KR100318230B1 - 홀효과강자성물품근접센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강자성물품을 검출하도록 하며, 전면(front side)과 후면(back side)를 가진 센서면(sensor plane)에 평행하게 위치되고, 그 센서면을 구성시켜 센서측에 수직이며, 그 센서의 축상에서 센터링(centering)하는 평면상의 홀소자와,

N극과 S극을 가지며 센서면 위에 위치되고, S극과 N극이 서로 인접하여, 두극이 그 홀소자에 인접하여 있는 자석구조를 구비한 집적회로칩을 포함하는 홀효과센서를 제공한다.

Description

홀효과 강자성물품 근접센서

본 발명은 치차의 톱니(gear tooth)등 강자성물품(ferromagnetic article)의 존재 및/또는 통과를 검출하는 근접센서(proximity sensor)에 관한 것이다.

더 구체적으로 말하면, 본 발명은 자석구조체(magnet structurc)와, 홀소자(Hall element)를 가진 집적회로 칩으로서, 그 자석구조제의 한쪽 단부에 또, 그 자석구조체에 의해 발생한 자계중에 고정시킨 집적회로칩의 조립체를 구성하도록 하는 "후방으로 바이어싱 된(back biased)센서(sensor)"에 관한 것이다.

그 홀소자는 그 홀소자의 평면에 수직인 자계의 강도에 관련된 전기신호를 발생한다.

강자성물품이 그 홀소자에 근접함에 따라 그 홀소자에 수직인 자계강도가 변화된다.

이와같이, 그 강자성물품과 홀소자 사이의 거리와 물리적인 배향은 그 홀소자에 의해 발생한 전기신호에 나타낸다.

이것에 의해 그 홀효과센서는 그 센서와 강자성대상(물품)사이의 거리를 검지할 수 있다.

이와같은 타입의 센서의 대단히 적합한 적용(용도)은 치차 또는 치차형상 디스크의 회전속도 또는 회전위치의 측정에 있다.

이와같은 타입의 센서를 그 치차의 주변에 인접하여 설치함으로써 센서측에서의 존재, 센서측으로의 근접(proximity), 센서측의 통과 및 통과속도는 전기신호로 나타낸다.

따라서, 그 센서는 속도계, 타코미터(tachometer)로서 또는 회전 또는 직

선운동 또는 위치를 감시(monitoring)하는데 사용할 수 있다.

종래의 홀효과센서는 각각 평탄한 단부에 한쪽 자극(N 또는 S)을 가진 원통형상의 영구자석으로 이루어진 자석구조체를 사용하였다.

홀칩(Hall chip)은 자석의 하나의 단부(및 하나의 자극)에 인접하고, 또 그 자석의 단부평면에 평행한 홀소자의 평면을 갖도록 위치되어있다.

이와같은 종래의 근접센서의 집적회로칩에는 대부분 항상 홀출력 전압을 증폭하는 주로 선형의 홀전압증폭기를 포함한다.

또, 이와같은 다수의 홀집적회로에는 바이너리 출력신호(binary output signal)를 발생하는 쉬미트 트리거 회로(schmit trigger circuit)가 포함되어있다.

그 바이너리 출력신호는 철물품(ferrous articlss)이 칩의 주요면에 수직인 자계가 소정의 크기를 초과하는 임계거리내에 까지 접근할 때 하나의 레벨(스탠드바이레벨: standby level)에서 다른 바이너리 레벨(binary level)(동작레벨)로 변화한다.

이들의 회로는 통상적으로 DC접속되어, 그 센서는 영(zero)속도(즉, 1년에 한번)에서 높은 속도(즉, 100KH2)까지의 철물품의 통과를 검지(sensing)할 수 있다.

이와같이 종래의 센서구성은 자화되어있는 즉, 그 자체 영구자석인 치차의 톱니등 목표물의 존재를 검지하기 위하여 개발되었다.

이론적으로 볼 때, 그 센서구성은 강자성 대상물, 즉 철 또는 철합금으로 구성되어있는 대상물등 투자율이 높은 대상물의 선서로서 기능을 할 수 있도록

되어 있으나, 그 선서구성은 모든 응용분야의 적용에 있어서 잘 동작할 수 없다.

이 결함에 대한 하나의 이유는 아래에서의 설명과 같이 대단히 높은 기준선, 즉 대상물이 없는 상태에서의 자속과 신호에 있다.

많은 응용분야의 적용상태에서 대상물 존재상태의 신호는 기준선 신호보다 상당히 더 크지 않아 전자노이즈(electronic noize)의 존재에 의해 종래기술의 구성은 신뢰성이 없다. 2홀소자(two-Hall-element)의 구성은 일정한 상태에서 향상된 것으로 확인되었다.

단일 홀소자(single Hall-element)를 기준선 조건에서 서로 상쇄하도록 전기접속된 2개의 근접하여 간격을 둔 소자로 대치함으로써 우수한 신호를 발생시킬 수 있다.

그러나, 그 신호는 각각의 톱니의 전에지(edge)와 후에지가 센서를 통과할때 기준선에서 이동한다. 적합한 상태에서, 이것은 톱니통과속도를 측정하는 유용한 선서가 된다.

그러나, 이 구성은 출력(powerup)의 톱니 또는 다른 대상물의 존재 또는 부재(不在)의 신뢰성 있는 표시를 제공하지 않는다.

다수의 응용분야의 적용에 있어서, 톱니의 존재 또는 부재(不在)를 사용하여 센서에 정보를 통신한다.

예로서, 자동차의 엔진에서 톱니가 부착된 치차는 소정의 실린더가 점화위치에 있을 때 톱니를 센서에 제시할 수 있다.

엔진의 점화행정을 개시할 때 그 센서는 이 센서가 톱니를 검지할때까지

실린더에서 연료를 제공하지 않게 된다.

이와같이, 연소되지않는 연료는 개시(start up)중에 대기중으로 배출되지 않으므로, 스타트업(startup)오염이 감소된다.

이와같은 시스템은 신뢰성없는 신호 또는 에지통과만을 검지하는 신호로 사용할 수 없다.

종래의 디바이스(devices)에 의해 경험을 얻은 이들의 기술적인 어려움 및 다른 어려움은 본 발명에 의한 새로운 방법으로 극복할 수 있고 회피할 수 있다.

본 발명의 목적은 센서의 영역에서 강자성물품의 존재 또는 부재에 대하여 감도가 높은 홀강자성 물품 근접센서를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 센서에서 강자성물품의 근접범위에 걸처 또는 그 원격범위에 걸처 비교적 불감응성(insensitives)인 홀강자성물품근접검출기를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 출력(power-up)시에 비교적 원격 치차라도 톱니 존재상황과 톱니 부재상황을 분명하게 구별하는 전기신호를 발생하는 치차의 톱니센서(gear-tooth sensor)를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 홀소자에 의해 측정된 자속(즉, 홀소자의 평면에 수직인 자속밀도)이 강자성 대상물의 부재(不在)또는 원격(remoteness)에서 절대치로 낮아지거나 또는 영(zero)으로 되도록 구성되어있는 치차의 톱니센서(gear-tooth sensor)를 제공하는데 있다.

이 분야기술자에게 명백한 바와 같이 본 발명의 목적 및 다른 목적을 검토

할 때 본 발명은 상세한 설명에서 설명되고 청구범위에 의해 포함된 부품을 포함한다.

강자성물품의 근접센서는 자석구조체와 홀소자를 포함하는 종류의 집적회로칩과, 그 홀소자의 출력의 함수인 신호를 발생하는 회로수단으로 이루어진다.

그 집적회로칩은 그 칩이 자석구조체의 최소한 2개의 전극에 인접하여 있도록 또 홀소자를 통과하는 기준선자속전부가 그 홀소자의 평면에 형성하도록 그 자석구조체에 대하여 고정되어있다.

