KR20190043559A - 회전 각 센서 및 회전 각 센서용 고정자 요소 - Google Patents

회전 각 센서 및 회전 각 센서용 고정자 요소

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KR20190043559A
KR20190043559A KR1020197006885A KR20197006885A KR20190043559A KR 20190043559 A KR20190043559 A KR 20190043559A KR 1020197006885 A KR1020197006885 A KR 1020197006885A KR 20197006885 A KR20197006885 A KR 20197006885A KR 20190043559 A KR20190043559 A KR 20190043559A
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KR1020197006885A
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파비안 우터뫼렌
슈테판 라이디히
랄프 키저
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

고정자 요소(12), 상기 고정자 요소(12)에 대해 회전축(A)을 중심으로 회전 가능하게 장착된 회전자 요소(14), 및 측정 장치를 포함하는 회전 각 센서(10)로서, 회전 각은 회전자 요소(14)와 고정자 요소(12) 사이의 유도 결합에 의해 검출될 수 있고, 상기 측정 장치는 회전자 요소(14)와 고정자 요소(12) 사이의 유도 결합에 따라 회전 각을 검출하도록 설계된다. 상기 고정자 요소는 교류 전자기장을 송신하기 위한 적어도 하나의 송신 코일(22, 23)과 교류 전자기장을 검출하기 위한 적어도 2개의 수신 코일(28a, 28b; 29a, 29b)을 포함하며, 상기 측정 장치는 적어도 2개의 교류 전자기장을 송신하기 위해 적어도 2개의 서로 다른 주파수로 적어도 하나의 송신 코일(22, 23)을 여기시키도록 설계되며, 상기 측정 장치는 적어도 2개의 교류 전자기장의 각각의 주파수에 의해 적어도 2개의 유도 결합을 검출하기 위해, 적어도 2개의 교류 전자기장의 송신에 의해 상기 적어도 2개의 수신 코일들(28a, 28b; 29a, 29b) 중 적어도 하나에 유도된 적어도 2개의 교류 전압을 복조하도록 설계된다.

Description

회전 각 센서 및 회전 각 센서용 고정자 요소
본 발명은 회전 각 센서 및 회전 각 센서용 고정자 요소에 관한 것이다.
송신 코일을 통해 교류 전자기장을 송신할 때 적어도 2개의 수신 코일 내에 적어도 2개의 서로 다른 교류 전압이 유도되도록 회전자 상의 타깃과 유도 결합되는, 회전 각 센서의 고정자 상에 송신 코일들 및 수신 코일들을 배치함으로써, 유도된 교류 전압에 따라 회전 각이 검출될 수 있다.
이는 예를 들어 EP 0 909 955 B1에 기술되어있다.
실제 센서에서는, 외부 간섭으로 인한 측정 에러가 발생할 수 있다. 이러한 간섭들은 예를 들면 수신 코일 내의 교류 전자기장에 영향을 주는 간섭 신호일 수 있다. 다른 간섭들은 설치 공차로 인해, 예를 들면 회전 각 센서의 회전축에 대한 타깃의 기울어짐으로 인해 발생할 수 있다. 이러한 센서가 동작 주파수와 유사한 주파수, 특히 동작 주파수 +/- 100 kHz 범위의 주파수를 가진 간섭 신호로서의 외부 교류 전자기장에 노출되면, 상기 교류 장들이 중첩된다. 교류 장의 중첩에 의해 수신 코일에서 유도된 전압은 경우에 따라 간섭 신호 없이 유도된 전압과 구별되지 않을 수 있다. 이로써, 예를 들어, 측정 정확도가 떨어질 수 있다.
따라서, 이러한 측정 에러에 대해 강성을 갖는 회전 각 센서를 제공할 필요가 있을 수 있다.
본 발명의 과제는 개선된 회전 각 센서를 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구항 제 1 항에 따른 회전 각 센서 및 독립 청구항에 따른 고정자 요소에 의해 해결된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예들은 종속 청구항들에 제시된다.
상응하는 회전 각 센서는 고정자 요소, 상기 고정자 요소에 대해 회전축을 중심으로 회전 가능하게 장착된 회전자 요소, 및 측정 장치를 포함한다. 회전 각은 회전자 요소와 고정자 요소 사이의 유도 결합에 의해 검출될 수 있다. 측정 장치는 회전자 요소와 고정자 요소 사이의 유도 결합 기능에 따라 회전 각을 검출하도록 설계된다. 고정자 요소는 교류 전자기장을 송신하기 위한 적어도 하나의 송신 코일, 및 교류 전자기장을 검출하기 위한 적어도 2개의 수신 코일을 포함한다. 측정 장치는 적어도 2개의 교류 전자기장의 송신을 위해 적어도 2개의 서로 다른 주파수로 적어도 하나의 송신 코일을 여기시키도록 설계된다. 측정 장치는 적어도 2개의 교류 전자기장의 각각의 주파수에 의해 적어도 2개의 유도 결합을 검출하기 위해, 적어도 2개의 교류 전자기장의 송신에 의해 적어도 2개의 수신 코일 중 적어도 하나에서 유도된 적어도 2개의 교류 전압을 복조하도록 설계된다.
회전자 요소는 적어도 하나의 전기 전도성 섹션을 포함할 수 있다. 이러한 전기 전도성 섹션은 예를 들어, 적어도 하나의 송신 코일에 의해 적어도 하나의 교류 전자기장을 송신할 때 각각의 수신 코일 내에 적어도 하나의 교류 전압이 유도되도록, 각각의 수신 코일과 유도 결합될 수 있다.
