JP2021503711A - 電磁コイルのためのデバイスおよび方法 - Google Patents

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Abstract

本明細書の例示的な実装形態は、電磁コイルに関する。1つの例示的なデバイスは、複数のコイル巻線を含む。各コイル巻線は、それぞれの第1の端部とそれぞれの第2の端部との間に、かつ複数のコイル巻線の内側の共有コア領域の周りに延在し得る。それぞれの第1の端部は、それぞれの第1の端部の電気接点に電気的に接続されている。それぞれの第2の端部は、それぞれの第2の端部の電気接点に電気的に接続されている。デバイスはまた、複数の取り付け可能な構成要素も含む。各取り付け可能な構成要素は、それぞれの第1のコイル巻線をそれぞれの第2のコイル巻線に、それぞれの第1のコイル巻線のそれぞれの第1の端部の電気接点、および第2のコイル巻線のそれぞれの第2の端部の電気接点を介して、電気的に結合している。【選択図】図3C

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2017年10月31日に出願された米国特許出願第15/977,432号に対する優先権を主張し、その全体が参照により本明細書に援用される。
本明細書に別段の断りのない限り、このセクションに記載の資料は、本出願の特許請求の範囲に対する先行技術ではなく、このセクションに含めることよって先行技術であると認められるものでもない。
電磁コイルは、インダクタ、電磁石、変圧器、センサ、電気モータ、または電流と磁場との間の相互作用に基づいて動作するように構成された他のデバイスなど様々なデバイスで採用され得る。いくつかの配置では、電磁コイルを採用して、電磁コイルに電流を提供することによって磁場を生成し得る。他の配置では、電磁コイルを採用して、電磁コイルを流れる(例えば、磁場によって誘導される)電流を測定することによって磁場を検出し得る。
電磁コイルは、他の可能性の中でもとりわけ、コイル、らせん、またはヘリックス配置にある1つまたは複数の導電体(例えば、ワイヤ、コイル巻線など)を含み得る。いくつかの例では、電磁コイルは、コイルの中心にあるコア領域(例えば、「磁気軸」)の周りに延在する複数のコイル巻線(例えば、コイル形状のワイヤなど)を含み得る。さらに、いくつかの用途では、コイル巻線は、互いに隣接して、および/または重なり合って密に配置され得る。特定のコイル巻線の、別のコイル巻線に入る前の長さに沿った電流の流れを促進するために、それぞれのコイル巻線は、それぞれの長さに沿って互いに電気的に絶縁され得る。例えば、コイル巻線は、(露出した)端子またはコイル巻線の端部との間に延在する、例えばプラスチックまたはエナメルなど非導電性絶縁材料のコーティングを有し得る。
一例では、デバイスは、複数のコイル巻線の内側の共有コア領域に関連付けられた複数のコイル巻線を含む。各コイル巻線は、それぞれの第1の端部とそれぞれの第2の端部との間に、かつ共有コア領域の周りに延在する。それぞれの第1の端部は、それぞれの第1の端部の電気接点に電気的に接続されている。それぞれの第2の端部は、それぞれの第2の端部の電気接点に電気的に接続されている。デバイスはまた、複数の取り付け可能な構成要素も含む。各取り付け可能な構成要素は、それぞれの第1のコイル巻線をそれぞれの第2のコイル巻線に、それぞれの第1のコイル巻線のそれぞれの第1の端部の電気接点、およびそれぞれの第2のコイル巻線のそれぞれの第2の端部の電気接点を介して、電気的に結合している。
別の例では、方法は、複数のコイル巻線の内側の共有コア領域に関連付けられた複数のコイル巻線の電気的測定値を取得することを含む。この方法はまた、電気的測定値に基づいて複数のコイル巻線の電気的特性を判定することを含む。この方法はまた、複数の取り付け可能な構成要素を取り付けることを含む。各取り付け可能な構成要素は、それぞれの第1のコイル巻線をそれぞれの第2のコイル巻線に、それぞれの第1のコイル巻線のそれぞれの第1の端部の電気接点、およびそれぞれの第2のコイル巻線のそれぞれの第2の端部の電気接点を介して、電気的に結合する。
さらに別の例では、デバイスは、複数のトロイダルコイル巻線の内側の共有コア領域に関連付けられた複数のトロイダルコイル巻線を含む。各トロイダルコイル巻線は、それぞれの第1の端部とそれぞれの第2の端部との間に、かつ共有コア領域の周りに延在する。それぞれの第1の端部は、それぞれの第1の端部の電気接点に電気的に接続されている。それぞれの第2の端部は、それぞれの第2の端部の電気接点に電気的に接続されている。デバイスはまた、複数の取り付け可能な構成要素を含む。各取り付け可能な構成要素は、それぞれの第1のトロイダルコイル巻線をそれぞれの第2のトロイダルコイル巻線に、それぞれの第1のトロイダルコイル巻線のそれぞれの第1の端部の電気接点、およびそれぞれの第2のトロイダルコイル巻線のそれぞれの第2の端部の電気接点を介して、電気的に結合している。
さらに別の例では、システムは、複数のコイル巻線の内側の共有コア領域に関連付けられた複数のコイル巻線の電気的測定値を取得するための手段を含む。システムはまた、電気的測定値に基づいて複数のコイル巻線の電気的特性を判定するための手段も含む。システムはまた、複数の取り付け可能な構成要素を取り付けるための手段も含んでいた。各取り付け可能な構成要素は、それぞれの第1のコイル巻線をそれぞれの第2のコイル巻線に、それぞれの第1のコイル巻線のそれぞれの第1の端部の電気接点、およびそれぞれの第2のコイル巻線のそれぞれの第2の端部の電気接点を介して、電気的に結合している。
これらの態様、ならびに他の態様、利点、および代替物は、当業者には、以下の詳細な説明を添付の図面を適宜参照して読み取ることにより明らかになるであろう。
例示的な実施形態による、電磁コイルを含むデバイスの簡略化されたブロック図である。 例示的な実施形態による、回転継手を含むデバイスの簡略化されたブロック図である。 例示的な実施形態による、回転継手を含むデバイスの側面図を例解する。 図3Aのデバイスの断面図を例解する。 図3Aのデバイスの別の断面図を例解する。 図3Aのデバイスのさらに別の断面図を例解する。 例示的な実施形態による、電磁コイルを含むデバイスの簡略化された回路図である。 例示的な実施形態による方法のフローチャートである。 例示的な実施形態による別の方法のフローチャートである。
以下の詳細な説明は、添付の図面を参照して、開示された実施形態の様々な特徴および機能を説明している。図では、特に文脈によって説明しない限り、同様の記号は、同様の構成要素を特定する。本明細書において説明される例示的な実施形態は、限定することを意図していない。開示された実装形態の特定の態様を、多種多様な異なる構成で配置および組み合わせ得ることが容易に理解されるであろう。
I.概要
いくつかの実装形態では、電磁コイルは、共有コア領域の周りに同軸相対配置にある複数のコイル巻線を含み得る。例えば、コイル巻線のそれぞれの巻きは、交互配置されるか、さもなければ互いに隣接しており、共有コア領域の周りに1つまたは複数の導電経路を画定するコイル巻線の密なリングを形成し得る。しかしながら、いくつかのシナリオでは、隣接するコイル巻線は、それぞれのコイル巻線の端子(例えば、端部)以外の場所で意図せずに(例えば、欠陥または製造誤差などにより)電気的に結合(例えば、短絡)され得る。これらのシナリオでは、コイルによって生成(または検出)された結果の磁場は、欠陥なしで生成(または検出)される予想磁場とは異なり得る。
かかる欠陥を検出するために、コイルの組立中または組立後に、コイル巻線の電気的特性は、測定され得る(例えば、フライングプローブテストなど)。例えば、コイル巻線の測定された抵抗は、コイル巻線が、隣接するコイル巻線から適切に絶縁されている場合に予測される所定の値または値の範囲と比較され得る。しかしながら、いくつかのシナリオでは、各コイル巻線を個別に試験することが技術的に困難であり得る。例えば、電磁コイルの組立後、個々のコイル巻線の端子または端部は、互いに直列または並列に接続されて、電磁コイルを形成し得る。
したがって、1つの例示的なデバイスは、複数のコイル巻線の内側の共有コア領域に関連付けられた複数のコイル巻線を含む。
一実装形態では、コイル巻線は、共有コア領域の周りに巻かれた複数のコイル形状のワイヤを含み得る。いくつかの場合では、コイル形状のワイヤのうちの2つ以上は、直列に接続されて、コア領域の長さに沿って2倍以上延在する導電経路を形成し得る。他の場合では、コイル形状のワイヤのうちの2つ以上は、並列に接続されて、それぞれがコア領域の長さに沿って延在する2つの別個の導電経路を形成し得る。
別の実装形態では、コイル巻線は、多層回路基板(例えば、プリント回路基板(PCB))に形成され得る。例えば、コイル巻線は、PCBの第1の層内に第1の複数の導電性構造(例えば、銅トレースなど)と、PCBの第2の層内に第2の複数の導電性構造とを含み得る。一実施形態では、両方の層内の導電性構造は、(例えば、少なくとも部分的に互いに重なり合うように)共通軸を中心に円形に配置され得る。さらに、PCB内の複数の相互接続部(例えば、ビア)は、2つの層の導電性構造を接続するように配置されて、共通軸を中心に1つまたは複数のコイル形状の導電経路を形成し得る。例えば、この配置では、導電性構造および相互接続部は共に、共有コア領域(例えば、2つのPCB層との間の絶縁材料)の周りに互いに交互配置される複数のトロイダルコイル巻線を画定し得る。
