(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気センサで、
第１および第２磁極面を有する永久磁石を備え、前記第１および第２磁極面が軸方向の中心線におおむね垂直で、さらに、
前記中心線に沿って前記永久磁石内に形成された溝と、
少なくとも一部が前記溝内に配置された磁気感受性構成要素と、
前記磁気感受性構成要素が取り付けられるとともに、開口部が形成された基板と、
前記永久磁石に取り付けられて、前記基板の前記開口部を通って配置される支柱と
を備え、前記支柱が前記基板の開口部に差し込まれ、その基板が前記永久磁石に対して移動している間に、前記磁気感受性構成要素からの出力信号をモニタすることによって決定される、前記永久磁石に対して予め選択された位置に前記磁気感受性構成要素を配置し、前記出力信号が予め決定された大きさとほぼ等しいときに、前記支柱が前記基板にしっかり取り付けられることを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
第１および第２磁極面を有し、前記第１および第２磁極面が軸方向の中心線に垂直になるように成形された永久磁石と、
前記中心線に沿って前記永久磁石内に形成された溝と、
前記中心線に対して垂直な感知面を有し、少なくとも一部が前記溝内に配置された磁気感受性構成要素と、
前記磁気感受性構成要素が前記基板に取り付けられるとともに、開口部が形成された基板と、
前記永久磁石に取り付けられて、前記基板の前記開口部を通って配置される支柱と
を備え、前記支柱が前記永久磁石内に一体成形された金属性の軸で、前記支柱が前記基板の開口部に差し込まれ、その基板が前記永久磁石に対して移動している間に、前記磁気感受性構成要素からの出力信号をモニタすることによって決定される、前記永久磁石に対して予め選択された位置に前記磁気感受性構成要素を配置し、前記出力信号が予め決定された大きさとほぼ等しいときに、前記支柱が前記基板にしっかり取り付けられることを特徴とする磁気センサ。
【請求項３】
第１および第２磁極面を有し、前記第１および第２磁極面が軸方向の中心線に垂直になるように成形された永久磁石と、
前記中心線に沿って前記永久磁石内に形成された溝と、
前記中心線に対して垂直な感知面を有し、少なくとも一部が前記溝内に配置された磁気感受性構成要素と、
前記磁気感受性構成要素が前記基板に取り付けられるとともに、開口部が形成された基板と、
前記永久磁石に取り付けられて、前記基板の前記開口部を通って配置される支柱と
を備え、前記支柱が前記永久磁石内に一体成形された金属性の軸で、前記支柱が前記基板の開口部に差し込まれ、その基板が前記永久磁石に対して移動している間に、前記磁気感受性構成要素からの出力信号をモニタすることによって決定される、前記永久磁石に対して予め選択された位置に前記磁気感受性構成要素を配置し、前記出力信号が予め決定された大きさとほぼ等しいときに、前記支柱が前記基板にしっかり取り付けられ、前記磁気感受性構成要素がホール効果素子であり、前記支柱がはんだで前記基板に取り付けられ、前記永久磁石の縁は、前記第１磁極面が前記溝と合う箇所で面取りされ、前記磁気感受性構成要素は、完全に前記溝内に配置されて、前記永久磁石の一部として形成されることを特徴とする磁気センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に磁気センサ、特に磁気感受性構成要素を基板または回路板に取り付け、較正手順中に磁気感受性構成要素を移動することができ、次に永久磁石の突起に固定する磁気センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
当業者には多くのタイプの磁気センサが知られている。磁石の磁極面に近い検出ゾーンを通る歯車の強磁性歯の移動に応答して、出力信号を与える歯センサとして使用される磁気センサもある。特定のタイプの磁気センサは、特定のエンジン構成要素の回転に応答する信号を出力するため、自動車エンジンと組み合わせて使用する。エンジン制御システムがその信号を使用する。
【０００３】
磁気センサの２つの特徴が重要である。センサは、磁気感受性構成要素からの出力信号が強磁性歯がセンサの検出ゾーンを通過するのに精密に対応するよう、正確に較正できなければならない。また、全体的なサイズおよび構成要素の数を最小限に抑え、その総費用を削減するよう、磁気センサを製造することが望ましい。磁気センサに使用する磁気感受性構成要素は、通常、磁気抵抗器またはホール効果素子であることが多い。それぞれの目的に適した異なる多くのタイプのセンサが開発されている。特定の磁気センサでは、磁界強度および磁石による磁界の均一性に変動があっても、センサからの出力信号が歯の位置に精密に対応するように、磁気感受性構成要素は、較正中に正確に配置されなければならない。