적어도 하나의 전기 전도성 섹션은 예를 들어, 각각의 수신 코일 내에 유도된 적어도 하나의 교류 전압이 특히 주로, 고정자 요소와 회전자 요소 사이의 회전 각에 따라 결정되도록, 회전자 요소에 배치될 수 있다.
적어도 하나의 각 검출 송신 코일은 예를 들어 수 MHz 범위, 바람직하게는 4 MHz 내지 6 MHz 범위의 주파수에서 0.5 V 내지 10 V, 바람직하게는 1.5 V 범위의 진폭을 갖는 교류 전압을 받는다.
바람직하게는, 측정 장치는 적어도 하나의 송신 코일을 통해 상이한 주파수의 교류 전자기장을 송신하기 위해 다수의, 특히 연속적으로 변하는 주파수를 미리 정하도록 설계된 주파수 발생기, 특히 디지털 주파수 발생기를 포함한다. 측정 장치는 복조기를 포함하며, 상기 복조기는 상이한 주파수의 교류 전자기장에 의해 유도된 교류 전압을 각각 미리 정해진 주파수에 의해 복조하도록 설계된다.
이와 관련해서, 다수는 주파수 발생기에 의해 미리 정해질 수 있는 적어도 2개의 주파수, 바람직하게는 적어도 3개의 주파수를 의미한다.
주파수 발생기, 특히 디지털 주파수 발생기는 매우 쉽게 작동 가능한 방식으로 다수의 상이한 주파수를 미리 정할 수 있다. 예를 들어, 4 MHz 내지 6 MHz의 주파수 범위에서 수 kHz의 주파수 대역, 예컨대 500 kHz 또는 400 kHz 폭의 주파수 대역에서의 주파수가 미리 정해진다. 주파수의 설정 후에, 이 주파수로 교류 전자기장의 송신이 이루어진다. 한편, 유도 결합이 적어도 2개의 수신 코일 중 적어도 하나에서 유도된 교류 전압에 의해 검출된다. 그 다음에 이 단계들이 반복된다. 주파수 변동은 오름차순 또는 내림차순 램프 또는 오름차순 또는 내림차순 계단에 따라 미리 정해질 수 있다. 또는 무작위일 수 있다.
이와 관련해서 연속적으로는 2개의 미리 정해진 주파수 사이에 점프가 없거나 작은 점프만 있음을 의미한다. 예를 들어 주파수들은 50 kHz 간격으로 미리 정해진다. 따라서, 측정을 부정확하게 할 수 있는 신호 점프 및 과도 현상이 방지된다.
고정자 요소는 바람직하게는 제 1 송신 코일, 제 2 송신 코일, 및 적어도 2개의 수신 코일을 포함한다. 제 1 송신 코일은 제 1 교류 전자기장을 송신한다. 제 2 송신 코일은 상기 제 1 교류 전자기장과는 다른, 특히 적어도 5%만큼 다른 주파수를 갖는 제 2 교류 전자기장을 송신한다.
2개의 상이한 교류 전자기장을 송신하는 2개의 송신 코일에 의해, 2개의 서로 다른 주파수를 가진 교류 전자기장들이 회전 각을 측정하기 위해 사용될 수 있다. 교류 전자기장들 중 하나의 교류 전자기장의 주파수에 가까운 주파수를 갖는 간섭 신호는 교류 전자기장들 중 하나에만 측정에 대한 영향을 줄 수 있다. 3개 이상의 주파수가 미리 정해지면, 에러를 갖는 전압은 다른 두 전압의 편차에 의해 검출될 수 있다. 이는 교류 전자기장 중 하나의 교류 전자기장의 주파수에 가까운 주파수를 갖는 간섭 신호와 관련해서 회전 각 센서의 간섭 감도를 낮춘다.
바람직하게는, 측정 장치는 제 1 교류 전자기장을 제 1 시점에 제 1 주파수로 생성하도록 설계된 제 1 공진 회로를 포함한다. 측정 장치는 제 2 교류 전자기장을 상기 제 1 시점과는 상이한 제 2 시점에 제 2 주파수로 생성하도록 설계된 제 2 공진 회로를 포함한다.
공진 회로에 의해 교류 전자기장의 생성이 쉽게 구현될 수 있다. 미리 정해진 불변 주파수의 경우, 이는 복잡한 회로에 대한 비용 효율적인, 공간 절약형 대안이다.
바람직하게는, 회전 각 센서는 각각의 수신 코일에서 생성된 제 1 유도 교류 전압을 제 1 주파수에 의해 복조하고 각각의 수신 코일에서 생성된 제 2 유도 교류 전압을 제 2 주파수에 의해 복조하도록 설계된 복조기를 포함한다. 미리 정해진 불변 주파수의 경우, 이는 복잡한 회로에 대한 비용 효율적인, 공간 절약형 대안이다.