例示的なデバイスはまた、複数のコイル巻線のそれぞれの端部に接続された複数の電気接点も含み得る。例えば、各コイル巻線は、2つのそれぞれの電気接点との間に、かつ共有コア領域の周りに延在するコイル形状の導電経路を画定し得る。一実施形態では、電気接点(例えば、露出した銅トレース)は、回路基板の取り付け面(例えば、上層または下層)に沿って配設され得る。
例示的なデバイスはまた、抵抗器、ワイヤ、取り外し可能なコネクタなどの複数の取り付け可能な構成要素も含み得る。所与の取り付け可能な構成要素は、取り付けられると、第1のコイル巻線の第1の電気接点を第2のコイル巻線の第2の電気接点に電気的に結合し得る。一例では、所与の取り付け可能な構成要素は、2つのコイル巻線を直列回路構成で接続するように構成され得る。したがって、この例では、2つのコイル形状の導電経路(例えば、2つのコイル巻線)は、互いに接続されて、共有コア領域の長さに沿って2倍延在する単一の導電経路を形成し得る。別の例では、所与の取り付け可能な構成要素は、2つのコイル巻線を並列回路構成で接続するように構成され得る。したがって、この例では、並列に接続された2つのコイル形状の導電経路(例えば、2つのコイル巻線)は、並列に2つの電流(例えば、位相シフトAC信号など)を支持し得る。
例えば、この構成では、コイル巻線を互いに接続する取り付け可能な構成要素を取り付ける前に、各コイル巻線は、個別に試験され得る。例えば、特定のコイル巻線の抵抗および/またはインダクタンスは、特定のコイル巻線を(直列または並列に)別のコイル巻線に接続する前に、特定のコイル巻線の電気接点(すなわち、端子)において測定または調査され得る。次に、測定された抵抗および/またはインダクタンスは、所定の値または値の範囲と比較されて、特定のコイル巻線に欠陥があるかどうかを判定し得る。
例として、特定のコイル巻線のループ(例えば、巻き)が別のコイル巻線のループに意図せずに接続されている場合(例えば、「短絡」)、または特定のコイル巻線が、他の可能性の中でもとりわけ、関連付けられた2つの電気接点との間の導電経路を定義しない場合(例えば、特定のコイル巻線の2つのループとの間の「開回路」)、測定された抵抗および/またはインダクタンスは、所定の値の範囲外であり得る。
いくつかの実装形態では、コイル巻線を個別に試験する後に、複数の取り付け可能な構成要素を例示的なデバイスに取り付けて、コイル巻線を接続し、共有コア領域を有する電磁コイルを形成し得る。
II.例示的なシステムおよびデバイス
次に、例示的な実施形態を実装され得るシステムおよびデバイスについて、より詳細に説明する。一般に、本明細書で開示される1つまたは複数の実施形態は、電磁コイルを含む任意のシステムで使用され得る。例示的なシステムの非包括的なリストは、電気モータ、センサコイル、インダクタ、変圧器、電磁石、トランスデューサ、スピーカ、回転継手、または電磁コイルを含む任意の他のシステムを含む。
図1は、例示的な実施形態による、電磁コイルを含むデバイス100の簡略化されたブロック図である。図示のように、デバイス100は、電磁コイル140および電気回路150を含む。
コイル140は、コイル140の内側の共有コア領域の周りに1つまたは複数の導電経路を画定する導電性材料(例えば、銅、金、他の金属など)の1つまたは複数のループを含み得る。第1の例では、コイル140は、例えば、コイル140の内側のコア領域の周りに延在する、コイル、らせん、またはヘリックスの形状のワイヤなど導電体を含み得る。第2の例では、コイル140は、各々が共有コア領域の周りに巻かれたコイル、らせん、ヘリックスなどの形状を有する複数の導電体(例えば、ワイヤ)を含み得る。この例では、各導電体は、コイル140のコイル巻線に対応し得る。第3の例では、コイル140は、互いに接続された同一平面上導電性構造の1つまたは複数の配置を含み、コイル140のコア領域の周りに1つまたは複数のコイル巻線(すなわち、導電経路など)を形成し得る。他の例も可能である。
図示の例では、コイル140は、複数のコイル巻線110、複数の電気接点120、および複数の取り付け可能な構成要素130を含む。
コイル巻線110は、様々な方法で実装され得る。いくつかの例では、コイル巻線は、コア領域の周りに巻かれるワイヤまたは他の導電体から形成され、コイル140の磁気軸を画定し得る。他の例では、コイル巻線は、互いに接続されている複数の導電性構造から形成され、コイル、ヘリックス、らせんなどの形状の導電経路を形成し得る。そのために、コイル140のコア領域は、とりわけ、円筒形状またはトロイダル形状など様々な形状を有し得る。
図示のように、コイル巻線110は、複数の導電性構造112および複数の相互接続部114を含み得る。
導電性構造112は、互いに電気的に結合されている導電性材料(例えば、銅、他の金属など)の部分を含み、コイル140のコア領域または磁気軸の周りに少なくとも1つの(例えば、コイル形状の)導電経路を画定し得る。そのために、相互接続部114は、特定の導電性構造間の電気的接続の配置を含み、コイル巻線110の導電経路を画定し得る。
一実施形態では、導電性構造112は、第1の同一平面上および円形の配列にある第1の複数の導電性構造を含み得る。この実施形態では、導電性構造112はまた、第1の複数の導電性構造に重なる(例えば、平行な)第2の同一平面上配列および円形配列にある第2の複数の導電性構造も含み得る。例えば、回路基板実装では、第1の複数の導電性構造は、回路基板の第1の層に沿って配設またはパターン化され得、第2の複数の導電性構造は、回路基板の第2の層に沿って配設またはパターン化され得る。
この実施形態では、相互接続部114は、回路基板の2つの層の間のドリル穴(例えば、ビア)を通って延在する導電性材料を含み得る。この配置により、コイル巻線110は、導電性構造体112の円形配置の中心を通って延在する対称軸を有するトロイダルコア領域の周りに形成され得る。したがって、この実施形態では、相互接続部114は、(回路基板の第1層内の)第1の複数の導電性構造を(回路基板の第2層内の)第2の複数の導電性構造に結合して、トロイダル対称軸を中心に延在する複数のトロイダルコイル巻線(すなわち、巻線110)を画定し得る。
コイル巻線110が異なる形状(例えば、円筒形状など)を有するコア領域に関連付けられている実施形態など、他の実施形態も同様に可能である。
電気接点120は、コイル巻線110のそれぞれのコイル巻線の端子または端部に接続されている導電性材料(例えば、銅など)を含み得る。特定のコイル巻線が相互接続部114を介して互いに接続されている一組の導電性構造を含む例として、電気接点120は、特定のコイル巻線の最初かつ最後の導電性構造に接続された2つの特定の電気接点を含み得る。したがって、この例では、特定のコイル巻線を流れる電流は、2つの特定の電気接点によって画定される特定のコイル巻線の端子において、測定および/または提供され得る。一実施形態では、2つの特定の電気接点は、導電性構造112を含む回路基板の取り付け面(例えば、上層または下層)に配設され得る。
取り付け可能な構成要素130は、抵抗器、ワイヤ、プラグ、スイッチ、またはデバイス100に取り付けられると、第1のコイル巻線の第1の電気接点を第2のコイル巻線の第2の電気接点に電気的に接続するように構成された他の取り外し可能に取り付け可能な電子部品を含み得る。一例では、コイル巻線110のうちの2つは、所与の取り付け可能なコネクタを介して互いに直列に接続されて、コイル140のコア領域の長さに沿って2倍延在する導電経路を画定し得る。別の例では、コイル巻線110のうちの2つは、互いに並列に接続されて、コイル140のコア領域の長さに沿って2つの別個の電流を支持し得る2つの平行な導電経路を画定し得る。一実施形態では、取り付け可能な構成要素130は、回路基板の取り付け面に取り付けられている低抵抗抵抗器(例えば、0.002オームなど)を含み、2つのコイル巻線の2つの特定の電気接点に重なり得る。
電気回路150は、コイル140のコイル巻線110を流れる電流を提供および/または検出するように構成されたアナログまたはデジタル構成要素を含み得る。そのために、電気回路150は、電源、コントローラ、フィルタ、キャパシタ、トランジスタ、センサ、または任意の他の電子構成要素の任意の組み合わせを含み得る。
一例では、電気回路150は、コイル140のコア領域と交差する磁場によりコイル140に誘導される電流(複数可)を測定する検知素子を含み得る。この例では、電気回路150はまた、測定された電流(複数可)に基づいて磁場を判定するコントローラまたはコンピュータシステムも含み得る。
別の例では、電気回路150は、コイル140を流れる電流(複数可)を変調して、コイル140に磁場を生成させるコントローラを含み得る。一実施形態では、電気回路150は、3相AC信号をコイル140を通って提供して、コイル140を使用して回転磁場を生成し得る。他の例も可能である。さらに、いくつかの場合では、電気回路150は、コイル巻線110を流れる電流(複数可)を調整することによって、生成された磁場を変調し得る。したがって、電気回路150は、配線、導電性材料、キャパシタ、抵抗器、増幅器、フィルタ、コンパレータ、電圧レギュレータ、コントローラ、ならびに/あるいはコイル140を流れる電流(複数可)を提供および変調するように配置された他の電気回路の任意の組み合わせを含み得る。
上述のように、本明細書で開示される1つまたは複数の実施形態は、電磁コイルを含む任意のデバイスで使用され得る。例として、回転継手装置は、第1の構造(例えば、ロータ)を含み、第1の構造は、第2の構造(例えば、ステータ)に対して回転するように構成され得る。回転継手装置を採用する例示的なシステムは、とりわけ、センサシステム(例えば、RADAR、LIDARなど)およびロボットシステム(例えば、マイクロフォン、スピーカ、ロボット構成要素などを方向付けるための)を含む。そのために、本明細書で説明される例示的な実施形態は、デバイス100と同様に電磁コイルを含む回転継手装置を含む。
