KR20200049841A

KR20200049841A - 용량성 측정을 통한 모터의 포지셔닝

Info

Publication number: KR20200049841A
Application number: KR1020207009981A
Authority: KR
Inventors: 엔리코 에를리히; 자니 호반
Original assignee: 베바스토 에스이
Priority date: 2017-11-09
Filing date: 2018-11-09
Publication date: 2020-05-08
Also published as: KR102353549B1; JP7079917B2; US20200309569A1; CN111386442A; EP3707479A1; WO2019092192A1; JP2021501310A; EP3707479B1; DE102017126271A1

Abstract

본 발명은 특히, 차량의 전동 조절식 디바이스치의 전기 모터의 샤프트(10)의 회전 위치, 회전 속도 및/또는 회전 방향을 결정하기 위한 측정 장치(100) 및 그 방법에 관한 것이다. 측정 장치(100)는, 전극들(20,30)이 전기장(EF)을 생성하는 방식으로 전압이 전극들(20,30)에 인가될 수 있도록, 커패시터 소자들을 각각 형성하는 적어도 하나의 제1 전극(20)과 적어도 하나의 제2 전극 (30); 샤프트(10)의 회전이 전기장(EF)을 변화시키는 방식으로 전극들(20,30)에 대해 배치되고, 진원도를 가진 측정 섹션(11)을 구비하는 회전 가능한 샤프트(10), 특히 모터 샤프트; 및 전극(20,30)에 전도성으로 연결되고 특히, 전극(20,30)에 인가된 전압의 변화 형태로 전기장(EF) 내의 변화를 용량적으로 캡쳐하도록 구성된 평가 유닛(40)을 구비한다.

Description

용량성 측정을 통한 모터의 포지셔닝

본 발명은 특히, 슬라이딩 루프(roof), 윈도우 리프터(lifter), 외부(exterior) 미러, 시트, 컨버터블 루프 또는 록킹 메커니즘과 같은 차량의 전동 조절식 디바이스의 전기 모터의 샤프트의 회전 위치, 회전 속도 및/또는 회전 방향을 결정하기 위한 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 차량의 펌프 또는 팬을 구동하고 전동 조절식 디바이스 예를 들어, 윈도우 리프터, 외부 미러 또는 시트를 작동시키기 위해 현대식 차량들에는 다수의 전기 모터들이 설비된다. 이러한 차량 디바이스들을 제어하기 위해, 현대식 차량들 내에는 각각의 구동 모터의 회전 운동의 위치와 속도를 자동으로 캡쳐하기 위한 다수의 센서들이 설치되어 있다. 전기 모터의 구동 샤프트 또는 출력 샤프트의 회전 위치와 회전 속도를 캡쳐하기 위한 비접촉 센서들은 선행기술로부터 알려져 있다.

흔히 사용되는 홀(Hall) 센서들은, 전류가 흐르고 자기장을 가진 센서와의 상호 작용에 의한 물리적인 홀(Hall) 효과에 기반하여 샤프트의 회전 운동을 비접촉식으로 캡쳐한다. 예를 들어, 샤프트에 고정되고 회전 운동이 캡쳐되도록 의도된 자기 휠(magnetic wheel)과 같은 영구 자석에 의해 자기장이 발생된다. 샤프트의 회전(증분) 위치, 회전 속도 이외에 샤프트의 회전 방향을 캡쳐할 수 있도록 2개의 홀 센서들이 종종 사용된다. 이러한 센서 장치들은 비교적 복잡하고 고가인 단점이 있다. 모터 내의 홀 센서들과 자기 휠 이외에 별도의 회로 보드 상의 추가적인 전자 컴포넌트들이 필요하다.

DC 모터들의 회전 위치와 회전 속도를 결정하기 위한 비접촉식 방법들은 또한 선행기술로부터 알려져 있고, 이것은 DC 모터의 전기자(armature)를 통해 리플(ripple) 전류를 캡쳐하는 것에 기반한다. 이 경우, 모터의 회전에 의해 발생되는 전기자 전류의 전류 리플들은 센서가 없는 평가 전자장치(evaluation electronics)에 의해 카운트("리플 카운팅")된다. 이러한 측정 방법의 단점은, 이러한 방법이 특히, 요구되는 측정 신호의 필요한 처리 및 평가 전자장치의 처리 능력과 관련하여 비교적 복잡하다는 것이다.

선행기술관 관련된 문제점들을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 샤프트의 회전 위치, 회전 속도 및/또는 회전 방향을 결정하기 위한 측정 장치를 제공하는 것이다. 이러한 측정 장치는 간단한 방식으로 특히, 설치된 컴포넌트들과 관련하여 저렴한 방식으로 구현될 수 있다. 특히, 본 발명은 샤프트의 회전 위치, 회전 속도 및/또는 회전 방향을 가능한 한 비용 효율적으로 결정할 수 있음과 동시에, 가능한 한 확실하고 정확하게 결정할 수 있다.

상기 목적은 청구항 1에 따른 측정 장치, 청구항 14에 따른 방법 및 청구항 15에 따른 용도에 의해 달성된다.

