KR20140091474A

KR20140091474A - 가변 플럭스 컬렉터를 이용한 위치 측정

Info

Publication number: KR20140091474A
Application number: KR1020140002122A
Authority: KR
Inventors: 제임스 그레고리 스탠리
Original assignee: 본스인코오포레이티드
Priority date: 2013-01-11
Filing date: 2014-01-08
Publication date: 2014-07-21
Also published as: US9018942B2; JP6300506B2; KR102030857B1; US20140197818A1; JP2014134535A

Abstract

본 발명은 자기적 기반의 위치 센서에 관한 것이다. 센서는 경로를 따라 이동하는 자석 조립체, 공통 컬렉터, 하나 이상의 자기 감지 요소, 제1 가변 컬렉터 및 제2 가변 컬렉터를 포함한다. 하나 이상의 자기 감지 요소들은 공통 컬렉터에 결합된다. 제1 및 제2 가변 컬렉터는 하나 이상의 자기 센서 중 하나에 결합되고, 자기장을 수집하도록 구성된다. 제1 및 제2 가변 컬렉터는 자석 조립체가 경로를 따라 이동하는 동안 자석 조립체에 의해 발생된 자기 플럭스의 일부를 전달하도록 위치 설정된다. 제1 가변 컬렉터와 제2 가변 컬렉터는 제1 및 제2 가변 컬렉터에 의해 수집되는 플럭스가 자석이 경로를 따라 이동함에 따라 달라지도록 형상과 배향을 갖는다.

Description

가변 플럭스 컬렉터를 이용한 위치 측정 {POSITION MEASUREMENT USING A VARIABLE FLUX COLLECTOR}

본 발명은 자기 센서를 이용한 위치 측정에 관한 것이다. 더 구체적으로는, 본 발명의 실시예들은 한 세트의 플럭스 컬렉터에 대한 자석의 위치를 감지하는 것에 의한 반복 가능한 위치 측정에 관한 것이다.

다수의 자기 위치 센서를 포함하여, 많은 종류의 위치 센서가 알려져 있다. 일반적인 자기 센서에서는, 이동하는 요소에 자석이 연결되거나 또는 다른 방식으로 결합된다. 요소가 이동할 때, 자석도 이동한다. 대체로, 자석의 이동에 의한 자기장의 변화는 위치와 연관될 수 있다. 자기 감지는 상업적으로 이용 가능한 감지 IC(예를 들어, 홀-기반 및 자기 저항식 센서)를 이용할 때의 상대적인 단순성과 "먼지가 많은" 환경에 대한 방비를 포함하여, 다른 기술들보다 많은 이점을 가진다.

현재의 자기 센서의 하나의 문제점 또는 결함은 그 최대 선형 치수가 측정 범위의 작은 일부인 자석을 이용하는 상태로는 긴 범위의 측정이 불가능한 것이다(예를 들어, 단지 6mm 길이의 원통형 자석을 이용하여 50mm가 넘는 범위를 반복 측정하는 것).

일 실시예에서, 본 발명은 반복 가능한 측정을 위한 비교적 단순한 시스템을 제공한다. 시스템은 작은 자석과 다수의 "컬렉터" 플레이트 또는 컬렉터를 포함한다. 컬렉터는 하나 이상의 자석 센서 상에 플럭스를 수집하고 집중시킨다. 일 실시예에서, 2개의 자기 센서 신호의 비율은 자석의 상대적인 위치를 확인하는데에 이용된다. 또 다른 실시예에서, 자기 각도 센서가 플럭스 각도를 감지하는데에 이용된다. 이 각도는 자석의 위치를 확인하는데에 이용된다.

많은 속성들 중에서도, 본 발명의 실시예들은 작은 자석을 이용하여 비교적 큰 범위에 걸친 위치 측정을 제공한다. 본 발명의 실시예는 자석과 측정 시스템 사이의 간극의 작은 변화에 비교적 예민하지 않다. 게다가, 실시예들은 이용 가능한 "기성품(off-the-shelf)" 감지 장치와 호환된다.

