JP6828148B2 - 絶対的な位置を特定する方法、電動モータ、および摩擦クラッチ用の操作装置 - Google Patents

Description

本発明は、互いに相対的に運動可能であるＧＭＲセンサと磁界発生磁石（Gebermagnet）とを有する磁気センサ装置によって絶対的な位置を特定する方法に関する。さらに、本発明は、電動モータであって、ステータと、ロータと、ＧＭＲセンサと磁界発生磁石とを有する磁気センサ装置とを備えており、ＧＭＲセンサがステータに結合されており、磁界発生磁石はロータに結合されている、電動モータに関する。さらに、本発明は、摩擦クラッチ用の操作装置に関する。

独国特許出願第１０２０１６２１１８０２．１号明細書から、磁気要素を備えており、回転軸線に沿ってまたは回転軸線を中心として螺線状に配置されていて磁気要素の１回転に関して４つの信号状態を有する電気的な導体を備えた、ＧＭＲ原理に従って作業する少なくとも１つのマルチターンセンサによって、回転軸線を中心として回転する構成部材の回転数を求める方法が公知である。回転数を検出するために、回動角を介して導体の抵抗が検出され、信号状態に基づき、それぞれ回転数が求められる。回動角を介して２つの信号状態は区別不能であり、これら区別不能な両状態の間で、それぞれ１つの区別可能な切換状態が検出される。回転軸線を中心として、ゼロに等しくない回動角だけ互いに回動する２つのマルチターンセンサに基づき、一方のマルチターンセンサの区別不能な信号状態の回転する構成部材の角度位置の割当てが、他方のマルチターンセンサの区別可能な信号状態の検出によって特定される。

独国特許出願第１０２０１６２１２１７３．１号明細書から、磁気要素を備えており、回転軸線に沿ってまたは回転軸線を中心として螺線状に配置されていて磁気要素の１回転に関して２つの区別可能なハーフブリッジ信号を有する電気的な導体を備えた、ＧＭＲ原理に従って作業する少なくとも１つのマルチターンセンサによって、回転軸線を中心として回転する構成部材の回転数および角度位置を求める方法が公知である。回転数を検出するために、回動角を介して導体の抵抗が検出され、ハーフブリッジ信号に基づき、それぞれ回転数が求められる。ＡＭＲ原理に従って作業する磁気センサによって、それぞれ２つの半円内での構成部材の角度位置が求められ、マルチターンセンサによって、角度位置を求めることが半円のどこで行われているのかが求められる。

本発明の課題は、冒頭に記載した方法を改良することである。さらに、本発明の課題は、冒頭に記載した電動モータを改良することである。さらに、本発明の課題は、冒頭に記載した操作装置を改良することである。

この課題は、請求項１の特徴を有する方法によって解決される。

本発明に係る方法は、絶対的な角度を特定するために用いることができる。ＧＭＲセンサと磁界発生磁石とは互いに相対的に回転可能であってよい。ＧＭＲセンサと磁界発生磁石とは、まず、第１の回転方向で互いに相対的に回転させることができ、続いて、この第１の回転方向とは逆の第２の回転方向で互いに相対的に回転させることができる。ＧＭＲセンサは、回転数をカウントするために用いることができる。ＧＭＲセンサはマルチターンセンサと呼ばれることもある。

本発明に係る方法は、絶対的なストローク量を特定するために用いることができる。ＧＭＲセンサと磁界発生磁石とは、ストローク軸線に沿って互いに相対的に運動可能であってよい。ＧＭＲセンサと磁界発生磁石とは、まず、ストローク軸線に沿って第１の運動方向で互いに相対的に回転させることができ、続いて、ストローク軸線に沿って第１の運動方向とは逆の第２の運動方向で互いに相対的に回転させることができる。ストローク軸線は線形であってよい。

