JP2010527445A - 一つの軸の周りに回転可能な要素の作動角度を検出するための装置 - Google Patents

Abstract

軸（１８）の周りに回転可能な要素（１１）の作動角度を検出するための装置（１０）は、回転角度に依存して電気信号を発し、回転可能な要素（１１）と固着した環状永久磁石（１４）と固定ホールセンサーユニット（１３）とを備えたセンサー装置（１３）を有する。同一の方向に９０°より大きな、特に１８０°以上の作動角度を検出することもできるようにするために、ホールセンサーユニット（１３）は、環状永久磁石（１４）の周りに角度間隔を持って配置された二つまたはそれ以上のホールセンサー（２５）を含む。特性が最も有利な領域に位置するホールセンサー（２５）は、回転または旋回可能な要素（１１）の現在の位置に応じてマイクロコントローラーにより選択することができる。

Description

本発明は、請求項１の前提部分に従って、一つの軸の周りに回転または旋回可能な要素の１８０°以上の作動角度を検出するための装置に関する。

ＤＥ １０１ ３３ ４９２ Ａ１によって、踏板の形をした、一つの軸の周りに回転または旋回可能な要素の作動角度を検出するための装置が知られている。この装置のホール（Ｈａｌｌ）センサーユニットの永久磁石製の二つのホールセンサーは、正の角度方向の動きとしての、一つのホールセンサーから一つの方向の踏板の回転運動と、負の角度方向の動きとしての、他のホールセンサーから他の方向の踏板の回転運動とが分かるように配置されている。この場合、両ホールセンサーは、環状永久磁石の磁極の両側に位置しており、その結果、それぞれのホールセンサーは、磁極から９０°より小さい角度範囲内の角度だけ離れている。

この公知の装置によれば、±＜９０°の限られた角度範囲だけを検出し、求めることができる。これは、特定の応用には十分ではない。

ＤＥ １０１ ３３ ４９２ Ａ１

従って、本発明の課題は、冒頭に述べた方式で一つの軸の周りに回転または旋回可能な要素の作動角度を検出するための装置を創作することであり、この装置では同じ方向の９０°以上、取り分け１８０°以上の作動角度も検出することができる。

この課題の解決のために、一つの軸の周りに回転または旋回可能な要素の作動角度を検出するための上記の方式の装置において、請求項１に記載の特徴を有する。

本発明に従った処置によって、１８０°以上の角度を評価することが可能であり、そのため、環状の永久磁石の領域にいくつかのセンサーが配置される。この場合、それぞれのホールセンサーの信号はいつもその特性曲線の最も有利な範囲で使用され、その際、マイクロコントローラーあるいはその電気回路が、 どのホールセンサーが、特定の角度範囲においてアクティブとして選択され、評価されるかを決定する。その上、二つのホールセンサーの代わりに三つのホールセンサーを配置することによって、回転する要素の３６０°の完全な回転を評価することが可能となる。更に、もし評価に冗長性を持たせるならば、別の一つのセンサーを配置することができる。これに対して、マイクロコントローラーによる選択基準の一つの好適な形態は、請求項２の特徴、場合によっては請求項３の特徴から明らかとなる。

請求項４の特徴から、永久磁石の有用な形態が明らかとなる。

請求項５ならびに請求項６および７から１１の一つまたはいくつかの特徴から、本装置の、有用で製造技術上有利な形態が明らかとなる。

請求項１２の特徴から、回転または旋回可能な要素の好適な形態が明らかとなる。

請求項１３ないし１８の一つまたは複数の特徴から、センサーホルダーの有利な形態が明らかとなる。

請求項１９および、場合によっては請求項２０の特徴により、それぞれのホールセンサーに対する別のシートの接続に対するホールセンサーの位置決めがより簡単になる。

本発明のより詳細は、以下の記述によって明らかとなる。本発明は、図に示された実施例に基づき更に詳細に説明される。

本発明の好適な一つの実施例に従った、一つの軸の周りに回転可能な入力要素の１８０°以上の作動角度を検出するための、二つのセンサーを有する装置の図２の直線Ｉ−Ｉに沿って切断された断面図である。 図１の直線ＩＩ−ＩＩに沿った断面図である。 図１の円ＩＩＩに従った拡大断面図である。 図２の円ＩＶに従った拡大断面図である。 両センサーのアナログデジタル変換された信号電圧ならびにそこから選択された、作動角度に依存するアナログ／デジタル変換された出力電圧の図である。

