JP6300506B2 - 可変磁気コレクタを使用する位置センサ - Google Patents
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Description
[0001]本発明は、磁気センサを使用した位置測定に関係する。更に詳しく述べれば、本発明の実施形態は、１セットの磁束コレクタに対する磁石の位置を検出して再現可能な位置測定に関する。
[0002]多くの磁気位置センサを含む多くの種類の位置センサが公知である。典型的な磁気センサでは、磁石は、移動する素子に接続されるか、連結される。素子が移動するとき、磁石も移動する。幅広く述べれば、磁石の移動によって引き起こされる磁場の変化は、位置に相互に関連付けることが可能である。磁気センシングは、商業的に利用可能なセンシングＩＣ（例えば、ホール効果をベースとする磁気抵抗型のセンサ）を使用するとき、「汚染された」環境に対する免疫、及び、相対的な単純さを含む、他の技術に対して有利な点が多い。
[0003]現在の磁気センサの１つの困難や欠点は、直線上の最大寸法が測定範囲の小さな断片の磁石を使用する間、長い範囲を測定する（例えば、ほんの６ｍｍ長の円柱形状の磁石を使用して５０ｍｍ以上の範囲を再現可能に測定する）能力の欠如に関係する。
[0004]ある実施形態では、本発明は、再現可能な測定をするための比較的単純なシステムを提供する。システムは、小さな磁石と、幾つかの「コレクタ」板又はコレクタを含む。コレクタは、１又は２以上の磁気センサ上に磁束を収集し集中させる。ある実施形態では、２つの磁気センサの信号比が、磁石の相対的な位置を特定するために使用される。別の実施形態では、磁気角度センサが、磁束角度を検出するために使用される。この角度は、磁石の位置を特定するために使用される。
[0005]他の属性の中で、本発明の実施形態は、小さな磁石を使用して比較的大きな範囲の全域で位置測定を提供する。本発明の実施形態は、磁石と測定システムとの間の間隙の小さな変動に対して相対的に無反応である。加えて、実施形態は、利用可能な「市販の」検出機器と互換性を有する。
[0006]ある実施形態では、本発明は、磁気をベースとした位置センサを提供する。センサは、経路に沿って移動する磁石組立体と、共通コレクタと、１又は２以上の磁気検出素子と、第１可変コレクタと、第２可変コレクタとを含む。１又は２以上の磁気検出素子は、共通コレクタに連結される。第１可変コレクタ及び第２可変コレクタは、１又は２以上の磁気センサの一つに連結され、磁場を収集するように構成される。第１可変コレクタ及び第２可変コレクタは、磁石が経路に沿って移動するとき、磁石によって生成される磁束の幾つかを伝えるように位置される。第１可変コレクタ及び第２可変コレクタは、磁石が経路に沿って移動するとき、第１可変コレクタ及び第２可変コレクタによって収集される磁束が変化するような幾何形状及び方向性を有し、第１可変コレクタによって収集される磁束の変化は第２可変コレクタによって収集される磁束の変化とは異なる。
[0007]本発明の他の特徴は、詳細な説明及び添付図面を考慮することで、明らかになる。
[0024]本発明の任意の実施形態が詳細に説明されるのに先立ち、詳細な構造、及び、以下の記述で述べられ、或いは、以下の図面で図解される整列された構成要素に対して本発明を適用することには、本発明が制限されないことは理解されるべきである。本発明は、他の実施形態が可能であり、様々な方法で実践され実行されることが可能である。加えて、いかなる単一の要素や特徴も、単に、ここで説明され述べられる特殊な実施形態や実施例の一部として記述されているのに過ぎないから、欠くことができないもの、或いは、本質であると思量されるべきではない。
[0025]図１は、位置測定システム１００を示す。システム１００は、第１磁気検出素子（例えばホール効果センサ）１０５と、第２磁気検出素子（例えばホール効果センサ）１１０と、共通コレクタ１１５と、第１可変コレクタ１２０と、第２可変コレクタ１２５と、磁石１３０とを含む。共通コレクタ１１５は、磁気回路素子１５２を介して第１磁気検出素子１０５及び第２磁気検出素子１１０の両方に磁気的に連結している。第１コレクタ１２０は、磁気回路素子１５１を介して第１磁気検出素子１０５に磁気的に連結し、第２コレクタ１２５は、磁気回路素子１５０を介して第２磁気検出素子１１０に磁気的に連結している。
[0026]示された構造において、第１コレクタ１２０は、同一平面上に（例えば図中「ＰｏＴ」とラベルが付された磁石１３０の移動経路に沿って）第２コレクタ１２５に近接して位置する。第１コレクタ１２０及び第２コレクタ１２５は、磁石１３０に対して位置し、その結果、かなりの割合の磁束が、コレクタ１２０，１２５を通って、第１磁気検出素子１０５及び第２磁気検出素子１１０へ流れ、それから共通コレクタ１１５へ流れ、磁石１３０に戻る。
[0027]コレクタ１２０，１２５と磁気回路素子１５０，１５１，１５２とは、比較的高透磁率の材料で作られる。磁石１３０は、磁石の移動方向に垂直の方向に磁化される（磁石の移動方向は磁石の両側で矢印１４０，１４５で示される）。磁石１３０は、コレクタ１１５，１２０，１２５の「前方」に配置され、コレクタ１２０，１２５の平面に平行に移動する。
[0028]磁石が第２コレクタ１２５に向けて（即ち矢印１４０の方向に）移動するとき、第２コレクタ１２５によって収集され第２磁気検出素子１１０を通って移動する磁束の量は増加し、第１コレクタ１２０によって収集され第１磁気検出素子１０５を通って移動する磁束の量は減少する。比（例えば第１センサ１０５の信号分の第２センサ１１０の信号）を計算することで、磁石の位置を決定することが可能である。図２は、磁石１３０の位置に基いた第１磁気検出素子１０５及び第２磁気検出素子１１０によって生成され、磁石１３０の位置の特定を可能にする２つの信号の比を示す。