図2は、例示的な実施形態による、回転継手を含むデバイス200の簡略化されたブロック図である。図示のように、デバイス200は、第1のプラットフォーム210および第2のプラットフォーム230を含む。
第1のプラットフォーム210は、ロータまたは他の可動構成要素を含むか、またはそれらに結合され得る。例えば、プラットフォーム210は、プラットフォーム230に対して、およびプラットフォーム210の回転軸(例えば、ロータ軸)を中心に回転するように構成され得る。したがって、プラットフォーム210は、回転継手構成における回転プラットフォームとして構成され得る。図示のように、プラットフォーム210は、センサ212、コントローラ214、通信インターフェース216、電力インターフェース218、および1つまたは複数の磁石220を含む。
いくつかの例では、プラットフォーム210は、プラットフォーム210の様々な構成要素を支持および/または取り付けるのに適した任意の固体材料を含み得る。例えば、プラットフォーム210は、通信インターフェース216および/またはプラットフォーム210の他の構成要素を取り付けるプリント回路基板(PCB)を含み得る。この場合のPCBはまた、プラットフォーム210の構成要素(例えば、センサ212、コントローラ214、通信インターフェース216、電力インターフェース218など)のうちの1つまたは複数を互いに電気的に結合する電気回路(図示せず)も含み得る。この場合のPCBは、取り付けられた構成要素がプラットフォーム230の対応する側面に面するか、または対向するプラットフォーム210の側面に沿うように位置付けられ得る。この構成では、例えば、プラットフォーム210および230は、プラットフォーム230に対するプラットフォーム210の回転に応答して、互いに所与の距離内に留まり得る。
センサ212は、プラットフォーム210に取り付けられたセンサの任意の組み合わせを含み得る。例示的なセンサの非包括的なリストは、他の例の中でもとりわけ、方向センサ(例えば、ジャイロスコープ、加速度計など)、リモートセンシングデバイス(例えば、RADAR、LIDARなど)、音センサ(例えば、マイクロフォン)を含み得る。
コントローラ214は、第1のプラットフォーム210の構成要素のうちの1つまたは複数を動作させるように構成され得る。そのために、コントローラ214は、汎用プロセッサ、専用プロセッサ、データストレージ、論理回路、および/またはデバイス200の1つまたは複数の構成要素を動作させるように構成された任意の他の電気回路の任意の組み合わせを含み得る。一実装形態では、コントローラ214は、データストレージに記憶された命令を実行して、センサ212、インターフェース216などを動作させる1つまたは複数のプロセッサを含む。別の実装形態では、コントローラ214は、代替的または加えて、デバイス200の1つまたは複数の構成要素を動作させるために本明細書で説明する機能およびプロセスのうちの1つまたは複数を実行するように配線された電気回路を含む。一例では、コントローラ214は、センサ212によって収集されたセンサデータを受信し、センサデータを示す変調された電気信号を通信インターフェース216に提供するように構成され得る。例えば、センサデータは、測定された配向、周囲環境のスキャン、検出された音、および/またはセンサ212の任意の他のセンサ出力を示し得る。
通信インターフェース216は、プラットフォーム210と230との間でデータおよび/または命令を送信および/または受信するように構成された無線または有線通信構成要素(例えば、送信機、受信機、アンテナ、光源、光検出器など)の任意の組み合わせを含み得る。通信インターフェース216が光通信インターフェースである一例では、インターフェース216は、プラットフォーム230に含まれる光検出器による受信のために変調光信号202を放出するように配置された1つまたは複数の光源を含み得る。例えば、信号202は、センサ212によって収集されたセンサデータを示し得る。さらに、この例では、インターフェース216は、プラットフォーム230から放出された変調光信号204を受信するための光検出器を含み得る。例えば、信号204は、センサ212および/またはプラットフォーム210に結合された任意の他の構成要素を動作させるための命令を示し得る。この場合、コントローラ214は、インターフェース216を介して検出された受信された命令に基づいて、センサ212を動作させ得る。
電力インターフェース218は、プラットフォーム210と230との間の電力の無線(または有線)送信のために構成された1つまたは複数の構成要素を含み得る。例として、インターフェース218は、トランスコイルを通って延在する磁束を受けるように構成されるトランスコイル(複数可)(図示せず)を含み、プラットフォーム210の1つまたは複数の構成要素(例えば、センサ212、コントローラ214、通信インターフェース216など)に電力を供給するための電流を誘導し得る。例えば、トランスコイルは、プラットフォーム230に含まれる対応するトランスコイルに対向するプラットフォーム210の中央領域の周りに配置され得る。さらに、例えば、デバイス200はまた、インターフェース218内のトランスコイル(および/またはプラットフォーム230に含まれるトランスコイル)を通って延在する磁気コア(図示せず)も含み、それぞれのトランスコイルを通る磁束を誘導し、それにより、2つのプラットフォーム間の動力伝達の効率を向上させ得る。他の構成も同様に可能である。
磁石(複数可)220は、鉄、強磁性化合物、フェライトなど強磁性材料、および/または磁化されてプラットフォーム210の第1のプラットフォームの磁場を生成する任意の他の材料から形成され得る。
一実施形態では、磁石220は、プラットフォーム210の回転軸を中心とする実質的に円形配置にある複数の磁石として実装され得る。例えば、磁石220は、回転軸に同心である円に沿って配置されて、プラットフォーム230に向かっておよび/またはプラットフォーム230を通って延在する結合磁場を生成し得る。さらに、例えば、磁石220のうちの隣接する磁石は、プラットフォーム230に面している所与の磁石の表面に沿った所与の磁石の磁極が、同様の表面に沿った隣接する磁石の磁極と反対になるように交互方向に磁化され得る。この構成では、例えば、磁場は、所与の磁石の表面からプラットフォーム230に向かって、次いで、隣接する磁石の表面に向かって延在し得る。さらに、別の磁場は、所与の磁石の表面からプラットフォーム230に向かって、次いで、別の隣接する磁石に向かって延在し得る。
別の実装形態では、磁石220は、第1のプラットフォームの回転軸と同心である単一のリング磁石として実装され得る。この実装形態では、リング磁石は、上記の複数の磁石と同様の磁化パターンを有するように磁化され得る。例えば、リング磁石は、複数のリングセクタ(例えば、それぞれの放射軸間のリング磁石の領域)を有するプリント磁石として実装され得る。この例では、リング磁石の隣接するリングセクタを交互方向に磁化して、プラットフォーム230に面する複数の交互の磁極を画定し得る。
図示のように、磁石(複数可)220は、任意選択的に、インデックス磁石222を含み得る。インデックス磁石222は、磁石220内の他の磁石の特性とは異なる特性を有するように構成されている磁石(例えば、強磁性材料など)を含み得る。
第2のプラットフォーム230は、回転継手構成におけるステータプラットフォームとして構成され得る。例えば、プラットフォーム210の回転軸は、プラットフォーム230を通って延在し得、したがって、プラットフォーム210は、プラットフォーム230に対して所与の距離内に留まりながら、プラットフォーム230に対して回転する。図示のように、プラットフォーム230は、コントローラ234、通信インターフェース236、電力インターフェース238、電磁コイル240、電気回路250、および磁場センサ290を含む。そのために、プラットフォーム230は、プラットフォーム230に取り付けられた、またはそうでなければ結合された様々な構成要素を支持するのに適した固体材料の任意の組み合わせから形成され得る。いくつかの例では、プラットフォーム230は、デバイス200の1つまたは複数の構成要素(例えば、インターフェース236、238、センサ290など)を取り付ける回路基板を含み得る。
コントローラ234は、例えば、コントローラ214と同様に、様々な物理的実装(例えば、プロセッサ、論理回路、アナログ回路、データストレージなど)を有し得る。さらに、コントローラ234は、例えば、それぞれ、コントローラ214、通信インターフェース216、および信号202と同様に、通信インターフェース236を動作させて、データまたは命令の送信を示す信号204を送信し得る。例えば、コントローラ234は、インターフェース236(例えば、トランシーバ、アンテナ、光源など)を動作させて、センサ212および/またはプラットフォーム210の他の構成要素を動作させるための命令を示す変調無線信号を提供し得る。さらに、例えば、コントローラ290は、インターフェース236から、プラットフォーム210から送信された変調信号202を示す変調電気信号を受信し得る。
通信インターフェース236は、インターフェース216と同様に実装され、信号202および204を介したプラットフォーム210と230の間の通信を容易にし得る。
