KR20120088677A - 각도 센서로부터의 신호를 분석하기 위한 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 평면에 걸쳐 연장되는 적어도 2개의 감지 요소를 포함하는, 그리고 상기 평면으로부터 이격되고 상기 평면을 변화시키기 위한 회전가능 요소를 포함하는 각도 센서로부터의 신호를 분석하기 위한 방법에 관한 것이다. 각도 센서는 또한 상기 방법에 따라 제어되는 브러시리스 전기 모터를 포함한다. 본 발명의 목적은, 적어도 2개의 감지 요소를 포함하는 각도 센서로부터의 신호를 분석하기 위한 방법으로서, 완전 원을 맵핑하는 감지 요소를 사용하여 고선명 측정 결과를 산출하는 방법을 제공하는 것이다. 이는 감지 요소가 상기 평면상에 놓인 장의 적어도 하나의 제1 및 하나의 제2 벡터를 포획하고, 상기 벡터는 서로 선형 독립적이라는 점에서 달성된다. 평면과 회전가능 요소 사이의 거리에 의존하는 다른 변수가 부가적으로 검출되고, 제1 및 제2 감지 요소의 신호의 진폭은 상기한 다른 변수의 값으로 제어된다.

Description

각도 센서로부터의 신호를 분석하기 위한 방법{METHOD FOR ANALYZING SIGNALS FROM AN ANGLE SENSOR}
본 발명은 평면에 걸쳐 연장되는 적어도 2개의 센서 요소를 구비하는, 그리고 이 평면으로부터 이격되고 장(field)을 변화시키는 목적을 갖는 회전가능 요소를 구비하는 각도 센서로부터의 신호를 분석하기 위한 방법과, 이 방법에 따라 작동되는 브러시리스(brushless) 전기 모터에 관한 것이다.
많은 기술 분야에서 각도 센서를 필요로 한다. 특히, 자동차 산업에서, 예를 들어 작동 밸브 및 스로틀 밸브의 위치, 가변 캠샤프트 컨트롤러의 위치, 가변 터빈 기하학적 구조의 위치 또는 전기 조향 시스템용 구동 모터의 위치를 검출하기 위해 각도 센서를 필요로 한다. 브러시리스 전기 모터의 경우, 특히 브러시리스 전기 모터가 고도로 동적인 방식으로 작동되고, 즉 다양한 회전 속도 범위에서, 다시 말해서 아주 낮은 회전 속도로부터 높은 회전 속도까지 작동되고, 역 작동도 또한 사용되면, 전기 모터를 구동시키는 교류를 정류하기 위해 회전 각도 센서가 필요하다. 이와 관련하여, 전기 모터의 모든 작동 상태에 대해 전기 모터의 회전자의 회전 각도를 정밀하고 정확하게 감지하여, 그 결과 브러시리스 전기 모터가 대응하여 정류되는 교류로 작동될 수 있게 하는 것이 필요하다.
각도 센서에 대해 다양한 측정 원리가 공지되어 있다. 일련의 측정 원리가 있을 때, 회전자와 함께 회전하고 자기장-감지 센서에 의해 위치가 분석되는 자기장에 의존한다. 기술적으로 이방성 자기저항 효과(anisotropic magnetoresistive effect)에 기초하는 자기장 센서(AMR 센서)로 매우 우수한 측정 결과가 얻어진다. 그러나, 이들 AMR 센서는 이것들이 단지 반 완전 원(half full circle)만을, 다시 말해서 180°만을 명확하게 나타낼 수 있는 단점을 갖는다. 180° 후에는, AMR 각도 센서의 기능하는 방법으로 인해 신호가 반복되어, 그 결과 완전 원(full circle)에서 회전자의 위치에 대한 측정 신호의 명확한 할당이 불가능해진다.
