KR20150094778A - 각도 센서 - Google Patents

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KR20150094778A
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angle sensor
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KR1020157019576A
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게르하르트 슈틱셀
맨프레드 골
우도 힐겐베르크
Original Assignee
콘티넨탈 테베스 아게 운트 코. 오하게
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Abstract

본 발명은 물리적인 장(32)의 상대적인 각도 위치에 기초하여 회전 각도(18)를 검출하는 각도 센서(16)에 관한 것이다. 상기 센서는 제1 센서 요소(26)와 제2 센서 요소(36)를 포함하고, 이들 센서 요소 사이에는 상기 물리적인 장(32)이 송신될 수 있다. 상기 제1 센서 요소(26)는 상기 제2 센서 요소(36)가 회전가능하게 장착된 블라인드 홀(34)을 포함한다.

Description

각도 센서{ANGLE SENSOR}
본 발명은 각도 센서 및 이 각도 센서를 제조하는 방법에 관한 것이다.
WO 2006/029 946 A1은, 송신기 자석과, 이 송신기 자석의 각도 위치를 평가하는 평가 전자부품을 갖는 측정 회로를 구비하는 각도 센서를 개시한다. 이 송신기 자석은 측정 회로에 직접 기계적인 연결을 갖지 않아, 송신기 자석이 평가 전자부품의 관점에서 측정 회로 위에 떠 있다.
본 발명의 목적은 알려진 각도 센서를 개선시키는 것이다.
본 목적은 독립 청구항의 특징에 의해 달성된다. 종속 청구항은 바람직한 개선에 관한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따라, 물리적인 장(physical field)의 상대적인 각도 위치에 기초하여 회전 각도를 검출하는 각도 센서는 제1 센서 요소와 제2 센서 요소를 포함하고, 이들 센서 요소 사이에 물리적인 장이 송신될 수 있고, 제1 센서 요소는, 제2 센서 요소가 회전가능하게 장착된 블라인드 홀(blind hole)을 포함한다.
언급된 각도 센서는 차량의 휠과 그 섀시 사이에 상대적인 위치를 검출하기 위하여 차량에 사용될 수 있다는 고려에 기초한다. 이것은 섀시의 스포티함과 편의적인 튜닝 목적 사이의 종래의 충돌을 더 해결하는데 사용될 수 있는 능동 섀시 제어 시스템을 구현할 수 있다.
그러나, 여기서 이러한 센서는 결함에 매우 취약하여 비교적 짧은 수명을 가지고 있는 것으로 알려져 있다. 언급된 각도 센서의 상황에서, 이 경우에 짧은 수명의 주요 원인은, 각도 센서에 침투하여 각도 센서의 평가 회로를 손상시켜 이를 고장나게 하는 수분인 것으로 인식된다. 이 진입하는 수분은 각도 센서가 차량의 하부측에 장착되어 있는 것으로 인해 도로로부터 튀어오르는 수분과 먼지에 직접 노출되는 것에 의해 야기된다.
그리하여, 언급된 각도 센서는 상기 센서 및, 특히, 그 평가 회로에 수분이 침투하는 것을 방지하는 개념에 기초한다. 이것은 센서가 2개의 센서 요소로 분리되고, 이들 센서 요소 사이에 회전 각도 정보를 송신하는 물리적인 장이 상호 교환된다는 것에 의해 달성된다. 이 경우에, 2개의 센서 요소 중 하나는 블라인드 홀을 가지게 설계되고, 이 블라인드 홀에는 다른 센서 요소가 축방향으로 삽입되어 내부에 회전가능하게 수용된다. 여기서 전술한 수분이 블라인드 홀을 침투할 수 있지만, 블라인드 홀 그 자체는 블라인드 홀이 형성된 대응하는 센서 요소의 내부를 수분과 차단시켜, 수분이 내부에 침투하지 못하게 한다. 이 센서 요소, 예를 들어 평가 회로 또는 송신기 요소에 수용된 회전 각도 센서의 성분은 그리하여 수분이 침투하는 것이 완전히 방지되어, 이 때문에 각도 센서의 고장이 방지될 수 있다.
