目的は、能動型速度センサーに用いる改良型磁気組立体を提供することにある。
【０００９】
本発明の目的は、透磁性磁気コアの直径及び長さ並びに透磁性磁気極板の厚さを変化させることにより「スイートスポット」または最適化磁界領域のサイズ、形状及び位置を制御することにある。
【００１０】
本発明の別の目的は、複数の極片の直径、長さ及び厚さを利用して感知要素の磁界状態を最適化することにある。
【００１１】
本発明のさらに別の目的は、スイッチングパラメータが固定されたそして／またはスイッチングポイント範囲が限られた低コストの感知装置を使用できるように管状の磁気構造の磁界特性を制御することにある。
【００１２】
本発明の１つの局面によると、能動型速度センサーの磁気組立体により生じる磁界特性を変化させるための部品キットは、磁界を発生するほぼ管状の磁石と、ほぼ管状の磁石内に挿入可能で、それぞれの寸法が磁界を変化させる複数の極片とより成る。
【００１３】
本発明の別の局面によると、能動型速度及び位置センサーは、磁界を感知する感知要素と、磁界を発生させるほぼ管状の磁石と、ほぼ管状の磁石内に挿入可能で、それぞれの寸法が磁界を変化させる複数の極片とより成る。
【００１４】
本発明の別の局面によると、磁界特性を変化させるために能動型速度センサーに用いる磁気組立体は、ほぼ管状の磁石と、管状の磁石内に挿入可能で、それぞれの寸法が磁界を変化させる複数の極片とより成る。
【００１５】
本発明の別の局面によると、能動型速度センサーの磁気組立体により生じる磁界特性を変化させる方法は、複数の極片をほぼ管状の磁石に挿入して結合し、複数の極片の寸法を変化させ、複数の極片により種々の磁界を発生させるステップより成る。
【実施例】
【００１６】
図１ａ及び１ｂを参照して、従来技術の磁気組立体１００は管状の磁石１１０を備えたしきい値自己調整装置を使用する。磁石の幾何学的形状により、使用可能な磁界としても知られる磁気「スイートスポット」１２０が発生する。従来技術では、「スイートスポット」１２０のサイズ、形状及び位置は磁石の幾何学的形状のばらつきによる制約を受ける。センサー装置の製造者は、感知要素１３０を含む集積回路をプラスチックのパッケージ１４０内に包み込んで集積回路を保護する。従来技術では、センサー装置のスイッチングポイントは、磁気静止レベル及び感知要素１３０の信号変動に適応するように自己調整される。自己調整型装置を用いると磁界静止点の大きなばらつきを補正できるが、装置が高価になる。
【００１７】
図２ａ及び２ｂを参照して、本発明はそれほど高価でない装置により磁界１５０を制御する磁気組立体１４５を使用する。管状の磁石１５５の性質により、磁界１５０は管状の磁石１５０の外側を包むだけでなく、磁束が反対極への帰還路を求めるために管状の磁石１５５の中空コアを介して内部を包む状態が生じる。管状の磁石１５５の円筒軸に沿って磁界のナル状態が生じる。このナル領域は管状の磁石１５５の面から外側に突出する。この突出領域が磁気「スイートスポット」１２０である。この「スイートスポット」１２０は、磁界のレベルが磁極から出る磁界より低い、管状の磁石１５５の磁極から外側に突出する磁気領域として画定される。本発明は、磁石の幾何学的形状とは無関係に磁気「スイートスポット」１２０のサイズ、形状及び位置を制御するために透過性の極片組立体１６０を導入することにより管状の磁石１５５の中空コアを利用するものである。管状の磁石１５５の形状は円筒状に限定されない。当業者は、図３ａ−３ｃに示す正方形、矩形及び楕円形を含む、管状の磁石１５５の円筒形以外の形状を選択するであろう。
【００１８】
極片組立体１６０は、好ましくは、１００８スティールのような軟質で高透磁率の磁気材料より成る。極片組立体１６０は、円筒状コア１７０が極板１８０に互いに垂直に結合されたものより成る。円筒状コア１７０は縦方向に分極された管状の磁石１５５の中心に同軸配置されているため、極板１８０は分極された管状の磁石１５５の１つの面に磁気結合する。極片組立体１６０は磁界１５０を通す。極片組立体１６０は、磁界１５０の大きさ及び感知要素１３０の感知面１９０に存在する磁界の極性を含む磁界１５０の幾つかのパラメータに対する制御を可能にする。円筒状コア１７０の寸法、即ち直径、長さ及びテイパーを変化させて、磁界１５０の形状及び感知要素１３０の正確な位置における静止点磁界の大きさの両方を変化させることができる。同様に、極板１８０の厚さを変化させてその磁界特性にさらに影響を与えることができる。極片組立体１６０はコストを削減するために単一のねじ付き機械コンポーネントとして製造するのが好ましい。極片組立体１６０の長さ、直径、厚さの最適化により、スイッチングパラメータが固定されそして／またはスイッチングポイントの範囲が限られた低コストの感知要素１３０を使用できるようにする磁界特性の非常に低コストの制御方法が得られる。一部の感知要素、即ち、Allegro 3266