완전 원 측정은 예를 들어 2-D-홀 요소, GMR 홀 측정 요소[거대 자기저항 효과(Giant Magnetoresistive Effect)] 및 TMR 측정 요소[터널 자기저항 효과(Tunnel Magnetoresistive Effect)]로 지칭되는 것과 유도 센서로 달성될 수 있다. 불행하게도, 명확한 360° 분해를 제공하는 센서 타입 2-D-홀, GMR, TMR 및 유도 센서는 측정 요소가 배치되는 평면에 대한 장을 변화시키기 위한 회전가능 요소 사이의 거리에 대한 측정 신호의 강한 의존성을 갖는다. 따라서, 이 거리가 변화되는 동안의 외부 영향은 2D 홀 센서 요소, GMR, TMR 및 유도 센서 요소가 이것들에 부과되는 큰 오차를 갖게 하며, 이 오차는 매우 좋지 못한 측정 결과를 초래한다. 이들 외부 효과는 예를 들어 각도 센서가 시스템 내에 설치된 때 모든 공차의 합, 각도 센서가 내부에 배치되는 전체 시스템의 거리 및/또는 진동을 변화시키는 온도 영향이다.
따라서, 본 발명의 목적은 완전 원-적용범위(full-circle-coverage)의 센서 요소(예를 들어, 2D 홀 센서 요소, GMR, TMR 및 유도 센서 요소)로 고-분해 측정 결과를 산출하는, 적어도 2개의 센서 요소를 구비하는 각도 센서로부터의 신호를 분석하기 위한 방법을 특정하는 것이다.
이 목적은 특허청구범위 독립항 제1항의 특징에 의해 달성된다.
센서 요소가 적어도 이 평면 내의 장의, 서로 선형 독립적인 제1 및 제2 벡터를 감지하며, 여기에서 또한 평면과 회전가능 요소 사이의 거리에 의존하는 다른 변수가 감지되고, 그리고 여기에서 제1 및 제2 센서 요소의 신호의 진폭이 상기한 다른 변수의 절대값으로 제어되기 때문에, 각도 센서의 전체 작동에 걸쳐 제1 및 제2 센서 요소의 신호를 평면과 회전가능 요소 사이의 거리의 변화에 맞출 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 센서 요소의 신호는 평면과 회전가능 요소 사이의 거리에 맞게 표준화된다. 따라서, 제1 및 제2 센서 요소는 표준화 후, 오직 회전가능 요소의 회전 각도에만 의존하는, 그리고 평면과 회전가능 요소 사이의 거리의 그 진폭에서 대체로 독립적인 사인 신호 및 코사인 신호를 제공한다. 평면과 회전가능 요소 사이의 거리가 너무 작을 때, 아날로그/디지털 변환기는 오버드라이브(overdrive)되어, 사인 신호 및 코사인 신호가 클리핑(clipping)되는 것을 방지한다.
이 방법의 하나의 개발에서, 평면과 회전가능 요소 사이의 거리의 급속한 변화에 관한 정보가 장의, 제3 벡터에 의해 감지되는 절대값으로부터 저역-통과 필터에 의해 제거된다. 급격한 변화는 예를 들어 브러시리스 전기 모터의 베어링 유극으로 인해, 진동으로 인해, 및/또는 브러시리스 전기 모터의 회전자의 회전 방향의 급격한 동요 같은(jolt-like) 변화로 인해 발생한다. 이 정보는 제3 벡터의 신호로부터 저역-통과 필터에 의해 필터링된다. 저역-통과 필터 하류의 제3 벡터의 신호 내에 오직 평면과 회전가능 요소 사이의 거리의 완만한 변화에 관한 정보만이 존재한다. 이 정보는 예를 들어 모든 기계적 설치 공차 및/또는 평면과 회전가능 요소 사이의 거리의 온도-유발 변화, 센서 요소 및/또는 그 분석 회로의 감도의 변화와 회전가능 요소로부터 나오는 장 강도의 변화의 합을 포함한다.
본 발명의 일 실시 형태에서, 회전가능 요소는 자석, 코일, 요크(yoke) 또는 시트 금속 단편이다. 이러한 요소에 의하면, 브러시리스 전기 모터의 회전자의 회전 각도를 감지하기 위해 브러시리스 전기 모터의 회전자로 자기장을 회전시키는 것이 매우 쉽다. 이를 위해서, 센서 요소는 자기장-감지 방식으로 구현될 수 있다. 자기장-감지 센서 요소가 거대 자기저항 센서 요소(GMR), 터널 자기저항 센서 요소(TMR) 또는 홀 센서 요소로서 구현되면 유리한데, 왜냐하면 이들 센서 요소가 자기장의 하나의 완전한 회전을 명확하게 감지할 수 있기 때문이다.