일 개선에서, 언급된 각도 센서는 정지된 방식으로 제2 센서 요소에 고정되고 물리적인 장을 방출하도록 의도된 송신기 요소를 포함한다. 이 물리적인 장은 바람직하게는 플라스틱 또는 금속과 같은 공통 하우징 물질을 통과하여 제1 센서 요소에 수신될 수 있는 자기장이다. 이 경우에, 제2 센서 요소 그 자체는 송신기 요소를 수용하는 회전 대칭 하우징을 포함할 수 있고, 이 회전 대칭 하우징은 전술한 블라인드 홀에서 회전할 수 있다.
일 추가적인 개선에서, 언급된 각도 센서는 정지된 방식으로 제1 센서 요소에 고정되고 물리적인 장을 수신하여 물리적인 장에 기초하여 회전 각도에 따라 출력 신호를 결정하도록 의도된 평가 회로를 포함한다. 이 평가 회로는 전술한 침투하는 수분에 대하여 전술한 기밀재(hermetic seal)로 인해 제1 센서 요소에 수용된 결과 기후 효과(weathering effect)로부터 보호될 수 있다. 그러나, 이 평가 회로는 원리적으로 제2 센서 요소에도 배열될 수 있고, 이 경우 전술한 송신기 요소는 제1 센서 요소에도 배열되어야 한다.
언급된 각도 센서의 다른 개선에서, 제2 센서 요소는 제1 센서 요소에서 블라인드 홀에 축방향으로 장착된다. 이것에 의해 제2 센서 요소가 제1 센서 요소에 대해 축방향으로 이동하는 것이 방지되고, 평가 회로와 송신기 요소 사이의 축방향 거리가 증가되지 않아, 평가 회로에 도달하는 자기장과 같은 물리적인 장의 감쇠(attenuation)를 야기하지 않고, 그리하여 측정 조건의 저하를 초래하지 않는다. 최악의 시나리오에서, 심지어 제2 센서 요소가 제1 센서 요소로부터 떨어질 수 있다.
언급된 각도 센서의 일 특정 개선에서, 제1 센서 요소는 제2 센서 요소와는 상이한 물질로 구성된다. 이런 방식으로, 식각(abrasion) 저항과 동작 잡음(running noise)과 같은 2개의 센서 요소 사이에 상이한 동작 특성이, 예를 들어, 전술한 차량에서 사용 조건에 적응될 수 있다.
언급된 각도 센서의 일 바람직한 개선에서, 센서 요소들 중 적어도 하나의 물질은 첨가제(additive)로 충전된다. 이 첨가제의 상황에서, 2개의 센서 요소 사이의 인터페이스에서 마모 저항, 동작 잡음 등과 같은 특성이 동작 조건에 적응될 수 있다.
이 경우에, 첨가제는 2개의 센서 요소 사이의 인터페이스에서 마찰 계수를 감소시키도록 설정(set up)될 수 있다. 테플론(Teflon)이라는 상표명으로 알려진 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene)이 예를 들어 이 첨가제로 사용될 수 있다.
언급된 각도 센서의 일 특히 바람직한 개선에서, 이 물질은 2개의 센서 요소 사이의 인터페이스가 저마찰을 가지는 방식으로 선택된다. 2개의 센서 요소들이 저마찰로 서로 내측으로 이동하기 때문에, 식각과 같은 마모의 흔적(sign)이 최소화될 수 있다. 나아가, 다른 기준, 예를 들어, 자가 윤활(self-lubrication)이 물질을 선택할 때 부수적으로 고려될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 언급된 각도 센서들 중 하나를 제조하는 방법은 제2 센서 요소를 제공하는 단계, 및 상기 제2 센서 요소를 물질로 사출 성형하여 제1 센서 요소를 위한 하우징을 형성하는 단계를 포함한다. 이것에 의해 언급된 각도 센서를 특히 바람직한 방식으로 제조할 수 있다.
