JP2017067773A - 外部浮遊磁場を補償する装置または磁場勾配が磁場センサに及ぼす影響を補償する装置 - Google Patents
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Description
磁場センサはシャフトの磁場領域に配置されており、磁場上においてシャフトに作用するトルクの作用を測定する。
スペースが限定されるため、たとえば、磁気平衡の空間領域の外側に磁場センサを配置することが必要な場合もある。
たとえば、一つの(単一の)磁化体または磁化部品、たとえばステアリングシャフトに対して2つの磁場センサが互いに放射方向に間隔をおいて空間的に非対称に配置され、かつトルクなどの力がその部品に印加される場合、これらの磁場センサは、その非対称配置にかかわらず力の印加によって生じる磁場を検出できなければならない。
強磁性部品の磁場集中、あるいは少なくとも2つの金属体が協働する上記した例のように2つの強磁性部品の磁場集中が少なくとも一部の領域において異なる場合、上記磁場は結果として異なる値をとる。本発明では、これを磁場勾配または磁束密度の勾配という。
上記した2つの基本構造の場合、互いに間隔をおいて配置される少なくとも2つの磁場センサは、通常たとえば軸方向で用いられ、測定対象から離れているため、たとえば本体への応力の印加によって生じる磁場は両センサによって検出することができ、各センサに関連する各結果を相互に対応付けることができる。
単一磁化体の第1の構造において、磁場線または磁場は電流と同様、最小抵抗路を辿って強磁性部品の端部に集中するため、たとえばステアリングシャフト、特にその面側または前面は、外部磁場が発生する場合にいわゆる磁場アンテナとして作用する。磁場センサがこの空間領域に配置され、非対称に位置決めされる場合、外部浮遊磁場によって生じ得る磁場位置の追加の影響を受ける。
また、上記第2の構造でも、外部浮遊磁場が部品内在磁場の位置に対して影響や誤りや重複をもたらす場合がある。たとえば非磁化クランクシャフトが磁化金属駆動ディスクに装着される場合や、たとえば少なくとも2つの磁場センサがクランクシャフトの面側領域、つまりクランクシャフトと駆動ディスクとの接続領域において、軸方向または放射方向に互いに間隔をおいて配置される場合、外部磁場が、力の印加によって生じる磁場の影響または重複を招くこともある。力の印加によって生成されるこのような磁場を、以下では応力に基づく磁場とも称する。
よって、上述した状況は、偏向した外部磁場に基づく磁場センサの配置に関する金属体の磁気非対称とも称することができる。
各々異なる感度を有する少なくとも2つの磁場センサを備え、
他の磁場センサよりも強磁性部品の高強度の非対称磁場を検出する磁場センサは当該他の磁場センサの感度とは異なる感度を有する。
単に例示として説明の目的のために2つの構造を仮定する。
第1の構造の例示的実施形態は、単一の磁化金属体、たとえばステアリングシャフトの磁気平衡外に少なくとも2つの磁場センサを配置することに関する。外部浮遊磁場が影響を及ぼす。
一例として、強磁性体は車両のクランクシャフトと仮定する。しかしながら、強磁性体は、制御シャフト、カムシャフト、トルク送出用の別のシャフトまたは別の強磁性部品であってもよい。自明なことに、磁気平衡は、たとえばカムシャフトおよび直線シャフトにおいて異なる場合があり、材料は同じである。
第2の構造において、磁化体がたとえば強磁性部品の領域に配置される場合、強磁性体は磁場アンテナまたは磁場コンセントレータとして作用する。第1の構造の例では、これらの効果は一つの部品に一体化される。
磁化金属体あるいは磁化可能な金属体は、強磁性体に空間的に近接して配置される。非限定的な例として、後者は強磁性体の面側に配置されると仮定するが、必要に応じて、接続されてもよい。たとえば、磁場コンセントレータは車両のクランクシャフトであると仮定する。
