KR20150000501U - 자석 디바이스 및 위치 감지 시스템 - Google Patents

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KR20150000501U
KR20150000501U KR2020147000057U KR20147000057U KR20150000501U KR 20150000501 U KR20150000501 U KR 20150000501U KR 2020147000057 U KR2020147000057 U KR 2020147000057U KR 20147000057 U KR20147000057 U KR 20147000057U KR 20150000501 U KR20150000501 U KR 20150000501U
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살바도르 허난데즈-올리버
퀴신 수에
야오 초우
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타이코 일렉트로닉스 (상하이) 컴퍼니 리미티드
타이코 일렉트로닉스 코포레이션
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Abstract

위치 감지 시스템(100)은, 자석 디바이스(102), 감지 디바이스(104), 프로세싱 회로(106) 및 회전 샤프트(108)를 포함한다. 감지 디바이스(104)는, 접속(109)을 통해 프로세싱 회로(106)와 전기적으로 접속된다. 자석 디바이스(102)는 회전 샤프트(108)상에 설치되며 회전 샤프트(108)의 축 중심(112) 주위를 회전 샤프트(108)과 회전하는데 적합하다. 감지 디바이스(104)는, 거리 D(183)를 두고 자석 디바이스(102)로부터 이격된다. 자석 디바이스(102)가, 회전 샤프트(108)의 축 중심(112) 주위를 회전할 때, 자석 디바이스(102)는 감지 디바이스(104)의 위치(즉, 검출 위치)에서 자속 밀도의 변경들을 발생시키며, 추가로, 자기장의 변경들을 야기시킨다. 자기장 세기 변경들/자기장 변경들의 밀도를 집중/수집하기 위해, 자기 디바이스(102) 자속 밀도 집중기들(308A1, 308A2, 308C1, 308C2, 309B, 309C)을 포함한다.

Description

자석 디바이스 및 위치 감지 시스템{MAGNET DEVICE AND POSITION SENSING SYSTEM}
본 고안은 일반적으로 자석 디바이스 및 위치 감지 디바이스(position sensing device)에 관한 것으로, 특히 회전가능한 샤프트(shaft)의 각 위치 범위를 검출하기 위한 위치 감지 디바이스에 이용되는 자석 디바이스에 관한 것이다.
회전가능한 샤프트의 각 위치들을 검출하기 위해 위치 감지 디바이스들을 이용하는 것이 산업분야에 알려져 있다.
전통적으로, 회전가능한 샤프트의 각 위치들을 검출하기 위해 기계적-접촉 위치 감지 디바이스들이 이용된다. 그러나, 기계적-접촉 위치 감지 디바이스들은 기계적 마모(wear), 낮은 각도 정확성 및 신뢰성 그리고 진단 능력 없음을 포함하는 일부 단점들을 갖는다.
회전가능한 샤프트의 각 위치들을 반영하기 위해 이진 신호들을 발생시키도록 전자 감지 시스템을 이용하는 제안이 존재하였다. 구체적으로, 전자 감지 시스템은 회전가능한 샤프트의 회전에 응답하여 아날로그 전기 신호들을 발생시키는 감지 디바이스를 포함하며 전자 감지 시스템은 회전가능한 샤프트의 각 위치를 표시하기 위해 이진 신호들을 발생시키도록 아날로그 신호들을 추가로 프로세싱한다. 더 구체적으로, 자석 디바이스는 회전가능한 샤프트 상에 부착되며 회전가능한 샤프트와 함께 회전하도록 적응된다. 자석 디바이스는 회전가능한 샤프트 주위를 회전하면서 감지 디바이스에 대해 자속 밀도 변경들/자기장 변경들을 야기시킨다. 감지 디바이스는 자속 밀도 변경들/자기장 변경들에 응답하여 아날로그 전기 신호들을 발생시키며 아날로그 전기 신호들은 그 후에 이진 신호들로 변환된다.
따라서, 회전가능한 샤프트의 각 위치를 더 정확하게 반영하는 자속 밀도 변경들/자기장 변경들을 발생시키기 위한 개선된 자석 디바이스를 제공할 필요성이 존재한다.
자속 밀도 변경들/자기장 변경들을 이용하여 회전가능한 샤프트의 각 위치를 더 정확하게 반영하기 위해 이진 상태 신호들을 발생시키기 위한 개선된 감지 디바이스를 제공할 다른 필요성이 존재한다.
제 1 양상에서, 본 고안은 검출 위치에 관하여 자기 밀도 변경들/자기장 변경들을 제공하기 위한 자석 디바이스를 제공하며, 이 디바이스는:
회전가능한 샤프트 상에 장착되어 그와 회전되도록 적응되는 자석 부재 ―자석 부재는, 자석 부재가 회전가능한 샤프트 주위를 회전할 때, 검출 위치에 관하여 자기 밀도 변경들/자기장 변경들을 생성함―; 및
자기 밀도 변경들/자기장 변경들의 밀도를 집중(concentrate)/압축(condense)시키기 위한 자속 밀도 집중기(concentrator)를 포함한다.
제 1 양상에 따르면, 자석 디바이스는 감지 디바이스와 함께 이용되며, 이 감지 디바이스는 감지 엘리먼트가 로케이팅되는(located) 검출 위치를 가지며:
감지 디바이스는 전방 측 및 후방 측을 갖는 감지 엘리먼트를 포함하며;
자속 밀도 집중기는 감지 엘리먼트의 후방 측 근처에 위치되는 자속 밀도 집중기 엘리먼트를 포함한다.
자석 디바이스의 제 1 양상에 따르면:
자석 부재는 자석 부재의 반대 측들에 로케이팅되는 제 1 측방 측 및 제 2 측방 측을 가지며;
자속 밀도 집중기는 제 1 및 제 2 자속 밀도 집중기 엘리먼트들을 더 포함하며;
제 1 자속 밀도 집중기 엘리먼트는 자석 부재의 제 1 측방 측 근처에 위치되며; 그리고
제 2 자속 밀도 집중기 엘리먼트는 자석 부재의 제 2 측방 측 근처에 위치된다.
제 2 양상에 따르면, 본 고안은 회전가능한 샤프트를 위한 각 위치 범위를 표시하기 위해 이진 상태 신호들을 발생시키기 위한 위치 감지 시스템을 제공하며, 그 시스템은:
자기 밀도 변경들/자기장 변경들을 발생시키는, 제 1 양상에서 설명되는 자석 디바이스;
자기 밀도 변경들/자기장 변경들에 응답하여 전자 신호들을 발생시키기 위한 감지 디바이스; 및
전자 신호들에 응답하여 이진 상태 신호들을 발생시키기 위한 프로세싱 회로를 포함한다.
위치 감지 시스템의 제 2 양상에 따르면:
프로세싱 회로는 벨-형상(bell-shaped) 함수 곡선 상에 임계 전압을 제공하기 위한 임계 회로를 포함하며; 그리고
표시 회로를 포함하며;
표시 회로는, 감지된 전기 신호들의 전압이 임계 전압 초과(또는 미만)일 때 제 1 신호 상태를 발생시키며 감지된 전기 신호의 전압이 임계 전압 미만(또는 초과)일 때 제 2 신호 상태를 발생시킨다.
위치 감지 시스템의 제 2 양상에 따르면:
임계 전압 및 벨-형상 함수 곡선은, 바이폴라(bipolar) 자석이 360도로 회전가능한 샤프트 주위를 회전할 때 일 차원에서의 자속 밀도 변경들/자기장 변경들에 응답하여 위치 감지 시스템의 설치 이전에 교정된다.
제 2 양상에 따르면, 위치 감지 시스템은:
벨-형상 함수 곡선에 따르는 전자 신호들의 최소 및 최대 피크들을 모니터링하고 업데이팅함으로써, 에어 갭들(air gaps) 및 온도에서의 변화들 및 사용되는 컴포넌트들에서의 파라미터 변화들을 포함하는 동작 조건의 변화들을 보상하기 위해 이진 상태 신호의 폭을 조정하기 위한 조정 회로를 더 포함한다.
자석 디바이스 및 위치 감지 시스템을 제공함으로써, 본 고안은 종래 기술에서의 상기 언급된 단점들을 극복한다.
