KR20200010255A - 회전하는 부품의 각도를 결정하기 위한 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 회전하는 부품의 각도를 결정하기 위한 장치에 관한 것으로, 상기 장치는 자기 변형 센서 구조(4)를 포함하며, 상기 자기 변형 센서 구조는 송신 요소(17) 및 수신 요소(18, 19)와 결합되어 있고, 상기 자기 변형 센서 구조를 따라 가동형 부품에 고정된 자석(5, 10, 11)이 이동하며, 이때 송신 및 수신 요소(17; 18, 19)는 송신 요소(17)와 포화 구역(6) 사이의 이동 시간 및 역으로 포화 구역(6)으로부터 수신 요소(18, 19)로의 이동 시간으로부터 가동형 부품의 위치를 결정하기 위한 전자 평가 장치(14)와 연결되어 있으며, 이 경우 송신된 신호는 자석(5)에 의해 자기 변형 센서 구조(4) 내에 생성된 포화 구역(6, 8)에서 반사된다. 회전하는 부품의 공차 없는 각도 결정이 가능한 장치에서는, 자기 변형 센서 구조(4)가 상호 이격된 2개의 센서 루프(15, 16; 20, 21)를 포함하고, 각각의 센서 루프(15, 16; 20, 21)의 형상이 회전하는 부품의 이동 방향에 매칭되며, 이 경우 두 센서 루프(15, 16; 20, 21) 내로 각각 하나의 펄스를 동시에 결합시키기 위해 하나의 공통 송신 요소(17)가 제공되고, 상기 공통 송신 요소의 주변에는 개별 센서 루프(15, 16; 20, 21)의 포화 구역(6, 8)으로부터 반사된 펄스를 수신하기 위해 각각의 센서 루프(15, 16; 20, 21)마다 각각 하나의 수신 요소(18, 19)가 배치되며, 수신 요소(18, 19)는 두 센서 루프(15, 16; 20, 21)에서의 2개의 이동 시간의 비로부터 각도 위치를 결정하기 위해 전자 평가 장치(14)와 연결된다.
Description
본 발명은 회전하는 부품의 각도를 결정하기 위한 장치에 관한 것으로, 상기 장치는 자기 변형 센서 구조를 포함하며, 이 자기 변형 센서 구조가 송신 요소 및 수신 요소와 결합되어 있고, 상기 자기 변형 센서 구조를 따라 가동형 부품에 고정된 자석이 이동하며, 송신 요소 및 수신 요소는 송신 요소와 포화 구역 사이의 이동 시간 및 역으로 포화 구역으로부터 수신 요소로의 이동 시간으로부터 가동형 부품의 위치를 결정하기 위한 전자 평가 장치와 연결되어 있으며, 이 경우 송신된 신호가 자석에 의해 자기 변형 센서 구조 내에 생성된 포화 구역에서 반사된다.
각도 회전자 위치 측정은 대부분 자기 측정 방법을 이용해서 수행되는 것으로 알려져 있다. DE 10 2013 213 948 A1호는, 전기 모터의 위치를 결정하기 위한 방법을 개시하며, 이 방법에서는 전기 모터의 회전자의 위치 신호가 전기 모터의 고정자에서 전기 모터의 회전축 외부에 배치된 센서에 의해 픽업되고, 이 위치 신호는 전기 모터의 위치와 관련하여 평가 유닛에 의해 평가된다.
DE 10 2013 222 366 A1호는, 전기 모터의 위치를 결정하기 위한 방법을 보여 주며, 이 방법에서는 회전자 위치 수집이 높은 안전 수준으로 수행된다. 이 경우, 위치 신호는 센서 장치와 평가 유닛 사이의 전송 거리에 따라, 전송 거리가 짧은 경우에는 SPI 프로토콜 신호를 이용해서, 그리고/또는 전송 거리가 더 긴 경우에는 PWM 신호를 이용해서 평가 유닛으로 전송된다. 이와 같은 자기 측정 방법은, 자석 비용 및 공차 민감성의 측면에서, 회전하는 부품의 각도가 측정되어야 하는 특정 시스템에 간단히 통합될 수 없다. 이 경우, 각도 위치 측정의 정확도는 센서로의 자석 이동과 관련하여 동적인 공차에 의해 크게 좌우된다.