언급된 방법의 일 개선에서, 상기 제2 센서 요소를 사출 성형하기 전에 이형제(release agent)가 상기 제2 센서 요소에 도포된다. 이 이형제는, 예를 들어, 액체 몰드 이형제 또는 바니시(varnish)와 같은 고체 이형제일 수 있다. 이형제는 사출 성형 후 2개의 센서 요소가 서로 분리될 수 있게 할 뿐만 아니라 동작 동안 2개의 센서 요소 사이에 마찰을 감소시키기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 전술한 특성, 특징 및 장점과, 이들이 달성되는 방식은 도면과 함께 아래에서 보다 상세히 설명되는 예시적인 실시예의 이하 상세한 설명으로부터 보다 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 섀시 제어 시스템을 가지는 차량의 개략도;
도 2는 도 1에 있는 차량에서 휠과 섀시 사이에 가속도를 검출하는 각도 센서를 도시하는 도면;
도 3은 도 1에 있는 차량에서 휠과 섀시 사이의 가속도를 검출하는 대안적인 각도 센서를 도시하는 도면.
도면에서, 동일한 기술적인 요소에는 동일한 참조 부호를 부여하고 단 한번만 설명된다.
섀시 제어 시스템(4)을 구비하는 차량(2)의 개략도를 도시하는 도 1을 참조한다.
이 섀시 제어 시스템(4)의 범위에는, 차량(2)의 휠(8)이 수직 축(10)으로 정지된 방식으로 롤링(rolling)하는 도로(미도시)에 대하여 섀시(6)의 승강(lifting), 피치(pitch) 및 롤링 움직임이 주행 방향(12)으로 주행할 때 차량(2)의 주행 특성을 개선시키도록 최소화되도록 의도된다.
이를 위해, 예를 들어 DE 10 2005 060 173 A1에 알려진 방식으로, 섀시 제어 시스템은 본 실시예에서 각 휠(8)에 배열된 각도 센서(16)로부터, 섀시(6)에 대하여 대응하는 휠(8)의 상대적인 위치를 나타내는 회전 각도(18)를 수신하는 제어 장치(14)를 구비한다. 이 회전 각도(18)들 사이의 차이에 기초하여, 제어 장치(14)는 섀시(6)가 수직 축(10)으로 이동하는지, 다시 말해 승강 움직임을 수행하는지, 또는 섀시(6)가 롤링 또는 피치 운동을 하여 섀시를 제어하는지 여부를 결정한다. 이 경우에, 제어 장치(14)는 이 승강, 롤링 및/또는 피치 움직임을 상쇄(counteract)시키는 반대 움직임을 계산하고, 적절한 제어 신호(20)를 사용하여 휠(8)에 배열된 능동 스프링 스트럿(strut)(22)을 제어하여 섀시(6)를 사용하여 이 반대 움직임을 보상한다. DE 101 22 542 B4에 알려진 스프링 스트럿은, 예를 들어, 능동 스프링 스트럿(22)으로 사용될 수 있다.
예를 들어 코너링 동안, 도로의 위치에 의해 야기되는 승강, 롤링 및/또는 피치 움직임을 고려하기 위하여, 적절한 원하는 값(24)이 제어 장치에 공급될 수 있다.
도 1에 있는 각도 센서(16)의 일례를 도시하는 도 2를 참조한다.
본 실시예에서, 각도 센서(16)는 수직 축(10)으로 정지된 방식으로 섀시(6)에 연결될 수 있는 회로 하우징(26) 형태의 제1 센서 요소를 구비한다. 이를 위해, 고정 홀(27)이 회로 하우징(26)에 형성되고, 이 고정 홀을 통해 예를 들어 나사와 같은 고정 수단(미도시)이 통과할 수 있다. 회로 하우징(26)은 자석(30) 형태의 송신기 요소(더 설명됨)로부터 자기장(32) 형태의 물리적인 장을 수신하는 평가 회로(28)를 수용한다. 일 축방향 단부에 자석(30)을 수용하는 송신기 하우징(38) 형태의 제2 센서 요소(36)가 회로 하우징(26) 내 블라인드 홀(34)에 회전가능하게 수용된다. 레버(40)는 자석(30)의 반대쪽 송신기 하우징(38)의 축방향 단부로부터 직각으로 돌출하고, 상기 레버의 방사방향 단부에 고정 홀(42)이 형성되고 이 고정 홀에서 각도 센서(16)가 수직 축(10)으로 정지된 방식으로 휠(8)들 중 하나의 휠에 연결될 수 있다.
