KR0183478B1

KR0183478B1 - 자기 위치 센서

Info

Publication number: KR0183478B1
Application number: KR1019950035911A
Authority: KR
Inventors: 데쯔오 무라지
Original assignee: 이꾸다 마사도시; 미쿠니 가부시끼가이샤
Priority date: 1995-02-22
Filing date: 1995-10-18
Publication date: 1999-05-15
Also published as: US5841273A; DE69502269T2; EP0729011B1; EP0729011A1; DE69502269D1; JPH08226826A; KR960031965A

Abstract

자기 센서는 적어도 하나 이상의 기전 코일(5), 적어도 2개의 자기 검출 소자(6a 및 6b), 기전 코일과 쇄교하고 자속이 자기 검출 소자(6a 및 6b)를 통과하게 하며 검출될 가동 부재의 다양한 위치에 대응하는 자기 저항을 가지는 자기 경로 형성 수단, 및 상기 자기 검출 소자로부터의 출력 신호에 기초하여 위치 신호를 발생하기 위한 위치 신호 발생 수단을 포함한다. 상기 자기 센서는 바람직하게 자기 검출 소자들중 적어도 하나로부터 생성된 출력 신호(C)의 순시치, 또는 기전 코일(5)내로 흐르는 기전 전류의 순시치가 특정 레벨보다 클 때, 인에이블 신호(enable signal)를 생성하기 위한 결정 수단을 포함한다.

Description

자기 위치 센서

제1a도 내지 제1c도는 본 발명에 따른 자기 위치 센서의 제1실시예를 도시하는 도면으로서, 제1a도는 센서의 평면도이고 , 제1b도는 제1a도의 선 B-B를 따른 센서의 단면도이며, 제1c도는 제1a도의 선 C-C를 따른 센서의 단면도.

제2도는 본 발명에 따른 자기 위치 센서내의 위치 검출 회로를 도시하는 도면.

제3a도 내지제3c도는 본 발명에 따른 자기 위치 센서의 제2 실시 예를 도시하는 도면으로서, 제3a도는 센서의 평면도, 제3b도는 제3a도의 선 B-B를 따른 센서의 단면도이며, 제3c도는 제3a도의 선 C-C를 따른 제3a도의 단면도.

제4a도 및 제4b도는 본 발명에 따른 자기 위치 센서의 제3실시예를 도시하는 도면으로서, 제4a도는 센서의 전면도이고, 제4b도는 제4a도의 선 B-B를 따른 센서의 단면도.

제5a도 및 제5b도는 본 발명에 따른 자기 센서의 제4실시예를 도시하는 도면으로서, 제5b도는 제5a도의 선 B-B를 따른 센서의 단면도.

제6a도 및제6b도는 본 발명에 따른 자기 센서의 제5실시예를 도시하는 도면으로서, 제6a도는 센서의 스케치이고 제6b도는 제6a도의 화살표 B를 따른 단면도.

제7도는 본 발명에 따른 자기 위치 센서에 의한 검출의 원리를 도시하는 개념도.

제8도는 본 발명에 따른 자기 위치 센서의 원리를 도시하는 개념도.

제9도는 본 발명에 따른 자기 위치 센서의 위치 신호 발생 회로의 구조를 도시하는 블럭도.

제10a도 내지제10f도는 본 발명에 따른 자기 위치 센서내의 위치 신호 발생 회로의 실제 예를 도시하는 전기 회로도.

제11도는 제1a도 내지 제1c도, 제3a도 내지 제3c도, 제4a도 내지 제4b도, 및 제6a도 내지 제6b도에서 도시된 센서로부터의 출력 신호를 기본으로 한 위치 신호를 얻기 위한 위치 신호 발생 회로의 제1실시예를 도시하는 블럭도.

제12a도 내지 제12e도는 제11도의 회로에 도시된 주요 부분을 형성하는 신호 파형을 도시하는 파형 차트도.

제13도는 본 발명에 따른 자기 위치 센서의 구조를 도시하는 제2실시예를 도시하는 일반적 블록도.

제14도는 제11도에 도시된 기전 회로의 실시 예를 도시하는 전기 회로도.

제15a도 내지 제15c도는 제14도에 도시된 회로의 주요부 내의 신호 파형을 각각 도시하는 파형 차트도.

제16도는 제11도에 도시된 기전 회로의 제2실시예를 도시하는 전기 회로도.

제17a도 내지 제17d도는 제16도에 도시된 회로의 주요부 내의 신호 파형을 각각 도시하는 파형 차트도.

제18도는 제11도에 도시된 기전 회로의 제3실시예를 도시하는 전기 회로도.

제19도는 제11도에 도시된 기전 회로의 제4실시예를 도시하는 전기 회로도.

제20도는 제11도에 도시된 결정 회로의 실시 예를 도시하는 전기 회로도.

제21도는 제11도에 도시된 결정 회로의 제2실시예를 도시하는 전기 회로도.

제22도는 제21도에 도시된 회로의 출력 특성을 도시하는 도면.

제23도는 제11도에 도시된 결정 회로의 다른 실시예를 도시하는 전기 회로도.

제24a도 내지 제24c도는 제23도에 도시된 회로의 주요부의 신호 파형을 각각 도시하는 파형 차트도.

제25도는 제11도의 회로에서 얻어진 인에이블 신호에 응답하여 센서에 대한 위치 신호를 얻기 위한 신호 발생 회로의 제1실시예를 도시하는 전기 회로도.

제26a도 내지 제26c도는 제15도에 도시된 회로의 주요부내의 신호 파형을 각각 도시하는 파형 차트도.

제27a도는 검출 코일로부터 출력 전압을 디지털식으로 처리함으로써 얻어지는 데이타에 따른 위치 신호를 생성하는 센서의 구조를 도시하는 블록도.

제27b도는 제27a도에 도시된 제어기에 의해 실행되는 위치 신호 발생 서브루틴을 설명하는 흐름도.

제28a도 및 제28b도는 본 발명에 따른 자기 위치 센서의 구조를 각각 도시하는 단면도.

제29도는 본 발명에 따른 자기 위치 센서의 구조를 도시하는 도면.

제30도는 제29도에 도시된 센서의 출력 특성을 도시하는 그래프.

제32도는 제31도에 도시된 센서와 전기적으로 등가인 회로를 도시하는 회로도.

제31도는 본 발명에 따른 자기 위치 센서의 구조를 도시하는 단면도.

제33도는 본 발명에 따른 자기 위치 센서의 구조를 도시하는 도면.

제34도는 제33도에 도시된 센서의 출력 특성을 도시하는 그래프.

제35도는 제33도에 도시된 센서로부터의 센서 출력을 얻기위한 검출 회로를 도시하는 전기 회로도.

제36a도 내지 제36d도는 제35도의 회로의 주요부내의 신호 파형을 각각 도시하는 파형 차트도.

제37a도 내지 제37d도는 제35도에 도시된 회로의 주요부내에서 나타나는 신호의 파형을 도시하는 도면.

제38도는 위치 신호를 얻기 위해 제33도에 도시된 센서와 결합되는 위치 신호 발생 회로를 도시하는 회로도.

제39a도 내지 제39h도는 제38도의 회로의 주요부내의 신호 파형을 각각 도시하는 파형 차트도.

제40도는 본 발명에 따른 자기 위치 센서의 구조를 도시하는 도면.

제41a도 내지 제41c도는 제40도에 도시된 센서의 출력 특성을 각각 도시하는 그래프.

제42도는 위치 신호를 얻기 위해 제40도에 도시된 센서와 결합되는 위치 신호 발생 회로를 도시하는 회로도.

제43도는 본 발명에 따른 자기 위치 센서의 구조를 도시하는 도면.

제44a도 내지 제44f도는 제43도에 도시된 센서의 출력 특성을 각각 도시하는 그래프.

제45도는 본 발명에 따른 자기 센서의 구조를 도시하는 도면.

제46a도 및 제46b도는 제45도에 도시된 센서의 출력 특성을 각각 도시하는 그래프.

제47도는 본 발명에 따른 자기 위치 센서의 구조를 도시하는 도면.

제48a도 내지 제48c도는 제47도에 도시된 센서의 출력 특성을 각각 도시하는 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1, 7, 10 : 자기부재 2, 3, 6 : 코일

4, 5 : 간극 8: 자기경로부재

9: 회전 샤프트

본 발명은 병진 또는 회전으로 움직이는 부재의 위치를 검출할 수 있는 자기 위치 센서(magnetic position sensor)에 관련된 것이다.

위에서 표명한 자기 위치 센서로서, 내연 기관내의 드로틀(throttle) 밸브의 열린 정도를 자기적으로 검출하는 드로틀 위치 센서가 알려져 있다. 실시예는, 예를 들면, 일본 특허 공고 제55-13286호와 일본 특허 공고 제55-9818호에 공개된 것들이다. 이 자기 위치 센서에서, 가동 자기 코어 및 고정 코어는 3개의 대향부에서 각자 연결되어 있고,2개의 자기 폐회로를 형성한다. 각 대향부의 영역은 가동 자기 코어의 변위에 따라 변하고, 각 자기 폐 경로내에서의 자기 저항(magnetic reluectance)에 의한 각 코일내의 인덕턴스의 변화가 검출되며, 또한 가동 자기 코어의 위치 신호가 검출된다.

그러나, 가동 자기 코어 및 고정 자기 코어(fixed magnetic core)에 의해 각각 형성된 2개의 폐회로는 대향부 영역의 크기외에도 간극(gap)의 길이에 의존하는 특성을 가진다. 가동 자기 코어가 고정 자기 코어에 대해 변위할 때, 2개의 자기 코어 사이를 일정 값으로 유지하기 위해, 고도로 정밀하게 대향하는 2개의 자기 코어의 평행한 표면을 제조할 필요가 있는데, 이는 생산가를 유리하게 높인다.

또한, 일본 특허 공고 제5-26610호에 공개된 것과 같은 홀 소자(Hall element)를 이용한 자기 위치 센서가 있다.

상기에 표명한 센서는 한 쌍의 영구 자석이 드로틀 밸브에 연관되어 회전하는 드로틀 샤프트(shaft)의 회전 표면상에 대향되게 위치하는 구조를 가져서, 그 쌍은 드로틀 샤프트와 동시에 회전하고, 더욱이 홀 소자의 한 부분은 영구 자석 쌍 사이의 드로틀 샤프트의 축선 상에 위치한다.

이런 구조로, 한 쌍의 영구 자석은 그 사이에 드로틀 샤프트의 회전 샤프트와 함께 자기 회로를 형성한다. 형성된 자기 회로에서의 자기장의 방향은 드로틀 샤프트의 회전각에 따라 달라진다. 이런 이유로, 드로틀의 열린 정도는 한 쌍의 영구 자석 사이에 제공된 홀 소자를 통해 유입되는 자속 강도의 변화를 검출함으로써 검출될 수 있다.

또한, 한 쌍의 아크형 영구 자석은 샤프트의 회전축 상의 아크 중심을 따라 제공되며, 홀 소자의 한 부분은 이 회로형 영구 자석으로부터 축 방향으로 이격되게 위치하며, 아이들 러닝(idle running) 상태는 한 쌍의 아크형 영구 자석에 의해 형성된 자기회로의 자기장의 방향을 검출함으로써 검출될 수 있다.

본 발명의 주 목적은 단순한 구조를 가지며 정밀한 기기 조작을 요하지 않고 가동 부재의 회전 이동 또는 선형 이동에 의한 변위를 검출할 수 있는 저렴한 자기 위치 센서를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 주위 온도의 변화에 영향을 적게 받는 자기 위치 센서를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 고 내구력을 갖는 자기 위치 센서를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 외부 잡음으로 인한 영향을 최소로 억제할 수 있는 자기 위치 센서를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 자기 위치 센서는 적어도 하나의 기전(energizing) 코일, 적어도 2개의 자기 검출 소자, 상기 기전 코일과 쇄교하고, 상기 자기 검출 소자를 통해 자속을 전송하고, 검출될 가동 부재의 현위치에 대응하는 자기 저항을 갖는 자기 경로 형성 수단, AD 전류로 상기 기전 코일을 기전하기 위한 기전 수단, 및 상기 자기 검출 소자로 부터의 각 출력 신호에 따라 검출될 상기 가동 부재의 현 위치를 나타내는 위치 신호를 발생하기 위한 위치 신호 발생 수단을 포함한다.

본 발명에 따른 자기 위치 센서는 적어도 하나의 기전 코일, 적어도 2개의 자기 검출 소자, 상기 기전 코일과 내부 결선하며, 상기 자기 검출 소자를 통과하는 자속을 전송하고, 위치가 검출되는 가동 부재의 현 위치에 대응하는 자기 저항을 갖는 자기 경로 형성 수단, AC전류로 상기 기전 코일을 기전하기 위한 기전 수단, 및 상기 자기 검출 소자로부터의 각 출력 신호에 응답하여 상기 가동 부재의 현 위치를 나타내는 위치 신호를 발생하기 위한 위치 신호 발생 수단을 포함한다.

본 발명에 따른 자기 위치 센서는 적어도 하나의 기전 코일, 적어도 2개의 자기 검출 소자, 상기 기전 코일과 내부 결선하며, 상기 자지 검출 소자를 통과하는 자속을 전송하고, 위치가 검출되는 가동 부재의 현 위치에 대응하는 자기 저항을 갖는 자기 경로형성 수단, AC전류로 상기 기전 코일을 기전하기 위한 기전 수단, 상기 자기 검출 소자로부터의 각 출력 신호에 응답하여 상기 가동 부재의 현 위치를 나타내는 위치 신호를 발생하기 위한 위치 신호 발생 수단, 및 상기 자기 검출 소자로부터의 출력 신호의 증분의 순시치가 선정된 레벨보다 작지 않을 때, 인에이블 신호를 발생하기 위한 결정 수단을 포함한다. 본 발명에서, 기술적인 용어 AC전류로의 기전은 펄스-전류로의 기전, 및 AC성분을 포함한 전력에 의한 기전을 포함한다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하고자 한다.