이동 시간을 이용해서 선형 거리 측정을 구현하는, Littelfuse 사(社) 또는 MTS 사(社)의 센서가 공지되어 있다. 이들 센서에서, 펄스 전파 시간은 선형으로 연장되는 자기 변형 센서 요소 내에서 측정되며, 이때 자기 변형 센서 요소 상에는 펄스 발생기 및 수신기가 배치된다. 자기 변형 센서 요소 내에서 단 하나의 포화 구역을 형성하는 자석이 사용된다. 제조 공차 및 온도 계수로 인한 자화 오류, 불균질성, 유동 변화는 거의 무시될 수 있다.
본 발명의 과제는, 자기 변형 센서 요소를 이용한 선형 이동 시간 측정의 장점들을 이용하는, 회전하는 부품의 각도를 결정하기 위한 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따라, 상기 과제는, 자기 변형 센서 구조가 상호 이격된 2개의 센서 루프를 포함하고, 각각의 센서 루프의 형상이 회전하는 부품의 이동 방향에 매칭됨으로써 해결되며, 이 경우 2개의 센서 루프 내로 각각 하나의 펄스를 동시에 결합시키기 위해 하나의 공통 송신 요소가 제공되고, 상기 공통 송신 요소의 주변에는 개별 센서 루프의 포화 구역에 의해 반사된 펄스를 수신하기 위해 각각의 센서 루프마다 각각 하나의 수신 요소가 배치되며, 수신 요소는 두 센서 루프에서의 2개의 이동 시간의 비로부터 각도 위치를 결정하기 위해 전자 평가 장치와 연결되어 있다. 이는, 2개의 센서 루프 내에서의 2개 센서 루프의 만곡 배치에 의해 각각 펄스 측정 및 이로써 이동 시간 측정이 수행될 수 있다는 장점을 가지며, 이 경우 펄스는 각각 상응하는 자기 변형 센서 루프의 포화 구역에 의해 반사된다. 포화 지점만 검출되기 때문에, 자속의 측정 또는 자기 벡터의 방향 측정은 완전히 생략된다. 이로 인해, 이동 시간 측정은 회전 방법에서도 사용될 수 있다. 이와 같은 장치는 간섭 자기장의 영향을 받지 않으며, 공차 및 환경 영향을 견딜 수 있는 각도 측정을 허용한다.
바람직하게는, 자기 변형 센서 구조까지의 자석의 거리가 포화 구역의 폭을 결정한다. 거리가 먼 경우에는 자기 변형 센서 루프의 자속 밀도가 감소하여 포화 영역이 더 좁게 형성되는 한편, 센서 구조까지의 자석의 거리가 감소하면 포화 구역이 더 넓어진다. 상기 폭에 의해 펄스 전파 시간이 설정될 수 있는데, 그 이유는 더 넓은 포화 영역에서는 이동 시간이 단축되기 때문이다.
일 실시예에서, 자석은 자기 변형 센서 구조에 대해 기울어진 상태로 배치된다. 이로 인해, 펄스에서 비대칭 포화 구역들이 설정될 수 있다.
일 개선예에서, 회전하는 부품에 고정된 자석은 자기 링으로서 형성되거나, 2개의 마주 놓인 블록 자석으로 형성된다. 서로 마주 놓인 2개의 포화 구역만 발생시키면 되므로, 간단한 블록 자석들을 사용하는 것이 매우 비용 효율적이다. 그에 비해 자기 링의 사용은 연속 자기장 프로파일을 발생시킨다.
바람직하게, 센서 구조는, 펄스를 발생시키고 전자 평가 장치를 포함하는 전자 부품 내에 형성된다. 이로 인해 매우 간단하고 소형인 장치가 형성될 수 있다.
