(57)【要約】【課題】２つのセンサモジュールを、単一の基板に容易に取り付け、選択された基準に従って互いに対しておよび鉄製歯車に対して位置付けさせる。【解決手段】各々が２つのホール効果センサ３４を含むセンサモジュール２６、２８は、歯車センサ組立体２０内で互いに対して位置させられると共に基板２４に対して位置させられる。センサモジュール２６、２８は、位置決め面の平面内で互いに対して１２０°回転させられ、互いに向かって１５°傾けられる。センサリード線５２は、両センサ上のリード線５２が、センサ同士の中間点の所で歯車の接線方向に位置する平面から４．３０°離れるように傾けられた基板２４の穴を垂直に通過するように９８．６４°の角度γに曲げられる。センサパッケージは、センサモジュール２６、２８を互いに対して位置させると共に基板２４に対して位置させるように配置されたプラスチック製取付けブラケットによって形成される。【選択図】図１
2007304079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯車歯センサ組立体（２０）であって、
ハウジング（２２）と、
前記ハウジング（２２）に取り付けられており、第１の平面内に互いに間隔をおいて配置され、かつ前記第１の平面内にある第１の間隔方向を定める、第１のホール効果センサ（３４）と第２のホール効果センサ（３４）をさらに有する第１のセンサモジュール（２６）と、
前記第１のセンサモジュール（２６）から前記第１の平面に平行に延び、各々が、前記第１の方向に平行な軸の周りにリード曲げ角度（γ）で曲げられた第１の複数のリード線（５２）と、
前記ハウジング（２２）に取り付けられており、第２の平面内に互いに間隔をおいて配置され、かつ前記第２の平面内にある第２の間隔方向を定める、第３のホール効果センサ（３４）と第４のホール効果センサ（３４）をさらに有する第２のセンサモジュール（２８）と、
前記第２のセンサモジュール（２８）から前記第２の平面に平行に延び、前記第２の方向に平行な軸の周りに前記リード曲げ角度（γ）で曲げられた第２の複数のリード線（５２）と、
単一の平面内に位置し、前記ハウジング（２２）に取り付けられた基板（２４）と
を有し、
前記ハウジング（２２）は、前記第１の平面と前記第２の平面が第１の角度で交差して交差線を形成し、前記第１の間隔方向および前記第２の間隔方向は各々、前記交差線とでほぼ同一の第２の角度（α）を形成するように、前記第１のセンサモジュール（２６）および前記第２のセンサモジュール（２８）を位置付けし、
前記基板（２４）は、前記第１の角度および前記第２の角度が非零になるように選択され、かつ前記リード曲げ角度（γ）および前記第３の角度が、前記第１の複数のリード線（５２）および前記第２の複数のリード線（５２）が前記基板（２４）に向かって垂直に延びるように選択されるように、前記交差線に対して第３の角度で前記ハウジング（２２）に取り付けられている
歯車歯センサ組立体。
【請求項２】
前記第２の角度（α）は約３０°である、請求項１に記載の歯車歯センサ組立体（２０）。
【請求項３】
歯車歯センサ内の２つのセンサモジュール（２６、２８）の幾何学的な位置を求める方法であって、
監視すべき歯車（４０）の円周の周りの歯間隔を求めるステップと、
第１のセンサモジュール（２６）内に含まれる、間隔をおいて配置された第１の一対の個々のホール効果センサ（３４）が、前記歯車（４０）の前記円周の接線方向に位置する平面に平行であり、かつ間隔をおいて配置された第１の一対の個々のホール効果センサ（３４）間に形成された空間が先行する歯車歯（３８）に対して小さくなるように、前記先行する歯車歯（３８）を表す線に対してある角度で位置するように前記第１のセンサモジュール（２６）を位置付けるステップと、
第２のセンサモジュール（２８）内に含まれる、間隔をおいて配置された第２の一対の個々のホール効果センサ（３４）が、前記歯車（４０）の前記円周の接線方向に位置する平面に平行であり、かつ間隔をおいて配置された前記第２の一対の個々のホール効果センサ（３４）の間に形成された空間が、先行する歯車歯（３８）に対して小さくなるように、前記先行する歯車歯（３８）を表す線に対してある角度で位置するように、前記第１のセンサモジュール（２６）から周方向に間隔をおいて配置された前記第２のセンサモジュール（２８）を位置付けるステップと、