【０００４】
１９９７年１月２７日にＢｕｓｃｈが発行した米国特許第５５９６２７２（Ｍ１０−１６０７２）号は、面取りした永久磁石を備える磁気センサについて述べている。面取りした表面が予め選択した角度で第１磁極面を横切る。永久磁石は、第１および第２磁気抵抗エレメントを備える磁気感受性構成要素を伴う。磁気抵抗エレメントは両方とも、２個の磁気抵抗器を備える。４個の磁気抵抗器が、電気的連絡で互いに接続され、磁気感受性構成要素の感知面における磁界強度を表す出力信号を提供するホィートストン・ブリッジを形成する。面取りした磁石は、感知面の磁気ゼロの位置に有利に影響するような方法で、磁気感受性構成要素に関連する磁界を提供する。
【０００５】
１９９６年３月１９日にＳｕｍｃａｄに発行された米国特許第５，５００，５８９号は、磁気感受性構成要素からの出力信号をモニタ中に磁石を移動させて、センサを較正する方法について述べている。センサには、中で摺動するよう磁石を受ける形状の空洞を有するキャリアを設ける。磁石の空洞内への移動を案内するリブを設け、変形可能なリブを使用して、能動較正プロセスによって決定された正確な位置に磁石を保持する。磁気感受性構成要素を基板に固定し、その基板を空洞が形成されたキャリアに固定する。導電リード線がキャリア内に成形され、キャリアを通って、基板上の回路の導通部に電気的に接続できる位置まで延びる。磁石を空洞内に挿入したのに応答して曲がる可撓性の壁もキャリア内に形成することができる。これによって、外力が除去された場合に、磁石を所定の位置に保持する追加の保持能力が与えられる。
【０００６】
１９９５年５月９日にＤａｖｉｄｓｏｎに発行された米国特許第５，４１４，３５５号は、外部ハウジング内に配置された磁石キャリアについて開示する。キャリアが挿入されたハウジングにセンサを設ける。複数の導電体および磁気感受性構成要素を取り付ける基板に対して特定の位置に永久磁石を保持するよう、キャリアを特定の形状にする。キャリアおよびその関連構成要素を、キャリアをハウジングの空洞内に永久的に保持するよう変形可能なハウジングに挿入する。センサの構成要素はすべて、センサの自動組立および製造が容易になるよう、共通軸に沿って容易に組み立てられるよう設計される。磁気感受性構成要素は、キャリアの前端付近に配置された基板に同様に取り付けられる他の電気構成要素と関連するホール効果素子でもよい。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、センサの全体的なサイズを最小限に抑え、較正手順を大幅に単純化した磁気センサを提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明による磁気センサは、第１磁極面および第２磁極面を有する永久磁石を備える。第１および第２磁極面は、永久磁石の中心軸に沿って延びる軸中心線に対しておおむね垂直である。中心線に沿った方向に永久磁石に溝を形成する。本発明の一つの特定の好ましい実施態様では、溝は、ほぼＵ字形の断面を有する形状で磁石自体に成形されている。
【０００９】
本発明の好ましい実施態様は、さらに、感知面が、溝に沿って延びる永久磁石の中心線とおおむね垂直の関係で形成されている。また、溝内に少なくとも部分的に配置される磁気感知性構成要素を備える。基板またはプリント回路板には、それを通って形成される開口部が形成されている。磁気感受性構成要素は、その基板に取り付けられる。
【００１０】
支柱を永久磁石に取り付け、基板の開口部を通すようにして配置する。基板を貫通する開口部は、支柱の断面寸法より大きく、したがって支柱が開口部を通っている状態で、基板をある範囲だけ移動することができる。基板を移動させて、磁気感受性構成要素を、永久磁石に対して予め選択した位置に配置することができる。予め選択される位置は、基板を永久磁石に対して移動させて、磁気感受性構成要素からの出力信号をモニタすることによって決定される。構成要素からの出力信号に基づいて、磁気感受性構成要素が最適位置にあるときに支柱を基板に固定する。この磁気感受性構成要素の位置決めは、基板の一方の表面上で開口部の周りに配置された金属の導通部に支柱をはんだ付けすることによって達成される。
【００１１】