대안적으로, 센서 구조는, 펄스를 발생시키고 전자 평가 장치를 포함하는 전자 부품이 배치되어 있는 회로 기판 내에 형성된다. 따라서, 전자 부품 및 이 전자 부품의 지지 요소는 별개의 부품이지만, 지지 요소가 그 자체로서 장치 내에 항상 존재하기 때문에, 센서 구조를 지지하기 위한 추가의 장치가 생략되며, 이는 장치를 소형화한다.
일 변형예에서, 내부 센서 루프 및 외부 센서 루프는 각각 2개의 만곡된 센서 요소를 포함한다. 상기 2개의 만곡된 센서 요소에 의해서는 잉여 측정이 가능한데, 그 이유는 내부 센서 루프뿐만 아니라 외부 센서 루프에서도 이동 시간 모니터링이 수행될 수 있기 때문이다. 이처럼 거의 원형인 2개의 포화 루프를 사용함으로써, 자기 변형 센서 구조 내부에서 데드 존(dead zone)이 억제된다.
일 실시예에서, 두 센서 루프의 만곡된 센서 요소들은 반원형으로 형성되며, 이 경우 하나의 센서 루프의 반원형 센서 요소들은 원과 유사하게 배열된다. 이와 같은 장치에 의해, 회전하는 부품의 완전한 회전을 검출할 수 있도록 하기 위한 360° 센서가 간단히 실현될 수 있다.
일 변형예에서, 내부 및 외부 센서 루프의 단부 쌍들이 서로에 대해 90°만큼 오프셋되어 배치된다. 이러한 배치에 의해, 포화 구역의 형성에 따라 2개 센서 루프의 이용에 의해 잉여 신호가 발생할 수 있다. 이는 특히, 외부 센서 루프의 일 단부 쌍과 내부 센서 루프의 일 단부 쌍 사이에 포화 영역이 형성되도록 자석이 배치되어 있는 경우에 이루어진다.
일 대안예에서, 포화 영역은 내부 또는 외부 센서 루프의 일 단부 쌍의 2개의 수신 요소 사이에 형성된다. 이 경우에 해당하면, 2개 센서 루프 중 하나만 이동 시간 측정을 위해 이용될 수 있다. 다른 비활성 부분도 계속해서 기능 체크를 위해 사용될 수는 있지만, 정확한 위치 결정을 위해서는 사용될 수 없다.
일 실시예에서, 각각의 센서 루프는 180° 이상에 걸쳐 연장되는 단 하나의 만곡된 요소만을 구비하며, 이 경우 내부 센서 루프의 일 단부 쌍은 외부 센서 루프에 의해서 겹쳐진다. 이러한 배치에서는, 내부 센서 루프와 외부 센서 루프의 중첩이 항상 포화 구역보다 크다는 전제 조건하에서, 내부 센서 루프 및 외부 센서 루프가 양방향으로의 측정을 위해 사용될 수 있다.
펄스 전파 시간을 상응하게 연장할 수 있게 하고, 이로써 회전하는 부품의 위치 결정의 정확도를 높이기 위하여, 센서 루프의 만곡된 요소들이 곡류 형상으로 형성된다.
본 발명은 수많은 실시예들을 허용한다. 이들 중 몇몇을 도면부에 도시된 각각의 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 이동 시간 측정의 기능 원리도이다.
도 2는 이동 시간 측정의 또 다른 기능 원리도이다.
도 3은 자기 변형 센서 구조 내에서 포화 구역을 발생시키기 위한 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 4는 자기 변형 센서 구조 내에서 포화 구역을 발생시키기 위한 또 다른 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 5는 자기 변형 센서 구조 내에서 포화 구역을 발생시키기 위한 또 다른 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 6은 블록 자석의 사용에 대한 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 7은 자기 변형 구조의 배치에 대한 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 8은 자기 변형 구조를 배치에 대한 또 다른 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 9는 360° 센서용 자기 변형 센서 구조의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 10은 360° 센서용 자기 변형 센서 구조의 또 다른 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 11은 360° 센서용 자기 변형 센서 구조의 또 다른 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 12는 자기 변형 센서 루프의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 2는 이동 시간 측정의 또 다른 기능 원리도이다.