바람직하게는, 고정자 요소는 적어도 2개의 제 1 수신 코일 및 적어도 2개의 제 2 수신 코일을 포함한다. 적어도 2개의 제 1 수신 코일은 제 1 교류 전자기장의 제 1 주파수로 제 1 유도 교류 전압을 검출하도록 설계되고, 적어도 2개의 제 2 수신 코일은 제 2 교류 전자기장의 제 2 주파수로 제 2 유도 교류 전압을 검출하도록 설계된다. 이와 관련해서 설계된다는 것은 각각의 코일이 각각의 수신 주파수에 대해 최적화된다는 것을 의미한다. 실제 코일들은 소정 인덕턴스 외에, 전기 저항, 기생 커패시턴스 및 그에 따라 적어도 하나의 전기 공진점(자기 공진)을 갖는 공진 회로와 같은 일반적으로 바람직하지 않은 다른 전기적 특성도 갖는다. 예를 들어, 적절한 코일은 수신 주파수의 4배 이상의 자기 공진을 갖는다. 이로 인해, 자기 공진에 의한 바람직하지 않은 효과가 피해진다.
바람직하게는, 측정 장치는 제 1 교류 전자기장을 제 1 시점에 제 1 주파수로 생성시키도록 설계된 제 1 공진 회로를 포함하고, 측정 장치는 제 2 교류 전자기장을 상기 제 1 시점과는 상이한 제 2 시점에 제 2 주파수로 생성시키도록 설계된 제 2 공진 회로를 포함한다.
공진 회로에 의해, 교류 전자기장의 생성이 쉽게 구현될 수 있다. 미리 정해진 불변 주파수의 경우, 이는 복잡한 회로에 대한 비용 효율적인, 공간 절약형 대안이다.
바람직하게는, 측정 장치는 제 1 유도 교류 전압을 제 1 주파수에 의해 복조하고 제 2 유도 교류 전압을 제 2 주파수에 의해 복조하도록 설계된 복조기를 포함한다. 미리 정해진 불변 주파수의 경우, 이는 복잡한 회로에 대한 비용 효율적인, 공간 절약형 대안이다.
바람직하게는, 복조기는 적어도 2개의 제 1 수신 코일 중 적어도 하나로부터의 입력 신호로서 제 1 유도 교류 전압을 제 1 주파수로 그리고 적어도 2 개의 제 2 수신 코일 중 하나로부터의 입력 신호로서 제 2 유도 교류 전압을 제 2 주파수로 복조하도록 설계된다.
이로 인해, 측정을 위한 신호 경로들이 분리된다. 이러한 중복(redundant) 시스템은 또한 센서 내의 에러를 모니터링하거나 검출하기 위해 사용될 수 있다.
바람직하게는, 회전 각 센서는 각각의 주파수를 생성하기 위한 적어도 하나의 공진 회로를 포함하며, 상기 적어도 하나의 공진 회로는 특히 적어도 하나의 LC 공진 회로의 부분으로서 상기 적어도 하나의 송신 코일을 포함한다. 이는 복잡한 회로에 대한 공간 절약형 대안이다.
바람직하게는, 공진 회로는 적어도 하나의 송신 코일과 병렬로 연결된 적어도 하나의 버랙터를 포함하며, 각각의 주파수는 버랙터에 의해 조정 가능하다. 버랙터는 전자 반도체 부품이다. 버랙터에 인가되는 전압을 변경함으로써, 버랙터의 커패시턴스의 변화가 달성될 수 있다.
결과적으로, 전기 제어 가능한 커패시턴스가 제공되어, 공진 회로가 전기적 제어에 의해 쉽게 조정될 수 있다.
바람직하게는, 특히 4 MHz 내지 6 MHz의 범위의 다수의 주파수가 미리 정해질 수 있다.
본 발명은 또한 회전 각 센서용의 전술한 유형의 고정자 요소에 관한 것이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들이 상세히 설명된다.
도 1은 제 1 실시 예에 따른 회전 각 센서의 일부를 측면도로 개략적으로 도시하는 도면.
도 2는 제 1 실시 예에 따른 회전 각 센서의 일부를 평면도로 개략적으로 도시하는 도면.
도 3은 제 1 실시 예에 따른 회전 각 센서의 일부 및 측정 장치의 일부를 개략적으로 도시하는 도면.
도 4는 제 2 실시 예에 따른 회전 각 센서의 일부를 측면도로 개략적으로 도시하는 도면.
도 5는 제 2 실시 예에 따른 회전 각 센서의 일부 및 측정 장치의 일부를 개략적으로 도시하는 도면.
도 6은 제 3 실시 예에 따른 회전 각 센서의 일부를 측면도로 개략적으로 도시하는 도면.
도 7은 제 3 실시 예에 따른 회전 각 센서의 일부 및 측정 장치의 일부를 개략적으로 도시하는 도면.
도 8은 공진 회로의 일부를 개략적으로 도시하는 도면.
도 1은 제 1 실시 예에 따른 회전 각 센서(10)의 일부를 측면도로 개략적으로 도시한다. 회전 각 센서(10)는 고정자 요소(12), 및 상기 고정자 요소(12)에 대해 회전축(A)을 중심으로 회전 가능하게 장착된 회전자 요소(14)를 포함한다.
회전 각은 회전자 요소(14)와 고정자 요소(12) 사이의 유도 결합에 의해 검출될 수 있다. 유도 결합, 및 회전 각의 결정에 상기 유도 결합의 사용에 대한 상세한 내용은 예를 들어 EP 0 909 955 B1에 기술되어있다.