제1도는 회전 가동 부재의 각위치(angular position)를 검출하는 자기 위치센서의 실시예를 도시한다.

제1a도 내지 제1c도에 도시된 실시예에서, 자기 부재(1)은 한 쌍의 반원형 자기 부재(magnetic member;1a 및 1b) 및 자기 부재(1a와 1b)를 각각 평행하게 위치시키기 위한 한쌍의 자기 연결 부재(magnetic linking member)를 포함한다. 코일(2 및 3)은 자기 연결 부재(1c 및 1d) 둘레에 각각 감겨있다. 또한 서로 대향하는 반원형 자기부재(1a 및 1b)에 의해 형성된 공간에서, 둘레에 코일(6)이 감긴 자기부재(10)는 간극(gap;4 및 5)이 형성되도록 위치한다. 상기 자기 부재(10)는 연결 로드(coupling rod;7)를 통해서 회전 샤프트(rotating shaft;9)에 고정된다. 본 발명에서, 한 쌍의 반원형 자기 부재(1a 및 1b)의 곡률 반경은 연결 로드(7)의 길이와 동일한 값으로 설정된다. 다시 말하면, 자기 부재(10)의 회전 반경과 반원형 자기 부재(1a 및 1b)의 곡률의 중심은 자기 부재(10)의 회전 중심과 일치한다.

따라서, 회전 샤프트가 회전할 때, 자기 부재(10)는 주위 방향으로 한 쌍의 반원형 자기 부재(1a 및 1b)사이로 이동한다.

전술한 구조를 갖는 자기 위치 센서에 따라, 코일(6)이 도면에는 도시되지 않은 전력 소스로부터의 기전 AC전력에 의해 기전될 때, 코일(6)내로 유입되는 AC전류의 영향으로 기자력(magnetomotive force)이 발생된다.

이 기자력은 코일(2 및 3)과 쇄교된 자속을 발생하도록 자기 부재내로 분포되며, 자속은 각 코일(2 및 3)내에 AC 기전력을 발생한다. 이 AC 기전력의 강도는 코일을 쇄교하는 선택적 자속 φ의 dφ/dt 변화율에 비례한다. 코일(2 및 3)을 쇄교하는 선택적 자속의 강도는 코일(6)의 위치에 따라 변화한다. 그러므로, 코일(6)의 회전상의 위치는 코일(2 및 3)내의 기전력이 코일(6)의 회전상의 위치에 따라 변화한다는 원칙을 활용하여 검출된다.

AC-기전 코일에 의해 발생하는 자속은 간극(4)를 통과하고, 자기 경로가 두 경로로 분기되는 반원형 자기 부재(1a)로 진입하며, 두 분기된 자기 경로는 각각 자기 연결 부재(1c 및 1d)를 통과하며, 더욱이 간극(4)를 통과한 다음, 다시 코일(6)로 돌아가므로, 2개의 폐 자기 경로가 형성된다. 또한, 폐경로 내의 자속의 방향은 AC전류 또는 성분 방향의 변화에 따라 변한다. 2개의 분기된 폐자기 경로내의 자기 연결 부재(1c 및 1d)주변에 감겨진 코일(2 및 3)로부터 발생된 전압은 제2도내에 도시된 위치 검출 회로에 의해 각각 검출되고 계산되어, 코일(6)의 위치 또는 회전 샤프트(9)의 위치가 검출될 수 있다. AC전압이 회전 샤프트(9)상에 슬립 링(slip ring)(도시되지 않은)을 제공하고, 그 슬립링과 미끄러지는 식으로 접촉하는 브러쉬(brush)(도시되지 않은)를 통해서 코일(6)에 제공된다는 점에 주목해야 한다. 코일(2 및 3)양단에 나타나는 AC전압이 본 실시예에서 코일(6)에 AC전력을 공급함으로써 검출되지만, 코일(6)외에도 코일(2) 또는 코일(3)중 하나에서 발생되는 AC전압은 다른 코일(2 및 3)에 AC전력을 공급하는 동안 위치 신호를 발생하기 위해 검출될 수 있다.

제2도에 도시된 회로에서, 코일(2 및 3)양단에 나타나는 전압은 전압 검출기(12 및 13)에 의해 각각 검출되고, 그 출력은 증폭기(14 및 15)에 의해 증폭되어 출력(V1 및 V2)가 되며, 다음으로 계산 회로(16)내에서 V1/(V1+V2)의 계산이 실행된다.계산의 결과는 코일(6)의 위치 또는 회전 샤프트(9)의 회전각의 위치를 나타낸다. (V1-V2)/(V1+V2)의 계산이 계산 회로 (16)에 의해 실행될 수 있다는 점은 주목 할만하다.

제3a도 내지 제3c도는 부재의 회전 이동에서의 회전각을 검출하기 위한 자기 위치 센서의 제2 실시예를 도시한다. 제3도에 도시된 구조에서, 동일 참조 번호는 제1도에 도시된 구조와 일치하는 동일 부분에 할당된다. 제3도에 도시된 것처럼, 자기 부재(1)는 한 쌍의 반원형 자기 부재(1a 및 1b) 및 자기 부내 (1a 및 1b)를 각각 평행되게 위치시키기 위한 한 쌍의 자기 연결 부재(1c 및 1d)를 포함한다. 그리고, 코일(2 및 3)은 각각 자기 연결 부재(1c 및 1d) 주위에 감겨진다. 코일(6)은 자유롭게 회전 할 수 있는 회전 샤프트(9) 주위에 감겨지고, 자기 경로 부재(8a 및 8b)는 회전 샤프트(9)에 고정된다. 각각의 자기 경로 부재(8a 및 8b)는 코일(6)로부터 발생된 자속을 반원형 자기 부재 (1a 및 1b)에 각각 공급하기 위한 경로로서의 역할을 가진다. 상기에 설명된 역할을 각각 갖는 자기 경로 부재는 자기 물질로 제조된다. 반원형 자기 부재(1a 및 1b)의 반원내 및 반원상에서, 한 쌍의 자기 경로 부재(8a 및 8b)는 자유롭게 회전할 수 있는 회전 샤프트의 방사 방향내로 옮겨지고 연장되어, 자기 경로 부재(8a 및 8b)는 반원형 자기 부재(1a 및 1b)와 상대적으로 움직일 수 있다. 각 자기 경로 부재(8a 및 8b)의 회전 반경은 각 반원형 자기 부재(1a 및 1b) 쌍의 곡률 반경보다 작은 값으로 설정되며, 자기 부재의 곡률 중심은 회전의 중심과 일치한다. 상술된 구성으로 인해 회전 샤프트(9)가 회전할 때, 자기 경로 부재 (8a 및 8b)는 내부 벽(internal wall)을 통해 각자 대향하는 한쌍의 반원형 자기 부재(1a 및 1b)의 주변을 따라 이동한다.

상기에 설명된 구조를 갖는 자기 위치 센서에 따라, 코일(6)이 도시되지 않은 AC 소스로부터 공급된 AC 전력에 의해 기전될 때, 발생된 자속은 자기 경로부재(8a)통과하고, 다음으로 자기 부재(8a)와 반원형 자기 부재(1a)사이의 간극을 통과한다. 게다가, 자속이 2개의 자속으로 분기되는 반원형 자기 부재(1a)와 분기된 2개의 자기 연결부(1c 및 1d)로 각각 진입한다. 또한, 반원형 자기 부재(1b)와 자기 경로 부재(8b)사이의 간극을 통과하고, 다음으로 자기 경로 부재(8b)를 통과하고, 마지막으로 코일(6)로 되돌아가므로, 2개의 폐 자기 경로가 형성된다. 자기 경로의 방향은 AC 전류 또는 성분의 방향의 변화에 따라 변한다.

상기의 2개로 분기된 폐 자기 경로에서, 자기 경로 부재(8)의 위치, 즉 회전 샤프트(9)의 회전각은 제1실시예에서 설명된 것처럼 코일(2 및 3) 양단에 나타나는 전압을 검출함으로써 제8도의 위치 검출 회로에 의해 검출될 수 있다.

슬립 링과 브러쉬(도시되지 않은)의 결합은 회전 코일(6)을 기전하도록 이용 될 수 있다는 점에 주목해야 한다.

제4도는 가동 부재의 회전 이동에서의 회전 각을 검출하기 위한 자기 위치 센서의 제3실시예를 도시한다. 제1도 및 제3도에 도시된 부분과 일치하는 동일 부분에 동일 참조 번호가 할당 된다는 점에 주목해야 한다.

본 도면에 도시된 실시예에서, 제1 자기 경로 형성 수단은 반원형 자기 부재 (1a)와 반원형 자기 부재(1a)의 두 다리 부분의 양단을 연결하는 로드-형(rod-shaped) 자기 부재(1b)를 포함한다. 제2 자기 경로 형성 수단은 주위에 코일(6)을 감은 자기 부재(10)와 자기 경로 부재(8)을 포함한다. 자기 부재(10)과 자기 경로 부재(8)은 반원형 자기 부재(1a)와 로드-형 자기 부재(1b)에 의해 둘러싸인 공간내에 위치한다. 자기 부재(10)의 한쪽 끝은 로드-형 자기 부재(1b)와 접촉 또는 고정된다. 자기 부재(10)와 로드-형 자기 부재(1b)는 일체로 몰드된다는 것이 예측 가능하다. 자기 경로 부재(8)는 회전 샤프트(9)에 대한 스크루(screw)와 같은 연결 수단(11)을 통해 연결되며, 자기 경로 부재(8)는 회전샤프트 (9)상에서 지탱되어 반원형 자기 부재(1a)의 반원내에서 회전한다. 자기 부재(10)의 다른쪽 끝은 회전의 중심에 근접한다. 자기 경로 부재(8)의 회전 반경은 반원형 자기 부재(1a)의 곡률 반경보다 작은 값으로 설정되고, 그 곡률의 중심은 회전의 중심과 일치한다. 한 쌍의 코일(2 및 3)은 반원형 자기 부재(1a)의 주변에 감긴다.

상기에 설명된 것과 같은 구조를 가진 자기 위치 센서에 따라, 코일(6)이 AC전력에 의해 기전될 때, 코일(6)으로부터 발생된 자속은 자기 경로 부재(8)을 통과한다음, 자기 경로 부재(8)과 반원형 자기 부재(1a)사이의 간극을 통과하여, 자속이 2개의 자속으로 분기되는 반원형 자기 부재(1a)로 진입하고, 2개의 자속은 각각 코일(2 및 3)을 통과한다. 또한, 로드-형 자기 부재(1b)를 통과하여 코일(6)로 돌아가므로, 2개의 폐자기 경로가 형성된다. 자속의 방향은 기전 AC전류의 방향의 변화에 따라 변화한다.

상기에 설명된 바와 같은 2 부분으로 분기된 폐 자기 경로에 있어서, 자기 경로 부재(8)의 위치, 즉 회전 샤프트(9)의 회전각은 제1실시예와 같이, 코일(2 및 3) 양단에 나타나는 전압에 응답하는 제2도에 도시된 위치 검출기에 위해 검출될 수 있다. 상기에 설명된 구조에 따라, 단일 폐 자기 경로는 자기 위치 센서의 용적의 최소화를 가능하게 하는 반원형 자기 부재(1a) 및 로드-형 자기 부재(1b)에 의해 형성된다. 더우기, 코일(6)이 고정되므로, 코일(6)에 대한 전력 공급원이 쉽게 이루어 진다.

제5도는 본 발명의 다른 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 코일(2 및 3)은 AC 전력에 의해 기전되며, 자기 경로 부재(8)의 위치, 즉 회전 샤프트(9)의 각위치는 코일(6)내에서 발생되는 기자력을 검출함으로써 검출된다. 동일 참조 번호가 제4도에 도시된 실시예에 대응하는 부분과 동일한 부분에 할당되며, 이 부분에 대한 설명은 생략된다.

제5도에서, AC전력(17)의 주파수는 AC전력(18)과 동일한 값을 가지며, 전력의 위상은 서로 일정한 관례를 가지며, 코일(2 및 3)은 그 코일에 의해 발생되는 자속이 반원형 자기 부재(1a)와 로드-형 자기부재(1b)에서 각각 증가하도록 감겨진다.

코일(2)가 AC전력(17)에 의해 기전될 때, 코일(2)에 의해 발생되는 자속은 로드-형 자기 부분(1b)을 통과하고(D1방향으로), 자기 부재(10)의 위치에서 2부분으로 분기 되며, 2부분중의 한 부분은 자기 경로 부재(8)외에도 자기 부재(10)을 통과하여, 반원형 자기 부재(1a)로 진입하고 코일(2)로 되돌아가는 반면, 다른 부분은 반원형 자기 부재(1a)로 진입하고 코일(3)을 통과하여 코일(2)로 되돌아간다. 코일(3)이 AC 전력(18)에 의해 기전 될 때, 코일(3)에 의해 발생된 자속은 반원형 자기 부재(1a)를 통해 D2 방향으로 유입된다. 자속은 자기 경로 부재(8)의 위치에서 2부분으로 분기되고 , 두 분기된 자속중의 한 부분은 자기 경로 부재(8)와 자기 경로 부재(10)를 통과하고, 로드-형 자기 부재(1b)에 진입하며, 코일(3)으로 다시 되돌아가는 반면, 다른 분기된 자속은 코일 (2)을 통과하고, 로드형 자기 부재(1b)로 진입하며, 코일(3)로 되돌아간다. 자속의 방향은 기전 전류의 방향 변화에 따라 변화한다. 코일(6)에서, 자기 경로 부재(8)의 회전상의 위치에 의한 기전력은 코일(2 및 3)로부터 발생되는 자속으로 인해 발생된다. 자기 경로 부재의 위치는 이 기전력을 검출하므로써 검출될 수 있다. 상기에 설명된 구조에 의해서, 자기 부재(8)의 위치는 검출될 수 있어서, 계산 회로 등을 제공할 필요가 없으므로, 단순 회로 구조로 위치 검출이 가능하다.