[0029]幾つかの実施形態では、第１磁気検出素子１０５及び第２磁気検出素子１１０によって生み出される信号は、計算を実行し磁石の位置を特定可能なマイクロプロセッサへ入力されることが可能である。別の実施形態では、信号は、磁石の位置を特定するハードウエアのコンパレータに提供される。図１に示された構造では、位置情報は、第１コレクタ１２０と第２コレクタ１２５との間の中間点付近の領域に制限される。いったん磁石が２つのコレクタのいずれかの充分に「前方」にあると、比は、磁石１３０の位置を正確に特定するのに充分な程に大きく変化しない。
[0030]図３は、別の構造の位置測定システム２００を示す。システム２００は、システム１００と類似であり、第１磁気検出素子（例えばホール効果センサ）２０５と、第２磁気検出素子（例えばホール効果センサ）２１０と、共通コレクタ２１５と、第１可変コレクタ２２０と、第２可変コレクタ２２５と、磁石２３０とを含む。共通コレクタ２１５は、磁気回路素子２８２によって第１磁気検出素子２０５及び第２磁気検出素子２１０の両方に磁気的に連結している。第１コレクタ２２０は、磁気回路素子２８０によって第１磁気検出素子２０５に磁気的に連結し、第２コレクタ２２５は、磁気回路素子２８１によって第２磁気検出素子２１０に磁気的に連結している。磁気回路素子２８０，２８１，２８２は、コレクタ２１５，２２０，２２５と検出素子２０５，２１０との間に低リアクタンス経路を提供する。
[0031]示された構造では、第１コレクタ２２０は、第２コレクタ２２５と同一平面上で、第２コレクタ２２５の近くに位置する。図解された構成では、第２コレクタ２２５は、第１コレクタ２２０の下にある。第１コレクタ２２０及び第２コレクタ２２５は、磁石２３０に対して位置しており、その結果、かなりの割合の磁束が、コレクタ２２０，２２５を通って、第１磁気検出素子２０５及び第２磁気検出素子２１０へ流れ、それから共通コレクタ２１５へ流れ、磁石２３０に戻る。
[0032]この構造では、コレクタ２２０、２２５は、概ね三角形形状（例えば、四角に区切られた端部を有することがある）を有し、第２コレクタ２２５の幅広の端部２４７が第１コレクタ２２０の幅狭の端部２５０に近接して位置し、第２コレクタ２２５の幅狭の端部２５５が第１コレクタ２２０の幅広の端部２６０に近接して位置するようにコレクタ２２０、２２５は位置している。
[0033]磁石１３０と同様に、磁石２３０は、磁石の移動方向に垂直の方向に磁化される。図から明らかなように、磁石の移動方向は、一般に直線であり、磁石の一方の側の上で矢印２４０，２４５で示された方向に反復往復移動する。磁石２３０は、コレクタ２２０，２２５の「前方」に配置され、コレクタ２２０，２２５の平面に対して平行に移動する。
[0034]第１磁気検出素子２０５によって出力される信号は、磁石２３０が第１コレクタ２２０の幅広の端部２６０により近くに位置するとき、より大きくなる。検出素子２０５によって出力される信号は、磁石２３０が第１コレクタ２２０の幅狭の端部２５０のより近くに位置するとき、より小さくなる。第２磁気検出素子２１０によって出力される信号は、類似の方法で変化するが、コレクタ２２０，２２５の方向性のために、センサ２０５、２１０によって出力される信号は逆に変化する。その結果、図４に示されるように、第１磁気検出素子２０５及び第２磁気検出素子２１０によって生成される２つの信号の比は、磁石の移動の全長に沿って磁石２３０の位置の決定を可能にする。移動の範囲は、磁石２３０の大きさによって制限されない。可変コレクタ２２０，２２５が長くなれば、システム２００の範囲も長くなる。しかし、コレクタが長くなるにつれて、解像度は低下する（即ち単位移動距離当たりの比の変化は低下する）。適用に依存すれば、減じた解像度は許容可能であろう。図４中の２つの破線は、信号の比の可能な出力の例であり、信号の傾向を示し、比が磁石の位置と共に直線的又は非直線的に変化し得ることを図解する。
[0035]示された構造において、磁束は、コレクタと各コレクタに関連する磁気回路素子とを通じて伝播し、コレクタと磁気回路素子との対の各々は、単一の磁気コレクタ組立体である。例えば、図３において、コレクタ２２０と磁気回路素子２８０とが結合して、単一の磁気コレクタ組立体を形成する。材料の単一の破片は、各々の別個のコレクタ組立体（即ちコレクタとそれに関連する磁気回路素子とを含む）のために使用され、高磁気透過性と低磁気ヒステリシスとを有する。別の構造では、コレクタと磁気回路素子とは、別個の材料片であり、単一で単純な材料片の形状を取ることがある（即ちコレクタ組立体は単にコレクタを含むだけである）。
[0036]図５は、別の位置測定システム３００を示す。システム３００は、第１磁気検出素子及び第２磁気検出素子に代わって角度センサ３０７が使用される点を除いて、システム２００（図３参照）に類似する。角度センサ３０７は、磁気回路素子３８０，３８１，３８２を介して、第１コレクタ３２０及び第２コレクタ３２５と共通コレクタ３１５との両方に磁気的に連結する。この場合、磁束のいくつかは、磁石３３０から角度センサ３０７を通って第１コレクタ３２０及び第２コレクタ３２５へ伝播し共通コレクタ３１５へ伝播して、磁石３３０に戻る。角度センサ３０７は、第１コレクタ３２０及び第２コレクタ３２５からの磁気回路素子３８０，３８１が共通コレクタ３１５からの磁気回路素子３８２と衝突する間隙内の磁束の角度を検出する。
[0037]角度センサ３０７は、単一のセンサや、磁束密度の２つの直交成分を効率的に測定するセンサの組み合わせとすることが可能であり、磁束角度の変化が、測定における変化という結果となる（例えばＮＸＰ社、インフィネオン社、マイクロナス社を含む製造業者から商業的に利用可能な角度センサ）。これらのセンサのいくつかは、ホール効果技術に基いており、一方、他のいくつかは、ある種の磁気抵抗センサに基いている。しかし、２つの分散したセンサ（例えばホールセンサやコイルベースの磁束ゲート等）でさえ、磁束密度の２つの成分を測定するために使用可能であり、磁束角度における変化を特定し、その結果、磁石の位置の変化を特定することが可能である。