본 발명의 목적은 특히, 차량의 전동 조절식 디바이스의 전기 모터의 샤프트의 회전 위치, 회전 속도 및/또는 회전 방향을 결정하기 위한 측정 장치에 의해 달성된다. 이러한 측정 장치는, 전극들이 전기장을 발생시키는 방식으로 전압이 각각의 전극에 인가될 수 있고, 커패시터 소자를 각각 형성하는 적어도 하나의 제1 전극 및 적어도 하나의 제2 전극; 샤프트의 회전이 전기장을 변화시키는 방식으로 전극에 대해 배치되고, 진원도(out-of-roundness)와 측정 섹션을 가진 회전 가능한 샤프트, 특히 모터 샤프트; 및 전극에 전도성으로 연결되고 특히, 전극에 인가되는 전압의 변화의 형태로 전기장 내의 변화를 용량성으로 캡쳐하도록 구성된 평가 유닛을 구비한다.

본 발명의 가장 일반적인 의미에서, 측정 장치의 주어진 구성의 경우, 진원도의 규모가 전기장 내의 측정가능한 변화를 야기하기에 충분히 크다면, 진원도는 샤프트 축에 직교하는 섹션들 내의 이상적인 원주로부터 샤프트의 측정 섹션의 둘레의 편차를 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 특히, 측정 섹션이 전극들에 더 가깝게 배치되는 상황에서, 측정 섹션이 전극들로부터 더 멀어지게 배치된 상황보다 전기장 내의 측정가능한 변화에 대해 더 작은 진원도가 충분할 수 있다. 본 발명의 더 좁은 의미에서, 제작 상의 한계 때문에 단지 대략 라운드진 측정 섹션의 순수한 제조 공차는 본 발명에 따른 진원도를 의미하는 것으로 이해될 수 없다. 진원도는 특히, 샤프트 축에 대한 편심(eccentricity)에 의해 또는 회전 대칭이 아닌 단면을 갖는 샤프트 프로파일에 의해 생성될 수 있다.

바람직하게, 제1 전극과 제2 전극은 각각 특정의 전기 커패시턴스(capacitance)를 구비하는 커패시터를 형성하는 특히, 2개의 커패시터 소자들을 형성하는 전극 쌍을 형성한다. 다수의 전극 쌍들이 제공될 수 있다. 특히, 제1 전극과 제2 전극 사이에는 용량성 결합(capacitive coupling)이 존재한다. 본 발명에 따르면, 특히, 전기장 내의 변화가 커패시터의 커패시턴스의 측정가능한 변화를 야기하기에 충분히 크면, 전기장 내의 변화는 용량성으로 캡쳐될 수 있다. 전기장은 특히, 전극들의 환경 내에서 바람직하게 생성되는 정전기장(electrostatic field)이다. 특히, 샤프트의 회전의 결과로서, 특히 변하지 않은 전기장을 의미하는 것으로 이해될 수 있는 기준 상태(reference state)에 대한 전기장의 주기적 변화를 측정할 수 있다. 평가 유닛은 특히, 전기장 내의 캡쳐된 변화에 기반하여 샤프트의 회전 위치, 회전 속도 및/또는 회전 방향을 결정하도록 구성된다. 특히, 평가 유닛은, 회전 위치 또는 회전 속도 또는 회전 속도를 계산하기 위해, 샤프트의 불균일성에 의해 생성된 전기장의 변화들의 갯수 또는 바람직하게 시간이 경과함에 따른 커패시턴스 변화들의 갯수를 캡쳐한다. 바람직하게, 평가 유닛은 전자 및/또는 전기 컴포넌트들 또는 어셈블리들을 포함하는 적절한 평가 회로에 의해, 장치 및/또는 공정 기술을 사용하여, 상이한 용량성 캡쳐 또는 측정 방법을 구현하도록 구성될 수 있다.

특히, 전기장 내의 변화는 예를 들어, 터치스크린들에 일반적으로 사용되는 투영-용량(projective-capacitive) 측정 방법의 그것과 유사한 방식으로 전극에 인가되는 전압 또는 전압 변화를 캡쳐함으로써 용량성으로 캡쳐될 수 있다. 이 경우, 예를 들어, 전압 펄스들 형태의 전압은 특히, 송신 또는 구동 전극 형태로 제1 전극에 인가될 수 있고, 전압은 특히, 제2 전극에서 수신 전극의 형태로 탭핑(tapped off)될 수 있다. 바람직하게, 이 경우, 전극들에 의해 형성된 커패시터의 커패시턴스 변화는, 전기장 내의 변화의 결과로서, 수신 전극에서 전압 변화(측정 가능한) 를 야기할 수 있다. 대안적으로, 전기장 내의 변화는 전극들에 의해 형성된 커패시터의 변화된 공진 거동(resonant behaviour)을 캡쳐함으로써 용량적으로 캡쳐될 수있다. 이러한 목적을 위해, 커패시터는 공진 회로를 형성하기 위해 인덕턴스에 연결될 수 있다. 바람직하게, 예를 들어, 전극에 인가되는 전압의 주파수 쉬프트(shift) 또는 위상 쉬프트가 캡쳐될 수 있다.

