KR100528808B1

KR100528808B1 - 토크전달 장치

Info

Publication number: KR100528808B1
Application number: KR1019970023294A
Authority: KR
Inventors: 안드리아스 로그
Original assignee: 루크 게트리에베시스템 게엠베하
Priority date: 1996-06-05
Filing date: 1997-06-05
Publication date: 2006-12-07
Also published as: KR980001192A

Abstract

발명은 자동토크전달장치와/또는 자동전동을 포함하는 차량에 관련한다.

Description

토크전달장치

본 발명은 구동모터, 변속기, 토크전달장치를 가지고, 한 개이상의 전자식 제어장치와 변속기 및 토크전달장치의 자동작동을 위해 제어장치에 의해 제어되는 한 개이상의 액터(actor)를 이용하여 토크전달장치를 자동작동시키고 변속기의 변속운동을 자동작동하기 위한 장치를 가지며, 전기모터와 같은 구동장치들이 상기 액터들에 구성된 차량에 관한 것이다.

클러치와 같은 토크전달장치 또는 변속기를 자동작동하기 위하여, 액터에 의해 기어변속이 제어되고, 한 개이상의 전이부재들이 정해진 위치들사이에서 작동하여, 기어가 연결되거나 분리된다. 또한 토크전달장치의 연결상태 및 토크전달장치에 의해 전달되는 토크를 조정하여 토크전달장치를 자동작동하기 위하여, 토크전달장치의 분리베어링이 두 개의 위치들사이에서 조정될 수 있다. 본 발명은 또한 클러치 및 변속기의 자동작동을 위한 장치에 관한 것이다.

상기 형태의 차량에 있어서, 구동장치의 구동요소들에 관한 제어작용은 변속기 또는 토크전달장치의 자동작동과 관련되고, 변속기 또는 토크전달장치의 작동요소의 운동전달경로가 시간에 따라 변화한다. 또한 기어변속시 전이과정 및 선택과정과 토크전달장치의 연결과정을 상대적으로 정확히 제어하기 위하여 작동요소의 위치, 속도, 가속도 및 하중에 관한 상태값을 확인해야 한다.

본 발명의 목적은 저비용으로 간단히 생산되고 높은 기능안정성을 제공하는 상기 형태의 차량을 제공하는 것이다. 또한 상기 차량은 자동작동상태를 최적으로 감지하고 데이터로부터 자동작동상태를 제어하기 위하여 저비용으로 간단히 제공되는 센서장치를 포함한다.

상기 목적을 위하여 본 발명에 의하면, 액터 또는 액터를 구성하는 구동장치의 특성값들이 감지되고, 상기 특성값들로부터 제어장치가 작동상태에 관한 수치를 결정한다.

상기 목적을 위하여 액터 또는 액터를 구성하는 구동장치의 특성값들을 감지하는 한 개이상의 센서들이 액터들에 구성되고, 상기 특성값에 의해 제어장치가 작동상태에 관한 수치를 결정한다.

상기 액터 또는 액터를 구성하는 구동장치의 특성값들을 감지하는 한 개이상의 센서들이 액터들에 구성되고, 상기 특성값에 의해 제어장치가 작동상태에 관한 수치를 결정한다.

상기 액터 또는 액터를 구성하는 구동장치의 특성값이 전압 또는 전류와 같은 전기적 특성값으로 제공되는 것이 유리하다.

상기 액터 또는 액터를 구성하는 구동장치의 특성값이 회전수, 회전방향, 위치, 속도, 가속도, 작동방향 및 작동하중과 같은 기계적 특성값으로 제공되는 것이 유리하다. 구동장치가 나타내는 특성값들의 변화가 제어장치에 의해 시간의 함수로서 결정되고, 작동상태를 나타내는 값이 상기 특성값의 변화에 의해 결정된다.

본 발명에 의하면, 특성값들의 최대값, 최소값 또는 영점위치, 처리된 특성값 및 관련 특성값과 특성값들의 시간순서 및 작동상태를 나타내는 값이 제어장치에 의해 결정된다.

본 발명에 의하면, 구동장치의 특성값들에 의해 제어장치가 토크전달장치의 작동상태를 나타내는 값 또는 변속기의 전이경로 또는 선택경로를 나타내는 값들을 결정한다.

또한 토크전달장치 또는 변속기를 구성하는 작동요소의 위치, 속도, 가속도, 운동방향 및 상기 작동요소에 작용하는 편향하중에 의해 작동상태를 나타내는 값이 제공되는 것이 유리하다.

또한 전기모터와 같은 구동장치에 제공되고 시간에 의존하는 전류 또는 전압으로부터 제어장치가 작동상태에 관한 위치, 속도, 가속도, 운동방향 및 하중을 결정하는 것이 유리하다.

본 발명에 의하면, 제어장치가 증분신호로부터 작동상태를 나타내는 값을 결정하는 것이 유리하다.

또한 제어장치는 아날로그신호 또는 디지털신호로부터 작동상태를 나타내는 신호들을 결정하는 것이 유리하다.

본 발명에 의하면, 제어장치가 제어값으로서 작동상태를 나타내는 값들을 이용하여 변속기 또는 토크전달장치의 작동을 제어한다.

또한 경로, 속도 및 가속도와 같은 선형운동의 크기가 센서에 의해 감지되는것이 유리하다. 회전운동의 크기, 각속도 및 각가속도와 같은 각도변수가 센서에의해 감지되는 것이 유리하다. 한 개의 센서가 운동방향 또는 회전방향을 감지하고 다른 한 개의 센서가 상기 센서의 운동방향 또는 회전방향을 감지한다.

본 발명에 의하면, 액터 또는 구동장치를 구성하는 구동요소가 선형운동 또는 회전운동을 할 때, 선형운동 또는 회전운동의 증분이 센서에 의해 감지되고, 회전운동하는 구동요소의 속도 또는 속도증분 및 회전방향이 센서에 의해 감지되는 것이 유리하다.

또한 선형운동요소의 운동 또는 운동증분이 센서에 의해 감지되고 선형운동요소의 운동방향이 센서에 의해 감지되는 것이 유리하다.

본 발명에 의하면, 운동요소의 운동증분에 의해 전류 또는 전압이 변화하고, 전류 또는 전압의 변화를 나타내는 신호에 의해 작동상태를 나타내는 값이 결정된다.

센서의 신호들에 의해 운동요소의 운동증분이 제어장치에 의해 감지되고 계수되며, 상기 신호들에 의해 제어장치가 작동상태를 나타내는 값을 결정하는 것이 유리하다.

한 개이상의 센서들이 증분식 트랜스미터(incremental transmitter) 또는 아날로그 센서 또는 디지털 센서인 것이 유리하다.

또한 센서가 하우징위에 고정되어 운동요소의 운동을 감지하는 것이 유리하다.

센서는 운동가능한 한 개이상의 센서요소들 및 고정된 한 개이상의 센서요소들을 가지며, 한 개의 센서요소에 의해 다른 한 개의 센서요소의 운동 또는 운동증분이 감지되는 것이 유리하다.

또한 센서는 저항성, 유도성, 용량성, 자기저항성 센서 또는 자석 센서인 것이 유리하다.

또한 센서가 광학센서 또는 광학전자센서인 것이 유리하다. 따라서 센서가 트랜스미터 및 수신기로 구성된다. 트랜스미터가 다이오드(diode) 또는 반도체레이저와 같은 레이저의 발광원으로 구성된다.

또한 센서가 에코효과(echo effect)센서인 것이 유리하다.

본 발명에 의하면, 감지된 특성값이 특성값의 증분으로 제공되고, 계수된 증분들로부터 제어장치가 작동상태를 결정한다.

또한 액터들을 구성하는 한 개이상의 구동장치들이 직류모터 또는 교류모터와 같은 전기모터인 것이 유리하다.

본 발명에 의하면, 전기모터와 같은 구동장치에 공급되는 전류 또는 전압의 전기적 특성값이 감지되고, 전기모터의 구동토크가 특성선들 또는 특성영역에 의해 결정되는 것이 유리하다.

또한 전기모터의 구동토크를 이용하여 구동장치 및 작동요소사이의 병진운동에 의한 토크 또는 작용하중이 제어장치에 의해 결정된다.

또한 구동장치와 작동요소사이의 탄성장치가 장착되고, 상기 작동요소의 작동이 제어될 때 상기 탄성장치의 변형이 센서들에 의해 감지되며, 센서들의 감지신호에 의해 제어장치가 작용하중을 결정하는 것이 유리하다.

본 발명에 의하면, 두 개의 센서들이 탄성장치의 변형을 감지하고, 센서들의 신호들에 의해 작용하중이 결정되는 것이 유리하다. 탄성장치의 변형을 감지하기 위하여 두 개의 센서들이 이용되고, 한 개의 센서가 탄성장치의 전방경로에 장착되고 다른 한 개의 센서가 탄성장치의 후방경로에 장착되며, 상기 센서들로부터 발생한 신호들의 차이 또는 비율에 의해 제어장치가 탄성장치의 작동을 결정한다.

또한 제어장치는 작용하중을 나타내는 신호와 한 개이상의 기준값들을 비교하고, 감지된 작용하중이 기준값을 초과할 때 제어장치가 변경된 제어기능을 수행하는 것이 유리하다.

본 발명의 유리한 실시예에 의하면, 탄성장치가 한 개이상의 에너지축적기로서 제공된다. 또한 토크전달장치 또는 변속기를 작동시킬 때, 상기 에너지축적기들이 변형될 수 있다. 상기 에너지축적기들이 유극을 가지고 장착되는 것이 유리하다. 또한 에너지축적기들이 유극없이 장착될 수도 있다. 본 발명의 또다른 변형예에 의하면, 상기 에너지축적기들이 예비인장상태로 장착되는 것이 유리하다.

또한 탄성장치가 단일 하중-경로특성을 가지거나 다단 하중-경로 특성을 가지는 것이 유리하다. 한 개이상의 센서들이 아날로그 경로센서 또는 디지털 경로센서인 것이 유리하다. 한 개이상의 센서가 디지털 스위치 또는 디지털버튼인 것이 유리하다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 예비인장상태의 에너지축적기를 이용할 때 스위치 또는 버튼이 경계값과 같이 미리 정해진 임계하중의 초과를 감지한다.

본 발명에 따라 사용되는 스위치는 에코효과 스위치 또는 리드(reed)스위치와 같은 비접촉식 스위치인 것이 유리하다. 접촉에 의해 회로연결되는 스위치가 이용될 수 있다.

본 발명에 의하면, 구동장치를 가진 액터들을 이용하여 변속기 또는 토크전달장치의 자동작동을 위한 장치를 구비한 차량에 있어서, 액터를 구성하는 구동장치의 온도가 온도센서에 의해 감지된다.

본 발명에 의하면, 구동장치의 측정온도에 관한 열적모델을 이용하여 제어장치가 다른 구성요소의 또 다른 온도를 결정하는 것이 유리하다.

또 다른 온도(T_err)가

[수학식 24]

T_err = T_mess + △T_mess ×R/C ×F(P_verlust)

에 의해 측정온도(△T_mess)로부터 결정되며, 상기 △T_mess는 측정온도의 구배이고, R/C는 측정온도 및 계산온도사이의 열적 전이저항/열용량을 나타내며, F(P_verlust)는 열동력손실에 의존하는 함수이다.

또한 제어장치에 의해 구동장치의 온도들과 기준값들이 비교되고, 기준값을 초과할 때 액터의 제어작용이 변화한다.

또한 전기모터와 같이 액터를 구성하는 구동장치를 제어하기 위하여 단계식 회로들이 이용되고 H-회로내에서 4개의 트랜지스터들을 가진 종료단계회로가 전기모터를 위해 이용된다.

본 발명에 의하면, 전기모터들과 같이 액터들의 구동장치들을 제어하기 위하여, 제 1 전기모터를 위해 H-회로내에서 4개의 트랜지스터들을 가지고 또 다른 전기모터들을 위해 추가로 2개의 트랜지스터들을 가진 종료단계회로가 이용된다.

도 1 은 구동모터(2), 토크전달장치(3) 및 변속기(4)를 가진 차량(1)용 구동트레인의 개략도이다. 변속기(4)의 출력측에 디퍼렌샬(5), 구동액슬 및 구동축(6a,6b)이 구성되고, 구동액슬 및 구동축에 의해 휠(7a,7b)들이 구동된다.

휠 및 구동 액슬에 휠속도센서(8)가 구성되고, 상기 휠속도센서는 신호 리드(lead)(9)를 통해 제어장치(10)와 신호연결된다. 예를 들어, 제어장치는 개별 휠들의 바퀴속도를 감지하고 평가할 수 있다.

상기 실시예에서 토크전달장치(3)는 플라이휠(11)과 연결되고, 플라이휠(11)은 구동모터(2)의 크랭크축과 연결된다. 토크전달장치는 기본적으로 클러치 커버(12), 클러치 압력판(13), 판 스프링과 같은 에너지 저장장치(14) 및 고정위치에서 기어 입력측(16)과 회전가능하게 연결되는 클러치 디스크(15)를 가진다. 클러치 디스크(15)는 외측에서 반경방향으로 배열된 마찰라이닝(17) 및 비틀림 진동감쇄장치(18)를 가진다. 플라이휠(11)은 단일몸체의 플라이휠이거나 다중부품들로 구성된 플라이휠이며, 플라이휠의 제 1 측면 및 제 2 측면사이에서 진동감쇄장치를 가진다. 다중부품들로 구성된 상기 플라이휠이 이중질량구조의 플라이휠(twin-mass flywheel)로서 알려져 있다. 플라이휠(11)은 반경방향의 외측 영역에서 시동 기어장치(19)를 지지한다. 시동장치는 상기 시동기어장치에 의해 구동모터(2)를 시동한다. 추가로 센서(20)는 구동모터(2)의 엔진속도를 결정하기 위해 이용된다. 센서(20)는 제어장치(10)와 신호연결되고, 센서(20)의 신호연결구조는 도 1에 도시되지 않는다.

