KR20070088294A - 공통 모드 교정 권선 및 단순화된 신호 조정을 가지는유도형 위치결정 센서 - Google Patents
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Abstract
회전 동작용 유도형 위치 센서는 송신기 코일 및 수신기 코일을 포함하며, 수신기 코일은 송신기 코일이 교류 전원에 의해 여기되는 경우에 수신기 신호를 발생한다. 가동 커플러 부재는 송신기 코일과 수신기 코일 사이의 유도 결합을 변형시켜서 수신기 신호가 커플러 부재 위치에 감응하도록 한다. 수신기 신호와 기준 신호 사이의 비율은 커플러 부재 위치에 감응하지만, 공통 모드 요소에 실질적으로 둔감하다. 위치 센서의 각도 범위 또는 위치 범위는 복수의 수신기 코일을 이용하여 증가될 수 있다.
유도 결합, 위치, 각도, 신호 조정, 출력 신호, 송신기 신호, 수신기 신호, 커플러 부재, 기준 신호, 센서
Description
본 발명은 피벗식 스로틀 페달과 같은 가동 부품의 위치를 측정하는 비접촉식 유도형 센서에 관한 것이다.
본 출원은 2005년 4월 7일자로 출원된 미국특허 가출원 제60/669,145호의 우선권을 주장하며, 그 기재 내용은 본 명세서에 원용되었다.
자동차와 같은 모터 차량에는 엔진의 속도를 제어하는 사용자 조작식 제어기가 제공된다. 일반적으로, 사용자 조작식 제어기는 하단부에 풋 페달을 가지는 페달 암을 포함하며, 일반적으로 가속 페달이라고 한다. 가속 페달은 엔진과 연관되는 엔진 스로틀 제어기에 스로틀 제어 신호를 제공한다. 종래에는, 가속 페달과 엔진 스로틀 제어기 사이가 기계적으로 연결되어 있으며, 스로틀 제어 신호는 기계 신호이다. 그러나, 최근에는 종종 플라이바이와이어(fly-by-wire)라고 하는 전자 제어식 스로틀 제어 시스템으로 추세가 바뀌고 있으며, 가속 페달 또는 다른 사용자 조작식 제어기가 엔진 스로틀 제어기와 전기적으로 통신 상태에 있고, 스로틀 제어 신호는 전자 신호이다. 상업성을 위해, 이러한 전자식 스로틀 제어 시스템은 신뢰적이어야 하며, 제조 비용이 지나치게 높지 않아야 한다.
가동 부품의 부품 위치를 결정하는 장치는, 전기에너지원에 의해 여기되었을 때 전자기 방사를 발생하는 송신기 코일, 상기 송신기 코일 근처에 배치되며 상기 송신기 코일과의 유도 결합으로 인해 여기되었을 때 수신기 신호를 발생하는 하나 이상의 수신기 코일, 및 커플러 부재를 포함한다. 상기 커플러 부재는 이동 가능하며, 예를 들어 기계적인 부착 또는 다른 기계적인 커플링에 의해 상기 부품 위치와 상호 연관되는 커플러 부재 위치를 갖는다. 커플러 부재는, 송신기 코일과 수신기 코일 사이의 유도 결합을 변경시켜서 수신기 신호가 부품 위치와 상호 연관되도록 하며, 금속 플레이트, 유도형 루프이거나, 복수의 유도형 루프를 포함할 수 있다.
커플러 부재의 회전 운동 또는 직선 운동은, 예를 들어 커플러 부재의 각도 위치의 함수로서, 송신기 코일과 수신기 코일 사이의 자속 결합(flux coupling) 변경에 의해, 송신기 코일과 수신기 코일 사이의 유도 결합을 변경시키도록 사용될 수 있다. 커플러 부재 위치는 페달 위치와 상호 연관될 수 있으며, 예를 들어 페달 이동은 커플러 부재의 각도 위치와 기계적으로 연결될 수 있다. 수신기 코일은 2개 이상일 수 있으며, 출력부는 센서의 각도 범위 또는 위치 범위를 확장시키도록 조합된다. 각도 범위 또는 다른 위치 범위는 세그먼트로 분할될 수 있으며, 각각의 세그먼트에 대한 수신기 신호는 세그먼트의 각도 범위에 따라 선택된다. 세그먼트 이력(history)을 계속해서 추적함으로써, 넓은 각도 범위 및 멀티-턴(multi-turn) 센서가 개발되었다.
기준 코일은, 송신기 코일이, 커플러 부재 위치와 실질적으로 독립적인 기준 코일과의 유도 결합으로 인해 여기되었을 때, 기준 신호를 발생한다. 기준 신호는, 예를 들어, 온도, 전송기의 여기 전압, 및 상대적인 코일 및 커플러 분리의 변화와 같은 공통 모드 요소로 인해, 커플러 부재 위치 변화와 연관되지 않는 수신기 신호에서의 임의의 변화를 보상하도록 사용될 수 있다. 비율비교(ratiometric) 신호를 형성하기 위해 전자 회로가 제공될 수 있으며, 이 비율비교 신호는 수신기 신호와 기준 신호의 비율이다. 비율비교 신호는 회전하는 커플러 부재의 각도 위치에 감응하지만, 공통 모드 요소에는 그렇지 않다. 회전하는 커플러 부재와 코일 어셈블리 사이의 간격은 기준 코일을 사용하기 위해 보정될 수 있다.
이러한 장치에서, 출력 신호는 위치 범위의 제1 세그먼트 위의 제1 수신기 신호, 및 위치 범위의 제2 세그먼트 위의 제2 수신기 신호로부터 얻어진다. 다른 세그먼트에 대하여 추가의 수신기 신호(다른 수신기 코일, 또는 제1 및 제2 수신기 신호의 변환된 형태로부터)가 사용될 수 있다. 각각의 세그먼트에는 바람직하게, 적어도 하나의 수신기 신호가, 얻어질 위치에 대한 출력 신호의 양호한 일차종속성(linearity)을 가능하도록 한다. 세그먼트 이력은 추적 및 보관될 수 있으며, 보관된 세그먼트 정보는 사용하기에 가장 양호한 수신기 신호를 선택하도록 이용된다. 선택된 수신기 신호는 변환되지 않은 수신기 신호 및 변환된 수신기 신호의 세트로부터 선택될 수 있다. 출력 신호는 위치 범위(예를 들어, 세타 각도의 위치 각도 주기)에서의 부품 위치에 따라 실질적으로 일차종속성일 수 있으며, 출력 전압은 위치 범위의 세그먼트에 따른 조절 값에 의해 조절되어, 하나의 세그먼트에서의 출력 전압은 인접하는 세그먼트의 출력 전압으로 완만하게 변화되도록 한다. 회전 센서에 있어서, 출력부는 회전하는 부품의 다중 회전으로 인해 위치 각도 범위가 반복되도록 하는 톱니일 수 있다.
도 1a는 기준 코일을 나타내고, 도 1b는 분할된 전자 전도체를 포함하는 커플러 부재를 나타내는 도면이다.
도 2는 한 쌍의 수신기 코일을 나타내는 도면이다.
도 3은 일차종속성 세그먼트가 선택될 수 있는 센서 출력 신호를 나타내는 도면이다.
도 4는 다수의 일차종속성 세그먼트로 구성되는 일차종속성 출력 신호를 나타내는 도면이다.
도 5는 일차종속성 세그먼트를 한정하기 위해 사용될 수 있는 교차점을 나타내는 도면이다.
도 6은 시스템의 블록다이어그램 및 신호 흐름을 나타내는 도면이다.
도 7은 멀티-턴 센서 시스템의 블록다이어그램이다.