회전 위치는 각도 변화(증분 값)와 절대 각도(절대 값)를 모두 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 속도에 부가되거나 속도를 대신하여, 회전 속도를 결정할 수 있다. 샤프트와 측정 섹션은 각각 하나의 부분 또는 여러 부분들로 구현될 수 있다. 이 경우 측정 섹션은 샤프트와 함께 하나의 부분으로 구현될 수 있고 또는 회전되게 고정되는 방식으로 별도의 구성 컴포넌트로서 샤프트에 연결될 수 있다. 바람직하게, 전극들은 회전가능한 샤프트에 대해 정지된(staionary) 방식으로 배열된다. 전극들 또는 커패시터 요소들은 샤프트 또는 측정 섹션의 형상에 적합할 수 있다. 예를 들어, 전극들의 커패시터 요소들는 원형 세그먼트들의 형태이고 바람직하게 측정 섹션의 원주의 반경을 갖는 섹션들을 구비할 수 있다. 바람직하게, 측정 섹션은 전기 전도성이지만, 원칙적으로 샤프트의 회전이 전기장 내의 변화(측정 가능한)를 야기한다면 유전체 재료로 제조될 수도 있다. 바람직하게, 측정 장치는 적어도 하나의 전극 및/또는 평가 유닛에 전도성으로, 바람직하게 전기적으로 연결된 마이크로 컨트롤러를 포함한다. 평가 유닛과 마이크로 컨트롤러는 유닛을 형성할 수 있고, 이 경우 마이크로 컨트롤러는 평가 유닛에 통합될 수 있거나 그 반대일 수 있다. 평가 유닛은 특히, 구현된 컴퓨터 프로그램에 기반하여 회전 위치, 회전 속도 및/또는 회전 방향을 계산하기 위한 알고리즘을 실행하도록 구성될 수 있다.

본 발명은, 샤프트의 회전 위치, 회전 속도 및/또는 회전 방향을 결정하기 위해 샤프트의 회전에 의해 야기되는 전기장 내의 변화를 용량적으로 캡쳐하는 아이디어에 기반한다. 샤프트가 진원도를 가지고 있다는 사실에 의해, 전기장 내의 샤프트의 회전은 특히, 전계 라인들의 국부적 변형 또는 전계 강도의 변화를 의미하는 것으로 이해될 수 있는 전기장 내의 변화를 생성한다. 특히, 전기장 내의 변화가 더 클수록 진원도가 더 커지고, 전계 라인 밀도가 커져서 그것을 통해 진원도가 움직인다. 예를 들어, 샤프트의 속도가 일정하고 샤프트의 원주에 걸쳐 진원도가 정확히 하나인 경우, 예를 들어, 단일의 방사방향 측정 엘리베이션(elevation), 각각의 회전마다 전기장 내에서 정확히 하나의 변화가 발생하고, 그러한 변화는 평가 유닛에 의해 용량성으로 캡쳐되고, 바람직하게 카운트된다. 바람직하게, 샤프트의 회전은 전기장 내의 주기적 변화를 초래한다. 샤프트의 회전 속도가 증가하면 전기장 내의 변화의 빈도가 증가하게 된다. 본 발명에 따른 측정 장치는 쉽게 구현될 수 있는 방식으로 샤프트의 회전 위치, 회전 속도 및/또는 회전 방향을 비접촉식으로 결정할 수 있게 한다. 선행기술과 비교하여, 자기 휠과 홀 센서가 생략될 수 있다. 회로에 대한 비용을 거의 들이지 않으면서 전기장 내의 변화들을 용량적으로 캡쳐할 수도 있다. 결과적으로, 측정 장치는 비용 효율적이고, 특히, 슬라이딩 루프들, 윈도우 리프터들, 외부 미러들, 시트들, 컨버터블 루프들 또는 록킹 메커니즘들과 같은 차량의 다양한 전동 조절식 디바이스들에 사용하기 위한 다수의 부품들을 가진 응용들에 적합하다.

본 발명의 하나의 유리한 실시예에서, 제1 전극과 제2 전극을 각각 포함하는 적어도 2개의 전극 쌍들이 제공되고, 특히, 제1 전극 쌍은 샤프트의 회전 위치 및/또는 회전 속도를 결정하도록 구성되고, 특히, 제2 전극 쌍은 샤프트의 회전 방향을 결정하도록 구성된다. 바람직하게, 측정 섹션의 둘레에 분포되는 방식으로 배열된 다수의 전극 쌍들은, 회전 위치 및/또는 회전 속도가 보다 더 정확한 방식으로 결정될 수 있는 이점을 가진다. 제2 전극 쌍은 특히, 샤프트의 회전 방향이 결정될 수 있는 이점을 가진다. 예를 들어, 회전 방향은 전기장 내의 변화의 시퀀스를 캡쳐함으로써 결정될 수 있고, 이러한 변화는 바람직하게 측정 섹션의 동일한 불균일성에 의해 야기되고, 시간적으로 옵셋되는 방식으로 2개의 상이한 전극 쌍들에 의해 캡쳐된다.