추가로 차량(1)에 구성된 브레이크(21)가 한 개이상의 작동요소들을 가지며, 작동요소들이 신호전달기(22)을 가지고, 상기 신호전달기(22)는 파킹브레이크 또는 정지브레이크와 같은 브레이크의 작동유무를 감지한다. 상기 작동요소는 핸드 브레이크 레버와 같은 손 또는 발에 의해 작동되는 레버 또는 페달로서 제공된다.

예를 들어 차량내에서 가속페달로서 구성되고, 운전자가 엔진속도 및 엔진 토크를 조정할 수 있는 부하레버(23)가 구성된다. 부하레버의 작동강도범위가 센서(24)에 의해 감지된다. 또 다른 센서를 이용하여 아이들링(idling)위치에서 부하레버의 작동상태가 감지된다.

차량(1)은 토크전달장치(3)의 자동작동과 변속기(4)의 병진운동설정에 관한 자동작동을 수행하는 장치(30)를 포함한다. 상기 장치(30)는 토크전달장치의 연결및 분리작동을 자동으로 수행하거나 토크전달장치에 의해 전달되는 토크를 자동으로 조정한다. 또한 기어박스를 구성하는 기어들의 전이 및 선택을 자동으로 수행하기 위하여 상기 장치(30)가 이용될 수 있다.

장치(30)는 한 개이상의 구동장치를 가진 한 개이상의 액터(actor)들로 구성된다. 여러 개의 액터들이 이용되고, 기어박스의 선택작용 및 전이작용을 수행하고 토크전달장치의 작동과정을 수행하기 위한 구동장치들이 상기 액터들에 구성된다. 장치(30)는 신호리드(31)에 의해 제어장치(10)와 신호연결된다. 토크전달장치(3)의 분리 또는 연결작용과 기어박스(4)의 기어들을 전이하기 위한 제어신호 및 입력신호들을 기초하여 제어장치(10)가 작동한다. 상기 센서신호들이외에, 신호들 또는 측정값들이 신호리드(32,33)를 통해 다른 전자장치와 신호연결된다. 예를 들어, 제어장치(10)는 엔진전자장치 또는 미끄럼방지 제어기(auti-slip regulator) 또는 ABS(anti-blocking system) 장치와 신호연결된다. 추가로 제어장치는 또한 다른 전자장치와 신호연결될 수 있다. 제어장치(10)는 하나의 장치로서 기어박스의 전이작용과 토크전달장치의 작동을 위한 제어장치를 구성할 수 있다. 예를 들어, 추가로 일체형 전자장치가 엔진전자장치를 구성할 수 있다.

서로 신호연결될 수 있는 개별 전자장치들이 서로 분리되어 구성될수 있다.

예를 들어, 장치(30)는 기어박스상에 장착되고 플랜지연결되며, 기계적 수단 또는 유압과 같은 유압식 서보(servo)수단에 의해 기어박스의 병진운동을 적어도 부분적으로 조정하기 위하여, 중앙의 기어 변속축을 수용할 수 있다. 도 1 의 실시예에서 유압장치로 구성되고 토크전달장치를 작동하기 위한 액터(actor)를 상기 장치(30)가 포함하고, 상기 액터는 장치(30)내부의 마스터 실린더(master cylinder) 및 변속기에 연결되며, 유압선(40)을 통해 유압 실린더(41)와 유압연결되고, 장치(30)내에서 마스터 실린더의 피스톤을 제어하면 종동실린더는 클러치를 연결하거나 분리하기 위한 분리 베어링(bearing)을 작동시킨다.

장치(30)내에 구성된 한 개이상의 센서가 변속기의 기어병진운동의 선택과정 및 전이과정과 토크전달장치의 작동과정을 감지하게 된다.

도 1의 장치(30)의 일부분을 도시한 도 2를 참고할 때, 토크전달장치의 작동들을 위해 이용되고, 변속기의 병진선택운동을 위한 액터의 구성장치가 도시된다. 액터(100)는 구동장치(101)를 가진다. 도 2에 도시된 구동장치(101)는 예를 들어 직류 모터 또는 교류모터와 전기모터, 스텝핑 모터(step motor) 또는 컨버터축 모터(converter shaft motor)이고, 모터축(102)은 영역(103) 및 영역(104)내에 장착된다. 전기모터는 폴 하우징(pole housing)(105)에 의해 둘러싸이고, 액터(100)의 하우징(106)내에 수용되거나 하우징위에 장착되어 모터축(102)이 하우징(106)내부로 돌출한다.

모터의 출력축(102)은 기어장치(110)를 통해 전달요소(120)와 연결되고, 상기 전달요소(120)에 의해 액터장치(100)의 제어작용으로부터 토크전달장치의 분리베어링(131)으로 운동이 전달된다. 도 2 의 실시예에서 기어장치(gearing)(110)는 크랭크(111)를 가진 워엄기어이며, 워엄(112)은 모터축(102)과 고정되고 고정위치에서 회전운동하며 워엄기어휠(113)과 치접상태를 이룬다. 모터축(102)의 회전에의해, 워엄(worm)(112)이 회전되고, 워엄기어휠(113)은 회전축(114) 주위에서 회전운동하고, 상기 회전축(114)에 의해 크랭크(111)는 크랭크(116)를 따라 축방향으로 운동하게 한다.

크랭크(116)의 출력측부에서, 가압매체에 의해 작동되는 전달경로는 기본적으로 가압매체작동식 마스터 실린더(121), 전달경로(122) 및 종동실린더(123)로 구성된다. 전달경로는 탱크(125)와 유체연결되는 밸브(124) 또는 체적보상을 위한 장치를 가진다.

토크전달장치를 구성하는 분리베어링(131)은 종동실린더(123)에 의해 작동되는 릴리이즈 포크(126)를 통해 작동되며, 분리베어링이 작동될 때 판스프링(132)이 편향되고, 이때 압력판(133)은 압력판과 플라이휠(135)사이의 공간내에서 클러치 디스크(134)를 분리시킨다. 또한 클러치커버(136)가 도시된다.

토크전달장치(130)의 작동을 감지하기 위해, 센서(150)가 액터장치(100)에 장착되고, 제어장치에 의해 작동상태를 나타내는 값으로 처리되는 특성값이 상기 센서(150)에 의해 감지된다.

센서에 의해 감지되는 특성값이 작동상태를 나타내는 값으로 주어진다. 도 2 의 실시예에 있어서, 예를 들어 특성값은 속도 또는 속도 방향이고, 작동상태를 나타내는 값은 작동경로를 나타낸다. 병진운동하는 기어장치 및 전달경로에 기초하여 토크전달장치에 대한 작동경로 및 작동속도가 고정된다.

센서(150)는 회전방향 및 회전속도를 감지하는 제 1 센서(151)를 포함한다. 또한 센서(150)는 토크전달장치의 작동에 따라 동시에 작동되는 주 트랜스미터(transmitter)(152)를 포함한다. 상기 센서(151)는 트랜스미터(152)의 회전운동을 감지한다.

센서(150)는 증분식 센서(incremental sensor)로서 구성되고, 상기 트랜스미터(152)는 회전운동부품이며, 트랜스미터(152)가 일회전하여 다수의 펄스들이 제공된다. 상기 트랜스미터(152)가 일회전하는 동안 상기 센서(150)의 센서(151)가 개별 임펄스를 감지하고, 상기 임펄스는 신호선(153)을 통해 제어장치로 전달된다.

센서(150)는 예를 들어 기어휠형태의 트랜스미터(152) 및 유도기능의 센서(151)로 구성된다. 모터축의 기어휠이 일회전하는 동안 트랜스미터에 구성된 다수의 치형요소들이 상기 센서(151)를 통과하며, 매번 센서(151)에 의해 유도된 신호들이 신호선(153)을 통해 제어장치로 전달되어 처리된다. 예를 들어 치형요소들에 의해 유도된 신호에 의해 형성된 개별 펄스들이 제어장치에 의해 계수된다. 센서(151)를 통과하는 치형요소 및 치형요소의 간격들이 연속배열되어 센서의 신호가 변화되고, 즉 상기 신호는 시간에 관한 함수로서 최대값 및 최소값을 가진다.

토크전달장치의 작동이 제어장치에 의해 제어되면, 전기모터와 같은 구동장치(101)에 에너지가 공급되고, 구동장치(101)의 아마츄어는 회전운동하며 모터축(102)이 회전운동한다. 트랜스미터(152)가 모터축(102)에 연결되고 고정위치에서 회전운동하면 트랜스미터가 회전운동한다. 모터축(102)이 회전운동하면 워엄(112)에 의해 크랭크(116)가 축방향운동을 하고, 그 결과 종동실린더(123)의 피스톤 및 분리베어링(131)이 운동한다.

예를 들어 분리 베어링(131)의 완전한 행정운동을 위하여 전기모터는 여러번 회전운동해야 한다. 예를 들어, 토크전달장치가 일행정하기 위해 모터축이 50회 회전운동해야 한다. 트랜스미터(152)가 예를 들어 회전당 10개의 신호들을 발생시키는 요소를 가지고, 토크전달장치의 분리베어링에 대해 완전한 행정이 제공될 때, 센서(150)에 의해 총 500개의 펄스들이 발생된다. 제어장치는 개별 증분 임펄스(impulse)를 감지하고, 예를 들어 계수된 펄스 갯수로부터 분리 베어링의 실제 위치를 결정한다.

센서가 증분식센서일 때, 센서(150)는 전체 작동경로를 감지하지 않고, 전체작동경로중 개별 증분들을 감지하며, 제어장치는 증분들의 전체 갯수를 계수하고, 개시위치가 공지일 때 제어장치는 매시간 위치에서 분리베어링(131)의 실제위치를 결정한다.

분리베어링의 위치이외에 감지된 운동증분에 대한 시간변화로부터 분리베어링의 속도 및 가속도를 결정할 수 있다.

도 3의 실시예를 참고할 때, 변속기(4)의 기어병진운동을 자동작동하기 위한 액터(200)가 도시된다.

도 3의 액터장치(200)는 두 개의 구동장치(201,202)들을 가지고, 상기 구동장치는 동일하고 도 2의 구동장치(101)와 비교된다. 크랭크(205,206)와 같은 출력요소가 각각의 워엄기어장치와 같은 기어장치를 통해 모터축(203,204)에 의해 작동된다. 차량기어장치내에 장착되고, 변속기(4)내에 구성된 변속요소(300)가 도시된다. 요소(301)가 축방향으로 운동하면 레버(302)를 통해 변속게이트(304)를 따라 변속핑거(303)가 작동한다. 변속게이트(304)들을 선택하기 위해 요소(305)가 작동하고 요소(305)의 축방향으로 변속핑거(303)가 작동한다. 요소(305)가 축방향으로 작동하면, 변속핑거(303)가 화살표(306)의 방향으로 운동하고, 요소(301)가 작동하면, 화살표(307)의 방향으로 변속핑거가 작동한다. 화살표(306)방향으로 변속핑거가 작동할 때, 기어장치의 변속게이트들이 선택된다. 요소(301)의 작동에 의해 변속게이트(304)내부로 변속된다.

예를 들어 중립위치로 부터 제 1 기어를 연결하기 위해, 변속게이트(304)내부에서 작동이 이루어지도록 변속핑거(303)는 화살표(307) 방향으로 작동한다.

요소(301)가 화살표(307) 방향으로 작동하면, 요소(302)는 영역(307a)내에서 안내되고 축(308) 주위에서 회전가능하기 때문에 요소(302)가 경사지게 된다. 요소(302)를 회전시켜서 변속핑거(303)가 경사를 이루고, 그 결과 기어를 연결하기 위한 변속로드(shift rod)를 작동할 수 있다.

화살표(306)방향으로 요소(305)를 작동하면, 변속핑거(303)가 이동하고, 변속로드가 선택될 수 있다.

따라서 액터장치(200)는 전기모터에 의해 구동되는 두 개의 액터(actor)들 및 워엄기어장치(210,211)들로 구성되고, 워엄기어장치들은 워엄(212,213) 및 워엄휠(214,215)과 크랭크(205,206)들을 가진다.

또한 에너지 저장장치(220,221)는 예비 인장력에 의해 작동 경로의 함수로서 크랭크(205,206)와 같은 출력요소의 작동을 용이하게 한다. 또한 도 2 의 센서(150)에 해당하는 센서(250,251)는 증분식센서들로서 변속과정을 감지하고, 즉 변속게이트의 운동 및 변속게이트들사이의 운동을 감지한다.

센서(150,250,251)들은 기어장치(110) 및 워엄기어장치(210,211)의 구성 영역내에서 액터내에 배열되거나 전기모터와 같은 구동장치의 내부에 장착될 수 있다. 전기모터를 구성하는 폴 하우징(pole housing)내부의 구성에 의하면 아마츄어의 전방 또는 후방에서 축방향 구성이 용이해진다. 센서는 미리 장착될 수 있기 때문에, 센서(150,250,251)는 전기모터의 폴 하우징(pole housing)내부에 장착되는 것이 유리하다.

예를 들어 구동연결부내에서 전달기어장치의 구성영역내부 또는 전기모터의 구성영역내부에 이미 트랜스미터(152)와 같은 트랜스미터가 구성되거나 다른 기능을 위한 요소들이 동시에 트랜스미터들로서 이용되도록 상기 센서(250,251)들이 구성된다. 기어장치의 병진운동작용 또는 토크전달장치의 작동을 감지하기 위하여 센서요소(151)와 같은 센서가 트랜스미터(152)의 구성영역내에 장착된다. 예를 들어, 모터의 아마츄어는 원주위에서 조정된 반경을 가지기 때문에 트랜스미터로서 이용될 수 있다.

도 4a는 증분감지식 센서와 같은 센서(400)의 개략도이다. 센서가 회전축(401)에 장착된 센서요소(402)를 가지고, 상기 센서요소(402)는 회전축(401)에 고정되고 고정위치에서 회전운동한다. 회전축(401)이 회전운동할 때 센서요소(402)도 회전운동한다. 상기 센서요소(402)와 근접하거나 마주보는 위치에 또 다른 센서요소(403)가 구성되고, 상기 센서요소(403)는 신호연결부(404)와 신호연결되어 제어장치와 연결된다. 센서요소(403)는 센서요소(402)의 회전운동을 감지한다.