본 고안은 첨부하는 도면들을 참조하여 설명될 것이다:
도 1a는, 본 고안에 따른 위치 감지 시스템(100)을 도시하는 것으로, 이 도면은 위치 감지 시스템(100)에서의 회전가능한 샤프트(108)의 측면도를 도시한다;
도 1b는 도 1a의 위치 감지 시스템(100)을 도시하는 것으로, 이 도면은 도 1a에 도시되는 회전가능한 샤프트(108)의 상면도를 도시한다;
도 1c는 위치 감지 시스템(100)을 도시하는 것으로, 이 도면은 도 1b에서의 라인 A-A를 따라 도 1b에 도시되는 회전가능한 샤프트(108)의 단면도를 도시한다;
도 2는 도 1a-c에 도시되는 자석 디바이스(102) 및 감지 디바이스(104)의 예시적인 구현을 도시한다;
도 3a-c는, 본 고안에 따른, 도 1a-c에 도시되는 자석 디바이스(102) 및 감지 디바이스(104)의 3개의 실시예들을 도시한다;
도 4a-c는, 본 고안에 따른, 도 1a-c에 도시되는 자석 디바이스들(102A-C) 및 감지 디바이스(104A-C)의 3개의 추가적인 실시예들을 도시한다;
도 5a는 위치 감지 시스템(100)에서의 프로세싱 회로(106)의 일 실시예를 더 상세하게 도시한다;
도 5b는 위치 감지 시스템(100)에서의 프로세싱 회로(106)의 다른 실시예를 더 상세하게 도시한다;
도 6은 도 5a에 도시되는 프로세싱 유닛(504)을 더 상세하게 도시한다;
도 7a는 벨-형상 함수 곡선(702)을 도시하는 것으로, 그 곡선은 도 2에 도시되는 자석(204)에 의해 야기되는 자속 밀도 변경들/자기장 변경들을 반영한다;
도 7b는 벨-형상 함수 곡선(706)을 도시하는 것으로, 그 곡선은 도 3a-b 및 4a-b에 도시된 바와 같이 자석(304A, 304B, 404A 또는 404B) 및 자속 밀도 집중기(들)(308A1, 308A2; 308C1, 308C2; 309B; 또는 309C)에 의해 야기되는 자속 밀도 변경들/자기장 변경들을 반영한다;
도 8a는 벨-형상 함수 곡선(802)을 도시하는 것으로, 이 곡선은 도 2에 도시된 바와 같은 감지 엘리먼트(202)에 의해 감지되는 전압 출력들을 반영한다;
도 8b는 벨-형상 함수 곡선(806)을 도시하는 것으로, 이 곡선은 도 3a, 3b, 4a, 또는 4b에 도시되는 감지 엘리먼트(302A 또는 302B)에 의해 감지되는 전압 출력들을 반영한다;
도 8c는 교정(또는 시뮬레이션) 프로세스에서의 벨-형상 함수 곡선(806)에 기초하여 제 1 신호 상태 및 제 2 신호 상태를 갖는 이진 상태 신호(107)를 형성하는 방식을 도시한다;
도 9a-b는 도 1a-c에 도시되는 회전가능한 샤프트(108)에 대한 회전 범위를 표시하기 위해 포지티브(positive) 이진 상태 신호(107) 또는 네거티브(negative) 이진 상태 신호(1075)를 이용하여 예시된다; 그리고
도 10은 엔진 제어 시스템(900)을 도시하는 것으로, 여기서는, 도 1a-c에 도시된 프로세싱 회로(106)의 출력(111)이 자동차에서의 엔진을 제어하기 위해 이용된다.
이제 실시예들에 대한 참조가 이루어지며, 그 예들은 첨부하는 도면들에 예시된다. 실시예들의 상세한 설명에서, "최상부", "바닥부", "위에", "아래", "왼쪽", "오른쪽" 등과 같은 방향성 용어는 설명되는 도면(들)의 배향(orientation)에 대한 참조로 이용된다. 본 고안의 실시예들의 컴포넌트들은 다수의 서로 다른 배향들로 위치될 수 있기 때문에, 방향성 용어는 예시의 목적들을 위해 이용되며 결코 제한하려는 것이 아니다. 가능할 때마다, 동일한 또는 유사한 부분들을 지칭하기 위해 도면들 전반에 동일한 또는 유사한 참조 부호들 및 심볼들이 이용된다.
도 1a는 본 고안에 따른 위치 감지 시스템(100)을 도시하는 것으로, 이 도면은 위치 감지 시스템(100)에서의 회전가능한 샤프트(108)의 측면도를 도시한다.
도 1a에서, 위치 감지 시스템(100)은 자석 디바이스(102), 감지 디바이스(104), 프로세싱 회로(106) 및 회전가능한 샤프트(108)를 포함한다. 감지 디바이스(104)는 링크(109)를 통해 프로세싱 회로(106)에 전기적으로 접속되며, 자석 디바이스(102)는 회전가능한 샤프트(108) 상에 장착되며 회전가능한 샤프트(108)의 (도 1c에 도시된 바와 같은) 축(112) 주위에 회전가능한 샤프트(108)와 함께 회전하도록 적응된다. 감지 디바이스(104)는 위에 위치되며 거리 D(또는 에어 갭)(183)를 두고 자석 디바이스(102)로부터 분리된다. 회전가능한 샤프트(108)의 축(112) 주위를 회전할 때, 자석 디바이스(102)는 자속 밀도 변경들을 야기할 수 있으며, 이 변경들은 차례로 감지 디바이스(104)가 로케이팅되는 위치(또는 검출 위치)에 대한 자기장 변경들을 야기한다. 감지 디바이스(104)는 자석 디바이스(102)로부터의 자속 밀도 변경들/자기장 변경들을 받을 때 (PWM, SENT 등과 같은) 전기 신호들을 발생시킬 수 있다. 예시적인 실시예로서, 감지 디바이스(104)는 자속 밀도 변경들에 의해 야기되는 자기장 변경들에 응답하여 전기 신호들을 발생시키기 위한 홀-이펙트(Hall-effect) 회로를 포함할 수 있다. 감지 디바이스(104)는 프로세싱 회로(106)에 감지된 전기 신호들을 인가하며, 이는 결국 감지된 전기적 신호들에 응답하여 그의 출력 단자(즉, 링크(111))에서 이진 상태 신호(110)를 발생시킨다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 회전가능한 샤프트(108)는 자신의 경도 방향을 따라 선형적으로 이동할 수 있으며 (도 1c에 도시된 바와 같은) 자신의 축(112) 주위를 회전할 수 있다. 회전가능한 샤프트(108)가 자신의 경도 방향을 따라 선형적으로 이동할 때, 프로세싱 회로(106)는 자신의 출력(111)에서 그의 이진 전압 상태 신호를 유지한다. 다시 말해, 감지 디바이스(104)는 회전가능한 샤프트의 라이너(liner) 운동으로부터의 임의의 자속 밀도 변경들 및/또는 자기장 변경들을 검출할 수 없기 때문에 프로세싱 회로(106)의 이진 상태 출력(111)은 회전가능한 샤프트(108)의 선형 움직임에 응답하여 그 이진 상태 출력을 변경하지 않는다. 그러나, 회전가능한 샤프트(108)가 자신의 축(112) 주위를 회전할 때, 프로세싱 회로(106)는 회전가능한 샤프트(108)의 회전 각에 따라, 자신의 출력(111)에서 Vhigh와 Vlow 사이에서 그의 이진 전압 상태를 변경할 수 있다. 다시 말해, 프로세싱 회로(106)는 회전가능한 샤프트(108)의 회전 각에 응답하여 Vhigh와 Vlow 사이에서 그의 이진 상태 출력(111)을 스위칭한다.
도 1b는 도 1의 위치 감지 시스템(100)을 도시하는 것으로, 이 도면은 회전가능한 샤프트(108)의 상면도를 도시한다. 회전가능한 샤프트(108)의 상면도에서, 감지 디바이스(104)는 (거리 D(183)로) 자석 디바이스(102) 위의 위치에 그려져야 한다. 본 고안의 원리를 더 잘 예시하기 위해, 그러나, 감지 디바이스(104)는 도 2에서의 회전가능한 샤프트(108)의 측방 측에 예시적으로 위치되지만, 자석 디바이스(102)와 감지 디바이스(104) 사이의 상하 위치 관계를 반영하기 위해 점선(109)을 이용한다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 자석 디바이스(102)는 회전가능한 샤프트(108)가 자신의 경도 방향으로 선형적으로 이동할 때 감지 디바이스(104)가 자석 디바이스(102)의 유효 검출 구역에 항상 있도록 보장하기 위해 회전가능한 샤프트(108)의 경도 방향을 따른 길이 L을 갖는다. 점선(114)은 회전가능한 샤프트(108)의 경도 방향을 따른 중심 선을 표시하며 점선들(115 및 117)은 회전가능한 샤프트(108)의 회전 범위(-L1,+L1)를 정의한다. 다시 말해, 회전가능한 샤프트(108)가 자신의 축(112) 주위를 왼쪽 및 오른쪽을 회전할 때, 중심 선(114)은 점선들(115 및 117) 각각을 향해 회전한다.
도 1c는 도 1b의 위치 감지 시스템(100)을 도시하는 것으로, 이 도면은 도 1b에서 라인 A-A를 따른 회전가능한 샤프트(108)의 단면도를 도시한다.
도 1c에 도시된 바와 같이, 회전가능한 샤프트(108)는 (점선(121)으로 표시된 것처럼) 왼쪽 회전 한계 -Lm에 도달할 때까지 자신의 왼쪽을 향해 또는 (점선(123)에 의해 표시된 것처럼) 자신의 오른쪽 회전 한계 +Lm에 도달할 때까지 오른쪽을 향해 (회전가능한 샤프트(108)의 직경 방향에서 중심 선(113)에 의해 표시된 것처럼) 자신의 중심 위치로부터 회전할 수 있다. 중심 선(113)은 회전가능한 샤프트(108)의 중심 선(114) 및 축(112)을 통과하고 이를 나눈다. 그러므로, 2개의 점선들(121 및 123)은 회전가능한 샤프트(108)에 대한 전체(또는 최대) 회전 범위(-Lm, +Lm)를 정의한다. 전체 회전 범위(-Lm, +Lm) 내에서, 2개의 점선들(115 및 117)은 회전가능한 샤프트(108)에 대한 내부 회전 범위(-L1, +L1)를 정의한다. 도 1c에 도시된 바와 같은 실시예에서, 전체 회전 범위 및 내부 회전 범위는 회전가능한 샤프트(108) 상의 축(112) 및 중심 선(113)에 관하여 대칭이다. 즉, -Lm 내지 -L1의 회전 범위들은 축(112) 및 중심 선(113)에 관하여, +Lm 내지 +L1의 회전 범위들과 각각 동일하다. 그러나, 회전 범위들의 비-대칭적 배열들이 당업자에게 가능하다. 추가로, 회전가능한 샤프트(108)의 전체 회전 범위(-Lm, +Lm)를 360도로 확장시키는 것이 가능하다. 도 1a-c에서의 컴포넌트들 사이의 위치 관계들을 더 명확하게 정의하기 위해, 회전가능한 샤프트(108)의 직경 방향에서의 중심 선(113)은 축(112)을 통과하는 직선이며 회전가능한 샤프트(108)의 경도 방향을 따라 중심 선(114)에 수직임이 주목되어야 한다.