본 발명의 실시예는, 자동차의 스로틀 페달 위치 또는 다른 가동 물체의 위치를 검출하도록 사용될 수 있는 유도형 위치 센서를 포함한다. 본 실시예에서, 센서는 송신기 코일 및 수신기 코일을 포함하며, 양자 모두 인쇄 회로 기판 상의 인쇄 회로 기술에 의해 형성된다. 송신기 코일과 수신기 코일 사이의 유도 결합은, 예를 들어 교류 전원에 의해 송신기 코일이 에너지를 받는 경우에 수신기 코일에 수신기 신호를 유도한다. 가동 물체에 부착되며 송신기 코일과 수신기 코일 사이의 유도 결합을 공간적으로 변경하는 커플러 부재는, 수신기 신호가 가동 물체의 위치를 찾는데 사용될 수 있도록 한다.
유도형 위치 센서는, 교류 전원에 의해 전력을 공급받는 송신기 코일 또는 여기 코일, 상기 송신기 코일에 의해 발생되는 시변자기장(time varying magnetic field)에 응답하여 유도된 신호를 발생하는 수신기 코일 또는 픽업 코일, 및 시변자기장이 커플러 부재의 위치 함수로서 수신기에 유도되는 전류를 변경시키는 커플러 부재에 와상 전류(eddy current)를 발생시키도록 상기 코일 근처에 위치되는 전자 전도성 부재를 포함할 수 있다.
커플러 부재는 자동차의 스로틀 페달과 같이 그 위치가 측정되어야 하는 가동 부품에, 커플러의 각도(또는 회전) 위치가 스로틀 부재의 위치 함수가 되도록, 연결될 수 있다. 따라서, 수신기 코일 또는 픽업 코일에 유도된 전압이, 수신된 전압 및 커플러 부재의 위치 검출에 의해 변화되고, 따라서 스로틀 플레이트가 결정될 수 있다. 이 신호는 자동차 엔진의 속도 제어에 이용될 수 있다.
개요
본 실시예의 유도형 위치 센서는 여기 교류 전원에 연결되는 송신기 코일, 및 수신기 코일을 포함한다. 송신기 코일 및 수신기 코일은 코일 어셈블리로서 동일한 인쇄 회로 기판 상에 지지되며, 본질적으로 동일한 평면, 또는 동일 기판의 상이한 측 또는 층에 위치된다. 가동 커플러 부재는 기판 근처에 지지되고, 송신기 코일과 수신기 코일 사이의 유도 결합을 변경시킨다. 일 실시예에서, 커플러 부재는 송신기 코일 및 수신기 코일 중 하나 또는 양자의 중심축일 수 있는 회전축을 중심으로 하여 회전된다. 커플러 부재 위치는, 송신기 코일과 수신기 코일 사이의 유도 결합을 변경시킴으로써 송신기 코일에 의해 유도된 수신기 신호의 진폭을 변경시킨다. 다른 실시예는 본 출원인의 미국특허출원 KSR-12902에 기재되어 있다.
수신기 신호의 진폭은 커플러 부재와 인쇄 회로 기판 사이의 간극의 함수로서, 제조 상황에 따라 임의의 정도로 변화된다. 간극은 물론, 여기 전압 또는 공급 전압, EMC, 및 온도 변화와 같은 다른 공통 모드 신호에 따른 변화에 대하여 수신기 신호를 교정하기 위해서, 기준 코일이 사용될 수도 있으며, 예를 들어 송신기 코일 및 수신기 코일로서 동일한 인쇄 회로 기판 상에 형성된다. 기준 코일은 수신기 코일과 마찬가지로 동일한 신호를 수신하지만, 기준 신호는 커플러 부재의 회전 위치 변화에 둔감하도록 구성된다. 신호 조정 회로(또는 신호 조정기)는 수신기 신호 및 기준 신호를 수신하며 수신기 신호와 기준 신호의 비율을 나타내는 비율 신호를 형성한다. 비율 신호는 커플러 부재 위치와 상호 연관되지만, 적절한 변화 내에서, 간극 변화 및 다른 공통 모드 요소와는 실질적으로 독립적일 수 있으며, 이에 대하여는 후술하기로 한다.
인쇄 회로 기판은 전기에너지용 입력부 및 수신기 신호와 기준 신호를 제공하는 출력부를 가지도록 구성될 수 있다. 또는, 기판 상의 전기 회로는 수신기 신 호와 기준 신호의 비율인 비율 신호를 발생하도록 이용될 수 있다. 신호 처리 회로는 기준 신호에 의해 수신기 신호를 분할하여 커플러 위치의 함수가 아닌 신호 변화를 실질적으로 제거하도록 이용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 유도형 센서는, 콜피츠 발진기(Colpitts oscillator)와 같은 교류 전원에 연결되는 송신기 코일(여기 코일이라고 할 수도 있음), 수신기 코일, 및 송신기 코일과 수신기 코일에 물리적인 관계로 지지되는 커플러 부재를 포함하여, 커플러 부재의 위치가 송신기 코일과 수신기 코일 사이의 유도 결합의 강도에 영향을 미치도록 한다.
송신기 코일
송신기 코일은 종래의 환형 코일 형태인 하나 이상의 루프일 수 있거나 다른 형태가 사용될 수 있다. 여기 코일이라고도 할 수 있는 송신기 코일은 교류 전원에 의해 여기된다. 여기 전원 또는 교류는 콜피츠 발진기와 같은 전자 발진기 또는 다른 전자 발진기일 수 있다.
송신기 코일은, 전기에너지에 의해 여기되면, 전자기장을 형성한다. 송신기 코일과 임의의 다른 인접 코일 사이에는 유도 결합이 존재하여 코일에 신호를 유도한다. 송신기 코일은 하나 이상의 턴(turn)을 가지는 환형 코일일 수 있다. 여기 신호는 교류 전원에 의해 송신기 코일에 제공된다. 송신기 코일과 수신기 코일 사이의 유도 결합은 수신기 코일에 수신기 신호를 발생시킨다.
커플러
부재
커플러 부재는 송신기 코일과 수신기 코일 사이의 유도 결합을 변경시킨다. 커플러 부재는, 편리한 구성이라면, 송신기 코일과 수신기 코일 사이에 위치될 필요가 없다. 또한, 커플러 부재는, 송신기 코일과 수신기 코일 사이의 전체 자속 결합을 변경시킬 필요가 없고, 단지 자속 결합의 공간적 분포만을 변경시킬 수 있다. 커플러 부재는, 유도성 플레이트인 경우, 와류 플레이트(eddy plate)라고도 할 수 있다.
커플러 부재는, 형상이 대략 편평하고 반경방향으로 연장되는 하나 이상의 로브(lobe)를 포함할 수 있는 도전성 부재일 수 있으며, 로브가 인쇄 회로 기판에 평행하고 근접되게 이격되어 송신기 코일 및 수신기 코일의 중심선 둘레에서 회전되도록 지지될 수 있다. 로브의 형상은 주로 수신기 코일의 형상에 좌우될 수 있다. 커플러 부재는 가동 물체에 부착되거나 기계식으로 결합되어, 그 회전 위치가 가동 물체의 위치 함수가 되도록 한다. 코일은, 커플러 부재의 위치 함수인 수신기 코일의 출력에서 전압이 발생하도록 구성되며, 이에 대하여는 후술하기로 한다. 차량에 대한 응용에서, 커플러 부재는 가동 페달 암 또는 차량의 다른 제어 암에 부착되거나 기계식으로 결합되어, 그 회전 위치가 가동 암의 위치 함수가 되도록 한다.