본 발명은 전측부(front side)와 후측부(back side)를 가진 센서평면에 평행하게 위치되고 또, 그 센서평면을 구성하는 평면상홀소자로서 센서측에 수직이며, 또 그 센서측에서 중심에 설정된 평면상 홀소자를 포함하는 집적회로칩(integrated circuit chip)과, N극과 S극을 가지며, 그 센서평면의 뒤(back)에 위치되어 S극과 N극이 서로 인접하거나 또는 양극이 그 홀소자에 인접하도록 위치되어있는 자석구조체로 이루어진 강자성 대상물을 검지하는 홀효과센서(Hall-effect sensor)에 관한 것이다.

위에서 설명한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 아래에서 구체적으로 설명한다.

최소한 하나의 N극(또는 자극편과 등가인것)과 최소한 하나의 S극(또는 자극편과 등가인것)을 단일 자석면에 형성하는 자석구조체를 복합자석(compound magnet)으로 칭하며 그 복합자석이 별도의 개벽 자화편의 적층물로 형성될 경우 그 복합자석을 샌드위치형 자석으로 칭한다.

그 복합자석이 자화할 수 있는 재료로 된 단일편의 개별적으로 자화된 영

역으로 형성될 경우 그 복합자석을 다중자극자석(multi-pole magnet)으로 칭한다.

그 자석구조체가 한쪽 자극을 자석면상에서의 축에 또 다른쪽 자극을 그 축의 최소한 쌍방측부(N-S-N 또는 S-N-S)상에 형성될 경우 그 복합자석을 대칭복합자석(symetrlc compound magnet)으로 칭한다.

홀효과센서는 그 센서의 근방에서 강자성 대상물의 존재를 검지하도록 또는 그 센서와 강자성 대상물 사이의 거리를 검지하도록 또는 강자성 대상물의 그 센서에 대한 위치를 검지하도록, 그리고 강자성 대상물이 그 센서측을 통과하는 속도를 검지하도록 구성되어있다.

그 홀효과센서는 자석구조체가 그 자석의 앞에 또는 그 센서평면에서 전방으로 센서의 자계를 형성하며, 그 자계가 성분의 값이 강자성 대상물의 자계위치에 관련된 자석밀도성분을 홀소자에 또 그 홀소자에 대하여 수직으로 부여하는 홀효과센서를 구성한다.

또, 그 홀효과센서는 자석구성체가 그 자석의 앞에 또는 센서평면에서 전방으로 선서자계를 형성하며, 그 자계가 성분의 값이 강자성 대상물의 자계위치에 관련된 자속밀도성분을 홀소자에, 또 그 홀소자에 대하여 수직으로 부여하여, 그 성분의 값이 0(zero)가우스에 가까운 절대값을 갖거나, 또는 그 대상물 이 센서에서의 범위밖의 거리에 있을 때 발생하는 기준선 값(baseline value)을 가진 홀효과센서를 제공한다. 그 영(zero)에 가까운 값(close-to-zero-value)은 400가우스 이하의 절대값을 가진다. 그 범위밖의 거리는 10mm이상이다.

그 홀소자는 자석구조체에서 0.5-2.Omm의 거리에 있다.

그 홀소자는 자석구조체에서 1mm의 거리에 있다.

그 홀효과센서는 자석구조체가 그 칩에 인접하여 있고 센서평면에 평행한 평탄전면(flat front face)을 가지며, 또 한쪽이 전면에 N극을 나타내고 그 다른쪽이 전면에 S극을 나타낸 최소한 2개의 부재를 포함하는 홀효과센서를 제공한다.

또, 그 홀효과센서는 그 자석구조체가 칩에 인접하여있고, 센서평면에 평행한 평탄전면을 가지며, 또 한쪽이 N극을 전면에 나타내고 다른쪽이 S극을 전면에 나타낸 최소한 2개의 부재를 포함하고, 그 2개 부재중 한쪽이 전면에서 후퇴시켜(set back)자석 구조체에 의해 발생되는 기준선자계를 조성하는 홀효과센서를 제공한다.

그 홀효과센서는 또 자석구조체가 칩에 인접하고 센서평면에 평행한 평탄전면을 가지며, 한쪽이 N극을 전면에 나타내고 다른쪽이 S극을 전면에 나타낸 최소한 2개의 영구자석을 포함하는 홀효과센서를 제공한다.

더 나아가서, 그 홀효과센서는 자석구조체가 칩에 인접하여 있고 센서평면에 평행한 평탄전면을 가지며, 또 최소한 하나의 영구바자석(permanent bar magnet)과, 그 자석구조체중에 존재함으로써 일시적으로 자화되는 최소한 하나의 자극편(pole piece)을 포함하여 그 한쪽이 전면에 N극을 나타내고 그 다른쪽이 전면에 S극을 나타내는 홀효과센서를 제공한다.

또, 그 홀효과센서는 자석구조체가 칩에 인접하여있고 센서평면에 평행한 평탄전면을 가지며, 또 최소한 2개의 영구자석과, 그 2개의 영구자석사이에 위치되어 그 자석구조체중에 존재함으로써 일시적으로 자화되는 최소한 하나의 자

극편을 포함하며, 그 영구자석중 하나가 자극의 최소한 하나를 그 전면에 나타내고 그 자극편이 다른쪽 자극을 전면에 나타내는 홀효과센서를 제공한다.

그 홀효과센서는 자석구성체가 자석의 축(magnet axis)과, 칩에 인접되어 있고 센서평면에 평행한 평탄전면을 가진 원통(cylinder)형상인 홀효과센서를 제공한다.

그 홀효과센서는 또 자석구성체가 자석의 축과, 칩에 인접되어있고 센서평면에 평행한 평탄전면을 구비한 원통형상이며, 또 한쪽이 N극을 전면에 나타내고 다른쪽이 S 극을 전면에 나타내는 최소한 2개의 영구자석을 포함하는 홀효과센서를 제공한다.

그 홀효과센서는 자석구성체가 자석의 축과, 칩에 인접되어있고 센서평면에 평행한 평탄전면을 가진 원통의 형상이며, 최소한 하나의 영구바자석(permanent bar magnet)과, 자석구조체중에 존재함으로써 일시적으로 자화되는 최소한 하나의자극편을 포함하며, 그 한쪽이 N극을 전면에 나타내고 그 다른쪽이 S 극을 전면에 나타내는 홀효과센서를 제공한다.

그 홀효과센서는 자석구조체가 자석의 축과, 칩에 인접되어있고, 센서평면에 평행한 평탄전면을 구비한 원통형상이며, 또 최소한 2개의 영구자석과, 그 2개의 영구자석 사이에 위치되고 그 자석 구조체중에 존재함으로써 일시적으로 자화된 최소한 하나의 자극편을 포함하여, 그 영구자석중 하나가 최소한 하나의 자극을 전면에 나타내고 그 자극편이 다른쪽 자극을 전면에 나타내는 홀효과센서를 제공한다.

그러나, 본 발명의 구성 특징은 첨부도면에 따라 나타낸 바와 같이 그 구

조적 형상을 참조함으로써 명백하게 알 수 있다.

첨부도면에 따라 본 발명을 구체적으로 아래에 설명한다.

제1도에서는 본 발명과 관계가 있는 종래기술의 센서시스템(sensor system)(100)에 대한 일반적 특징을 나타내며, 그 센서시스템(100)에는 스틸(steel)제 치차(gear)등 강자성 목표물(ferromagnetic target)(11), 홀효과센서칩(Hall-effcct sensor chip)(12) 및 자석구조체(13)를 포함한다.

제1도에서, 그 자석구조체(13)는 홀효과센서칩(12)에 인접한 한쪽 단부에 S극을 가지며 다른쪽 단부에 N극을 가진 통상의 타입의 바자석(bar magnet)이다.

이 선서시스템(100)은 1개 또는 2개의 홀소자(Hall element)(14)를 홀효과센서칩(12)내에 가질수 있어, 쌍방의 선택(both choices)은 위에서와 같이 문제점을 가진다.

제2도에 나타낸 바와 같이, 본 발명은 칩의 뒤쪽의 자석구조체(13)을 그 칩의 후방측에 그리고 서로 인접하여 S극과 N극 쌍방을 제공하는 복합자석구성체(15)로 대치한 것이다. 이와같은 형상의 배치는 평면상의 홀소자(14)주위에 적합한 자계를 많이 발생한다.