본 발명의 하나의 유리한 실시예에서, 샤프트의 측정 섹션은 회전 대칭이 아닌 샤프트 프로파일, 특히 샤프트 축에 대해 점-대칭인 샤프트 프로파일, 바람직하게 적어도 하나의 반경방향 측정 엘리베이션을 가진 샤프트 프로파일을 구비한다. 샤프트 프로파일은 특히, 샤프트의 단면 프로파일이고, 바람직하게 샤프트 축에 직교한다. 샤프트가 회전하는 동안, 샤프트 프로파일은 특히, 원주 크라운 원(더 큰 반경) 및 원주 루트(root) 원(더 작은 반경)을 설명한다. 샤프트 축을 기준으로 임의의 원하는 회전 동안, 회전 대칭이 아닌 샤프트 프로파일은 합치적으로 서로 혼합될 수 없고, 그 결과 회전 대칭의 부재로 인해 본 발명의 의미에서 불균일이 발생한다. 측정 섹션의 이러한 진원도는 예를 들어, 방사형 리세스, 방사형 돌출부, 노치, 축방향 그루브 또는 스크류, 오버레이 용접부, 페더 키(feather key), 샤프트 상에 또는 샤프트를 관통하여 플러깅된 요소와 같은 편심 고정 요소 형태의 개별 방사방향 측정 엘리베이션들에 의해 형성될 수 있다. 다수의 반경방향 측정 엘리베이션들이 또한 제공될 수 있다. 샤프트 프로파일은 예를 들어, 치형(toothed) 프로파일 또는 다각형 프로파일일 수 있다. 샤프트 축에 대해 점-대칭인 샤프트 프로파일은 샤프트 또는 측정 섹션이 임의의 불균형을 갖지 않는 장점이 있다.

본 발명의 하나의 유리한 실시예에서, 샤프트 프로파일은 원주에 걸쳐 분포 된, 바람직하게 균일하게 분포된 반경방향 측정 엘리베이션을 가진다. 이러한 샤프트 프로파일은 전기장 내의 다수의 변화들이 샤프트의 각각의 회전에 대해 발생하기 때문에 샤프트의 회전 운동의 더 높은 샘플링 횟수를 가능하게 한다. 특히, 캡쳐된 변경들의 갯수는 측정 엘리베이션들의 갯수에 상응한다. 결과적으로, 회전 위치 및/또는 회전 속도의 결정되는 정확도는 특히, 속도가 변하는 단계들 동안 증가된다.

본 발명의 하나의 유리한 실시예에서, 적어도 2개의 측정 엘리베이션들은 반경 방향으로 상이한 크기로로 연장된다. 측정 엘리베이션의 끝점과 샤프트 축 사이의 간격들은 각각의 경우에 상이한 것이 바람직하다. 특히, 상이한 원주 크라운 원들은 상이한 측정 엘리베이션들에 할당될 수 있다. 특히, 정확하게 하나의 측정 엘리베이션은 다른 측정 엘리베이션들보다 반경 방향으로 더 연장될 수 있다. 이를 통해, 특히, 측정 오류 또는 교란 변수로 인해 측정 엘리베이션들의 하나가 캡쳐되지 않거나 동시에 카운트되지 않는 경우 측정 오류들을 수정할 수 있다. 예를 들어, 개별적으로 높은 측정 엘리베이션의 결과로서, 캡쳐된 측정 신호가 샤프트의 회전에 여전히 할당될 수 있다. 이에 의해, 특히, 회전 방향을 결정할 때, 측정 엘리베이션에서 전극 쌍에 대한 캡쳐된 변화의 할당의 모호함이 또한 해결될 수 있다. 결과적으로, 측정 장치의 신뢰성이 향상된다.

본 발명의 하나의 유리한 실시예에서, 샤프트 프로파일은 치형 프로파일 또는 다각형 프로파일이고, 샤프트 프로파일은 바람직하게 2 내지 16, 보다 바람직하게 2 내지 12, 보다 바람직하게 2 내지 8, 보다 바람직하게 2 내지 6, 예를 들어, 2, 3 또는 4개의 방사방향 측정 엘리베이션들을 가진다. 치형 프로파일의 경우, 개별 치차는 각각 방사방향 측정 엘리베이션을 형성한다. 다각형 프로파일의 경우, 다각형 단면의 에지(edge)들은 각각 측정 엘리베이션을 형성한다. 측정 엘리베이션들의 갯수가 많을수록 측정 장치의 샘플링 또는 캡쳐 빈도(측정 빈도)가 많아진다.

본 발명의 하나의 유리한 실시예에서, 샤프트 축은 전극들의 중심 평면에 평행하게, 바람직하게 전극들이 배열되는 전극 평면에 수직으로 배치된다. 특히, 전극 평면은 예를 들어, 플레이트 형태 또는 전극 패드 형태와 같이 바람직하게, 편평한 전극들의 커패시터 요소들이 연장하는 평면에 의해 정의된다. 샤프트는 전극들 사이에 배치되거나 전극들에 대해 측방으로 옵셋될 수 있다.