함께 작용하면, 감지 디바이스(104) 및 프로세싱 회로(106)는 회전가능한 샤프트(108)의 각 위치를 검출할 수 있으며 출력(111) 상에 이진 상태 표시 신호(107)를 발생시킨다. 구체적으로, 프로세싱 회로(106)는 회전가능한 샤프트(108)가 회전 범위(-L1, +L1) 내에 있을 때 제 1 신호 상태(도 1c에 도시된 바와 같은 하이 전압 상태 Vhigh 또는 도 9b에 도시된 바와 같은 로우 전압 상태 Vlow)를 발생시킬 수 있다; 프로세싱 회로(106)는 회전가능한 샤프트(108)가 회전 범위(-L1, +L1) 밖에(또는 벗어나) 있을 때 제 2 신호 상태(도 1c에 도시된 바와 같은 로우 전압 상태 Vlow 또는 도 9b에 도시된 바와 같은 하이 전압 상태 Vhigh)를 발생시킨다. 이진 상태 표시 신호(107)는 그 후에 (도 10에 도시된 대로) 프로세싱 회로(106)의 출력 단자(111)를 통해 ECU(Engine Control Unit)(902)에 인가된다.
도 2는 도 1a-c에 도시되는 자석 디바이스(102) 및 감지 디바이스(104)의 예시적인 구현을 도시한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 자석 디바이스(102)는 남극 및 북극을 갖는 자석(204)을 포함한다. 자석(204)의 남극은 회전 샤프트(108)의 표면 상에 부착된다. 감지 디바이스(104)의 전방 표면(205) 및 자석(204)의 북극의 표면은 서로 대면하게 위치된다. 자석(204)의 남극 및 북극은 회전가능한 샤프트(108) 상의 축(112) 및 방사상 중심 선(113)과 정렬된다. 감지 디바이스(104)는 거리(또는 에어 갭) D(183)를 두고 자석(204)으로부터 분리되며 자석(204)과 동일 평면에 있다. 도 1b에 표시된 바와 같이, 자석(204)은 회전가능한 샤프트(108)의 경도 방향을 따른 경도 중심 선(114) 및 길이 L을 갖는다. 자석(204)으로부터 자속 밀도 변경들을 더 효율적으로 검출하기 위해, 일 실시예로서, 감지 디바이스(104)의 감지 포인트는 자석(204)의 경도 중심 선(114)과 정렬된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 감지 디바이스(104)는 감지 엘리먼트(202)를 포함하며, 이 감지 엘리먼트(202)는 회전 자기장에 노출될 때 전기적 신호를 발생시킬 수 있는 홀-이펙트 감지 디바이스 또는 자기-저항(magneto-resistive: MR) 감지 디바이스일 수 있다. 더 구체적으로, 홀-이펙트 감지 엘리먼트(202)는 멤브레인의 표면에 수직인 자속 밀도 변경들/자기장 변경들을 받을 때 전류 흐름의 방향에 수직인 로우 전압을 발생시키기 위해 전류-운반(current-carrying) 반도체 멤브레인일 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 에어 갭(183) 내의 자속 밀도 변경들/자기장 변경들은 3차원들(203)(Bx, By, Bz)을 따른다. 감지 디바이스(104)는 전형적으로 Bx, 또는 By 중 하나 또는 둘 다를 따른 자기장 변경들을 검출하기 위해 설계된다. 감지 엘리먼트(202)는 회전 자석(204)에 의해 야기되는 자속 밀도 변경들/자기장 변경들에 대해 감지하고 응답하는 검출 위치상에 구성될 수 있다. 도 2에서, B는 자속 밀도를 나타낸다; Bx는 샤프트(108)의 방사상 방향을 따르며 감지 엘리먼트(202)에 수직인 자속 밀도 측정을 표시한다; 그리고 By는 샤프트(108)에 접선이며 감지 엘리먼트(202)에 동일 평면에 있는 자속 밀도 측정을 표시한다.
도 3a-c는 도 1a-c에 도시되는 감지 시스템(100)의 3개의 실시예들을 도시한다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 감지 디바이스(104A)는 전방 측(305A) 및 후방 측(306A)을 가지며 자석 디바이스(102A)는 남극 및 북극을 갖는 바이폴라 자석(304A)을 포함한다. 자석(304A)의 남극은 회전 샤프트(108)의 표면 상에 부착된다. 감지 디바이스(104A)의 전방 표면(305A) 및 자석(304A)의 북극의 표면은 서로 대면하게 위치된다. 자석(304A)의 남극 및 북극은 회전가능한 샤프트(108) 상의 방사상 중심 선(113)과 정렬된다. 감지 디바이스(104A)는 감지 엘리먼트(302A)를 포함하며 거리(또는 에어 갭) D(183)를 두고 자석(304A)으로부터 분리되며 자석(304A)과 동일 평면에 있다. 바이폴라 자석(304A) 및 검출 위치(여기에 감지 엘리먼트(302A)가 로케이팅됨)는, 바이폴라 자석(304A)의 회전의 축 방향에 수직인 동일한 평면에 있다. 자석(304A)에 의해 발생되는 자속 밀도를 집중/압축시키기 위해, 한 쌍의 자석 집중기들(308A1 및 308A2)이 바이폴라 자석(304A)의 2개의 측방 측들에 그리고 그 근처에 각각 로케이팅된다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 감지 디바이스(104B)는 전방 측(305B) 및 후방 측(306B)을 가지며 자석 디바이스(102B)는 남극 및 북극을 갖는 바이폴라 자석(304B)을 포함한다. 자석(304B)의 남극은 회전 샤프트(108)의 표면 상에 부착된다. 감지 디바이스(104B)의 전방 표면(305B) 및 자석(304B)의 북극의 표면은 서로 대면하게 위치된다. 자석(304B)의 남극 및 북극은 회전가능한 샤프트(108) 상의 중심 선(113)과 정렬된다. 감지 디바이스(104B)는 감지 엘리먼트(302B)를 포함하며 거리(또는 에어 갭) D(183)를 두고 자석(304B)으로부터 분리되며 자석(304B)과 동일 평면에 있다. 도 3a에 도시된 구조와 유사하게, 바이폴라 자석(304B) 및 검출 위치(여기에 감지 엘리먼트(302B)가 로케이팅됨)는, 바이폴라 자석(304B)의 회전의 축 방향에 수직인 동일한 평면에 있다. 자석(304B)에 의해 발생되는 자속 밀도를 집중/압축시키기 위해, 자속 밀도 집중기(309B)가 감지 엘리먼트(302B)의 후방 측에 그리고 그 근처에 배열된다.
도 3c에 도시된 바와 같이, 감지 디바이스(104C)는 전방 측(305C) 및 후방 측(306C)을 가지며 자석 디바이스(102C)는 남극 및 북극을 갖는 바이폴라 자석(304C)을 포함한다. 자석(304C)의 남극은 회전 샤프트(108)의 표면 상에 부착된다. 감지 디바이스(104C)의 전방 표면(305C) 및 자석(304C)의 북극의 표면은 서로 대면하게 위치된다. 자석(304C)의 남극 및 북극은 회전가능한 샤프트(108) 상의 중심 선(113)과 정렬된다. 감지 디바이스(104C)는 감지 엘리먼트(302C)를 포함하며 거리(또는 에어 갭) D(183)를 두고 자석(304C)으로부터 분리되며 자석(304C)과 동일 평면에 있다. 도 3a에 도시된 구조와 유사하게, 바이폴라 자석(304C) 및 검출 위치(여기에 감지 엘리먼트(302C)가 로케이팅됨)는, 바이폴라 자석(304C)의 회전의 축 방향에 수직인 동일한 평면에 있다. 자석(304C)에 의해 발생되는 자속 밀도를 집중/압축시키기 위해, 한 쌍의 자석 집중기들(308C1 및 308C2)이 바이폴라 자석(304C)의 2개의 측방 측들에 그리고 그 근처에 각각 로케이팅된다. 자석(304C)에 의해 발생되는 자속 밀도를 더 집중/압축시키기 위해, 자속 밀도 집중기(309C)는 감지 엘리먼트(302C)의 후방 측에 그리고 그 근처에 배열된다.