실시예에 따른 자기 위치 센서의 구체적 응용에 대해 제1도 내지 제5도에서 도시된다. 예를 들면, 드로틀 위치 센서는 회전 샤프트를 내연 기관의 드로틀 밸브에 연결함으로써 얻어질 수 있다.

또한, 전술한 자기 위치 센서는 자동 기계화 장비, 자동 운반기 등의 위치 검출 수단으로 이용될 수 있고, 공장 자동화(FA)와 같은 목적에 양호하게 응용될 수 있다.

제6도는 본 발명의 다른 실시예를 도시한다. 동일 참조 번호가 제1도, 제3도, 제4도 및 제5도내의 부분과 대응하는 부분에 할당된다.

이 도면에 도시된 실시예에서, 제1 자기 경로 형성 수단, 즉 자기 경로 부재(1)는 한 쌍의 자기 부재(1a 및 1b)와 한쌍의 자기 부재(1a 및 1b)를 서로 평행하게 위치시키기 위한 한 쌍의 자기 연결 부재(1c 및 1d)를 포함한다. 그리고, 코일 (2 및 3)은 각각 자기 연결 부재 (1c 및 1d)주위에 감긴다. 제2 자기 경로 형성 수단은 코일(6)이 주변에 감긴 자기 부재(10), 자기 부재(1a 및 1b)에 평행한 보충 분기 자기 부재(supplementary branched magnetic member;8a), 및 자기 부재(1b)와 보충 분기 자기 부재(8a) 사이에 평행하게 움직이는 가동 자기 부재(8b)를 포함한다. 자기 부재(10)은 자기 부재(1a)를 보충 분기 자기 부재(8a)에 자기적으로 연결한다. 가동 자기 부재(8b)는 보충 자기 부재(8a)와 자기 부재(1b) 사이에 비-접촉식 형태로 배치된다. 가동 자기 부재(8b)는 지지 부재(도시되지 않은)에 의해 지지되고, 자기 부재(1b)와 보충 분기 자기 부재의 내부 대향면 사이를 특정 구동 수단(도시되지 않은)에 의해 구동 되어 수직 방향(화살표 M으로 지시된 방향)으로 이동할 수 있다.

전술한 것과 같은 구조를 가진 자기 위치 센서에 따라 코일(6)이 도시되지 않은 소스로부터 공급되는 AC전력에 의해 기전 될 때, 발생된 자속은 보충 분기 자기 부재(8a)를 통과하고, 다음으로 보충 분기 자기 부재(8a)와 가동 자기 부재(8b) 사이의 간극, 가동 자기 부재(8b), 및 가동 자기 부재(8b)와 자기 부재(1b)사이의 간극을 통과한다. 또한, 자속이 2부분으로 분기 되는 자기 부재(1b)로 진입하고, 두 분기된 자속은 각각 자기 연결 부재(1c 및 1d)를 통과하고, 자기 부재(1a)를 통과하여 코일(6)로 돌아가므로, 2개의 폐자기 경로가 형성된다. 자속의 방향은 기전 전류의 방향 변화에 따라 변한다. 그러므로, 2 부분으로 분기된 폐자기 경로에서, 가동 자기 부재(8b)의 위치는 제1 실시예에서와 같이 코일(2 및 3) 양단에 나타나는 전압을 기준으로 제2도에 도시된 위치 검출 센서에 의해 검출될 수 있다.

다음은 제7도를 참조하여 본 발명에 따른 자기 위치 센서의 검출 원리를 설명한다. 제7도에 도시된 것처럼 코일(6)이 자기 부재(10)의 주위에 감겼을 때, 코일(6)은 AC전력 (19)에 의해 기전되고, 자속이 발생된다. 이 자속의 진폭은 코일(6)의 권선수와 기전 전류의 강도에 비례한다. 이구조에서, 코일(6)은 간극(4)쪽에서 N-극 및 간극(5)에서 S-극을 발생하는 것으로 도시된다. 자속의 방향은 기전 전류의 방향의 변화에 따라 변화한다. 한 쌍의 코일(2 및 3)이 고정 자기 부재(1)상에 제공된다. 아래는 코일 (6)에 의해 발생되는 자속의 경로 및 코일 (2 및 3)내에서 발생되는 기전력을 검출하는 방법에 대한 설명이다.

코일(6)으로부터 발생된 자속은 간극(4)를 통과하고, 자기 부재(1)에 진입해서, 다음으로 각각 코일(2 및 3)을 통과하고, 간극(5)를 통과해서, 코일(6)으로 돌아가므로, 2개의 폐 자기 경로(S1 및 S2)가 각각 형성된다.

이 과정에서, 2개의 폐 자기 경로(S1 및 S2)를 통과하는 자속의 밀도는 코일 (6)의 위치에 따라 변한다. 코일(6)은 자기 부재(1)의 경도 방향으로 이동할 수 있다. 예를들면 , 코일(6)이 코일(2)쪽(좌측)으로 이동할 때, 코일(2)를 쇄교하는 자속의 밀도는 증가하는 반면, 코일(3)을 쇄교하는 자속의 밀도는 감소한다. 반대로, 보일(6)이 코일(3)쪽(우측)으로 이동하면, 전술한 것과 반대의 현상이 발생한다.

다음으로, 수식을 이용한 검출의 원리가 상세히 설명된다.

참조 번호(V1 및 V2)는 코일(2 및 3) 양단에 나타나는 출력 전압을 표시하고,α는 자기 부재(1)에 의해 만들어지는 제1 폐자기 경로인 재순환(recirculating)의 길이(L)(=La+Lb)에 대한 한 쪽 구석으로 부터의 거리(Lb)의 백분율을 표시한다.

자기 경로가 통과하는 단면적이 S, 자기 부재(1)의 투자율(magnetic permeability)이 μ, 공기(즉, 간극)의 투자율이 μ0,간극(4 및 5)의 폭이 E, 자장의 강도가 H4 및 H5, 코일 (2 및 3)을 쇄교하는 자속에 의해 발생하는 자장의 강도가 Ha 및 Hb, 코일(6)이 주위에 감겨진 자기 부재(10)의 길이가 L6, 코일(6)내의 자장의 강도가 H6라고 각각 가정했을 때, 다음 수식(1)이 암페어 순환 법칙(Ampere's circuital law) 의 원리에 의해 얻어진다.

[수식1]

H4E+HaLa+H5E+H5E+H6L6=N·i

H4E+HbLb+H5E+H5E+H6L6=N·i

여기에서 N·i는 코일(6)내에 나타나는 기자력을 나타낸다.

수식 1은 아래의 수식 2로 단순해진다.

[수식2]

HaLa=HbLb

여기에서L=La+Lb이며,α=Lb/L이라고 가정하면, 다음 수식3이 주어진다.

[수식3]

코일(2 및 3)내에서 발생된 AC전압(V1 및 V2)은 Ha 및 Hb에 비례하는 전압을 가져서, 다음 수식 4가 주어진다.

[수식4]

상기의 설명에서 분명하다시피, 코일(6)의 위치는 자기 부재(1)상에 감긴 코일내에서 발생되는 전압(V1 및 V2)를 기준으로 검출될 수 있다.

개념도 외에 상기 실시예의 설명에서, 가동 코일(6)이 기전되고 코일(6)의 위치가 2개의 코일(2 및 3)에서 발생되는 전압을 기준으로 검출되지만, 코일(2)이 기전되고 코일(3 및 6)에서 발생되는 전압은 코일(6)의 위치를 검출하는데 이용될 수 있다는 점에 주목해야 한다. 유사하게, 코일(2 및 6)에서 검출되는 전압은 코일(3)을 기전하는 동안 이용될 수 있다.

상기에 설명된 3개의 검출 방법에서, 코일(2 및 3)중 하나가 기전되면, 상호 유도에 의해 발생된 전류는 다른 코일로 유입될 것이고, 코일(6)이 기전되는 경우에 검출 오차가 작아진다는 점에 주목해야 한다.

다음은 제8도에 도시된 개념도를 참조로 한 제4도에 도시된 자기 위치 센서의 이동의 원칙을 설명한다. 동일 참조 번호가 제4도의 대응부분과 일치하는 부분에 할당되고, 동일 구성부분의 설명은 생략된다.

제8도에서, 자속의 흐름은 화살표에 의해 표시된다. 코일(4)이 본 발명에 도시되지 않은 AC전력에 의해 기전 되면, 자속이 발생된다. 코일(4)에 의해 발생된 자속은 간극(9), 자기 경로 부재(5), 및 간극(10)을 통과한 후, 자속이 2 부분으로 분기되는 반원형 자기 부재(1a)로 진입하며 , 2개의 분기된 자속은 각각 코일(2 및 3)을 통과한다. 또한 로드-형 자기 부재(1b)를 통과하고 코일(4)로 돌아가므로, 2개의 폐자기 경로(S1 및 S2)가 각각 형성된다.

이 단계에서 , 2개의 폐자기 경로(S1 및 S2)를 통과하는 자속의 크기는 자기경로 부재(5)의 위치에 따라 각각 변한다. 예를 들면, 자기 경로 부재가 코일(3)쪽으로 회전한다면, 코일(3)을 내부 결선하는 자속의 크기는 증가하고, 코일(2)을 쇄교하는 자속의 크기는 동일한 비율로 감소한다. 반면에, 자기 경로 부재(5)가 코일(2)쪽으로 회전한다면, 상기에 설명된 것과 반대 현상이 발생한다.

상기에 설명된 현상 때문에, 코일(2 및 3)양단에 나타나는 기전력을 검출함으로써 자기 부재(1)에 대한 자기 경로 부재(5)의 각위치 또는 부재(5)의 회전각을 얻는 것이 가능하다.

다음에서 제8도를 참조하여 이 검출의 원리가 상세히 설명된다. 자기 경로 부재(5)의 회전의 중심으로부터 자기 부재(1b)까지 수직적으로 연장된 선은 지점 C에서 반원형 자기 부재(1a)를 교차한다고 가정한다. 선 O-C와 자기 경로 부재(5)사이의 각이 α라고 또한 가정한다(α의 단위는 라디안이다). 또한, 자속이 반원형 자기 부재(1a)와 로드-형 자기 부재(1b)를 통과하는 제1 폐자기 경로의 전체 경로의 길이는 2L, 자기 부재(7) 및 자기 경로 부재(5)내의 자기 경로 길이는 각각 L1 및 L2,자기 경로 부재의 회전 반경은 r, 자속이 통과하는 단면적이 S, 자기 부재(7) 및 자기 경로 부재(5)의 자장의 강도는 각각 H0 및 H3, 간극(9 및 10)의 자장 강도는 각각 H9 및 H10, 간극(9,10)의 길이는 각각 L9, L10, 폐자기 경로(S1 및 S2)내의 자장 강도는 각각 H1 및 H2 이고, 코일(4)내에 발생되는 자기 원동력이 Ni라고 가정한다. 다음으로 아래의 수식은 폐 자기 경로(S1 및 S2)내의 각각의 관계에 대한 암페어 순환 법칙으로부터 얻어진다.

[수식5]

H0·L1+H9·L9+H3·L2+H10·L10+H1(L + r·α) = Ni

[수식6]

H0·L1+H9·L9+H3·L2+H10·L10+H1(L - r·α) = Ni

상기의 수식 5 및 수식 6으로부터 공통 항을 배제하기 위해 [수식 5]-[수식 6]의 감산이 계산되고, 그 관계는 다음 수식 7에 의해 각도 α에 관련해서 표시 될 수 있다.

[수식7]

또한 H2+H1 = const(const:상수)라면, 다음수식8이 얻어진다.

[수식8]

코일(2 및 3)내에서 발생되는 AC전압 (V1및V2)는 H1 및 H2에 비례하는 크기를 가지므로, 다음수식이 얻어진다.

[수식9]

위 수식을α에 대해서 다시 정리하면, 다음 수식 10이 얻어진다.

[수식10]

α=(2L/r·const)·(V2-const/2)

=(L/r)·(V2-V1)/const

수식 7에서 분명히 도시된 것처럼, 자기 경로 부재(5)의 각위치는 V1 및 V2를 검출함으로써 얻어질 수 있다. 더욱이, (C1+V2)를 상수값으로 제어할 수 있다면, 상기 수식 10에서 분명히 도시된 것처럼, V2 또는 (V2 -V1)에 의해 자기 경로 부재(5)의 각 위치를 정확하게 설명할 수 있게 된다.

다음은 제1도에 도시된 코일(4)가 기전될 때, 코일(2 및 3)내에서 발생되는 전기 원동력을 기준으로 한 자기 경로 부재(5)의 위치를 표시하는 위치 신호를 생성하는 위치 신호 발생 회로의 실시예를 설명한다. 제9도에 도시된 위치 신호 발생 회로는 전압 검출 회로 (11 및 12), 합산 회로(summing circuit;13), 제어 회로(14), 및 기전 회로 (15)를 포함한다.