도 3은 자기 변형 센서 구조 내에서 포화 구역을 발생시키기 위한 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 4는 자기 변형 센서 구조 내에서 포화 구역을 발생시키기 위한 또 다른 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 5는 자기 변형 센서 구조 내에서 포화 구역을 발생시키기 위한 또 다른 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 6은 블록 자석의 사용에 대한 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 7은 자기 변형 구조의 배치에 대한 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 8은 자기 변형 구조를 배치에 대한 또 다른 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 9는 360° 센서용 자기 변형 센서 구조의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 10은 360° 센서용 자기 변형 센서 구조의 또 다른 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 11은 360° 센서용 자기 변형 센서 구조의 또 다른 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 12는 자기 변형 센서 루프의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 1에는, 회전하는 부품의 각도를 측정하는 자기 변형 거리 센서에서 이동 시간 측정의 기능 원리의 제1 실시예가 도시되어 있다. 자기 변형 거리 센서(1)는, 자기 변형 센서 구조(4)로서 형성된 도파관을 사이에 두고 배치된 두 지점(2, 3) 사이의 거리를 측정하기 위해 이용되며, 상기 도파관을 따라서 영구 자석(5)이 이동한다. 상기 지점(2, 3)에서 각각 하나의 전류 펄스가 자기 변형 센서 구조(4) 내로 결합된다. 전류는 원형 자기장을 발생시키며, 이 원형 자기장은 자기 변형 센서 구조(4)의 연자성 특성으로 인해 자기 변형 센서 구조 내에서 집속된다. 경로의 측정될 지점에서는, 가동 영구 자석(5)이 위치 지시기로서 사용되며, 이 영구 자석의 자기력선은 펄스 자기장에 대해 직각으로 연장되고, 마찬가지로 자기 변형 센서 구조(4) 내에서 집속된다. 자기 변형 센서 구조(4)에서 2개의 자기장이 중첩되는 영역에서는, 포화 구역(6)에 상응하는 자기 변형에 의한 탄성 변형이 발생한다. 상기 포화 구역(6)에서는, 지점들(2, 3)에 각각 공급된 펄스가 반사된다. 지점들(2 및 3)에서는 반사된 펄스가 다시 수신되고, 그 펄스 전파 시간이 결정된다. 2개의 이동 시간의 비로부터, 회전하는 부품에 고정되어 있는 영구 자석(5)의 위치가 추론된다.
도 2는, 펄스 결합 및 펄스 측정을 위해 복수의 지점(2, 3, 7)이 이용되는 이동 시간 측정의 또 다른 기능 원리를 보여준다. 본 실시예에서, 각각의 지점(2, 3, 7)은 사전 설정된 각도에 상응하는데, 예를 들어 지점(7)은 0°에 상응하고, 지점(3)은 180°에 상응하며, 지점(2)은 360°에 상응한다. 각각의 지점(2, 3, 7)에서는 펄스가 자기 변형 센서 구조(4)의 반대 방향으로 결합되고, 각각 센서 구조(4) 내에서 2개의 지점(2, 3) 사이 또는 2개의 지점(3, 7) 사이에 형성되는 포화 구역(6, 8)에 의해 반사된다. 공급 지점인 동시에 수신 지점인 지점들(1, 2 및 7)에 각각 하나의 고정된 각도 위치가 할당되기 때문에, 상이한 이동 시간 측정치들로부터 영구 자석(5)의 위치가 잉여적으로 추론될 수 있다.
도 3에는, 자기 변형 센서 구조(4)의 포화 구역을 발생시키기 위한 일 실시예가 도시되어 있다. 본 실시예에서, 자기 변형 센서 구조(4)는 인쇄 회로 기판(9) 상에 고정되어 있다. 상기 인쇄 회로 기판을 마주보면서 영구 자석(5)이 회전축(12)의 중심에 배치되며, 이 경우 좌측은 남극(S)을 나타내고, 우측은 북극(N)을 나타낸다. 이미 설명된 방식으로 포화 구역(6, 8)이 형성되며, 여기서 포화 구역(6, 8)이란, 외부 자기장 세기의 증가에 의해 그 값이 초과되지 않는 자화 구역을 의미한다.
