KR20190021274A - 회전 각 센서, 회전 각 센서용 고정자 요소 및 회전자 요소 - Google Patents

회전 각 센서, 회전 각 센서용 고정자 요소 및 회전자 요소 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고정자 요소(12), 및 상기 고정자 요소(12)에 대해 회전 축(A)을 중심으로 회전하도록 장착된 회전자 요소(14)를 포함하고, 회전 각은 상기 회전자 요소(14)와 상기 고정자 요소(12) 사이의 유도 결합에 의해 검출 가능한, 회전 각 센서(10)에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 적어도 하나의 보상 요소가 고정자 요소(12) 상에 배치되고, 상기 적어도 하나의 보상 요소는 전자기 보상 교번 자계의 송출을 위한 적어도 하나의 보상 송신 코일(22, 28) 및 전자기 교번 자계의 수신을 위한 적어도 하나의 보상 수신 코일(30)을 포함한다. 회전자 요소(14)는 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분(32)을 포함한다. 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분(32)은 회전자 요소(14) 상에 배치되며 적어도 하나의 보상 송신 코일(22, 28) 및 적어도 하나의 보상 수신 코일(30)에 유도 결합되어, 적어도 하나의 보상 송신 코일(22, 28)을 통해 전자기 보상 교번 자계를 송출할 때, 적어도 하나의 보상 수신 코일(30)에서 유도된 보상 교류 전압은 주로 회전 축(A)에 대한 회전자 요소(14) 및 고정자 요소(12)의 상대적인 반경 방향 배치에 의존한다.

Description

회전 각 센서, 회전 각 센서용 고정자 요소 및 회전자 요소
본 발명은 회전 각 센서, 상기 회전 각 센서용 고정자 요소 및 회전자 요소에 관한 것이다.
송신 코일을 통해 전자기 교번 자계를 송출하면 수신 코일 내에 교류 전압이 유도되도록, 회전자 상의 타깃에 유도 결합된, 송신 및 수신 코일들을 회전 각 센서의 고정자에 배치함으로써, 유도된 교류 전압에 따라 회전 각이 검출될 수 있다. 이는 예를 들어 EP 0 909 955 B1에 기술되어 있다.
본 발명은 고정자 요소와 회전자 요소의 상대 위치와 관련하여 베어링 클리어런스 또는 제조 공차로 인해 실제 센서에서 에러들이 발생할 수 있다는 인식에 기초한다. 상기 에러들은 예를 들어 측정된 회전 각의 정확도에 대한 사양이 더 이상 충족될 수 없을 정도의 크기이다.
따라서, 회전자 요소 또는 회전자에 대한 고정자 요소 또는 고정자의 위치가 이상적인 위치, 예를 들어, 센터링된 위치와 반경 방향 편차를 갖는 경우에도, 각 검출을 위한 측정 신호에서 발생하는 변화를 보상하는 회전 각 센서를 제공할 필요가 있다.
따라서, 본 발명의 과제는 개선된 회전 각 센서를 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구항 제 1 항에 따른 회전 각 센서와 독립항들에 따른 고정자 요소 및 회전자 요소에 의해 해결된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시 예들은 종속 청구항들에 제시된다.
회전 각 센서는 고정자 요소, 및 상기 고정자 요소에 대해 회전 축을 중심으로 회전하도록 장착된 회전자 요소를 포함하고, 회전 각은 회전자 요소와 고정자 요소 사이의 유도 결합에 의해 검출 가능하며, 적어도 하나의 보상 요소가 상기 고정자 요소 상에 배치되고, 상기 적어도 하나의 보상 요소는 전자기 보상 교번 자계의 송출을 위한 적어도 하나의 보상 송신 코일 및 전자기 교번 자계의 수신을 위한 적어도 하나의 보상 수신 코일을 포함하며, 상기 회전자 요소는 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분을 포함하고, 상기 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분은 회전자 요소 상에 배치되며 적어도 하나의 보상 송신 코일 및 적어도 하나의 보상 수신 코일에 유도 결합되어, 상기 적어도 하나의 보상 송신 코일을 통해 전자기 보상 교번 자계를 송출할 때, 상기 적어도 하나의 보상 수신 코일에서 유도된 보상 교류 전압은 주로 회전 축에 대한 회전자 요소 및 고정자 요소의 상대적인 반경 방향 배치에 의존한다.
보상 교류 전압은 회전 각에도 의존할 수 있는 것으로 이해된다. 그러나 보상 요소는 회전자 요소와 고정자 요소 사이의 규정된 배치에서 순수한 회전 운동이 보상 교류 전압을 거의 또는 전혀 변화시키지 않도록 설계되는 것이 바람직하다. 고정자 요소와 회전자 요소 사이의 반경 방향 변위, 예를 들면 베어링 클리어런스에 의한 회전 축에 대한 편심 배치는 보상 교류 전압을 측정 가능하게 변화시켜야 한다. 바람직하게는, 보상 교류 전압의 크기 또는 진폭이 규정된 반경 방향 배치와의 편차에 따라 및/또는 상기 편차에 비례하여 변화된다. 예를 들어, 반경 방향 편차가 증가하면 진폭이 증가할 수 있다. 보상 교류 전압이 직교 축 시스템에서 한 방향을 따른 변위에만 민감하게 제공될 수 있다. 회전축에 대해 그리고 서로 비 동일 선상에 배치된 2 개의 보상 요소를 제공함으로써, 모든 방향에서 회전 축에 대해 수직인 평면에서 변위에 대한 감도가 달성될 수 있다.
본 출원과 관련하여, "전기 전도" 부분은 "전기 전도성 부분"을 의미한다. 본 출원과 관련하여, 일반적으로 절연체라고 하거나 절연체로서 사용되는 물질은 "전기 전도성"이 아니다. 예를 들어, 금속 시트는 전기 전도성일 수 있다.
전자기 보상 교번 자계의 송출에 의해, 적어도 하나의 제 1 보상 수신 코일에서 보상 교류 전압이 유도된다. 이 경우, 소위 타깃이라고 할 수 있는 회전자 요소의 제 1 전기 전도성 부분이 유도 결합을 위해 사용된다. 유도 결합은 타깃과 보상 요소의 상대적인 반경 방향 배치에 의존한다. 타킷은 회전자 요소 상에 배치되고, 보상 요소는 고정자 요소 상에 배치된다. 따라서, 회전자 요소와 고정자 요소의 상대적인 반경 방향 배치는 보상 요소와 타깃 사이의 유도 결합에 따라 유도된 보상 교류 전압에 영향을 미친다. 유도된 보상 교류 전압의 모니터링에 의해, 회전자 요소와 고정자 요소의 상대적인 반경 방향 배치가 모니터링될 수 있다. 회전자 요소의 제 1 전기 전도성 부분에 의한 또는 타킷에 의한 적어도 하나의 보상 수신 코일의 상대적인 중첩에 따라, 보상 송신 코일에 의해 유도된 전압의 진폭이 변한다.
