JPH08508819A - 手動式角度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 回転可能かつ手動で可動な検出器部材（３）を有する手動式角度検出器において、センサ（１０）が検出器部材を走査し、検出器部材（３）用の磁気錠止機構または非接触作動式錠止機構が、連続した舌状部（７）を有する磁束伝導体を有し、これらの舌状部（７）は、検出器部材（３）の回転軸線に同心をなす線上に互いに間隔を隔てて配置され、各舌状部（７）の長さ方向の少なくとも一部分が、検出器部材（３）の回転軸線に同軸をなす円箇状表面内に位置する。この円筒状表面に対して同心的にかつこの円筒状表面から半径方向に短い距離を隔てて、磁石（９）の交互に位置する北極および南極が周方向に配置される。更に、舌状部（７）の角度分布は、二つの隣接する極間の角度によって規定される角度分布に等しいか、又はその整数倍に形成される。

Description

【発明の詳細な説明】 手動式角度センサ 本発明は、手動式角度位置変換器であって、回転可能に取り付けられかつ手動 で動かされることができるマスタ部材と、該マスタ部材を走査することができる センサと、マスタ部材に対して接触せずに磁気的に作用する掛止機構とを具備し 、該掛止機構は、複数の舌状部を有する磁束伝導体を備え、該複数の舌状部は、 マスタ部材の回転軸線に同心をなす線上で連続的に間隔を隔てて配置される、手 動式角度位置変換器に関する。 この種の公知の角度位置変換器（***国特許DE 32 24 386 C2号）の場合には 、マスタ部材がディスクであり、このディスクの外側リムは、半径方向に延びる 複数の舌状部によって形成される。この外側リムは、光バリヤ（light barrier ）の送信部と受信部との間にかみ合い、かつ二つの極片間にもかみ合う。これら 二つの極片は永久磁石の北極（Ｎ極）上または南極（Ｓ極）上に載置され、これ ら二つの極片は磁束を、強磁性材料からなるディスクの外側リムを通るように垂 直に導く。これら二つの極片には、半径方向に延びる複数の歯と、これらの歯間 の間隙とが設けられる。これらの歯および間隙は整列され、且つこれらの歯およ び間隙は、ディスクの舌状部及びこれら舌状部間のスリットと同一のピッチを有 する。ディスクのリムと二つの極片との間の空気間隙が小さいので、たとえ歯お よび舌状部が非常に細い場合でも高い掛止モーメントを得ることができる。しか しながら、この掛止機構用の費用は比較的高価である。 従って本発明は、高い掛止モーメントと、連続した掛止位置間の 小さな回転角度とを犠牲にすることなく、安価に製造されることができる手動式 角度位置変換器を提供するという課題に基づいてなされた。この課題は、請求項 １に記載された特徴を有する角度位置変換器によって解決される。 本発明による角度位置変換器の掛止機構用には二つの構成要素のみ、即ち磁束 伝導体と磁石とのみが必要とされる。これにより、とりわけ組み立てコストが低 減される。 好ましい実施態様では、磁石が、舌状部群によって形成された円筒状表面内に 配置される。なぜならば、この場合、磁石の極群が磁石の外側ジャケット内に設 けられることができるからである。等しい個数の極が設けられるときに、このよ うに磁石の極群が磁石の外側ジャケット内に配置される場合には、極群が内側ジ ャケット内に配置される場合よりも小さな磁石を用いることができる。 反射光バリヤ（reflection light barrier）がセンサとして使用される場合に は、この光バリヤは、舌状部に向けられ、又はこれらの舌状部を担持するディス クに垂直をなして延びる舌状部部分に向けられることができる。各舌状部がディ スクの中心に関して半径方向外方に延びる部分をも有する場合には、反射光バリ ヤが、これらの半径方向外方に延びる部分に向けられることもできる。両方の場 合とも、ディスク上に設けられた舌状部群を有するディスクが回転可能なマスタ 部材を形成し、かつ磁石およびセンサが動かないように取り付けられることが必 要である。 しかしながら、例えば、ホール発生器（Hall generator）がセンサとして使用 されることもできる。