KR102182787B1 - 로터리 인코더 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전동 공구의 두 개의 상대적으로 움직이는 부분 사이의 상대적 변위를 센싱하기 위한 유도적 변위 센서 및 그와 관련된 방법에 관한 것이다. 변위 센서는 상대적으로 움직이든 제1 전도성 패턴을 가진 스테이터 요소와 제2 전도성 패턴을 가진 로터 요소를 포함한다. 제1 전도성 패턴 및 제2 전도성 패턴은 상호 유도적으로 결합된다. 제1 전도성 패턴은 실질적으로 일정한 진폭을 가진 고주파수 여기 신호를 수신하도록 구성된다. 고주파수 여기 신호는, 제1 전도성 패턴과 제2 전도성 패턴 사이의 상호 유도에 의해, 제2 전도성 패턴 내에서 생성될 중간 신호를 야기한다. 중간 신호는 스테이터 요소와 로터 요소 사이의 상대적 변위를 나타낸다.

Description

로터리 인코더{ROTARY ENCODER}

본 발명은 변위를 센싱하기 위한 센서가 있는 전동 공구 및 전동 공구 내의 변위를 센싱하기 위한 방법에 관한 것이다.

본 발명은 특히 전동 공구의 두 개의 상대적으로 움직이는 부분들 사이의 변위를 센싱하기 위한 유도성 타입의 로터리 인코더가 있는 전동 공구 및 유도성 로터리 인코더를 사용하여 전동 공구의 두 개의 상대적으로 움직이는 부분들 사이의 변위를 센싱하기 위한 방법에 관한 것이다.

스크류 드라이버, 너트 러너, 드릴과 같은 전동 공구는 전형적으로, 전동 공구의 두 개의 상대적으로 움직이는 부분들 사이의 상대적인 각변위와 같은 하나 이상의 파라미터를 센싱하기 위한 일부 형태의 적어도 하나의 검출기 장치를 구비한다. 하나 이상의 파라미터는 가령, 모니터링 목적이나 피드백 제어를 위해 사용될 수 있다.

검출기 장치는 전형적으로 선형 변위나 회전 변위, 즉 각변위를 측정하도록 구성되는 적용예에 의존한다.

또한, 검출기 장치는 전형적으로, 검출기 장치에 의해 와이어링이 상대적으로 움직이는 측정 대상에 물리적 접촉을 요하는지 아닌지에 따라 접촉 검출기 장치 또는 비접척 검출기 장치로 특징된다.

다양한 검출기 장치가 회전가능한 요소와 정지 요소 사이와 같은 두 개의 상대적으로 움직이는 요소 사이의 변위, 즉 상대적 위치를 센싱하기 위해 다양한 서로 다른 시스템에 걸쳐 오늘날 사용된다. 이들 검출기 장치는 전형적으로, 싱크로스, 리졸버, 인코더, 슬립링 또는 트랜스듀서로 언급되고, 광학적-, 자기적- , 유도성- , 커패시티브- 와 같은 물리적 센싱 원리 또는 에디 전류 물리적 센싱 원리에 기초하여 동작한다.

광학적 검출기 장치는 전형적으로, 회전 샤프트와 같은 회전가능한 측정 대상에 장착된 디스크를 실행하는데, 상기 디스크는 투명한 영역과 불투명한 영역이 있는 유리 또는 플라스틱으로 제조된다. 이들 영역은 광원으로부터의 광에 노출된다. 결과로 나온 광, 즉, 광학 패턴은 광학 패턴을 판독하는 포토검출기 어레이에 의해 수신된다. 그리고 나서, 판독된 광학 패턴은 디스크의 위치, 즉, 샤프트의 각도를 제공하기 위해 처리된다.

자기적 검출 장치는 전형적으로, 교호하는 북극-남극 컨피규레이션으로 제공된 동일 거리의 일련의 자극을 실행한다. 일련의 자극은 회전 샤프트와 같은 회전가능한 측정 대상에 장착된다. 자기적 센서(전형적으로 자기저항성 또는 홀 효과)는 자극 위치를 판독한다.

그리고 나서, 이들 위치는 샤프트의 각도를 결정하기 위해, 상기 기술된 광학적 검출기 장치와 유사하게 프로세싱 장치에 의해 처리될 수 있다.

유도성 검출기 장치는 전형적으로, 회전 샤프트와 같은 회전가능한 측정 대상에 장착된 적어도 하나의 제1 코일의 형태인 유도성 요소를 실행하여, 상기 적어도 하나의 제1 코일은, 측정 대상의 회전 동안에, 적어도 하나의 제2 코일에 상대적으로 움직인다. 에너지를 적어도 하나의 제2 코일에 인가함에 의해, 교류(AC)를 사용하여, 상호 인덕턴스 때문에, 제1 코일에서 전류가 유도된다. 적어도 하나의 제1 코일과 적어도 하나의 제2 코일 사이의 전기적 연결 정도는 적어도 하나의 제1 코일과 적어도 하나의 제2 코일 사이의 상대적 변위를 나타낸다.

커패시티브 검출기 장치는 전형적으로, 회전가능한 측정 대상의 디스크를 사용한다. 측정 대상이 회전하면, 디스크는 커패시티브 검출기 장치의 두 전극 사이의 커패시턴스를 변화시키고, 상기 커패시턴스는 측정될 수 있고, 각변위의 표시를 제공하기 위해 처리될 수 있다.

에디 전류 검출기 장치는 전형적으로 높고 낮은 침투성, 비자기적 물질로 코딩된 스케일(scale)을 사용하는데, 이는 유도성 코일 센서를 포함하는 AC 회로의 인덕턴스에서의 변화를 모니터링함에 의해 검출되고 디코딩된다.

그러나, 종래 기술에 따른 검출기 장치는 다음의 하나 이상의 단점을 가지는 경향이 있는데, 큰 공간을 요하거나, 복잡한 회로(들)를 원하거나, 고전력 소비를 야기하거나, 유지하기 어렵거나, 구축하는데 비용이 많이 들거나, 외부 자기장에 민감하거나, 낮은 정확성을 제공하거나 마모에 약할 수 있다.

이들 단점은 성능면 및/또는 전동 공구에 대한 비용에 있어 악영향을 미치므로, 이들 단점은 전동 공구 내에서의 사용을 부적합하게 한다.

따라서, 전동 공구의 상대적으로 움직이는 부분들 사이의 상대적 변위를 센싱하기 위한 검출기 장치의 개선점을 제시할 필요가 있다.

본 발명이 가지는 하나의 목적은 전동 공구를 위한 강건한 상대적 변위 센서를 제공하는 것이다.

추가적인 목적은 전동 공구를 위한 정확한 상대적 변위 센서를 제공하는 것이다.

추가적인 목적은 전동 공구의 내부에 장착될 때, 많은 공간을 요하지 않는 작은 크기의 상대적 변위 센서를 제공하는 것이다.

추가적인 목적은 종래 기술에 따라 알려진 기술보다 덜 복잡하고, 덜 비용이 드는 상대적 변위 센서를 제공하는 것이다.

이들 하나 이상의 목적은 청구항 1에서 정의된 바와 같은 본 발명에 따른 전동 공구를 위한 변위 센서에 의해 달성된다. 변위 센서는 측정 경로를 따라 상대적 움직임을 위해 구성된 스테이터 요소와 로터 요소를 포함한다. 스테이터 요소는 제1 전도성 패턴을 포함하고, 로터 요소는 제2 전도성 패턴을 포함한다. 제1 전도성 패턴 및 제2 전도성 패턴은 상호 유도적으로 결합된다. 제1 전도성 패턴은 여기 신호를 수신하도록 구성된다. 제2 전도성 패턴은 제1 전도성 패턴과 제2 전도성 패턴 사이의 상호 유도에 의해 야기되어 제2 전도성 패턴내에서 중간 신호를 생성하도록 구성된다. 생성된 중간 신호는 스테이터 요소와 로터 요소 사이의 상대적 변위를 나타낸다. 여기 신호는 실질적으로 일정한 진폭을 가진 고주파수 여기 신호이다.

여기 신호가 실질적으로 일정한 진폭을 가진다는 사실은, 진폭이 어떠한 정보도 가지고 있지 않다는 점, 즉, 진폭 변조가 수행되지 않다는 것으로 정의될 수 있다.

주파수와 관련하여, 여기 신호는 전동 공구 주위에 존재하는 전자기적 간섭의 소스와 일반적으로 관련된 주파수로부터 멀리 떨어져 있어서, 전자기적 간섭과 관련하여 강건한, 전동 공구를 위한 변위 센서가 달성된다. 중간 신호의 위상은 상대적 변위, 즉, 로터 요소와 스테이터 요소 사이의 상대적 각변위를 나타낼 것이고, 또는 좀 더 자세히, 중간 신호와 고주파수 여기 신호 사이의 위상 차이는 상대적 위치를 나타낼 것이다.

더구나, 로터 요소와 스테이터 요소 사이의 측면 정렬 불량에 대한 공자가 증가된다. 또한, 스테이터 요소와 로터 요소 사이의 거리는 변위 센서의 유지된 정확성과 함께 증가될 수 있다.

또한, 고주파수 여기 신호를 사용하여, 스테이터 요소와 로터 요소의 전도성 패턴은 그 사이에 포함된 비교적 적은 양의 인덕턴스로 각각 실행될 수 있고, 변위 센서의 컨피규레이션에 적합한 충분한 임피던스를 여전히 제공할 수 있다. 또한, 이는 각자의 전도성 패턴을 구성할 수 있어서 전도성 요소, 즉, 코일을 형성할 수 있고, 각각이 전도성 물질/요소가 비교적 없는 영역을 둘러싸는 것은 전도성 패턴이 비교적 적은 코일 요소당 턴(turn)으로 실행될 수 있다는 것을 의미한다.

더구나, 변위 센서는 적은 회로 구성으로 실행될 수 있는데, 왜냐하면, 센서 신호를 로터 요소와 스테이터 요소 사이의 상대적 변위를 나타내는 값으로 변환할 대, 중간 신호의 형태인 오직 하나의 신호가 필요하기 때문이다. 이는 적은 폼 팩터(form factor), 가벼운 무게 및 적은 생산 단가로 변위 센서를 생산할 수 있도록 한다. 반면, 종래 기술에 따른 변위 센서는 전형적으로, 여려 수신 신호를 사용하는데, 이들 각각은 상대적 변위를 나타내는 값을 출력하기 위하여, 전용 디코딩 회로로 수행되는 디코딩이 필요하다.

변위 센서는 하나의 옵션 사항으로, 고주파수 신호가 100 KHz - 100MHz의 주파수 범위에서 선택된 주파수를 가진 신호인 것을 특징으로 한다.

변위 센서는 하나의 옵션 사항으로, 고주파수 신호가 1 MHz - 10MHz의 주파수 범위에서 선택된 주파수를 가진 신호인 것을 특징으로 한다.

변위 센서는 하나의 옵션 사항으로, 여기 신호가 복수의 고주파수 여기 신호를 포함하는 멀티-위상 여기 신호이고, 각각의 여기 신호는 복수의 위상을 가지도록 구성된다.

이에 의해, 전동 공구를 위한 변위 센서가 달성되는데, 여기서, 변위 센서는 장애에 대한 내성과 관련하여 개선된 강건성을 가지고, 변위 센서의 수신 회로는 덜 복잡한 회로로 제조될 수 있다. 좀 더 자세히 말하면, 멀티-위상 여기 신호를 사용하여, 변위 센서의 수신측의 회로는 덜 복잡하게 제조될 수 있다. 변위 센서의 리시버 측에 덜 복잡한 회로를 실행하는 것과 별도로, 변위 센서는 멀티-위상 여기 신호를 사용하여 더욱 강건하게 제조되는데, 왜냐하면, 오직 하나의 리시버/디코더 회로가 리시버 측에 요구되기 때문이다. 이는, 전형적으로 두 개의 별도의 리시버/디코더 회로가 리시버 측에 요구되는 종래 기술에 따른 변위 센서와 다르다. 리시버 측에 오직 하나의 리시버/디코더 회로를 사용하는 것은, 두 개의 리시버/디코더 회로를 사용하는 것에 비해, 변위 센서를 장애에 대해 더욱 강건하게 한다. 변위 센서의 리시버 측에 영향을 주는 이러한 장애는 변위 센서, 특히 두 개의 리시버/디코더 회로를 가진 변위 센서에 심각한 영향을 줄 수 있는데, 왜냐하면, 리시버 측의 신호 강도는 전형적으로 매우 약하고, 따라서, 두 개의 리시버/디코더 회로의 각각에 상이하게 영향을 줄 수 있는 장애에 더욱 민감하기 때문이다. 그에 반해, 본 발명에 따른 변위 센서는, 전류가 최소 60 암페어(A) 흐름에 달하는 전동 공구의 모터와 연결된 전력 케이블과 같은 전력 케이블에 근접한 노출된 방식(unscreened fashion)으로 정확하게 동작할 수 있다.

변위 센서는 하나의 옵션 사항으로, 멀티-위상 여기 신호가 0도 위상, 90도 위상, 180도 위상 및 270도 위상을 포함하는 4개의 위상을 가진 4-위상 여기 신호인 것을 특징으로 한다.

이에 의해, 멀티-위상 여기 신호가 효율적인 방식으로 생성될 수 있는 전동 공구를 위한 변위 센서가 달성되는데, 왜냐하면, 0°위상과 90°위상은 간단히 반전되어서 멀티-위상 여기 신호의 180°위상과 270°위상을 생성할 수 있기 때문이다. 멀티-위상 여기 신호의 이러한 컨피규레이션은 스테이터 요소의 제1 전도성 패텅과 로터 요소의 제2 전도성 패턴의 컨피규레이션과 관련한 위상 매칭을 가능하게 한다. 예를 들어, 제2 전도성 패턴이 0°위상과 180°위상을 포함하는 교호하는 2-위상 패턴을 형성하도록 구성되는 경우, 즉, 교호하는 위상과 안티위상 패턴에서, 멀티-위상 여기 신호의 위상 0°와 180°는 제1 전도성 패턴으로 공급되어서, 멀티-위상 여기 신호의 0°위상으로 공급된 제1 전도성 패턴의 일부는 0°위상을 형성하도록 구성된 제2 전도성 패턴의 일부와 마주하고, 제1 전도성 패턴이 180°위상의 일부와 함께, 180°위상을 형성하도록 구성된 제2 전도성 패턴의 일부와 마주한다.

변위 센서는 하나의 옵션 사항으로, 멀티-위상 여기 신호는 0도 위상, 120도 위상 및 240도 위상을 포함하는 세 개의 위상을 가진 3-위상 여기 신호인 것을 특징으로 한다.

이에 의해, 세 개의 위상을 가진 멀티-위상 여기 신호를 사용하여, 3-위상 모터와 관련된 상대적으로 움직이는 부분들의 상대적 변위 센싱을 가능하게 하는, 전동 공구를 위한 변위 센서가 달성된다.

변위 센서는 하나의 옵션 사항으로, 스테이터 요소의 제1 전도성 패턴은 스테이터 요소의 측정 경로를 따라 연장되는 일련의 구동 코일을 포함하는 것을 특징으로 한다. 일련의 구동 코일은 주기적으로 반복되는 위상 패턴으로 배열된다. 위상 패턴은 측정 경로를 따라 n번 반복된다. 멀티-위상 신호의 위상이 주기적으로 반복되는 위상 패턴의 각각의 구동 코일에 공급되는 것으로 구성된다.