도 4a 의 실시예에 있어서, 센서요소(402)는 트랜스미터로서 구성되고 센서요소(403)는 수신기로서 구성된다. 액터(30,100,200)에 구성된 회전운동요소에 상기 센서요소(402)가 회전가능하게 연결된다. 액터가 작동하는 동안 상대적으로 고속으로 운동하는 액터(30,100,200)의 구성요소에 연결된다. 예를 들어, 상기 구성요소가 전기모터의 모터축으로 제공된다. 상기 실시예에서 트랜스미터가 전기모터의 하우징내에 장착된다. 예를 들어, 도 2에서와 같이 트랜스미터가 전기모터의 폴하우징외부에 장착되고 액터의 하우징내부에 장착될수 있다.

액터는 예를 들어 전기모터와 같은 구동 장치를 포함하고, 기어장치가 상기 구동장치의 후방에 장착될 수 있다. 상기 기어장치는 구동장치의 구동작용을 작업운동으로 변환시키고, 또한 기어비를 감소시킨다. 상기 기어장치에 의해 병진운동이 제공된다.

기어장치에 의해 속도감소가 형성되면, 기어장치의 전방영역에 배열된 트랜스미터가 주어진 작동경로에서 더 많은 수의 임펄스(impulse)들을 발생시킨다. 고속으로 운동하는 구성영역에서 상기 센서가 부착되면 증분식센서에 의해 정밀도가 증가된다.

충분히 높은 분해능을 가진 센서가 예를 들어 기어장치와 같은 액터의 다른 부품위에 장착된다. 상기 형태의 기어장치가 도 2 및 도 3 에서 워엄 기어장치로 도시된다. 또한 예를 들어 중첩 기어장치(superposition gearing), 스퍼기어, 유성기어, 크랭크기어(crank gearing) 치형 로드(toothed rod)기어 또는 다른 기어를 이용할 수 있다.

도 4a 의 센서(400)는 마그네틱 센서이고, 센서요소(402)의 원주부분에서 자성상태가 변화한다. 상기 자성은 N 및 S 로 표시되며, 남극 및 북극을 나타낸다. 트랜스미터가 회전운동하거나 부분적인 회전운동을 할 때 센서요소(403)의 윈도우(window)(405)를 통과하고 교번하는 자성상태들이 센서요소(403)에 의해 감지된다. 상기 센서요소(403)가 교번하는 자성상태를 감지하고 교번하는 출력신호를 발생시키며 상기 출력신호가 제어장치에 의해 처리된다.

도 4b 는 시간(t)에 관한 함수로서 센서(400)의 변조된 출력 신호(S_i)를 나타낸다. 도 4b 에서, 곡선(410)은 단시간 주기에 대해 도시되고, 신호(S_i)는 시간영역에서 3개의 최대값과 2개의 최소값을 가진다. 최대값은 시간 t₁, t₂ 및 t₃에서 감지된다. 상기 최대값은 예를 들어 자기의 N극 또는 S극이 센서(400)의 윈도우(405)를 통과할 때 발생한다. 또한 상기 형태의 최대값은 N극으로부터 S극으로 자기변화할 때 발생한다.

제어장치는 신호를 평가하여 신호의 최대값, 최소값 그리고 영에 해당하는 값을 계수한다. 트랜스미터에 관한 기계적 허용값을 통해, 결과값(신호의 최대값, 최소값 및 영), 센서요소가 이동하는 경로, 각도 및 증분을 알수 있다. 예를 들어 트랜스미터가 24개의 자극(12개의 N극 및 12개의 S극)으로 구성될 때, 감지된 증분의 개수는 운동 및 회전에 관한 정보를 제공한다. 따라서 경로 또는 회전각이 결정된다. 구동축이 1회전할 때, 24개의 중분값들이 계수되고, 다음에 엔진회전으로부터 작동경로로 변환되어, 증분에 대한 현재의 작동경로가 감지되고 계산되며, 전체 작동경로는 경로 증분을 합산하여 구해진다.

상기 센서요소(403)는 예를 들어 에코센서(echo sensor) 또는 자기 저항 센서(magneto-resistive sensor) 또는 유도성센서(inductive sensor)로서 제공될 수 있다. 예를 들어 트랜스미터는 기어휠로서 원주에서 변조되는 자석으로서 구성될 수 있고, 수신기는 기어휠에 구성된 치형요소의 유무를 계수할 수 있다. 예를 들어 트랜스미터는 전기모터의 아마츄어와 같은 다른 요소에 의해 제공될 수 있다. 따라서 액터내부에 이미 구성된 요소가 추가 기능을 가지게 되고, 따라서 트랜스미터를 위한 추가 부품이 절감되므로 유리하다.

도 5에 도시된 센서는 광센서(optical sensor) 또는 발광 감지센서로서 구성된다. 상기 센서는 광원(423)과 광감지기능의 수감소자(receiver)(424) 및 축(420)를 가진 회전요소(421)로 구성된다. 예를 들어 광원(423)은 반도체레이저(semi-conductor laser)와 같은 광 다이오드 또는 레이저 또는 다른 광원 또는 발광원이 가능하다. 방출광선(423a)은 회전요소(421)와 부딪힌다. 상기 발광작용은 회전요소(421)에 의해 코드(code)화되거나 변조된다. 코드화되거나 변조된 발광작용은 수감소자(424)에 의해 감지된다.

회전요소(421)는 예를 들어 원주위에 교대로 구성되거나 반복구성된 서로 다른 영역들로 분할된다. 서로 다른 영역(422a,422b)은 수감소자(424)에 도달하는 광선을 변조하거나 코드화한다. 예를 들어 영역(422a)이 광선을 통과시키고 영역(422b)이 광선을 차단시켜서 변조가 이루어진다. 회전요소(421)가 운동할 때 수감소자(424)의 강도가 변조되며 증분신호로서 감지될 수 있다.

영역(422a)은 광선을 통과시키는 영역인 반면에, 영역(422b)은 광선을 수감소자(424)로 통과시키지 않는다.

도 6에 도시된 센서(450)는 회전축(451)과 함에 회전하는 기어휠(452)을 가지고, 회전축(451)은 축(451a) 주위에서 회전운동한다. 기어휠은 원주상에서 치형요소(453) 및 치형간격(453a)을 가지고, 방출광원(454)에 의해 방출되는 광선이 치형요소(453)에 의해 차단되고 치형간격을 통해 수감소자(455)로 이동한다.

구성부품 또는 작동요소가 운동하기 전에 형성된 설정상태 또는 위치에 관한 출력값이 공지될 때, 운동증분의 계수를 통해 작동후 실제위치 또는 설정상태를 결정할 수 있다.

상기 액터(actor)에 대하여, 작동의 단부위치에 도달할 때 응답하는 리미트 스위치(160,162)들이 구성되는 것이 유리하다. 작동주기동안 증분들이 계수되지 않기 때문에 상기 단부위치에서 절대위치를 반복해서 조정할 수 있다. 리미트 스위치(limit switches)(160,162)에 의해 새로 조정된 단부위치들을 반복하여 조정할 수 있다.

도 2에 도시된 리미트 스위치(160,162)는 크랭크(116)의 단부위치들로 편향되고 스위치연결된다. 상기 리미트스위치들은 제어장치 및 신호선(161,163)들과 신호연결된다. 예를 들어 크랭크가 크랭크의 한쪽 단부위치에 위치하면, 상기 리미트스위치(161)를 작동시키면, 상기 단부위치는 상기 단부위치에 대한 목표값으로 설정된다. 다음 작동시, 상기 목표값의 위치로 부터 작동요소(165)의 위치를 결정한다. 리미트스위치(160,162)를 작동시키기 위해, 작동요소(165)가 크랭크위에 제공되어, 스위치로 이동된다.

또한 한 개이상의 스위치가 정해진 위치에서 작동경로내에 장착되고 상기 위치에 도달하면 작동하는 스위치들이 구성된다. 작동요소가 상기 위치에 도달할 때 작동요소의 위치를 교정할수 있다. 상기 위치에서 작동장치의 위치는 기준값로 결정될 수 있다. 미리 정해진 스위치의 위치에서 조정작용이 상대적으로 자주 수행된다.

상기 스위치는 접촉식-제어 스위치 또는 비접촉식-작동 스위치이며, 예를 들어 에코효과 스위치(echo effect switch) 또는 리이드(REED)스위치이다.

도 2 및 도 3을 참고할 때, 자동연결되는 변속기어의 경우 스위칭기능(switching), 선택기능(selecting) 및 커플링기능(coupling)을 개별적으로 수행하기 위해 전기모터와 같은 구동장치(101,201,202)들이 액터들에 포함된다. 도 2 및 도 3 의 실시예들에서, 각각의 작동모드들을 위한 구동장치의 배열에 따른 작동을 감지하기 위한 각각의 센서들이 토크전달장치의 연결, 기어선택 및 기어변속작동을 감지하기 위한 개별 센서들이 이용된다.

다른 센서들과 독립적으로 각각의 센서들이 작동요소의 위치 또는 상기 작동요소의 속도 또는 가속도와 상기 작동요소상에 작용하는 하중을 감지한다. 예를 들어 시간에 따른 경로데이타의 의존 특성으로부터 속도 또는 가속도 또는 회전방향 또는 작동방향을 계산할 수 있다.

적합한 기어들 및 기어조합을 이용하면 자동클러치를 가지고 자동작동되는 변속기어에 의해 구동장치의 개수가 감소되고, 변속과정 및 선택과정을 위한 한 개의 구동장치가 사용되고, 연결과정을 위한 제 2 구동장치가 사용된다. 자동클러치를 가지고 자동작동되는 변속기어에 의해 예를 들어 연결작용 및 변속과정을 위한 하나의 구동장치가 제공될 수 있고, 선택과정을 위한 제 2 구동장치가 제공된다.

또한 두 개의 구동장치들을 이용하여 다른 조합이 제공될 수 있다. 또한 토크전달장치를 연결하고 기어선택 및 기어변속을 위한 개별 구동장치를 이용할 수 있다. 두 개의 구동장치들을 가지거나 하나의 구동장치를 가진 액터(actor)들은 부분적인 연속과정으로 또는 연속과정으로 연결, 변속기능 및 선택기능을 수행한다.

상기 작동 모드들의 조합에 따라 구동장치에 의해 상기 형태의 작동이 병행되거나 순차적으로 수행될 수 있다.

액터내에서 사용되는 구동장치 갯수에 따라 작동을 감지하기 위한 센서들이 이용된다. 세 개의 구동장치를 사용할 때 세 개의 센서를 사용하는 것이 유리하다. 장치의 작동상태에 관한 가장 정확한 정보를 얻기 위해, 센서의 갯수는 구동장치 갯수에 직접적으로 의존한다.

자동작동되는 변속기어의 액터를 제어하기 위해, 부분적인 연결, 변속 및 선택의 세가지 기능에 대해 작동모드의 위치감지가 수행된다. 부분적인 연결, 변속기능 및 선택기능을 위한 작동요소들의 속도 및 회전방향 또는 개별적으로 속도와 토크방향이 한 개의 센서 또는 서로 다른 두 개의 센서들에 의해 감지된다. 회전운동에 대해 속도 및 회전방향이 감지되고, 선형운동에 대해 속도 및 운동방향이 감지된다. 예를 들어 속도 및 회전 방향과 같이 운동상태를 결정하기 위한 수치에 대하여 변속과정, 선택과정 또는 연결과정을 위한 설정부재의 위치를 결정한다. 전기모터와 같은 구동요소는 예를 들어 출력측에 연결된 기어장치를 가진 전기모터에 의해 제공된다. 설정부재가 예를 들어 연결, 변속 또는 선택기능을 위해 이용된다.

운동 경로 및 운동 방향, 구동장치의 위치에서 각각의 속도 및 회전방향을 결정하는 것이 유리하다. 구동장치 다음에 연결된 기어장치의 위치에서 운동경로 및 운동방향을 결정하는 것이 유리하다.

구동장치와 설정부재사이의 전달경로의 탄성변형을 고려하여 설정부재의 위치가 결정된다. 작동하중을 결정할 수 있는 또 다른 값들이 결정될 수 있다. 동적 영향이 고려될 수 있다. 전달경로에 위치한 두 개의 위치들이 감지되고, 상기 위치들사이에 탄성을 가진 탄성장치가 구성된다. 탄성력에 의해 경로차로부터 작동하중을 계산할 수 있다. 경로차는 전달경로에 위치한 위치를 차이로서 제공 된다.

작동하중은 전달부분의 감지부의 위치들에 관한 데이타 및 탄성장치의 탄성특성으로부터 계산된다.

구동장치로서 전기모터를 사용할 때, 경로를 측정하기 위해 부하전류의 불규칙성을 이용할 수 있다. 예를 들어, 2극 직류모터(direct current motor)에 있어서, 미끄럼 카본 브러쉬(slipping carbon brushes)에 의해 정류작용을 이용하여 아마츄어에 대한 전류방향이 일회전에 대하여 극성을 두 번 변화시킨다. 모터회전시 회전 아마츄어에 의해 유도되는 반대전압은 모터의 매회전에 대해 두 개의 영점들을 가진다. 외부전압 및 반대전압의 합은 매회전당 두 개의 최대치 및 두 개의 최소치를 가진다. 모터의 다른 구성에 의하면, 다수의 최소치 및 최대치가 구해진다. 회전의 증분으로서 최대치와 최소치를 계수하면, 제어장치가 작동요소의 위치를 결정할수 있다.

외부전압이 전기모터에 제공되지 못하면, 모터회로의 아마츄어 전류는 단락되고, 단락회로내에서 전류의 최대치 및 최소치들이 제어장치에 의해 계수될 수 있다.

본 발명의 구성에 의하면, 모터 또는 액터를 구성하는 운동요소들의 운동을 감지하는 센서들이 이용될 수 있다. 상기 센서들은 예를 들어 전기모터의 하우징 내에 일체로 구성될 수 있고, 센서의 운동부분이 모터측에 장착되고 고정되며, 정지부분이 하우징의 구성영역내에 장착되고 고정된다. 액터의 운동은 자동으로 센서의 작동위치로 전달된다.