자기 변형 센서 구조(4)에 대해 영구 자석(5)이 센터링되어 배치될 때, 반사된 펄스의 신호 내에서 동일한 폭의 포화 구역(6, 8)이 생성된다. 이들 포화 구역(6, 8)의 폭은, 도 4에 도시된 바와 같이, 자기 변형 센서 구조물(4)까지의 영구 자석(5)의 거리 변동으로 인해 변할 수 있다. 도 4a는, 영구 자석(5)과 자기 변형 센서 구조(4) 사이의 거리가 더 먼 경우를 보여주며, 이로 인해 2개의 펄스는 더 작은 포화 거리를 갖는다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 영구 자석(5)이 자기 변형 센서 구조(4)에 더 가까워지면, 자기 변형 센서 구조(4) 내에서의 더 높은 자속 밀도로 인해 포화 구역(6, 8)의 폭이 더 넓어진다.
도 5에 도시된 바와 같이, 영구 자석(5)을 자기 변형 센서 구조(4)에 대해 기울이는 방식으로도, 포화 구역(6, 8)의 다양한 폭이 설정될 수 있다. 이 경우, 영구 자석(5)의 기울어짐은 비대칭적인 폭을 갖는 포화 구역(6, 8)을 야기한다.
전술한 예들에서는, 그 위치가 검출되어야 하는 회전하는 부품에 고정된 자기 링이 영구 자석(5)으로서 이용되는 것으로 가정되었다. 그러나 자기 링에 의해서 발생하는 것과 같은 연속 자기장 프로파일은 각도 측정에 사용하기 위해 절대적으로 필요한 것은 아니다. 즉, 자기 변형 센서 구조(4)에 대해 자기 링 대신에 2개의 블록 자석(10, 11)도 배치될 수 있으며, 이 경우 이들 블록 자석은 반대 극성을 갖도록 그리고 회전축(12)까지 동일한 거리를 갖도록 상호 배치된다. 상기 2개의 블록 자석(10, 11)에 의해서는, 펄스 측정을 위해 2개의 포화 구역(6, 8)만 발생하며, 이들 포화 구역은 2개의 블록 자석(10, 11)이 서로 마주 놓이는 배치 시 생성된다.
도 7에는, 자기 변형 센서 구조(4)의 배치에 대한 일 실시예가 도시되어 있다. 본 실시예에서 센서 구조(4)는 간단히 링으로서 도시되어 있으며, 반대 방향으로 진행하는 2개의 펄스를 결합하고 반사된 펄스를 수신하기 위한 지점들(1, 2, 7)을 사전 설정된 간격으로 구비한다. 이와 같은 센서 구조(4)는 칩(13) 내에 형성되며, 이 경우 칩(13)의 중심은 펄스 발생 및 평가를 위한 전자 구성 유닛(14)에 의해 형성된다. 이때, 센서 구조(4)는 전자 구성 유닛(14)을 둘러싼다. 상기 칩(13)은 회로 기판(9) 상에 고정되어 있다. 앞에서 이미 설명한 것처럼, 사전 설정된 지점들(2, 3, 7)에 고정된 각도가 할당되기 때문에, 예를 들어 0° 및 360°에서 펄스 결합 및 반사된 펄스의 수신이 이루어지며, 이 경우 영구 자석(5)에 의해 야기되는 포화 구역(6, 8)은 센서 구조(4)의 0°와 180° 사이 또는 180°와 360° 사이에 놓인다. 칩(13) 내에서의 센서 구조(4)의 배치를 통해, 다양한 용례에 매칭될 수 있는 범용 칩이 실현된다.
도 8에 도시된 바와 같은 한 대안적 실시예에서, 펄스 발생 및 펄스 평가를 위한 전자 구성 유닛(14)을 지지하는 칩(13)은 회로 기판(9) 상에 배치되는 한편, 센서 구조(4)는 회로 기판(9) 내부에 형성되고, 칩(13)과 연결되어 있다.
