JP2010520458A - 直線位置センサ - Google Patents

Abstract

直線位置を測定するためのセンサアセンブリが、ピニオンギヤに係合するラックギヤを有するスライダを有する。ピニオンギヤが、直線移動に応答してスライダに対して回転可能である。ピニオンギヤは、磁界を生ぜしめる永久磁石を支持している。ピニオンギヤの回転によって生ぜしめられた磁界の変化が磁界センサによって検出される。磁界センサからの信号は、ピニオンギヤの回転を示し、スライダの直線運動に対応する。

Description

関連出願とのクロスリファレンス
本願は、２００７年２月２８日に出願された米国特許仮出願第６０／８９２０３２号明細書の優先権を主張する。

発明の背景
本発明は概して直線位置センサに関する。特に、本発明は、回転する信号発生器及びセンサを利用する直線位置センサに関する。

一般的に、直線的に移動するエレメントの直線位置は、直線経路に沿った移動を決定するように向き付けられた直線センサによって決定される。直線位置の正確な測定はあらゆる行程の長さによって複雑にされており、移動を検出するセンサ又はその他の電子手段から離れる距離は、効果を減じる。さらに、直線位置センサは一般的に、制限された範囲内でのみ正確である。

したがって、高価でない、信頼できる、正確な直線位置センサを設計することが望ましい。

発明の概要
直線位置センサの例は、ピニオンギヤを駆動するラックを有する直線的に移動可能な摺動部材を有している。

スライダは、直線経路に沿って移動し、ピニオンギヤに係合しかつ駆動するラックギヤを有している。ピニオンギヤはラックに対して回転し、直径方向で極性を有する永久磁石を有している。永久磁石はピニオンギヤと共に回転し、生ぜしめられた磁界の回転が、ピニオンギヤの近傍に配置された磁界センサによって測定される。ピニオンギヤは、スライダに対してハウジングに支持されており、直線移動に応答して回転する。したがって、回転測定はスライダの直線移動に対応し、したがって、直線行程の所望の測定を提供する。したがって、直線位置センサの例は、経済的な、信頼できる直線位置センサを提供する。

本発明のこれらの特徴及びその他の特徴は、以下の明細書及び図面から最もよく理解されることができ、以下は、簡単な説明である。

直線位置センサの例の斜視図である。 直線位置センサの側方断面図である。 誘導検出システムの例を有する直線位置センサの例の断面図である。 第１の位置における直線位置センサの例の概略図である。 第２の位置における直線位置センサの例の別の概略図である。

図１を参照すると、直線位置センサ１０の例は、ハウジング１２内に支持されたスライダ１４を有している。スライダ１４はラックギヤ部分２０を有している。ラックギヤ部分２０はピニオンギヤ１６と係合させられている。ピニオンギヤ１６は、ハウジング１２の開口２２内において浮遊している。したがって、ピニオン１６は、直線経路２８に沿ったスライダ１４の移動に応答してスライダ１４に対して回転する。

ピニオンギヤ１６はラックギヤ２０に係合する歯を有している。スライダ１４の直線の移動時、ピニオンギヤ１６は回転する。ピニオンギヤ１６の回転は、矢印２８によって示された直線移動に比例する。永久磁石２４は、ピニオンギヤ１６内に配置されており、ピニオンギヤ１６と共に回転する。永久磁石２４の回転は磁界センサ２６によって検出される（図２）。磁界センサ２６の例は、ピニオンギヤ１６及び永久磁石２４の近傍においてハウジングに支持されている。

図２を参照すると、磁界センサ２６の例は、ピニオンギヤ１６の近傍、したがって永久磁石２４の近傍においてハウジング１２内に取り付けられたホール効果センサである。認められるように、永久磁石２４及びホール効果センサ２６は、ピニオンギヤ１６の回転が測定されることができる、唯一の手段である。当業者に知られているようなその他のセンサ及び磁界装置も、本発明の考慮に含まれるであろう。

図２Ａを参照すると、誘導検出ターゲット２５がピニオンギヤ１６に支持されており、誘導検出装置２７が検出ターゲット２５に関して支持されている。ターゲット２５は、ターゲット２５と検出装置２７との相対位置を示す信号２９を提供する。検出装置２７とターゲット２５との相対位置自体は、ピニオンギヤ１６の回転位置を決定するために利用される。

