KR102169541B1 - 센서 배열체 및 자화 디바이스, 그리고 자동차 제어 디바이스에서의 센서 배열체의 이용 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차 제어 디바이스의 특히, 전기 모터의 로터 위치를 측정하기 위한 센서 배열체에 관한 것으로, 센서 배열체는 적어도 하나의 영구 자석 및 적어도 하나의 자기장 센서를 포함하는 접촉 없이 동작하는 센서 배열체로서 구성되고, 영구 자석은 자기장 센서를 대면하는 적어도 하나의 상부 표면에서 적어도 하나의 오목부를 가진다. 본 발명은 또한, 본 발명에 따른 센서 배열체의 영구 자석을 자화시키기 위한 자화 디바이스에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 자동차의 제동 시스템의 자동차 제어 디바이스에서의 본 발명에 따른 센서 배열체의 이용에 관한 것이다.

Description

센서 배열체 및 자화 디바이스, 그리고 자동차 제어 디바이스에서의 센서 배열체의 이용{SENSOR ARRANGEMENT AND MAGNETIZATION DEVICE, AND USE OF THE SENSOR ARRANGEMENT IN A MOTOR VEHICLE CONTROL DEVICE}

본 발명은 청구항 제 1 항의 전제부에 따른 자동차 제어 디바이스를 위한 센서 배열체 (sensor arrangement), 본 발명에 따른 센서 배열체의 영구 자석을 자화시키기 위한 자화 장치, 및 자동차 제어 디바이스에서의 본 발명에 따른 센서 배열체의 이용에 관한 것이다.

DE 10 2010 039 916 A1 은 전기 모터의 로터 (rotor) 위치를 캡처하기 위한 센서 디바이스를 가지는 선형 유닛을 설명하고, 센서 디바이스는 선형 유닛의 종축 (longitudinal axis) 상에 배열된 위치 인코더 (position encoder) 및 비-가동성 (non-movable) 위치 센서 엘리먼트로 구성되는 무접촉으로 동작하는 센서 배열체로서 구성된다. 알려진 방식에서는, 이용된 위치 인코더가 자석이고, 이용된 위치 센서 엘리먼트는 자기장 센서이다.

로터를 위치시키거나 커뮤테이팅 (commutating) 할 때의 정확도는 바람직한 자기장 방향에 대한, 자기장 센서에서의 발생하는 자기적 각도 오차에 의해 제한된다. 최신 자동차 시스템들에 대해서는, 더 낮은 이용가능한 공간 요건들과 동시에, 증가하는 안정성 및 안락감 요건들로 인해, 최대로 생성된 그 토크와 같은 전기 모터의 잠재적인 효율을 개선된 방식으로 활용하는 것이 필요하다. 게다가, 자동차 제동 시스템 (motor vehicle braking system) 의 예를 들어, 추가의, 아마도 인접한 센서들은 발생하는 표류 자기장 (magnetic stray field) 들에 의해 상당히 영향받는 것이 가능하다. 그 결과, 안전성-필수 (safety-critical) 상황들이 야기될 수 있고, 및/또는 차량 승객들의 안락감이 부정적으로 영향받을 수 있다. 바로 근처의 추가의 기능적인 어셈블리들에 대하여 이 표류 필드 (stray field) 들을 약화시키기 위한 알려진 조치들은 특히, 자석들 주위에 환형으로 위치되는 강자성 차폐 판 (ferromagnetic shielding plate) 들이다. 차폐 판을 이용할 때, 자석은 어떤 상황들 하에서, 동일하게 유지하는 센서 배열체의 속성들을 위하여 더 크고 및/또는 더 두껍도록 치수가 정해져야 한다. 이에 따라, 표류 자기장들의 차폐는 증가된 공간 요건 및 추가적인 제조 비용들을 초래한다.

본 발명의 목적은, 특히, 자기장 센서의 영역에서의 자기적 각도 오차의 감소가 달성되는 센서 배열체를 제공하는 것이다. 또 다른 목적은 센서 배열체를 포함하는 자동차 제어 디바이스의 추가의 기능적인 어셈블리들이 그 표류 자기장들에 의해 덜 영향받는 것이다. 예를 들어, 센서에서의 최소 필드 강도 (field strength) 에 대한 추가의 애플리케이션-특정 조건들이 또한 이행되어야 한다.

이 목적은 청구항 1 에 따른 센서 배열체에 의해 달성된다.

본 발명은 자동차 제어 디바이스의 특히, 전기 모터의 로터 위치를 검출하기 위한 센서 배열체를 설명하고, 센서 배열체는 적어도 하나의 영구 자석 및 적어도 하나의 자기장 센서를 포함하는 무접촉으로 동작하는 센서 배열체로서 구성되고, 영구 자석은 자기장 센서를 대면하는 적어도 하나의 상부 표면에서 적어도 하나의 오목부를 가진다. 오목부는 특히, 예를 들어, 홈 (groove) 또는 조인트 갭 (joint gap) 및/또는 관통-홀 (through-hole) 과 같은 절개부 (cutout) 를 의미하는 것으로 이해된다.