도 9에는, 360° 센서의 자기 변형 센서 구조(4)의 일 실시예가 도시되어 있다. 이와 같은 센서를 위해, 센서 구조는 2개의 센서 루프(15, 16)로 이루어지며, 이 경우 각각의 센서 루프(15, 16)는 2개의 반원형 센서 요소(15.1, 15.2 또는 16.1, 16.2)를 포함한다. 내부 센서 루프(16)의 2개의 센서 요소(16.1, 16.2)는 거의 원형으로 배치된다. 내부 센서 루프(16)를 둘러싸는 외부 센서 루프(15)의 2개의 센서 요소(15.1, 15.2)에 대해서도 동일한 내용이 적용된다. 이와 같은 구조에서는, 더 이상 도시되지 않은 영구 자석(5)에 의해 2개의 센서 루프(15, 16)를 포함하는 2개의 포화 구역(6, 8)이 발생한다. 따라서, 일 센서 루프(15, 16)의 2개의 센서 요소(15.1, 15.2; 16.1, 16.2)의 마주 놓인 단부들(15.3, 15.4; 16.3, 16.4)은 항상 하나의 단부 쌍을 형성하고, 이 단부 쌍에 하나의 송신 요소(17)가 할당된다. 이 경우, 센서 요소(15.1, 15.2; 16.1, 16.2)의 각각의 단부(15.3, 15.4; 16.3, 16.4)에는 반사된 펄스를 수신하기 위한 별도의 수신기(18, 19)가 할당된다. 본 경우, 송신 요소에 의해, 상응하는 센서 요소(15.1, 15.2; 16.1, 16.2) 내에서 생성된 포화 구역(6, 8)에 의해 역반사되는 각각 2개의 펄스가 하나의 단부 쌍(15.3, 15.4; 16.3, 16.4) 내로 반대 방향으로 결합된다. 위치 측정을 위해 2개의 센서 루프(15, 16)를 사용하는 경우, 잉여 시스템(redundant system)이 제공된다.
도 10에는, 360° 센서에 대한 또 다른 일 실시예가 도시되어 있다. 본 실시예에서, 도 10a는, 포화 구역(6, 8)이 센서 요소(15.1, 15.2; 16.1, 16.2)의 단부들(15.3, 15.4; 16.3, 16.4) 외부에 놓여 있는, 도 9와 관련하여 이미 설명한 잉여 시스템을 다시 한 번 보여준다. 하지만, 도 10b에 도시된 바와 같이, 포화 구역(6, 8)이 내부 센서 루프(16)용으로 특성화되어 있는 송신 요소(17)의 높이에 놓여 있으면, 송신 요소(17)의 펄스가 반사되지 않는데, 그 이유는 각각의 펄스가 즉시 수신기(18, 19)에 의해 감지되기 때문이다. 따라서, 내부 센서 루프(16)는 측정을 위해 이용될 수 없게 된다. 다만 외부 센서 루프(15)에 의해서만 회전하는 부품의 위치가 결정될 수 있다.
데드 존을 방지하기 위하여, 센서 구조물(4)의 또 다른 일 실시예가 도 11에 도시되어 있다. 본 실시예에서, 외부 센서 루프(20) 및 내부 센서 루프(21)는 단 하나의 만곡된 센서 요소를 가지며, 이때 각각의 센서 요소는 180° 이상 중첩되어 있다. 이 경우 내부 및 외부 센서 요소(20, 21)의 반대 방향을 지향하는 단부들(20.1; 21.1)은 각각 단 하나의 송신 유닛(17)으로부터 펄스를 공급받는다. 마주 놓인 포화 구역들(6, 8)은, 도 11a에 도시된 바와 같이 한 번은 내부 센서 루프(21)[포화 구역(8)]만을 포함하고, 한 번은 외부 센서 루프(20)[포화 구역(6)]만을 포함한다. 이와 같은 배치 구조에서는 외부 및 내부 센서 루프(20, 21) 모두 양방향으로 측정할 수 있으며, 이로부터 신뢰성 있는 위치 결정이 도출된다. 도 11b에 도시된 구조에서, 개별 포화 구역(6, 8)은 한 번은 내부 센서 루프(21)의 수신기(18) 바로 뒤에 형성되고, 한 번은 외부 센서 루프(20)의 수신기(19) 바로 뒤에 형성되며, 이 경우 포화 구역(6, 8)이 내부 및 외부 센서 루프(20, 21)를 모두 덮는다. 이는, 내부 및 외부 센서 루프(20, 21) 모두가 한 방향으로만 측정할 수 있는 효과를 갖는데, 그 이유는 개별 포화 구역(6, 8)에 의해 송신 유닛(17)이 차단되기 때문이다. 이 경우, 송신 유닛(17)에 의한 결합은 외부 센서 루프(20)의 일 단부와 내부 센서 루프(21)의 반대편 단부에서만 이루어진다. 이와 같은 센서 구조를 이용한 측정에 대한 전제 조건은, 2개의 센서 루프(20, 21)가 항상 포화 구역(6, 8)보다 크게 형성된다는 점이다.