前記第１のセンサモジュール（２６）から延びる第１の複数のリード線（５２）を曲げ、前記第２のセンサモジュール（２８）から共通の角度で延びる第２の複数のリード線（５２）を曲げるステップと、
前記第１の複数のリード線（５２）および前記第２の複数のリード線（５２）が回路基板（２４）に垂直に延びるように前記第１のセンサモジュール（２６）および前記第２のセンサモジュール（２８）を前記基板（２４）に取り付けるステップと
を有する方法。
【請求項４】
間隔をおいて配置された前記第１の一対の個々のホール効果センサ（３４）間に形成される空間が前記先行する歯車歯（３８）に対して約２分の１小さくされ、間隔をおいて配置された前記第２の一対の個々のホール効果センサ（３４）間に形成される空間が前記先行する歯車（３８）に対して約２分の１小さくされる、請求項３に記載の、歯車歯センサ内の２つのセンサモジュール（２６、２８）の幾何学的な位置を求め方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、歯車の回転を検知する際に使用される磁界センサに関し、特に、鉄製歯車の歯を検出するように取り付けられたホール効果センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
フィードバックを使用してモータを制御するためには、モータの動作を検出するセンサを使用する必要がある。モータを使用して鉄製歯車を駆動する場合、鉄製歯車の回転を検出できるシンプルで信頼性のあるセンサをホール効果センサに基づいて組み立てることができる。磁石と鉄製ポール部材ならびに１つまたは２つのホール効果センサを組み込んだ精巧なセンサモジュールを、多数の製造業者から手に入れることができる。ホール効果センサが鉄製歯車の周縁から０ｍｍ〜２．５ｍｍ以内に位置するようにセンサモジュールが配置されると、歯車の歯がホール効果センサを通過したときに、磁界の強度が増し、これはホール効果センサによって検出される。間隔をおいて配置された2つのセンサを組み込んだセンサモジュールを使用することによって、複数のホール効果センサが歯車の運動の周方向に間隔をおいて配置されたときに歯車の運動の速度と方向の両方を検出することが可能になる。しかし、歯車の運動の方向を求めることができるようにする直交出力（quadrature output）を生成するように、間隔をおいて配置され、かつこのような間隔が歯車の歯の幅の２分の１の倍数であり、配置された２つのセンサモジュールを使用することによって、センサの出力を処理する際の感度を高め、かつ処理を簡単にすることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
より小さい歯の歯車の分解能を向上させるには、単一のセンサモジュール内の２つのホール効果センサの間隔を調節することが有利である。センサモジュール、したがって、それに含まれるホール効果センサを、先行する歯車の歯の先端縁の所の線に対して、ホール効果センサ同士の間の距離が短くなるようにセンサ平面において回転させることによって、特定の用途向けの固有のセンサを製造するかなりの余分な経費無しに、単一のセンサ装置内の２つのホール効果センサ間の有効間隔を調整することが可能である。各センサモジュール上のホール効果センサ同士の間の有効間隔を調節するように回転させられた２つのホール効果センサを使用すると、２つのセンサモジュールを互いに対しておよびモータ歯車に対して正しい回転および角位置に取り付ける際に問題が生じる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の歯車歯センサ組立体は、各々が２つのホール効果センサを含む２つのセンサモジュールを使用する。各センサモジュールは、リード線が延びているプラスチックパッケージを有する。各センサモジュール内のホール効果センサは、間隔をおいて配置され、磁石とプラスチックパッケージの位置決め面との間に位置している。各センサモジュールは鉄製歯車の接線方向に位置し、かつ鉄製歯車から間隔をおいて配置されている。センサモジュールは、センサモジュール同士が１５°の角度βだけ分離され、かつ間隔が歯幅の２分の１の倍数になり、したがって、センサモジュールからの出力を組み合わせて直交出力を生成することができるように、歯車の円周の周りに間隔をおいて配置されている。各センサモジュールは、センサモジュールに含まれる２つのホール効果センサ間の間隔が、センサモジュール内の２つのホール効果センサ上を通過するときの先行する歯を表す線に対して小さくなるように位置決め面の平面内で回転させられる。