JP2019536991A - Method for determining absolute position, electric motor, and operating device for friction clutch - Google Patents
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Abstract
互いに相対的に運動可能であるGMRセンサと磁界発生磁石とを有する磁気センサ装置によって絶対的な位置を特定する方法であって、GMRセンサと磁界発生磁石とを、まず、第1の運動方向で互いに相対的に運動させ、続いて、この第1の運動方向とは逆の第2の運動方向で互いに相対的に運動させ、これによって、ヒステリシスに起因して最初に割り当てることができない位置を割り当てる方法、および、電動モータであって、ステータと、ロータと、GMRセンサと磁界発生磁石とを有する磁気センサ装置とを備えており、GMRセンサがステータに結合されており、磁界発生磁石がロータに結合されており、ロータの絶対的な角度位置が、前述のような方法によって特定可能である、電動モータ、および、前述のような少なくとも1つの電動モータを有している、摩擦クラッチ用の操作装置。A method for determining an absolute position by a magnetic sensor device having a GMR sensor and a magnetic field generating magnet movable relative to each other, wherein the GMR sensor and the magnetic field generating magnet are first moved in a first movement direction. Movement relative to each other, and then relative to each other in a second direction of movement opposite to this first direction of movement, thereby allocating positions that cannot be initially allocated due to hysteresis A method and an electric motor, comprising: a stator, a rotor, and a magnetic sensor device having a GMR sensor and a magnetic field generating magnet, wherein the GMR sensor is coupled to the stator and the magnetic field generating magnet is coupled to the rotor. An electric motor that is coupled and whose absolute angular position of the rotor can be determined by a method as described above, and at least as described above. One of has an electric motor, the operation device for a friction clutch.
Description
本発明は、互いに相対的に運動可能であるGMRセンサと磁界発生磁石(Gebermagnet)とを有する磁気センサ装置によって絶対的な位置を特定する方法に関する。さらに、本発明は、電動モータであって、ステータと、ロータと、GMRセンサと磁界発生磁石とを有する磁気センサ装置とを備えており、GMRセンサがステータに結合されており、磁界発生磁石はロータに結合されている、電動モータに関する。さらに、本発明は、摩擦クラッチ用の操作装置に関する。 The present invention relates to a method for determining an absolute position by a magnetic sensor device having a GMR sensor and a magnetic field generating magnet (Gebermagnet) movable relative to each other. Further, the present invention is an electric motor, comprising a stator, a rotor, a magnetic sensor device having a GMR sensor and a magnetic field generating magnet, wherein the GMR sensor is coupled to the stator, and the magnetic field generating magnet is The invention relates to an electric motor coupled to a rotor. Furthermore, the invention relates to an operating device for a friction clutch.
独国特許出願第102016211802.1号明細書から、磁気要素を備えており、回転軸線に沿ってまたは回転軸線を中心として螺線状に配置されていて磁気要素の1回転に関して4つの信号状態を有する電気的な導体を備えた、GMR原理に従って作業する少なくとも1つのマルチターンセンサによって、回転軸線を中心として回転する構成部材の回転数を求める方法が公知である。回転数を検出するために、回動角を介して導体の抵抗が検出され、信号状態に基づき、それぞれ回転数が求められる。回動角を介して2つの信号状態は区別不能であり、これら区別不能な両状態の間で、それぞれ1つの区別可能な切換状態が検出される。回転軸線を中心として、ゼロに等しくない回動角だけ互いに回動する2つのマルチターンセンサに基づき、一方のマルチターンセンサの区別不能な信号状態の回転する構成部材の角度位置の割当てが、他方のマルチターンセンサの区別可能な信号状態の検出によって特定される。 From DE 10 2016 221 1802.1, four signal states are provided for one revolution of the magnetic element, which are provided with magnetic elements and are arranged spirally along or about the axis of rotation. It is known to determine the rotational speed of a component that rotates about an axis of rotation by means of at least one multi-turn sensor operating according to the GMR principle with an electrical conductor. In order to detect the rotation speed, the resistance of the conductor is detected via the rotation angle, and the rotation speed is determined based on the signal state. The two signal states are indistinguishable via the pivot angle, and one distinguishable switching state is detected between the two indistinguishable states. Based on two multi-turn sensors that rotate relative to each other about a rotation axis by a rotation angle not equal to zero, the assignment of the angular position of the rotating component in the indistinguishable signal state of one multi-turn sensor to the other Of the multi-turn sensor of the present invention by detecting a distinguishable signal state.
