KR20080085164A

KR20080085164A - 보정을 이용하는 자기 센서

Info

Publication number: KR20080085164A
Application number: KR1020087016981A
Authority: KR
Inventors: 마크 이. 라크로익스
Original assignee: 팀켄 유에스 코포레이션
Priority date: 2006-01-12
Filing date: 2007-01-12
Publication date: 2008-09-23
Also published as: EP1987368B1; JP2009524019A; US7999533B2; US20080290859A1; WO2007087179A3; CN101371157A; EP1987368A2; DE602007003810D1; WO2007087179A2; ATE452345T1

Abstract

센싱 어셈블리. 센싱 어셈블리는 자석 길이를 갖는 자석으로부터 분리되어 있고, 스트링 길이를 갖는 자기 센서들의 스트링 및 보정 모듈을 포함한다. 자기 센서들은 다수의 자기 센서 그룹들로 그룹화된다. 자기 센서들 각각은 자석에 기초하여 각각의 중간 신호를 생성한다. 보정 모듈은 자석 길이와 스트링 길이 사이의 차이에 기초하여 각각의 자기 센서 그룹들에 다수의 각각의 이득들을 할당하고, 각각의 자기 센서 그룹들의 각각의 중간 신호들에 각각의 이득들을 적용하여 각각의 조절된 신호들을 생성한다.

자기 센서, 보정 모듈, 이득, 스트링, 자석

Description

보정을 이용하는 자기 센서{MAGNETIC SENSOR WITH COMPENSATION}

< 관련 출원 >

본 출원은 2006년 1월 12일에 출원된 미국 가출원 번호 60/758,315의 이익을 청구하며, 그 전체 내용은 본원에 참조문헌으로서 포함된다.

< 기술 분야 >

본 발명의 실시예들은 일반적으로 자기 센서들에 관한 것이고, 구체적으로 자기 스트링 센서(magnetic string sensor)들에 관한 것이다.

센서들의 스트링 또는 스트링 센서들이 다중극(multi-pole) 자석에 의해 생성된 자기장에 위치될 때, 센서들은 자기장으로 인해 사인 및 코사인 신호들을 생성한다. 사인 및 코사인 신호들은 그 후, 센서들의 위치 정보를 검출하는데 이용될 수 있다. 특히, 센서들은 센서들의 다수의 섹션들로 우선 분할되고, 센서들의 섹션들의 출력들은 사인과 코사인 신호들을 형성하기 위해 서로 가감된다.

센서들의 출력들로부터 형성된 사인 및 코사인 신호들은 다른 프로세스들 및 파라미터들에 의해 영향을 받는다. 예를 들어, 다중극 자석 및 센서 스트링의 길이들이 부적절하게 매칭(matching)된다면, 사인 및 코사인 신호들의 진폭들은 미스매칭될 것이다. 부가적으로, 사인 및 코사인 신호들의 진폭들은 사인 및 코사인 신호들이 보간되기(interpolated) 전에 매칭되어야 한다. 전형적으로, 사인 및 코사인 신호들의 진폭들은, 이득 계수(gain factor)에 의해 센서들의 섹션들의 출력들을 감쇠(attenuating)시키거나 증폭시킴으로서 매칭되어, 사인 및 코사인 신호들의 진폭들은 같아지거나 표준화된다.

< 요 약 >

스트링 센서의 길이가 다중극 자석의 길이와 부적절하게 매칭될 때, 사인 및 코사인 신호들의 진폭들을 같게 하는데 보정(compensation) 프로세스들이 이용될 수 있다. 예를 들어, 사인 및 코사인 신호 둘 다를 보정하는 2개-채널 보정 프로세스는 사인 및 코사인 신호들의 진폭들을 같게 한다. 특히, 2개-채널 보정 프로세스는 센서들의 출력들을 감쇠시키고 증폭시킴으로서 사인 및 코사인 신호들을 보정한다. 2개-채널 보정 프로세스는 조절(adjustment)들 사이의 이득 계수들의 고른 스텝 크기(even step size)들을 이용하기도 한다. 부가적으로, 단일 출력 신호만을 보정하는 단일-채널 보정 프로세스는 일반적으로 고른 스텝 크기를 이용한다. 그러나, 단일-채널 보정 프로세스 동안 잡음이 생겨, 결과적으로 부정확한 출력 파형들이 생길 수 있다.

본 발명의 실시예들은 다수의 스트링 센서들의 출력 진폭들을 적절히 매칭하거나 같게 하기 위한 방법들 및 시스템들에 관한 것이다. 하나의 형태로, 본 발명은 임의의 자석 길이(magnet length)를 갖는 자석으로부터 공간적으로 분리된 센싱 어셈블리를 제공한다. 센싱 어셈블리는 자기 센서들의 스트링 및 보정 모듈을 포함한다. 자기 센서들의 스트링은 스트링 길이를 갖는다. 자기 센서들은 다수의 자기 센서 그룹들로 그룹화된다. 자기 센서들 각각은 자석에 기초하여 각각의 중간 신호(intermediate signal)를 생성한다. 보정 모듈은 자석 길이 및 스트링 길이 사이의 차이에 기초하여 각각의 자기 센서 그룹들에 다수의 각각의 이득들을 할당하고, 각각의 자기 센서 그룹들의 각각의 중간 신호들에 각각의 이득들을 제공하여 개개의 조절된 신호들을 생성한다.