바람직하게는, 고정자 요소는 전자기 각 검출 교번 자계의 송출을 위한 적어도 하나의 각 검출 송신 코일, 및 전자기 교번 자계의 검출을 위한 적어도 하나의 각 검출 수신 코일을 포함하고, 상기 회전자 요소는 적어도 하나의 제 2 전기 전도성 부분을 포함한다. 예를 들어 적어도 하나의 제 2 전기 전도성 부분은 회전 축에 대해 링 세그먼트 형상으로 설계될 수 있다. 적어도 하나의 제 2 전기 전도성 부분은 적어도 하나의 각 검출 수신 코일에 유도 결합되어, 적어도 하나의 각 검출 송신 코일을 통해 전자기 각 검출 교번 자계를 송출할 때 적어도 하나의 각 검출 수신 코일에서 적어도 하나의 각 검출 교류 전압이 유도되고, 상기 적어도 하나의 제 2 전기 전도성 부분은 상기 회전자 요소 상에 배치되어, 상기 적어도 하나의 각 검출 수신 코일에서 유도된 제 1 교류 전압이 상기 고정자 요소와 회전자 요소 사이의 회전 각에 의존한다. 특히 바람직하게는, 유도된 각 검출 교류 전압은 주로 고정자 요소와 회전자 요소 사이의 회전 각에 의존한다. 이는 특히 컴팩트한 구성을 제공하는데, 그 이유는 각 검출과 관련된 제 2 부분 및 보상과 관련된 제 1 부분이 단일 타깃 내에, 예를 들어 회전자 요소 또는 회전자 내에 형성될 수 있기 때문이다.
바람직하게는, 적어도 하나의 보상 요소 또는 적어도 하나의 보상 수신 코일은 적어도 하나의 각 검출 수신 코일의 반경 방향 외부에 놓인다. 이로 인해, 각 검출 코일과 보상 코일의 상호 영향이 최소화되므로, 반경 방향 편차가 특히 확실하게 검출될 수 있다.
바람직하게는, 보상 교번 자계의 생성을 위한 적어도 하나의 보상 송신 코일 및 각 검출 교번 자계의 생성을 위한 적어도 하나의 각 검출 송신 코일이 고정자 요소에 배치된다. 이는 코일들의 접촉을 위한 단순한 케이블 라우팅 또는 도체 트랙 안내를 허용한다.
바람직하게는, 상기 적어도 하나의 각 검출 송신 코일은 상기 적어도 하나의 각 검출 수신 코일 주위에서 반경 방향 외부에 배치된다. 따라서 인쇄 회로 기판에서 특히 컴팩트한 디자인이 가능하다. 특히 바람직하게는, 고정자 요소가 단일 인쇄 회로 기판 상에 배치될 수 있다.
바람직하게는, 적어도 하나의 보상 수신 코일의 권선은 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분에 대해 회전 축에 대해 반경 방향으로 제 1 전기 전도성 부분과 적어도 부분적으로 중첩되어 배치된다. 이 경우, 예를 들어 제 1 전기 전도성 부분의 반경 방향 크기는 적어도 하나의 보상 수신 코일의 반경 방향 크기보다 작다. 이로 인해, 보상 교류 전압의 변화 또는 상기 유도된 보상 교류 전압의 현재 값이 특히 양호하게 검출될 수 있다. 보상 교류 전압은 적어도 하나의 보상 송신 코일의 전자기 보상 교번 자계에 의해, 적어도 하나의 전기 전도성 제 1 부분의 결합 하에, 적어도 하나의 제 1 보상 수신 코일에서 유도된다. 반경 방향을 따른 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분의 작은 위치 변화는 상기 기하학적 조건들에서 매우 정확하게 검출될 수 있다. 따라서, 회전 축에 대한 고정자 요소와 회전자 요소의 상대적인 반경 방향 배치의 작은 편차도 검출될 수 있다. 예를 들어, 이러한 방식으로, 회전 축에 대한 고정자 요소와 회전자 요소 사이의 규정된 기준 위치, 예를 들면 센터링된 위치와의 편차가 매우 정확하게 검출될 수 있다.
바람직하게는, 상기 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분은 회전자 요소 둘레에 원주 방향으로 연장하는 전기 전도성 원형 링이다. 이로 인해, 단일 보상 요소만으로 편차가 검출될 수 있다.
바람직하게는, 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분이 회전 축으로부터 반경 방향으로 연장된다. 이 경우, 적어도 하나의 제 2 전기 전도성 부분은 회전 축의 방향으로 연장되어, 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분에 반경 방향으로 인접한다. 이 경우, 적어도 하나의 제 2 전기 전도성 부분은 반경 방향으로 볼 때 회전축과 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분 사이에 배치된다. 반경 방향으로 볼 때, 적어도 하나의 제 2 전기 전도성 부분과 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분 사이에 갭 또는 슬롯이 제공된다. 상기 갭 또는 슬롯은 링 세그먼트 형상일 수 있으며, 바람직하게는 원주 방향으로 연장될 수 있다. 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분의 가장자리 및 적어도 하나의 제 2 전기 전도성 부분의 가장자리를 각각의 부분의 서로를 향한 측면에서 한정하는 기하학적 라인은 부분들 사이의 경계를 형성한다. 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분 및 적어도 하나의 제 2 전기 전도성 부분에 의해 형성되는 면이 상기 갭 또는 슬롯에 의해 바람직하게는 상기 경계에서 중단된다. 이는 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분과 적어도 하나의 보상 수신 코일의 중첩을 허용하는 한편, 적어도 하나의 제 2 전기 전도성 부분은 여전히 상기 보상 수신 코일로부터 이격되어 있다. 따라서, 제 2 전기 부분에 의한 기생 유도 결합에 대한 검출의 강성이 커진다.
바람직하게는, 반경 방향으로 갭 또는 슬롯의 크기는 보상 수신 코일의 반경 방향 크기와 적어도 하나의 제 1 전도성 부분의 반경 방향 크기의 차이의 적어도 50%이다. 이로 인해, 기능이 향상된다. 센터링된 경우, 즉 고정자 요소 및 회전자 요소가 회전 축에 대해 센터링된 경우, 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분은 예를 들어 각각의 보상 수신 코일의 권선들 사이의 중심에 위치한다. 반경 방향 내부로의 최대 편향의 경우, 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분은 바람직하게는 각 검출 수신 코일의 권선 외부에 완전히 위치한다. 적어도 하나의 제 1 전도성 부분이 보상 수신 코일의 내부에 여전히 있는, 반경 방향 외부로의 편향의 경우에, 적어도 하나의 제 2 전기 전도성 부분이 보상 수신 코일과 중첩되지 않거나 반경 방향 내부에서 최소로만 중첩되는 것이 보장된다. 반경 방향 외부로의 상기 변위를 위해, 적어도 하나의 제 2 전기 전도성 부분이 아직 보상 수신 코일과 중첩되지 않게 배치된다. 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분은 반경 방향으로 바람직하게는 적어도 하나의 보상 수신 코일의 반경 방향 크기보다 더 작은 치수를 갖는다. 갭 폭 또는 슬롯 폭은 바람직하게는, 반경 방향 오프셋의 경우 적어도 하나의 제 2 전기 전도성 부분이 적어도 하나의 보상 요소와 중첩하지 않는 크기로 설계된다. 즉, 상기 거리는 적어도 하나의 제 2 전기 전도성 부분과 적어도 하나의 보상 요소 사이의 (강한) 유도 결합이 형성되지 않도록 충분히 크다. 이러한 방식으로, 적어도 하나의 보상 요소가 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분에만 또는 주로 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분에만 결합하고, 보상 측정 결과가 각 검출을 위해 고려되는 적어도 하나의 제 2 전기 전도성 부분에 의해 왜곡되지 않는 것이 보장된다.
