(57)【要約】  本発明は、ロータに配置されたターゲットがセンサによって走査される、電動モータのロータ位置を識別する方法に関する。低コストで実施可能であるにもかかわらず高精度のセンサ信号を供給する方法では、ロータの回転運動が、誘導型センサまたは容量型センサによって検出される。
2017516990.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータに配置されたターゲット（８）がセンサ（７，１５）によって走査される、電動モータのロータ位置を識別する方法において、
前記ロータの回転運動が、誘導型または容量型のセンサ（７，１５）によって検出されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ロータの位置は、前記ロータの回転運動に伴って変化する、前記ターゲット（８）と前記センサ（７）との間の間隔距離の測定を介して検出される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ロータの位置は、前記センサ（１５）による、一義的な幾何学的形態によって形成される投影面積の走査を介して行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
センサ（７，１５）によって走査可能である、好ましくは電動モータの、ロータの位置を決定するためのターゲットであって、
前記ロータの一回転に亘る一義的な幾何学的形態（１１，１２，１４）を有していることを特徴とする、ターゲット。
【請求項５】
前記ターゲット（８）の前記幾何学的形態（１１，１２）は、３次元的に形成されており、前記一義的な幾何学的形態（１１，１２）は、前記ロータの回転軸線に沿って延在し、前記センサ（７）は、前記ロータの回転運動の結果として変化する、前記ターゲット（８）と前記センサ（７）との間の間隔距離を検出する、請求項４に記載のターゲット。
【請求項６】
前記ターゲット（８）の３次元的形態（１１，１２）は、螺旋状に形成されており、前記３次元的形態の勾配（１１，１２）は、３６０°の角度内で連続的または段階的に上昇または下降している、請求項５に記載のターゲット。
【請求項７】
前記一義的な幾何学的形態（１４）は、導電性材料（１３）からなる支持体層上に配置されており、非導電性の幾何学的形態（１４）が当該支持体層を部分的に覆っている、請求項４に記載のターゲット。
【請求項８】
前記幾何学的形態（１４）は、アルキメデスの螺旋として形成されている、請求項７に記載のターゲット。
【請求項９】
電動モータ、好ましくは電気的整流モータであって、
ロータシャフト（６）において可動のロータを含み、該ロータにターゲット（８）が回動不能に配置されており、前記ターゲット（８）はセンサ（７，１５）によって走査可能であり、
前記ターゲット（８）が、請求項４乃至８の少なくとも１項に従って形成されており、前記ロータシャフト（６）の端面に配置されており、さらに前記ロータシャフト（６）の軸線方向で端面に位置合わせされた前記センサ（７，１５）によって走査可能であることを特徴とする電動モータ。
【請求項１０】
前記センサ（７，１５）は、誘導型センサまたは容量型センサとして構成されている、請求項９に記載の電動モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータに配置されたターゲットがセンサによって走査される、電動モータのロータ位置を識別する方法、並びに電動モータのロータ位置を決定するためのターゲット、および電動モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近の自動車、特に乗用車では、独国特許出願公開第１０２０１１０１４９３６号明細書（ＤＥ１０２０１１０１４９３６Ａ１）に記載されているような、自動化されたクラッチが益々使用されてきている。ここでは、クラッチが電気的整流モータによって動かされる。クラッチの正確な位置を求めるために、ロータ位置センサ系を用いて、電動モータの位置をモータが回転する内に正確に決定することが必要である。
【０００３】
独国特許出願公開第１０２０１３２０８９８６号明細書（ＤＥ１０２０１３２０８９８６Ａ１）からは、電気的整流電動モータのロータ位置センサ系の磁気トランスミッタリングが公知であり、これは交番する磁化方向を有する所定の数の磁極を備えている。そのような磁気トランスミッタリングは、ホール効果、ＡＭＲ測定またはＧＭＲ測定の物理的原理に基づくセンサシステムによって走査される。しかしながら、永久磁石として形成されるターゲットは、磁石原料のために高コストの要因となり、さらにロータシステム内への統合も困難である。なぜなら、磁石材料は非常に脆く、さらにプラスチックと金属に対する非常に異なった方向依存性の膨張係数が存在するからである。
【０００４】
そのようなロータ位置センサ系では、例えばロータシャフトのぶれによって引き起こされる、ターゲットとセンサの間の間隔距離の距離変動または磁化エラーが、測定信号に多大な影響を与えている。
