KR100954071B1 - 자기전기 변환기 소자를 포함한 패스 센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 자기전기 변환기 소자(5), 및 적어도 하나의 자속 전도체(3,4;9,10;14,15,20,21)와 적어도 하나의 자석(2;11,30)으로 이루어진 자기 회로를 포함하고, 구조 크기가 작을 경우 변환기 소자(5)에 의해 측정될 수 있는 자속의 영향이 적어도 하나의 자석의 이동에 의해 야기되는 패스 센서(1a;1b;1c)에 관한 것이다. 상기 자속 전도체(3,4; 9,10;14,15,20,21) 및 변화 소자(5)는 변위 측정 동안 서로 불변의 위치에 놓이고, 상기 자속 전도체(3,4,5; 9,10;14,15,20,21)와 적어도 하나의 자석(2;11,30)은 서로 상대 이동될 수 있다. 변환기 소자(5)에 의해 평가될 수 있는 자계의 변화는 자석(2;11,30)의 이동 동안 자기 회로내의 에어갭(d)의 변화에 의해 야기된다. 상기 자기 회로의 자속 전도체(3,4;9,10;14,15,20,21)는 패스 코스(6;12)에서 에어갭의 폭(d)의 변화로 인해 변환기 소자(5)에서 미리 주어진 신호 파형이 발생되는 자석(2;11,30)의 패스를 포함하는 윤곽을 가진다.
패스 센서, 자기전기 변환기 소자, 자석, 자속 전도체, 자기회로.

Description

자기전기 변환기 소자를 포함한 패스 센서 {Path sensor with an magnetoelectric transformer element}
본 발명은 독립 청구항의 전제부에 따른 부품의 이동을 검출하기 위한 적어도 하나의 자기전기 변환기 소자를 포함하는 패스 센서(path sensor)에 관한 것이다.
DE 43 17 259 A1호에는 측정 가능한 자속을 발생시키기 위한 자속 발생기가 전기 제어 장치 내에 배치되어 있는 회전각 센서 장치가 이미 공지되어 있다. 여기에는 자기전기(magnetoelectric) 변환기 소자가 제공되고, 상기 자기전기 변환기 소자는, 자기 전도체의 회전 운동에 의해 야기되는 자속의 변화를 검출할 수 있다. 공지된 자기전기 변환기 소자에서는, 변환기 소자 내의 자속 밀도가 각도 또는 변위에 따라 변할 때 발생하는 측정 효과를 이용한다. 이것은 일반적으로 자속 전도체(flux conductor)와 영구 자석으로 이루어진 자기 회로에서, 자기 전도성 자속 전도체 및 영구 자석이 서로 회전되어 변환기 소자의 자속 밀도가 변함으로써 이루어진다. 이러한 원리로 인해, 예컨대 가동부품들의 지지 유격으로부터 바람직하지 않은 부수 효과(side-effect)가 나타나고, 이러한 부수 효과는 에어갭 폭의 변화에 의해 변환기 소자 내의 자계와 그리고 이로써 측정 결과를 변화시킨다. 또한 패스 센서의 길이는 측정될 변위의 길이보다 훨씬 더 길며, 이것은 많은 응용분야에서 조립을 어렵게 한다. DE 197 53 775 A1호에 공지된 바와 같이, 패스 센서로서 홀 소자를 포함하는 그러한 측정 장치에서, 자속선의 안내를 위해 자기 전도 재료로 이루어진 자속 전도체가 사용된다. 또한 EP 0 670 471 A1호에는 자기 회로를 형성하는 어떤 부품도 서로 상대 이동하지 않는 장치가 공지된다. 따라서 이 경우에는 전체 자기 회로가 자기전기 변환기를 지나가 버린다. 측정 효과는 회전각에 따라 규정된 에어갭의 변화가 일어나는 자석을 형성함으로써 달성된다.
