KR20000068936A

KR20000068936A - 센서 장치

Info

Publication number: KR20000068936A
Application number: KR1019997004110A
Authority: KR
Inventors: 베버마트히아스; 크나브노르베르트; 크라펜바흐크리스토프; 리흘군엔더; 하거마르틴; 드라이어프리드리히-빌헬름; 조엘너미하엘; 보크오라프
Original assignee: 클라우스 포스, 게오르그 뮐러; 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 1997-09-10
Filing date: 1998-03-25
Publication date: 2000-11-25
Also published as: EP0937261A1; KR100767608B1; DE19739682A1; RU2212087C2; US6373241B1; JP2001506368A; EP0937261B1; DE59808815D1; WO1999013341A1

Abstract

본 발명은 가변 자계를 검출하여 홀센서에 전달하는 적어도 하나의 고정 자기 플럭스 컨덕터와 자기적으로 커플링된 홀센서로서 구성되는 고정 배치 자계센서를 포함하는 센서 장치에 관한 것이다. 상기 홀센서는 자계 변화에 따른 전기 신호를 전자 제어회로에 전달한다. 전자 제어회로와 홀센서를 위해 필요한 공간을 축소할 수 있도록, 본 발명은 응용 주문형 집적회로(ASIC)을 형성하기 위해 결합되며 전자 부품내에 배치되는 적어도 하나의 홀센서와 전자 제어회로중 적어도 일부분을 제공한다.

Description

센서 장치{Sensor device}

이와 같은 센서 장치들은 모터 발전기 축의 회전운동에 따른 여러 가지 양, 예를 들어 회전수, 회전방향, 또는 회전각도와 같은 양을 검출하기 위해 전기 모터내에 설치되며, 이러한 실시예는 DE 195 25 292 A1에 공지되어 있다. 전기 모터의 전자 캐비티내에서 컨덕터 플레이트상에는 영구자석이 배치된다. 자석의 양쪽 극은 자기 플럭스 컨덕터와 결합되며, 이것은 전자 캐비티로부터 이격되어 배치된 모터 발전기 축으로 안내되며, 여기서 자기 플럭스 컨덕터의 단자의 각각은 좁은 공기유동 공간을 통하여 모터 발전기 축으로 운동되는 자기 플럭스 발전기로부터 이격된다. 운동된 자기 플럭스 발전기는 강자성 및 반자성 단면을 둘러싸며, 이것은 회전부재상에 배치된다. 모터 발전기 축의 회전은 자기 플럭스 발전기의 회전을 안내하며, 이로써 자기 플럭스가 영구자석내에 존재하게 되며 자기 플럭스 컨덕터와 자기 플럭스 변압기가 형성된 자기회로를 변화시킨다. 컨덕터 플레이트 사이에서 영구자석을 통하여 배치된 홀센서(Hall sensor)는 변경된 제어 위치의 자계 변화를 검출하여 전기 출력신호의 변화를 일으키며, 그 결과 홀센서와 결합된 모터 제어회로가 형성된다.

또한 센서 장치는 전기 모터에서 사용하는 것으로 알려져 있으며, 이때 모터 축에 의해 운동된 자기 플럭스 변압기는 모터 발전기 축과 회전식으로 결합되는 링자석으로서 형성된 자기 플럭스에 고정되며 이 자기 플럭스는 또한 자계소스를 형성한다. 고정 자기 플럭스 컨덕터는 연결부로서 제공된 단부와 함께 링자석을 향하여 이격되어 있다. 모터 발전기 축으로부터 자기 플럭스 발전기와 이격된 자기 플럭스 컨덕터의 다른 단부는 홀-IC에 장착되며, 이것은 표면 조립된 SMD-부품으로서, 예를 들어 전기 모터의 전자 캐비티내에서 컨덕터 플레이트상에 배치된다. 모터 발전기 축의 회전은 또한 여기서 자기 플럭스 컨덕터내에 유도된 자기 플럭스를 변화시키며, 이로써 음향-IC를 통하여 검출된 자계신호를 변화시킨다. 홀-IC는 신호를 디지털 전기 신호로 변경하며, 이 디지털 전기 신호는 컨덕터 플레이트상에 배치된 모터 제어 전자부품에 의해 평가되어 모터 제어를 위해 사용된다.

본 발명은 청구항 1의 전제부에 제안된 특징을 구비한 센서 장치에 관한 것이다.

본 발명의 실시예는 도면에 도시되며 이하의 설명에서 상세하게 설명된다.

도 1은 본 기술분야에 따른 자기 플럭스 변압기와, 자기 플럭스 컨덕터와, 컨덕터 플레이트를 구비한 전기 모터의 센서 장치의 일부분을 원리적으로 도시한 도면.