独国特許出願第102016212173.1号明細書から、磁気要素を備えており、回転軸線に沿ってまたは回転軸線を中心として螺線状に配置されていて磁気要素の1回転に関して2つの区別可能なハーフブリッジ信号を有する電気的な導体を備えた、GMR原理に従って作業する少なくとも1つのマルチターンセンサによって、回転軸線を中心として回転する構成部材の回転数および角度位置を求める方法が公知である。回転数を検出するために、回動角を介して導体の抵抗が検出され、ハーフブリッジ信号に基づき、それぞれ回転数が求められる。AMR原理に従って作業する磁気センサによって、それぞれ2つの半円内での構成部材の角度位置が求められ、マルチターンセンサによって、角度位置を求めることが半円のどこで行われているのかが求められる。 From German Patent Application No. 10 102 162 21 173.1, two distinguishable magnetic elements are provided, which are arranged along or about the axis of rotation and spirally about the axis of rotation, with respect to one revolution of the magnetic element. It is known to determine the rotational speed and angular position of a component rotating about an axis of rotation by means of at least one multi-turn sensor working according to the GMR principle with an electrical conductor having a half-bridge signal. In order to detect the rotation speed, the resistance of the conductor is detected via the rotation angle, and the rotation speed is obtained based on the half bridge signal. A magnetic sensor working according to the AMR principle determines the angular position of the component in each of two semicircles, and a multi-turn sensor determines where in the semicircle the angular position is determined.
本発明の課題は、冒頭に記載した方法を改良することである。さらに、本発明の課題は、冒頭に記載した電動モータを改良することである。さらに、本発明の課題は、冒頭に記載した操作装置を改良することである。 The object of the invention is to improve the method described at the outset. It is a further object of the invention to improve the electric motor described at the outset. It is a further object of the invention to improve the operating device described at the outset.
この課題は、請求項1の特徴を有する方法によって解決される。
This object is achieved by a method having the features of
本発明に係る方法は、絶対的な角度を特定するために用いることができる。GMRセンサと磁界発生磁石とは互いに相対的に回転可能であってよい。GMRセンサと磁界発生磁石とは、まず、第1の回転方向で互いに相対的に回転させることができ、続いて、この第1の回転方向とは逆の第2の回転方向で互いに相対的に回転させることができる。GMRセンサは、回転数をカウントするために用いることができる。GMRセンサはマルチターンセンサと呼ばれることもある。 The method according to the invention can be used to determine absolute angles. The GMR sensor and the field generating magnet may be rotatable relative to each other. The GMR sensor and the magnetic field generating magnet can first be rotated relative to each other in a first rotational direction, and then relative to each other in a second rotational direction opposite to the first rotational direction. Can be rotated. The GMR sensor can be used to count the number of rotations. GMR sensors are sometimes referred to as multi-turn sensors.
本発明に係る方法は、絶対的なストローク量を特定するために用いることができる。GMRセンサと磁界発生磁石とは、ストローク軸線に沿って互いに相対的に運動可能であってよい。GMRセンサと磁界発生磁石とは、まず、ストローク軸線に沿って第1の運動方向で互いに相対的に回転させることができ、続いて、ストローク軸線に沿って第1の運動方向とは逆の第2の運動方向で互いに相対的に回転させることができる。ストローク軸線は線形であってよい。 The method according to the invention can be used to determine the absolute stroke amount. The GMR sensor and the field generating magnet may be movable relative to each other along the stroke axis. The GMR sensor and the field-generating magnet can first be rotated relative to each other in a first direction of movement along the stroke axis, and then in a second direction opposite the first direction of movement along the stroke axis. They can be rotated relative to each other in two directions of movement. The stroke axis may be linear.