바람직하게는, 적어도 하나의 제 2 전기 전도성 부분 및 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분은 회전 축에 대해 반경 방향으로 서로 인접하는, 특히 링 세그먼트 형상의, 면을 형성하고, 특히 상기 제 1 전도성 부분은 갭 또는 슬롯을 포함한다. 이는 전기 전도성 물질로 간단한, 특히 일체형 생산을 가능하게 한다. 이 경우, 갭 또는 슬롯은 예를 들어 얇은 시트로부터 펀칭될 수 있다.
바람직하게는, 적어도 하나의 보상 수신 코일은 동일한 수의 제 1 부분 권선 및 제 2 부분 권선을 포함하며, 상기 부분 권선들은, 전자기 보상 교번 자계에 의해 상기 제 1 부분 권선에서 제 1 교류 전압 성분이, 그리고 제 2 부분 권선에서 반대 부호를 가진 제 2 교류 전압 성분이 유도되도록, 서로에 대해 그리고 회전 축에 대해 배치된다. 상기 제 1 교류 전압 성분과 상기 제 2 교류 전압 성분은 회전 축에 대한 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분의 소정 반경 방향 배치에서 보상된다. 전술한 반경 방향 중심 배치의 경우, 부분 권선들에서 유도된 교류 전압들이 중첩되어 바람직하게는 0 V(제로 볼트)의 전압을 형성한다. 따라서 하나의 또는 다른 방향으로의 편차는 유도된 전압의 진폭에서 검출될 수 있다. 이를 위해, 바람직하게는 부분 권선들이 서로 반대 방향으로 권취된다. 예를 들어, 회전 축에 대한 회전자 요소와 고정자 요소의 센터링된 배치의 경우 또는 기준 위치에 상응하는 포지셔닝의 경우, 적어도 하나의 보상 수신 코일에 대한 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분의 상기 중심 배치가 설정될 수 있다. 따라서, 유도된 보상 교류 전압은 2개의 부분 권선에서 보상된다.
바람직하게는, 적어도 하나의 보상 요소와 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분의 개수가 일치한다. 바람직하게는, 2 개의 보상 수신 코일이 고정자 요소에서 0°와, 170°내지 190°범위의, 바람직하게는 180°의 최대 각 사이의 소정 활꼴에 배치되고, 2 개의 제 1 전기 전도성 부분이 회전자 요소에서 0°와, 170°내지 190°범위의, 바람직하게는 180°의 최대 각 사이의 소정 활꼴에 제공된다. 추가로 또는 대안으로서, 적어도 2 개의 보상 수신 코일 및 적어도 2 개의 제 1 전기 전도성 부분이 고정자 요소 또는 회전자 요소의 원주 방향으로 소정 각도, 특히 70°내지 100°, 바람직하게는 90°만큼 오프셋되어 배치된다.
이들은 회전 각 세그먼트 센서로서 설계된 회전 각 센서에 대한 특히 바람직한 구성이다. 예를 들어, 180°의 활꼴이 선택되면, 360°의 활꼴에 비해 회전 각 센서의 크기가 반분될 수 있다. 예를 들어, 90°의 오프셋이 추가로 선택된다면, 한편으로는 회전 축에 원점을 가진 직교 좌표계는 2 개의 보상 수신 코일이 음의 x 방향 및 양의 x 방향으로 원점에 대한 동일한 거리로 배치되도록 규정될 수 있다. 다른 한편으로는, 양의 y 방향으로 원점에 대해 상기 하나의 보상 수신 코일과 동일한 거리로 배치될 수 있다. 이로 인해, 고정자 요소에 대한 회전자 요소의 상대적 배치의 반경 방향 편차가 x 축 및 y 축을 따른 편차의 선형 조합으로서 측정될 수 있다. 이 경우, 예를 들면, 회전자 요소의 정지 위치에서 회전 각 센서 내에 3 개의 제 1 전기 전도성 부분이 90°오프셋되어 배치될 수 있다. 바람직하게는, 전기 전도성 부분들 중 2 개는 상기 정지 위치에서 음의 x 방향 및 양의 x 방향으로 원점에 대한 동일한 거리를 두고 배치되고, 전기 전도성 제 1 부분들 중 하나는 양의 y 방향으로 원점에 대해 상기 부분과 동일한 거리를 두고 배치된다. 결과적으로, 정지 위치에서 x 방향 및 y 방향으로 회전자 요소의 위치와 그 센터링된 위치의 편차가 검출될 수 있다. 벡터 측정에 의해, 수평 및 수직 오프셋이 직접 결정된다. 즉, 90°오프셋에서 x 및 y 공차는 환산이 이루어질 필요 없이, 직접 측정될 수 있다.
본 발명은 또한 회전 각 센서용 상기 유형의 고정자 요소 및 회전자 요소에 관한 것이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예가 설명된다.
도 1은 회전 각 센서의 일부의 개략도이고,
도 2는 회전 각 센서용 고정자의 일부의 개략도이며,
도 3은 제 1 실시 예에 따른 회전 각 센서의 일부의 개략도이고,
도 4는 제 1 실시 예에 따른 회전 각 센서의 일부의 상세도이며,
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 도 4에 따른 회전 각 센서의 부분들의 다양한 상대적인 배치의 개략도이고,
도 6은 제 2 실시 예에 따른 회전자 요소의 개략도이다.
도 1은 고정자 요소(12), 및 상기 고정자 요소(12)에 대해 회전 축(A)을 중심으로 회전 가능하게 장착된 회전자 요소(14)를 포함하는 회전 각 센서(10)를 개략적으로 도시한다.
회전 각은 회전자 요소(14)와 고정자 요소(12) 사이의 유도 결합에 의해 검출될 수 있다. 유도 결합 및 회전 각의 결정을 위해 상기 유도 결합의 사용에 대한 세부 사항은 예를 들어 EP 0 909 955 B1에 기술되어 있다.
고정자 요소(12)는 예를 들면 전자기 각 검출 교번 자계의 송출을 위한, 도 1에 도시된 적어도 하나의 각 검출 송신 코일(22), 및 전자기 교번 자계의 검출을 위한 적어도 하나의 각 검출 수신 코일(20)을 포함한다.
이하에서 "반경 방향" 또는 "반경 방향 배치"는 회전축(A)으로부터 나가는 스포크(spoke) 형태의 방향 또는 배치를 의미한다. 이하에서 "원주" 또는 "원주 방향"은 회전 축(A)에 대해 수직인 평면에서 실질적으로 원형 방향을 의미한다. 이하에서 "축 방향"은 회전 축(A)을 따르는 방향을 의미한다.
회전 각 센서(10)용 센서 인쇄 회로 기판은 예를 들면 적어도 하나의 원주 방향으로 배치된 각 검출 송신 코일(22)을 포함하고, 상기 각 검출 송신 코일(22)은 하나 또는 다수의 권선을 포함하며 바람직하게는 평면 코일로서 설계된다. 권선은 충분히 큰 전자기 교번 자계를 형성하기 위해, 다층 인쇄 회로 기판의 다수 레벨에서 바람직하게 구현될 수 있다. 적어도 하나의 각 검출 송신 코일(22)에는 수 MHz 범위의, 바람직하게는 5 MHz의 주파수 및 0.5 V 내지 10 V 범위의, 바람직하게는 1.5 V의 진폭을 갖는 교류 전압이 제공된다.