자기전기 변환기 소자 및 자기 회로를 포함하는, 전술한 방식으로 이동을 검출하기 위한 패스 센서의 실시예에서 본 발명에 따라 바람직하게, 자속 전도체들 및 바람직하게는 홀 소자인 변환기 소자는 패스 측정 동안 서로 변하지 않는 위치에 놓이고, 상기 부품들과 적어도 하나의 자석이 서로 상대 이동될 수 있다. 변환기 소자에 의해 평가될 수 있는 자계의 변화는 바람직하게 자석의 이동 동안 자기 회로 내의 에어갭의 변화에 의해 일어난다. 본 발명의 장점은 패스 센서의 길이가 짧은 것이고, 이로써 상기 패스 센서는 장치상의 구조상 중요한(structurally critical) 위치에 또는 다른 용도에서도 조립될 수 있다. 본 발명에 따른 패스 센서는 이동 방향에 대해 횡단방향으로 이동된 자석의 변위에 대해서는 감응하지 않는데, 그 이유는 에어갭의 한 측면의 크기 확대가 에어갭의 다른 측면의 크기 축소에 의해 보상되기 때문이다. 자속 전도체들의 길이에 대해 다른 횡단 방향으로의 불감응(insensitivity)은 간단한 방식으로 부품 높이의 상응하는 치수 설계에 의해 달성될 수 있고, 자속 전도체들은 항상 자석보다 더 높다. 바람직한 방식으로 자기 회로의 자속 전도체들은, 패스 코스(path course)에서 에어갭의 폭의 변화로 인해 사전 설정 가능한 신호 파형이 변환기 소자 내에 생기도록, 자석의 패스를 둘러싸는 윤곽(contour)을 가진다. 따라서 가변 자계는 여기서 에어갭의 폭에 의해 작동갭으로서 결정되고, 간단한 방식으로 신호 변화 없이 각도 또는 변위 측정 영역에 이르는 가변 특성 곡선 상승, 소위 플레토(plateau) 또는 구부러진 특성 곡선을 가능하게 한다. 자속 전도체들의 윤곽은, 패스 코스에서 선형 측정 곡선이 얻어지도록 형성되는 것이 바람직하다. 바람직한 실시예에서 패스 센서는 선형 패스 센서이고, 자기 회로와 변환기 소자의 상대 운동의 패스 코스는 직선이다. 이 경우 구조 크기는 측정 패스보다 약간 더 크다. 다른 바람직한 실시예에 따라, 센서는 각센서이고, 자기 회로와 변환기 소자의 상대 운동의 패스 코스는 원형 또는 원호형(segment of a circle)이다. 또한 자속 전도체들 각각은 자속 집중을 위해 변환기 소자의 영역에 변환기 소자로 안내되는 돌출부를 극편으로서 포함한다. 이로 인해 확대된 에어갭 폭에 의해 누설 자속(leakge flux)이 더 작으면서 더 큰 자석이 사용될 수 있고, 이로써, 더 많은 자속으로 작동될 수 있으므로, 전기 신호 처리가 용이해진다. 본 발명에 따른 패스 센서의 사용 분야로서는, 특히 소위 차량 내 전기 유압식 브레이크용 페달 트래블 센서(pedal-travel sensor)가 고려된다.
본 발명의 실시예는 도면을 참고로 설명된다.
도 1은 선형 신호 파형용 자속 전도체들의 적합한 윤곽을 가진 선형 변위 측정용 패스 센서이고,
도 2는 자속 전도체들에, 변환기 소자에 마주 놓인 각각 하나의 극편을 포함하는 선형 변위 측정을 위한 패스 센서이고,
도 3은 선형 신호 파형용 자속 전도체들의 적합한 윤곽을 가진 방사 방향 변위 측정용 패스 센서이고,
도 4는 자속 전도체들이 일정한 두께를 가지는 패스 센서이고,
도 5는 특수하게 형성된 극편을 포함하는 실시예이다.
