KR101823571B1 - 외부 공통 성분의 방해 자기장을 효과적으로 제거하는 센싱 장치 - Google Patents

외부 공통 성분의 방해 자기장을 효과적으로 제거하는 센싱 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101823571B1
KR101823571B1 KR1020160013232A KR20160013232A KR101823571B1 KR 101823571 B1 KR101823571 B1 KR 101823571B1 KR 1020160013232 A KR1020160013232 A KR 1020160013232A KR 20160013232 A KR20160013232 A KR 20160013232A KR 101823571 B1 KR101823571 B1 KR 101823571B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pole
magnet
sensing device
sensing
magnetic
Prior art date
Application number
KR1020160013232A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170092728A (ko
Inventor
임춘택
조규형
박상휘
이상한
Original Assignee
한국과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술원 filed Critical 한국과학기술원
Priority to KR1020160013232A priority Critical patent/KR101823571B1/ko
Publication of KR20170092728A publication Critical patent/KR20170092728A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101823571B1 publication Critical patent/KR101823571B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/07—Hall effect devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/0005—Geometrical arrangement of magnetic sensor elements; Apparatus combining different magnetic sensor types
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/0047—Housings or packaging of magnetic sensors ; Holders
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/07—Hall effect devices
    • G01R33/072—Constructional adaptation of the sensor to specific applications
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/02—Disposition of insulation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

외부 공통 성분의 방해 자기장을 효과적으로 제거하는 센싱 장치를 개시한다.
본 실시예는 자석과 자성체 간의 자기장을 센싱할 때, 차동 센싱(Differenctial Sensing)방식을 적용할 수 있는 자석 구조로 인해 공통 외부 방해 자기장(Common External B field Interference)을 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 센싱 게인(Sensing Gain)을 증가시킬 수 있는 센싱 장치를 제공한다.