[0038]図６Ａ及び図６Ｂは、磁石３３０が第１コレクタ３２０の幅狭の端部３５０近くに位置しているとき（図６Ａ）と、磁石３３０が第１コレクタ３２０の幅広の端部３６０近くに位置しているとき（図６Ｂ）の、測定される磁束角度３７０を図解する。図７は、磁石３３０が移動経路に沿って移動するとき、測定可能な磁束角度の例のグラフを示す。
[0039]図８Ａ及び図８Ｂは、磁石３３０が第１コレクタ３２０の幅狭の端部３５０近くに位置しているとき（図８Ａ）と、磁石３３０が第１コレクタ３２０の幅広の端部３６０近くに位置しているとき（図８Ｂ）の、システム３００の側面の代表図を示す。図８Ａ及び図８Ｂは、磁石３３０が第２コレクタ３２５の幅狭の端部３５５と第１コレクタ３２０の幅広の端部３６０の近くに位置しているとき、第１コレクタ３２０がいかにしてより多くの磁束を収集しているのかを図解し、磁石３３０が第２コレクタ３２５の幅広の端部３４７と第１コレクタ３２０の幅狭の端部３５０の近くに位置しているとき、第２コレクタ３２５がいかにしてより多くの磁束を収集しているのかを図解する。この構造において、第１コレクタ３２０及び第２コレクタ３２５の両方は、同一平面Ｐ１にある。
[0040]図９Ａ及び図９Ｂは、第１コレクタ３２０が磁石３３０の第２コレクタ３２５から反対側に配置されるシステム３００の代替の構造を示す。
[0041]図１０Ａ及び図１０Ｂは、第１コレクタ４２０及び第２コレクタ４２５が異なる平面に位置している（例えば第２コレクタ４２５が平面Ｐ１にあり、第１コレクタ４２０が平面Ｐ２にある）点を除いて、システム３００に類似するシステム４００の側面図を示す。
[0042]上述した構造では、磁石は、任意の種類の永久磁石（例えばフェライト磁石、アルニコ磁石、サマリウム・コバルト磁石、ネイジム・鉄・ボロン磁石等）とすることが可能である。たいていの応用ではより低いシステムコストのために永久磁石が選択されるであろうが、磁石を電磁石のような電源を備えた（active）磁場生成器とすることも可能である。
[0043]また、上述した構造では、磁石は、単純な形状を有する。しかし、他の形状の磁石を使用して、性能を向上させたり、パッケージ上の制約に適合させたりすることも可能である。例として、磁石は、「Ｕ字」形状を取り、磁束線をより良くコレクタに向けることも可能であろう（図１１Ａ、図１１Ｂを参照されたい）。加えて、磁石は、システムが測定しようとする動きに直交する方向の動きの影響を減らす形状を取ることも可能であろう。例えば、磁極は、コレクタよりも幅を広くしたり、あるいは、幅を狭くしたりして、「上」「下」方向の動きが、磁極とそれに関連するコレクタとの間の連結の影響をずっと小さくする（図１２Ａ、図１２Ｂを参照されたい）。加えて、この記述における磁石は、磁石組立体の部分として極片（pole piece）を含んでも良い。
[0044]図１３Ａ、図１３Ｂは、磁石５３０が共通コレクタ組立体５３２の一部であるシステム５００を示す。このケースでは、共通コレクタ組立体５３２もまた、追加の磁気素子５３３を含む。移動素子５３４は、磁束を方向付ける極片だが、磁束源ではない。他の構造では、図１３Ａ、図１３Ｂの回路配置は、角度センサ５０７の代わりに、磁気検出素子を含む。
[0045]図１４Ａ、図１４Ｂ、図１５Ａ、図１５Ｂは、位置測定システム７００，８００の代替の構造を示す。第１及び第２コレクタ７２０／８２０，７２５／８２５の形状は、磁石７３０／８３０の位置に基いて異なる出力を提供するようにカスタマイズされる。カスタマイズは、１）ある領域内の増加した解像度、２）磁石７３０／８３０が位置付けられる範囲に関する情報等のような、他の実施形態と比較して、生成されるべき異なるデータ又は追加のデータを可能にする。図面では、第１及び第２コレクタ７２０／８２０，７２５／８２５は、補完的な幾何形状を有して示される（即ち互いにその中に適合している）が、第１及び第２コレクタ７２０／８２０，７２５／８２５の形状は、互いに完全に異なることもあろう。コレクタのカスタマイズされた幾何形状は、実質上任意の形状が可能である。
[0046]再現可能なセンサの性能にとって、コレクタ及びそれに関連する磁気回路が互いに対して概ね固定された状態で保持されることが重要である。それゆえに、コレクタは、機構上の制約を備えて、適切な位置で保持される。例えば、コレクタは、オーバーモールド（外側被覆、over-molded）のプラスチック製の支持部、あるいは、絶縁樹脂に埋め込む技術（potting）で、適切な位置に保持されるであろう。
[0047]センサは、磁気回路素子に対して、そして、磁束をセンサに向けている磁束収束器（magnetic flux concentrator）に対して、適切な位置に保持されることも重要である。
[0048]磁気検出素子を使用する構造では、センサ自体は、好ましくは、ホール効果センサか、磁束密度を測定可能な他の磁気センサである。磁気角度センサを有する構造では、センサは、磁気抵抗センサ（例えば異方性磁気抵抗効果（AMR）、巨大磁気抵抗効果（GMR）、トンネル磁気抵抗効果（TMR）等）、或いは、ホール効果をベースとする角度センサとすることも可能である（通常は、単一の機器中の多数のホールセンサが磁束角度を集合的に測定するために使用される）。磁束角度を測定可能な他の技術も使用可能である。