커플러 부재는 수신기 코일에 대하여 초기 위치를 가질 수 있으며, 이 때 수신기 신호는 최소이다. 커플러 부재가 초기 위치로부터 이동함에 따라, 송신기 코일과 수신기 코일 사이의 유도 결합을 변경시킨다. 본 발명의 실시예에서는, 커플러 부재의 초기 구성에서, 수신기 코일 내에 유도된 전위는 동일한 크기이고 반대 위상을 가져서, 서로 상쇄되는 경향이 있다. 커플러 부재가 회전함에 따라, 송신 기 코일과 제1 루프 형상 사이의 유도 결합이 변경되고, 수신기 코일 내에 유도된 전위는 더 이상 상쇄되지 않아 수신기 신호가 증가된다.
수신기 코일
상이한 구조를 가지는 수신기 코일에 의해 하나 이상의 수신기 신호가 제공된다. 수신기 신호는 자속 결합에 의해 루프 형상으로 유도된 여러 전위로부터 송신기 코일로의 기부를 포함할 수 있다. 수신기 코일은 각각 제2 전위를 제공하는 제1 루프 형상 및 제2 루프 형상을 포함할 수 있으며, 코일은 커플러 부재 없이 전위를 상쇄시키도록 구성된다. 커플러 부재가 존재하면, 제1 전위 및 제2 전위는 커플러 부재의 각도 위치에 따라 상이하게 변경된다.
예를 들어, 제1 루프 형상 및 제2 루프 형상은, 반대 위상의 신호를 발생하고, 수신기 신호는 제1 신호 및 제2 신호의 조합이 되고, 따라서 수신기 신호는 제1 신호 및 제2 신호가 동일한 크기를 가지는 경우에 최소 값을 가지도록 구성될 수 있다. 수신기 신호는 또한 상이한 신호로 칭할 수 있는데, 수신기 신호의 크기가, 제1 루프 형상에 유도된 제1 신호 진폭과 제2 루프 형상에 유도된 제2 신호 진폭 사이의 크기이기 때문이며, 이러한 형상을 차이 구조라고 부른다. 본 발명의 다른 실시예에서, 수신기 코일은 프로세싱을 위해 별도의 루프 구조로부터 전자 회로에 별도의 제1 신호 및 제2 신호를 제공할 수 있다.
싱글 수신기 코일의 제1 및 제2 루프 형상은 수신기 코일을 통과하는 자속 변화에 대하여 반대 극성의 제1 및 제2 전압을 제공하도록 구성될 수 있다. 수신기 코일은, 제1 및 제2 신호가 커플러 부재 없이 서로 상쇄되도록 구성될 수 있다. 커플러 부재는 또한, 제1 루프 형상 및 제2 루프 형상에 동등하게 자속 전달을 차단하는 제로 위치를 가질 수 있어서, 제1 신호 및 제2 신호가 서로 효과적으로 상쇄된다. 커플러 부재가 초기 위치에 대하여 제1 방향으로 이동함에 따라, 제2 신호를 유도하는 자속을 보다 많이 차단하는 동시에, 제1 신호를 유도하는 자속을 보다 적게 차단한다. 이로 인해, 제1 신호의 크기가 증가되고, 제2 신호의 크기가 감소되며, 수신기 신호의 크기는 증가된다. 커플러 부재는 또한, 제2 신호의 크기가 증가되고 제1 신호의 크기는 감소되는 제2 방향으로 이동 가능하다.
넓은 각도 범위 및 멀티-턴 코일
본 발명의 실시예는 또한, 멀티-턴 센서와 같은 넓은 각도 범위 센서를 포함한다. 멀티-턴 센서는 예를 들어 서로 오프셋된 각도를 가지는 2개 이상의 다극(multi-pole) 코일을 이용하는 복수의 수신기 코일을 포함할 수 있다. 상기 센서는 신호 조정용 ASIC 모듈을 가지는 전자 모듈을 포함할 수 있다. 전자 모듈은 기준 코일, 하나 이상의 수신기 코일, 및 교류 전원에 의해 여기되어 전자기장을 발생하는 송신기 코일과 같은 코일을 지지하는 인쇄 회로 기판을 포함할 수 있다. 멀티-턴 감지에 있어서, 가상 접지(virtual ground)는 다수의 턴에 의해 조절될 수 있으며, 센서의 회전 이력은 논리 스택(logic stack)에 의해 관리된다. 어느 수신기 신호가 사용되는 가에 대한 결정은 논리 회로에 의해 결정된다. 복수의 수신기 코일 중 하나는 결정된 신호 전압에 도달되는 경우에 멀티플렉서(multiplexer)를 이용하여 선택된다.
예를 들어, 3극 커플러 부재를 이용하는 경우, 싱글 수신기 코일의 각도 범 위는 약 30도일 수 있다. 가상 접지 레벨은 이 각도 범위의 다중 수에 따라 설정될 수 있다. 센서 시스템의 각도 범위는 3개의 수신기 코일 및 세그먼트 관리를 이용하는 경우에 120도일 수 있다. 회전 이력은 예를 들어 링크된 리스트 데이터 구조를 가지는 스택 조작을 이용하여 메모리에 저장될 수 있다. 가상 접지 조절기는 평탄 전압(plateau voltage)의 조절에 사용되는 것과 유사하게 사용될 수 있다.
출력 전압은 위치에 따라 전체적으로 일차종속성(linear)일 필요가 없다. 이용 가능한 일차종속성의 범위는 가상 접지에 대한 외삽법(extrapolation)으로 결정될 수 있으며, 이것은 실제 접지에 대하여 음전압일 수 있다. 비율 신호는 (수신기 신호 + A)/(기준 신호 + B)의 비율로서 형성될 수 있으며, 기준 신호 및 수신기 신호는 예를 들어 수신기 신호 및 기준 신호 각각에 대한 복조(demodulating) 및 로우패스 필터링(low-pass filtering)에 의해 얻어지는 직류 전압을 말한다. A 및 B는 약간의 비일차종속성 응답에 대하여 일차종속성으로 간주하기 때문에, 가상 접지 교정을 말한다. 이용 가능한 일차종속성 범위의 폭은 정확한 특정에 의해 결정될 수 있다. 교정을 의미하는 A 및 B는 마찬가지로 매우 유사하며, A 및 B 모두에 대하여 동일한 값이 사용될 수 있다.
출력 전압 범위는 상부 평탄 및 하부 평탄으로 클램프될 수 있다. 게인 기울기(gain slope)를 원하는 값으로 조정하기 위해 트림 레지스터(trim resistor)를 이용하여 트림이 사용된다. 예를 들어 카본 스트립을 태움으로써 레지스터를 레이저 트리밍하는 것이 이용될 수 있거나, 일부의 응용에서는 종래의 회전 와이퍼 가변 레지스터가 사용될 수도 있다. 자동차의 전자 스로틀 제어 응용에서, 이러한 트림 단계는 공장 조정(factory adjustment) 중에 한번 실행될 수 있다. 이것은 비율비교 감지가 이용되는 경우에 매우 효과적이다.