액터장치가 부분적으로 관련되는 연결기능, 전이기능 및 선택기능을 조합하여 수행될 때, 센서가 연결부분의 전방 또는 후방에 배열될 수 있다. 센서들이 연결부분의 전방 즉 구동장치의 구성영역 또는 연결기능이 발생하는 연결기어의 위치와 구동장치사이에 배열되면, 구동장치당 단지 한 개의 센서가 필요하다. 센서들이 연결위치의 후방에 배열되면, 작동모드 당 적어도 한 개의 센서들이 필요하다.

센서들의 기록장치로서, 예를 들어 광전자 경로기록장치와 같은 증분식경로기록장치와 에코센서와 같은 자기기록장치 또는 유도 기록장치(리시버(receiver))가 제공될 수 있다. 증분식 속도기록장치로서 유도 기록장치, 유도성 기록장치, 에코센서 또는 광전자 속도 기록장치가 제공될 수 있다. 또한 다른 속도 기록장치가 이용될 수 있다.

증분식기록장치를 이용할 때, 두 개의 기록장치들을 이용하며 두 개의 기록장치들이 위상차(phase-offset)를 가지게 구성하고, 전자평가장치를 이용하여 운동방향을 감지할 수 있다. 한 개 센서의 신호와 비교하여 다른 한개 센서의 위상-변위된 신호를 발생시키면, 한 개의 신호와 다른 한 개의 신호를 추적하여 회전방향의 특성이 형성되기 때문에, 운동방향이 결정될 수 있다.

또한 예를 들어 에코센서 또는 자기 저항센서와 같은 자기경로 센서내에서 저항경로센서 또는 각도 센서, 유도성 센서, 와류 유동 센서, 커패시티브 센서(capacitive sensor) 또는 광전자 경로센서를 이용할수 있다. 또한 코드화된 경로 또는 각도 기록장치를 포함한 센서들을 이용할 수 있다.

도 20 에서 도 25 는 센서의 다른 실시예를 나타낸다.

예를 들어 전기모터와 같은 액터의 구동장치내에서 일체형 센서를 사용하여, 모터의 속도가 감지될 수 있다. 예를 들어, 하나의 에코센서 또는 다수의 에코센서들이 전기모터의 하우징내에 일체구성될 수 있다. 예를 들어 원주방향으로 분산된 12개의 자극들을 가진 디스크가 모터축위에서 회전한다. 두 개의 에코센서들이 구성되고 상기 디스크가 상기 에코센서들을 통과한다. 에코센서들이 구성되어, 위상변위된 신호가 발생된다. 두 개의 정현파신호들이 에코센서들의 신호들로서 발생되고, 정현파신호들은 예를 들어 90도만큼 위상변화되고 각각의 회전당 6개의 실선 파(solid wave)(6쌍의 극)를 가진다. 정현파신호는 제어장치에 의해 임펄스(impulse)로 변환될수 있다. 또한 여러개의 센서들이 180/n의 각도로 배열되고, 적합한 로직(logic)을 이용하여 제어장치가 교번신호를 발생시킬 수 있다.

도 7을 참고할 때, 예를 들어 상기 에코센서의 센서신호들과 같은 신호(S_i)가 시간에 관한 함수로서 도시된다. 신호(501,502)들을 나타내는 곡선은 에코센서의 신호들이며, 상기 출력신호(501,502)를 공급하는 두 개의 센서들이 오프세트(off-set)되어 두 개의 신호(501,502)들사이의 위상변위를 형성한다. 예를 들어 센서들 사이에 일체구성되는 제어장치 또는 다른 전자장치들은 신호(501)로 부터 신호(503)를 발생시키고 신호(502)로 부터 신호(504)를 발생시킨다. 정현파신호들(501,502)은 직사각형 신호로 변환되고, 시간구간(△t)동안 신호(503,504)들이 최소치(영이 될 수 있는)로부터 최대치(1이 되는)로 상승한다. 정현파를 형성하는 신호(501)가 제 1 반파를 통과할 때 신호(503)는 최소치(510)를 가진다. 제 2 반파 구간에서, 신호(503)는 최대치(511)를 가진다. 신호(504)는 신호(502)의 곡선경로와 관련된다. 본 발명을 따르는 다른 구성에 의하면, 곡선(503)의 신호가 곡선(501)의 신호와 관련하여, 곡선(501)의 제 1 반파 영역에서 신호(503)가 최대치를 가지고, 신호(501)에 관한 음의 제 2 반파영역에서 신호(503)는 최소치를 가진다.

곡선(505)은 신호(503,504)들의 XOR 결합상태를 나타낸다. 두 개의 신호(503,504)들이 최소치를 가지거나 신호(503,504)들이 최대치를 가질 때 신호(505)는 최소치 또는 영을 가진다. 신호(503,504)들중의 하나가 최소치를 가지고 다른 신호가 최대치를 가질 때 신호(505)는 최대치를 가진다.

예를 들어 신호(505)에 대해 신호(501,502)들을 평가하여 12개의 자극(manet pole)들 즉, 트랜스미터의 원주상에 구성된 6쌍의 자극들 및 90도의 위상차를 가진 두 개의 에코센서들을 이용하여 회전당 24개의 임펄스들(12개의 고(high)임펄스, 12개의 저(low)) 임펄스)를 가지는 신호를 발생시킬 수 있다. 그러므로 신호들에 형성된 양(상승) 또는 음(하강)의 신호들을 계수할 때, 모터축이 1/24의 회전운동을 하고, 상기 신호들은 제어장치에 의해 감지된다. 따라서 부분경로의 증분 경로가 측정될 수 있다. 또한 각각의 신호들에 대한 시간지연에 기인하여, 센서의 트랜스미터를 구성하는 구동축 또는 모터축의 회전방향이 감지될 수 있다.

센서들은 정현파신호들로부터 직사각형 신호를 만들어내는 전자장치를 가진다. 추가의 전자장치 또는 중앙의 제어장치는 개별 직사각형 신호들로부터 목표 속도 또는 회전방향 또는 작동운동의 증분 또는 선형운동의 해당치를 결정할 수 있다.

도 7a에 도시된 신호들에 의하면, 세 개의 센서들이 배열되어 180/3 도 즉 60도의 위상변위가 신호로 나타나다. 센서들의 신호들에 관한 신호(510,511,512)들이 시간에 관한 함수로서 도시된다. 신호(513)는 예를 들어 S(510) XOR S(511)와 같은 신호(510,511)의 XOR-링크 신호를 나타낸다. 예를 들어 (S(510)XOR S(511)XOR S(512)와 같은 XOR-링크에 의해 신호(512) 및 신호(513)로부터 신호(514)가 형성된다.

센서들의 또 다른 구성을 이용하면, 해당 링크(link)들을 이용하여 작동에 관한 증분들의 더 높은 분해능이 제공된다.

한 개 이상의 센서들이 구성되어, 하나의 센서가 고장상태일 때, 정보를 구하기 위해 다른 센서가 이용될 수 있도록, 한 개이상의 센서들로 부터 여유 장치(redundant system)가 구성된다. 예를 들어 도 7과 관련한 두 개의 센서들중에 하나의 센서에 이상이 생기더라도, 회전방향이 전류 공급 또는 전류제어에 의해 결정될 수 있어서 아직까지 속도가 결정될 수 있다.

또한 상기 센서시스템이외에, 제 1센서시스템이 고장일 때에만 작동하는 제 2 센서시스템이 구성될 수 있고, 제 2 센서시스템의 정보는 고장발생시 작동을 결정하기 위해 사용된다. 또한 기어장치의 병진운동을 자동작동시키고 토크전달장치를 자동작동시키기 위한 본 발명의 장치를 가진 차량에 의하면, 기어 장치의 병진운동 세팅을 자동작동하거나 자동연결할 때 작동하중이 감지된다.

예를 들어 액터의 모터 전류를 측정하고 모터전류를 이용하여 작동하중을 계산하여 작동하중이 감지된다. 또한 부하전류 및 전압원의 내부저항에 기초하여 공급전압의 변화를 측정하여 작동하중이 결정된다. 제어전압 및 전기모터의 속도로부터 액터의 모터 전류를 계산하면 작동하중이 결정될 수 있다. 또한 액터의 속도 및 액터의 다른 수치들을 측정하여 작동하중이 결정될수 있다. 하중전달 경로내에 위치하는 탄성요소의 변형을 측정하여 작동하중이 결정될수 있다.

자동작동되는 변속기어를 제어하고 특히 연결기능 또는 전이기능 또는 선택기능을 위해 자동작동되는 변속기어의 액터를 제어할 때 작동하중이 공지인 것이 유리하다.

토크전달장치로서 마찰클러치가 이용될 때, 예를 들어 작동하중의 특성선을 통해 토크전달장치에 의해 전달되는 클러치 운동이 결정될 수 있다. 미리 정해질 수 있는 클러치토크가 조정되거나 제어될 수 있다. 건식 마찰클러치 또는 습식 마찰클러치로서 제공되는 컨버터 연결클러치를 가진 토크컨버터로서 토크전달장치가 구성될 수 있다.

예를 들어 기어장치의 전이 및 선택기능을 자동작동시키는 기어병진운동의 세팅이 자동작동될 때, 위치에 따라 결정된 작동하중이 초과되지 않는 것이 필수적이다. 전이 또는 선택작용시 발생하는 작동하중이 부분적으로 운동에 관한 시간 경로에 의존하는 경계치들보다 작다. 예를 들어 기어를 자동작동하는 동안 운동의 방해작용이 발생한다면, 손상을 회피하기 위해 최대하중은 초과되지 않아야 한다. 상기 최대 하중은 서로 다른 매개변수에 의존하여 서로 다르게 선택될 수 있고, 예를 들어 서로 다른 최대 하중들이 연속작동과정동안 존재한다.

위치 또는 하중에 관한 신호로 부터 기어장치의 자동작동을 위해 제어장치가 이용되면, 전이과정 또는 선택과정이 수행되어, 발생가능한 모든 작동오차들을 제어장치가 감지하고 적합한 수단에 의해 상기 기능고장에 대해 응답할 수 있다. 따라서 작동하중이 감지되는 것이 유리하다. 작동하중이 제어장치에 미리 설정되는 것이 유리할 수 있다.

변속기를 작동시킬 때, 예를 들어 기어치형의 트랙(track)이 이상적이지 못할 때 문제가 발생할수 있다. 이 경우에 작동하중이 경계치이상으로 상승되어 파손을 초래할 수 있다.

하중 또는 하중에 해당하는 신호가 감지되고 하중 경계치에 도달하거나 초과할 때 작동이 정지된다.

도 8 은 자동작동되는 변속기어에 있어서, 전기모터를 제어하기 위한 블록선도를 나타낸다. 제어장치(550)는 블록(551,552,553)에서 정지단계 회로를 제어하고, 상기 블록들은 전기모터(554,554,566)와 같은 구동장치를 제어한다. 제어장치(550)는 정지단계 회로(E1,E2,E3)(551,552,553)와 연결되고, 각각의 전기모터(M1,M2,M3)가 변속기능, 선택기능 및 연결기능을 수행한다.

도 9 는 자동작동되는 변속기어를 가진 전기모터(M1,M2,M3)와 같은 구동장치를 사용하기 위한 표를 나타낸다. 종렬(560)에 있어서, 전기모터(M1)가 부호(K)에 의해 연결기능을 수행하고, 모터(M2)가 전이기능을 위해 사용되고 모터(M3)가 선택기능을 위해 사용된다. 부호(S,W)는 전이기능 및 선택기능을 나타낸다. 종렬(561)에 있어서, 모터(M1)가 연결기능 및 전이기능을 위해 사용되고, 모터(M2)는 변속 게이트들 사이에 선택 기능을 위해 사용된다. 종렬(562)에 있어서, 모터(M1)는 연결기능 및 전이기능을 위해 사용되고, 모터(M2)는 전이과정을 위해 사용된다. 또한 모터(M3)는 사용되지 않는다. 종렬(563)에 있어서, 모터(M1)가 연결기능을 위해 사용되고, 모터(M2)가 전이기능 및 선택기능을 위해 사용된다. 도 9 의 종렬(564)에 있어서, 전기모터와 같은 모터(M1)가 연결기능, 변속기능 및 선택기능을 위해 사용된다.

도 10 은 이전 도면들중 모터(M1,M2,M3)들중 하나와 같은 모터의 엔드 스텝회로를 도시한 것이다. 엔드 스텝 회로(600)에는 양 방향으로 동작하는 모터를 위해 H-브리지 회로에서 4개의 트랜지스터(601,602,603,604)가 사용된다. 대각선으로 마주하는 트랜지스터(601,604) 또는 (602,603)은 모터의 우회전 또는 좌회전을 위해 동시에 스위치 되거나 하측 및 상측 트랜지스터(601,603) 또는 (602,604)가 단락 회로를 발생시키기 위해 동시에 스위치된다. 이때의 트랜지스터들은 파워 트랜지스터들이다. 또한 이 트랜지스터들은 리플럭스 다이오드와 구성될 수 있다.

연결부(605)는 전압 전원에 전원으로 연결된다. 연결부(606)는 접지에 연결되며, 측정 저항(607)은 경로내에서 전류 또는 전압을 측정하도록 배열된다. 상기 측정작업에 의해 모터의 전류가 감지되고, 모터출력 또는 모터 토크가 온도와 엔진속도와 같은 주어진 조건으로부터 결정될 수 있다.

도 10 의 엔드스텝(end step)회로는 도 8 의 실시예에서 정지단계회로(E1,E2,E3)로서 이용될 수 있다.

도 11의 블록선도를 참고할 때, 제어장치(650)가 엔드스텝회로(651)를 제어한다. 상기 엔드스텝회로는 구동장치(652,653,654)들을 제어할 수 있다. 구동 장치(M1,M2,M3)는 전이, 선택 및 연결기능을 위해 사용될 수 있다.