電力インターフェース238は、電力インターフェース218と同様に構成され得、したがって、電力インターフェース218と共に動作されて、プラットフォーム210と230との間の電力の送信を容易にし得る。例として、インターフェース238は、トランスコイル(図示せず)を含み得、コントローラ234によって、電流がトランスコイルを流れるように構成され得る。次に、電流は、電力インターフェース218の対応するトランスコイル(図示せず)を通って延在する磁束を生成して、対応するトランスコイルを通る電流を誘導し得る。したがって、誘導された電流は、プラットフォーム210の1つまたは複数の構成要素に電力を提供し得る。
電磁コイル240および電気回路250は、例えば、それぞれ、電磁コイル140および電気回路150と同様であり得る。
一実装形態では、電気回路250(および/またはコントローラ234)によって、1つまたは複数の電流がコイル240を流れて、コイル240の内側に第2のプラットフォームの磁場を生成し得る。したがって、プラットフォーム210の第1のプラットフォームの磁場は、プラットフォーム230の第2のプラットフォームの磁場と相互作用して、プラットフォーム210に力またはトルクを提供し得る。次に、誘導された力によって、プラットフォーム210はその回転軸を中心に回転し得る。さらに、いくつかの場合では、電気回路250(および/またはコントローラ234)は、コイル240を流れる電流(複数可)を調整することによって、第2のプラットフォームの磁場を変調し得る。そうすることにより、例えば、デバイス200は、プラットフォーム210の回転の方向または速度を制御し得る。
磁場センサ290は、磁石(複数可)220に関連付けられた第1のプラットフォームの磁場の1つまたは複数の特性(例えば、方向、角度、大きさ、磁束密度など)を測定するように構成され得る。例えば、センサ290は、磁石(複数可)220および/または第1のプラットフォームの磁場に重なるように配置された1つまたは複数の磁力計を含み得る。例示的なセンサの非包括的なリストは、他の例の中でもとりわけ、プロトン磁力計、オーバーハウザー効果センサ、セシウム蒸気センサ、カリウム蒸気センサ、回転コイルセンサ、ホール効果センサ、磁気抵抗素子センサ、フラックスゲート磁力計、超伝導量子干渉素子(SQUID)センサ、マイクロエレクトロメカニカルシステム(MEMS)センサ、スピン交換緩和フリー(SERF)原子センサを含む。一実装形態では、センサ290は、直交座標系表現(例えば、xyz軸構成要素)または他のベクトル場表現に従って、センサ290の位置における第1のプラットフォームの磁場の角度(および/または大きさ)の指示を出力する3次元(3D)ホール効果センサを含み得る。
したがって、デバイス200は、回転軸を中心とするプラットフォーム210の配向または位置を判定するための基礎として、センサ290からの出力(複数可)を使用し得る。例として、センサ290は、磁石(複数可)220のうちの2つの隣接する磁石の間に延在する第1のプラットフォームの磁場の一部分と重なるように位置付けられ得る。第1のプラットフォーム210が回転すると、その部分の角度がセンサ290の位置において変化し得るため、電気回路250(および/またはコントローラー234)は、センサ290からの出力をサンプリングして、2つの隣接する磁石に対するセンサ290の位置を推定し得る。
したがって、この構成では、デバイス200は、プラットフォーム210を作動させるため、およびプラットフォーム210の配向を測定するための構成要素(複数可)(例えば、磁気エンコーダ)として磁石(複数可)220を使用し得る。この構成により、コストが削減され、よりコンパクトな設計のアクチュエータおよび磁気エンコーダを提供し得る。
磁石(複数可)220がインデックス磁石222を含む実装形態では、インデックス磁石222とインデックス磁石222に隣接する1つまたは複数の磁石との間に延在する第1のプラットフォームの磁場の特定の部分は、第1のプラットフォームの磁場の他の部分に対して、1つまたは複数の識別特徴を有し得る。例として、インデックス磁石222が、プラットフォーム210の回転軸に対して、プラットフォーム210の回転軸と磁石(複数可)220の他の磁石との間の実質的に均一な距離とは異なる距離に位置付けられている場合、第1のプラットフォームの磁場の特定の部分の方向は、他の部分のそれぞれの方向とは異なり得る。したがって、いくつかの例では、電気回路250(および/またはコントローラ234)は、この差の検出を、センサ290がインデックス磁石222、またはインデックス磁石222と隣接する磁石との間の一領域と重なるプラットフォーム210の配向と関連付け得る。このプロセスを通じて、例えば、デバイス200は、センサ290の出力を、インデックス磁石222の位置に対するプラットフォーム210の様々な配向の範囲にマッピングし得る。
いくつかの実装形態では、デバイス200は、図示されたものよりも少ないまたは多い構成要素を含み得る。一例では、デバイス200は、インデックス磁石222、センサ290、および/または図示された他の任意の構成要素なしで実装され得る。別の例では、プラットフォーム210および/または230は、追加のまたは代替のセンサ(例えば、マイクロフォンなど)、コンピューティングサブシステム、および/または任意の他の構成要素を含み得る。加えて、図示された様々な機能ブロックは、図示されたものとは異なる配置で配置され得るか、または組み合わされ得ることに留意されたい。例えば、プラットフォーム210に含まれる構成要素のいくつかは、代替的に、プラットフォーム230に含まれ得るか、またはデバイス200の別個の構成要素として実装され得る。
図3Aは、例示的な実施形態による、回転継手を含むデバイス300の側面図を例解する。図示のように、デバイス300は、それぞれプラットフォーム210および230と同様であり得るロータプラットフォーム310およびステータプラットフォーム330を含む。図示の例では、プラットフォーム310の側面310aは、プラットフォーム330の側面330aに対して所与の距離308に位置付けられている。プラットフォーム310は、回転軸306を中心に回転するロータプラットフォームとして構成され得る。さらに、プラットフォーム330は、軸306を中心としたプラットフォーム310の回転に応答してプラットフォーム310に対して距離308内に留まるステータプラットフォームとして構成され得る。いくつかの例では、側面310aは、プラットフォーム310の平坦な取り付け面(例えば、回路基板の外層)に対応し得る。同様に、例えば、側面330aは、プラットフォーム330の平坦な取り付け面に対応し得る。
図3Bは、デバイス300の断面図を例解する。図3Bでは、軸306は紙面を通って延在する。図3Bに示すように、デバイス300はまた、マウント328、および磁石320、322、324、326によって例示される複数の磁石を含む。
磁石320、322、324、426は、磁石(複数可)320と同様であり得る。例えば、図示のように、磁石320、322、324、326は、回転軸306を中心に実質的に円形配置に取り付けられている。いくつかの例では、デバイス300の隣接する磁石は、交互方向に磁化され得る。例えば、図示のように、磁石320は、紙面に向かう方向(例えば、紙面から外へ向かう、文字「S」によって示されるS極)に磁化され、磁石322は、紙面から外へ向かう方向(例えば、紙面から外へ向かう、文字「N」で示されるN極)、磁石324は、磁石320と同じ方向に磁化され、以下同様である。したがって、いくつかの例では、図示のように、複数の磁石(例えば、320、322、324、326など)のそれぞれの磁化方向は、軸306に実質的に平行であり得る。
マウント328は、プラットフォーム310の複数の磁石を、軸306を中心とする円形配置に支持するように構成された任意の構造を含み得る。そのために、マウント328は、複数の磁石を円形配置に支持するのに適した任意の固体構造(例えば、プラスチック、アルミニウム、他の金属など)を含み得る。例えば、図示のように、マウント328は、(円形の)縁部328aと328bとの間に延在するリング形状を有し得る。さらに、図示のように、マウント328は、複数の磁石を円形配置に収容するくぼみを含み得る。例えば、図示のように、マウント328は、磁石326を収容するように成形された(壁328cと328dとの間の)くぼみを含む。したがって、例えば、組立中に、複数の磁石は、マウント328のそれぞれのくぼみに嵌め込まれ、複数の磁石を円形配置に設置するのを容易にし得る。さらに、図示のように、リング形状のマウント328は、軸306(例えば、リング形状のマウント328の中心軸と位置合わせされた軸306)に対して同心円状に配置され得る。したがって、例えば、円形縁部328a、328b、および磁石320、322、324、326などは、軸306を中心とするプラットフォーム310の回転に応答して、軸306に対してそれぞれの所与の距離内に留まり得る。
いくつかの例では、インデックス磁石222と同様に、デバイス300内の少なくとも1つの磁石は、他の磁石の共通の特性とは異なる1つまたは複数の特性を有するインデックス磁石として構成され得る。図示のように、例えば、磁石322は、軸306に対して、他の磁石(例えば、320、324、326など)と軸306との間の距離とは異なる距離に取り付けられている。これを容易にするために、図示のように、インデックス磁石322を収容する(例えば、壁328eによって画定される)くぼみは、磁石320、324、326などを収容するそれぞれのくぼみよりも短い長さを有し得る。結果として、インデックス磁石322は、取り付けられると、磁石320、324、326などよりも縁部328a(および軸306)により近くなり得る。