도 2는 회전 각 세그먼트 센서로서 설계된 회전 각 센서용 공지된 예시적인 센서 인쇄 회로 기판의 레이아웃을 도시한다. 즉, 회전 축(A)을 중심으로 360°연장되는 코일들이 제공되는 것이 아니라, 회전 각 센서의 소정 측정 범위(β)에 적합하게 소정 개방 각(α)을 갖는 코일들이 배치되어 있다. 측정 범위(β)는 360°미만이다. 측정 범위(β)는 원칙적으로 β = 0°내지 β = 360°의 모든 각을 커버할 수 있으며, 바람직하게는 측정 범위(β)가 β = 360°/n 값을 갖는다. 상기 식에서, n은 1보다 큰 자연수이다. 이 실시 예에서 측정 범위는 ß = 120°이다. 각 검출 송신 코일(22)의 개방 각(α)은, 적어도 하나의 각 검출 수신 코일(20)에 대한 적어도 하나의 각 검출 송신 코일(22)의 반경 방향으로 연장하는 도체 트랙들의 영역에서 필드 불균일성의 영향을 적게 유지하기 위해, 측정 범위(β)보다 5°내지 10°더 크다. 따라서, 측정 범위(β)의 비교적 균일한 기자력이 달성된다.
적어도 하나의 각 검출 송신 코일(22)은 원호에 의해 서로 연결된, 반경 방향으로 연장하는 도체 트랙들을 포함한다. 원호 형상 도체 트랙들은 내부로 내부 반경(ri)에 의해 그리고 외부로 외부 반경(ra)에 의해 한정된다. 외부 반경(ra)은 예를 들어 이용 가능한 설치 공간에 의해 한정되고, 수 10 mm, 바람직하게는 25 mm이다. 내부 반경(ri)은 샤프트 통과가 가능하도록 치수 설계되지만, 이것이 필요하지 않은 경우 0 mm일 수도 있다. 필드 세기를 높이기 위해, 적어도 하나의 각 검출 송신 코일(22)이 센서 인쇄 회로 기판의 다수 레벨에서 구현될 수 있다.
적어도 하나의 각 검출 송신 코일(22)의 내부 공간에는, 예를 들어 2 개의 부분 권선으로 형성되는 적어도 하나의 각 검출 수신 코일(20)이 연장하고, 상이한 방향(시계 방향 또는 반 시계 방향)으로의 전류 흐름에서 전류가 각각의 부분 권선을 통해 흐른다. 부분 권선들은 인쇄 회로 기판의 상이한 레벨에서, 특히 권선들의 교차점에 형성될 수 있다.
도 3은 회전 각 센서(10)의 제 1 실시 예의 평면도를 도시한다. 회전 각 센서(10)는 코일 장치(23)를 포함한다. 상기 코일 장치(23)는 실시 예에서 적어도 하나의 각 검출 송신 코일(22) 및 도 2에 도시된, 적어도 하나의 각 검출 수신 코일(20)의 배치에 따라 구현된다. 회전자 요소(14)는 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분(32) 및 적어도 하나의 제 2 전기 전도성 부분(26)을 포함한다.
적어도 하나의 제 2 전기 전도성 부분(26)은 바람직하게는 회전 축(A)에 대해 링 세그먼트 형상으로 형성된다. 다른 형태, 예를 들면 직사각형 또는 원형 또는 일반적으로 다각형도 가능하다.
적어도 하나의 제 2 전기 전도성 부분(26)은 적어도 하나의 각 검출 수신 코일(20)에 유도 결합되어, 적어도 하나의 각 검출 송신 코일(22)을 통해 전자기 각 검출 교번 자계를 송출할 때, 적어도 하나의 각 검출 수신 코일(20)에서 적어도 하나의 각 검출 교류 전압이 유도된다. 적어도 하나의 제 2 전기 전도성 부분(26)이 회전자 요소(14)에 배치되어, 적어도 하나의 각 검출 수신 코일(20)에서 유도된 각 검출 교류 전압은 주로 고정자 요소(12)와 회전자 요소(14) 사이의 회전 각에 의존한다. 적어도 하나의 각 검출 송신 코일(22), 적어도 하나의 각 검출 수신 코일(20), 및 적어도 하나의 제 2 전기 전도성 부분(26)의 배치에 대한 세부 사항 및 회전 각을 결정하기 위한 세부 사항은 예를 들어 EP 0 909 955 B1에 개시되어 있다.
또한, 적어도 하나의 제 1 보상 요소(1), 제 2 보상 요소(2) 및 제 3 보상 요소(3)가 고정자 요소 상에 배치된다.
상기 보상 요소들(1, 2, 3)의 각각은 전자기 보상 교번 자계의 송출을 위한 적어도 하나의 보상 송신 코일(28) 및 전자기 교번 자계의 수신을 위한 적어도 하나의 보상 수신 코일(30)을 포함한다.
적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분(32)은 회전자 요소(14) 상에 배치되며 각각의 보상 요소(1, 2, 3)의 적어도 하나의 보상 송신 코일(22) 및 적어도 하나의 보상 수신 코일(30)에 유도 결합되어, 적어도 하나의 보상 송신 코일(28)을 통해 전자기 보상 교번 자계를 송출할 때 적어도 하나의 제 1 보상 수신 코일(30)에서 유도된 보상 교류 전압이 주로 회전 축(A)에 대한 고정자 요소(12) 및 회전자 요소(14)의 상대적인 반경 방향 배치에 의존한다. 유도 결합은 예를 들어 회전 각 검출에 대해 설명된 바와 같이 이루어진다. 따라서, 결합 계수, 즉 보상 수신 코일(30)에서의 전압과 보상 송신 코일(22)에서의 전압의 진폭 비는 각각의 보상 요소(1, 2, 3)에 대한 각각의 제 1 전기 전도성 부분(32)의 상대 위치에 대한 정보 및 그에 따라 특히 회전자 요소(14)에 대한 고정자 요소(12)의 상대적인 반경 방향 위치에 대한 정보를 제공한다.
보상 교번 자계를 생성하기 위한 적어도 하나의 보상 송신 코일(28) 및 각 검출 교번 자계를 생성하기 위한 적어도 하나의 각 검출 송신 코일(22)은 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이 고정자 요소(12) 상에 배치된다.
이에 대한 대안으로서, 보상 수신 코일(30)이 각 검출 송신 코일(22) 내부에서 고정자 요소(12) 상에 배치될 수 있다. 이 방식으로, 회전 각 센서(10) 또는 고정자 요소(12)가 더 작게 구성되거나 더 작은 직경을 가질 수 있다.
적어도 하나의 보상 요소(1, 2, 3) 또는 적어도 하나의 보상 수신 코일(30)은 바람직하게는 회전 축(A)에 대해 실질적으로 수직인 평면에 대해 평행하게 배치된다. 바람직하게는, 적어도 하나의 보상 요소(1, 2, 3) 또는 적어도 하나의 보상 수신 코일(30)은 회전 축(A)에 대해 수직인 평면에 투영해 볼 때 적어도 하나의 각 검출 수신 코일 (20)과 중첩되지 않는다. 바람직하게는, 적어도 하나의 보상 요소(1, 2, 3) 또는 적어도 하나의 보상 수신 코일(30)은 적어도 하나의 각 검출 수신 코일(20)의 반경 방향 외부에 배치된다. 즉, 회전 축(A)으로부터 볼 때 이것으로부터 더 멀리 떨어진다.