다른 형태로, 본 발명은 다수의 센서들을 갖는 자석 및 센서 스트링 사이의 치수 차이(dimensional differnece)에 대한 보정 방법을 제공한다. 그 방법은, 자석에 기준을 할당하는 단계, 센서들 각각과 기준 사이의 각각의 거리를 결정하는 단계, 및 각각의 거리에 기초하여 센서들 각각에 각각의 가중치(weight)를 할당하는 단계를 포함한다. 그 방법은 할당된 각각의 가중치들을 센서들의 각각의 출력들에 적용하는 단계도 포함한다.

또 다른 형태로, 본 발명은 다수의 센서들을 갖는 인접 센서 스트링과 자석 사이의 치수 차이에 대한 보정 방법을 제공한다. 그 방법은, 자석과 센서 스트링 사이의 치수 차이를 측정하는 단계 및 센서들을 다수의 센서 그룹들로 그룹화하는 단계를 포함한다. 그 방법은, 자석에 기초하여 센서들 각각에서 각각의 중간 신호를 생성하는 단계 및 그룹들과 치수 차이들에 기초한 각각의 중간 신호들에 이득을 적용하는 단계도 포함한다.

본원의 실시예들은 보정 프로세스 동안 기본적으로 동일한 그룹 이득들을 유지하면서, 기본적으로 대칭 진폭(symmetric amplitude)들을 갖는 출력들을 생성할 수 있다. 특히, 보정 프로세스는, 기본적으로 동일한 보정량(amount of compensation)과 기본적으로 반대의(opposite) 보정량의 센서들의 다수의 섹션들에서 일어날 수 있다. 센서들의 출력들은 사인 및 코사인 신호들을 형성하기 위해 그룹 이득을 이용하여 조절된다. 보정 프로세스는 사인 및 코사인 신호들의 잡음 레벨을 감소시키면서, 사인 및 코사인 신호들의 정확성을 극대화하기도 한다. 부가적으로, 보정 프로세스는 그룹 내의 센서들에 대해 동일한 그룹 이득을 이용하기 때문에, 실시예들은 감소되거나 최소화된 컴포넌트들의 수를 이용할 수 있다. 또한, 보정 프로세스 동안 생성된 오류들 또는 잡음들은 센서들의 스트링에 대해 이득 계수를 분배(distributing)함으로써 취소되거나, 감소되거나 또는 최소화될 수 있다.

본 발명의 다른 양태들은 상세 설명 및 첨부하는 도면들에 대한 고려에 의해 명백해질 것이다.

도 1은 센서들의 스트링 및 다중극 자석을 갖는 센싱 장치의 개략도이다.

도 1A는 도 1의 센싱 장치의 상세 개략도이다.

도 2는 제2 센싱 장치의 개략도이다.

도 3은 제3 센싱 장치의 개략도이다.

도 4는 도 3의 제3 센싱 장치의 예시적인 신호 출력 플롯이다.

도 5는 제4 센싱 장치의 개략도이다.

도 6은 보정 없는 도 5의 제4 센싱 장치의 예시적인 출력 플롯이다.

도 7은 보정을 이용하는 도 5의 제4 센싱 장치의 예시적인 출력 플롯이다.

도 8은 본 발명의 실시예들에서 실행되는 프로세싱을 묘사하는 흐름도이다.

도 9는 본 발명의 센싱 장치를 갖는 네가티브 피드백 모터 제어 시스템이다.

본 발명의 임의의 실시예들이 상세히 설명되기 전에, 본 발명이, 본원에서 다음의 기재에서 설명되거나 또는 다음의 도면들에서 도시된 컴포넌트들의 배열 및 구조의 상세들로 제한되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 본 발명은 다른 실시예들가 가능하고, 다양한 방법들로 실행되거나 실현될 수 있다. 또한, 본원에 이용된 술어(phraseology) 및 용어(terminology)는 설명의 목적일 뿐 제한하는 것으로서 간주되지 않아야 한다는 것이 이해될 것이다. "포함하는(including)", "포함하는(comprising)" 또는 "갖는(having)" 및 본원에서의 그들의 변화들에 대한 이용은, 이후 열거된 아이템들 및 그의 균등물들뿐만 아니라 부가적인 아이템들을 포함하는 의미이다. 이외 구체화되지 않거나 제한되지 않는다면, "탑재된(mounted)","접속된(connected)","지원된(supported)", 및 "연결된(coupled)" 및 그의 변화들에 대한 용어는 광범위하게 이용되고, 직접 및 간접적인 탑재들, 접속들, 지원들, 및 연결들 모두를 포함한다. 또한, "접속된" 및 "연결된"의 용어는 물리적 또는 기계적인 접속들 또는 연결들로 제한되지 않는다.

본 발명의 실시예들은 센싱 어셈블리를 이용하여 고해상도 신호를 생성하는 방법에 관한 것이다. 일부 실시예들에서, 센싱 장치는 상이한 길이들을 갖는 센서들의 스트링 및 다중극 자석을 포함한다. 그 방법은, 센서들의 상이한 그룹들로 센서들의 스트링의 출력들을 분리하거나 분할하는 단계 및 그룹들 각각의 치수 파 라미터를 결정하는 단계를 포함한다. 그 방법은, 각각의 치수 파라미터에 기초하여 그룹들 각각의 이득 값, 계수 또는 가중치를 결정하는 단계도 포함한다. 그 방법은 이득 계수를 이용하여 그룹들 각각의 출력들을 보정하는 단계도 포함한다. 특정 실시예에서, 그룹들 각각의 치수 파라미터를 결정하는 단계는 다중극 자석과 그룹들 각각의 사이의 거리 차이를 결정하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시예들은 센서들의 스트링 및 다중극 자석을 포함하는 센서 장치도 제공한다. 일부 실시예들에서, 센서들의 스트링 및 다중극 자석은 상이한 길이들을 갖는다. 다중극 자석은 다중극 자석의 극들에 대해 자기장을 생성한다. 자기장은 다중극 자석의 극들에 대해 상이한 위치에서 스트링 센서들 각각을 둘러싸고 있다. 결과로서, 스트링 센서들은 다중극 자석으로 인해 기본적으로 상이한 출력들을 생성한다. 센서 장치는 출력들의 진폭들이 균등하도록 스트링 센서들의 출력들을 보정하는 보정 모듈도 포함한다.