도 1에는 선형 패스 센서(1a)가 도시되고, 상기 선형 패스 센서는, 영구 자석(2)과 예컨대 2 개의 철제 자속 전도체들(3 및 4)로 이루어진 자기 회로, 및 자기전기 변환기로서 자속 전도체들(3 및 4)의 단부 사이에서 측정 에어갭(g)에 고정 배치된 홀 센서(5)를 포함한다. 자석(2)은 측정 구간(x)의 패스 코스(6)를 따라 이동될 수 있고, 패스 측정 구간(x)의 코스 내의 자속 전도체들(3 및 4)의 윤곽이 적합하게 디자인됨으로써, 갭폭(d)이 가변적인 에어갭이 형성될 수 있다. 패스 코스(6)에서 폭(d)의 변화로 인해 자속 전도체들(3 및 4)의 윤곽에 의해 사전 설정 가능한 신호 파형이 홀 소자(5)에서 감지될 수 있다. 도 2에는 패스 측정 구간(x)을 따른 패스 코스에서 극편들(7 및 8)에 의해 에어갭 폭(d)이 더 커질 수 있는 선형 패스 센서(1b)의 실시예가 도시된다. 극편들(7 및 8)은 자속 전도체들(9 및 10)의 단부들에서 돌출함으로써 홀 소자(5)에 마주 놓이게 형성되고, 여기서 자속 집중기(concentrator)로서 작용한다. 따라서 상기 실시예에서 더 긴(즉 에어갭의 방향으로) 자석(11)이 사용될 수 있고, 이로써, 누설 자속이 더 작으면서 더 큰 자속 밀도가 발생될 수 있다. 도 3에 따른 실시예에서 측정 구간(α)을 따른 상대 운동의 패스 코스(12)가 부분적으로 원형 패스이므로, 여기서 방사 방향 패스 센서 또는 각 센서(1c)가 얻어진다. 자기 회로는 자석(13) 및 상응하는 자속 전도체들(14 및 15)을 포함하고, 상기 자속 전도체들의 형상은 도 1에 설명된 원리에 따라 형성된다. 마찬가지로 측정 신호는 자속 전도체들(14 및 15)의 단부들 사이에 고정 배치된 홀 소자(5)에 의해 검출될 수 있다.
따라서 패스(x)를 따라 자석(2,5,11,30)이 이동할 때, 작동 에어갭(d)의 변화 및 자속 전도체의 재료 두께의 변화로 인해 측정 에어갭(g)에서 자속이 변한다.
도 4에 따른 실시예에서 x를 따라 자석이 이동할 때 측정 에어갭(g) 내의 자속 변화는 일정한 두께를 가진 자속 전도체들의 연속 곡률에 의해서만 달성된다. 도 4에 따른 실시예에서 자속 전도체들(20, 21)은 전체 길이에 걸쳐 동일한 두께를 가진다. 이것은 패스 센서의 소위 개방 영역(22)에서도 적용된다. 지금까지의 실시예, 특히 도 1 및 2에 따른 실시예에서는 자속 전도체들(3,4 또는 9,10)의 외벽이 전체 길이에 걸쳐 평행하게 연장된다. 상기 자속 전도체들의 구조 두께의 감소에 의해 특히 개방 영역의 내부에는 방향(x)으로 지속적으로 변하는 간격(d)이 얻어진다. 도 4에 따른 실시예에서 자속 전도체들(20, 21)은 서로로부터 멀어지게 휘어진다. 즉 서로를 향하는 자속 전도체들의 내측면들(20a 및 21a)이 구부러진 형태를 가짐으로써, 소위 개방 영역(22)에서 자속 전도체들(20, 21)의 최대 간격(d)이 얻어진다. 상기 특성 곡선의 가변 디자인은 자속 전도체들의 채택된 곡률에 의해 가능하다. 스위칭 과정시 상이한 기울기, 플레토(plateau), 신속한 이행이 간단하게 얻어질 수 있다. 예컨대, 자속 전도체들의 곡률에 의해, 갭폭(d)에 대한 자속 밀도의 비선형 의존성(non-linear dependence)이 보상됨으로써, 선형 특성 곡선이 달성된다. 또한 측정 에어갭(g)에서 자속의 집중을 위해, 그리고 더 큰 자석의 사용을 위해 극편이 사용될 수 있다. 또한 도 4에 도시된 바와 같이, 구부러져서 연속 연장하는 형태가 극편들(25, 26) 앞에서 평행 영역으로 이행되는 것도 고려될 수 있다. 상기 평행 영역이 적어도 자석(30)의 길이를 가짐으로써, 단부 위치를 신호할 수 있다. 2 개의 극편들(25, 26) 사이에 홀 소자(5)가 위치한다. 그러나 도 1에 도시된 바와 같이, 극편들이 없는 구성도 고려될 수 있다. 극편들(25, 26)은 홀 소자로 자속이 집중되게 한다. 이 경우 극편들(25, 26)은 자속 전도체들(20, 21)과 동일한 두께를 가질 수 있다. 도 4에는 자석(30)의 자속의 코스가 도면 부호 33으로 표시된다. 자석의 극성은 전술된 설명에서의 자석의 극성에 상응한다. 자석(30)이 방향(x)으로 이동되면, 자속 전도체들(20, 21) 사이의 간격(d)이 변한다. 