따라서, 고정자 요소(12)는 예를 들면 도 1에 도시된, 교류 전자기장을 송신하기 위한 적어도 하나의 송신 코일(22), 및 교류 전자기장을 검출하기 위한 적어도 2개의 수신 코일(28a, 28b)을 포함한다. 2개의 수신 코일(28a, 28b)은 실시 예에서 회전축(A)에 대해 수직인 평면에서, 예를 들어 회로 기판의 동일한 평면에서 상기 회전축(A)에 대해 반경 방향으로 배치된다. 송신 코일(22)은 회전축(A)에 대해 반경 방향으로 볼 때 각각의 수신 코일(28a, 28b)의 외부에 배치된다
이하에서 "반경 방향" 또는 "반경 방향 배치"는 회전축(A)으로부터 나가는 스포크 형상 방향 또는 배치를 의미한다. 이하에서 "원주로" 또는 "원주 방향"은 실질적으로 회전축(A)에 대해 수직인 평면에서 원형 방향을 의미한다. 이하에서 "축 방향"은 회전축(A)을 따르는 방향을 의미한다.
회전 각 센서(10)용 센서 회로 기판은 예를 들어 하나 이상의 권선을 가지며 바람직하게는 평면 코일로서 설계된, 적어도 하나의 원주 방향으로 배치된 송신 코일(22)을 포함한다. 권선들은 충분히 큰 교류 전자기장 및 충분히 큰 인덕턴스를 생성할 수 있도록 다층 회로 기판의 다수 평면 내에서 바람직하게 구현될 수 있다. 적어도 하나의 송신 코일(22)에는 수 MHz 범위의 주파수에서 0.5V 내지 10V, 바람직하게는 1.5V 범위의 진폭을 갖는 교류 전압이 인가된다.
회전자 요소(14)는 적어도 하나의 전기 전도성 섹션(26)을 포함한다. 적어도 하나의 전기 전도성 섹션(26)은 적어도 2개의 수신 코일(28a, 28b)에 유도 결합되어, 적어도 하나의 송신 코일(22)에 의해 교류 전자기장의 송신 시 적어도 2개의 수신 코일(28a, 28b) 내에 적어도 2개의 교류 전압이 유도된다.
적어도 2개의 수신 코일(28a, 28b) 내에 유도된 2개의 제 1 교류 전압이, 특히 주로, 고정자 요소(12)와 회전자 요소(14) 사이의 회전 각에 의존하도록, 적어도 하나의 전기 전도성 섹션(26)이 회전자 요소(14) 상에 배치된다.
적어도 하나의 송신 코일(22), 적어도 2개의 수신 코일(28a, 28b), 및 적어도 하나의 전기 전도성 섹션(26)의 배치에 대한 세부 사항 및 회전 각을 결정하기 위한 세부 사항은 예를 들어 EP 0 909 955 B1호에 알려져 있다.
도 2는 제 1 실시 예에 따른 회전 각 센서의 일부를 평면도로 개략적으로 도시한다.
적어도 2개의 수신 코일(28a, 28b) 및 적어도 하나의 송신 코일(22)을 포함하는 코일 장치(20)가 도 2에 원형 링으로서 개략적으로 도시되어있다. 도 2의 실시 예에서는, 회전축(A)에 대해 수직인 평면에서 실질적으로 몰타 크로스의 외부 경계의 형상을 가지며 회전축(A) 상에 놓인 중심을 갖는 전기 도전성 섹션(26)이 제공된다. 바람직하게는, 전기 전도성 섹션(26)은 전기 전도성 박판 스탬핑 부품이다. 설명된 형상은 일례이며, 전술한 십자형 이외의 다른 형상도 가능하다.
전기 전도성 섹션(26)은 상기 형상의 외부 경계를 따라 배치되거나, 또는 외부 경계에 의해 미리 정해진 형상의 영역을 부분적으로 또는 완전히 채울 수 있다.
도 3은 제 1 실시 예에 따른 회전 각 센서(10)의 일부 및 측정 장치(16)의 일부를 개략적으로 도시한다. 도 3은 적어도 2개의 수신 코일(28a, 28b)의 제 1 수신 코일(28a)을 예로서 도시한다. 제 2 수신 코일(28b) 또는 적어도 2개의 수신 코일(28a, 28b)의 각각의 다른 수신 코일에 대해, 상응하는 배치가 제공될 수 있다.
측정 장치(16)는 회전자 요소(14)와 고정자 요소(12) 사이의 유도 결합에 따라 회전 각을 검출하도록 설계된다. 측정 장치(16)는 적어도 2개의 교류 전자기장을 송신하기 위해 적어도 2개의 서로 다른 주파수로 송신 코일(22)을 여기시키도록 설계된다. 또한, 측정 장치(16)는 적어도 2개의 교류 전자기장의 각각의 주파수에 의해 적어도 2개의 유도 결합을 검출하기 위해, 적어도 2개의 교류 전자기장의 송신에 의해 적어도 2개의 수신 코일(28a, 28b) 중 적어도 하나에 유도된 적어도 2개의 교류 전압을 복조하도록 설계된다. 즉, 유도된 교류 전압(U)은 전압을 유도하는 교류 전자기장(W)을 여기시키는 주파수에 의해 복조된다.
측정 장치(16)는 다수의 주파수, 특히 연속적으로 변화하는 주파수(f)를 미리 정하도록 설계된 주파수 발생기(17), 특히 디지털 주파수 발생기(17)를 포함한다. 주파수 발생기(17)에 의해 주파수(f)로 출력되는 교류 전압(Uf)에 의해, 송신 코일(22)은 상이한 주파수(f)의 교류 전자기장(W)을 송신하도록 여기된다.