본 발명의 하나의 유리한 실시예에서, 측정 장치는 전극들, 바람직하게 평가 유닛이 그 위에 배치된 인쇄 회로 기판을 포함한다. 인쇄 회로 기판은 특히, 전극 평면을 구획한다. 바람직하게, 인쇄 회로 기판은 전극들과 바람직하게, 평가 유닛이 그 위에 고정되는 전자 회로 기판의 형태이고, 도체 트랙에 의해 전기 전도성 방식으로 서로 연결되는 것이 바람직하다. 인쇄 회로 기판의 결과로서, 측정 장치는 미리조립(부분적으로)될 수 있고, 본 발명에 따른 측정 장치를 조립하기 위해 샤프트에 대해 용이하게 위치될 수있다.

본 발명의 하나의 유리한 실시예에서, 인쇄 회로 기판은 측정 리세스, 바람직하게 원형 측정 리세스를 구비하고, 샤프트의 측정 섹션은 특히, 측정 리세스 속으로 연장하고, 바람직하게는 측정 리세스를 통과하여 돌출한다. 샤프트 축은 특히, 전극 평면에 수직이다. 이로써 측정 장치의 평면 설계가 가능하다. 또한, 조립 동안 전극들에 대한 샤프트의 의도된 위치가 용이하게 준수될 수 있다. 전극들은 측정 리세스를 넘어서, 바람직하게 측정 섹션을 향해 내측으로 돌출될 수 있다.

본 발명의 하나의 유리한 실시예에서, 측정 장치는 특히, DC 전압, 바람직하게 펄스 DC 전압을 전극에 공급하도록 구성된 마이크로 컨트롤러를 포함한다. 일정한 펄스 DC 전압은 바람직하게 전극들(송신기 또는 구동 전극)의 하나에 인가된다. 다른 하나의 전극은 예를 들어, 접지에 연결될 수 있다. 예를 들어, 0(zero)V 및 5V의 전압 진폭을 가진 구형파 전압이 사용된다. 사용되는 용량성 측정 방법에 따라, 전극 또는 전극 쌍에 AC 전압이 인가되는 실시예들이 또한 가능하다.

본 발명의 하나의 유리한 실시예에서, 평가 유닛은 특히, 캡쳐된 측정 신호의 주파수 대역이 통과하도록 구성된 필터 유닛, 바람직하게 대역통과 필터를 포함한다. 바람직하게, 주파수 대역은 특히, 샤프트의 현재 속도에 기반하여 조정될 수 있다. 필터 유닛은 예를 들어, 캡쳐된 측정 신호로부터 고조파(harmonics) 형태의 간섭이 필터링될 수 있는 이점을 갖는다. 결과적으로, 측정 장치의 신뢰성이 증가 될 것이다.

본 발명의 하나의 유리한 실시예에서, 측정 섹션 특히, 샤프트는 전기 전도성이고, 특히 금속 재료로 만들어진다. 전기 전도성의 측정 섹션은 진원도의 결과로서 전기장 내의 변화가 비교적 크고, 그 결과로서 잘 측정될 수 있는 이점을 갖는다.

본 발명의 하나의 유리한 실시예에서, 샤프트는 특히, 전기 모터, 바람직하게 슬라이딩 루프, 윈도우 리프터, 외부 미러, 시트, 컨버터블 루프 또는 록킹 메커니즘과 같은 차량의 전동 조절식 디바이스의 모터 출력 샤프트이다.

본 개시의 목적은 본 발명에 따른 측정 장치를 가진, 특히, 차량의 전동 조절식 디바이스의 전기 모터의 샤프트의 회전 위치, 회전 속도 및/또는 회전 방향을 결정하기 위한 방법에 의해 달성되고, 그러한 방법은, a) 커패시터 소자들을 각각 형성하는 적어도 하나의 제1 전극과 적어도 하나의 제2 전극을 제공하는 단계; b) 전기장을 생성하기 위해 전극들에 전압을 인가하는 단계; c) 샤프트의 회전이 전기장을 변화시키는 방식으로 전극들에 대해 배열되고, 진원도를 가진 측정 섹션을 구비하는 샤프트 특히, 모터 샤프트를 회전시키는 단계; d) 특히, 전극에 인가되는 전압의 변화를 캡쳐함으로써 전극에 전도성으로 연결된 평가 유닛을 사용하는 용량성 측정에 의해 전기장의 변화를 캡쳐하는 단계; 및 e) 전기장 내에서 캡쳐된 변화에 기반하여 평가 유닛에 의해 샤프트의 회전 위치, 회전 속도 및/또는 회전 방향을 결정하는 단계를 포함한다.

본 개시의 방법은, 본 발명에 따른 측정 장치와 관련하여 이미 설명된 것들과 유사한 장점들을 가지며, 측정 장치와 관련하여 설명된 일부 또는 모든 공정 기술 특징들을 구현할 수 있다.

샤프트, 바람직하게 모터 출력 샤프트는 특히, 전기 모터, 특히 차량의 전동 조절식 디바이스를 작동시킴으로써 회전된다. 특히, 샤프트의 불균일성에 의해 발생된 전기장 내의 변화들 또는 발생하는 커패시턴스 변화들의 갯수는, 바람직하게 그로부터의 회전 위치 또는 회전 속도를 계산하기 위해, 시간이 경과함에 따라 캡쳐된다. 바람직하게, 평가 유닛은 장치 및/또는 공정 기술을 사용하여, 적합한 평가 회로에 의해 상이한 용량성 캡쳐 또는 측정 방법들을 구현하도록 구성될 수 있다.

