(57)【要約】ここで開示される構成は、少なくともほぼ直線運動座標上のボディーの位置を決定する装置であり、この直線運動座標に沿って２組の磁石装置が配置され、各磁石装置はＮ極及びＳ極からなる少なくとも一対の磁極を備え、さらに、２組の磁石装置の間に磁気抵抗角度センサ装置が配置され、この磁気抵抗角度センサ装置は磁界の方向を測定するように配置され、この磁界は、測定面に位置する空間基準方向との関係で、磁石装置間にわたっており且つ測定平面においてそれらの間で延びている。運動座標は磁気抵抗角度センサ装置の測定面に対して少なくともほぼ直角に整列し、２組の磁石装置の磁気軸は測定面にほぼ平行に延び、測定面上への磁気軸の射影が互いに相対的に所定の角度だけずらされるように整列される。少なくとも第１磁石装置はボディーに結合され且つ移動可能に配置され、その移動は、ボディーと共に且つ運動座標に沿って磁気抵抗角度センサ装置に対して行われる。その結果、少なくともほぼ直線運動をする場合に、角度センサを用いてボディーの位置を決定する装置が、作り出される。
2006510879.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともほぼ直線運動座標上のボディーの位置を決定する装置であり、この直線運動座標に沿って２組の磁石装置が配置され、各磁石装置はＮ極及びＳ極からなる少なくとも一対の磁極を備え、さらに、前記２組の磁石装置の間に磁気抵抗角度センサ装置が配置され、この磁気抵抗角度センサ装置は磁界の方向を測定するように配置され、この磁界は、測定面に位置する空間基準方向との関係で、磁石装置間にわたっており且つ測定平面においてそれらの間で延びている、装置において、
前記運動座標は前記磁気抵抗角度センサ装置の前記測定面に対して少なくともほぼ直角に整列しており、
前記２組の磁石装置の前記磁気軸は前記測定面にほぼ平行に延び、前記測定面上への磁気軸の射影が互いに相対的に所定の角度だけずらされるように整列されており、
少なくとも前記第１磁石装置は前記ボディーに結合され且つ移動可能に配置され、その移動は、前記ボディーと共に且つ前記運動座標に沿って前記磁気抵抗角度センサ装置に対して行われる、
装置。
【請求項２】
第２磁石装置及び前記磁気抵抗角度センサ装置がそれらの間に間隔をおいて前記運動座標に沿って固定配置されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１及び第２磁石装置が互いに一定の間隔をおいて前記ボディーに結合され、かつ、前記運動座標に沿って前記磁気抵抗角度センサ装置に対して相対的に前記ボディーと一緒に動かされうるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第１及び第２磁石装置の磁気軸の前記測定面上への射影が少なくともほぼ９０°の角度をなすことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記ボデイーが自動車の移動部品であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記ボデイーが自動車の内燃機関の移動部品であることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記ボデイーが自動車のブレーキシステムの移動部品であることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記ボデイーが自動車のシャーシの移動部品であることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項９】
前記ボデイーが原動機付き車両のショックアブソーバの移動部品であることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボディーの位置を決定する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁界を測定するために磁気抵抗センサを用いることは知られている。よく用いられる応用例の中では、それらの使用は車両のブレーキ装置用アンチロックシステムにおける速度センサとして、及び角度センサとしての使用である。しかし、磁気抵抗センサ、特にいわゆるＡＭＲセンサはほぼ直線の運動を決定するためには現在滅多に用いられていない。ところが、まさしくそのような物が自動車技術における新たな応用領域で望まれている。