図3Bに示すように、プラットフォーム310は、縁部310bによって画定される中心ギャップを含み得る。この例では、プラットフォーム310は、縁部310bの周りに配置されたトランスコイル(図示せず)を含み得る。さらに、この例では、デバイス300は、中心ギャップを通って延在する磁気コア(図示せず)を含み、プラットフォーム330の同様のトランスコイル(図示せず)によって生成される磁束を誘導し得る。したがって、例えば、電力は、電力インターフェース218および238についての上記の議論に沿って、プラットフォーム310と330との間で送信され得る。
プラットフォーム310は、図示されるものよりも追加の、またはより少ない構成要素を含み得ることに留意されたい。一例では、マウント328は、プリント回路基板(PCB)または他の回路基板の周辺に沿って配置され得る。別の例では、マウント328は、回路基板の表面または層に沿って配設され得る。
図3Cおよび図3Dは、デバイス300の他の断面図を例解する。図3Cの断面図では、プラットフォーム330の側面330aは、紙面の表面に沿っている。図3Dの断面図は、側面330aに実質的に平行であるプラットフォーム330の層の図に対応し得る。例えば、図3Dに示す層は、プラットフォーム330の側面330aと330bとの間の層(例えば、内層など)に対応し得る。代替的に、例えば、図3Dに示す層は、プラットフォーム330の側面330bにある層(例えば、外層など)に対応し得る。一実装形態では、プラットフォーム330は、多層回路基板(例えば、PCB)として物理的に実装され得るか、またはその中に埋め込まれた多層PCBを含み得る。そのために、図3Cに示す1つまたは複数の構成要素は、PCBの第1の層に沿ってパターン化された導電性材料(複数可)(トラック、トレース、銅など)に対応し得、図3Dに示す1つまたは複数の構成要素は、PCBの第2の層に沿ってパターン化された導電性材料(複数可)に対応し得る。他の実装形態も同様に可能である。
図3Cに示すように、デバイス300はまた、構造340、342、344、346、348、349によって例示される第1の複数の導電性構造、相互接続部350、352、354、356、358によって例示される複数の相互接続部、磁場センサ390、およびコネクタ392、394を含む。図3Dに示すように、デバイス300はまた、構造360、362、364、366によって例示される第2の複数の導電性構造を含む。図3Cおよび図3Dに示すように、デバイス300はまた、接点332、334、436、370、372、374、376、378によって例示される複数の電気接点も含む。
図3Cに示す電気接点332、334、336は、それぞれ第1の複数の導電性構造および第2の複数の導電性構造を、電源、電圧レギュレータ、電流増幅器、あるいは、それぞれの接点に結合されたそれぞれの導電性トラックを流れる1つまたは複数の電流を提供または調整する他の電気回路(例えば、電気回路350)に電気的に結合するように構成され得る。そのために、接点332、334、336は、図3Cに示すプラットフォーム330の層に配設された導電性材料(例えば、銅など)から形成され得る。一例では、接点332、334、336は、導電性構造によって画定されたコイル巻線に3相AC信号を提供するように構成され得る。この例では、3相AC信号は、変調されて、プラットフォーム330によって生成されたステータプラットフォーム磁場を制御し得る。しかしながら、他の実装形態も同様に可能である(例えば、2相信号など)。
図3Cに示す第1の複数の導電性構造(340、342、344、346、348、349など)は、軸306を中心とする円形配置にある導電性材料(例えば、銅など)を含み得る。例えば、図3Cに示すように、第1の複数の導電性構造は、軸306と同心である円301と302との間に延在する。円301と302との間の側面330aの一領域は、例えば、ロータプラットフォーム310の複数の磁石320、322、324、326などと少なくとも部分的に重なり得る。さらに、図3Cに示すように、各導電性構造(例えば、構造342など)は、軸306を中心に第1の方向(例えば、時計回り)に傾けられている。さらに、第1の複数の導電性構造は、実質的に同一平面上配置にある。したがって、例えば、構造340、342、344、346、348、349などは、回路基板(例えば、PCB)の単一の層に沿ったパターン化された導電性トラックとして形成され得る。
同様に、図3Dに示す第2の複数の導電性構造(360、362、364、366など)は、(例えば、PCBの第2の層に沿って)実質的に同一平面上である円形配置にある。したがって、例えば、第1の複数の導電性構造は、ロータプラットフォーム310に対して第1の距離にあり得、第1の距離は、第2の複数の導電性構造とロータプラットフォーム310との間の第2の距離よりも短い。
加えて、構造360、362、364、366などは、それぞれ、円303と304との間に延在する。円303および304は、円301および302と同様であり得、したがって、軸306と同心であり得、それぞれ、円301および302の半径と同様の半径を有する。図3Dに示すように、第2の複数の導電性構造は、軸306に対して第2の方向(例えば、反時計回りの方向)に傾けられている。したがって、図3Dにおいて第2の複数の構造は、図3Cの第1の複数の構造の傾斜方向と反対の方向に傾斜している。例えば、構造340(図3C)は、軸306を中心に時計回り方向に傾けられている。一方、構造360(図3C)は、軸306を中心に反時計回りに傾けられている。
上述のように、第1の複数の導電性構造および第2の複数の導電性構造は、互いに電気的に結合されて、複数のコイル巻線を形成し得る。これを容易にするために、相互接続部350、352、354、356、358などは、プラットフォーム330を通って(例えば、紙面を通って)延在する導電性材料を含み、相互接続部のそれぞれの位置において重なるそれぞれの導電性構造を接続し得る。例えば、相互接続部350は、導電性構造340(図3C)を導電性構造360(図3D)に電気的に結合する。同様に、相互接続部352は、導電性構造342(図3C)を導電性構造362(図3D)などに電気的に結合する。
この構成により、例えば、デバイス300の第1のコイル巻線は、構造364を通って、構造340、相互接続部350、構造360、相互接続部354、構造344などをこの順序で含む第1の導電経路を画定し得る。したがって、第1のコイル巻線は、軸306を中心に、かつ、第1のコイル巻線の内側の実質的にリング形状のコア領域の周り(すなわち、円301、302、303、304との間に、かつ第1の複数の導電性構造および第2の複数の導電性構造と重なる、プラットフォーム330の内側の領域)に延在し得る。したがって、図示される例では、第1のコイル巻線は、構造340および364の端子との間のトロイダルコイル巻線として構成され得る。同様に、デバイス300の第2のコイル巻線は、構造366を通って、構造342、相互接続部352、構造362、相互接続部356、構造346などをこの順序で含む第2の導電経路を画定し得る。
したがって、いくつかの場合では、デバイス300は、複数のコイル巻線の内側の共有コア領域に関連付けられる、上記の第1のコイル巻線および第2のコイル巻線など複数の交互配置トロイダルコイル巻線を含み得る。例えば、図3Cでは、隣接する構造340および342は、軸306を中心とする共有コア領域を取り囲む2つの異なるトロイダルコイル巻線に含まれ得る。デバイス300がPCBを含む一実施形態では、コア領域は、PCBの中間層(図3Cおよび図3Dに示す層との間)に含まれ得る。
そのために、例えば、電流(複数可)が複数のコイル巻線を流れるとき、ステータプラットフォーム磁場は、共有コア領域内部に生成され得る。次に、ステータプラットフォーム磁場は、ロータプラットフォーム310内の磁石に関連付けられたロータプラットフォーム磁場と相互作用して、プラットフォーム310を軸306を中心に回転させるトルクまたは力を生じさせ得る。
したがって、いくつかの例では、図3Cおよび図3Dに示す導電性構造は、(例えば、相互接続部によって)電気的に結合されて、コアレスPCBモータコイルを形成し得る。例えば、図3Cに示す第1の複数の導電性構造は、図3Dに示す第2の複数の導電性構造から、図3Cおよび図3Dに示す2つの層との間の電気絶縁層(例えば、プラスチック、エナメルなど)などの絶縁材料によって分離され得る。この場合では、ステータプラットフォーム磁場は、絶縁材料を通って延在し得る。
しかしながら、他の例では、デバイス300は、図3Cおよび図3Dの2つの層との間に透磁コア(図示せず)を含み、生成されたステータプラットフォーム磁場を方向付け得るぁ、または集束させ得る。例えば、プラットフォーム330の中間層(図示せず)は、図3Cおよび図3Dの導電性構造との間に配設された導電性材料(例えば、リング形状の銅トレースなど)を含み得る。そのために、中間層の導電性材料は、その中のステータプラットフォーム磁場を強化する磁気コアとして機能し得る。
図3Cに示す接点332、334、336などと同様に、図3Dに示す電気接点370、372、374、376、378などは、デバイス300の複数のコイル巻線のそれぞれの端部に接続されている導電性材料(例えば、銅トレースなど)を含み得る。上記の例を続けると、第1のコイル巻線(例えば、構造364)の第1の端部は、電気接点370に接続されている。同様に、第2のコイル巻線(例えば、構造366)の一端部は、電気接点372に接続され、第2のコイル巻線(例えば、構造342)の他の端部は、相互接続部358を介して、電気接点372に接続されている。
