KR20040001880A

KR20040001880A - 자기 위치 센서

Info

Publication number: KR20040001880A
Application number: KR1020020037214A
Authority: KR
Inventors: 세끼야미쯔루
Original assignee: 가부시키가이샤 미쿠니
Priority date: 2002-06-29
Filing date: 2002-06-29
Publication date: 2004-01-07

Abstract

자기 위치 센서는 영구 자석편, 이 영구 자석편의 외측 원호면상에 서로 대향하여 배열된 제1 고정자와 제2 고정자를 포함한다. 홀 부재는 제1 고정자와 제2 고정자 사이에 배열된다. 전기자는 영구 자석편의 내측 원호면상에 배열된다. 영구 자석편만이 일체로 회전할 수 있도록 회전자내에 형성되어서, 이에 의해 회전자의 회전 각도를 검출하게 된다.

Description

자기 위치 센서{MAGNETIC POSITION SENSOR}

본 발명은 자속의 변화에 기초한 위치의 변화를 검출하는 비접촉식 자기 위치 센서의 분야에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 양 측부로부터 영구 자석편을 파지하도록 배열되는 고정자와 전기자가 구비되는 비접촉식 자기 위치 센서의 분야에 관한 것이다.

종래의 자기 위치 센서로서, 예컨대 일본 특개평 8-35809호에 기재된 것이 알려져 있다. 이 자기 위치 센서는 회전축에 고정된 원통형 요크(전기자)의 내측 벽면에 부착되는 원통형 영구 자석, 2개 부분으로 분리되도록 회전자의 내측에 반구형으로 형성되는 2개의 고정자, 이들 2개의 고정자 사이에 배열되는 홀 부재 등이 구비되는 회전자에 의해 구성된다.

또한, 이 회전자가 2개의 고정자 주위로 회전시에는, 자속은 예컨대, 영구 자석, 일 고정자, 홀 부재, 다른 고정자, 영구 자석, 요크(전기자) 및 영구 자석의 순서의 경로를 따라 흐르게 된다. 이 때, 홀 부재를 통과하는 자속이 회전자의 위치에 기초하여 변화하기 때문에, 이 변화에 상응하는 전압이 홀 부재로부터의 출력이 되어서, 이에 의해 이 회전자의 회전 각도가 검출된다.

이러한 축선 방향으로의 대칭인 구성은 회전자의 변위가 일어난다 하더라도, 출력 변동을 방지하게 한다.

그러나, 종래의 자기 위치 센서에서는, 자기력이 변화하는 범위가 180°로 고정된다. 따라서, 검출 범위가 예컨대 15°로 협소할 경우, 자기력 변화값은 15°/180°만큼 작아지게 되어서, 작동 각도가 작은 자기력 변화에 의해 검출되기 때문에 검출의 정확도가 나빠지게 된다. 또한, 180°이상을 검출하는 것이 불가능하게 된다.

본 발명의 목적은 10°와 240°사이의 자기력 변화의 사이클에 대응할 수 있는 자기 경로 구성을 가지고, 또한 회전자 등과 같은 운동체를 지지하는 지지부 등의 수명의 변화에 의해 발생되는, 축선 방향 코어 변위와 같은 위치 변위에 의해 영향을 받지 않고 높은 정확도로 운동체의 위치를 검출할 수 있는 자기 위치 센서를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 자기 위치 센서는, 사이에 공극을 형성하고 있는제1 부재 및 제2 부재, 이 제1 부재 및 제2 부재에 대하여 상대적으로 회전하도록 공극내에 배열되어 제1 부재와 제2 부재 각각에 대향하고 있는 영구 자석, 제1 부재와 제2 부재 중 적어도 하나의 부재에 배열되어서 자속의 변화를 검출하여 이 자속의 변화에 기초하는 자속 신호를 출력하는 적어도 하나의 자속 검출 부재, 제1 부재와 제2 부재 중 어느 하나의 측부와 영구 자석의 측부가 장착되어, 소정의 축선 주위로 회전할 수 있는 회전자, 및 제1 부재와 제2 부재 중 어느 하나의 측부와 영구 자석의 측부가 장착되는 고정 부재를 포함한다.