したがって、センサモジュールは、ホール効果センサ同士の間の間隔によって定められる方向が先行する歯の線に対して３０°の角度αだけ回転させられ、その結果センサ同士の間の間隔が実際上２分の１、すなわちsine（３０°）小さくなる。最終的な結果として、センサ位置決め面は互いに向かって７．５°、全体では１５°の角度だけ傾けられ、かつ互いに対して１２０°回転させられる。これら２つの選択された角度αおよびβ、すなわち、位置決め面の平面内の回転３０°および位置決め面同士の互いの方へ向かう傾斜１５°が与えられたとすると、リード線が同じ基板の平面に垂直になるようにして両センサを実装することができるように２つの他の角度γおよびμを求めることが可能になる。各センサモジュールは、プラスチックパッケージから位置決め面に平行に延びる４本のリード線を有する。各リード線は、プラスチックパッケージから離れる方向に短い距離だけ延び、すべて位置決め面の平面に対して９８．６４°の所定の角度γで軸の周りに曲げられる。この曲げ軸は、ホール効果センサ同士の間の間隔によって定められる方向に平行な線である。両センサモジュール上のリード線は、９８．６４°の所定の角度γで曲げられると、単一の基板が、センサモジュール同士の中間点の所で歯車の接線方向に位置する平面から離れる方向に４．３０°の所定の角度μだけ傾いている場合、基板の穴を垂直に通過する。
【０００５】
センサモジュールを互いに対して選択された角度βおよびαで位置付けるたに、ガラスが充填されたナイロン６／６取付けブラケットが使用され、残りの角度γおよびμは計算または試行錯誤によって求められる。取付けブラケットは、熱かしめする（heat staked）ことのできる突起によって基板に所定の角度μで実装され、所定の角度γに曲げられたリード線を有するセンサモジュールを取付けブラケットに挿入し、かつ取り付けられた基板に挿入することができる。
【０００６】
ハウジングは、ホール効果センサによって第１のセンサモジュール上に形成される第１の平面とホール効果センサによって第２のセンサモジュール上に形成される第２の平面が１５°の第１の角度βで交差し、かつ交差線を形成するように、第１のセンサモジュールおよび第２のセンサモジュールを位置付ける。各センサモジュール上の２つのホール効果センサの間隔は、交差線に対してほぼ同一の角度αを形成する第１および第２の方向を定める。基板は、歯車に対して接線方向に位置しかつ交差線を通過する平面に対して角度μでハウジングに取り付けられている。リード線曲げ角γは、リード線が基板に向かってに垂直に延びるように選択される。
【０００７】
ホール効果センサの中心線同士の間の分離角度として定義される、図２に示されている角度βは、次の式に従って選択される。
【０００８】
【数１】
2007304079.tif 000003
【０００９】
ここで、
ｙ＝ホール効果センサの中心線同士を分離する完全な歯の総数
Ｎ＝ターゲット上の歯車歯の総数
例：
【００１０】
【数２】
2007304079.tif 000004
【００１１】
角度αは、ホール効果センサ３４同士の間の間隔を所望するように小さくするように選択され、好ましくは約３０°である。
【００１２】
角度γは、図６に示されているように、ホール効果センサのリード線の曲げ角度と定義され、プリント基板上にスルーホールを配置するのを可能にし、以下のように算出される。
【００１３】
【数３】
2007304079.tif 000005
【００１４】
例：
【００１５】
【数４】
2007304079.tif 000006
【００１６】
角度μは、センサモジュールのリード線をプリント基板の面に垂直に揃えるのを可能にするのに必要なプリント基板傾斜角度として定義され、標準的なスルーホール組立体およびはんだ継手を形成し、以下のように算出される。
【００１７】
【数５】
2007304079.tif 000007
【００１８】
例：
【００１９】
【数６】
2007304079.tif 000008
【００２０】
本発明の特徴は、２つのセンサモジュールを、単一の基板に容易に実装しつつ、選択された基準に従って互いに対して位置付けると共に鉄製歯車に対して位置付けることができることである。
【００２１】
本発明の他の特徴は、２つのセンサモジュールを２自由度で位置付けさせ、しかも同じ基板に垂直に実装することができる歯車歯センサ組立体構造を提供することである。