제2도는 2개의 클래딩바자석(cladding bar magnets)(16,17)이 코어바(core bar)(18)에 장착시킨 단일 샌드위치형구조(simple sandwich construction)를 나타낸다.

그 코어바(18)는 이들의 클래딩바자석(16,17)과 반대극성을 갖도록 자극이 배향되어 배치된 영구자석으로 할 수 있다.

또, 그 코어바(18)는 투자율이 높으나(쉽게 자속을 도통함), 그 자체 영구자석이 아닌 자극편(pole piece)으로 할 수 있다.

그 클래딩바자석(16,17)은 그 샌드위치형구조가 유지되는 한 그 자극편에 일시적으로 자기(magnetism)를 유도하여 반대극성자석과 같이 작용하도록 한다.

두 경우, 그 자석구조체는 S극과 N극 쌍방을 그 칩의 후방부에 제공하여 그 홀소자를 다중 자극표면앞에 존재하는 자계에 노출한다.

이와같은 구성은 또 위에서 설명한 자극구조를 형성하도록 3개의 각각의 영역(zone)에서 자화시킨 영구자화재료로 된 단일편을 사용할 수 있다.

제3도는 자석의 축에 따라 나타낸 평면도이다.

그 축(19)은 복합자석면에 또 칩의 전면과 후면에 그리고 그 칩내에서 홀소자의 평면에 수직이다. 제4, 5 및 6도는 자석구조체의 바람직한 근성을 나타낸다.

제6도는 축이 주요복합면에서 지면의 상방으로 또 지면에 떨어져 형성하는상태에서 그 자석구조체의 바람직한 구성의 사시도이다.

종방향평면이 도면에서 나타내어 주요면에 장착된 칩에서의 전자리드(electronic leads)가 주요자석면에 평행한 자석 단면의 원형구성프로파일(circular design profile)의 외측을 형성하지않고 그 자석의 길이에 따라 통과할 수 있도록 한다. 제4도는 주요자석면을 나타낸 바람직한 구성도이다.

제5도는 그 바람직한 구성의 측면도이다.

그 자석구조체는 아래에서 설명한 바와 같이 대단히 많은 형상을 얻을 수 있다.

그 필수적인 특징은 그 자석구조체가 자계를 홀소자의 주위에 형성하여 그 자계는 홀소자가 서로 인접하여 있는 2개의 다른 전극에 인접할 때 발생하는 효과를 가질 필요가 있다.

주로 그 2개의 전극은 홀 IC(Hall IC)의 후면에 형성된다.

1개이상의 전극을 후퇴(set back)시킴으로써 그 자계를 최적화할 수 있다.

본 발명은 전측부(front side)와 후측부(back side)를 가진 센서평면에 평행하게 위치시키고 그 센서평면을 구성하는 평면형상의 홀소자로서, 센서축에 수직이며, 또 그 센서축에서 중심에 설정된 평면형상의 홀소자를 포함하는 집적회로칩과, N극과 S극을 가진 자석구조체로서 센서평면의 뒤쪽에 위치되고, S극과 N극이 서로 인접되며, 또 쌍방이 그 홀소자와 인접하도록 위치되어있는 자석구조체를 구성하여 강자성 대상물을 검지하는 홀효과센서이다.

그 홀효과센서는 그 센서의 부근에서 강자성 대상물의 존재를 검지하고, 그 센서와 강자성 대상물 사이의 거리를 검지하며, 강자성 대상물의 그 센서에 대한 위치를 검지하고, 강자성 대상물이 그 센서측(側)을 통과하는 속도를 검지하도록 구성되어 있다.

그 자석구조체가 그 자석의 앞에, 또 그 센서평면에서 전방으로 형성되어 있는 센서의 자계를 형성하여, 그 자계가 성분의 값이 강자성 대상물의 자계에서의 위치에 관련된 자속밀도성분을 그 홀소자에 그리고 그 홀소자에 대하여 수직으로 부여하는 홀효과센서를 제공한다.

또, 그 홀효과센서는 자석구조체가 그 자석의 앞에 또 그 센서평면에서 전방으로 형성되어있는 센서자계를 형성하여, 그 자계는 성분의 값이 강자성 대상

물의 자계에서의 위치에 관련된 자속밀도성분을 홀소자에 그리고 그 홀소자에 대하여 수직으로 부여하고, 그 성분의 값이 또 0(zero)가우스에 가까운 절대값을 가지며, 또 그 대상물이 그 센서에서 범위밖의 거리에 있을 때 발생하는 기준선값(baseline value)을 가진 홀효과센서를 제공한다.

그 0(zero)근접간은 400 가우스 이하의 절대값을 가진다. 그 범위밖의 거리는 10mm이상이다. 그 홀소자는 자석구조체에서 0.5∼2.Omm의 거리에 있다.

그 홀소자는 자석구조체에서 1mm의 거리에 있다.

자석구성체가 칩에 인접하고 또 센서평면에 평행한 평탄전면(flat front face)을 가지며, 또 그 자성구성체에는 한쪽이 N극을 전면에 나타내며 다른쪽이 S극을 전면에 나타내는 최소한 2개의 부재를 포함하는 홀효과센서를 제공한다.

또, 자석구성체가 칩에 인접하고 또 센서평면에 평행한 평탄전면을 가지며, 또 그 자석구성체에는 한쪽이 N극을 전면에 나타내고 다른쪽이 S극을 전면에 나타내는 최소한 2개의 부재를 포함하여, 그 2개의 부재중 한쪽은 전면에서 후퇴시켜(set back)그 자석구조체에 의해 발생한 자계를 조정하는 홀효과센서를 제공한다.

더 나아가서, 자석구조체가 칩에 인접하고 또 센서평면에 평행한 평탄전면을 가지며, 또 그 자석구조체에는 한쪽이 N극을 전면에 나타내고 다른쪽이 S극을 전면에 나타내는 최소한 2개의 영구자석을 포함하는 홀효과센서를 제공한다.

또, 자석구조체가 칩에 인접하고 또 센서평면에 평행한 평탄전면을 가지며, 또 그 자석구조체에는 최소한 1개의 영구바자석(permanent bar magnet)과, 그 자석구조체중에 존재함으로써 일시적으로 자화되는 최소한 하나의 자극편을

포함하며, 한쪽이 N극을 전면에 나타내고 다른쪽이 S극을 전면에 나타내는 홀효과센서를 제공한다.

자석구조체가 칩에 인접하여있고, 센서평면에 평행하는 평탄전면을 가지며, 또 그 자석구조체에는 최소한 2개의 영구자석과, 그 2개의 영구자석 사이에 위치되고, 그 자석구조체중에 존재함으로써 일시적으로 자화된 최소한 하나의 자극편을 포함하며, 그 영구자석중 한쪽은 최소한 하나의 자극을 전면에 나타내고 그 자극편은 다른쪽 자극을 전면에 나타내는 홀효과센서를 제공한다.

자석구조체가 자석의 축과 그 칩에 인접하여 있고 센서평면에 평행한 평탄전면을 가진 원통(cylinder)의 형상인 홀효과센서를 제공한다.

자석구조체가 자석의 축과, 그 칩에 인접하여있고 센서평면에 평행한 평탄전면을 가진 원통의 형상이며, 또 그 자석구조체에는 최소한 2개의 영구자석을 포함하여 그 영구자석중 한쪽이 N극을 전면에 나타내고 그 다른쪽이 S극을 전면에 나타내는 홀효과센서를 제공한다.

자석구조체가 자석의 축과, 그 칩에 인접하여 있고 센서평면에 평행한 평탄전면을 가진 원통의 형상이며, 또 그 자석구조체에는 최소한 하나의 영구바자석(permanent bar magnet)과, 그 자석구조체중에 존재함으로써 일시적으로 자화된 최소한 하나의 자극편을 포함하여, 그 한쪽이 N극을 전면에 나타내고, 그 다른쪽이 S극을 전면에 나타내는 홀효과센서를 제공한다.