도 3b, 3c, 4b 및 4c에서, 감지 엘리먼트(302B)(또는 302C)와 집중기(309B)(또는 309C) 사이의 거리는 304B(또는 304C)에 의해 발생되는 자기장 토폴로지가 조정될 수 있도록 되어야 한다. 일 실시예로서, 거리는 0.1mm이도록 선택될 수 있지만, 여러 변수들이 가능하다. 예를 들어, 304B(또는 304C)에 의해 발생되는 자기장 토폴로지에 따르면, 감지 엘리먼트(302B)(또는 302C)와 집중기(309B)(또는 309C) 사이의 거리는 0.1mm 내지 5mm로 선택될 수 있다.
도 3a, 3c, 4a 및 4c에서, 자석(304A 또는 304C)(또는 404A 또는 404C)과 집중기들(308A1 및 308A2)(또는 308C1 및 308C2) 사이의 거리는 304A 및 304C(또는 404A 및 404C)에 의해 발생되는 자기장 토폴로지가 조정될 수 있도록 되어야 한다. 일 실시예로서, 거리는 0.1mm이도록 선택될 수 있지만, 여러 변수들이 가능하다. 예를 들어, 304A 및 304C(또는 404A 및 404C)에 의해 발생되는 자기장 토폴로지에 따르면, 자석(304A 또는 304C)(또는 404A 또는 404C)과 집중기들(308A1 및 308A2)(또는 308C1 및 308C2) 사이의 거리는 0.1mm 내지 10mm이도록 선택될 수 있다.
도 3a-c 및 4a-c에서, 거리(또는 에어 갭) D(183)는 자석 크기, 자석 특성들(properties), 회전의 반경 및 예상된 성능을 포함하는, 자석들(304A-C 및 404A-C)의 파라미터들에 기초하여 결정/선택된다. 본 고안의 일 실시예에서, 거리(또는 에어 갭) D(183)는 2mm이도록 선택되지만, 여러 변수들이 가능하다. 예를 들어, 거리(또는 에어 갭) D(183)는 1mm 내지 3mm이도록 선택될 수 있다. 집중기(308A1, 308A2, 308C1, 308C2, 309B 및 309C)는 철, 넌-이그조틱(non-exotic) 재료들 및 비귀금속들(non-precious metals)의 큰 농도(large concentration)를 갖는 금속 합금들을 포함하는 스틸들(steels) 또는 강자성 재료들로 이루어질 수 있다.
도 1b에 표시된 바와 같이, 도 3a-c에 도시된 자석들(304A-C)은 회전가능한 샤프트(108)의 경도 방향을 따른 길이 L을 갖는다. 자석(304A-C)으로부터 자속 밀도 변경들을 더 효율적으로 검출하기 위해, 일 구현으로서, 도 3c에 도시된 감지 엘리먼트들(302A-C)의 감지 포인트는 자석(304A-C)의 중심 선(114)과 정렬된다. 감지 엘리먼트(302A, 302B 또는 302)는 홀-이펙트 감지 디바이스 또는 자기-저항성(MR) 감지 디바이스일 수 있다.
도 4a-c는 도 1a-c에 도시되는 위치 감지 시스템(100)의 3개의 추가적인 실시예들을 도시한다.
도 4a-c에서, 도 4a-c에 도시되는 자석들(402A-C)의 자기 편극 배향이 도 3a-c에 도시되는 자석들(302A-C)의 자기 편극 배향과 상이하다는 것을 제외하고, 3개의 추가적인 실시예들은 도 3a-c에서의 실시예들과, 각각, 거의 동일한 구조들을 갖는다. 도 4a-c에 도시된 바와 같이, 자석들(404A-C)의 북극들의 각각은 회전 샤프트(108)의 표면 상에 부착된다. 감지 디바이스(104A-C)의 전방 표면들(305A-C) 및 자석(404A-C)의 남극들의 표면들은 각각 서로 대면하게 위치된다. 자석(404A-C)의 북극들 및 남극들은 회전가능한 샤프트(108) 상의 중심 선(113)과 정렬된다.
도 5a는 위치 감지 시스템(100)에서 프로세싱 회로(1065)의 일 실시예를 더 상세하게 도시한다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 프로세싱 회로(106)는 A/D 컨버터(converter)(502), 디지털 프로세싱 유닛(504) 및 표시 회로(508)를 포함하며, 이들 전부는 링크들(503, 505 및 507)을 통해 함께 전기적으로 접속된다. 링크(109)를 통해 감지 디바이스(104)에 전기적으로 접속되면, A/D 변환기(502)는 감지 디바이스(104)(또는 104A-C)로부터의 입력들로서 아날로그 전자 신호들을 수신하고, 아날로그 전자 신호들을 디지털 전자 신호들로 프로세싱하며, 디지털화된 전자 신호들을 링크(503)를 통해 프로세싱 유닛(504)에 인가한다. 프로세싱 유닛(504)은 그 후에 회전가능한 샤프트(108)가 회전 범위(-L1, +L1) 내에 있는지 여부를 결정하기 위해 디지털화된 전자 신호들을 프로세싱한다. 그 결정에 기초하여, 프로세싱 유닛(504)은, 회전가능한 샤프트(108)가 회전 범위(-L1, +L1) 내에 있을 때 표시 회로(508)의 이진 상태 출력(111)을 제 1 신호 상태(도 1c에 도시된 바와 같은 하이 전압 상태 Vhigh 또는 도 9b에 도시된 바와 같은 로우 전압 상태 Vlow)로 설정한다; 프로세싱 유닛(504)은, 회전가능한 샤프트(108)가 회전 범위(-L1, +L1) 밖에(또는 벗어나) 있을 때 표시 회로(508)의 이진 상태 출력(111)을 제 2 신호 상태(도 1c에 도시된 바와 같은 로우 전압 상태 Vlow 또는 도 9b에 도시된 바와 같은 하이 전압 상태 Vhigh)로 설정한다.
더 구체적으로, 표시 회로(508)의 이진 상태 출력(111)은 링크들(505 및 507) 상의 2개의 제어 신호들, 즉 링크(505) 상의 (제 1 제어 신호 상태 및 제 2 제어 신호 상태를 갖는) 상태 제어 신호 및 링크(507) 상의 트리거 신호(또는 트리거 펄스)에 따라 하이 전압 상태(Vhigh) 또는 로우 전압 상태(Vlow)로 설정될 수 있다. 디지털 프로세싱 유닛(504)이 트리거 펄스를 링크(507) 상에 인가하고 상태 제어 신호를 링크(505) 상에 인가할 때, 표시 회로(508)는 링크(505) 상에 인가되는 것처럼 상태 제어 신호의 전압 상태와 동일한 전압 상태로 설정된다. 어떠한 트리거 신호도 링크(507) 상에 인가되지 않을 때, 표시 회로(508)는 링크(505) 상의 상태 제어의 전압 상태에 관계없이 자신의 현재 출력 상태를 유지한다. 일 실시예로서, 표시 회로(508)의 논리 함수는 J-K 레지스터(register) 또는 D 레지스터를 이용함으로써 구현될 수 있다.
따라서, 프로세싱 유닛(504)이 회전가능한 샤프트(108)가 회전 범위(-L1, +L1) 내에 있는 것으로 결정할 때, 프로세싱 유닛(504)은 링크(505) 상에 제 1 제어 신호 상태(하이 제어 상태 신호 또는 로우 제어 상태 신호)를 인가하며 링크(507) 상에 트리거 신호를 인가하며, 이는 표시 회로(508)를 제 1 신호 상태(도 1c에 도시된 바와 같은 하이 전압 상태 Vhigh 또는 도 9b에 도시된 바와 같은 로우 전압 상태 Vlow)로 설정한다. 프로세싱 유닛(504)이 회전가능한 샤프트(108)가 회전 범위(-L1, +L1) 밖에(또는 벗어나) 있는 것으로 결정할 때, 프로세싱 유닛(504)은 링크(505) 상에 제 2 제어 신호 상태(로우 제어 상태 신호 또는 하이 제어 상태 신호)를 인가하며 링크(507) 상에 트리거 신호를 인가하며, 이는 표시 회로(508)를 제 2 신호 상태(도 1c에 도시된 바와 같은 로우 전압 상태 Vlow 또는 도 9b에 도시된 바와 같은 하이 전압 상태 Vhigh)로 설정한다.
도 5b는 위치 감지 시스템(100)에서의 프로세싱 회로(1065)의 다른 실시예를 더 상세하게 도시한다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 프로세싱 회로(106')는 아날로그 프로세싱 유닛(924) 및 극성 회로(928)를 포함한다. 아날로그 프로세싱 유닛(924)은 링크(109)에 커플링되는(coupled) 입력 및 링크(925)를 통해 극성 회로(928)에 커플링되는 출력을 갖는다. 극성 회로(928)는 출력 단자(111)에 커플링되는 출력을 갖는다.
아날로그 프로세싱 유닛(924)은 감지 디바이스(104)(또는 104A-C)로부터 전자 신호들을 수신하며 회전가능한 샤프트(108)가 회전 범위(-L1, +L1) 내에 있을 때 제 1 상태 구동 신호를 발생시키기 위해 그리고 회전가능한 샤프트(108)가 회전 범위(-L1, +L1) 밖에(또는 벗어나) 있을 때 제 2 상태 구동 신호를 발생시키기 위해 이 신호들을 프로세싱한다. 제 1 상태 구동 신호에 응답하여, 극성 회로(928)는 제 1 상태 신호(도 1c에 도시된 바와 같은 하이 전압 상태 Vhigh 또는 도 9b에 도시된 바와 같은 로우 전압 상태 Vlow)로 설정된다; 제 2 상태 구동 신호에 응답하여, 극성 회로(928)는 제 2 상태 신호(도 1c에 도시된 바와 같은 로우 전압 상태 Vlow 또는 도 9b에 도시된 바와 같은 하이 전압 상태 Vhigh)로 설정된다.