はＯＴＰスイッチングポイントの範囲が６０−２００ガウスである。磁界１５０を内側に引き込むための極片組立体１６０がない場合、好ましい管状のＮｅＦｅＢ磁石１５５は感知面１９０に３００−５００ガウスの静止点磁界レベルを発生させるが、これは最も低コストの感知要素１３０の使用を可能にする範囲よりも十分に大きい。
【００１９】
従来技術において、極片組立体１６０を備えていない管状の磁石１１０は、感知要素１３０の面に適当な磁界強度を得ることができない。例えば、磁界強度は小さすぎるかまたは磁石の表面に近く過ぎて利用できない。その実施例において、「スイートスポット」１２０は管状の磁石１１０の面に近過ぎる狭い領域に存在するため、感知要素１３０の実装に係る制約により感知要素１３０と「スイートスポット」１２０とを同じ場所に置くことができない。
【００２０】
磁界１５０の反対極は、磁極組立体１６０により管状の磁石１５５の中空コアを通って感知要素１３０近くの場所へつながる。反対極を感知面１９０により近くつなぐことにより、極片組立体１６０の幾何学的形状を変化させると「スイートスポット」１２０を制御することができる。この制御は、主として、感知面１９０に存在する絶対磁界強度のほぼ０ガウスレベルへの減少として実現される。感知面１９０の磁界強度のこの減少が、固定しきい値の多くの低コストＯＴＰ装置の使用を可能にする。
【００２１】
極片組立体１６０は、使用可能な磁界またはセンサーの「スイートスポット」１２０の領域が２つの重要な点で改善されるように磁界１５０の形状を変化させる。第１に、極片組立体１６０が存在すると、磁界１５０が円筒状コア１７０の幾何学的形状により制御される領域にわたって分散されるため感知要素１３０の面の磁界強度の傾度が安定化する。これは、感知要素１３０の性能を犠牲にすることなく感知要素１３０の大きな位置決めエラーを許容するという理由で重要な特性である。第２に、磁界１５０は分極された管状の磁石１５５の面からさらに外側に、磁界強度の険しい傾度で突出する。この傾度は極片組立体１６０の幾何学的形状を制御することにより決定される。これにより、感知範囲の増大が可能となり、磁気組立体１００が用途の目標物により影響されるときの磁気変動が大きくなって、感知要素１３０のスイッチング位置精度が改善される。
【００２２】
図４を参照して、動作時、センサー本体２００の磁気組立体１４５は用途の目標物２１０と相互作用する。感知要素１３０の面を通過する目標物の不規則性により生じる磁界１５０の変動は、センサーが作用して出力スイッチング挙動を示す信号を構成する。
【００２３】
本発明をある特定の実施例に関連して説明したが、本発明の範囲から逸脱することなく上述の実施例に対する多数の変形例及び設計変更が可能である。従って、本発明は上述の実施例及びその均等物に限定される意図はない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１ａ】管状の磁石の頂部断面図であり、最適化されていない磁界領域及び感知装置を示す。
【図１ｂ】管状の磁石の横断面図であり、最適化されていない磁界領域及び感知装置を示す。
【図２ａ】管状の磁石の頂部断面図であり、最適化された磁界領域、極片組立体及び感知装置を示す。
【図２ｂ】管状の磁石の横断面図であり、最適化された磁界領域、極片組立体及び感知装置を示す。
【図３ａ】正方形の磁石の斜視図である。
【図３ｂ】矩形の磁石の斜視図である。
【図３ｃ】楕円形の磁石の斜視図である。
【図４】磁石組立体を備えたセンサーの斜視図である。
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【図４】
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【国際調査報告】
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