다음은 전술한 위치 신호 발생 회로의 동작을 설명한다. 코일(4)이 기전 회로(15)를 통해 AC전력에 의해 AC-기전된다면, 전기 원동력은 코일 (2 및 3)내에서 발생된다(제4도 참조). 코일(2 및 3)로부터의 출력 전압은 전압(V1 및 V2)가 검출되는 전압 검출 회로(11 및 12)로 각각 진입한다. 전압(V1 및 V2)은 합산 회로(13)내에서 전압 (V3)로 합해진다. 합산회로 (13)로부터의 전압(V3)이 제어 회로(14)중의 한쪽으로 인가되고, 기준 전압(Vref)은 다른 한쪽으로 인가된다 .이 제어 회로(14)에서 전압(V3)과 기준 전압(Vref)사이의 차이에 대응한 편차 신호가 발생하고, 기전 회로(15)에 인가된다. 코일(4)로 유입되는 기전 전류는 편차 신호(S1)에 따라 코일(4)에 부가된 기전 전압을 제어함으로써 제어된다.

위치 신호 발생 회로에서, 2개의 코일로부터의 출력 전압의 합(V3)을 상수로 유지하는 것이 가능하다. 식 6에서 나타낸것처럼, 자기 경로 부재(6)의 위치는 코일중 하나로부터의 출력 전압에 비례하며, 자기 경로 부재(5)의 위치는 단지 전압(V1)을 이용해서 검출될 수 있다. 다시 말하면, 검출될 부재의 위치는 다수의 검출코일중 한 코일의 전압을 검출함으로써 검출될 수 있다.

본 발명에 의하면, 코일(4)에 부가된 기전 전압은 제어되어 두 코일로부터의 출력 전압의 총합은 상수 값으로 고정될 것이고, 시간의 경과와 연관된 변화와 같은 요인에 의해 영향을 받지 않고도 항상 정확한 센서 출력을 얻는 것이 가능하다. 상기 실시예에서 전압(V1)이 위치 신호로 이용되지만, 전압(V2)가 위치 신호로 이용될 수 있다는 점을 주목해야 한다.

제9도에 도시된 위치 신호 발생 회로의 구체예가 제10(a)도 내지 제10(d)도에 도시된다.

제10(a)도에 도시된 전압 검출 회로는 코일(2) 양단에 나타나는 전압을 검출하기 위한 전압 검출회로(11)의 구체예이다. 상술한 전압 검출 회로는 증폭부, 정류부, 및 평활부(smoothing section)를 포함하여 유효 전압을 검출한다. 코일(2) 양단의 출력 전압은 저항(R1 내지 R6)에 의해 결정된 증폭 인자에 의해 증폭된다. 다이오드(D1 및 D2)는 정류작용을 하고, 커패시터(C1 및 C2)는 평활 작용을 한다. 저항(R8)이 오프셋 조절을 완료하기 위해서 제공된다는 점을 주목해야 한다. 상술한 전압 검출 회로로부터의 출력이 V1으로 명명된다. 동일한 구조를 가진 회로가 코일(3) 양단에 나타나는 출력 전압을 검출하기 위한 전압 검출 회로(12)용으로 이용될 수 있다.

제10(b)도에 도시된 회로는 제3도에 도시된 합산 회로와 제어 회로(14)에 대응한다. 전압 검출 회로(11 및 12)에 의해 검출된 전압(V1 및 V2)는 각각 특정 회로에 공급되고 증폭기(OP3)의 비반전 입력 단자에 번갈아 공급되는 전압(V3)까지의 교차 지점에서 합산된다. 반전 입력 단자에 입력 된 것은 기준 전압(Vref)이다. 기준 전압(Vref)은 GND, 공급 전력(V_EE), 및 저항(R11 및 R12)에 의해 결정된다. V3와 Vref사이의 전압 편차의 시적분(integrating in time)에 의해 얻어진 편차 신호(S1)가 출력된다. 제9도의 기전 회로(15)는 제10(c)도의 발진 회로 (oscillation circuit) 및 제10(d)도의 구동 회로에 의해 구성된다. 제10(c)도의 발진 회로는 정방형파 출력(S2)을 발생하는 회로이며, 정방형파 출력(S2)의 주기는 커패시터(C4) 및 저항(R16 및 R17)에 의해 결정된다. 제9(d)도의 발진 회로에서 발생되는 정방형파출력(S2)와 제어 회로 (14)에서 발생되는 편차 신호(S1)가 각각 제10(d)도의 구동 회로로 공급된다. 정방형파 출력(S2)은 트랜지스터(T1)을 선정의 주기에서 온 상태 또는 오프 상태로 만들고, 정방형파 전압은 코일(4)의 A2 단자로 도출된다. 편차 신호(S1)는 트랜지스터(T1)를 온 상태 또는 오프 상태로 만들고 코일(4)의 A1단자로 공급된 정방형파 전압을 조절하며, 코일(4)로 도출된 정방형파 전압의 증폭을 제어한다.

상술한 실시예에서, 코일(4)에 공급된 정방형파 전압의 증폭은 제어된다. 그러나, 제10(e)도에 도시된 것처럼 코일(6)은 출력 주파수가 편차 신호 (S1)에 의해 제어되는 VCO의 출력을 수신하는 게이트를 가진 전력 트랜지스터(PT)로부터의 출력에 의해 기전될 수 있다. 상술한 구조에서, 코일(4)에 공급된 정방형파 전압의 주파수는 제어된다. 제10(f)도에 도시된 것처럼, 톱니파 발생 회로(SG)로부터 출력된 톱니파와 편차 신호(S1)는 비교기(COMP)에 공급되고, 코일(6)은 그 게이트에서 비교기(COMP)로부터 출력된 정방형파 전압을 수신하는 전력 트랜지스터(PT)로부터의 출력에 의해 기전될 수 있다. 상술한 구조에서, 코일(6)에 공급된 정방형파 전압의 충격 계수(duty ratio)가 제어된다. 제11도는 상술한 자기 위치 센서의 기전 코일(6)에 기전함으로써 코일(2 및 3)양단에 나타나는 AC전압을 기준으로 한 가동 자기 부재(7a,7b,8,8a 또는8b)의 각 위치를 나타내는 위치신호를 얻기 위한 결정 기능을 가진 위치 신호 발생 회로의 실시예를 도시하는 블록도이다.

제11도에 도시된 위치 신호 발생 회로는 기전 회로(20), 합산 회로(21), 결정 회로(22), A/D 변환기(23), 및 제어기(24)를 포함한다.

상술한 위치 신호 발생 회로의 동작이 아래에 설명된다.

먼저, 제어기(24)는 제12(a)에 도시된 명령 신호(instruction signal)를 기전 회로(20)에 공급한다. 기전 회로(20)는 명령 신호에 응답하여 제12(b)에 도시된 구형 파를 가진 기전 펄스를 발생하며, AC로 기전 코일(6)을 기전한다. AC전압은 검출 코일(2 및 3)내에서 상술한 AC로 기전된 기전 코일(6)로부터 방출되는 자속에 의해 각각 유도된다. 상술한 검출 코일(2 및 3)에서 유도된 AC전압은 합산 회로(21)로 공급되어 합산되고, 제12(c)도에 도시된 합산값 신호가 된다. 다음으로, 합산 회로(21)로부터의 합산 값 신호 및 기준 전압(Vref) 는 결정 회로(22)로 각각 공급된다. 제12(c)도에 도시된 것처럼, 결정 회로(22)는 제12(d)도에 도시된 것처럼 논리 값 '1'의 인에이블 신호를 발생하며, 합산 값 신호의 순시치가 기준 전압(Vref)보다 작지 않을 때 제어기(24)로 공급한다. 검출 코일(2)내에서 유도된 AC전압은 제12(e)도에서 도시된 것과 같은 파형을 가지고, 위치 신호를 얻기 위해 센서 출력으로서 A/D변환기(23)에 공급되어, A/D변환된다. 제어기(24)는 인에이블 신호의 상승 에지 또는 하강 에지를 포착(catch)하여 그때 A/D변환기(23)으로부터의 센서 출력을 패치(fetch)하여 가동 자기 부재(7 또는 8)의 위치를 나타내는 위치 신호를 얻는다. 위치 신호는 필요하다면 다른 소자에 공급될 수 있다.

상술한 명령 신호는 센서 출력, 즉 위치 신호가 요구될 때, 제어기(24)에 의해 발생된다는 점에 주목해야 한다. 명령 신호는 센서가 내연 기관에 대한 드로틀 개구부 센서처럼 이용될 때 점화(ignition) 시간과 동기하여 나타나는 명령 펄스일 수 있다.

위치 신호가 상술한 위치 신호 발생 회로내의 검출 코일(2)로부터의 출력을 기초로 얻게 되지만, 검출 코일(2 및 3)중의 적어도 하나로부터의 출력은 위치 신호를 얻기 위해서 센서 출력에 할당된다.

상술한 실시예에서 구형파가 기전 펄스로 이용되지만, 정현파도 이용될 수 있음을 주목해야 한다. 다시 말하면, 적어도 AC성분은 기전 코일(6)내로 유입되는 기전 전류로서 충분히 포함된다는 것이다.

상술한 구조를 가지는 위치 신호 발생 회로에 있어서, 검출 코일(2 및3)내에서 유도된 AC전압의 합산값의 순시치가 선정된 레벨을 취할 때, 그 시간에서의 AC전압을 나타내는 값은 인에이블 신호의 에지에 의한 센서의 위치 신호로 간주되어, 검출 될 가동 부재의 위치는 정확히 검출될 수 있다. 더욱이, 검출될 가동 부재의 각위치는 인에이블 신호가 존재할 때만 검출되므로, 전력 소비의 절감이 가능해질 수 있다.

제13도에 도시된 것처럼, 검출 코일(2 및 3)내에 유도된 AC전압의 합산값이 검출 코일(2 및 3)을 서로 직렬로 연결하고,코일(2 및 3)의 직렬 연결 양단의 전압을 검출함으로써 얻어지는 경우, 합산 회로는 불필요하여 경비 절감이 가능하다.

다음으로, 제11도내의 기전 회로(20)의 몇가지 예가 제14도, 제16도 ,제18도 및 제19도내에서 도시된다.

제14도에 도시된 예에서, 제11도에 도시된 기정 회로(20)은 단안정 멀티바이브레이터(monostable multivibrator)를 포함한다. 멀티바이브레이터는 연산 증폭기 의 비교기(OP1 및 OP2), 커페시터(C1 내지 C3), 저항(R1 내지 R5), RS 플립-플롭 (25), 및 버퍼 증폭기(B)를 포함한다.

다음은 제14도에 도시된 회로의 기본 동작을 설명한다.

제14도에 도시된 단안정 멀티바이브레이터에서, 방전 트랜지스터(T1)는 제11도의 제어기(24)로부터 방출되는 명령 신호의 출현 이전에 온 상태로 되어 있고, 그러므로 커패시터(C1) 양단의 전압(VC)는 0V로 유지된다. L값을 가진 명령 신호의 펄스가 공급된다면, RS플립-플롭이 세트되고, Q출력은 H가 되고, 기전 펄스는 버퍼 증폭기(B)를 통해 방출된다. 이순간, 방전 트랜지스터(T1)는 오프 상태가 되고, 커패시터(C1)은 충전을 시작한다. 비교기(OP1)는 커패시터 양단의 전압(VC)를 기준 전압 (Vref)와 비교하며, 커패시터 전압(VC)이 Vref에 도달하면 RS 플립-플롭(20)은 리세트되고, Q출력은 L이 된다. 다음으로, 방전 트랜지스터(T1)는 다시 온 상태가 되며 커패시터는 방전한다.

여기서, 기전 펄스의 펄스 폭은 커패서터(C1) 및 저항(R1)의 시상수에 의존한다. 기준 전압(Vref)가 저항(R2 내지 R4)에 의해 구성된 분배기(divider)에 의해 결정된다.

외부 리세트 단자(R)는 RS 플립-플롭내에 제공된다. 외부 리세트 단자(R)의 리세트-입력이 L로 세트된다면, RS 플립-플롭(25)는 리세트되고, Q출력은 L이 되고, 기전 펄스의 발생은 다른 R 및 S 단자에 대한 입력을 고려하지 않고 종료한다. 제11도내의 결정 회로(25)로부터의 출력이 외부 리세트 입력 단자에 연결되고 인에이블 신호가 그 단자에 공급 될 때, 기전 펄스의 발생이 종료되는 구조를 가진다면, 기전 펄스는 유효 센서 출력의 검출후에 종료되므로, 불필요한 전력 소비가 절감될 수 있다. 제15(a)도 내지 제15(c)도는 기전 펄스가 인에이블 신호에 응답하여 종료하는 경우의 각개 신호의 파형을 도시한다. 제14도에서, 제15(c)도에 도시된 기전 펄스가 방출된다면, 제15(c)도에서 도시된 합산 값 신호가 얻어지고, 제15(b)도내에서 도시된 인에이블 신호는 합산값 신호가 기준 전압(Vref)보다 작지 않을 때 발생하는데, 인에이블 신호가 로우에서 하이로 천이할 때, 제15(c)도에 도시된 기전 펄스는 사라지게 된다. 이런 경우, 인에이블 신호가 L에서 H로 천이한다면, 제어기(24)는 위치 신호로서 검출 코일(2 또는 3)으로 부터의 출력 신호 레벨을 페치한다.