本発明の特定の好ましい実施態様では、永久磁石は、熱可塑性材料内にネオジム鉄ホウ素を入れて作製した成形磁石である。支柱は、はんだ付け性を改善するようめっきされ、製造中に永久磁石に成形された金属シャフトである。磁気感受性構成要素は、ホール効果素子で較正することができるが、代替磁気感受性構成要素も可能であることが理解される。
【００１２】
本発明の特定の好ましい実施態様では、永久磁石の両端部で、第１磁極面が磁石内に形成された溝と合う箇所は、磁石のこの任意選択の面取りから生じる磁界形状を利用するよう、面取りされる。本発明の特定の実施態様では、磁気感受性構成要素を完全に溝の内部に配置する。しかし、較正手順の間は、磁気感受性構成要素を、溝から部分的に突き出して、磁石の第１磁極面から外側に延びる位置に移動できるようにしてもよい。支柱は、本発明の特定の代替実施形態では、永久磁石の一体部品として形成することができる。
【００１３】
本発明は、好ましい実施形態の説明を図面類と組み合わせて読むことによって、より十分かつ完全に理解される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
好ましい実施形態の説明を通して、同様の構成要素は同様の参照番号で特定する。
【００１５】
図１ないし図５は、本発明の基本的説明を補助するための非常に単純化した図である。他の図はこれよりはるかに詳細で、本発明の１つの特定の好ましい実施形態を示す。
【００１６】
図１では、断面Ｕ字状の細長い溝１２を形成した永久磁石１０を端面図で示している。永久磁石１０は、断面が完全な円形ではなく、２つのおおむね平坦な面１４および１６を有する。溝１２は磁石内に形成され、平坦面１４および１６と交差する。磁石１０の軸方向表面１８は、平坦面１４および１６となる切り取った形状以外は、おおむね円筒形である。磁気感受性構成要素２０は、磁石の溝１２内に配置された状態で示す。図１は、磁石の第１磁極面２２から見で示している。この永久磁石は、熱可塑性材料内にネオジム鉄ホウ素を入れて作製した成形磁石である。
【００１７】
図２は、図１に示した配置構成の側面図である。磁石１０は、第１磁極面２２および第２磁極面２４が両端にあるように図示されている。溝１２が第１磁極面２２と第２磁極面２４との間で中心線２６に沿って磁石の長さに方向に延びている。２つのおおむね平坦な面１４および１６が、図２ではおおむね円筒形の外面１８に沿って見える。磁気感受性構成要素２０が、溝１２内に配置されている。図２では、磁気感受性構成要素２０は、完全に溝１２の内部に配置されるよう図示されているが、中心線２６に沿った磁気感受性構成要素２０の代替位置は、図２より高く、第１磁極面２２より上に部分的に突き出す位置に配置できることを理解されたい。
【００１８】
図３は、図２の永久磁石１０およびホール効果素子２０を示すが、磁束３０の例証的な線の図が追加してある。図３では、第１磁極面から第２磁極面へと通る磁束線が、磁気感受性構成要素２０を通って延びているのが見える。本明細書の記述では、ホール効果素子を磁気感受性構成要素として使用するものとする。したがって、磁気感受性構成要素２０の感知面は、図３のほぼ水平面にあり、磁束の垂直成分の強度に敏感である。強磁性物体が第１磁極面２２の上の検出ゾーンを通過すると、その領域の磁束線が強磁性物体の存在によってゆがむ。当業者には周知のように、強磁性物体は歯車の歯でもよい。磁束線３０が、検出ゾーンにおける強磁性物体の存在によってゆがむと、磁気感受性構成要素２０を通る磁束線の垂直成分が変化する。これによって磁気感受性構成要素は、検出ゾーンにおける強磁性物体の位置に応答する出力信号を供給することができる。
【００１９】
当業者には周知のように、永久磁石は磁界の構成および強度が完全には均一ではない。したがって、強磁性物体が検出ゾーンにない時に、特定の予め定められた特性に合致する出力信号になるように、永久磁石に対して予め選択された位置に、磁気感受性構成要素を配置することが望ましい。
【００２０】
図４はほぼ図３と同様であるが、磁気感受性構成要素２０の代替位置を示す。較正手順の間、磁気感受性構成要素２０からの出力信号をモニタするので、強磁性物体が検出ゾーンにない場合に出力信号の特性を改善するよう、これをわずかに移動することができる。これは、参照番号２０Ａで識別した位置まで中心線２６に沿って上方向に、あるいは参照番号２０Ｂで識別した位置まで中心線２６に沿って下方向に移動してもよい。理論的に、磁気感受性構成要素２０は、適切な出力信号が感知されるまで、溝１２内の無数の位置に移動することができる。
【００２１】