본 발명의 다른 측면에 따른 자기 위치 센서는, 사이에 공극을 형성하고 있는 제1 부재 및 제2 부재, 이 제1 부재 및 제2 부재에 대하여 상대적으로 선형 왕복운동할 수 있도록 공극내에 배열되어 제1 부재와 제2 부재 각각에 대향하고 있는 영구 자석, 이 제1 부재에 배열되어서 자속의 변화를 검출하여 이 자속의 변화에 기초하는 자속 신호를 출력하는 적어도 하나의 자속 검출 부재, 제1 부재와 제2 부재 중 어느 하나의 측부와 영구 자석의 측부가 장착되어, 선형으로 왕복운동할 수 있는 가동 부재, 및 제1 부재와 제2 부재 중 어느 하나의 측부와 영구 자석의 측부가 장착되는 고정 부재를 포함한다. 제1 부재는 제1 고정자와 제2 고정자에 의해 구성되며, 공간 수용부는 가동 부재의 선형 왕복운동 방향에 실질적으로 평행하도록 제1 고정자와 제2 고정자 사이에 형성되며, 또한 자속 검출 부재는 이 공간 수용부내에 수용된다.

본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부된 도면을 참조하여 다음의 설명으로부터 명백해질 것이다.

도1은 본 발명에 따른 자기 위치 센서의 일 실시예를 도시하는 블록도.

도2는 도1에 도시된 영구 자석편, 제1 고정자, 제2 고정자, 자기 센서, 전기자의 분해 사시도.

도3a 내지 도3c는 도1에 도시된 자기 위치 센서의 작동을 설명하는 도면으로서, 도3a는 초기 위치를 도시하는 도면이며, 도3b는 작동 각도의 절반에서 회전자가 회전하는 위치를 도시하는 도면이며, 또한 도3c는 최대로 회전자가 회전하고 있는 위치를 도시하는 도면.

도4a는 홀 부재를 통과하는 자속 특성을 나타내고 있는 그래프이며, 도4b는 홀 부재의 출력 특성을 나타내고 있는 그래프.

도5는 본 발명에 따른 자기 위치 센서의 다른 실시예를 도시하고 있는 블록도.

도6은 도5에 도시되어 있는 구성의 단면도.

도7a 내지 도7c는 도5에 도시된 자기 위치 센서의 작동을 설명하는 도면으로서, 도7a는 초기 위치를 도시하는 도면이며, 도7b는 작동 각도의 절반에서 회전자가 회전하는 위치를 도시하는 도면이며, 또한 도7c는 최대로 회전자가 회전하고 있는 위치를 도시하는 도면.

도8은 선형식의 일 실시예를 도시하는 블록도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1, 101 : 회전자

10, 110 : 영구 자석편

20, 120 : 제1 고정자

30, 130 : 제2 고정자

32, 33 : 자극부

40, 140 : 홀 부재

50, 150 : 전기자

본 발명에 따른 자기 위치 센서의 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다.

도1과 도2는 본 발명에 따른 회전자식 자기 위치 센서의 일 실시예를 나타내고 있다. 이 자기 위치 센서에는 기본 구성으로서, 회전자(1)에 일체로 고정되는 영구 자석편(10), 회전자(1)의 직경 방향으로 외측부에 배열되는 제1 고정자(20)와 제2 고정자(30), 제1 고정자(20)와 제2 고정자(30) 사이에 배열되어 자기 센서로서 사용되는 홀 부재, 회전자(1)의 직경 방향으로 내측부에 배열되어 자기 경로를 형성하는 전기자(50) 등이 구비된다.

영구 자석편(10)은 도1에 도시된 바와 같이, 회전자(1)의 회전 중심(C)과 동심인 내측 원호면(10a)과 외측 원호면(10b)을 구성하도록 형성된다. 또한, 원호 형상으로 형성된 영구 자석편(10)은 회전자(1)의 회전 중심(C)을 통과하는 직경 방향으로 내측 절반과 외측 절반으로 상이한 극성(N극과 S극)을 갖도록 자화되며, 또한 회전자(1)의 회전 방향(R)으로 중심부의 경계상에서 이 극성이 역전되도록 자화된다.