본 발명의 일 실시 형태에서, 센서 요소는 전자기장을 포획하며, 여기에서 센서 요소는 유도 센서 요소로서 구현된다. 유도 센서 요소로 회전자 회전의 완전 원의 명확한 감지가 또한 가능하다.
하나의 개발에서, 서로 선형 독립적인 제1 및 제2 벡터의 신호로부터 사인 신호 및 코사인 신호가 생성된다. 이는 유리하게는 CORDIC[좌표 회전 디지털 컴퓨터(COordinate Rotation DIgital computer)] 알고리즘에서 수행된다.
후속 개발에서, 벡터의 아날로그 신호는 아날로그/디지털 변환기에 의해 디지털화된다. 제1 및 제2 선형 독립 벡터의 신호가 평면과 회전가능 요소 사이의 거리의 신호에 의해 표준화되기 때문에, 아날로그/디지털 변환기의 오버드라이빙에 의해 제1 및 제2 선형 독립 벡터가 클리핑되는 위험 없이, 또는 신호가 지나치게 작은 진폭으로 아날로그/디지털 변환기로 전송되는 위험 없이, 항상 아날로그/디지털 변환기의 최대 분해능이 사용될 수 있다.
본 발명은 많은 실시 형태를 허용한다. 본 발명을 더욱 명확하게 하기 위해, 복수의 상기 실시 형태가 도면에 예시되고 아래에서 설명될 것이다.
본 발명에 의하면, 완전 원-적용범위의 센서 요소(예를 들어, 2D 홀 센서 요소, GMR, TMR 및 유도 센서 요소)로 고-분해 측정 결과를 산출하는, 적어도 2개의 센서 요소를 구비하는 각도 센서로부터의 신호를 분석하기 위한 방법이 제공된다.
도 1은 장을 변화시키기 위한 회전가능 요소가 그것 상에 배치된 회전자를 갖춘 각도 센서를 도시한다.
도 2는 그것들 사이에 일정한 거리를 갖는 제1 센서 요소 및 제2 센서 요소의 출력 신호를 도시한다.
도 2a는 상이한 거리에 대한 제1 센서 요소 또는 제2 센서 요소의 출력 신호를 도시한다.
도 3은 제1 센서 요소 및 제2 센서 요소 내의 장의 전자기 유도의 원리에 기초하는 각도 센서를 도시한다.
도 4는 3-D-홀 요소를 도시한다.
도 5는 3차원 홀 요소를 갖춘 각도 센서의 신호를 분석하기 위한 방법을 도시한다.
도 6은 2차원 홀 요소를 갖춘 각도 센서의 신호를 분석하기 위한 방법을 도시한다.
도 7은 유도 센서 요소를 갖춘 각도 센서의 신호를 분석하기 위한 방법을 도시한다.
도 8은 가능한 전체 시스템의 예시를 도시한다.