일 실시예에서, 본 발명은 자기적-기반의 위치 센서를 제공한다. 센서는 경로를 따라 이동하는 자석 조립체, 공통 컬렉터(common collector), 하나 이상의 자기 감지 요소, 제1 가변 컬렉터 및 제2 가변 컬렉터를 포함한다. 하나 이상의 자기 감지 요소는 공통 컬렉터에 결합된다. 제1 및 제2 가변 컬렉터는 하나 이상의 자기 센서 중 하나에 결합되고, 자기장을 수집하도록 구성된다. 제1 및 제2 가변 컬렉터는 자석이 경로를 따라 이동하는 동안 자석에 의해 생생되는 자기장의 일부를 전달하도록 위치 설정된다. 제1 가변 컬렉터 및 제2 가변 컬렉터는 자석이 경로를 따라 이동하는 동안 제1 및 제2 가변 컬렉터에 의해 수집되는 플럭스가 변화하고 제1 가변 컬렉터에 의해 수집된 플럭스의 변화가 제2 가변 컬렉터에 의해 수집된 플럭스의 변화와 다르도록 형상과 배향을 갖는다.

본 발명의 다른 양태는 상세한 설명과 첨부 도면을 고려하여 명백해질 것이다.

도 1은 위치 측정 시스템의 개략도이다.
도 2는 도 1의 위치 측정 시스템의 출력 비율 그래프이다.
도 3은 또 다른 위치 측정 시스템의 개략도이다.
도 4는 도 3의 위치 측정 시스템의 출력 비율의 그래프이다.
도 5는 또 다른 위치 측정 시스템의 개략도이다.
도 6a 및 도 6b는 시스템의 양 단부에 자석이 위치한 도 5의 위치 측정 시스템을 도시한다.
도 7은 도 5의 위치 측정 시스템의 출력 비율 그래프이다.
도 8a 및 도 8b는 도 6a 및 도 6b에 각각 도시된 도 5의 시스템의 측면도이다.
도 9a 및 도 9b는 도 8a 및 도 8b에 도시된 시스템의 대체 구조이다.
도 10a 및 도 10b는 도 8a 및 도 8b에 도시된 시스템의 또 다른 대체 구조이다.
도 11a, 도 11b, 도 12a 및 도 12b는 다른 형태의 자석을 구비한 도 6a 및 도 6b에 도시된 위치 측정 시스템의 절결 측면도이다.
도 13a 및 도 13b는 위치 측정 시스템의 대체 구조의 절결 측면도이다.
도 14a는 또 다른 위치 측정 시스템의 개략도이다.
도 14b는 도 14a의 위치 측정 시스템의 출력 비율 그래프이다.
도 15a는 또 다른 위치 측정 시스템의 개략도이다.
도 15b는 도 15a의 위치 측정 시스템의 출력 비율 그래프이다.

본 발명의 임의의 실시예들을 상세하게 설명하기 전에, 본 발명은 그 응용이 이하의 설명에서 개시되거나 이하의 도면에서 도시된 구성 요소의 세부적인 구조와 배치에 한정되지 않음이 이해되어야 한다. 본 발명은 다른 실시예가 가능하고 다른 방법으로 실시 또는 실행이 가능하다. 게다가, 본원에서 설명되거나 개시된 특정 실시예 또는 예시의 일부로서 설명되었기 때문에 단일 요소 또는 특징은 필수적인 것으로 여겨져서는 안된다.

도 1은 위치 측정 시스템(100)을 도시한다. 시스템(100)은 제1 자기 감지 요소(예를 들어, 홀 효과 센서)(105), 제2 자기 감지 요소(예를 들어, 홀 효과 센서)(110), 공통 컬렉터(115), 제1 가변 컬렉터(120), 제2 가변 컬렉터(125) 및 자석(130)을 포함한다. 공통 컬렉터(115)는 자기 회로 요소(152)를 통해 제1 및 제2 자기 감지 요소(105, 110)에 자기적으로 결합된다. 제1 컬렉터(120)는 자기 회로 요소(151)를 통해 제1 자기 감지 요소(105)에 자기적으로 결합되고, 제2 컬렉터(125)는 자기 회로 요소(150)를 통해 제2 자석 감지 요소(110)에 자기적으로 결합된다.

도시된 구조에서, 제1 컬렉터(120)는 제2 컬렉터(125)와 동일 평면 상에 그리고 그에 인접하여[예를 들어, 도면에서 "PoT"로 표시된, 자석(130)의 이동 경로를 따라] 위치한다. 제1 컬렉터(120)와 제2 컬렉터(125)는 자석의 플럭스의 상당한 비율이 컬렉터(120, 125)를 통해 제1 및 제2 자기 감지 요소(105, 110)로 유동하고, 공통 컬렉터(115)로 유동한 뒤 자석(130)으로 돌아오도록 자석(130)에 대하여 위치한다.