Description

외부 공통 성분의 방해 자기장을 효과적으로 제거하는 센싱 장치{Apparatus for Eliminating Common External B field Interference}
본 실시예는 외부 공통 성분의 방해 자기장을 효과적으로 제거하는 센싱 장치에 관한 것이다.
이하에 기술되는 내용은 단순히 본 실시예와 관련되는 배경 정보만을 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것이 아니다.
홀 센서(Hall Sensor)는 많은 기술 분야에 사용된다. 예컨대, 홀 센서는 정지 또는 움직이는 물체의 거리를 정확히 센싱하는 분야에 사용되고 있다. 전술한, 홀 센서의 측정 신호는 자기장에 의존한다. 따라서, 홀 센서들은 일반적으로 홀 센서의 주변에 있는 예컨대, 전류의 안내 라인 또는 자석에 의해 야기될 수 있는 간섭 자기장에 대해 민감하다.
따라서, 일반적인 홀 센서에서는 간섭 자기장으로 왜곡된 각 측정값이 야기될 수 있다.
본 실시예는 자석과 자성체 간의 자기장을 센싱할 때, 차동 센싱(Differenctial Sensing)방식을 적용할 수 있는 자석 구조로 인해 공통 외부 방해 자기장(Common External B field Interference)을 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 센싱 게인(Sensing Gain)을 증가시킬 수 있는 센싱 장치를 제공하는 데 목적이 있다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 지지부; N극과 S극으로 각각 구분되며, 상기 N극과 상기 S극의 상면이 상기 지지부의 하면에 서로 대칭하는 위치에 결합하는 자석부; 및 서로 대칭하는 위치의 상기 N극과 상기 S극의 하면에 각각 배치되며, 차동 센싱(Differential Sensing) 방식으로 상기 자석부와 자성체로 이루어진 타겟(Target) 간의 거리에 따른 자기장 세기를 각각 측정한 후 상기 자기장 세기의 차이값을 이용하여, 상기 자석부와 상기 타겟 간의 외부 공통 성분의 방해 자기장(Common External B field Interference)을 제거한 공극(Gap)을 측정하는 홀 센서(Hall Sensor)를 포함하는 것을 특징으로 하는 센싱 장치를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 자석과 자성체 간의 자기장을 센싱할 때, 차동 센싱 방식을 적용할 수 있는 자석 구조로 인해 공통 외부 방해 자기장을 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 센싱 게인을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
본 실시예에 의하면, 차동 센싱 방식을 적용할 수 있는 자석 구조로 인해 잔류 자화(Residual Magnetization)를 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 자석구조 주위를 자성체로 차폐(Shielding)함으로써 외부 방해 자기장의 영향을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
본 실시예에 의하면 차동 센싱 방식을 적용할 수 있는 자석 구조에 결합된 홀 센서를 이용하여 이동하는 타겟과의 공극(Gap)을 감지할 때, 잔류 자화 또는 자기 이력(Magnetic Hysteresis) 현상의 영향을 줄여 보다 높은 정확성(Accuracy)을 얻을 수 있는 효과가 있다.
본 실시예에 따른 센싱 장치는 정지 또는 움직이는 물체의 거리를 정확히 센싱(예컨대, um 단위로 센싱하는 초정밀 공극 센싱)하는 분야에 적용될 수 있다.
도 1a 내지 도 1d는 본 실시예에 따른 홀 효과 공극 센서(Hall Effect Gap Sensor)의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 실시예에 따른 차동 센싱(Differential Sensing)을 위한 자석(Magnet)의 제 1 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 실시예에 따른 차동 센싱을 위한 자석의 제 2 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 실시예에 따른 자석 차폐(Magnet Shielding)를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 실시예에 따른 센싱 장치(200)는 자석(120)과 자성체로 이루어진 타겟(110) 간의 자기장을 센싱할 때, 차동 센싱(Differential Sensing) 방식을 적용할 수 있는 자석 구조로 인해 외부 방해 자기장(Common External B field Interference)을 제거하고, 잔류 자화(Residual Magnetization)를 제거하는 센싱 장치를 의미한다. 본 실시예에 기재된 ‘차동 센싱’은 자석 양극(N 극, S 극)에서 나타나는 자기장 크기 차이를 측정하는 방식을 의미한다.
