KR100854836B1 - 수동형 자기 위치 센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 저항 네트워크(2)를 가진 기판(1)으로 구성된 수동형 자기 위치 센서에 관한 것이고, 상기 저항 네트워크(2)는 기판(1)에 구성된다. 접촉 스프링 구조물(8)이 상기 저항 네트워크에 결합되고, 상기 구조물은 영구 자석(11)에 의해 편향될 수 있다. 접촉에 의하여 저항 네트워크(2) 및 접촉 스프링 구조물(8) 사이에 전기 연결이 형성되고, 상기 연결은 영구 자석(11)의 위치에 따라 결정된다. 접촉 스프링 구조물(8) 및 저항 구조물(2)은 소형 하우징(1,12)에 수용되고, 영구 자석(11)은 소형 하우징(1,12)의 외부에서 이동될 수 있다. 위치 센서가 영구 자석(11)에 대한 자력을 향상시키는 것에 관하여, 상기 영구 자석(11)은 접촉 스프링 구조물(8)의 변위 방향으로 분극된다. 비교란 자기장의 인력을 응집하기 위해 자속 안내 시스템(14,15a,15b)은 영구 자석(11)에 인접하여 구성된다.

Description

수동형 자기 위치 센서 {PASSIVE MAGNETIC POSITION SENSOR}
본 발명은 저항 네트워크를 구비한 기판을 포함하는 수동형 자기 위치 센서에 관한 것으로서, 상기 저항 네트워크는 상기 기판에 배치되고 접촉 스프링 구조물과 연결되며, 상기 접촉 스프링 구조물은 영구 자석의 작용하에 편향될 수 있으며, 저항 네트워크 및 접촉 스프링 구조물 사이의 전기 연결은 영구 자석의 위치에 따라 결정되는 접촉에 의해 형성되고, 접촉 스프링 구조물 및 저항 네트워크는 밀봉된 하우징에 밀폐되어 구성되며, 영구 자석은 밀봉된 하우징의 외부에서 이동가능하다.
상기 위치 센서는 DE 196 48 539 로부터 공지되어 있다. 상기 경우에 저항 네트워크 및 접촉 구조물은 기판에 구성된다. 위치가 결정되어질 가동 물체에 연결된 자기 장치는 접촉 스프링 구조물의 편향을 유발시켜, 상기 접촉 스프링 구조물이 저항 네트워크와 접촉되고, 가동 물체의 위치에 상응하는 출력 신호가 위치 센서에서 수신될 수 있다.
기술된 형태의 자기 위치 센서는 단지 수㎝의 길이를 가진다. 위치 센서의 신뢰성 있는 작동을 위해, 자석은 제한없이 크기면에서 증가될 수 없고, 이는 접촉 스프링 구조물의 많은 스프링 레그(leg)가 동시에 자석의 인력을 받는 결과를 형성하기 때문이며, 상기의 결과로 센서의 출력 신호는 더 이상 확실한 신호를 제공하 지 못하고, 결과적으로 더 이상 이용할 수 없다.
본 발명의 목적은 수동형 자기 위치 센서에 향상된 자력의 영구 자석을 제공하는 것이다.
본 발명에 따라 상기 목적이 달성되고, 본 발명에 따르면 영구 자석은 접촉 스프링 구조물의 운동 방향으로 분극되며, 비교란 자기장(undisturbed magnetic field)의 인력(force of attraction)을 응집하기 위한 자속 안내 장치가 영구 자석에 인접하여 구성된다.
본 발명의 장점에 따르면, 자속 안내 몸체로 인해 비교란 자기장의 패턴은 상기 비교란 자기장의 구배가 하우징에 대해 횡방향으로 증가되는 정도로 변화된다. 저항 네트워크 및 접촉 스프링 구조물을 가진 하우징이 삽입되지 않은 영구 자석에 의해 형성된 자기장은 비교란 자기장으로 간주될 수 있다. 상기 방법에 근거하여, 자기장의 힘은 기하학적 크기의 변화없이 증대될 수 있다.
본 발명에 따르면, 자속 안내 장치는 영구 자석에 조립될 수 있는 자기 침투성 캡(cap)으로서 형성된다. 상기 캡은 U자형 단면을 가지고, 상기 캡의 자유 단부에 가상 자극이 형성된다. 결과적으로, 하우징의 위치에서 센서 하우징에 대한 횡방향으로 자기장 구배의 현저한 증가가 형성되는 정도까지, 비교란 자기장(대기 중의 자기장)이 응집된다.
또 다른 실시예에 따르면, 자속 안내 장치는 2개의 추가 보조 자석을 포함하고, 영구 자석은 2개의 보조 자석 사이에 구성되며, 보조 자석의 자화 방향은 영구 자석의 자화 방향과 대향되어 형성된다.