제1 고정자(20)는 도1과 도2에 도시된 바와 같이, 회전자(1)(그리고 영구 자석편(10))의 직경 방향으로 외측부 영역에 고정되도록 배열되어 회전자(1)의 회전 중심(C)과 동심인 원호 형상으로 형성되며, 또한 내측 원호면(20a)은 영구 자석편(10)의 외측 원호면(10b)에 대향하여 있다. 따라서, 내측 원호면(20a)에 인접한 부분은 자극부(21)를 형성하게 된다.

제2 고정자(30)는 도1과 도2에 도시된 바와 같이, 회전자(1)(그리고 영구 자석편(10))의 직경 방향으로 외측부 영역과 제1 고정자(20)의 외측부 영역에 고정되도록 배열되며, 제1 고정자(20)를 수용하는 볼록 곡면부(31)와, 이 볼록 곡면부(31)의 양 측면에 연속적으로 형성되는 2개의 자극부(32, 33)에 의해 구성된다.

볼록 곡면부(31)와 자극부(32, 33)는 회전자(1)의 회전 중심(C)과 동심인 원호 형상을 형성하도록 각각 형성되며, 또한 홀 부재(40)는 제1 고정자(20)의 외측 원호면(20b)과 볼록 곡면부(31)의 내측 원호면(31a) 사이에서 파지된다. 또한, 2개의 자극부(32, 33)의 내측 원호면(32a, 33a)은 제1 고정자(20)의 내측 원호면(20a)과 동일한 면으로 있는 동일 원통면을 형성하며, 또한 영구 자석편(10)의 외측 원호면(10b)에 대향한다.

홀 부재(40)는 제1 고정자(20)에서 제2 고정자(30)로 통과하는 자속의 변화를 검출하며, 출력 신호로서 이 변화에 상응하는 전압값을 출력하게 된다. 홀 효과를 이용하는 이 홀 부재는 하나의 자기 센서로서 사용되지만, 자속의 변화를 검출할 수 있는 한 다른 자기 센서가 사용될 수 있다.

전기자(50)는 도1과 도2에 도시된 바와 같이, 회전자(1)(그리고 영구 자석편(10))의 직경 방향으로 내측부 영역에 고정되도록 배열되어 회전자(1)의 회전 중심(C)과 동심인 원호 형상으로 형성되며, 또한 외측 원호면(50a)은 영구 자석편(10)의 내측 원호면(10a)과 대향하게 된다.

또한, 도1과 도2에 도시된 바와 같이, 회전자(1)의 회전 방향(R)으로의 전기자(50)의 원호 길이(L1)와 제2 고정자(30)의 원호 길이(L2)는 영구 자석편(10)의 운동 범위에 상응하는 길이 이상으로 형성된다. 따라서, 회전자(1)가 회전한다 하더라도, 영구 자석편(10)은 전기자(50)와 제2 고정자(30)의 양 측부의 단부로부터 돌출하지 않으며, 이로써 자속 누출이 방지된다. 전기자(50)는 원호 형상으로 형성되지만, 연속하는 고리 형상을 채용할 수 있다.

또한, 도2에 도시된 바와 같이, 회전자(1)의 스러스트 방향(회전축의 축선 방향)으로의 제1 고정자(20)의 폭(Ws1), 제2 고정자(30)의 폭(Ws2) 및 전기자(50)의 폭(Wa)은 스러스트 방향으로의 변위량(δ)(수명 등에 따른 변화를 또한 고려하여 계산된 값)을 영구 자석편(10)의 폭(Wm)에 부가함으로써 얻어지는 길이(Wm + δ)와 적어도 같거나 더 길도록 설정된다.

따라서, 조립체의 정확도의 편차나 수명에 따른 변화 등에 기인하여 회전자(1)가 스러스트 방향으로 변위한다 하더라도, 영구 자석편(10)은 제1 고정자(20)와 제2 고정자(30)의 폭 방향의 단부와 전기자(50)로부터 돌출하지 않으며, 이로써 자기 누출이 방지될 수 있다.

또한, 제1 고정자(20)와 제2 고정자(30)는 이들 양 측사이의 거리(Ts)가 항상 일정하도록 전기자(50)에 고정되어, 또한 자속이 각각의 원호면들에 대하여 수직한 방향으로 흐르게 되어서, 이로써 안정한 센서감지가 수행될 수 있다. 다시 말해, 회전자(1)의 회전 중심(C)이 크기의 정확도의 편차나 베어링부의 마모 등에 의하여 편의(이동)될 때, 제1 고정자(20), 제2 고정자(30) 및 영구 자석편(10) 사이의 거리(T1)와, 전기자(50)와 영구 자석편(10) 사이의 거리(T2)는 도1에 도시된바와 같이 변화된다.