【００２２】
本発明の他の特徴および利点は、以下の詳細な説明を添付の図面と一緒に検討したときに明らかになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
同じ参照番号が同様の部品を示している、特に図１〜８を参照すると、図１〜５に歯車歯センサ組立体２０が示されている。歯車歯センサ組立体２０は、ハウジング２２と基板２４と一対のセンサモジュール２６、２８を有している。ハウジング２２は、第１のセンサモジュール２６を保持し、位置付ける第１の受け入れキャビティ３０と、第２のセンサモジュール２８を保持し、位置付ける第２の受け入れキャビティ３２とを有している。センサモジュール２６、２８は、たとえば、マサチューセッツ州WorcestorのAllegro MicroSystems, Inc.から部品番号ＡＴＳ６４２ＬＳＨで販売販されている装置である。２つの個々のホール効果センサ３４が各センサモジュール２６、２８内に含まれている。個々のホール効果センサ３４同士の間の距離は方向３５および間隔を定めている。間隔は、上記で参照された部品については、たとえば２．２ｍｍである。ホール効果センサ３４同士の間の有効間隔は、図５に示されている歯車４０の歯３８の先端縁部を表す、図４に示されている先行線３６に対して小さくすることができる。有効間隔は、方向３５に対応する線が先行線３６に対して斜めになるようにセンサモジュール２６、２８を回転させることによって小さくすることができる。図４に示されているように、センサモジュール２６、２８は、歯の先端縁部を表す線３６に対して３０°の角度αに傾いており、それによってホール効果センサ３４同士の間の距離が実際上正弦（３０°）だけ短くなっている。たとえば、実際の間隔２．２ｍｍは有効間隔１．１ｍｍに小さくなる。
【００２４】
図６に示されているセンサモジュール２６、２８は、磁石４２と、鉄製支柱部材４４と、間隔をおいて配置された２つのホール効果センサ３４が、位置決め面５０を形成するプラスチックパッケージ内に成形されたホール効果集積回路４６とで構成されている。位置決め面５０およびセンサ３４は、歯車４０の歯３８の接線方向に位置すると共に、歯３８から約０〜２．５ｍｍの間隔をおいて配置されている。センサモジュール２６、２８の回転は、センサモジュールの位置決め面５０によって形成された平面内で行われる。図２に示されているように、各ホール効果センサ３４を歯車手段の接線方向にする必要があるのは、位置決め面５０によって形成される平面が１５°の角度β、すなわちセンサ２６、２８の半径方向間隔で交差するためである。角度βは、ホール効果センサ同士の間の間隔によって、個々のセンサモジュール２６、２８の出力が組み合わされたときに直交出力が得られるように選択されることが好ましい。この条件は、センサモジュール同士の間の間隔が歯幅の２分の１の倍数であるときに満たされる。
【００２５】
簡素で低コストの組立体を実現するために、取付けブラケットは、熱かしめすることができ、かつ基板２４のスルーホール４９を通過することができる突起５１によって所定の角度μで基板に取り付けられており、したがって、センサモジュール２６、２８のプラスティック・パッケージから延びるリード線５２は、穴５３を通って垂直に延び、単一の平面状基板２４に直角に交差している。リード線５２は最初、プラスチックパッケージ４８から位置決め面５０に平行に延び、ホール効果センサ３４同士の間の間隔によって定められる方向３５に平行なリード線の平面内で軸５５の周りに曲げられている。曲げ角度γは９８．６４°であり、したがって、両センサモジュールのリード線５２は、センサモジュール２６とセンサモジュール２８との間の線３６の所で歯車４０の接線方向に位置する平面に対して４．３０°の角度μで傾けられた基板２４によって形成される平面に垂直である。
【００２６】
ハウジング２２は、歯車ハウジング（不図示）に取り付けられた位置決め支柱５４と、ハウジング２２をねじ（不図示）によって歯車ハウジング（不図示）の各部分に取り付けるのを可能にする取付けイヤー５８とを含んでいる。
【００２７】