도 12를 참고할 때, 도 11 에서 사용될 수 있는 엔드스텝 회로가 도시된다. 모터(M1,M2,M3),(701,702,703)은 도 11 의 구동장치(652,653,654)를 위한 구동장치로서 사용될 수 있다. 모터(701,702,703)를 제어하기 위해, H-브리지 회로가 도 10 에 따라 연결된다. 제 1 모터를 위한 네 개의 트랜지스터들에 대해 각각의 다른 모터를 위한 두 개의 트랜지스터들이 추가된다. 여기서 트랜지스터(704,705,706,707)는 모터(M1)을 위한 트랜지스터로 이용된다. 마찬가지로 모터(M2)(702)를 위해 트랜지스터(704,708,706,709)가 제공되며, 트랜지스터(704,710)와 트랜지스터(706,711)가 모터(M3)(703)를 제어하기 위해 사용된다. 또한 모터전류를 측정하기 위해 측정 저항(712,713,714,715)이 블럭회로도에 제공된다. 연결부(716)는 전압을 공급하기 위해 이용되며, 연결부(717)는 접지를 위해 사용된다. 따라서 연결부(716,717)들이 전압을 공급하며 전지가 이용될 수 있다.

제어장치(650)는 제어 전류를 통해 트랜지스터(704 내지 711)를 제어하여, 모터(701,702,703)가 시간순서에 따라 또는 동시에 스위치연결될 수 있다. 트랜지스터의 상기 배열을 통해, 모터의 회전방향이 함께 제어되거나 독립적으로 제어될 수 있다.

도 12의 엔드스텝배열을 이용하여 각각의 모터를 개별적으로 제어하고, 모터의 부하는 귀환전류를 측정하여 결정된다. 또한 연결기능, 전이기능 또는 선택 기능을 위한 작동요소의 경로, 속도 및 가속경로가 에코센서와 같은 위치트랜스미터를 통해 감지될 수 있다. 전이운동을 위한 개별모터가 제공되면, 전이위치들이 결정되고 적용될 수 있다. 연결운동을 위한 개별 모터가 제공되면, 유체클러치에 있어서 연결위치 또는 스니프팅구멍과 같은 연결작업에 관련한 위치들이 결정되고 적응된다.

도 13을 참고할 때, 도 10의 엔드스텝회로(750)가 도시되고, 전기모터(751)는 양방향으로 회전운동할 수 있다. 따라서 4개의 트랜지스터(752,753,754,755)가 제어를 위해 H-회로내에 제공된다. 모터가 좌회전 또는 우회전하기 위해 대각선으로 마주보는 트랜지스터(752,754) 또는 트랜지스터(753,755)들이 동시에 스위치연결된다. 이 모터를 단락회로에서 작동시키기 위해, 두 개의 마주보는 트랜지스터들이 동시에 스위치연결되거나 하나의 트랜지스터가 스위치연결되며 전류가 마주보는 트랜지스터와 함께 리플럭스 다이오드를 통과하게 된다. 모터 경로내에 측정 저항(756,757)이 위치할 때, 아날로그 신호로서 전압 강하를 감지하여 제어장치에 전달한다. 따라서 모터의 작동상태는 부하전류 또는 단락 회로전류에 의해 감지될 수 있다. 또한 측정저항(758)이 이용될 수 있다.

도 13을 참고할 때, 부하를 가지도록 스위치 연결 또는 분리되는 스텝식 변속기어와 같은 변속기를 전이시키거나 선택하고 토크전달장치를 작동시키기 위해 액터의 전기모터를 제어하기 위한 회로가 도시된다. 전기모터와 같은 구동장치(751)가 양방향으로 회전운동할 수 있다. 이같은 이유로 4개의 트랜지스터(752,753,754,755)들이 제어를 위해 H회로내에 필요하다. 또한 전류를 측정하기 위한 측정저항 또는 다른 전자 부품들이 회로내에 배열되고, 상기 측정저항(756,756,751)들은 각각 전원경로, 모터 경로 또는 접지 경로내에 위치한다. 전압신호가 아날로그 신호로서 감지되며 제어장치로 전달된다.

모터의 동작상태(부하 전류 또는 단락 회로 전류)를 제어장치에 제공되어 감지된다. 부하전류 또는 단락회로 전류는 엔드 상태에서 PWM 논리에 의해 제어된다. PWM은 펄스폭변조를 의미하며, 신호는 하이(high)값과 로우(low)값을 포함한 두 개의 엔드값사이에서 교대로 형성되고, 하이 펄스와 로우 펄스의 길이, 펄스폭은 제어장치에 의해 제공된다. PWM 하이 신호에 의해 모터동작이 스위치연결되고 PWM 로우신호에 의해 모터가 단락회로에서 작동하도록 엔드상태논리가 설계된다.

또한 전기모터에 의해 공급된 토크가 토크전류특성선으로부터 결정되고, 전류는 입력값이고, 모터에 의해 공급된 토크는 감지된 신호 또는 계산된 신호를 형성한다.

예를 들어, 전기모터의 온도가 또 다른 변수로서 제공되는 특성영역 또는 특성선으로부터 토크가 결정되고, 수치적으로 형성될 수 있는 방정식시스템으로부터 토크가 결정될 수 있다.

주어진 토크를 결정하기 위해 온도에 의존하는 계산모델을 사용하거나 온도에 의존하는 토크전류 특징선을 이용할 때, 모터의 온도가 온도센서에 의해 감지될 수 있다. 온도센서가 모터의 탄소 브러시 또는 전기자와 근접한 위치에 장착된다. 다음에 온도의 센서 신호가 제어장치로 전달되고 처리된다. 온도센서의 측정값은 직접 처리되거나 모터를 구성하는 다른 구성요소의 온도가 온도모델로부터 결정될 수 있다. 온도센서는 하우징상에서 고정되고 배치되어, 이동모터부품의 온도가 온도 모델에 의해 결정될 수 있다. 구성부품의 온도를 계산하기 위해 다른 구성부품의 온도가 이용되는 온도센서가 부착될 수 있다.

도 14에 도시된 액터(actor)(800)가 토크전달장치(3)를 제어하거나 기어장치(4)의 전이기능 또는 선택기능을 위해 구동모터(801), 워엄(worm)(802)과, 워엄바퀴(803)를 가진 워엄기어, 크랭크(804) 및 보상스프링(805), 가압매체식 실린더(806)를 가진다.

구동모터(801)를 구성하는 자극(807)의 내측 또는 외측에 온도센서와 같은 센서(808)가 구성되어, 상기 센서(808)가 시간의 함수로서 모터의 내측 또는 외측에서 온도를 감지한다. 온도센서는 구동모터(801)의 브러시(809)와 근접한 위치에 배열되고, 상기 브러시는 탄소브러시로서 제공될 수 있다.

또한 경로센서(810)가 크랭크와 같은 출력요소내에 장착되고, 경로센서(810)는 부착구(812)를 가진 요소(811)에 의해 크랭크(804)와 연결된다. 따라서 경로센서(810)는 크랭크(804)의 축방향 운동을 감지하며, 상기 축방향운동은 클러치 또는 기어장치를 작동시킨다.

온도증가에 의한 액터의 손상을 방지하고 구동모터(801)의 토크를 계산하기 위해, 전기모터의 구성영역과 같이 액터의 주요부품들의 온도를 감지하는 것이 유리하다. 전기모터의 구성영역내에서 구성요소의 온도증가는 전기모터의 높은 전류부하에 의해 단시간내에 현저한 온도증가를 야기한다. 온도증가에 의해 구성부품들의 열부하가 과도해진다. 그 결과 전기모터의 구성영역내에서 전기부품들의 저항이 변화하고, 토크전류특성영역의 특성선이 변환한다.

전류가 통과할 때, 탄소 브러시와 같은 브러시(809) 및 브러시의 홀더(holder)는 상대적으로 빨리 가열된다. 브러시 및 홀더의 온도를 인식하여 브러시(809) 또는 브러시의 홀더가 파괴되는 것을 방지하기 위하여 액터에 대한 열부하가 감소되도록 제어장치의 제어가 작용한다.

센서(808)가 최대 열부하의 형성영역이 아니라 다소 떨어진 영역내에 구성되면, 열전이저항에 의해 직접적인 감지가 지연될 수 있다. 열저장요소는 열중간축적기로 작용하고, 주요요소의 신속한 온도변화가 센서에 직접 전달될 수 없다.

요소의 온도가 센서(808)로 부터 감지되고, 주요 요소의 온도는 온도 모델에 의해 결정될 수 있다.

온도센서는 온도 T_MESS를 감지하며, 온도 기울기 (△T_MESS)가 시간의 함수로서 제어장치에 의해 결정된다. 또한 전이저항(R)과 전달부분의 용량(C)은 온도가 결정되어야 하는 요소 및 온도가 계산되는 요소사이에 제공된다. 또한 에너지 손실 또는 온도가 감지되는 위치와 온도가 계산되는 위치사이에 출력손실 F(P_Verlust)이 제공된다. 계산되는 온도가 [수학식 24] 으로 부터 구해진다.

T_err = T_mess + △T_mess ×R/C ×F(P_verlust)

액터내부로 입력되는 에너지입력과 출력손실이 정량적으로 결정될 수 있다.

[수학식 25]

P_verlust = ₁(_-η) * P_Zu = U_Mittel * I = (U_Mittel)² / R_Spule

따라서 공급 전원(P_Zu)과 전력손실 (P_Verlust)은 평균제어전압에 의존하며, 코일저항은 온도에 의존한다.

활동정도(η)는 온도의 함수로서 경험적으로 미리 시험 스테이션에서 결정될 수 있다. 평균제어전압 (U_Mittel)은 PWM제어와 측정된 전지전압으로 확인된다. 전류(I)가 측정되거나 스위치저항에 의해 전류측정이 제공되지 않을 때, 코일저항(R_Spule)이 제공되고, 코일저항은 온도에 의존하는 것으로 간주될 수 있다. 온도에 의존하는 코일 저항을 이용할 때, 비교시스템이 형성되고, 온도를 계산하기 위해 온도에 의존하는 코일저항이 이용된다.

온도모델 또는 센서값으로부터 제어장치가 열부하를 가진 요소의 온도증가를 감지하면, 액터의 고열상태를 감소시키도록 제어된다. 예를 들어, 액터의 주파수 작동이 감소된다. 클러치의 정상적인 구동작업동안 완전히 차단될 때 주파수작동이 감소된다. 클러치가 분리될 때 액터 또는 클러치의 열부하가 감소되므로 예를들어, 1단 기어, 2 단기어 또는 후진기어와 같이 주행개시용 기어가 아닌 기어에 의해 주행개시되는 것이 방지된다. 예를 들어, 3초간의 정상적인 작동개시후 클러치의 온도가 과도하게 높은 상태에서 주행이 개시될 때, 클러치는 모터의 실속임계값까지 연결되고, 엔진속도의 실속임계값에 도달할 때 클러치가 다시 연결된다. 클러치가 연결되면 엔진속도가 감소된다. 클러치가 과도하게 연결되면 엔진이 실속임계값에서 감소하고 엔진작동이 정지된다.

예를 들어, 13볼트에서 아이들링 속도 및 실온에서 전기자 저항과 같은 모터의 특성값 및 전류경로와 속도경로, 공급전압과 유도성으로부터 모터의 기술적 제어모델에 의해 전기자 저항을 적용할 수 있다. 이용된 전기자 저항으로부터 전기자의 온도가 결정될 수 있다. 모터를 구성하는 탄소브러시의 온도는 모터의 주변온도 및 전이 저항 또는 열용량과 같이 모터의 열시간정수로부터 결정될 수 있다. 따라서 온도에 의존하는 토크-전류 특성선 및 전기모터에 의해 제공되는 토크는 온도의 함수로서 결정될 수 있다.

전기모터의 온도모델은 작동매개변수에 의존하거나 일정하거나 리듬에 따라 제어장치내에서 계산되고, 이를 위해 전기자전류, 전압, 전류, 모터속도, 모터의 작동상태, 시간 또는 주변온도가 이용될 수 있다. 입력값 및 실제 모터온도에 의존하는 매개변수로부터 입력되는 전기적 출력과 출력되는 기계적 동력이 계산된다. 공급된 전력과 출력되는 기계적 동력사이의 차이는 모터내에서 열로 변환되는 전력손실이다. 슬리브면 및 단부들을 통해 전기자로부터 열이 유도되고 브러시로부터 열이 유도되어 전기모터의 열시간정수 및 입력값을 이용하면, 전기모터의 가열량을 계산하고 따라서 브러시 또는 접촉점들과 같은 전기모터의 구성부품들에 형성된 실제온도를 계산할 수 있다. 상기 온도를 이용하여 온도에 의존하는 토크전류의 특성선을 결정하고 상기 특성선으로부터 주어진 입력값에 대한 전기모터의 토크를 결정할수 있다.

토크전달장치를 작동시키고 기어를 전이시키고 선택하며, 특히 기어장치의 연결 또는 분리 또는 변경을 위하여 전기모터작동식 액터가 작용하는 하중이 전류-토크 특성선을 이용하여 전기모터의 부하전류를 측정하여 결정될 수 있다. 부하전류는 전압원의 내부저항에서 전압강하로서 감지된다. 또한 부하전류는 전압강하에 의해 또다른 측정 저항에서 결정될 수 있다.

측정저항을 사용할 때, 전압원의 내부저항에서 전압강하를 측정하기 위해 동일한 법칙이 사용된다. 공급전압은 제어장치에서 입력신호로서 존재하여, 전원의 내부저항(R_i)을 알면, 부하전류를 가진 공급전원(U_L) 및 부하전류없는 전원(U_O)의 차이로부터 부하전류(I_L)가 직접 계산될 수 있다.