하우징이 비자성으로 형성되고 따라서 힘이 접촉 스프링 구조물에 감쇠되지 않고 작용된다면, 영구 자석의 자력은 상기 경우에 특히 완전하게 이용될 수 있다.
본 발명은 다양한 실시예로 기술될 수 있다. 상기 실시예 중 하나가 도시된 도면을 참조하여 상세히 기술될 것이다.
도 1 은 전위차계로서 도시된 위치 센서의 실시예.
도 2 는 도체 트랙을 가진 저항기 트랙의 평면도.
도 3 은 도체 트랙을 가진 저항기 트랙의 단면도.
도 4 는 위치 센서의 출력 신호.
도 5 는 자속 안내 장치를 가진 자석의 제 1 실시예.
도 6 은 자속 안내 장치를 가진 자석의 제 2 실시예.
동일 특성은 전도면에서 동일 인용 부호로 도시되어 있다.
후막(thick film) 구성을 기본으로 하는 선형 수동형 자기 위치 센서의 구조가 전위차계의 형태로 도 1 에 개략적으로 도시되어 있다. 비자성 기판(1)은 저항기 트랙(2) 형태의 저항 네트워크를 지지하고, 상기 저항기 트랙(2)은 층의 형태이며, 전기 단자(5,6) 사이에서 연장구성된다.
도 2 에 도시된 바와 같이, 다수의 도체 트랙(3)이 기판에 동일 간격으로 저항기 트랙(2) 아래에서 서로 평행하게 구성된다. 상기 도체 트랙(3)은 저항기 트 랙(2)에 수직으로 기판(1)에 직접 적용되어졌다. 상기 도체 트랙(3)은 부분적으로 저항기 트랙(2)에 의해 덮여져 구성된다. 상기의 경우에, 각 도체 트랙(3)의 단부는 금 또는 은으로 코팅된 접촉 영역(4)을 형성한다.
도 3 의 단면도에 따르면, 확실한 전기 접촉을 위해 도체 트랙(3)은 저항기 트랙(2)의 영역에서 상기 저항기 트랙(2)에 의해 완전히 둘러싸여 구성된다. 도 1 에 따르면, 스페이서(spacer)(7)가 저항기 트랙(2)에 평행하게 기판에 구성되고, 상기 스페이서(7)에 일체형의 빗형상 굽힘빔(bending beam) 구조물(8)이 연자성 포일(foil)의 형태로 적용되어졌다. 상기에 대한 대안으로서, 상기 굽힘빔 구조물은 자기층이 구비된 비자성 재료로 구성된다. 상기 빗형상의 연자성 굽힘빔 구조물(8)은 일단에서 지지된 자유롭게 움직일 수 있는 가동 굽힘빔(9)을 포함한다. 상기 굽힘빔(9)은 접촉 저항을 감소시키기 위해 금 또는 은으로 전기코팅되어 구성된다.
스페이서(7)는 굽힘빔 구조물(8)의 자유가동 단부를 접촉 영역(4)으로부터 지정 거리만큼 이격시켜 유지시킨다. 굽힘빔(9)의 자유가동 단부는 접촉 영역(4)을 덮도록 구성된다. 상기 구성에서, 연자성 포일로서 형성된 굽힘빔 구조물(8)은 전기 전도성을 가지고, 외부 전기 단자(10)와 연결된다.
이미 설명한 바와 같이, 저항기 트랙(2)은 단자(5,6)를 통해 지면과 작동 전압(UB)에 전기적으로 연결된다. 위치 센서의 신호 전압(UOUT)은 굽힘빔 구조물(8)에 연결된 전기 단자(10)를 통해 수신될 수 있다. 신호 전압(UOUT)은 0볼트부터 UB까지 변화되고, 영구 자석(11)의 위치를 나타낸다.
저항기 트랙(2)을 지지하는 기판(1)의 원거리 측면에 대해 하우징(1,12)의 외부에서 이동가능하도록 구성된 영구 자석(11)은, 일단에서 지지된 굽힘빔(9)의 자유가동 단부에 의해 접촉 영역(4)이 덮여지는 영역에서 이동된다. 굽힘빔 구조물(8)의 굽힘빔(9)의 자유가동 단부는 영구 자석(11)의 자기장에 의해 접촉 영역(4)으로 이동되고 접촉된다. 영구 자석(11)의 위치에 상응하는 방법으로, 저항 네트워크의 관련 저항기에 대해 전기 연결이 형성되고, 상기 위치에 상응하는 신호 전압(UOUT)이 수신된다. 상기 경우에, 도 4 에 도시된 바와 같이 계단형 출력 신호가 발생된다.