[0049]コレクタ及び磁気回路素子は、単一形状として上に記述されるが、それらは複雑な３次元形状の場合もある。例えば、コレクタは、１つの縁部（頂部縁部、底部縁部、側面縁部等）からコレクタに対して垂直に突出して、最終的にはセンサ領域へと導くタブを備えた比較的平坦な場合もある。センサへ導く磁気回路素子は、任意の形状を取り、コレクタ上の任意の場所で接続されることが可能である。他の構造では、センサは、コレクタから来る特定可能な磁気回路素子がないように、コレクタの隣に直接に配置されることが可能である。当該技術分野におけるこれらの知識は、このことが本発明の中の概念を変更しないことを認識するであろう。
[0050]磁束コレクタ及び磁気回路素子は、適用の範囲内で期待される磁束密度と両立可能なように設計される。設計は、コレクタ又は磁気回路素子が飽和するであろう磁束水準を考慮する。飽和のために、磁気回路のリアクタンスが変化して、結果として、磁石の位置のための期待された測定結果から測定結果が変化するであろう。
[0051]上に記述した構造は、共通コレクタが固定された形状であるように示す。この形状は、概念を図解するために使用されるが、共通コレクタの形状及び相対的な方向付けは、センサの応答を最適化するために修正可能である。
[0052]また、磁石の方向付け（コレクタと磁石との間の距離）及びコレクタに対する磁石の相対的な方向付けもまた修正可能である。
[0053]磁石が直線上を移動しないとき、磁石の経路に続くコレクタを創り出すこともまた可能である。例えば、磁石がカーブに沿って移動すれば、コレクタは、そのカーブの内側又は外側に沿って適合するように設計されることが可能であり、磁石とコレクタとの間の距離が概ね一定である限り、出力信号（比または角度）は、磁石の位置と共に継続的に変化するであろう。
[0054]例は、磁石組立体の位置の指標として２つの磁束密度の比又は磁束角度を使用したが、導き出される他の測定は、位置を計算するために使用されるであろう。これらの測定は、２つのセンサの配置位置における２つの磁束密度間の相違、又は、測定された磁束密度の合計によって分割される相違を含む。後者は、磁石強度の変化、磁石組立体とコレクタとの間の間隙等によって引き起こされる感度の変動のための標準化を提供する。追加のコレクタ及び磁気検出素子は、磁石の位置についての更なる情報を付加するために使用されるであろう。
[0055]本発明の様々な特徴及び有利性は、以下の特許請求の範囲に表明される。以下は、本発明の各種形態である。
（形態１）磁気に基いた位置センサであって、
経路に沿って移動する磁石組立体と、
第１端部及び第２端部を有する共通コレクタと、
前記共通コレクタに連結された１又は２以上の磁気検出素子と、
前記１又は２以上の磁気検出素子の１つに連結し、磁束を収集するように構成された第１可変コレクタと、
前記１又は２以上の磁気検出素子の１つに連結し、磁束を収集するように構成された第２可変コレクタと、
を備え、
前記第１可変コレクタ及び前記第２可変コレクタは、前記磁石組立体が前記経路に沿って移動するとき、当該磁石組立体によって生成される磁束の幾つかを伝えるように位置され、
前記第１可変コレクタは、前記磁石組立体が前記第１端部の近くに位置されるとき磁気検出素子の位置での磁束密度がより大きくなり、当該磁石組立体が前記第２端部の近くに位置されるときより小さくなるような、幾何形状及び方向性を有し、
前記第２可変コレクタは、前記磁石組立体が前記第２端部の近くに位置されるとき磁気検出素子の位置での磁束密度がより大きくなり、当該磁石組立体が前記第１端部の近くに位置されるときより小さくなるような、幾何形状及び方向性を有する、位置センサ。
（形態２）形態１に記載の位置センサにおいて、
前記第１可変コレクタは、前記第２可変コレクタに近接して位置される、位置センサ。
（形態３）形態２に記載の位置センサにおいて、
前記第１可変コレクタは、第１の平面に位置され、
前記第２可変コレクタは、前記第１平面とは異なる第２平面に位置される、位置センサ。
（形態４）形態１に記載の位置センサにおいて、
前記第１可変コレクタは、前記共通コレクタに関して前記第２可変コレクタの上方に位置される、位置センサ。
（形態５）形態１に記載の位置センサにおいて、
前記第１可変コレクタ及び前記第２可変コレクタの各々は、第１端部と第２端部とを有し、
前記第１端部は、前記第２端部よりも大きい、位置センサ。
（形態６）形態１に記載の位置センサにおいて、
前記磁石組立体の最大の直線寸法は、当該磁石組立体の移動距離の長さの１５％未満である、位置センサ。
（形態７）形態１に記載の位置センサにおいて、
前記１又は２以上の磁気検出素子は、ホール効果センサである、位置センサ。
（形態８）形態６に記載の位置センサにおいて、
前記第１可変コレクタは、第１ホール効果センサに連結し、
前記第２可変コレクタは、第２ホール効果センサに接続される、位置センサ。
（形態９）形態１に記載の位置センサにおいて、
前記磁気検出素子は、磁気角度センサである、位置センサ。
（形態１０）形態９に記載の位置センサにおいて、
前記第１可変コレクタ及び前記第２可変コレクタは、単一の磁気角度センサに連結される、位置センサ。
（形態１１）形態１に記載の位置センサにおいて、
前記第１可変コレクタは、前記磁石の第１側面上に位置され、
前記第２可変コレクタは、前記磁石組立体の前記第１側面とは反対の第２側面上に位置される、位置センサ。
（形態１２）形態１に記載の位置センサにおいて、
第１磁気検出素子によって検出される磁束の第２磁気検出素子に対する比は、前記磁石組立体の位置を示す、位置センサ。
（形態１３）形態１に記載の位置センサにおいて、
前記第１可変コレクタ及び前記第２可変コレクタは、カスタマイズされた幾何形状を有する、位置センサ。
（形態１４）形態１３に記載の位置センサにおいて、
前記第１可変コレクタの前記幾何形状は、前記第２可変コレクタの前記幾何形状を補完している、位置センサ。
（形態１５）形態１に記載の位置センサにおいて、