[수학식 26]

I_L= (U_Null -U_L) / R_i

온변화와 같은 실제 상태변화 및 제어와 함께 기술적 제어과정이 수행된다. 상기 과정은 전류 및 속도와 같은 상태값을 예상값으로서 공급하며, 속도에 관한 측정값 및 예상값사이의 차이에 의해 모델전기모터의 특성값들이 실제 전기모터의 특성값과 비교된다. 모터에 관한 모델을 이용하면, 속도와 같은 측정값에 의해 측정값에 관한 전체 전기모터의 값을 결정할 수 있다. 전류는 속도로부터 결정되고 전류로부터 손실된 에너지가 결정되어 모터의 온도가 결정될 수 있다. 모터의 모델을 이용하면, 계산값에 의해 센서의 사용을 회피할 수 있다. 모터의 전기자 저항을 이용하기 위해 상기 모델로부터 구해진 자료가 이용될 수 있다. 전류와 속도에 관해 시간에 의존하는 경로로부터 전기모터의 전기자 저항이 이용될 수 있고, 상기 자료가 측정되거나 계산될 수 있다. 전기자 저항이 결정되면 전기자의 온도는 특성선에 의해 결정될 수 있다. 전기모터의 값들이 온도의존성을 가질 때, 상기 값들을 적용하기 위한 온도가 이용될 수 있다. 제어작용시 온도에 의존하는 모터의 토크가 발생된다.

출력측에서 형성되는 엔진 토크는 모터의 속도-토크-전압의 특성영역, 속도 및 PWM 전압에 의해 계산될 수 있다. 액터에서 발생된 토크를 알 때, 토크전달장치를 작동시키거나 기어장치를 작동시키기 위한 액터의 작동하중을 결정할 수 있다. 또한 액터들의 작동하중을 제어하기 위한 제어과정이 이용되고, 불편한 주행 또는 손상 또는 파손을 방지하기 위하여, 작동경로에 의존하는 최대하중이 초과되지 않아야 한다.

본 발명에 따른 또다른 실시예에 의하면, 전기모터로 작동되는 액터의 작동하중을 결정하기 위하여 탄성요소의 변형이 감지되고, 변형되는 탄성요소가 하중전달경로내에 배열된다. 상기 탄성요소는 구동장치 및 작동요소사이의 하중전달경로 내에서 탄성을 가지며 탄성이 추가로 하중전달경로내에 형성될 수 있다. 탄성은 선형 또는 비선형 하중-경로의 관계를 가지며, 탄성은 예비탄성을 가질 수 있다.

균일하게 변속되는 기어장치에 의해 하중으로 변환되는 토크가 전기모터와 같은 상기 액터에 의해 발생될 수 있다. 상기 하중은 토크전달장치 또는 기어장치 내에서 작동요소의 구성영역에서 작동점을 향한다. 하중전달경로내에 위치하거나 하중전달경로에 형성되는 탄성요소의 변형을 통해 토크와 작동하중을 결정할수 있다. 작동하중에 대한 반작용력으로서 제공되는 지지하중이 감지되도록 탄성요소를 배열할수 있다.

탄성요소의 변형은 한 개이상의 경로센서에 의해 연속적으로 감지되거나 정해진 상대경로에 도달할 때 응답하도록 부착된 한 개이상의 스위치를 이용하여 불연속적으로 감지된다. 따라서 상기 불연속적인 하중 또는 경로의 측정을 위해 한개이상의 하중임계값들이 감지될 수 있다.

정해진 지지하중을 초과할 때 이탈하고 변형을 지지하는 지지요소로서 탄성요소가 배열된다. 지지하중을 초과하면 작동하중의 초과를 감지할수 있다.

도 14a는 도 14의 액터(800)와 같은 액터의 단면도를 도시한다. 구동축(840)은 구동장치에 의해 구동되거나 모터축으로서 구성된다. 워엄(802)은 구동축(840)과 회전운동하며 축방향운동하도록 연결된다. 워엄(802)은 에너지축적기(841,842)에 대해 축방향으로 이동하고, 에너지축적기(841,842)는 예비인장상태로 배열되어, 미리 정해진 축방향하중이 도달되고 워엄(802)이 축방향으로 이동된다. 워엄(802)은 워엄휠(803)과 연결되며, 워엄휠는 운동요소의 작동을 제어한다. 크랭크기어와 같은 또 다른 기어장치가 워엄휠다음에 장착될수 있다.

구동장치는 구동축(840)위에서 구동토크를 발생시키고, 구동토크는 작동요소의 반작용하중과 작용한다. 작동요소의 작동경로에서 서로 다른 반작용하중들이 기어장치내부에서 동기화되거나 기어장치내부에서 기어치형부를 추종한다.

워엄(802)위에서 축방향으로 작용하는 반작용하중이 에너지축적기(841,842)의 예비인장력보다 클 때, 워엄이 축방향으로 이동한다. 워엄(802)은 요홈구조의 수용영역(843)을 가지고, 센서 또는 스위치(844)의 요소(845)가 상기 수용영역(843)내에 연결된다. 워엄이 축방향으로 이동하면, 수용영역(843)에서 센서 또는 스위치가 작동하여 신호를 발생시킨다. 제어장치는 상기 신호를 입력하고 평가하여, 반작용하중이 미리 정해진 값보다 크며, 제어장치가 제어과정을 수행하여 기계장치 및 구동장치에 대한 스트레인을 감소시킨다.

센서는 워엄의 축방향이동을 감지하기 위하여 다른 방법으로 워엄과 결합될 수 있다.

도 15를 참고할 때, 액터와 작동요소사이의 연결부내에 장착된 탄성요소(850)가 도시되고, 예를 들어, 탄성요소는 도 3 의 요소(205)와 요소(301)사이에 사용되거나 도 3 의 요소(206)와 요소(305)사이에 배열된다. 또한, 탄성요소는 도 2의 구성에서 하중전달경로내에 제공될 수 있다.

요소(851)는 구동장치에 연결되고, 요소(854)는 출력부에 연결되어, 액터로 부터 작동요소로 전달되는 편향하중이 요소(851) 및 요소(854)에 전달된다. 요소(851)는 축방향 단부영역에서 두 개의 아암(852a,852b)을 가지며 두 아암(852a,852b)들은 서로 떨어져 있고, 간격 또는 자유 공간(853)이 상기 아암들사이에 제공된다. 요소(854)는 상기 자유공간(853)과 연결되고, 자유공간은 축방향으로 연장된 윈도우(855)를 가진다. 또한 아암(852a,852b)은 수용영역(860)을 갖는다. 부하가 작용하지 않을 때, 에너지 축적기(856)는 요소(854)의 윈도우(855) 및 아암(852a)(852b)의 수용영역(860)내에 수용된다. 에너지 축적기는 당기거나 미는 작용에 의해 축방향으로 변형되어, 요소(854,851)들은 상대변위를 가진다. 에너지 축적기가 수용영역(855,860)내에서 예비인장상태로 수용되고, 에너지축적기의 편향 하중이 에너지축적기의 예비인장하중을 초과할 때, 에너지축적기(856)가 변형된다.

요소(854)의 단부영역에서 스위치 헤드(858)를 수용하는 수용영역(859)이 제공된다. 스위치 헤드는 스위치(857)내에 배열되고, 요소(851)의 영역내에서 상기 스위치(851)가 장착되거나 고정되거나 삽입된다. 요소(851)와 마주보는 요소(854)가 축방향으로 운동할 때 스위치 헤드가 편향되어, 전자전류회로가 스위치연결되며, 상기 요소(851,854)들이 서로에 대해 축방향으로 운동한다. 에너지축적기가 예비인장상태로 배열될 때, 하중임계값이 정해진 방식으로 설정되어, 작동하중이 에너지 축적기의 예비인장력을 초과하면, 스위치가 작동한다. 또한 에코효과 스위치를 가지고 자석과 같은 무접촉식 센서가 이용될 수 있다.

도 16을 참고할 때, 도 15 의 Ⅱ-Ⅱ선을 따르는 단면도가 제공되고, 요소(851)의 아암(852b,852a)들, 수용영역(855) 및 요소(854)의 여유영역이 도시된다. 에너지 축적기(856)는 수용영역(855,860)내에 수용된다. 에너지 축적기는 수용영역(855,860)의 축방향 단부영역에 대해 축방향 단부영역에 배열되고, 수용영역(855,860)은 에너지축적기의 형상과 적합하게 구성된다. 또는 압력버튼 또는 스위치(857)와 같은 센서가 제공될 수 있다.

도 17을 참고할 때, 액터의 구동장치와 작동요소사이의 구동연결부내에 배열된 탄성요소의 또 다른 실시예가 도시된다. 구동 연결부는 구동되는 롤러(900)로서 제공되고, 상기 롤러(400)는 롤러의 주변부에서 원주방향 및 축방향으로 요홈(901)을 가진다. 상기 요홈(901)이 점선(902)으로 도시된다. 롤러(900)가 모터와 같은 구동장치에 의해 회전하며, 스터드(903)가 방사상의 방향으로 요홈(901)과 연결되면, 요홈과 연결된 스터드가 이동한다.

스터드(903)는 베어링(905)에 의해 요소(904)내에서 회전할 수 있도록 장착된다.

요소(904)는 로드(907)뿐만 아니라 회전축(906)주위에서 회전할 수 있도록 안내된다. 요소(908)는 회전할 수 있도록 축 또는 로드(907)에 고정되어 연결되며, 에너지 축적기(909)는 요소(904,908)사이의 리세스내에 수용되며 축(906)주위에서 요소(904)의 회전운동과 같은 운동에 의해 에너지 축적기(909)가 편향되고 요소(908)로 하중 또는 토크가 전달된다.

에너지 축적기(909)는 예비인장상태로 요소(904,908)의 수용영역내에 수용될 수 있다.

요소(904)가 운동하고 에너지 축적기가 예비인장상태로 수용될 때, 요소(904)에 의한 요소(903)의 편향력이 연결부의 레버비에 의해 증가된 에너지 축적기의 예비인장력보다 크지 않다면, 요소(908)는 즉시 운동하고, 상기 레버비는 축(906)으로부터 스터드의 중심점(911)까지의 거리와 비교하여 에너지 축적기(910)의 축(906)까지의 거리와 동일하다.

또 다른 전기접촉부(912)가 요소(908)내에 형성되고, 상기 요소(908)는 에너지 축적기(909)의 변형으로 요소(904)의 접촉영역과 접촉하여, 요소(908)로부터 요소(904)까지 전류를 유동시키고 전원(913)을 통해 제어장치와 신호연결된다.

도 18 은 도 17의 단면도이다. 롤러(900)가 홈(901)을 가진다. 스터드(903)가 요홈(901)에 맞물리며, 롤러(900)가 회전운동할 때, 스터드(903)가 작동된다. 스터드(903)에 대한 마찰을 감소시키기 위해, 스터드(903)가 베어링(905)에 의해 요소(904)내에 장착된다. 또한 에너지 축적기(909)는 판 스프링들 또는 압축스프링으로 구성될 수 있다. 요소(908)는 요소(907)와의 기어장치를 통해 연결될 수 있다.

도 19는 도 17에 도시된 롤러의 또다른 실시예를 도시한다. 롤러(1000)는 기본적으로 두 개의 요소(1001,1002)들로 구성된다. 요소(1001)는 요소(1002)의 내측반경방향으로 배열되고, 에너지 축적기(1003)를 통해 두 개의 요소(1001,1002)들은 서로를 향하여 축방향으로 긴장된다. 도 19는 회전대칭을 형성하는 롤러(1000)의 요소들의 절반을 도시하며, 상기 요소들은 축(1004)에 대하여 회전대칭으로 배열된다.

에너지 축적기(1003)는 요소(1002,1001)들의 정지부(1005,1006)들사이에서 예비인장상태로 장착되며, 축방향의 긴장이 발생된다. 도 17의 스터드(903)와 같은 스터드가 작동하여, 요소(1002)에 대하여 요소(1001)내에서 편향되는 하중이 에너지 축적기(1003)의 예비하중(pretension)을 초과할 때, 요소(1002)가 요소(1001)에 대해 축방향으로 이동한다. 요소(1008)와 연결되어 요소(1002)의 축방향운동이 센서(1007)에 의해 감지되고, 요소(1002)가 축방향으로 운동할 때, 요소(1008)가 수용영역(1009)으로부터 이탈하여 전기접촉이 분리되거나 연결된다.

도 20을 참고할 때, 트랜스미터(1101)와 수신기(1102)에 의해 센서장치(1100)가 구성된다. 트랜스미터는 기어휠로서 제공되고, 치형부(1103)는 계단형 치형높이를 가진다. 치형부(1103)는 제 1 영역(1104)에서 반경방향으로 최대높이를 가지며, 치형부(1105)의 반경방향높이는 감소된다. 치형부(1103)가 회전운동하여, 치형부(1103)가 수신기(1102)를 통과할 때 치형부의 높이에 의존하는 신호가 수신기(1102)에 의해 감지된다. 상기 신호가 시간(t)의 함수로서 도 21에 도시되고, 도 21의 상부도면에서 신호(S_u)는 시간의 함수로서 트랜스미터(1101)가 시계방향으로 회전하는 것을 나타낸다. 도 21의 하부도면에서 신호(S_g)는 시간의 함수로서 트랜스미터(1101)가 반시계방향으로 회전하는 것을 나타낸다. 시간의 함수로서 신호(S_u)경로와 시간의 함수로서 신호(S_g)경로사이의 차이를 확인할 수 있다. 시간의 함수로서 신호(S_u)는 최대값(1108)에 도달하기 전에 최소값(1106)으로부터 평균값(1107)까지 상승한다. 신호(S_u)는 값(1108)으로 부터 최소값(1106)으로 감소한다. 반시계방향의 회전운동에 해당하는 신호(S_g)에 의하면, 신호가 평균값(1112)에 도달하기 전에 우선 최소값(1110)으로부터 최대값(1111)까지 상승한다. 신호가 도약하는 일련의 순서, 특히 신호가 도약하는 수치의 시퀀스가 결정되면, 트랜스미터(1101)의 회전방향을 결정할 수 있다.

도 22는 센서(1200)를 구성하는 트랜스미터(1201)와 수신기(1202)를 도시하며, 도 23을 참고할 때, 수신기(1202)에 의해 제어장치로 전달되는 신호(S)가 시간의 함수로서 도시된다. 트랜스미터는 기어휠로서 제공되고, 기어휠의 치형부는 균일하고 규칙적이다. 기어휠에 구성된 치형부의 구성에 의하면, 시간의 함수인 신호(S)가 균일하고, 신호는 양쪽의 회전방향에서 동일하다.

