KR20000070640A - 회전각의 무접촉 검출을 위한 측정장치 - Google Patents

Abstract

회전각의 무접촉 검출을 위한 측정장치는 로터 역할을 하는 약 자성체로 구성된 하나의 캐리어판(14)으로 구성된다. 캐리어판(14)에 대한 한 면에 하나의 공간(21) 및 거리공간(22)으로 분리된 두 개의 단편(16, 17)이 설치된다. 캐리어판(14)은 돌출부(12) 내지는 축(11)이 자성전도재료로 이루어진 축(11)에 설치된다. 돌출부(12)는 고정자 단편(16)중의 하나로 돌출한다. 축(11), 특히 그의 돌출부(12), 캐리어판(14), 단편(16, 17)은 캐리어판(14)에 설치된 영구자석(15)의 자속을 조정한다. 자속에 축(11)을 삽입함으로써 측정장치가 비교적 간단하며 조립시 공간이 적게 소요된다.

Description

회전각의 무접촉 검출을 위한 측정장치{Measuring device for contactless detection of a rotational angle}

DE-OS 196 34 381.3에 3면이 중첩 배치된 센서가 알려져 있다. 로터는 중앙 면을 구성하며 영구자석용의 캐리어판으로 이루어진다. 캐리어판 자체는 비자성전도재료로 구성되어 두 개의 다른 면을 통해, 즉 고정자를 통해 자속이 흐르며, 두 개의 다른 면 사이에 설치된 두 개의 거리유지기를 사용하여 조정된다. 축 내지는 고정자에 설치된 축의 돌기는 자속에 아무런 영향을 미치지 않는다. 이 센서를 사용하여 비교적 큰 각도 범위를 부호 변경 없이 측정할 수 있으나 이 각도 범위는 축 방향에서 본 때 3개의 평행한 면 구조로 인해 비교적 크다.

본 발명은, 청구항1의 상위 개념에 따른 회전각의 무접촉 검출을 위한 측정장치에 관한 것이다.

본 발명의 실시예를 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 도 3의 X 방향 종단면도.

도 2는 도 4의 B-B 단면도.

도 3은 도 1의 Y-방향 종단면도.

도 4는 도 3의 A-A 방향 종단면도.

도 5 및 도6 은 회전각도 0。, 내지는 유도 B=0에서 자속.

도 7 및 도8 은 최대 회전각도 내지는 유도 B=max에서 자속.

도 9 는 회전각도 α에 따른 자속 B 진행도.

도 10 및 도 11은 센서의 조립체가 절기판(throttle) 위치에서 또는 페달장치에서 배치된 것을 나타낸 도면.

도 12 및 도 14는 본발명의 다른 실시예를 나타낸 평면도.

도 13 및 도 15는 본발명의 다른 실시예를 나타낸 종단면도.

도 16 내지 도 24는 본 발명의 여러 실시예를 도시한 도면.

이에 반해 본 발명에 따른 청구항 1의 특성을 가진 회전각의 무접촉 검출을 위한 측정장치는 센서가 축 방향으로 비교적 작은 각도를 가진다는 장점이 있다. 센서는 단지 두 면에 조립되어 있다. 로터를 나타내는 영구자석의 캐리어판은 동시에 자속흐름을 조정하는 역할을 한다. 또한 로터의 축 내지 굴대는 자속의 방향조정부안에 포함되며 따라서 추가의 자성도체가 필요치 않다. 또한 이러한 구조로 부품수가 감소되며 그에 따른 조립과정이 단축된다.

상기 센서는 구조가 간단하므로 다양한 시스템, 예컨대 감압장치, 가속페달값 전송기를 페달모듈에 내장하여, 또는 절기판 전송기의 독립센서로써 또는 차체 완충장치센서로써 사용할 수 있다.

종속 청구항의 특징을 청구항1에 설명한 측정장치를 유용하게 확장 및 개선할 수 있다.

