JP2001506368A - センサ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ホールセンサとして構成され定置式に配置された磁界センサから成り、この磁界センサは少なくとも１つの定置の導磁路に磁気的に結合されており、磁界センサにより可変の磁界が検出されてホールセンサに供給され、その際にホールセンサには磁界変化に依存する電子制御回路の電気信号が供給されるセンサ装置において、電子制御回路およびホールセンサに必要な空間を低減するために、少なくとも１つのホールセンサを電子制御回路の少なくとも一部分とともに特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）に集積し、１つの電子モジュールとして構成する。

Description

【発明の詳細な説明】 センサ装置 従来の技術 本発明は請求項１の上位概念記載の構成を有するセンサ装置に関する。 この種のセンサ装置は例えば電磁モータにおいて、モータの電機子軸の回転運 動に依存する種々のパラメータ、例えば回転数、回転方向、または回転角度を検 出するために使用され、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第１９５２５２９ ２号明細書から公知である。永久磁石は電磁モータの電子回路ユニットのスペー ス内のプリント配線板上に配置されている。磁石の両極は導磁路に接続されてい る。この導磁路は電子回路ユニットのスペースから分離されて配置されたモータ の電機子軸に通じており、その個所で導磁路の各端部が電機子軸とともに運動さ れる磁束変換器と狭い空隙によって隔てられている。運動される磁束変換器は強 磁性かつ反磁性の部材を有しており、この部材は回転体上に配置されている。モ ータの電機子軸の回転により磁束変換器も回転し、このため磁束は永久磁石と導 磁路と磁束変換器とによって形成される磁路内で変化する。プリント配線板上に 永久磁石を介して配置されたホールセンサは変化する漏洩フィールドの磁界変化 を検出し、この変化に依存して電気的な出力信号を形成する。この信号はホール センサに接続されたモータ制御回路に供給される。 さらに電磁モータで使用されるセンサ装置が知られている。この装置では、モ ータ軸とともに運動される磁束変換器はモータの電機子軸に回転可能に接続され た永久磁石から形成されており、この永久磁石はリング形磁石として構成され、 同時に磁界源となっている。定置された導磁路ではタップとして設けられた端部 がリング形磁石に配向されている。他方の、磁束変換器を有するモータ電機子軸 とは反対側に配向された導磁路の端部はホールＩＣに配属されており、表面実装 されたＳＭＤモジュールとして例えば電磁モータの電子回路ユニットスペース内 のプリント配線板上に配置されている。モータ電機子軸の回転によりここでは導 磁路内で誘導される磁束が変化し、そのためホールＩＣにより検出される磁界信 号も変化する。ホールＩＣによりこの信号がディジタル電気信号に変換され、こ のディジタル信号がプリント配線板上に配置されたモータ制御電子回路ユニット によって評価され、モータ制御に利用される。 本発明の利点 本発明の請求項１の特徴部分に記載の構成を有するセンサ装置は、従来の技術 に比べて、ホールセンサおよび電子制御回路をここで設けられている支承部例え ばプリント配線板上に収容するのに必要な空間が著しく低減される利点を有する 。このため電子制御回路に属する回路素子、例えばプログラムメモリ、マイクロ プロセッサまたはホールＩＣモジュールを有するＥＰＲＯＭを特定用途向け集積 回路（ＡＳＩＣ）として集積することができる。この特定用途向け集積回路は個 々のモジュールとしてプリント配線板上に実装される。これによりプリント配線 板の実装コストが著しく低減されるので、全体的なコストを節約できる。個々の ＡＳＩＣモジュールを作成するほうが、プリント配線板を作成して、その上に電 子回路に必要な構成ユニットの全てを個々に実装するよりも著しく安価であるこ とによりコストの節約が達成される。