자석구조체가 자석의 축과, 그 칩에 인접하여있고, 센서평면에 평행한 평탄전면을 가진 원통의 형상이며, 또 그 자석구조체에는 최소한 2개의 영구자석과, 그 2개의 영구자석사이에 위치되고 자석구조체 중에 존재함으로써 일시적으

로 자화된 최소한 하나의 자극편을 포함하여 그 영구자석이 자극의 한쪽을 전면에 나타내고, 그 자극편이 다른쪽 자극을 전면에 나타내는 홀효과센서를 제공한다.

제7a도는 홀소자에 인접하여있고, 강자성 치차의 통과를 감시하도록 구성된 자석의 단일자극을 가진 종래구성에 관한 것이다.

제7a도는 자계의 변화를 홀소자와 치차사이의 공극의 함수로서 나타낸 자속맵(flux map)을 나타낸다.

이 그라프는 음(negative)의 가우스로 나타내며, 기준선(톱니사이)은 각 데이타선의 상부곡선이다. 그 데이타선의 진폭은 공극(톱니와 센서의 거리)의 감소와 함께 증가한다. 그 기준선의 자계는 대단히 높다.

즉, 자력장은 이 경우에 사용되는 SmCo 자석에 대하여 3OOOG(홀 칩에 인접하는 자극이 S극이며, 따라서 자속은 음(-)으로 되므로 실제로는 -3OOOG 임)이다. 큰 공극에 걸처 작용하기 위하여 대단히 작은 자계의 변화는 큰 기준선자계에 대하여 측정할 필요가 있다.

예로서, 80밀(mil)(약 2.032mm)의 공극은 3OOOG의 기준선 자계에 대하여 100G신호를 발생한다. 이것은 대단히 어려운 일이다.

또, 일부경우에서는 기준선자계가 인접하는 톱니사이의 크로스토크(crosstalk) 때문에 공극과 함께 이동한다.

실제상태에서 항상 존재하는 배경신호노이즈(noise)를 고려해 볼 때 문제는 한층 더 엄격해진다.

제7b도는 더 넓은 톱니와 톱니사이의 더 넓은 갭(gap)을 가진 목표물을 사

용하는 것을 제외하고는 제7a도와 동일하다.

제8도는 본 발명의 복합(이경우에서는 S-N-S)구성에 관한 것으로, 목표물(치차)의 회전에 따르는 여러 가지의 공극(톱니와 센서의 거리)에 대한 자속밀도(단위, 가우스)의 출력시자속맵(power-on flux map)이다. 그 목표물은 실제로 제7b도에서 사용된 것과 동일하다.

O도(zero degrees)는 톱니의 중심이며, 그 복합구성은 자계의 쌍방전극을 홀소자의 바로뒤에 갖도록 함으로써 홀소자의 면(face)상에서 기준선자계를(약 -100G로) 저하시킨다.

반대자극이 가깝게 존재하나 밸리(valley)가 존재하고 톱니가 존재하지않을 때에는 개방회로에서 자력선을 단락하도록 작용한다.

이것은 자력선이 그 칩중에서 홀소자에 평행하게 그리고 그 홀소자보다 아래에 있기 때문에 낮은 기준선 자계를 발생한다.

적합한 구성으로, 그 기준선자계를 홀소자에 의해 측정한 영(zero)가우스에 근접하도록 할 수 있다.

톱니가 존재할 때, 자기회로는 변화되고 자력선은 톱니까지 또 홀소자를 통하여 그 홀소자에 수직으로 형성된다. 그 다음, 홀소자는 높은 값을 측정한다.

이와같이, 톱니는 자력선을 분리(diversion)또는 집중(concentration)시켜, 그 시스템에서 단락(또는 단부자계)를 초래한다. 즉, 최소화한다.

톱니가 없을 때 이 단락과, 톱니가 있을 떼 이 분리 및 칩중의 결과는 큰피치의 치차를 센서앞에서 통과시켜 톱니의 주변부와 센서사이의 여러 가지의

공극에서 회전시킴으로써 발생하는 제8도의 자속맵에서 나타낸다.

이 도면에서 나타낸 바와 같이, 밸리(valley)를 나타낸 기준선은 공극이 변화할 때 일정하게 있으며, 낮은 값(0(zero)에 가까움)이다.

한편, 그 톱니의 존재를 나타내는 자속밀도는 공극의 감소와 함께 저하한다(음(-)의 밀도가 커짐).

그 자속밀도는 홀소자에서 초기의 구성에서와 같이 자력선이 S 극으로 들어가고, 또 목표물에 의해 집중화되므로 음(-)이다.

출력시(power-up)에, 즉 시스템이 최초로 작동할 때, 톱니의 존재신호와 톱니의 부재(不在)신호사이에서는 대단히 중요하고, 용이하게 인식되는 차이가 있기 때문에, 본 발명의 센서는 예로서 개시할때(sart-up)이 공기오염을 최소화하기 위하여 내연기관의 배전기에 있어서 임계조건에 대한 신뢰성있는 표시를 제공한다.

홀센서에서 사용되는 신호관행은 그 센서의 앞의 N극에서 그 센서의 뒤의 S극까지의 자속이 음(-)인 것으로 한다.

제9도는 본 발명의 복합구성에 관한 점에서 제8도와 유사하다.

제9도는 목표물(치차)의 회전에 따르는 여러 가지의 공극톱니와 센서의 거리)에 대한 자속밀도(단위 가우스)의 출력시 자속맵(power-on flux map)을 나타낸다. 0(zero)도는 톱니의 중심이다.

그 복합구성은 자계의 자극쌍방을 홀소자의 후부로 가져옴으로써 홀소자의 면상에서 기준선자계를(약 75G로)저하시킨다.

반대극성이 가깝게 존재하여 개방회로에서(밸리(valley)가 존재하고 톱니

가 존재하지 않을 때)자력선을 단락시키는 작용을 한다.

이것은 자력선이 그 칩중의 홀소자에 평행하게 그리고 그 홀소자 보다 아래에 있기 때문에 낮은 기준선 파계를 발생한다.

적합한 구성에 의해 기준선자계가 홀소자애 의해 측정되도록 한 0(zero)가우스에 근접하게 할 수 있다.

톱니가 존재할 때, 그 자기회로는 변화되어 자력선이 톱니까지 또 홀소자를 통하여 그 홀소자에 수직으로 형성된다. 그 다음으로, 홀소자는 높은 값을 측정한다.

이와같이 톱니는 시스템에서 단락(또는 단부자계)를 최소화하도록 자력선의 방향을 변환시킨다(diversion).

그 톱니가 없을 때 이 단락과 톱니가 있을 때 이 변환의 피치가 큰 치차를 센서앞에서 통과시켜 톱니의 주변과 센서사이에서의 여러 가지의 공극에서 회전시킴으로써 발생한 제9도의 자속맵에서 나타낸다.

제9도에 나타낸 바와 같이, 밸리(valley.골)를 나타낸 기준선은 공극이 변화할 때 일정하게 그대로 낮은 값(영(0)에 가깝게)으로 된다.

한편, 톱니가 존재함으로써 발생한 자속밀도는 공극이 감소됨에 따라 증가한다.

이 구성(N-S-N)은 N극을 나와 목표물에 의해 집중화되는 홀소자에서의 자력선을 갖기 때문에 그 자속의 부호는 양(+)으로 된다.

제10도는 샌드위치형 자석(N-S-N)의 면에 N극을 가진 2개의 자석이 그 면과 동일평면이며 S극을 그 면에 나타낸 자극편(pole piece)에 의해 분리된 샌

드위치형 자석의 면에 걸처있는 자속밀도의 맵을 나타낸다.

그 샌드위치형 자석은 폭 8mm의 면을 가지며, 그 자극편은 폭 1mm이고 측방자석(side magnet)은 각각 폭 3.5mm이다.

그 면과 자극편의 중심에서 자속은 -5OOG이다.

그 값은 그 점(point)이 S극에 인접되어있기 때문에 음(-)이다.

측정점이 그면을 횡단하여 측방으로 이동함에 따라 그 자속은 0(zero)으로이동하여 자극편과 자석의 경계의 약간 외측에서 0(zero)에 도달한다.