したがって、この構成では、電気接点370、372、374、376、378などが互いに接続されていない場合(例えば、「開回路」構成)、デバイス300の様々なコイル巻線に関連付けられた導電経路は、互いに電気的に分離され得る。したがって、上記の議論に沿って、各コイル巻線は、それぞれのコイル巻線の端部または端子における2つのそれぞれの電気接点との間の電気的特性を測定することによって個別に試験(例えば、フライングプローブテストなど)され得る。
さらに、いくつかの例では、2つのコイル巻線は、電気接点を電気的に結合することにより、直列回路構成で接続され得る。例えば、第1のコイル巻線(構造340および364を含む)は、接点370を接点372に接続することにより、第2のコイル巻線(構造342および366を含む)と直列に接続することができる。例えば、抵抗器またはワイヤなど取り付け可能な構成要素(図示せず)は、接点370および372に取り付けられて、2つのコイル巻線を接続し得る。この場合、電流は、第1のコイル巻線および第2のコイル巻線の2つの導電経路を組み合わせることにより、軸306を中心に2倍流れ得る。組み合わされた導電経路は、例えば、接点332、第1のコイル巻線、接点370、取り付け可能な構成要素(図示せず)、接点372、相互接続部358、次いで第2のコイル巻線を、この順序で含み得る。
代替的または加えて、いくつかの例では、2つのコイル巻線は、電気接点を介して並列回路構成で接続され得る。例えば、取り付け可能な構成要素が接点374および376を電気的に結合する場合、第2のコイル巻線は、軸306を中心とする第3のコイル巻線(例えば、接点378で終わる巻線)と並列に接続され得る。
磁場センサ390は、センサ290と同様であり得る。そのために、センサ390は、プラットフォーム310の磁石(例えば、320、322、324、326など)によって生成されたロータプラットフォーム磁場を測定するように構成された、ホール効果センサなど任意の磁力計を含み得る。したがって、例えば、コンピューティングシステム(例えば、コントローラ234、電気回路250など)は、センサ390からの出力に基づいて、軸306を中心とするプラットフォーム310の配向を判定し得る。
これを容易にするために、いくつかの例では、センサ390は、プラットフォーム310のロータプラットフォーム磁場と実質的に重なるプラットフォーム330内の一場所に位置付けられ得る。例えば、図3Cに示すように、センサ390は、円301と302との間の領域(プラットフォーム310の磁石と少なくとも部分的に重なる領域)に位置付けられている。加えて、第1の複数の導電性構造および第2の複数の導電性構造によって画定されるコイル巻線のステータプラットフォーム磁場からの干渉を緩和するために、プラットフォーム330における、軸306を中心に延在するコイル形状の導電経路の一部分は、センサ390が位置特定されているプラットフォーム330の領域において、中断または変更され得る。
図3Cに示すように、例えば、第1の複数の導電性構造は、実質的に均一な距離だけ離間された複数の離間した導電性構造を含む。しかしながら、図3Cに示す第1の複数の導電性構造は、実質的に均一な距離よりも大きな距離だけ離れている2つの隣接する構造(例えば、348および349)を含み得る。同様に、例えば、(図3Dに示す)第2の複数の導電性構造はまた、第2の複数の構造の他の構造との間の実質的に均一な距離よりも大きい距離だけ離れている2つの隣接する構造を含み得る。したがって、図3Cに示すように、センサ430は、構造348と349との間(すなわち、軸306を中心に延在するコイル形状の導電経路(複数可)における「隙間」内)に位置特定され得る。
これを容易にするために、センサ390が位置特定されている領域(例えば、円301と302などの間の領域の外側)から離れて延在するコネクタ392、394などを採用して、コイル形状の導電経路(複数可)の一部分、およびコイル形状の導電経路の残りの部分を電気的に結合し得る。そのために、コネクタ392および394は、センサ390から適切な距離に成形および/または配設される導電性材料(例えば、銅、金属、金属化合物など)を含み、ステータプラットフォーム磁場がセンサ390による測定値に与える影響を低減し得る。
さらに、2つのコネクタ392および394が示されているが、デバイス300は、示されているよりも追加のまたは少ないコネクタ(例えば、各コイル巻線用のコネクタ)を含み得る。加えて、コネクタ392および394のうちの一方または両方は、図3Cに示す層とは異なる層に代替的に配設され得る。さらに、磁気センサ390は、プラットフォーム330の側面330aに取り付けられるように示されているが、いくつかの例では、センサ390は、代替的に、プラットフォーム330の異なる側面(例えば、側面330b)または任意の他の場所に沿って位置付けられ得る。
デバイス300および/またはその構成要素について図3A〜図3Dに示す形状、寸法、および相対位置は、必ずしも一定の縮尺ではなく、説明の便宜のために示されるように例解されるだけであることに留意されたい。そのために、例えば、デバイス300および/またはその1つまたは複数の構成要素は、他の形態、形状、配置、および/または寸法も同様に有し得る。また、デバイス400は、とりわけ、デバイス300の構成要素(例えば、インターフェース、センサ、コントローラなど)のいずれかなど、示されるものよりも少ないまたは多い構成要素を含み得ることにも留意されたい。
図4は、例示的な実施形態による、電磁コイルを含むデバイス400の簡略化された回路図である。デバイス400は、例えば、デバイス100、200、および/または300と同様であり得る。図示のように、デバイス400は、複数の電気接点432、434、436、470、472、474、476、複数のコイル巻線440、442、444、446、448、450、および構成要素480、482によって例示される、複数の取り付け可能な構成要素を含む。
いくつかの例では、図4の例解は、図3のデバイス300の1つまたは複数の構成要素の回路表現に対応し得る。
接点432、434、436は、それぞれ、接点332、334、336と同様であり得る。一実装形態では、接点432、434、436は、例えばコイル巻線440、442、444、446、448、450を流れる、例えば3相交流電流(AC)信号など変調電力信号を提供する電源に接続されて、回転磁場(例えば、デバイス300について説明されたステータプラットフォーム磁場と同様)を生成し得る。しかしながら、入力電力信号の他の構成も同様に可能である。したがって、いくつかの実装形態では、デバイス400は、コイル巻線に(接点432、434、436を介して)電気信号を提供するように構成され、磁場を生成し得る。
しかしながら、他の実装形態では、デバイス400は、外部磁場源(図示せず)によってコイル巻線に誘導された電流(複数可)を検出するように構成され得る。例えば、電力トランスシステムでは、デバイス400は、別のトランスコイル(図示せず)によって生成される磁場に基づいて電力を提供するように構成され得る。したがって、これらの実装形態では、接点432、434、436は、コイル巻線に誘導された電流を検出する、および/またはそうでなければ調整する電気回路(例えば、電気回路250)に接続され得る。
コイル巻線440、442、446、448、450は、共有コア領域に重なる複数のコイル巻線を含み得る。そのために、コイル巻線440、442、446、448、450は、説明の便宜だけのために、物理的に離れた位置にあるように示されていることに留意されたい。実際には、例えば、コイル巻線は、コイル巻線の内側の同じコア領域を取り囲み得る。
例えば、図3C〜図3Dに戻って参照すると、コイル巻線440は、構造364を通って、構造340、相互接続部350、構造360、相互接続部354、構造344などをこの順序に含む第1のトロイダルコイル巻線として実装され得る。さらに、コイル巻線442は、構造366を通って、構造342、相互接続部352、構造362、相互接続部356、構造346などをこの順序に含む第2のトロイダルコイル巻線として実装され得る。
別の例として、デバイス400は、円筒形状のコア領域を有する電磁コイルを含む。各コイル巻線は、円筒形状のコアの一端部から反対側の端部まで、かつ円筒形状のコアの円周の周りに延在するコイル形状のワイヤとして実装され得る。例えば、コイル巻線は、物理的に積み重ねられて、円筒形状のコアの周りで互いに重なり合い得る。他の例も可能である。
したがって、いくつかの例では、コイル巻線440、442、446、448、450の導電性ループは、それぞれのコイル巻線の長さに沿って互いに絡み合ったり、交互に配置されたり、重なり合ったり、またはそうでなければ互いに近接し得る。
電気接点470、472、474、476は、それぞれ、電気接点370、372、374、376と同様であり得る。例えば、電気接点を使用して、デバイス400内のコイル巻線の端子(または端部)を電気的に分離し得る。例えば、図3Dに戻って参照すると、接点370および372と同様に、接点470および472は、コイル巻線440および442の端子との間に介在され得る。さらに、接点374および376と同様に、接点474および476は、コイル巻線442の端子とコイル巻線446および450の端子との間に介在され得る。