적어도 하나의 보상 수신 코일(30)의 권선은 회전자 요소(14) 및 고정자 요소(12)의 센터링된 위치에서 회전 축(A)에 대해 반경 방향으로 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분(32)에 대해 적어도 부분적으로 중첩되어 배치될 수 있다. 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분(32)의 반경 방향 크기는 적어도 하나의 보상 수신 코일(30)의 반경 방향 크기보다 작다.
제 1 실시 예에 따르면, 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분(32)은 실질적으로 링 세그먼트 형상으로 형성된다. 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분(32)은 제 1 실시 예에 따라 회전 축(A)으로부터 반경 방향 외부로 연장된다. 링 세그먼트 형상 대신에, 다른 형상, 예를 들어 직사각형 또는 원형도 사용될 수 있다.
적어도 하나의 제 2 전기 전도성 부분(26)은 반경 방향으로 볼 때 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분(32)에 인접하고, 회전 축(A)의 방향으로 연장된다. 적어도 하나의 제 2 전기 전도성 부분(26)은 반경 방향으로 볼 때 회전 축(A)과 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분(32) 사이에 배치된다. 반경 방향으로 볼 때, 적어도 하나의 제 2 전기 전도성 부분(26)과 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분(32) 사이에, 바람직하게는 원주 방향으로 연장되는, 바람직하게는 링 세그먼트 형상의, 갭(34) 또는 슬롯(34)이 제공된다. 갭(34) 또는 슬롯(34)은 직사각형 또는 다른 형상을 가질 수도 있다.
바람직하게는, 적어도 하나의 제 2 전기 전도성 부분(26) 및 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분(32)은 회전 축(A)에 대해 반경 방향으로 서로 인접한, 특히 링 세그먼트 형상의, 면(38)을 형성한다. 특히, 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분(32)은 갭(34) 또는 슬롯(34)을 포함한다. 면(38)은 다른 형상, 예를 들어 직사각형 또는 원형으로 주어질 수 있다.
각 검출 송신 코일(22)을 갖는 코일 장치(23)는 도 3에 개략적으로 도시되어 있다. 각 검출 송신 코일(22)은 x 축에 대해 반 시계 방향으로 δ = 20°내지 δ = 160°의 원호 세그먼트에 배치된다. 이들의 반경 방향 평균 크기(D)는 파선으로 표시되고 수십 내지 수백 밀리미터, 예를 들어 10 밀리미터 내지 200 밀리미터의 값을 갖는다. 장치의 개방 각도는 α = 140°이다. 다른 각도도 가능하다.
도 3은 고정자 요소(12)와 회전자 요소(14)로 이루어진 장치의 평면도를 도시한다. 고정자 요소(12)에는 3 개의 보상 요소(1, 2, 3) 및 코일 장치(23)가 배치된다. 코일 장치(23)는 예를 들면 도 2에서와 같이 형성된다. 회전자 요소(12)는 더 명확히 나타낼 목적으로, 제 1 전도성 부분(32), 갭(34) 및 제 2 전도성 부분(26)으로 형성된 단일 사다리꼴 회전자 부분으로만 순전히 예시로서 도시되어 있다. 회전자 요소는 다수의, 예를 들면 동일한 회전자 부분(32, 34, 26)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 보상 요소들(1, 2, 3)과 동일한 수의 회전자 부분들(32, 34, 26)이 제공된다. 그러나 보상 요소(1, 2, 3)보다 더 적거나 더 많은 회전자 부분들(32, 34, 26)이 제공될 수도 있다. 예를 들면, 2개, 3개 또는 4개의 회전자 부분들(32, 34, 26)이 제공된다. 회전자 부분들(32, 34, 26)은 부채꼴 형상 또는 링 세그먼트 형상을 가질 수도 있다.
제 1 보상 요소(1), 제 2 보상 요소(2) 및 제 3 보상 요소(3)를 포함하는 도시된 장치는 δ = 20° 내지 δ = 160°의 원호 세그먼트에 형성된다. 개별 보상 요소들(1, 2, 3)은 예를 들어 도 3에서와 같이, δ = 25°내지 δ = 50°의 제 1 원호 세그먼트, δ = 77.5°내지 δ = 102.5°의 제 2 원호 세그먼트 및 δ = 130°내지 δ = 155°의 제 3 원호 세그먼트에서 연장된다. 제 1 보상 요소(1), 제 2 보상 요소(2) 및 제 3 보상 요소(3)는 반경 방향으로 볼 때 코일 장치(23)의 외부 반경(ra)보다 회전 축(A)과의 더 큰 거리를 갖는다.
도 4는 제 1 실시 예에 따른 회전 각 센서(10)의 일부의 개략도를 도시한다. 적어도 하나의 보상 수신 코일(30)은 제 1 반경 방향 크기(D1)를 갖는다. 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분(32)은 제 2 반경 방향 크기(D2)를 갖는다. 이 경우, 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분(32)은 반경 방향 내부로 볼 때 갭(34) 또는 슬롯(34)에 의해 한정된다. 갭(34) 또는 슬롯(34)은 제 3 반경 방향 크기(D3)를 갖는다.
반경 방향으로 갭(34) 또는 슬롯(34)의 제 3 반경 방향 크기(D3)는 바람직하게는 적어도 하나의 보상 수신 코일(30)의 제 1 반경 방향 크기(D1)와 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분(32)의 제 2 반경 방향 크기(D2)의 차이의 적어도 50%이다.
갭(34) 또는 슬롯(34) 또는 환형의 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분(32) 대신에, 바람직하게는 공차를 측정하기 위해서만 사용되는 다른 추가 구조가 제공될 수 있다.
바람직하게는, 센터링된 경우, 즉 회전자 요소(14)와 고정자 요소(12)가 회전 축(A)에 대해 센터링되어 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분(32)이 설정 위치에 있는 경우, 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분(32)은 적어도 하나의 보상 수신 코일(30)의 반대 방향 권선들(30a, 30b) 또는 부분 권선들(30a, 30b) 사이의 중심에 배치된다. 실시 예에서, 각각의 권선(30a, 30b) 또는 부분 권선(30a, 30b)은 0.5xD1의 반경 방향 폭 또는 반경 방향 크기, 즉 절반의 제 1 반경 방향 크기(D1)를 갖는다. 반경 방향 외부로의 최대 편향에서, 적어도 하나의 제 1 부분(32)은 반경 방향 외부 권선(30a) 또는 부분 권선(30a)의 내부에 배치된다. 이는 0.5×(D1-D2)만큼, 즉 적어도 하나의 보상 수신 코일(30)의 제 1 반경 방향 크기와 적어도 하나의 제 1 전도성 부분(32)의 제 2 반경 방향 크기(D2)의 차이의 절반만큼, 변위 후에 일어난다. 이러한 변위를 위해, 적어도 하나의 제 2 전기 전도성 부분(26)은 적어도 하나의 보상 수신 코일(30) 위에 놓이지 않거나 또는 적어도 하나의 보상 수신 코일(30)의 반경 방향 내부 권선(30b) 또는 부분 권선(30b)과 중첩되지 않는 것이 바람직하다. 이를 위해, 갭(34) 또는 슬롯(34)의 갭 폭 또는 슬롯 폭이 전술한 바와 같이 선택된다.
적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분(32)은 바람직하게는 도 4에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 보상 수신 코일(30)의 제 1 반경 방향 크기(D1)보다 더 작은 제 2 반경 방향 크기(D2)를 갖는다. 즉, 바람직하게는 D2 < D1이다. 이는 공차 검출에 대한 감도를 향상시킨다.