더 구체적으로, 임계 전압은 도 8b에 대한 설명과 관련한 프로세스를 이용하여 교정(또는 시뮬레이팅)된다. 교정된(또는 시뮬레이팅된) 임계 전압은 그 후에 아날로그 프로세싱 유닛(924) 내에 설정된다. 감지 디바이스(104)로부터의 감지된 전압이 임계 전압보다 크거나 동일할 때, 아날로그 프로세싱 유닛(924)은 극성 회로(928)를 제 1 상태 신호(도 1c에 도시된 바와 같은 하이 전압 상태 Vhigh 또는 도 9b에 도시된 바와 같은 로우 전압 상태 Vlow)로 설정하기 위해 제 1 상태 구동 신호를 발생시킨다. 감지 디바이스(104)(또는 104A-C)로부터의 감지된 전압이 임계 전압보다 미만일 때, 아날로그 프로세싱 유닛(924)은 극성 회로(928)를 제 2 상태 신호(도 1c에 도시된 바와 같은 로우 전압 상태 Vlow 또는 도 9b에 도시된 바와 같은 하이 전압 상태 Vhigh)로 설정하기 위해 제 2 상태 구동 신호를 발생시킨다.
아날로그 프로세싱 유닛(924)은 저역통과 필터(low-pass filter) 또는 일부 유사한 디바이스들을 이용하여 구현될 수 있다.
도 6은 도 5에 도시되는 프로세싱 유닛(504)을 더 상세하게 도시한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 프로세싱 유닛(504)은 프로세서(또는 CPU)(602), 레지스터(604), 메모리 디바이스(606), I/O 회로(608) 및 버스(610)를 포함한다. 프로세서(602), 레지스터(604), 메모리 디바이스(606) 및 I/O 회로(608)는 링크들(603, 605, 607 및 609)을 통해 버스(610)에, 각각, 커플링된다. 메모리 디바이스(606)는 프로그램들(즉, 명령들의 세트), (도 7b 및 8b에 도시된 바와 같은 기준 전압들과 같은) 파라미터들 및 (디지털화된 전자 신호들을 포함하는) 데이터를 저장할 수 있고, 레지스터들(604)은 파라미터들 및 데이터를 저장할 수 있으며, I/O 회로(608)는 프로세싱 유닛(504)으로의(into) 입력 신호들을 수신할 수 있으며 (링크들(505 및 507)에와 같은) 프로세싱 유닛(504) 밖으로 출력 신호들을 송신(send out)할 수 있다. 레지스터들(604)은, 프로세서(602)가 CPU 동작 사이클들(cycles) 내에서 동작들을 수행할 수 있도록 하나 또는 그 초과의 CPU 동작 사이클들에 대해, 그 내부에 저장되는 컨텐츠에 기초하여 신호를 제공하고 유지할 수 있다.
메모리 디바이스(606)에 저장되는 프로그램들을 실행함으로써, 프로세서(또는 CPU)(602)는 레지스터들(604), 메모리 디바이스(606) 및 I/O 회로(608)의 동작을 제어할 수 있으며 레지스터들(604) 및 메모리 디바이스(606) 상에서 판독/기록 동작들을 수행할 수 있다. I/O 회로(608)는 A/D 컨버터(502)로부터 입력 신호들을 수신할 수 있으며 출력 신호들을 프로세서(또는 CPU)(602)로부터 표시 회로(508)로 송신할 수 있다. 비교 논리 동작을 수행하기 위해, 프로세서(또는 CPU)(602)는 비교기(612)를 갖는 (도시되지 않는) 논리 동작 유닛을 포함하며, 이 비교기(612)는 출력(617) 상에 비교 결과를 발생시키기 위해 입력들(613 및 615)의 2개의 소스들로부터 비교 동작을 수행할 수 있다. 프로세서(또는 CPU)(602)는 출력(617) 상의 비교 결과에 기초하여 후속적인 동작을 결정할 수 있다. 더 구체적으로, 비교 결과들에 기초하여, 프로세서(또는 CPU)(602)는 원하는 상태 제어 신호 및 트리거 신호(또는 트리거 펄스)를 발생시킬 수 있으며 이 신호들을 링크들(505 및 507)에 송신할 수 있다.
도 7a는 벨-형상 함수 곡선(702)을 도시하는 것으로, 이는 자석(204)이 회전가능한 샤프트(108) 주위를 회전하는 동안 일 차원(X 차원 또는 Y 차원)을 따라 감지 엘리먼트(202)의 검출 포인트와 관련하여 도 2에 도시되는 자석(204)에 의해 야기되는 자속 밀도 변경들/자기장 변경들을 반영한다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 벨-형상 함수 곡선(702)은 수직 중심 선(703)에 대칭이며, 이 중심 선은 회전가능한 샤프트(108)의 방사상 중심 위치에 대응한다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 자석(204)이 도 2에 도시된 감지 디바이스(104)에 대해 (라인(713)에 대응하는) 가장 멀리 떨어진 위치에 있을 때 벨-형상 함수 곡선(702) 상에서의 자속 밀도는 최소 값에 있다. 벨-형상 함수 곡선(702) 상의 자속 밀도는 자석(204)이 감지 디바이스(104)에 대해 (라인(703)에 대응하는) 가장 가까운 거리 위치를 향해 회전할 때 최대 값으로 점진적으로 증가한다. 벨-형상 함수 곡선(702) 상의 자속 밀도는 그 후에 자석(204)이 감지 디바이스(104)에 대해 (라인(711)에 대응하는) 가장 먼 위치를 향해 가장 가까운 거리 위치로부터 회전할 때 최소 값으로 감소한다.
도 7b는 벨-형상 함수 곡선(706)을 도시하는 것으로, 이는 자석(304A, 304B, 404A 또는 404B)이 회전가능한 샤프트(108) 주위를 회전하는 동안 일 차원(X 차원 또는 Y 차원)을 따라 감지 엘리먼트(302A 또는 302B)의 검출 포인트와 관련하여 도 3a-b 및 4a-b에 도시된 바와 같은 자속 밀도 집중기(들)(308A1, 308A2; 308C1, 308C2; 309B; 또는 309C) 및 자석(304A, 304B, 404A 또는 404B)에 의해 야기되는 자속 밀도 변경들을 반영한다. 도 7b에 도시된 바와 같이, 벨-형상 함수 곡선(706)은 수직 중심 선(707)에 대칭이며, 이는 회전가능한 샤프트(108)의 방사상 중심 위치에 대응한다. 도 7b에 도시된 바와 같이, 자석(304A, 304B, 404A 또는 404B)이 도 3a-b 및 4a-b에 도시된 감지 디바이스(104A 또는 104B)에 대해 (라인(713)에 대응하는) 가장 멀리 떨어진 위치에 있을 때 벨-형상 함수 곡선(706) 상에서의 자속 밀도는 최소 값에 있게 된다. 벨-형상 함수 곡선(706) 상의 자속 밀도는 자석(304A, 304B, 404A 또는 404B)이 감지 디바이스(104A 또는 104B)에 대해 (라인(707)에 대응하는) 가장 가까운 거리 위치를 향해 회전할 때 최대 값으로 점진적으로 증가한다. 벨-형상 함수 곡선(706) 상의 자속 밀도는, 자석(304A, 304B, 404A 또는 404B)이 감지 디바이스(104A 또는 104B)에 대해 (라인(711)에 대응하는) 가장 먼 위치를 향해 가장 가까운 거리 위치로부터 회전할 때 최소 값으로 감소한다.
도 7a에서, 라인(704)은 벨-형상 함수 곡선 라인(702) 상의 자속 밀도 최대값과 자속 밀도 최소값 사이의 차이의 70퍼센트(70%) 값에서의 자속 밀도를 표시한다. 도 7b에서, 라인(708)은 벨-형상 함수 곡선 라인(706) 상의 자속 밀도 최대값과 자속 밀도 최소값 사이의 차이의 70퍼센트(70%) 값에서의 자속 밀도를 표시한다.
도 7b에서의 벨-형상 함수 곡선(706)은 도 7a에서의 벨-형상 함수 곡선(702)보다 더 가파름이 주목되어야 한다. 도 7a-b에 도시되는 2개의 벨-형상 함수 곡선들의 성능을 더 잘 비교하기 위해, 벨-형상 함수 곡선(702)에 기초한 밀도 출력 비 G1은 다음과 같이 정의된다:
(1) G1 = H1/W1
이것은 벨-형상 함수 곡선(702) 상의 자속 밀도 출력의 미리 결정된 퍼센트(예를 들어 70%)에서 측정된 H1과 W1 사이의 비이며, 여기서 H1은 벨-형상 함수 곡선(702) 상의 미리 결정된 퍼센트에서의 자속 밀도 값을 나타내며, W1은 벨-형상 함수 곡선(702) 상의 미리 결정된 퍼센트에서의 자속 밀도 값에 대응하는 회전 각 범위를 나타낸다.
