(57)【要約】  回転構成部材の回転位置を検出するための本願発明のセンサ装置は、リング状のセンサ磁石を有しており、ここではこのセンサ磁石を囲む２つの磁束ガイド素子が設けられている。これらの磁束ガイド素子のうち、少なくとも１つの第１の磁束ガイド素子は、上記のセンサ磁石の外周面において軸方向に延びる少なくとも１つの磁束ガイド爪を有しており、この磁束ガイド爪の閉じていない端面と、第２の磁束ガイド素子とが離隔している。
2012506034.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転構成部材の回転位置を検出するためのセンサ装置であって、
当該のセンサ装置は、リング状のセンサ磁石（２）と、少なくとも１つの磁束ガイド素子（４，５）と、前記のセンサ磁石（２）から出て当該の磁束ガイド素子（４，５）を介してガイドされる磁場を検出するためのホールセンサ（７）とを有する形式のセンサ装置において、
前記のセンサ磁石（２）を囲む２つの磁束ガイド素子（４，５）が設けられており、
少なくとも１つの第１の磁束ガイド素子（４）は、前記のセンサ磁石（２）の外周面にて軸方向に延びる少なくとも１つの磁束ガイド爪（４ｂ）を有しており、
当該磁束ガイド爪（４ｂ）の閉じていない端面と、前記の第２の磁束ガイド素子（５）とが離隔されていることを特徴とする、
回転構成部材の回転位置を検出するためのセンサ装置。
【請求項２】
前記のセンサ磁石（２）は軸方向に磁化されている、
請求項１記載のセンサ装置。
【請求項３】
前記の磁束ガイド爪（４ｂ）は、少なくとも実質的に前記のセンサ磁石（２）の軸方向の幅にわたって延在している、
請求項１または２に記載のセンサ装置。
【請求項４】
前記の第２磁束ガイド素子（５）は、第１磁束ガイド素子（４）の磁束ガイド爪（４ｂ）に隣接するセグメントが、前記のセンサ磁石（２）の端面に平行な面内に延在している、
請求項１から３までのいずれか１項に記載のセンサ装置。
【請求項５】
前記の第２磁束ガイド素子（５）は、磁束ガイド爪（４ｂ）に隣接するセグメントが、センサ磁石（２）の外周面から半径方向に突き出ている、
請求項４に記載のセンサ装置。
【請求項６】
少なくとも１つの磁束ガイド素子（４，５）は、円板状の基体（４ａ，５ａ）を有しており、
当該の基体は、前記のセンサ磁石（２）に端面に接触している、
請求項１から５までのいずれか１項に記載のセンサ装置。
【請求項７】
前記の第２磁束ガイド素子（５）も、センサ磁石（２）の外周面にて軸方向に延びる少なくとも１つの磁束ガイド爪（５ｂ）を有しており、
当該の磁束ガイド爪の閉じていない端面と、前記の第１磁束ガイド素子（４）とが離隔されている、
請求項１から６までのいずれか１項に記載のセンサ装置。
【請求項８】
前記の第１磁束ガイド素子（４）の磁束ガイド爪（４ｂ）と、第２磁束ガイド素子（５）の磁束ガイド爪（５ｂ）とは、前記の外周面の方向で隣り合って配置されているが、中間に設けられた空隙を伴って互いに配置されている、
請求項７に記載のセンサ装置。
【請求項９】
複数の磁束ガイド爪（４ｂ，５ｂ）が、前記の外周面にわたって分散されて、前記の第１磁束ガイド素子（４）および第２磁束ガイド素子（５）に配置されている、
請求項７または８に記載のセンサ装置。
【請求項１０】
各磁束ガイド素子（４，５）は、前記の外周面にわたって分散された９個の磁束ガイド爪（４ｂ，５ｂ）を有する、
請求項９に記載のセンサ装置。
【請求項１１】
前記の２つの磁束ガイド素子（４，５）は同じに構成されており、
組み立て状態にて互いに噛み合うように配置されている、
請求項１から１０までのいずれか１項に記載のセンサ装置。
【請求項１２】
前記のセンサ磁石（２）および前記の２つの磁束ガイド素子（４，５）は、前記の回転構成部材に配置されている、
請求項１から１１までのいずれか１項に記載のセンサ装置。
【請求項１３】
殊に自動車における補助ユニット用の電動モータにおいて、
請求項１から１２までのいずれか１項に記載のセンサ装置（１）を有することを特徴とする
電動モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載された回転構成部材の回転位置を検出するためのセンサ装置に関する。
【０００２】
従来の技術