베어링 클리어런스 또는 제조 공차는 회전 축(A)에 대해 반경 방향으로 고정자 요소(12) 및 회전자 요소(14)의 상대 변위를 허용한다. 회전 각의 결정에 관련된 측정 에러는 도 3의 직교 좌표계에서 이들의 위치를 기반으로 설명된다. 여기서, 회전 축(A)은 z 축이다.
적어도 하나의 보상 송신 코일(28) 및 적어도 하나의 보상 수신 코일(30)의 장치는 실시 예에서 원호 세그먼트에 의해 한정된다. 이것은 도 3에 도시된 바와 같이, 코일 장치(23)의 각 검출 송신 코일(22)의 개방 각(α)에 상응하는 각 위치(δ = 20°)에서 시작하여 개방 각(α = 140°)을 갖는다. 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분(32) 및 적어도 하나의 제 2 전기 전도성 부분(26)은 전술한 바와 같이, x 축에 대해 각 위치(δ)에, 그리고 회전 축(A)을 중심으로 반 시계 방향으로 회전에 대해 직교 좌표계의 원점에 배치된다. 잠재적으로 발생하는 임계 공차는 x 방향으로의 변위(Δx) 및 y 방향으로의 변위(Δy)이다. 이들은 각 위치(δ)에 따라 회전 각의 측정 에러에 상이하게 작용한다.
각 위치(δ = 90°)에서, x 방향으로의 변위만이 제 2 전기 전도성 부분(26)의 회전에 직접 상응한다. 회전자 요소(14)가 이 위치에서 x 축을 따라 변위되면, 회전자 요소(14)의 유도 결합하는 적어도 하나의 제 2 부분(26)이 적어도 하나의 각 검출 수신 코일(20)에 대해 변위되기 때문에, 회전 각 센서(10)는 적어도 하나의 각 검출 수신 코일(20)로 상기 변위를 회전 각으로서 검출한다. 이로 인해, 교류 전압 신호가 변화된다. 회전 각 센서(10)는 실제로 고정자 요소(12)에 대한 회전자 요소(14)의 회전을 일으키지 않으면서, 상기 변위에 상기 회전 각의 변화를 할당한다. 회전자 요소(14)의 이 위치에서, 각 에러에 대한 최대 기대 효과가 발생한다. 이것은 하기 식
Δ δ x,max = 360°·Δxπ·D
으로 근사화될 수 있다.
회전자 요소(14)에 의한 적어도 하나의 각 검출 수신 코일(20)의 중첩 비율에 변화가 없거나 많은 변화가 없기 때문에, 측정 에러에 대한 y 공차(Δy)의 영향은 이 지점에서 최소이고 무시될 수 있다.
반대 상황은 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분(26)이 적어도 하나의 각 검출 수신 코일(20)의 반경 방향으로 연장되는 경계에 위치하는 경우 발생한다. 이것은 회전자 요소(14)의 회전 각(δ)이 약 0 °내지 10 °인 경우이다. 여기서, 측정 에러는 y 공차에 훨씬 더 의존하며, x 공차에는 최소로만 의존한다. 왜냐하면, 이 위치에서는, y 방향으로의 작은 변위에서도, 회전자 요소(14)가 적어도 하나의 각 검출 수신 코일(20)과의 중첩 비율을 크게 변화시킬 것이기 때문이다. 회전 각 센서(10) 또는 상기 회전 각 센서에 접속된 전자 평가 장치는, 회전자 요소(14)와 고정자 요소(12) 사이에 y 방향으로의 변위만이 존재함에도, 변화된 유도 각 검출 교류 전압의 형태로 중첩의 상기 변화를 검출하고 그에 상응하게 변화된 회전 각을 출력할 것이다.
각 에러에 대해, 여기서는
Δδy,max = cosδ·Δδx,max = cosδ·360°·Δxπ·D
가 근사적으로 성립한다.
x 공차 및 y 공차에 의해 실제 센서들에서 발생하는 에러들은 예를 들어 검출될 수 있고, 바람직하게는 설명된 보상 요소들(1, 2, 3) 중 적어도 하나의 배치에 의해 피해질 수 있다. 바람직하게는 보상 요소들(1, 2, 3)과 제 1 전기 전도성 부분(32)의 개수가 일치한다.
바람직하게는, 적어도 2 개의 보상 수신 코일(30)이 고정자 요소(12) 상에서 0 °와, 170 °내지 190°범위의, 바람직하게는 180°의 최대 각 사이의 소정 활꼴 내에 배치되고, 적어도 2 개의 제 1 전기 전도성 부분(32)이 회전자 요소(14) 상에서 0 °와, 170 °내지 190°범위의, 바람직하게는 180°의 최대 각 사이의 소정 활꼴 내에 제공된다. 대안으로서 또는 추가로, 적어도 2 개의 보상 수신 코일(30) 및 적어도 2 개의 제 1 전기 전도성 부분(32)은 고정자 요소(12) 또는 회전자 요소(14)의 원주 방향으로 소정 각도, 특히 70°내지 100°, 바람직하게는 90°만큼 오프셋되어 배치된다.
제 1 실시 예에서, 적어도 하나의 보상 수신 코일(30)은 바람직하게는 동일한 수의 제 1 부분 권선(30a) 및 제 2 부분 권선(30b)을 포함하고, 상기 부분 권선들은, 제 1 권선(30a) 또는 제 1 부분 권선(30a)에서의 전자기 보상 교번 자계에 의해 제 1 교류 전압 성분이 유도되고 제 2 권선(30b) 또는 제 2 부분 권선(30b)에서 반대 부호를 가진 제 2 교류 전압 성분이 유도되도록, 서로에 대해 그리고 회전 축(A)에 대해 배치된다. 제 1 교류 전압 성분과 제 2 교류 전압 성분은 회전 축(A)에 대한 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분(32)의 소정 반경 방향 배치에서 보상된다.
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 제 1 실시 예에 따른 회전 각 센서(10)의 부분들의 상대적인 배치를 개략적으로 도시한다. 이는 x 방향으로 고정자 요소(12)와 회전자 요소(14)의 적합한 상대 위치에 의해 주어진다. 도 5a에 따른 구성에서, 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분(32)은 제 1 부분 권선(30a)과 제 2 부분 권선(30b)의 전이 영역에 대해 대칭이다. 이로 인해, 두 개의 교류 전압 성분이 보상되고 결합 계수는 제로이다.
이는 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분(32)이 설정 위치에 있다는 것을 의미한다. 즉, 회전 축(A)에 대한 적어도 하나의 제 2 전기 전도성 부분(26)의 측면 또는 수직 오프셋이 없다는 것을 의미한다.
적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분(32)이 예를 들어 음의 x 방향으로(도 5b) 변위되면, 제 1 전기 전도성 부분(32)은 제 2 부분 권선(30b)을 점점 더 덮고 이 코일 부분으로의 유도 결합은 억제된다. 제 1 부분 권선(30a)에는 유도된 전압이 남아 있고 결합 계수는 양이다.
양의 x 방향으로 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분(32)의 변위에 대한 반대의 경우가 도 5c에 도시된다. 따라서 음의 결합 계수가 상응하게 발생한다.