유리하게도, 이에 따라, 자기장 센서에 대하여 작은 각도 오차들을 가지는 실질적으로 더욱 동질의 자기장 라인 프로파일 (profile) 은 특히, 자기장 센서의 영역에서 존재하고, 여기서 요구된 최소 필드 강도들이 계속 달성되고 표류 자기장들은 감소될 수 있다. 각도 오차는 자기장 센서의 평면에서 바람직한 필드 방향으로부터의 편차를 의미하는 것으로 이해된다. 예를 들어, 자기장 센서의 평면이 xy 평면이고 바람직한 방향이 y-방향일 경우, 각도 오차는 자기장의 y-성분에 대한 x-성분의 관계의 아크 탄젠트 (arc tangent) 로부터 결정되는 것이 가능하다.

그러나, 본 발명의 맥락 내에서는, 이러한 차폐가 마찬가지로 제공될 수 있고, 그 결과, 예로서 이 출원에서 언급된 것들로부터, 아마도 일탈하는 측정들은 센서 배열체와의 그 상호작용으로 인해 발생할 수 있다. 추가의 자기장들을 야기시킬 수 있고 이에 따라, 추가의 기능적인 어셈블리들을 교란시킬 수 있는 와전류 (eddy current) 들은 영구 자석에 대하여 고정되는 차폐부에서 유도된다. 와전류들은 영구 자석과 함께 회전하는 차폐부들에서 유도되지 않으며, 이것은 이 실시형태가 바람직할 것이라는 이유이다. 그러나, 높은 측정 정확도가 수명 및 외부 조건들 동안에 동일하게 유지됨으로써, 차폐부에 의해 야기된 관성의 추가적인 질량 모멘트 (mass moment) 가 흡수될 수 있어야 한다.

바람직한 실시형태에 따르면, 영구 자석의 상부 표면 상의 오목부는 직사각형 또는 난형 (oval) 형상을 가진다. 여기에서의 난형 형상들은 예를 들어, 원형 및 타원형 기하구조들을 포함한다. 유리한 방식으로, 자기장의 각도 오차는 영구 자석, 특히, 오목부의 치수들을 일치시킴으로써 자동차 제어 디바이스의 각각의 주변 조건들에 대하여 영향받고 최적화될 수 있다.

오목부의 장축은 바람직하게는 영구 자석의 자화의 적어도 제 1 극 경계를 따라 연장된다. 오목부는 특히 바람직한 방식으로 장축을 따라 영구 자석의 상부 표면을 통해 완전히 이어져 있다.

영구 자석은 영구 자석의 오목부의 장축 및 자화의 제 1 극 경계에 대해 평행하게, 일직선이며 특히 평행하도록 배향되거나 굴곡된 프로파일을 설명하는 측부 표면들을 가진다. 이것들은 바람직하게는 장축에 대하여 미러-대칭적 (mirror-symmetrical) 이다. 오목부의 장축 및/또는 제 1 극 경계를 따라 배향되지 않는 영구 자석의 추가의 측부 표면들은 굴곡되거나 일직선의 프로파일을 가진다. 굴곡된 프로파일들은 예를 들어, 쌍곡선, 원호 (circular arc) 형상, 또는 타원형 곡선들이다. 대안적으로, 영구 자석의 이 추가의 측부 표면들은 바람직하게는, 이들이 일직선이며 특히, 서로에 대하여 평행하도록 또한 구성될 수 있다.

센서 배열체의 특히 바람직한 실시형태에 따르면, 영구 자석은 자기 쌍극자 (magnetic dipole) 또는 자기 사중 극자 (magnetic quadrupole) 로서 자화된다. 특히, 자기 사중 극자의 경우, 표류 자기장들은 유리하게도 상당히 감소될 수 있고, 그 결과, 센서 배열체를 포함하는 제어 디바이스의 특히, 아마도 추가의 인접한 기능적인 어셈블리들 예컨대, 센서들이 더 적은 정도로 영향받는다. 자기장의 추가적인 차폐가 또한 시행될 수 있고, 이것은 센서 배열체 및 전체적인 시스템의 오차 소스 (error source) 들의 감소의 의미에서 뿐만 아니라, 감소된 제조 비용들 및 공간 요건의 의미에서도 유리하다. 영구 자석은 바람직하게는 플라스틱-접합된 네오디뮴 철 붕소 (neodymium iron boron; NdFeB) 재료로 구성된다.

특히, 바람직하게는, 자기장 센서는 상기 센서가 영구 자석의 자기장의 각도 오차의 최소인 영역 내에서 배열되도록 영구 자석의 상부 표면으로부터 이격된다. 자석과 센서 사이의 거리는 유리하게도 종래 기술에 비해 상당히 감소될 수 있고, 그 결과, 특히, 공간 요건이 감소된다. 예를 들어, 자석의 상부 표면으로부터의 거리에 대한 자기적 각도 오차의 최소인 로케이션은 바람직하게는 센서 장치의 대응하는 설계에 의해, 또는 그 특징들 및/또는 이 출원에서 설명된 영구 자석의 특징들에 의해 애플리케이션-특정 방식으로 구비되고, 자석은 자기장 센서의 바로 근처에서 또한 위치될 수 있다.