도 2는 본 발명에 따른 센서 장치를 부분적으로 도시한 단면도.

청구항 1항의 특징을 갖는 본 발명에 따른 센서 장치에 있어서, 홀센서와 전자 제어회로의 수용을 위해 필요한 공간은, 예를 들어 컨덕터 플레이트일 수도 있는, 여기서 제안하는 캐리어 부품상에서 매우 축소될 수 있다. 그리하여 제어 전자부품에 속하는 회로부품, 예를 들어 프로그램메모리, 마이크로프로세서, 또는 홀-IC 부품을 구비한 EPROM은 응용 주문형 집적회로(ASIC)에 결합되며, 이것은 단일 부품으로서 컨덕터 플레이트상에 장착된다. 이로써 컨덕터 플레이트를 고정시키기 위한 비용은 현저히 감소되며, 그 결과 전체비용이 절약될 수 있다. 상기 비용감소는 또한 단일 ASIC-부품의 제조비를 낮추는 결과를 이끌며, 전자회로에 필요한 모든 구성 부품을 컨덕터 플레이트상에 일체로 형성시킬 수 있다. 자기 신호는 자기 플럭스 컨덕터를 통하여 응용 주문형 집적회로상에 직접 전달된다. ASIC-부품은 기계적으로 운동하는 부품, 예를 들어 전기 모터의 모터 발전기 축으로부터 이격되며 오염물질과 습기로부터 보호되어 배치될 수 있다. 작은 ASIC-부품들은 습기와 오염물질로부터 컨덕터 플레이트가 배치된 복잡한 전자회로상에서 전도적으로 보호되며, 이를 통하여 또한 전체적으로 신뢰도가 향상된다.

본 발명에 따른 추가의 개선과 다른 구조는 종속항의 특징에 포함되어 있다. ASIC-부품은 캐리어 부품상에서 자계 발전기로부터 이격되어 두개의 자기 플럭스 컨덕터의 단부들 사이에 배치되며, 이 때문에 자계는 ASIC-부품에 포함된 홀센서에 의해 최적으로 검출된다.

이로써 자기 컨덕터의 수용부는 캐리어 부품의 리세스를 통하여 ASIC-부품의 조립면에 안내되며, 자계의 검출은 ASIC-부품의 홀센서 부품을 통하여 또한 개선될 수 있다.

특히 바람직하게는, 자기 플럭스 컨덕터는 자기 플럭스 컨덕터가 열전도 접점에서 ASIC-부품으로 구성될 때 신호 컨덕터로서뿐만 아니라 냉각부재로서 ASIC-부품으로부터 발생된 열의 배출을 위해 사용될 수 있다.