再び図２を参照すると、磁界センサ２６は信号を生じ、制御装置３６は、スライダ１４の直線位置又は移動を決定するためにピニオンギヤ１６の回転の測定を利用する。磁界センサ２６の例及び制御装置３６は、同じユニットの部分である。しかしながら、その他の制御装置磁界センサ構成が本発明の考慮に含まれる。ピニオンギヤ１６は軸線１８を中心にして回転するので、磁石２４とホール効果センサ２６との間の距離は変化しない。永久磁石２４は、特定のＮ極及びＳ極を提供するために直径方向で変化されている。磁界センサ２６は、この永久磁石２４によって回転によって生ぜしめられる磁界の変化を測定する。

ピニオンギヤ１６は、ハウジング１２の開口２２内に、ハウジング１２内に支持されている。開口２２はピニオンギヤ１６を支持しており、ピニオンギヤ１６が回転する一定の向きを提供する。しかしながら、ピニオンギヤ１６は、ハウジング１２に機械的に結合されておらず、開口２２内で浮動及び回転する。言い換えれば、ピニオンギヤ１６はスライダ１４に対して回転する。スライダ１４は、ラックギヤ２０を有しており、ピニオンギヤ１６の歯に係合する複数の歯を有している。スライダ１４の直線移動は、そのスライダ１４に対するピニオンギヤ１６の回転を生ぜしめる。軸線１８を中心とするピニオンギヤ１６の相対回転は磁界センサ２６によって検出される。

図３及び図４を参照すると、直線位置センサ１０の例は、ハウジング１２の開口２２と共に支持されたピニオンギヤ１６を備えた第１の位置に示されている。スライダ１４はこの例においてタブ３４を有している。タブ３４は、直線位置１０情報が望まれる直線的に移動するエレメントに係合されている又は取り付けられている。軸線１８を中心とするピニオンギヤ１６の回転は、直線方向でのスライダ１４の移動に応答して生じる。磁界センサ２６によって提供される信号は、制御装置３６によって直線測定に変換される。認められるように、ホールセンサ及び制御装置は、回転運動から直線運動への所望の変換を行うようにプログラムされることができるあらゆる制御装置又は装置であることができる。次いで、制御装置からの信号３５は、望まれるように伝達されることができる。

ピニオン１６の外周は、測定されることが望まれる所望の直線行程に対応する。ピニオンギヤ１６は、所望の直線行程と等しい円周を有しているので、直線距離は直接にピニオンギヤ１６の回転に対応する。認められるように、直線行程とピニオンギヤ１６との間のその他の比例は、本発明の考慮に含まれており、用途に特定の必要条件に応じて利用されることができる。

図４によれば、スライダ１４は直線距離３８だけ移動して示されている。直線距離３８は、ピニオンギヤ１６の回転、回転距離４０、を生ぜしめる。この回転距離４０は磁石２４の回転を生ぜしめ、磁石２４の回転自体は、磁界センサ２６によって検出される磁界の変化を生ぜしめる。磁界のこの変化はピニオン１６の回転によって生ぜしめられ、ピニオンの回転自体はスライダ１４の移動によって生ぜしめられる。スライダ１４の移動はピニオンギヤ１６の回転を生ぜしめる。なぜならば、ピニオンギヤはラックギヤ２０に係合させられているからである。ラックギヤ２０はスライダ１４と共に移動し、ピニオン１６はスライダ１４に係合させられていないので、ピニオン１６はスライダ１４に対して自由に回転することができ、これにより、直線行程３８に対応する対応する回転運動４０を提供する。

したがって、直線位置センサ１０は、他の慣用の直線位置センサに関連した問題なく、直線的に移動する部材の直線位置及び運動を決定する単純かつ効果的な手段を提供する。

本発明の好適な実施形態が開示されているが、当業者は、変更が本発明の範囲に含まれることを認識するであろう。その理由から、請求項は、本発明の本当の範囲及び内容を決定するために研究されるべきである。

１０ 直線位置センサ、 １２ ハウジング、 １４ スライダ、 １６ ピニオンギヤ、 １８ 軸線、 ２０ ラックギヤ、 ２２ 開口、 ２４ 永久磁石、 ２５ 誘導検出ターゲット、 ２６ 磁界センサ、 ２７ 検出装置、 ３４ タブ、 ３６ 制御装置、 ３８ 直線距離、 ４０ 回転距離