ＧＭＲセンサとは、巨大磁気抵抗効果に基づいたセンサである。ＧＭＲセンサは螺線を有することができる。この螺線は複数の螺線腕を有することができる。螺線は菱形に配置することができる。ＧＭＲセンサはＧＭＲ積層体を有することができる。ＧＭＲセンサは基準層とセンサ層とを有することができる。このセンサ層の磁化状態は変化可能であってよい。ＧＭＲセンサは磁壁発生器を有することができる。この磁壁発生器は螺線の端部に配置することができる。磁壁発生器では、１８０°領域が発生可能であってよい。この領域は螺線に注入可能であってよく、かつ／または再び消失可能であってよい。螺線腕の磁化状態は、磁界の運動の影響下で変化可能であってよい。螺線腕の磁化状態は、磁界と螺線とを互いに相対的に運動させることによって変化可能であってよい。回転数は磁気的に記憶可能であってよい。運動は電圧供給なしで検出可能であってもよい。運動は電圧供給なしで記憶可能であってもよい。螺線の電気的な抵抗値は磁化状態に関連することができる。

磁界発生磁石とＧＭＲセンサとが互いに相対的に回転すると、ＧＭＲセンサに、回転する磁界を加えることができる。ＧＭＲセンサは、１回転に関して４つの信号状態を有することができる。ＧＭＲセンサはヒステリシスを有することがある。このヒステリシスに起因して、ＧＭＲセンサの信号状態は部分的に区別可能でなくなってしまう。

ＧＭＲセンサと磁界発生磁石とは、ＧＭＲセンサの運動分解能、特に角度分解能を考慮して予め規定されているストローク量／角度だけ互いに相対的に運動させることができる。ＧＭＲセンサは９０°の角度分解能を有することができる。ＧＭＲセンサと磁界発生磁石とは、最初に割り当てることができない回転位置を起点として±約４５°だけ互いに相対的に回転させることができる。

ＧＭＲセンサはハーフブリッジ回路に接続することができる。それぞれ３つの区別可能な信号レベルが出力可能であってよい。それぞれHighレベル、MiddleレベルおよびLowレベルが出力可能であってよい。ＧＭＲセンサの信号状態は、それぞれ異なるハーフブリッジの信号状態の組合せによって区別可能であってよい。

さらに、本発明の課題は、請求項５の特徴を有する電動モータによって解決される。

電動モータは、電気的なコントロール装置によってコントロール可能であってよい。この電気的なコントロール装置は制御装置であってよい。電気的なコントロール装置は局所的な制御装置であってよい。電気的なコントロール装置は演算装置を有することができる。電気的なコントロール装置は記憶装置を有することができる。電気的なコントロール装置は少なくとも１つの電気的な信号入力部を有することができる。電気的なコントロール装置は少なくとも１つの電気的な信号出力部を有することができる。電気的なコントロール装置は、少なくとも１つの別の電気的なコントロール装置に構造的にかつ／または機能的に信号案内接続することができる。この信号案内接続のために、バスシステム、例えばＣＡＮバスを用いることができる。

電動モータはハウジングを有することができる。ステータは、ハウジングに固定して配置することができる。ロータは、回転可能にハウジング内に支承することができる。磁界発生磁石はロータ側に取り付けることができる。ＧＭＲセンサはステータ側に取り付けることができる。磁界発生磁石とＧＭＲセンサとは、非接触式に回転数をカウントして絶対角を特定するために、測定ギャップを画定することができる。

電動モータは作動駆動装置として用いることができる。電動モータは、自動車に使用するために用いることができる。電動モータは、自動化された変速機、電子的なアクセルペダル、弁調節器、ウィンドウ調節器、シート調節器、スライディングルーフ調節器、ミラー調節器および／またはエアフラップ調節器を操作するために用いることができる。

さらに、本発明の課題は、請求項６の特徴を有する操作装置によって解決される。

操作装置は流体静力学的な操作装置であってよい。操作装置は、少なくとも１つのマスタシリンダと、少なくとも１つのスレーブシリンダと、少なくとも１つのマスタシリンダと少なくとも１つのスレーブシリンダとの間に形成された少なくとも１つの液圧的な区間とを有することができる。少なくとも１つの電動モータは、少なくとも１つのマスタシリンダに給電するために用いることができる。少なくとも１つのスレーブシリンダは摩擦クラッチに割り当てることができる。