유사하게, 벨-형상 함수 곡선(706)에 기초하는 밀도 출력 비 G2는 다음과 같이 정의된다:
(2) G2 = H2/W2
이것은 벨-형상 함수 곡선(706) 상의 자속 밀도 출력의 미리 결정된 퍼센트(예를 들어 70%)에서 측정된 H2와 W2 사이의 비이며, 여기서 H2는 벨-형상 함수 곡선(706) 상의 미리 결정된 퍼센트에서의 자속 밀도를 나타내며, W2는 벨-형상 함수 곡선(706) 상의 미리 결정된 퍼센트에서의 자속 밀도 값에 대응하는 회전 각 범위를 나타낸다.
따라서, 벨-형상 함수 곡선(706) 상의 밀도 출력 비 G2는, 함수 곡선(706)이 함수 곡선(702)보다 가파르기 때문에, 벨-형상 함수 곡선(702)상의 밀도 출력 비 G1보다 더 크다(G2 > G1).
도 8a는 벨-형상 함수 곡선(802)을 도시하는 것으로, 이는 도 7a에 도시된 벨-형상 함수 곡선(702)에 따른 자속 밀도 변경들/자기장 변경들에 응답하여 도 2에 도시된 바와 같은 감지 엘리먼트(202)에 의해 감지되는 전압 출력들을 반영한다.
도 8b는 벨-형상 함수 곡선(806)을 도시하는 것으로, 이는 도 7b에 도시된 벨-형상 함수 곡선(706)에 따른 자속 밀도 변경들/자기장 변경들에 응답하여 도 3a, 3b, 4a 또는 4b에 도시된 감지 엘리먼트(302A 또는 302B)에 의해 감지되는 전압 출력들을 반영한다.
전압 출력들로서, 도 8a에 도시되는 벨-형상 함수 곡선(802)(전압 함수 곡선)은 도 7a에 도시되는 벨-형상 함수 곡선(702)(자기 밀도 함수 곡선)에 비례한다. 유사하게, 도 8b에 도시되는 벨-형상 함수 곡선(808)(전압 함수 곡선)은 도 7b에 도시되는 벨-형상 함수 곡선(708)(자기 밀도 함수 곡선)에 비례한다.
도 8a-b에 도시되는 2개의 벨-형상 함수 곡선들의 성능을 더 잘 비교하기 위해, 함수 라인(802)에 기초한 전압 출력 비 G3는 다음과 같이 정의된다:
(3) G3 = H3/W3
이것은 벨-형상 함수 곡선(802) 상의 전압 출력들의 미리 결정된 퍼센트(예를 들어 70%)에서 측정된 H3와 W3 사이의 비이며, 여기서 H3은 벨-형상 함수 곡선(802) 상의 미리 결정된 퍼센트에서의 전압을 나타내며, W3은 벨-형상 함수 곡선(802) 상의 미리 결정된 퍼센트에서의 전압 값에 대응하는 회전 각 범위를 나타낸다.
유사하게, 벨-형상 함수 곡선(806)에 기초한 전압 출력 비 G4는 다음과 같이 정의된다:
(4) G4 = H4/W4
이것은 벨-형상 함수 곡선(806) 상의 전압 출력의 미리 결정된 퍼센트(예를 들어 70%)에서 측정된 H4와 W4 사이의 비이며, 여기서 H4는 벨-형상 함수 곡선(806) 상의 미리 결정된 퍼센트에서의 전압을 나타내며, W4는 벨-형상 함수 곡선(806) 상의 미리 결정된 퍼센트에서의 전압 값에 대응하는 회전 각 범위를 나타낸다.
따라서, 전압 함수 곡선(806) 상의 전압 출력 비 G4는, 전압 함수 곡선(806)이 전압 함수 곡선(802)보다 가파르기 때문에, 전압 함수 곡선(802) 상의 전압 출력 비 G3보다 더 크다(G4 > G3).
도 8a에서, 라인(804)은 함수 곡선(802) 상의 전압 최대값과 전압 최소값 사이의 차이의 70퍼센트(70%) 값에서의 전압을 표시한다. 도 8b에서, 라인(808)은 함수 곡선 라인(806) 상의 전압 최대값과 전압 최소값 사이의 차이의 70퍼센트(70%) 값에서의 전압을 표시한다.
일 실시예에 따르면, 전압 출력 곡선(806) 및 임계 라인(808)은 교정(또는 시뮬레이션) 프로세스에서 발생될 수 있다. 구체적으로, 자석 디바이스(304A)(또는 304B)가 회전가능한 샤프트(108)의 축(112) 주위를 지속적으로 회전할 때, 감지 디바이스(104A)(또는 104B)는 일 차원(X 차원 또는 Y 차원)을 따라 자석 디바이스(102A)(또는 102B)에 의해 발생되는 자속 밀도 변경들/자기장 변경들에 응답하여 함수 곡선(806)에 따르는 전기적 신호들을 발생시킨다.
교정(또는 시뮬레이션) 프로세스를 수행하는데 있어서, (프로세싱 회로(106)와 같은) 프로세싱 디바이스는 라인(808)에 의해 표시된 바와 같은 임계 전압을 발생시키기 위해 (도 8b에 도시되는) 함수 곡선(806)에 따르는 아날로그 전자 신호들을 프로세싱한다. 구체적으로, 프로세싱 회로(106) 내에서, A/D 컨버터(502)는 감지 디바이스(104A)(또는 104B)로부터 (함수 곡선(806)을 따르는) 아날로그 전자 신호들을 수신하고, 이 신호들을 디지털 전자 신호들로 컨버팅(convert)하며, 그리고 프로세싱 유닛(504)에서의 I/O 회로(608)에 디지털화된 전자 신호들을 인가한다. 디지털화된 전자 신호들을 수신한 후에, 프로세싱 유닛(504)에서의 프로세서(CPU)(602)는 이 신호들을 메모리 디바이스(606)에 저장하며 그 후에 다음과 같은 수학적 공식(5)를 이용하여 디지털화된 전자적 신호들을 임계 전압(808)으로 변환한다:
(5) 임계 전압(808) = (전압 최대값 - 전압 최소값) x (미리 결정된 퍼센트 값)
본 고안에서, 미리 결정된 퍼센트 값은 70%로서 선택되지만, 다른 퍼센트 값이 가능하다.
도 8c는 교정(또는 시뮬레이션) 프로세스에서의 벨-형상 함수 곡선(806)에 기초하여 제 1 신호 상태(하이 전압 Vhigh) 및 제 2 신호 상태(로우 전압 Vlow)를 갖는 이진 상태 신호(107)를 형성하기 위한 방식을 도시한다. 수학적 공식(5)에 기초하여, 도 5a에 도시되는 디지털 프로세싱 회로(106)(또는 도 5b에 도시되는 아날로그 프로세싱 회로(106'))는 제 1 이진 상태 신호(하이 전압 Vhigh)로서 임계 전압(808)과 같거나 더 큰 벨-형상 함수 곡선(806) 상의 모든 전압 포인트들(또는 전압들)을 매칭함으로써; 그리고 제 2 이진 상태 신호(로우 전압 Vlow)로서 임계 전압(808) 미만인 벨-형상 함수 곡선(806) 상의 모든 전압 포인트들(또는 전압들)을 매칭함으로써 이진 상태 신호(107)를 발생시킨다. 도 8b에 도시된 바와 같은 전자적 신호들은 교정(또는 시뮬레이션) 출력들이 오실로스코프(oscilloscope)에 인가될 때 오실로스코프로부터 관찰될 수 있다.
도 8b에서, (에어 갭들 및 온도에서의 변화들 및 컴포넌트들에서의 파라미터 변화들을 포함하는) 위치 검출 시스템(100)의 동작 조건에서의 변화들에 대처하기 위해, 이진 상태 신호(107)의 폭은 임계 전압(808)의 값을 조정함으로써 보상될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 교정(또는 시뮬레이션) 프로세스에서 발생되는 임계 전압(808)이 메모리 디바이스(506)에 저장되어, 프로세싱 회로(504)는 현장 사용시에 회전가능한 샤프트(108)의 회전 범위를 검출하는데 이 전압을 나중에 이용할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 교정(또는 시뮬레이션) 프로세스에서 발생되는 임계 전압(808)이 아날로그 프로세싱 유닛(924)에 대해 설정되어, 아날로그 프로세싱 유닛(924)은 현장 사용시에 회전가능한 샤프트(108)의 회전 범위를 검출하는데 이 전압을 이용할 수 있다.
전자-비접촉 감지 디바이스들은 불가피하게, 에어 갭들에서의 변화들, 이용되는 컴포넌트들에서의 온도 및 파라미터 변화들을 포함하는(그러나 이들로 제한되지 않음), 제조시 및/또는 동작시의 동작 조건 변화들에 직면한다는 것이 주목되어야 한다. 조정/보상 능력은 측정 정확도를 위해, 특히 자동차들 상의 기어 샤프트(gear shaft)에 대한 중립 위치 범위를 검출하는데 매우 중요하다. (폭 및/또는 오프셋을 포함하는) 조정/보상을 위한 기반은 각 위치 범위를 표시하기 위한 이진 상태 신호의 사용에 있다. 위치 감지 시스템(100)의 유지관리(maintenance)를 용이하게 하기 위해, 교정(또는 시뮬레이션) 프로세스는 프로세싱 회로(106)에 저장되는 교정(또는 시뮬레이션) 프로그램들을 실행함으로써 현장 사용시에 수행될 수 있다. 일 실시예로서, 이진 상태 신호의 폭은 벨-형상 함수 곡선(806)에 따르는 전자적 신호들의 최소 및 최대 피크들을 모니터링하고 업데이팅함으로써 조정될 수 있다. 그와 같은 방식은 이진 상태 신호를 조정하기 위해 실행가능하며 효율적인 방식이다.