도 1 내지 4에 센서를 (10)으로 표시했으며, 이 센서의 회전운동은 도에 나타내지 않은 부품과 연결된 축(11)을 사용하여 정해진다. 축(11)의 전면에 돌출부(12)가 설치됨으로써 견부(13)가 생성되며 로터 역할을 동시에 수행하는 캐리어판(14)이 중심에 놓인다. 축(11), 돌출부(12) 및 캐리어판(14)은 개별부품으로써 하나씩 제조할 수 있다. 캐리어판(14)위에 중앙으로부터, 즉 축(11)의 출발지점으로부터 방사선 방향으로 가능한 한 멀리 링 형상의 영구자석(15)이 설치된다. 이때 이 거리가 클수록 측정신호의 분해능이 더 좋아진다. 영구자석(15)은 원형단면(원형부품) 또는 원형링 부품으로 설계한다. 각도 영역은 최소한 감시대상 내지는 측정대상부품의 규정최대각도가 되어야 한다. 도 2내지 3에서와 같이 이 실시예의 경우 영구자석(15)의 각도 영역은 180。이므로, 측정대상 회전각도는 180。이다. 영구자석(15)은 축 방향, 즉 캐리어판(12)에 수직으로 분극 된다. 캐리어판(14)은 자성체 특히 약 자성체로 이루어진다. 본 발명에 따라 축(11)과 돌출부(12) 또는 최소한 돌출부(12) 역시 자성체, 특히 약 자성체로 구성된다.

영구자석(15)위의 제 2면에 캐리어판(14)에 평행으로 근소한 거리를 두고 단편(16, 17)으로 구성된 정류자가 설치된다.

이때 단편(16)은 아치(19)로 돌출부(12)를 에워싼다. 이 실시예에서는 아치(19)가 원형아치로 구성된다. 하지만 다른 형상을 고려할 수도 있다. 그러나 돌출부(12)와 단편 사이에 자성도체 연결이 가능해야 한다. 축(11)과 아치(19)사이의 공간(20)은 따라서 가능한 한 작아야 한다. 두 개의 단편(16, 17) 사이에 관통공간이 형성되며 도 1내지 4의 실시예의 경우 이 공간에 두 개의 동일형상의 외부 단면(21)과 중앙, 아치(19) 영역에 거리공간(22)이 있다. 거리공간(22)에 있어서, 단편(16 및 17)사이에, 즉 이 실시예의 경우, 아치(19) 영역에 영구자석(15)에 의해 생성되는 자장의 자속 이 가능한 한 없어야한다. 거리공간(22)은 따라서 공기 또는 기타 비 자성체로 채워져야 한다. 거리공간(22)이 공기로 채워지는 경우 상기 언급한 효과를 얻기 위해서는 공간(21)보다 더 커야한다. 공기 대신 기타의 다른 비 자성체를 선택할 수도 있다. 공간(21)의 대략 중간 영역에 자장에 민감한 소자(25), 예컨대 자장플레이트, 자성트랜지스터, 코일, 자석내구소자 또는 홀 소자가 설치된다. 이때 자장에 민감한 부품은 자기유도(B) 출력신호와 가능한 한 선형 관계를 가지는 것이 중요하다. 도 1 내지 4에 유일한 자장에 민감한 소자(25), 홀 소자를 사용한 측정을 나타냈다. 이 경우 소자(25)는 가능한 한 공간(21)의 중앙에 배치한다. 그에 반해 예컨대 여분의 측정(확인 측정)을 위해 두 공간(21)에 예컨대 각 각 하나의 소자(25)를 배치할 수도 있다. 또한 한 공간에 도 3에서 알 수 있듯이 두 개의 소자를 배치하는 것을 고려할 수도 있으며, 단지 공간(21)에 자장에 민감한 소자(25)를 배치하여 맞은 편 공간(21)이 거리공간(22)과 동일하게 하여, 거리공간의 소자가 자성 비전도 기능을 갖도록 할 수 있다. 도 3에 나타냈듯이 측정공간 역할을 하는 공간(21)을 대칭이 아닌 비대칭 또는 각을 주어 배치할 수도 있다. 이때 중요한 것은 공간(21)을 거리공간(22)에 비해 비교적 작게 구성하여 자장에 민감한 소자(25)를 통해 자력선이 가능한 한 방해되지 않고 흐를 수 있도록 하는 것이다.