측정 장치(16)는 또한 상이한 주파수(f)의 교류 전자기장(W)에 의해 유도된 교류 전압(U)을 각각 미리 정해진 주파수(f)에 의해 복조하도록 설계된 복조기(18)를 포함한다.
유도된 교류 전압(U) 및 교류 전압(Uf)이 복조기(18)의 입력부에 인가된다. 유도된 교류 전압(U)은 복조기(18) 이전 또는 복조기(18) 내에서 신호 증폭기에 의해 증폭될 수 있다. 복조기(18) 내에, 예를 들면, 교류 전압(Uf)과 유도된 교류 전압(U)을 혼합하는 믹서(도시되지 않음)가 배치된다. 본 실시 예 및 다른 실시 예에서 믹서는 통신 기술에서 전기 신호들의 주파수 변환을 위해 통상적으로 사용되는 구성 요소이다. 상기 구성 요소는 다이오드 및 트랜지스터와 같은 전자 구성 요소들로 알려진 방식으로 구성될 수 있다. 믹서는 디지털 신호 처리의 경우 신호 프로세서 내에 소프트웨어로도 구현될 수 있다. 혼합된 신호는 예를 들어, 저역 통과 필터를 통해 신호 검출부, 예를 들어, 아날로그/디지털 변환기에 공급된다. 이는 교류 전압(Uf) 및 유도된 교류 전압(U)이 기저 대역으로 혼합되는 것을 의미한다. 결과적으로, 유효 신호는 반송파 신호로부터 분리된다. 이렇게 형성된, 기저 대역 내의 신호는 후속해서 저역 통과 필터를 통해 필터링된 다음 검출된다.
검출된 신호들의 평가에 의해, 유도 결합의 양과 위상으로부터 회전 각이 결정될 수 있다. 회전 각의 결정에 대한 세부 사항은 예를 들어 EP 0 909 955 B1에 알려져 있다.
도 4는 제 2 실시 예에 따른 회전 각 센서(10)의 일부를 측면도로 개략적으로 도시한다. 상기에 설명된 것과 일치하는 이 실시 예의 요소들은 동일한 도면 부호로 표시된다.
제 2 실시 예에 따른 회전 각 센서(10)는 제 1 송신 코일(22), 제 2 송신 코일(23) 및 적어도 2 개의 수신 코일(28a, 28b)을 포함한다. 제 1 송신 코일(22) 및 제 2 송신 코일(23)은 실시 예에서 회전축(A)에 대해 수직인 평면에서, 예를 들어, 회로 기판의 동일한 평면에서 회전축(A)에 대해 반경 방향으로 배치된다. 송신 코일들(22, 23)은 회전축(A)에 대해 반경 방향으로 볼 때 각각의 수신 코일(28a, 28b)의 외부에 배치된다.
도 5는 제 2 실시 예에 따른 회전 각 센서(10)의 일부 및 측정 장치(16)의 일부를 개략적으로 도시한다. 상기에 설명된 것과 일치하는 이 실시 예의 요소들은 동일한 도면 부호로 표시된다. 도 5는 적어도 2개의 수신 코일(28a, 28b)의 제 1 수신 코일(28a)을 예로서 도시한다. 제 2 수신 코일(28b) 또는 적어도 2개의 수신 코일(28a, 28b)의 각각의 다른 수신기 코일에 대해, 상응하는 배치가 제공될 수 있다.
측정 장치(16)는 제 1 시점에서 제 1 주파수(f1)로 제 1 교류 전자기장(W1)을 생성하도록 설계된 제 1 공진 회로(47a)를 포함한다. 측정 장치(16)는 상기 제 1 시점과는 상이한 제 2 시점에서 제 2 주파수(f2)로 제 2 교류 전자기장(W2)을 생성하도록 설계된 제 2 공진 회로(47b)를 포함한다.
제 1 송신 코일(22)은 제 1 공진 회로(47a)에 의해 제 1 교류 전압(Uf1)으로 구동되고 제 1 교류 전자기장(W1)을 송신한다. 제 2 송신 코일(23)은 제 2 공진 회로(47b)에 의해 제 2 교류 전압(Uf2)으로 구동되고 제 2 교류 전자기장(W2)을 송신한다.
제 1 교류 전자기장(W1) 및 제 2 교류 전자기장(W2)의 주파수는, 특히 적어도 5%만큼 상이하다.
제 1 실시 예와는 달리, 복조기(18)는 적어도 2개의 제 1 수신 코일(28a, 28b) 중 적어도 하나에서 생성된 제 1 유도 교류 전압(U1)을 제 1 주파수(f1)에 의해 복조하고, 적어도 2개의 제 1 수신 코일(28a, 28b) 중 적어도 하나에서 생성된 제 2 유도 교류 전압(U2)을 제 2 주파수(f2)에 의해 복조하도록 설계된다.
이를 위해, 예를 들어 제 1 공진 회로(47a) 및 제 2 공진 회로(47b)는 출력 측에서 복조기(18) 내의 믹서(도시되지 않음)의 2개의 상이한 입력부에 접속된다.
유도된 전압용 믹서의 입력부는 제 1 실시 예와 동일하다. 복조기(18) 내에 배치된 믹서는 제 1 교류 전압(Uf1)과 제 1 유도 교류 전압(U1)을 또는 제 2 교류 전압(Uf2)과 제 2 유도 교류 전압(U2)을 혼합한다. 복조기(18)는 동일한 입력부에서 제 1 유도 교류 전압(U1) 또는 제 2 유도 교류 전압(U2)을 수신한다.