他の実施形態の歯車センサ１２０が図７および８に示されている。歯車センサ１２０は、個々のホール効果センサ間の距離によって定められた方向３５が６０°回転させられており、かつ基板２４が、この場合は、センサモジュール２６とセンサモジュール２８との間の線３６の所で歯車４０の接線方向に位置する平面から離れるのではなく、この平面に向かって傾いていることを除いて歯車センサ２０と同一である。曲げ角度γは９８．６４°のままであり、両センサモジュールのリード線５２も、−４．３０°の角度μで傾けられた基板２４によって形成された平面に垂直である。基本的に、歯車センサ２０を反転させるだけで同じ構成を実現することができる。
【００２８】
角度μは、この場合も、センサモジュールリード線をプリント基板の面に垂直に揃えるのを可能にして、標準的なスルーホール組立体およびはんだ継手を形成するのに必要なプリント基板傾き角度として定められる。しかし、このセンサは上下さかさまにされているため、角度の符号が反転され、この場合は以下のように算出される。
【００２９】
【数７】
2007304079.tif 000009
【００３０】
例：
【００３１】
【数８】
2007304079.tif 000010
【００３２】
センサモジュール２６、２８の周方向の間隔、したがって角度αと、位置決め面の平面内の個々のセンサの回転角度βが、特定の歯車センサ組立体のために最適化できる設計変数であることを理解されたい。さらに、リード線５２が曲げられる角度γおよびセンサ同士の中間点の所で歯車４０の接線方向に位置する平面に対する基板の角度μが、リード線５２が基板２４に垂直であり、したがって基板に容易に挿入されるという端末条件を実現するように選択される誘導値であることを理解されたい。
【００３３】
角度βが、個々のホール効果センサ３４が歯車４０の接線方向に位置するように選択され、角度αがセンサモジュール２６、２８の個々のホール効果センサ３４同士の間の有効間隔を調整するように選択されることを理解されたい。角度βと角度αは、基板角度μも非零になるようにともに非零である。
【００３４】
歯車センサ２０が、それが標準的なセンサモジュールを使用して歯車の回転方向および速度を求めるという利点を有することを理解されたい。さらに、センサモジュール２６、２８内の２つまたは３つ以上のホール効果センサ３４間の有効間隔を取付け部の構成によって容易に調整することができる。さらに、センサモジュール２６、２８の間隔は、２つのセンサモジュールのそれぞれからの信号の位相が９０°ずれて、コントローラが歯車の回転方向を求めるのを可能にする直交出力として信号を組み合わせるのを可能にするように選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の歯車歯センサ組立体の分解正面斜視図である。
【図２】図１の歯車歯センサ組立体の平面図である。
【図３】断面線３−３に沿った、図４の歯車歯センサ組立体の横断面図である。
【図４】図１の歯車歯センサ組立体の正面図である。
【図５】図１の歯車歯センサ組立体の分解背面斜視図である。
【図６】図１の歯車歯センサ組立体に使用されるセンサモジュールの側面図である。
【図７】他の実施形態の歯車歯センサ組立体の側面図である。
【図８】図７の歯車歯センサ組立体の正面図である。
【図１】
2007304079.tif 000011
【図２】
2007304079.tif 000012
【図３】
2007304079.tif 000013
【図４】
2007304079.tif 000014
【図５】
2007304079.tif 000015
【図６】
2007304079.tif 000016
【図７】
2007304079.tif 000017
【図８】
2007304079.tif 000018
【外国語明細書】
2007304079.tif 000019
2007304079.tif 000020
2007304079.tif 000021
2007304079.tif 000022
2007304079.tif 000023
2007304079.tif 000024
2007304079.tif 000025
2007304079.tif 000026
2007304079.tif 000027
2007304079.tif 000028
2007304079.tif 000029
2007304079.tif 000030
2007304079.tif 000031
2007304079.tif 000032
2007304079.tif 000033
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