도 9에 소자(25), 예컨대 홀 소자의 자기 유도(B)의 축(11) 회전각도(α)에 대한 특성곡선을 나타냈다. 회전각도 α가 0。에서 자기유도(B)는 마찬가지로 0이며 최대회전각도에서 최대 유도치에 도달한다. 본 실시예에서 180。에서 최대회전각에 도달한다. 회전각도 0。에서 센서(10)의 설정을 도 5와 6에 나타냈다. 영구자석(15)의 자속은 고정자에 대한 로터의 가동에 이용되는 작은 공간을 통해 단편(16)으로 유입되며, 그곳으로부터 돌출부(12)의 작은 적재공간을 통해, 또한 캐리어판(14)을 통해 다시 영구자석(15)으로 유입된다. 특히 도 6에서 알 수 있듯이 자속이 회전각도 0。에서 소자(25)를 통해 진행됨으로써 소자(25)에 아무런 자기유도(B)가 나타나지 않는다. 축(11) 및 캐리어판(14)이 영구자석(15)과 함께 회전하면, 소자(25)를 통과하여 진행하는 자속이 증가되며, 도 9에 나타낸 선형의 측정곡선을 얻을 수 있다. 최대 회전각 α에서의 설정상태를 도 7 내지 8에 나타냈다. 도 7은 도 8의 A 방향 전면도이다. 최대 회전각(α)에서 영구자석(15)의 총 자속은 단편(17)의 작은 공간을 통해 진행된다. 그곳으로부터 자속은 공간(21)을 통해 단편(16)으로 흐르며, 맞은편 면에 있는 공간(21)으로 적재공간을 통해 다시 돌출부(12)로 흐르며, 그곳으로부터 캐리어판(14)을 통해 영구자석(15)으로 흐른다. 특히 도 8에서 공간(21)을 통과할 때 거의 모든 자속이 소자(25)를 통해 발생하며, 그로 인해 소자(25)에서 최대의 자성유도(B)가 야기된다는 것을 알 수 있다. 또한 도 8에서 거리공간(22)을 통해 공간(21)으로 자속선이 거의 완벽하게 진행하며 소자(25)를 통해 발생하는 것을 알 수 있다. 거리공간(22)에 가능한 한 자속이 발생하지 않아야 한다.

도 10의 실시예에서는, 상기 센서를 절기판 설정유니트(30)에 설치한다. 이 유니트(30)를 사용하여 엔진제어를 위한 절기판 회전각도를 감지한다. 이때 고정자(16, 17)의 단편은 절기판 설정유니트(30) 커버에 설치된다. 커버(31)가 합성수지이므로 고정자(16, 17)를 커버(31)와 함께 제조할 수 있다. 또한 두 개의 고정자 단편(16, 17)을 커버(31)에 삽입할 수도 있다. 이때 당연히 영구자석(15)의 자속이 단편(16 및 17)으로 흐를 수 있도록 공간(33)이 존재해야 한다. 도 10에 나타나지 않은 이 공간(33)에 하나 또는 두 개의 소자(25)가 있다. 이때 축(11)은 절기판 축에 직접 고정되거나 이 축(32)의 돌출부이다. 영구자석(15)이 있는 로터 역할을 하는 캐리어판(14)은 절기판의 축에 직접 고정된다. 구조를 많이 변경하지 않고서도 도 1내지 4 또는 12 내지 15에 따라 센서를 절기판 설정유니트(30)에 조립할 수 있다. 이때 간단한 방법으로 예컨대 지금까지 사용한 포텐쇼미터를 교체할 수 있다. 도 11은 페달값 전송기이다. 도 11에서는 고정자 단편(16, 17)이 유니트(30a)의 바닥(40)에 설치된다. 이때도 역시 단편(16, 17)을 바닥(40)에 주조 내지는 삽입할 수 있다. 이렇게 하여 축의 돌출부(32)는 고정자를 통해 돌출하며, 로터로써의 역할을 하는 캐리어판(14)은 축(32)의 종단에 고정된다. 도 10과 11에 상응하여 센서는 도 1내지 4 또는 12 내지 15의 실시예에 따라 절기판 설정유니트(30) 내지는 페달값전송기의 조립여건에 적응시킬 수 있다.