도 1은 장을 변화시키기 위한 회전가능 요소(3)가 그것 상에 배치되는, 예를 들어 브러시리스 전기 모터의 회전자(2)를 갖춘 각도 센서(8)를 도시한다. 여기에서 회전가능 요소(3)는 2극 자석으로서 구현되며, 여기에서 북극(N) 및 남극(S)이도시된다. 브러시리스 전기 모터에 대한 회전자(2)의 회전 각도 α에 따라, 여기에서 Hx로 표기되는 장 강도의 제1 선형 독립 벡터(linearly independent vector)(15) 및 여기에서 HY로 표기되는 장 강도의 제2 선형 독립 벡터(16)가 각도 센서(8)의 센서 칩(9) 내에 유도된다. 이들 벡터(15, 16)는 예를 들어 자기장에 의해 생성되고, 회전가능 요소(3)의 회전 각도 α 및 관련 위치에 전적으로 의존한다. 여기에서 수직 홀 요소로서 구현되는 제1 센서 요소(4)와, 역시 센서 칩(9) 내의 수직 홀 요소로서 구현되는 제2 센서 요소(5)는 제1 선형 독립 자기장 벡터(15) 및 제2 선형 독립 자기장 벡터(16)의 성분을 감지한다. 선형 독립 자기장 벡터(15, 16)의 절대값은 제1 센서 요소(4) 및 제2 센서 요소(5)가 배치되는 평면과 회전가능 요소(3)가 자기장을 변화시키기 위해 회전하는 평면 사이의 거리 d에 특히 고도로 의존한다. 제1 센서 요소(4) 및 제2 센서 요소(5)가 그것 상에 배치되는 센서 칩(9)과 회전가능 요소(3) 사이의 거리 d가 작아지면, 상대적으로 높은 홀 전압이 센서 요소(4, 5) 내에 생성되고, 센서 칩(9)과 회전가능 요소(3) 사이의 거리 d가 커지면, 현저하게 더욱 낮은 홀 전압이 제1 센서 요소(4) 및 제2 센서 요소(5) 내에 생성된다. 결과적으로, 제1 센서 요소(4) 및 제2 센서 요소(5)의 제어되지 않은 출력 신호가 이것들이 예를 들어 아날로그/디지털 변환기의 전체 분해능을 활용하기 위해서는 너무 작거나, 예를 들어 아날로그/디지털 변환기가 오버드라이브될 정도로 너무 크기 때문에, 추가 신호 처리에 부분적으로 사용할 수 없게 되며, 여기에서 신호의 일부가 차단된다.
이 상황은 아래에서 도 2a에서 더욱 상세히 설명될 것이다.
도 2는 제1 센서 요소(4) 및 제2 센서 요소(5)가 배치되는 평면을 형성하는 센서 칩(9)과 회전가능 요소(3) 사이의 일정한 거리 d를 갖는 제1 센서 요소(4) 및 제2 센서 요소(5)의 사인형 및 코사인형 출력 신호를 도시한다. 도 2에서, 홀 전압 UHall에 대해 명확한 사인 프로파일 및 코사인 프로파일을 볼 수 있으며, 이는 -180° 내지 +180°의 회전 각도 α의 확실한 분해를 허용하여, 그 결과 여기에서 특정된 각도 센서(8)에 의해 완전 원이 완전하고 명확하게 감지될 수 있다.
도 2a는 제1 센서 요소(4) 및 제2 센서 요소(5)의 평면과 회전가능 요소(3) 사이의 상이한 거리 d, d1, d2에 대해 제1 센서 요소(4) 또는 제2 센서 요소(5)의 출력 신호를 도시한다. 여기에서 최적 거리는 d로 표기되고, 최적 거리보다 작은 거리는 d1으로 표기되며, 제1 센서 요소 및 제2 센서 요소(5)의 평면과 회전가능 요소(3) 사이의 최적 거리보다 큰 거리는 d2로 표기된다. 간단함을 위해, 단지 제1 센서 요소(4)의 신호의 사인 프로파일만이 도 2a에 예시되며, 여기에서 제2 센서 요소(5)의 신호의 코사인 프로파일은 유사한 방식으로 거동할 것이다. 제1 센서 요소(4) 및 제2 센서 요소(5)의 평면과 회전가능 요소(3) 사이의 최적 거리 d가 주어지면, 도 2a에서 도면 부호 d에 의해 특징지어지는, 이미 알려진 사인 함수가 얻어진다. 제1 센서 요소(4) 및 제2 센서 요소(5)의 평면과 회전가능 요소(3) 사이의 거리가 증가되면, 도 2a에서 도면 부호 d2에 의해 특징지어지는, 현저하게 더욱 평평한 프로파일의 사인 함수가 얻어진다. 각도 센서(8)에 의해 제공되는 신호의 분석이 일반적으로 아날로그/디지털 변환기에 의해 수행되기 때문에, 여기에서 아날로그/디지털 변환기의 큰 동적 범위가 사인 곡선의 아주 평평한 프로파일로 인해 사용되지 않은 상태로 남을 것이며, 따라서 디지털 값의 상대적으로 작은 범위가 또한 더욱 작은 분해능이 달성되게 허용하기 때문에 측정 결과가 열화된다. 제1 센서 요소(4) 및 제2 센서 요소(5)의 평면과 회전가능 요소(3) 사이의 거리 d1의 현저한 감소가 주어지면, 도 2a에서 d1에 의해 특징지어지는 상황이 발생할 것이다. 여기에서 볼 수 있는 사인 곡선은 후속 아날로그/디지털 변환기가 오버드라이브되기 때문에 차단 전압 Ug에서 차단되어, 그 결과 회전자(2)의 회전 각도의 분해가 더 이상 넓은 회전 각도 범위에서 달성될 수 없다. 제1 센서 요소(4) 및 제2 센서 요소(5)의 평면과 회전가능 요소(3) 사이의 증가된 거리 d2 및 감소된 거리 d1 둘 모두는 자동차 기술에서 각도 센서(8)의 응용의 범위 내에서 허용가능하지 않은 매우 좋지 못한 측정 결과를 초래한다.