또한, 본 개시의 목적은, 슬라이딩 루프, 윈도우 리프터, 외부 미러, 시트, 컨버터블 루프 또는 록킹 메커니즘과 같은 차량의 전동 조절식 디바이스의 전기 모터의 샤프트의 회전 위치, 회전 속도 및/또는 회전 방향을 결정하기 위한 본 발명에 따른 측정 장치를 사용함으로써 달성된다. 본 발명에 따른 측정 장치는 간단한 방식으로, 특히 비용 효율적인 방식으로 구현될 수 있고, 특히 차량의 전동 조절식 디바이스와 같이 다수의 부품들을 갖는 응용들에 사용하기에 적합하다.

이하, 본 발명의 예시적인 실시예들은 도면들에 기반하여 보다 상세히 설명된다.
도 1a는 샤프트가 제1 회전 위치에 있는 본 발명에 따른 측정 장치의 제1 실시예의 개략도를 도시한다.
도 1b는 샤프트가 제2 회전 위치에 있는 도 1a에 따른 실시예의 개략도를 도시한다.
도 2는 2개의 전극 쌍들을 갖는 본 발명에 따른 측정 장치의 제2 실시예의 개략도를 도시한다.

본 개시와 관련된 이하의 상세한 설명에서, 동일한 참조 부호는 동일 유사한 구성요소들을 나타내기 위해 사용된다.

도 1a 및 도 1b는 제1 및 제2 회전 위치에서 회전 샤프트(10)의 회전 위치, 회전 속도 및/또는 회전 방향을 결정하기 위한 본 발명에 따른 측정 장치(100)를 도시한다. 커패시터 소자들을 각각 형성하는 제1 전극(20)과 제2 전극(30)은 중심 평면(PM)(전극 평면(PE) 또는 도면의 평면에 직교함)에 대해 대칭 방식으로 전극 평면(PE) 내에 배열된다. 전극들(20,30)은 끝단들에서 평평한 커패시터 요소들을 형성하고, 본 실시예에서 전도성, 특히 금속 재료, 예를 들어 구리로부터 직사각형의 기본 형상을 갖는 플레이트 형태로 형성된다. 샤프트(10)의 샤프트 축(12)은 전극 평면(PE)에 직교하고 중심 평면(PM)으로 연장한다. 전압은 전극들(20,30)에 인가되고 전극들(20,30)의 환경에서 전기장(EF)을 생성하고, 전계 라인들은 점선으로 표시된다. 도 1a는 기준(reference) 상태, 즉 실질적으로 간섭이 없는 전기장(EF)을 도시하는 반면, 도 1b는 특히, 변형된 전계 라인들에 의해 도시된 변화된 또는 중단된(disrupted) 상태를 도시한다.

샤프트(10)는 회전 대칭이 아니고 점-대칭인 샤프트 프로파일(13) 형태의 진원도를 가진 측정 섹션(11)을 구비한다. 여기서, 측정 섹션(11)의 비원형(unround) 샤프트 프로파일(13)은 단면으로 도시된 샤프트(10)의 원형 단면을 넘어 방사상으로 돌출하지만, 샤프트(10)의 단면에 대해 방사상으로 반동(recoil)할 수 있거나 샤프트(10)와 방사상으로 동일 평면에 놓이는 방식으로 형성될 수 있다. 본 실시예에서, 샤프트(10)와 측정 섹션(11)은 특히, 전기 전도성 금속으로 제조된다. 샤프트 프로파일(13)은 원주에 걸쳐 균일하게 분포된 4개의 측정 엘리베이션들(14)을 갖는 톱니 프로파일의 형태이다. 측정 섹션(11)은, 특히, 도 1b에 도시된 바와 같이 샤프트(10)의 회전 운동 때문에 측정 엘리베이션(14)이 전극들(20,30)을 통과하는 경우에, 본 발명에 따른 진원도로서 측정 엘리베이션들(14)이 전기장(EF)과 상호 작용하는 방식으로 배열된다. 전기장(EF) 내의 변화는 비원형 측정 섹션(11)의 회전에 의해 야기된다.

전극들(20,30)은 전기 절연 재료 예를 들어, 플라스틱으로 제조되고, 측정 섹션(11)이 연장하는 원형 측정 리세스(51)를 가진 인쇄 회로 기판(50) 상에 배열된다. 전극들(20,30)은 도체 트랙들(21,31)을 통해 평가 유닛(40)에 전도적으로 연결되고 전압원(60)에 의해 전력이 공급되는 마이크로 컨트롤러(70)에 전도적으로 연결된다. 마이크로 컨트롤러(70) 및 필터 유닛(80), 바람직하게 대역 통과 필터를 포함하는 평가 유닛(40)은 마찬가지로 인쇄 회로 기판(50) 상에 배열된다.