컬렉터(120, 125)와 자기 회로 요소(150, 151, 152)는 비교적 높은 투과성의 재료로 만들어진다. 자석(130)은 자석의 이동 방향[자석의 이동 방향이 자석의 양편 상에 화살표(140, 145)로 도시됨]에 직각 방향으로 자화된다. 자석(130)은 컬렉터(115, 120, 125)의 "앞쪽에" 위치하고 컬렉터(120, 125)의 평면에 평행하게 이동한다.

자석이 제2 컬렉터(125)를 향해[즉, 화살표(140) 방향으로] 이동하는 동안, 제2 컬렉터(125)에 의해 수집되고 제2 자기 감지 요소(110)를 통해 이동하는 플럭스의 양은 증가하고, 제1 컬렉터(120)에 의해 수집되고 제1 자기 감지 요소(105)를 통해 이동하는 플럭스의 양은 감소한다. 비율[예를 들어, 제2 센서(110) 신호를 제1 센서(105) 신호로 나눈 것]을 계산하여 자석의 위치를 알아낼 수 있다. 도 2는 자석(130)의 위치에 기초를 둔 제1 및 제2 자기 감지 요소(105, 110)에 의해 발생된 2개의 신호의 비율을 도시하며, 이것은 자석(130)의 위치를 확인할 수 있게 한다.

일부 실시예에서, 제1 및 제2 자기 감지 요소(105, 110)에 의해 생성된 신호는 계산을 수행하고 자석의 위치를 확인할 수 있는 마이크로프로세서로의 입력일 수 있다. 대체예에서, 신호는 자석의 위치를 확인하는 하드웨어 비교기에 제공된다. 도 1에 도시된 구조에서, 위치 정보는 제1 및 제2 컬렉터(120, 125) 사이의 중점 근처의 구역으로 한정된다. 자석이 2개의 컬렉터 중 어느 하나의 완전히 "앞쪽에" 위치하면, 비율은 자석(130)의 위치를 정확하게 확인할 만큼 충분히 변하지 않는다.

도 3은 위치 측정 시스템(200)의 또 다른 구조를 도시한다. 시스템(200)은 시스템(100)과 유사하고, 제1 자기 감지 요소(예를 들어, 홀 효과 센서)(205), 제2 자기 감지 요소(예를 들어, 홀 효과 센서)(210), 공통 컬렉터(215), 제1 가변 컬렉터(220), 제2 가변 컬렉터(225) 및 자석(230)을 포함한다. 공통 컬렉터(215)는 자기 회로 요소(282)에 의해 제1 및 제2 자기 감지 요소(205, 210) 모두에 자기적으로 결합된다. 제1 컬렉터(220)는 자기 회로 요소(280)에 의해 제1 자기 감지 요소(205)에 자기적으로 결합되고, 제2 컬렉터(225)는 자기 회로 요소(281)에 의해 제2 자기 감지 요소(210)에 자기적으로 결합된다. 자기 회로 요소(280, 281, 282)는 컬렉터(215, 220, 225)와 감지 요소(205, 210) 사이에 낮은 릴럭턴스(reluctance)를 제공한다.

도시된 구조에서, 제1 컬렉터(220)는 제2 컬렉터(225)와 동일 평면 상에 그리고 그에 인접하여 위치한다. 도시된 구조에서, 제2 컬렉터(225)는 제1 컬렉터(220) 아래에 있다. 제1 컬렉터(220)와 제2 컬렉터(225)는 자석의 플럭스의 상당한 비율이 컬렉터(220, 225)를 통해 제1 및 제2 자기 감지 요소(205, 210)로 유동하고, 그 후에 공통 컬렉터(215)로 유동한 뒤 자석(230)으로 돌아오도록 자석(230)에 대하여 위치한다.

이 구조에서, 컬렉터(220, 225)는 대체로 삼각형 형상을 가지고(예를 들어, 네모로된 단부를 가질 수 있음), 제2 컬렉터(225)의 광폭 단부(247)가 제1 컬렉터(220)의 협소 단부(250)에 인접하여 위치하고 제2 컬렉터(225)의 협소 단부(255)가 제1 컬렉터(220)의 광폭 단부(260)에 인접하여 위치하도록 위치 설정된다.