그러나, 영구 자석편(10)의 두께(Tm)가 변화하지 않는 한 영구 자석편(10), 고정자들(20, 30) 및 전기자(50) 사이의 거리(T1 + T2)는 일정하기 때문에(Ts-Tm), 자속의 세기는 일정하게 된다. 따라서, 회전자(1)의 위치 변위에 의해 영향을 받지 않고 높은 정확도로 센서감지를 수행할 수 있다.

상기 설명된 구성을 갖는 자기 위치 센서는 각도(θ)의 작동 각도를 가지며, 도3a에 도시된 바와 같이, 자기력선은 회전자(1)가 시계 방향으로의 회전 단부에 위치시에 도시된 바와 같이 흐르게 되며, 또한 도4a에 도시된 바와 같이, 홀 부재(40)를 통과하는 자속은 -A가 된다. 이 상태에서 도3b에 도시된 바와 같이 회전자(1)가 반시계 방향으로 각도(θ/2)로 회전시에, 홀 부재(40)를 통과하는 자속은 도4a에 도시된 바와 같이 0이 된다. 또한, 도3c에 도시된 바와 같이 회전자(1)가 반시계 방향으로 각도(θ/2)로 회전시에, 홀 부재(40)를 통과하는 자속은 도4c에 도시된 바와 같이 +A가 된다. 결과적으로, 회전자(1)의 회전 각도에 비례하는 전압값이 도4b에 도시된 바와 같이 홀 부재(40)로부터의 출력이 된다.

자기 위치 센서는 구조상 콤팩트하고 단순하게 또한 경량으로 만들어질 수 있기 때문에, 모터사이클 등의 엑셀레이터 그립(grip)의 회전 각도를 검출할 때 바람직하다.

도5와 도6은 본 발명에 따른 회전자식 자기 위치 센서의 다른 실시예를 나타내고 있다. 도시된 바와 같이, 자기 위치 센서에는 기본 구성으로서, 자유 진동하도록 하는 방식으로 회전축(S)에 의해 지지되는 회전자(101)에 일체로 고정되는 영구 자석편(110), 회전자(101)의 직경 방향으로 내측부에 배열되는 제1 고정자(120)와 제2 고정자(130), 제1 고정자(120)와 제2 고정자(130) 사이에 배열되어 자기 센서로서 사용되는 2개의 홀 부재(140), 회전자(101)의 직경 방향으로 외측부에 배열되어 자기 경로를 형성하는 전기자(150) 등이 구비된다.

영구 자석편(110)은 도5에 도시된 바와 같이, 회전자(101)의 회전 중심(C)과 동심으로 되어 회전자(101)와 일체로 형성되는 내측 원호면(110a)과 외측 원호면(110b)를 구성하도록 형성된다. 또한, 영구 자석편(110)은 회전자(101)의 회전 중심(C)을 통과하는 직경 방향으로 내측 절반과 외측 절반에서 상이한 극성(N 극과 S극)으로 자화되며, 또한 회전자(101)의 회전 방향(R)으로 중심부의 경계상에서 이 극성이 역전되도록 자화된다.

제1 고정자(120)는 도5와 도6에 도시된 바와 같이, 회전자(101)(그리고 영구 자석편(110))의 직경 방향으로 내측부 영역에 고정되도록 배열되어, 회전자(101)의 회전 중심(C)과 동심인 외측 원호면(120a)을 갖도록 형성되고, 또한 이 외측 원호면(120a)은 영구 자석편(110)의 내측 원호면(110a)에 대향한다. 또한, 외측 원호면(120a)에 인접하는 부분은 자극부(121)를 형성하게 된다.

제2 고정자(130)는 도5와 도6에 도시된 바와 같이, 회전자(101)(그리고 영구 자석편(110))의 직경 방향으로 내측부 영역과 더 안쪽으로는 제1 고정자(120)의 내측부 영역에 고정되도록 배열되어, 제1 고정자(120)를 수용하는 리세스부(131)와, 이 리세스부(131)의 양 측부에 연속하여 형성되는 2개의 자극부(132, 133)에 의해 구성된다.