도 3은 제1 센서 요소(4) 및 제2 센서 요소(5) 내의 장의 전자기 유도의 원리에 기초하는 각도 센서(8)를 도시한다. 센서 요소(4, 5)는 예를 들어 인쇄 회로 기판(9) 상의 코일 장치로서 구현된다. 여기에서 회전가능 요소(3)는 전자기장을 변화시키도록 설계되고, 브러시리스 전기 모터(1)의 회전자(2)(여기에는 예시되지 않음)에 연결된다. 회전가능 요소(3)가 회전할 때, 전자기장은 여기에서 센서 인쇄 회로 기판(9) 상의 한 쌍의 코일로서 구현되는 제1 센서 요소(4) 및 제2 센서 요소(5)에 의해 감지된다. 센서 인쇄 회로 기판(9) 상의 집적 회로(21) 내에, 제1 센서 요소(4) 및 제2 센서 요소(5)의 신호를 위한 분석 전자 장치가 있다. 이들 분석 전자 장치는 증폭기(10), 연산 증폭기로도 지칭되는 제어 증폭기(11), 저역-통과 필터(12), 고역-통과 필터(13) 및 인버터(14)로 구성된다.
도 4는 원리적으로 도 1로부터 공지된 2-D 홀 요소가 제3 치수에 의해 확장되어 3-D 홀 요소를 형성한 설계를 도시한다. 센서 칩(9) 상에는, 자기장을 변화시키기 위한 요소(3)에 의해 유도되는 자기장이 측정되는 평면을 센서 칩(9)과 함께 형성하는 제1 센서 요소(4) 및 제2 센서 요소(5)가 위치된다. 여기에서 자기장을 변화시키기 위한 요소(3)는 북극(N) 및 남극(S)을 갖춘 영구 자석으로서 구현된다. 또한, 제3 센서 요소(6)가 있어, 그 결과 여기에 도시된 센서 칩(9)은 3차원 홀 요소(3-D 홀 요소)로 지칭되는 것으로 확장된다. 또한, 온도 센서 요소(7)가 센서 칩(9) 내에 집적된다. 이 온도 센서 요소(7)는 각도 센서(8) 내에 형성되는 온도를 측정한다. 각도 센서(8) 내의, 특히 센서 요소(4, 5, 6) 내의 온도의 변화는 센서 요소(4, 5, 6)에 의해 생성되는 신호의 큰 변화를 초래할 수 있다.
평면에 걸쳐 연장되는 적어도 2개의 센서 요소(4, 5)를 구비하는, 그리고 이 평면으로부터 이격되고 장을 변화시키는 목적을 갖는 회전가능 요소(3)를 구비하는 각도 센서(8)의 신호를 분석하기 위한 방법이 다음의 도면에서 더욱 상세히 설명될 것이다.