도 21 의 신호에 의하면, 속도와 회전방향이 결정되는 반면에, 도 23의 신호에 의하면, 단지 속도가 결정된다. 그러나 모터에 제공되는 전압에 의해 회전방향이 감지될 수 있다.

도 24를 참고할 때, 센서(1250)는 트랜스미터(1251)와 수신기(1252)로 구성되며, 트랜스미터의 치형부는 톱날형상을 가진다. 치형부의 구성에 따라, 시간의 함수로서 신호(S_u,S_g)가 도 25에 도시되고, 시간 경로에 대해 신호(S_u)는 신호(S_g)에 대해 거울대칭이고, 상기 신호(Sg)는 트랜스미터(1251)의 반시계 방향 회전을 나타낸다. 트랜스미터(1251)의 속도 및 회전 방향이 신호(S_u,S_g)들의 형상에 의해 결정된다.

도 26a의 센서(1300)는 트랜스미터(1301)와 두 개의 수신기(1302,1303)들을 가진다.

도 26b의 단면도를 참고할 때, 서로 상하위치에 배열된 두 개의 수신기(1302,1303)들 및 트랜스미터(1301)가 도시된다. 트랜스미터(1301)의 치형부(1304)가 원주방향으로 변형되고 즉, 반경방향으로 연장된 영역(1305) 및 반경방향으로 감소된 영역(1306)이 상기 치형부(1304)를 구성한다.

도 26c는 시간의 함수인 신호들을 도시하며, 신호(1310)는 센서(1302)의 신호이고 신호(1311)는 센서(1303)의 신호이다. 신호(1311)와 비교하여 신호(1310)의 변조에 의하여 트랜스미터(1301)가 반시계 방향으로 회전하는 것으로 해석할 수 있다.

도 26d에 도시된 신호(1312,1313)들에 의하면, 신호(1312)는 센서(1302)로부터 발생하고 신호(1313)는 센서(1303)로부터 발생한다. 신호(1312,1313)들의 관계를 고려할 때, 트랜스미터(1301)는 시계방향으로 회전하는 것으로 결정된다.

따라서 센서장치(1300)에 의해 트랜스미터(1301)의 속도 및 회전방향이 결정될 수 있다.

또한 모터와 같은 액터의 토크 또는 작용하중이 속도에 의존하여 제어되는 것이 유리하다. 모터가 펄스폭 변조된 제어전류에 의해 제어되면, 정해진 속도에서 구동토크 또는 하중이 미리 정해진 값을 초과하지 않을 때, 속도에 의존하여 펄스폭이 감소될 수 있다. 도 27의 선도를 참고할 때, 속도(n)와 전류(I)가 구동 토크(M)의 함수로 도시된다. 곡선(1400)은 구동토크(M)의 함수로서 속도(n )를 나타내며, 곡선(1401)은 구동토크(M)의 함수로서 전류(I)를 나타낸다. 속도(n)가 경계값(n_G)을 초과하면, 전류는 상측 경계값보다 작고, 토크는 허용범위내에 있게 된다. 속도(n)가 경계 속도(n_G)보다 작으면, 전류(1402)는 과도하게 증가하고 토크도 과도하게 크다. 전류신호의 펄스폭을 감소시키면, 곡선(1404)에 해당하고 감소된 속도를 일정하게 유지하여 토크를 제어할 수 있다.

도 28의 선도를 참고할 때, 도 7 및 7a의 센서들로부터 발생한 신호(1450,1451)들이 시간의 함수로 도시된다. 위상변위에 의해 속도를 결정할 수 있다. 신호(1451)가 상승측부(1452)를 가질 때 신호(1450)는 하한값(1453)에 위치한다. 상기 신호들의 배열은 시계방향의 회전운동에 해당한다. 시간(t₁)에서 역방향으로 회전되고, 상승측부(1454)에서 신호(1450)가 상한값(1455)을 가진다. 따라서 회전 방향의 변경은 시간(t₂)에서 감지된다.

1. 전류 측정/하중 조절-제어

ASG를 제공하기 위하여 액터의 부하전류가 제공되고, 부하전류에 의해 액터가 전이 로드(하중 조절, 정지부의 감지)에 하중을 가한다.

상기 액터의 작용을 위해 토크 전류 특성곡선이 사용된다. 부하전류로부터 전기모터의 토크를 결정하기 위한 오차(fault)의 계산을 통해 특성곡선의 온도의존 특성이 오차에 영향을 주는 것을 알 수 있다.

2. 토크 제어

PWM 전압과 전기모터 속도(제어)에 의해 토크가 제공될 수 있다. 상기 목적을 위해 속도/토크/전압의 특성영역이 사용된다. 특정토크(최대 토크)를 발생시키기 위해, 상대적으로 적은 PWM 전압이 요구되고 상대적으로 작은 E 모터의 온도가 요구된다. 속도/토크/전압의 특성영역에서 온도 영향이 고려되지 않으면 차가운 상태의 전기모터에서 토크가 발생되어야 한다. 차가운 모터에 관한 특성곡선의 이용이 허용되면, 전기모터 온도가 높을 때 토크가 45%이하로 설정되어야 한다.

전기모터의 온도를 측정하기 위하여,

1. 온도센서로 측정

2. 온도 모델(EKM에서 전류상태)과 함에 온도센서로 측정

3. 전기모터의 유사 모델에 의해 아마츄어(armature) 저항의 사용

4. 전기모터의 온도 모델

5. 온도 모델을 비교하기 위한 상기 방법 2 및 방법 3의 조합을 이용할 수 있다.

3. 전류측정 없이 토크의 계산

전기모터의 유사 모델을 이용하면, PWM 전압과 전기모터 속도에 관한 신호로 부터 전류를 결정할 수 있다. 전류를 측정하는 것이 불필요하다. 유사모델을 계산할 때 온도의존성을 고려하는 것이 중요하다. 전기모터의 온도(적용, 온도모델, 조합)를 계산하기 위해 평가된 전류가 사용된다.

ASG 액터를 통해 회로 작동이 형성될 때, 기어장치의 전이막대(rod)에 의해 제공된 최대 스위칭 허용하중이 초과되지 않아야 한다. 기어전이 순서동안, 운동이 방해되지 않으면, 위치에 따른 작동하중이 초과되지 않아야 한다. 위치측정을 통해 스위칭(switching)과정이 오차없이 완료되고, 제어오차가 인식되며, 오차에 대한 응답이 이루어진다. 상기 목적을 위해, 작동하중은 결정되어야 한다.

작동하중을 결정하기 위하여 전기모터의 모터 전류가 측정된다. 전기모터로 작동되는 액터의 작용하중은 (온도에 의존하는) 전류 및 토크의 특성곡선에 의해 결정된다.

[수학식 1]

[수학식 2]

단 U_REF는 13V이고, ω_O는 U_REF에서 공회전속도를 나타낸다.

토크를 제어하기 위해 속도/토크/전압의 특성영역(수학식6)이 사용된다. PWM 전압(수학식3)을 이용하여 전류(수학식5)와 토크가 설정된다.

하기 식은 아마츄어의 전압에 적용된다.

[수학식 3]

U_PWM=U_BAT%PWM-(R_E+2R_B)I

단 R_E는 종료단계의 저항 (트랜지스터와 측정저항 )

R_B는 (온도에 의존하는) 카본 브러쉬(carbon brush)의 저항을 나타낸다.

전기모터의 관련식에 의하면,

[수학식 4]

U_PWN=cΦω+R_AI

단 R_A는 (온도에 의존하는) 아마츄어의 저항이다.

수학식 3과 수학식 4로부터 전류는

[수학식 5]

수학식 1, 수학식 3, 수학식 4로부터 속도 및 토크 및 전압의 특성영역은

[수학식 6]

4.1 전류의 측정 방법

전기모터를 제어하기 위한 회로가 도 13 에 도시된다. 전기모터는 양 방향으로 회전한다. 따라서 제어를 위해 4개의 트랜지스터가 H-회로에 구성된다. 전기모터를 좌회전 및 우회전하기 위해 대각선으로 마주보는 트랜지스터들이 동시에 스위치연결된다. 단락(short)회로에서 모터를 작동하기 위해 마주보는 두 개의 트랜지스터들이 동시에 스위치연결되거나 하나의 트랜지스터가 스위치연결되고, 역류다 이오드를 거쳐 마주보는 트랜지스터내에 전류가 유동한다.

모터 또는 매스(mass)경로들내에서 측정저항이 존재할 때, 전압강하는 아날로그 신호로 기록되어 제어장치로 전달된다. 따라서 전기모터의 (부하전류또는 단락회로전류의 ) 작동상태가 제공된다.

모터 경로내에서 측정저항이 구해지면 매스경로에서 구해지는 측정저항에 비하여 측정결과에 관한 다른 장점들이 제공된다.

4.2 PWM 제어를 이용한 전기모터의 전류를 측정

스위칭 트랜지스터는 16㎑ 의 PWM주파수로 제어된다. 상기 주파수를 이용할 때, 트랜지스터는 주사비에 따라 비전도상태로부터 전도상태로 변환되고 다시 비전도상태로 귀환한다. PWM 신호가 높을 때, 전류는 대각선으로 마주보는 트랜지스터들을 통해 흐른다. PWM 신호가 낮을 때 전기모터는 단락회로로 스위치된다. 전기모터의 경로내에서 전류는 (전기모터의 전기적 시정수의) 시간지연에 의해 전압도약을 따르지 못하고, (PWM 전압의 평균치)주사비와 전기모터의 속도(수학식 5)로부터 발생된 전류값으로 조정된다.

PWM 신호가 높을 때, 측정저항이 설치된 매스경로를 통해서만 전류가 흐른다. 이 상태에서만 매스경로들에서 전기모터의 전류가 측정될 수 있다.

전이상태에서 스위치연결되고 스위치개방될 때, 스위칭 트랜지스터가 임시로 제공된다. 주사비가 매우 작고 펄스폭이 작을 때, 펄스폭에 대한 전이상태의 길이 비는 크다. 트랜지스터가 전이상태일 때, 매스경로를 유동하는 전류가 모터경로를 유동하는 전류와 동일하지 않기 때문에, 주사비가 매우 작으면 매스경로내부의 측정전류값은 부정확하다.

5. 작동중인 전기모터의 특성 곡선 변화

영구적으로 여자된 직류모터의 열적거동은

1. 동력 손실에 의해 가열된 아마츄어 저항의 변화(η E 모터)

2. 동력 손실에 의해 가열된 카본저항의 변화(카본저항에서 전압 강하)

3. 아마츄어로부터 열유도에 의해 가열 및 자속의 변화에 의해 영향을 받는다.

상기 효과들은 관련 효과의 시정수를 PT1 링크와 출력을 비교하여 설명된다. 열방출이 여러 경로들을 통해 형성되면 여러개의 PT1 링크들이 상기 효과를 설명하기 위해 필요하다.

따라서 아마츄어의 열이 부분적으로 자석으로 전달되고 아마츄어의 단부에서 권선들의 공기마찰을 통해 (속도에 의존하여) 부분적으로 분산된다.

* 아마츄어의 가열은 상대적으로 아마츄어 저항을 형성한다. 그 결과 속도 및 토크의 특성곡선이 변화된다. (도 29c).

* 카본가열은 아마츄어저항에 대한 카본저항의 비율에 의존하는 토크감소를 야기한다.

[수학식 7]

* 자석의 가열에 의해 자속(flux)이 감소되고 속도 및 토크의 특성곡선이 변화된다. (도 29b).

PWM 전압 ( [수학식 3] )이 작동시 서로 다르기 때문에, 아마츄어 전압에 대한 특성곡선의 의존성이 고려되어야 한다.

6. 오차(fault) 계산

6.1. 모터전류로 부터 작동하중을 결정하기 위한 오차의 계산

오차를 계산할 때 전기모터의 토크 및 측정전류사이의 관계만 고려된다. 전기모터로부터 기어장치내부의 작동위치까지 전달부분의 효과는 고려되지 않는다.

모터 전류는 측정 저항에서 전압 강하로서 결정된다.

[수학식 8]

U₂ = R_messI

임의의 오차에서 하기 식이 적용된다.

[수학식 9]

토크가 토크/전류 특성 곡선을 통해 결정된다.

[수학식 10]

M=kΦI

임의의 오차에서 하기 식이 적용된다.

[수학식 11]

[표 1]

임의의 오차의 원인

[표 2]

측정 오차

6.2 PWM 전압과 속도로부터 토크를 결정하기 위한 오차 계산

PWM 전압이 오차에 의해 영향받지 않는다는 사실에 기초한다.

하기 식이 토크에 적용된다.

[수학식 12]

온도 영향이 임의의 오차(error)로서 평가되면 하기 식이 토크의 편차에 적용된다.

[수학식 13]

개시 토크 (ω=0)에서 편차가 가장 크다.(도 2c를 참고)

[수학식 14]

[표 3]

제어 오차

PWM 전압을 통해 토크가 제공(최대 토크는 초과하지 않아야 한다)될 때, 온도의 영향이 고려되지 않으면, 토크는 너무 낮게 설정된다. 온도의존이 고려될 때 오차가 감소한다.

7. 토크-전류 특성곡선이 가지는 온도 의존성의 보상

토크-전류 특성곡선이 가지는 온도 의존성을 고려하기 위해, 전기모터의 온도를 알아야 한다. 전기모터의 온도를 측정하는 여러 방법들이 있다.

7.1 온도센서를 통한 측정

온도센서는 카본 브러쉬근처에 설치된다. 삽입재료를 통한 열전달에 따른 시간지연에 기인하여, 측정되는 카본 온도의 변화에 대해 센서가 느리게 응답한다. 일시적 과정에서 가열작용은 감지되지 않는다. 개시전류에 의해 일시적인 스위치 연결과정은 전기모터에서 중요하다.