前記磁石組立体が移動する前記経路は、湾曲している、位置センサ。
（形態１６）形態１に記載の位置センサにおいて、
前記第１可変コレクタ及び前記第２可変コレクタは、前記磁石組立体の移動経路に沿って湾曲している、位置センサ。
（形態１７）形態１に記載の位置センサにおいて、
前記磁石組立体は、前記磁束が前記第１可変コレクタ及び前記第２可変コレクタに向くように形成されている、位置センサ。
（形態１８）出力信号を生成する磁気検出素子と、
第１磁極及び第２磁極を含む磁石組立体と、
主として前記磁石組立体の前記第１磁極に連結されるように整合された第１磁気コレクタ組立体と、
主として前記磁石組立体の前記第２磁極に連結されるように整合された第２磁気コレクタ組立体と、
主として前記磁石組立体の前記第２磁極に連結されるように整合された第３磁気コレクタ組立体と、
磁束を、前記第１磁気コレクタ組立体と、前記第２磁気コレクタ組立体及び前記第３磁気コレクタ組立体との間に流すための磁気回路経路と、
を備える位置センサであって、
前記磁石組立体は、前記磁気コレクタ組立体に対する位置を変更し、
前記磁気検出素子は、前記第１磁気コレクタ組立体と、前記第２磁気コレクタ組立体及び前記第３磁気コレクタ組立体との間の前記磁気回路経路内に配置され、
前記出力信号は、前記磁石組立体の位置の指標である、センサ。
（形態１９）形態１８に記載のセンサにおいて、 前記第２磁気コレクタ組立体及び前記第３磁気コレクタ組立体は、当該第３磁気コレクタ組立体から前記第１磁気コレクタ組立体へと流れる磁束に関連して、当該第２磁気コレクタ組立体から当該第１磁気コレクタ組立体へと流れる磁束が前記磁石組立体の位置と共に変化するような幾何形状及び方向性を有する、センサ。
（形態２０）形態１９に記載のセンサにおいて、
前記磁気検出素子の出力信号は、当該磁気検出素子における磁束角度の指標である、センサ。
（形態２１）形態１９に記載のセンサにおいて、
前記磁石組立体は、永久磁石を含む、センサ。
（形態２２）形態２１に記載のセンサにおいて、
前記磁石組立体は、磁極片を含む、センサ。
（形態２３）形態１９に記載のセンサにおいて、
前記磁石組立体は、直線の経路内を移動する、センサ。
（形態２４）形態１９に記載のセンサにおいて、
前記磁石組立体は、直線ではない経路内を移動する、センサ。
（形態２５）形態１８に記載のセンサにおいて、
前記磁気検出素子の出力信号は、当該磁気検出素子における磁束角度の指標である、センサ。
（形態２６）第１端部及び第２端部を備えた移動する磁気素子と、
磁束源と、
出力信号を生成するように構成された磁気検出素子と、
主として前記磁気素子の前記第１端部に連結されるように整合された第１磁気コレクタ組立体と、
主として前記磁気素子の前記第２端部に連結されるように整合された第２磁気コレクタ組立体と、
主として前記磁気素子の前記第２端部に連結されるように整合された第３磁気コレクタ組立体と、
前記第１磁気コレクタ組立体から前記移動する磁気素子を通じて前記第２磁気コレクタ組立体及び前記第３磁気コレクタ組立体に磁束を流すための第１磁気回路経路と、
前記第１磁気コレクタ組立体の素子と前記第２磁気コレクタ組立体及び前記第３磁気コレクタ組立体との間に磁束を流すための第２磁気回路経路と、
を備える位置センサであって、
前記磁気素子は、前記磁気コレクタ組立体に対する位置を変更し、
前記磁気検出素子は、前記第１磁気コレクタ組立体と前記第２磁気クレコレクタ組立体及び前記第３磁気クレコレクタ組立体との間の磁気回路経路内に配置され、
前記出力信号は、前記磁気素子の位置の指標である、センサ。
（形態２７）形態２６に記載のセンサにおいて、
前記第２磁気コレクタ組立体及び前記第３磁気コレクタ組立体は、当該第３磁気コレクタ組立体から前記第１磁気コレクタ組立体へと流れる磁束に関連して、当該第２磁気コレクタ組立体から当該第１磁気コレクタ組立体へと流れる磁束が前記磁気素子の位置と共に変化するような幾何形状及び方向性を有する、センサ。
（形態２８）形態２６に記載のセンサにおいて、
前記磁気検出素子の出力信号は、当該磁気検出素子における前記磁束角度の指標である、センサ。
（形態１）磁気に基いた位置センサであって、
経路に沿って移動する磁石組立体と、
第１端部及び第２端部を有する共通コレクタと、
前記共通コレクタに連結された１又は２以上の磁気検出素子と、
前記１又は２以上の磁気検出素子の１つに連結し、磁束を収集するように構成された第１可変コレクタと、
前記１又は２以上の磁気検出素子の１つに連結し、磁束を収集するように構成された第２可変コレクタと、
を備え、
前記第１可変コレクタ及び前記第２可変コレクタは、前記磁石組立体が前記経路に沿って移動するとき、当該磁石組立体によって生成される磁束の幾つかを伝えるように位置され、
前記第１可変コレクタは、前記磁石組立体が前記第１端部の近くに位置されるとき磁気検出素子の位置での磁束密度がより大きくなり、当該磁石組立体が前記第２端部の近くに位置されるときより小さくなるような、幾何形状及び方向性を有し、
前記第２可変コレクタは、前記磁石組立体が前記第２端部の近くに位置されるとき磁気検出素子の位置での磁束密度がより大きくなり、当該磁石組立体が前記第１端部の近くに位置されるときより小さくなるような、幾何形状及び方向性を有する、位置センサ。
（形態２）形態１に記載の位置センサにおいて、
前記第１可変コレクタは、前記第２可変コレクタに近接して位置される、位置センサ。
（形態３）形態２に記載の位置センサにおいて、
前記第１可変コレクタは、第１の平面に位置され、
前記第２可変コレクタは、前記第１平面とは異なる第２平面に位置される、位置センサ。
（形態４）形態１に記載の位置センサにおいて、
前記第１可変コレクタは、前記共通コレクタに関して前記第２可変コレクタの上方に位置される、位置センサ。