도 5에서, 센서 요소(4, 5)는 적어도 이 평면 내의 장 HX, HY의, 서로 독립적인 제1 및 제2 벡터(15, 16)를 감지한다. 또한, 제1 및 제2 벡터(15, 16)로부터 선형 독립적인, 그리고 z 방향으로의 장 HZ의 절대값을 나타내는 제3 벡터(17)가 감지되며, 여기에서 이 절대값은 평면과 회전가능 요소(3) 사이의 거리 d에 의존하며, 여기에서 센서 요소(4, 5)의 신호의 진폭은 이 절대값으로 제어된다. 여기에서 제1 센서 요소(4) 및 제2 센서 요소(5)는 센서 칩(9)의 평면 내에 배치된다. 제1 센서 요소(4) 및 제2 센서 요소(5)에 의해 감지되는 자기장 벡터(15, 16)는 제어가능 증폭기(11)로의 전기 신호와 같다. 이들 제어가능 증폭기(11)는 일반적으로 연산 증폭기로서 구현된다. 제1 센서 요소(4) 및 제2 센서 요소(5)에 의해 감지되는 신호가 회전가능 요소(3)와 센서 칩(9)의 평면 사이의 거리 d에 크게 의존하기 때문에, 거리 d는 여기에서 자기장 HZ의 z 성분을 측정하는 제3 센서 요소(6)에 의해 감지된다. 제3 센서 요소(6)에 의해 감지되는 신호는 제1 증폭기(10) 및 고주파 신호를 필터링하여 제거하는 저역-통과 필터(12)를 통해 아날로그 인버터(14)로 전송되어, 그 결과 여기에서 제어가능 증폭기(11)를 위한 제어 변수가 입수가능하며, 이것에 의해 회전가능 요소(3)와 센서 칩의 평면 사이의 거리 d, d1, d2의 신호 강도가 제1 센서 요소(4) 및 제2 센서 요소(5)에 대응하는 방식으로 추적된다. 제1 센서 요소(4) 및 제2 센서 요소(5)로부터의 이들 보정된 신호는 이어서 아날로그/디지털 변환기(18)에 이용가능해지며, 따라서 이 아날로그/디지털 변환기는 이 경우 오버드라이브되지 않고서 항상 그 분해능 및 대역폭의 전체 범위에서 작동할 수 있다. 또한, 이 방법에서, 각도 센서(8) 내에 형성되는, 온도 센서 요소(7)의 온도 T가 감지된다. 이 온도 측정값은 또한 증폭기(10)에 의해 제1 센서 요소(4) 및 제2 센서 요소(5)로부터의 신호의 보정에 포함될 수 있다. 본 발명에 따른 방법으로 인해, 각도 센서(8) 내에서 거리 변동 및 온도 변동의 완전한 보정이 가능하여, 그 결과 완전 원-적용범위의 각도 센서 요소가 자동차 응용의 범위 내에서 비용-효과적으로 사용될 수 있다. 또한, 도 5는 고역-통과 필터(13)를 도시한다. 이용가능한 신호가 예시된다. 제3 센서 요소(6)로부터의 신호에 기초하여, 증폭(10) 및 고역-통과 필터링(13) 후, 회전가능 요소(3)와 센서 칩(9) 사이의 거리의 급격한 변화를 검출하는 것이 가능하다. 거리의 이러한 급격한 변화는 예를 들어 브러시리스 전기 모터(1) 내의 회전자(2)의 결함 베어링의 표시를 제공할 것이다. 제3 센서 요소(6)로부터의 신호의 저역-통과 필터링(12)은 회전가능 요소(3)와 센서 칩(9)의 평면 사이의 거리 d의 완만한 변화의 신호를 생성한다. 거리의 이러한 완만한 변화는 예를 들어 전체 시스템의 온도 팽창에 의해 유발될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 개선을 도시한다. 여기에서, 거리 d, d1, d2에 의존하는 다른 변수(17)가 서로 선형 독립적인, 그리고 센서 요소(4, 5)에 의해 감지되는 제1 및 제2 벡터(15, 16)로부터 유래된다. 이를 위해서, 예를 들어 제1 및 제2 선형 독립 벡터(15, 16)의 결과적인 절대값은 계산 회로(19)에서 피타고라스의 정리에 의해 형성된다. 사인 신호 및 코사인 신호로서 시간순으로 나타내어지는 개별 선형 독립 벡터(15, 16)의 절대값은 제1 센서 요소(4) 및 제2 센서 요소(5)의 평면과 회전가능 요소(3) 사이에 상대적으로 작은 거리 d1이 있을 때 더욱 크고, 거리가 증가함에 따라 작아진다. 결과적으로, 계산 회로(19)는 제1 센서 요소(4) 및 제2 센서 요소(5)의 평면과 회전가능 요소(3) 사이의 거리 d에 관한 주로 각도-독립적인 정보를 제공할 수 있다.