図面に示された装置１０は、一例としてトラクターの椅子の肘掛けあるいはトラクターに農業器具を結合するための出力軸に対し、一つの軸１２の周りに回転可能な要素１１の同じ回転方向における９０°あるいは１８０°以上、あるいはそれ以上の作動角度を調節および検出するためのものである。ここでは要素１１を入力要素１１と称する。作動角度の調節および検出は、ホールセンサーユニット１３からなる磁界センサー装置および一つの環状の永久磁石１４により行われ、それによって、駆動され、その作動角度が調整可能な部品が図示されていない方法により駆動され、あるいは調節される。単一の環状の永久磁石１４は車輪形の入力要素１１に配置されているのに対し、ホールセンサーユニット１３はセンサーホルダー１５に保持されている。センサーホルダー１５に対向する車輪形の入力要素１１はその中心の周りに、同じ方向に９０°より大きいか、あるいは１８０°より大きい角度（図示された実施例では２１０°から２２０°まで）、例えば３６０°までも回転可能である。

ほぼ深鍋が逆立ちした形状を有するセンサーホルダー１５は合成物質製の一体物であり、底１６と円周の側部１７とが形成されている。センサーホルダー１５の底１６は、その中心を中空金属製の軸１８が貫通しており、それによってこの軸１８と固着している。中空の軸１８の半径方向のフランジ１９は底１６に対して突出している。それによって、好適には鉄鋼製の中空の軸１８の、センサーホルダー１５に対する正確な位置決めが達成される。

センサーホルダー１５の側部１７は、実施例では二つの、９０°よりも少し小さい、ここでは８０°の角度間隔で互いに配置され、その軸方向の表面２１に終端する空隙２２を有する。この空隙２２は環状スイッチ平面２３上の軸方向において直径が小さい貫通穴２４に繋がっている。この空隙２２あるいは部屋にはそれぞれ、ホールセンサーユニット１３の個々のホールセンサー２５あるいは２５´が組み込まれ、その接続足２６は貫通穴２４を貫通し、底１６から突出している。それぞれのホールセンサー２５、２５´は空隙あるいは部屋２２に正確に位置決めされて取り付けられている。そして、実施例では断面がほぼ台形状の空隙あるいは部屋２２は、互いに垂直な二つの側面に突起２７、２７´が設けられており、それらの側面の間にホールセンサー２５、２５´が保持されている。それによって、ホールセンサー２５、２５´は部屋２２の同じ角に常に押圧される。実施例では、部屋２２の一つの短い側面に一つの突起２７を有するとともに、それに対して直角に延びている長い側面に間隔を開けて配置された二つの突起２７´を有する。部屋２２の突起２７、２７´の数は他の方法によって決めることができることは当然である。

センサーホルダー１５の底１６には、部屋２２と反対側に、印刷された導体板またシート２９が設けられている。導体板またはシート２９は、底１６の軸方向の環状フランジと同心に配置されている。導体板またシート２９は底１６に固着している。導体板またはシート２９の電気伝導性の穴３１にホールセンサー２５、２５´の接続足２６が挿入され、はんだ付けされている。それによって、共通の導体板またシート２９の上にホールセンサー２５、２５´の電気回路が達している。

実施例では、ただ二つだけのホールセンサー２５、２５´が９０°よりも多少小さい、すなわちここでは８０°の角度間隔で配置されているだけであるが、側面２１の寸法に応じて、部屋２２に相応の数、例えば三つあるいは四つのホールセンサー２５を配置することができる。実施例による二つのホールセンサー２５、２５´は約２１０°から２２０°の角度範囲を、三つのホールセンサーは３６０°の角度範囲をカバーすることができる。３６０°の作動角度の冗長性のある評価は四つのホールセンサー２５により達成することができる。

車輪形の入力要素１１は、合成物質製の一体物からなる底３６および取っ手（換言すればハンドル）３７を有する。取っ手３７は、下から上に向かって縮小する側面が形成される円錐形に反っており、センサーホルダー１５を手で掴むためにこれに向かう側が開放している。

