KR102370003B1 - 쇽 업소버를 위한 유도성 센서 - Google Patents

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Abstract

물체의 위치를 결정하기 위한 인덕터 센서 조립체는 기판 상에 형성된 여자 및 수신 코일을 오버레이하는 페라이트 층을 포함한다. 타겟에 부착된 자석은 코일을 오버레이하는 페라이트의 면적에 가상 커플러를 생성한다. 쇽 업소버의 어플리케이션은 더스트 커버의 리세스에 장착된 센서 모듈과 상기 쇽 업소버의 실린더 튜브에 장착된 자석을 포함한다.

Description

쇽 업소버를 위한 유도성 센서
본 출원은 2016년 4월 22일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/326,208호, 2016년 4월 29일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/329,538호, 및 2016년 9월 19일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/396,433호의 우선권을 주장하며, 이는 원용에 의해 본 명세서에 포함된다.
본 발명은 유도성 센서에 관한 것으로, 특히 물체의 위치를 결정하기 위해 결합된 공진기, 여자 코일, 및 수신 코일을 이용하는 유도성 센서에 관한 것이다.
유도성 센서는 당 업계에 널리 알려져있다. 전형적인 유도성 센서 배치는 여자 코일 및 수신 코일을 가진다. 공진기는 여자 코일에 연결된다. 이동 가능한 커플러(coupler)는 코일을 결합시켜 수신 코일에 와전류를 생성한다. 커플러는 타겟에 부착된다. 타겟과 커플러가 움직일 때, 와전류의 크기는 커플러의 위치에 비례하여 변화한다. 그 후, 커플러와 타겟의 위치가 결정된다. 그러나, 이러한 커플러는 알루미늄과 같은 도전성 재료를 통해 사용될 수 없다는 단점이 있다. 현재 알려진 유도성 센서는 타겟이 알루미늄에 하우징되는 어플리케이션에서는 사용될 수 없다.
센서에 대해 이동 가능한 물체 상의 타겟의 위치를 결정하기 위한 유도성 센서 조립체는 적어도 하나의 송신 코일 및 적어도 하나의 수신 코일이 장착된 기판, 상기 송신 코일에 연결된 공진기, 상기 적어도 하나의 송신 코일 및 적어도 하나의 수신 코일을 덮는 페라이트(ferrite) 층, 차동 커플링을 측정하고 신호를 생성하기 위해 상기 수신 코일에 연결된 처리 모듈, 및 상기 페라이트 층으로부터 이격된 상기 이동 가능한 물체에 장착된 자석을 포함한다.
센서 조립체를 위한 특정 어플리케이션은 하우징, 상기 하우징에 장착된 센서 모듈, 적어도 하나의 수신 코일 및 적어도 하나의 여자 코일(exciting coil)을 가지는 센서 모듈, 상기 수신 코일 및 상기 여자 코일을 덮는 페라이트 층, 외부 실린더 튜브를 가지는 쇽 업소버(shock absorber), 및 상기 외부 실린더 튜브에 장착된 자석을 포함한다.
도 1은 본 발명에 따른 센서의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 자석 및 센서 모듈의 부분 단면도이다. 도 2는 센서 조립체 및 쇽 업소버 커플러 영역의 측면도이다.
도 3은 쇽 업소버와 함께 사용되는 센서 조립체의 측면도이다.
도 4는 쇽 업소버를 위한 더스트 커버(dust cover)에 설치된 센서 모듈의 사시도이다. 도 5는 더스트 커버의 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 유도성, 새로운 유도성 위치 센서 조립체(10)는 코일(16)이 페라이트 층(14)으로 덮인 기판(12)을 가진다. 강력한 영구 자석(18)은 이동 가능한 타겟(20)에 부착된다. 자석(18)은 상기 자석(18)에 인접한 페라이트 층에서 낮은 투자율의 면적(22)을 발생시킨다. 페라이트(16)의 커플러 영역(22)은 포화된다. 투자율이 훨씬 높은 페라이트의 인접한 불포화 영역(24)과 비교할 때, 포화 면적(22)의 투자율은 1로 떨어진다. 포화 면적(22)은 코일(16)의 아래에 있는 면적에 대해 "가상 커플러(26)"로서 작동한다. 가상 커플러(26)는 공진기(28)가 여자 코일(30)을 여기하게 하고, 종래의 유도성 커플러와 동일한 방식으로 수신 코일(32)에 와전류를 발생하게 한다. 적합한 페라이트는 10보다 높은 자기 투자율을 가지는 페라이트이다. 또한 페라이트는 유도성 센서의 범위를 벗어나 최대 5MHz의 최소 와전류 손실을 가져야만 한다. 생성된 와전류는, 영역 또는 가상 커플러의 코일의 단부에서부터의 거리에 비례한다. 센서 조립체는 알루미늄으로 형성된 이동 가능한 타겟과 함께 사용될 수 있다.