그 다음, 그 측정점이 더 측방으로 이동할 때, 그 자속은 N극을 횡단하여 이동함에 따라 양(+)으로 증가하여, 자극편과 자석의 경계에서 1mm 떨어진 곳에서 최대값 1OOOG까지 증가한다. 그 측정하는 기구는 1OOOG에서 포화한다.

즉, 1OOOG 이상의 값은 기록하지 않는다.

이 맵(map)에서는 자석면에 수직인 자속성분만을 나타낸 것임을 알 수 있다.

제11도는 동일표면의 T자 형상 자극편을 가진 샌드위치형 자석에 대하여 기준선자계강도에서 홀소자의 후부(back)에 대한 자석의 위치효과를 나타낸다.

제11도의 그라프는 여러 가지 공극에 대한 홀디바이스(Hall device)의 뒤에있는 자석의 위치에 대한 자속밀도를 나타낸다.

제12도는 T 자형상 자극편의 샌드위치형 자석의 면을 횡단하는 기준선(밸리(valley)존재함)의 자속밀도상에서 Zmm만큼 그 자석면에서 자극편을 후퇴(setting back)시킨 효과를 나타낸다.

Z가 1.25mm 일 때 중심의 기준선 자속이 약 0(zero)으로 됨을 알 수 있다.

제13도는 자극편을 1.5mm 후퇴시킨 T 자형상 자극편의 샌드위치형 자석의 면을 횡단한 자속밀도를 나타낸다.

제14도는 제14도의 데이터를 발생하는 데 사용된 자석이 중앙의 구성요소가 반전된 바자석(inverted bar magnet)(T자 형상이 아니며 단일 자극편도 아님)으로 1.5mm 후퇴시킨 샌드위치형 자석인 것을 제외하고는 제l3도와 동일하다.

본 발명에 의해 비예칙적인 유효한 결과를 달성하도록 하는 물리적과정을 전체적으로 이해할 수 없으나, 아래의 모델(model)은 본 발명의 구체적예(versions)를 설계하여 기능적인 작용을 하는 방법(요령)을 예측하는 유효한 수단을 제공한다. 이 모델은 자기 "회로" 모델(magnetic "circuit" model)을 기초로 한다.

제5도는 종래에 공지된 타입의 단일자극홀효과의 치차의 톱니센서(single-pole Hall-effect grar tooth sensor)를 나타낸다.

원통형상의 영구자석(13)은 평탄단부를 그 N극과 S극에 가진다.

홀효과센서(Hall-effect sensor)(14)는 S극 단부상에 장착되어있다.

그 홀효과센서의 검지표면(sensing plane)은 자석의 N-S측에 수직이다.

그 홀효과센서(14)가 그 센서의 검지평면에 수직인 자속밀도의 성분을 측정하므로, 또 자력선이 무한대(infinity)로 형성되고 다음에 함께 집중되며 자석의 축에 평행하게 자석의 S극으로 들어옴으로 그 센서는 통상의 구성에서, 또 제15도에 나타낸 바와 같이 검지자계 중에서 강자성재료가 아닌 상태에서 대단히 높은(절대치가 큼)음(-)의 자속을 검출한다.

이와같이, 홀효과센서에 의해 발생한 기준선신호는 비교적 높은 절대값을 가진다.

이것은 홀신호의 절대값을 나타낸 다음 제25도의 홀신호의 도면상에서 위치 A로 나타낸다.

제15도(종래기술)에 나타낸 구성은 검지될 수 있는 강자성 대상물이 센서에서 무한대의 위치에서 설정되어있는 상태로 볼 수 있다.

제l6도는 종래기술에 의한 치차의 톱니가 위치된 상태의 개략도로서,치차(11)가 그 센서에서 약간 떨어저 있는 위치로 이동되고, 또 그 센서가 톱니사이의 간격을 검지하도록 치차의 톱니가 센서의 양측에 위치된 상태의 개략도를 나타낸다.

그 자속의 장(magnetic flux field)중에서 강자성 치차가 존재함으로써 자속은 자석의 N-S축으로 향하게 모아(gather)집중시킨다. 그 결과, 센서에 의해 검지된 자속은 증가된다.

제25도에서 위치 B로 나타낸 이 위치는 증가된 홀신호로 나타낸다.

제15도에서 나타낸 바와 같이 위치 A에 의해 발생한 기준선신호는 비교적 높기 때문에 제16도에서 나타낸 위치 B에서 신호의 비교적 작은 증가는 비교적 작은 신호대 잡음(noise)비를 제공한다.

제16도(종래기술)에 나타낸 바와 같이 위치된 치차를 회전시켜 제17도(종래기술)에서와 같이 톱니를 회전경로 상에서 가장 가까운 위치로 가져올 때 그 자력선은 한층 더 현저하게 모아저 홀센서에 수직인 자속밀도가 한층 더 증가된다. 이 위치를 제25도의 위치 D로 나타낸다.

제18도(종래기술)는 그 센서에 더 가깝게 위치시킨 치차를 나타낸다.

그 센서의 이 위치는 각각 제15도와 제16도에서 나타낸 위치 B와 위치 D의 중간의 자력선을 집합하도록 한다. 이것은 제25도에서 위치 C로 나타낸다.

제19도(종래기술)는 치차의 톱니가 센서에 가장 가까운 위치에 있도록 한 제l8도에 나타낸 치차의 회전을 나타낸다.

톱니와 자석의 자극의 이와같은 배향이 최대량의 자속을 직접 센서를 통하여접속시켜(focuse)최고의 홀신호를 제공한다.

위치 B,C,D 및 E에 의해 발생한 전체신호가 위치 A에서 본 기준선신호와 비교하여 비교적 작기 때문에 그 치차가 센서앞에서 회전할 때 발생하는 신호의 신호대 잡음비는 비교는 낮다.

그 결과, 치차의 톱니와 센서사이의 공극은 치차의 톱니센서의 신뢰할 수 있는 동작에 대하여 대단히 중요하다.

제20도는 제l5도에 나타낸 종래의 구조에 대응하는 본 발명의 구조의 개략도이다.

제20도에서 홀효과센서(14)가 부착되어있는 자석의 면은 복합구조체(15)로 나타낸다.

이들의 복합자석은 강자성 대상물을 이들의 복합자석과 접촉하여 대단히 강력하게 지지하기 때문에, 때로는 "지지용"자석(holding magnets)이라 한다.

제20도-제24도에 나타낸 자석구조체는 T자형상의 단면을 가진 강자성 자극편(18)상에 평행하게 부착된 2개의 표준 S-N바자석(bar magnets)(16,17)으로 구성되어 있다.

그 자석이 자계를 자극편(pole piece)으로 유도하기 때문에 그 자석의 2개의 S단부에 인접하고 또 이들의 S단부 사이에서 자극편의 부분이 사실상 N극으로 된다. 따라서, 자석은 N극이 2개의 S극 사이에 있는 것과 같이 작용한다.

제20도에 나타낸 바와 같이, 이 자석의 기하학적 형상배치의 효과는 자력선의 "단락회로"를 발생하도록 하는 데 있으며, 그 결과 자석의 면에서 무한대로 자석의 축에 따라 외부로 방사하는 대신, 그 자석의 축에 인접하는 자력선이 자극편의 N극에서 각 S극으로 집중화된 형태로 진행한다.

자석 구성요소의 후단부(backends)쪽으로 형성되고 그 후단부를 덮는(cover)중앙의 자극편부분을 배판(back plate)이라 한다. 이 부분은 중앙의 자극편의 일부로 할 수 있다.

또, 이 부분은 분리한 자극편으로 할 수 있다. 이 부분은 또 중앙의 구성요소가 영구자석일 때 사용할 수 도 있다.

그 배판(back plate)의 관련된 효과는 자석구성체의 앞에서 자계의 전방으로의 도달(reach)을 증가시키도록 하는데 있으며, 이것에 의해 센서의 범위를 높힌다.