図５は、第１磁極面２２および第２磁極面２４を備えた磁石１０を示す。磁気感受性構成要素２０は、溝１２内に配置されている。この実施形態では、磁気感受性構成要素２０を基板５０に取り付けてある。本実施形態の大半の用途では、基板は複数の電子構成要素を表面に配置したプリント回路板からなる。この説明では、電子構成要素は全体的に参照番号５２で識別される。プリント回路板に取り付けた特定のタイプの電子構成要素は、本発明には直接関係ないので、本明細書ではさらに詳細には説明しない。基板５０には、基板を貫通している開口部５４を備えている。支柱５６は磁石１０に取り付けられ、図５の溝１２を通って上方向に延びている。基板５０は、支柱５６が図示のように開口部５４を通って延びることができるように配置する。開口部５４は、支柱５６にクリアランスを提供するような形状にする。つまり、支柱５６が開口部５４を通っている状態で、支柱５６と基板５０との間の接触によって制限されることなく、図５の矢印で示すように基板５０を左右に移動することができる。開口部５４には、磁気感受性構成要素２０が適切な位置にあると決定された場合に、支柱５６を基板５０にしっかりはんだ付けできるよう、周囲にあるタイプのはんだ付け可能な材料を設けておく。この決定は、能動較正手順の間に行う。
【００２２】
図１ないし図５を参照すると、図面類は非常に概略的で、本発明の概念の基本的検討を促すだけのものであることが理解される。図６ないし図１１は、これよりはるかに詳細で、本発明の１つの特定の好ましい実施形態を図示するものであり、位置穴として使用することができる。
【００２３】
図６は、おおむね円筒形の表面１８および平坦な面１４および１６を備えた永久磁石１０を示す。第１磁極面２２が、永久磁石１０内に形成された溝１２に関連して図示されている。支柱５６は永久磁石１０内に成形され、溝１２を通って上に延びている。図６に示す特定の構造では、永久磁石の縁で、第１磁極面２２が溝１２の壁に合う箇所が面取りされる。その面取り部６０は、永久磁石１０によって形成される磁界のある程度有利な形状を与える。また、双方の平坦な面１４、１６それぞれにそれらの面から一段低くした窪み９１、９２を形成させている。
【００２４】
図７は、いくつかの電子構成要素５２を表面に取り付けた基板５０を示す。磁気感受性構成要素２０は、基板の穴を通って上に延びるピンによって基板５０に取り付けられ、基板５０の上面に配置された、予め選択された導通部にはんだ付けされるが、これは本発明の好ましい実施形態ではプリント回路板でもよい。基板５０の磁気感受性構成要素２０とは反対側に、３つの導通パッド７１〜７３を設け、プリント回路板を導電リード線に接続できるようにする。
【００２５】
図８は、永久磁石１０に関連付けられた基板５０および磁気感受性構成要素２０を示す。磁気感受性構成要素２０は、磁石１０の溝１２内に配置され、支柱５６は、溝１２を通って上方向に延び、基板５０の開口部５４を通る。図８に示す状態では、基板５０を、磁石１０の溝を通って延びる中心線と平行の方向に、特定の距離だけ移動することができる。開口部５４と支柱５６との間のクリアランスによって、制約なくこの程度の移動が可能である。当然、基板５０の移動は、支柱５６の周囲に開口部５４によって形成されたクリアランスの量が制限されるので、多少限定されることが理解される。較正中、磁気感受性構成要素２０からの出力信号は、基板５０が移動するにつれ、パッド７１〜７３のうち予め選択されたパッドでモニタされる。適切な出力信号の大きさに到達したら、支柱５６を基板５０に永久的にはんだ付けする。この固定の取付けを容易にするため、はんだ付け可能な材料を、開口部５４を囲むプリント回路板に付着させる。これによって、基板５０を支柱５６に固定する際、支柱５６を予め配置されたこのはんだ付け可能な材料にはんだ付けすることができる。この固定により、磁気感受性構成要素２０も、磁石１０に対して予め選択された位置に配置して、その位置にしっかり保持することができる。
【００２６】
図９は図８に示した図の端面図である。これは、溝１２と合う箇所にある面取り縁６０を備えた第１磁極面２２を示す。さらに、磁気感受性構成要素２０をしっかり取り付けた基板５０も示す。基板５０を、図８に関連して上述した方法で支柱５６にしっかり取り付けると、磁気感受性構成要素２０は溝１２内の所望の位置に固定される。図６および図９を参照すると、磁石１０の平坦面１４および１６に形成された窪み９１および９２が、磁石１０に対する基板５０の位置を維持するのに役立つことが分かる。平坦面１４および１６のこの凹部は、支柱５６を基板５０にはんだ付けする前に、較正手順中に基板５０を摺動させるトラックを形成する。
【００２７】