GMRセンサとは、巨大磁気抵抗効果に基づいたセンサである。GMRセンサは螺線を有することができる。この螺線は複数の螺線腕を有することができる。螺線は菱形に配置することができる。GMRセンサはGMR積層体を有することができる。GMRセンサは基準層とセンサ層とを有することができる。このセンサ層の磁化状態は変化可能であってよい。GMRセンサは磁壁発生器を有することができる。この磁壁発生器は螺線の端部に配置することができる。磁壁発生器では、180°領域が発生可能であってよい。この領域は螺線に注入可能であってよく、かつ/または再び消失可能であってよい。螺線腕の磁化状態は、磁界の運動の影響下で変化可能であってよい。螺線腕の磁化状態は、磁界と螺線とを互いに相対的に運動させることによって変化可能であってよい。回転数は磁気的に記憶可能であってよい。運動は電圧供給なしで検出可能であってもよい。運動は電圧供給なしで記憶可能であってもよい。螺線の電気的な抵抗値は磁化状態に関連することができる。 The GMR sensor is a sensor based on a giant magnetoresistance effect. The GMR sensor can have a spiral. This spiral may have a plurality of spiral arms. The spirals can be arranged in a diamond. The GMR sensor can have a GMR stack. A GMR sensor can have a reference layer and a sensor layer. The magnetization state of this sensor layer may be changeable. The GMR sensor can have a domain wall generator. This domain wall generator can be located at the end of the spiral. The domain wall generator may be able to generate a 180 ° region. This region may be injectable into the helix and / or may be removable again. The magnetization state of the spiral arm may be changeable under the influence of the movement of the magnetic field. The magnetization state of the spiral arm may be changeable by moving the magnetic field and the spiral relative to each other. The rotational speed may be magnetically storable. Movement may be detectable without a voltage supply. Movements may be memorable without a voltage supply. The electrical resistance of the helix can be related to the magnetization state.
磁界発生磁石とGMRセンサとが互いに相対的に回転すると、GMRセンサに、回転する磁界を加えることができる。GMRセンサは、1回転に関して4つの信号状態を有することができる。GMRセンサはヒステリシスを有することがある。このヒステリシスに起因して、GMRセンサの信号状態は部分的に区別可能でなくなってしまう。 When the magnetic field generating magnet and the GMR sensor rotate relative to each other, a rotating magnetic field can be applied to the GMR sensor. A GMR sensor can have four signal states per revolution. GMR sensors may have hysteresis. Due to this hysteresis, the signal state of the GMR sensor becomes partially indistinguishable.
GMRセンサと磁界発生磁石とは、GMRセンサの運動分解能、特に角度分解能を考慮して予め規定されているストローク量/角度だけ互いに相対的に運動させることができる。GMRセンサは90°の角度分解能を有することができる。GMRセンサと磁界発生磁石とは、最初に割り当てることができない回転位置を起点として±約45°だけ互いに相対的に回転させることができる。 The GMR sensor and the magnetic field generating magnet can be moved relative to each other by a predetermined stroke amount / angle in consideration of the motion resolution of the GMR sensor, particularly the angular resolution. GMR sensors can have 90 ° angular resolution. The GMR sensor and the magnetic field generating magnet can be rotated relative to each other by about ± 45 ° starting from a rotational position that cannot be initially assigned.
GMRセンサはハーフブリッジ回路に接続することができる。それぞれ3つの区別可能な信号レベルが出力可能であってよい。それぞれHighレベル、MiddleレベルおよびLowレベルが出力可能であってよい。GMRセンサの信号状態は、それぞれ異なるハーフブリッジの信号状態の組合せによって区別可能であってよい。 The GMR sensor can be connected to a half bridge circuit. In each case, three distinct signal levels may be output. A High level, a Middle level, and a Low level may be output, respectively. The signal states of the GMR sensors may be distinguishable by a combination of different half bridge signal states.