도 1a는 상이한 구조를 가지는 기준 코일(10)을 나타낸다. 코일의 평면을 통과하는 자속 변화를 위해, 코일의 내측 턴(12) 및 외측 턴(14)에 양방향 전위가 유도된다. 참조부호 16과 같은 레이디얼 구조에는 작은 전위가 발생된다. 내측 턴이 외측 루프보다 작은 직경을 가지기 때문에, 보다 내측의 턴은 외측 턴에 유도된 전위를 상쇄시킬 필요가 있다. 기준 코일이 외경(Do) 및 내경(Di)을 가지는 경우, 기준 코일의 형상은 커플러 부재가 제거되는 경우에 기준 출력이 0이 되도록 한다. 출력부(18)에서의 기준 신호는 내측 턴에 발생된 전위 및 외측 턴에 발생된 대향 전위로부터 발생된다. 커플러 부재는, 기준 코일 근처에 위치되는 경우, 외측 턴으로 유도되어 결과적으로 기준 신호가 되는 유도 결합의 일부분을 차단한다. 기준 신호는 실질적으로 커플러 부재의 회전 위치와 무관하지만, 커플러 부재와 기준 코일 사이의 간극에 감응하다. 기준 코일은 코일 형상의 레이디얼 부분에 유도된 신호를 상쇄시키도록 설계될 수 있다.
균일한 자속을 가정하는 근사식(approximate formula)은 niDi 2 = noDo 2이고, ni는 내측 턴의 수이며 no는 외측 턴의 수이다. 이 실시예에서, 기준 코일은 1개의 외측 턴 및 2개의 내측 턴을 갖는다. 구성된 장치에서, 자속 강도는 외주 쪽으로 더 강한 것이 확인되었다. 코일은 17.7㎜의 직경을 가지는 2개의 내측 턴(또는 14.4㎜의 직경을 가지는 3개의 내측 턴) 및 25㎜의 직경을 가지는 외측 턴을 가졌 다. 기준 코일은, 커플러 부재가 분리되었을 때 기준 신호가 0이고 커플러가 기준 코일에 근접되는 경우에 최대 신호가 되도록, 실험에 의해 조절될 수 있다. 특정의 경우, 유효 간극에 대하여 동일한 특성 곡선이 되도록 하기 위해 커플러가 제거되는 경우에 0이 될 필요가 없으며, 이것은 일부의 응용에 유용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 상이한 형상을 가지는 것이 바람직한 기준 코일이 제공되어, 커플러 부재의 위치와 실질적으로 무관한 기준 신호가 제공된다. 그러나, 기준 신호는 동일한 요소가 될 수 있으며, 이것은 일반적으로 공통 모드 요소라고 하며, 수신기 신호의 강도에 영향을 미친다. 공통 모드 요소는, 커플러 부재와 송신기(또는 수신기) 코일 사이의 커플러 간극, 송신기 코일에 인가되는 여기 전압의 변화, 수신기 노이즈를 포함하는 주변 전자기장, 온도 변화 등 중에서 하나 이상을 포함할 수 있다.
유도형 센서는, 센서의 출력이 센서의 여러 제조 형태와 무관하게 표준 형태를 취하도록 캘리브레이션(calibration) 될 수 있다. 자동차 시스템에서, 코일(인쇄 회로 기판 상에 지지될 수 있음)과 커플러 부재(가속 페달에 링크) 사이의 커플러 간극은 수신기 코일에 유도된 신호에 강력하게 영향을 미치며, 이 커플러 간극은 대량 생산 공정에서는 정밀하게 조절하는 것이 곤란하다. 그러나, 캘리브레이션 공정은 에러 및 비용 상승의 원인이 될 수 있다.
종래의 유도형 센서는 온도와 같은 공통 모드 요소에 대하여 광범위한 캘리브레이션 곡선을 요구한다. 예를 들어, 종래의 유도형 센서는 온도 센서, 온도 보정 요소의 참조표, 및 온도 보정을 위한 회로를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 비율비교 신호를 이용하면 이러한 추가적인 복잡성 및 연관되는 비신뢰성이 제거될 수 있다.
수신기 신호와 기준 신호의 비율인 비율 신호를 결정함으로써, 공통 모드 요소의 영향이 상당히 억제될 수 있어서, 비교 신호는 공통 모드 요소와 실질적으로 무관하지만 커플러 위치와는 상호 연관된다. 비율 신호는 아날로그 회로를 이용하여 전체적으로 결정될 수 있으며, 디지털 로직의 복잡성 및 처리 지연을 피할 수 있고, 또한 고해상도 아날로그-디지털 변환기가 필요하지 않게 된다.
기준 코일의 크기는 수신기 코일과 유사할 수 있지만, 송신기 코일에 의해 기준 코일에 유도된 기준 전압이 커플러 부재의 위치와 실질적으로 무관하도록 구성될 수 있다. 송신기 코일과 기준 코일 사이의 유도 결합은, 송신기 코일과 수신기 코일 사이의 유도 결합의 영향과 마찬가지로 유사한 공통 모드 요소에 의해 영향을 받는다. 이들 요소는, 커플러 부재와 송신기 코일 및 수신기 코일을 지지하는 인쇄 회로 기판 사이의 간극, 또는 커플러 부재와 송신기 코일 사이의 간극, 또는 송신기 코일을 지지하는 다른 구조를 포함한다. 기준 코일을 이용하여 보정될 수 있는 다른 공통 모드 요소는, 송신기 코일에 대한 교류 전원 공급의 변화에 따른 수신기 신호 변화, 센서 작동과 연관되지 않은 이탈 전자기 신호로부터 유도된 전압에 따른 변화, 온도 변화 등을 포함한다.
도 1b는 회전 센서용 커플러 부재를 나타내며, 비도전성 기재(22) 상의 분할된 도전성 영역(20)을 포함한다. 커플러 부재가 없으므로 기준 코일로부터의 신호가 없다. 특정의 경우, 유효 간극에 대하여 동일한 특성 곡선이 되도록 하기 위해 커플러가 제거되는 경우에 0이 될 필요가 없으며, 이것은 일부의 응용에 유용할 수 있다. 그러나, 기준 코일은, 커플러 부재와 평행하게 근접하여 위치되는 경우에 기준 신호를 형성하며, 이 기준 신호는 커플러 부재와 기준 신호 사이의 간극과 상호 연관된다.
바람직하게, 커플러 부재 세그먼트의 내경은 수신기 코일의 내경과 거의 동일하다. 외경은 송신기 코일의 직경과 거의 동일하거나 작다.
커플러 부재는 회전 디스크 상에 지지될 수 있다. 전자 스로틀 응용에 있어서, 페달을 밟으면 커플러 부재가 회전되고, 이것은 본 발명에 따른 유도 센서에 의해 검출된다.
도 2는 더블 수신기 코일 구조를 나타낸다. 더블 수신기 코일은, 서로 90도의 전위로 배치되도록 배열되는 2개의 수신기 코일(40, 42)을 포함하고, 각각의 수신기 코일은 상이한 신호를 형성하도록 전방 및 후방 코일 쌍을 갖는다(2개의 수신기 신호는 위상으로부터 얻어진다). 2개 이상의 수신기 코일을 사용함으로써, 제1 코일의 일차종속성 영역을 벗어난 각도 위치가 측정될 수 있다. 검은 원(44)은 회로 기판을 통과하는 포스트를 나타내며 일부 연결은 생략되었다. 도면은 반대 방향으로 배치된 2세트의 대략 L자 형상의 도체를 나타낸다.
도 3은 제1 및 제2 수신기 코일(각각 #1, #2로 나타냄)로부터 얻어진 신호를 나타내는 도면이다. 이들 2개의 신호는 굵은 선으로 강조된 일차종속성 영역을 나타낸다. 또한, 이들 2개의 신호는 2개의 수신기 코일(각각 #1', #2'로 나타냄)로부터 제3 및 제4 신호를 제공하도록 변환될 수 있다. 이 실시예에서, 제1 수신기 코일은 0-30도 범위에서 일차종속성 위치 측정이 가능하도록 한다. 30도의 측정된 각도에서, 제2 수신기 코일로부터의 정보는 60도의 각도 범위로 확장될 수 있도록 하며, 변환된 신호를 이용하여 120도의 각도 측정 영역까지 더 확장된다. 그러므로, 각도 범위에 따라, 일차종속성 세그먼트 중 하나를 선택하기 위해 센서 전자장치가 사용될 수 있다. 도면에는 가상 접지(VG) 레벨도 도시되었다.