도 12 및 13에 따른 실시예의 경우 센서 캐리어판은 완전한 판이 아니다. 캐리어판(14a)이 영구자석(15)크기에 상응하는 각도 영역을 갖는 단편이면 충분하다. 도 12는 도 1내지 4에 관련된, 180。각도영역의 영구자석이다. 이로써 캐리어판(14a)은 약 180。각도영역을 갖는다. 단편으로써 구성되는 이 캐리어판(14a)의 외부형상은 임으로 구성할 수 있다. 예컨대 도 14와 15는 톱니 단편으로써 캐리어판이다. 특히 도 15에서 알 수 있듯이 톱니단편(45)은 캐리어판(14b)에 접합되며 이때 톱니단편(45)은 영구자석(15)을 함께 에워싼다. 비자성재료로 제조되는 톱니 단편을 사용하여 캐리어판에 동시에 구동력을 발생시킬 수 있다. 따라서 구동장치에 내장할 수 있으며 따라서 매우 간결한 구조가 가능하다.

도 16 내지 19의 실시예에 있어서, 도 18에서 알 수 있듯이 공간(22)에서 두 공간(21)으로의 전환지점에 하나의 리세스(50)가 구성된다. 이때 리세스(50)는 공간(22)의 연장부이며, 이 연장부는 고정자 단편(16)으로 돌출한다. 리세스(50)는 도 18에 아치형으로 나타냈다. 하지만 다른 형태도 고려해 볼 수 있다.

이때 중요한 것은 리세스(50)가 단편(16)에 최소한 15。 돌출하는 것이다. 아치형상의 형태에 있어서 리세스(50)의 측면모서리는 공간(22)의 연장부이며, 이것은 원형의 아치로 닫혀진다. 리세스(50)는 비교적 강하게 영구자석의 산란 자속을 저지한다. 따라서 공간(22)에서 두 공간(21)으로의 전환지점에 산란흐름이 감소되며, 그로 인해 출력신호의 선형도가 훨씬 개선된다. 리세스(50)로 인해 거리공간역할을 하는 공간(22)을 이전의 실시예보다 작게 할 수 있으며, 따라서 센서의 조립공간이 감소된다. 자속을 적절하게 활용하기 위해 두 공간(21) 영역에 상호 마주 놓이는 단편(16 및 17)의 면은 그 크기에 있어 거의 동일해야 한다. 리세스(50)는 이 경우 또는 이전의 실시예의 공간(22)과 같이 공기로 채우거나, 또는 상응하는 재료조성의 비 자성도체의 거리유지기로 채운다.

공간(21)과 공간(22) 내지는 리세스(50)의 크기비율에 있어서 공간(22) 및 리세스(50)비가 두 공간(21)보다 훨씬 크게하여 공간(22)과 리세스(50)를 통해 영구자석(15)의 자속이 발생하지 않도록 하며, 따라서 이 자속이 거의 완전히 두 공간(21)을 통해 진행한다. 도 18 및 이전의 실시예에서 언급했듯이 단지 하나의 자장에 민감한 소자(25)가 공간(21)에 존재할 수 있다. 이때 자장에 민감한 소자(25)를 포함하는 공간과 같은 대각선으로 맞은편에 놓이는 동일크기의 공간을 고려해 볼 수 있다. 하지만 자장에 민감한 공간(22) 크기의 소자(25)로 채워지지 않은 공간(21)을 구성하여 거리유지공간을 형성하는 것도 고려해 볼 수 있다. 이때 이미 언급했듯이 이 공간은 공간(22)의 크기를 가지며, 또는 추가로 자성 비전도 재료 내지는 공기로 채워진다. 도면에서 자장에 민감한 소자(25)가 있는 공간(21)은 방사선으로 외부로 진행하는 공간으로써 나타냈다. 이 측정공간 역시 각도를 주거나 또는 비대칭으로 구성하는 것도 고려해 볼 수 있다.