底３６は一体物からなる内側ケース３８を有する。この内側ケース３８は底３６の両面から軸方向に突出している。この場合、取っ手３７の内側にあるケース部分３９は取っ手３７と反対側のケース部分４０より長い。中心の内側ケース３８はその内面が二つの滑りスリーブ４１、４２により囲まれている。二つの同一の滑りスリーブ４１、４２は、内側ケース３８に沿って軸方向に間隔を空けて存在し、ケース部分３９、４０の環状の前面から軸方向の外側に突出した環状フランジ４３あるいは４４まで延びている。一つの最良の取り付けでは、両滑りスリーブ４１、４２を内側ケース３８の中または上に圧迫する。

内側ケース３８の、滑りスリーブ４１、４２と反対側の外周面と底の半径方向の外側の表面から軸方向に突出している環状フランジ４５との間に、環状磁石の形態の永久磁石１４が配置され、保持されている。環状永久磁石１４は底３６の環状の窪みにはめ込まれており、同心に貼り付けられている。この環状磁石はその上のより長いケース部分３９の環状の前面の近くにまで延びている。

入力要素１１は、中空の軸１８の上の二つの滑りスリーブ４１、４２により、非常にわずかな遊びで回転可能になっている。これは、二つの滑りスリーブ４１、４２を焼結青銅スリーブにより形成することにより可能であり、鉄鋼製の中空の軸１８との組み合わせによりこの非常に遊びの少ない軸受けが得られる。

入力要素１１およびセンサーホルダー１５の軸方向のかみ合いと永久磁石１４およびホールセンサー２５、２５´の相応の配置とによって、半径方向も軸方向も正確な関係が得られ、それによって、ホールセンサー２５、２５´は半径方向に決まった間隔で、また、環状永久磁石１４のほぼ中心の高さに配置される。

図示はしないが、主として金属シート２９上にマイクロコントローラーが設けられている。このマイクロコントローラーの支援によって、作動角度を正確に検出するために、車輪形の入力要素１１の現在の位置に対して、最も有利な位置にあるホールセンサー２５あるいは２５´がその都度選択される。それによって、二つのホールセンサー２５、２５´のどちらがアクティブであるか、あるいは、アクティブとしなければならないかが決定される。これは、図５のセンサー２５（破線）および２５´（一点鎖線）の特性曲線（作動角度に依存するデジタル変換された信号電圧）に図示されたところに従うと、マイクロコントローラーにより順次、ホールセンサー２５、２５´のどちらかが選択され、その特性曲線３３（求められた直線）は対応する作動角度において直線の範囲にあり、その結果得られる、それらから合成された全体あるいは出力特性曲線３３は、ほぼ２１０°から２２０°までの作動角度範囲において直線である。その際、どうしても必要であれば、切り換えによって、それぞれのホールセンサー２５、２５´に対して、あるいは、それぞれのホールセンサー２５、２５´から、最も直線に近い挙動を検出することができる。例えば、二つのホールセンサー２５、２５´の角度間隔が８０°の場合、２１０°から２２０°までの角度範囲において特性曲線３３の最高のあるいは最適化されたな直線性が得られる。

加えて、マイクロコントローラーは、遷移領域、すなわちホールセンサー２５からそれに最も近いホールセンサー２５´への切り換え点において、出力特性曲線にジャンプが生じるのを防止する。これは、三つまたは四つのホールセンサーを用いる場合の３６０°の作動角度でも同様に有効であることは明らかである。

１０…装置、１１…入力要素、１２…軸、１３…ホールセンサーユニット、１４…永久磁石、１５…センサーホルダー、１６…底、１７…側部、１８…軸、１９…フランジ、２１…表面、２２…空隙、２３…環状スイッチ平面、２４…貫通穴、２５、２５´…ホールセンサー、２６…接続足、２７…突起、２９…導体板またシート、３６…底、３７…取っ手、３８…内側ケース、３９、４０…ケース部分、４１、４２…滑りスリーブ、４３、４４、４５…環状フランジ

Claims (20)