本発明は、センサの全体的なサイズを最小限に抑え、較正手順を大幅に単純化した磁気センサを提供する。さらに、これは、較正手順中に適切な出力信号を達成した後、磁気感受性構成要素を移動するという危険を冒すことなく、永久磁石１０の溝１２内の所定の位置に磁気感受性構成要素２０を固定する積極的方法を可能にする。特定の個々の特徴によって、これらの利点を達成する。第１に、成形した磁石１０に、磁気感受性構成要素２０が移動できる溝を設ける。第２に、支柱５６または棒が、基板５０を磁石１０に固定する手段を構成する。基板の開口部５４は、支柱５６との組合せでこの固定の達成に役立つ。開口部５４と支柱５６との間のクリアランスによって、基板５０を較正プロセス中に自由に動かすことができ、その結果として所望の出力信号を得ることができる。本発明の以上およびその他の特徴により、磁気センサを較正するための単純で確実な手段が得られ、センサの全体的なサイズが小さくなる。さらに、磁気感受性構成要素２０を磁石１０の溝１２内に配置し、第１磁極面２２から完全には突き出さなければ、センサの全体的な長さも短くなる。さらに重要なことは、この構造によって、第１磁極面２２を、歯車の歯が通過すると予想される検出ゾーンに、さらに近づけることが可能なことである。当業者には周知のように、磁石の磁極面を検出ゾーンに近づけて配置すると、精度および信頼性において重大な利点が得られる。
【００２８】
図１０は、第１磁極面２２で磁界を強化するため、本発明の特定の実施形態で使用することができる磁極片１００を示す。これは、第２磁極面２４に取り付けるものとする。上に延びた延長部１０２および１０４は、それぞれ平坦面１６および１４と整列する。上方向延長部１０２と１０４との間の開口部は、窪み９１および９２と整列して、基板５０にクリアランスを設ける。突起１０８を溝１２に挿入して、磁極片１００の磁石１０との整列を補助する。
【００２９】
図１１は、磁極片１００の代替形態で、突起１０８に２つの分割された延長部１１０および１１２を設ける。これらの分割された延長部によって、磁極片の突起１０８を溝に挿入するときに、支柱５６がその間を通過することができる。
【００３０】
図１０および図１１に示す磁極片を使用し、磁界に有利な影響を与えることができる。この効果は、反対側の磁極面２２の磁界を強化することができる。この有利な効果は、第２磁極面２４に近い磁極片１００を通る磁気抵抗が減少した結果である。
【００３１】
本発明は、特定の事例について述べ、その好ましい実施形態を示してきたが、本発明の修正によって達成される代替実施形態も、本発明の範囲内であることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  磁気感受性構成要素と組み合わせた永久磁石の単純化した図である。
【図２】  磁気感受性構成要素と組み合わせた永久磁石の単純化した図である。
【図３】  図２に磁束の例証的な線を追加して描いた図である。
【図４】  いくつかの代替位置で示す磁気感受性構成要素と組み合わせた永久磁石である。
【図５】  永久磁石から延びる支柱に対して移動可能な基板と組み合わせた、永久磁石の断面図である。
【図６】  支柱を挿入した成形永久磁石の斜視図である。
【図７】  磁気感受性構成要素を取り付けた基板またはプリント回路板の斜視図である。
【図８】  図７の基板および磁気感受性構成要素と組み合わせた、図６の永久磁石である。
【図９】  図８で示した図の端面図である。
【図１０】  第２磁極面付近で永久磁石に取り付けることができる磁極片の実施形態を示す。
【図１１】  第２磁極面付近で永久磁石に取り付けることができる磁極片の実施形態を示す。
【符号の説明】
１０  永久磁石
１２  溝
１４  平坦面
１６  平坦面
１８  軸方向表面
２０  磁気感受性構成要素
２２  第１磁極面
２４  第２磁極面
２６  中心線
３０  磁束
５０  基板
【図１】
0003936043.tif 000002
【図２】
0003936043.tif 000003
【図４】
0003936043.tif 000004
【図３】
0003936043.tif 000005
【図５】
0003936043.tif 000006
【図６】
0003936043.tif 000007
【図７】
0003936043.tif 000008
【図８】
0003936043.tif 000009
【図９】
0003936043.tif 000010
【図１０】
0003936043.tif 000011
【図１１】
0003936043.tif 000012