영구 자석은 바람직하게는 샤프트 (shaft) 에 고정되고, 영구 자석의 재료는 특히, 사출-성형 (injection-molding) 방법으로 샤프트 주위에, 및/또는 샤프트에 사출-성형된다. 바람직하게는 영구 자석을 형성하기 위한 후속 프로세스 단계에서 자화되는 기저체 (base body) 의 제조 및 고정은 이에 따라, 유리하게도 하나의 프로세스 단계에서 수행된다. 이 조치의 결과는 특히, 예를 들어, 영구 자석을 샤프트에 접착 방식으로 접합하는 것과 같이, 그 자체로 알려진 추가의 장착 방법들과 비교하여, 제조 비용들의 절감뿐만 아니라, 예를 들어, 샤프트의 낮은 불균형과 같이, 최신 자동차 시스템들의 필요한 공차들의 관찰이다. 그러나, 본 발명의 맥락 내에서는, 다른 결합 방법들, 특히, 영구 자석의 기저체 또는 이미 자화된 영구 자석을 샤프트에 기계적으로 연결하기 위한, 그 자체로 알려져 있는 것들이 또한 제공된다. 이것은 예를 들어, 그것을 위해 의도되는 자화된, 또는 아직 자화되지 않은 영구 자석의 개구부로 샤프트를 접착 방식으로 접합하거나 가압하는 것을 포함한다.

또한, 영구 자석의 치수들, 또는 자석 재료의 용량에서의 감소는 본 발명에 의해 유리하게 달성되고, 그 결과, 영구 자석의 표류 자기장은 마찬가지로 제한될 수 있고, 영구 자석의 공간 요건이 감소될 수 있고, 재료 비용들이 절약될 수 있다.

본 발명은 또한, 본 발명에 따른 센서 장치를 위한 영구 자석을 자화시키기 위한 자화 장치를 설명하고, 자화 장치는 적어도 하나의 적어도 하나의 미분할 (unipartite) 또는 다중분할 (multipartite) 요크 및 적어도 2 개의 전도체들을 가지고, 자화되어야 할 영구 자석이 사중 극자로서 자화될 수 있도록 구성된다. 이것은 본 발명에 따른 센서 배열체에 부과되는 요건들의 이행을 지원한다. 자화 장치는 또한 유리하게도, 기존의 생산 라인들에 비교적 용이하게 통합될 수 있다.

바람직한 실시형태에 따르면, 자화 장치는 각각의 경우에 적어도 하나의 갭 (gap) 을 가지는 적어도 2 개의 자기 회로들을 가지고, 자화되어야 할 영구 자석이 양자의 자기 회로들 내로 적어도 부분적으로 도입될 수 있도록 구성된다. 자기 회로들의 자속 (magnetic flux) 들은 바람직하게는, 갭들에 의해 차단되는 미분할 또는 다중분할 요크를 통해 부분적으로 안내되고, 자화 장치는 자기장이 갭들 내로 이동되는 영구 자석의 표면으로 실질적으로 수직으로 관통할 수 있고 및/또는 영구 자석의 표면으로부터 실질적으로 수직으로 진출할 수 있도록 구성된다. 자화 장치는 또한, 샤프트에 장착되는 영구 자석의 자화가 실현가능하도록 구성되고, 롤러 베어링 (roller bearing) 은 특히, 샤프트에 추가적으로 장착된다.

자석을 자화시키기 위한 자화 장치 또는 그와 연관된 프로세스는 바람직하게는, 특히, 자석에 요구된 자화를 새기기 위하여, 자석 및/또는 센서 장치의 적어도 하나의 제조 프로세스 동안에 이용된다.

본 발명은 또한, 제동 시스템의 자동차 제어 디바이스에서의 본 발명에 따른 센서 배열체의 이용에 관한 것이고, 자동차 제어 디바이스는 특히, 적어도 하나의 페달 위치 센서 (pedal position sensor) 를 포함한다.

추가의 바람직한 실시형태들은 도면들을 참조한 예시적인 실시형태들의 다음의 설명으로부터 수집될 수 있다.

주요한 예시에서,
도 1 은 종래 기술에 따른 센서 배열체를 도시하고,
도 2 는 쌍극자 및 사중 극자로서 구성되는 원형 영구 자석들 (2) 의 자기장 라인 프로파일들을 도시하고,
도 3 은 쌍극자로서 구성된 본 발명에 따른 영구 자석 (2) 의 예시적인 실시형태를 도시하고,
도 4 는 사중 극자로서 구성된 본 발명에 따른 영구 자석 (2) 의 예시적인 실시형태를 상이한 도면들로 도시하고,
도 5 는 본 발명에 따른 영구 자석 (2) 의 추가의 예시적인 실시형태를 도시하고,
도 6 은 본 발명에 따른 센서 배열체 (4) 의 예시적인 실시형태를 상이한 도면들로, 그리고 시뮬레이팅된 자기장 라인 프로파일로 도시하고,
도 7 은 (센서 (1) 의 예시를 갖지 않는) 본 발명에 따른 센서 배열체 (4) 의 예시적인 실시형태를, 예에 따른 치수들의 치수표시를 갖는 상이한 예시로 도시하고,
도 8 은 자화 장치 (8) 의 바람직한 예시적인 실시형태를 도시하고,
도 9 는 자화 장치 (8) 의 추가의 바람직한 예시적인 실시형태들을 도시하고, 그리고
도 10 은 자석의 회전 축 주위의 센서 엘리먼트의 정의된 축상 오프셋 (axial offset) 에서 영구 자석의 상부 표면 (2-3) 으로부터의 거리 (횡 좌표) 에 대한 각도 오차 (종 좌표) 의 종속성의 예시적인 예시를 도시한다.