DE 10 2005 004 322 Alには電動モータが記載されており、この電動モータは、ステータと、回転可能に支承されたロータとを有しており、このロータの回転位置は、センサ装置によって検出される。このセンサ装置は、ロータと共に回転するセンサ磁石と、ステータに配置されたホールセンサとから構成されており、このホールセンサにより、ロータが回転した際に生じる磁束密度の変化が検出される。位置の識別を改善するため、強磁性材料からなる磁束ガイド素子が、センサ磁石に隣接してロータに配置されて、このセンサ磁石の磁束がホールセンサの方向に導かれる。このホールセンサは、上記の磁束ガイド素子の直ぐ近くでステータに配置されている。これによってホールセンサのすぐ近くで上記の磁束密度を増大させることができるため、このホールセンサによって一層良好な測定信号を得ることができるのである。
【０００３】
しかしながらここでは、上記の磁束ガイド素子がセンサ磁石の２つの極の方向に延在して、磁気な逆流を形成するようにしなければならないことに注意しなければならない。このため、上記のセンサ装置を構成する際に構造上の制限が生じてしまうのである。
【０００４】
発明の開示
本発明の課題は、回転構成部材の回転位置を検出するためのセンサ装置を構造的に簡単な手段によって構成して、この装置のサイズをコンパクトにするのと同時に質の高い測定信号が得られるようにすることである。
【０００５】
この課題は、本発明により、請求項１に記載された特徴的構成によって解決される。従属請求項には、本発明の有利な実施形態が記載されている。
【０００６】
本発明によるセンサ装置は、殊に電動モータに使用するのに適しており、有利には自動車における補助ユニット用の電動モータ、例えば車両冷却回路におけるウォータポンプ、ワイパ装置における駆動モータ、電気的作動される車両構成部材用の調整モータまたは電動式ステアリングアシストを備えたステアリング装置におけるサーボモータに使用される。さらに工具機械、例えばハンドツール機械の電動モータに使用することも考えられる。しかしながら上記のセンサ装置を電動モータ以外の自動車または工具機械に使用することも可能である。例えばステアリングシャフトまたは工具スピンドルなどのシャフトに使用して、このシャフト回転角位置を決定することも可能である。
【０００７】
上記のセンサ装置には、軸方向に２極に磁化されたリング状のセンサ磁石と、これらのリング状のセンサ磁石を囲む２つの磁束ガイド素子とが含まれている。これらの磁束ガイド素子のうちの１つの磁束ガイド素子は、センサ磁石の外周面に、軸方向に延びる少なくとも１つの磁束ガイド爪を有しており、この磁束ガイド爪の閉じていない端面と、第２の磁束ガイド素子とは離隔している。上記の磁束ガイド素子が強磁性材料または場合によって軟磁性材料製であることに起因して、これらの磁束ガイド素子は、センサ磁石から出る磁場をホールセンサの方向にガイドすることができるため、このような磁束ガイド素子がない場合よりも高い磁束密度をホールセンサの個所において得ることができる。同時に外周面に配置した少なくとも１つの磁束ガイド爪を有する磁束ガイド素子を本発明にしたがって上記のようにジオメトリックに実施することにより、センサ磁石を軸方向に簡単に磁化できるのにも拘わらず、この磁石が回転した場合に、検知を行うホールセンサの個所において磁束密度を確実に変化させることができるのである。
【０００８】
このように実施することにより、多極に磁化される比較的高価なセンサ磁石を省略し、その代わりにリング状に構成された簡単なセンサ磁石を使用することができる。このセンサ磁石は、軸方向にだけ磁化されており、この磁化の及ぶ範囲は、センサ磁石の外周面全体にわたって延びている。上記の磁場における変化は、センサ磁石の外周面における少なくとも１つの磁束ガイド爪を介して得られる。この変化は、センサ磁石が回転する際にホールセンサによって検知される。
【０００９】
有利には上記の第１磁束素子が第２磁束素子に移行する個所における磁束ガイド爪の領域には空隙が設けられており、第１磁束ガイド素子から第２磁束素子に移行する個所において、この空隙の幅にわたって磁場変化を及ぼすことができる。
【００１０】
有利な発展形態では、上記の磁束ガイド爪は、少なくとも実質的にセンサ磁石の軸方向の幅にわたり、このセンサ磁石の外周面に延在している。例えば、センサ磁石の端面に軸方向に接触する円板状の基体と組み合わせると、上記のセンサ磁石を軸方向に囲みかつ部分的に上記の外周面を囲む磁束ガイド素子のジオメトリックな構成が得られる。軸方向に磁化されたセンサ磁石の磁力線は、上記の外周面にわたって軸方向に延びるため、上記の外周面において軸方向に磁束ガイド爪を配置することによって、上記の磁力線を束ねることができる。同時に上記のセンサ磁石は、軸方向に見て少なくとも１端面が磁束ガイド素子によって囲まれており、したがって保護されてもいるが、これはまたスペースを節約する仕方で行われてもいる。それは、磁束ガイド素子の基体と、センサ磁石の軸方向に見た端面とが平行であり、また磁束ガイド爪は、上記の外周面に対して平行に軸方向に延びているため、上記の磁束ガイド素子により、センサ磁石の外径がわずかに大きくなるだけでよいからである。上記の磁束ガイド素子の互いに隣接するセグメント間の空隙により、磁束密度の経過に作用が及ぼされる。