【０００５】
国際公開第２０１０／０８４０００号（ＷＯ２０１０／０８４０００Ａ１）からは、例えば検出すべき被検体のパスおよび／または空間位置および／または材料特性を決定するような電気的測定信号を、測定すべき特性量に依存して誘導的に生成する方法が公知である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、本発明が基礎とする課題は、低コストであるにもかかわらず、信頼性の高いセンサ測定信号によってロータ位置の決定が保証され得る、電動モータのロータ位置を決定する方法および電動モータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、上記課題は、ロータの回転運動中に誘導型センサまたは容量型センサによってロータ位置を検出することによって解決される。これは、高価な磁石材料から製造されるターゲットを省くことができるという利点を有する。この低コストな変化形態にもかかわらず、誘導型および容量型センサを用いて、電動モータのロータ位置の正確な検出が、電動モータの回転中に可能である。
【０００８】
好ましくは、ロータの位置は、ロータの回転運動の測定に伴って変化する、ターゲットとセンサとの間の間隔距離の測定を介して検出される。これは、特に堅牢な構造のもとで高精度なセンサ信号の信頼性の高い測定を可能にする。
【０００９】
代替的に、ロータの位置は、一義的な幾何学的形態によって形成される投影面積の走査を介して決定可能である。ここでも、磁石なしの低コストな材料が用いられ、このことは測定方法のコストを大幅に低減する。
【００１０】
本発明の改善形態は、好ましくは電動モータの、ロータの位置を決定するための、センサによって走査可能であるターゲットにも関している。信頼性の高い測定信号を簡単にサンプリング可能であるターゲットは、ロータの一回転に亘り一義的である幾何学的形態によって特徴付けられる。この構成を用いることにより、ロータシャフトの３６０°の角度変化に機械的に対応する電動モータの一回転が、変化する形態に一義的に分解（対応付け）される。これにより、ロータシャフトの位置に対する一義的な関連付けがこのロータシャフトの回転中に形成可能となる。
【００１１】
一実施形態では、ターゲットの一義的な幾何学的形態が３次元的に形成され、ロータの回転軸線に沿って延在し、センサは、ロータが回転運動した結果変化する、ターゲットとセンサとの間の間隔距離を検出する。ターゲットの３次元的幾何学形態のもとでは、ターゲットとセンサ信号との間の一義的な関連付けを形成できるようにするために、間隔距離は、ロータシャフトの各回転角度において変化することに注意する必要がある。
【００１２】
好ましくは、ターゲットの三次元的形態は、螺旋に類似して形成され、その勾配は、３６０°の回転角度内で連続的にまたは段階的に上昇または下降する。この線形化により、センサ信号に対するロータシャフトの位置の一義的な対応付けという必要条件が保証される。同時に、アナログまたはデジタルで後続処理が可能なセンサの出力信号が考慮され得る。
【００１３】
さらなる実施形態では、一義的な幾何学的形態は、導電性材料からなる支持体層に配置され、この支持体層を、非導電性の幾何学的形態が部分的に覆っている。この、二次元的形態による導電性支持体層の一部のみの被覆により、以下では投影面積とも称される誘導型の特徴が生成され、これを用いてセンサは、支持体層が回転する際に一義的にロータ位置を検出できる。
【００１４】
好ましくは、ターゲットの二次元的形態は、アルキメデスの螺旋として形成されている。その際センサは、ロータ位置の信頼性の高い検出をもたらす投影面積部分だけを感知する。
【００１５】
本発明のさらなる変形形態は、電動モータ、好ましくは電気的整流モータであって、ロータシャフトと共に動くロータを含み、ロータには回動不能にターゲットが配置され、ターゲットはセンサによって走査可能である、電動モータに関している。低コストの材料が使用されるにもかかわらず、信頼性の高いセンサ信号が得られる電動モータでは、ターゲットは、ロータシャフトの端面側に配置され、ロータシャフトの一回転に亘り一義的に変化する幾何学的形態を有し、この幾何学的形態は、ロータシャフトの軸線方向で端面に位置合わせされたセンサによって走査可能である。
【００１６】
好ましくは、センサは、誘導型センサまたは容量型センサとして構成されている。
【００１７】
本発明は、多数の実施形態が可能である。以下では、そのうちの２つを、図示の図面に基づいて詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】自動車における自動化されたクラッチの基本原理図
【図２】本発明によるターゲットの第１の実施形態
【図３】誘導型センサの出力信号
【図４】本発明によるターゲットの第２の実施形態
【発明を実施するための形態】
【００１９】
同じ特徴部分は、同じ参照符号によって表されている。
【００２０】