제16도에 도시된 예에서, 제11도에 도시된 기전 회로(20)는 비안정 멀티바이브레이터를 포함한다. 제16도의 비안정 멀티바이브레이터에서, 동일 참조 번호는 제14도의 단안정 멀티바이브레이터와 일치하는 동일 부분에 할당되며, 이분분에 대한 설명은 생략된다.

제16도의 비안정 멀티바이브레이터는 커패시터(C1)로의 충전과 커패시터(C1)로부터의 방전을 자동으로 반복하여 기전 펄스를 발생시킨다. 커패시터(C1)내의 전압(VC)가 상승하며, 예를 들면, 공급 전압 (VCC)의 2/3까지 상승한다면, 비교기(OP1)는 RS 플립-플롭(20)을 리세트하고, 방전한다. 비교기(OP2)는 방전동안 VC를 모니터하고, VC가 VCC의 1/3까지 떨어지면, 비교기는 RS 플립-플롭을 세트하고, 충전으로 전환된다. 기전 펄스는 이동의 반복에 의해 반복적으로 발생된다. 제 17(a)도 내지 제17(d)도는 제11도내의 위치 신호 발생 회로에서 발생된 신호 파형을 각각 도시하는 파형 차트도이며, 제17(a)도에서 도시된 기전 펄스가 제16도의 비안정 멀티바이브레이터로부터 방출된다면, 제17(b),(c) 및 (d)도에서 도시된 것과 같은 합산 값 신호, 인에이블 신호, 및 센서 출력이 각각 발생된다. 이런 경우에, 제어기(24)로부터의 판독용 명령 신호는 필요하지 않고 인에이블 신호 및 위치 신호는 제어기(24)로 간헐적으로 공급된다.

제18도의 예에서, 제11도의 기전 회로(20)는 차량내의 내연 기관용 점화 코일 구동 회로를 포함한다. 이 예는 차량내의 내연 기관용 점화 코일 구동기 회로를 구동하는 회로는 본 발명에 의한 자기 위치 센서가 차량내에 포함될 때 기전 회로로써 이용될 수 있다.

다시 말하면, 기전 코일(60)은 서로 평행하게 점화 코일(28)에 연결된다. 기전 코일(6)은 점화 코일 구동기(27)로부터 방출되는 기전 펄스에 의해 기전된다. 기전 코일(6)에서, 그 임피던스는 점화 코일(28)과 비교해서 더 크므로, 실질적인 영향이 점화 코일(28)상에 나타나지 않는다. 제19도의 실시예에서, 제11도의 기전 회로(20)는 차량내의 내연 기관용 주입 (injector)구동기 회로를 포함한다. 다시 말하면, 본 발명에 의한 자기 위치 센서가 차량내에 포함된다면, 차량내의 내연 기관용 주입구동회로는 기전 수단으로 이용될 수 있다. 다시 말하면, 기전 코일(6)은 서로 평행 하게 주입기(31)내로 연결되고, 기전 코일(6)은 주입 구동기(30)로부터의 기전 펄스에 의해 기전된다. 기전 코일(6)에서, 그 임피던스는 주입기(31)에 비해서 더 크므로, 주입기(31)상에 실질적 영향이 나타나지 않는다는 점을 주목해야 한다.

유사하게, 기전 코일(6)은 원동기 차량에서 이용되는 EGR 밸브(배기 개스 재순환 밸브)와 같은 솔레노이드 밸브를 기전하는 기전 수단에 의해 기전될 수 있다.

제20도 및 제21도는 결정 회로(22)의 구체적 구조를 각각 도시하는 전기 회로도이다.

제20도는 제11도에 도시된 결정 회로(22)의 구체적 예이며, 제11도의 합산 회로로부터 제기된 합산값 신호는 연산 증폭기의 비교기(OP3)의 비-반전 입력 단자와 반전 입력 단자에 대한 기준 전압(Vref)에 각각 공급되다. 비교기(OP3)는, 합산 값 신호가 기준 전압(Vref)보다 작지 않을 때 인에이블 신호로서 논리 값 1을 발생한다.

제21도에 도시된 구체예에서, 제11도에 도시된 결정 회로는 원도우 비교기를 포함한다.

제21도에 도시된 원도우 비교기에서, 합산값 신호는 연산 증폭기의 비교기 (OP5)의 반전 입력 단자뿐만 아니라, 연산 증폭기의 비교기(OP4)의 비-반전입력단자에 공급되며, 기준전압(Vref1)은 비교기(OP4)의 비-반전 입력 단자에 공급되는 반면, 기준 전압(Vref2)은 비교기(OP5)의 반전 입력 단자 각각 공급된다. 여기서, 기준 전압은 Vref1 ＜ Vref2의 관계를 가진다. 원도우 비교기는 합산값 신호가 Vref1 과 Vref2의 범위내의 값을 가질 때, 제22도에 도시된 것처럼 인에이블 신호로서 1의 논리값을 발생한다.

제11도에 도시된 결정 회로(22)는, 합산값 신호의 순시치가 선정 레벨보다 높을 때 인에이블 신호를 발생한다는 점을 주목해야 한다. 센서 출력은, 기전 코일(6)내로 유입되는 기전 전류의 순시치가 선정 레벨보다 작지 않을 때 안정하다는 것으로 판단될 수 있다.

따라서, 제23도는 기전 코일(6)내로 유입되는 기전 전류의 순시치가 선정 레벨보다 높을 때, 인에이블 신호를 발생하는 결정 회로(22')를 도시한다. 제23도에 도시된 결정 회로(22')에서, 전류 검출용 저항(8)은 기전 코일(6)에 직렬로 연결된다. 기전 코일(6)이 제24(c)도에 도시된 것처럼 기전 회로(20)로부터 방출된 기전 펄스에 의해 기전 될 때, 기전 전류는 기전 코일(6)내로 유입된다. 저항(8)은 상술한 것처럼 기전 전류를, 예를 들어, 제24(a)도에 도시된 대응 전압(Vi)으로 변환하며, 전압(Vi)을 연산 증폭기의 비교기(OP6)의 비-반전 입력 단자에 공급한다. 비교기(OP6)의 반전 입력 단자에는 기준 전압(Vref)가 공급된다. 비교기(OP6)는, 전압(Vi)의 순시치가 기준 전압 (Vref)보다 작지 않을 때, 제24(b)도에 도시된 것처럼 인에이블 신호를 발생한다.

제25도는 센서 출력중의 하나를 홀드하는 샘플 홀드(sample hold)회로로서 이는 인에이블 신호에 응답하여 샘플로서 검출 코일로부터의 출력 신호를 홀드하므로, 샘플로서 홀드된 신호는 위치 센서의 위치 신호로서 이용된다.

제25도에 도시된 샘풀 홀드 회로는 샘플기(32), 홀드 커패시터(C4), 및 연산 증폭기(OP7)를 포함한다. 샘플 홀드 회로는 샘플을 홀드하고, 센서 출력은 제26(b)도에 도시된 것과 같은 파형을 가진 인에이블 신호에 응답하여 제26(a)도에 도시된 파형을 가지고,위치 신호로서 제26(c)도에 도시된 것과 같은 파형을 가진 샘플 홀드신호를 발생한다. 좀 더 상세히 설명하자면, 샘플기(32)는 인에이블 신호가 존재하지 않는 한 개방 상태이다. 샘플기(32)가 닫힌 상태면, 센서 출력은 커패시터(C4)내로 충전되고 유지된다. 커패시터(C4)로의 충전은 샘플기(32)가 닫힌 상태일 때의 저항(R)과 홀드 커패시터(C4)의 곱, 즉 시상수 R·C4의 값으로 실시된다. 샘플기(32)가 개방 상태일 때, 커패시터(C4)내에 충전된 전압이 유지되어, 제26(c)에 도시된 것처럼 위치 신호가 발생되는 샘플-홀드 신호가 발생된다. 상기의 구조로, 인에이블 신호가 존재하지 않더라도, 위치 신호는 출력되는데 이는 제26(c)도에 도시된 것처럼 위치 신호가 항상 얻어질 수 있음을 의미한다. 상술한 샘플 홀드 회로에서, 제21도에 도시된 원도우 비교기에 의해 발생된 인에이블 신호가 이용될 것이라는 점에 주목해야 한다.

제어기(24')는 제11도에 도시된 제어기(24)를 변형함으로써 얻어지며, 제어기(24')는 검출 코일(2 및 3)로부터의 출력 전압을 기준으로 한 위치 신호를 합산 회로 (21)나 결정 회로 22를 이용하지 않고 위치 신호를 얻는다. 제27도는 제어기(24')를 이용하므로서 위치 신호를 발생하기 위한 스브루틴을 도시하는 흐름도를 도시한다.

제어기(24')에서, 위치 신호의 발생을 위해 주 루틴(도시되지 않음)에서 서브루틴으로 시스템 제어가 천이할 때, 제어기(24')는 전압 데이터(V1 및 V2)로서 검출 코일(2 및 3)내에서 각각 발생된 AC전압을 우선 판독한다 (단계1). 다음으로, 판독된 전압 데이터(V1 및 V2)는 합산값(V3)를 얻도록 서로 가산된다 (단계2).다음으로, 합산값이 선정의 값 a 보다 작지 않은가를 결정한다 (단계3). 합산값이 선정의 값 a 보다 작은 것으로 결정되면, 시스템 제어는 단계1(S1)로 돌아가는데, 여기서 전압 데이터(V1 및 V2)가 판독되며, 합산값이 선정의 값 a 보다 작지 않을 때까지 동일한 루틴이 반복된다. 반면에, 단계4(S4)에서 V1/(V1+V2)의 계산이 위치 신호α를 얻도록 실행된 다음, 서브루틴은 종료되고, 시스템 제어는 주 루틴으로 돌아간다. 제어기(24')는 또한 제어기(24)에서처럼 내연 기관 등의 점화 시간에 동기화된 타이밍과 같은 적절한 타이밍에서 명령 신호를 기전 회로(20)에 공급한다는 점에 주목해야 한다.

제28(a)도, 제28(b)도, 제29도 및 제31도는 본 발명의 다른 실시예를 도시하는데. 이동 물체의 각위치 또는 선형 위치가 상술한 자기 센서를 이용해서 위치 신호를 생성하는 방법과 동일한 원리에 의해 검출된다.

제28(a)도 및 제28(b)도는 검출 코일(2 및 3)를 대신해서 홀 조사(Hall element; 2a 및 3a) 가 이용된다는 점을 제외하고는 제13도에 도시된 자기 위치 센서와 동일한 자기 위치 센서를 도시한다. 동일 참조 변호가 제13도에 도시된 센서의 것에 대응하는 부분에 할당되고, 그 설명은 생략된다.

제28(a)도 및 제28(b)도에 도시된 자기 위치 센서는 원형 부재(1a)상에 위치된 한쌍의 홀 소자(2a 및 3a)를 가진다. 이 도면에서, 기전 코일(6)은 여기에 도시되지 않은 기전 회로에 의해 구동되고, 고정 자기 부재(1) 내에서 발생된 자속은 홀소자(2a 및 3a)에 의해서 검출되며, 가동 자기 부재(8)의 각위치를 나타내는 센서 출력 신호가 얻어질 수 있다. 검출의 원리는 제13도에 도시된 자기 위치 센서의 원리와 동일하며, 또한 위치 신호는 상술한 것과 동일한 방법으로 얻어질 수 있다. 코일(6)의 기전 이전의 초기 센서 출력 신호는 홀 소자에 의한 전압 오프셋이며, 그러므로 좀더 정확한 위치 데이타는 초기 센서 출력 전압에 따른 이 오프셋 전압을 교정함으로써 얻어질 수 있다는 것을 알 수 있다.

제29도에 도시된 자기 위치 센서는 원형 자기 경로를 형성하는 고정된 자기 부재(1a 및 1b)를 가진다. 자기 위치 센서는 고정 자기 부재(1a) 주위에 감긴 2개의 검출 코일(2 및 3)과 2개의 기전 코일(6a 및 6b)를 포함한다. 더욱이, 자기 위치 센서는 고정 자기 부재(1a)상에 이동가능하게 장착된 단락-회로 코일(8a)를 가진다. 한쌍의 기전 코일(6a 및 6b)는 원호 상에 2개의 다리를 가진 부재 주위에 각각 감긴다. 한쌍의 코일(2 및 3)은 기전 코일(6a 및 6b)와 서로 인접하는 위치에서의 원호 상의 부재(1a)주위에 각각 감긴다. 단락-회로 코일(8a)은 가동 부재(도시되지않음)와 함께 위치가 검출되는 원호 상에 부재(1a)를 따라 자유롭게 움직일 수 있다.

상술한 구조를 가진 자지 위치 센서에서, 기전 코일(6a 및 6b)이 기전 회로 (20)에 의해 AC-기전될 때, 기전력은 검출 코일(2 및 3)내에서 각각 발생된다. 기전력 은 또한 단락-회로 코일(8a)내에서 발생하고, 단락-회로 전류는 카운터 자속을 발생하도록 코일(8a)내로 유입된다. 이 카운터는 자속이 검출 코일에 나타나는 전압에 영향을 미친다. 검출 코일(2 및 3)에 의해 발생된 전압(V1 및 V2)사이의 전압 편차가 발생된다. 검출 코일(2 및 3)이 차등적으로 감겼다면, 고정 자기 부재(1a)의 중심 위치(C)를 참조하여 전압 편차(V1-V2)를 계산할 때, 제30도에 도시된 것과 같은 선형 변화가 단락-회로 코일(8a)의 위치에 의하여 발생한다. 검출 코일(2 및 3)로부터의 출력은 서로 합해지고, 그 합한 값은 제11도에 도시된 것과 동일한 결정회로(22)로 공급된다.