출력된 교류 전압의 시간적 오프셋으로 인해, 시점에 따라 예를 들어 제 1 교류 전압(Uf1) 및 제 1 유도 교류 전압(U1)이 믹서에 인가되거나, 또는 제 2 교류 전압(Uf2) 및 제 2 유도 교류 전압(U2)이 인가된다. 측정 장치(16)는 예를 들어 공진 회로들(47a, 47b)을 시간 오프셋되어 구동하도록 설계된 클록 발생기를 포함한다.
신호 처리의 다른 단계들은 제 1 실시 예에서 설명된 바와 같이 실시된다. 결과적으로, 유도 전압들은 차례로 평가될 수 있다.
도 6은 제 3 실시 예에 따른 회전 각 센서의 일부를 측면도로 개략적으로 도시한다. 상기에 설명된 것과 일치하는 이 실시 예의 요소들은 동일한 도면 부호로 표시된다.
고정자 요소(12)는 적어도 2개의 제 1 수신 코일(28a, 28b) 및 적어도 2개의 제 2 수신 코일(29a, 29b)을 포함한다. 적어도 2개의 제 1 수신 코일(28a, 28b)은 제 1 교류 전자기장(W1)의 제 1 주파수(f1)로 제 1 유도 교류 전압(U1)을 검출하도록 설계된다. 적어도 2개의 제 2 수신 코일(29a, 29b)은 제 2 교류 전자기장(W2)의 제 2 주파수(f2)로 제 2 유도 교류 전압(U2)을 검출하도록 설계된다. 적어도 2개의 제 1 수신 코일(28a, 28b) 및 적어도 2개의 제 2 수신 코일(29a, 29b)은 실시 예에서 회전축(A)에 대해 수직인 평면에서, 예를 들어 회로 기판의 동일한 평면 또는 상이한 평면에서 회전축(A)에 대해 반경 방향으로 배치된다. 송신 코일들(22, 23)은 회전축(A)에 대해 반경 방향으로 볼 때 각각의 수신 코일(28a, 28b, 29a, 29b)의 외부에 배치된다. 이와 관련해서, 설계된다는 것은 모든 실시 예에서, 각각의 코일이 각각의 수신 주파수에 대해 최적화된다는 것을 의미한다. 실제 코일들은 소정 인덕턴스 외에, 전기 저항, 기생 커패시턴스 및 그에 따라 적어도 하나의 전기 공진점(자기 공진)을 갖는 공진 회로와 같은 일반적으로 바람직하지 않은 다른 전기적 특성도 갖는다. 예를 들어, 적절한 코일은 수신 주파수의 4배 이상의 자기 공진을 갖는다. 이로 인해, 자기 공진에 의한 바람직하지 않은 효과가 피해진다.
도 7은 제 3 실시 예에 따른 회전 각 센서의 일부 및 측정 장치의 일부를 개략적으로 도시한다. 상기에 설명된 것과 일치하는 이 실시 예의 요소들은 동일한 도면 부호로 표시된다. 도 7은 적어도 2개의 제 1 수신 코일(28a, 28b) 중 하나의 제 1 수신 코일(28a)을 예로서 도시한다. 적어도 2개의 제 1 수신 코일(28a, 28b) 중 하나의 제 2 수신 코일(28b) 또는 적어도 2개의 제 1 수신 코일(28a, 28b)의 각각의 다른 수신 코일에 대해, 상응하는 배치가 제공될 수 있다. 도 7은 적어도 2개의 제 2 수신 코일(29a, 29b) 중 하나의 제 1 수신 코일(29a)을 예로서 도시한다. 적어도 2개의 제 2 수신 코일(29a, 29b) 중 하나의 제 2 수신기 코일(29b) 또는 적어도 2개의 제 2 수신 코일(29a, 29b)의 각각의 다른 수신 코일에 대해, 상응하는 배치가 제공될 수 있다.
측정 장치(16)는 제 2 실시 예에서 설명된 바와 같이, 제 1 공진 회로(47a) 및 제 2 공진 회로(47b)를 포함한다.
측정 장치(16)는 전술한 실시 예와는 달리 제 1 유도 교류 전압(U1)에 대한 제 1 입력부 및 제 2 유도 교류 전압(U2)에 대한 제 2 입력부를 갖는 복조기(18)를 포함한다.
복조기(18)는 제 1 유도 교류 전압(U1)을 제 1 주파수(f1)에 의해 복조하고, 제 2 유도 교류 전압(U2)을 제 2 주파수(f2)에 의해 복조하도록 설계된다.
예를 들어, 복조기(18)는 2개의 믹서(도시되지 않음)를 포함한다. 제 1 믹서는 제 1 실시 예에서 설명된 바와 같이, 제 1 유도 교류 전압(U1)으로 제 1 교류 전압(Uf1)을 처리한다. 제 2 믹서는 제 1 실시 예에서 설명된 바와 같이, 제 2 유도 교류 전압(U2)으로 제 2 교류 전압(Uf2)을 처리한다.
신호 처리의 다른 단계들은 예를 들어 제 1 실시 예에서 설명된 바와 같이 믹서 각각에 대해 실시된다.