この場合、リング又はディスクとして構成された永久磁石 が、手動で回転可能なシャフト上に剛固に取り付けられることが必要である。更 に、動かないように取り付けられたディスクの一部をなすと共に互いに並んで位 置する数個の舌 状部が省略され、その結果磁場がホール発生器まで侵入するための間隙が形成さ れることが必要である。 以下、図面に示す二つの実施例を参照しなから本発明を詳細に説明する。 図１は、第１の実施例の概略縦断面図である。 図２は、割り当てられたセンサを有する第１実施例のマスタ部材の斜視図であ る。 図３は、第２の実施例の概略縦断面図である。 図４は、割り当てられたセンサを有する第２実施例の磁束伝導体の斜視図であ る。 シャフト２が、円形ディスク形状をなす面板１の中心に回転可能に取り付けら れる。この面板１は、磁化可能材料および磁気導通材料以外の材料で形成される 。手動式車輪（図示しない）が、面板１の前方側面を越えて突出するシャフト部 分に剛固に取り付けられる。面板の他側面を越えて突出するシャフト２部分は、 その全体を参照符号３によって表されるマスタ部材を担持する。このマスタ部材 ３は、シャフト２に対して周方向にも軸線方向にも移動不能となっている。この マスタ部材は強磁性金属板から形成される。この強磁性金属板が円形ディスク４ を形成し、この円形ディスク４の中心には穴４′が設けられる。この実施例では 、ディスク４は、フランジ付きブッシュ５によってシャフト２上に剛固に取り付 けられる。しかしながら、このディスクは、他の方法によって取り付けられるこ ともでき、特に、例えばリベットによってシャフト２上に直接的に取り付けられ ることもできる。 図２に特に良く示されるように、ディスク４は、このディスクと一体的に形成 された舌状部７群を担持する。これらの舌状部７のすべては、同一の幅および長 さと、同一の形状とを有し、かつ間隙８ によって互いに分離される。これらの間隙８もまた同一の寸法を有する。舌状部 ７は、半径方向外方に延びる第１の部分と、この第１部分に直角をなして延びる 第２の部分とを有する。従って、舌状部７のこれらの第２部分は、中心に対して 同心をなす円筒状表面を形成する。図１に示されるように、舌状部７の第２部分 が面板１の方を向き且つこの面板から短い距離を隔てて終わるように、ディスク ４がシャフト上に取り付けられる。 ディスク４に対面する側の面板１の表面上に円形永久磁石９が、シャフト２に 対して同軸状をなすように剛固に取り付けられる。図１に示されるように、ディ スク４と、このディスクに対面する側の永久磁石９の表面との間に小さな空気間 隙が存在し、かつ永久磁石の外側シェルと舌状部７との間に小さな空気間隙が存 在するように、永久磁石９、ディスク４および舌状部７の各寸法が調和せしめら れる。永久磁石９は次のように磁化される。即ち、永久磁石の外側ジャケット内 において北極（Ｎ極）と南極（Ｓ極）とが周方向に連続的に交互に形成され、二 つの隣接する極間の角度が二つの隣接する舌状部７間の角度に等しく形成される ように、永久磁石９が磁化される。なお、舌状部の上述の第２部分は、永久磁石 の外側ジャケットから上述の小さな空気間隙によってのみ分離されている。二つ の隣接する極間の角度は、二つの隣接する舌状部７間の角度よりも大きく又は小 さく形成されることもできる。しかしながらその場合には、常に一方の角度が他 方の角度の整数倍をなすことが必要である。 永久磁石９と、磁束伝導体としての舌状部７を有するディスク４とを具備する 掛止機構は、各舌状部７が極の一つに整列される角度位置群の一つにディスク４ を拘束しようとする。このとき磁束は、極と、この極に整列された舌状部７部分 の第２部分との間の空気間 隙を通ってこの舌状部内に入り、次いでこの舌状部内で分かれ、次いで二つの隣 接する舌状部と、これら二つの隣接する舌状部が整列された極への空気間隙と、 これらの極自体とを経由して、これらの極間に位置する極に戻るように閉じる。 この角度位置において各磁気円は最小の磁気抵抗を有するので、ディスク４がこ の角度位置から外れるように回転しようとしたときに掛止機構が逆トルクを生成 する。