본 실시예에 따른 센싱 장치(200)는 차동 센싱 방식을 적용할 수 있는 자석구조로 인해 공통 외부 방해 자기장을 제거하고 센싱 게인(Sensing Gain)을 두 배로 증가시킨다. 또한, 본 실시예에 따른 센싱 장치(200)는 차동 센싱 방식을 적용할 수 있는 자석구조의 주위를 자성체로 차폐(Shielding)함으로써 외부 방해 자기장의 영향을 감소시킨다.
차동 센싱 방식을 적용할 수 있는 자석구조는 ‘ㄷ’자 자석구조(제 1 구조) 또는 ‘Z’자 자석구조(본 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 ‘Z’자 구조로 설명한다.)를 포함한다.
본 실시예에 따른 센싱 장치(200)는 ‘ㄷ’자 자석구조(제 1 구조) 또는 ‘Z’자 자석구조(제 2 구조)로 인해 공통 외부 방해 자기장을 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 센싱 게인을 증가시킨다.
본 실시예에 따른 센싱 장치(200)는 ‘ㄷ’자 자석구조(제 1 구조) 또는 ‘Z’자 자석구조(제 2 구조)에 홀 센서(130)를 결합하여 자석(120)과 자성체로 이루어진 타겟(110)과의 공극(Gap)(h)을 감지할 때, 외부 변화하는 방해 자기장(External Varying Interference B Field)이 존재하더라도, 외부 변화하는 방해 자기장이 공통(Common)으로 인가되므로 그 영향이 제거할 수 있다. 홀 센서(130)는 홀 효과 공극 센서(Hall Effect Gap Sensor)를 의미한다.
본 실시예에 따른 센싱 장치(200)는 ‘ㄷ’자 자석구조(제 1 구조) 또는 ‘Z’자 자석구조(제 2 구조)로 인해 자석(120)과 자성체로 이루어진 타겟(110)과의 공극(h)에 대한 센서 출력 성분은 증폭되어 실질적(Effective)으로 센싱 게인이 향상된다.
본 실시예에 따른 센싱 장치(200)는 ‘ㄷ’자 자석구조(제 1 구조) 또는 ‘Z’자 자석구조(제 2 구조)에 결합된 홀 센서(130)를 이용하여 이동하는 타겟(110)과의 공극(h)을 감지할 때, 잔류 자화 또는 자기 이력(Magnetic Hysteresis) 현상의 영향을 줄여 보다 높은 정확성(Accuracy)을 얻을 수 있다.
본 실시예에 따른 센싱 장치(200)는 ‘ㄷ’자 자석구조(제 1 구조) 또는 ‘Z’자 자석구조(제 2 구조)를 자성체로 이루어진 차폐막(400)으로 감싸 차폐함으로써 외부 방해자기장의 영향을 더 줄일 수 있다. 본 실시예에 따른 센싱 장치(200)는 정지 또는 움직이는 물체의 거리를 정확히 센싱(예컨대, um 단위의 초정밀 공극 센싱)하는 분야에 적용될 수 있다.
도 1a 내지 도 1d는 본 실시예에 따른 센싱 장치(200)에 적용되는 홀 센서(130)의 원리를 설명하기 위한 도면이다. 홀 센서(130)는 홀 효과 공극 센서를 의미한다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 홀 센서(130)에 적용되는 ‘홀 효과(Hall Effect)’는 전류(I)가 흐르는 전도체에 자기장(B)(Magnetic Flux Density)을 가하면 전류(I)와 자기장 방향에 직교하는 방향으로 힘이 가해져 전압(V)이 생성되는 원리를 의미한다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 자석(120)과 자성체로 이루어진 타겟(110) 사이의 자기장의 세기가 자석(120)과 타겟(110) 간의 거리 즉, 공극(Gap)(h)에 따라 변화한다.
홀 센서(130)는 자석(120)과 타겟(110) 사이의 거리에 따라 변화하는 자기장의 세기를 이용하여 자석(120)과 타겟(110) 사이의 ‘공극(Gap)(h)’을 측정한다. 다시 말해, 홀 센서(130)가 자석(120)과 타겟(110) 사이에 위치하는 경우, 자석(120)과 타겟(110) 사이의 거리에 따라 변화하는 자기장의 세기를 측정하여 자석(120)과 타겟(110) 사이의 ‘공극(h)’을 측정할 수 있다.
도 1c에 도시된 바와 같이, 자기부상과 같은 환경에서는 자석(120)에 의해 발생하는 자기장 이외에도 자기부상을 위해 변화하는 자기장(Varying External Interference B Field)이 환경상에 존재한다. 자기부상을 위해 변화하는 자기장은 홀 센서(130)가 정확한 공극(h)을 측정(Gap Sensing)을 하는데에 방해가 된다.
도 1d에 도시된 바와 같이, 자성체로 이루어진 타겟(110)이 수평방향으로 움직이는 경우, 자성체로 이루어진 타겟(110) 내에는 자석(120)에 의해 발생하는 ‘잔류자기’(Residual Magnetization)가 존재하여 ‘자기 이력’ 현상이 발생한다. 이러한, ‘자기 이력’ 현상은 홀 센서(130)가 자석(120)과 타겟(110) 사이의 정확한 공극(h)을 측정하는데 오차를 유발시킬 수 있다. 다시 말해, 홀 센서(130)는 타겟(110)의 위치가 어떠한 수평 위치에서라도 동일한 자기장의 세기를 측정해야 하는데, 타겟(110) 내에서 발생하는 ‘자기 이력’ 현상으로 인해 자석(120)과 타겟(110) 사이의 공극(h)을 정확하게 측정할 수 없게 된다.