예시적인 실시형태들의 짧고 간단한 설명을 허용하기 위하여, 동일한 엘리먼트들에는 동일한 참조 부호들이 제공되고, 본 발명에 필수적인 세부사항들만이 각각의 경우에 설명될 것이다.

도 1 은 특히, 전기 모터, 예를 들어, 자동차 제동 시스템 및/또는 자동차의 조향 시스템의 선형 액츄에이터의 전기 모터의 커뮤테이션 (commutation) 을 지원하기 위하여 이용되고, 각도 센서 배열체 또는 증분형 송신기로서 채용되는 바와 같이, 자체적으로 알려져 있는 센서 배열체 (4) 를 도시한다. 상기 센서 배열체 (4) 는 적어도 센서 엘리먼트 (1) 와, 샤프트 (3) 에 축상으로 고정되고, 그 상부 표면 (2-3) 이 z-축에 대해 실질적으로 수직으로, 그리고 이 예시적인 실시형태에 따르면, 센서 엘리먼트 (1) 에 평행하게 배향되는 2-극 (two-pole) 영구 자석 (2) 을 포함한다. 예에 따르면, 센서 엘리먼트 (1) 는 자석 (2) 으로부터의 축상의 거리에서 배열되는 AMR 센서이다. 그러나, 그로부터 벗어나는 자기장 센서들의 타입들, 예를 들어, 홀 (Hall), GMR, XMR, AMR, TMR 등은 또한, 본 발명의 맥락에서 자기장들을 검출하기 위하여 또한 이용될 수 있다. 샤프트 (3) 및 자석 (2) 이 회전될 경우, 자석 (2) 의 자기장의 배향 및/또는 필드 강도는 센서 엘리먼트 (1) 를 이용하여 검출된다. 센서 배열체 (4) 의 설정은 실질적으로, 본 발명에 따른 바람직한 예시적인 실시형태들의 다음의 설명들을 위한 기초로서 또한 적용된다.

도 2a 및 도 2b 는 쌍극자 및 사중 극자로서 구성되는 원형 영구 자석들 (2) 의 자기장 라인 프로파일들을 예로서 도시한다. 도면들은 도 2a 에 따라 쌍극자로서 자화되는 영구 자석이 도 2b 에 따른 사중 극자로서 분극되는 영구 자석 (2) 보다 더욱 확장된 표류 자기장을 가지고, 예시된 자기장 라인들이 영구 자석 (2) 주위의 비교적 작은 공간에서 폐쇄되는 것을 도시한다. 예로서, 쌍극자로서 구성되는, 샤프트 (3) (예시되지 않음) 와 대향하는 영구 자석 (2) 의 측부 상에는, 이 실시형태에 따른 센서 배열체 (4) 의 설계 동안에, 센서 배열체 자체에, 또는 센서 배열체를 포함하는 자동차 제어 디바이스의 추가의 기능적인 어셈블리들에 야기되는 잠재적인 교란들을 제한하도록 특수한 고려가 행해져야 할 광대역 필드 라인 프로파일들이 위치된다. 영구 자석 (2) 이 그 대신에 사중 극자 자화를 가질 경우, 이 필드 라인들은 자석 (2) 주위의 비교적 근접한 영역에서 폐쇄되고, 그 결과, 추가의 어셈블리들에 대한 교란들의 가능성은 더 낮다.

도 3 은 영구 자석 (2) 의 본 발명에 따른 예시적인 실시형태를 예시하고, 후자는 2-극 설계를 가지고, 자석 (2) 의 상부 표면 (2-3) 으로부터 시작하는 극 경계를 따르는 직사각형 오목부 (5) 를 가진다. 자기장 프로파일과, 이에 따라, 특히, 자기장 센서 (1) 의 영역 내의 각도 오차는 오목부 (5) 및 평행한 측부 표면들 (2-1) 에 의하여 작용된다. 본 발명에 따르면, 복수의 오목부들 (5) 이 또한, 필드 프로파일의 더욱 특정한 적응들을 수행할 수 있도록 존재할 수 있다. 영구 자석 (2) 은 상기 영구 자석 (2) 의 자화의 제 1 극 경계에 대해 평행한 일직선의 측부 표면들 (2-1) 을 가진다. 극 경계에 대해 평행하게 배향되지 않은 다른 측부 표면들 (2-2) 은 원호 형상을 가진다.

도 4 는 사중 극자로서 구성되는 영구 자석 (2) 의 예시적인 실시형태를 상이한 사시도들로 도시하고, 난형 오목부 (5) 가 제공된다. 측부 표면들 (2-1) 은 마찬가지로 일직선이고, 측부 표면들 (2-2) 은 원호 형상을 가진다. 게다가, 도 5 및 도 6 의 설명이 참조할 샤프트 연결 피스 (2-4) 가 예시되어 있다.