【０００３】
センサユニットに対して相対的に動くように配置された部材の位置を測定するために少なくとも２つの非接触センサを備えた位置センサがドイツ国特許出願公開第１９５３０３８６号明細書により公知である。センサユニットからのセンサ信号から測定信号が発生され、それのクロック信号に対する相対的な位相位置から、センサユニットに対して相対的に動くように配置された部材の位置が決定されうる。その場合、この位置は角度位置又は直線位置である。
【０００４】
互いに相対的に角度がずれている（offset）ように配置された、少なくとも２つの非接触センサユニットを備えた角度センサが欧州特許出願公開第０６７１６０５号明細書により公知である。その場合、センサユニットのセンサ電圧は回転部材に対して相対的に測定される角度の同質の正弦関数（センサ特性）ではあるが、角度ずれをもって動作する。この角度センサはチップ上に配置され、そのチップ上に、センサユニットの一方のブリッジ素子が共通の中心点の周りに４５°の空間的ずれを持つ他方のセンサ素子からなるブリッジ素子によって追従されるように、互いに挟み込まれたブリッジ素子を有する２つのセンサユニットを備えている。ブリッジ素子に結合された評価回路手段によって１８０°までの角度範囲にわたり、測定される角度の指標を形成する角度センサ電圧が一義的に発生されうる。
【０００５】
他のセンサと比較して、４５°のずれ角を有する２つのフルブリッジを備えた隣接磁界の角度をアルゴリズム手段によって決定するこの種のＡＭＲ角度センサは、広い温度範囲で高い絶対精度という利点を持っている。従って、この種のセンサにはほぼ直線運動を実行する素子の位置を決定することが望まれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、少なくともほぼ直線性である運動の場合に角度センサを用いてボディーの位置を決定する装置を構成することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は本発明により、少なくともほぼ直線運動座標上のボディーの位置を決定する装置であり、この直線運動座標に沿って２組の磁石装置が配置され、各磁石装置はＮ極及びＳ極からなる少なくとも一対の磁極を備え、さらに、前記２組の磁石装置の間に磁気抵抗角度センサ装置が配置され、この磁気抵抗角度センサ装置は磁界の方向を測定するように配置され、この磁界は、測定面に位置する空間基準方向との関係で、磁石装置間にわたっており且つ測定平面においてそれらの間で延びている、装置において、前記運動座標は前記磁気抵抗角度センサ装置の前記測定面に対して少なくともほぼ直角に整列しており、前記２組の磁石装置の前記磁気軸は前記測定面にほぼ平行に延び、前記測定面上への磁気軸の射影が互いに相対的に所定の角度だけずらされるように整列されており、少なくとも前記第１磁石装置は前記ボディーに結合され且つ移動可能に配置され、その移動は、前記ボディーと共に且つ前記運動座標に沿って前記磁気抵抗角度センサ装置に対して行われる。その場合、Ｓ極とＮ極との間の磁力線の方向が磁石装置の磁気軸と称される。
【０００８】
本発明による装置においては、磁気軸を相対的にずらした磁石装置を用いることによって、合成磁界が運動座標に沿って磁石装置相互間を延びるサブ空間内を通る。その場合、磁力線はほぼ螺旋状に走る。この合成磁界は測定面内に整列された磁界成分を含み、測定面におけるその磁界成分の方向は、測定面内に位置する空間基準方向に対して相対的に運動座標に沿って変化する。もし運動座標に沿った磁気抵抗角度センサ装置の位置がこのようにして形成された合成磁界の磁力線に対して相対的に変化させられると、測定面において磁気抵抗角度センサ装置によって測定される合成磁界の磁界成分の方向が同時に変化する。
【０００９】