제20도에 나타낸 바와 같이, 자석 및 홀소자의 축에 가깝게 있고 자극편의 N극에서 각각의 S극으로 있는 자력선은 자석의 단부표면에 가장 가깝게 고도로 집중화시켜 N극과 자석의 축에서 S극으로 홀센서의 평면에 평행하게 반경방향에서 외측으로 주로 진행한다(travel).

그 결과, 대단히 높은 자속밀도가 자석의 표면에 가장 가깝게 있더라도 홀소자에서의 그 자속밀도는 대단히 현저하게 감소되어 거의 존재하지 않는다.

또, 홀센서가 그 홀소자의 평면에 수직인 자속의 성분을 검지만 하기 때문에, 그 홀센서는 제20도에 나타낸 새로운 구성에서 어떤 자속도 효과적으로 검지하지 않다.

이것은 제25도에서 톱니위치 F, 즉 검지될 수 있는 강자성 대상물이 무한대로 있는 상태에 대응한다. 그 홀신호는 0(zero)에 근접한다.

제21도는 검지되는 치차(11)를 센서에서 비교적 떨어저 있는 원격위치로 이동하는 효과를 나타낸다.

본 발명에서 자속밀도가 자석의 면에 어느 정도 가깝게 존재하므로 치차의 톱니가 센서를 수용하도록 개방된 상태에서 치차가 존재하는 것은 그 센서에 거의 영향을 주지 않는다. 이 위치는 제25도의 위치 G로 나타내며, 이 위치는 홀신호에 적게 영향을 주거나 거의 영향을 주지 않는다.

제22도는 제21도에 나타낸 치차를 회전시켜 그 톱니를 센서에 가깝게 갖도록 할 때의 효과를 나타낸다. 이 위치를 제25도에서 위치 1로 나타낸다.

도면에 나타낸 바와 같이 치차의 톱니근방위치는 S극으로 들어오는 자속을 축방향에서 안쪽으로 끌어당겨 자력선을 자석과 홀소자의 축에 가깝게 집중화시킨다. 그 결과, 다수의 자력선이 실제로 홀소자를 통과하여 홀소자의 평면에 수직인 성분을 많이 가진다.

이와같은 결과로, 위치 1에서 발생한 신호는 위치 G의 톱니사이위치보다 절대값에서 실질적으로 그 위에 있다. 즉, S-N-S 구성에서 더 많은 음(-)의 값이다.

제23도는 치차가, 아직도 톱니사이의 위치에 있으나 제21도 및 제22도에서

와 같은 배치에서 보다 센서에 더 가깝게 설정되어 있는 배치를 나타낸다.

제2l도에 나타낸 다른 톱니사이의 위치의 경우에서와 같이, 치차가 그 치차의 톱니사이의 배향에서 존재하는 것은 유의성 있는 수의 자력선을 홀소자를 통하여 축방향으로 집중화하거나 끌어들이기에는 불충분하다.

그 결과, 제25도의 위치 H에 의해 나타낸 바와 같이 이 배향의 신호에서 현저한 증가가 없다.

제24도는 제23도에서 위치된 치차의 회전이 그 톱니를 센서에 가장 가깝게 이동시킨 위치를 나타낸다.

제24도에서 나타낸 바와 같이 치차의 강자성(ferromagnetism)의 효과로 대단히 큰 량의 자속과 자력선을 홀센서를 통하여 축방향으로 집중화하거나 끌어들인다.

센서의 평면을 통하여 또 센서의 평면에 수직인 자속의 충분한 밀도 때문에 위치 J, 즉 제24도에 나타낸 위치에 의해 발생되는 것과 같이 제25도에서 설명되는 신호는 특히 위치 H의 톱니사이신호에 대하여 비교적 강하다.

또, 그 신호는 위치 F에서 기준선위치와 비교하여 비교적 강하여 위의 배치의 신호대 잡음비는 비교적 크다.

제26도 내지 제41도는 최소한 2개의 다른 자극을 단일면에 나타내는 점에서 본 발명의 원리를 사용한 일련의 자석 구성체를 나타낸다.

제26도는 4개의 자화자극과 하나의 면을 포함하는 자석구조체의 사시도이다.

제27도는 2개의 자극과, 하나의 면 및 스틸제(steel)배판(back plate)을

포함하는 자석구조체의 사시도이다.

제28도는 4개의 자극과 하나의 면 및 스틸제 배판을 포함한 자석구조체의 사시도이다.

제29도는 스틸제 배판을 가지며 두께에 평행한 자극과 중앙의 자극을 포함한자석구조체의 사시도이다.

제30도는 스틸제컵(steel cup)을 가지며 두께에 평행한 자극을 포함한 자석구조체의 사시도이다.

제31도는 스틸제컵과 중앙의 자극을 가지며 두께에 평행한 자극을 포함하는 자석구조체의 사시도이다.

제32도는 스틸제배판을 가진 서로간에 교대로 배치된 3개의 자석(alternated magnets)을 포함하는 자석구조체의 사시도이다.

제33도는 스틸제앵글(steel angle)을 가지며 두께에 평행한 자극을 포함하는 자석구조체의 사시도이다.

제34도는 스틸제채널(steel channel)(,스틸제 홈형부재)을 가지며 두께에 평행한 자극을 포함하는 자석구조체의 사시도이다.

제35도는 2개의 스틸제측판(steel side plate)을 가지며 두께에 평행한 자극을 포함한 자석구조체의 사시도이다.

제36도는 2개의 자화전극과 하나의 면(통과)을 포함하는 자석구조체의 사시도이다.

제37도는 3개의 자화전극과 하나의 면(통과)을 포함하는 자석구조체의 사시도이다.

제38도는 스틸제배판을 가지며 2개의 자화자극과 하나의 면(통과)을 포함하는 자석구조체의 사시도이다.

제39도는 스틸제배판을 가지며 2개의 자석을 포함한 자석구조체의 사시도이다.

제40도는 스틸제배판을 가지며, 3개의 자화자극과 하나의 면(통과)을 포함한 자석구조체의 사시도이다.

제41도는 다수의 자극을 단일면에 구성하는 자석구조체의 일련의 사시도이다.

제42도는 대표적인 적용상태에서 본 발명의 센서패키지(10)를 나타낸다.

이 경우에, 그 센서패키지(10)는 그 전표면(front face)이 톱니(102)를 가진 톱니치차(tooth gear wheel)(101)의 외원주에 대향하여 위치되어있다.

그 치차(101)는 차량의 차축에 장착된 바퀴와 동촉이며, 그 바퀴에 접속되어있어, 그 차량의 바퀴(103)의 회전은 치차(101)의 회전에 비례한다.

그 센서패키지(10)는 그 센서패키지(10)의 면전에서 치차의 통과를 감시하여 톱니가 그 센서패키지(10)를 통과하는 속도와 관련된 전기신호를 발생한다.

그 전기신호는 신호프로세서(105)에서 처리되어 그 신호프로세서(105)는 그 신호를 사용에 적합한 형태로 사용자(user)에게 제공한다.

예로서, 그 센서를 사용하여 차량의 속도를 결정하며, 엔진속도를 결정하고 배전기내 캠의 위치를 감시함으로써 스파크플러그(spark plug)의 점화를 제어할 수 있다.

제43도는 본 발명의 원리를 구체화한 자석구조체(l5a) 주위의 자계상에서

4각형상의 강자성목표물(11a)의 효과에 대한 컴퓨터모델을 나타낸다.

그 자석구조체(l5a)는 2개의 자석(l6a,l7a)과 중앙편(center piece) 및배판(back plate)을 가진 T자 형상 자극편(pole piece)(l8a)을 가진다.

그 중앙편은 자석구조체의 전면(목표물쪽으로 향한)에서 후퇴한다(Set back).

제44도는 제43도와 대응되는 것으로, 그 자석 구조체쪽으로서 목표물(11a)운동이 그 목표물과 자석구조체 사이의 자력선을 축방향에서 안쪽으로 집중화시키는 방법을 나타낸다.

축상에서 또 목표물과 자석구조체 사이에 있는 홀소자는 목표물이 자석구조체 쪽으로 이동함에 따라 자속밀도가 더 커짐을 알 수 있다.