도 5a 는 영구 자석 (2) 의 추가의 예시적인 실시형태를 사시도로 도시한다. 예로서, 상기 영구 자석 (2) 은 쌍극자로서 예시되지만, 본 발명의 의미 내에서 사중 극자로서 또한 구성될 수 있다. 자석 (2) 은 도 3 의 예시적인 실시형태와 비교하여, 자석 (2) 의 상부 표면 (2-3) 으로부터 시작하는 극 경계를 따라, 연속적인 오목부 (5) 를 가지고, 연속적은 오목부 (5) 가 하나의 측부의 측부 표면들 (2-2) 로부터 다른 측부의 측부 표면들 (2-2) 로 연장된다는 것을 의미한다. 극 경계에 대해 평행하게 배향되지 않은 측부 표면들 (2-2) 은 원호 형상으로 되어 있다. 도 3 의 예시적인 실시형태에 대한 또 다른 차이는, 자석 (2) 이 (z-방향에서) 기존의 회전 축과 교차하는 허수부 축에서 테이퍼 (taper) 를 가지도록 극 경계가 원호 형상으로 구성되는 것과 동일한 배향으로 측부 표면들 (2-1) 이 연장된다는 것이다. 본 발명에 따르면, 이 형상들은 원호들로 제한되는 것이 아니라, 예로서, 난형 또는 쌍곡선 기하구조를 또한 가질 수 있다. 본 발명에 따른 이러한 또는 추가의 예시적인 실시형태들에 따르면, 오목부 (5) 는 허수부 y-평면에서, 직사각형 단면 영역 대신에, 그로부터 벗어나는 단면 영역들, 예를 들어, U-형상을 가질 수 있다. 이 실시형태는 특히, 그것이 동일하게 유지되는 각도 오차로, 센서 엘리먼트의 더 큰 방사상 오프셋 (radial offset) 을 허용하는 장점을 가진다.

도 5b 는 도 5a 의 예시적인 실시형태에 따른 자석 (2) 의 2-극 자화를 생성하기 위한 바람직한 수단 또는 방법을 예시하고, 특히, 간단한 방식으로, 적어도 하나의 전도체 (6) 가 오목부 (5) 내로 도입되거나 오목부 (5) 에서 배열되고, 희망하는 방향의 전류가 그것에 인가된다. 그 결과, 자석 (2) 은 유리하게도 하나의 측부 상에서 표면-자화된다.

도 6a 내지 도 6c 는 센서 배열체 (4) 의 본 발명에 따른 예시적인 실시형태를 도시하고, 자기장 센서 (1) 는 도 6a 및 도 6b 에서 예시되어 있지 않다. 또한, 특히, 예를 들어, X14CrMoS17 과 같은 강자성 스테인리스 스틸로부터 제조되고, 영구 자석 (2) 과 대향하는 샤프트 (3) 의 그 측부의 회전가능하게 장착된 고정을 위해 제공되는 롤러 베어링 (9) 이 예시되어 있다. 도 7 은 예에 따른 치수들을 갖는 구성적인 세부 예시에서 도 6 에 따른 예시적인 실시형태를 예시하고, 롤러 베어링 (9) 은 도시되어 있지 않다. 설치된 형태에서, 샤프트 (3) 는 예를 들어, 변속기 (transmission) 또는 클러치 (clutch) 를 통해, 영구 자석 (2) 과 반대인 그 측부 상의 전기 모터의 로터 샤프트에 직접적으로 연결될 수 있다.

영구 자석 (2) 은 적어도 오목부 (5) 의 깊이만큼 z-방향으로 샤프트 (3) 를 지나서 연장된다. 그러나, 대안적으로, 샤프트 (3) 는 또한, 상부 표면 (2-3) 과 실질적으로 동일 평면으로 종결될 수 있다. 자석 (2) 은 도 7 에서 치수표시된 바와 같이, 그리고 샤프트 연결 피스 (2-4) 없이, 대략 3 mm 의 z-방향에서의 높이와, 2 mm 의 오목부 (5) 의 깊이를 가진다. 도 7 로부터 명확한 바와 같이, 오목부 (5) 의 내부 벽들에는, 특히, 제조의 간략화를 위하여, 90° 로부터 벗어나는 상부 표면 (2-3) 에 대한 각도가 제공된다. 영구 자석 (2) 으로의 힘 전달을 개선시키기 위하여, 특히, 기존의 열 팽창 및 진동들을 참작하면, 원뿔형 샤프트 연결 피스 (2-4) 가 바람직하게 제공된다. 게다가, 샤프트 (3) 는 이 부착 영역에서 이 목적을 위해 작동하는 널링 (knurling) 또는 필적가능한 수단을 가질 수 있다.