さらに、本発明の課題は、請求項5の特徴を有する電動モータによって解決される。 Furthermore, the object of the invention is solved by an electric motor having the features of claim 5.
電動モータは、電気的なコントロール装置によってコントロール可能であってよい。この電気的なコントロール装置は制御装置であってよい。電気的なコントロール装置は局所的な制御装置であってよい。電気的なコントロール装置は演算装置を有することができる。電気的なコントロール装置は記憶装置を有することができる。電気的なコントロール装置は少なくとも1つの電気的な信号入力部を有することができる。電気的なコントロール装置は少なくとも1つの電気的な信号出力部を有することができる。電気的なコントロール装置は、少なくとも1つの別の電気的なコントロール装置に構造的にかつ/または機能的に信号案内接続することができる。この信号案内接続のために、バスシステム、例えばCANバスを用いることができる。 The electric motor may be controllable by an electric control device. This electrical control device may be a control device. The electrical control device may be a local control device. The electrical control device can have a computing device. The electronic control device can have a storage device. The electrical control device can have at least one electrical signal input. The electrical control device can have at least one electrical signal output. The electrical control device can be structurally and / or functionally signal-guided to at least one further electrical control device. For this signal-guide connection, a bus system, for example a CAN bus, can be used.
電動モータはハウジングを有することができる。ステータは、ハウジングに固定して配置することができる。ロータは、回転可能にハウジング内に支承することができる。磁界発生磁石はロータ側に取り付けることができる。GMRセンサはステータ側に取り付けることができる。磁界発生磁石とGMRセンサとは、非接触式に回転数をカウントして絶対角を特定するために、測定ギャップを画定することができる。 The electric motor can have a housing. The stator can be fixedly arranged on the housing. The rotor can be rotatably mounted in the housing. The magnetic field generating magnet can be mounted on the rotor side. The GMR sensor can be mounted on the stator. The magnetic field generating magnet and the GMR sensor can define a measurement gap for non-contact counting of the number of revolutions to determine the absolute angle.
電動モータは作動駆動装置として用いることができる。電動モータは、自動車に使用するために用いることができる。電動モータは、自動化された変速機、電子的なアクセルペダル、弁調節器、ウィンドウ調節器、シート調節器、スライディングルーフ調節器、ミラー調節器および/またはエアフラップ調節器を操作するために用いることができる。 An electric motor can be used as an actuation drive. Electric motors can be used for use in motor vehicles. The electric motor is used to operate an automated transmission, electronic accelerator pedal, valve adjuster, window adjuster, seat adjuster, sliding roof adjuster, mirror adjuster and / or air flap adjuster. Can be.
さらに、本発明の課題は、請求項6の特徴を有する操作装置によって解決される。 The object of the invention is further achieved by an operating device having the features of claim 6.
操作装置は流体静力学的な操作装置であってよい。操作装置は、少なくとも1つのマスタシリンダと、少なくとも1つのスレーブシリンダと、少なくとも1つのマスタシリンダと少なくとも1つのスレーブシリンダとの間に形成された少なくとも1つの液圧的な区間とを有することができる。少なくとも1つの電動モータは、少なくとも1つのマスタシリンダに給電するために用いることができる。少なくとも1つのスレーブシリンダは摩擦クラッチに割り当てることができる。 The operating device may be a hydrostatic operating device. The operating device can have at least one master cylinder, at least one slave cylinder, and at least one hydraulic section formed between the at least one master cylinder and the at least one slave cylinder. . At least one electric motor can be used to power at least one master cylinder. At least one slave cylinder can be assigned to a friction clutch.