1. 一つの軸（１８）の周りに回転または旋回可能な要素（１１）の１８０°以上の作動角度を、回転角度に依存して電気信号を発し、上記回転または旋回可能な要素（１１）と固着した環状の永久磁石（１４）と固定ホールセンサーユニット（１３）とを有する一つのセンサー装置（１３）によって検出するための装置（１０）であって、上記ホールセンサーユニット（１３）は、上記環状の永久磁石（１４）の周りに角度間隔を持って配置された二つまたはそれ以上の個別のホールセンサー（２５）を有し、その特性曲線の最も有利な範囲に配置されたホールセンサー（２５）を上記回転または旋回可能な要素（１１）の現在の位置に応じてマイクロコントローラーにより選択可能であることを特徴とする装置。
2. 上記マイクロコントローラーによりホールセンサー（２５）が順次選択され、このホールセンサー（２５）の特性曲線は直線または直線状の範囲にあり、その結果得られ、合成された合計または出力特性曲線が０°から３６０°の作動角度の範囲の間で直線であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 二つのホールセンサー（２５、２５´）の直線の特性曲線の間の約２１０°から２２０°の最大作動角度範囲が選択されることを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 上記単一の環状の永久磁石（１４）が直径方向に磁化していることを特徴とする請求項１から３の少なくとも一つに記載の装置。
5. 上記永久磁石（１４）の周りの上記センサーユニット（１３）は、好適には均等の角度離れて配置された複数のホールセンサー（２５）を有することを特徴とする請求項１から４の少なくとも一つに記載の装置。
6. 上記センサーユニット（１３）は、互いに８０°の角度離れた二つのホールセンサー（２５、２５´）を有することを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 上記回転または旋回可能な要素（１１）は、上記軸（１８）に一つの好適には軸方向に分割された滑りスリーブ（４１、４２）の上に取り付けられていることを特徴とする請求項１から６の少なくとも一つに記載の装置。
8. 上記軸（１８）は鉄鋼からなり、上記滑りスリーブ（４１、４２）は青銅からなることを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 上記回転または旋回可能な要素（１１）に、好適には単一の永久磁石（１４）が取り付けられていることを特徴とする請求項１から８の少なくとも一つに記載の装置。
10. 上記永久磁石（１４）は上記回転または旋回可能な要素（１１）に接着固定されていることを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 上記回転または旋回可能な要素（１１）は一つの環状フランジを有し、この環状フランジの半径方向の内面は上記滑りスリーブ（４１、４２）と結合しており、かつ、この環状フランジの半径方向の外面に上記永久磁石（１４）が同軸に保持されていることを特徴とする請求項８から１０の少なくとも一つに記載の装置。
12. 上記回転または旋回可能な要素は入力歯車（１１）として形成されていることを特徴とする請求項１から１１の少なくとも一つに記載の装置。
13. 一つのセンサーホルダー（１５）が設けられ、このセンサーホルダー（１５）は好適には不均等な角度間隔でこのセンサーホルダー（１５）の収容のための部屋（２２）に設けられていることを特徴とする請求項１から１２の少なくとも一つに記載の装置。
14. 上記ホールセンサー（２５）は上記センサーホルダー（１５）の上記部屋（２２）の定位置に設けられていることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
15. 上記部屋（２２）には好適には二つの側面に突起（２７、２７´）が設けられていることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
16. 上記センサーホルダー（１５）は上記軸（１８）に固着していることを特徴とする請求項１４または１５に記載の装置。
17. 上記軸（１８）のフランジ（１５）は好適には上記センサーホルダー（１５）に対して突出していることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
18. 上記センサーホルダー（１５）は縁なし帽状に形成され、上記センサーホルダー（１５）の上記部屋（２２）に含まれる側面（２１）は上記永久磁石（１４）と上記回転または旋回可能な要素または入力歯車（１１）の外周部との間の半径方向にあることを特徴とする請求項１から１７の少なくとも一つに記載の装置。
19. 印刷された導体板またはシート（２９）が設けられ、それに対して上記ホールセンサー（２５）が電気的接続（２６）を維持していることを特徴とする請求項１から１８の少なくとも一つに記載の装置。
20. 上記ホールセンサー（２５）の上記電気的接続または接続足（２６）は上記センサーホルダー（１５）を介してその上方に位置する上記導体板またはシート（２９）に導かれていることを特徴とする請求項１９に記載の装置。

Images