바람직하게는, 적어도 2 개의 보상 수신 코일(30)이 각 검출 수신 코일 측정 영역의 외부에 배치된다. 적어도 2 개의 보상 수신 코일(30)을 사용할 때, 이들 보상 수신 코일들 중 적어도 2 개가 회전 축(A)에 대해 동일 선상에 배치되지 않는 것이 특히 바람직하다. 즉, 다수의 보상 수신 코일(30) 중 적어도 2 개는 회전 축(A)이 위치하는 직선상에 있지 않다. 그 결과, 2 개의 결합 계수를 측정함으로써, 제 2 전기 전도성 부분(26)의 x 및 y 오프셋이 재계산될 수 있다. 따라서, 제 2 전기 전도성 부분(26)의 위치는 항상 알려져 있다. 바람직하게는, 잘못된 각 신호가 적절하게 정정된다.
적어도 하나의 보상 수신 코일(30), 제 1 권선(30a), 제 1 부분 권선(30a), 제 2 권선(30b) 또는 제 2 부분 권선 (30b)의 설명된 설계 대신에, 다른 형상도 가능하다. 예를 들어, 제 1 권선(30a) 또는 제 1 부분 권선(30a) 및 제 2 권선(30b) 또는 제 2 부분 권선(30b)은 평면도에서 직사각형 면을 형성할 필요는 없다. 또한, 적어도 하나의 보상 송신 코일(28) 또는 적어도 하나의 보상 수신 코일(30)의 권수는 1보다 클 수 있다. 또한, 적어도 하나의 보상 수신 코일(30)은 코일 장치(23)의 적어도 하나의 보상 송신 코일(28)보다 회전 축(A)에 더 가깝게 배치될 수 있다. 대안으로서, 적어도 하나의 보상 수신 코일(30)은 적어도 하나의 보상 송신 코일(28)보다 회전 축(A)으로부터 더 멀리 배치될 수 있다.
도 6은 제 2 실시 예에 따른 회전 각 센서(10)의 일부를 개략적으로 도시한다. 상기 회전 각 센서(10)는 제 1 실시 예에 대해 설명된 바와 같이 고정자 요소(12) 상에 배치된 회전자 요소(14)를 포함한다. 제 1 실시 예와는 달리, 제 2 실시 예에 따른 회전자 요소(14)는 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분(32) 대신에 원주 방향으로 연장되는 전기 전도성 원형 링(36)을 포함한다.
원주 방향으로 연장되는 전기 전도성 원형 링(36)은 갭(34) 또는 슬롯(34)에 의해 적어도 하나의 제 2 전기 전도성 부분(26)으로부터 이격된다. 반경 방향, 즉 회전 축(A)의 방향으로 볼 때, 적어도 하나의 제 2 전기 전도성 부분(26)은 회전 축(A)과 전기 전도성 원형 링(36) 사이에 배치된다. 반경 방향으로 볼 때, 예를 들어, 링 세그먼트 형상 갭(34) 또는 슬롯(34)은 적어도 하나의 제 2 전기 전도성 부분(26)과 전기 전도성 원형 링(36) 사이에서 원주 방향으로 연장된다. 원주 방향으로 볼 때, 예를 들면 4 개의 제 2 전기 전도성 부분(26)이 제공되며, 상기 부분들은 회전 축(A)으로부터 전기 전도성 원형 링(36)으로 반경 방향으로 서로 90 °의 간격을 두고 스포크를 따라 연장된다. 더 많은 또는 더 적은 제 2 전기 전도성 부분(26)이 제공될 수도 있다.
회전자 요소(14)의 적어도 하나의 제 2 전기 전도성 부분(26), 코일 장치(23) 및 고정자 요소(12)의 보상 요소(1, 2, 3)는 예를 들어 제 1 실시 예에서 설명된 바와 같이 배치된다. 전기 전도성 원형 링(36)은 예를 들어 제 1 실시 예의 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분(32)과, 회전 축(A)으로부터의 동일한 거리를 두고 반경 방향으로 배치된다. 갭(34) 또는 슬롯(34)은 예를 들어 두 실시 예에서 동일한 치수를 갖는다.
바람직하게는, 제 1 실시 예와는 달리, 코일 장치(23)가 회전 축(A)을 중심으로 회전한다. 즉, 개방 각은 α = 360°이다. 회전 각 센서(10)의 측정 범위(β)는 예를 들면 β = 360°이다. 예를 들어, 4 개의 보상 요소가 90 °의 간격을 두고 배치된다.
1, 2, 3 보상 요소
10 회전 각 센서
12 고정자 요소
14 회전자 요소
20 각 검출 수신 코일
22 각 검출 송신 코일
26 제 2 전기 전도성 부분
28 보상 송신 코일
30 보상 수신 코일
32, 36 제 1 전기 전도성 부분

Claims (14)

  1. 고정자 요소(12), 및
    상기 고정자 요소(12)에 대해 회전 축(A)을 중심으로 회전하도록 장착된 회전자 요소(14)를 포함하고, 회전 각은 상기 회전자 요소(14)와 상기 고정자 요소(12) 사이의 유도 결합에 의해 검출 가능한, 회전 각 센서(10)에 있어서,
    적어도 하나의 보상 요소(1, 2, 3)가 상기 고정자 요소(12) 상에 배치되고, 상기 적어도 하나의 보상 요소(1, 2, 3)는 전자기 보상 교번 자계를 송출하기 위한 적어도 하나의 보상 송신 코일(22, 28), 및 전자기 교번 자계를 수신하기 위한 적어도 하나의 보상 수신 코일(30)을 포함하며,
    상기 회전자 요소(14)는 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분(32, 36)을 포하고,
    상기 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분(32, 36)은 상기 회전자 요소(14) 상에 배치되고, 상기 보상 요소(1, 2, 3)의 상기 적어도 하나의 보상 송신 코일(22, 28) 및 상기 적어도 하나의 보상 수신 코일(30)에 유도 결합되어, 상기 적어도 하나의 보상 송신 코일(22, 28)을 통해 상기 전자기 보상 교번 자계를 송출할 때, 상기 적어도 하나의 보상 수신 코일(30)에서 유도된 보상 교류 전압은 주로 상기 회전 축(A)에 대한 상기 회전자 요소(14) 및 상기 고정자 요소(12)의 상대적인 반경 방향 배치에 의존하는 것을 특징으로 하는 회전 각 센서(10).
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 고정자 요소(12)는 전자기 각 검출 교번 자계의 송출을 위한 적어도 하나의 각 검출 송신 코일(22), 및 전자기 교번 자계의 검출을 위한 적어도 하나의 각 검출 수신 코일(20)을 포함하고,
    상기 회전자 요소(14)는 적어도 하나의 제 2 전기 전도성 부분(26)을 포함하며,
    특히 상기 적어도 하나의 제 2 전기 전도성 부분(26)은 상기 회전 축(A)에 대해 링 세그먼트 형상으로 설계되고,
    상기 적어도 하나의 제 2 전기 전도성 부분(26)은 적어도 하나의 각 검출 수신 코일(20)에 유도 결합되어, 상기 적어도 하나의 각 검출 송신 코일(22)을 통해 상기 전자기 각 검출 교번 자계를 송출할 때, 상기 적어도 하나의 각 검출 수신 코일(20)에서 적어도 하나의 제 1 교류 전압이 유도되며,
    상기 적어도 하나의 제 2 전기 전도성 부분(26)은 상기 회전자 요소(14)에 배치되어, 상기 적어도 하나의 각 검출 수신 코일(20)에서 유도된 상기 제 1 교류 전압은, 특히 주로, 상기 고정자 요소(12)와 상기 회전자 요소(14) 사이의 회전 각에 의존하는 것을 특징으로 하는 회전 각 센서(10).