도 1은 센서들, 스트링 센서, 또는 센서들(104)의 스트링과 같이 본원에 집합적으로 언급된 센서들(104A, 104B, 104C, 104D, 104E, 104F, 104G, 104H, 104I, 104J, 104K 및 104L)의 스트링을 갖는 센싱 장치(100)의 개략도를 나타낸다. 스트링 센서(104)는 12개의 개별적인 센서들 전체를 포함하지만, 센싱 장치(100)는 스트링 센서(104)에 임의의 다른 수의 센서들을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 센서들(104)은 홀(Hall) 센서들 또는 디바이스들, 다른 자기 센서들 또는 그의 조합이다. 센싱 장치(100)는 제1 및 제2 극들(112, 116) 주위에 자기장을 생성시키는 다중극 자석(108)도 포함한다. 센서들(104) 각각은, 자기장에 대해 반응하고 각각의 센서(104)에 의해 검출된 자기장의 강도 및 방향에 기초하여 출력을 생성한다. 제1 극(112) 및 제2 극(116)은 각각, 다중극 자석(108)의 N극 및 S극이 되는 것으로서 나타나 있지만, 제1 극(112) 및 제2 극(116)은 각각, S극 및 N극일 수도 있다.

도 1은 센서들(104)의 스트링이 다중극 자석(108)과 상이한 길이를 갖는다는 것을 나타낸다. 특히, 센서들(104)의 스트링은 집합적인 센서 길이(120)를 갖고, 반면 다중극 자석(108)은 극 공간 또는 자석 길이(124)를 갖는다. 센서들(104)은 제1 및 제2 극들(112, 116)에 대해 상대적으로 대칭적으로 배열되지만, 센서들(104)은 제1 및 제2 극들(112, 116)에 대해 상대적으로 비대칭적일 수 있다. 그러한 경우들에서, 센싱 장치(100)는, 하기 설명되는 바와 같이, 센서 길이(120)를 제1 및 제2 극들(112, 116)에 대해 2개의 부분들로 분할함으로써 비대칭적 차이를 보정한다.

센싱 장치(100)는 자석 길이(124) 및 센서 길이(120) 둘 다 저장하고, 센서들(104) 각각의 출력들을 모아, 센서들(104) 각각의 출력들을 처리하여 센싱 장치(100)의 출력을 생성하는 보정 모듈(128)도 포함한다. 보정 모듈(128)은 소프트웨어 및/또는 하드웨어에 의해 실행될 수 있는 프로세스들을 수행한다. 또한, 보정 모듈(128) 및 다른 모듈들에 의해 실행된 프로세스들은, 마이크로프로세서 또는 유사한 디바이스에 의해 실행되는 소프트웨어로 구현되거나, 예를 들어, ASIC(application specific integrated circuit)들을 포함하는 다수의 컴포넌트들을 이용하는 하드웨어에서 구현될 수 있다. 도 1에 나타낸 실시예에서, 보정 모 듈(128)은 센서들(104)을, 그룹들(132)로서 집합적으로 지칭되는 센서들의 그룹들 또는 센서 그룹들(132A, 132B, 132C, 132D, 및 132E)로 그룹화되거나 분할된다. 특히, 각각, 센서 그룹(132A)은 센서들(104A, 104B)을 포함하고, 센서 그룹(132B)은 센서들(104C, 104D)을 포함하고, 센서 그룹(132C)는 센서들(104E, 104F, 104G, 104H)을 포함하고, 센서 그룹(132D)은 센서들(104I, 104J)을 포함하며, 센서 그룹(132E)은 센서들(104K, 104L)을 포함한다. 도 1에 나타낸 실시예는 5개의 센서 그룹들을 포함하지만, 보정 모듈(128)은 다른 실시예들에서, 상이한 수의 센서들을 상이한 수의 센서 그룹들로 그룹화할 수도 있다.

보정 모듈(128)은 센서들(104) 각각과 센서들(104)에 대한 다중극 자석(108) 상의 기준점 사이의 거리를 측정하기도 한다. 다중극 자석(108) 상의 예시적인 기준점은 제1 극(112)이다. 다른 실시예들에서, 거리는 제1 및 제2 극들(112, 116)을 결합하여 형성된 극 라인(pole line)(136)과 센서(104) 사이의 표준 거리(normal distance)이거나 또는 수직이다. 다른 실시예들에서, 거리는 센서(104)와 제1 및 제2 극들(112, 116) 중 하나 사이의 최소 거리로서 정의된다. 선택적으로, 거리는 센서들의 그룹과 제1 및 제2 극들(112, 116) 중 하나 사이의 최소 거리 또는 표준 거리로서 정의된다. 또 다른 실시예들에서, 거리는 다른 알려진 기술들에 의해 측정되거나 결정될 수 있다.