변위 센서는 하나의 옵션 사항으로, 주기적으로 반복되는 위상 패턴의 구동 코일의 연이은 순서로 점차적으로 증가하는 멀티-위상 여기 신호의 위상이 주기적으로 반복되는 위상 패턴의 각각의 구동 코일에 제공되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

변위 센서는 하나의 옵션 사항으로, 로터 요소의 제2 전도성 패턴은 직렬로 연결되고 로터 요소의 측정 경로를 따라 연장된 일련의 균형있는 수신 코일을 포함하되, 로터 요소의 상기 측정 경로는 스테이터 요소의 측정 경로와 대면하는 것을 특징으로 한다.

변위 센서는 하나의 옵션 사항으로, 일련의 수신 코일들의 각각의 수신 코일은 측정 경로를 따라 i-1번 반복된, 주기적으로 반복되는 균형있는 2-위상 패턴을 형성되어서, 일련의 수신 코일들의 각각의 수신 코일의 인접한 루프들이 안티-위상인것을 특징으로 한다.

이에 의해, 외부 자기장으로부터 생성된 장애가 중간 신호에서 나타나는 것을 효과적으로 제거되는, 전동 공구를 위한 변위 센서가 달성된다.

변위 센서는 하나의 옵션사항으로, 로터 요소가 균형있는 구동 코일을 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 균형있는 구동 코일은 제2 전도성 패턴에 결합되어서, 균형있는 구동 코일과 균형있는 수신 코일 사이에 형성된 상호 유도에 의해, 스테이터 요소의 균형있는 수신 코일로 중간 신호를 전송하도록 구성된다.

이에 의해, 구동 코일이 균형있고, 수신 코일이 균형있기 때문에, 원거리 장애의 효과가 감소되는, 전동 공구를 위한 변위 센서가 달성된다. 변위 센서는 하나의 옵션 사항으로, 각각의 균형있는 구동 코일과 균형있는 수신 코일은 각각 두 개의 코일 섹션을 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 두 개의 코일 섹션은 두 개의 코일 섹션에서의 전류 흐름이 로터 요소와 스테이터 요소의 측정 경로를 따라 서로에 대해 반대 방향으로 각각 흐르도록 구성된다.

이에 의해, 로터 요소에서 스테이터 요소로 중간 신호가 전송될 때, 외부 자기장으로부터 생성된 장애가 중간 신호에서 나타나는 것이 효과적으로 제거되는, 전동 공구를 위한 변위 센서가 달성된다.

변위 센서는 하나의 옵션 사항으로, 신호 생성 회로를 포함하는 것을 추가적인 특징으로 한다. 신호 생성 회로는 스테이터 요소의 제1 전도성 패턴에 결합된다. 상기 신호 생성기는 여기 신호를 생성하고, 상기 제1 전도성 패턴에 에너지를 인가하기 위해 제1 전도성 패턴으로 여기 신호를 제공하도록 구성된다.

변위 센서는 하나의 옵션 사항으로, 단상 신호 프로세서 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 신호 프로세서 회로는 로터 요소와 스테이터 요소 사이의 상대적 변위를 나타내는 출력 신호를 제공하기 위하여, 스테이터 요소에서 수신되는 중간 신호에 대응되는 단상 수신 신호를 수신하고 처리하도록 구성된다.

변위 센서는 하나의 옵션 사항으로, 상기 출력 신호를 제공하기 위하여, 수신 신호와 여기 신호 사이의 위상 차이를 검출하기 위하여, 단상 신호 프로세서 회로는 수신 신호를 처리하도록 구성된 위상 검출 회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

진폭이 실질적으로 일정하게 유지된다는 사실, 즉, 진폭 변조가 수행되지 않는다는 사실 때문에, 수신단에서 복조 단계가 없을 수 있다. 또한, 여기 신호가 고주파수이기 때문에, 작은 부품을 사용할 수 있기 위해 고주파수에서 수행되는 것이 바람직하여, 위상을 검출하는데 주파수 조절이 불필요하다.

이에 의해, 진폭 변조된 장애가 위상 차이에 영향을 주지 않기 때문에, 변위 센서가 이러한 장애에 대해 내성이 있는, 전동 공구를 위한 변위 센서가 달성된다.

변위 센서는 하나의 옵션 사항으로, 위상 검출 회로는 상기 수신 신호와 상기 여기 신호의 위상 차이를 나타내는 두 개의 콰드러처(quadrature) 신호를 출력하도록 구성된 I/Q 복조 회로인 것을 특징으로 한다.

이에 의해, IQ-복조기가 간단하고 강건한 방식으로 가령, 레퍼런스 신호와 수신 신호 사이의 위상 차이를 검출할 수 있기 때문에, 개선된 변위 센싱하는 전동 공구를 위한 변위 센서가 달성된다. 검출의 용이성과 강건성은 별론으로 하고, IQ-복조기가 비교적 저가로 제조될 수 있기 때문에, IQ-복조기의 사용은 또한, 변위 센서의 제조와 관련하여 가격 효율성을 제공한다.

변위 센서는 하나의 옵션 사항으로, 로터 요소는 전동 공구의 제1 움직이는 부분에 부착되도록 구성되고, 스테이터 요소는 전동 공구의 제2 정지된 부분에 부착되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

이에 의해, 전동 공구의 제1 움직이는 부분과 제2 정지된 부분 사이의 상대적 변위를 센싱할 수 있는 전동 공구를 위한 변위 센서가 달성된다.

변위 센서는 하나의 옵션 사항으로, 로터 요소와 스테이터 요소는 환형 디스크로 형성되는 것을 특징으로 한다.

변위 센서는 하나의 옵션 사항으로, 로터 요소와 스테이터 요소는, 각각 제1 전도성 패턴과 제2 전도성 패턴을 형성하는 전도성 트레이스가 있는 인쇄 회로 기판으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

이에 의해, 스테이터 요소와 로터 요소 및 그와 관련된 전도성 요소는 가격 효율적인 방식으로 제조될 수 있는, 전동 공구를 위한 변위 센서가 달성된다.

변위 센서는 하나의 옵션 사항으로, 로터 요소는 잡음 억제를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 커패시턴스 구성을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이에 의해, 중간 신호에 영향을 주는 잡음이 효과적으로 억제될 수 있는, 전동 공구를 위한 변위 센서가 달성된다.

변위 센서는 하나의 옵션 사항으로, 로터 요소는 잡음 억제를 제공하기 위하여, 적어도 하나의 커패시터를 형성하는 적어도 하나의 커패시턴스 층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이에 의해, 중간 신호에 영향을 주는 잡음이 효과적으로 억제되고, 커패시턴스 층의 형태인 커패시터가 기계적 충격으로부터 보호되는, 전동 공구를 위한 변위 센서가 달성된다.

또한, 이들 목적의 하나 이상은 전동 공구의 두 개의 상대적으로 움직이는 부분들 사이의 변위를 센싱하는 방법에 의해 달성될 수 있다. 본 방법은 실질적으로 일정한 진폭을 가진 고주파수 여기 신호의 형태인 여기 신호를 생성하는 단계를 포함한다. 본 방법은, 스테이터 요소의 제1 전도성 패턴으로 여기 신호를 제공하는 단계를 더 포함한다. 본 방법은, 제1 전도성 패턴과 제2 전도성 패턴 사이의 상호 유도 때문에, 로터 요소의 제2 전도성 패턴 내의 중간 신호를 생성하는 단계를 더 포함한다. 상기 중간 신호는 로터 요소와 스테이터 요소 사이의 상대적 변위를 나타낸다.

종속항은 시스템과 관련하여 기술된 것에 해당하는 선택적인 특징을 정의한다.

본 발명은 이제 본 발명의 설명을 제한하지 않으면서, 첨부된 도면을 참조하여 더욱 자세히 실시예로 기술될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 로터리 인코더가 있는 전동 공구를 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 신호 생성 회로 의 블록도를 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 로터리 인코더의 스테이터의 평면도를 개략적으로 도시한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 로터리 인코더의 로터의 평면도를 개략적으로 도시한다.
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 로터리 인코더의 로터에서 출력된 파형을 개략적으로 도시한다.
도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 로터리 인코더의 로터에서 출력된 파형을 개략적으로 도시한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 신호 프로세서 회로의 블록도를 개략적으로 도시한다.
도 7a는 본 발명의 실시예에 따른 전동 공구의 두 개의 상대적으로 움직이는 부분들 사이의 변위를 센싱하기 위한 방법의 순서도를 도시한다.
도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 전동 공구의 두 개의 상대적으로 움직이는 부분들 사이의 변위를 센싱하기 위한 방법의 순서도를 더 자세히 도시한다.

도면은 간결성을 위하여 개략적이고 간단화되며, 도면은 본 발명을 이해하는데 있어 본질적인 세부사항만을 도시하고, 그 밖의 것은 그대로 둔다. 이하의 상세한 설명 전반에 걸쳐, 동일한 참조 번호는 동일하거나 해당되는 부분이나 단계에 대해 사용된다.

도 1을 참조하면, 유도성 로터리 인코더(2)의 형태인 변위 센서를 가진 전동 공구(1)가 본 발명의 실시예로 개시된다. 유도성 로터리 인코더(2)는 스테이터 요소(4)와 로터 요소(3)를 포함한다. 스테이터 요소(4)와 로터 요소(3)는, 전동 공구(1)의 샤프트의 축방향으로 연장되는 축 주위에 동심원으로 장착되는 것과 같이, 축(A) 주위에 동심원으로 장착되도록 구성된다. 스테이터 요소(4)와 로터 요소(3)는 서로 축방향 거리(AD)에서 장착되도록 추가로 구성된다. 이는 스테이터 요소(4)와 로터 요소(3) 사이에 에어갭이 형성된다는 것을 의미한다.

스테이터 요소(4)는 전동 공구(1)의 정지된 부분(미도시)에 부착하기 위해 구성된다. 전동 공구의 정지된 부분은 지지 구조물이나 전동 공구의 움직이는 부분(미도시)을 위한 하우징일 수 있다. 전동 공구(1)의 예시적인 지지 구조물이나 하우징은 축(A)을 따라 연장된 회전가능한 샤프트의 형태인 움직이는 부분을 위한 지지 구조물이나 하우징일 수 있는데, 상기 회전가능한 샤프트는 방향 D로 축(A)에 대해 왕복 회전하도록 구성된다. 로터 요소(3)는 상기 예로들은 회전가능한 샤프트에 부착하도록 구성된, 전동 공구(1)의 움직이는 부분에 부착하도록 구성된다. 이는, 로터 요소(3)가 움직이는 부분에 부착됨에 의해 움직이는 부분과 결합하여 움직이는 반면, 스테이터 요소(4)가 정지된 부분에 부착됨에 의해 정지된다는 것을 의미한다. 따라서, 전동 공구(1)의 움직이는 부분이 움직이면, 로터 요소(3)는 스테이터 요소(4)에 대해 이동될 것이다. 로터 요소(3)가 상기 예로 들은 회전가능한 샤프트에 부착되는 경우에, 회전 샤프트가 움직이면, 로터 요소(3)는 스테이터 요소(4)에 대해 각바향으로(angularly) 이동될 것이다.

로터 요소(3)와 스테이터 요소(4)는 환형의 얇은 디스크 모양이다. 로터 요소 및/또는 스테이터 요소는, 전동 공구(1)의 적어도 하나의 부분, 가령, 전동 공구의 샤프트를 수용하기 위해 구성된, 쓰루홀과 같은 적어도 하나의 중심 어퍼처가 더욱 구비될 수 있다.

스테이터 요소(4)는 제1 전도성 패턴 또는 트랙(CT1)을 포함한다. 좀 더 자세하게는, 제1 전도성 패턴(CT1)은 스테이터 요소(4) 내에 형성된다. 로터 요소(3)는 제2 전도성 패턴 또는 트랙(CT2)을 포함한다. 좀 더 자세하게는, 제2 전도성 패턴(CT2)은 로터 요소(3) 내에 형성된다. 제1 및 제2 전도성 패턴(CT1, CT2)은 반경 방향 RD에 각각 스테이터 요소와 로터 요소 내에 형성된다. 따라서, 제1 및 제2 전도성 패턴(CT1, CT2)이 동일한 반경 방향 RD에 위치되는 것이 바람직하고, 스테이터 요소(4)와 로터 요소(3)가 축(A) 주위에 동심원으로 장착되도록 구성되기 때문에, 제1 및 제2 전도성 패턴(CT1, CT2)은 서로 상기 에어갭을 통해 마주보도록 구성된다.

바람직하게는, 스테이터 요소(4)와 로터 요소(3)는 전기적으로 절연 기판과 같은 기판으로 각각 제조된다. 좀 더 자세하게는, 스테이터 요소(4)와 로터 요소(3)는 관련된 전기적 커넥터가 있는 전도성 패턴을 형성하는 구리 트레이스를 가진, 즉, 전도성 패턴이 PCB 상에 인쇄된 전도성 패턴이 있는 바람직한 인쇄 회로 기판(PCB)이다. 이는 우수한 전기적 절연은 물론 전도성 패턴을 위한 우수한 기계적 지지물을 제공한다.

제1 전도성 패턴(CT1)과 제2 전도성 패턴(CT2)의 컨피규레이션에 대해 좀 더 자세한 사항은 도 3과 도 4를 참조하여 각각 설명될 것이다.

스테이터 요소(4)가 구동되는데, 이는 신호 생성기(6)의 형태인 에너지원에 결합되도록 구성된 와이어링(미도시)과 연결된 적어도 하나의 단자 또는 커넥터를 가진다는 것을 의미한다. 다른 한 편으로, 로터 요소(3)는 수동적인데, 즉, 로터 요소(3)는 에너지원에 연결을 위해 구성된 관련 와이어링과의 단자나 커넥터가 없다. 그 보다는, 스테이터 요소(4)의 제1 전도성 패턴(CT1)이 에너지를 받으면, 스테이터 요소(4)의 제1 전도성 패턴(CT1)과 로터 요소(3)의 제2 전도성 패턴(CT2) 사이에 발생하는 상호 인덕턴스에 의하여, 로터 요소(3)의 제2 전도성 패턴이 에너지를 받을 것이다.

신호 생성 회로(6)는 실질적으로 일정한 진폭을 가진 고주파수 여기 신호(SE)를 생성함에 의해, 스테이터(4)의 제1 전도성 패턴(CT1)에 에너지를 인가하도록 구성된다. 고주파수 여기 신호는 교류(AC) 신호이다. 신호 생성 회로에 관한 좀 더 자세한 사항은 도 2를 참조하여 설명될 것이다. 제1 전도성 패턴(CT1)이 상기 고주파수 여기 신호(SE)에 의해 에너지를 받을 때, 스테이터 요소(4)의 제1 전도성 패턴(CT1)과 로터 요소(3)의 제2 전도성 패턴(CT2) 사이의 상호 인덕턴스 때문에, 제2 전도성 패턴(CT2)에서 전류가 유도될 것이고, 결과적으로, 중간 신호 (SI)가 로터 요소(3)의 제2 전도성 패턴에서 형성된다. 로터 요소(3)가 스테이터 요소(4)에 대해 움직이면, 유도 전류를 초래하는 중간 신호 (SI)는 위상 시프트되거나, 여기 신호(SE)에 대해 위상 변조될 것이고, 스테이터 요소(4)와 로터 요소(3) 사이의 상대적 변위를 나타내는 정보가 제공될 것이다. 이는 도 5a 와 도 5b를 참조하여 더욱 자세히 설명될 것이다.

