KR20220153611A - 유도 회전자 위치 센서 장치, 구동 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기 기계(2)의 회전자(4)의 회전자 각도 위치를 검출하기 위한 유도 회전자 위치 센서 장치(5)에 관한 것으로, 이 유도 회전자 위치 센서 장치는, 전자기파를 생성하기 위한 송신기 코일(8) 및 이 송신기 코일(8)에 의해 생성되고 회전자(4)에 의해 영향을 받은 전자기파를 검출하기 위한 수신기 코일(9), 그리고 회전자 각도 위치를 결정하기 위해 송신기 코일(8)을 제어하고 수신기 코일(9)을 통해 검출된 전자기파를 평가하도록 구성된 계산 유닛(11)을 포함하며, 상기 코일(8, 9) 및 계산 유닛(11)은 하나의 공통 인쇄 회로 기판(6) 상에 배치된다. 코일(8, 9)은 인쇄 회로 기판(6)의 전면(7)에 배치되고, 계산 유닛(11)은 인쇄 회로 기판 전면(7)의 반대편을 향하는 후면(10)에 배치된다.

Description

유도 회전자 위치 센서 장치, 구동 장치

본 발명은 전기 기계의 회전자의 회전자 각도 위치를 검출하기 위한 유도 회전자 위치 센서 장치에 관한 것으로, 이 유도 회전자 위치 센서 장치는, 전자기파를 생성하기 위한 송신기 코일 및 이 송신기 코일에 의해 생성되고 회전자에 의해 영향을 받은 전자기파를 검출하기 위한 수신기 코일, 그리고 회전자 각도 위치를 결정하기 위해 송신기 코일을 제어하고 수신기 코일을 통해 검출된 전자기파를 평가하도록 구성된 계산 유닛을 가지며, 상기 코일 및 계산 유닛은 하나의 공통 인쇄 회로 기판 상에 배치된다.

또한, 본 발명은 적어도 하나의 전기 구동형 전기 기계 및 전기 기계의 회전자의 회전자 각도 위치를 검출하기 위해 전기 기계에 할당된 유도 회전자 위치 센서 장치를 구비한, 자동차 브레이크 시스템용 구동 장치에 관한 것이다.

유도 회전자 위치 센서 장치가 선행 기술로부터 공지되어 있다. 이들은 송신기 코일의 전자기파의 장에 노출된 회전자의 회전자 각도 위치에 따라 전자기파가 합당한 방식으로 영향을 받는 효과를 이용한다. 상기 유형의 센서 장치는 통상적으로, 송신기 코일을 제어하고 수신기 코일에 의해 검출된 결과를 평가하기 위해, 예를 들어 마이크로프로세서 또는 주문형 회로(user-specific circuit)의 형태로 제어 유닛 또는 계산 유닛을 갖는다. 특히, 계산 유닛은 변조된 신호를 생성하도록 송신기 코일을 제어한다. 그런 다음, 송신기 코일에 의해 수신된 신호는 평가를 가능하게 하기 위해 상기 계산 유닛에 의해 또는 선택적으로 추가 계산 유닛에 의해 복조된다. 따라서 전자기파는 송신기 코일로부터 회전자로 그리고 회전자로부터 수신기 코일로 커플링되며, 수신기 코일에 의해 검출된 전자기 신호는 회전자 각도 위치에 대한 정보를 제공한다. 이러한 유형의 회전자 위치 센서 장치는 예를 들어 "리졸버(resolver)"라는 용어로 알려져 있다.

일반적으로 계산 유닛과 적어도 2개의 코일, 즉, 송신기 코일과 수신기 코일은, 계산 유닛과 코일 사이에 간단한 전기적 연결 및/또는 신호 연결을 구현하고 컴팩트한 구조적 형상을 얻기 위해, 하나의 동일한 인쇄 회로 기판 상에 위치한다.

청구항 제1항의 특징을 갖는 본 발명에 따른 회전자 위치 센서 장치는 특히 공간 절약형으로 구성되고 코일 장치를 위한 가용 설치 공간을 최대로 활용하는 이점을 가지며, 이를 통해 회전자 위치 센서 장치의 바람직한 작동이 보장된다. 이를 위해 본 발명에 따라, 코일, 즉, 적어도 하나의 수신기 코일 및 적어도 하나의 송신기 코일은 인쇄 회로 기판의 전면에 배치되고, 계산 유닛은 인쇄 회로 기판 전면의 반대편을 향하는 후면에 배치된다. 그 결과, 인쇄 회로 기판은 코일과 계산 유닛 사이에 위치하며, 계산 유닛과 코일의 전기적 연결 또는 신호 연결이 예를 들어 쓰루홀(plated through hole) 등에 의해 비용 효율적인 방식으로 구현되거나 구현 가능하다. 계산 유닛이 인쇄 회로 기판의 후면에 있음으로써 전면을 전부 코일을 위해 사용할 수 있으므로, 이전에 가용했던 공간이 최대로 활용된다.