측정 섹션(11)에 회전 고정 방식으로 또는 일부가 연결된, 샤프트(10)의 회전의 경우, 측정 섹션(11)의 각각의 진원도는 전극들(20,30)의 환경 내에서 생성되는 전기장 바람직하게, 정전기장(EF) 내의 변화들을 일으킨다. 전기장(EF) 내의 이러한 변화는 평가 유닛(70)에 의해 전극들(20,30)에 의해 형성된 커패시터의 커패시턴스 변화로서 용량적으로 캡쳐될 수 있다. 예를 들어, 바람직하게 균일하게 펄스화된 DC 전압, 예를 들어, 0V 및 5V의 전압 진폭을 가진 구형파 펄스들 형태의 전압은, 마이크로 컨트롤러(70)의 출력을 통해 제1 전극(20)에 인가된다. 상응하는 전기장(EF)이 생성된다. 측정 엘리베이션(14)이 전기장(EF)을 통해 이동하는 경우 즉, 전기장을 통해 회전하는 경우, 전극들(20,30)의 커패시터 소자들에 의해 형성된 커패시터의 커패시턴스의 변화가 초래된다. 이러한 커패시턴스 변화는 예를 들어, 마이크로 컨트롤러(70)의 입력에서 탭핑(tapped off)될 수 있는 제2 전극(30)에서의 전압 변화에 의해 측정된다. 마이크로 컨트롤러(70) 내에 통합될 수 있는 평가 유닛(40)은 특히, 전압 신호의 상승 또는 하강의 형태의 카운트 가능한 신호 변화 또는 변동으로서 전기장(EF) 내의 변화를 캡쳐한다. 샤프트(10)의 회전 위치 및/또는 회전 속도는 변화들의 갯수를 캡쳐함으로써 결정될 수 있고, 이 경우 측정 섹션(11)의 이용 가능한 측정 엘리베이션들(14)의 갯수는 평가 유닛(40) 내에 저장되는 것이 바람직하다.

도 2는 제1 전극들(20)과 제2 전극들(30)을 각각 가진 2개의 전극 쌍들(91,92)을 구비하는 본 발명에 따른 측정 장치(100)의 실시예를 도시한다. 전극 쌍들(91,92)은 샤프트(10)의 원주에 기반하여 서로에 대해 옵셋 방식으로 배열된다. 한편, 이것은 결정되는 회전 위치 및/또는 회전 속도의 정확도를 증가시킬 수 있게 한다. 한편, 샤프트(10)의 회전 방향은 특히, 제1 전극 쌍(91)과 제2 전극 쌍(92)에 의해 전기장(EF) 내의 일시적인 옵셋 변화의 시퀀스(sequence)를 캡쳐함으로써 부가적으로 결정될 수 있다. 회전 방향에 따라, 특정의 측정 엘리베이션(14)은 제1 전극 쌍(91)에 대해 우선 전기장(EF) 내의 변화를 야기하고, 제2 전극 쌍(92)에 대해 일시적인 옵셋 방식으로, 샤프트(10)의 회전 방향이 결정될 수 있다.

본 개시에 따른 측정 장치(100)는 용이하게 구현될 수 있고, 특히 슬라이딩 루프, 윈도우 리프터, 외부 미러, 시트, 컨버터블 루프 또는 록킹 메커니즘과 같은 차량의 전동 조절식 디바이스의 샤프트의 회전 위치, 속도 및/또는 회전 방향을 결정하는데 사용하기에 적합하다.

위에서 설명된 본 발명의 모든 측면들은 특히, 도면들에 도시된 세부 사항 자체 또는 임의의 조합으로 본 발명에 필수적인 것으로 청구되는 것으로 이해되어야한다. 상응하는 상황은 설명된 방법의 단계들에도 적용된다. 이의 변형들은 당업자에게 자명하다.

10...샤프트 11...측정 섹션
12...샤프트 축 13...샤프트 프로파일
14...방사방향 측정 엘리베이션 20...제1 전극
21...도체 트랙 30...제2 전극
31...도체 트랙 40...평가 유닛
50...인쇄 회로 기판 51...측정 리세스
60...전압원 70...마이크로 컨트롤러
80...필터 유닛 91...제1 전극 쌍
92...제2 전극 쌍 100...측정 장치
EF...전기장 PM...중앙 평면
PE...전극 평면