도 20 내지 23에 회전각도설정 α=0도 및 α=최대 회전각도에서 , 도 5 내지 9와 부합하는 자속을 나타냈다. 도 20과 21에서 리세스(50)로 인해 단편(16) 내부로의 영구자석(15) 자속이 방해되므로 각도 설정 α=0도에서 자기유도 B가 마찬가지로 0이며 어떤 산란 자속에 의해서도 변하지 않는다. 그에 반해 도 22와 23에서 최대 회전각 α에서 최대 유도값 B=max에 도달한다. 여기서도 역시 리세스(50)로 인해 자장에 민감한 소자(25)로 흘러 지나가는 산란 자속이 방해된다.

이렇게 함으로써 거의 모든 자속이 자성에 민감한 소자로 유입된다. 도 24는 로터(14a)의 변화된 형식이다. 로터(14a)의 구조로 인해 센서 특성곡선의 직선도가 140도 측정영역에 걸쳐 현저히 개선되었다. 영구자석(15a)의 산란 자속은 최소화되고 그 결과로 센서측정곡선의 0점은 매우 높은 온도안정성을 갖는다. 도 24에서 알 수 있듯이 로터(14a)는 현재까지 로터(14)와는 달리 〈180。를 가지는 원형단편이다. 이때 로터(14a)는 축(11)을 감싸야 한다. 지점 C와 B 사이에 있는 로터(14a)의 원형단면(60)은 축(11)의 중심점(M)에 그의 중심점이 있다. 또한 중심점(M)을 선(S)이 관통한다. 이 선(S)에 대해 로터(14a)는 대칭으로 구성된다. 다시 말해 지점(C)과 선(S)에 놓이는 지점(A)의 연결 및 지점(B)과 이 지점(A)의 연결은 선(S)에 대해 각 각 동일한 각도를 가진다. 지점 A는 원형아치형상(60) 맞은 편에 있는 로터(14a)의 면에 위치한다.

지점(A, B 및 C) 영역에서 로터(14a)는 면삭된 모서리를 가진다. 로터(14a)의 각도크기는 사용한 자석단면(15a)에 따라 달라진다.

로터(14a)의 각도영역은 사용한 자석과 동일하거나 또는 커야한다.

Claims (25)

1. 로터(14)에 영구자석(13)이 배치되며, 고정자(16, 17)와 로터(14)사이에 공간이 있으며, 고정자는 하나 이상의 비자성전도공간(21, 22)으로 분리된 최소한 두 개의 단편(16, 17)으로 형성되며, 하나이상의 상기 공간(21)에 하나이상의 자장에 민감한 소자(25)가 있고, 정류자의 하나이상의 부품(17)이, 로터(14)와 자성전도의 연결을 구성하지 않는, 고정자(16, 17)와 로터(14)사이의 회전각도(α) 측정장치에 있어서,