도 4는 넓은 각도 범위에서 센서 시스템으로부터 일차종속성 센서 출력이 어떻게 얻어지는 가를 나타낸다. 세그먼트 번호의 추적을 유지하기 위해 스택 카운터가 사용되고, 여러 신호의 일차종속성 위치로부터 광범위한 일차종속성 출력을 얻기 위해 출력 전압에 전압 오프셋이 추가된다.
논리 회로(스택)는 하나의 유닛을 밀어 넣거나 끄집어내고, 따라서 변압기는 유닛의 전압 레벨을 증감시킨다. 스택의 값에 대응되어 세로좌표를 따라 카운트가 표시되었다. 논리 유닛은 스택의 깊이에 따라 디지털-아날로그(DS) 변환기의 스위치 상태를 유지한다. 3극 커플러 부재를 이용하는 경우, 적절한 최대 일차종속성 범위는 30도이다. 전압 레벨은, 도 5와 관련하여 후술하는 바와 같이, 검출된 교차점의 수, 또는 이동된 세그먼트의 수에 따라 설정될 수 있다. 따라서, 일차종속성 신호의 각도 범위는 3개의 세그먼트의 경우 적어도 120도일 수 있다. 데이터 구조의 링크된 리스트를 스택 조작함으로써 레코드가 유지될 수 있다.
도 5는 하나의 신호로부터 다른 신호로 이동되는 지점으로서의 여러 신호 사이의 교차점의 선택을 나타낸다. 교차점(XP로 나타냄)에서, 일차종속성 출력을 얻기 위해 오프셋 전압이 조정된다. 오프셋 전압은 조절 가능한 가상 접지를 이용하 여 얻어질 수 있으며, 예를 들면 하나의 입력에 대한 스위치 가능한 전위 디바이더를 가지는 증폭기를 이용한다. 도 3에 도시한 바와 같이, 그래프는 변환된 신호를 따라, 제1 및 제2 수신기 신호(#1, #2)를 나타낸다.
원하는 신호를 선택하기 위해 비교기/선택기 회로가 이용될 수 있다. 이 실시예에서 제1 결정 지점은 30°이다. 비교기는 제1 수신기 신호와 제2 수신기 신호를 비교하며, 이들은 특정 허용오차 내에서 동일하다. 그리고, 신호 선택기는 변환된 형태의 제2 수신기 신호를 선택하여, 전과 동일한 방향으로 신호가 일차종속성으로 증가되도록 한다.
멀티-턴 작동에 있어서, 가상 접지는 세그먼트(또는 턴)의 수에 따라 조절되며, 세그먼트 이력( 및 이에 따른 턴 이력)은 스택에 의해 관리된다. 비율비교 신호를 선택하기 위해 논리 유닛이 사용될 수 있다. 다중 신호 중 하나는 소정의 신호 값에 도달하였을 때 멀티플렉서를 이용하여 선택될 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 멀티-턴 센서를 간단하게 나타낸다. 이 도면은 제1 및 제2 수신기 코일(40, 42)을 보여준다. 각각의 수신기 신호는 정류기(44, 48)에 의해 정류되고 변환기(46, 52)에 의해 변환된다. 비교기(52)는 도 5에 도시된 바와 같은 교차점을 선택하여 사용되는 신호를 선택한다. 어느 세그먼트가 사용되는 가를 추적하기 위해 스택 관리자가 사용되고, 전압 레벨 조정기(54)는 신호에 오프셋 전압을 추가하여 일차종속성 출력을 얻도록 한다.
우측 하부의 박스들은 신호 흐름을 요약한다. 박스(58)는 스택 관리자로부터의 데이터를 이용하여 VLA를 가지는 신호의 조정을 나타낸다. 박스(60)는 외부 트림 가능한 레지스터를 이용하여 게인을 설정하는 것을 나타낸다. 박스(62)는 외부 트림 가능한 레지스터를 이용하여 평탄하게 설정하는 것을 나타낸다. 박스(64)는 지너 제핑(Zener zapping)을 이용하여 가상 접지를 조정함으로써 신호를 캘리브레이션하는 것을 나타낸다. 캘리브레이션 데이터는 디지털 형태로 저장될 수 있고, 출력 전압을 원하는 범위로 조절하기 위해 디지털-아날로그 변환기를 이용한다.
도 7은 멀티-턴 센서 시스템에 대한 블록 다이어그램을 나타낸다. 이 시스템은, 송신기 코일(102), 기준 코일(104), 및 2개의 수신기 코일(106, 108)을 포함하는 코일 본체(100)를 포함한다. 전자 모듈(110)은 기준 신호(112)용 위상 감응 정류기, 제1 및 제2 수신기 신호(114, 116)용 정류기/변환기, 비교기(118), 추가기(adder)(120), 아날로그 디바이더(122), 출력 증폭기(126), 송신기 코일을 구동시키는 발진기(128), 캘리브레이션용 전류가 출력되는 5비트 DAC(130), 360도 위치결정을 위한 것으로 4비트 디지털-아날로그 변환기(DAC)를 포함하는 전압 레벨 조정기(132), 및 전압 클램프(134)를 포함한다. 트림 가능한 레지스터(136, 138)는 게인 및 클램프 전압이 각각 조정될 수 있도록 한다. 클램프 전압은 부하 레지스턴스(140)를 통해 외부의 출력 전압이 통과하지 못하도록 제한한다. 논리 유닛(112)은 지너 제퍼(114) 및 카운터/스택(116)을 포함한다. 외부 캘리브레이션 장치(124)는 병렬-직렬 변환기(118)를 구비하여 논리 유닛과 통신하는 외부 아날로그-디지털 변환기, 및 캘리브레이션을 위해 출력 전압을 측정하는 전압 측정 장치(122)를 포함한다.
송신기 코일(102)은 송신기 코일의 단부와 연결되는 교류 전원(128)에 의해 에너지를 얻는다. 에너지를 얻은 송신기 코일은 전자기장을 발생하며, 유도 결합에 의해 기준 코일(104) 및 2개의 수신기 코일(106, 108)에 신호가 유도되도록 한다. 송신기 코일과 기준 코일과 2개의 수신기 코일 사이의 유도 결합은, 유도 영역을 가지는 회전 디스크와 마찬가지로, 커플러 부재에 의해 변경(감소)된다. 그러나, 송신기 코일과 기준 코일 사이의 유도 결합은 회전하는 커플러 부재의 각도 위치에 대하여 감응하지 않는다. 이와는 대조적으로, 수신기 신호는 회전하는 커플러 부재의 각도 위치에 대하여 감응하여, 선택된 수신기 신호와 아날로그 디바이더(122)에 의해 형성된 기준 신호의 비율이 회전하는 커플러 부재의 각도 위치와 상호 연관되며 송신기 코일과 회전하는 커플러 부재 사이의 간극과 같이 공통 모드 요소를 위해 교정된다. 회전하는 커플러 부재의 회전은 송신기 코일과 2개의 수신기 코일 사이의 유도 결합을 변경시키지만, 송신기 코일과 기준 코일 사이의 유도 결합에 상당한 영향을 미치지 않는다.