図１には、自動車に使用されるような自動化されたクラッチ操作システム１の基本原理図が示されている。ここでのクラッチ操作システム１は、制御機器２を有しており、この制御機器は、電気的に整流可能である電動モータ３を駆動制御している。電動モータ３は、ねじ山付きスピンドルの形態の伝動装置４に接続されており、このねじ山付きスピンドルもクラッチ操作装置５に接続している。制御機器２による電動モータ３の駆動制御により、電動モータ３のロータは回転運動させられ、この回転運動が伝動装置４に伝達される。この回転運動は、伝動装置４によって直線運動に変換され、この直線運動が、クラッチ操作装置５内に含まれている、詳細には図示されていないクラッチを動かす。伝動装置４とは反対側の、ロータシャフト６の端面側には、誘導型センサ７が、軸方向でロータシャフト６と位置合わせされて配置されている。このセンサ７は、ここでは、ターゲット８が配置されている、ロータシャフト６の端面側表面を検出する。
【００２１】
ターゲット８の第１の実施形態は、図２に示されている。ロータシャフト６の端面側に固定されたターゲット８は螺旋状に形成されており、ターゲット８の勾配１２は、ロータシャフト６が３６０°、一回転する際に線形的に下降する。誘導型センサ７は、この３６０°の一回転に亘り、ロータシャフト６の端面側とセンサ７との間の間隔距離変化を反映する勾配変化を検出する。ロータ位置から公差を除去するために、誘導型センサ７の２つのセンサヘッド９，１０の差分測定が使用されてもよい。この目的のために、ターゲット８は、２つの逆向きの勾配１１，１２を有しており、各勾配１１，１２が別のセンサヘッド９，１０を用いて走査される。２つのセンサヘッド９，１０の感知点が、図２中に符号Ｓ１およびＳ２で示されている。センサヘッド９，１０は、図３に示されている出力信号を出力する。各センサヘッド９，１０は、一回転に亘って線形の出力信号を送出する。ターゲット８の勾配１１，１２とセンサ７との間の間隔距離値は、回転角度に対応している。２つの逆向きの勾配１１，１２からの２つの個別測定値は、２つのセンサヘッド９，１０の間隔距離の和に正規化される。
【００２２】
図４には、本発明によるターゲット８の第２の実施形態が示されている。ロータシャフト６の端面側は、導電性材料１３で部分的に被覆されており、ロータシャフト６自体は、絶縁性の基材、例えばプラスチックからなっている。導電性材料１３による被覆の他に、ロータシャフト６の端面側の蒸着も考えられる。導電性材料１３内には、二次元的幾何学的形態１４、例えばアルキメデスの螺旋が形成されている。この二次元的形態１４は、非導電性材料からなっている。このアルキメデスの螺旋は、次のように端面側に配置されている。すなわち、この端面側を走査するセンサ１５が、０°では、僅かな導電性材料１３のみを検出し、それに伴って小さな出力信号のみを出力し、それに対してロータシャフト６が３６０°回転した際には、導電性材料１３の大面積を走査し、これにより誘導型センサ１５が大きな出力信号を出力するように配置されている。誘導型センサ１５が端面側を走査する際の感知点は、用途に応じて決定されるが、しかしながら、ロータシャフト６が一回転する際、端面の一義的な対応付けが検出されることが保証されていなければならない。その際、誘導型センサ１５は、導電性材料の投影面積のみを感知する。
【００２３】
上記で説明した２つの構成については、ロータシャフトの３６０°の機械的な回転が、変化する形態に分解（対応付け）されることが当て嵌まる。しかしながら、この３６０°の機械的な回転を磁極対によって分割することも可能であり、これに応じて所定の数のセンシング面が３６０°の機械的な回転にマッピングされ得る。電動モータ３のこの好ましい位置決定により、整流が大幅に改善され得る。これにより、電気的整流電動モータの整流および位置決定用のロータ位置センサ系を、アクチュエータ内で誘導式および容量式の測定を用いて容易に実現することができる。ここでは、この方法は、永久磁石なしで達成できる利点と、ロータ位置センサ系の垂直方向および接線方向の位置変化のような影響を除去できる利点とを提供する。この方法は、角度識別のための特有のターゲットと共に使用することができる。
【符号の説明】
【００２４】
１      クラッチ操作システム
２      制御機器
３      電動モータ
４      伝動装置
５      クラッチ操作装置
６      ロータシャフト
７      誘導型センサ
８      ターゲット
９      センサヘッド
１０    センサヘッド
１１    三次元的形態の勾配
１２    三次元的形態の勾配
１３    導電性材料
１４    二次元的形態
１５    誘導型センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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2017516990.tif 000009
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