특히 바람직하게는, 코일과 계산 유닛 사이에 전자기파로부터 계산 유닛을 차폐하기 위한 적어도 하나의 차폐층이 배치된다. 이로써 계산 유닛이 코일에 공간적으로 근접하더라도 전자기파가 계산 유닛의 작동을 손상시키거나 방해할 수 없게 된다.

특히 바람직하게는, 최대 차폐를 보장하기 위해 차폐층이 인쇄 회로 기판의 전체 전면 또는 전체 후면에 걸쳐 연장된다.

또한, 바람직하게는 인쇄 회로 기판이 원형 디스크 형태로 형성된다. 그 결과, 인쇄 회로 기판 및 회전자 위치 센서 장치는 일반적으로, 역시 원형 디스크 형태로 또는 원환 형태로도 형성된 하우징 또는 하우징 섹션을 갖는 전기 기계에 전체적으로 바람직하게 할당될 수 있다. 특히, 그 결과, 인쇄 회로 기판은 전기 기계의 단부면, 즉, 전기 기계의 구동 샤프트 또는 회전자 샤프트의 회전축에 대해 수직인 평면 내에 배치된다.

특히 바람직하게는 인쇄 회로 기판이 원형 디스크 링의 형태로 형성되고, 그에 따라 인쇄 회로 기판은 중앙 관통 개구를 가지며, 이 중앙 관통 개구를 통해 예를 들어 구동 샤프트도 중간에 피벗 베어링이 연결되거나 연결되지 않는 형태로 안내될 수 있거나 안내됨으로써, 구동 샤프트에 의해 구동될 수 있는 부하(load)에 할당된 전기 기계의 측에도 인쇄 회로 기판이 배치될 수 있다. 바람직하게는 인쇄 회로 기판이 부하로부터 먼 쪽을 향하는 전기 기계의 측에 배치된다.

본 발명의 한 바람직한 개선예에 따르면, 차폐층에 다수의 슬롯이, 특히 다수의 방사상 슬롯이 형성된다. 슬롯 구성에 의해 차폐층은, 바람직하게는 각각 직선으로 연장되는, 특히 바람직하게는 방사상 슬롯 구성을 구현하기 위해 방사상으로 정렬된 복수의 슬롯을 갖는다. 이들 슬롯에 의해, 회전자 위치 센서 장치의 신호 진폭이 차폐층에서 두드러지는 와전류에 의해 최소한으로만, 특히 10% 미만으로 감쇠되는 점이 달성된다. 바람직하게는, 슬롯들에 의해 차폐층의 가능한 한 많은 세그먼트가 생성되거나 구현되고, 그에 따라 감쇠가 최소화된다.

본 발명의 한 바람직한 개선예에 따라, 인쇄 회로 기판은 하나의 추가 차폐층을 가지며, 상기 두 차폐층은, 슬롯들 중 어느 것도 겹치지 않는 방식으로 각각 다수의 슬롯을 갖도록 구성되고 간접적으로 또는 직접적으로 상호 적층식으로 배열된다. 그 결과, 인쇄 회로 기판의 축방향 평면도에서 볼 때 차폐층이 없는 영역은 존재하지 않는다. 차폐층들은 인쇄 회로 기판의 동일한 면, 예를 들어 전면 또는 후면에 놓일 수 있거나, 차폐층들 중 하나는 인쇄 회로 기판의 전면에 그리고 다른 하나는 후면에 놓일 수 있다. 특히 바람직하게는 개별 차폐층이 인쇄 회로 기판 자체의 내부 층으로서 구성된다. 즉, 인쇄 회로 기판은 예를 들어 4개, 6개 또는 그보다 많은 층, 예를 들어 2개의 외부 층 및 4개의 내부 층을 가질 수 있으며, 특히 이들 중 1개 또는 2개는 차폐층으로 형성된다. 특히, 상기 두 차폐층은 모두 방사형 슬롯을 갖도록 구성되고, 두 차폐층의 어떤 슬롯도 겹치지 않도록 서로에 대해 회전함에 따라, 인쇄 회로 기판의 평면도로 볼 때 연속적인 차폐층 구조가 생성된다.