온도센서는 온도모델의 평형을 위해 이용되고 전기모터내에서 신속한 열적열변화를 감지하기 위해 이용된다.

7.2 온도모델과 관련한 온도센서

온도센서의 측정치는 온도 모델에 연관해서 평가된다.

측정온도, 온도구배와 PWM 전압이 온도 모델을 위한 입력수치로서 사용된다.

ECM을 포함하는 전류상태에서 아마츄어 온도가 온도센서에 의해 감지된다. 전기모터내에서 에너지입력에 기초한 온도모델이 카본브러쉬를 위해 계산된다.

7.3 아마츄어 저항의 적용

전기모터상수, 공급전압, 전류와 속도경로로 부터 전기모터의 기술적인 조정모델에 의해 아마츄어 저항이 적응된다(도 30). 아마츄어 저항에 의해 아마츄어의 온도가 결정되고, 모터의 열 시정수 및 주변온도에 의해 자석온도가 결정된다. 전기모터로부터 제공되는 토크 및 온도에 의존하는 토크 전류 특성 곡선이 결정된다.

수학식 1에 따라 다음해가 가능하다.

하기 식은 전기모터의 부하전류에 적용된다.

[수학식 15]

하기 식은 평가된 전류 i(t)에 적용된다.

[수학식 16]

하기 식은 전류 오차에 적용된다.

[수학식 17]

e(t) = i(t) - i(t)

수학식 1에 따라 적응식은 다음과 같다.

[수학식 18]

모델의 동역학적 특성이 상수 K₁과 K₂를 포함하는 실제 시스템에 적용된다.

7.4 전기모터의 온도 모델

전기모터의 온도모델이 제어장치에서 계산된다. 온도모델을 위한 입력값은 아마츄어 전류, 공급전압, 속도, 모터의 작동상태, 시간, 주변온도이다. 입력되는 전기적 출력과 출력되는 기계적 동력은 실제 전기모터의 온도 및 입력값들로부터 계산된다. 입출력값의 차이는 전기모터내에서 열로 변환된 동력손실이다. ( 아마 츄어로부터 슬리브면 및 단부들을 통해 유도되고 브러시로부터 유도되는 열과 같이 기술적 시험에 의해 결정되어야 하는 전기모터의 열 시정수 및 입력값을 이용하면, 전기모터의 열이 계산되고 새로운 온도가 계산될 수 있다. (도 31을 참고) 전기모터에 의해 제공된 토크 및 온도에 의존하는 토크 전류 특성 곡선이 결정된다.

장시간동안 작동이 없으면 외부 온도를 통해 평형이 형성될 수 있다.

7.5 온도모델의 평형을 형성하기 위해 아마츄어 온도의 적응.

설명 7.4에 제공된 온도모델을 비교하고 오차를 포함한 계산온도에 형성되는 모델의 오차들을 방지하기 위하여, 아마츄어 저항을 확인하기 위한 설명 7.3의 과정이 이용된다. 일시적인 과정들이 감지된다. 추가적인 센서가 불필요하다.

7.8 다른 방법 : 모터 전류의 계산

하기 설명에 의하면, 계산에 의해 전류가 평가되는 방법 및 (계속된 진행 단계에서) 전류측정이 불필요하게 되는 방법이 제공된다.

8.1 PWM 전압 및 속도로부터 전기모터의 토크 계산

수학식 6을 따르고 온도에 심하게 의존하는 속도 토크전압의 특성영역을 이용하면, 토크가 속도와 PWM 전압으로 부터 계산된다.

[수학식 19]

전기모터가 하중에 대해 작동하거나 하중에 의해 구동되는지를 확인하기 위하여 주사비가 추가로 요구된다.

온도에 관한 강한 의존성은 보상되어야 한다. 온도모델을 위해 필요한 전기 모터의 전류가 수학식 1 또는 수학식 5에 의해 계산된다.

상기 수학식들은 동적 과정에 의해 오차들을 가지게 된다. 상기 오차들이 허용될 수 있는 지가 조사되어야 한다.

8.2 동적모델을 이용한 전류의 계산

실제로 발생되는 동시에 계산되는 전기모터의 기술적 제어모델이 제어장치내에 형성된다. 상기 제어모델은 전류 및 속도를 평가된 값들로서 제공한다(도 32을 참고).

제어모델의 변수들이 실제시스템의 변수들과 완전히 일치하지 않기 때문에, 실제 전기모터보다는 제어모델을 위한 서로 다른 속도들이 발생된다. 상기 불일치에 의하여 제어모델이 모의형성되고 제어모델의 상태값들이 실제과정과 비교된다.

평가된 수치들이 얼마나 정확히 실제 수치와 일치하는지는 모델이 얼마나 신속하게 모의형성되는 가 및 실제 변수가 모델 변수와 일치하는 가에 의존한다. 어떤 오차가 계산되어야 하는지가 조사되어야 한다. 전기모터가 기술적 제어모델로 양호하게 간주될 수 있기때문에 오차는 매우 작다.

하기 식은 [수학식 2] 에 따라 직류전기모터에 적용된다.

[수학식 20]

[수학식 21]

[수학식 2] 에 따라, 평가된 속도 및 전류 값들이 하기 수학식에 의해 계산된다.

[수학식 22]

[수학식 23]

(오차를 제외한) 모델의 동역학적 특성은 상수 d1과 d2에 의해 실제 시스템으로 적용된다.

본 발명은 문헌 제 DE 196 22 643.0 호에 관련되고, 문헌의 내용은 본 특허출원의 설명에 속한다.

본 발명의 청구범위는 넓은 범위의 특허 보호를 위해 제공된다. 출원인은 상세한 설명과 도면들에 공개된 특징들을 청구할 권리를 가진다.

종속항의 발명들은 각 종속항의 특징을 제공하고 독립항의 요지에 관한 또 다른 구성에 관한 것이다. 상기 특징들은 종속항의 특징을 보호하기 위해 요구된다. 본 발명은 상세한 설명의 실시예에 국한되지 않는다. 다수의 수정과 교정이 본 발명에 따라 가능하고, 조합 또는 수정이 본 발명의 범위내에서 제공될 수 있다.

도 1 은 차량의 구동트레인을 개략도시한 도면.

도 2 는 액터를 도시한 도면.

도 3 은 액터를 도시한 도면.

도 4a 는 센서를 개략도시한 도면.

도 4b 는 선도.

도 5 는 센서를 개략도시한 도면.

도 6 은 센서를 개략도시한 도면.

도 7 은 선도.

도 7a 는 선도.

도 8 은 블럭 회로도.

도 9 는 표.

도 10 은 스위치배열을 도시한 도면.

도 11 은 블럭 회로도.

도 12 는 스위치배열을 도시한 도면.

도 13 은 스위치배열을 도시한 도면.

도 14 는 액터를 도시한 도면.

도 14a 는 액터의 일부분을 도시한 도면.

도 15 는 액터의 일부분을 도시한 도면.

도 16 은 도 15 의 단면도.

도 17 은 액터의 일부분을 도시한 도면.

도 18 은 도 17 의 단면도.

도 19 는 액터의 일부분을 도시한 도면.

도 20 은 센서를 도시한 도면.

도 21 은 선도.

도 22 는 센서를 도시한 도면.

도 23 은 선도.

도 24 는 센서를 도시한 도면.

도 25 는 선도.

도 26a 는 센서를 도시한 도면.

도 26b 는 도 26a 의 단면도.

도 26c 는 선도.

도 26d 는 선도.

도 27 은 선도.

도 28 은 선도.

* 부호설명

2...구동모터 3...토크전달장치

12...클러치커버 14...에너지저장장치

15...클러치디스크 17...마찰라이닝

22...신호전달기 40...유압선

41...유압실린더 100,200,300...액터(actor)

102...모터축 106...하우징

110...기어장치 112...워엄

116...크랭크 130...토크전달장치

131...분리베어링 133...압력판

134...클러치디스크 150,151,402,403...센서

152...마스터전달기 153...신호선

212,213...워엄 214,215...워엄휠

Claims

구동모터, 토크전달장치 및 변속기를 가지고, 변속기의 기어변속을 자동작동하기 위한 장치를 가지며, 전자식 제어장치를 가지고, 전자제어장치에 의해 제어되며 변속기를 자동작동하기 위한 한 개이상의 액터들을 가진 차량에 있어서,

한 개이상의 상기 액터들이 한 개이상의 구동장치들 및 한 개이상의 증분식 센서들을 가지며, 상기 구동장치들의 회전속도들이 상기 증분식센서들에 의해 감지되고, 변속기의 위치, 속도, 각도, 가속도 및 운동방향에 관한 값들로부터 구동장치의 회전속도가 증분식센서에 의해 감지되며, 변속기의 기어변속을 자동작동하는 장치를 제어하기 위한 제어값이 상기 회전속도값을 이용하여 상기 제어장치에 의해 결정되고, 구동장치의 작동경로를 나타내는 값이 상기 회전속도값을 이용하여 제어장치에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 차량.
제 1 항에 있어서, 토크전달장치의 자동작동을 위한 장치가 구성됨을 특징으로 하는 차량.
제 1 항에 있어서, 구동장치가 가지는 회전속도의 변화들이 제어장치에 의해 시간의 함수로서 결정되고, 작동상태를 나타내는 값이 상기 회전속도로부터 계산되는 것을 특징으로 하는 차량.
제 1 항에 있어서, 구동장치에 제공되고 시간에 의존하는 전류 및 전압으로부터 제어장치가 구동장치의 특성값을 결정하는 것을 특징으로 하는 차량.
제 1 항에 있어서, 선형운동장치의 운동증분이 증분식센서에 의해 감지되는 것을 특징으로 하는 차량.
제 4 항에 있어서, 전류 및 전압의 변화가 운동증분으로서 감지되고, 운동증분에 관한 신호에 의해 구동장치의 작동상태를 나타내는 값이 결정되는 것을 특징으로 하는 차량.
제 1 항에 있어서, 제어장치가 센서의 신호들을 이용하여 운동증분들을 감지하고 계산하며, 상기 신호들로부터 제어장치가 작동상태에 관한 값을 결정하는 것을 특징으로 하는 차량.
제 1 항에 있어서, 상기 증분식센서가 운동가능한 한 개이상의 센서요소 및 고정된 한 개이상의 센서요소를 가지고, 한 개의 센서요소에 관한 운동증분이 다른 한 개의 센서요소에 의해 감지되는 것을 특징으로 하는 차량.
제 1 항에 있어서, 액터들을 구성하는 한 개이상의 구동장치가 전기모터인 것을 특징으로 하는 차량.
제 9 항에 있어서, 구동장치의 전기적 특성값이 감지되고, 전기모터의 구동토크가 특성선들 또는 특성영역들에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 차량.
제 10 항에 있어서, 구동장치 및 작동요소사이의 변속비를 고려하여 제어장치가 전기모터의 구동토크로부터 작용하중을 결정하는 것을 특징으로 하는 차량.
제 1 항에 있어서, 구동장치 및 작동요소사이에 탄성장치가 배열되고, 작동요소의 운동이 제어될 때 상기 탄성장치의 변형이 센서들에 의해 감지되며, 센서의 신호들에 의해 제어장치가 작용하중을 결정하는 것을 특징으로 하는 차량.
제 12 항에 있어서, 두 개의 센서들이 탄성장치의 변형을 감지하고, 센서의 신호들로부터 작용하중이 결정되는 것을 특징으로 하는 차량.
제 13 항에 있어서, 탄성장치의 변화를 감지하기 위해 두 개의 센서들이 이용되고, 한 개의 센서가 탄성장치의 전방경로에 장착되고, 다른 한 개의 센서가 탄성장치의 후방경로에 장착되며, 상기 센서들로부터 발생한 신호들의 차이 또는 비율에 의해 전자제어장치가 작용하중을 결정하는 것을 특징으로 하는 차량.
제 12 항에 있어서, 탄성장치가 한 개이상의 에너지축적기들로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량.
제 15 항에 있어서, 변속기를 작동시킬 때, 상기 에너지축적기들이 변형되는 것을 특징으로 하는 차량.
제 15 항에 있어서, 에너지축적기들이 유극을 가지고 장착되는 것을 특징으로 하는 차량.
제 15 항에 있어서, 에너지축적기들이 예비인장상태로 장착되는 것을 특징으로 하는 차량.
제 15 항에 있어서, 탄성장치가 단일 하중-경로특성을 가지거나 다단하중-경로특성을 가지는 것을 특징으로 하는 차량.
제 1 항에 있어서, 온도센서가 구동장치의 온도를 감지하는 것을 특징으로 하는 차량.
제 1 항에 있어서, 구동장치의 측정온도에 관한 열적모델을 이용하여 전자제어장치가 다른 구성요소의 또 다른 온도를 결정하는 것을 특징으로 하는 차량.
제 21 항에 있어서, 상기 또 다른 온도(Terr)가

[수학식 24]

T_err = T_mess + △T_mess × R/C × F(P_verlust)

에 의해 측정온도(△Tmess )로부터 결정되며, 상기 △Tmess 는 측정온도의 구배이고, R/C는 측정온도 및 계산온도사이의 열적 전이저항/열용량을 나타내며, F(Pverlust)는 열동력손실에 의존하는 함수인 것을 특징으로 하는 차량.
제 20항 또는 제 21 항에 있어서, 제어장치에 의해 구동장치의 온도들과 기준값들이 비교되고, 기준값을 초과할 때 액터의 제어작용이 변화되는 것을 특징으로 하는 차량.
제 1 항에 있어서, 액터들을 구성하는 구동장치를 제어하기 위해 종료단계회로가 이용되고, 각각의 구동장치를 위해 H-회로내에서 4개의 트랜지스터들을 가진 종료단계회로가 이용되는 것을 특징으로 하는 차량.
제 24 항에 있어서, 액터들의 구동장치들을 제어하기 위하여, 제 1 구동장치를 위해 H-회로배열내에서 4개의 트랜지스터들을 가진 종료단계회로가 이용되고, 또 다른 구동장치를 위해 추가로 2개의 트랜지스터들을 가진 종료단계회로가 이용되는 것을 특징으로 하는 차량.