第2の構造例において、駆動ディスクなどの磁化金属体が、上記した強磁性体の面側における空間配置の例で強磁性体の面側に配置される場合、外部浮遊磁場は、この状況にかかわらず引き寄せられ、強磁性体に対して少なくとも部分的に偏向させられる。
外部浮遊磁場から強磁性体へ向かう磁場線の偏向は、磁場アンテナの機能により生じる。電流と同様、磁場線または磁場は最小抵抗路を辿り、強磁性部品の端部、例示のケースでは、クランクシャフトの面側に集中すると考えられる。強磁性体の端部は特に磁場集中が最も高い。よって、強磁性体の面側領域では、磁場集中が強磁性部品の残りの領域よりも増大する。
磁場センサは磁場の磁束密度と磁場強度を測定し、解析可能な形式でそれらを好ましくは信号処理用の電子装置に送信する。磁束密度は単位T(テスラ)で測定される。
磁場センサはたとえば、フラックスゲート、ホールプローブ、電位コイルの形状で使用される。
好ましくは、各センサで磁場によって生成される信号は、連続的にアナログまたはデジタル形式で、すなわち直接的に、あるいは統合されたまたは下流の電子部品を用いて評価される。
よって、2つの磁場センサは少なくとも2つの磁場センサコイルを含む。磁場センサコイルは好ましくは相互に近接配置される。相対位置で、それらのコイルは、いわゆる内側帯と外側帯だけでなく、帯から発せられる磁場も測定することができる。それらはハウジングに収容することができる。
少なくとも2つの磁場センサが設けられ、これらのセンサは第2の構造例で磁化体および強磁性体から空間的に距離をおいて配置される。
たとえば、磁場センサは、クランクシャフトまたはステアリングシャフトの面側の上方に間隔をおいて配置してもよく、磁場アンテナは面側に最も大きな影響を及ぼす効果を有する。
磁場センサは、軸方向におよび/または水平方向に、および/または強磁性部品および磁化体に平行に配置してもよい。
好ましくは、磁場センサは、応力によって生成される磁場の磁束密度と磁界強度を検出および測定し、好ましくは、信号処理および/または表示用の電子装置に解析可能な形式で結果を送信する。この送信は、外部浮遊磁場の補償前または補償後の結果に関連させることができる。
両磁場センサが磁化体または強磁性部品に対して軸方向に配置される場合、磁束密度が高い磁場に最も近い磁場センサは、磁場勾配によって強い磁場にさらされる。多くの場合、これは、強磁性部品の端部近傍に間隔をおいて配置されるセンサである。強磁性部品に対して放射方向に2つの磁場センサが配置される場合、空間的に強磁性部品の近傍に配置される磁場センサは、磁場勾配によって強い磁場にさらされる。
上記した従来技術の欠点を回避するため、本発明は、センサに対する磁化金属体の配向のために偏向される外部浮遊磁場を補償することができる。
本体との近接のために他方のセンサよりも大きく磁場の影響を受ける磁場センサは、他方のセンサとは異なる低感度を有する。
上述したように、領域によっては、磁場集中による外部浮遊磁場が磁場勾配を形成する。外部浮遊磁場の影響を補償することで部品形状により生じた磁場勾配の影響を補償するためだけでなく、異なる感度を達成するために、それぞれの磁場センサは個別の経路を有する。個々の経路の代わりに、たとえば感度の異なるフラックスゲートを使用してもよい。経路は、信号送信を実行する媒体と、送信機から受信機までの送信路全体とを備える。
別の実施形態では、少なくとも2つの磁場センサは、外部浮遊磁場の影響を検出および補償できるだけでなく、必要に応じて、外部浮遊磁場に加えて、力の印加により生成される磁場を検出することもできる。
非磁化クランクシャフト1(強磁性部品)は回転軸4を中心に回転可能である。駆動プレート7の形状の磁化金属体6は、クランクシャフト1の前端5の領域に配置される。
クランクシャフト1は、磁場アンテナ10として作用し、その前端5の領域14に磁場線(図示せず)が集中する。磁場アンテナ10は、外部磁場の磁場線12を放出しつつ、磁場線11、8、13、15を受け入れる。
クランクシャフト1の領域で強磁場14からの空間的距離が大きいため、磁場センサ17は強磁場14にあまりさらされない。