有利には磁気信号が導磁路を通って直接に 特定用途向け集積回路のホールセンサ部へ伝送される。ＡＳＩＣモジュールを機 械的な可動部分、例えば電磁モータのモータ電機子軸から分離することができ、 汚れや湿気から保護して配置することができる。さらに小さなＡＳＩＣモジュー ルはプリント配線板上に配置される複雑な電子回路に比べて湿気および汚れに対 して簡単に保護できるので、全体として信頼性が向上する。 本発明の別の有利な実施形態および別の態様は従属請求項に記載されている。 有利には支承部上のＡＳＩＣモジュールが磁界変換器から遠ざけられて導磁路の ２つの端部間に配置される。なぜならその場合磁界が ＡＳＩＣモジュールに含まれているホールセンサ部によって最適に検出されるか らである。 導磁路の突出部が支承部の切欠を通ってＡＳＩＣモジュールの実装表面へ延び ていることにより、ＡＳＩＣモジュールのホールセンサ部による磁界検出をさら に改善することができる。 特に有利には導磁路がＡＳＩＣモジュールと熱伝導的に接触接続される場合、 この導磁路を単なる信号導体路として使用するだけでなく、ＡＳＩＣモジュール から発生される熱を放散させるための冷却体として使用することができる。 図面 本発明の実施例を図示し、以下に詳細に説明する。 図１には、磁束変換器と導磁路とプリント配線板とを有する電磁モータでの従 来技術によるセンサ装置の一部が基本的な形で示されている。 図２には本発明のセンサ装置の断面部分図が示されている。 実施例の説明 図１には、例えば電磁モータに配置された公知のセンサ装置の一部が基本的な 形で示されている。図示されないモータの回転駆動装置はモータ電機子軸２を介 して同様に図示されないモータ伝動装置に接続されている。モータの電機子軸２ に磁束変換器としてリング形磁極３が配置されており、この磁極は一方の半部が Ｎ極、他方の半部がＳ極として形成されている。このリング形磁極は同時に磁界 源として、また磁束変換器として用いられる。さらにセンサ装置は定置された３ つの導磁路１１、１２、１３を有しており、これらの導体路は高い持続性を有す る軟磁性材料から成る。導磁路のモータ電機子軸側に配向される端部１１ａ、１ ２ａ、１３ａはその輪郭がリング形磁極３に適合されており、狭い空隙によりこ のリング形磁極から隔てられている。導磁路１１、１２、１３は図１では図示さ れないブラシ部材内に配置されており、このブラシ部材は回転駆動装置とモータ 伝動装置との間に配置されている。ブラシ部材はカーボンブラシの支承に使用さ れており、このカーボンブラシはモータ電機子軸に配置されたコミュテータと電 気的に接触接続しており、モータ電流のコンタクトのために設けられている。ブ ラシ部材と電子回路ユニットのケーシングとが接続されており、このケーシング 内には電子回路を有するプリント配線板１０がモータ制御のために配置されてい る。導磁路１１、１２、１３はブラシ部材内で電子回路ユニットケーシングおよ びプリント配線板１０に接続されており、このプリント配線板上に２つのホール ＩＣ素子２０、２１が配置されている。導磁路１１の端部はプリント配線板の上 方で２つの端部１１ｂ、１１ｃへ分岐している。モータ軸とは反対側の導磁路１ １の端部１１ｂはホールＩＣ素子２０の上方で終端し ており、モータ軸とは反対側の導磁路１２の端部１２ｂはホールＩＣ素子２０の 下方で終端しており、導磁路１１の端部１１ｃはホールＩＣ素子２１の上方で終 端しており、導磁路１３の端部１３ｂはホールＩＣ素子２１の下方で終端してい る。モータ電機子軸２の回転中、導磁路３、定置された導磁路１１、１２、およ びホールＩＣ２１から形成される磁路に誘導される磁束が変化する。相応のこと が導磁路１１、１３およびホールＩＣ２１から形成される第２の磁路についても 当てはまる。磁束の変化はホールＩＣ素子２０、２１によってデイジタル電気信 号に変換され、プリント配線板１０上に設けられた電子制御回路に供給される。 この制御回路は信号をロジック部内で、プログラム制御されるマイクロプロセッ サまたはマイクロコントローラを用いて評価し、プリント配線板上に設けられた リレーを駆動して、このリレーにより電磁モータの電流供給を制御する。