2개의 자극부(132, 133)는 회전자(101)의 회전 중심(C)과 동심인 외측 원호면(132a, 133a)을 갖도록 각각 형성되며, 이에 반하여 리세스부(131)는 편평한 면(131a)으로 형성되며 또한, 홀 부재(40)는 제1 고정자(120)의 편평한 면(120b)과 편평한 면(131a) 사이에서 파지된다. 또한, 2개의 자극부(132, 133)의 외측 원호면(132a, 133a)은 제1 고정자(120)의 외측 원호면(120a)과 동일한 면으로 있는 동일 원통면을 형성하며, 또한 영구 자석편(110)의 내측 원호면(110b)과 대향한다.

홀 부재(140)는 제1 고정자(120)로부터 제2 고정자(130)로 또한 제2 고정자(130)로부터 제1 고정자(120)로 통과하는 자속의 변화를 검출하여, 출력 신호로서 이 변화에 상응하는 전압값을 출력하게 된다. 홀 효과를 이용하는 이 홀 부재는 하나의 자기 센서로서 사용되지만, 자속의 변화를 검출할 수 있는 한 다른 자기 센서가 될 수 있다.

또한, 2개의 홀 부재(140)가 채용되기 때문에, 어느 하나의 홀 부재의 고장시에는 다른 하나의 홀 부재가 작동되어서, 이에 의해 이중 안전(fail-safe)기능을 얻을 수 있게 된다. 또한, 상이한 기울기를 갖는 복수의 홀 부재의 출력 특성을 설정할 수 있어서, 이에 의해 분해력(resolving power)을 향상시킬 수 있다.

전기자(150)는 도5와 도6에 도시된 바와 같이, 회전자(101)(그리고 영구 자석편(110))의 직경 방향으로 외측부 영역에 고정되도록 배열되며, 회전자(101)의 회전 중심(C)과 동심인 원호면에 형성되고, 또한 내측 원호면(150a)은 영구 자석편(110)의 외측 원호면(110b)에 대향한다.

또한, 도5에 도시된 바와 같이, 회전자(101)의 회전 방향(R)으로전기자(150)의 원호 길이(L1)와 제2 고정자(130)의 원호 길이(L2)는 영구 자석편(110)의 운동 범위에 상응하는 길이 이상으로 형성된다. 따라서, 회전자(101)가 회전하더라도, 영구 자석편(110)은 전기자(150)와 제2 고정자(130)의 양 측부의 단부로부터 돌출하지 않으며, 이에 의해 자속 누출이 방지된다. 전기자(150)는 원호 형상으로 형성되지만, 연속하는 고리 형상을 채용할 수 있다.

또한, 도6에 도시된 바와 같이, 회전자(101)의 스러스트 방향(회전축의 축선 방향)으로 제1 고정자(120)의 폭(Ws1), 제2 고정자(130)의 폭(Ws2) 및 전기자(150)의 폭(Wa)은 진동 등을 또한 고려한 회전자(101)의 스러스트 방향의 변위량(δ)(수명 등의 변화를 또한 고려하여 계산된 값)을 영구 자석편(110)의 폭(Wm)에 부가함으로써 얻어지는 길이(Wm + δ)와 적어도 같거나 그 이상이 되도록 설정된다.

따라서, 조립체의 정확도의 편차나 수명에 따른 변화 등에 기인하여 회전자(101)가 스러스트 방향으로 변위한다 하더라도, 또는 회전자(101)의 진동이 커질 때, 영구 자석편(110)은 제1 고정자(120)와 제2 고정자(130)의 폭 방향의 단부와 전기자(150)로부터 돌출하지 않으며, 이로써 자기 누출이 방지될 수 있다.