센서 장치 (4) 의 제조 프로세스에서, 영구 자석 (2), 또는 추후에 수행되는 자화로 인해 아직 자화되지 않은 그 기저체를 형성하기 위한 재료는 특히, 사출 성형 방법을 이용하여, 바람직하게는, 상자성 (paramagnetic) 또는 반자성 (diamagnetic) 재료, 예를 들어, X8CrNiS18 로부터 제조되는 샤프트 (3) 주위에서 사출 성형된다. 샤프트 (3) 를 이미 자화되었거나 아직 자화되지 않은 영구 자석 (2) 으로 가압하는 것은, 자석 재료를 손상시킬 수 있지만, 본 발명의 맥락 내에서 마찬가지로 제공되는 높은 압입력 (press-in force) 들과 관련한 자석 재료들의 취성 (brittleness) 으로 인한 문제를 제기한다. 샤프트 (3) 의 상자성 또는 반자성 재료에 대해 대안적으로, 강자성 재료, 예컨대, X14CrMoS178 이 또한 제공될 수 있음으로써, 예를 들어, 자기장 라인 프로파일은 추가로 영향받을 수 있거나 다른 장점들이 발생할 수 있다.

예시의 목적들을 위하여, 도 6c 는 실질적으로 상호작용 없는 것으로 시뮬레이팅되는, 도 6a 및 도 6b 의 예시적인 실시형태에 따른 센서 배열체 (4) 의 필드 라인 프로파일을 도시한다. 센서 배열체 (4) 를 둘러싸는 자동차 제어 디바이스의 추가의 어셈블리들은 시뮬레이션에서 참작되지 않는다. 도 3 에 관한 설명에서 이미 도시된 바와 같이, 자석 (2) 의 자화 및 기하학적 사양들의 실현된 분극은 자기장 라인들의 프로파일에 대해, 그리고 이에 따라, 생성된 표류 자기장에 대해 상당한 영향을 가진다. 추가의 예시적인 실시형태 (도면들에서 도시되지 않음) 에 따르면, 그러므로, 샤프트 (3) 가 자기장 라인 프로파일에 영향을 주기 위한 오목부 (5) 에 따라 형상이 정해지는 단부 섹션 (end section) 을 포함하기 위한 준비가 행해질 수도 있다. 샤프트 (3) 의 이 단부 섹션은 바람직하게는, 상부 표면 (2-3) 아래, 또는 그와 동일 평면에서 종결될 수 있거나, 그것을 지나서 안내될 수 있다. 대안적으로, 오목부 (5) 는 반자성, 상자성, 또는 강자성 재료에 의해 완전히 또는 부분적으로 채워질 수 있다. 게다가, 자석 재료, 또는 예를 들어, 샤프트 또는 롤러 베어링과 같은 추가의 컴포넌트들의 재료들의 잔류자기 (remanence) 는 적용의 각각의 요건들에 따라 구비될 수 있다.

그러나, 특히, 예컨대, 12,000 rpm 의 샤프트 (3) 및 자석 (2) 의 높은 속력들에 대하여, 직사각형 단면 (해머헤드 (hammerhead)) 의 경우에 특정한 정도까지 샤프트 (3) 의 대응하는 형상의 단부 섹션을 가지는 배열체를 설계할 때, 자동차 제동 시스템들을 위한 유압 펌프들에서 발생하는 바와 같이, 거기에서 발생하는 전단력 (shear force) 들은 자석 (2) 이 특히, 가속 및/또는 감속 동안에 손상되거나 분할되지 않도록 참작되어야 한다.

도 10 은 본 발명의 예시적인 실시형태에 대한 상부 표면 (2-3) 으로부터의 거리 (횡 좌표) 에 대한 각도 오차 (종 좌표) 의 종속성을 도시한다. 여기에서의 각도 오차는 대략 2.4 mm 의 거리에서 최소치를 가지고, 요구된 최소 필드 강도와 같은 추가의 조건들이 이행될 경우, 자기장 센서 (1) 는 바람직하게는 상기 최소치의 영역에서 배열된다. 각도 오차 또는 그 최소치는 자기장 센서 (1) 의 방향에서 상부 표면 (2-3) 으로부터의 거리에 따라, 특히, 평판을 가로지르는 폭 (서로로부터의 측부 표면들 (2-1) 의 거리) 및 측부 표면 (2-1) 의 기하구조, 예를 들어, 굴곡된 또는 일직선의 프로파일과, 오목부 (5) 의 폭 (y-방향), 길이 (x-방향), 및 깊이 (z-방향) 를 적응시킴으로써, 각각의 응용의 주변 조건들에 적응될 수 있다.

예들이며 그것으로 제한되지 않는 것으로 고려되어야 하는, 자동차 제동 시스템의 전기-유압 (electro-hydraulic) 제어 디바이스에서의 이용을 위한 센서 배열체 (4) 의 치수들 및 공차 범위들은 키 포인트들의 형태로 이하에서 주어진다:

ㆍ 대략 3 mm 인 영구 자석 (2) 의 높이 (z-방향)

ㆍ 42 mT 이상인 xy-평면 내의 자기장 센서 (1) 의 영역에서의 필드 강도

ㆍ 0.5° 이하인 자기장 센서 (1) 의 영역에서의 자기적 각도 오차의 절대값

ㆍ 대략 2 mm 인 z-방향에서의 자기장 센서 (1) 까지의 자석 (2) 의 거리 (명목 에어 갭 (nominal air gap)).