스테이터 요소(4)는 신호 프로세서 회로(5)에 결합되도록 추가로 구성된다. 신호 프로세서 회로(5)는 수신 신호(SR)를 수신하도로 구성되는데, 이는 로터 요소(3)와 스테이터 요소(4)의 전송 수단과 수신 수단을 통하여, 에어갭을 너머서 로터 요소로부터 전송되고, 스테이터 요소에서 수신되는 중간 신호(SI)에 대응된다. 로터 요소로부터 스테이터 요소로의 중간 신호(SI)의 전송은 중간 신호(SI)의 어떠한 변화를 도입하지 않을 것인데, 이는 수신 신호(SR)가 중간 신호와 실질적으로 동일한 위상을 가질 것을 의미한다. 전송 수단과 수신 수단은 도 4와 도 3을 참조하여 각각 좀 더 자세히 설명될 것이다. 신호 프로세서 회로(5)는, 로터 요소(3)와 스테이터 요소(4) 사이의 상대적 각변위와 같은 상대적 변위에 관한 정보(SOUT)를 계산하고 출력하기 위해, 상기 수신 신호(SR)을 처리하도록 구성된다. 출력 정보(SOUT)는 로터 요소와 스테이터 요소 사이의 상대적 변위를 나타내는 콰드러처 신호로 디지털 신호 또는 아날로그 신호로, 신호 프로세서 회로(5)에 의해 제공될 수 있다. 프로세서 회로(5)는 신호 생성 회로(6)로부터 레퍼런스 신호(SREF)를 수신하도록 추가로 구성된다. 신호 프로세서 회로는, 출력 정보를 제공하기 위하여, 수신 신호(SR)의 처리와 함께, 레퍼런스 신호를 사용하도록 구성된다. 신호 프로세서 회로(5) 및 신호 프로세서 회로에 의해 출력된 신호의 좀 더 자세한 사항은 도 6을 참조하여 설명될 것이다.

실시예에 따르면, 신호 프로세서 회로(5)는 증분 신호의 형태로 출력 정보(SOUT)를 제공하도록 구성된다.

실시예에 따르면, 신호 프로세서 회로(5)는 절대 신호의 형태로 출력 정보(SOUT)를 제공하도록 구성된다.

실시예에 따르면, 스테이터 요소(4)와 로터 요소(3)의 외부 지름은 10-500 mm 번위의 간격에서 선택되도록 구성된다. 예를 들어, 스테이터 요소(4)와 로터 요소(3)의 외부 지름은 약 40 mm로 선택될 수 있다.

로터리 인코더(2)를 포함하는 전동 공구(1)는 전기 모터, 연소 엔진 또는 압축 공기에 의해 구동되는 전동 공구(1), 가령, 공압 전동 공구일 수 있다. 전동 공구(1)는 너트 러너, 맥동 너트 러너, 스크류드라이버, 렌지 또는 드릴을 포함하는 전동 공구의 그룹에서 선택된 전동 공구일 수 있다.

도 2a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 로터리 인코더를 위한 신호 생성 회로가 도시된다.

신호 생성 회로(6)는 실질적으로 일정한 진폭을 가진 고주파수 신호(AC1)를 생성하도로 구성된, AC 고주파수 오실레이터(7)라고도 불리는 교류(AC) 전력원(7)을 포함한다. 실질적으로 일정한 진폭을 가진 신호를 사용한다는 것은, 시간에 걱쳐 진폭에서 가장 작은 베리에이션, 가령, 오실레이터의 성능 제한에 의해, 또는 신호에 영향을 주는 잡음에 의해 야기되는 작은 베리에이션이 나타나는 신호, 그리고 어떠한 형태의 진폭 변조(AM) 동작을 받지 않은 신호를 의미한다. AC 전력원(7)은 고주파수 신호(AC1)의 주파수를 제어하기 위한 회로르 포함한다. AC 전력원은 주기적 파형을 가진, 실질적으로 일정한 진폭(AMP)을 가진, 고주파수 신호(AC1)를 생성하도록 구성된다. AC 전력원에 의해 생성된 고주파수 신호(AC1)는 100 KHz 내지 100 MHz의 범위의 주파수를 가진다.

실시예에 따르면, 고주파수 신호(AC1)는 사인 파형으로 생성된다.

실시예에 따르면, AC 전력원에 의해 생성된 고주파수 신호(AC1)는 100 KHz 초과의 주파수를 가진다.

실시예에 따르면, AC 전력원에 의해 생성된 고주파수 신호(AC1)는 1 MHz 초과의 주파수를 가진다.

실시예에 따르면, AC 전력원에 의해 생성된 고주파수 신호(AC1)는 주기적이다.

실시예에 따르면, 고주파수 신호(AC1)는 상기 언급된 주파수 범위 내의 단일 주파수와 같은 단일 주파수를 가지도록 생성된다.

바람직한 실시예에 따르면, AC 전력원에 의해 생성된 고주파수 신호(AC1)는 1 MHz 내지 10 MHz의 범위, 가령, 2.5 MHz의 주파수를 가진다. 바람직하게는, 고주파수 신호(AC1)의 주파수는, 전동 공구의 내부 또는 외부에 위치된 전/자기적 구성에 의해 생성된 신호와 같은, 전동 공구의 근처에 존재하는 다른 신호의 주파수로부터 제거되도록 마련된다. 이에 의해 센싱 프로세스에 대한 이들 신호의 영향을 효과적으로 감소시킨다. 또한, 이는 전동 공구의 내부 또는 외부의 다른 구성에 영향을 줄 수 있는 로터리 인코더에 의해 생성된 장애를 감소시킨다. 변형예에 따르면, 장애를 추가로 최소화시키기 위해, 스프레드 스펙트럼 변조가 신호(AC1)에 가해질 수 있다.

신호 생성 회로(6)는 AC 고주파수 오실레이터(7)에 결합된 위상 시프터 회로(8)를 포함한다. 위상 시프터 회로(8)는 AC 고주파수 오실레이터(7)에 의해 생성된 고주파수 신호(AC1)를 수신하도록 구성된다. 위상 시프터 회로(8)는 고주파수 신호(AC1)에 기초하여, 멀티-위상 신호, 즉, 각각 복수의 위상을 가진 복수의 고주파수 신호(AC2, AC3)를 포함하는 신호를 생성하고 출력하도록 구성된다. 바람직하게는, 복수의 위상은 서로 상이하다.

도 2를 참조하여 설명된 예시에서, 위상 시프터 회로(8)는 두 개의 고주파수 신호(AC2 및 AC3)를 생성하고 출력하도록 구성되는데, 여기서, 고주파수 신호(AC3)는 고주파수 신호(AC2)와 콰드러처에 있다. 용어 "콰드러처(quadrature)"는 신호(AC3)가 고주파수 신호(AC1)에 대해 위상 시프트되는 것을 정의하는데 사용된다. 좀 더 자세히 말하면, 신호의 콰드러처 신호는 90° (n/2 또는 λ/4)만큼 위상에 있어서 분리된다. 따라서, 신호(AC3)는 고주파수 신호(AC1)에 대해 90°만큼 위상 시프트된다. 콰드러처 신호(AC3)를 출력하는 것은 별론으로 하고, 콰드러처 회로(8)는 고주파수 신호(AC1)에 대응되는, 즉 위상 시프트가 없는 고주파수 신호(AC2)도 출력하도록 구성된다.

위상 시프터 회로(8)는 도 2를 참조하여 설명된 예시와 상이하게 구성될 수 있다는 것도 유의해야 한다. 예를 들어, 위상 시프터 회로(8)는, 가령 각각 상이한 위상을 가진 3개 또는 6개의 고주파수 신호와 같은 복수의 위상을 가진 두 개 이상의 고주파수 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 또한, 복수의 고주파수 신호의 위상들 사이의 위상 분리는 90°과 상이할 수 있다. 예를 들어, 위상 시프터 회로(8)는 3개의 고주파수 신호를 생성하고 출력할 수 있는데, 그 중 하나는 고주파수 신호(AC1)에 대해 0°위상 시프트를 가지고, 그 중 하나는 고주파수 신호(AC1)에 대해 120°위상 시프트를 가지며, 그 중 하나는 고주파수 신호(AC1)에 대해 240°위상 시프트를 가진다.

더구나, 위상 시프터 회로에 의해 생성된 복수의 고주파수 신호의 위상은 기하형상적인 시리즈, 즉, 일정한 각 위상 시프트의 배수를 형성할 필요는 없다.

도 2를 참조하여 설명되는 예시를 더욱 참조하면, 신호 생성 회로(6)는, 위상 시프터 회로(8)에 결합되도록 구성된 두 개의 코일 구동부(9, 10)를 더 포함한다. 두 개의 코일 구동부의 제1 코일 구동부(9)는 신호(AC2)를 수신하도록 구성된다. 두 개의 코일 구동부의 제2 코일 구동부(10)는 신호(AC3)를 수신하도록 구성된다. 제1 코일 구동부(9)는 제1 여기 신호(E1) 및 제2 여기 신호(E2)를 생성하고 출력하도록 구성된다. 제2 코일 구동부(10)는 제3 여기 신호(E3) 및 제4 여기 신호(E4)를 생성하고 출력하도록 구성된다. 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 여기 신호는 멀티-위상 여기 신호, 즉, 각각의 여기 신호가 복수의 위상들의 위상을 가지는 복수의 여기 신호를 형성하고, 상기 각각의 위상들은 고주파수 신호(AC1)로부터 기설정된 수의 각도로 위상 시프트된 위상이다. 제1 여기 신호(E1)는 신호(AC2)에 해당하는 실질적으로 일정한 진폭을 가진 고주파수 신호이다. 제2 여기 신호(E2)는 신호(AC2)의 위상 시프트된 버전에 해당하는 실질적으로 일정한 진폭을 가진 고주파수 신호인데, 여기서, 제2 여기 신호(E2)는 신호(AC2)에 대해 180°위상 시프트된다. 제3 여기 신호(E3)는 신호(AC3)에 해당하는 실질적으로 일정한 진폭을 가진 고주파수 신호이다. 제4 여기 신호(E4)는 신호(AC3)의 위상 시프트된 버전에 해당하는 실질적으로 일정한 진폭을 가진 고주파수 신호인데, 여기서, 제4 여기 신호(E4)는 신호(AC3)에 대해 180°위상 시프트된다. 따라서, 제1 여기 신호(E1)에 대해, 제3 여기 신호(E3)는 90°위상 천이되고, 제2 여기 신호(E2)는 180°위상 천이되며, 제4 여기 신호(E4)는 270°위상 천이된다. 이는, 제1, 제2, 제3 및 제4 여기 신호를 포함하는 멀티-위상 신호의 위상은, 위상에 있어서 90°만큼 연속적으로 증가하는데, 즉 E1-E3-E2-E4의 순서로 90°만큼 점차적으로 증가한다는 것을 의미한다. 또한, 이는 제3 여기 신호(E3)가 제1 여기 신호(E1)와 콰드러처 위상에 있고, 제2 여기 신호(E2)가 제3 여기 신호(E3)와 콰드러처 위상에 있고, 제4 여기 신호(E4)가 제2 여기 신호(E2)와 콰드러처 위상에 있다는 것을 의미한다. 신호 생성 회로(6)의 두 개의 코일 구동부는 차동 증폭 회로일 수 있고, 두 개의 출력 중 하나는 반대 극성을 가질 수 있다.

신호 생성 회로(6)는, 멀티-위상 여기 신호의 형태인 상기 여기 신호를 스테이터 요소(4)의 제1 전도성 패턴으로 제공하여, 스테이터 요소(4)의 제1 전도성 패턴의 에너지 인가 또는 여기를 야기하기 위하여, 스테이터 요소(4)에 결합되도록 구성된다. 신호 생성 회로(6)에 의해 생성된 신호가 스테이터 요소로 어떻게 전파되는지에 대한 더욱 자세한 사항은 도 3을 참조하여 설명될 것이다.

도 2를 참조하여 예시된 신호 생성 회로(6)는 상이하게 구성될 수 있다는 것에 유의한다. 예를 들어, 신호 생성 회로(6)는 스테이터 요소(4)로 제공될 더 적거나 더 많은 출력 신호(E1-E4)를 생성하도록 구성될 수 있다. 신호 생성 회로가 설명된 예시보다 더 적거나 더 많은 출력 신호, 즉 여기 신호(E1-E4)를 생성하도로 구성되는 경우, 신호 생성기는 더 적거나 더 많은 코일 구동부를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 예시로서, 신호 생성 회로는 생성된 여기 신호당 하나의 코일 구동부를 포함한다. 실시예에 따르면, 신호 생성 회로는 0°위상을 가진 여기 신호, 120°위상을 가진 여기 신호 및 240°위상 시프트를 가진 여기 신호를 생성하고 출력하도록 구성된다. 이러한 실시예에서, 신호 생성기는 3개의 코일 구동부를 포함하여, 즉, 하나당 여기 신호를 생성한다. 또한, 신호 생성 회로(6)는 신호 생성 회로(6)에 의해 출력된 신호를 증폭하도록 구성된 전력 증폭 회로를 포함할 수 있다.

도 3a를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 유도성 로터리 인코더의 스테이터 요소가 설명된다.

도 1를 참조하여 예시된, 로터리 인코더(2)와 같은 로터리 인코더의 스테이터 요소(4)는 일련의 구동 코일(SDC1-SDC8, ... , SDCk-3, SDCk-2, SDCk-1, SDCk, 즉. SDCl-SDCk)의 형태로, 제1 전도성 패턴(CT1)과 같은 제1 전도성 패턴을 포함한다. 따라서, 일련의 구동 코일은 k개의 구동 코일을 포함한다. 일련의 구동 코일(SDC1-SDCk)은 등거리로 배열되는데, 즉, 일련의 구동 코일의 각각의 구동 코일과 인접한 구동 코일의 거리는 동일하다. 일련의 구동 코일(SDC1-SDCk)은, 도 1을 참조하여 예시된 바와 같이, 환형 디스크 모양의 스테이터 요소에 통합되어 배열되는 것과 같이, 스테이터 요소(4)의 원주 방향을 따라 스테이터 요소(4)에 배열된다. 이는, 일련의 구동 코일(SDC1-SDCk)이 스테이터 요소(4)의 원주 방향을 따라 연장되는 측정 경로를 형성하기 위해 배열된다는 것을 의미한다. 일련의 구동 코일(SDC1-SDCk)의 각각의 구동 코일은, 스테이터 요소(4)의 중심으로부터 기설정된 제1 반경 방향 거리(RD1)에서 스테이터 요소에 배열되고, 이는 스테이터 요소(4)의 제2 반경 방향 거리(RD2)까지 외부로 연장된다. 일련의 구동 코일(SDC1-SDCk)의 각각의 구동 코일은 스테이터 요소의 주요 연장 방향에 정렬된 주요 연장 방향으로 배열되는데, 즉, 측정 경로가 연장되는 스테이터 요소(4)의 주요 연장 방향으로 형성된 평면에서 연장되기 위해 배열된다.