摩擦クラッチはシングルクラッチであってもよいし、デュアルクラッチであってもよい。摩擦クラッチは、自動車のパワートレーンに配置するために用いることができる。このパワートレーンは原動機を有することができる。この原動機は内燃機関であってよい。パワートレーンは摩擦クラッチを有することができる。パワートレーンは変速機を有することができる。この変速機は手動変速機であってよい。パワートレーンは、少なくとも1つの駆動可能な車両ホイールを有することができる。摩擦クラッチは、原動機と変速機との間に配置するために用いることができる。 The friction clutch may be a single clutch or a dual clutch. Friction clutches can be used for placement in the power train of a motor vehicle. The power train may have a prime mover. The prime mover may be an internal combustion engine. The power train can have a friction clutch. The power train can have a transmission. This transmission may be a manual transmission. The power train can have at least one drivable vehicle wheel. A friction clutch can be used to locate between the prime mover and the transmission.
要約すると、また、言い換えて説明すると、つまるところ、本発明によって、特に回転数がGMRマルチターンによって角度情報なしで求められることが明らかとなる。磁気抵抗式のマルチターンセンサの出力(ハーフブリッジ信号)は3つのステータス(High、Middle、Low)を有している。磁石の位置に応じて、1回転中の4つの可能な「組合せ」が識別可能となるものの、センサの固有のヒステリシスによって、ステータスが一意ではなくなってしまう。このことをシステムが許容すると、ヒステリシス領域から逸脱し、これによって、正確な回転数(例えば1/4回転)を把握するために、磁石を少し、例えば±45°回転させるかまたは磁石を備えたピストンを幾分運動させる。 In summary, and in other words, it turns out that the invention makes it possible, in particular, for the rotational speed to be determined without angle information by means of GMR multi-turns. The output (half bridge signal) of the magneto-resistive multi-turn sensor has three statuses (High, Middle, and Low). Depending on the position of the magnet, the four possible "combinations" during one revolution are identifiable, but the inherent hysteresis of the sensor makes the status non-unique. If this is tolerated by the system, it will deviate from the hysteresis region, so that the magnet can be turned slightly, for example ± 45 °, or equipped with a magnet, in order to determine the exact number of revolutions (eg, 1 / revolution). Move the piston somewhat.
本発明によって、回転数のカウントに対して付加的に、絶対角の特定が可能になる。付加的な角度センサは省略することができる。組付け手間が減少する。測定精度が向上する。 According to the present invention, an absolute angle can be specified in addition to the rotation speed count. Additional angle sensors can be omitted. Assembly time is reduced. Measurement accuracy is improved.
以下に、本発明の複数の実施例を図面を参照しながら詳細に説明する。この説明から、更なる特徴および利点が明らかとなる。これらの実施例の具体的な特徴は、本発明の全般的な特徴を成すことができる。これらの実施例の、別の特徴に結び付けられた特徴は、本発明の個々の特徴も成すことができる。 Hereinafter, a plurality of embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. From this description, additional features and advantages will be apparent. The specific features of these embodiments can form the general features of the present invention. Features of these embodiments that are linked to other features may also form individual features of the invention.