자석(130)처럼, 자석(230)도 자석의 이동 방향에 직각 방향으로 자화된다. 도면으로부터 명백해지는 것처럼, 자석의 이동 방향은 대체로 선형이고 자석의 양편 상에 화살표(240, 245)로 도시된 방향으로 왕복 운동한다. 자석(230)은 컬렉터(220, 225)의 "앞쪽에" 위치하고 컬렉터(220, 225)의 평면에 평행하게 이동한다.

제1 자기 감지 요소(205)에 의한 신호 출력은 자석(230)이 제1 컬렉터(220)의 광폭 단부(260)에 더 가까이 위치할 때 더 큰 크기를 갖는다. 감지 요소(205)에 의한 신호 출력은 자석(230)이 제1 컬렉터(220)의 협소 단부(250)에 더 가까이 위치할 때 더 작은 크기를 갖는다. 제2 자기 감지 요소(210)에 의한 신호 출력은 유사한 방식으로 변화하지만, 컬렉터(220, 225)의 배향 때문에 센서(205, 210)에 의한 신호 출력의 크기는 반대로 변한다. 따라서, 도 4에 도시된 대로, 제1 및 제2 자기 감지 요소(205, 210)에 의해 발생되는 2개의 신호의 비율로 자석의 전체 이동 길이를 따라 자석(230)의 위치를 측정할 수 있다. 이동 범위는 자석(230)의 크기에 의해 한정되지 않는다. 가변 컬렉터(220, 225)가 길어지면, 시스템(200)의 범위 또한 길어진다. 그러나, 컬렉터가 길어짐에 따라 해상도는 떨어진다(즉, 이동한 단위 거리 당 비율 변화는 감소한다). 용도에 따라, 감소된 해상도는 허용될 수 있다. 도 4에서 2개의 점선은 신호 비율의 가능한 결과의 예이고, 신호의 추이를 도시하여, 비율이 자석의 위치와 선형 또는 비선형으로 변할 수 있음을 보여준다.

도시된 구조에서, 자기 플럭스는 컬렉터 및 각가의 컬렉터와 관련된 자기 회로 요소를 통해 이동하고, 각각의 컬렉터와 자기 회로 요소 쌍은 단일 자기 컬렉터 조립체이다. 예를 들어, 도 3에서, 컬렉터(220)와 자기 회로 요소(280)는 단일 자기 컬렉터 조립체를 형성하도록 조합된다. 단일 부재의 재료가 별개의 컬렉터 조립체(즉, 컬렉터와 그와 관련된 자기 회로 요소를 포함함) 각각에 이용되고 높은 자기 투과성과 낮은 자기 이력 현상(hysteresis)을 가진다. 다른 구조에서, 컬렉터와 자기 회로 요소는 별개 부재의 재료이거나 단일 단순 부재의 재료의 형상(즉, 컬렉터 조립체가 컬렉터만을 포함함)을 취할 수 있다.

도 5는 또 다른 위치 측정 시스템(300)을 도시한다. 시스템(300)은 제1 및 제2 자기 감지 요소 대신 각도 센서(307)가 이용된 것을 제외하고, 시스템(200)(도 3 참조)과 유사하다. 각도 센서(307)는 자기 회로 요소(380, 381, 382)를 거쳐서 제1 및 제2 컬렉터(320, 325) 모두와 공통 컬렉터(315)에 자기적으로 결합된다. 이 경우에, 자기 플럭스의 일부는 자석(330)으로부터 제1 및 제2 컬렉터(320, 325)로 이동하고, 각도 센서(307)를 거쳐서 공통 컬렉터(315)로 이동한 뒤 자석(330)으로 돌아온다. 각도 센서(307)는 제1 및 제2 컬렉터(320, 325)로부터의 자기 회로 요소(380, 381)가 공통 컬렉터(315)로부터의 자기 회로 요소(382)와 합체되는 곳의 간극에서 플럭스 각도를 감지한다.

각도 센서(307)는 플럭스 각도의 변화가 측정값의 변화를 발생시키도록 플럭스 밀도의 2개의 직교 성분을 효과적으로 측정하는 단일 센서 또는 센서들의 조합일 수 있다(예를 들어, NXP, 인피니언(Infineon) 및 미크로나스(Micronas)를 포함하는 제조사로부터 상업적으로 이용가능한 각도 센서). 이러한 센서의 일부는 홀 효과 기술에 기초를 두고, 다른 센서들은 자기 저항 센서 종류에 기초한다. 그러나, 2개의 독립된 센서(예를 들어, 홀 센서, 코일-기반 플럭스게이트 등)가 플럭스 각도의 변화를 확인하여 자석 위치의 변화를 확인하기 위해 플럭스 밀도의 2개의 성분을 측정하는데에 이용될 수 있다.