본 발명의 한 바람직한 실시예에 따라, 개별 차폐층이 앞서 이미 언급한 것처럼 인쇄 회로 기판 자체의 내부 층으로서 구성된다. 이를 위해, 특히 다층 인쇄 회로 기판의 제조 공정에서, 개별 차폐층이 내부 층으로서 리소그래피 방식으로 적용되고, 인쇄 회로 기판의 내부 층의 구리 클래딩(copper cladding)으로부터 에칭된다.

또한, 바람직하게는, 인쇄 회로 기판이 직사각형으로 형성된 베이스 회로 기판에서 절삭된 인쇄 회로 기판으로서 형성되며, 단 하나의 또는 복수의, 특히 최대 4개의 웨브에 의해 직사각형 인쇄 회로 기판과 일체로 연결되고, 상기 웨브의 파열에 의해 그로부터 분리되어 떨어질 수 있다(breakout-type). 인쇄 회로 기판은 일반적으로 직사각형 형태로 존재하기 때문에, 인쇄 회로 기판을 원형 또는 원환형으로 절삭함으로써 간단한 방식으로 저렴하게 대량 생산으로도 인쇄 회로 기판을 구현할 수 있다. 직사각형 베이스 플레이트는 그 밖에도, 회전자 위치 센서 장치가 테스트의 목적으로 일반적으로 직사각형 객체용으로 설계된 검사 장치 내로 더 용이하게 도입될 수 있는 장점이 있다. 베이스 회로 기판은 특히, 복수의 인쇄 회로 기판이 분해 가능하게, 특히 분리되어 떨어질 수 있게 형성된 패널(panel)이다.

청구항 제10항의 특징을 갖는 본 발명에 따른 구동 장치는 본 발명에 따른 회전자 위치 센서 장치의 구성에 의해 구별된다. 이를 통해 이미 언급한 장점이 도출된다.

하기에서는 도면들을 참조하여 본 발명을 더 상세히 설명한다.

도 1은 한 바람직한 구동 장치의 개략도이다.
도 2a 및 도 2b는 구동 장치의 바람직한 회전자 위치 센서 장치의 상이한 도면이다.
도 3은 회전자 위치 센서 장치의 선택적 개선예를 도시한 도면이다.

도 1은 여기에 도시되지 않은 부하, 예를 들어 자동차의 브레이크 시스템을 위한 바람직한 구동 장치(1)의 개략도를 보여준다. 구동 장치(1)는 구동 샤프트(3)를 갖는 전기 기계(2)를 구비하며, 상기 구동 샤프트는 여기에 도시되지 않은 하우징에 회전 가능하게 장착되고, 하우징 고정형 고정자(19)가 할당된 회전자(4)를 지지한다. 구동 샤프트(3)는 부하를 구동하기 위해 상기 부하와 연결되어 있거나 연결될 수 있다.

전기 기계(2)의 회전자(4)에는 유도에 의해 회전자(4)의 회전자 각도 위치를 검출하는 회전자 위치 센서 장치(5)가 할당된다. 이를 위해, 회전자 위치 센서 장치(5)는, 본 실시예에 따라 원환 형태로 구성되고 구동 샤프트(3)와 동축으로 회전자(4)의 단부면에 할당되어 배치된 인쇄 회로 기판(6)을 갖는다. 인쇄 회로 기판(6)은 회전자(4) 쪽을 향하는 전면(7)에 적어도 하나의 송신기 코일(8) 및 적어도 하나의 수신기 코일(9)을 갖는다. 회전자(4)로부터 먼 쪽을 향하는 인쇄 회로 기판(6)의 후면(10)에는, 본 실시예에 따라 주문형 집적 회로(ASIC)로서 구성되고 2개의 코일(8, 9)과 전기적으로 연결된 계산 유닛(11)이 배치된다.

계산 유닛(11)은 전자기파를 이용하여 회전자(4)를 관통하는 신호를 송출하기 위해 송신기 코일(7)을 제어하도록 구성된다. 전자기파는 회전자(4)의 영향을 받아 수신 코일(9)로 반사되거나 유도되는데, 이때 전자기파는 회전자(4)의 회전각 위치에 따라 영향을 받는다. 계산 유닛(11)은, 수신기 코일(9)에 의해 검출되고 회전자(4)에 의해 영향을 받는 신호를 복조하고 검출된 신호의 함수로서 회전자(4)의 회전자 각도 위치를 검출하도록 구성된다. 일반적으로 유도 회전자 위치 센서, 특히 고주파 센서라고도 하는 유도 회전자 위치 센서 장치를 사용하여 회전자 각도 위치를 결정하는 방법은 기본적으로 공지되어 있으므로, 이와 관련한 방법의 구체적인 기능 및 실행에 대해서는 논하지 않을 것이다.