Claims (20)

1. 直線位置センサアセンブリにおいて、
   直線経路に沿って可動な第１の部材と、
   第１の部材の移動に比例して軸線を中心に回転可能な第２の部材と、
   第２の部材と共に回転するように取り付けられた信号発生器と、
   信号発生器の回転位置を検出するための、第２の部材の近傍に配置されたセンサとが設けられていることを特徴とする、直線位置センサアセンブリ。
2. 信号発生器が、磁界発生部材を含み、センサが、磁界センサを含む、請求項１記載のアセンブリ。
3. 磁界センサが、直線経路に沿った第１の部材の位置を示す信号を生ぜしめる、請求項２記載のアセンブリ。
4. 第１の部材及び第２の部材が、第１の部材の直線運動を第２の部材の回転運動に接続するための、相補的に係合する歯を有している、請求項１記載のアセンブリ。
5. 第２の部材が、第１の部材に対して支持された、軸線を中心に回転可能な歯車を含む、請求項１記載のアセンブリ。
6. 磁界センサが、歯車に対して一定の位置に支持されている、請求項２記載のアセンブリ。
7. 磁界発生器が、永久磁石を含む、請求項２記載のアセンブリ。
8. 信号発生器が、誘導ターゲットを含み、センサが、誘導ターゲットと誘導センサとの相対位置を検出するための誘導センサを含む、請求項１記載のアセンブリ。
9. 第１の部材が、所望の直線経路に沿って移動するスライダを含み、第２の部材が、スライダの直線移動に対応する回転量だけ、スライダの直線運動に応答して回転可能な、スライダに対して支持されたピニオンギヤである、請求項１記載のアセンブリ。
10. 直線位置を測定するためのセンサアセンブリにおいて、
    ハウジングと、
    ハウジングに対して直線経路に沿って可動なラックギヤを有するスライダと、
    ハウジングによって支持されかつラックギヤによって駆動されるピニオンギヤとが設けられており、該ピニオンギヤが、直線移動に応答してスライダに対して回転可能であり、
    ピニオンギヤに取り付けられた磁界発生器が設けられており、
    ピニオンギヤの回転位置を示す信号を発生するための、ピニオンギヤの近傍に取り付けられた磁界センサが設けられていることを特徴とする、直線位置を測定するためのセンサアセンブリ。
11. 磁界発生器が、回転軸線に沿って、ピニオンギヤ内に配置されている、請求項１０記載のアセンブリ。
12. 磁界センサが、ハウジングにおいて支持されている、請求項１０記載のアセンブリ。
13. ピニオンギヤの回転位置が、スライダの直線位置を示す、請求項１２記載のアセンブリ。
14. ハウジングが開口を有しており、該開口内にピニオンギヤが配置されている、請求項１０記載のアセンブリ。
15. 磁界センサが、ピニオンギヤの回転を示す信号を生ぜしめ、該信号が、直線移動距離に変換される、請求項１０記載のアセンブリ。
16. 直線的に移動する部材の直線位置を決定する方法において、
    ａ．直線的に移動可能なスライダに対してピニオンギヤを支持するステップと、
    ｂ．直線的に移動する部材の移動に応答してスライダを直線的に移動させるステップと、
    ｃ．スライダの直線移動に応答して軸線を中心にピニオンギヤを回転させるステップと、
    ｄ．ピニオンギヤの回転運動を検出するステップと、
    ｅ．ピニオンギヤの回転とスライダの直線移動との関係に従って直線位置を決定するステップとを含むことを特徴とする、直線的に移動する部材の直線位置を決定する方法。
17. 所望の直線運動に等しいピニオンギヤの外周を提供するステップを含む、請求項１６記載の方法。
18. 軸線に沿ってピニオンギヤ内に磁界発生器を取付け、磁界発生器によって生ぜしめられた磁界の変化を検出することによってピニオンギヤの回転位置を測定する、請求項１７記載の方法。
19. ピニオンギヤに対して支持された、磁界センサを用いて磁界の回転運動を検出する、磁界センサが設けられている、請求項１８記載の方法。
20. ピニオンギヤの回転運動を検出するステップが、誘導センサを用いて、ピニオンギヤにおける誘導ターゲットの位置を検出し、誘導ターゲットと誘導センサとの相対位置に基づいて回転運動を決定することを含む、請求項１６記載の方法。

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