또한, 제1 고정자(120)와 제2 고정자(130)는 공통 유지 부재(160)에 의해 전기자(150)에 고정되기 때문에, 이들 양 측 사이의 거리(Ts)는 항상 일정하게 되며, 또한 각각의 원호면에 대하여 수직 방향으로 자속이 흐르게 되어, 안정한 센서감지가 수행될 수 있다. 다시 말해, 회전자(101)의 회전 중심(C)이 크기의 정확도의 편차나 베어링부의 마모 등에 의하여 편의(이동)될 때, 제1 고정자(120), 제2 고정자(130) 및 영구 자석편(110) 사이의 거리(T1)와, 전기자(150)와 영구 자석편(110)사이의 거리(T2)는 도5에 도시된 바와 같이 변화된다. 그러나, 영구 자석편(110)의 두께(Tm)가 변화하지 않는 한 영구 자석편(110), 고정자들(120, 130) 및 전기자(150) 사이의 거리(T1 + T2)는 일정하기 때문에(Ts-Tm), 자속의 세기는 일정하게 된다. 따라서, 회전자(101)의 위치 변위에 의해 영향을 받지 않고 높은 정확도로 센서감지를 수행할 수 있다.

상기 설명된 구성을 갖는 자기 위치 센서는 각도(θ)의 작동 각도를 가지며, 도7a에 도시된 바와 같이, 자기력선은 회전자(101)가 반시계 방향으로의 회전 단부에 위치시에 도시된 바와 같이 흐르게 되며, 또한 도4a에 도시된 바와 같이, 홀 부재(140)를 통과하는 자속은 -A가 된다. 이 상태에서 도7b에 도시된 바와 같이 회전자(101)가 시계 방향으로 각도(θ/2)로 회전시에, 홀 부재(140)를 통과하는 자속은 도4a에 도시된 바와 같이 0이 된다. 또한, 도7c에 도시된 바와 같이 회전자(101)가 시계 방향으로 각도(θ/2)로 회전시에, 홀 부재(140)를 통과하는 자속은 상기 설명된 도4c에 도시된 바와 같이 +A가 된다. 결과적으로, 회전자(101)의 회전 각도에 비례하는 전압값이 상기 설명된 도4b에 도시된 바와 같이 홀 부재(140)로부터의 출력이 된다.

상기 설명된 실시예들에 있어서, 회전하는 회전자가 운동체로서 나타내져 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 또한 영구 자석편에 운동체가 일체로 구비되는 한 다른 운동체들이 사용될 수도 있으며, 또한 고정자와 전기자가 영구 자석편의 양 측부에 배열되는 구성이 채용된다.

도8은 선형식 자기 위치 센서의 또다른 실시예를 나타내는 블록도이다.

도8에서, 참조부호 1A 및 2A는 제1 부재로 작용하는 제1 고정자 및 제2 고정자를 나타낸다. 자극부(10A, 20A)가 제1 고정자(1A)와 제2 고정자(2A)에 형성된다.

또한, 도8에서, 참조부호 3A는 제2 부재로 작용하는 전기자를 나타낸다. 공극(4A)이 전기자(3A), 제1 고정자(1A) 및 제2 고정자(2A) 사이에 형성된다. 영구 자석(5A)은 제1 고정자(1A), 제2 고정자(2A) 및 전기자(3A)에 대하여 상대적으로 선형 왕복운동할 수 있도록 공극(4A)내에 배열된다. 영구 자석(5A)은 제1 고정자(1A), 제2 고정자(2A) 및 전기자(3A) 각각에 대향한다.

제1 고정자(1A), 제2 고정자(2A) 및 전기자(3A) 중 어느 하나와, 영구 자석(5A)의 측면은 선형 왕복운동할 수 있는 가동 부재(도시 생략)에 장착된다. 이와 반대로, 제1 고정자(1A), 제2 고정자(2A) 및 전기자(3A) 중 다른 어느 하나와, 영구 자석(5A)의 측면은 고정 부재(도시 생략)에 장착된다.

공간 수용부(6A)는 가동 부재의 선형 왕복운동 방향에 실질적으로 평행하도록 제1 고정자(1A)와 제2 고정자(2A) 사이에 형성된다. 하나의(또는 복수의) 자속 검출 부재(7A)는 공간 수용부(6A)에 수용된다. 자속 검출 부재(7A)는 자속의 변화를 검출하여 이 검출된 신호를 출력하게 된다.

영구 자석(5A)은 도8에 도시된 바와 같이, 제1 고정자(1A)와 제2 고정자(2A) 에 대향하는 측부와 전기자(3A)에 대향하는 측부에서 상이한 극성을 갖도록 자화되며, 또한 가동 부재의 선형 왕복운동 방향으로의 중심부의 경계상에서 이 극성이 역전되도록 자화된다.