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 보상 요소(1, 2, 3) 또는 상기 적어도 하나의 보상 수신 코일(30)은 상기 적어도 하나의 각 검출 수신 코일(20)의 반경 방향 외부에 위치하는 것을 특징으로 하는 회전 각 센서(10).
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보상 교번 자계를 생성하기 위한 상기 적어도 하나의 보상 송신 코일(28)과 상기 각 검출 교번 자계를 생성하기 위한 상기 적어도 하나의 각 검출 송신 코일(22)이 상기 고정자 요소(12) 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 회전 각 센서(10).
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 보상 수신 코일(30)의 권선은 상기 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분(32, 36)에 대해 상기 회전 축(A)에 대해 반경 방향으로 상기 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분(32, 36)과 적어도 부분적으로 중첩되어 배치되고, 특히 상기 제 1 전기 전도성 부분(32, 36)의 반경 방향 크기는 상기 적어도 하나의 보상 수신 코일(30)의 반경 방향 크기보다 작은 것을 특징으로 하는 회전 각 센서(10).
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분(36)은 상기 회전자 요소(14) 둘레에 원주 방향으로 연장하는 전기 전도성 원형 링(36)인 것을 특징으로 하는 회전 각 센서(10).
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분(32)은 상기 회전 축(A)으로부터 반경 방향으로 연장되고, 상기 적어도 하나의 제 2 전기 전도성 부분(26)은 회전 축(A)의 방향으로 연장되어, 상기 제 1 전기 전도성 부분(32)에 반경 방향으로 인접하고, 상기 제 2 전기 전도성 부분(26)은 반경 방향으로 볼 때 상기 회전 축(A)과 상기 제 1 전기 전도성 부분(32) 사이에 배치되며,
    반경 방향으로 볼 때 상기 제 2 전기 전도성 부분(26)과 상기 제 1 전기 전도성 부분(32) 사이에, 바람직하게는 링 세그먼트 형상의, 갭(34) 또는 슬롯(34)이 제공되고, 상기 갭(34) 또는 슬롯(34)은 바람직하게는 원주 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 회전 각 센서(10).
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 반경 방향으로 상기 갭(34) 또는 상기 슬롯(34)의 크기(D3)는 상기 보상 수신 코일(30)의 반경 방향 크기(D1)와 상기 제 1 전도성 부분(32, 36)의 반경 방향 크기(D2)의 차이의 적어도 50%인 것을 특징으로 하는 회전 각 센서(10).
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제 2 전기 전도성 부분(26)과 상기 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분(32)은 상기 회전 축(A)에 대해 반경 방향으로 서로 인접하는, 특히 링 세그먼트 형상의, 면(38)을 형성하고, 특히 상기 제 1 전도성 부분(32)은 상기 갭(34) 또는 상기 슬롯(34)을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 각 센서(10).
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 보상 수신 코일(30)은 동일한 수의 제 1 부분 코일(30a)과 제 2 부분 코일(30b)을 포함하고, 상기 부분 코일들은 상기 전자기 보상 교번 자계에 의해 상기 제 1 권선(30a) 또는 상기 제 1 부분 권선(30a)에 제 1 교류 전압 성분이, 그리고 상기 제 2 권선(30b) 또는 상기 제 2 부분 권선(30b)에 반대 부호를 가진 제 2 교류 전압 성분이 유도되도록, 서로에 대해 그리고 상기 회전 축(A)에 대해 배치되며, 제 1 교류 전압 성분과 제 2 교류 전압 성분은 상기 회전 축(A)에 대한 상기 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분(32)의 소정 반경 방향 배치에서 보상되는 것을 특징으로 하는 회전 각 센서(10).
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 보상 요소(1, 2, 3)와 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분(32)의 개수가 일치하는 것을 특징으로 하는 회전 각 센서(10).
  12. 제 10 항에 있어서, 적어도 2 개의 보상 수신 코일(30)이 상기 고정자 요소(12)에서 0°와, 170°내지 190°범위의, 바람직하게는 180°의 최대 각 사이의 소정 활꼴에 배치되고, 적어도 2 개의 제 1 전기 전도성 부분(32)이 상기 회전자 요소(14)에서 0°와, 170°내지 190°범위의, 바람직하게는 180°의 최대 각 사이의 소정 활꼴에 제공되고,
    및/또는
    상기 적어도 2개의 보상 수신 코일(30)과 상기 적어도 2개의 제 1 전기 전도성 부분(32)은 상기 고정자 요소(12) 또는 상기 회전자 요소(14)의 원주 방향으로 소정 각도, 특히 70°내지 100°, 바람직하게는 90°만큼 오프셋되어 배치되는 것을 특징으로 하는 회전 각 센서(10).
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 회전 각 센서(10)용 고정자 요소(12)에 있어서,
    상기 고정자 요소(12)에는 적어도 하나의 보상 요소(1, 2, 3)가 배치되고, 상기 적어도 하나의 보상 요소(1, 2, 3)는 전자기 보상 교번 자계의 송출을 위한 적어도 하나의 보상 송신 코일(22, 28) 및 전자기 교번 자계의 수신을 위한 적어도 하나의 보상 수신 코일(30)을 포함하고,
    상기 회전자 요소(14)는 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분(32, 36)을 포함하며,
    상기 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분(32, 36)이 상기 회전자 요소(14)에 배치되고 상기 적어도 하나의 보상 송신 코일(22, 28)에 유도 결합되어, 상기 적어도 하나의 보상 송신 코일(22, 28)을 통해 상기 전자기 보상 교번 자계를 송출할 때 상기 적어도 하나의 보상 수신 코일(30)에서 유도된 보상 교류 전압은 주로 상기 회전 축(A)에 대한 상기 고정자 요소(12)와 상기 회전자 요소(14)의 상대적인 반경 방향 배치에 의존하는 것을 특징으로 하는 회전 각 센서(10)용 고정자 요소(12).
  14. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 회전 각 센서(10)용 회전자 요소(14)에 있어서,
    상기 회전자 요소(14)는 고정자 요소(12)에 대해 회전 축(A)을 중심으로 회전하도록 장착될 수 있고,
    상기 고정자 요소(12)에 적어도 하나의 보상 요소(1, 2, 3)가 배치되며, 상기 적어도 하나의 보상 요소(1, 2, 3)는 전자기 보상 교번 자계의 송출을 위한 적어도 하나의 보상 송신 코일(22, 28) 및 전자기 보상 교번 자계의 수신을 위한 적어도 하나의 보상 수신 코일(30)을 포함하고,
    상기 회전자 요소(14)는 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분(32, 36)을 포함하며,
    상기 적어도 하나의 제 1 전기 전도성 부분(32, 36)은 상기 회전자 요소(14)에 배치되고 상기 보상 송신 코일(22, 28)에 유도 결합되어, 상기 적어도 하나의 보상 송신 코일(22, 28)을 통해 상기 전자기 보상 교번 자계를 송출할 때 상기 적어도 하나의 보상 수신 코일(30)에서 유도된 보상 교류 전압은 주로 상기 회전 축(A)에 대한 상기 고정자 요소(12)와 상기 회전자 요소(14)의 상대적인 반경 방향 배치에 의존하는 것을 특징으로 하는 회전 각 센서(10)용 회전자 요소(14).
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