멀티-턴 센서에 대하여 상이한 출력 형식이 선택될 수 있다. 하나의 출력 형식은 360도 톱니 신호일 수 있고, 다른 출력 형식은 180도 톱니 신호일 수 있으며, 또 다른 출력 형식은 90도 톱니 신호일 수 있다. 자동차에 대한 응용에 있어서, 출력 전압은 0.25V 내지 4.75V일 수 있다. 싱글 일차종속성 톱니 신호는 3극 수신기 코일의 실시예의 경우에 30°일차종속성 센서 신호의 12개의 세그먼트로 이루어진다. 6극 수신기 코일이 이용되는 경우, 싱글 톱니 신호는 22.5°의 24개의 세그먼트를 가지게 된다. 따라서, 전압 레벨 조정 및 논리/스택은 5비트 성능이 되어야 한다.
다른 대안적인 접근에서, 위치 범위의 세그먼트에 따라, 복수의 수신기 신호로부터 수신기 신호를 선택하기 위해 (멀티플렉서와 같은) 선택기가 사용된다. 이러한 정보는 카운터/스택 배열을 포함하는 논리 유닛으로부터 얻어질 수 있다. 그리고 선택된 수신기 신호는 위상 감응 정류기를 통과하여 아날로그 디바이더로 보내진다. 아날로그 디바이더에 대한 제2 입력은 기준 코일로부터 위상 감응 정류기를 통과하여 아날로그 디바이더로 보내진 기준 신호이다. 논리 유닛은 또한, 일차종속성 출력을 얻기 위해 위치 범위의 세그먼트 각각에 대한 출력 전압을 적절하게 조절하기 위해, 가상 접지 레벨 조절기를 제어할 수 있다. 예를 들어, 가상 접지 레벨 조절기는 4비트 DAC를 포함할 수 있으며, 아날로그 가상 접지 출력을 제어하기 위해 4개의 레지스터 배열이 사용된다. 예를 들어, 6비트 DAC를 이용하여, 가상 접지 레벨 조절기를 통해 캘리브레이션이 이루어질 수 있다. 초기 값, 하부 및 상부 평탄 전압은 초기 캘리브레이션 단계에서 검출될 수 있고, 요구되는 평탄 값이 되도록 레지스터의 적절한 조합을 결정하기 위해 논리 유닛이 프로그램된다. 이 캘리브레이션은 제조 시에 단 한번만 실시되면 되며, 종래의 많은 장치에 비해 상당한 장점이다.
응용
본 발명의 실시예의 응용은, 모니터링될 위치에 커플러 부재가 가동 부품에 부착되는 장치를 포함하고, 송신기 코일, 수신기 코일, 및 지지 회로는 인쇄 회로 기판과 같은 기재 상에 배치된다. 기재는 하우징 또는 가동 부품이 내부에서 움직 이는 다른 구조에 수용 가능하거나 그 근처에 고정된다. 예를 들어, 가동 부품은 페달일 수 있으며, 페달 하우징은 코일이 인쇄된 인쇄 회로 기판을 수용하도록 구성될 수 있다. 제조 어셈블리의 변화는 커플러 부재와 인쇄 회로 기판 사이의 간극 변화를 가져올 수 있으며, 기준 코일의 사용으로 인해 고비용의 캘리브레이션 공정이 필요 없이 이러한 제조 변화에 대한 보정이 가능하다. 차량의 응용에서, 커플러 부재는 스로틀 페달에 기계적으로 연결되어 그 회전 위치가 스로틀 페달 위치의 함수가 되도록 한다.
코일 배치는 광범위한 형태를 취할 수 있다. 예를 들어, 코일은 상이한 수의 극을 가지고 권취될 수 있으며, 이것은 센서의 위치 해상도에 영향을 미친다. 수신기 코일은, 커플러 부재의 위치가 수신기 신호의 진폭을 변조시키도록 구성된다. 기준 코일은, 사용되는 경우에, 기준 코일이 커플러 부재의 위치와 실질적으로 무관하도록 구성되어, 기준 코일 및 수신기 코일을 이용하여 얻어지는 비율 신호 또한 커플러 부재의 위치와 상호 연관되지만, 온도와 같은 요소와는 실질적으로 무관하다.
일 실시예에서, 송신기 코일, 수신기 코일, 및 기준 코일은 커플러 부재 근처에 위치되는 다층 인쇄 회로 기판일 수 있는 인쇄 회로 기판 상에 형성된다. 다른 실시예에서, 코일은 별도의 구조체 상에 형성될 수 있다. 커플러 부재는 위치가 측정되어야 하는 가동 부품의 내장 부품일 수 있거나, 가동 부품에 부착될 수 있거나, 기계적으로 결합되어, 커플러 부재의 위치가 가동 부품의 위치와 상호 연관되도록 한다. 본 발명의 실시예는 각도 센서, 회전속도 센서, 및 거리 센서를 포함하며, 거리는 가동 부품의 전체 각도 회전으로부터 결정된다.
본 발명에 따른 유도형 센서는, 교류 전원에 의해 여기되는 송신기 권선, 수신기 권선, 스로틀 페달에 연결되며 수신기 코일에 유도된 송신기 신호의 진폭을 변화시키도록 권선과 관련하여 위치되는 회전식 커플러 부재, 및 수신기 신호와 유사하며 커플러 회전 위치와 실질적으로 무관한 신호를 수신하는 제3 코일을 채용하는 센서를 포함하고, 다른 공통 모드 신호와 마찬가지로 커플러와 코일 사이의 간극 변화에 대하여 수신된 신호를 보정하도록 이용된다.
차량 응용에 있어서, 커플러 부재는 스로틀 페달에 기계적으로 연결될 수 있어서 그 회전 위치가 스로틀 페달 위치의 함수가 된다. 본 발명의 실시예의 응용은, 모니터링될 위치에 커플러 부재가 가동 부품에 부착되는 구성을 포함하고, 송신기 코일, 수신기 코일, 및 지지 회로는 인쇄 회로 기판과 같은 기재 상에 배치된다. 기재는 하우징 또는 가동 부품이 내부에서 움직이는 다른 구조에 수용 가능하거나 그 근처에 고정된다. 예를 들어, 가동 부품은 페달일 수 있으며, 페달 하우징은 코일이 인쇄된 인쇄 회로 기판을 수용하도록 구성될 수 있다. 제조 어셈블리의 변화는 커플러 부재와 인쇄 회로 기판 사이의 간극 변화를 가져올 수 있으며, 기준 코일의 사용으로 인해 고비용의 캘리브레이션 공정이 필요 없이 이러한 제조 변화에 대한 보정이 가능하다. 다른 위치 센서의 응용은, 전자 스로틀 제어, 흡입관 밸브, 제동 제어, 조향, 연료 탱크 레벨 판독, 및 기어 선택기 샤프트를 포함한다.
본 발명의 실시예는, 자동차 응용에서 피벗식 스로틀 페달과 같은 가동 부품 의 위치를 측정하고 차량 제어를 위한 부품의 위치에 직접 비례하는 전기 신호를 발생시키는 비접촉식 유도형 센서에 사용되는 신호 조정 시스템, 보다 구체적으로는 유도형 센서와 함께 작동되는 신호 조정 시스템을 포함한다. 유도형 센서는 바람직하게 적어도 3개의 권선을 가지며, 이 권선은 캐리어 신호를 발생시키는 송신기 코일, 위치가 측정될 부품에 결합되는 커플러 부재에 의해 변조되어 캐리어 신호를 검출하는 수신기 코일, 및 캐리어 신호를 수신하지만 회전자의 위치에 의해 영향을 받지 않도록 권취되어 회전자와 3개의 권선 사이의 간극의 변화에 대한 회전 변조기 신호 및 전원 공급 불안정과 같은 공통 모드 신호를 고정하는데 사용될 수 있는 신호를 발생하도록 권취되는 기준 코일을 포함한다. 본 발명의 실시예는 저장 온도 캘리브레이션 데이터를 필요로 하지 않으며, 이로 인해 기준 신호를 통해 공통 모드 요소가 보정된다.