도 1에 나타낸 실시예에서, 보정 모듈(128)은 극 라인(136)으로부터의 거리에 기초하여 그룹들(132) 각각에 대한 가중치 또는 이득 계수를 결정한다. 일부 실시예들에서, 보정 모듈(128)은, 센서 길이(120)와 자석 길이(124) 사이의 차이를 정의하는 길이 오프셋(length offset) 및 소정의 이득 계수들의 세트에의 거리와 관련된 이득 함수로부터 이득 계수를 결정한다. 예를 들어, 이득 함수는, 각각의 그룹과 극 라인(136) 사이의 거리가 최대일 때, 최대 이득 계수를 할당하고, 각각의 그룹과 극 라인(136) 사이의 거리가 최소일 때, 최초 이득 계수를 할당하는 선형 이득 함수일 수 있다. 그러한 경우들에서, 다른 그룹들에 대한 이득 계수들은 그 후, 선형적으로 보간된다. 일부 경우들에서, 최소 이득 계수는 최대 이득 계수와 같지만 반대-부호의 값을 갖는다. 비-선형 함수들 및 특정 계단 함수(special step function)와 같은 다른 타입들의 이득 함수들은 센서들의 출력들의 진폭들이 같게 하기 위해서도 이용될 수 있다.

도 1에 나타낸 실시예에서, 보정 모듈(128)이 센서들(104)을 5개의 그룹들(132)로 분할한 후, 그룹들(132) 각각은 다음과 같이 가중치가 할당된다. 각각, 외부 센서 그룹(132A)의 센서들(104A, 104B)은 X 값을 갖는 제1 이득 계수가 할당되고, 중앙 센서 그룹(132B)의 센서들(104C, 104D)은 단위 값(value of unity)의 제2 이득 계수가 할당되고, 내부 센서 그룹(132C)의 센서들(104E, 104F, 104G, 104H)은 -X 값의 제3 이득 계수가 할당된다. 유사하게, 각각, 제2 외부 센서 그룹(132E)의 센서들(104K, 104L)은 제1 이득 계수가 할당되고, 제2 중앙 센서 그룹(132D)의 센서들(104I, 104J)는 제2 이득 계수가 할당된다. 즉, 외부 센서 그룹(132A)의 센서들(104A, 104B)의 출력들 및 제2 외부 센서 그룹(132E)의 센서들(104K, 104L)의 출력들은 더 긴 자기 극(longer magnetic pole)들에 대해 증폭된다. 유사하게, 중앙 센서 그룹(132B)의 센서들(104C, 104D)의 출력들 및 제2 중앙 센서 그룹(132D)의 센서들(104I, 104J)의 출력들은 동일하게 유지되지만, 내부 센서 그룹(132C)의 센서들(104E, 104F, 104G, 104H)은 감쇠된다. 내부 센서 그룹(132C)의 센서들(104E, 104F, 104G, 104H)은 음(negative)의 값을 갖는 제3 이득 계수가 할당되고, 내부 센서 그룹(132C)의 센서들(104E, 104F, 104G, 104H)은 선형 이득 함수를 만족시키는 다른 양(positive)의 이득 계수가 할당될 수도 있다. 보정 모듈(128)은 그 후, 센서들(104)의 보정된 출력들을 출력 모듈(140)(예를 들어, 제어기)로 송신한다. 보정 모듈(128) 및 출력 모듈(140)은 분리 모듈(separate module)들로서 도 1에 나타나 있지만, 보정 모듈(128) 및 출력 모듈(140)은 단일 모듈에 포함될 수도 있다.

센서들(104)이 제1 및 제2 극들(112, 116)에 대해 상대적으로 비대칭인 경우에, 보정 모듈(128)은 센서들(104)을 제1 및 제2 세로 부분(longitudinal portion)들로 분할한다. 예를 들어, 제1 세로 부분은 센서들(104A, 104B, 104C, 104E, 104F)로 구성되고, 제1 집합 부분 길이(collective portion length)를 갖는다. 유사하게, 제2 세로 부분은 센서들(104G, 104H, 104I, 104J, 104K, 104L)로 구성되고, 제2 집합 부분 길이를 갖는다. 보정 모듈(128)은 그 후, 제1 집합 부분 길이에 기초한 제2 이득 함수 및 제2 집합 부분 길이에 기초한 제3 이득 함수를 적용한다. 보정 모듈(128)은 그 후, 제2 및 제3 이득 함수들에 따라 센서들(104)에 이득 계수들을 할당한다. 일부 실시예들에서, 이득 함수들은 장치(100)에 사전 프로그래밍된다(preprogrammed). 다른 실시예들에서, 이득 함수들이 시간에 따라 조절되게 하기 위해, 이득 함수들은 주기적으로 또는 요구에 따라 결정된다.

일부 실시예들에서, 사인 및 코사인 신호들의 진폭들을 동일하게 하기 위해, 보정 모듈(128)은 상당한 극 공간 또는 길이 미스매치(mismatch)에 기초하여 스트링의 특정 그룹에 대한 특정 량의 증폭 또는 감쇠를 요구한다. 특히, 자석 길이(124) 및 센서 길이(120)가 양에 따라 상이하다면, 사인과 코사인 신호들 사이의 대응하는 진폭 차이는, 각각의 이득 계수를 생성하기 위해, 그 양에 의해 사전결정되어(predetermined) 보정 모듈(128)에 저장된다. 예를 들어, 자석 길이(124) 및 센서 길이(120)가 약 20%정도 상이하다면, 12개의 센서들(104) 전체가 단일-종단(single-ended)의 스트링 구성에 이용될 때, 사인과 코사인 신호들의 진폭들 사이에 약 ±8.2%의 차이가 존재할 수 있다. 보정 모듈(128)은 그 후, 그 차이로 인해 각각 증폭 또는 감쇠 계수를 발생(develop)시키거나 생성한다. 예를 들어, 단일-종단(single-ended)의 스트링 구성에서의 이용을 위해 12개의 센서들에 대해 8.2%의 차이가 결정되었을 때, 약 11%의 증폭 계수(+11%) 또는 약 11%의 감쇠 계수(-11%)가 이용될 수 있다. 그러한 경우들에서, 그 때, 이득 계수들은 ±1.11이다.