ㆍ 대략 0.7 mm 인 z-방향에서의 자기장 센서 (감지 엘리먼트) 까지의 자석 (2) 의 최소 거리

ㆍ +/- 1.25 범위에서의 자석 (2) 까지의 자기장 센서 (1) 의 축상 오프셋 (z-방향)

ㆍ 대략 14.5 mm 인 xy-평면에서의 자석 (2) 의 최대 직경

ㆍ 대략 2 mm 인 오목부 (5) 의 깊이

ㆍ +/- 1 mm 인 방사상 오프셋 (x-방향 및/또는 y-방향)

도 8a, 도 8b 및 도 8c 는 예를 들어, 도 4 또는 도 5 에 따라, 사중 극자를 생성하기 위한 자화 장치 (8) 의 예시적인 실시형태를 상이한 도면들로 개략적으로 예시한다. 사시도의 더욱 양호한 명료함을 위하여, 도 8a 는 실질적으로 대칭적으로 설정된 자화 장치 (8) 의 절반만을 도시한다. 후자는 전도체들 (6) 및 2-부분 요크 (7) 를 포함하고, 각각의 부분은 자화되어야 할 영구 자석 (2) 이 자화를 수행하기 위하여 도입되는 자기 회로의 에어 갭을 가진다. 전도체들 (6) 은 바람직하게는, 각각의 요크 부분 (7) 의 레그들 상으로 코일들의 형태로 또한 감길 수 있고, 이것은 트랜스포머-타입 기본 구조를 제공한다. 도시된 전도체들 (6) 에서의 전류 방향들은 예들이고, 달성되어야 하는 자석 (2) 의 분극에 종속되고, 도 4 에서 도시된 것에 따른 분극을 갖는 사중 극자는 도 8 에 따른 전류 방향들로 생성된다. 도 8a 에서 도시된 절반은 전방으로부터 도 8c 에서 다시 한번 도시된다. 양자의 절반들을 예시함으로써, 도 8b 에 따른 측부 예시는 특히, 자화 장치 (8) 의 미러-대칭적 설정을 명확하게 한다.

도 9a 내지 도 9h 는 사중 극자 분극에 의하여, 상이한 형태들의 영구 자석 (2) 의 결과적인 자화 속성들 또는 분극 속성들이 특정될 수 있는 그러한 사중 극자 분극을 형성하기 위한 자화 장치 (8) 의 추가의 바람직한 예시적인 실시형태들을 예시한다. 전류 방향, 전류 강도, 예를 들어, 40 kA, 및 전류의 펄스 기간 예를 들어, 20 ㎲ 의 선택된 사양에 의하여, 영구 자석 (2) 의 나머지 자화 속성들에 대해 영향을 줄 추가의 가능성들이 존재한다. 자석 (2) 의 자화는 특히, 자석이 샤프트 (3) 에 이미 고정되지 않으면서, 도 9b 및 도 9c 의 자화 장치 (8) 의 예시적인 실시형태들에 대해 제공된다. 도 9a 및 도 9d 내지 도 9h 에 따른 실시형태들에서는, 자석 (2) 을 자기 회로 내로 도입하기 위해 제공된 샤프트 (3) 또는 도구 축이 참작되지만, 각각의 경우에 도시되지 않거나, 자화 프로세스 동안에 도구 축의 경우에 아마도 제거된다. 보충 시에, 또는 영구 자석 (2) 또는 측부 표면들 (2-1) 에 횡방향으로 배열되는 전도체들 (6) 에 대한 대안으로서, 자기장을 새기는 것에 영향을 주기 위한 추가의 전도체들 (6) 이 예를 들어, 도 9a 내지 도 9g 의 실시형태들에 대하여 예시되는 바와 같이 제공될 수 있다. 그 내부에서의 전류 흐름에 의해 야기되는 자기장으로 인해, 결과적인 필드 라인들은 예를 들어, 상부 표면 (2-3) 에 수직으로 진입하지 않는다. 도 9g 및 도 9h 의 예시적인 실시형태들 (자화 장치 (8) 가 사시도에서 단면으로서 또한 도시되어 있음) 은 또한, 요크 (7) 의 형성 시에, 샤프트 연결 피스 (2-4) 와, 롤러 베어링 (9) 이 샤프트 (3) 에 이미 부착되었다는 사실을 고려한다. 또한, 특히, 도 9g 에 따른 자화 장치 (8) 의 실시형태에 있어서, 오목부 (5) 를 따르는 실질적으로 정의된 극 경계를 갖는 영구 자석 (2) 의 자석 재료의 포화를 위한 충분히 높은 필드 강도들이 달성되는 것이 가능하다. 그러나, 영구 자석 (2) 의 최적의 사중 극자 분극을 향한 개선은 도 9h 에 따른 자화 장치 (8) 의 실시형태에 의하여 실현가능하다. 자화 장치 (8) 의 개별적인 예시적 실시형태들의 이러한 그리고 다른 도시된 특징들은 또한, 본 발명의 프레임워크 (framework) 내에서 추가의 설명된 실시형태들에 적용될 수 있다. 자화 장치 (8) 의 실현된 구현예에 따르면, 그리고 특히, 샤프트 (3) 또는 도구 축의 존재에 따라, 자석 (2) 은 예를 들어, (전도체들 (6) 을 따라) 개방 측부를 통해, 및/또는 다중분할 요크 (7) 의 경우, 그 부분적인 또는 완전한 개구부에 의해, 자화 장치 (8) 내로 삽입될 수 있고 및/또는 자화 장치 (8) 로부터 제거될 수 있다.