이는 복조기(18)가 적어도 2개의 제 1 수신 코일(28a, 28b) 중 적어도 하나로부터의 입력 신호로서 제 1 유도 교류 전압(U1)을 제 1 주파수(f1)로 그리고 적어도 2개의 제 2 수신 코일(29a, 29b) 중 적어도 하나로부터의 입력 신호로서 제 2 유도 교류 전압(U2)을 제 2 주파수(f2)로 복조하도록 설계된다는 것을 의미한다.
도 8은 예시적인 공진 회로(47a, 47b)의 일부를 개략적으로 도시한다. 상기에 설명된 것과 일치하는 이 실시 예의 요소들은 동일한 도면 부호로 표시된다.
공진 회로(47a, 47b)는 적어도 하나의 송신 코일(22, 23)과 병렬로 접속된 적어도 하나의 버랙터(V)를 포함한다. 제어 전압(Us)은 디커플링 인덕터(LB)를 통해 버랙터(V)에 인가된다. 양자는 커플링 커패시터(CK)를 통해 LC 공진 회로(81)에 접속된다. 상기 LC 공진 회로(81)는 커패시터(C) 및 각각의 송신 코일(22, 23)로 구성된다.
각각의 주파수(f)는 이 구성에서 버랙터(V)에 의해 조정될 수 있다. 버랙터의 사용에 의해 200 kHz 내지 1 MHz의 주파수 변동이 가능하다.
설명된 구성은 주파수 발생기 또는 공진 회로를 사용한다. RC 발진기 또는 석영 발진기와 같은 다른 클록 발생기도 주파수를 제어 또는 설정하기 위해 사용될 수 있다. 주파수의 변동은 버랙터의 조절 이외의 다른 구성 요소 값의 변경에 의해서도 가능하다. RC 발진기의 경우, 전류 흐름 또는 저항값은 조절 가능한 전류 소스에 의해 조절될 수 있다.
디지털 주파수 합성에 의해 주파수를 변화시키는 디지털 주파수 발생기가 제공될 수 있다.
이 경우, 석영 발진기 또는 RC 발진기가 클록 발생기로서 사용될 수 있다. 각각의 주파수(f)는 디지털 주파수 발생기에 의해 조절 가능한 발진기를 이용해서 생성된다. 조절 가능한 발진기의 출력 신호는 클록 발생기에 의해 미리 정해진 메인 주파수가 디지털 디바이더에 의해 감소됨으로써 생성된다. 출력 신호는 위상 비교기에 의해 메인 주파수와 비교된다. 이 경우 발생할 수 있는 위상 에러는 조절 가능한 발진기를 제어하는데 사용된다. 이 피드백에 의해, 거의 모든 주파수가 클록 소스의 정밀도로 생성된다. 조절 가능한 발진기의 직접적인 사용은 상기 발진기의 일반적으로 낮은 주파수 안정성이 적용 예에 충분한 경우 가능하다.
전술한 공진 회로들(47a, 47b)에서 송신 코일(22, 23)은 주파수 결정 요소로서도 사용된다. 이로 인해, 주파수를 변화시키는 간섭 영향들의 보상이 일차적으로 본질적으로 수행된다.
10 회전 각 센서
12 고정자 요소
14 회전자 요소
16 측정 장치
17 주파수 발생기
18 복조기
22, 23 송신 코일
28a, 28b; 29a, 29b 수신 코일
47a 제 1 공진 회로
47b 제 2 공진 회로

Claims (13)

  1. 회전 각 센서(10)로서,
    고정자 요소(12),
    상기 고정자 요소(12)에 대해 회전축(A)을 중심으로 회전 가능하게 장착된 회전자 요소(14)로서, 회전 각이 상기 회전자 요소(14)와 상기 고정자 요소(12) 사이의 유도 결합에 의해 검출될 수 있는, 상기 회전자 요소(14), 및
    측정 장치(16)를 포함하는, 상기 회전 각 센서(10)에 있어서,
    상기 측정 장치(16)는 상기 회전자 요소(14)와 상기 고정자 요소(12) 사이의 유도 결합에 따라 상기 회전 각을 검출하도록 설계되고,
    상기 고정자 요소(12)는 교류 전자기장을 송신하기 위한 적어도 하나의 송신 코일(22, 23)과 교류 전자기장을 검출하기 위한 적어도 2개의 수신 코일(28a, 28b; 29a, 29b)을 포함하며,
    상기 측정 장치(16)는 적어도 2개의 교류 전자기장을 송신하기 위해 적어도 2개의 서로 다른 주파수로 상기 적어도 하나의 송신 코일(22, 23)을 여기시키도록 설계되며,
    상기 측정 장치(16)는 상기 적어도 2개의 교류 전자기장의 각각의 주파수에 의해 적어도 2개의 유도 결합을 검출하기 위해, 상기 적어도 2개의 교류 전자기장의 송신에 의해 상기 적어도 2개의 수신 코일들(28a, 28b; 29a, 29b) 중 적어도 하나에 유도된 적어도 2개의 교류 전압을 복조하도록 설계되는, 회전 각 센서(10).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정 장치(16)는 상기 적어도 하나의 송신 코일(22, 23)에 의해 상이한 주파수의 교류 전자기장을 송신하기 위해, 다수의, 특히 연속적으로 변하는 주파수를 미리 정하도록 설계된 주파수 발생기(17), 특히 디지털 주파수 발생기(17)를 포함하고,
    상기 측정 장치(16)는 상이한 주파수의 상기 교류 전자기장에 의해 유도된 교류 전압을 각각 미리 정해진 주파수에 의해 복조하도록 설계된 복조기(18)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 회전 각 센서(10).