電流供 給は電流線路を介して行われ、この電流線路はカーボンファイバブラシを介して モータ電機子軸２と接続されており、例えば導磁路１１、１２、１３をカバーす る。 図２には本発明のセンサ装置が断而部分図で示されている。センサ装置はこの 場合も同様に電磁モータ内に配置されている。ただしこのセンサ装置は例えば、 リニアに運動し回転しない磁束変換器を有する伝動装置内で使用してもよい。図 示されているのは導磁路１ １が配置された電磁モータにおいて、プラスティックから成形されたブラシ支承 部材６の部分である。ブラシ支承部材６上に別の構成部材５が取り付けられてお り、この部材はプラスティックから成り、２つの導磁路１２、１３を有している 。これらの導体路のうち図２には導磁路１２のみが示されている。ブラシ支承部 材６と担体部材１０とが結合されており、この担体部材１０は小さなプリント配 線板として構成してもよいし、プラスティックで射出成形された打ち抜きスクリ ーン成形物として包囲するように構成してもよい。ブラシ部材６は電磁モータ内 に配置されているので、担体部材１０はモータ電機子軸から分離され、電子回路 ユニットスペースに配置されている。電子回路ユニットスペースは図示されない コンタクト素子を備えた差込プラグを有している。この差込プラグはプリント配 線板上の制御回路と導電接続されており、外部のケーブルを介して例えば自動車 の中央制御装置に接続される。 図１の場合と同様に図２に示されているセンサ装置でも、導磁路はブラシ部材 ６および構成部材５内に配置されており、端部１１ｂ、１２ｂはプリント配線板 １０に配属されており、半端側の端部１１ａ、１２ａはモータ電機子軸に配向さ れている。図２からわかるように、導磁路の端部１１ａ、１２ａは断面図では見 ることができない。これはブラシ部材６および構成部 材５内の導磁路が紙面から前方または後方へ屈曲され、図１と同様に磁束変換器 として設けられている可動のリング形磁極の周囲に配置されているからである。 図２にさらに示されているように、モジュール７がプリント配線板１０上に存在 しており、このモジュールは特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を有する。モジ ュール７の回路には２つのホールＩＣとモータ制御に必要な制御回路とが唯一の 集積回路を形成するようにまとめられており、制御回路はロジック部分全体を有 する。マイクロプロセッサまたはマイクロコントローラおよびメモリモジュール はＡＳＩＣに集積されており、個々の構成素子としてプリント配線板１０に実装 する必要がない。ＡＳＩＣモジュール７は周知のようにプリント配線板１０上に はんだ付けされている。図２からさらにわかるように、ＡＳＩＣモジュール７の 実装表面の下方で切欠９がプリント配線板１０に設けられており、この切欠を通 して導磁路１２の端部１２ｂの突出部１５がＡＳＩＣモジュール７の実装表面の 僅か手前まで突出している。相応に第２の導磁路１３は図示されない第２の切欠 を通ってＡＳＩＣモジュール７へ通じている。第３の導磁路１１の端部は２つの 端部１１ｂ、１１ｃに分岐しており、これらの端部はＡＳＩＣモジュール７の実 装表而に対向する面の周囲に接続されており、プリント配線板１０へ向かって屈 曲されている。屈曲された端部１１’はプリント配線 板１０を支承するために、プリント配線板のそれぞれ１つの別の切欠を通って通 じている。図２からわかるように、ＡＳＩＣモジュール７は導磁路の端部１１ｂ 、１２ｂまたは端部１１ｃ、１３ｂによってペンチ式に把持されている。２つの ホールセンサ部はこの場合ＡＳＩＣモジュール７内に配置されているので、導磁 路１２、１３の突出部１５と導磁路１１の端部１１ｂまたは１１ｃとの間の磁束 がホールセンサによって最適に検出される。導磁路は図示の実施例とは異なるよ うに配置することができる。また２つの導磁路例えば図２の導体路１１、１２の みを使用し、ＡＳＩＣモジュール内にただ１つのホールＩＣのみを集積すること もできる。ただし必要な場合には２つ以上のホールセンサをＡＳＩＣモジュール に集積し、４つまたは５つの導磁路を使用することができる。