【００１１】
別の有利な実施例によれば、第２磁束ガイド素子の上記のセグメントは、第１磁束ガイド素子の磁束ガイド爪に隣接するセグメントが、ただ１つの面内に延在している。このただ１つの面は、センサ磁石の端面と一致するかないしはこれの端面に対してわずかに平行にずらされて配置されている面である。この実施形態は、構造的に簡単に実現することが可能である。それは、第２磁束ガイド素子は、これに隣接するセグメントが、磁束ガイド爪なしに構成されているため、第１磁束ガイド素子の磁束ガイド爪と、第２磁束ガイド素子の円板状、リング状、平面ないしはプレート状の基体とが隣接しているからである。ここでこの基体は、上記のリング磁石の軸方向に見た第２の端面に接触している。ここで有利であり得るのは、第２磁束ガイド素子がこの領域においてセンサ磁石の外周面を半径方向に越えて、上記の磁束ガイド爪の領域における第１磁束ガイド素子と、第２磁束ガイド素子との間の空隙が、センサ磁石の外周面に対して半径方向に所定の間隔で設けられているようにすることである。
【００１２】
別の有利な１実施形態によれば、第２磁束ガイド素子も少なくとも１つの磁束ガイド爪を有しており、この磁束ガイド爪は、センサ磁石の外周面において軸方向に延びており、その閉じられていない端面と、第１磁束ガイド素子とが離隔している。また異なる磁束ガイド素子における第１磁束ガイド爪と第２磁束ガイド爪との間には、センサ磁石の外周方向に見て同様に空隙が設けられているため、磁力線は、第１磁束ガイド爪と、第２磁束ガイド素子の隣接するセグメントとの間の軸方向に延びているだけでなく、付加的に第１磁束ガイド爪と第２磁束ガイド爪との間でセンサ磁石の外周方向にも延びている。各磁束ガイド素子は、それぞれセンサ磁石の１つの極に接続されているため、上記の磁束ガイド爪も相応に磁化されており、したがって磁束ガイド爪を互いに隣接して配置した場合、センサ磁石の外周方向に見ると、相応する磁力線がこの方向にも延びているのである。
【００１３】
別の有利な１実施形態によれば、上記の外周に分散して第１磁束ガイド素子に多数の磁束ガイド爪が配置されており、また有利には第２磁束ガイド素子にも多数の磁束ガイド爪が配置されている。構造的には上記の磁束ガイド爪はつぎのようにして簡単に作製することができる。すなわち、上記の磁束ガイド素子用の出発材料を構成する強磁性材料または軟磁性材料からなる星形の基本プレートを成形して、半径方向に突き出た磁束ガイド爪を上記の基体に対して９０°曲げることによって作製することができるのである。ここで有利であることが判明したのは、上記の外周にわたって分散された多数の磁束ガイド爪をそれぞれ有する互いに同じ２つの磁束ガイド素子を形成することである。ここでは、隣り合う２つの磁束ガイド爪の間にそれぞれ間隙があり、この間隙が、取り付け状態においてそれぞれ他方の磁束ガイド素子の磁束ガイド爪を収容するのに使用されるのである。このようにして互いに噛み合う相補的な磁束ガイド素子を作製することができ、これらの磁束ガイド素子は、取り付け位置において少なくとも軸方向の端面および上記の外周面においてセンサ磁石をほぼ完全に包囲する。ここでは異なる磁束ガイド素子の２つ磁束ガイド爪はそれぞれ、互い直接隣接してセンサ磁石の外周面に沿って延びている。
【００１４】
基本的に有利であるのは、上記のセンサ磁石および２つの磁束ガイド素子を上記の回転構成部材に回転しないように固定して配置することである。ここでこの回転構成部材は、その回転位置を上記のセンサ装置によって求めようとする回転構成部材である。これに対して上記のホールセンサは、位置固定に配置される。上記の構成部材が回転すると、上記の磁束ガイド素子が、固定されているホールセンサの横を通って運動する。上記の回転構成部材と、固定されているホールセンサとの間で相対運動が行われる間に磁場変化がホールセンサによって検知される。しかしながら、ホールセンサを上記の回転構成部材に固定に接続し、上記の磁束ガイド素子を含めてセンサ磁石を位置固定に保持して、このホールセンサが、位置固定に位置決めされたセンサ磁石の横を通り過ぎる実施形態も考えられる。