센서들(104)의 출력들이 조절되거나 보정된 후, 출력 모듈(140)은 그 후 스트링 센서(104)의 상이한 섹션들의 출력들을 가감함으로써 사인 및 코사인 파들의 형태로 보정된 출력 신호들을 생성한다. 예를 들어, 출력 모듈(140)은 센서들(104)를 제1 및 제2 섹션들(144, 148)로 그룹화한다. 그 때, 제1 보정 섹션(144)은 센서들(104A, 104B, 104C, 104D, 104E, 104F)을 포함하는 한편, 제2 보정 섹션(148)은 센서들(104G, 104H, 104I, 104J, 104K, 104L)을 포함한다. 그 후, 출력 모듈(140)은 알려진 방식으로 사인 신호들을 획득하기 위해, 제2 보정 섹션(148)의 출력들에 제1 보정 섹션(144)의 출력들을 가한다(add). 유사하게, 출력 모듈(140)은 알려진 방식으로 코사인 신호들을 획득하기 위해, 제1 보정 섹션(144)의 출력들로부터 제2 보정 섹션(148)의 출력들을 감한다(substract). 일 실시예에서, 센서들은 이득 보정의 목적을 위해 그룹들로 우선 그룹화된다. 그 후, 센서들은 사인 및 코사인 신호들의 진폭들을 동일하게 하기 위해 섹션들로 분할된다. 특히, 도 1은 센서들(104)이 5개의 그룹들(132) 및 2개의 섹션들(144, 148)로 그룹화되거나 분할되는 것을 나타낸다. 그룹들(132) 각각은 각각의 이득 계수가 할당된다. 섹션들(144, 148) 각각의 출력들은 사인 및 코사인 신호들의 동일한 진폭들을 획득하기 위해 서로 합해지거나 서로로부터 감해진다. 용어 "그룹" 및 "섹션"은 다양한 그룹화 프로세스들에 대한 설명을 용이하게 하는데만 본원에 이용되고, 교환하여 이용될 수 있다.

도 1A는 도 1의 보정 모듈(128)의 상세 실시예를 나타낸다. 보정 모듈(128)은 자석(108)과 센서 스트링(104) 사이의 길이의 차이에 기초하여 사전결정된 다수의 그룹 이득들을 저장하는 메모리 모듈(152)을 포함한다. 그 후, 이득-조절 모듈(156)은 이미 설명된 바와 같이, 다수의 조절 신호들을 획득하기 위해 센서들이 할당되었던 그룹에 기초하여 자기 센서들(104)의 출력들을 조절한다. 합계 모듈(160)은, 사인 및 코사인 함수들의 형태로 다수의 출력 신호들을 획득하는 그룹에 기초하여 조절된 신호들을 가감한다. 보간 모듈(164)은, 일반적으로 일부 실시예들에서 아날로그 신호들인 출력 신호들을 다수의 디지털 신호들로 변환한다.

도 2는 자석 길이(212)를 갖는 다중극 자석(208) 근처에 위치된 센서들(104)의 스트링을 갖는 제2 센싱 장치(200)의 개략도이고, 여기서 유사한 참조 번호들은 유사한 부분들을 지칭하기 위해 이용된다. 나타낸 실시예에서, 센서 길이(120)는 자석 길이(212)보다 작다. 도 1에 나타낸 실시예들과 유사하게, 보정 모듈(128)은 센서들(104)의 스트링을 5개의 그룹들(132)로 분할하고, 제4 이득 함수를 생성하여 그룹들(132) 각각에 이득 계수를 할당한다. 특히, 제4 이득 함수는 극 라인(136)으로부터 가장 먼 그룹들(132)을 감쇠시키고, 극 라인(136)에 가장 가까운 그룹들(132)을 증폭시킨다. 예를 들어, 보정 모듈(128)이 센서들(104)을 5개의 그룹들(132)로 분할한 후, 그룹들(132) 각각은 다음과 같은 값이 할당된다. 외부 센서 그룹들(132A)의 센서들(104A, 104B)은 -X 값을 갖는 제3 이득 계수가 할당되고, 중앙 센서 그룹(132B)의 센서들(104C, 104D)은 단위 값의 제2 이득 계수가 할당되며, 내부 센서 그룹(132C)의 센서들(104E, 104F, 104G, 104H)은 X 값의 제1 이득 계수가 각각 할당된다. 유사하게, 제2 외부 센서 그룹(132E)의 센서들(104K, 104L)은 제3 이득 계수가 할당되고, 제2 중앙 센서 그룹(132D)의 센서들(104I, 104L)은 제2 이득 계수가 각각 할당된다. 즉, 외부 센서 그룹(132A)의 센서들(104A, 104B)의 출력들 및 제2 외부 센서 그룹(132E)의 센서들(104K, 104L)은 짧은 자기 극(shorter magnetic pole)들에 대해 감쇠된다. 유사하게, 중앙 센서 그룹(132B)의 센서들(104C, 104D) 및 제2 중앙 센서 그룹(132D)의 센서들(104I, 104J)의 출력들은 동일하게 유지되지만, 내부 센서 그룹(132C)의 센서들(104E, 104F, 104G, 104H)의 출력들은 증폭된다. 내부 센서 그룹(132C)의 센서들(104E, 104F, 104G, 104H)은 양의 값을 갖는 제1 이득 계수가 할당되지만, 내부 센서 그룹(132C)의 센서들(104E, 104F, 104G, 104H)은 제4 이득 함수를 만족하는 다른 음의 이득 계수가 할당될 수도 있다.