도 9a-b는 회전가능한 샤프트(108)에 대한 회전 범위(-L1, +L1)를 표시하기 위해 포지티브 이진 상태 신호(107) 또는 네거티브 이진 상태 신호(107')가 이용될 수 있음을 예시한다.
구체적으로, 도 9a에 도시된 바와 같이, 회전가능한 샤프트(108)가 회전 범위(-L1, +L1) 내에 있을 때, 도 5a에 도시되는 디지털 프로세싱 회로(106)는 라인(907)에 의해 표시된 바와 같이 하이 전압 상태 Vhigh로 표시 회로(508)를 설정한다; 회전가능한 샤프트(108)가 회전 범위(-L1, +L1)를 벗어나(또는 밖에) 있을 때, 디지털 프로세싱 회로(106)에서의 프로세싱 유닛(504)은 라인(909)에 의해 표시된 바와 같이 로우 전압 상태 Vlow로 표시 회로(508)를 설정한다.
대안적으로, 도 9b에 도시된 바와 같이, 이진 상태 신호(107')는 이진 상태 신호(107)의 반전(reverse)일 수 있다. 따라서, 도 9b에서, 회전가능한 샤프트(108)가 회전 범위(-L1, +L1) 내에 있을 때, 도 5a에 도시되는 디지털 프로세싱 회로(106)는 라인(917)에 의해 표시된 바와 같이 로우 전압 상태 Vlow로 표시 회로(508)를 설정한다; 회전가능한 샤프트(108)가 회전 범위(-L1, +L1)를 벗어나(또는 밖에) 있을 때, 프로세싱 유닛(504)은 라인(919)에 의해 표시된 바와 같이 하이 전압 상태 Vhigh로 표시 회로(508)를 설정한다.
도 10은 엔진 제어 시스템(900)을 도시하는 것으로, 여기서는 프로세싱 회로(106)(또는 프로세싱 회로(106'))의 이진 출력(111)이 자동차에서의 엔진을 제어하는데 이용된다. 도 10에서, 엔진 제어 시스템(900)은 감지 디바이스(104), 프로세싱 회로(106) 및 ECU(Engine Control Unit)(902)를 포함한다. 엔진 제어 시스템(900)에서, 회전가능한 샤프트(108)가 기어 시프트 레버로서 이용되며 회전 범위(-L1, +L1)는 기어 시프트 레버의 중립 위치 범위를 반영한다.
도 10에 도시된 바와 같이, ECU(Engine Control Unit)(902)는 프로세싱 회로(106)로부터 자신의 입력으로서 링크(111) 상의 이진 상태 신호를 수신하며 자동차의 클러치(clutch) 감지 회로(도시되지 않음)로부터 입력(903)을 수신한다. 입력(903)은 자동차의 클러치가 눌러지는지 여부를 표시한다. ECU(902)가 기어 시프트 레버가 특정의 시간의 기간(예를 들어 5초) 동안 링크(111) 상의 이진 상태 신호에 기초하여 중립 위치 범위 내에 머무르는 것을 검출할 때, ECU(902)는 가스를 절감하기 위해 자동차의 엔진을 셧 다운(shuts down)한다. ECU(902)가 자동차의 클러치가 링크(903) 상의 입력들에 기초하여 눌러지는 것을 검출할 때, ECU(902)는 기어 시프트 레버가 링크(111) 상의 이진 상태 신호에 기초하여 중립 위치 범위 내에 있는지 여부를 더 검출한다. ECU(902)는 기어 시프트 레버가 중립 위치 범위 내에 있을 때만 엔진을 시동(start)한다. 따라서, 기어 시프트 레버에 대한 중립 위치 범위의 검출 정확도는 자동차의 적절한 동작을 보장하는데 중요하다.
벨-형상 함수 라인(806)은 벨-형상 라인(802)에서보다 회전가능한 샤프트(108)의 회전 각 배열과 관련하여 더 좁은 이진 상태 신호를 발생시킬 수 있다는 것이 주목되어야 한다. 특히 자동차에서 기어 시프트 레버에 대한 중립 위치 범위를 검출하기 위해 위치 감지 시스템(100)이 이용될 때 더 좁은 이진 상태 신호(107)가 특히 바람직함이 인식되어야 한다.
현장 사용시에, 도 5a에 도시된 바와 같은 디지털 프로세싱 회로(106) 또는 도 5b에 도시된 바와 같은 아날로그 프로세싱 회로(106')는 다음과 같은 단계들을 이용하여 회전가능한 샤프트(108)의 회전 각에 응답하여 제 1 신호 상태 및 제 2 신호 상태로 표시 회로(508)를 설정한다:
현장 사용시에, 일 실시예에 따르면, 회전가능한 샤프트(108)가 회전 각으로 회전될 때, 감지 디바이스(104A)(또는 104B)는 X 차원 및/또는 Y 차원을 따라 자석 디바이스(102A 또는 102B)에 의해 야기되는 자속 밀도 변경들 및/또는 자기장 변경들에 응답하여 전기적 신호를 발생시킨다. 감지된 전압들은 도 8b에 도시되는 벨-형상 함수 곡선(808)에 따른다. 감지 디바이스(104A)(또는 104B)는 프로세싱 회로(106)에서의 프로세서(CPU)(602)에 전기적 신호들을 송신한다.
프로세서(CPU)(602)는 감지된 전압을 임계 전압(808)과 비교한다. 감지된 전압의 값이 임계 전압(808)과 동일하거나 더 큰 경우에, 프로세서(CPU)(602)는 대응하는 상태 제어 신호를 발생시키며 표시 회로(508)를 제 1 신호 상태(도 1c에 도시된 바와 같은 하이 전압 상태 Vhigh 또는 도 9b에 도시된 바와 같은 로우 전압 상태 Vlow)로 설정하기 위해 링크들(505 및 507) 각각 상의 신호를 트리거한다. 감지된 전압의 값이 임계 전압(808) 미만인 경우에, 프로세서(CPU)(602)는 대응하는 상태 제어 신호를 발생시키며 표시 회로(508)를 제 2 신호 상태(도 1c에 도시된 바와 같은 로우 전압 상태 Vlow 또는 도 9b에 도시된 바와 같은 하이 전압 상태 Vhigh)로 설정하기 위해 링크들(505 및 507) 각각 상의 신호를 트리거한다.
표시 회로(508)를 설정하기 위한 특정 단계들을 수행하기 위한 프로그램들(또는 명령 세트들)은 메모리 디바이스(606)에 저장될 수 있으며 프로세서(CPU)(602)에 의해 실행될 수 있다.
현장 사용시에, 다른 실시예에 따르면, 회전가능한 샤프트(108)가 회전 각으로 회전될 때, 감지 디바이스(104A)(또는 104B)는 일 차원(X 차원 및/또는 Y 차원)을 따라 자석 디바이스(102A 또는 102B)에 의해 야기되는 자속 밀도 변경들 및/또는 자기장 변경들에 응답하여 전자적 신호를 발생시킨다. 감지된 전자적 신호는 도 8b에 도시되는 벨-형상 곡선(808)에 따른다.
감지 디바이스(104A)(또는 104B)로부터의 전기적 신호의 감지된 전압이 임계 전압보다 크거나 동일한 경우, 아날로그 프로세싱 유닛(924)은 극성 회로(928)를 제 1 상태 신호(도 1c에 도시된 바와 같은 하이 전압 상태 Vhigh 또는 도 9b에 도시된 바와 같은 로우 전압 상태 Vlow)로 설정하기 위해 제 1 상태 구동 신호를 발생시킨다. 감지 디바이스(104A)(또는 104B)로부터의 전기적 신호의 감지된 전압이 임계 전압 미만인 경우, 아날로그 프로세싱 유닛(924)은 극성 회로(928)를 제 2 상태 신호(도 1c에 도시된 바와 같은 로우 전압 상태 Vlow 또는 도 9b에 도시된 바와 같은 하이 전압 상태 Vhigh)로 설정하기 위해 제 2 상태 구동 신호를 발생시킨다.
ECU 시스템에 대한 비용들을 감소시키기 위해, 그의 제어 유닛의 아키텍처(architecture)를 간략화하는 것이 바람직하다. 그와 같이 행하는 하나의 항목은 A/D 컨버터로부터의 센서 입력을 이 제어 유닛에서의 논리 이진 입력으로 변경하는 것이다. 이것은 낮은 측정 정확도 및 열악한 신뢰성의 단점들을 갖는 기계적 스위치로 센서 측 상에 실현될 수 있다.
도 3c 또는 4c에 도시되는 위치 감지 시스템이 자기 밀도 집중기들(308C1, 308C2 및 309C)의 2개의 세트들을 갖기 때문에, 도 3c 또는 4c에 도시되는 위치 감지 시스템은 도 3a-b 및 4a-b에 도시되는 감지 시스템에 의해 발생되는 것들보다 훨씬 더 가파른 벨-형상 함수 곡선을 발생시킬 수 있음이 주목되어야 한다. 그러나, 도 3c 또는 4c에 도시되는 위치 감지 시스템을 위한 이진 상태 신호를 발생시키는 구현 원리는 도 3a-b 및 4a-b에 도시되는 위치 감지 시스템과 관련한 것과 동일하다. 따라서, 도 3c 또는 4c에 도시되는 위치 감지 시스템은 도 3a-b 및 4a-b에 도시되는 감지 시스템에서보다 더 좁은 이진 상태 신호를 발생시킬 수 있다.