가동 부재의 선형 왕복운동 방향으로의 제1 고정자(1A), 제2 고정자(2A) 및 전기자(3A)의 길이(도2에서 길이(L1, L2)에 대응하는 길이)는 영구 자석(5A)에서 가동 부재의 선형 왕복운동 방향으로의 길이와 이 가동 부재의 선형 왕복운동 거리의 합과 적어도 같은 길이거나 그 이상의 길이를 갖는다.

이 가동 부재의 선형 왕복운동 방향에 직교하는 제1 고정자(1A), 제2 고정자(2A) 및 전기자(3A)의 폭(도2에서 Ws1, Ws2 및 Ws3 에 대응하는 폭)은 영구 자석(5A)에서 이 가동 부재의 선형 왕복운동 방향에 직교하는 폭(도2에서 Wm 에 대응하는 폭)과 이 가동 부재의 선형 왕복운동 방향에 직교하는 방향으로의 변위량(δ)의 합과 적어도 동일하거나 그 이상의 폭을 갖는다.

또한, 이 선형식 자기 위치 센서는 상기 설명된 회전식 센서와 실질적으로 동일한 작동 효과를 제공하게 된다.

상기 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 자기 위치 센서에 따르면, 이 운동체와 일체로 함께 운동하는 것이 영구 자석편뿐이기 때문에, 운동체의 편의 등에 의해 영향을 받지 않고 높은 정확도로 안정하게 센서감지를 수행할 수 있게 된다.

또한, 소정된 축선 주위로 회전할 수 있는 회전자가 운동체로서 채용될 때는, 예컨대 모터사이클 등에서 엑셀레이터 그립의 회전 각도 등을 검출하는 것이 바람직하다.

더욱이, 이 운동체가 경량이기 때문에, 지지부 등의 마모가 있을 가능성이 현저히 감소된다. 따라서, 센서의 높은 정확도가 전 수명동안 유지되게 된다.

본 발명은 완전하고 명확한 개시를 위해 특정의 실시예에 대해 기술하고 있지만, 첨부된 청구항들은 이에 한정되지 않으며, 여기에 설명되는 기본 교지내에 정당하게 있는, 당업자에게 일어날 수 있는 모든 변경 및 대안적인 구성들을 실시함으로써 해석될 수 있다.

본 발명에 따라 자기 위치 센서를 구성함으로써, 상기에 설명된 바와 같이 10°와 240°사이의 자기력 변화의 사이클에 대응할 수 있는 자기 경로 구성을 가질 수 있으며, 또한 회전자 등과 같은 운동체를 지지하는 지지부 등의 수명의 변화에 의해 발생되는, 축선방향 코어변위와 같은 위치 변위에 의해 영향을 받지 않고 높은 정확도로 운동체의 위치를 검출할 수 있다.

Claims

사이에 공극을 형성하고 있는 제1 부재 및 제2 부재와,

제1 부재와 제2 부재에 대하여 상대적으로 회전하도록 공극내에 배열되어, 제1 부재와 제2 부재 각각에 대향하는 영구 자석과,

제1 부재와 제2 부재 중 적어도 하나의 부재에 배열되어, 자속의 변화를 검출하고 이 자속의 변화에 기초하는 자속 신호를 출력하는 적어도 하나의 자속 검출 부재와,

제1 부재와 제2 부재 중 어느 하나의 측부와 영구 자석의 측부가 장착되고, 소정의 축 주위로 회전할 수 있는 회전자와,

제1 부재와 제2 부재 중 어느 하나의 측부와 영구 자석의 측부가 장착되는 고정 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 위치 센서.
제1항에 있어서, 상기 영구 자석은 회전자의 회전 중심과 동심인 내주측 원호면과 외주측 원호면을 가지며,

상기 제1 부재는 영구 자석의 외측부에 배열되며, 회전자의 회전 중심과 동심인 내주측 원호면은 영구 자석의 외주측 원호면에 대향하도록 제1 부재에 형성되며,