그 후, 출력 모듈(140)은 스트링 센서(104)의 상이한 섹션들의 출력들을 가감함으로써, 사인 및 코사인 파들의 형태로 보정된 출력 신호들을 생성한다. 예를 들어, 출력 모듈(140)은 기술된바 대로, 센서들(104)을 제1 및 제2 섹션들(144, 148)로 다시 그룹화한다. 그 후, 출력 모듈(140)은 알려진 방식으로 사인 신호들을 획득하기 위해, 제2 보정 섹션(148)의 출력들에 제1 보정 섹션(144)의 출력들을 가한다. 유사하게, 출력 모듈(140)은 알려진 방식으로 코사인 신호들을 획득하기 위해, 제1 보정 섹션(144)의 출력들로부터 제2 보정 섹션(148)의 출력들을 감한다.

도 3은 24개의 센서들(304)의 스트링 및 적절히 매칭된 다중극 자석(308)을 갖는 제3 센싱 장치(300)의 개략도를 나타낸다. 보정 모듈(128) 및 출력 모듈(140)이 도 3에 나타나 있지 않지만, 센싱 장치(300)는 보정 모듈(128), 출력 모듈(140), 또는 유사한 모듈들도 포함한다. 특히, 도 3은 자석 길이(124) 및 센서 길이(120)가 적절히 매칭되는 것을 나타낸다. 센서들(304)의 스트링이 각각의 출력들을 생성한 후, 보정 모듈(128)은 기재된 바와 같이 센서들(304)을 다수의 그룹들로 분할하고, 각각의 이득 계수를 갖는 각각의 그룹의 센서들(304)의 출력들을 조절하거나 보정한다. 그러나, 자석 길이(124) 및 센서 길이(120)가 적절히 매칭되기 때문에, 그룹들의 이득 계수들은 단위 값을 갖는다. 즉, 센서들(304)의 출력들은 단일 이득을 이용하여 보정된다. 그 후, 보정 모듈(128)은 센서들(304)의 보 정된 출력들을, 센서들(304)을 4개의 동일-길이의 보정 섹션들(312A, 312B, 312C, 312D)로 그룹화하는 출력 모듈(140)로 송신한다. 그 후, 출력 모듈(140)은, 스트링 센서(304)의 상이한 섹션들(312)의 출력들을 가감함으로써, 사인 및 코사인 파들의 형태로 보정된 출력 신호들을 생성한다. 제1 보정 섹션(312A)은 센서들(304A, 304B, 304C, 304D, 304E, 304F)을 포함하는 한편, 제2 보정 섹션(312B)은 센서들(304G, 304H, 304I, 304J, 304K, 304L)을 포함한다. 유사하게, 제3 보정 섹션(312C)은 센서들(304M, 304N, 304O, 304P, 304Q, 304R)을 포함하는 한편, 제4 보정 섹션(312D)은 센서들(304S, 304T, 304U, 304V, 304W, 304X)를 포함한다. 그 후, 출력 모듈(140)은, 사인 신호를 획득하기 위해 알려진 방식으로, 제1 및 제2 보정 섹션들(312A, 312B)의 출력들의 합으로부터, 제3 및 제4 보정 섹션들(312C, 312D)의 출력들의 합을 감한다. 유사하게, 출력 모듈(140)은, 코사인 신호를 획득하기 위해 알려진 방식으로, 제1 및 제4 보정 섹션들(312A, 312D)의 출력들의 합으로부터, 제2 및 제3 보정 섹션들(312B, 312C)의 출력들의 합을 감한다.

도 4는 도 3의 제3 센싱 장치(300)의 예시적인 보정 신호 출력 플롯(400)을 나타낸다. 신호 플롯(400)은 센서들(304)의 출력들(404, 408)이 기본적으로 동일한 진폭들을 갖고, 사인과 코사인 파형들의 형태인 것을 나타낸다.

도 5는 상이한 구성으로 부적절하게 매칭된 24개 센서들(304)의 스트링 및 다중극 자석(504)을 갖는 제4 센싱 장치(500)의 개략도이다. 즉, 자석 길이(124) 및 센서 길이(120)는 상이하다. 기술한 바와 같이 센서들(304)의 스트링이 각각의 출력들을 생성한 후, 보정 모듈(128)은 기술된 바와 같이 센서들(304)을 다수의 그 룹들로 분할하고, 각각의 이득 계수를 갖는 각각의 그룹의 센서들(304)의 출력들을 조절하거나 보정한다. 그 후, 보정 모듈(128)은, 센서들(304)을 4개의 동일-길이의 보정 섹션들(312A, 312B, 312C, 312D)로 그룹화하는 출력 모듈(140)에 센서들(304)의 보정된 출력들을 송신한다. 그 후, 출력 모듈(140)은 기술된 바와 같이, 스트링 센서(304)의 상이한 섹션들(312)의 출력들을 가감함으로써 사인 및 코사인 파들의 형태로 보정된 출력 신호들을 생성한다.

도 6은 도 5의 센싱 장치(500)의 예시적인 출력 플롯(600)을 나타내고, 이득 계수들은 보정 모듈(128)에서 단위 값으로 강요되거나 사전설정된다. 신호 플롯(600)은 센서들(504)의 출력들(604, 608)이 동일하지 않은 진폭들을 갖는 것을 나타낸다.