도 6a와 도 6b는 자석(330)이 제1 컬렉터(320)의 협소 단부(350) 가까이에 위치할 때(도 6a)와 자석(330)이 제1 컬렉터(320)의 광폭 단부(360)에 위치할 때(도 6b) 측정된 플럭스 각도(370)를 도시한다. 도 7은 자석(330)이 그 이동 경로를 따라 이동하는 동안 측정 가능한 플럭스 각도의 예시 그래프를 도시한다.

도 8a와 도 8b는 자석(330)이 제1 컬렉터(320)의 협소 단부(350) 근처에 위치할 때(도 8a)와 자석(330)이 제1 컬렉터(320)의 광폭 단부(360)에 위치할 때(도 8b) 시스템(300)의 측면도를 도시한다. 도 8a와 도 8b는 자석(330)이 제2 컬렉터(325)의 협소 단부(355)와 제1 컬렉터(320)의 광폭 단부(360) 가까이에 위치할 때, 제1 컬렉터(320)가 어떻게 더 많은 플럭스를 수집하고 있는지, 그리고 자석(330)이 제2 컬렉터(325)의 광폭 단부(347)와 제1 컬렉터(320)의 협소 단부(350) 가까이에 위치할 때 제2 컬렉터(325)가 어떻게 더 많은 플럭스를 수집하고 있는지를 도시한다. 이 구조에서, 제1 및 제2 컬렉터(320, 325)는 모두 동일 평면(P1)에 있다.

도 9a와 도 9b는 제1 컬렉터(320)와 제2 컬렉터(325)가 자석(330)의 반대편 상에 위치하는 시스템(300)의 대체 구조를 도시한다.

도 10a와 도 10b는 제1 및 제2 컬렉터(420, 425)가 다른 평면에 위치하는 것[예를 들어, 제2 컬렉터(425)는 평면(P1)에 위치하고 제1 컬렉터(420)는 평면(P2)에 위치함]을 제외하고, 시스템(300)과 유사한시스템(400)의 측면도를 도시한다.

상술된 구조에서, 자석은 모든 종류의 영구 자석(예를 들어, 페라이트, 알니코, 사마륨-코발트, 네오디뮴-철-붕소, 또는 다른 종류의 자석)일 수 있다. 또한 대부분의 응용에서 적은 시스템 비용 때문에 영구 자석이 선택되지만 자석이 전자-자석과 같은 활성 자기장 발생 장치일 수 있다.

또한 상술된 구조에서, 자석은 단순한 형상을 가진다. 그러나, 성능을 향상시키거나 패키징 제약을 충족시키기 위해서 다른 형상의 자석 또한 사용될 수 있다. 예로써, 플럭스 라인을 컬렉터로 더 잘 유도하기 위해 U-형상을 취할 수 있다(도 11a 및 도 11b 참조). 게다가, 자석은 시스템이 측정하고자 하는 이동에 직교하는 방향으로의 이동의 영향을 줄이기 위한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 자석의 극이 컬렉터보다 넓거나 좁을 수 있어서 "상향" 또는 "하향" 이동이 자석의 극과 관련 컬렉터 사이의 결합에 훨씬 적은 영향을 줄 수 있다(도 12a, 도 12b 참조). 게다가, 본 설명에서 자석은 자석 조립체의 일부로서 극편(pole piece)을 포함할 수 있다.

도 13a와 도 13b는 자석(530)이 공통 컬렉터 조립체(532)의 일부인 시스템(500)을 도시한다. 이 경우에 공통 컬렉터 조립체(532)는 추가적인 자기 요소(533)를 또한 포함한다. 이동 요소(534)는 자기 플럭스를 유도하는 극편이지만, 플럭스의 소스는 아니다. 다른 구조에서, 도 13a와 도 13b의 회로 구성은 각도 센서(507) 대신에 자기 감지 요소를 포함한다.