계산 유닛(11)이 인쇄 회로 기판(6)의 후면(10)에 배치되고 코일(8, 9)이 전면(7)에 배치됨으로써, 로터(4) 쪽을 향하는 전면(7) 표면이 전체적으로 코일(8, 9)로 채워질 수 있고, 그로 인해 코일 크기가 최대화된다. 일반적으로, 인쇄 회로 기판이 전기 기계(2)의 하우징 내에서 제한된 공간만을 차지하고, 인쇄 회로 기판 상에는 코일(8, 9) 외에 상기 계산 유닛(11) 또는 이러한 유형의 복수의 계산 유닛(11)도 배치되어야 하기 때문에, 코일 크기는 제한된다. 그러나 이제는 바람직한 배치를 통해 회전자(4) 쪽을 향한 전면(7) 표면의 설치 공간이 코일(8, 9)에 의해 최대로 활용되며, 그 결과 회전자 각도 위치의 바람직한 검출 결과가 달성된다.

바람직하게는, 일측의 계산 유닛(11)과 타측의 코일(8, 9) 사이에 하나 이상의 차폐층(12, 13)이 놓인다. 본 실시예에 따라, 차폐층(12, 13)은 인쇄 회로 기판(6)의 층으로서 형성된다. 특히, 차폐층(12, 13)은 내부층으로서 제조되며, 인쇄 회로 기판(6)의 후면(10)에 있는 전기 부품으로부터 전면(7) 상의 송신 및 수신 코일(8, 9)과 같은 고주파 영역을 분리한다. 특히 차폐층(12, 13)은 내부층으로서 리소그래피 방식으로 적용되고, 구리 클래딩으로부터 에칭된다.

도 2는 회전자 위치 센서 장치(5)를 도 2a의 후면(10)의 평면도 및 도 2b의 전면(7)의 평면도로 보여준다.

도 2a 및 2b에서 알 수 있듯이, 차폐층(13 또는 12)이 각각 방사형 슬롯으로 구성됨에 따라, 각각 방사상으로 연장되는 슬롯(14)에 의해 서로 분리된 개별 차폐층(12, 13)의 방사상 환형 디스크 세그먼트가 생성된다. 슬롯(14)은 바람직하게 반경 방향 연장부에서 개별 차폐층(12, 13)을 완전히는 아니지만, 바람직하게는 대부분의 반경 방향 연장부에 걸쳐, 즉, 거의 전체 반경 방향 폭에 걸쳐 관통한다. 본 실시예에 따르면, 차폐층(12, 13)에는 동일하게 슬롯이 형성되며, 그 결과 이들 차폐층은 동일한 개수의 슬롯(14) 및 원환 세그먼트를 갖는다. 또한, 차폐층(12, 13)은 위에서 내려다볼 때 차폐층(12, 13)의 슬롯(14)들이 어느 지점에서도 중첩되거나 교차하지 않도록 서로에 대해 회전되어 인쇄 회로 기판(6) 상에 배열되며, 그 결과 위에서 내려다볼 때 계산 유닛(11)과 코일(8, 9) 사이에 전체적으로 연속적인 차폐물이 생성된다.

이를 통해 코일 신호의 오프셋과 대칭이 최소화되는 점이 보장된다. 바람직하게는 차폐층(12, 13)이 각각 전체 인쇄 회로 기판(6)에 걸쳐 연장됨에 따라, 인쇄 회로 기판(6) 상에 위치된 도체 트랙이 차폐층(12, 13)을 넘어서지 않는다.

슬롯이 형성된 차폐층(12, 13)의 구성에 의해, 신호 진폭이 개별 차폐층(12, 13)에서 두드러지는 와전류의 최소한으로만, 특히 10% 미만으로 감쇠되는 점이 달성된다. 선택적으로, 또 다른 실시예에 따른 회전자 위치 센서 장치(5)는 차폐층 중 하나만(12 또는 13)을 갖지만, 이 경우 바람직하게는 슬롯이 없고 연속적이다.