運動座標に沿ったボディーのほぼ直線の運動は本発明による装置によって測定面における合成磁界の磁力線の回転運動に簡単に変換される。この回転運動は磁気抵抗角度センサ装置によって極めて正確に検知される。これは、単純で、ロバスト性があって、同時に非常に高精度の、ボディーの位置を決定する測定装置を構成することに結びつき、この装置は高度の機械的及び／又は熱的ストレスにさらされる環境において有利に用いることができる。従って本発明による装置は、好ましくは自動車技術、特に上記ストレスにもかかわらず非常に正確な測定が要求される応用分野において用いることができる。
【００１０】
本発明の好ましい実施態様によれば、第２磁石装置及び磁気抵抗角度センサ装置がそれらの間に間隔をおいて運動座標に沿って固定配置される。本発明のこの実施態様においては、第２磁石装置及び磁気抵抗角度センサ装置が運動座標に対して相対的に固定され、第１磁石装置がボディーと共に運動座標に沿って一緒に動かされる。その結果、運動座標に沿って両磁石装置間に延びる、合成磁界が作用するサブ空間の大きさが第１磁石装置の、従って運動座標に沿うボディーの運動と共に変化させられる。これは又、ここでは磁石装置間の間隔に応じて磁力線の螺旋特性が急勾配（steeper）又は緩勾配（shallower）となるようにここでは逆に動かされて、両磁石装置間の運動座標に沿って延びるサブ空間内の合成磁界の磁力線の分布を変化させる。第２磁石装置と一緒に運動座標に対して相対的に固定して配置された磁気抵抗角度センサ装置では、測定面内で形成され測定された合成磁界の磁界成分の方向がボディーと一緒に動く第１磁石装置の運動に従って同時に変化する。その場合、磁気抵抗角度センサ装置によって測定面で測定された合成磁界の磁界成分の方向が運動座標に沿うボディーの運動の直接指標を構成する。
【００１１】
本発明の他の好ましい実施態様においては、第１及び第２磁石装置が互いに一定の間隔をおいてボディーに結合され、かつ、運動座標に沿って磁気抵抗角度センサ装置に対して相対的にボディーと一緒に動かされるように配置される。本発明のこの実施態様においては、磁気抵抗角度センサ装置が運動座標に対して相対的に固定され、第１及び第２磁石装置が運動座標に沿ってボディーと一緒に動かされる。その結果、ボディーが動かされた時、運動座標に沿って両磁石装置間を延びる、合成磁界が作用するサブ空間の大きさが、つまりはそのサブ空間内の合成磁界の磁界分布も変化しない。ただボディーが動いた時、合成磁界に対して相対的に磁気抵抗角度センサ装置の位置のみが変化する。しかしながら、サブ空間内の合成磁界の磁界分布の螺旋形状の作用により、測定面内で形成され測定される合成磁界の磁界成分の方向は今や磁石装置及びボディーの運動に従って磁気抵抗角度センサ装置内でも変化する。それにより、磁気抵抗角度センサ装置によって測定面内で測定される合成磁界の磁界成分の方向は、この装置でも運動座標に沿うボディーの運動の直接指標を構成する。
【００１２】
もちろん本発明は、ボディー、磁石装置、及び磁気抵抗角度センサ装置を含む装置（構造）（configurations）を備え、これはこれらのエレメントの構成及びそれらの組合せのキネマテックリバーサル（kinematic reversal）としても現される。そのため、例えば、ボディーは磁気抵抗角度センサ装置と組み合わせることが可能であり、その組み合わされた部品を運動座標に沿って磁石装置に対して相対的に一緒に動けるように配置することも可能である。ボディーと両磁石装置の一方とを例えば磁気抵抗角度センサ装置と組み合わせることも可能であり、その組み合わされた部品を運動座標に沿う磁石装置の他方に対して相対的に一緒に動けるように配置することも可能である。
【００１３】
本発明の好ましい実施態様においては、第１及び第２磁石装置の磁気軸の測定面上への射影が少なくともほぼ９０°の角度をなす（enclose）。磁石装置の磁気軸の射影によってなされる角度のこの選択は、合成磁界の磁力線の螺旋形状の最大限可能な好結果をもたらす。磁石装置の磁気軸の射影によってなされる角度の選択において、好ましくは使用される磁気抵抗角度センサ装置がクリアな信号を出力する角度大きさが考慮される。
【００１４】