도 14a, 도 14b, 도 15a 및 도 15b는 위치 측정 시스템(700, 800)의 대체 구조를 도시한다. 제1 및 제2 컬렉터(720/820, 725/825)의 형상은 자석(730/830)의 위치에 기초하여 다른 출력을 제공하기 위해 맞춤 설계될 수 있다. 다른 실시예와 비교하여 맞춤 설계는 1) 특정 영역에서 증가된 해상도와 2) 자석(730/830)이 위치하는 범위에 관한 정보와 같은 상이한 데이터 또는 추가 데이터가 생성되는 것을 허용한다. 도면에서, 제1 및 제2 컬렉터(720/820, 725/825)가 상보적인 기하학적 형상(즉, 그들은 서로 끼워짐)을 가지는 것이 도시된다; 그러나, 제1 및 제2 컬렉터(720/820, 725/825)의 형상은 서로 완전히 다를 수 있다. 컬렉터의 맞춤 설계된 기하학적 형상은 사실상 임의의 형상일 수 있다.

반복 가능한 센서 성능을 위해 컬렉터와 관련 자기 회로가 서로에 대해 거의 고정되어 유지되는 것이 중요하다. 그러므로, 컬렉터들은 기구적 제약으로 제자리에 유지된다. 예를 들어, 컬렉터는 오버-몰딩된 플라스틱 지지부 또는 포팅(potting)으로 제자리에 유지될 수 있다.

플럭스를 센서로 유도하는 자기 플럭스 집속기(concentrator)와 자기 회로 요소에 대해 센서가 제자리에 유지되는 것 또한 중요하다.

자기 감지 요소를 이용하는 구조에서, 센서는 바람직하게 홀 효과 센서 또는 플럭스 밀도를 측정할 수 있는 다른 자기 센서이다. 자기 각도 센서를 이용하는 구조에서, 센서는 자기 저항 센서(예를 들어, AMR, GMR 및 TMR) 또는 홀-기반 각도 센서(단일 장치 내 일반적으로 다중 홀 센서가 자기 플럭스의 각도를 집합적으로 측정하기 위해 사용됨)일 수 있다. 플럭스 각도를 측정할 수 있는 다른 기술이 또한 이용될 수 있다.

컬렉터와 자기 회로 요소는 단순한 형상으로써 상술되었으나, 복잡한 3-차원 형상일 수 있다. 예를 들어, 컬렉터는 비교적 편평할 수 있고, 일 에지(상부 에지, 하부 에지, 또는 측면 에지)로부터 돌출되고 컬렉터에 직각이고 최종적으로 센서 영역에 도달하는 탭을 구비한다. 센서에 도달하는 자기 회로 요소는 임의의 형상일 수 있고 컬렉터 상에 어디든 접속될 수 있다. 다른 구조에서, 센서는 컬렉터로부터 나오는 인식 가능한 자기 회로 요소가 없도록 컬렉터 바로 옆에 위치할 수 있다. 당해 기술 분야에 해박한 자는 이것이 본 발명 내의 개념을 바꾸지 않는 것을 인정할 것이다.

플럭스 컬렉터와 자기 회로 요소는 본원 내에서 예상되는 플럭스 밀도와 호환되도록 설계된다. 설계는 컬렉터 또는 자기 회로 요소가 포화될 수 있는 플럭스 레벨을 고려한다. 포화는 자기 회로 릴럭턴스가 바뀌게 하고, 그 결과 자석의 위치에 대한 측정을 예상되는 측정으로부터 변화시킬 것이다.

상술된 구조는 일정한 형상의 공통 컬렉터를 보여준다. 이 형상은 개념을 설명하기 위해 이용된 것이지만, 공통 컬렉터의 형상과 상대적인 배향은 센서 응답을 최적화하기 위해 변경될 수 있다.

또한, 자석의 배향(컬렉터와 자석 사이의 거리)과 컬렉터에 대한 자석의 상대적인 배향 또한 변경될 수 있다.

자석이 직선으로 이동하지 않을 때, 자석의 경로를 따르는 컬렉터를 만드는 것 또한 가능하다. 예를 들어, 자석이 곡선을 따라 이동하면, 컬렉터는 그 곡선의 내측 또는 외측을 따라 맞춰지도록 설계될 수 있고, 자석과 컬렉터 사이의 거리가 거의 일정하기만 한다면, 출력 신호(비율 또는 각도)는 자석의 위치에 따라 연속적으로 달라질 수 있다.