取り付け可能な構成要素480、482などは、例えば、デバイス100の取り付け可能な構成要素130と同様であり得る。一例では、取り付け可能な構成要素480、482などは、デバイス400に取り付けられる抵抗器として実装され、それぞれのコイル巻線を直列に、および/または並列構成で接続し得る。例えば、図3Dに戻って参照すると、取り付け可能な構成要素480(例えば、抵抗器、ワイヤなど)は、接点370および372を含む取り付け面に取り付けられ、接点370、372を互いに電気的に接続し得る。したがって、この例では、取り付け可能な構成要素480は、回路の電力リード線(すなわち、接点432、434、436)に対して直列回路構成で2つのトロイダルコイル巻線(例えば、巻線440および442)を接続し得る。この配置では、例えば、直列に接続された2つのトロイダルコイル巻線は、コア領域の長さの周りに2倍延在する導電経路を画定し得る。別の例として、取り付け可能な構成要素482は、接点474および476に取り付けられる抵抗器として実装され、回路の電力リード線(すなわち、接点432、434、436)に対して並列回路構成でコイル巻線442を巻線446および450に接続し得る。
したがって、この構成では、取り付け可能な構成要素480、482などにより、様々なコイルの用途(例えば、電源端子間の巻数またはループ数を制御すること、並列導電経路内の巻数またはループ数を制御することなど)が可能になり得る。さらに、取り付け可能な構成要素を取り付ける前に、各個々のコイル巻線は、他のコイル巻線からの干渉なしに、短絡またはその他の欠陥がないか試験され得る。例えば、コイル巻線440の抵抗、インダクタンスなどは、構成要素480を接点470および472に取り付ける前に測定され得る。同様に、例えば、コイル巻線442は、構成要素480および482を取り付ける前に、個別に試験および/または測定され得る。
III.例示的な方法およびコンピュータ可読媒体
図5は、例示的な実施形態による方法500のフローチャートである。方法500は、例えば、デバイス100、200、300、および/または400のうちのいずれかで使用され得る方法の実施形態を提示する。方法500は、ブロック502〜504のうちの1つまたは複数によって図示のように、1つまたは複数の操作、機能、またはアクションを含み得る。ブロックは連続した順序で示されているが、これらのブロックは、いくつかの例では、並行に、かつ/または本明細書で説明された順序とは異なる順序で実行され得る。また、様々なブロックは、より少ないブロックに組み合わされ、追加のブロックに分割され、かつ/または所望の実装に基づいて除去されてもよい。
さらに、方法500ならびに本明細書で開示される他のプロセスおよび方法について、フローチャートは、本実施形態のうちの1つの可能な実装の機能および操作を示す。これに関して、各ブロックは、モジュール、セグメント、製造または操作プロセスの一部、またはプログラムコードの一部を表すことができ、それにはプロセス内の特定の論理機能またはステップを実行するためのプロセッサによって実行可能な1つまたは複数の命令が含まれる。プログラムコードは、例えば、ディスクまたはハードドライブを含むストレージ装置のような任意のタイプのコンピュータ可読媒体に格納することができる。コンピュータ可読媒体は、レジスタメモリ、プロセッサキャッシュ、およびランダムアクセスメモリ(RAM)のような、データを短時間にわたって格納するコンピュータ可読媒体などの非一時的なコンピュータ可読媒体を含むことができる。コンピュータ可読媒体は、例えばリードオンリーメモリ(ROM)、光ディスクまたは磁気ディスク、コンパクトディスクリードオンリーメモリ(CD−ROM)のような補助ストレージまたは永続長期ストレージなどの非一時的なコンピュータ可読媒体を含むこともできる。コンピュータ可読媒体は、任意の他の揮発性または不揮発性ストレージシステムとすることもできる。コンピュータ可読媒体は、例えばコンピュータ可読記憶媒体、または有形のストレージ装置であると考えることができる。
さらに、方法500および本明細書で開示される他のプロセスおよび方法について、図5の各ブロックは、プロセス内の特定の論理機能を実行するように配線された回路を表すことができる。
方法500は、デバイス(例えば、デバイス300)のロータプラットフォーム(例えば、第1のプラットフォーム310)を、デバイスのステータプラットフォーム(例えば、第2のプラットフォーム330)に対して、およびロータプラットフォームの回転軸(例えば、軸306)を中心に回転させるための例示的な方法である。したがって、いくつかの例では、ロータプラットフォームは、上記の議論に沿って、ロータプラットフォームの回転に応答して、ステータプラットフォームに対して所与の距離(例えば、距離308)内に留まり得る。
ブロック502において、方法500は、電流を、ステータプラットフォームに含まれ、ロータプラットフォームの回転軸を中心に延在する導電経路に流すことを含む。例として、デバイス200は、導電経路(例えば、コイル巻線440、442、444、446、448、450など)に電流を提供する電気回路250(例えば、電源(複数可)、電圧レギュレータ(複数可)、電流増幅器(複数可)、配線など)を含み得る。
したがって、上述のように、コイルを流れる電流(すなわち、平面導電構造の配置)は、ロータプラットフォームのロータプラットフォーム磁場と相互作用するステータプラットフォーム磁場を生成し、したがって、ロータプラットフォームは、回転軸を中心に回転する。例えば、磁場の相互作用は、ロータプラットフォームを回転軸を中心に時計回りまたは反時計回りの方向(提供された電流に応じて)に回転させるトルクまたは力を誘導し得る。
ブロック504において、方法500は、電流を変調して、回転軸を中心とする第1のプラットフォームの配向を調整することを含む。例として、センサ212がプラットフォーム210に取り付けられたジャイロスコープ(例えば、方向)センサであるシナリオを考える。シナリオにおいて、コントローラ214(または234)は、センサ212からの出力を処理するように、およびセンサ212が方向の特定の目標変化(例えば、ゼロの値など)を測定するまで、プラットフォーム210を回転させるように構成され得る。このシナリオでは、電気回路250は、電流を変調して、プラットフォーム310を、センサ312によって測定された方向または速度の変化とは反対の特定の方向および/または速度で回転させ得る。他のシナリオも同様に可能である。
したがって、いくつかの実装形態では、方法500はまた、ロータプラットフォームの回転の特性(例えば、速度、加速、方向など)を変調することも含む。加えてまたは代替的に、いくつかの実装形態では、方法500はまた、磁場センサ(例えば、センサ290)の出力を取得すること、および磁場センサの出力に基づいて、回転軸を中心とするロータプラットフォームの配向を判定することも含む。
図6は、例示的な実施形態による、別の方法600のフローチャートである。方法600は、例えば、デバイス100、200、300、および/または400のうちのいずれかと共に使用され得る方法の実施形態を提示する。方法600は、ブロック602〜606のうちの1つまたは複数によって図示のように、1つまたは複数の操作、機能、またはアクションを含み得る。ブロックは連続した順序で示されているが、これらのブロックは、いくつかの例では、並行に、かつ/または本明細書で説明された順序とは異なる順序で実行され得る。また、様々なブロックは、より少ないブロックに組み合わされ、追加のブロックに分割され、かつ/または所望の実装に基づいて除去されてもよい。
ブロック602で、方法600は、複数のコイル巻線の内側の共有コア領域に関連付けられた複数のコイル巻線の電気的測定値を取得することを含む。ブロック604において、方法600は、電気的測定値に基づいて複数のコイル巻線の電気的特性を判定することを含む。
例として、ロボット装置は、コイル巻線のそれぞれの端部において(例えば、コンピュータビジョンまたは他の検知装置を介して)電気接点の位置を検出し、次いで測定装置(例えば、電圧計、抵抗計など)のプローブ端子を電気接点上に位置付けるように構成され得る。一実施態様では、フライングボードテストシステムを使用して、電気的測定値を取得し得る。例えば、例示的なシステムは、プローブを電気機械的に制御して、コイルを含むPCBの取り付け面上の電気接点にアクセスするように構成され得る。とりわけ、インサーキットテスト(ICT)システム、製造欠陥分析装置(MDA)、ベッドオブネイルテストシステムなど、他の例示的なシステムも同様に可能である。
いくつかの例では、各コイル巻線は、それぞれの第1の端部(例えば、構造340)とそれぞれの第2の端部(例えば、構造364)との間に、かつ共有コア領域の周りに延在し、それぞれの第1の端部に電気的に接続されたそれぞれの第1の端部の電気接点(例えば、接点332)と、それぞれの第2の端部に電気的に接続されたそれぞれの第2の端部の電気接点(例えば、接点370)と、を有し得る。
したがって、いくつかの例では、ブロック602で電気的測定値を取得することは、コイル巻線のそれぞれの第1の端部の電気接点、およびコイル巻線のそれぞれの第2の端部の電気接点を介して各コイル巻線を測定することを含み得る。例えば、図4に戻って参照すると、抵抗、インダクタンスなど電気的特性は、接点470と接点432との間のコイル440について測定され得る。同様に、コイル442の電気的特性は、(例えば、プローブの端子を接点472、474上に設置することにより)接点472と474との間で測定され得る。
ブロック606において、方法600は、複数の取り付け可能な構成要素を取り付けて、複数のコイル巻線を電気的に結合することを含む。いくつかの例では、各取り付け可能な構成要素は、それぞれの第1のコイル巻線をそれぞれの第2のコイル巻線に、それぞれの第1のコイル巻線のそれぞれの第1の端部の電気接点、およびそれぞれの第2のコイル巻線のそれぞれの第2の端部の電気接点を介して、電気的に結合するように構成され得る。例えば、図4に戻って参照すると、取り付け可能な構成要素480は、コイル巻線440と442の端子との間に取り付けられて、巻線を直列回路構成で接続し得る。別の例として、取り付け可能な構成要素482は、巻線442および446(および450)の端子との間に取り付けられて、巻線を並列回路構成で接続し得る。