도 7은 본 발명의 후속 개선을 도시한다. 여기에서 제1 센서 요소(4) 및 제2 센서 요소(5)의 평면과 회전가능 요소(3) 사이의 거리 d에 의존하는 다른 변수(17)는 유도 센서 요소(4, 5)를 작동시키기 위한 공급 전류(20)로부터 유래된다. 유도 측정 방법의 경우, 교번 전자기장이 생성되어, 그 결과 와전류(eddy current)가 회전가능 요소(3) 내에 유도된다. 와전류의 절대값은 거리 d가 작아짐에 따라 증가하고, 거리 d가 커짐에 따라 감소한다. 선형 독립 벡터(15, 16)의 절대값도 또한 사인 신호 및 코사인 신호로서의 그 시간순 표현에서 거리 d1이 작아짐에 따라 커지고, 거리 d2가 커짐에 따라 감소한다. 따라서, 계산 회로(19)도 또한 제1 센서 요소(4) 및 제2 센서 요소(5)의 평면과 회전가능 요소(3) 사이의 거리 d에 관한 주로 각도-독립적인 정보를 제공할 수 있다.
가능한 전체 시스템의 묘사가 도 8에 도시된다. 여기에서, 회전자(2)를 갖춘 브러시리스 전기 모터(1)가 예시되며, 여기에서 자기장을 변화시키기 위한 회전가능 요소(3)는 회전자(2) 상에 배치된다. 회전 각도 α에 따라, 회전가능 요소(3)는 센서 칩(9) 내에 특성 자기장을 유도할 것이다. 이 특성 자기장은 제1 센서 요소(4), 제2 센서 요소(5) 및 제3 센서 요소(6)에 의해 포획된다. 회전가능 요소(3)와 센서 칩(9) 사이의 거리는 변할 수 있으며, 이는 여기에서 도면 부호 d2, d1 및 d0로 표현된다. 제1 센서 요소(4) 및 제2 센서 요소(5)가 배치되는 평면과 회전가능 요소(3) 사이의 거리 d의 이러한 변화는 제3 센서 요소(6)에 의해서 자기장 성분 HZ에 의해 감지된다. 결과적으로, 제3 센서 요소(6)는 보정값 HZ를 제공하고, 이 보정값은 제1 증폭기(10) 및 저역-통과 필터(12)와 인버터(14)를 통해 제어가능 증폭기(11)로 전송된다.
자기장 값 HY 및 HZ는 제1 센서 요소(4) 및 제2 센서 요소(5)에 의해 감지되어, 그 결과 제1 센서 요소(4)는 제1 선형 독립 벡터(15)를 획득하고, 제2 센서 요소(5)는 제2 선형 독립 벡터(16)를 감지한다. 각도 α는 이들 두 선형 독립 벡터의 조합에 기초하여 CORDIC 알고리즘에 의해 명확하게 추론될 수 있다. 회전가능 요소(3)와 센서 칩(9) 사이의 거리 의존성은 제어가능 증폭기(11)에서 보정되어, 그 결과 여기에 예시된 각도 센서(8)로 360° 완전 원의, 측정 기술 면에서 높은 명확한 분해가 가능하다.