일련의 구동 코일(SDC1-SDCk)의 각각의 구동 코일은 나선형 또는 구불구불한 와인딩을 포함하여, 내부/외부로 나선형 패턴으로 배열된 루프를 형성한다. 바람직하게는, 내부/외부로 나선형 패턴의 모양은, 스테이터 요소의 반경 방향을 따라 실질적으로 연장되는 내부/외부로 나선형 패턴의 측면은 스테이터 요소의 반경 방향과 실질적으로 정렬되도록 구성된다. 즉, 실질적으로 직선 모양이어서, 스테이터 요소의 실질적으로 환형 방향으로 연장되는 내부/외부로 나선형 패턴의 측면이 실질적으로 스테이터 요소의 환형의 곡률과 실질적으로 매칭되는 곡률을 가져서, 즉, 스테이터 요소의 환형 방향으로 연장되는 내부/외부로 나선형 패턴의 측면이, 스테이터 요소의 곡률과 실질적으로 매칭되기 위해, 스테이터 요소의 반경 방향 외부로 만곡된다. 또한, 이는 스테이터 요소의 환형 방향으로 연장되는 내부/외부로 나선형 패턴의 측면의 각각의 측면의 각각의 세그먼트가 스테이터 요소의 중심으로부터 실질적으로 동일한 반경 거리에 배열된다는 것을 의미한다. 와인딩은 두 개의 말단점을 가지고, 이는 각각 스테이터 요소(4)의 단자에 결합되도록 구성된다. 일련의 구동 코일(SDC1-SDCk)의 각각의 구동 코일의 와인딩은 기설정된 턴수를 가진다. 바람직하게는, 각각의 와인딩에서 기설정된 턴수는 2-5 턴이다.

구동 코일(SDC1)과 같은, 스테이터 요소(4)의 일련의 구동 코일(SDC1-SDCk)의 각각의 구동 코일은 기설정된 크기를 가진 영역(AR1)을 둘러싼다. 상기 영역(AR1)은 와인딩과 같은 전도성 요소의 임의의 형태로 자유롭게 구성된다.

스테이터 요소(4)는 도 1 또는 도 2를 참조하여 예시된 신호 생성 회로(6)와 같은 신호 생성 회로에 결합되도록 구성된다. 스테이터 요소(4)는 도 1 또는 도 6을 참조하여 예시된 신호 프로세서 회로(5)와 같은 신호 프로세서 회로에 결합되도록 구성된다. 좀 더 자세히는, 스테이터 요소(4)는 적어도 하나의 입/출력 단자(M1)를 통해 신호 생성 회로(6)와 신호 프로세서 회로(5)에 결합되도록 구성된다. 이는, 스테이터 요소(4)가 신호 생성 회로(6)로부터 실질적으로 일정한 진폭을 가진 멀티-위상 고주파수 여기 신호와 같은 여기 신호(SE)의 형태인 정보를 수신하도록 인에이블되고, 스테이터 요소(4)의 수신 수단을 통해 수신된, 상호 유도에 의한 로터 요소(3)의 제2 전도성 패턴(CT2)에서 야기된, 중간 신호(SI)에 대응되는 수신 신호(SR)에 대한 정보를 전송하는 것과 같이, 정보를 신호 프로세서 회로에 전송하도록 인에이블된다는 것을 의미한다.

스테이터 요소(4)는 복수의 주변부, 즉 단자를 더 포함하는데, 레퍼런스(PT1, PT2)를 가진 두 개의 주변부 단자는 도 3에 도시되고, 이는 스테이터 요소(4)의 주변부 주위에 배열된다. 이들 주변부 단자는 스테이터 요소(4)의 일련의 구동 코일의 각각의 구동 코일로 여기 신호를 제공 또는 공급하도록 구성된다.

일련의 구동 코일(SDC1-SDCk)의 각각의 구동 코일은, 도 3의 원으로 도시된 두 개의 단자 또는 리드를 가지고 구성된다. 각각의 구동 코일의 말단점에서의 두 단자는 스테이터 요소(4)의 두 개의 단자에 결합되도록 구성된다. 이는 고주파수 멀티-위상 여기 신호(E1-E4)의 위상을 가진 고주파수 여기 신호(SE), 또는 좀 더 자세히는 도 1 또는 도 2를 참조하여 예시된 바와 같이, 신호 생성 회로(6)에 의해 생성된 특정 위상을 가진 여기 신호(E1-E4) 중 하나를 각각의 구동 코일에 제공할 수 있도록 한다.

바람직한 실시예에 따라서, 스테이터 요소(4)의 일련의 구동 코일(SDC1-SDCk)은 주기적으로 반복되는 위상 패턴(P1)을 형성하도록 구성되는데, 이는 스테이터 요소(4)의 측정 경로를 따라 반복되는 n번이고, 여기서 n은 0 이상의 정수이며, 스테이터 요소(4)의 측정경로를 따라 반복되는 위상 패턴(P1)이 반복되는 횟수를 표시한다. 이는, 스테이터 요소의 일련의 구동 코일의 구동 코일의 연속적인 기설정된 수와 같은 연속적인 복수의 구동 코일(SDC1-SDCk)이 위상 패턴을 형성한다는 것을 의미하고, 가령, 측정 경로를 따라 반복된 n번인 위상 패턴(P1)이어서 일련의 구동 코일은 위상 패턴(P1-Pn)을 포함하도록 배열된다. 예시로서, n이 0인 경우에, 스테이터 요소(4)의 일련의 구동 코일(SDC1-SDCk)은 0번 반복되는 단상 패턴(P1)을 형성하도록 구성되며, 즉, 스테이터 요소(4)의 일련의 구동 코일(SDC1-SDCk)은 스테이터 요소의 측정 경로를 따라 단상 패턴(P1)으로 배열된다. 또 다른 예시로서, n이 2인 경우에, 스테이터 요소(4)의 일련의 구동 코일(SDC1-SDCk)은 스테이터 요소(4)의 측정 경로를 따라 두번 반복되는 위상 패턴(P1)을 형성하도록 구성되며, 즉, 반복되는 위상 패턴은 위상 패턴(P1) 자체를 포함하여, 스테이터 요소(4)의 측정 경로를 따라 세번 나타난다.

위상 패턴의 구동 코일에는, 고주파수 멀티위상 여기 신호(SE) 또는 좀 더 자세히는, 복수의 여기 신호(E1-E4)를 가진 멀티-위상 고주파수 여기 신호(SE)의 하나의 여기 신호(E1-E4)의 위상이 공급되어서, 위상 패턴의 인접한 구동 코일이 위상 패턴의 이웃하는 구동 코일에 대해 위상이 분리된 고주파수 멀티-위상 여기 신호(SE)의 위상을 수신한다. 또한, 이는 위상 패턴의 구동 코일에 공급될 여기 신호의 위상이 위상 패턴을 형성하는 구동 코일의 연속적인 순서로 위상이 증가되는 것과 같이 위상 시프트된다고도 표현될 수 있다.

도시된 예시에서, 일련의 구동 코일의 4개의 연속적인 구동 코일(SDC1-SDC4, SDC5-SDC8, ... , SDCk-3-SDCk)은 반복되는 위상 패턴을 형성하는데, 이는 7번 반복되는, 즉, n은 7이다. 좀 더 자세히는, 구동 코일(SDC1-SDC4)는 위상 패턴(P1)을 형성하고, 구동 코일(SDC5-SDC8)은 위상 패턴(P1)의 제1 주기 반복되는 위상 패턴(P2)을 형성하며, 구동 코일(SDCk-3-SDCk)은 위상 패턴(P1)의 n^th-1 반복되는 위상 패턴(Pn)을 형성하여서, 일련의 구동 코일은 P1을 포함하여, 주기적으로 반복되는 위상 패턴(P1)의 n번 반복을 형성한다.

바람직한 실시예에 따르면, 반복되는 위상 패턴은 로터 요소(3)의 측정 경롤르 따라 7번 반복된 것과 같이, 로터 요소(3)의 측정 경로를 따라 n번 반복되는 4-위상 콰드러처 패턴이다.

이러한 실시예에서, 4-위상 콰드러처 패턴이 구성되어서, 4-위상 콰드러처 패턴을 형성하는 4개의 연속적인 구동 코일에는, 0°위상, 90°위상, 180°위상 및 270°위상의 형태로 멀티-위상 여기 신호의 위상이 각각 제공된다. 이는, 4-위상 콰드러처 패턴의 순서에서 첫 번째인 구동 코일(SDC1)에, 도 2를 참조하여 예시된 여기 신호(E1)와 같은 0°위상을 가진 여기 신호가 공급될 것이고, 4-위상 콰드러처 패턴의 순서에서 두 번째인 구동 코일(SDC2)에, 도 2를 참조하여 예시된 여기 신호(E3)와 같은 90°위상을 가진 여기 신호가 공급될 것이며, 4-위상 콰드러처 패턴의 순서에서 세 번째인 구동 코일(SDC3)에, 도 2를 참조하여 예시된 여기 신호(E2)와 같은 180°위상을 가진 여기 신호가 공급될 것이고, 4-위상 콰드러처 패턴의 순서에서 네 번째인 구동 코일(SDC4)에, 도 2를 참조하여 예시된 여기 신호(E2)와 같은 270°위상을 가진 여기 신호가 공급될 것을 의미한다. 로터리 인코더(2)가 전동 공구의 전기 모터의 샤프트의 회전 변위를 센싱하도록 구성되는 경우에, 4-위상 콰드러처 패턴의 수, 즉, 주기는 전기 모터의 주기의 수와 동기화되는 것이 바람직하다.

다른 실시예에서, 주기적으로 반복되는 위상 패턴(P1)은 3-위상 패턴으로 제공된다. 3-위상 패턴은 일련의 구동 코일(SDC1-SDCk)의 3개의 연속적인 구동 코일로 형성된다. 3 위상 패턴은 n 번 반복되도록 배열된다. 3-위상 패턴을 형성하는 3개의 연속적인 구동 코일의 순서에서 첫 번째인 구동 코일(SDC1)에, 도 2를 참조하여 예시된 여기 신호(E1)와 같은 0°위상을 가진 여기 신호가 공급되도록 배열되고, 3-위상 패턴을 형성하는 3개의 연속적인 구동 코일의 순서에서 두 번째인 구동 코일(SDC2)에 120°위상을 가진 여기 신호가 공급되도록 배열되며, 3-위상 패턴을 형성하는 3개의 연속적인 구동 코일의 순서에서 세 번째인 구동 코일(SDC3)에 240°위상을 가진 여기 신호가 공급되도록 배열된다.

일련의 구동 코일(SDC1-SDCk)의 연속적인 구동 코일의 임의의 수는 주기적으로 반복되는 위상 패턴(P1)을 형성하도록 배열될 수 있다는 것에 유의해야 한다. 주기적으로 반복되는 위상 패턴에 포함된 각각의 구동 코일에, 다양한 여기 신호, 즉, 신호 생성 회로의 적용과 컨피규레이션에 의존하여, 상기 예시된 여기 신호와 상이한 위상을 가진 여기 신호가 공급되도록 배열될 수 있다는 것에 유의해야 한다.

실시예에 따른 스테이터 요소(4)는 균형있는 수신 코일(SRC)의 형태인 수신 수단을 더 포함한다. 균형있는 수신 코일(SRC)는 로터 요소(3)의 전송 수단으로부터 전송된 신호에 대응되는 신호인 수신 신호(SR)를 수신하는데, 상기 전송된 신호는 로터 요소(3)의 제2 전도성 패턴(CT2) 내로 유도된 신호, 즉 도 1을 참조하여 예시된 바와 같은 중간 신호(SI)이다. 로터 요소(3)의 전송 수단은 도 4를 참조하여 더욱 자세히 설명될 것이다. 좀 더 자세히, 스테이터 요소(4)의 균형있는 수신 코일(SRC)은 제1 균형있는 수신 코일 섹션(SRCA) 및 제2 균형있는 수신 코일 섹션(SRCB)의 형태인 두 개의 균혀있는 수신 코일 섹션을 포함한다. 제1 및 제2 균형있는 수신 코일 섹션은, 각각의 제1 및 제2 균형있는 수신 코일 섹션내에 유도된 전류가 서로에 대해 반대 방향으로 흐르도록 구성된다. 이는, 제1 균형있는 수신 코일 섹션(SRCA)에 유도된 전류가 제2 균형있는 수신 코일 섹션(SRCB)에 유도된 전류에 대해 반대 방향으로 흐른다는 것을 의미한다. 제1 균형있는 수신 코일 섹션(SRCA)은 제3 반경 거리(RD3)에서 스테이터 요소(4)의 중심 주위에 동심원으로 배열되도록 구성된다. 제2 균형있는 수신 코일 섹션(SRCB)은 제4 반경 거리(RD4)에서 스테이터 요소(4)의 중심 주위에 동심원으로 배열되도록 구성된다. 제1 및 제2 균형있는 수신 코일 섹션(SRCA, SRCB)은 각각 환형 모양을 가진 나선형 또는 구불구불한 와인딩의 형태이다.

스테이터 요소(4)의 구동 코일의 와인딩은 구리 또는 전도성 특징이 있는 다른 적절한 재료로 제조되는 것이 바람직하다. 와인딩의 전도체 너비는 약 12 ㎛일 수 있다.

실시예에 따르면, 스테이터 요소(4)의 외부 지름은 40 mm와 같은 10-500 mm를 포함하는 지름의 범위에서 선택된다.

도 3을 참조로 예시된 스테이터 요소(4)는 도 1을 참조하여 기술된 것과 유사하고, 또한, 스테이터 요소(4)는 PCB와 같은 전기적으로 절연 기판으로 제조되는 것이 바람직하다는 것에 유의한다.

도 4를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 유도성 로터리 인코더의 로터 요소가 설명된다.

도 1을 참조하여 예시된, 유도성 로터리 인코더(2)와 같은 유도성 로터리 인코더의 로터 요소(3)는 일련의 수신 코일(RRC1, RRC2, ... , RRCi, 즉, RRC1-RRCi)의 형태로, 제1 전도성 패턴(CT2)와 같인 제2 전도성 패턴을 포함한다. 따라서, 로터 요소(3)의 일련의 수신 코일(RRC1-RRCi)은 i개의 수신 코일을 포함한다.

일련의 수신 코일(RRC1-RRCi)은 등거리로 배열되는데, 즉, 일련의 수신 코일의 각각의 수신 코일과 인접한 수신 코일의 거리는 동일하다. 일련의 수신 코일(RRC1-RRCi)은, 도 1을 참조하여 예시된 바와 같이, 환형 디스크 모양의 로터 요소에 통합되어 배열되는 것과 같이, 로터 요소(3)의 원주 방향을 따라 로터 요소(3)에 배열된다. 이는, 일련의 수신 코일(RRC1-RRCi)이 스테이터 요소(4)의 원주 방향을 따라 연장되는 측정 경로를 형성하기 위해 배열된다는 것을 의미한다.

일련의 수신 코일(RRC1-RRCi)의 각각의 수신 코일은, 로터 요소(3)의 중심으로부터 기설정된 제1 반경 방향 거리(RD1)에서 로터 요소에 배열되고, 이는 로터 요소(3)의 제2 반경 방향 거리(RD2)까지 외부로 연장된다. 상기 수신 코일이 연장되는 상기 제1 및 제2 반경 거리는 도 3을 참조하여 예시된 스테이터 요소와 같은 스테이터 요소(4)의 구동 코일이 연장되는제1 및 제2 반경 거리와 일치한다.