이 모델은 목표물이 없는 자계가 자기 "중심영역"(magnetic "neutral zone")을 자석축에 따라 단부자계(fringing field)전방에 자석구조체의 전면 가까이 가진다는 설명을 지지한다.

이 "중립영역" 중에 배치된 자계센서는 목표물이 없을 때 자속을 거의 검지하지 않거나 또는 자속을 검지하지 않게 되나 종방향의 자력선이 목표물의 존재에 의해 축방향에서 안쪽으로 센서를 통하여 끌어당길 때 자속을 검지하게 된다.

위에서 설명한 바와 같이, 단 하나의 N극과 S극을 센서칩의 뒤쪽(back)에 제공하는 교호자석구조체(alternate magnet structure)를 선택할 수 있다.

제45도는 그 센서칩의 뒤쪽에 단하나의 N극과 S극을 제공하는 자석구조체의 면을 횡단하는 자속밀도를 나타낸다.

제46도는 제45도에 나타낸 자석구조체에 의해 발생한 치차의 통과신호를 나타낸다.

이것은 3개의 자극구조체보다 떨어지나(inferior), 사용할 수 있고 생산하는게 보다 적은 비용으로 할 수 있다.

이 설명은 자속검출기인 홀소자의 사용에 초점을 둔 것이나, 본 발명은 자기저장소자로 칭하는 홀소자의 대체물에 적용할 수 있다.

이 타입의 디바이스(device)의 특징을 제47도에서 설명한다.

본 발명에서 자기저장소자의 사용은 2개의 디바이스(devices)사이의 차이에 대한 인식, 특히 홀디바이스가 그 평면에 수직인 자속을 검지하는 전압차 디바이스인 것에 대하여 그 자기저장소자가 그 디바이스의 평면에 평행하며, 전류에 수직인 자속을 검지하는 저항디바이스(resistance device)인 것에 대한 인식이 필요하다.

제1도는 본 발명에 관련된 종래의 센서시스템의 일반 특징을 나타낸 개략도이다.

제2도는 본 발명에 의해 제1도의 칩(chip)의 배후에 있는 자석구조체를, S극과 N극 쌍방을 칩의 후면측(back side)에 서로 인접하여 형성하는 복합자석구조체(compound magnet structure)와 대치하는 방법을 나타낸 개략도이다.

제3도는 그 복합자석면, 그 칩의 전면과 후면, 그 칩내 홀소자의 평면에 대하여 수직인 자석축에 따라 나타낸 평면도이다.

제4도는 주요한 자석면을 나타낸 그 자석구조체의 바람직한 구성도이다.

제5도는 그 자석구조체의 바람직한 구성의 측면도이다.

제6도는 축이 주요한 복합면에서 지면의 위와 밖으로 형성되어있는 자석구조체의 바람직한 구성의 사시도이다.

제7a도는 흘소자에 인접한 자석의 단일 자극을 가지며, 강자성 치차의 통과를 감시하기 위해 형성된 초기구성에서 자계의 변화를 홀소자와 치차사이의 공극의 함수로 나타낸 종래의 자속맵(flux map)를 나타낸다.

제7b도는 보다 넓은 톱니와, 그 톱니사이의 보다 넓은 갭(gap)을 가진 목표물(target)을 사용하는 것을 제외하고는 제7a도와 동일한 종래의 자속맵을 나타낸다.

제8도는 본 발명의 복합구성체에 관한 것으로, 그 목표물(치차)의 회전에 따르는 여러 가지의 공극(톱니와 센서의 거리)에 대한 자속밀도(단위 가우스)의 출력시자속맵(power-on flux map)을 나타낸다.

제9도는 제8도와 제9도의 양자가 본 발명의 복합구성체에 관한 점에서 유사한 자속맵을 나타낸다.

제10도는 자석면에 N극을 가진 2개의 자석이 그 자석면과 동일 평면이며, 그 자석면에 S극을 형성하는 자극편에 의해 분리되어있는 샌드위치형 자석(sandwish magnets)(N-S-N)의 그 자석면에 걸처있는 자속밀도의 맵(flux density map)를 나타낸다.

제Il도는 동일평면의 T자 형상 자극편을 가진 샌드위치형 자석에 대한 기준선 자계강도상에서 홀소자의 후면(back)에 대한 자석위치의 효과를 나타낸 그라프도이다.

제12도는 T자형 자극편의 샌드위치형 자석 표면에 걸처있는 기준선(배리(valley)있음) 자속밀도상에서 그 자극편을 자석면에서 Zmm 만큼 후퇴시킨 효과를 나타낸 그라프도이다.

제13도는 자극편을 1.5mm후퇴시킨 T자형 자극편 샌드위치자석의 자석표면에 걸처있는 자속의 맵(flux map)을 나타낸다.

제14도는 본 도면 데이타(Fig. 14 data)를 얻기 위하여 사용한 자석이 중앙소자가 반전된 바(bar)자석(T자형이 아니며 간단한 자극편도 아님)으로 또 1.5mm 후퇴시킨 샌드위치형 자석인 점을 제외하고는 제13도와 동일한 자속의 맵 을 나타낸다.

제15도는 종래기술에서 공지된 타입의 단일자극홀효과 치차의 톱니센서(10)를 나타낸 개략도이다.

제16도는 제15도에 나타낸 센서에서 약간 떨어져있는 위치로 이동한 종래기술의 치차의 개략도로서, 그 치차의 톱니가 그 센서의 양측에 위치되어있어, 그 센서가 톱니사이의 공간을 검지하는 상태를 나타낸 개략도이다.

제17도는 치차가 회전경로상에서 가장 가까운 위치에 톱니를 갖도록 하여 회전하는 상태를 나타낸 제16도의 센서와 치차의 개략도이다.

제18도는 제16도의 경우보다 센서에 더 가깝게 위치한 치차의 개략도이다.제19도는 치차의 톱니가 센서에 가장 가까운 위치에 있도록 한 제18도에 나타낸 치차의 회전을 나타낸 개략도이다.

제20도는 제15도에 나타낸 종래기술의 구조에 대응하는 본 발명의 구조를 나타낸 개략도로서, 홀센서가 고정되어있는 자석의 표면이 복합구조로 나타낸다.

제21도는 검지되는 치차를 센서에서 비교적 떨어저 있는 위치로 이동시키는 이동효과를 나타낸 개략도이다.

제22도는 제21도에 나타낸 치차를 회전시켜 그 톱니를 센서에 인접시킨 상태를 가질 때의 효과를 나타낸 개략도이다.

제23도는 톱니사이 위치에 있으나 제21도 및 제22도에 나타낸 배치보다 센서에 더 가깝게 치차가 위치된 배치를 나타낸 개략도이다.

제24도는 제23도에서 위치된 치차의 회전에 의해 그 톱니가 센서에 가장

가깝게 이동하는 위치를 나타낸 개략도이다.

제25도는 제15도 내지 제24도에 나타낸 여러 가지 형태에서 검지된 흘효과 자속밀도를 나타낸 그라프도이다.

제26도는 4개의 자화자극(magnetized poles)과 하나의 표면을 포함한 자석구조체의 사시도이다.

제27도는 2개의 자극, 하나의 표면 및 스틸제 백플레이트(steel back plate)를 포함한 자석 구조체의 사시도이다.

제28도는 4개의 자극, 하나의 표면 및 스틸제 백플레이트를 포함한 자석구조체의 사시도이다.

제29도는 스틸제백플레이트 및 중앙자극을 가지며 두께에 평행한 자극을 포함한 자석구조체의 사시도이다.

제30도는 스틸제컵(steel cup)을 가지며 두께에 평행한 자극을 포함한 자석구조체의 사시도이다.

제31도는 스틸제컵과 중앙자극을 가지며 두께에 평행한 자극을 포함한 자석구조체의 사시도이다.

제32도는 스틸제백플레이트를 가지며 3개의 교대로 배치된 자석을 포함한 자석구조체의 사시도이다.

제33도는 스틸제앵클(steel angle)을 가지며 두께에 평행한 자극을 포함한자석구조체의 사시도이다.