1: 브러시리스 전기 모터 2: 회전자
3: 회전가능 요소 4, 5, 6: 센서 요소
7: 온도 센서 요소 8: 각도 센서
9: 센서 칩 10: 증폭기
11: 제어가능 증폭기 12: 저역-통과 필터
13: 고역-통과 필터 14: 아날로그 인버터
18: 아날로그/디지털 변환기 19: 계산 회로
20: 공급 전류

Claims (20)

  1. 평면에 걸쳐 연장되는 적어도 2개의 센서 요소(4, 5)를 구비하는, 그리고 이 평면으로부터 이격되고 장을 변화시키는 목적을 갖는 회전가능 요소(3)를 구비하는 각도 센서(8)로부터의 신호를 분석하기 위한 방법으로서,
    센서 요소(4, 5)는 적어도 이 평면 내의 장의, 서로 선형 독립적인 제1 및 제2 벡터(15, 16)를 감지하고, 또한 평면과 회전가능 요소(3) 사이의 거리에 의존하는 다른 변수(17)가 감지되며, 제1 및 제2 센서 요소(4, 5)의 신호의 진폭은 상기 다른 변수(17)의 절대값으로 제어되는 것을 특징으로 하는 각도 센서 신호 분석 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    다른 변수(17)의 절대값은 평면과 회전가능 요소(3) 사이의 부정확한 거리(d)를 진단하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 각도 센서 신호 분석 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    평면과 회전가능 요소(3) 사이의 거리(d)의 급속한 변화에 관한 정보가 다른 변수(17)의 절대값으로부터 저역-통과 필터(12)에 의해 제거되는 것을 특징으로 하는 각도 센서 신호 분석 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    회전가능 요소(3)는 자석, 코일, 요크 또는 시트 금속 단편인 것을 특징으로 하는 각도 센서 신호 분석 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    센서 요소(4, 5, 6)는 자기장-감지 설계를 갖는 것을 특징으로 하는 각도 센서 신호 분석 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    센서 요소(4, 5, 6)는 거대 자기저항 센서 요소(GMR), 터널 자기저항 센서 요소(TMR) 또는 홀 센서 요소로서 구현되는 것을 특징으로 하는 각도 센서 신호 분석 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    센서 요소(4, 5, 6)는 전자기장을 포획하는 것을 특징으로 하는 각도 센서 신호 분석 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    센서 요소(4, 5, 6)는 유도 센서 요소로서 구현되는 것을 특징으로 하는 각도 센서 신호 분석 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    유도 센서 요소(4, 5, 6)는 코일로서 구현되는 것을 특징으로 하는 각도 센서 신호 분석 방법.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    각도 센서(8)는 완전 원을 명확하게 감지하는 것을 특징으로 하는 각도 센서 신호 분석 방법.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    서로 선형 독립적인 제1 및 제2 벡터(15, 16)의 신호로부터 사인 신호 및 코사인 신호가 생성되는 것을 특징으로 하는 각도 센서 신호 분석 방법.
  12. 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    벡터의 아날로그 신호는 아날로그/디지털 변환기(18)에 의해 디지털화되는 것을 특징으로 하는 각도 센서 신호 분석 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    다른 변수(17)는 제1 및 제2 벡터(15, 16)로부터 선형 독립적인 제3 벡터로부터 유래되는 것을 특징으로 하는 각도 센서 신호 분석 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    다른 변수(17)는 서로 선형 독립적인 제1 및 제2 벡터(15, 16)의 절대값으로부터 유래되는 것을 특징으로 하는 각도 센서 신호 분석 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    다른 변수(17)는 제1 벡터의 제1 및 제2 벡터(15, 16)로부터 선형 독립적인 제3 벡터로부터 유래되는 것을 특징으로 하는 각도 센서 신호 분석 방법.
  16. 제1항에 있어서,
    다른 변수(17)는 제1 및 제2 센서 요소(4, 5)를 작동시키기 위한 공급 전류(20)의 절대값으로부터 유래되는 것을 특징으로 하는 각도 센서 신호 분석 방법.
  17. 선행하는 항들 중 어느 한 항에 따른 각도 센서 신호 분석 방법에 의해 작동되는 브러시리스 전기 모터(1).
  18. 제17항에 있어서,
    회전가능 요소(3)는 중심에서 브러시리스 전기 모터(1)의 회전자 축(2) 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 브러시리스 전기 모터(1).
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서,
    고역-통과 필터(13)에 의해 필터링되는 제3 벡터(6)의 절대값은 브러시리스 전기 모터(1)의 결함 회전자 베어링을 진단하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 브러시리스 전기 모터(1).
  20. 제17항 또는 제18항에 있어서,
    저역-통과 필터(12)에 의해 필터링되는 제3 벡터(17)의 절대값은 평면과 회전가능 요소(3) 사이의 부정확한 거리(d) 및/또는 결함 회전가능 요소(3)를 진단하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 브러시리스 전기 모터(1).
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