일련의 수신 코일(RRC1-RRCi)의 각각의 수신 코일은 로터 요소(3)의 주요 연장 방향에 정렬된 주요 연장 방향으로 배열되는데, 즉, 로터 요소(3)의 주요 연장 방향으로 형성된 평면에서 연장되기 위해 배열된다. 이는, 로터 요소(3)의 제2 전도성 패턴(CT2) 또는 측정 경로가 스테이터 요소(4)의 제1 전도성 패턴(CT1) 또는 측정 경로와 마주하도록 구성되는 것이 바람직하다는 의미이다.

로터 요소(3)의 수신 코일(RRC1)과 같은, 일련의 수신 코일(RRC1-RRCi)의 각각의 수신 코일은, 나선형이거나 구불구불한 와인딩을 가진 와인딩을 포함하여, 도 4에서 도면 번호 L1, L2로 참조된, 별개의 균형있는, 루프 요소를 형성한다. 각각의 수신 코일(RRC1-RRCi)의 두 개의 루프 요소는 두 개의 루프 요소 사이에서 나아가는 와인딩에 의해 뒤얽혀 있다(intertwined). 수신 코일(RRC1)이 두 개의 균형있는 뒤얽힌 루프 요소(RRC1:L1, RRC1:L2)를 각각 포함하고, 수신 코일(RRC2)가 두 개의 균형있는 뒤얽힌 루프 요소(RRC2:L1, RRC2:L2)를 포함하는 예시가 도 4에 도시된다. 상기 두 개의 루프 요소의 각각은 도 3을 참조하여 예시된 스테이터 요소(4)의 구동 코일(SDC1-SDCk)의 내부/외부로 나선형 패턴과 유사한 내부/외부로 나선형 패턴으로 더욱 배열되는데, 즉, 만곡된 측면 섹션과 직선 측면 섹션을 각각 가진 패턴을 포함하기 위해 구성된다. 와인딩은 관련 말단을 가진 두 개의 말단점을 가지는데, 이들 각각은 인접한 와인딩 즉, 로터 요소(3)의 인접한 수신 코일의 단자에 결합되도록 구성된다. 따라서, 로터 요소(3)의 일련의 수신 코일(RRC1-RRCi)은 직렬로 연결되도록 구성된다.

일련의 수신 코일(RRC1-RRCi)의 각각의 수신 코일의 와인딩은 기설정된 수의 턴수를 가진다. 바람직하게는, 각각의 와인딩에서 기설정된 턴수는 2-5 턴이다.

수신 코일(RRC1)과 같은, 로터 요소(3)의 일련의 수신 코일(RRC1-RRCi)의 각각의 수신 코일의 각각의 루프 요소는 영역(A1:1, A1:2)을 둘러싸고, 이들 각각은 와인딩과 같은 임의의 전도성 요소의 형태로 자유롭게 구성된 기설정된 크기를 가진다. 좀 더 자세하게는, 각각의 와인딩, 즉, 로터 요소(3)의 수신 코일의 제1 루프는 영역(A1:1)을 둘러싸고, 각각의 와인딩, 즉, 로터 요소(3)의 수신 코일의 제2 루프는 영역(A1:2)을 둘러싼다.

로터 요소(3)의 일련의 수신 코일(RRC1-RRCi)의 각각의 수신 코일은, 일련의 수신 코일(RRC1-RRCi)의 각각의 수신 코일의 제1 및 제2 루프 요소의 로터 요소(3)의 주요 연장 방향으로 형성된 평면에서의 연장이 스테이터 요소(4)의 일련의 구동 코일(SDC1-SDCk)의 두 개의 인접한 구동 코일의 연장과 일치하도록 더욱 구성된다. 이는, 로터 요소(3)의 일련의 수신 코일(RRC1)의 각각의 수신 코일의 제1 및 제2 루프 요소인 각각의 루프 요소가, 스테이터 요소(4)의 일련의 구동 코일(SDC1-SDCk)의 상기 두 개의 인접한 구동 코일 사이의 영역을 포함하는, 두 개의 인접한 구동 코일에 의해 걸친 영역에 걸친다는 것을 의미한다.

더구나, 로터 요소(3)의 일련의 수신 코일(RRC1-RRCi)의 각각의 수신 코일의 두 개의 루프 요소의 각각 사이에 있어서, 로터 요소(3)의 측정 경로를 따른 거리 및 일련의 수신 코일(RRC1)의 각각의 수신 코일 사이에 있어서, 로터 요소(3)의 측정 경로를 따른 거리는 일련의 구동 코일(SDC1-SDCk)의 각각의 구동 코일 사이에 있어서, 스테이터 요소(4)의 측정 경로를 따른 거리와 대응된다. 이는, 로터 요소(3)가 로터 요소(3)의 측정 경로를 따라 움직일 때, 로터 요소(3)의 일련의 수신 코일의 각각의 수신 코일의 각각의 루프 요소는 스테이터 요소(4)의 일련의 구동 코일(SDC1-SDCk)의 두 개의 인접한 구동 코일과 주기적으로 마주할 것이라는 점을 의미한다.

로터 요소(3)의 수신 코일인, 각각의 와인딩을 결합하여 형성하는 제1 루프 요소와 제2 루프 요소에서의 와인딩의 방향은, 로터 요소(3)의 측정 경로를 따라 i-1 번 반복되는 교호하는 2-위상 패턴을 제공하기 위해 구성되고, 여기서, i는 1 이상의 범위의 정수이다. 이는, i가 1과 동일한 경우에, 교호하는 2-위상 패턴을 형성하는 수신 코일(RRC1)만이 로터 요소(3)의 측정 경로를 따라 존재하고, i가 3과 동일한 경우에, 수신 코일(RRC1, RRC2 및 RRC3)이 로터 요소(3)의 측정 경로를 따라 존재하여, 반복되는 2-위상 패턴이 수신 코일(RRC1)에 의해 형성된 2-위상 패턴과 별도로, RRC2 및 RRC3의 형태로 두 번 반복되는 것을 의미한다. 좀 더 자세히는, 인접한 루프 요소, 즉, 일련의 수신 코일(RRC1-RRCi)의 각각의 수신 코일의 제1 및 제2 루프 요소는 위상에서 안티-위상, 즉 180°로 구성된다. 이는, 수신 코일의 제2 루프 요소와 일련의 수신 코일(RRC1-RRCi)의 연속하는 제1 루프 요소의 형태로 인접한 루프 요소들이 안티-위상인 것을 의미한다. 또한, 수신 코일의 제1 루프 요소 및 일련의 수신 코일의 이전 수신 코일의 제2 루프 요소의 형태인 인접한 루프 요소들은 안티-위상이다. 교호하는 2-위상 패턴에 의해, 인접한 루프 요소들 내의 공통 배경의 교호하는 전자기장에 의해 유도된 전류 때문에, 공통 배경의 교호하는 전자기장의 형태인 전자기적 간섭의 영향은 인접한 루프 요소들이 안티위상이므로 서로 상쇄될 것이다. 이는, 여기 신호를 제1 전도성 패턴에 제공함에 의해 유도된 전류에 대한 경우가 아닐 것인데, 왜냐하면, 여기 신호의 컨피규레이션과 스테이터 요소의 제1 전도성 패턴에 의한 수신 코일의 각각의 루프 요소가 상이한 위상을 가진 전류에 의해 유도될 것이기 때문이다. 실시예에 따른 로터 요소(3)는 균형있는 구동 코일(RDC)의 형태인 전송 수단을 더 포함한다. 이러한 실시예에 따르면, 스테이터 요소(4)는 도 3을 참조하여 더욱 자세히 설명되는 바와 같이, 균형있는 수신 코일의 형태인 수신 수단으로 구성된다. 로터 요소(3)의 균형있는 구동 코일(RDC)은 로터 요소(3)의 제2 전도성 패턴(CT2)에 결합되도록 구성되어서, 중간 신호(SI)가 스테이터 요소(4)의 제1 전도성 패턴(CT1)의 에너지 인가 때문에 로터 요소(3)의 제2 전도성 패턴에서 생성될 때, 이러한 중간 신호는 로터 요소(3)의 균형있는 구동 코일내로 전파될 것이어서, 신호, 즉 수신 신호(SR)가 스테이터 요소(4)의 균형있는 수신 코일(SRC) 내에서 생성된다.

좀 더 자세히는, 로터 요소(3)의 균형있는 구동 코일(RDC)는 제1 균형있는 구동 코일 섹션(RDCA)과 제2 균형있는 구동 코일 섹션(RDCB)의 형태인 두 개의 균형있는 구동 코일 섹션을 포함한다. 제1 및 제2 균형있는 구동 코일 섹션은, 각각의 제1 및 제2 균형있는 구동 코일 섹션내에 유도된 전류가 서로에 대해 반대 방향으로 흐르도록 구성된다. 이는, 제1 균형있는 구동 코일 섹션(RDCA)에 유도된 전류가 제2 균형있는 구동 코일 섹션(RDCB)에 유도된 전류에 대해 반대 방향으로 흐른다는 것을 의미한다. 제1 균형있는 구동 코일 섹션(RDCA)은 제3 반경 거리(RD3), 즉, 도 3을 참조하여 예시된 스테이터 요소와 같은 스테이터 요소(4)의 제1 균형있는 수신 코일 섹션(SRCA)의 반경 거리와 같은 거리에서 로터 요소(3)의 중심 주위에 동심원으로 배열되도록 구성된다. 제2 균형있는 구동 코일 섹션(RDCB)은 제4 반경 거리(RD4), 즉, 스테이터 요소(4)의 제2 균형있는 수신 코일 섹션(SRCB)의 반경 거리와 같은 거리에서에서 로터 요소(3)의 중심 주위에 동심원으로 배열되도록 구성된다. 이는, 로터 요소(3)의 제1 균형있는 구동 코일 섹션(RDCA)이, 스테이터 요소(4)의 제1 균형있는 수신 코일 섹션(SRCA)과 마주하도록 배열되고, 로터 요소(3)의 제2 균형있는 구동 코일 섹션(RDCB)이, 스테이터 요소(4)의 제2 균형있는 수신 코일 섹션(SRCB)과 마주하도록 배열되어서, 로터 요소(3)의 균형있는 구동 코일(RDC)에 에너지가 인가되면 상호 인덕턴스가 발생한다는 것을 의미한다. 이는, 균형있는 구동 코일(RDC), 그리고 이에 의해 로터 요소(3)의 균형있는 구동 코일 섹션들(RDCA, RDCB)이 상기 중간 신호(SI)에 의해 에너지 인가될 때, 상기 중간 신호(SI)는, 로터 요소(3)의 균형있는 구동 코일 섹션들(RDCA, RDCB)과 스테이터 요소(4)의 균형있는 수신 코일 섹션들(SRCA,SCRB) 사이의 상호 유도적 커플링 때문에, 스테이터 요소(4)의 균형있는 수신 코일 섹션들(SRCA, SRCB)로 전송될 것이다. 이는 신호, 즉 수신 신호(SR)는 스테이터 요소(4)의 균형있는 수신 코일(SRC)에서 생성되는데, 수신 신호(SR)는 전송된 중간 신호(SI)에 대응되고, 로터 요소(3)의 균형있는 구동 코일(RDC) 및 스테이터 요소(4)의 균형있는 수신 코일(SRC)를 통해 각각 수신된다.

실시예에 따르면, 로터 요소(3)는, 일련의 수신 코일(RRC1-RRCi), 균형있는 구동 코일 섹션들(RDCA, RDCB)이 있는 균형있는 구동 코일(RDC) 및 적어도 하나의 커패시터 구성(미도시)에 의해 형성된 LC 밴드 패스 필터를 포함한다. 상기 LC 밴드 패스 필터는 상기 고주파수 여기 신호(E1-E4)의 주파수와 실질적으로 동일한 중심 주파수를 가지도록 구성된다. 상기 적어도 하나의 커패시터 구성은 상기 LC 밴드 패스 필터의 필터 특성에 의해 필터링되는 밴드 잡음의 감쇠를 제공하도록 구비된다.

실시예에 따르면, 로터 요소(3)는, 내장된 커패시턴스 물질(ECM)을 사용하여 로터 요소(3) 내에 내장되는, 적어도 하나의 커패시턴스 층(미도시)을 포함한다. 일련의 수신 코일(RRC1-RRCi)와 균형있는 구동 코일(RDC)와 함께, 적어도 하나의 커패시턴스 층은 상기 언급된 LC 밴드 패스 필터를 형성한다. 필터링 커패시터 기능이 적어도 하나의 커패시턴스 층의 형태로 로터 요소(3) 내에 내장되기 때문에, 스트레스나 핸들링에 의한 기계적 손상 위험은 크게 줄어든다.

실시예에 따르면, 로터 요소(3)의 외부 지름은 40 mm와 같이 10-500 mm를 포함하는 지름의 범위에서 선택된다.

도 1을 참조하여 기술된 것과 유사한, 도 3을 참조로 예시된 로터 요소는 PCB와 같이 전기적으로 절연 기판으로 제조되는 것이 바람직하다는 것에 유의한다.

도 5a를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따라 스테이터 요소와 로터 요소 사이에 상대적 움직임이 있을 때, 로터 요소 의 전도성 패턴에서 생성된 파형이 설명된다.

설명을 위해, 도 5a는, 일련의 구동 코일(SDC1-SDCk)의 형태인 제1 전도성 패턴을 가진 정지된 스테이터 요소(4)의 선형 컨피규레이션과 함께, 거기에 중첩된 일련의 수신 코일(RRC1-RRCi)의 형태인 제2 전도성 패턴을 가진 상대적으로 움직이는 로터 요소(3)의 선형 컨피규레이션을 도시한다. 로터 요소(3)는 방향(MV)로 스테이터 요소(4)에 대해 왕복하여 움직인다. 따라서, 도 5a는, 정지된 스테이터 요소에 대해 로터 요소가 선형으로 움직이면, 선형 유도성 인코더로부터 출력된 파형이 있는 선형 유도성 인코더를 도시한다. 그러나, 출력 파형에 대해, 로터 요소의 상대적 움직임이 있으면, 동일한 원리가 선형 및 로터리 인코더에 적용된다.

설명을 위해, 로터 요소와 스테이터 요소의 일부분만 도 5a에 도시된다. 도 5a에 도시된 로터 요소의 일부분은 로터 요소(3)의 일련의 수신 코일의 두 개의 연속적인 수신 코일(RRC1-RRC2)을 포함하는데, 두 개의 수신 코일(RRC1-RRC2)의 각각은, 예를 들어 도 4를 참조하여 예시된 바와 같이, 제1 및 제2 루프 뒤얽힌 루프(RRC1:L1, RRC1:L2 및 RRC2:L1, RRC2:L2)를 각각 포함한다. 도 5adp 도시된 스테이터 요소의 일부분은 스테이터 요소(4)의 일련의 수신 코일(SDC1-SDCk)의 8개의 연속적인 구동 코일(SDC1-SDC8)을 포함한다.