도 3은 원환형 인쇄 회로 기판(6)이 직사각형 베이스 회로 기판(15)에 통합된다는 점에서 앞의 실시예와 상이한, 회전자 위치 센서 장치(5)의 또 다른 바람직한 실시예를 보여준다. 인쇄 회로 기판(6)은 원환 세그먼트 형태의 절삭부(16)에 의해, 베이스 회로 기판(15)과 인쇄 회로 기판(6) 모두와 일체로 연결된 4개의 연결 웨브(17)가 남도록, 베이스 회로 기판(15)으로부터 분리된다. 연결 웨브(17)는 인쇄 회로 기판(6)이 베이스 회로 기판(15)으로부터 용이하게 분리되어 떨어질 수 있을 정도로 좁게 선택된다. 이로써 회전자 위치 센서 장치(5)의 간단한 제조가 가능하다. 또한, 베이스 회로 기판(15)의 직사각형 구성은 회전자 위치 센서 장치(5)를 종래의 검사대에 간단하게 부착할 수 있게 해주며, 검사대에 부착하는 작업은 예를 들어 도 3에 도시된 3개의 개구(18)를 통해 수행될 수 있고, 이들 개구는 고정 나사의 정렬 및 예를 들어 수용에 이용될 수 있다.

Claims (10)

1. 전기 기계(2)의 회전자(4)의 회전자 각도 위치를 검출하기 위한 유도 회전자 위치 센서 장치(5)이며, 이 유도 회전자 위치 센서 장치는, 전자기파를 생성하기 위한 송신기 코일(8) 및 이 송신기 코일(8)에 의해 생성되고 회전자(4)에 의해 영향을 받은 전자기파를 검출하기 위한 수신기 코일(9), 그리고 회전자 각도 위치를 결정하기 위해 송신기 코일(8)을 제어하고 수신기 코일(9)을 통해 검출된 전자기파를 평가하도록 구성된 계산 유닛(11)을 포함하며, 코일(8, 9) 및 계산 유닛(11)은 하나의 공통 인쇄 회로 기판(6) 상에 배치되는, 회전자 위치 센서 장치에 있어서,
   코일(8, 9)은 인쇄 회로 기판(6)의 전면(7)에 배치되고, 계산 유닛(11)은 인쇄 회로 기판 전면(7)의 반대편을 향하는 후면(10)에 배치되는 것을 특징으로 하는, 회전자 위치 센서 장치.
2. 제1항에 있어서, 코일(8, 9)과 계산 유닛(11) 사이에 전자기파로부터 계산 유닛(11)을 차폐하기 위한 적어도 하나의 차폐층(12, 13)이 배치되는 것을 특징으로 하는, 회전자 위치 센서 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 차폐층(12, 13)이 전체 인쇄 회로 기판(6)에 걸쳐서 연장되는 것을 특징으로 하는, 회전자 위치 센서 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 인쇄 회로 기판(6)이 원형 디스크 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는, 회전자 위치 센서 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 인쇄 회로 기판(6)이 원형 디스크 링의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는, 회전자 위치 센서 장치.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 차폐층(12, 13)에 다수의 슬롯이, 특히 다수의 방사상 슬롯이 형성되는 것을 특징으로 하는, 회전자 위치 센서 장치.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나의 차폐층(12)에 하나의 추가 차폐층(13)이 적층되며, 상기 두 차폐층(12, 13)은 각각 다수의 슬롯을 갖고, 이들 슬롯(14) 중 어느 것도 겹치지 않도록 상호 적층식으로 배열되는 것을 특징으로 하는, 회전자 위치 센서 장치.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 개별 차폐층(12, 13)이 …로 제조되는 것을 특징으로 하는, 회전자 위치 센서 장치.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 인쇄 회로 기판(6)은 직사각형 베이스 회로 기판(15)에서 절삭된 인쇄 회로 기판(6)으로서 형성되며, 단 하나의 또는 복수의, 특히 최대 4개의 웨브(17)에 의해 직사각형 베이스 회로 기판(15)과 일체로 연결되고, 상기 웨브(17)의 파열에 의해 베이스 회로 기판으로부터 분리되어 떨어질 수 있는(breakout-type) 것을 특징으로 하는, 회전자 위치 센서 장치.
10. 전기 기계(2) 및 이 전기 기계(2)의 회전자(4)의 회전자 각도 위치를 검출하기 위해 전기 기계(2)에 할당된 유도 회전자 위치 센서 장치(5)를 구비한, 자동차 주차 브레이크용 구동 장치(1)에 있어서, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항 또는 다수의 항에 따른 회전자 위치 센서 장치(5)의 구성을 특징으로 하는, 구동 장치(1).

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