도 7은 보정 모듈(128)에 의해 결정되는 이득 계수들을 이용한 예시적인 출력 플롯(700)을 나타낸다. 신호 플롯(700)은 센서들(504)의 출력들(704, 708)이 동일한 진폭들을 갖는 사인 및 코사인 신호들의 형태인 것도 나타낸다.

도 8은 본원의 일부 실시예들에서 발생하는 프로세스들을 더 도시하는 흐름도(800)를 포함한다. 센서들의 스트링 및 다중극 자석의 길이들은 블록들(804, 808)에서 각각 측정된다. 블록(812)에서 결정된 바와 같이 길이들이 상이하면, 센서들은 블록(816)에서 다수의 센서 그룹들로 그룹화된다. 센서 그룹들 각각에 대한 이득 계수 또는 가중치는 도 1 및 2에 대해 기술된 바와 같이, 블록(820)에서 결정되거나 생성된다. 센서들의 출력들은 블록(824)에서 각각의 이득 계수를 이용하여 조절되거나 보정된다. 길이들이 동일하다는 것이 블록(812)에서 결정된다면, 또는 센서들의 출력들이 블록(824)에서 보정된 후, 센서들은 다수의 센서 섹션들로 재그룹화된다. 섹션들의 출력들은 그 후, 도 5에 대해 기술된 바와 같이, 블록들(832, 836)에서 각각 서로 합해지거나 감해진다. 그 후, 블록(840)에서, 사인 및 코사인 신호들의 형태의 출력들이 생성된다.

본원의 실시예들은 스트링 휠 위치 또는 휠 위치를 검출하는데 이용될 수 있고, 다른 임계각 위치 센싱 어플리케이션들, 로보틱 어플리케이션들, 패키지 어플리케이션들 및 제조 어셈블리 어플리케이션들에 이용될 수 있다. 또한, 본원의 실시예들은 농장비, 토사운반기, 오프-로드 장비, 지게차들 및 온-로드 차량들과 같은 다른 장비에 이용될 수도 있다.

도 9는 네가티브 피드백을 이용하는 센싱 어셈블리(100, 200 또는 300)를 포함하는 일반적인 모터 제어 시스템(900)을 나타낸다. 제어 시스템(900)은 모터(904)의 속도 및/또는 방향 정보를 모니터링하는 모터(904) 및 모터 센서, 스트링 인코더, 또는 (센싱 어셈블리(100)와 같은) 스트링 센서(908)를 포함한다. 제어기 또는 프로세서(나타내지 않음)로부터 외부 제어 신호들을 수신한 후, 제어 시스템(900)은 스트링 센서(908)로부터의 정보를 이용하여 결정된 다수의 피드백 신호들과 제어 신호들 사이의 차이를 합계 노드(912)에서 결정한다. 특히, 스트링 인코더(908)의 피드백 신호들은, 다수의 조절된 출력들을 얻기 위해, 제1 이득 모듈(916)에서 조절된다. 제어 시스템(900)이 제어 신호들과 조절 신호들 사이의 차이를 결정한 후, 제어 시스템(900)은 수정된 차이를 획득하기 위해, 제2 이득 모듈(920)을 이용하여 차이를 수정한다. 제어 시스템(900)은, 제어 시스템(900)이 모터(904)의 동작들을 조절할 수 있도록 모터(904)에 수정된 차이를 이어서 제공한다.

따라서, 본 발명은 다른 것들 사이의 각도(angle) 센싱 장치를 제공한다.

Claims

임의의 자석 길이(magnetic length)를 갖는 자석으로부터 공간 분리되도록 구성된 센싱 어셈블리(sensing assembly)로서,

스트링 길이(string length)를 갖는 자기 센서들의 스트링 - 상기 자기 센서들은 다수의 자기 센서 그룹들로 그룹화되고, 상기 자기 센서들 각각은 상기 자석에 기초하여 각각의 중간 신호(intermediate signal)를 생성하도록 구성됨 - ; 및

상기 자석 길이와 상기 스트링 길이 사이의 차이에 기초하여 상기 각각의 자기 센서 그룹들에 각각의 이득(gain)들을 할당하고, 상기 각각의 자기 센서 그룹들의 상기 각각의 중간 신호들에 상기 각각의 이득들을 적용하여 각각의 조절된 신호들을 생성하도록 구성된 보정 모듈(compensation module)

을 포함하는 센싱 어셈블리.
제1항에 있어서,

상기 자기 센서 그룹들에 기초하여 상기 각각의 조절된 신호들을 합하여 다수의 사인 및 코사인 신호들을 생성하도록 구성된 출력 모듈을 더 포함하는 센싱 어셈블리.
제1항에 있어서,

상기 자석은 다수의 극(pole)들을 포함하고, 상기 자기 센서들은 상기 극들 에 대해 상대적으로 대칭적으로 배열된 센싱 어셈블리.
제3항에 있어서,

상기 센서들의 스트링은, 상기 극들과 가장 가까운 다수의 센서들을 포함하도록 구성된 내부 그룹, 상기 극들로부터 가장 먼 다수의 센서들을 포함하도록 구성된 외부 그룹, 및 상기 내부 그룹과 상기 외부 그룹 사이에 다수의 센서들을 포함하도록 구성된 중간 그룹으로 그룹화되는 센싱 어셈블리.
제4항에 있어서,