도 2a 내지 도 2c는 본 실시예에 따른 자석(120)의 양극(N극(222), S극(224)에서 나타나는 자기장 크기 차이를 차동 센싱 방식으로 측정하기 위한 자석의 ‘제 1 구조’를 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 내지 도 2c에서는 차동 센싱 방식을 적용할 수 있는 자석구조 중 ‘ㄷ’자 자석구조(제 1 구조)에 대해 설명한다. ‘ㄷ’자 자석구조(제 1 구조)는 지지부(210)와 자석부(120)의 전체적인 형상이 ‘ㄷ’자 형태의 구조를 갖는 것을 의미한다.
이하, ‘ㄷ’자 자석구조(제 1 구조)를 갖는 센싱 장치(200)에 대해 설명한다. ‘ㄷ’자 자석구조(제 1 구조)를 갖는 센싱 장치(200)는 지지부(210), 자석부(120), 홀 센서(130) 및 차폐막(400)을 포함한다. 센싱 장치(200)에 포함된 구성요소는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
지지부(210)는 본 실시예에 따른 센싱 장치(200)의 내부 모듈들을 지지하기 위한 구조로 설계된 부재를 의미한다. 지지부(210)는 센싱 장치(200)가 적용되는 ‘장치’, ‘용도’ 또는 ‘환경’에 적합한 다양한 형상으로 구현될 수 있다. 예컨대, 지지부(210)는 직사각형의 플레이트(Plate) 형상, 원 형상, 마름모 형상 또는 사다리꼴 형상 등으로 구현될 수 있으나, 본 실시예에서는 설명의 편의상 지지부(210)가 ‘직사각형의 플레이트 형상’으로 구현된 것으로 가정하여 설명하도록 한다.
자석부(120)는 상면이 지지부(210)의 하면의 일측에 결합한다. 자석부(120)는 N극(222)과 S극(224)으로 각각 구분된다. N극(222)과 S극(224)의 상면이 지지부(210)의 하면에 서로 대칭하는 위치에 결합한다.
이하, ‘ㄷ’자 자석구조(제 1 구조)에 대해 구체적으로 설명한다.
N극(222)과 S극(224)은 지지부(210)의 하면의 양측면을 따라 연장되도록 배치된다. N극(222)과 S극(224) 역시 센싱 장치(200)가 적용되는 ‘장치’, ‘용도’ 또는 ‘환경’에 적합한 다양한 형상으로 구현될 수 있으나, 본 실시예에서는 설명의 편의상 N극(222)과 S극(224)은 막대 형상으로 이루어진 것으로 가정하여 설명하도록 한다. N극(222)과 S극(224)의 길이는 지지부(210)의 측면 길이와 동일하게 연장되어 지지부(210)와 자석부(120)의 전체적인 형상이 ‘ㄷ’자 형태의 구조를 갖도록 한다.
홀 센서(130)는 홀 효과 공극 센서를 의미한다. 홀 센서(130)는 N극과 S극의 하면에 각각 배치된다. 홀 센서(130)는 차동 센싱 방식으로 자석부(120)와 자성체로 이루어진 타겟(110) 간의 거리에 따른 자기장 세기를 각각 측정한다. 홀 센서(130)는 차동 센싱 방식으로 측정한 자기장 세기의 차이값을 이용하여, 자석부(120)와 타겟(110) 간의 외부 공통 성분의 방해 자기장(Common External B field Interference)을 제거한 공극(h)을 측정한다. 홀 센서(130)는 자석부(120)와 타겟(110) 간의 거리에 따른 자기장 세기를 각각 측정한 후 자기장 세기의 차이값으로 외부 공통 성분의 방해 자기장을 제거하고 센싱 게인을 증가시킨다. 홀 센서(130)는 N극(222)과 S극(224)의 하면의 중앙에 각각 배치된다.
도 2a 및 도 2b는 차동 센싱을 위한 자석부(120)의 ‘제 1 구조’를 나타낸다.
자석부(120)는 ‘N극(222)’과 ‘S극(224)’으로 이루어진다. N극(222)과 S극(224)의 길이는 지지부의 측면 길이와 동일하게 연장되어 지지부(210)와 자석부(120)의 전체적인 형상이 ‘말굽’ 또는 ‘ㄷ자’ 형태의 자석구조를 갖는다. 홀 센서(130)는 N극(222)과 S극(224)의 양쪽 극에 부착되어 자기장 값을 추출하는 차동 센싱을 수행한다.
홀 센서(130)가 차동 센싱 방식을 이용하는 경우, 외부 자기장 필드(External B Field)는 양쪽 홀 센서에 동일한 방향성(공통 성분)을 가지고 영향을 미치므로 그 차이를 취하게 되면 공통 성분들이 제거된다. 반면, 자석(120)과 타겟(110) 상의 공극(h)에 따른 자기장의 변화는 차이를 취하면 오히려 2배가 된다. 예컨대, N극(222) 측에 부착된 홀 센서(130) 출력에 따른 양극(Positive) 변화가 있다면 S극(224) 측에 부착된 홀 센서(130) 출력에 따른 음극(Negative) 변화가 발생한다.
따라서, 본 실시예에 따른 센싱 장치(200)는 공통 방해 자기장을 제거하고, 센싱 게인이 증가한다.
도 2c는 본 실시예에 따른 센싱 장치(200)에서의 차동 센싱을 위한 자석 구조와 공극 센싱의 원리를 설명하는 도면이다. ‘ㄷ’자 자석구조(제 1 구조)에 부착된 홀 센서(130)의 원리는 도 2c에 도시된 바와 같다.