本発明による装置は、好ましくは自動車の分野で用いられる。特にその位置が決定されなければならないボディーは自動車の移動部品である。好ましくは、ボデイーは自動車の内燃機関又はブレーキシステムの移動部品である。本発明の好ましい１つの応用例は、ボデイーが自動車のシャーシ、特に自動車のショックアブソーバの移動部品である。この種の部品の運動が行われる時には、その位置が本発明による装置によって簡単に、信頼性をもって、正確に決定される。特に自動車の分野における代表的なストレスに応じたこの種の装置のロバスト性は、それらの小型で、空間節約型で、軽量な構成と共に利点となるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に図面に示された実施例を参照して本発明をさらに説明する。
【００１６】
図１は、本発明の第１実施例による、ほぼピストン形をしたボディー１の位置を決定する装置の、図Ａと表示された正面図である。この装置は少なくともほぼ直線運動座標（liner motion coordinate）ｂ上でボディー１の位置を決定する。この目的を達成するために、ボディー１は、第１ピストン形状部２、第２ピストン形状部３、及び両ピストン形状部を接続するランド形状部５を備えている。この実施例の運動座標ｂはボディー１の、すなわち特にそのピストン形状部２，３の縦軸に一致する。運動座標ｂに沿って２つの磁気装置５及び６が配置されている。両磁気装置５，６は、この実施例では、永久磁石として構成され、それぞれＮ極７，９及びＳ極８，１０からなる一対の磁極を備えている。参照符号５を有する第１の磁気装置すなわち第１永久磁石はボディー１の第１ピストン形状部２に結合され、参照符号７を有するＮ極、及び参照符号８を有するＳ極を備えている。参照符号６を有する第２の磁気装置すなわち第２永久磁石はボディー１の第２ピストン形状部３に結合され、参照符号９を有するＮ極、及び参照符号１０を有するＳ極を備えている。
【００１７】
ボディー１及び永久磁石５，６の空間配置を説明するために、図１による装置の断面Ｂ−Ｂを図２に示し、図１のＣ方向から見た側面図を図３に示し、図３の断面Ｄ−Ｄを図４に示している。
【００１８】
上述の装置において、永久磁石５，６は運動座標ｂが垂直方向に位置している平面に平行な磁気軸に整列している。なお、この平面のことを以下においては測定面と称することにする。この測定面は断面Ｂ−Ｂ及びＤ−Ｄに平行に走っている。永久磁石５，６の磁気軸の射影（projection）は、所定の角度、図示の実施例では９０°だけ互いにずれる（オフセットする）ように測定面上に整列されている。磁気軸がこのように互いにずれている永久磁石５，６を用いることによって、結果的に生ずる合成磁界が運動座標ｂに沿う永久磁石５，６間に延びるサブ空間内に及び、その磁力線はほぼ螺旋状に（helically）走る。この合成磁界の磁力線は図の明瞭性を損なわないように示されていないが、その合成磁界は測定面内に整列された磁界成分を含んでいる。測定面におけるその磁界成分の方向は、この測定面内に位置している空間基準方向に対して相対的に運動座標ｂに沿って変化する。
【００１９】
図１ないし図４による装置において、永久磁石５，６間に磁気抵抗角度センサ装置１１が配置されている。この角度センサ装置１１は測定面において永久磁石５，６によって引き起こされた合成磁界の磁界成分の方向を測定するように配置されている。図１ないし図４に磁気抵抗角度センサ装置１１のハウジング１２が示されている。ハウジング１２はＡＭＲ（異方性磁気抵抗型）角度センサモジュールを備えている。このような角度センサモジュール自体は例えば欧州特許出願公開第０６７１６０５号明細書により知られているところである。さらに端子１３が概略的に示されており、この端子１３に磁気抵抗角度センサ装置１１が接続される。実用例（プラクティカルバージョン）では、この端子１３に信号評価装置が外部接続されるが、ここには図示されていない。
【００２０】