摩擦クラッチはシングルクラッチであってもよいし、デュアルクラッチであってもよい。摩擦クラッチは、自動車のパワートレーンに配置するために用いることができる。このパワートレーンは原動機を有することができる。この原動機は内燃機関であってよい。パワートレーンは摩擦クラッチを有することができる。パワートレーンは変速機を有することができる。この変速機は手動変速機であってよい。パワートレーンは、少なくとも１つの駆動可能な車両ホイールを有することができる。摩擦クラッチは、原動機と変速機との間に配置するために用いることができる。

要約すると、また、言い換えて説明すると、つまるところ、本発明によって、特に回転数がＧＭＲマルチターンによって角度情報なしで求められることが明らかとなる。磁気抵抗式のマルチターンセンサの出力（ハーフブリッジ信号）は３つのステータス（High、Middle、Low）を有している。磁石の位置に応じて、１回転中の４つの可能な「組合せ」が識別可能となるものの、センサの固有のヒステリシスによって、ステータスが一意ではなくなってしまう。このことをシステムが許容すると、ヒステリシス領域から逸脱し、これによって、正確な回転数（例えば１／４回転）を把握するために、磁石を少し、例えば±４５°回転させるかまたは磁石を備えたピストンを幾分運動させる。

本発明によって、回転数のカウントに対して付加的に、絶対角の特定が可能になる。付加的な角度センサは省略することができる。組付け手間が減少する。測定精度が向上する。

以下に、本発明の複数の実施例を図面を参照しながら詳細に説明する。この説明から、更なる特徴および利点が明らかとなる。これらの実施例の具体的な特徴は、本発明の全般的な特徴を成すことができる。これらの実施例の、別の特徴に結び付けられた特徴は、本発明の個々の特徴も成すことができる。

磁界が回転している最中のハーフブリッジにおけるＧＭＲセンサの信号経過を有する線図である。 磁界が回転している最中のハーフブリッジにおけるＧＭＲセンサの信号経過の抜粋拡大図である。 磁界が時計回りに回転する場合および反時計回りに回転する場合のハーフブリッジにおけるＧＭＲセンサの信号経過と、これに対応する、ヒステリシスを伴う信号パターンとを有する線図である。

図１には、磁界が回転している最中のハーフブリッジにおけるＧＭＲセンサの信号経過１０２，１０４を有する線図１００が示してある。この線図では、ｘ_１軸、ｘ_２軸およびｘ_３軸に回転角がプロットしてあり、ｙ軸に電圧がプロットしてある。信号１０２，１０４は、それぞれ３つの異なる信号レベルHigh，Middle，Lowをとることができる。３６０°に相当する１回転の間、信号１０２，１０４の、基本的に区別可能な４つの信号レベル組合せ１０６，１０８，１１０，１１２が生じる。信号レベル組合せ１０６は、信号１０２High／信号１０４Highである。信号レベル組合せ１０８は、信号１０２Middle／信号１０４Highである。信号レベル組合せ１１０は、信号１０２Low／信号１０４Highである。信号レベル組合せ１１２は、信号１０２Middle／信号１０４Middleである。

図２には、磁界が回転している最中のハーフブリッジにおけるＧＭＲセンサの、図１に示した信号経過１０２，１０４のような信号経過２０２，２０４の抜粋拡大図２００が示してある。信号２０２Middle／信号２０４Highの信号レベル組合せ２０８が、ヒステリシスに起因して、信号２０２Middle／信号２０４Middleの信号レベル組合せ２１２の開始時にも短時間だけ存在していることが詳細に判る。これによって、最初に回転位置を割り当てることはできない。それにもかかわらず、回転位置を割り当てるために、ヒステリシス領域２１４から逸脱して、回転位置を割り当てることができるまで、磁界を約４５°だけ逆方向に回転させる。