실시예가 자석 조립체 위치의 지표로써 2개의 플럭스 밀도의 비율 또는 플럭스의 각도를 이용하였지만, 다른 파생된 척도가 위치를 계산하는데 사용될 수 있다. 이러한 척도는 2개의 센서 위치에서 2개의 플럭스 밀도 간의 차이 또는 측정된 플럭스 밀도의 합계로 나누어진 차이를 포함한다. 후자는 자석의 강도, 자석 조립체와 컬렉터 사이의 간극의 변화 등에 따른 민감도 변동의 표준화를 제공한다. 추가적인 컬렉터와 자기 감지 요소가 자석의 위치에 대한 추가 정보를 더하기 위해 이용될 수 있다.

본 발명의 다양한 특징과 이득은 이하의 특허청구범위에 기재되어 있다.

Claims

자기적 기반의 위치 센서이며,
경로를 따라 이동하는 자석 조립체;
제1 단부와 제2 단부를 가지는 공통 컬렉터;
공통 컬렉터에 결합되는 하나 이상의 자기 감지 요소;
하나 이상의 자기 센서 중 하나에 결합되고 자기 플럭스를 수집하도록 구성되는 제1 가변 컬렉터;
하나 이상의 자기 센서 중 하나에 결합되고 자기 플럭스를 수집하도록 구성되는 제2 가변 컬렉터를 포함하고,
제1 및 제2 가변 컬렉터는 자석 조립체가 경로를 따라 이동하는 동안 자석 조립체에 의해 발생된 자기 플럭스의 일부를 전달하도록 위치 설정되고,
제1 가변 컬렉터는 자기 센서에서의 플럭스 밀도가 자석 조립체가 제1 단부 가까이에 위치할 때 더 크고, 자석 조립체가 제2 단부 가까이에 위치할 때 더 작도록 형상과 배향을 가지고, 제2 가변 컬렉터는 자기 센서에서의 플럭스 밀도가 자석 조립체가 제2 단부 가까이에 위치할 때 더 크고, 자석 조립체가 제1 단부 가까이에 위치할 때 더 작도록 형상과 배향을 가지는
자기적 기반의 위치 센서.
제1항에 있어서,
제1 가변 컬렉터는 제2 가변 컬렉터에 인접하여 위치하는
자기적 기반의 위치 센서.
제2항에 있어서,
제1 가변 컬렉터는 제1 평면에 위치하고, 제2 가변 컬렉터는 제1 평면과 상이한 제2 평면에 위치하는
자기적 기반의 위치 센서.
제1항에 있어서,
제1 가변 컬렉터는 공통 컬렉터에 대하여 제2 가변 컬렉터 위에 위치하는
자기적 기반의 위치 센서.
제1항에 있어서,
제1 및 제2 가변 컬렉터 각각은 제1 단부와 제2 단부를 가지고, 제1 단부는 제2 단부보다 큰
자기적 기반의 위치 센서.
제1항에 있어서,
자석 조립체의 최대 선형 치수는 자석 조립체의 이동 길이의 15%보다 작은
자기적 기반의 위치 센서.
제1항에 있어서,
하나 이상의 자기 감지 요소는 홀 효과 센서인
자기적 기반의 위치 센서.
제6항에 있어서,
제1 가변 컬렉터는 제1 홀 효과 센서에 결합되고 제2 가변 컬렉터는 제2 홀 효과 센서에 결합되는
자기적 기반의 위치 센서.
제1항에 있어서,
자기 감지 요소는 자기 각도 센서인
자기적 기반의 위치 센서.
제9항에 있어서,
제1 및 제2 가변 컬렉터는 단일 자기 각도 센서에 결합되는
자기적 기반의 위치 센서.
제1항에 있어서,
제1 가변 컬렉터는 자석의 제1 면 상에 위치하고 제2 가변 컬렉터는 제1 면의 반대쪽인 자석 조립체의 제2 면 상에 위치하는
자기적 기반의 위치 센서.
제1항에 있어서,
제1 자기 감지 요소에 의해 감지된 자기 플럭스와 제2 자기 감지 요소에 의해 감지된 자기 플럭스의 비율은 자석 조립체의 위치를 나타내는
자기적 기반의 위치 센서.
제1항에 있어서,
제1 및 제2 가변 컬렉터는 맞춤 설계된 기하학적 형상을 가지는
자기적 기반의 위치 센서.
제13항에 있어서,
제1 가변 컬렉터의 기하학적 형상은 제2 가변 컬렉터의 기하학적 형상과 상보적인