쇽 업소버(24)의 위치를 결정하는데 사용되는 센서 조립체(10)의 특정 어플리케이션이 도 3, 도 4, 및 도 5에 도시된다. 센서 조립체(10)는 쇽 업소버(24)와 함께 사용하기 위해 도시되어 있지만, 센서 모듈에 대해 이동 가능한 가상의 임의의 타겟의 위치를 결정하는데 사용될 수 있다. 센서 조립체(10)는 쇽 업소버(34)를 위한 더스트 커버(38)에 장착된 센서 모듈(36)을 포함한다. 자석(18)은 쇽 업소버(34)의 알루미늄 실린더 튜브(40)에 장착된다. 더스트 커버(38)는 자석(18)과 페라이트 스트립(14) 사이에 5mm 내지 10mm의 갭이 있도록 위치된다. 자석(18)은 직사각형이며, 완전히 소결/프레스된 20x12x5mm, NdFe42이다. 자석(18)은 0.5T의 강도를 갖는다. 자석(18)의 강도는 어플리케이션의 성질에 따라 선택된다. 더스트 커버(38) 및 램(42)과 관련된 외부 튜브(40)의 위치는 센서 조립체(10)에 의해 결정될 수 있다.
도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 더스트 커버(38)는 일반적으로 세로 방향의 리세스(44)를 갖는 원형 단면을 가진다. 리세스(44)는 센서 모듈(36)을 자석(18)으로부터 소정의 거리 또는 갭을 유지하도록 형성된다. 리세스(44)는 일반적으로 U자 형상이며, 더스트 커버(38)의 상부(46)에서 하부(48)까지 연장된다. 더스트 커버(38)는 적절한 나일론으로부터 압출되고, 쇽 업소버의 램(42) 지지 부재의 단부에 고정적으로 장착된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 센서 모듈(36)은 인쇄 배선 보드(printed wiring board, PWB)(50)를 포함한다. PWB(50)는 기판(12) 상에 배치된 여자 코일(52) 및 수신 코일(44)을 갖는다. 센서 모듈(52)은 또한 공진기(58) 및 ASIC 칩(60)을 포함하는 인쇄 배선 조립체(printed wiring assembly, PWA)(56)를 포함한다. PWA(50)는 일반적으로 직사각형 보드이고, 200mm 만큼 길 수 있다. PWA(52) 및 PWB(56)는 함께 솔더링되고, 커넥터(62)는 몰드된 연장부(64)와 함께 PWA(56)에 장착된다. PWB(50)와 PWA(52)는 효율성의 이유로 분리되어 있다. PWB(50)와 PWA(52)는 단자 핀(64)을 통해 함께 솔더링되어 서브 조립체를 완성한다. 양 보드는 커넥터 몰딩(62)에 열적 스택되어 솔더링된 연결부 상의 응력을 제한한다. 센서 모듈의 출력을 전달하기 위한 커넥터(62)는 ASIC(60)을 갖는 PWA(56) 상에 오버몰딩된다. 커넥터(62)는 신호를 차량 컨트롤러에 전달하기 위해서 차량의 버스에 연결하기 위한 단자를 갖는다. 다중 리브 실리콘 래디얼 압축 시일(66)은 더스트 커버의 채널의 대향하는 단부에 에폭시 또는 접착되어 더스트 커버(38)의 커넥터 모듈을 밀봉한다.
PCB(50)의 상부 표면은 페라이트 층(16)으로 덮힌다. 바람직한 실시예에서, 페라이트 층(16)은 약 1/10mm 두께의 가요성 시트이고, PCB(50)에 장착하기 위해 한쪽 면에 접착 층을 갖는다. 가요성 페라이트 시트는 센서 모듈의 형상을 환경에 순응하게 형성하는 것을 허용한다. 마찬가지로, PCB(50)는 가요성 재료로 형성될 수 있고, 튜브와 같은 가요성 센싱 유닛을 형성하기 위해 가요성 페라이트 시트로 덮일 수 있다. 페라이트 층의 두께는 표류 자기장에 저항하도록 변화될 수 있다. 페라이트 층이 더 두꺼울수록 센서가 더 저항성이 있는 것은 표류 자기장의 영향이다.
상기 설정한 바와 같이, 자석(18)은 상기 자석(18)에 인접한 페라이트 층(16)에서 낮은 투자율의 커플러 영역(22)을 생성한다. 커플러 영역(22)은 여자 코일(52)을 수신 코일에 결합하여 차동 커플링을 생성한다. 타겟(20)과 자석(18)이 센서 모듈을 따라 세로로 움직임에 따라, 코일에 대한 기준 전압에 대한 전압의 비율은 선형적으로 증가한다.
센서 조립체(10)의 주요 이점은 부품들 중 하나가 알루미늄과 같은 도전성 재료일 때 효과적으로 동작하는 능력이다. 그러나, 이 모듈은 사실상 모든 환경에서 사용될 수 있으며, 센서 모듈에 대해 선형적으로 움직이거나 센서 모듈에 대해 회전하는 물체와 함께 사용하도록 구성될 수 있는 물체의 위치를 결정하도록 구성될 수 있다.
따라서 청구범위에 의해 정의된 본 발명의 범위 내에 있는 본 발명의 많은 변형 및 개조가 통상의 기술자에게 명백해질 것이다.
10 센서 조립체
12 기판
16 페라이트
18 자석
20 타겟
22 커플러 영역
24 불포화 영역
26 가상 커플러
28 공진기
30 여자 코일
32 수신 코일
34 쇽 업소버
36 센서 모듈
38 더스트 커버
40 외부 튜브
42 램
44 리세스
46 상부
48 하부
50 PWB
52 여자(excite)
54 수신 코일