제31도는 가동 자기 부재가 선형적으로 이동하는 자기 위치 센서의 단면도를 도시한다.

제32도는 제31도에 도시된 자기 위치 센서를 포함하는 위치 검출 회로를 도시한다. 제31도에 도시된 자기 위치 센서는 한 쪽 끝이 열리고 한 쪽 끝이 닫힌 원통형 보빈(cylindrical bobbin;33)을 가진다. 기전 코일(6a 및 6b)은 돌출 부분(33a)가 중간에 위치한 돌출 부분(33a 및 33b)사이와 돌출 부분(33a 및 33c)사이에 각각 감긴다. 검출 코일(2 및 3)은 기전 코일(6a 및 6b) 주위에 감긴다. 또한, 가동 부재(32)는 코어(34)가 가동 부재(32)의 팁(tip)부분에 포함되어 있는 보빈(33)속으로 동작가능하게 삽입되어, 코어(34)는 동축 방향으로 빈 공간내로 보빈(33)과 함께 자유롭게 동작할 수 있다.

상술한 구조를 가진 자기 위치 센서는 차동 변압기의 원리를 기준으로 한다. 여기에 도시되지 않은 기전 회로에 의해 AC-기전된다면, 기전 코일(5a 및 5b)는 자속을 방출하고 기전력(V1 및 V2) 은 검출 코일(6a 및 6b) 내에서 발생된다. 기전력(V1 및 V2) 은 코어(34)의 위치에 따라 크기가 변화한다. 여기서 코어(34)의 위치 즉 가동 부재(32)의 위치는 제29도에 도시된 자기 위치 센서의 경우처럼 검출될 수 있다.

상술한 자기 위치 센서는 검출될 본체의 위치와 관련하여 선형 출력 특성을 얻는다. 그러나, 검출될 본체의 위치에 대응하는 스위치 출력이 아래에 설명하는 자기위치 센서에서 얻어진다.

제33도는 스위치 출력을 생성하는 자기 위치 센서의 제1실시예를 도시한다.

제3도에 도시된 자기 위치 센서에서 먼저 고정된 자기 부재(1)는 세로 방향의 하단부와 하단부(1a)의 세로 방향에 수직적인 방향으로 각각 돌출된 돌출부(1b 내지 1d)를 포함하고 E-형태를 지닌다. 가동 자기 부재(40)는 실질적으로 평행한 돌출부(1b내지 1d)의 자유 에지 면(1bb 내지 1dd)으로부터의 특정 공간에 위치한다. 검출 코일(6a), 기전 코일(5), 및 검출 코일(6b)는 돌출부(1b,1c, 및 1d)주위에 각각 감겨져 있다.

상기 구조에서, 돌출부(1b 및 1c)사이의 간극은 돌출부(1c 및 1d)사이의 간극 보다 크다. 그러나, 돌출은 균등 거리로 위치할 수 있고, 이는 설계상의 문제이다.

가동 자기 부재(40)가 지지 부재(supporting member)(도시되지 않음) 에 의해 지지되고, 구동 수단(도시되지 않음)에 의해 세로방향(화살표 M으로 표시된방향)을 따라 선형적으로 이동할 수 있다. 가동 자기 부재(40)의 길이 X는 돌출부(1b) 측면과 돌출부(1c)의 것 사이의 간격 L1보다 크다.

다음으로, 자기 위치 검출 스위치의 동작 원리를 상세히 설명한다.

우선, 돌출부(1c) 주위에 감긴 기전 코일(5)은 기전 회로(20)에 의해서 기전되고, 자속을 발생한다. 자속은 2부분으로 분기되는 가동 자기 부재(40)로 진입하고 분기된 2개의 자속은 돌출부(1b 및 1c)를 각각 통과하고, 다음으로 하단부(1a)를 통과하며, 돌출부(1c)로 돌아오므로 2개의 폐자기 경로(S1 및 S2)(도면에서는 하나의 긴선과 2개의 점선으로 표현된 실선임)를 형성한다. 2개의 폐 자기 경로(S1 및 S2)를 통과하는 자속의 밀도는 가동 자기 부재(40)의 위치에 따라 변화한다는 것을 알 수 있다. 예를 들면, 도면에서 가동 자기 부재가 돌출부(1b)쪽으로 움직인다면 검출 코일(6a)을 쇄교하는 자속의 밀도는 증가하고, 검출 코일(6b)을 쇄교하는 자속의 밀도는 동일 비율로 감소한다. 반면에, 가동 자기 부재(40)이 돌출부(1d)쪽으로 움직인다면, 상기와 반대의 현상이 발생한다. 가동 자기 부재(40)와 고정 자기 부재(1)사이의 상대적 위치에 대응하는 기전력이 검출 코일(6a 및 6b)내에서 발생된다.

여기서, 가동 자기 부재(40)의 기준 지점(0)으로부터의 이동 거리(travel;Δa)와 코일(6a 및 6b)내에서 발생된 각각의 기전력(Va 및 Vc)사이의 관계가 제26도에 도시된다. 그러므로, 가동 자기 부재(40)가 선정된 위치에 놓인 상태가 검출 코일내의 기전력을 검출함으로써 검출 될 수 있다.

제35도는 제33도에 도시된 자기 위치 센서로부터의 센서 출력을 얻기 위한 검출 회로이다.

제33도에 도시된 자기 위치 센서내의 기전 코일(5)이 기전 될 때, 자속이 발생되고 기전력은 자속의 영향으로 검출 코일(6a 및 6b)내에서 유도된다. 제35도는 기전력을 기준으로 한 센서 출력을 얻기 위한 검출 회로를 도시한다.

검출 회로는 연한 증폭기의 비교기(OP8), 서로 직렬로 연결된 검출 코일(6a 및 6d) 및 기준 전압(Vref)을 발생하도록 서로 직렬로 연결된 저항(R9 및 R10)을 포함한다.

제36(a)도 내지 제36(d)도 및 제37(a)도 내지 제37(d)도는 제35도내에 도시된 검출 회로의 주요부의 신호 파형을 각각 도시하는 파형의 차트도이다. 제36(d)도는 가동 자기 부재(40)가 도면에서 도시된 위치로부터 (1b)쪽으로 움직이고 돌출부(1b 및 1c)의 자유 에지 면(1bb 및 1cc)에 대향하는 위치에 도달할 때, 제33도에 도시된 자기 위치 센서에서의 검출 코일(6a)로부터의 출력 파형을 도시한다.

제37(a)도 내지 제37(d)도는 가동 자기 부재(40)가 제33도에 도시된 위치로부터 돌출부(1d)쪽으로 이동하고 돌출부(1c 및 1d)의 자유 에지 면(1cc 및 1dd)에 대향하는 위치에 배치될 때, 검출 코일(3)으로부터의 출력의 파형을 도시한다.

검출 회로에서, 제36(a)도 및 제37(a)에서 각각 도시된 것과 같은 기전 펄스가 기전 회로(20)으로부터 방출될 때 제36(b)도, 제36(c)도, 제37(b)도, 및 제37(c)도에서 도시된 것과 같은 검출 코일로부터 합산값 신호 및 출력 전압이 발생된다. 검출 코일(6a)로부터의 출력전압이 비교기(OP8)의 비-반전 입력 단자에 공급되며, 코일(6a 및 6b)내에서 발생된 전압을 가산함으로써 얻어지는 합산값 신호를 나눔으로써 얻어지는 기준 전압(Vref)가 반전 입력 단자에 공급된다.

검출 코일(6a)로부터의 출력 전압이 기준 전압(Vref)보다 작지 않을 때, 제36(d)도에 도시된 것처럼 비교기(OP8)는 논리 신호1을 발생한다.

상술한 구조를 가진 검출 회로에 따라, 기전 코일(20)을 기전하는 기전 펄스의 진폭이 변동하더라도 센서 출력은 그 변동에 거의 영향을 받지 않는다는 점에 주목해야 한다. 예를 들면, 기전 펄스가 더욱 작아지면, 코일(6a)로부터의 출력 전압의 감쇄율(decreasing ratio)는 검출 코일(6a 및 6b)로부터의 출력 전압을 합산함으로써 얻어지는 합산값과 동일해져서 검출 에러가 센서 출력내에서는 발생하지 않는다.

다음은 위치 신호를 얻기 위해서 제33도에 도시된 자기 위치 센서와 결합된 위치 검출 회로를 설명한다. 제33도에 도시된 자기 위치 선서의 기전 코일(20)이 기전될 때, 자속이 발생하고 기전력이 검출 코일(6a 및 6b)내에서 각각 유도된다. 제38도는 기전력을 기준으로 한 위치 신호를 얻기 위한 전기 회로를 도시한다.

도면에서 도시된 위치 검출 회로는 서로 직렬 연결된 검출 코일(6a 및 6b), 다이오드(D3 및 D4), 저항(11 내지 13), 커패시터(C5 및 C6), 연산 증폭기를 각각 구성하는 비교기(OP9 및 OP10), 및 D형 플립-플롭(35)을 포함한다.

더욱이, 제39도는 제33도에 도시된 가동 자기 부재(40)가 도면에 도시된 위치로부터 돌출부(1b)쪽으로 움직여서, 돌출부(1b 및 1c)의 자유 에지 면(1bb 및 1cc)과 대향하는 부분에 위치할 때, 즉 검출 코일(6a)를 쇄교하는 폐자기 경로가 형성되었을 때의 파형을 특히 도시한다.

다음은 제39(a)도 내지 제39(h)도를 참고로 제38도에 도시된 위치 신호 발생 회로의 기본 동작을 설명한다.

먼저 제39(a)도에 도시된 것과 같은 기전 펄스가 기전 회로(20)로부터 발생할 때, 기전력은 코일(6a 및 6b)에서 발생한다. 검출 코일(6a)에 있어서, 예를 들면, 제39(c)도에 도시된 출력 전압이 발생된다. 검출 코일(6a)로부터의 출력 전압이 다이오드(D4)에 의해 정류되고, 저항(R12)과 커패시터(C6)로 구성된 필터를 통해 제39(e)도에 도시된 신호(i)로 변환되며 신호(i)는 비교기(OP10)의 공통 위상 입력 단자 내부로 입력된다.

반면에, 검출 코일(6a 및 6b)로부터의 출력 전압을 합산함으로써 얻어지는 제39(b)도에 도시된 것과 같은 파형을 가진 합산 값 신호는 다이오드(D3)에 의해 정류되고, 저항(R11)과 커패서터(C5)를 포함하는 필터를 통해 제39(d)도에 도시된 것과 같은 신호(h)로 변환되며, 상기 신호중의 하나는 비교기(OP9)의 비-반전 입력 단자에 공급되고, 다른 신호는 저항(R13 및 R15)에 의해 분기 되며 기준 전압(Vref2)로 변환되어 비교기(OP10)의 반전 입력 단자로 입력된다.

비교기(OP10)는 입력 전압(i)가 기준 전압(Vref2)이상일 때 논리값이 1인 센서 신호를 발생하고, 센서 출력은 D형 플립-플롭(35) 의 D단자에 공급된다.

반면에, 신호(h)가 기준 전압(Vref1)이상일 때, 비교기(OP9)는 인에이블 신호로서 제39(f)도에 도시된 것처럼 논리 값1을 발생하며, 인에이블 신호는 D형 플립-플롭(35)의 CK단자에 공급된다.

D형 플립-플롭(35)는 인에이블 신호의 하강 에지에서 센서 출력의 논리값을 래치하며, Q단자로부터 제39(h)도에 도시된 것처럼 위치 신호인 래치된 신호를 홀드하며 위치 신호를 홀드한다.

자기 위치 센서가 선정의 검출 코일로부터의 스위치 출력을 수용하도록 이용 될 때, 특정 검출 코일의 출력의 체크만이 요구되어 상기 구조는 특정 검출 회로로 부터의 출력이 특정 레벨보다 클때만 인에이블 신호가 발생되는 경우에 유효하다. 상술한 경우에, 상기 구조는 2 또는 그 이상의 검출 코일로부터의 출력의 합이 특정 레벨보다 클 때 인에이블 신호를 발생하는 것은 요구되지 않는다.

제40도는 스위치 출력을 발생하는 자기 위치 센서의 제2실시예를 도시한다.

이 도면에서 동일 참조 번호가 제33도에서 도시된 자기 위치 센서에 대응하는 동일 부분에 할당되며 그 설명은 생략된다.

제40도에 도시된 자기 위치 센서에서 고정 자기 부재(1)는 세로 방향으로 연장된 하단부(1a)를 가지고, 돌출부(1b 내지 1e)는 하단부(1a)에 수직적 방향으로 균등 간격으로 제공된다. 가동 자기 부재(40)은 돌출부(1b 내지 1e)의 자유 에지 면(1bb 내지 1ee)에 대향되게 위치하며, 그들과는 실질적으로 평행하다. 기전 코일(5)과 검출 코일(6a 내지 6c)은 돌출부(1b 내지 1e)주위에 각각 감긴다.

가동 자기 부재(4a)는 여기에 도시되지 않은 지지부(supporting body)에 의해 지지되고, 여기에 도시되지 않은 특정 구동 수단에 의해 세로 방향(화살표 M에 의해 표시된 방향) 로 선형적으로 움직일 수 있다. 가동 자기 부재(40)의 길이는 하단부(1a)의 길이와 실질적으로 동일하다.

다음은 상술한 자기 위치 센서에 의한 검출의 원리를 설명한다.

돌출부(1b) 주위에 감긴 기전 코일(5)이 기전 회로(20)에 의해 기전될 때, 자속이 발생한다. 자속은 가동 자기 부재(40)내로 진입하고, 돌출부(1c)를 통과하며, 다음으로 하단부(1a)를 통과하며, 돌출부(1b)로 돌아가서 폐자기 경로를 형성하여 코일(6a)내에서 기전력을 발생한다.