【００１５】
別の利点および有利な実施例は、別の請求項、図の説明および図面に記載されている。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】互いに相補的に構成された２つの磁束ガイド素子によって囲まれたセンサ磁石の斜視図である。
【図２】センサ磁石を通る断面図である。
【００１７】
図１および２に示したようにセンサ装置１には、リング状のセンサ磁石２が含まれており、このセンサ磁石は、軸方向に磁化されている。このことは図２においてＮ極に対して「Ｎ」で、またＳ極に対しては「Ｓ」で示されている。センサ磁石２は、非磁性のセンタリングリング３に保持されており、このセンタリングリングによってセンサ磁石２は、これが回転してしまわないように回転構成部材に載置されており、例えば電動モータにおけるロータのアーマチュアシャフトに載置されている。動作時にはこの構成部材は回転軸６を中心として回転する。この回転軸は、同時にセンサ磁石２の回転軸も構成している。
【００１８】
センサ磁石２は、同じに構成された２つの磁束ガイド素子４および５に囲まれており、これらの磁束ガイド素子は、強磁性材料または軟磁性材料から構成されており、またセンサ磁石によって形成される磁場を所望の方向に向かわせるないしは導く機能を有する。センサ磁石２の前記の外周面にわたって見た場合、２つの磁束ガイド素子４および５により、不均一な磁場が形成され、磁束密度の違いは、センサ装置１の構成部分であるホールセンサ７（図２）によって検出される。磁束ガイド素子４および５により、上記の外周面にわたって不均一に分散された磁場密度は、ホールセンサ７によって検知される。ここでは都度の磁束密度変化により、相応する信号がホールセンサ７において形成される。これによってセンサ磁石２の実際の回転位置が検出され、ひいては回転構成部材の回転位置が検出されるのである。
【００１９】
各磁束ガイド素子４ないしは５は、円板状の基体４ａないしは５ａと、磁束ガイド爪４ｂないしは５ｂとから構成されており、これらの磁束ガイド爪は、基体を基準にして９０°曲げられている。基体４ａ，５ａは、円板状ないしはリング状に構成されており、またセンサ磁石２の軸方向の端面に接触している。第１磁束ガイド素子４の基体４ａは、センサ磁石２のＮ極側に設けられており、また第２磁束ガイド素子５の基体５ａはセンサ磁石２のＳ極側に設けられている。２つの磁束ガイド素子４ないしは５の磁束ガイド爪４ｂおよび５ｂは、各基体４ａないしは５ａに対して９０°曲げられているため、これらの磁束ガイド爪は、センサ磁石２の外周面にありかつ軸方向に延びている。磁束ガイド爪４ｂおよび５ｂは、これらがセンサ磁石２の外周面において少なくとも近似的にこのセンサ磁石の軸方向の長さにわたって延在するように構成されている。
【００２０】
上記の外周面にわたり、均一に分散された複数の磁束ガイド爪４ｂおよび５ｂが、上記の磁束ガイド素子に設けられており、隣同士の磁束ガイド爪４ｂないしは５ｂ間の間隔は、それぞれ他方の磁束ガイド素子の磁束ガイド爪が相応する間隙にはめ込まれるように決められている。異なる磁束ガイド素子の直に隣接する磁束ガイド爪４ｂおよび５ｂの間にはそれぞれ狭い空隙があり、また軸方向に見て、磁束ガイド爪４ｂないしは５ｂの端面と、それぞれ他方の磁束ガイド素子の基体５ａないしは４ａとの間にも狭い空隙がある。図２からわかるように、磁束ガイド素子の基体は、センサ磁石の外周面にわたり、半径方向に延びている。各磁束ガイド素子４ないしは５は、外周にわたって分散された、合計して９個の磁束ガイド爪４ｂないしは５ｂを有する。
【００２１】
図２に示されているように、ホールセンサ７は有利には磁束ガイド爪ないしはセンサ磁石の外周面に対して半径方向に離隔されて配置される。しかしながら基本的には、同じく図２に示したように、センサ磁石の端面のうちのいずれか１つに隣接してホールセンサ７を配置し、しかも図示したようにセンサ磁石の外周面の半径方向における内側に配置するか、または外周面の外側に配置することも可能である。
【図１】
2012506034.tif 000003
【図２】
2012506034.tif 000004
【国際調査報告】
2012506034.tif 000005
2012506034.tif 000006
2012506034.tif 000007
2012506034.tif 000008