図1には、磁界が回転している最中のハーフブリッジにおけるGMRセンサの信号経過102,104を有する線図100が示してある。この線図では、x1軸、x2軸およびx3軸に回転角がプロットしてあり、y軸に電圧がプロットしてある。信号102,104は、それぞれ3つの異なる信号レベルHigh,Middle,Lowをとることができる。360°に相当する1回転の間、信号102,104の、基本的に区別可能な4つの信号レベル組合せ106,108,110,112が生じる。信号レベル組合せ106は、信号102High/信号104Highである。信号レベル組合せ108は、信号102Middle/信号104Highである。信号レベル組合せ110は、信号102Low/信号104Highである。信号レベル組合せ112は、信号102Middle/信号104Middleである。
FIG. 1 shows a diagram 100 with the
図2には、磁界が回転している最中のハーフブリッジにおけるGMRセンサの、図1に示した信号経過102,104のような信号経過202,204の抜粋拡大図200が示してある。信号202Middle/信号204Highの信号レベル組合せ208が、ヒステリシスに起因して、信号202Middle/信号204Middleの信号レベル組合せ212の開始時にも短時間だけ存在していることが詳細に判る。これによって、最初に回転位置を割り当てることはできない。それにもかかわらず、回転位置を割り当てるために、ヒステリシス領域214から逸脱して、回転位置を割り当てることができるまで、磁界を約45°だけ逆方向に回転させる。
FIG. 2 shows an excerpted
図3には、磁界が時計回りに回転する場合および反時計回りに回転する場合のハーフブリッジにおけるGMRセンサの信号経過302と、これに対応する、ヒステリシスを伴う信号パターンとを有する線図300が示してある。
FIG. 3 shows a diagram 300 with the
この線図では、x軸x1,x2,x3に、540°に相当する1.5回転にわたる回転角がプロットしてあり、y軸に電圧がプロットしてある。x1軸には、GMRセンサの信号パターンから生じる正弦波状の信号経過302が示してある。x2軸には、第1のハーフブリッジの信号パターンがプロットしてある。第1のハーフブリッジの信号レベルは、Lowレベル304と、Middleレベル306と、Highレベル308とを有することができる。x3軸には、第2のハーフブリッジの信号パターンがプロットしてある。第2のハーフブリッジの信号レベルは、Lowレベル310と、Middleレベル312と、Highレベル314とを有することができる。
In this diagram, the rotation angles over 1.5 rotations corresponding to 540 ° are plotted on the x-axis x 1 , x 2 , x 3 , and the voltage is plotted on the y-axis. The x 1 axis,
磁界が時計回りに回転する場合には、第1の信号レベル316を有するGMRセンサの信号パターンが生じる。磁界が反時計回りに回転する場合には、第2の信号レベル318を有するGMRセンサの信号パターンが生じる。回転方向が変化する場合には、ヒステリシス領域320が生じる。
When the magnetic field rotates clockwise, a GMR sensor signal pattern having a
100 線図
102 信号、信号経過
104 信号、信号経過
106 信号レベル組合せ
108 信号レベル組合せ
110 信号レベル組合せ
112 信号レベル組合せ
200 抜粋拡大図
202 信号、信号経過
204 信号、信号経過
208 信号レベル組合せ
212 信号レベル組合せ
214 ヒステリシス領域
300 線図
302 信号経過
304 Lowレベル
306 Middleレベル
308 Highレベル
310 Lowレベル
312 Middleレベル
314 Highレベル
316 第1の信号レベル
318 第2の信号レベル
320 ヒステリシス領域
100 diagram 102 signal,
Claims (6)
前記GMRセンサと前記磁界発生磁石とを、まず、第1の運動方向で互いに相対的に運動させ、続いて、該第1の運動方向とは逆の第2の運動方向で互いに相対的に運動させ、これによって、ヒステリシスに起因して最初に割り当てることができない位置を割り当てることを特徴とする、方法。 In a method for determining an absolute position by a magnetic sensor device having a GMR sensor and a magnetic field generating magnet movable relative to each other,
The GMR sensor and the magnetic field generating magnet are first moved relative to each other in a first direction of movement, and then moved relative to each other in a second direction of movement opposite to the first direction of movement. And thereby assigning locations that cannot be initially assigned due to hysteresis.
前記ロータの絶対的な角度位置が、請求項1から4までの少なくとも1項記載の方法によって特定可能であることを特徴とする、電動モータ。 An electric motor, comprising: a stator, a rotor, a magnetic sensor device having a GMR sensor and a magnetic field generating magnet, wherein the GMR sensor is coupled to the stator, and the magnetic field generating magnet is connected to the rotor. In the electric motor being coupled
An electric motor characterized in that the absolute angular position of the rotor can be determined by the method according to at least one of claims 1 to 4.
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