본 발명에 따른 멀티-턴 센서는 속도 및/또는 거리 센서로서 사용될 수 있다. 휠 직경과 같은 정보는 이러한 동작 요소를 얻기 위해 사용될 수 있다.
다른 구성
코일 배치는 광범위한 형태를 취할 수 있다. 예를 들어, 코일은 상이한 수의 극을 가지고 권취될 수 있으며, 이것은 센서의 위치 해상도에 영향을 준다. 수신기 코일은, 커플러 부재의 위치가 수신기 신호의 진폭을 변조시키도록 구성된다. 수신기 코일은, 커플러 부재의 위치가 수신기 신호의 진폭을 변조시키도록 구성된다. 기준 코일은, 사용되는 경우에, 기준 코일이 커플러 부재의 위치와 실질적으로 무관하도록 구성되어, 기준 코일 및 수신기 코일을 이용하여 얻어지는 비율 신 호 또한 커플러 부재의 위치와 상호 연관되지만, 온도와 같은 요소와는 실질적으로 무관하다.
일 실시예에서, 송신기 코일, 수신기 코일, 및 기준 코일은 다층 인쇄 회로 기판일 수 있는 인쇄 회로 기판 상에 인쇄된다. 다른 실시예에서, 코일은 별도의 구조체 상에 형성될 수 있다.
다른 실시예에서, 송신기 코일은 하나 이상의 턴을 가지는 루프일 수 있다. 이 실시예는 제1 루프 형상 및 제2 루프 형상을 포함할 수 있으며, 제1 루프 형상 및 제2 루프 형상은 반대의 권취 방향을 가져서, 송신된 전자기 자속이, 반대의 자기장 방향 영역을 포함하는 자기장 방향의 공간적 변화를 가지도록 한다. 그러면, 커플러 부재는 수신기 코일에 유도되려고 하는 양쪽 신호의 비율을 변경시키는데 이용될 수 있다.
본 발명의 다른 응용에서, 커플러를 구동시키는데 다른 기계식 부재가 사용될 수 있다. 커플러 동작은 직선 동작, 회전 동작, 또는 하나 이상의 방향의 직선 및 회전 동작의 조합일 수 있다.
따라서, 출력 신호를 제공하는 예시적인 장치는 가동 부품에 대한 부품 위치와 상호 연관되고, 부품 위치는, 여기 신호에 의해 여기되는 경우에 전자기 방사를 발생하는 송신기 코일, 송신기 코일 근처에 위치되며 송신기 코일이 여기되는 경우에 각각이 수신기 신호를 발생하는 복수의 수신기 코일, 부품 위치 및 각각이 커플러 부재 위치에 대하여 감응하는 수신기 신호와 상호 연관되는 위치를 가지는 커플러 부재, 결정되는 부품의 위치와 실질적으로 무관한 기준 신호를 제공하는 기준 코일을 포함하는 위치 범위를 갖는다. 코일은 싱글 회로 기판 상에 형성되는 코일 어셈블리의 일부일 수 있다. 신호 조정기, 예를 들어 동일 기판 상의 전자 회로는, 여러 신호를 수신하고, 위치 범위의 전류 세그먼트에 따라 수신기 신호를 선택하고, 가동 부품의 위치와 상호 연관되는 출력 신호를 제공한다. 신호 조정기는 아날로그 디바이더를 포함하고, 선택된 수신기 신호는 아날로그 디바이더에서 참조 신호에 의해 분할되어, 출력 신호로부터 공통 모드 노이즈 영향이 제거된다.
신호 조정기는 ASIC과 같이, 아날로그 디바이더와 전압 조절기, 및 디지털 전자 회로를 포함하는 논리 유닛을 포함하는 아날로그 회로를 포함할 수 있다. 논리 유닛은 저장 세그먼트 정보 및 캘리브레이션 데이터에 사용될 수 있다. 논리 유닛에 저장된 데이터는 아날로그 회로에 보내질 수 있으며, 예를 들어 하나 이상의 디지털-아날로그 변환기를 이용하여 출력 신호(주어진 세그먼트에 대한 평탄 값을 포함)에 대한 적절한 조절을 위해 이용된다. 수신기 신호를 선택하기 위해 이용되는 선택기는 논리 유닛에 의해 제공되는 세그먼트 정보를 이용할 수 있다. 세그먼트 정보는 예를 들어 전술한 바와 같은 교차점의 검출을 통해 수신기 신호의 비교에 의해 결정된다.
복수의 수신기 코일은 실질적으로 동일 평면을 이루며, 예를 들어 싱글 회로 기판에 지지되는 코일 어셈블리로서의 기준 코일 및 송신기 코일을 따라 형성된다. 일부의 예시에서, 모든 코일은 실질적으로 동일 평면을 이루며, 동일한 중심 축을 갖는다. 회전 센서에서, 커플러 부재는 이 중심 축 둘레를 회전할 수 있으며, 송신기 코일과 수신기 코일 사이의 자속 결합을 변경시키는 금속 플레이트를 포함한 다. 커플러 부재는, 측정될 위치를 가지는 가동 부품에 부착되거나 상호 연관될 수 있다.
가동 부품의 위치를 결정하는 대표적인 방법은, 송신기 코일을 여기시키는 단계, 복수의 수신기 코일로부터 수신기 신호를 얻는 단계, 가동 부품(세그먼트)의 근사 위치에 따라 수신기 신호를 선택하는 단계, 가동 부품의 위치와 실질적으로 무관하며 상기 선택된 수신기 신호와 함께 공통 노이즈 요소가 되는 기준 신호를 얻는 단계, 공통 노이즈 요소가 제거되도록 비율비교 신호를 제공하기 위해 아날로그 디바이더 회로에서 기준 신호에 의해 상기 선택된 수신기 신호를 분할하는 단계, 및 비율비교 신호를 이용하여 가동 부품의 위치를 결정하는 단계를 포함한다. 세그먼트는 고정된 단편(fraction)과 같이 위치 범위의 미리 결정된 부분일 수 있다.
본 명세서에 언급된 특허, 특허출원, 또는 공개공보는, 각각의 서류가 원용되도록 특별히 개별적으로 지시된 것처럼 동일한 범위로 참조되어 본 명세서의 일부가 되었다. 특히, 2005년 4월 7일자로 출원된 미국특허 가출원 제60/669,145호는 그 전체가 원용되었다.
본 발명은 전술한 실시예에만 한정되지 않는다. 실시예들은 본 발명의 범위를 한정하려는 것이 아니다. 본 명세서에 기재된 방법, 장치, 구성 등은 단지 예시적인 것이며 본 발명의 범위를 한정하려는 것이 아니다. 당업자들은 이에 대하여 변경을 가할 수 있다. 본 발명의 범위는 특허청구범위에 의해 정의된다.