磁場センサ17、18によって検出される信号は、評価部および/または表示部(図示せず)に送信される。
ステアリングシャフト19は前端5とその反対の後端25とを有する。
ステアリングシャフト19は磁場21を含む。前端23は、磁場集中領域22の形状で構成される。
図2の場合、ステアリングシャフト19の磁場の密度は、残りの領域21よりも領域24で高いため、磁場勾配が端部からステアリングシャフト19の中心に向かって延在する。
図2では、磁場センサ18は、ステアリングシャフト19の集中磁場24に対して近接配置されるため、磁場センサ17よりも大きな磁場にさらされる。
4 回転軸
5 クランクシャフトの前端
6 磁化金属体
7 磁化体の一例である駆動プレート
8 外部浮遊磁場の磁場線
10 クランクシャフト1の形状で構成される磁場アンテナ
11 外部浮遊磁場の磁場線
12 磁場線(出)
13 磁場線(入)
14 高集中磁場線領域(概略)
15 非高/静止勾配集中磁場線領域(概略)
16 クランクシャフトの後端
17 磁場センサ
18 磁場センサ
19 磁化体の一例であるステアリングシャフト
20 磁化金属体
21 磁場線(入)
22 磁場集中領域
23 強磁性部品の前端
24 集中磁場の前側領域
25 集中磁場の後側領域
Claims (10)
- 外部浮遊磁場を補償する装置であって、
強磁性部品(1)に作用する外部磁場を検出可能であり各々異なる感度を有する少なくとも2つの磁場センサ(17、18)を備え、
他の磁場センサ(17、18)よりも高強度の外部磁場を検出する磁場センサ(17、18)が当該他の磁場センサ(17、18)の感度とは異なる感度を有する、装置。 - 前記他の磁場センサ(17、18)よりも高強度の外部磁場を検出する前記磁場センサ(17、18)が当該他の磁場センサ(17、18)よりも低い感度を有する、請求項1に記載の装置。
- 前記他の磁場センサ(17、18)よりも高強度の外部磁場を検出する前記磁場センサ(17、18)が前記強磁性部品(1、20)の集中領域に空間的に近接して配置されている、請求項2に記載の装置。
- 他の磁場センサ(17、18)よりも低強度の外部磁場を検出する磁場センサ(17、18)が当該他の磁場センサ(17、18)よりも高い感度を有する、請求項2または3に記載の装置。
- 前記少なくとも2つの磁場センサ(17、18)が前記外部磁場の磁場集中領域(8、11)において前記強磁性部品(1)に対して軸方向または放射方向に配置されている、請求項1〜4のうちのいずれか一項に記載の装置。
- 前記少なくとも2つの磁場センサ(17、18)によって検出された信号が評価部および/または表示部に送信される、請求項1〜5のうちのいずれか一項に記載の装置。
- 前記少なくとも2つの磁場センサ(17、18)は、磁化された前記部品(1)への力の印加によって生じた磁場をさらに検出可能である、請求項1〜6のうちのいずれか一項に記載の装置。
- 前記少なくとも2つの磁場センサ(17、18)は、外部磁場の磁場勾配と部品内在磁場の線形磁場とを区別するものである、請求項7に記載の装置。
- 外部浮遊磁場を補償する方法であって、
非対称外部磁場を検出する少なくとも2つの磁場センサ(17、18)を使用して外部浮遊磁場を補償するものであり、
前記検出は前記少なくとも2つの磁場センサ(17、18)の異なる感度を用いて行われ、
他の磁場センサ(17、18)よりも高強度の外部磁場を検出する磁場センサ(17、18)が、当該他の磁場センサ(17、18)の感度よりも低い感度で前記検出を行う、方法。 - 外部浮遊磁場を補償する構造の使用であって、
前記構造は、非対称外部磁場を検出可能であり各々異なる感度を有する少なくとも2つの磁場センサ(17、18)を備え、
他の磁場センサ(17、18)よりも高強度の非対称磁場を検出する磁場センサ(17、18)が当該他の磁場センサ(17、18)の感度とは異なる感度を有する、外部浮遊磁場を補償する構造の使用。
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