도 1은 공지된 센서 장치의 일부분을 원리적으로 도시한 도면이며, 이 센서 장치는 예를 들어 전기 모터내에 배치되어 있다. 도시하지 않는 모터의 회전구동부는 모터 발전기 축(2) 위에서 도시하지 않은 모터 구동부와 결합된다. 모터 발전기 축(2)상에는 자기 플럭스 변압기로서 자극링(3)이 배치되며, 이 자극링의 절반은 남극으로 구성되며 다른 절반은 북극으로 구성된다. 자극링은 자기 플럭스소스로서 사용되기도 하고 자기 플럭스 변압기로서 사용되기도 한다. 또한 센서 장치는 높은 투자율을 갖는 연자성 물질로 구성된 3개의 고정 자기 플럭스 컨덕터(11, 12, 13)들을 갖는다. 모터 발전기 축을 향한 자기 플럭스 컨덕터의 단자(11a, 12a, 13a)들은 자극링(3)에 적용되며 좁은 공기유동 공간을 통하여 자극링으로부터 이격된다. 자기 플럭스 컨덕터(11, 12, 13)에는 회전 구동부와 모터 구동부 사이에 존재하는, 도 1에 도시하지 않은 브러시부품이 배치된다. 이 브러시부품은 모터 발전기 축상에 배치되는 정류자와 전기적으로 접촉상태에 있으며, 모터전류와 접촉하기 위해 제공된 탄소브러시가 사용된다. 브러시부품은 모터 제어를 위해 전자회로와 컨덕터 플레이트(10)가 배치된 전자 하우징에 결합된다. 자기 플럭스 컨덕터(11, 12, 13)들은 브러시부품내에서 전자 하우징과 컨덕터 플레이트(10)에까지 안내되며, 이 컨덕터 플레이트에는 두개의 홀-IC 부품(20, 21)이 배치된다. 자기 플럭스 컨덕터(11)의 단부는 두개의 단자(11b, 11c)내의 컨덕터 플레이트상에서 분기된다. 모터 축으로부터 이격된 자기 플럭스 컨덕터(11, 12)들의 단자(11b, 12b)는 홀-IC 부품(20)의 상부 및 하부에서 종단하며, 자기 플럭스 컨덕터(11, 13)의 단자(11c, 13b)들은 홀-IC 부품(21)의 상부 및 하부에서 종단한다. 모터 발전기 축(2)의 회전시 자기 플럭스는 변화되며, 자기 플럭스 컨덕터(3)와, 고정 자기 플럭스 컨덕터(11, 12)와, 홀-IC 부품(20)으로서 형성된 자기회로가 유도된다. 자기 플럭스 컨덕터(11, 13)와 홀-IC 부품(21)으로서 형성된 제 2 자기회로에 상응하여 적용된다. 자계의 변화는 홀-IC 부품(20, 21)에 의해 디지털 전기 신호로 변화되며 컨덕터 플레이트(10)상에 제공된 전자 제어회로에 유도된다. 이것은 프로그램 제어된 마이크로프로세서나 마이크로콘트롤러에 의해 논리회로에서 신호를 평가하며, 컨덕터 플레이트에 제공된 릴리즈상에서 제어되며, 전기 모터의 전류흐름이 제어된다. 전류흐름은 탄소브러시에 의해 모터 발전기 축(2)과 결합된 전류 컨덕터에 의해 형성되며, 예를 들어 자기 플럭스 컨덕터(11, 12, 13)가 둘러싸일 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 센서 장치를 부분적으로 도시한 단면도이다. 센서 장치는 필요한 경우에 전기 모터내에 배치된다. 그러나 또한 센서 장치, 예를 들어 선형으로 운동하지만 회전하지는 않는 자기 플럭스 변압기를 갖는 구동부내에 사용될 수도 있다. 합성수지로 제조된 전기 모터의 브러시부품(6)의 단면이 도시되며, 거기에는 자기 플럭스 컨덕터(11)가 배치된다. 브러시부품(6)상에는 합성수지로 제조된 추가의 부품(5)이 2개의 자기 플럭스 컨덕터(12, 13)와 조립되며, 도 2에서 단지 자기 플러스 컨덕터(12)만이 도시된다. 브러시부품(6)에는 캐리어 부품(10)이 결합되며, 이것은 작은 컨덕터 플레이트로서 또는 합성수지를 분사하는 프레스 그리드로서 형성될 수 있다. 브러시부품(6)은 캐리어 부품(10)이 모터 발전기 축으로부터 이격되어 전자 캐비티내에 배치되는 전기 모터에 배치된다. 전자 캐비티는 접촉부품을 구비한 도시하지 않은 플러그를 가지며, 이것은 제어회로와 함께 컨덕터 플레이트(10)상에서 전기적으로 결합되고 연장 케이블을 거쳐, 예를 들어 차량의 중앙 제어장치에 연결된다.