가동 자기 부재(40)가 도면에 도시된 위치에서부터 돌출부(1d)쪽으로 움직이고 또한, 돌출부(1d)의 자유 에지 면과 대향할 때, 코일(5)로부터 발생한 자속은 가동 자기부재(40)내에서 2부분으로 분기되고, 2개의 분기된 자속중 한 자속은 돌출부(1c)로 진입하고, 다른 자속은 돌출부(1d)내로 진입하며, 2개의 자속은 돌출부(1b)로 돌아가서, 2개의 폐 자기 경로를 형성하고 코일(6a 및 6b)내에서 기전력을 발생한다

더욱이, 가동 자기 부재가 돌출부(1e)쪽으로 움직이고, 또한 돌출부(1e)의 에지 면과 대향할 때, 3개의 폐 자기 경로가 형성되고 기전력이 검출 코일(6a,6b, 및 6c)내에서 각각 발생한다.

가동 자기 부재(40)의 주어진 기준 지점(0)으로부터의 이동 거리(Δa)와 코일(6a 내지 6c)에서 각각 발생된 기전력(Va 내지 Vc)사이의 관계가 제41(a)도 내지 제41(c)도에서 도시되며, 가동 자기 부재(40)의 위치는 검출 코일 양단에 나타나는 기전력을 기준으로 검출될 수 있다.

제42도는 위치 신호를 생성하기 위한 제40도에 도시된 자기 위치 센서와 결합된 위치 신호 발생 회로의 실시예를 도시한다. 제42도에 도시된 자기 위치 센서 내의 기전 코일(5)가 기전될 때, 자속이 발생되고, 기전력은 검출 코일을 쇄교하는 자속에 의해 유도된다. 제42도는 상술한 기전력을 기준으로 한 위치 신호를 생성하는 위치 신호 발생 회로를 도시한다.

제42도에서 도시된 위치 신호 발생 회로는 합산 회로(21), 연산증폭기를 각각 구성하는 비교기(OP15 내지 OP18), D형 플립-플롭(36 내지 38), 저항(R11 내지 R14), 및 상전압 공급 유닛(Vcc)를 포함한다.

위치 신호 발생 회로에서, 검출 코일(6a 내지 6c)에서 발생한 전압은 합산 회로(21)에 각각 공급된다. 합산 회로(21)은 상기 전압의 합을 통해 얻어지는 합산값 신호를 비교기(OP18)의 비반전 입력 단자에 공급한다. 기준 전압(Vref1)이 비교기(OP18)의 반전 입력 단자에 인가된다. 합산값 신호가 기준값 레벨(vrefl)이상일때, 비교기(OP18)는 인에이블 신호로서의 논리값 신호1을 각각의 D형 플립- 플롭(36 내지 38)의 CK 단자로 공급한다.

반면에, 검출 코일(6a 및 6b)내에서 발생된 전압은 비교기(OP15 내지 OP17)의 비-반전 입력 단자에 각각 공급되며, 기준 전압(verf2)는 반전 입력 단자에 공급된다. 어떤 입력 전압이라도 기준 전압(Vref2) 이상이면, 대응하는 비교기(OP15 내지 OP17)중의 하나는 센서 출력(1 내지 3)중의 하나로서 논리값1을 발생하며, 이를 D형 플립-플롭(36 내지 38)의 D단자에 공급한다. D형 플립-플롭(36 내지 38)은 센서 출력(1 내지 3)에 대한 논리 값을 래치하고, Q단자의 위치 신호(1 내지 3)이 되는 래치된 신호를 각각 출력한다.

제43도는 하나 또는 그 이상의 스위치 출력을 생성하기 위한 자기 위치 센서의 제3실시예를도시한다.

제43도에서, 동일 참조 번호가 제33도에 도시된 자기 위치 센서내에 대응하는 동일 부분에 할당되며, 그 설명은 생략된다.

제43도에 도시된 자기 위치 센서는 세로 방향으로 연장되는 하단부(1a), 각각 으로부터 균등 간격으로 위치한 돌출부(1b 내지 1g)를 구성하고 하단부(1a)에 수직방향으로 돌출된 고정 자기 부재(1), 돌출부(1b 내지 1d)의 에지 면(1bb 내지 1gg)과 부합하고 실질적으로 서로 평행한 가동 자기 부재(40), 돌출부(1b 내지 1g) 주위에 감긴 코일(6a 내지 6f) 및 하단부(1a)의 서로 인접한 돌출부 주위에 감긴 코일(5a 내지 5e)를 포함한다.

가동 자기 부재(40)는 여기에 도시되지 않은 지지 부재에 의해 지지되고, 여기에 도시되지 않은 구동 수단에 의해 세로 방향(화살표 M으로 표시된 방향)로 상호적으로 움직일 수 있다.

가동 자기 부재(40)의 길이는 서로 인접한 돌출부의 측면사이의 간격 L과 동일하다.

비록 가동 자기 부재(40)의 길이가 상술한 실시예에서의 간격 L과 동일하지만, 가동 자기 부재의 길이는 간격 L 이상이 될 수 있다는 점에 주목해야 한다.

이 도면에서, 코일 (5a 내지 5e)은 자속을 각각 발생하도록 기전 회로(20)에 의해 발생하는 기전 펄스에 의해 기전된다. 자속은 가동 자기 부재(40)와 자유 에지 면에서의 가동 자기 부재(40)에 대향하는 2개의 돌출부로 폐 자기 경로를 형성하고, 기전력은 돌출부 주위에 감긴 2개의 코일내에서 발생된다.

코일(5a 내지 5e)은 자속을 발생하기 위해 기전 회로(20)로부터 발생된 기전 펄스에 의해 기전된다. 이 도면에서, 기전 코일(5a)에 의해서 발생된 자속은 돌출부(1d)와 가동 자기 부재(40)을 통과하고, 돌출부(1e)로 진입하며, 기전 코일(5c)로 돌아가므로, 기전력이 검출 코일(6c 및 6d)내에서 발생되는 하나의 폐 자기 경로가 형성된다. 폐 자기 경로는 가동 자기 부재의 이동 거리에 따라 서로 인접한 돌출부들사이에 형성되고, 기전력이 돌출부 주위에 감긴 한 쌍의 코일내에 발생하므로, 가동 부재(40)의위치는 기전력에 기초하여 검출될 수 있다.

가동 자기 부재(40)의 기준 위치(0)로부터의 이동 거리(Δa)와 코일(6a 내지 6f)내에서 발생한 기전력 사이의 관계는 제44(a) 내지 제44(f)로부터 각각 알 수 있다. 가동 자기 부재(40)의 위치는 검출 코일(6a 내지 6f)내의 기전력을 기초하여 검출될 수 있다는 것이 명백하다.

제45도는 하나 또는 다수의 스위치 출력을 생성하는 자기 위치 센서의 제4실시 예를 도시한다.

제45도에 도시된 센서는 회전 본체(rotable body)의 각위치를 검출하는데 이용된다.

제45도에 도시된 자기 위치 센서는 고정 자기 부재(1), 가동 자기 부재(40), 검출 코일(6a 및 6b), 및 기전 코일(5)을 포함한다. 고정 자기 부재(1)는 반원형 부분을 포함하는 U-형 고정 자기 부재(1a) 고정 자기 부재(1a)의 두 다리 부분의 양단을 브릿지하는 로드-형(rod-shaped) 자기 부재(1b), 및 고정 자기 부재(1a)의 원주형 내부 표면(1aa)으로부터 각각 돌출하는 돌출부 (1a1, 1a2, 및 1a3)를 포함한다. 원형 부재(1a) 및 로드-형 부재(1b)는 원형 장치를 형성하고, 돌출부(1a1,1a2,1a3)는 상기 원형 장치내에 제공된다.

가동 자기 부재(40)의 회전 반경은 원형 부재(1a)의 곡률 반경보다 작은 값으로 설정되며, 곡률의 중심은 회전 중심과 일치한다.

가동 자기 부재(40)는 상술한 원내에 위치하고 원형부 부재(40b)와 원형부 부재(40b)에 고정된 팬-형 부재(40a)를 포함한다. 원형부 부재(40b)는 여기에 도시되지 않은 스크루(screw)와 같은 결합 수단에 의해 회전 샤프트에 연결되는 반면, 가동 자기 부재(40)는 여기에 도시되지 않은 회전 샤프트에 의해 지탱되며, 방사 방향의 팬-형 부재(40a)의 에지 면은 돌출부(1a1내지 1a3)의 자유 에지 면(1a11 내지 1a33)과 접촉하지 않고 원현 부재(1a)의 원주 내벽(peripheral internal wall;1aa)을 따라 회전 이동을 한다.

한쌍의 검출 코일(6a 및 6b)가 돌출부(1a1 및 1a3) 주위에 감기는 반면, 기전 코일(5)은 돌출부(1a2) 주위에 감긴다.

상술한 구조를 가진 자기 위치 센서에서, 기전 코일(5)이 기전 회로(20)에 의해 기전된다면, 코일(5)로부터 발생된 자속은 팬-형 부재(40a)를 통과하고, 돌출부(1a3)를 통해 원형 부재(1a)에 진입하며, 코일(5)로 돌아가므로, 기전력이 코일(6b)내에 발생되는 하나의 폐 자기 경로가 형성된다. 자기 경로는 가동 부재(40b)의 각위치에 따라 형성될 수도 있고 형성되지 않을 수도 있다. 제46도에서의 관계는 가동 자기 부재(40)의 회전 중심과 돌출부(1a3)의 한측면을 연결하는 선(OP)과 팬-형 부재(40)에 의해 형성된 각, 즉 각위치(Δθ)와 검출 코일(6a 및 6b)내에서 각각 발생된 기전력(Va 및 Vb)사이의 관계를 설명한다. 가동 자기 부재(40)가 특정 각위치에 있을 때, 기전력은 검출 코일(6a 및 6b) 의 어느 한쪽에 발생된다. 상기 구성에 의해 가동 자기 부재(40)가 특정 위치에 머무르는 상태는 검출 코일(6a 및 6b)중의 하나에서 발생한 기전력에 기초하여 검출될 수 있다.

제47도는 스위치 출력을 생성하는 자기 위치 센서의 제5실시예를 도시한다.

제47도에서 도시된 센서는 회전체의 각위치를 검출하기 위해 이용된다.

제47도에 도시된 자기 위치 센서에 있어서, 고정 자기 부재(1)은 반-원형 부분을 포함하는 U-형 고정 자기 부재(1a), 고정 자기 부재(1a)의 두다리 사이를 브릿지하는 로드-형 부재(1b), 원형 부재(1a)의 원주형 내부 벽으로부터 돌출한 돌출부(1a1,1a2 및 1b3)및 로드-형 부재(1b)로부터 돌출하는 돌출부(1b1)로 구성된다. 고정 자기 부재(1a) 및 로드-형 자기 부재(1b)는 원형 구성을 형성하고, 돌출부(1a1, 1a2, 1a3 및 1b1)는 원형 구성내에 제공된다.

반면에, 가동 자기 부재(40)은 상술한 원형 장치내에 위치하고, 부재(40b) 및 원형부 부재(40b)에 고정된 팬-평 부재(40a)를 포함한다. 부재(40b)는 여기에 도시 되지 않은 스크루와 같은 연결 수단을 이용하여 여기에 도시되지 않은 회전 샤프트에 연결되는 반면, 가동 자기 부재(40)는 여기에 도시되지 않은 회전 샤프트에 의해 지탱되며, 방사 방향으로의 팬-형 부재(40a)의 에지 면은 돌출부(1a1 내지 1a3)의 자유 에지 면과 접촉하지 않고 원형 부재(1a)의 대향 벽(1aa)를 따라 회전 이동을 한다. 또한 원형 부재(1a )의 곡률의 중심은 회전 중심(0)과 일치한다 . 또한 검출 코일(6a 내지 6c)은 돌출부(1a1 내지 1a3)주위에 감기는 반면, 기전 코일(5)는 돌출부(1b1)주위에 감긴다.

도면상의 상술한 구조를 가진 자기 위치 센서에 따라, 기전 코일(5)이 기전 회로(20)에 의해 기전될 때, 기전 코일(5)로부터 발생된 자속은 부재(40b)와 팬-형부재(40a)를 통과하는데, 자속은 2 부분으로 분기하며, 분기된 자속중의 하나는 돌출부(1a3)를 통과하고, 원형 부재(1a)에 진입하고, 로드-형 부재(1b)를 통과해서 코일(5)를 돌아가는 반면, 다른 자속은 돌출부(1a2)를 통과하고, 원형 부재(1a)에 진입하고, 로드-형 부재(1b)를 통과하여, 코일(5)로 돌아가므로 기전력이 검출 코일(1a3 및 1a2)내에서 각각 발생되는 2개의 폐 경로가 형성된다.

제48도는 가동 자기 부재(40)의 회전 중심(0)을 돌출부(1a3)의 한 측면에 연결하는 선(OP)과 팬-형 부재(40a)에 의해 형성되는 각, 즉 회전각(Δθ)과 검출 코일(6a 내지 6c)내의 기전력 사이의 관계를 도시한다. 이런 이유로, 가동 자기 부재 (40)의 위치는 검출 코일(6a,6b, 및 6c)에서의 기전력(Va 내지 Vc)에 기초하여 검출 될 수 있다.