Claims

차량의 전동 조절식 디바이스의 전기 모터의 샤프트(10)의 회전 위치, 회전 속도 및/또는 회전 방향을 결정하기 위한 측정 장치(100)로서,
커패시터 소자들을 각각 형성하는 적어도 하나의 제1 전극(20)과 적어도 하나의 제2 전극(30);
진원도(out-of-roundness)를 갖는 측정 섹션(11)을 구비하는 회전 가능한 샤프트(10) 특히, 모터 샤프트; 및
전극(20,30)에 전도성으로 연결되고 특히, 전극(20,30)에 인가되는 전압의 변화 형태로 전기장(EF) 내의 변화를 용량성으로 캡쳐하도록 구성된 평가 유니트(40)를 구비하고,
전극들(20,30)이 전기장(EF)을 생성하는 방식으로 상기 전극들(20,30)에 전압이 인가되고,
상기 샤프트(10)의 회전이 상기 전기장(EF)을 변화시키는 방식으로 상기 측정 섹션(11)이 상기 전극들(20,30)에 대해 배치된, 측정 장치.
청구항 1에서,
제1 전극들(20)과 제2 전극들(30)을 각각 구비하는 적어도 2개의 전극 쌍들(91,92)이 마련되고,
제1 전극 쌍(91)은 특히, 상기 샤프트(10)의 회전 위치 및/또는 속도를 결정하도록 구성되고
제2 전극 쌍(92)은 특히, 상기 샤프트(10)의 회전 방향을 결정하도록 구성된, 측정 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에서,
상기 샤프트(10)의 측정 섹션(11)은 회전 대칭이 아닌 샤프트 프로파일(13) 바람직하게, 방사방향 측정 엘리베이션(14)을 가진 샤프트 축(12)에 대해 점-대칭인 샤프트 프로파일을 구비하는, 측정 장치.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에서,
상기 샤프트 프로파일(13)은 원주에 걸쳐 균일하게 분포된 방사방향 측정 엘리베이션들(14)을 구비하는, 측정 장치.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에서,
적어도 2개의 측정 엘리베이션들(14)은 반경 방향으로 다른 각도로 연장하는, 측정 장치.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에서,
상기 샤프트 프로파일(13)은 치형(thoothed) 프로파일 또는 다각형 프로파일이고, 상기 샤프트 프로파일(13)은 바람직하게 2 내지 16, 보다 바람직하게 2 내지 12, 보다 바람직하게 2 내지 8, 보다 바람직하게 2 내지 6, 예를 들어, 2, 3, 또는 4개의 방사방향 측정 엘리베이션들(14)을 구비하는, 측정 장치.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에서,
상기 샤프트 축(12)은 전극들(20,30)의 중심 평면(PM)에 평행하게, 바람직하게 전극들(20,30)이 배열된 전극 평면(PE)에 수직으로 배치된, 측정 장치.
청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에서,
상기 측정 장치(100)는 전극들(20,30), 바람직하게 평가 유닛(40)이 배열된 인쇄 회로 기판(50)을 구비하는, 측정 장치.
청구항 8에서,
상기 인쇄 회로 기판(50)은 측정 리세스(51), 바람직하게 원형 측정 리세스를 구비하고, 상기 샤프트(10)의 측정 섹션(11)은 특히, 측정 리세스(51) 내로 연장되고, 바람직하게 측정 리세스를 통해 돌출하는, 측정 장치.
청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에서,
상기 측정 장치(100)는 특히, DC 전압, 바람직하게 펄스 DC 전압을 전극(20,30)에 공급하도록 구성된 마이크로 컨트롤러(70)를 포함하는, 측정 장치.
청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에서,
상기 평가 유닛(40)은 필터 유닛(80), 특히, 캡쳐된 측정 신호의 주파수 대역이 통과하도록 구성된, 대역 통과 필터를 포함하는, 측정 장치.
청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에서,
상기 측정 섹션(11) 특히, 샤프트(10)는 전기 전도성 특히, 금속 재료로 만들어진, 측정 장치.
청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에서,
상기 샤프트(10)는 특히, 전기 모터, 바람직하게 슬라이딩 루프, 윈도우 리프터, 외부 미러, 시트, 컨버터블 루프 또는 록킹 메커니즘과 같은 차량의 전동 조절식 디바이스의 모터 출력 사프트인, 측정 장치.
청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 따른 측정 장치를 구비하고, 특히 차량의 전동 조절식 디바이스의 전기 모터의 샤프트(10)의 회전 위치, 회전 속도 및/또는 회전 방향을 결정하는 방법으로서,
a) 커패시터 소자들을 각각 형성하는 적어도 하나의 제1 전극(20)과 적어도 하나의 제2 전극(30)을 제공하는 단계;
b) 전기장(EF)을 생성하기 위해 전극들(20,30)에 전압을 인가하는 단계;
c) 진원도(round-of-roundness)를 가진 측정 섹션(11)을 구비하는 샤프트(10) 특히, 모터 샤프트를 회전시키는 단계로서, 상기 측정 섹션(11)은 상기 샤프트(10)의 회전이 상기 전기장(EF)을 변화시키는 방식으로 전극들(20,30)에 대해 배치되고;
d) 전극(20,30)에 전도성으로 연결된 평가 유닛(40)을 사용하는 용량성 측정에 의해 특히, 전극(20,30)에 인가되는 전압의 변화를 캡쳐함으로써, 상기 전기장(EF) 내의 변화를 캡쳐하는 단계; 및
e) 상기 전기장(EF) 내의 캡쳐된 변화에 기반하여 상기 평가 유닛(40)에 의해 상기 샤프트(10)의 회전 위치, 회전 속도 및/또는 회전 방향을 결정하는 단계를 포함하는, 샤프트의 회전 위치, 회전 속도 및/또는 회전 방향을 결정하는 방법.
청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 따른 측정 장치의 용도로서,
슬라이딩 루프, 윈도우 리프트, 외부 미러, 시트, 컨버터블 루프 또는 록킹 메커니즘과 같은 차량의 전동 조절식 디바이스의 전기 모터의 샤프트의 회전 위치, 회전 속도 및/ 또는 회전 방향을 결정하기 위한 측정 장치의 용도.