대응하는 휠(8)이 수직 축(10)으로 섀시(6)에 대해 이동하는 경우, 휠(8)은 또한 레버(40)를 이동시켜, 송신될 회전 각도(18)로 회로 하우징(26)에 대해 송신기 하우징(38)을 회전시킨다. 그리하여 자기장(32)이 또한 회전 각도(18)로 평가 회로(28)에 대해 이동하고, 이 회전 각도는 예를 들어 평가 회로(28)에서 그 자체로 알려진 홀(Hall) 요소(44)를 사용하여 측량(metrology)에 의하여 상기 회로에 의해 검출될 수 있고, 출력 인터페이스(46)에서 회전 각도(18)를 포함하는 출력 신호(미도시)로 도 1에 도시된 방식으로 제어 장치(14)로 송신될 수 있다.
본 실시예에서, 평가 회로(28)에서 홀 요소(44)는 보호 화합물(protective compound)(48)로 된 다른 요소(미도시), 예를 들어, 신호 평가 칩과 함께 수용된다. 평가 회로(48) 그 자체뿐만 아니라 상기 출력 신호를 출력 인터페이스(46)에 송신하는 다른 컴포넌트, 예를 들어 신호 케이블(미도시)이 본 실시예에서 송신기 하우징(38) 주위에 몰딩된 회로 하우징(26)에 수용된다. 이런 점에서, 송신기 하우징(38), 평가 회로(28) 및 회로 하우징(26)에 수용될 모든 가능한 다른 요소들, 예를 들어, 고정 홀(27)을 형성하는 소켓이 몰드(미도시)에 수용되고, 회로 하우징(26)을 형성하는 화합물, 예를 들어, 플라스틱으로 사출 성형된다. 이런 방식으로, 회로 하우징(26)은 블라인드 홀(34)을 가지게 자동적으로 형성된다. 이 경우에, 회로 하우징(26)을 형성하는 화합물(26)은 고온 상태에서 송신기 하우징(38) 주위로 사출 성형되고, 이 경우에 갭(미도시)이 회로 하우징(26)의 냉각 및/또는 경화 동안 수축으로 인해 회로 하우징(26)과 송신기 하우징(38) 사이 블라인드 홀(34)에 형성된다. 이 갭은 송신기 하우징(38)과 회로 하우징(26) 사이에 유격을 초래하고, 이 때문에 송신기 하우징(38)이 회로 하우징(26)에서 회전할 수 있다. 그래서 회로 하우징(26)을 제조할 때 몰드에 평가 회로(28)가 홀딩될 수 있기 위하여, 몰드 홀더(mold holder)(50)가 그 위에 형성된다.
회로 하우징(26)에서 송신기 하우징(38)을 축방향으로 더 홀딩하기 위하여, 회로 하우징(26)에 송신기 하우징(38)을 축방향으로 고정하는 방사방향 비드(bead)(50)가 레버(40)의 반대쪽 송신기 하우징(38)의 축방향 단부에 형성된다. 이것은 자석(30)과 평가 회로(28) 사이에 일정한 공기 갭을 형성하고, 이 공기 갭에 의해 회전 각도(18)가 자기장(32)에 기초하여 영구적으로 정확히 구해질 수 있다.
예를 들어, 플라스틱이 회로 하우징(26)을 위한 물질로 사용될 수 있는 반면, 금속 또는 플라스틱이 송신기 하우징(38)을 위한 물질로 사용될 수 있다.
송신기 하우징과 회로 하우징(26) 사이에 전술한 갭은 본 실시예에서 밀봉 링(52)을 사용하여 밀봉될 수 있다.