자화의 프로세스 단계가 수행되기 전의, 자화되어야 할 롤러 베어링 (9) 및 영구 자석 (2) 의 샤프트 (3) 에 대한 고정은 특히, 프로세스-기술적인 관점으로부터, 및/또는 자동차 시스템의 사전 특정된 청정도 (cleanliness) 를 유지하기 위하여 바람직하다. 영구 자석 (2) 이 더욱 조기의 프로세스 단계에서 이미 자화될 경우, 어떤 상황들 하에서는, 금속 입자들이 후속 작업 단계들에서 그 위에 응집하는 것이 가능하다. 이러한 오염은 제조된 제품, 예컨대, 자동차 제동 시스템의 자동차 제어 디바이스, 또는 그 제조를 위한 플랜트들의 고장들 및 손상으로 귀착될 수 있다.

Claims (13)

1. 전기 모터의 로터 위치를 검출하기 위한 센서 배열체 (4) 로서,
   상기 센서 배열체 (4) 는 적어도 하나의 영구 자석 (2) 및 적어도 하나의 자기장 센서 (1) 를 포함하는 무접촉으로 동작하는 센서 배열체 (4) 로서 구성되고,
   상기 영구 자석 (2) 은 상기 자기장 센서를 대면하는 적어도 하나의 상부 표면 (2-3) 에서 적어도 하나의 오목부 (5) 를 가지고,
   상기 영구 자석 (2) 은 상기 영구 자석 (2) 의 자화의 적어도 제 1 극 경계 (N-S) 를 가지고, 상기 제 1 극 경계 (N-S) 에 대해 평행한 상기 영구 자석 (2) 의 외부 측부 표면들 (2-1) 이 오목한 프로파일을 갖는 것을 특징으로 하는 센서 배열체 (4).
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 영구 자석 (2) 의 상기 상부 표면 (2-3) 상의 상기 오목부 (5) 는 직사각형 또는 난형 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 센서 배열체 (4).
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 오목부 (5) 의 장축 (x-방향) 은 상기 영구 자석 (2) 의 자화의 상기 제 1 극 경계 (N-S) 를 따라 연장되는 것을 특징으로 하는 센서 배열체 (4).
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 오목부 (5) 는 장축 (x-방향) 을 따라 상기 영구 자석 (2) 의 상기 상부 표면 (2-3) 을 통해 완전히 이어지는 것을 특징으로 하는 센서 배열체 (4).
5. 삭제
6. 제 3 항에 있어서,
   상기 오목부의 장축 (x-방향) 및/또는 상기 제 1 극 경계 (N-S) 를 따라 배향되지 않는 상기 영구 자석 (2) 의 추가의 측부 표면들 (2-2) 은 굴곡되거나 일직선의 프로파일을 가지는 것을 특징으로 하는 센서 배열체 (4).
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 영구 자석 (2) 은 자기 쌍극자 (magnetic dipole) 또는 자기 사중 극자 (magnetic quadrupole) 로서 자화되는 것을 특징으로 하는 센서 배열체 (4).
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 자기장 센서 (1) 는 상기 영구 자석 (2) 의 상기 상부 표면 (2-3) 으로부터 2.4 mm 이격되는 것을 특징으로 하는 센서 배열체 (4).
9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 영구 자석 (2) 은 샤프트 (3) 에 고정되고, 상기 영구 자석 (2) 의 재료는 상기 샤프트 (3) 주위에 사출-성형되는 것을 특징으로 하는 센서 배열체 (4).
10. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 센서 장치를 위한 영구 자석 (2) 을 자화시키기 위한 자화 장치 (8) 로서,
    상기 자화 장치는 적어도 하나의 미분할 (unipartite) 또는 다중분할 (multipartite) 요크 (7) 및 적어도 2 개의 전도체들 (6) 을 가지고, 자화되어야 할 상기 영구 자석 (2) 이 사중 극자로서 자화될 수 있도록 구성되는, 자화 장치 (8).
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 자화 장치는 각각의 경우에 적어도 하나의 갭 (gap) 을 가지는 적어도 2 개의 자기 회로들을 가지고, 자화되어야 할 상기 영구 자석 (2) 이 양자의 자기 회로들 내로 적어도 부분적으로 도입될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 자화 장치 (8).
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 자기 회로들의 자속 (magnetic flux) 들은 갭들에 의해 차단되는 상기 미분할 또는 다중분할 요크 (7) 를 통해 부분적으로 안내되고, 상기 자화 장치는 자기장이 갭들 내로 이동되는 상기 영구 자석 (2) 의 표면으로 실질적으로 수직으로 관통할 수 있고 및/또는 상기 영구 자석 (2) 의 표면으로부터 실질적으로 수직으로 진출할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 자화 장치 (8).
13. 제동 시스템의 자동차 제어 디바이스에서 이용되는 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 센서 배열체로서,
    상기 자동차 제어 디바이스는 적어도 하나의 페달 위치 센서를 포함하는, 센서 배열체.

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