Claims (26)
- 가동 부품용에 대하여 세그먼트로 분할될 수 있는 위치 범위를 가지는 부품 위치와 상호 연관되는 출력 신호를 제공하는 장치에 있어서,여기 신호에 의해 여기되는 경우에 전자기 방사를 발생하는 송신기 코일,송신기 코일 근처에 위치되며, 상기 송신기 코일이 상기 송신기 코일과 상기 수신기 코일 사이의 유도 결합으로 인해 여기되는 경우에 각각이 수신기 신호를 발생하는 복수의 수신기 코일,상기 부품 위치와 상호 연관되는 커플러 부재 위치를 가지는 커플러 부재,상기 부품 위치와 실질적으로 무관한 기준 신호를 제공하는 기준 코일, 및상기 수신기 신호 및 상기 기준 신호를 수신하고, 상기 가동 부품의 위치와 상호 연관되는 출력 신호를 제공하는 신호 조정기를 포함하고,상기 송신기 코일과 상기 각각의 수신기 코일 사이의 상기 유도 결합은 상기 커플러 부재 위치에 감응하고,상기 출력 신호는 선택된 수신기 신호로부터 얻어지고, 상기 선택된 수신기 신호는 상기 위치 범위의 세그먼트에 따라 선택되며,상기 신호 조정기는 아날로그 디바이더를 포함하고, 상기 선택된 수신기 신호는 상기 출력 신호로부터의 공통 모드 노이즈 영향을 제거하도록 상기 아날로그 디바이더에서 상기 기준 신호에 의해 분할되는것을 특징으로 하는 장치.
- 제1항에 있어서,상기 출력 신호는 상기 위치 범위의 제1 세그먼트 상에서의 제1 수신기 신호, 및 상기 위치 범위의 제2 세그먼트 상에서의 제2 수신기 신호로부터 얻어지는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제1항에 있어서,상기 선택된 수신기 신호는 변환되지 않은 수신기 신호 및 변환된 수신기 신호의 세트로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제1항에 있어서,상기 출력 신호는 상기 위치 범위에서의 부품 위치에 따라 실질적으로 일차종속성(linear)을 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제1항에 있어서,상기 신호 조정기는 디지털 전자 회로를 포함하는 논리 유닛을 포함하고, 상기 논리 유닛에는 세그먼트 정보가 저장되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제5항에 있어서,상기 출력 전압은 조정 전압에 의해 조정되고, 상기 조정 전압은 상기 논리 유닛에 저장된 상기 세그먼트 정보에 따라 디지털-아날로그 변환기에 의해 발생되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제5항에 있어서,상기 신호 조정기는 선택기를 더 포함하고, 상기 선택기는 상기 논리 유닛에 저장된 상기 세그먼트 정보에 따라 수신기 신호를 선택하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제5항에 있어서,상기 세그먼트 정보는 수신기 신호의 비교를 통해 결정되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제5항에 있어서,상기 논리 유닛에는 캘리브레이션(calibration) 데이터가 저장될 수 있으며, 상기 캘리브레이션 데이터는 상기 출력 신호를 원하는 형태로 변형시키기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제9항에 있어서,상기 신호 조정기는 캘리브레이션 디지털-아날로그 변환기를 더 포함하며, 상기 논리 유닛에 저장된 캘리브레이션 데이터를 수신하고 상기 출력 전압에 인가되는 조정 전압을 발생하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제1항에 있어서,상기 복수의 수신기 코일은 실질적으로 동일 평면을 이루는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제11항에 있어서,상기 복수의 수신기 코일 및 상기 기준 코일은 싱글 회로 기판 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제1항에 있어서,상기 싱글 회로 기판은 아날로그 ASIC을 더 지지하며, 상기 아날로그 ASIC은 아날로그 디바이더, 및 각각의 상기 수신기 신호와 상기 기준 신호를 위한 위상 감응 정류기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제1항에 있어서,상기 부품 위치는 각도 위치(angular position)이며, 상기 커플러 부재는 커플러 축 둘레를 회전하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제1항에 있어서,상기 위치 범위는 세타 각도의 회전이며, 상기 출력 신호는 상기 세타 각도의 주기를 가지는 회전 각도에 따른 톱니를 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제15항에 있어서,상기 세타 각도는 360도인 것을 특징으로 하는 장치.
- 제14항에 있어서,상기 부품 위치는 페달의 위치이며, 상기 페달의 운동은 상기 커플러 부재의 각도 위치에 기계적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제17항에 있어서,상기 출력 신호는 엔진에 대한 속도 제어인 것을 특징으로 하는 장치.
- 가동 부품용에 대하여 위치 범위를 가지는 부품 위치와 상호 연관되는 출력 신호를 제공하는 장치에 있어서,여기 신호에 의해 여기되는 경우에 전자기 방사를 발생하는 송신기 코일,제1 수신기 신호를 제공하는 제1 수신기 코일,제2 수신기 신호를 형성하는 제2 수신기 코일,상기 부품 위치와 상호 연관되는 커플러 부재 위치를 가지는 커플러 부재,상기 커플러 부재 위치와 실질적으로 무관한 기준 신호를 제공하는 기준 코일, 및상기 상기 제1 및 제2 수신기 신호를 수신하고, 상기 가동 부품의 위치와 상호 연관되는 출력 신호를 제공하는 신호 조정기를 포함하고,상기 송신기 코일과 상기 각각의 수신기 코일 사이의 상기 유도 결합은 상기 커플러 부재 위치에 감응하고,상기 출력 신호는 상기 위치 범위의 제1 세그먼트 상에서의 제1 수신기 신호, 및 상기 위치 범위의 제2 세그먼트 상에서의 제2 수신기 신호로부터 얻어지는것을 특징으로 하는 장치.
- 제19항에 있어서,상기 제1 수신기 신호는 상기 제1 세그먼트 상에서의 부품 위치에 따라 실질적으로 일차종속성을 갖고,상기 제2 수신기 신호는 상기 제2 세그먼트 상에서의 부품 위치에 따라 실질적으로 일차종속성을 가지는것을 특징으로 하는 장치.
- 제9항에 있어서,상기 제1 및 제2 수신기 코일은 상기 제1 및 제2 수신기 신호가 위상으로부 터 약 90도가 되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제19항에 있어서,상기 출력 신호는, 상기 위치 범위의 제1 세그먼트 상에서의 제1 수신기 신호, 상기 위치 범위의 제2 세그먼트 상에서의 제2 수신기 신호, 상기 위치 범위의 제3 세그먼트 상에서의 제1 변환된 수신기 신호, 및 상기 위치 범위의 제4 세그먼트 상에서의 제2 변환된 수신기 신호로부터 얻어지는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제19항에 있어서,상기 제1 및 제2 수신기 코일, 상기 참조 코일, 및 상기 신호 조정기는 싱글 인쇄 회로 기판 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제1항에 있어서,상기 신호 조정기는 메모리 스택(memory stack)을 이용하여 세그먼트 정보를 추적하는 논리 유닛을 포함하고, 상기 수신기 신호의 선택은 상기 세그먼트 정보에 따라 이루어지는 것을 특징으로 하는 장치.
- 가동 부품의 위치를 결정하는 방법에 있어서,송신기 코일을 여기시키는 단계,상기 가동 부품의 근사 위치에 따라 수신기 신호를 선택하는 단계,상기 가동 부품의 위치와 실질적으로 무관하며 상기 선택된 수신기 신호와 함께 공통 노이즈 요소가 되는 기준 신호를 얻는 단계,상기 공통 노이즈 요소가 제거되도록 비율비교(ratiometric) 신호를 제공하기 위해 아날로그 디바이더 회로에서 상기 기준 신호에 의해 상기 선택된 수신기 신호를 분할하는 단계, 및상기 비율비교 신호를 이용하여 상기 가동 부품의 위치를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제25항에 있어서,상기 가동 부품의 근사 위치에 따라 수신기 신호를 선택하는 단계는, 위치에 따라 실질적으로 일차종속성을 가지는 출력 신호가 결정될 수 있는 수신기 신호를 선택하는 단계를 포함하고,상기 근사 위치는 상기 가동 부품의 위치 범위의 일부인것을 특징으로 하는 방법.
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