（形態５）形態１に記載の位置センサにおいて、
前記第１可変コレクタ及び前記第２可変コレクタの各々は、第１端部と第２端部とを有し、
前記第１端部は、前記第２端部よりも大きい、位置センサ。
（形態６）形態１に記載の位置センサにおいて、
前記磁石組立体の最大の直線寸法は、当該磁石組立体の移動距離の長さの１５％未満である、位置センサ。
（形態７）形態１に記載の位置センサにおいて、
前記１又は２以上の磁気検出素子は、ホール効果センサである、位置センサ。
（形態８）形態６に記載の位置センサにおいて、
前記第１可変コレクタは、第１ホール効果センサに連結し、
前記第２可変コレクタは、第２ホール効果センサに接続される、位置センサ。
（形態９）形態１に記載の位置センサにおいて、
前記磁気検出素子は、磁気角度センサである、位置センサ。
（形態１０）形態９に記載の位置センサにおいて、
前記第１可変コレクタ及び前記第２可変コレクタは、単一の磁気角度センサに連結される、位置センサ。
（形態１１）形態１に記載の位置センサにおいて、
前記第１可変コレクタは、前記磁石の第１側面上に位置され、
前記第２可変コレクタは、前記磁石組立体の前記第１側面とは反対の第２側面上に位置される、位置センサ。
（形態１２）形態１に記載の位置センサにおいて、
第１磁気検出素子によって検出される磁束の第２磁気検出素子に対する比は、前記磁石組立体の位置を示す、位置センサ。
（形態１３）形態１に記載の位置センサにおいて、
前記第１可変コレクタ及び前記第２可変コレクタは、カスタマイズされた幾何形状を有する、位置センサ。
（形態１４）形態１３に記載の位置センサにおいて、
前記第１可変コレクタの前記幾何形状は、前記第２可変コレクタの前記幾何形状を補完している、位置センサ。
（形態１５）形態１に記載の位置センサにおいて、
前記磁石組立体が移動する前記経路は、湾曲している、位置センサ。
（形態１６）形態１に記載の位置センサにおいて、
前記第１可変コレクタ及び前記第２可変コレクタは、前記磁石組立体の移動経路に沿って湾曲している、位置センサ。
（形態１７）形態１に記載の位置センサにおいて、
前記磁石組立体は、前記磁束が前記第１可変コレクタ及び前記第２可変コレクタに向くように形成されている、位置センサ。
（形態１８）出力信号を生成する磁気検出素子と、
第１磁極及び第２磁極を含む磁石組立体と、
主として前記磁石組立体の前記第１磁極に連結されるように整合された第１磁気コレクタ組立体と、
主として前記磁石組立体の前記第２磁極に連結されるように整合された第２磁気コレクタ組立体と、
主として前記磁石組立体の前記第２磁極に連結されるように整合された第３磁気コレクタ組立体と、
磁束を、前記第１磁気コレクタ組立体と、前記第２磁気コレクタ組立体及び前記第３磁気コレクタ組立体との間に流すための磁気回路経路と、
を備える位置センサであって、
前記磁石組立体は、前記磁気コレクタ組立体に対する位置を変更し、
前記磁気検出素子は、前記第１磁気コレクタ組立体と、前記第２磁気コレクタ組立体及び前記第３磁気コレクタ組立体との間の前記磁気回路経路内に配置され、
前記出力信号は、前記磁石組立体の位置の指標である、センサ。
（形態１９）形態１８に記載のセンサにおいて、 前記第２磁気コレクタ組立体及び前記第３磁気コレクタ組立体は、当該第３磁気コレクタ組立体から前記第１磁気コレクタ組立体へと流れる磁束に関連して、当該第２磁気コレクタ組立体から当該第１磁気コレクタ組立体へと流れる磁束が前記磁石組立体の位置と共に変化するような幾何形状及び方向性を有する、センサ。
（形態２０）形態１９に記載のセンサにおいて、
前記磁気検出素子の出力信号は、当該磁気検出素子における磁束角度の指標である、センサ。
（形態２１）形態１９に記載のセンサにおいて、
前記磁石組立体は、永久磁石を含む、センサ。
（形態２２）形態２１に記載のセンサにおいて、
前記磁石組立体は、磁極片を含む、センサ。
（形態２３）形態１９に記載のセンサにおいて、
前記磁石組立体は、直線の経路内を移動する、センサ。
（形態２４）形態１９に記載のセンサにおいて、
前記磁石組立体は、直線ではない経路内を移動する、センサ。
（形態２５）形態１８に記載のセンサにおいて、
前記磁気検出素子の出力信号は、当該磁気検出素子における磁束角度の指標である、センサ。
（形態２６）第１端部及び第２端部を備えた移動する磁気素子と、
磁束源と、
出力信号を生成するように構成された磁気検出素子と、
主として前記磁気素子の前記第１端部に連結されるように整合された第１磁気コレクタ組立体と、
主として前記磁気素子の前記第２端部に連結されるように整合された第２磁気コレクタ組立体と、
主として前記磁気素子の前記第２端部に連結されるように整合された第３磁気コレクタ組立体と、
前記第１磁気コレクタ組立体から前記移動する磁気素子を通じて前記第２磁気コレクタ組立体及び前記第３磁気コレクタ組立体に磁束を流すための第１磁気回路経路と、
前記第１磁気コレクタ組立体の素子と前記第２磁気コレクタ組立体及び前記第３磁気コレクタ組立体との間に磁束を流すための第２磁気回路経路と、
を備える位置センサであって、
前記磁気素子は、前記磁気コレクタ組立体に対する位置を変更し、
前記磁気検出素子は、前記第１磁気コレクタ組立体と前記第２磁気クレコレクタ組立体及び前記第３磁気クレコレクタ組立体との間の磁気回路経路内に配置され、
前記出力信号は、前記磁気素子の位置の指標である、センサ。
（形態２７）形態２６に記載のセンサにおいて、
前記第２磁気コレクタ組立体及び前記第３磁気コレクタ組立体は、当該第３磁気コレクタ組立体から前記第１磁気コレクタ組立体へと流れる磁束に関連して、当該第２磁気コレクタ組立体から当該第１磁気コレクタ組立体へと流れる磁束が前記磁気素子の位置と共に変化するような幾何形状及び方向性を有する、センサ。
（形態２８）形態２６に記載のセンサにおいて、