도 12에는, 펄스 경로를 연장하기 위한 자기 변형 센서 구조(22, 23)에 대한 두 가지 실시예가 도시되어 있다. 이동 시간이 일반적으로는 나노 초 범위 내에서 움직이기 때문에, 짧은 시간을 상응하게 평가하기가 대부분 어렵다. 경로가 연장되면, 평가가 개선된다. 이는, 센서 루프(22)의 연속적인 연장을 가능하게 하는 곡류 구조로서 센서 루프(22)를 형성함으로써 이루어진다. 도 12b에는, 이산적인 펄스를 발생시킬 수 있는 곡류 형상의 센서 루프(23)가 도시되어 있다. 이동 시간 연장에 의해, 시간 측정의 공차가 신호 오류에 미치는 영향이 적어진다.
제안된 해결책에 의해, 2개의 포화 구역 폭의 변화를 통해 자기장 강도의 허용 오차, 자석과 센서 구조 사이의 거리, 자기 링의 요동 및 온도 변화가 무시될 수 있는, 회전하는 부품의 각도 측정이 가능해진다.
1: 자기 변형 거리 센서
2: 결합 및 측정 지점
3: 결합 및 측정 지점
4: 자기 변형 센서 구조
5: 영구 자석
6: 포화 구역
7: 결합 및 측정 지점
8: 포화 구역
9: 회로 기판
10: 블록 자석
11: 블록 자석
12: 회전축
13: 칩
14: 전자 구성 유닛
15: 센서 루프
15.1: 센서 요소
15.2: 센서 요소
15.3 : 센서 요소의 단부
15.4 : 센서 요소의 단부
16: 센서 루프
16.1: 센서 요소
16.2: 센서 요소
16.3 : 센서 요소의 단부
16.4 : 센서 요소의 단부
17: 송신 유닛
18: 수신기
19: 수신기
20: 센서 루프
21: 센서 루프
22: 자기 변형 센서 구조
23: 자기 변형 센서 구조
2: 결합 및 측정 지점
3: 결합 및 측정 지점
4: 자기 변형 센서 구조
5: 영구 자석
6: 포화 구역
7: 결합 및 측정 지점
8: 포화 구역
9: 회로 기판
10: 블록 자석
11: 블록 자석
12: 회전축
13: 칩
14: 전자 구성 유닛
15: 센서 루프
15.1: 센서 요소
15.2: 센서 요소
15.3 : 센서 요소의 단부
15.4 : 센서 요소의 단부
16: 센서 루프
16.1: 센서 요소
16.2: 센서 요소
16.3 : 센서 요소의 단부
16.4 : 센서 요소의 단부
17: 송신 유닛
18: 수신기
19: 수신기
20: 센서 루프
21: 센서 루프
22: 자기 변형 센서 구조
23: 자기 변형 센서 구조
Claims (10)
- 회전하는 부품의 각도를 결정하기 위한 장치로서, 상기 장치는 자기 변형 센서 구조(4)를 포함하며, 이 자기 변형 센서 구조는 송신 요소(17) 및 수신 요소(18, 19)와 결합되고, 상기 자기 변형 센서 구조를 따라 가동형 부품에 고정된 자석(5, 10, 11)이 이동하며, 이때 송신 요소 및 수신 요소(17; 18, 19)는 송신 요소(17)와 포화 구역(6) 사이의 이동 시간 그리고 역으로 포화 구역(6)으로부터 수신 요소(18, 19)로의 이동 시간으로부터 가동형 부품의 위치를 결정하기 위한 전자 평가 장치(14)와 연결되어 있으며, 송신된 신호는 자석(5)에 의해 자기 변형 센서 구조(4) 내에 생성된 포화 구역(6, 8)에서 반사되는, 회전하는 부품의 각도 결정 장치에 있어서,