たとえ個々の磁気円の掛止モーメントが小さい場合でも、多数の磁気円が 存在するので、上述の逆トルクは比較的高い。 面板１によって閉鎖されたポット形状をなすハウジング１１の内壁上に取り付 けられた反射光バリヤ（reflection light barrier）１０が、次の掛止位置への シャフト２の各回転毎にパルス状の信号を発生するセンサとして設けられる。こ のため、この角度位置変換器は増分式位置変換器として使用されることもできる 。反射光バリヤ１０は次のように配置されることができる。即ち、反射光バリヤ が光線を発し、この光線が半径方向内方に向かわされ、かつこの光線がディスク ４の角度位置の関数として、舌状部７群の内の一つの軸線方向に延びる第２部分 の外面上に、または二つのこれら第２部分間に位置する間隙上に落ちるように、 反射光バリヤ１０が配置されることができる。この光線は、この光線が舌状部７ 上に落ちた場合にのみ適切に反射される。この実施例の場合のように各舌状部７ が半径方向に延びる第１部分を有する場合には、反射光バリヤからの光線は舌状 部７のこの第１部分に向けられることもできる。この状況が、図１において反射 光バリヤ１２によって示されている。当然のことながら、例えばディスク４の前 進回転／後退回転の検出が要求される場合には、反射光バリヤ１２が反射光バリ ヤ１０に加えて設けられることもできる。しかしながらこの場合、すべての光バ リヤが舌状部７の第１部分に対して、または舌状部７の第２部分に対 して向けられることもできる。 図３および図４に示す実施例は、第１の実施例と同様に、円形ディスク形状を なす面板１０１を有し、この面板１０１は磁気非導通材料で形成される。また、 面板１０１内でシャフト１０２が回転されることができる。しかしながらこの実 施例では、円形永久磁石１０９がマスタ部材としての役割を果たす。このため、 この永久磁石１０９は、シャフト１０２と同軸状をなすようにシャフト１０２上 に剛固に取り付けられる。この実施例では永久磁石１０９の内径がシャフト１０ ２の外径よりも大きいので、永久磁石１０９を担持しかつシャフト１０２に剛固 に結合されたハブ本体１１３が設けられる。 ディスク４と同様に構成されたディスク１０４が、面板１０１の内面上に剛固 に取り付けられる。このディスクと一体的に形成された舌状部１０７は、舌状部 ７と同一の形状および寸法を有する。舌状部１０７の軸線方向に延びる第２部分 は面板１０１から離れる方向を向き、かつこの実施例では舌状部１０７のこの第 ２部分は、面板１０１から離れる方向を向いた永久磁石１０９の表面と面一をな して終わっている。舌状部１０７の軸線方向に延びる第２部分と、永久磁石１０ ９の円筒状外側ジャケットとの間に小さな空気間隙が存在すると共に、ディスク １０４と、このディスクに対面する側の永久磁石１０９の表面との間に小さな空 気間隙が存在する。 図１に示す実施例の場合と同様に、永久磁石１０９と、舌状部１０７を有する ディスク１０４とによって形成される掛止機構は、極群が舌状部１０７群の軸線 方向に延びる部分の一つと夫々整列された角度位置群の内の一つにシャフト１０ ２を保持しようとする。なお、上述の極群は、永久磁石１０９の外側ジャケット 内に位置し、かつ周方向に連続的に交互に配置される。斯くして、掛止機構が機 能する方法は、第１実施例の場合と同じである。 この第２の実施例では、反射光バリヤの代わりに、永久磁石１０９の外側ジャ ケット内に位置する極の磁場を検出するホール発生器（Hall generator）１１０ がセンサとして設けられる。従って、互いに並んで位置する数個の舌状部１０７ の軸線方向に延びる第２部分が欠けていて間隙１１４を形成するようにし、この 間隙１１４を通って磁場がホール発生器１１０に侵入することができるようにす ることが必要である。反射光バリヤ１０の場合と同様に、ホール発生器１１０は 、面板１０１によって閉鎖されたポット形状をなすハウジング１１１の内側ジャ ケットに剛固に取り付けられる。しかしながら当然、ホール発生器１１０を面板 １０１に取り付けることも考えられる。