[수학식 1]과 [수학식 2]를 이용하여 자기장의 세기와 공극(h)은 반비례 관계를 지니는 것을 확인할 수 있다.
Figure 112016011485606-pat00001
Rgap: 공극 자기저항, R: 자기저항, h: 공극(Gap), A: 단면적(Cross Section Area), μr: 상대 투자율(Relative Permeability), μ0: 투과상수(Permeability Constant)
Figure 112016011485606-pat00002
Φ: 자기장(B)(Magnetic Flux Density), RTarget: 자성체 자기저항, RMagnet: 자석 자기저항, Rgap: 공극 자기저항, Vf: 홀 센서에서 센싱한 전압, R: 자기저항, h: 공극(Gap), A: 단면적(Cross Section Area), μr: 상대 투자율(Relative Permeability), μ0: 투과상수(Permeability Constant)
도 3a 내지 도 3c는 본 실시예에 따른 자석 양극에서 나타나는 자기장 크기 차이를 측정하기 위한 자석의 ‘제 2 구조’를 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 내지 도 3c에서는 차동 센싱 방식을 적용할 수 있는 자석구조 중 ‘Z’자 자석구조(제 2 구조)에 대해 설명한다.
‘Z’자 자석구조(제 2 구조)는 자석부(120)의 상면이 지지부(210)의 대각선 방향으로 서로 대향하도록 두 개의 코너에 한쌍의 N극(222)이 배열되고, 남은 두 개의 코너에 한쌍의 S극(224)이 배열되는 형상을 의미한다. 다시 말해, ‘Z’자 자석구조(제 2 구조)는 차동 센싱 방식을 적용할 수 있는 자석구조로서, 본 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 ‘Z’자 구조로 설명한다. 본 실시예에 따른 센싱 장치(200)는 ‘Z’자 자석구조(제 2 구조)로 인해 공통 외부 방해 자기장을 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 센싱 게인을 증가시킨다.
이하, ‘Z’자 자석구조(제 2 구조)를 갖는 센싱 장치(200)에 대해 설명한다.
‘Z’자 자석구조(제 2 구조)를 갖는 센싱 장치(200)는 지지부(210), 자석부(120), 홀 센서(130) 및 차폐막(400)을 포함한다. 센싱 장치(200)에 포함된 구성요소는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
지지부(210)는 본 실시예에 따른 센싱 장치(200)의 내부 모듈들을 지지하기 위한 구조로 설계된 부재를 의미한다. 지지부(210)는 센싱 장치(200)가 적용되는 ‘장치’, ‘용도’ 또는 ‘환경’에 적합한 다양한 형상으로 구현될 수 있다. 예컨대, 지지부(210)는 직사각형의 플레이트 형상, 원 형상, 마름모 형상 또는 사다리꼴 형상 등으로 구현될 수 있으나, 본 실시예에서는 설명의 편의상 지지부(210)가 ‘직사각형의 플레이트 형상’으로 구현된 것으로 가정하여 설명하도록 한다.
자석부(120)는 상면이 지지부(210)의 하면의 일측에 결합한다. 자석부(120)는 N극(222)과 S극(224)으로 각각 구분된다. N극(222)과 S극(224)의 상면이 지지부(210)의 하면에 서로 대칭하는 위치에 결합한다.
이하, ‘Z’자 자석구조(제 2 구조)에 대해 구체적으로 설명한다.
자석부(120)는 상면이 지지부(210)의 각 코너에 결합되는 N극(222)과 S극(224)의 자석배열을 포함한다. N극(222)의 자석배열은 지지부(210)의 대각선 방향으로 서로 대향하도록 두 개의 코너에 설치된 한쌍의 N극(222)을 포함한다. S극(224)의 자석배열은 지지부(210)의 대각선 방향으로 서로 대향하도록 남은 두 개의 코너에 설치된 한쌍의 S극(224)을 포함한다. 본 실시예에서는 설명의 편의상 N극(222)과 S극(224)은 막대 형상으로 이루어진 것으로 가정하여 설명하도록 한다. N극(222)과 S극(224)은 지지부(210)의 측면을 따라 기 설정된 이격 거리를 갖도록 배치된다.
홀 센서(130)는 홀 효과 공극 센서를 의미한다. 홀 센서(130)는 N극과 S극의 하면에 각각 배치된다. 홀 센서(130)는 차동 센싱 방식으로 자석부(120)와 자성체로 이루어진 타겟(110) 간의 거리에 따른 자기장 세기를 각각 측정한다. 홀 센서(130)는 차동 센싱 방식으로 측정한 자기장 세기의 차이값을 이용하여, 자석부(120)와 타겟(110) 간의 외부 공통 성분의 방해 자기장을 제거한 공극(Gap)을 측정한다. 홀 센서(130)는 자석부(120)와 타겟(110) 간의 거리에 따른 자기장 세기를 각각 측정한 후 자기장 세기의 차이값으로 외부 공통 성분의 방해 자기장을 제거하고 센싱 게인을 증가시킨다. 홀 센서(130)는 N극(222)과 S극(224)의 하면의 중앙에 각각 배치된다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 지지부(210)와 자석부(120)의 전체적인 형상이 ‘Z’자 형태의 구조(제 2 구조)를 갖는 경우, ‘Z’자 형태는 N극(222)과 S극(224) 교대(교번하여)로 배열되는 방식을 의미한다. 예컨대, N극(222)이 2개 S극(224)이 2개가 서로 교번하는 형태로 배열되는 방식이다. ‘Z’자 형태의 구조(제 2 구조)는 2개의 N극(222)과 2개의 S극(224) 각각에 홀 센서(130)를 부착하여 자기장 값을 차동 센싱 방식으로 추출한다. 공극(h)의 센싱 원리는 ‘ㄷ’자 자석구조(제 1 구조) 와 동일하다.