자기 변형 센서 구조(4)가 상호 이격된 2개의 센서 루프(15, 16; 20, 21)를 포함하고, 각각의 센서 루프(15, 16; 20, 21)의 형상이 회전하는 부품의 이동 방향에 매칭되며, 두 센서 루프(15, 16; 20, 21) 내로 각각 하나의 펄스를 동시에 결합시키기 위해 하나의 공통 송신 요소(17)가 제공되고, 상기 공통 송신 요소의 주변에는 개별 센서 루프(15, 16; 20, 21)의 포화 구역(6, 8)으로부터 반사된 펄스를 수신하기 위해 각각의 센서 루프(15, 16; 20, 21)마다 각각 하나의 수신 요소(18, 19)가 배치되며, 수신 요소(18, 19)는 두 센서 루프(15, 16; 20, 21)에서의 2개의 이동 시간의 비로부터 각도 위치를 결정하기 위해 전자 평가 장치(14)와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는, 회전하는 부품의 각도 결정 장치. - 제1항에 있어서, 자기 변형 센서 구조(4)까지의 자석(5; 10, 11)의 거리가 포화 구역(6, 8)의 폭을 결정하는 것을 특징으로 하는, 회전하는 부품의 각도 결정 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 자석(5; 10, 11)이 자기 변형 센서 구조(4)에 대해 기울어진 상태로 배치된 것을 특징으로 하는, 회전하는 부품의 각도 결정 장치.
- 제1항 내지 제3항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 회전하는 부품에 고정된 자석(5)이 자기 링으로서 형성되거나, 2개의 마주 놓인 블록 자석(10, 11)으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 회전하는 부품의 각도 결정 장치.
- 제1항 내지 제4항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 센서 구조(4)는, 펄스를 발생시키고 전자 평가 장치(14)를 포함하는 전자 부품(13) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는, 회전하는 부품의 각도 결정 장치.
- 제1항 내지 제5항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 센서 구조(4)는, 펄스를 발생시키고 전자 평가 장치(14)를 포함하는 전자 부품(13)이 배치되어 있는 회로 기판(9) 내에 형성되는 것을 특징으로 하는, 회전하는 부품의 각도 결정 장치.
- 제1항 내지 제6항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 내부 센서 루프(16) 및 외부 센서 루프(15)가 각각 2개의 만곡된 센서 요소(16.1, 16.2; 15.1, 15.2)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 회전하는 부품의 각도 결정 장치.
- 제7항에 있어서, 2개의 센서 루프(15, 16)의 만곡된 센서 요소들(16.1, 16.2; 15.1, 15.2)이 반원형으로 형성되며, 하나의 센서 루프(15, 16)의 반원형 센서 요소들(16.1, 16.2; 15.1, 15.2)이 원과 유사하게 상호 배치되는 것을 특징으로 하는, 회전하는 부품의 각도 결정 장치.
- 제8항에 있어서, 내부 및 외부 센서 루프들(15, 16)의 반원형 센서 요소들(16.1, 16.2; 15.1, 15.2)의 단부 쌍들이 서로에 대해 90°만큼 오프셋되어 배치되는 것을 특징으로 하는, 회전하는 부품의 각도 결정 장치.
- 제1항 내지 제9항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 센서 루프(22, 23)의 만곡된 센서 요소들이 곡류 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 회전하는 부품의 각도 결정 장치.
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