重要なのは、磁束 の変化がＡＳＩＣモジュールのホールセンサ部によってデイジタル信号に変換さ れ、この信号がモジュール７内部で集積回路によって評価されることである。Ａ ＳＩＣモジュールの出力信号はリレーの駆動のために用いられる。別の実施例で は、電流回路に使用されるリレーが設けられておらず、その代わりにモータ電流 をスイッチングする高電カトランジスタが直接にＡＳＩＣモジュールとして集積 される。これによりプリント配線板１０上でモータ電子回路ユニットに対して必 要な空間をさらに低減することができる。 導磁路がＡＳＩＣモジュール７と熱伝導的に接触接続されている場合、ＡＳＩ Ｃモジュールから発生される熱が有利には導磁路１１、１２、１３へ流出される 。このことは図２では例えば導磁路の端部とＡＳＩＣモジュールに用いられる熱 伝導性の接着剤との間の狭い空隙により達成されるか、または導磁路が直接にＡ ＳＩＣモジュールのケーシングに接続されることにより達成される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クリストーフ クラッペンバッハ ドイツ連邦共和国 Ｄ―77815 ビュール マルティン―ルターシュトラーセ ６ (72)発明者 ギュンター リール ドイツ連邦共和国 Ｄ―77830 ビューラ ータール レンゲンベルクヴェーク 37 (72)発明者 マルティン ハーガー ドイツ連邦共和国 Ｄ―77830 ビューラ ータール ホルツマットヴェーク ９アー (72)発明者 フリードリッヒ―ヴィルヘルム ドライア ー ドイツ連邦共和国 Ｄ―76547 ジンツハ イム ホーフレーベンヴェーク ６ (72)発明者 ミヒャエル ゼルナー ドイツ連邦共和国 Ｄ―77836 ラインミ ュンスター ネルケンシュトラーセ 11 (72)発明者 オラーフ ボック ドイツ連邦共和国 Ｄ―77815 ビュール カッペルヴィンデックシュトラーセ ９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． ホールセンサとして構成され定置式に配置された磁界センサ（２０、２ １）から成り、 該磁界センサは少なくとも１つの定置の導磁路（１１、１２、１３）と磁気的 に結合されており、 前記センサにより可変の磁界が検出されてホールセンサ（２０、２１）に供給 され、その際にホールセンサには磁界変化に依存する電子制御回路の電気信号が 供給される センサ装置において、 少なくとも１つのホールセンサ（２０、２１）は電子制御回路の少なくとも一 部とともに特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）に集積され、電子モジュール（７ ）内に配置されている、 ことを特徴とするセンサ装置。 ２． 少なくとも１つのホールセンサを含む電子モジュール（７）を備えた特 定用途向け集積回路は、少なくとも２つの導磁路（１１、１２）の可変の磁界を 発生する磁束変換器（３）とは反対側の端部（１１ｂ、１２ｂ）の間で磁束変換 器（３）から分離して配置された担体（１０）上に配置されている、請求項１記 載のセンサ装置。 ３． 少なくともぬつのホールセンサを含む電子モジュール（７）を備えた特 定用途向け集積回路の実装 表面の下方で切欠（９）が担体（１０）に設けられており、該切欠内へ導磁路（ １２）に設けられた突出部（１９）が嵌合され、他の導磁路（１１）はモジュー ル（７）の実装表面に対向する面に配置されている、請求項２記載のセンサ装置 。 ４． ２つの導磁路（１１、１２）のうち少なくとも１つの導体路が、少なく とも１つのホールセンサを含む電子モジュール（７）を備えた特定用途向け集積 回路に熱伝導的に接触接続されており、前記モジュールから発生された損失熱が 放散される、請求項１から３までのいずれか１項記載のセンサ装置。 ５． センサ装置は電磁モータ内での使用のために設けられており、電磁モー タはモータ電機子軸（２）を有しており、該モータ電機子軸上に磁束変換器（３ ）が配置されている、請求項２記載のセンサ装置。