상기 내부 그룹의 상기 각각의 중간 신호들은 상기 자석 길이가 상기 스트링 길이보다 작을 때의 이득 값에 의해 증폭되고, 상기 외부 그룹의 상기 각각의 중간 신호들은 상기 자석 길이가 상기 스트링 길이보다 작을 때의 상기 이득 값을 이용하여 감쇠되며, 상기 내부 그룹의 상기 각각의 중간 신호들은 상기 자석 길이가 상기 스트링 길이보다 클 때의 이득 값에 의해 감쇠되고, 상기 외부 그룹의 상기 각각의 중간 신호들은 상기 자석 길이가 상기 스트링 길이보다 클 때의 상기 이득 값을 이용하여 증폭되는 센싱 어셈블리.
제1항에 있어서,

상기 보정 모듈은 상기 각각의 이득들을 저장하도록 구성된 메모리를 포함하는 센싱 어셈블리.
제1항에 있어서,

상기 자기 센서들의 그룹들은 동일한 길이들을 갖는 센싱 어셈블리.
다수의 센서들을 갖는 센서 스트링과 자석 사이의 치수 차이(dimensional difference)에 대한 보정 방법으로서,

상기 자석에 기준(reference)을 할당하는 단계;

상기 기준과 상기 센서들 각각 사이의 각각의 거리를 결정하는 단계;

상기 각각의 거리에 기초하여 상기 센서들 각각에 각각의 가중치(weight)를 할당하는 단계; 및

상기 센서들의 각각의 출력들에 상기 할당된 각각의 가중치들을 적용하는 단계

를 포함하는 보정 방법.
제8항에 있어서,

상기 각각의 출력들에 상기 할당된 각각의 가중치들을 적용하는 단계는, 다수의 조절된 신호들을 생성하고, 상기 방법은, 다수의 사인 및 코사인 신호들을 생성하기 위해, 상기 다수의 조절된 신호들을 합하는 단계를 더 포함하는 보정 방법.
제8항에 있어서,

상기 자석은 다수의 극들을 포함하고, 상기 자석에 기준을 할당하는 단계는 상기 극들에 대해 상대적으로 대칭적으로 기준을 할당하는 단계를 포함하는 보정 방법.
제10항에 있어서,

상기 센서들의 길이와 상기 자석의 길이 사이의 차이를 결정하는 단계를 더 포함하는 보정 방법.
제11항에 있어서,

상기 각각의 거리에 기초하여 상기 센서들 각각에 각각의 가중치를 할당하는 단계는,

상기 자석 길이가 상기 스트링 길이보다 작을 때 상대적으로 더 짧은 거리들을 갖는 다수의 각각의 센서들에 증폭 계수를 할당하는 단계;

상기 자석 길이가 상기 스트링 길이보다 작을 때 상대적으로 먼 거리들을 갖는 다수의 각각의 센서들에 감쇠 계수를 할당하는 단계;

상기 자석 길이가 상기 스트링 길이보다 클 때 상대적으로 짧은 거리들을 갖는 다수의 각각의 센서들에 감쇠 계수를 할당하는 단계; 및

상기 자석 길이가 상기 스트링 길이보다 클 때 상대적으로 먼 거리들을 갖는 다수의 각각의 센서들에 증폭 계수를 할당하는 단계

를 포함하는 보정 방법.
다수의 센서들을 갖는 인접 센서와 자석 사이의 치수 차이를 보정하는 방법으로서,

상기 자석과 상기 센서 스트링 사이의 상기 치수 차이를 측정하는 단계;

상기 센서들을 다수의 센서 그룹들로 그룹화하는 단계;

상기 자석에 기초하여 상기 센서들 각각에서 각각의 중간 신호를 생성하는 단계; 및

상기 치수 차이 및 그룹들에 기초하여 상기 각각의 중간 신호들에 이득을 적용하는 단계

를 포함하는 보정 방법.
제13항에 있어서,

상기 각각의 중간 신호들에 이득을 적용하는 단계는 다수의 조절된 신호들을 생성하고, 상기 방법은, 다수의 사인 및 코사인 신호들을 생성하기 위해, 상기 다수의 조절된 신호들을 합하는 단계를 더 포함하는 보정 방법.
제13항에 있어서,

상기 자석은 다수의 극들을 포함하고, 상기 방법은 상기 극들에 대해 상대적으로 대칭적으로 상기 자기 센서들을 배열하는 단계를 더 포함하는 보정 방법.
제15항에 있어서,

상기 센서들을 다수의 센서 그룹들로 그룹화하는 단계는,

상기 극들에 가장 가까운 상기 다수의 센서들을 내부 그룹으로 그룹화하는 단계; 및

상기 극들로부터 가장 먼 상기 다수의 센서들을 외부 그룹으로 그룹화하는 단계

를 포함하는 보정 방법.
제16항에 있어서,

상기 치수 차이는 길이 차이를 포함하고,

상기 치수 차이 및 그룹들에 기초하여 상기 각각의 중간 신호들에 이득을 적용하는 단계는,

상기 자석 길이가 상기 스트링 길이보다 작을 때 상기 내부 그룹에 증폭 계수를 할당하는 단계;

상기 자석 길이가 상기 스트링 길이보다 작을 때 상기 외부 그룹에 감쇠 계수를 할당하는 단계;

상기 자석 길이가 상기 스트링 길이보다 클 때 상기 외부 그룹에 감쇠 계소를 할당하는 단계; 및

상기 자석 길이가 상기 스트링 길이보다 클 때 상기 내부 그룹에 증폭 계수를 할당하는 단계

를 포함하는 보정 방법.
제13항에 있어서,

상기 센서 그룹들은 동일한 수의 센서들을 포함하는 보정 방법.