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정자 요소(12)는 제 1 송신 코일(22), 제 2 송신 코일(23) 및 적어도 2개의 수신 코일(28a, 28b; 29a, 29b)을 포함하고,
    상기 제 1 송신 코일(22)은 제 1 교류 전자기장을 송신하고,
    상기 제 2 송신 코일(23)은 상기 제 1 교류 전자기장과는 상이한, 특히 적어도 5%만큼 상이한 주파수를 갖는 제 2 교류 전자기장을 송신하는 것을 특징으로 하는, 회전 각 센서(10).
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 측정 장치(16)는 상기 제 1 교류 전자기장을 제 1 시점에 제 1 주파수로 생성하도록 설계된 제 1 공진 회로(47a)를 포함하고, 상기 측정 장치(16)는 상기 제 2 교류 자기장을 상기 제 1 시점과는 상이한 제 2 시점에 제 2 주파수로 생성하도록 설계된 제 2 공진 회로(47b)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 회전 각 센서(10).
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 회전 각 센서(10)는 각각의 수신 코일(28a, 28b)에 생성된 제 1 유도 교류 전압을 상기 제 1 주파수에 의해 복조하고 각각의 수신 코일(28a, 28b)에 생성된 제 2 유도 교류 전압을 상기 제 2 주파수에 의해 복조하도록 설계된 복조기(18)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 회전 각 센서(10).
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 고정자 요소(12)는 적어도 2개의 제 1 수신 코일(28a, 28b) 및 적어도 2개의 제 2 수신 코일(29a, 29b)을 포함하고,
    상기 적어도 2개의 제 1 수신 코일(28a, 28b)은 상기 제 1 교류 전자기장의 제 1 주파수로 제 1 유도 교류 전압을 검출하도록 설계되며,
    상기 적어도 2개의 제 2 수신 코일(29a, 29b)은 상기 제 2 교류 전자기장의 제 2 주파수로 제 2 유도 교류 전압을 검출하도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 회전 각 센서(10).
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 측정 장치(16)는 상기 제 1 교류 전자기장을 제 1 시점에 제 1 주파수로 생성하도록 설계된 제 1 공진 회로(47a)를 포함하고,
    상기 측정 장치(16)는 상기 제 2 교류 전자기장을 상기 제 1 시점과는 다른 제 2 시점에 제 2 주파수로 생성하도록 설계된 제 2 공진 회로(47b)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 회전 각 센서(10).
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 측정 장치(16)는 상기 제 1 유도 교류 전압을 상기 제 1 주파수에 의해 복조하고 상기 제 2 유도 교류 전압을 상기 제 2 주파수에 의해 복조하도록 설계된 복조기(18)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 회전 각 센서(10).
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 복조기(18)는 상기 적어도 2개의 제 1 수신 코일(28a, 28b) 중 적어도 하나로부터의 입력 신호로서 상기 제 1 유도 교류 전압을 상기 제 1 주파수로 그리고 상기 적어도 2개의 제 2 수신 코일(29a, 29b) 중 적어도 하나로부터의 입력 신호로서 상기 제 2 유도 교류 전압을 상기 제 2 주파수로 복조하도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 회전 각 센서(10).
  10. 제 3 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전 각 센서(10)는 각각의 주파수를 발생시키기 위해 적어도 하나의 공진 회로(47a, 47b)를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 공진 회로(47a, 47b)는 특히 적어도 하나의 LC 공진 회로(81)의 부분으로서 상기 적어도 하나의 송신 코일(22, 23)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 회전 각 센서(10).
  11. 제 3 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공진 회로(47a, 47b)는 적어도 하나의 송신 코일(22, 23)과 병렬로 연결된 적어도 하나의 버랙터(V)를 포함하고, 각각의 주파수가 상기 버랙터(V)에 의해 조정될 수 있는 것을 특징으로 하는, 회전 각 센서(10).
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    다수의 주파수가 특히 4 MHz 내지 6 MHz의 범위 내에서 미리 정해질 수 있는 것을 특징으로 하는, 회전 각 센서(10).
  13. 유도 회전 각 센서(10)용 고정자 요소(12)에 있어서,
    상기 고정자 요소(12)는
    - 측정 장치(16),
    - 적어도 하나의 교류 전자기장을 송신하기 위한 적어도 하나의 송신 코일(22, 23), 및
    - 교류 전자기장을 검출하기 위한 적어도 2개의 수신 코일(28a, 28b; 29a, 29b)을 포함하고,
    적어도 하나의 교류 전자기장을 송신하기 위한 상기 적어도 하나의 송신 코일(22, 23)은 상기 측정 장치(16)에 의해 여기될 수 있고,
    상기 측정 장치(16)는 상기 적어도 하나의 송신 코일(22, 23)을 주파수가 상이한 적어도 2개의 교류 전자기장으로 여기시키도록 설계되고,
    상기 측정 장치(16)는 상기 적어도 2개의 교류 전자기장의 각각의 주파수에 의해 적어도 2개의 유도 결합을 검출하기 위해, 상기 적어도 2개의 교류 전자기장의 송신에 의해 상기 적어도 2개의 수신 코일들(28a, 28b; 29a, 29b) 중 적어도 하나에 유도된 적어도 2개의 교류 전압을 복조하도록 설계되는, 고정자 요소(12).
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