도 2를 참조하여 좀 더 자세히 예시된 신호 생성 회로(6)로부터 제공된 도 5a에 도시된 여기 신호(SE)는 도 5a를 참조하여 설명된 예시에서, 4개의 고주파수 여기 신호를 가진 멀티-위상 고주파수 여기 신호(SE)로서, 각각은 실질적으로 일정한 진폭 및 기설정된 위상의 수를 가진다. 좀 더 자세히는, 멀티-위상 고주파수 신호(SE)는 0°위상을 가진 고주파수 여기 신호(E1), 90°위상을 가진 고주파수 여기 신호(E3), 180°위상을 가진 고주파수 여기 신호(E2) 및 270°위상을 가진 고주파수 여기 신호(E4)를 포함한다.

도 5a를 참조한 예시에서, 스테이터 요소의 일련의 구동 코일은 4개의 연속적이 구동 코일을 포함하여, 주기적으로 반복되는 위상 패턴(P1)으로 배열된다. 이는, 연속적인 순서(SDC1-SDC4)에서 제1, 제2, 제3 및 제4 구동 코일은 반복되는 위상 패턴(P1)을 형성하는데, 이는 구동 코일(SDC5-SDC8)의 형태인 제1 반복(P2)으로 반복된다.

멀티-위상 여기 신호(SE)의 여기 신호(E1-E4)는, 도 5a를 참조한 예시에서, 스테이터 요소의 구동 코일에 제공되도록 구비되어서, 반복 위상 패턴(P1)의 각각의 반복(P1-P2)의 연속적인 순서에서 첫 번째인 제1 구동 코일(SDC1, SDC5)에 여기 신호(E1)가 공급되고, 반복 위상 패턴(P1)의 각각의 반복(P1-P2)의 연속적인 순서에서 두 번째인 제2 구동 코일(SDC2, SDC6)에 여기 신호(E3)가 공급되며, 반복 위상 패턴(P1)의 각각의 반복(P1-P2)의 연속적인 순서에서 세 번째인 제3 구동 코일(SDC3, SDC7)에 여기 신호(E2)가 공급되고, 반복 위상 패턴(P1)의 각각의 반복(P1-P2)의 연속적인 순서에서 네 번째인 제4 구동 코일(SDC4, SDC8)에 여기 신호(E4)가 공급된다.

도 5a를 참조하여 설명된 예시에서, 로터 요소는, 도시된 수신 코일(RRC1, RRC2)의 각각의 제1 및 제2 루프(RRC1:L1, RRC1:L2, RRC2:L1, RRC2:L2)가 스테이터 요소의 두 개의 연속적인 구동 코일과 마주하도록, 스테이터 요소에 대해 위치된다. 좀 더 자세히는, 제1 수신 코일(RRC1)의 제1 루프(RRC1:L1)는 제1 및 제2 연속적인 구동 코일(SDC1, SDC2)과 각각 마주하고, 제1 수신 코일(RRC1)의 제2 루프(RRC1:L2)는 제3 및 제4 연속적인 구동 코일(SDC3, SDC4)과 각각 마주하며, 제2 수신 코일(RRC2)의 제1 루프(RRC2:L1)는 제5 및 제6 연속적인 구동 코일(SDC5, SDC6)과 각각 마주하고, 제2 수신 코일(RRC2)의 제2 루프(RRC2:L2)는 제7 및 제8 연속적인 구동 코일(SDC7, SDC8)과 각각 마주한다. 제1 및 제2 수신 코일은 각자의 구동 코일에 오버랩하면서 위치되어서, 도 4를 참조하여 설명된, 각각의 수신 코일(RRC1, RRC2)의 표시 번호(L1 및 L2)가 있는 제1 및 제2 루프 요소는 두 개의 연속적인 구동 코일에 마주하는데, 즉, 각각의 수신 코일은 4개의 연속적인 구동 코일의 상단에 중심에 위치된다.

상기 설명된 바와 같이 여기 신호(SE)가 스테이터 요소의 일련의 구동 코일에 제공되어서, 상호 유도 때문에 스테이터 요소의 구동 코일과 로터 요소의 수신 코일 사이의 전류는 로터 요소의 수신 코일 내에서 유도되어서, 중간 신호(SI)가 로터 요소(3)의 수신 코일 내에 형성되는 결과를 초래한다. 이러한 중간 신호는 도 4를 참조하여 좀 더 자세히 설명되는 바와 같이, 나중에 로터 요소의 균형있는 구동 코일에서 스테이터 요소의 균형있는 수신 코일로 전송될 것이다. 이는 결과적으로, 중간 신호(SI)에 대응되는 수신 신호(SR)가 스테이터 요소, 즉, 스테이터 요소의 균형있는 수신 코일 내에서 생성된다. 이전에 기술된 스테이터 요소와 로터 요소 및 멀티-위상 여기 신호와 중간 신호의 컨피규레이션 때문에, 따라서, 수신 신호(SR)가 멀티-위상 여기 신호의 위상의 합산에 대응되는 위상을 가질 것이다. 수신 신호(SR)의 상기 위상은, 로터 요소가 스테이터 요소에 대해 움직이면서, 위상 시프트될 것인데, 즉, 수신 신호의 위상은 로터 요소와 스테이터 요소 사이의 상대적 위치에 기초하여, 멀티-위상 고주파수 여기 신호(SE)의 고주파수 여기 신호의 각각에 대해 왕복 방향(SRM)을 따라 움직인다.

따라서, 멀티-위상 여기 신호의 고주파수 여기 신호의 가령, 어느 하나의 위상에 대한 수신 신호(SR)의 위상은 전기 각도로 표현된 각변위에 관하여, 로터 요소와 스테이터 요소 사이의 상대적 변위를 나타낼 것이다. 전기 각도로 표현된 각 변위는 적어도 스테이터 요소의 측정 경로를 따라 배열된 주기적으로 반복되는 위상 패턴의 수에 대한 정보를 사용하여 기계 각도로 번역될 수 있다. 주기적으로 반복되는 위상 패턴의 각각의 반복은 전기 주기를 형성한다. 따라서, 전기 주기는 스테이터 요소에 대한 로터 요소의 전체 기계적 회전의 일부로 변역되는데, 여기서, 상기 일부는 전기 주기의 수, 즉, 주기적으로 반복되는 위상 패턴의 주기적 반복의 수에 의해 결정된다.

도 5a를 더욱 참조하여 설명된 예시에서, 로터 요소는 스테이터 요소에 대해 위치되어서, 수신 신호(SR)가 멀티-위상 고주파수 여기 신호(SE)의 고주파수 여기 신호(E1)에 대해 45°위상 시프트, 즉, 위상 차이가(PD)가 45°를 가지도록 한다. 이는, 로터 요소가 스테이터 요소에 대해 위치되어서, 로터 요소의 수신 코일(RRC1)의 제1 루프(RRC1:L1)가 구동 코일(SDC1)의 중심에 대해 45°위치되도록 하는데, 즉, 도 5a에서 예시된 바와 같이, 제1 루프의 중심은 구동 코일(SDC1)와 구동 코일(SDC2) 사이에 위치된다는 것을 의미한다. 이는, 제1 루프(RRC1:L1)의 중심이 구동 코일(SDC1)의 중심에 정렬될 때, 즉, 제1 루프(RRC1:L1)이 SDC1의 상단에 가운데에 있을 때, 로터 요소와 스테이터 요소 사이의 상대적 위치에 비해, 로터 요소는 45 전기 각도 이동되어 위치된다는 것을 의미하고, 상대적 위치에 대해, 수신 신호(SR)는 여기 신호(E1)와 위상에 있는데, 즉, E1과 SR 사이의 위상 차이(PD)는 0도이다. 로터가 스테이터 요소에 대해 이동되었는지, 또는 로터가 정지되는지 또는 일시적으로 정지 위치에 있는지를 결정하기 위하여, 이전에 검출된 위상 차이가 사용될 수 있다. 예시로서, 이전의 위상 차이가 0 전기 각도이고, 전류 위상 차이가 45 전기 각도인 경우에, 로터 요소는 스테이터 요소에 대해 45 전기 각도로 움직였다고 결론지을 수 있다. 스테이터 요소에 대한 로터 요소의 왕복 모션을 검출하기 위해, 이전에 결정된 위상 시프트와 관련하여 위상 시프트에서의 증가 또는 감소가 사용된다.

예를 들어, 스테이터 요소가 주기적으로 반복되는 위상 패턴(P1)의 6번의 반복을 포함한다면, 즉, 반복 위상 패턴(P1)이 P1 자신을 포함하여 스테이터 요소의 측정 경로를 따라 7번 나타난다면, 0°에서 360°즉, 0°에서 0°까지의 위상 차이의 진행이 전기 각도에서 360°의 상대적 각변위에 대응될 것이고, 이는 스테이터 요소에 대한 로터 요소의 전체 기계적 회전의 7번째인 일부의 상대적 각변위에 해당된다.

로터 요소와 스테이터 요소의 상대적 위치에 의존하는 멀티-위상 고주파수 여기 신호(SE)를 사용하여 에너지 인가에 기인한 수신 신호(SR)와 관련한, 상기 기술된 결과 파형은 도 5b에도 나타나는데, 설명을 위해, 도 5a를 참조하여 기술된 것과 유사한 방식으로 정지된 스테이터 요소(4)의 선형 컨피규레이션과 상대적으로 움직이는 로터 요소(3)를 도시하고, 여기서, 스테이터 요소, 로터 요소 및 여기 신호는 도 5a를 참조하여 기술된 것과 유사하게 구성된다. 그러나, 도 5b에서, 로터 요소는 스테이터 요소에 대해 135°전기 각도 움직였다. 이는, 수신 신호(SR)가 135°위상 시프트되었고, 즉, 멀티-위상 고주파수 신호(SE)의 고주파수 여기 신호(E1)의 위상에 대해 135°인 위상 차이(PD)를 가지는 것에 의해 알 수 있다. 좀 더 자세히는, 도 5b에 도시된 로터 요소(3)는 스테이터 요소(4)에 대해 움직여서, 제1 수신 코일(RRC1)의 제1 루프(RRC1:L1)가 제2 및 제3 연속적인 구동 코일(SDC2, SDC3)에 각각 마주하고, 제1 수신 코일(RRC1)의 제2 루프(RRC1:L2)가 제4 및 제5 연속적인 구동 코일(SDC4, SDC5)에 각각 마주하고, 제2 수신 코일(RRC2)의 제1 루프(RRC2:L1)가 제6 및 제7 연속적인 구동 코일(SDC6, SDC7)에 각각 마주하고, 제2 수신 코일(RRC2)의 제2 루프(RRC2:L2)가 제8 및 제9 연속적인 구동 코일(SDC8, SDC9)에 각각 마주한다.

로터 요소 및/또는 스테이터 요소는 도 5a와 도 5b를 참조하여 설명된 예시와 상이하게 구성될 수 있다는 것에 유의해야 한다. 예를 들어, 반복되는 위상 패턴에 포함된 구동 코일의 수는 더 많거나 더 적은 구동 코일을 포함할 수 있다. 각각의 구동 코일에는 서로 다른 여기 신호가 제공될 수 있다. 예시로서, 반복되는 위상 패턴은 3개의 연속 구동 코일을 포함할 수 있는데, 상기 구동 코일에는 구동 코일 또는 반복되는 위상 패턴의 연속적인 순서로 0°위상, 120°위상 및 240°위상으로 공급된다. 또한, 신호(E1)말고 또 다른 신호가 레퍼런스 신호로서 사용될 수 있는데, 가령, 신호(E1-E4) 중 어느 것이 사용될 수 있다. 또한, 변형예는 가령, 도 1 내지 도 4를 참조하여 상기 기술된 하나 이상의 서로 다른 실시예와 함께 기술된 하나 이상의 특징을 포함할 수 있다.

더구나, 도 5a와 5b를 참조하여 설명된 예시는 선형 레이아웃에서 로터 요소와 스테이터 요소의 일부만을 각각 도시한다는 것에 유의해야 한다. 따라서, 로터 요소와 스테이터 요소는 로터리 변위 센서를 제공하기 위해 환형 방식으로 구성될 수 있다. 또한, 로터 요소는 도 5a 및 5b에 도시된 것보다 더 많은 수신 코일을 포함할 수 있고, 스테이터 요소는 도 5a 및 5b에 도시된 것보다 더 많은 구동 코일을 포함할 수 있다. 또한, 예를 들어, 구동 코일/수신 코일의 수 및 반복되는 위상 패턴(P1)에 포함된 구동 코일의 수와 관련된 스테이터 요소와 로터 요소의 컨피규레이션에 의존하여, 스테이터 요소에 대한 로터 요소의 기계적 회전당 전기적 주기의 수는 상이할 수 있는데, 가령, 반복되는 위상 패턴이 0번 반복되면, 즉, 반복 P2, P3등 없이, 오직 위상 패턴(P1) 자체만 스테이터 요소의 측정 경로를 따라 나타난다면, 스테이터 요소에 대한 로터 요소의 기계적 회전당 전기적 주기의 대응되는 수는 하나일 것이다.

도 6a를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 유도성 로터리 인코더를 위한 신호 프로세서 회로가 설명된다.

신호 프로세서 회로(5)는 도 1 또는 도 3을 참조하여 예시된 스테이터 요소(4)와 같은 스테이터 요소에 결합되도록 구성된다. 좀 더 자세히는, 신호 프로세서 회로(5)는 도 3을 참조하여 예시된 적어도 하나의 주요 단자(M1)와 같은 적어도 하나의 주요 단자를 통해 스테이터 요소에 결합되도록 구성된다.

신호 프로세서 회로(6)는, 로터 요소(3)의 제1 전도성 패턴이 여기되면, 로터 요소의 제2 전도성 패턴(CT2)에서 유도된 중간 신호(SI)에 대응되는 수신 신호(SR)을 수신하도록 구성된다. 좀 더 자세히는, 도 3 및 도 4를 참조하여 좀 더 자세힌 기술되는 바와 같이, 수신 신호(SR)는 로터 요소로부터 전송되고, 스테이터 요소에 의해 수신된 중간 신호(SI)에 대응된다.

신호 프로세서 회로(6)는, 여기 신호(SE) 또는 좀 더 자세히는 멀티-위상 여기 신호(SE)의 여기 신호(E1-E4) 중 하나 에 대응되는 레퍼런스 신호(SREF)를 수신하도록 더욱 구성된다. 멀티위상 여기 신호의 여기 신호(E1-E4) 중 어느 것은 레퍼런스 신호(SREF)로서 사용될 수 있다는 것도 이해해야 한다.

신호 프로세서(5)는, 수신 신호(SR)에 기초하여 증폭된 신호(SI)를 제공하기 위하여, 수신 신호(SR)를 증폭하도록 마련된 차동 전치증폭 회로(11)를 포함한다. 전치-증폭 회로에는 신호 프로세서 회로에 포함된 밴드 패스 필터 회로(12)에 결합되도록 구성되고, 수신 신호(SR)의 증폭된 버전인 상기 증폭된 신호(SI)를 밴드 패스 필터 회로(12)에 전송한다.

밴드 패스 필터 회로는 신호 생성 회로(6)에 의해 생성된 여기 신호(SE)의 주파수와 실질적으로 동일한 중심 주파수를 가지도록 구성된다. 이는, 밴드 패스 필터 회로 중심 주파수 근처의 주파수 성분은 밴드 패스 필터 회로의 출력으로 통과되고, 나머지 주파수 성분은 감소, 즉, 실질적으로 필터링 될 것이라는 점을 의미한다. 따라서, 여기 신호(SE)의 주파수 근처의 주파수를 가진 밴드 패스 필터 회로에 의해 수신된 증폭된 신호(SI)의 주요 주파수 성분은 밴드 패스 필터 회로에 의해 출력될 것이지만, 나머지 주파수 성분은 매우 감쇠될 것이다.