‘Z’자 형태의 구조(제 2 구조) 역시, ‘ㄷ’자 자석구조(제 1 구조) 와 동일하게 차동 센싱의 장점을 가짐과 동시에(센싱 게인 증가, 공통 방해 자기장 제거) 자성체로 이루어진 타겟(110)의 수평 방향 이동시 발생할 수 있는 자기 이력 현상을 완화한다.
자기 이력 현상을 완화되는 이유는 타겟(110)의 면에서 어느 방향으로도 극성이 편향되어 있지 않고, 움직이는 물체의 진행방향으로 앞서 지나간 극들과 바로 뒤에 따라오는 극들이 서로 반대 극을 지님으로써 히스테리시스(Hysteresis)를 제거하기 때문이다.
따라서, 지지부(210)와 자석부(120)의 전체적인 형상이 ‘Z’자 형태의 구조(제 2 구조)를 갖는 경우, 자석부(120)에 결합된 홀 센서(130)를 이용하여 이동하는 타겟과의 공극(h)을 감지할 때, 공통 방해 자기장(Common Interference B field)을 제거하고, 센싱 게인이 증가하고, 자기 이력 현상의 영향을 줄여 보다 높은 정확성(Accuracy)을 얻을 수 있다.
도 3c는 본 실시예에 따른 센싱 장치(200)의 자기 이력 현상의 영향 완화를 설명하기 위한 도면이다.
도 3c에 도시된 바와 같이, 타겟(110)의 평면상의 x, y 방향의 모든 선상에서도 자기장 극성이 편향되어 있지 않다. 또한, 타겟(110)이 x, y 방향 중 어느 방향으로 움직여도 서로 반대되는 극성이 따라오므로 서로 상쇄(Cancellation) 시키는 형태가 된다.
도 4a 내지 도 4c는 본 실시예에 따른 자석 차폐(Magnet Shielding)를 설명하기 위한 도면이다.
도 4a에 도시된 바와 같이, ‘ㄷ’자 형태의 자석 구조 또는 ‘Z’자 형태의 자석 구조를 갖는 센싱 장치(200)는 센싱 장치(200)를 덮어 씌우는 형태의 구조를 갖는 차폐막(400)과 결합한다. 차폐막(400)과 센싱 장치(200)의 결합으로 센싱 장치(200)를 차폐할 수 있다.
차폐막(400)은 자성체로 이루어진다. 차폐막(400)은 센싱 장치(200)를 덮어 씌우는 형태로 센싱 장치(200)와 결합한다. 차폐막(400)과 센싱 장치(200)의 결합으로 센싱 장치(200)를 차폐한다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 지지부(210)와 자석부(120)의 전체적인 형상이 ‘ㄷ’자 형태의 구조(제 1 구조)를 갖는 경우, ‘ㄷ’자 형태의 자석 구조를 자성체로 이루어진 차폐막(400)으로 감싸게 되면, 외부 자기장으로부터 차폐 역할을 하게 되어 외부 자기장의 영향이 감쇄된다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 지지부(210)와 자석부(120)의 전체적인 형상이 ‘Z’자 형태의 구조(제 2 구조)를 갖는 경우, ‘Z’자 형태의 자석 구조를 자성체로 이루어진 차폐막(400)으로 감싸게 되면, 외부 자기장으로부터 차폐 역할을 하게 되어 외부 자기장의 영향이 감쇄된다.
도 4c는 본 실시예에 따른 시뮬레이션 결과(Simulation Result)를 설명하기 위한 도면이다.
도 4c의 (a)는 ‘ㄷ’자 형태의 자석 구조 또는 ‘Z’자 형태의 자석 구조를 갖는 센싱 장치(200)는 차폐막(400)과 결합되어 차동 센싱을 수행하는 예시를 나타낸 도면이다. 도 4c의 (b)는 ‘ㄷ’자 형태의 자석 구조 또는 ‘Z’자 형태의 자석 구조를 갖는 센싱 장치(200)는 차폐막(400)과의 결합없이 차동 센싱을 수행하는 예시를 나타낸 도면이다.
도 4c의 (a) 및 도 4c의 (b)의 상황에서 전자석(Electromagnet)을 동작시켰을 때(방해 자기장 인가)와 동작시키지 않았을 때 ‘ㄷ’자 형태의 자석 구조의 자석 끝 부분(홀 센서 위치)에서 나타나는 자기장 크기는 [표 1]과 같이 나타난다. 다시 말해, 도 4c의 (a)의 상황에서 센싱 장치(200)가 차폐막(400)과 결합되어 차동 센싱을 수행한 결과값과, 도 4c의 (b)의 상황에서 센싱 장치(200)가 차폐막(400)과 미결합된 상태에서 차동 센싱을 수행한 결과값의 차이는 [표 1]과 같다.
Figure 112016011485606-pat00003
본 실시예에 기재된 자석부(120)의 크기(Dimension), 차폐막(400)의 형태, 타겟(110)의 형태는 다양할 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110: 타겟 120: 자석부
130: 홀 센서 200: 센싱 장치
222: N극 224: S극
410: 차폐막