前記磁気検出素子の出力信号は、当該磁気検出素子における前記磁束角度の指標である、センサ。
Claims (25)
- 磁気に基いた位置センサであって、
経路に沿って移動する磁石組立体と、
第１端部及び第２端部を有する共通コレクタと、
前記共通コレクタに連結された１又は２以上の磁気検出素子と、
前記１又は２以上の磁気検出素子の１つに連結し、磁束を収集するように構成された第１可変コレクタと、
前記１又は２以上の磁気検出素子の１つに連結し、磁束を収集するように構成された第２可変コレクタと、
を備え、
前記第１可変コレクタ及び前記第２可変コレクタは、前記磁石組立体が前記経路に沿って移動するとき、当該磁石組立体によって生成される磁束の幾つかを伝えるように位置され、
前記第１可変コレクタは、前記磁石組立体が前記第１端部の近くに位置されるとき磁気検出素子の位置での磁束密度がより大きくなり、当該磁石組立体が前記第２端部の近くに位置されるときより小さくなるような、幾何形状及び方向性を有し、
前記第２可変コレクタは、前記磁石組立体が前記第２端部の近くに位置されるとき磁気検出素子の位置での磁束密度がより大きくなり、当該磁石組立体が前記第１端部の近くに位置されるときより小さくなるような、幾何形状及び方向性を有し、
前記第１可変コレクタは、前記共通コレクタに関して前記第２可変コレクタの上方に位置される、位置センサ。 - 磁気に基いた位置センサであって、
経路に沿って移動する磁石組立体と、
第１端部及び第２端部を有する共通コレクタと、
前記共通コレクタに連結された１又は２以上の磁気検出素子と、
前記１又は２以上の磁気検出素子の１つに連結し、磁束を収集するように構成された第１可変コレクタと、
前記１又は２以上の磁気検出素子の１つに連結し、磁束を収集するように構成された第２可変コレクタと、
を備え、
前記第１可変コレクタ及び前記第２可変コレクタは、前記磁石組立体が前記経路に沿って移動するとき、当該磁石組立体によって生成される磁束の幾つかを伝えるように位置され、
前記第１可変コレクタは、前記磁石組立体が前記第１端部の近くに位置されるとき磁気検出素子の位置での磁束密度がより大きくなり、当該磁石組立体が前記第２端部の近くに位置されるときより小さくなるような、幾何形状及び方向性を有し、
前記第２可変コレクタは、前記磁石組立体が前記第２端部の近くに位置されるとき磁気検出素子の位置での磁束密度がより大きくなり、当該磁石組立体が前記第１端部の近くに位置されるときより小さくなるような、幾何形状及び方向性を有し、
前記第１可変コレクタ及び前記第２可変コレクタの各々は、第１端部と第２端部とを有し、前記第１端部は、前記第２端部よりも大きい、位置センサ。
- 請求項２に記載の位置センサにおいて、
前記第１可変コレクタの第１端部は前記第２可変コレクタの第２端部に対して近接して配置され、且つ前記第１可変コレクタの第２端部は前記第２可変コレクタの第１端部に対して近接して配置される、位置センサ。 - 請求項１又は２に記載の位置センサにおいて、
前記第１可変コレクタは、前記第２可変コレクタに近接して位置される、位置センサ。 - 請求項４に記載の位置センサにおいて、
前記第１可変コレクタは、第１の平面に位置され、
前記第２可変コレクタは、前記第１平面とは異なる第２平面に位置される、位置センサ。 - 請求項１又は２に記載の位置センサにおいて、
前記磁石組立体の最大の直線寸法は、当該磁石組立体の移動距離の長さの１５％未満である、位置センサ。 - 請求項１又は２に記載の位置センサにおいて、
前記１又は２以上の磁気検出素子は、ホール効果センサである、位置センサ。 - 請求項６に記載の位置センサにおいて、
前記第１可変コレクタは、第１ホール効果センサに連結し、
前記第２可変コレクタは、第２ホール効果センサに接続される、位置センサ。 - 磁気に基いた位置センサであって、
経路に沿って移動する磁石組立体と、
第１端部及び第２端部を有する共通コレクタと、
前記共通コレクタに連結された１又は２以上の磁気検出素子と、
前記１又は２以上の磁気検出素子の１つに連結し、磁束を収集するように構成された第１可変コレクタと、
前記１又は２以上の磁気検出素子の１つに連結し、磁束を収集するように構成された第２可変コレクタと、
を備え、
前記第１可変コレクタ及び前記第２可変コレクタは、前記磁石組立体が前記経路に沿って移動するとき、当該磁石組立体によって生成される磁束の幾つかを伝えるように位置され、
前記第１可変コレクタは、前記磁石組立体が前記第１端部の近くに位置されるとき磁気検出素子の位置での磁束密度がより大きくなり、当該磁石組立体が前記第２端部の近くに位置されるときより小さくなるような、幾何形状及び方向性を有し、
前記第２可変コレクタは、前記磁石組立体が前記第２端部の近くに位置されるとき磁気検出素子の位置での磁束密度がより大きくなり、当該磁石組立体が前記第１端部の近くに位置されるときより小さくなるような、幾何形状及び方向性を有し、
前記磁気検出素子は、磁気角度センサである、位置センサ。 - 請求項９に記載の位置センサにおいて、
前記第１可変コレクタ及び前記第２可変コレクタは、単一の磁気角度センサに連結される、位置センサ。 - 請求項１又は２に記載の位置センサにおいて、
前記第１可変コレクタは、前記磁石の第１側面上に位置され、
前記第２可変コレクタは、前記磁石組立体の前記第１側面とは反対の第２側面上に位置される、位置センサ。 - 請求項１又は２に記載の位置センサにおいて、
第１磁気検出素子によって検出される磁束の第２磁気検出素子に対する比は、前記磁石組立体の位置を示す、位置センサ。 - 請求項１又は２に記載の位置センサにおいて、
前記第１可変コレクタ及び前記第２可変コレクタは、カスタマイズされた幾何形状を有する、位置センサ。 - 請求項１３に記載の位置センサにおいて、