   상기 로터(14)의 축(11)이 자성전도재료로 구성된 하나이상의 영역을 가지며, 이 영역은 로터(14)로부터 정류자 부품(16)까지 로터(14)와 자성전도연결을 형성하는 것과, 상기 고정자의 두 부품(16, 17)사이에 하나이상의 제 1공간(22)이 있으며, 이 공간이 영구자석(15)의 자속을 저지하며, 하나이상의 공간(21)으로 진행하도록 조정하는 것을 특징으로 하는 측정장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1공간(22)은 다른 공간(21)보다 큰 것을 특징으로 하는 측정장치.
3. 제 1 또는 2항에 있어서, 상기 축(11), 특히 돌출부(12) 및 로터(14)가 약 자성체로 구성되는 것을 특징으로 하는 측정장치.
4. 제 1항 내지 3항중 어느 한항에 있어서, 상기 고정자의 부품(16)이 돌출부(19)를 가지며, 축(11), 특히 그의 돌출부(12)가 그 안으로 돌출하는 것을 특징으로 하는 측정장치.
5. 제 4항에 있어서, 상기 고정자 부품(16)의 돌출부(19)는 아치형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 측정장치.
6. 제 1항 내지 5항중 어느 한항에 있어서, 상기 고정자와 로터는 판 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 측정장치.
7. 제 1항 내지 6항중 어느 한항에 있어서, 상기 로터는 단편으로 형성되는 것을 특징으로 하는 측정장치.
8. 제 1항 내지 7항중 어느 한항에 있어서, 하나이상의 홀소자(25)가 설치된 두 개의 공간(21)이 존재하는 것을 특징으로 하는 측정장치.
9. 제 1항 내지 8항중 어느 한항에 있어서, 상기 축(11)과 고정자(14)는 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 측정장치.
10. 제 1항 내지 9항중 어느 한항에 있어서, 상기 제 1공간(21)에서 고정자 부품(16)의 제2공간(22)으로의 전환부에 하나이상의 리세스(50)가 형성되는 것을 특징으로 하는 측정장치.
11. 제 1항 내지 10항중 어느 한항에 있어서, 상기 제 1공간(22), 제 2공간(21) 및 리세스(50)에 공기, 또는 비자성전도체로 채워지는 것을 특징으로 하는 측정장치.
12. 제 1항 내지 11항중 어느 한항에 있어서, 하나 이상의 리세스(50)는 유입깊이 ≥15。를 갖는 것을 특징으로 하는 측정장치.
13. 제 1항 내지 12항중 어느 한항에 있어서, 상기 제 2공간(21)의 폭은 리세스(50)의 폭보다 작은 것을 특징으로 하는 측정장치.
14. 제 1항 내지 13항중 어느 한항에 있어서, 상기 리세스(50) 폭은 제 1공간(22)의 폭인 것을 특징으로 하는 측정장치.
15. 제 1항 내지 14항중 어느 한항에 있어서, 상기 리세스(50)는 원형인 것을 특징으로 하는 측정장치.
16. 제 1항 내지 15항중 어느 한항에 있어서, 하나이상의 자장에 민감한 소자(25)가 있는 제 2공간(21)이 존재하며, 고정자의 두 부품(16, 17)사이에 존재하는 여분의 공간(22)이 제 2공간(21)보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 측정장치.
17. 제 1항 내지 16항중 어느 한항에 있어서, 상기 제 2공간(21)에서 공간(22)으로 전환부에 제 1리세스(50)가 존재하는 것과, 직경방향 맞은편에 제 2 리세스(50)가 형성되는 것을 특징으로 하는 측정장치.
18. 제 1항 내지 17항중 어느 한항에 있어서, 상기 제 2공간(21)은 각도를 이루거나 또는 비대칭으로 구성되는 것을 특징으로 하는 측정장치.
19. 제 1항 내지 18항중 어느 한항에 있어서, 상기 로터(14a)는 축(11)을 감싸는 원형단편인 것을 특징으로 하는 측정장치.
20. 제 1항 내지 19항중 어느 한항에 있어서, 원형단편으로 구성된 로터(14a)는 영구자석(15a)보다 크거나 또는 동일한 것을 특징으로 하는 측정장치.
21. 제 1항 내지 20항중 어느 한항에 있어서, 상기 원형단편은 원형의 외부형상(60)을 가지며, 그의 중심점이 축(11)의 중심점(M)에 있는 것과, 상기 원형단편이 축(11)의 중심점(M)을 관통하는 선(S)에 대해 축 대칭을 이루는 것을 특징으로 하는 측정장치.
22. 제 1항 내지 21항중 어느 한항에 있어서, 상기 원형단편(14a)은 두 개의 직선모서리를 가지는 것을 특징으로 하는 측정장치.
23. 제 1항 내지 22항중 어느 한항에 있어서, 상기 고정자(14a) 모서리의 전환부가 상하로 및 원형의 외부형상(60) 모서리의 전환부가 모따기 되는 것을 특징으로 하는 측정장치.
24. 제 1항 내지 23항중 어느 한항에 따른 측정장치를 구비한 절기판 센서 또는 페달값전송기에 있어서, 상기 고정자(16, 17) 역할을 하는 부품이 센서(30) 커버에 내장되는 것과, 상기 커버(31)는 합성수지로 형성되는 것을 특징으로 하는 측정장치를 구비한 절기판 센서 또는 페달값전송기.
25. 제 1항 내지 23항중 어느 한항에 따른 측정장치를 구비한 절기판 센서 또는 페달값전송기에 있어서, 상기 고정자(16, 17) 역할을 하는 부품이 센서(30) 바닥(40)에 내장되는 것과, 상기 바닥(40)은 합성수지로 형성되는 것을 특징으로 하는 측정장치를 구비한 절기판 센서 또는 페달값전송기.