서로 이웃하여 구성된 굽힘빔 구조물(8)의 다수의 자유가동 단부(9)가 상응 접촉 영역에 의해 동시에 접촉되고 결과적으로 중복되어 작동되도록, 영구 자석(11)의 폭이 결정되고, 따라서 어떤 접촉 중단이 발생하더라도 측정 시스템의 완전한 신호 고장을 초래하지 않는다.
저항기 트랙(2)을 지지하는 절연 기판(1)과 연자성 포일(8)은 세라믹 시트(ceramic sheet)를 포함한다. 상기는 동시에 위치 센서의 하우징 벽으로서 역할을 수행하고, 하우징 커버(12)에 의해 밀폐된다. 하우징 커버(12) 및 기판(1)의 재료는 상기 경우에 동일 또는 유사한 열팽창 계수를 가지고, 납땜, 용접 또는 부착될 수 있다.
비자성 하우징 커버(12)의 사용이 유리하다. 절연 기판(1)의 주변 변부로서 의 금속화된 층(17)은 위치 센서를 둘러싸는 역할을 수행한다. 납땜성의 향상을 위해 금속층(17)은 주석으로 코팅된다. 전기 단자(5,6,10)의 구성을 위해, 핀이 절연 기판(1)을 통해 삽입되고, 기밀 밀봉 및 부식 방지 방법으로 저항기 트랙(2) 또는 굽힘빔 구조물(8)에 납땜 또는 용접된다.
센서의 영역에서 자석(11)의 인력을 증가시키기 위해, 하우징 커버에 대해 횡방향으로 비교란 자기장(undisturbed magnetic field)(센서가 없는 자기장, 도 5 및 도 6 에 단지 하우징 커버(12)로 도시됨)의 구배가 상기 하우징 커버의 위치에서 증가된다. 상기는 다양한 방법으로 이루어질 수 있다.
인력의 증가를 위해 비교란 자기장을 응집하는 장치가 도 5 에 도시되어 있다. U자형 단면을 가진 자기 침투성 스틸캡(steel cap)(14)이 본래의 영구 자석(11)에 조립된다. 상기 경우에 영구 자석(11)의 남극이 기판(1)에 마주하도록 상기 영구 자석(11)이 분극된다. 자석(11)의 자화 방향은 상기 경우에 굽힘빔 구조물(8)의 굽힘빔(9)의 운동 방향에 상응한다. 가상 자극은 스틸캡(14)의 U자형 단면의 자유 단부에서 형성된다. 결과적으로, 기판(1)이 없는 비교란장(대기 중의 자기장)은 자기장 구배의 현저한 증가가 기판(1)의 위치에서 이루어지도록 응집된다.
기본 영구 자석(11)을 2개의 영구 자석(15a,15b)으로 측방향으로 둘러쌈으로써 동일한 효과를 얻을 수 있고, 상기 영구 자석(15a,15b)에는 영구 자석(11)의 자화와 반대 방향으로 자화가 형성된다.
본 발명에 따라 저항 네트워크를 가진 기판을 포함한 수동형 자기 위치 센서가 구성된다.

Claims (4)

  1. 저항 네트워크를 구비한 기판을 포함하고, 상기 저항 네트워크는 상기 기판에 배치되고 접촉 스프링 구조물과 연결되며, 상기 접촉 스프링 구조물은 영구 자석의 작용하에 편향될 수 있으며, 저항 네트워크 및 접촉 스프링 구조물 사이의 전기 연결은 영구 자석의 위치에 따라 결정되는 접촉에 의해 형성되고, 접촉 스프링 구조물 및 저항 네트워크는 밀봉된 하우징에 밀폐되어 구성되며, 영구 자석은 밀봉된 하우징의 외부에서 이동가능한, 수동형 위치 센서에 있어서,
    상기 영구 자석(11)은 상기 접촉 스프링 구조물(8)의 운동 방향으로 분극되고, 비교란 자기장의 인력의 집중도 증가를 위한 자속 안내 장치(14,15a,15b)는 상기 영구 자석(11)에 인접하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수동형 위치 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 자속 안내 장치(14,15a,15b)는 상기 영구 자석(11)에 조립될 수 있는 자기 침투성 캡(14)으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 수동형 위치 센서.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 자속 안내 장치(14,15a,15b)는 2개의 추가 보조 자석(15a,15b)을 포함하고, 상기 영구 자석(11)은 상기 2개의 보조 자석(15a,15b) 사이에 구성되며, 상기 보조 자석(15a,15b)의 자화 방향은 상기 영구 자석(11)의 자화 방향과 대향되어 형성되는 것을 특징으로 하는 수동형 위치 센서.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징(1,12)은 비자성으로 형성되는 것을 특징으로 하는 수동형 위치 센서.
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