いくつかの実装形態では、ブロック606で複数の取り付け可能な構成要素を取り付けることは、ブロック604で判定された電気的特性と値の閾値範囲との間の比較に基づく。例えば、図4に戻って参照すると、構成要素480および482をデバイス400に取り付ける前に、コンピューティングシステム(例えば、組立装置など)は、コイル巻線442の測定された抵抗を、巻線442が別のコイル巻線と(意図せずに)短絡されていない場合に予測される値の所定の範囲と比較し得る。測定された抵抗が値の範囲内にある場合、コンピューティングシステムは、ロボットアームまたは他の装置を動作させて、構成要素480を接点470、472との間に取り付ける、および/または構成要素482を接点474、476との間に取り付け得る。
IV.結論
本明細書において説明される構成は、例示のみを目的としていることを理解されたい。このようなことから、当業者であれば、他の配置および他の要素(例えば、機械、インターフェース、機能、順序、および機能のグループ化など)が代わりに使用され得、いくつかの要素が所望の結果に応じて一括して省略され得ることを理解するであろう。さらに、説明される要素の多くは、個別の構成要素または分散した構成要素として実装することができ、または他の構成要素と共に、任意の適切な組み合わせおよび場所で実装することができるか、または独立した構造として説明される他の構造要素を組み合わせることができる。
様々な態様および実装態様が本明細書において開示されているが、当業者には、その他の態様および実装態様が見えてくるであろう。本明細書において開示される様々な態様および実施形態は、例示を目的とするものであり、限定することを意図するものではなく、かかる特許請求の範囲の権利が与えられる均等物の全範囲と共に、真の範囲は、以下の特許請求の範囲により示される。本明細書において使用される専門用語は、特定の実施形態を説明するためのものに過ぎず、限定することを意図するものではないことも理解されたい。

Claims (20)

  1. デバイスであって、
    複数のコイル巻線であって、前記複数のコイル巻線は、前記複数のコイル巻線の内側の共有コア領域に関連付けられており、各コイル巻線は、それぞれの第1の端部とそれぞれの第2の端部との間に、かつ前記共有コア領域の周りに延在し、前記それぞれの第1の端部は、それぞれの第1の端部の電気接点に電気的に接続されており、前記それぞれの第2の端部は、それぞれの第2の端部の電気接点に電気的に接続されている、複数のコイル巻線と、
    複数の取り付け可能な構成要素であって、各取り付け可能な構成要素は、それぞれの第1のコイル巻線をそれぞれの第2のコイル巻線に、前記それぞれの第1のコイル巻線の前記それぞれの第1の端部の電気接点、および前記それぞれの第2のコイル巻線の前記それぞれの第2の端部の電気接点を介して、電気的に結合している、複数の取り付け可能な構成要素と、を含む、デバイス。
  2. 前記複数の取り付け可能な構成要素は、複数の抵抗器を含む、請求項1に記載のデバイス。
  3. 前記複数のコイル巻線は、前記共有コア領域を中心にトロイダル配置されている、請求項1に記載のデバイス。
  4. 1つまたは複数の電流を前記複数のコイル巻線に流す電気回路をさらに含み、前記1つまたは複数の電流は、前記複数のコイル巻線に前記共有コア領域に関連付けられた磁場を生成させる、請求項1に記載のデバイス。
  5. 前記複数のコイル巻線のうちの2つ以上は、前記複数の取り付け可能な構成要素のうちの1つまたは複数を介して直列回路構成で接続されている、請求項1に記載のデバイス。
  6. 前記複数のコイル巻線のうちの2つ以上は、前記複数の取り付け可能な構成要素のうちの1つまたは複数を介して並列回路構成で接続されている、請求項1に記載のデバイス。
  7. 前記複数のコイル巻線は、
    第1の同一平面上配置にある第1の複数の導電性構造と、
    第2の同一平面上配置にある第2の複数の導電性構造と、
    前記第1の複数の導電性構造を前記第2の複数の導電性構造に電気的に結合して、前記複数のコイル巻線を形成する複数の相互接続部と、を含む、請求項1に記載のデバイス。
  8. 前記第1の複数の導電性構造は、
    第1のコイル巻線に含まれる第1の導電性構造と、
    前記第1の同一平面上配置にある前記第1の導電性構造に隣接する第2の導電性構造と、を含み、前記第2の導電性構造は、第2のコイル巻線に含まれる、請求項7に記載のデバイス。
  9. 前記デバイスは、回路基板をさらに含み、前記第1の複数の導電性構造は、前記回路基板の第1の層に配設されており、前記第2の複数の導電性構造は、前記回路基板の第2の層に配設されており、前記複数の相互接続部は、前記第1の層と前記第2の層との間の電気的接続を含む、請求項7に記載のデバイス。
  10. 前記第1の同一平面上配置は、前記第2の同一平面上配置と実質的に平行である、請求項7に記載のデバイス。
  11. 軸を中心に回転するプラットフォームをさらに含み、前記第1の複数の導電性構造は、前記軸に対して所与の距離にある、請求項7に記載のデバイス。
  12. 前記第2の複数の導電性構造は、前記軸に対して前記所与の距離にある、請求項11に記載のデバイス。
  13. 前記軸は、前記第1の同一平面上配置の中心、および前記第2の同一平面上配置の中心を通って延在し、前記軸は、前記第1の同一平面上配置、および前記第2の同一平面上配置に対して垂直である、請求項11に記載のデバイス。
  14. 方法であって、
    前記複数のコイル巻線の内側の共有コア領域に関連付けられた複数のコイル巻線の電気的測定値を取得することであって、
    各コイル巻線は、それぞれの第1の端部とそれぞれの第2の端部との間に、かつ前記共有コア領域の周りに延在し、前記それぞれの第1の端部に電気的に接続されたそれぞれの第1の端部の電気接点と、前記それぞれの第2の端部に電気的に接続されたそれぞれの第2の端部の電気接点を有し、
    前記複数のコイル巻線の前記電気的測定値を取得することは、前記コイル巻線の前記それぞれの第1の端部の電気接点、および前記コイル巻線の前記それぞれの第2の端部の電気接点を介して各コイル巻線を測定することを含む、取得することと、
    前記電気的測定値に基づいて前記複数のコイル巻線の電気的特性を判定することと、
    複数の取り付け可能な構成要素を取り付けることであって、各取り付け可能な構成要素は、それぞれの第1のコイル巻線をそれぞれの第2のコイル巻線に、前記それぞれの第1のコイル巻線の前記それぞれの第1の端部の電気接点、および前記それぞれの第2のコイル巻線の前記それぞれの第2の端部の電気接点を介して、電気的に結合する、取り付けることと、を含む方法。
  15. 前記複数の取り付け可能な構成要素を取り付けることは、前記複数のコイル巻線の前記電気的特性と値の閾値範囲との比較に基づく、請求項14に記載の方法。
  16. 所与のコイル巻線の所与の電気的特性は、前記所与のコイル巻線に接続された第1の端部の電気接点および第2の端部の電気接点との間の前記所与のコイル巻線の抵抗の測定値を含み、前記複数の取り付け可能な構成要素を取り付けることは、前記測定された抵抗が閾値範囲内にあるという判定に基づく、請求項14に記載の方法。
  17. デバイスであって、
    複数のトロイダルコイル巻線であって、前記複数のトロイダルコイル巻線は、前記複数のトロイダルコイル巻線の内側の共有コア領域に関連付けられており、各トロイダルコイル巻線は、それぞれの第1の端部とそれぞれの第2の端部との間に、かつ前記共有コア領域の周りに延在し、前記それぞれの第1の端部は、それぞれの第1の端部の電気接点に電気的に接続されており、前記それぞれの第2の端部は、それぞれの第2の端部の電気接点に電気的に接続されている、複数のトロイダルコイル巻線と、
    複数の取り付け可能な構成要素であって、各取り付け可能な構成要素は、それぞれの第1のトロイダルコイル巻線をそれぞれの第2のトロイダルコイル巻線に、前記それぞれの第1のトロイダルコイル巻線の前記それぞれの第1の端部の電気接点、および前記それぞれの第2のトロイダルコイル巻線の前記それぞれの第2の端部の電気接点を介して、電気的に結合している、複数の取り付け可能な構成要素と、を含む、デバイス。
  18. 前記複数のトロイダルコイル巻線は、
    第1の同一平面上配置にある第1の複数の導電性構造と、
    第2の同一平面上配置にある第2の複数の導電性構造と、
    前記第1の複数の導電性構造を前記第2の複数の導電性構造に電気的に結合して、前記複数のトロイダルコイル巻線を形成する複数の相互接続部と、を含む、請求項17に記載のデバイス。
  19. 回路基板をさらに含み、前記第1の複数の導電性構造は、前記回路基板の第1の層に配設されており、前記第2の複数の導電性構造は、前記回路基板の第2の層に配設されており、前記複数の相互接続部は、前記第1の層から前記第2の層に延在する、請求項18に記載のデバイス。
  20. 前記第1の複数の導電性構造、および前記第2の複数の導電性構造は、前記複数のトロイダルコイル巻線の対称軸を中心に同心円状に配置されている、請求項18に記載のデバイス。
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