Claims

자기 위치 센서(magnetic position sensor)에 있어서, 적어도 하나의 기전 코일(energizing coil), 적어도 2개의 자기 검출(magnetism detecting)소자, 상기 기전 코일과 쇄교하는 자속이 상기 자기 검출 소자를 통과하게 하기 위한 자기 경로 형성 수단-상기 자기 경로 형성 수단은 검출될 가동 부재(movable member)의 현재 위치에 대응하는 자기 저항(magnetic reluctance)을 제공함-, 상기 기전 코일을 기전하기 위한 기전 수단, 및 상기 자기 검출 소자로부터 발생된 각각의 출력 신호에 따라 상기 가동 부재의 현재 위치를 나타내는 위치 신호를 발생하기 위한 위치 신호 발생 수단을 포함하되, 상기 자기 경로 형성 수단은 상기 기전 코일이 주위에 감긴 고정 자기 부재(fixed magnetic member), 및 상기 고정 자기 부재와는 접촉하지 않으면서 적어도 일부에 대해 상대적으로 움직일 수 있고, 상기 고정 자기 부재와 함께 적어도 하나의 폐 자기 경로를 형성하는 가동 자기 부재를 포함하며, 상기 자기 검출 소자 각각은 상기 폐 자기 경로의 자속 밀도에 대응하는 출력 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 자기 위치 센서.
제1항에 있어서, 상기 고정 자기 부재는 반-원형 부문을 형성하는 환형(annular) 부재, 및 한 단이 상기 환형 부재에 고정된 로드-형(rod- like)부재를 포함하고, 상기 가동 자기 부재는 상기 로드-형 부재의 다른 단에 인접한 회전 위치에 대한 중심축의 주위를 자유로이 회전할 수 있으며, 상기 반-원형 부분은 상기 가동 자기 부재의 선정된 이동 범위를 통해 회전궤적을 따라 연장하고, 상기 자기 검출 소자는 상기 가동 자기 부재의 선정된 이동 범위 사이에 개재하는 위치에 배치되며, 상기 기전 코일이 상기 로드-형 부재 주위에 감기는 것을 특징으로 하는 자기 위치 센서.
제1항에 있어서, 상기 고정 자기 부재는 상기 가동 자기 부재의 이동 경로를 따라 돌출된 적어도 3개의 돌출부를 가지며, 상기 자기 검출 소자 및 상기 기전 코일은 상기 돌출부 상에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 자기 위치 센서.
제1항에 있어서, 상기 고정 자기 부재는 세로 방향으로 연장하는 하단부, 및 상기 하단부에 수직 방향으로 각각 돌출하는 적어도 3개의 돌출부를 포함하고, 상기 가동 자기 부재는 상기 적어도 3개의 돌출부의 자유 에지 면에 실질적으로 평행하게 제공되어 상기 수직 방향으로 이동할 수 있고, 상기 자기 검출 소자는 상기 세 개의 돌출부중 적어도 2개의 돌출부 상에 각각배치되고, 상기 기전 코일은 상기 3개의 돌출부들중 나머지 돌출부 주위에 감기고 그위에 배치되는 것을 특징으로 하는 자기 위치 센서.
제3항에 있어서, 상기 가동 자기 부재는 자유롭게 회전할 수 있고, 상기 고정 자기 부재는 상기 가동 자기 부재의 팁의 회전 이동 궤적을 갖는 원을 따라 연장하고, 상기 가동 자기 부재의 상기 팁을 상기 돌출부들 사이의 간격에 대응하는 원주 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 자기 위치 센서.
자기 위치 센서(magnetic position sensor)에 있어서, 적어도 하나의 기전 코일(energizing coil), 적어도 2개의 자기 검출(magnetism detecting)소자, 상기 기전 코일과 쇄교하는 자속이 상기 자기 검출 소자를 통과하게 하기 위한 자기 경로 형성 수단-상기 자기 경로 형성 수단은 검출될 가동 부재(movable member)의 현재 위치에 대응하는 자기 저항(magnetic reluctance)을 제공함-, 상기 기전 코일을 기전하기 위한 기전 수단, 및 상기 자기 검출 소자로부터 발생된 각각의 출력 신호에 따라 상기 가동 부재의 현재 위치를 나타내는 위치 신호를 발생하기 위한 위치 신호 발생 수단을 포함하되, 상기 자기 경로 형성 수단은 상기 기전 코일 및 상기 검출 코일이 감긴 실린더, 및 상기 실린더의 공동부(hollow section)내에 삽입되어 설치된 가동 코어를 포함하여, 상기 코어가 상기 실린더의 축 방향으로 자유롭게 이동하고 이에 따라 상기 가동 부재에 대해 이동가능한 것을 특징으로 하는 자기 위치 센서.
자기위치 센서(magnetic position sensor)에 있어서, 적어도 하나의 기전 코일(energizing coil), 적어도 2개의 자기 검출(magnetism detecting)소자, 상기 기전 코일과 쇄교하는 자속이 상기 자기 검출 소자를 통과하게 하기 위한 자기 경로 형성 수단-상기 자기 경로 형성 수단은 검출될 가동 부재(movable member)의 현재 위치에 대응하는 자기 저항(magnetic reluctance)을 제공함-, 상기 기전 코일을 기전하기 위한 기전 수단, 및 상기 자기 검출 소자로부터 발생된 각각의 출력 신호에 따라 상기 가동 부재의 현재 위치를 나타내는 위치신호를 발생하기 위한 위치 신호 발생 수단을 포함하되, 상기 자기 경로 형성 수단은 적어도 하나의 제1 폐 자기 경로를 형성하기 위한 제1 자기 경로 형성 수단, 및 상기 제1 폐 자기 경로를 2개의 폐 자기 경로로 분리하기 위해서 상기 제1자기 경로 형성 수단에 접촉 하지 않고, 이에 대해 상대적으로 선정 범위내에서 이동할 수 있는 분기된 자기 경로를 형성하기 위한 제2자기 경로 형성 수단을 포함하고, 상기 특정 범위가 사이에 개재하는 위치에서 상기 제1 폐 자기 경로와 각각 쇄교하는 제1 및 제2 코일, 및 상기 분기된 자기 경로와 쇄교하는 제3 코일을 더 포함하되, 상기 제1 ,제2 및 제3 코일중의 1개는 기정 코일로서 동작하고, 다른 나머지 2개는 상기 검출 코일로서 각각 동작하는 것을 특징으로 하는 자기 위치 센서.
제7항에 있어서, 상기 제1 자기 경로 형성 수단은 서로 대향 되게 위치 한 적어도 한 쌍의 대향부를 형성하는 고정 자기 부재를 포함하고, 상기 제2 자기 경로 형성 수단은 상기 대향부들 사이에 개재된 공간 내에서 상기 대향부들중 적어도 하나에 대해 상대적으로 이동할 수 있는 가동 분기 자기 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 위치센서.
제8항에 있어서, 상기 제2 자기 경로 형성 수단은 상기 대향부중 하나와 평행하게 연장하는 보조 분기 자기 부재(auxiliary branched magnetic member) 및 한 단이 상기 대향부들증 하나에 고정되고, 다른 단이 상기 보조 분기 자기 부재에 고정된 고정 분기 자기 부재를 포함하며, 상기 가동 분기 자기 부재는 상개 대향부들중 하나와 상기 보조 분기 자기 부재 사이를 병진(translate)할 수 있는 것을 특징으로 하는 자기 위치 센서.
제8항에 있어서, 상기 제2 자기 경로 형성 수단은 한 단이 상기 대향부들중 하나에 고정된 고정 분기 자기 부재를 더 포함하고, 상기 가동 분기 자기 부재는 상기 고정 분기 자기 부재의 다른 단에 인접하여 위치되어 회전을 위한 중심축 주위를 자유롭게 회전할 수 있고, 상기 대향부들중 다른 것은 상기 가동 분기 자기 부재의 팁의 이동 궤적을 따라 연장하는 것을 특징으로 하는 자기 위치 센서.
제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 기전 코일은 상기 고정 분기 자기 부재 주위에 감기는 것을 특징으로 하는 자기 위치 센서.
자기위치 센서(magnetic position sensor)에 있어서, 적어도 하나의 기전 코일(energizing coil), 적어도 2개의 자기 검출(magnetism detecting)소자, 상기 기전 코일과 쇄교하는 자속이 상기 자기 검출 소자를 통과하게 하기 위한 자기 경로 형성 수단-상기 자기 경로 형성 수단은 검출될 가동 부재(movable member)의 현재 위치에 대응하는 자기 저항(magnetic reluctance)을 제공함-, 상기 기전 코일을 기전하기 위한 기전 수단 상기 자기 검출 소자로부터 발생된 각각의 출력 신호에 따라 상기 가동 부재의 현재 위치를 나타내는 위치 신호를 발생하기 위한 위치 신호 발생수단, 및 상기 자기 검출 소자로부터의 출력 신호의 가산값의 순간값(instantaneous value)이 선정 레벨보다 작지 않을 때, 인에이블 신호(enable signal)를 생성하기 위한 결정 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 위치 센서.
제12항에 있어서, 상기 결정 수단은 상기 자기 검출 소자들을 서로 직렬로 연결함으로써 얻어진 직렬 회로 양단에 나타나는 전압이 선정된 값보다 작지 않을 때, 상기 인에이블 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 자기 위치 센서.
제12항에 있어서, 상기 결정 수단은 상기 순간값이 선정된 임계값을 초과할 때 논리 1 신호를 상기 인에이블 신호로서 발생하기 위한 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 위치 센서.
제12항에 있어서, 상기 결정 수단은 상기 순간값이 선정된 범위내에 있을 때, 유효 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 자기 위치센서.
제15항에 있어서, 상기 결정 수단은 상기 순간값이 선정된 하한 임계값보다 작지 않고 선정된 상한 임계값보다 크지 않을 때, 논리 1 신호를 상기 인에이블 신호로서 발생하기 위한 원도우 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 위치 센서.
제12항에 있어서, 상기 결정 수단은 상기 기전 수단이 상기 기전 코일을 기전하기 시작할 때부터 선정된 시간 경과시에 상기 인에이블 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 자기 위치센서.
제12항에 있어서, 상기 위치 신호 발생 수단은, 상기 인에이블 신호에 응답하여 상기 자기 검출 소자로부터의 출력 신호들중 적어도 하나에 따른 값을 갖는 위치 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 자기 위치 센서.
제18항에 있어서, 상기 위치 신호 발생 수단은 상기 인에이블 신호가 존재하는 한 상기 출력 신호들중 적어도 하나를 샘플-홀드(sample-hold)하고 이렇게 얻어진 샘플값을 상기 위치 신호로서 전송하기 위한 샘플 홀드 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 위치 센서.
제18항에 있어서, 상기 결정 수단 및 상기 위치 신호 발생 수단은 단일 프로세서에 의해 구성되되, 상기 프로세서는 상기 자기 검출 소자로부터의 출력 신호를 검출된 데이터로서 판독하기 위한 판독 수단, 상기 검출된 데이터를 서로 가산함으로써 가산값을 얻기 위한 가산 수단, 상기 가산값이 선정값보다 작지 않은지의 여부를 판단하기 위한 비교 수단, 및 상기 비교 수단에 의해서 상기 가산값이 선정값보다 작지 않다는 것이 결정 될 때, 상기 전압 데이터를 계산함으로써 상기 위치 신호를 얻기 위한 계산 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 위치 센서.
제18항에 있어서, 상기 위치 신호 발생 수단은 상기 인에이블 신호가 존재하는 동안 상기 위치 신호를 위치 신호로서 래치함으로써 얻어진 래치 신호를 생성하기 위한 D형 플립- 플롭을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 위치 센서.
자기 위치 센서(magnetic position sensor)에 있어서, 적어도 하나의 기전 코일(energizing coil), 적어도 2개의 자기 검출(magnetism detecting)소자, 상기 기전 코일과 쇄교하는 자속이 상기 자기 검출 소자를 통과하게 하기 위한 자기 경로 형성 수단-상기 자기 경로 형성 수단은 검출될 가동 부재(movable member)의 현재 위치에 대응하는 자기 저항(magnetic reluctance)을 제공함-, 상기 기전 코일을 기전하기 위한 기전 수단 및 상기 자기 검출 소자로부터 발생된 각각의 출력 신호에 따라 상기 가동 부재의 현재 위치를 나타내는 위치 신호를 발생하기 위한 위치 신호 발생수단을 포함하되, 상기 자기 경로 형성 수단은 상기 기전 코일이 감긴 원형 고정 자기 부재, 및 상기 원형 고정 자기 부재에 대해 자유롭게 이동가능하게 결합되어 이에 따라 상기 가동 부재에 대해 이동하기 위한 쇼트 코일(short coil)을 포함하며, 상기 기전 코일은 상기 쇼트 코일의 이동 범위를 개재하는 위치에서 상기 원형 자기 부재 주위에 감긴 한 쌍의 기전 코일을 포함하고, 상기 자기 검출 소자는 상기 이동 범위를 개재하는 위치에서 상기 원형 자기 부재 주위에 감긴 검출 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 위치 센서.
제22항에 있어서, 상기 한쌍의 기전 코일은 감법 권선 방식(subtractive winding manner)에 의해 감기는 것을 특징으로 하는 자기 위치 센서.
제22항에 있어서, 상기 기전 수단은 AC성분을 포함하는 전력에 의해 상기 기전 코일을 기전하는 것을 특징으로 하는 자기 위치 센서.
제24항에 있어서, 상기 기전 수단은 정현파형 전력에 의해 상기 기전 코일을 기전하는 것을 특징으로 하는 자기 위치센서.
제24항에 있어서, 상기 기전 수단은 펄스형 전력에 의해 상기 기전 코일을 기전하는 것을 특징으로 하는 자기 위치 센서.