자기적 기반의 위치 센서.
제1항에 있어서,
자석 조립체가 따라서 이동하는 경로는 만곡된
자기적 기반의 위치 센서.
제15항에 있어서,
제1 및 제2 가변 컬렉터는 자석 조립체의 이동 경로를 따라서 만곡된
자기적 기반의 위치 센서.
제1항에 있어서,
자석 조립체는 자기 플럭스를 제1 및 제2 가변 컬렉터로 유도하도록 형상을 가지는
자기적 기반의 위치 센서.
위치 센서이며,
출력 신호를 생성하는 자기 센서;
제1 자기 극과 제2 자기 극을 포함하는 자석 조립체;
자석 조립체의 제1 자기 극에 우선적으로 결합되도록 구성되는 제1 자기 컬렉터 조립체;
자석 조립체의 제2 자기 극에 우선적으로 결합되도록 구성되는 제2 자기 컬렉터 조립체;
자석 조립체의 제2 자기 극에 우선적으로 결합되도록 구성되는 제3 자기 컬렉터 조립체;
자기 플럭스가 제1 자기 컬렉터 조립체와 제2 및 제3 자기 컬렉터 조립체 사이로 유동하기 위한 자기 회로 경로를 포함하고,
자석 조립체는 자기 컬렉터 조립체에 대한 위치를 바꾸고, 자기 센서는 제1 자기 컬렉터 조립체와 제2 및 제3 자기 컬렉터 조립체 사이의 자기 회로 경로 내부에 위치하고, 출력 신호는 자석 조립체의 위치 지표인
위치 센서.
제18항에 있어서,
제3 자기 컬렉터 조립체로부터 제1 자기 컬렉터 조립체로 유동하는 플럭스에 대한 제2 자기 컬렉터 조립체로부터 제1 자기 컬렉터 조립체로 유동하는 플럭스가 자석 조립체의 위치에 따라 변하도록 제2 및 제 3 자기 컬렉터 조립체가 형상과 배향을 가지는
위치 센서.
제19항에 있어서,
자기 센서 출력 신호는 자기 센서에서 자기 플럭스 각도의 지표인
위치 센서.
제19항에 있어서,
자석 조립체는 영구 자석을 포함하는
위치 센서.
제21항에 있어서,
자석 조립체는 자기 극편을 포함하는
위치 센서.
제19항에 있어서,
자석 조립체는 직선 경로에서 이동하는
위치 센서.
제19항에 있어서,
자석 조립체는 직선이 아닌 경로에서 이동하는
위치 센서.
제18항에 있어서,
자기 센서 출력 신호는 자기 센서에서의 자기 플럭스 각도의 지표인
위치 센서.
위치 센서이며,
제1 단부와 제2 단부를 가지는 이동 자기 요소;
자기 플럭스의 소스;
출력 신호를 생성하도록 구성되는 자기 센서;
자기 요소의 제1 단부에 우선적으로 결합되도록 구성되는 제1 자기 컬렉터 조립체;
자기 요소의 제2 단부에 우선적으로 결합되도록 구성되는 제2 자기 컬렉터 조립체;
자기 요소의 제2 단부에 우선적으로 결합되도록 구성되는 제3 자기 컬렉터 조립체;
자기 플럭스가 제1 자기 컬렉터 조립체로부터 이동 자기 요소를 통해 제2 및 제3 자기 컬렉터 조립체로 유동하기 위한 제1 자기 회로 경로;
자기 플럭스가 제1 자기 컬렉터 조립체 요소와 제2 및 제3 자기 컬렉터 조립체 사이에서 유동하기 위한 제2 자기 회로 경로를 포함하고,
자기 요소는 자기 컬렉터 조립체에 대한 위치를 바꾸고, 자기 센서는 제1 자기 컬렉터 조립체와 제2 및 제3 자기 컬렉터 조립체 사이의 자기 회로 경로 내부에 위치하고, 출력 신호는 자기 요소의 위치의 지표인
위치 센서.
제26항에 있어서,
제3 자기 컬렉터 조립체로부터 제1 자기 컬렉터 조립체로 유동하는 플럭스에 대한 제2 자기 컬렉터 조립체로부터 제1 자기 컬렉터 조립체로 유동하는 플럭스가 자기요소의 위치에 따라 변하도록 제2 및 제 3 자기 컬렉터 조립체가 형상과 배향을 갖는
위치 센서.
제26항에 있어서,
자기 센서 출력 신호는 자기 센서에서 자기 플럭스 각도의 지표인
위치 센서.