前記第１可変コレクタの前記幾何形状は、前記第２可変コレクタの前記幾何形状を補完している、位置センサ。 - 請求項１又は２に記載の位置センサにおいて、
前記磁石組立体が移動する前記経路は、湾曲している、位置センサ。 - 請求項１又は２に記載の位置センサにおいて、
前記第１可変コレクタ及び前記第２可変コレクタは、前記磁石組立体の移動経路に沿って湾曲している、位置センサ。 - 請求項１又は２に記載の位置センサにおいて、
前記磁石組立体は、前記磁束が前記第１可変コレクタ及び前記第２可変コレクタに向くように形成されている、位置センサ。 - 出力信号を生成する磁気検出素子と、
第１磁極及び第２磁極を含む磁石組立体（１３０、２３０、３３０、４３０、５３０、８３０）と、
主として前記磁石組立体の前記第１磁極に連結されるように整合された第１磁気コレクタ組立体（２２０、３２０、４２０）と、
主として前記磁石組立体の前記第２磁極に連結されるように整合された第２磁気コレクタ組立体（２２５、３２５、４２５）と、
主として前記磁石組立体の前記第２磁極に連結されるように整合された第３磁気コレクタ組立体（２１５、３１５、４１５）と、
磁束を、前記第１磁気コレクタ組立体（２２０、３２０、４２０）と、前記第２磁気コレクタ組立体（２２５、３２５、４２５）及び前記第３磁気コレクタ組立体（２１５、３１５、４１５）との間に流すための磁気回路経路と、
を備える位置センサであって、
前記磁石組立体は、前記磁気コレクタ組立体に対する位置を変更し、
前記磁気検出素子は、前記第１磁気コレクタ組立体と、前記第２磁気コレクタ組立体及び前記第３磁気コレクタ組立体との間の前記磁気回路経路内に配置され、
前記出力信号は、前記磁石組立体の位置の指標であり、
前記第２磁気コレクタ組立体（２２５、３２５、４２５）及び前記第３磁気コレクタ組立体（２１５、３１５、４１５）は、当該第３磁気コレクタ組立体から前記第１磁気コレクタ組立体（２２０、３２０、４２０）へと流れる磁束に関連して、当該第２磁気コレクタ組立体から当該第１磁気コレクタ組立体へと流れる磁束が前記磁石組立体（１３０、２３０、３３０、４３０、５３０、８３０）の位置と共に変化するような幾何形状及び方向性を有し、
前記磁気検出素子の出力信号は、当該磁気検出素子における磁束角度の指標である、位置センサ。 - 請求項１８に記載の位置センサにおいて、
前記磁石組立体は、永久磁石を含む、位置センサ。 - 請求項１９に記載の位置センサにおいて、
前記磁石組立体は、磁極片を含む、位置センサ。 - 請求項１８に記載の位置センサにおいて、
前記磁石組立体は、直線の経路内を移動する、位置センサ。 - 請求項１８に記載の位置センサにおいて、
前記磁石組立体は、直線ではない経路内を移動する、位置センサ。 - 出力信号を生成する磁気検出素子と、
第１磁極及び第２磁極を含む磁石組立体（１３０、２３０、３３０、４３０、５３０、８３０）と、
主として前記磁石組立体の前記第１磁極に連結されるように整合された第１磁気コレクタ組立体（２２０、３２０、４２０）と、
主として前記磁石組立体の前記第２磁極に連結されるように整合された第２磁気コレクタ組立体（２２５、３２５、４２５）と、
主として前記磁石組立体の前記第２磁極に連結されるように整合された第３磁気コレクタ組立体（２１５、３１５、４１５）と、
磁束を、前記第１磁気コレクタ組立体（２２０、３２０、４２０）と、前記第２磁気コレクタ組立体（２２５、３２５、４２５）及び前記第３磁気コレクタ組立体（２１５、３１５、４１５）との間に流すための磁気回路経路と、
を備える位置センサであって、
前記磁石組立体は、前記磁気コレクタ組立体に対する位置を変更し、
前記磁気検出素子は、前記第１磁気コレクタ組立体と、前記第２磁気コレクタ組立体及び前記第３磁気コレクタ組立体との間の前記磁気回路経路内に配置され、
前記出力信号は、前記磁石組立体の位置の指標であり、
前記磁気検出素子の出力信号は、当該磁気検出素子における磁束角度の指標である、位置センサ。 - 第１端部及び第２端部を備えた移動する磁気素子（５３４）と、
磁束源（５３０）と、
出力信号を生成するように構成された磁気検出素子（５０７）と、
主として前記磁気素子の前記第１端部に連結されるように整合された第１磁気コレクタ組立体（５２０）と、
主として前記磁気素子の前記第２端部に連結されるように整合された第２磁気コレクタ組立体（５２５）と、
主として前記磁気素子の前記第２端部に連結されるように整合された第３磁気コレクタ組立体（５３２）と、
前記第１磁気コレクタ組立体（５２０）から前記移動する磁気素子を通じて前記第２磁気コレクタ組立体（５２５）及び前記第３磁気コレクタ組立体（５３２）に磁束を流すための第１磁気回路経路と、
前記第１磁気コレクタ組立体の素子と前記第２磁気コレクタ組立体及び前記第３磁気コレクタ組立体との間に磁束を流すための第２磁気回路経路と、
を備える位置センサであって、
前記磁気素子は、前記磁気コレクタ組立体に対する位置を変更し、
前記磁気検出素子（５０７）は、前記第１磁気コレクタ組立体と前記第２磁気コレクタ組立体及び前記第３磁気コレクタ組立体との間の磁気回路経路内に配置され、
前記出力信号は、前記磁気素子の位置の指標であり、
前記磁気検出素子（５０７）の出力信号は、当該磁気検出素子における前記磁束角度の指標である、位置センサ。 - 請求項２４に記載の位置センサにおいて、
前記第２磁気コレクタ組立体（５２５）及び前記第３磁気コレクタ組立体（５２５）は、当該第３磁気コレクタ組立体から前記第１磁気コレクタ組立体（５２０）へと流れる磁束に関連して、当該第２磁気コレクタ組立体から当該第１磁気コレクタ組立体へと流れる磁束が前記磁気素子（５３４）の位置と共に変化するような幾何形状及び方向性を有する、位置センサ。
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