상기 제2 부재는 영구 자석의 내측부에 배열되며, 또한 회전자의 회전 중심과 동심인 외주측 원호면이 영구 자석의 내주측 원호면에 대향하도록 제2 부재에형성되는 것을 특징으로 하는 자기 위치 센서.
제2항에 있어서, 상기 제1 부재는 내주측 원호면이 각각 형성되는 제1 고정자와 제2 고정자로 구성되며, 공간 수용부는 제1 고정자와 제2 고정자 사이에 형성되며, 외측면은 내주측 원호면과 대향되는 측면의 제1 고정자에 형성되며, 상기 공간 수용부에 대하여 제1 고정자의 외측면에 대향하는 내측면은 제2 고정자에 형성되며, 자속 검출 부재는 제1 고정자의 외측면과 제2 고정자의 내측면 사이의 공간 수용부내에 수용되는 것을 특징으로 하는 자기 위치 센서.
제2항에 있어서, 상기 제2 부재는 외주측 원호면이 각각 형성되어 있는 제1 고정자와 제2 고정자로 구성되며, 공간 수용부는 제1 고정자와 제2 고정자 사이에 형성되며, 공간 수용부에 대하여 각각 대향하는 대향면들은 제1 고정자와 제2 고정자에 각각 형성되며, 자속 검출 부재는 제1 고정자의 대향면과 제2 고정자의 대향면 사이에서 파지되는 상태로 수용되는 것을 특징으로 하는 자기 위치 센서.
제1항에 있어서, 상기 영구 자석은 제1 부재에 대향하는 측부와 제2 부재에 대향하는 측부에서 상이한 극성을 갖도록 자화되며, 또한 회전자의 회전 방향으로의 중심부의 경계상에서 극성이 역전되도록 자화되는 것을 특징으로 하는 자기 위치 센서.
제1항에 있어서, 상기 회전자의 회전 방향에서의 제1 부재와 제2 부재의 길이는 회전자의 회전 방향에서의 영구 자석의 길이와 회전자의 회전 거리의 합과 같거나 더 큰 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 자기 위치 센서.
제1항에 있어서, 상기 회전자의 스러스트 방향에서의 제1 부재와 제2 부재의 폭은 회전자의 스러스트 방향에서의 영구 자석의 폭과 회전자의 스러스트 방향으로의 변위량의 합과 같거나 더 큰 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 자기 위치 센서.
사이에 공극을 형성하고 있는 제1 부재 및 제2 부재와,

제1 부재와 제2 부재에 대하여 상대적으로 선형 왕복운동할 수 있도록 공극내에 배열되어, 제1 부재와 제2 부재 각각에 대향하는 영구 자석과,

제1 부재에 배열되고, 자속의 변화를 검출하여 상기 자속의 변화에 기초하여 자속 신호를 출력하는 하나 이상의 자속 검출 부재와,

제1 부재와 제2 부재 중 어느 하나의 측부와 영구 자석의 측부가 장착되어, 선형으로 왕복운동할 수 있는 가동 부재와,

제1 부재와 제2 부재 중 어느 하나의 측부와 영구 자석의 측부가 장착되는 고정 부재를 포함하며,

상기 제1 부재는 제1 고정자와 제2 고정자로 구성되며, 공간 수용부는 가동 부재의 선형 왕복운동 방향에 실질적으로 평행하도록 제1 고정자와 제2 고정자 사이에 형성되며, 자속 검출 부재는 상기 공간 수용부내에 수용되는 것을 특징으로하는 자기 위치 센서.
제8항에 있어서, 상기 영구 자석은 제1 부재에 대향하는 측부와 제2 부재에 대향하는 측부에서 상이한 극성을 갖도록 자화되며, 또한 가동 부재의 선형 왕복운동 방향에서의 중심부의 경계상에서 이 극성이 역전되도록 자화되는 것을 특징으로 하는 자기 위치 센서.
제8항에 있어서, 상기 가동 부재의 선형 왕복운동 방향에서의 제1 부재와 제2 부재의 길이는 상기 가동 부재의 선형 왕복운동 방향에서의 영구 자석의 길이와 상기 가동 부재의 선형 왕복운동 거리의 합과 같거나 더 큰 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 자기 위치 센서.
제8항에 있어서, 상기 가동 부재의 선형 왕복운동 방향에 직교하는 제1 부재와 제2 부재의 폭은 상기 가동 부재의 선형 왕복운동 방향에 직교하는 영구 자석의 폭과 상기 가동 부재의 선형 왕복운동 방향에 직교하는 방향으로의 변위량의 합과 같거나 더 큰 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 자기 위치 센서.