この特徴は、反射光バリヤ１０に適用さ れることもできる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９４年１２月６日 【補正内容】 明細書 手動式角度センサ 本発明は、請求項１の前提部分に記載された特徴を有する手動式角度位置変換 器に関する。 この種の公知の角度位置変換器（***国特許DE 32 24 386 C2号）の場合には 、マスタ部材がディスクであり、このディスクの外側リムは、半径方向に延びる 複数の舌状部によって形成される。この外側リムは、光バリヤ（light barrier ）の送信部と受信部との間にかみ合い、かつ二つの極片間にもかみ合う。これら 二つの極片は永久磁石の北極（Ｎ極）上または南極（Ｓ極）上に載置され、これ ら二つの極片は磁束を、強磁性材料からなるディスクの外側リムを通るように垂 直に導く。これら二つの極片には、半径方向に延びる複数の歯と、これらの歯間 の間隙とが設けられる。これらの歯および間隙は整列され、且つこれらの歯およ び間隙は、ディスクの舌状部及びこれら舌状部間のスリットと同一のピッチを有 する。ディスクのリムと二つの極片との間の空気間隙が小さいので、たとえ歯お よび舌状部が非常に細い場合でも高い掛止モーメントを得ることができる。しか しながら、この掛止機構用の費用は比較的高価である。 また、クランクシャフトの角度位置の動的検出装置が公知である（ＰＣＴ特許 出願WO 89/04426号）。この動的検出装置は、クランクシャフト上に配置された ロータを有し、このロータはリングからなり、このリングは、北極（Ｎ極）およ び南極（Ｓ極）が周方向に互いに交互に連続するように磁化される。このロータ は、ロータに同心をなす環状部材を包囲するステータ内に配置され、ロータ内に センサコイルがステータに同心をなすように位置する。ロータは二つのリング部 分から組み立てられ、これらのリング部分は、リング部分の内縁部の長さ方向に 沿って複数のポインタ部を有する。これらのポインタ部は、ポインタ部の長さ方 向の一部上で半径方向内方に延び、次いで他方のリングに向けて軸線方向に曲げ られる。双方のリングにおいて、二つの連続したポインタ部間の角度は、ロータ の二つの同様の極間の角度に等しいように選択される。更に、一方のリングのポ インタ部は、他方のリングのポインタ部に対して上述の角度の半分だけ変位せし められる。 従って本発明は、高い掛止モーメントと、連続した掛止位置間の小さな回転角 度とを犠牲にすることなく、安価に製造されることができる手動式角度位置変換 器を提供するという課題に基づいてなされた。 請求の範囲 １．手動式角度変換器であって、 ａ）回転可能に取り付けられ且つ手動で作動可能な伝送部材（３；１０９）を 具備し、 ｂ）更に、該伝送部材（３；１０９）を走査するセンサ（１０；１１０）を具 備し、 ｃ）更に、該伝送部材（３；１０９）用の磁気式非接触形停止機構を具備し、 該停止機構は、 ｉ）磁石（９；１０９）を有し、 ii）更に、ディスク（４；１０４）上の複数のポインタ部（７；１０７）を 有する磁束伝導本体を有し、該複数のポインタ部は、ディスクの外側縁部に沿っ て周方向に互いに分離されている、手動式角度変換器において、 ｄ）上記停止機構は、磁石（９，１０９）と、磁束伝導本体としてのポインタ 部（７；１０７）を有するディスク（４；１０４）とのみからなり、 ｅ）該各ポインタ部（７；１０７）は、ポインタ部の長さ方向の少なくとも一 部上で、伝送部材（３；１０９）の回転軸（２；１０２）に同軸をなす円筒状表 面内に位置し、 ｆ）磁石（９；１０９）の交互に位置する北極および南極が、上記円筒状表面 と同心的にかつ該円筒状表面から半径方向に短い距離を隔てて、周方向に順番に 配置され、 ｇ）ポインタ部（７；１０７）の角度間隔は、二つの隣接する極間の角度によ って規定される角度間隔に等しいか、整数倍か、又は整数分の１になるように選 択される、手動式角度変換器。 ２．上記ポインタ部（７：１０７）群によって形成される上記円 筒状表面内に上記磁石（９；１０９）が配置され、該磁石（９；１０９）は円箇 状の外側マントル表面を有し、該外側マントル表面内に北極および南極か連続的 に交互に配置される、請求項１に記載の角度変換器。 ３．上記各ポインタ部（７；１０７）が、上記伝送部材（３；１０９）の回転 軸線に同軸をなす円箇状表面内に位置するように上記ディスク（４；１０４）に 垂直に配置され、該各ポインタ部が該ディスクと一体的に形成される、請求項１ または２に記載の角度変換器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．手動式角度位置変換器であって、回転可能に取り付けられかつ手動で動か されることができるマスタ部材と、該マスタ部材を走査することができるセンサ と、マスタ部材に対して接触せずに磁気的に作用する掛止機構とを具備し、該掛 止機構は、複数の舌状部を有する磁束伝導体を備え、該複数の舌状部は、マスタ 部材の回転軸線に同心をなす線上で連続的に間隔を隔てて配置される、手動式角 度位置変換器において、 ａ）各舌状部（７；１０７）の長さ方向の少なくとも一部分が、マスタ部材（ ３；１０９）の回転軸線に同軸をなす円筒状表面内に位置し、 ｂ）磁石（９；１０９）の北極と南極とが設けられ、該北極および南極は上記 円筒状表面に対して同心をなし、かつ該北極および南極は、該円筒状表面から半 径方向に短い距離を隔てて周方向に連続的に交互に配置され、 ｃ）舌状部（７；１０７）の角度ピッチは、二つの隣接する上記極間の角度に よって規定される角度ピッチに等しいか、整数倍か、又は整数分の１になるよう に選択される、手動式角度位置変換器。 ２．上記舌状部（７；１０７）群によって形成される上記円筒状表面内に上記 磁石（９；１０９）が配置され、該磁石（９；１０９）は円筒状外側ジャケット を有し、該円筒状外側ジャケット内に北極および南極が連続的に交互に配置され る、請求項１に記載の角度位置変換器。 ３．上記マスタ部材（３；１０９）の回転軸線に同軸をなす上記円箇状表面内 に位置する舌状部（７；１０７）部分が、ディスク（ ４；１０４）に垂直をなすように配置され、該舌状部が該ディスクと一体的に形 成される、請求項１または２に記載の角度位置変換器。 ４．各舌状部（７；１０７）は、上記ディスク（４；１０４）の中心に関して 半径方向外方に延びる第１の部分を有し、上記円筒状表面内に位置する部分によ って形成される折り曲げ部分が該第１部分に隣接配置される、請求項３に記載の 角度位置変換器。 ５．上記磁石（９；１０９）は、二つの平行な端面を有するリング形態をなす 永久磁石であり、該端面上に外側ジャケットと内側ジャケットとが垂直に起立し 、該内側ジャケットは該外側ジャケットに対して同軸をなす、請求項１から４ま でのいずれか一項に記載の角度位置変換器。 ６．マスタ部材（４，７）が、手動で回転可能なシャフト（２）上に剛固に取 り付けられ、該シャフト（２）が担持板（１）上に旋回可能に取り付けられ、上 記磁石（９）が該担持板（１）に取り付けられる、請求項１から５までのいずれ か一項に記載の角度位置変換器。 ７．舌状部（７）と整列された反射光バリヤ（１０，１２）がセンサとして設 けられる、請求項６に記載の角度位置変換器。 ８．上記反射光バリヤ（１０）が、舌状部（７）群によって形成される円筒状 表面の半径方向外方に配置され、かつ該反射光バリヤ（１０）が、上記担持板（ １）に対して移動不能に該円筒状表面に向けられる、請求項７に記載の角度位置 変換器。 ９．上記反射光バリヤ（１２）または第２の反射光バリヤが、舌状部（７）の 半径方向に延びる部分に整列配置される、請求項７または８に記載の角度位置変 換器。 １０．ａ）上記磁石（１０９）が手動で回転可能なシャフト（１ ０２）上に剛固に取り付けられ、該シャフト（１０２）が担持板（１０１）内で 回転されることができ、 ｂ）舌状部（１０７）群を担持するディスク（１０４）が該担持板（１０１） に剛固に取り付けられ、 ｃ）歯（１０７）群によって形成される列が、少なくとも一つの欠けた歯（１ ０７）によって形成された少なくとも一つの間隙（１１４）を有し、 ｄ）該磁石（１０９）に対面する磁場センサ（１１０）が上記間隙（１１４） に整列配置される、請求項１から５までのいずれか一項に記載の角度位置変換器 。