さて磁気抵抗角度センサ装置１１の、運動座標ｂに沿う位置が、合成磁界の磁力線に対して相対的に変化させられると、測定面において磁気抵抗角度センサ装置１１によって測定される合成磁界の磁界成分の方向も同時に変化する。その場合、磁気抵抗角度センサ装置１１がボディー１の第１ピストン形状部２と同様に運動座標ｂに沿って十分遠くにずれた（シフトした）時、測定面において磁気抵抗角度センサ装置１１によって測定される合成磁界の磁界成分の方向は、ボディー１の第１ピストン形状部２に結合された永久磁石５の磁気軸の方向に対応する。他方、仮に磁気抵抗角度センサ装置１１がボディー１の第２ピストン形状部３と同様に運動座標ｂに沿って十分遠くにずれた（シフトした）時は、測定面において磁気抵抗角度センサ装置１１によって測定される合成磁界の磁界成分の方向は、ボディー１の第２ピストン形状部３に結合された永久磁石６の磁気軸の方向に対応し、従って９０°回転している。
【００２１】
測定面において磁気抵抗角度センサ装置１１によって測定されるこの方向は、運動座標ｂに沿う磁気抵抗角度センサ装置１１の位置の直接指標（direct gauge）である。ボディー１が磁気抵抗角度センサ装置１１に対して相対的に運動座標ｂに沿って永久磁石５，６と一緒に運動する場合には、測定面において磁気抵抗角度センサ装置１１によって測定される方向は運動座標ｂ上のボディー１の位置の直接指標である。
【００２２】
図５は本発明の第２実施例による、ボディーの位置を決定する装置の正面図（図Ｅ）である。ボディー２は、ここでもほぼピストン形状であり、例えばその位置が少なくともほとんど直線運動座標ｃ上で決定されるべきものである。この実施例における運動座標ｃはボディー２０の縦軸に一致する。運動座標ｃに沿って２つの磁気装置２１及び２２が配置されている。この実施例では両磁気装置２１，２２は永久磁石として構成され、それぞれＮ極２３，２５及びＳ極２４，２６からなる一対の磁極を備えている。参照符号２１を有する第１永久磁石は第１ピストン形状ボディー２０に結合され、参照符号２３を有するＮ極、及び参照符号２４を有するＳ極を備えている。参照符号２２を有する第２永久磁石は運動座標ｃに対して相対的に固定された部分２７に結合され、図示の実施例でもピストン形状をし、ボディー２０に対する対応部分を形成し、さらに参照符号２５を有するＮ極、及び参照符号２６を有するＳ極を備えている。
【００２３】
ボディー２０及び永久磁石２１，２２の空間配置を説明するために、図５による装置の断面Ｆ−Ｆを図６に示し、図５のＧ方向から見た側面図を図７に示し、図７の断面Ｈ−Ｈを図８に示している。
【００２４】
この装置においても、永久磁石２１，２２は運動座標ｃが垂直方向に位置している平面に平行な磁気軸に整列している。なお、この平面のことを以下においては測定面と称することにする。測定面は断面Ｆ−Ｆ及びＨ−Ｈに平行に走っている。永久磁石２１，２２の磁気軸の射影は、所定の角度、図示の実施例では９０°だけ互いにずれるように測定面上に整列されている。磁気軸がこのように互いにずれている永久磁石２１，２２を用いることによって、合成磁界が運動座標ｃに沿う永久磁石２１，２２間に延びるサブ空間内に及び、その磁力線はほぼ螺旋状に走る。この合成磁界の磁力線は図の明瞭性を損なわないように示されていないが、その合成磁界は測定面に整列された磁界成分を含んでいる。測定面におけるその磁界成分の方向は、この測定面内に位置している空間基準方向に対して相対的に運動座標ｃに沿って変化する。
【００２５】
図５ないし図８による装置において、永久磁石２１，２２間に磁気抵抗角度センサ装置２８が配置されている。この角度センサ装置２８は測定面において永久磁石２１，２２によって引き起こされた合成磁界の磁界成分の方向を測定するように配置されている。図５ないし図８に磁気抵抗角度センサ装置２８のハウジング２９が示されている。ハウジング２９はＡＭＲ（異方性磁気抵抗型）角度センサモジュールを備えている。このような角度センサモジュール自体は例えば欧州特許出願公開第０６７１６０５号明細書により知られているところである。さらに端子３０が概略的に示されており、この端子３０に磁気抵抗角度センサ装置２８が接続される。実用例では、この端子３０に信号評価装置が外部接続されるが、ここには図示されていない。第２永久磁石２２を支持するピストン形状部２７と同様に、磁気抵抗角度センサ装置２８は、この実施例では運動座標ｃに対して相対的に固定されるように配置されている。