Claims (6)

  1. 직사각형의 플레이트(Plate) 형상을 갖는 지지부;
    상면이 상기 지지부의 하면의 일측에 결합하며, 막대형상의 N극과 S극으로 각각 구분되며, 상기 N극과 상기 S극의 상면이 상기 직사각형의 플레이트의 모서리 각각마다 결합하며, 한쌍으로 이루어진 상기 N극과 상기 S극이 다른 한쌍으로 이루어진 상기 N극과 상기 S극과 서로 대칭하는 위치에 교번하는 형태로 상기 직사각형의 플레이트의 하면에 결합하는 자석부; 및
    서로 대칭하는 위치의 상기 N극과 상기 S극의 하면에 각각 배치되며, 차동 센싱(Differential Sensing) 방식으로 상기 자석부와 자성체로 이루어진 타겟(Target) 간의 거리에 따른 자기장 세기를 각각 측정한 후 상기 자기장 세기의 차이값을 이용하여, 상기 자석부와 상기 타겟 간의 외부 공통 성분의 방해 자기장(Common External B field Interference)을 제거한 공극(Gap)을 측정하는 홀 센서(Hall Sensor)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 센싱 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 N극과 상기 S극은,
    상기 N극과 상기 S극의 길이는 상기 지지부의 측면 길이와 동일하게 연장되는 것을 특징으로 하는 센싱 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 N극과 상기 S극은,
    상기 N극과 상기 S극은 상기 지지부의 측면을 따라 기 설정된 이격 거리를 갖도록 배치되는 것을 특징으로 하는 센싱 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 홀 센서는 상기 N극과 상기 S극의 하면의 중앙에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 센싱 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    자성체로 이루어지며, 상기 센싱 장치를 덮어씌우는 형태의 구조를 갖는 차폐막
    을 추가로 포함하며, 상기 차폐막과 상기 센싱 장치의 결합으로 상기 센싱 장치를 차폐(Shielding)하는 것을 특징으로 하는 센싱 장치.
KR1020160013232A 2016-02-03 2016-02-03 외부 공통 성분의 방해 자기장을 효과적으로 제거하는 센싱 장치 KR101823571B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160013232A KR101823571B1 (ko) 2016-02-03 2016-02-03 외부 공통 성분의 방해 자기장을 효과적으로 제거하는 센싱 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160013232A KR101823571B1 (ko) 2016-02-03 2016-02-03 외부 공통 성분의 방해 자기장을 효과적으로 제거하는 센싱 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170092728A KR20170092728A (ko) 2017-08-14
KR101823571B1 true KR101823571B1 (ko) 2018-04-09