밴드 패스 필터 회로(12)는 필터링된 신호(S2)를 제공하기 위해 위상 검출 회로(13)에 결합되도록 더욱 구비되는데, 상기 필터링된 신호는 상기 언급된 증폭된 신호(SI)에 대해 밴드 패스 필터(12)에 의해 수행된 밴드 패스 필터링 프로세스의 결과 신호이다.

위상 검출 회로(13)는 상기 언급된 필터링된 신호(S2)와 레퍼런스 신호(SREF)를 수신하도록 구성된다.

위상 검출 회로는 복조기나 디코더로 구성된다. 위상 검출 회로(13)는 공지된 주파수 및 여기 신호(SE)에 대응되는 위상 관계를 가진 레퍼런스 신호를 사용하여 작동되도록 구성된다. 좀 더 자세히는, 위상 검출 회로는 레퍼런스 신호(SREF)와 필터링된 신호(S2) 사이의 위상 차이를 검출하고 출력하도록 구성되는데, 위상 검출 회로에 의해 검출되고 출력되는 상기 위상 차이는 스테이터 요소(4)와 로터 요소(3) 사이의 상대적 변위를 나타낸다.

바람직하게는, 위상 검출 회로(13)는, 수신된 레퍼런스 신호(SREF)와 필터링된 신호(S2)에 기초하여, 도 1을 참조하여 설명된, 상기 수신된 신호(SR)와 상기 여기 신호(SE)의 위상 차이를 나타내는 두 개의 콰드러처 신호(I1 및 Q1)의 형태로 정보(OUT)를 각각 생성하고 출력하는 인-페이즈/콰드러쳐(in-phase/quadrature(I/Q) 복조기 또는 I/Q 디코더 회로를 포함한다. 바람직하게는, I/Q 복조기는, I1 및 Q1 신호의 신호 베리에이션을 각각 억제하기 위하여, 로우 패스 필터링을 제공하는 적어도 하나의 로우 패스 필터를 더 포함한다. 로우 패스 필터링은 고주파수 여기 신호를 필터링 함에 의해 변위 센싱의 정확도를 높인다.

I/Q 복조 회로는 가령, 두 개의 복조기를 포함할 수 있는데, 이 중 하나는 인-페이즈 신호(I1)를 생성하고, 이 중 하나는 콰드러처-페이즈 신호(Q1)를 생성한다. 인-페이즈(I1) 신호를 생성하도록 구성된 복조기는 0°위상을 사용하여 작동될 수 있고, 콰드러처-페이즈 신호(Q1)를 생성하도록 구성된 복조기는 90°위상을 사용하여 작동될 수 있다.

신호 프로세서 회로(5)는 아날로그-투-디지털 컨버터(ADC)(14)를 더 포함할 수 있다. ADC(14)는 위상 검출 회로(13)로부터 출력된 신호를 수신하고, 위상 검출 회로(13)로부터 수신된 신호의 아날로그-투-디지털 전환을 제공하기 위하여, 위상 검출 회로에 결합되도록 구성된다. ADC(14)는 12-비트 ADC로서 구성될 수 있고, 또는 애플리케이션에 의존하여 서로 다른 비트 레졸루션을 사용하여 작동되도록 구성될 수 있다. 따라서, ADC(14)는 입력으로서 수신된 신호(I1, Q1)의 디지털화된 버전(I2, Q2)을 출력하도록 구성된다.

상기 기술된 신호 프로세서 회로는 도 6을 참조하여 기술된 신호 프로세서와 상이하게 구성될 수 있다는 것에 유의해야 한다. 예를 들어, 신호 프로세서 회로는 필터와 증폭기와 같은 구성을 더 많이 또는 더 적게 포함할 수 있다.

로터 요소(3)와 스테이터 요소(4) 사이의 결과적인 상대적 변위(D)를 분명하게 결정하기 위하여, 역탄젠트 함수, 즉, "아크탄젠트" 함수가 사용될 수 있는데, 방정식(1)에 의해 주어진다.

방정식(1)에서, (1) 항 I1은 인-페이즈 신호(I1)이고, 항 Q1은 위상 검출 회로(13)에 의해 출력된 콰드러처-페이즈 신호(Q1)이다. 방정식(1)과 관련하여 좀 더 자세히는, 상대적 변위(D)는 I1 신호의 절대값이 신호(Q1)의 절대값 보다 더 큰지에 따라 상이하게 파생된다. 어떻게 상대적 변위(D)가 파생되는지와 관련된 표현이 방정식 (1)에 포함되어서, 아크탄젠트 함수는 0°내지 90°의 범위 내의 파라미터에 대한 단일 값을 제공하기 때문에, 방정식 (1)의 항의 실제 값과 독립적으로 D의 단일 값을 파생할 수 있는 조건이다. 인-페이즈와 콰드러처 신호(I1, Q1)은 각각 아래의 방정식 2와 3에 의해 표현될 수 있다.

방정식 (2)와 (3)의 항 fc는 가령 E1과 같은 SREF로 사용되는 신호와 함께 위상에 있는 신호를 표시하고, 이는 SREF와 동일한 주파수를 가진다. 각각 인-페이즈 신호(I1)와 콰드러처 신호(Q1)와 관련된 방정식 (2)와 (3)에서, 항 SR은 가령, 도 1, 5a, 5b 및 6 중 어느 것을 차조하여 상기 자세히 설명된 수신 신호(SR)을 표시한다. 따라서, 수신 신호(SR)는, 스테이터 요소의 제1 전도성 패턴(CT1)에 제공되면, 로터 요소(3)의 제2 전도성 패턴(CT2) 내에 유도된 여기 신호의 위상 합산으로 생성되는 생성된 중간 신호(SI)에 대응된다. 방정식 (2)와 (3)에서 항 t는 시간을 표시한다. 상기 기술된 4-위상 패턴이 상기 기술된 바와 같이, 4개의 여기 신호, 하나는 0°위상, 하나는 90°위상, 하나는 180°위상 하나는 270°위상을 포함하는 멀티-위상 여기 신호의 여기 신호에 의해 에너지 인가되어 실행되는 경우에, 수신 신호(SR)는 방정식 (4)에 의해 주어진다.

방정식 (4)에서, 항 AD는 스테이터 요소(4)와 로터 요소(3) 사이의 거리를 표시하고, 또한, 도 1을 참조하여 예시된 바와 같인 축 방향 거리(AD)라고도 한다. 방정식 (4)의 항

는 전기 주기 내의 스테이터 요소와 로터 요소 사이의 각변위, 즉, 상기 기술된 주기적으로 반복되는 위상 패턴 P1의 주기 내의 스테이터 요소와 로터 요소 사이의 각변위를 나타낸다. 도 3 및 도 4를 참조하여 예시된 스테이터 요소와 로터 요소에서, 스테이터 요소에 대해 로터 요소의 각각의 전체 기계적 회전에 대한 7개의 전기적 주기가 있는데, 즉, 주기적으로 반복되는 위상 패턴은 7번 반복된다.

따라서, 수신 신호(SR)는 종속적인데, 즉, 멀티-위상 여기 신호의 컨피규레이션, 로터 요소와 스테이터 요소 사이의 거리(AD) 및 상기 언급된 스테이터 요소와 로터 요소 사이의 각변위

에 종속하는 함수 f 이다.

방정식 (1) 내지 (4)의 여러 항은 시간 종속적, 즉, 시간 t에 종속적이라는 점에 유의해야 한다. 예시로서, 항 E1-E4,

, Q1 및 I1은 시간 t에 종속적이다. 로터 요소가 일시적 정지 위치와 같은 정지 위치에 있을 때가 아니라, 로터 요소가 움직이는 경우에, 항

만 시간 t에 따라 가변한다는 것에 유의한다.

도 7a를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른, 유도성 로터리 인코더를 사용하여, 전동 공구의 두 개의 상대적으로 움직이는 부분들 사이의 변위를 센싱하기 위한 방법의 순서도의 설명이 제공된다.

제1 방법 단계 S100에서, 고주파수 여기 신호가 생성된다. 바람직하게는, 실질적으로 일정한 진폭을 가진 고주파수 여기 AC 신호는 스테이터 요소에 결합된 신호 생성 회로에 의해 생성된다. 바람직하게는, 신호 생성 회로에 의해 생성된 고주파수 신호는 복수의 위상을 포함하는 멀티-위상 고주파수 여기 신호인데, 즉 멀티-위상 고주파수 신호는 복수의 기설정된 위상들 중의 위상과 같은 복수의 위상들 중의 위상을 각각 가진 복수의 고주파수 여기 신호를 포함한다. 신호 생성 회로는 도 2를 참조하여 설명되는 바와 같이 구성되는 것이 바람직하다. 단계 S100 이후에, 이후의 방법 단계 S110가 수행된다.

방법 단계 S110에서, 고주파수 AC 신호는 스테이터 요소의 제1 전도성 패턴에 제공된다. 스테이터 요소의 제1 전도성 패턴에 제공된 고주파수 AC 신호는 실질적으로 일정한 진폭을 가지도록 더욱 구성된다. 좀 더 자세히는, 도 2를 참조하여 예시된 신호 생성기(6)와 같은, 고주파수 AC 여기 신호를 생성하는 신호 생성기는 스테이터 요소의 주변 단자에 결합되도록 구성되는데, 상기 단자는, 도 1 또는 도 3을 참조하여 예시된 제1 전도성 패턴에 결합되는 것과 같이, 제1 전도성 패턴(CT1)에 결합되도록 구성된다. 이는, 신호 생성기(6)가 상기 고주파수 AC 여기 신호를 스테이터 요소의 제1 전도성 패턴에 제공할 수 있다는 것을 의미한다. 방법 단계 S110 이후에, 이후 방법 단계 S120이 수행된다.

방법 단계 S120에서, 중간 신호가 로터 요소의 제2 전도성 패턴(CT2) 내에서 생성된다. 좀 더 자세히는, 도 1을 참조하여 예시된 중간 신호(SI)와 같은 중간 신호는, 스테이터 요소의 제1 전도성 패턴과 로터 요소의 제2 전도성 패턴 사이에서 발생하는 상호 유도 때문에, 도 1 및 도 3을 참조하여 예시된 로터 요소(3)와 같은 로터 요소의 제2 전도성 패턴 내에서 생성된다. 상기 중간 신호(SI)는 로터 요소와 스테이터 요소 사이의 상대적 변위를 나타낸다. 방법 단계 S120 이후에, 본 방법은 종료된다.

도 7b는 유도성 로터리 인코더를 사용하여, 전동 공구의 두 개의 상대적으로 움직이는 부분들 사이의 변위를 셍싱하기 위한 방법의 좀 더 세부적인 실시예르 나타낸다.

본 실시예에 따른 방법은 연속으로 수행될 3개의 방법 단계 S200, S210 및 S220을 포함한다. 상기 방법 단계 S200, S210 및 S220는 도 7a를 참조하여 설명된 방법 단계 S100, S110 및 S120에 각각 대응된다. 도 7b를 참조하면, 방법 단계 S220 이후에, 방법 단계 S230이 수행된다. 방법 단계 S230에서, 중간 신호(SI)는 로터 요소(3)로부터 전송된다. 좀 더 자세히는, 중간 신호는, 도 4를 참조하여 예시된 바와 같은 균형있는 구동 코일(RDC)을 사용하여 로터 요소(3)로부터 전송된다. 로터 요소(3)의 균형있는 구동 코일(RDC)은 로터 요소(3)의 제2 전도성 패턴에 결합하도록 구성된다. 이는, 로터 요소(3)의 균형있는 구동 코일(RDC)이 구성되어서, 로터 요소(3)의 제2 전도성 패턴(CT2)에서 전류가 유도되고, 상기 여기 신호의 제공 될 때, 제2 전도성 패턴(CT2)의 결과적인 중간 신호(SI)가 로터 요소(3)의 균형있는 구동 코일(RDC)에 제공될 것이라는 점을 의미한다. 로터 요소(3)는 일련의 수신 코일(RRC1-RRCi)에 의해 형성된 LC 밴드 패스 필터, 균형있는 구동 코일(RDC) 및 적어도 하나의 커패시터를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 LC 밴드 패스 필터 중심 주파수는 스테이터 요소의 제1 전도성 패턴에 제공되는 상기 멀티-위상 고주파수 여기 신호의 주파수와 실질적으로 동일하다. 방법 단계 S230 이후에, 방법 단계 S240이 수행된다.

방법 단계 S240에서, 중간 신호에 대응되는 수신 신호(SR)는 스테이터 요소에서 수신된다. 좀 더 자세히는, 로터 요소(3)의 균형있는 구동 코일(RDC)로부터 전송된 중간 신호(SI)를 얻어서, 도 3을 참조하여 예시된 균형있는 수신 코일(SRC)에 의해 스테이터 요소(4)에서 생성될 수신 신호(SR)을 야기한다. 로터 요소(3)의 균형있는 구동 코일(RDC)에 제공된 중간 신호(SI)는 상호 유도에 의해, 스테이터 요소(4)의 균형있는 수신 코일(SRC)내로 전파되어서, 스테이터 요소에서 생성될 상기 수신 신호(SR)를 야기한다. 방법 단계 S240 이후에, 방법 단계 S250이 수행된다.

방법 단계 S250에서, 수신 신호(SR)가 프로세스된다. 좀 더 자세히는, 수신 신호는 도 6을 참조하여 예시된 신호 프로세서 회로(6)와 같은 신호 프로세서 회로에서 수신된다. 신호 프로세서 회로(6)는 수신 신호(SR)와 레퍼런스 신호(SREF) 사이의 위상 차이를 결정하기 위해, 수신 신호(SR)를 프로세스하도록 구성되는데, 상기 위상 차이는 로터 요소와 스테이터 요소의 상대적 변위를 나타낸다. 레퍼런스 신호는 고주파수 여기 신호(SE) 또는 멀티-위사 고주파수 여기 신호(SE)로서 구성될 경우 고주파수 여기 신호(SE)의 좀 더 적절한 하나의 여기 신호(E1-E4)를 포함한다. 신호 프로세서 회로는 로터 요소(3)와 스테이터 요소(4) 사이의 상대적 변위를 결정하기 위해, 수신된 신호의 콰드러처 변조에 의해, 레퍼런스로서 레퍼런스 신호(SREF)를 사용함에 기초하여, 수신 신호를 프로세스하도록 구비될 수 있다. 이는 도 6을 참조하여 더욱 자세히 설명된다. 방법 단계 S250 이후에, 본 방법은 종료되거나, 방법 단계 S200으로 부터 반복될 수 있다.

바람직한 실시예에 따르면, 방법 단계 S200는 복수의 위상을 가진 주기적 멀티-위상 고주파수 여기 신호와 같은 멀티-위상 고주파수 여기 신호를 생성하는 단계를 포함한다. 멀티-위상 여기 신호는 도 2를 참조하여 예시된 바와 같이, 복수의 위상들의 위상을 각각 가진 복수의 고주파수 여기 신호(E1-E4)를 포함한다. 본 실시예에 따르면, 방법 단계 S210는 주기적으로 반복되는 위상 패턴(P1)을 형성하는 구동 코일을 제공하는 단계를 포함하는데, 상기 주기적으로 반복되는 위상 패턴은 측정 경로를 따라 n번 반복되어서, 주기적으로 반복되는 위상 패턴의 구동 코일에 멀티-위상 고주파수 여기 신호의 복수의 위상들의 위상이 각각 공급된다. 이는 도 3을 참조하여 더욱 상세히 설명된다.