이러한 간격 변화로 인해 홀 소자에서 자계가 변하고, 상기 자계 변화는 이동거리(x)에 대해 비례한다. 도 4에 따른 형상은 특히, 이러한 자속 전도체가 간단한 제조 과정, 예컨대 펀칭 및 벤딩에 의해 제조될 수 있는 장점을 가진다. 이로 인해 기계가공하지 않고 높이가 큰 자속 전도체가 제조될 수 있다. 이것은 재료 절약 디자인을 달성한다. 측정 에어갭(g)의 실시예에서 다른 장점은, 특히 인쇄 회로 기판의 대량 생산시 통상적이듯이, 홀 소자가 여러 하우징 형태에 사용될 수 있게 설계될 수 있는 것이다. 이에 대한 실시예가 도 5에 도시된다. 여기서 자속 전도체들(20, 21)의 단부들이 부분적으로 펀칭되고 나머지 영역들(31, 32)은 말굽 모양으로 구부러진다. 영역들(31, 32)의 정면들 사이에 측정 에어갭(g) 및 홀 소자(5)가 배치된다. 자속 전도체들의 단부들은 임의로 형성될 수 있고 이로써, 자속 밀도는 측정 패스(x)를 향하여 임의의 방향으로 설정될 수 있다. 이로써, 측정 에어갭(g)에서 자속 밀도가 집중될 수 있고, 센서가 다른 모듈, 예컨대 전기 유압식 브레이크의 작동 유닛 내에 통합될 경우 자유도가 더 커질 수 있다.

Claims (10)

  1. 적어도 하나의 자기전기(magnetoelectric) 변환기 소자(5), 및
    적어도 하나의 자속 전도체(3,4;9,10;14,15,20,21)와 적어도 하나의 자석(2;11,30)으로 이루어진 자기 회로를 포함하고,
    상기 변환기 소자(5)에 의해 측정될 수 있는 자속의 영향이 적어도 하나의 자석의 이동에 의해 야기되는 패스 센서(path sensor)에 있어서,
    상기 자속 전도체들(3,4; 9,10;14,15,20,21) 및 상기 변환기 소자(5)는 패스 측정동안 서로에 대해 불변하게 놓이고, 상기 자속 전도체들(3,4; 9,10;14,15,20,21)과 상기 적어도 하나의 자석(2;11,30)은 서로 상대 이동될 수 있고,
    상기 변환기 소자(5)에 의해 평가될 수 있는 자계의 변화는 상기 자석(2;11,30)의 이동 동안 자기 회로 내의 에어갭의 폭(d)의 변화에 의해 이루어질 수 있고,
    상기 자속 전도체들(20, 21)이 거의 일정한 벽두께를 가지고,
    상기 자속 전도체들(20, 21)이 적어도 개방 영역(22)에서는 곡선 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 패스 센서.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 자속 전도체들(20, 21)의 내측면들(20a, 21a)이 연속적으로 연장하며 구부러진 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 패스 센서.
  6. 제 1항에 있어서,
    자속 전도체들(20, 21)의 내측면들(20a, 21a)이 적어도 하나의 서로 평행하게 진행하는 섹션을 가지는 것을 특징으로 하는 패스 센서.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 패스 센서가 선형 패스 센서(1a; 1b)이고, 상기 자속 전도체들(3,4;9,10,20,21)과 상기 자석(2;11,30)의 상대 이동의 패스 코스(6)가 직선인 것을 특징으로 하는 패스 센서.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 패스 센서는 각센서(1c)이고, 상기 변환기 소자(5) 및 자속 전도체들(14,15)과 자석(2)의 상대 이동의 패스 코스(12)가 원형 또는 원호형(segment of a circle)인 것을 특징으로 하는 패스 센서.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 자속 전도체들(3,4;9,10,20,21)은 상기 변환기 소자(5)의 영역에 상기 변환기 소자(5)로 안내되는 돌출부(7,8)를 자속 집중기로서 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 패스 센서.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 변환기 소자가 홀 소자(5)인 것을 특징으로 하는 패스 센서.
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