Family

ID=60142389

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160013232A KR101823571B1 (ko) 2016-02-03 2016-02-03 외부 공통 성분의 방해 자기장을 효과적으로 제거하는 센싱 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101823571B1 (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002513923A (ja) * 1998-05-06 2002-05-14 ドクトル・ヨハネス・ハイデンハイン・ゲゼルシヤフト・ミツト・ベシユレンクテル・ハフツング 多回転エンコーダ
JP2003194902A (ja) * 2001-12-28 2003-07-09 Aichi Micro Intelligent Corp 磁石体の磁気吸引力測定装置
KR101441750B1 (ko) * 2012-10-19 2014-09-17 주식회사 포스코아이씨티 누설자속 탐지장치

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002513923A (ja) * 1998-05-06 2002-05-14 ドクトル・ヨハネス・ハイデンハイン・ゲゼルシヤフト・ミツト・ベシユレンクテル・ハフツング 多回転エンコーダ
JP2003194902A (ja) * 2001-12-28 2003-07-09 Aichi Micro Intelligent Corp 磁石体の磁気吸引力測定装置
KR101441750B1 (ko) * 2012-10-19 2014-09-17 주식회사 포스코아이씨티 누설자속 탐지장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170092728A (ko) 2017-08-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9279866B2 (en) Magnetic sensor
JP5867235B2 (ja) 磁気センサ装置
US20100007339A1 (en) Integrated sensor and magnetic field concentrator devices
US10001532B2 (en) Magnetic sensor device
US9645203B2 (en) Magnetic field measuring device
US9551764B2 (en) Magnetic field measuring device
JP2015038464A (ja) 電流センサ
US11022659B2 (en) Magnetic sensor and magnetic-field detection device including the same
JP2008145379A (ja) 磁気センサ
US20230324478A1 (en) Magnetic sensor device
WO2018196835A1 (zh) 一种磁电阻线性位置传感器
JP2013127471A (ja) 磁気センサ装置
US8203406B2 (en) Magnetic having linear magnetic flux density
JP5799882B2 (ja) 磁気センサ装置
US20170102250A1 (en) Magnetic field measuring device
JP5793735B2 (ja) 磁性異物検査装置及び磁性異物検査方法
JP3764834B2 (ja) 電流センサー及び電流検出装置
KR101823571B1 (ko) 외부 공통 성분의 방해 자기장을 효과적으로 제거하는 센싱 장치
CN106716070B (zh) 位置检测装置以及位置检测装置的使用结构
US20190219458A1 (en) Force Measurement Device
JPH0635128Y2 (ja) 位置検出器
US12237730B2 (en) Magnetic angle sensor system with stray field compensation
US20220393554A1 (en) Magnetic angle sensor system with stray field compensation
JP2016217868A (ja) 信号検出装置
JP6226091B2 (ja) 電流センサ

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20160203

PA0201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20170719

Patent event code: PE09021S01D

PG1501 Laying open of application
E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20171030

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20180124

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20180124

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration
PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20210107

Start annual number: 4

End annual number: 4

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20220105

Start annual number: 5

End annual number: 5

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20230105

Start annual number: 6

End annual number: 6

PC1903 Unpaid annual fee

Termination category: Default of registration fee

Termination date: 20241104