예시로서, 단계 S200에서 생성된 상기 기술된 멀티-위상 여기 신호는, 서로 다른 위상을 각각 가진 4개의 고주파수 여기 신호를 포함하기 위해 생성될 수 있다. 본 예시에서, 스테이터 요소의 일련의 구동 코일은 4개의 연속적인 구동 코일을 포함하는 주기적으로 반복되는 위상 패턴을 형성하도록 구성되는데, 4개의 연속적인 구동 코일의 첫 번째 순서에 있는 제1 구동 코일은 0°위상을 가진 멀티-위상 고주파수 여기 신호의 여기 신호가 공급되도록 구비되고, 4개의 연속적인 구동 코일의 두 번째 순서에 있는 제2 구동 코일은 90°위상을 가진 멀티-위상 고주파수 여기 신호의 여기 신호가 공급되도록 구비되고, 즉, 제1 구동 코일에 공급된 여기 신호에 대해 90°위상 시프트되고, 4개의 연속적인 구동 코일의 세 번째 순서에 있는 제3 구동 코일은 180°위상을 가진 여기 신호가 공급되도록 구비되고, 4개의 연속적인 구동 코일의 네 번째 순서에 있는 제4 구동 코일은 270°위상을 가진 여기 신호가 공급되도록 구비된다. 이러한 위상 패턴은 스테이터 요소의 측정 경로를 따라 반복되도록 구비되어서, 위상 패턴이 상기 기술된 위상 패턴의 n번 반복 P1-Pn을 형성하기 위해 n번 반복된다.

또 다른 예시로서, 단계 S200에서 생성된 상기 기술된 멀티-위상 여기 신호는 위상을 각각 가진 3개의 고주파수 여기 신호를 포함하기 위해 생성될 수 있다. 본 예시에서, 스테이터 요소의 일련의 구동 코일은 3개의 연속적인 구동 코일을 포함하는 주기적으로 반복되는 위상 패턴을 형성하기 위해 구성되는데, 3개의 연속적인 구동 코일의 첫 번째 순서에 있는 제1 구동 코일은 0°위상을 가진 멀티-위상 고주파수 여기 신호의 여기 신호가 공급되도록 구비되고, 3개의 연속적인 구동 코일의 두 번째 순서에 있는 제2 구동 코일은 120°위상을 가진 여기 신호가 공급되도록 구비되고, 즉, 제1 구동 코일에 공급된 여기 신호에 대해 120°위상 시프트되고, 3개의 연속적인 구동 코일의 세 번째 순서에 있는 제3 구동 코일은 240°위상을 가진 여기 신호가 공급되도록 구비된다. 이러한 위상 패턴은 스테이터 요소의 측정 경로를 따라 반복되도록 구비되어서, 위상 패턴이 상기 기술된 위상 패턴의 n번 반복 P1-Pn을 형성하기 위해 n번 반복된다.

많은 수정예와 변형예가 첨부된 청구항에서 정의된 발명의 범위에서 벗어나지 않고 당업자에 의해 명백할 것이다. 예시는 본 발명의 원리 및 그 실제 응용예를 가장 잘 설명하기 위해 선택되고 기술되어서, 당업자가 다양한 예시와 다양한 수정예를 특정 사용예로 적합하게 본 발명을 이해할 수 있도록 한다.

Claims (32)

1. 전동 공구(1)를 위한 변위 센서(2)에 있어서, 상기 변위 센서(2)는,
   측정 경로를 따라 상대적 움직임을 위해 구성된 스테이터 요소(4)와 로터 요소(3)를 포함하되, 상기 스테이터 요소는 제1 전도성 패턴(CT1)을 포함하고, 상기 로터 요소는 제2 전도성 패턴(CT2)을 포함하며, 제1 전도성 패턴 및 제2 전도성 패턴은 상호 유도적으로 결합되고, 제1 전도성 패턴은 여기 신호(SE)를 수신하도록 구성되며, 제2 전도성 패턴은 제1 전도성 패턴과 제2 전도성 패턴 사이의 상호 유도에 의해 야기되어 제2 전도성 패턴내에서 중간 신호(SI)를 생성하도록 구성되고, 상기 중간 신호는 스테이터 요소와 로터 요소 사이의 상대적 변위를 나타내는데, 여기 신호는 일정한 진폭을 가진 고주파수 여기 신호(SE)이고,
   단상 신호 프로세서 회로(5)를 더 포함하되, 신호 프로세서 회로는 로터 요소와 스테이터 요소 사이의 상대적 변위를 나타내는 출력 신호(SOUT)를 제공하기 위하여, 스테이터 요소에서 수신되는 중간 신호(SI)에 대응되는 단상 수신 신호(SR)를 수신하고 처리하도록 구성되며, 신호 프로세서 회로는 상기 출력 신호(SOUT)를 제공하기 위하여, 단상 수신 신호(SR)와 여기 신호(SE)에 대응되는 레퍼런스 신호(SREF) 사이의 위상 차이를 검출하기 위하여, 단상 수신 신호(SR)를 처리하도록 구성된 위상 검출 회로(13)를 포함하는 것을 특징으로 하는 변위 센서.
2. 제 1 항에 있어서, 여기 신호는 100 KHz - 100 MHz의 주파수 범위에서 선택된 주파수를 가진 신호인 것을 특징으로 하는 변위 센서.
3. 제 1 항에 있어서, 여기 신호는 1 MHz - 10 MHz의 주파수 범위에서 선택된 주파수를 가진 신호인 것을 특징으로 하는 변위 센서.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 여기 신호(SE)는 복수의 고주파수 여기 신호들(E1-E4)을 포함하는 멀티-위상 여기 신호로 구성되고, 각각의 여기 신호들은 복수의 위상을 가지는 것을 특징으로 하는 변위 센서.
5. 제 4 항에 있어서, 멀티-위상 여기 신호는 0도 위상, 90도 위상, 180도 위상 및 270도 위상을 포함하는 4개의 위상을 가진 4-위상 여기 신호인 것을 특징으로 하는 변위 센서.
6. 제 4 항에 있어서, 멀티-위상 여기 신호는 0도 위상, 120도 위상 및 240도 위상을 포함하는 세 개의 위상을 가진 3-위상 여기 신호인 것을 특징으로 하는 변위 센서.
7. 제 4 항에 있어서, 스테이터 요소의 제1 전도성 패턴은 스테이터 요소의 측정 경로를 따라 연장되는 일련의 구동 코일(SDC1-SDCk)을 포함하고, 일련의 구동 코일(SDC1-SDCk)은 측정 경로를 따라 n번 반복되는, 주기적으로 반복되는 위상 패턴(PI)으로 배열되며, 멀티-위상 신호의 위상이 주기적으로 반복되는 위상 패턴의 각각의 구동 코일에 공급되는 것을 특징으로 하는 변위 센서.
8. 제 7 항에 있어서, 주기적으로 반복되는 위상 패턴의 구동 코일의 연이은 순서로 점차적으로 증가하는 멀티-위상 여기 신호의 위상이 주기적으로 반복되는 위상 패턴의 각각의 구동 코일에 제공되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 변위 센서.
9. 제 1 항에 있어서, 로터 요소의 제2 전도성 패턴은 직렬로 연결되고 로터 요소의 측정 경로를 따라 연장된 일련의 균형있는 수신 코일(RRC1-RRCi)을 포함하되, 로터 요소의 상기 측정 경로는 스테이터 요소의 측정 경로와 대면하는 것을 특징으로 하는 변위 센서.
10. 제 9 항에 있어서, 일련의 수신 코일들(RRC1-RRCi)의 각각의 수신 코일(RRC1-RRCi)은 측정 경로를 따라 i-1번 반복된, 주기적으로 반복되는 균형있는 2-위상 패턴을 형성되어서, 일련의 수신 코일들의 각각의 수신 코일의 인접한 루프(L1, L2)들이 안티-위상이 되는 것을 특징으로 하는 변위 센서.
11. 제 1 항에 있어서, 로터 요소는 균형있는 구동 코일(RDC)을 더 포함하되, 균형있는 구동 코일은 제2 전도성 패턴에 결합되어서, 균형있는 구동 코일과 균형있는 수신 코일 사이에 형성된 상호 유도에 의해, 스테이터 요소의 균형있는 수신 코일(SRC)로 중간 신호를 전송하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 변위 센서.
12. 제 11 항에 있어서, 각각의 균형있는 구동 코일(RDC)과 균형있는 수신 코일(SRC)은 각각 두 개의 코일 섹션(RDCA-RDCB, SRCA-SRCB)을 포함하되, 상기 두 개의 코일 섹션은 두 개의 코일 섹션에서의 전류 흐름이 로터 요소와 스테이터 요소의 측정 경로를 따라 서로에 대해 반대 방향으로 각각 흐르도록 구성되는 것을 특징으로 하는 변위 센서.
13. 제 1 항에 있어서, 스테이터 요소의 제1 전도성 패턴에 결합된 신호 생성 회로(6)를 더 포함하되, 상기 신호 생성 회로는 여기 신호를 생성하고, 상기 제1 전도성 패턴에 에너지를 인가하기 위해 제1 전도성 패턴으로 여기 신호를 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 변위 센서.
14. 제 1 항에 있어서, 위상 검출 회로는, 상기 수신 신호(SR)와 상기 레퍼런스 신호(SREF)의 위상 차이를 나타내는 두 개의 콰드러처(quadrature) 신호(I1 및 Q1)를 출력하도록 구성된 I/Q 복조 회로인 것을 특징으로 하는 변위 센서.
15. 제 1 항에 있어서, 로터 요소는 전동 공구의 제1 움직이는 부분에 부착되도록 구성되고, 스테이터 요소는 전동 공구의 제2 정지된 부분에 부착되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 변위 센서.
16. 제 1 항에 있어서, 로터 요소와 스테이터 요소는 환형 디스크로 형성되는 것을 특징으로 하는 변위 센서.
17. 제 1 항에 있어서, 로터 요소와 스테이터 요소는, 각각 제1 전도성 패턴과 제2 전도성 패턴을 형성하는 전도성 트레이스가 있는 인쇄 회로 기판(PCB)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 변위 센서.
18. 제 1 항에 있어서, 로터 요소는 잡음 억제를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 커패시턴스 구성을 포함하는 것을 특징으로 하는 변위 센서.
19. 제 1 항에 있어서, 로터 요소는 잡음 억제를 제공하기 위하여, 적어도 하나의 커패시터를 형성하는 적어도 하나의 커패시턴스 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 변위 센서.
20. 전동 공구(1)의 두 개의 상대적으로 움직이는 부분들 사이의 변위를 센싱하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은,
    - 여기 신호(SE)를 생성하는 단계와,
    - 스테이터 요소(4)의 제1 전도성 패턴(CT1)에 여기 신호를 제공하는 단계와,
    - 제1 전도성 패턴과 제2 전도성 패턴 사이의 상호 유도에 의하여, 로터 요소(3)의 제2 전도성 패턴(CT2) 내에서 중간 신호(SI)를 생성하는 단계 - 상기 중간 신호는 로터 요소와 스테이터 요소 사이의 상대적 변위를 나타냄 - 를 포함하되,
    여기 신호를 생성하는 단계는 일정한 진폭을 가진 고주파수 여기 신호를 생성하는 단계를 포함하되, 로터 요소와 스테이터 요소 사이의 상대적 변위를 결정하기 위하여, 수신 신호를 처리하는 단계는, 여기 신호(SE)에 대응되는 레퍼런스 신호(SREF)와 수신 신호(SR) 사이의 위상 차이를 검출하기 위해 단상 수신 신호를 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 공구(1)의 두 개의 상대적으로 움직이는 부분들 사이의 변위를 센싱하기 위한 방법.
21. 제 20 항에 있어서,
    - 스테이터 요소에서 중간 신호(SI)에 대응되는 단상 수신 신호(SR)를 수신하는 단계와,
    - 로터 요소와 스테이터 요소 사이의 상대적 변위를 결정하기 위하여, 단상 수신 신호를 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 공구(1)의 두 개의 상대적으로 움직이는 부분들 사이의 변위를 센싱하기 위한 방법.
22. 제 20 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 제2 전도성 패턴에 결합된 로터 요소의 균형있는 구동 코일(RDC)로부터의 중간 신호를 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 공구(1)의 두 개의 상대적으로 움직이는 부분들 사이의 변위를 센싱하기 위한 방법.
23. 제 20 항에 있어서,
    - 로터 요소의 균형있는 구동 코일(RDC)에 상호 유도적으로 결합된 스테이 터 요소의 균형 있는 수신 코일(SRC)에서, 로터 요소의 균형있는 구동 코일로부터 전송되는, 중간 신호(SI)에 대응되는 단상 수신 신호(SR)를 수신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 공구(1)의 두 개의 상대적으로 움직이는 부분들 사이의 변위를 센싱하기 위한 방법.
24. 제 20 항에 있어서, 여기 신호를 생성하는 단계는 일정한 진폭과 복수의 위상을 가진 고주파수 멀티-위상 여기 신호를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 공구(1)의 두 개의 상대적으로 움직이는 부분들 사이의 변위를 센싱하기 위한 방법.
25. 제 24 항에 있어서, 멀티-위상 여기 신호는 0도 위상, 90도 위상, 180도 위상 및 270도 위상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 공구(1)의 두 개의 상대적으로 움직이는 부분들 사이의 변위를 센싱하기 위한 방법.
26. 제 24 항에 있어서, 멀티-위상 여기 신호는 0도 위상, 120도 위상 및 240도 위상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 공구(1)의 두 개의 상대적으로 움직이는 부분들 사이의 변위를 센싱하기 위한 방법.
27. 제 24 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 스테이터 요소의 측정 경로를 따라 연장되는 일련의 구동 코일(SDC1-SDCk)을 배열하여, 측정 경로를 따라 n번 반복되는 주기적으로 반복되는 위상 패턴(P1)으로 스테이터 요소의 제1 전도성 패턴을 형성하는 단계와,
    - 멀티위상 신호의 위상을 주기적으로 반복되는 위상 패턴의 각각의 구동 코일에 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 공구(1)의 두 개의 상대적으로 움직이는 부분들 사이의 변위를 센싱하기 위한 방법.
28. 제 20 항에 있어서,
    - 밴드 밖의 잡음을 감쇠시키기 위하여, LC 밴드 패스 필터를 사용하여 중간 신호를 필터링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 공구(1)의 두 개의 상대적으로 움직이는 부분들 사이의 변위를 센싱하기 위한 방법.
29. 제 20 항에 있어서,
    - 스테이터 요소를 전동 공구의 정지된 부분에 결합하는 단계와,
    - 로터 요소를 전동 공구의 움직이는 부분에 결합하는 단계를 더 포함하되,
    상기 움직이는 부분은 상기 정지된 부분에 대하여 움직이는 것을 특징으로 하는 전동 공구(1)의 두 개의 상대적으로 움직이는 부분들 사이의 변위를 센싱하기 위한 방법.
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