도 3은 도 2에 있는 각도 센서(16)에 실질적으로 기초한 대안적인 각도 센서(16)를 도시한다. 그리하여, 도 2의 각도 센서(16)와 도 3의 각도 센서(16) 사이의 차이만이 아래에 설명된다.
도 2의 각도 센서(16)와 대조적으로, 회로 하우징(26)의 내부(54)가 도 3의 각도 센서(16)의 회로 하우징(26)을 제조할 때 예를 들어 사출 성형에 의하여 제일 먼저 형성된다. 이 경우에, 본 실시예에서 전술한 몰드에 내부 나사산(미도시)을 구비할 수 있는 소켓(27)과 송신기 하우징(38)과 함께 내부(54)를 형성하는 몰드가 배열되고 나서, 전술한 방식으로 회로 하우징(26)을 형성하는 물질로 사출 성형된다. 평가 회로(28)가 자석(30)에 대해 특정 공기 갭을 두고 배열되도록 평가 회로(28)를 지지하는 지지 베이스(56)가 내부(54)에 삽입되고, 회로 하우징(26)에 고정된다. 내부(54)는 최종적으로 커버(58)로 폐쇄된다.
본 실시예에서, 레버(40)는 하나의 부재로 송신기 하우징(38)에 고정되지 않고, 억지 끼워 맞춤을 사용하여 클램핑 슬리브(60)를 통해 하우징에 고정된다. 이 경우에, 미리 결정된 구역에 있는 회로 하우징(26)을 넘어 방사방향으로 돌출하는 밀봉 슬리브(62)가 레버(40)에 형성된다. 이것에 의해 도 3의 선택적인 밀봉 요소(52)를 제거할 수 있다.

Claims (10)

  1. 물리적인 장(physical field)(32)의 상대적인 각도 위치에 기초하여 회전 각도(18)를 검출하는 각도 센서(16)로서, 제1 센서 요소(26)와 제2 센서 요소(36)를 포함하고, 상기 제1 센서 요소와 상기 제2 센서 요소 사이에는 상기 물리적인 장(32)이 송신될 수 있고, 상기 제1 센서 요소(26)는, 상기 제2 센서 요소(36)가 회전가능하게 장착된 블라인드 홀(34)을 포함하는 것인, 각도 센서(16).
  2. 제1항에 있어서, 정지된 방식으로 상기 제2 센서 요소(36)에 고정되고 상기 물리적인 장(32)을 방출하도록 의도된 송신기 요소(30)를 포함하는 각도 센서(16).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 정지된 방식으로 상기 제1 센서 요소(26)에 고정되고 상기 물리적인 장(32)을 수신하여 상기 물리적인 장(32)에 기초하여 상기 회전 각도(18)에 따라 출력 신호를 결정하도록 의도된 평가 회로(28)를 포함하는 각도 센서(16).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 센서 요소(36)는 상기 제1 센서 요소(26)에 있는 상기 블라인드 홀(34)에 축방향으로 장착된(50), 각도 센서(16).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 센서 요소(26)는 상기 제2 센서 요소(36)와는 상이한 물질로 구성된, 각도 센서(16).
  6. 제5항에 있어서, 상기 센서 요소(26, 36)들 중 적어도 하나의 센서 요소의 물질은 첨가제로 충전된, 각도 센서(16).
  7. 제6항에 있어서, 상기 첨가제는 상기 2개의 센서 요소(26, 36) 사이의 인터페이스에서 마찰 계수를 감소시키도록 설정된, 각도 센서(16).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 물질은 상기 2개의 센서 요소(26, 36) 사이의 인터페이스가 저마찰을 가지는 방식으로 선택된, 각도 센서(16).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 각도 센서(16)를 제조하는 방법으로서,
    - 상기 제2 센서 요소(36)를 제공하는 단계, 및
    - 상기 제2 센서 요소(36)를 물질로 사출 성형하여 상기 제1 센서 요소(26)를 위한 하우징(26)을 형성하는 단계를 포함하는, 각도 센서의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제2 센서 요소(36)를 사출 성형하기 전에 상기 제2 센서 요소(36)에 이형제를 도포하는 단계를 포함하는, 각도 센서의 제조 방법.
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