【００２６】
本発明のこの実施例によれば、第２永久磁石２２及び磁気抵抗角度センサ装置２８が運動座標ｃに沿って互いに一定距離をおいて配置されている。第１永久磁石２１は運動座標ｃに沿ってボディー２０と一緒に動かされる。その結果、永久磁石２１，２２間を運動座標ｃに沿って延び、合成磁界が作用を及ぼすサブ空間の大きさが運動座標ｃに沿う第１永久磁石２１の運動、従ってボディー２０の運動と共に変化させられる。これは又永久磁石２１，２２間の運動座標ｃに沿って延びるサブ空間内の合成磁界の磁力線の分布を変化させ、永久磁石２１，２２の間隔に応じて、磁力線の螺旋特性が急勾配又は緩勾配となるようにここでは逆に動かされる。第２永久磁石２２と一緒に運動座標ｃに対して相対的に固定配置関係にある磁気抵抗角度センサ装置２８では、測定面に形成され測定された合成磁界の第２磁界成分の方向がボディー２０と一緒に第１永久磁石２１の運動に従って同時に変化する。その場合、磁気抵抗角度センサ装置２８により測定面で測定された合成磁界２１の磁界成分の方向は運動座標ｃに沿ってボディー２０の運動の直接指標を構成する。
【００２７】
ボディー２０が磁気抵抗角度センサ装置２８と同様に十分遠く運動座標ｃに沿ってずらされた時、特に測定面において磁気抵抗角度センサ装置２８によって測定される合成磁界の磁界成分の方向は第１永久磁石２１の磁気軸の方向に対応する。他方、仮にボディー２０が逆方向に運動座標ｃに沿ってずらされ、磁気抵抗角度センサ装置２８及び第２永久磁石２８間の距離に比較して大きい間隔だけ磁気抵抗角度センサ装置２８から離れているとすれば、測定面において磁気抵抗角度センサ装置２８によって測定される磁界成分の方向は第２永久磁石２２の磁気軸の方向の合成磁界に対応し、それは９０°回転している。
【００２８】
従って磁気抵抗角度センサ装置２８によって測定面で測定される方向は運動座標ｃ上のボディー２０の位置の直接指標を構成する。
【００２９】
上述の磁力線の回転、すなわち合成磁界中の運動座標に沿って測定可能な測定面における運動座標に沿って測定可能であって、合成磁界の螺旋形状によってほぼもたらされ、角度センサ装置２８によって信頼性をもって決定されうる合成磁界の磁界成分の方向の変化は、角度センサ装置が飽和状態の中で動作させられるとしても、さらに磁界強度の絶対値のいかなる変化にも無関係である。
【００３０】
特に第２実施例による構成の場合、運動座標と角度センサ装置によって測定される磁界成分の角度との間の測定される関係は非直線性でありうる。その場合、ボディーの位置と磁力線の角度との間のこの関係は、好ましくは角度センサ装置から出力される信号の対応する逆変換によって直線化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施例による、ボディーの位置を決定する装置の正面図（図Ａ）である。
【図２】本発明の第１実施例による、ボディーの位置を決定する装置の、図１の断面Ｂ−Ｂを示す横断面図である。
【図３】本発明の第１実施例による、ボディーの位置を決定する装置を図１のＣ方向から見た側面図（図Ｃ）である。
【図４】本発明の第１実施例による、ボディーの位置を決定する装置の、図３の断面Ｄ−Ｄを示す横断面図である。
【図５】本発明の第２実施例による、ボディーの位置を決定する装置の正面図（図Ｅ）である。
【図６】本発明の第２実施例による、ボディーの位置を決定する装置の、図５の断面Ｆ−Ｆを示す横断面図である。
【図７】本発明の第２実施例による、ボディーの位置を決定する装置を図５のＧ方向から見た側面図（図Ｇ）である。
【図８】本発明の第２実施例による、ボディーの位置を決定する装置の、図７の断面Ｈ−Ｈを示す横断面図である。
【図１】
2006510879.tif 000003
【図２】
2006510879.tif 000004
【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】
2006510879.tif 000009
【図８】
2006510879.tif 000010
【国際調査報告】
2006510879.tif 000011
2006510879.tif 000012