도 1에서처럼 도 2에 도시된 센서 장치에 있어서, 자기 플럭스 컨덕터는 모터 발전기 축의 대향 단부(11a, 12a)가 접근하는 동안 컨덕터 플레이트(10)의 단자(11b, 12b)가 장착되도록 브러시부품(6)과 부품(5)에 장착된다. 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 자기 플럭스 컨덕터의 단부(11a, 12a)는 자기 플럭스 컨덕터가 브러시부품(6)과 부품(5)에서 지면으로부터 전방 혹은 후방으로 구부러지기 때문에, 그리고 도 1에서 자기 플럭스 변압기로서 제공된 가동 자극링 주위에 배치되기 때문에 횡단면에서 볼 수 없다. 도 2에 추가로 도시한 바와 같이, 부품(7)은 컨덕터 플레이트(10)상에 존재하며, 응용 주문형 집적회로(ASIC)를 포함한다. 부품(7)의 회로에는 2개의 홀-IC 부품과 모터 제어에 필요한 제어회로가 전체적인 논리부품과 함께 개별 집적회로에 결합된다. 마이크로프로세서 또는 마이크로콘트롤러 그리고 메모리부품은 ASIC에 결합되며 분리 부품으로서 컨덕터 플레이트(10)상에 장착될 필요는 없다. ASIC-부품(7)은 공지된 방식으로서 컨덕터 플레이트(10)상에 납땜된다. 도 2에서 추가로 알 수 있는 바와 같이, ASIC-부품(7)의 조립면의 하부에서 리세스(9)가 컨덕터 플레이트(10)에 제공되며, 이 리세스를 통하여 자기 플럭스 컨덕터(12)의 단자(12b)의 수용부(15)가 ASIC-부품(7)의 조립면을 향하여 짧게 돌출한다. 또한 제 2 자기 플럭스 컨덕터(13)가 도시하지 않은 제 2 리세스를 통하여 ASIC-부품(7)에 안내된다. 제 3 자기 플럭스 컨덕터(11)의 단부는 두개의 단자(11b, 11c)로 분기되며 이것은 ASIC-부품(7)의 조립면에 대향한 평면 주위를 둘러싸며 컨덕터 플레이트(10)를 향하여 구부러진다. 구부러진 단부(11')는 컨덕터 플레이트(10)의 고정을 위해 컨덕터 플레이트의 다른 리세스를 통해 안내된다. 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, ASIC-부품(7)은 자기 플럭스 컨덕터의 단자(11b, 12b) 혹은 단자(11c, 13b)에 의해 집게모양으로 둘러싸인다. 이때 양 홀센서 부품은 ASIC-부품(7)내에서 자기 플럭스가 자기 플럭스 컨덕터(12, 13)의 볼록부(15)와 자기 플럭스 컨덕터(11)의 단부(11b, 11c)사이에서 홀센서에 의해 최적으로 검출되도록 배치된다. 자기 플럭스 컨덕터는 또한 여기에 도시한 실시예에서처럼 다른 실시예에도 배치될 수 있다. 또한 두개의 자기 플럭스 컨덕터, 예를 들어 도 2의 컨덕터(11, 12)만이 사용될 수 있으며, ASIC-부품에서 홀-IC 부품만이 결합될 수 있다. 필요한 경우에, 그러나 또한 2개 이상의 홀센서가 ASIC-부품내에 결합될 수 있으며, 4개나 5개의 자기 플럭스 컨덕터가 사용될 수 있다. 또한 ASIC-부품의 자기 플럭스의 변화는 디지털 신호로 변화되며, 이것은 부품(7)의 내부에서 집적회로에 의해 평가된다. ASIC-부품의 출력신호는 릴리즈제어에 필요하다. 다른 실시예에서는 전류배선을 위한 릴리즈를 사용할 필요가 없으며 그 대신에 고전도 트랜지스터가 사용되며, 모터전류는 ASIC-부품내에 직접 결합된다. 이로써 모터 전자부품에 필요한 공간은 컨덕터 플레이트(10)상에서 추가로 감소될 수 있다.

ASIC-부품으로부터 발생된 열은 열전도 접점에서 ASIC-부품(7)으로 구성될 때 자기 플럭스 컨덕터(11, 12, 13)상에 인도된다. 이것은 도 2에서 자기 플럭스 컨덕터의 단자와 ASIC-부품 사이의 좁은 공기유동 공간에서 이탈된 열전도 흡착물에 이를 수 있으며 또한, 이를 통하여 자기 플럭스 컨덕터가 ASIC-부품의 하우징과 직접 결합될 수 있다.

Claims

가변 자계를 검출하여 홀센서에 전달하는 하나 이상의 고정 자기 플럭스 컨덕터(11, 12, 13)와 자기적으로 커플링된 홀센서(20, 21)로 구성되는 고정 배치 자계센서(20, 21)를 포함하며, 상기 홀센서는 자계 변화에 따른 전기 신호를 전자 제어회로에 전달하는 센서 장치에 있어서,

상기 전자 제어회로중 일부분과 하나 이상의 홀센서(20, 21)는 응용 주문형 집적회로(ASIC)에 결합되어 전자 부품(7)내에 배치되는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 하나 이상의 홀센서를 포함하는 전자 부품(7)을 구비한 응용 주문형 집적회로는 가변 자계를 발생시키는 자기 플럭스 변압기(3)로부터 이격된 단자(11b, 12b) 사이에서 자기 플럭스 변압기(3)로부터 이격되어 위치설정된 캐리어 부품(10)상에 적어도 두개의 자기 플럭스 컨덕터(11, 12)가 배치되는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 하나 이상의 홀센서를 포함하는 전자 부품(7)을 구비한 응용 주문형 집적회로의 조립면 아래쪽에서, 캐리어 부품(10)에는 자기 플럭스 컨덕터(12)에 제공된 수용부(19)와 맞물리는 리세스(9)가 제공되며, 다른 자기 플럭스 컨덕터(11)는 전자 부품(7)의 조립면에 대향한 평면에 배치되는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 양 자기 플럭스 컨덕터(11, 12)들 중 하나 이상은 하나 이상의 홀센서를 포함하는 전자 부품(7)을 구비한 응용 주문형 집적회로에 대해 열전도 접촉 상태에 있으며, 전자 부품으로부터 발생된 열용량을 유도하는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 센서 장치는 전기 모터에서 사용하기 위해 제공되며, 이때 전기 모터는 위에 자기 플럭스 변압기(3)가 배치된 모터 발전기 축(2)을 갖는 것을 특징으로 하는 센서 장치.