図３には、磁界が時計回りに回転する場合および反時計回りに回転する場合のハーフブリッジにおけるＧＭＲセンサの信号経過３０２と、これに対応する、ヒステリシスを伴う信号パターンとを有する線図３００が示してある。

この線図では、ｘ軸ｘ_１，ｘ_２，ｘ_３に、５４０°に相当する１．５回転にわたる回転角がプロットしてあり、ｙ軸に電圧がプロットしてある。ｘ_１軸には、ＧＭＲセンサの信号パターンから生じる正弦波状の信号経過３０２が示してある。ｘ_２軸には、第１のハーフブリッジの信号パターンがプロットしてある。第１のハーフブリッジの信号レベルは、Lowレベル３０４と、Middleレベル３０６と、Highレベル３０８とを有することができる。ｘ_３軸には、第２のハーフブリッジの信号パターンがプロットしてある。第２のハーフブリッジの信号レベルは、Lowレベル３１０と、Middleレベル３１２と、Highレベル３１４とを有することができる。

磁界が時計回りに回転する場合には、第１の信号レベル３１６を有するＧＭＲセンサの信号パターンが生じる。磁界が反時計回りに回転する場合には、第２の信号レベル３１８を有するＧＭＲセンサの信号パターンが生じる。回転方向が変化する場合には、ヒステリシス領域３２０が生じる。

１００ 線図
１０２ 信号、信号経過
１０４ 信号、信号経過
１０６ 信号レベル組合せ
１０８ 信号レベル組合せ
１１０ 信号レベル組合せ
１１２ 信号レベル組合せ
２００ 抜粋拡大図
２０２ 信号、信号経過
２０４ 信号、信号経過
２０８ 信号レベル組合せ
２１２ 信号レベル組合せ
２１４ ヒステリシス領域
３００ 線図
３０２ 信号経過
３０４ Lowレベル
３０６ Middleレベル
３０８ Highレベル
３１０ Lowレベル
３１２ Middleレベル
３１４ Highレベル
３１６ 第１の信号レベル
３１８ 第２の信号レベル
３２０ ヒステリシス領域

Claims (5)

1. 互いに相対的に運動可能であるＧＭＲセンサと磁界発生磁石とを有する磁気センサ装置によって絶対的な位置を特定する方法において、
   前記ＧＭＲセンサと前記磁界発生磁石とを、まず、第１の運動方向で互いに相対的に運動させ、続いて、該第１の運動方向とは逆の第２の運動方向で互いに相対的に運動させ、これによって、ヒステリシスに起因して最初に割り当てることができない位置を割り当てる方法であって、
   前記ＧＭＲセンサはハーフブリッジ回路に接続されており、それぞれ３つの区別可能な信号レベル（３０４，３０６，３０８，３１０，３１２，３１４）を出力可能であることを特徴とする、方法。
2. 前記ＧＭＲセンサと前記磁界発生磁石とを、前記ＧＭＲセンサの運動分解能を考慮して予め規定されているストローク量／角度だけ互いに相対的に運動させることを特徴とする、請求項１記載の方法。
3. 前記ＧＭＲセンサは９０°の角度分解能を有しており、前記ＧＭＲセンサと前記磁界発生磁石とを、最初に割り当てることができない角度位置を起点として±約４５°だけ互いに相対的に回転させることを特徴とする、請求項１または２記載の方法。
4. 電動モータであって、ステータと、ロータと、ＧＭＲセンサと磁界発生磁石とを有する磁気センサ装置とを備えており、前記ＧＭＲセンサは前記ステータに結合されており、前記磁界発生磁石は前記ロータに結合されている、電動モータにおいて、
   前記ロータの絶対的な角度位置が、請求項１から３までの少なくとも１項記載の方法によって特定可能であることを特徴とする、電動モータ。
5. 請求項４記載の少なくとも１つの電動モータを有していることを特徴とする、摩擦クラッチ用の操作装置。

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