Claims (14)

  1. 물체 상의 타겟의 위치를 결정하기 위한 유도성 센서 조립체로서,
    상기 센서는,
    적어도 하나의 송신 코일 및 적어도 하나의 수신 코일이 장착된 기판;
    상기 송신 코일에 연결된 공진기;
    상기 적어도 하나의 수신 코일에 연결되고, 상기 수신 코일에서 생성된 와전류를 측정하는 처리 모듈;
    상기 적어도 하나의 송신 코일 및 상기 적어도 하나의 수신 코일을 덮는 10보다 큰 자기 투자율을 갖는 페라이트(ferrite) 층 - 상기 페라이트 층은 상기 적어도 하나의 송신 코일과 상기 적어도 하나의 수신 코일에 영향을 미치는 표류 자기장에 저항함 - ; 및
    상기 페라이트 층과 이격되어 배치된 이동 가능한 물체에 장착된 자석을 포함하고,
    상기 자석은 상기 페라이트 층의 면적 상에 작용하는 자기장을 생성하여 상기 면적에 인접한 영역에서 상기 적어도 하나의 송신 코일을 상기 적어도 하나의 수신 코일과 유도적으로 결합시키는,
    유도성 센서 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 상부 표면을 갖는 인쇄 배선 보드(printed wiring board)인,
    유도성 센서 조립체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 페라이트 층은 접착제를 가지는 한 면을 가지는,
    유도성 센서 조립체.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 페라이트 층은 상기 인쇄 배선 보드의 상부 표면에 장착되는,
    유도성 센서 조립체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 페라이트 층은 가요성인,
    유도성 센서 조립체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 물체는 알루미늄 비자성 재료로 형성되는,
    유도성 센서 조립체.
  7. 쇽 업소버(shock absorber)의 위치를 센싱하기 위한 센서 조립체로서, 상기 센서 조립체는
    하우징;
    상기 하우징에 장착되는 센서 모듈; 및
    상기 쇽 업소버에 장착되는 자석을 포함하고,
    상기 센서 모듈은 적어도 하나의 송신 코일 및 적어도 하나의 수신 코일, 상기 송신 코일 및 상기 적어도 하나의 수신 코일을 덮는 페라이트 층 - 상기 페라이트 층은 상기 적어도 하나의 송신 코일과 상기 적어도 하나의 수신 코일에 영향을 미치는 표류 자기장에 저항함 - 을 가지며,
    상기 자석은 상기 페라이트 층에 이격되어 위치되며, 상기 하우징과 관련된 물체 및 상기 자석의 위치를 나타내는 신호를 생성하기 위하여 상기 적어도 하나의 수신 코일에 상기 적어도 하나의 송신 코일을 유도적으로 결합하도록 상기 페라이트 층 상에 자기장 작용을 가지는,
    센서 조립체.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 하우징은 중심 캐비티를 한정하는 원형의 단면을 갖는,
    센서 조립체.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 센서 모듈을 하우징하기 위한 리세스를 갖는,
    센서 조립체.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 쇽 업소버는 로드(rod)에 대해 이동 가능한 알루미늄 튜브를 갖는,
    센서 조립체.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 센서 모듈은 커넥터를 포함하는, 센서 조립체.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 센서 모듈은 인쇄 배선 보드 및 인쇄 배선 조립체를 포함하는,
    센서 조립체.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 인쇄 배선 조립체는 공진기를 포함하는, 센서 조립체.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 인쇄 배선 보드는 적어도 하나의 여자 코일(exciting coil) 및 적어도 하나의 수신 코일을 포함하는,
    센서 조립체.
KR1020187030518A 2016-04-22 2017-04-21 쇽 업소버를 위한 유도성 센서 KR102370003B1 (ko)

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US62/326,208 2016-04-22
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US62/329,538 2016-04-29
US201662396433P 2016-09-19 2016-09-19
US62/396,433 2016-09-19
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