제34도는 스틸제 홈형상부재(steel channel)를 가지며 두께에 평행한 자극을 포함한 자석구조체의 사시도이다.

제35도는 2개의 스틸제사이드플레이트(steel side plate)를 가지며 두께에 평행한 자극을 포함한 자석구조체의 사시도이다.

제36도는 2개의 자화자극과 하나의 표면(관통)을 포함하는 자석구조체의 사시도이다.

제37도는 3개의 자화자극과 하나의 표면(관통)을 포함하는 자석구조체의 사시도이다.

제38도는 스틸제 백플레이트(steel back Plate)를 가지며, 2개의 자화자극과 하나의 표면(관통)을 포함하는 자석구조체의 사시도이다.

제39도는 스틸제 백플레이트를 가지며, 2개의 자석을 포함하는 자석구조체의 사시도이다.

제40도는 스틸제백플레이트를 가지며, 3개의 자화자극과 하나의 표면(관통)을 포함하는 자석구조체의 사시도이다.

제41도는 다수의 자극을 단일표면(관통)에 형성하는 자석구조체의 사시도이다.

제42도는 본 발명의 센서패키지를 사용할 수 있는 적용환경의 단면도로서, 더 구체적으로는 자동차의 바퀴축단부를 나타낸 단면도이다.

제43도는 본 발명의 원리를 사용하는 자석구조체(l5a) 주위의 자계상에서 직사각형상 강자성체 목표물(rectangular ferromagnetic target)(11a)의 효과의 컴퓨터모델을 나타낸 개략도이다.

제44도는 제43도에 대응하는 개략도로, 목표물(11a)의 자석구조체쪽 운동이 목표물과 자석구조체 사이의 자속을 축에 따라 안쪽으로 집중화하는 방법을 나타낸 개략도이다.

제45도는 하나의 N극과 하나의 S극 만을 센서칩의 후면(back)에 형성한 자석구조체의 표면에 걸쳐있는 자속밀도를 나타낸 그라프도이다.

제46도는 제45도에 나타낸 자석구조체에 의해 발생한 치차통과신호를 나타낸 그라프도이다.

제47도는 홀소자와 자기저항소자로 칭하는 대치센서의 특징을 비교한 차트(chart)이다.

(도면에 나타낸 주요부분의 부호설명)

11, 101: 치차(gear)

11a: 직사각형상 강자성 목표물(rectangular ferromagnetic target)

12: 홀효과센서칩(Hall effect sensor chip)

14: 홀효과센서(Hall effect sensor)

15: 복합자석구성체(compound maguet structure)

l5a: 자석구성체(magnet structure)

16, 17: 바자석(bar magnet)

18: 심봉(core bar) 또는 자극편(pole piece)

l8a: T자 형상 자극편(Tee Shaped pole piece)

102: 톱니

Claims (14)

1. 강자성물품(ferromagnetic article)의 통과를 검출하는 자계센서(magnetic flux field)에 있어서,

   (a) 주변자계에 비례하는 출력전압을 발생하는 자계센서소자(14)를 포함하는 집적회로칩(integrated circuit chip)(12)과,

   (b) 중앙의 자극편(central pole piece)(18)과, 그 자극편 일측에 인접한 투자율이 높은 제1자극편과(16)과, 그 자극편(18)타측에 인접한 투자율이 높은 제2자극편(17)으로 이루어진 자석구조체(15)로 구성시켜, 제1자극편과 제2자극편 각각의 단부는 그 자석구조체(15)의 전면(15f)에 설정되어 구성되며, 그 중앙의 자극편은 전면(15f)에서 하나의 극성의 자계를 나타내도록 하고,

   제1자극편과 제2자극편은 각각 그 전면에서 반대극성의 자계를 나타내도록 하며, 자계센서소자가 그 전면에서 중앙에 그 자석구조체에 부착되도록 하여, 그 자계센서소자에 의해 검지된 자속의 절대값이 그 자계센서 소자에 인접한 강자성물품의 통과가 없을 때 낮아지고, 자속의 큰 진폭은 강자성물품이 자계센서소자에 근접할 때 그 자계센서소자에 의해 검지되며,

   2개의 통과하는 강자성 물품 사이의 밸리(valley)가 자계센서소자에 근접할 때 그 자계센서소자와 통과하는 강자성물품 사이의 공극 크기에 의존하지 않는 낮은 값의 자속이 검지됨을 특징으로 하는 자계센서.
2. 제1항에 있어서, 중앙의 자극편(18)은 영구자석임을 특징으로 하는 자계센서.
3. 제1항에 있어서, 제 1 및 제 2 투자율이 높은 강자성 자극편(16,17)은 각각 영구자석으로 이루어짐을 특징으로 하는 자계센서.
4. 제1항에 있어서, 제1 및 제2 자극편(16, 17)은 각각 자석임을 특징으로 하는 자계센서.
5. 제1항에 있어서, 자계센서소자(14)는 평면상이 홀소자(Planar Hall element)임을 특징으로 하는 자계센서.
6. 제1항에 있어서, 자석구조체(15)에서의 전면(15f)은 자계센서소자(14)의 평면에 평행하고,

   그 자석구조체(15)에는 최소한 하나의 영구자석(18)을 포함함을 특징으로 하는 자계센서.
7. 제1항에 있어서, 그 중앙의 자극편 일단은 자석구조체의 전면(15f)에서 리세싱(recessing)되어 있음을 특징으로 하는 자계센서.
8. 제1항에 있어서, 그 자계센서소자는 제1자극편과 제2자극편 사이에서 중심에 설정(centering)됨을 특징으로 하는 자계센서.
9. 제1항에 있어서, 제1자극편(16), 제2자극편(17) 및 중앙의 자극편(18)에서는 이들의 대향타단부에 인접한 강자성자극편의 후측부(back side part)(18b)를 추가로 구성함을 특징으로 하는 자계센서.
10. 강자성물품의 통과를 검출하는 자계센서에 있어서,

    (a) 주변자계에 비례하는 출력전압을 발생하는 자계센서소자(14)를 포함하는 집적회로칩(12)과,

    (b) 1)중앙의 자극편(18)과, 그 중앙의 자극편(18)의 2개의 대향측면에 각각 인접한 2개의 주변자극편(16, 17)과,

    자석구조체(15)의 전면(15f)과 일치하는 2개의 주변자극편 각각의 자극단부와, 그 전면에 인접하여 주변자극편 양단부 사이에 설정된 중앙자극편의 자극일단부를 구성하여 집적회로칩(12)이 자석구조의 전면 중앙에 고정되고,

    2) 중앙자극편의 자극일단부에 하나의 극성의 자계를 발새하며, 2개의 주변자극편의 자극단부에서 다른 극성의 자계를 발생하는 자석(magnet means)으로 이루어진 자석구조체(15)를 구성시켜,

    자계센서소자(14)에 의해 검지되는 자속의 절대값은 그 자계센서소자에 근접하여 강자성물품을 통과하지 않을 때 낮아지며, 높은 진폭의 자속은 강자성물품이자계센서소자에 인접할 때 자계센서소자에 의해 검지되고,

    2개의 통과하는 강자성물품 사이의 밸리(valley)가 자계센서소자에 근접할 때 그 자계센서소자와 통과하는 강자성물품 사이의 공극 크기에 의존되지 않는 낮은값의 자속이 검지됨을 특징으로 하는 자계센서.
11. 제10항에 있어서, 2개의 주변자극편의 2개의 자극단부는 자석구조체의 전면(15f)에 설정되어 구성함을 특징으로 하는 자계센서.
12. 제10항에 있어서, 그 자석구조체의 전면(15f)은 그 자계센서소자(14)의 평면에 평행함을 특징으로 하는 자계센서.
13. 제10항에 있어서, 그 자석(magnet meant)은 중앙의 자극편으로 이루어지고, 중앙의 자극편은 영구자석임을 특징으로 하는 자계센서.
14. 제10항에 있어서, 집적회로칩(12)은 중앙의 자극편(18)의 자극일단부에 대하여 중앙에 위치가 설정되고, 그 자극일단부에 인접함을 특징으로 하는 자계센서.