본 고안의 정신 및 범위로부터 이탈하지 않고서 본원에 설명되는 실시예들에 대한 다양한 수정들 및 변화들이 이루어질 수 있음이 당업자에게 명백하다. 따라서, 그와 같은 수정 및 변화들이 첨부되는 청구범위 및 그들의 등가물들의 범위 내에 있는 경우, 본 명세서는 본원에 설명되는 다양한 실시예들의 수정들 및 변화들을 포괄하는 것으로 의도된다.

Claims (24)

  1. 검출 위치(position)에 관하여 자기 밀도 변경들/자기장 변경들을 제공하기 위한 자석 디바이스(102)로서, 상기 자석 디바이스는:
    회전가능한 샤프트(shaft)(108) 상에 장착되며 그와 함께 회전되도록 적응되는 자석 부재(304A-C, 404A-C) ―상기 자석 부재가 상기 회전가능한 샤프트 주위를 회전할 때, 상기 자석 부재는 상기 검출 위치에 관하여 상기 자기 밀도 변경들/자기장 변경들을 생성함―; 및
    상기 자기 밀도 변경들/자기장 변경들의 밀도를 집중(concentrate)/압축(condense)시키기 위한 자속 밀도 집중기(308A1, 308A2, 308C1, 308C2, 309B, 309C)
    를 포함하는, 검출 위치에 관하여 자기 밀도 변경들/자기장 변경들을 제공하기 위한 자석 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 자석 디바이스는 감지 디바이스(104A-C)로 이용되며,
    상기 감지 디바이스(104A-C)는, 감지 엘리먼트(302A-C)가 로케이팅되는(located) 상기 검출 위치를 갖는, 검출 위치에 관하여 자기 밀도 변경들/자기장 변경들을 제공하기 위한 자석 디바이스.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 감지 디바이스는 전방 측(301B-C) 및 후방 측(303B-C)을 갖는 감지 엘리먼트를 포함하며;
    상기 자속 밀도 집중기는 상기 감지 엘리먼트의 상기 후방 측(303B-C) 근처에 위치되는 자속 밀도 집중기 엘리먼트(309B, 309C)를 포함하는, 검출 위치에 관하여 자기 밀도 변경들/자기장 변경들을 제공하기 위한 자석 디바이스.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 자석 부재(304A, 304C, 404A, 404C)는 상기 자석 부재의 반대 측들에 로케이팅되는 제 1 측방 측 및 제 2 측방 측을 가지며,
    상기 자속 밀도 집중기는 제 1 및 제 2 자속 밀도 집중기 엘리먼트들(308A1, 308A2, 308C1, 308C2)을 더 포함하며,
    상기 제 1 자속 밀도 집중기 엘리먼트는 상기 자석 부재의 상기 제 1 측방 측 근처에 위치되며; 그리고
    상기 제 2 자속 밀도 집중기 엘리먼트는 상기 자석 부재의 상기 제 2 측방 측 근처에 위치되는, 검출 위치에 관하여 자기 밀도 변경들/자기장 변경들을 제공하기 위한 자석 디바이스.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 자석 부재(304A, 304C, 404A, 404C)는 상기 자석 부재의 반대 측들에 로케이팅되는 제 1 측방 측 및 제 2 측방 측을 가지며,
    상기 자속 밀도 집중기는 제 1 및 제 2 자속 밀도 집중기 엘리먼트들(308A1, 308A2, 308C1, 308C2)을 포함하며,
    상기 제 1 자속 밀도 집중기 엘리먼트는 상기 자석 부재의 상기 제 1 측방 측 근처에 위치되며; 그리고
    상기 제 2 자속 밀도 집중기 엘리먼트는 상기 자석 부재의 상기 제 2 측방 측 근처에 위치되는, 검출 위치에 관하여 자기 밀도 변경들/자기장 변경들을 제공하기 위한 자석 디바이스.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자속 밀도 집중기는 상기 자석 부재의 상기 자기 밀도 변경들/자기장 변경들의 출력 비를 증가시키는, 검출 위치에 관하여 자기 밀도 변경들/자기장 변경들을 제공하기 위한 자석 디바이스.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자속 밀도 집중기 엘리먼트들의 각각은 강자성(ferromagnetic) 재료들로 만들어지는, 검출 위치에 관하여 자기 밀도 변경들/자기장 변경들을 제공하기 위한 자석 디바이스.
  8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자석 부재는 상기 자석 부재의 북극 및 남극이 상기 회전가능한 샤프트의 방사상 방향을 따라 배열되도록 장착되는, 검출 위치에 관하여 자기 밀도 변경들/자기장 변경들을 제공하기 위한 자석 디바이스.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 자석 부재 및 상기 검출 위치는 상기 자석 부재의 회전의 축 방향에 수직인 동일한 평면에 있는, 검출 위치에 관하여 자기 밀도 변경들/자기장 변경들을 제공하기 위한 자석 디바이스.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 자석 부재는, 상기 회전가능한 샤프트 주위에서 상기 제 1 및 제 2 자속 밀도 집중기 엘리먼트들(308A1, 308A2, 308C1, 308C2)을 함께 회전시키는, 검출 위치에 관하여 자기 밀도 변경들/자기장 변경들을 제공하기 위한 자석 디바이스.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 자속 밀도 집중기 엘리먼트들의 상기 측방 중심 선들은 상기 자석 부재의 측방 중심 선과 정렬되는, 검출 위치에 관하여 자기 밀도 변경들/자기장 변경들을 제공하기 위한 자석 디바이스.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 검출 위치 및 상기 자속 밀도 집중기 엘리먼트(309B, 309C)의 중심 선은 상기 자석 부재의 남극 및 북극을 통과하는 상기 중심 선과 정렬되는, 검출 위치에 관하여 자기 밀도 변경들/자기장 변경들을 제공하기 위한 자석 디바이스.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 자석 디바이스는 감지 디바이스(104A-C)로 이용되며,
    상기 감지 디바이스(104A-C)는 감지 엘리먼트(302A-C)가 로케이팅되는 검출 위치를 가지며,
    상기 감지 디바이스는 전방 측(305A-C) 및 후방 측(306A-C)을 가지며,
    상기 자석 부재가 상기 자석 부재의 회전 동안 상기 감지 디바이스의 상기 전방 측에 대면하게 위치될 때 검출 감지 디바이스의 전방 측은 상기 자석 부재의 상기 북극 또는 남극을 대면하며, 상기 감지 디바이스는 간격을 두고 상기 자석 부재로부터 이격되며,
    상기 남극 또는 상기 북극은 상기 회전가능한 샤프트 상에 부착되는, 검출 위치에 관하여 자기 밀도 변경들/자기장 변경들을 제공하기 위한 자석 디바이스.
  14. 회전가능한 샤프트에 대한 각 위치 범위를 표시하기 위해 이진 상태 신호들을 발생시키기 위한 위치 감지 시스템으로서, 상기 센서 디바이스 시스템은:
    제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 자석 디바이스 ―상기 자석 디바이스는 자기 밀도 변경들/자기장 변경들을 발생시킴―;
    상기 자기 밀도 변경들/자기장 변경들에 응답하여 전기 신호들을 발생시키기 위한 감지 디바이스(104A-C); 및
    상기 전기 신호들에 응답하여 상기 이진 상태 신호들을 발생시키기 위한 프로세싱 회로(106, 106')
    를 포함하는, 회전가능한 샤프트에 대한 상기 각 위치 범위를 표시하기 위해 이진 상태 신호들을 발생시키기 위한 위치 감지 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 감지 디바이스는 전방 측(305A-C) 및 후방 측(306A-C)을 가지며, 상기 자석 부재가 상기 자석 부재의 회전 동안 센서 회로의 전방 측에 대면하게 위치될 때 상기 센서 회로의 전방 측은 상기 자석 부재의 상기 북극 또는 남극을 대면하며,
    상기 감지 디바이스는 상기 자석 부재로부터 떨어져서(separately) 배치되는, 회전가능한 샤프트에 대한 상기 각 위치 범위를 표시하기 위해 이진 상태 신호들을 발생시키기 위한 위치 감지 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 센서 회로는 상기 회전가능한 샤프트의 각 위치 범위를 감지하는데 이용되는, 회전가능한 샤프트에 대한 상기 각 위치 범위를 표시하기 위해 이진 상태 신호들을 발생시키기 위한 위치 감지 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 각 위치 범위는 기어 시프트 레버(gear shift lever) 상의 중립 위치인, 회전가능한 샤프트에 대한 상기 각 위치 범위를 표시하기 위해 이진 상태 신호들을 발생시키기 위한 위치 감지 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 감지 디바이스는 홀 이펙트(Hall effect) 센서를 포함하는, 회전가능한 샤프트에 대한 상기 각 위치 범위를 표시하기 위해 이진 상태 신호들을 발생시키기 위한 위치 감지 시스템.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 프로세싱 회로는 벨-형상 함수 곡선(806) 상에 임계 전압(808)을 제공하기 위한 임계 회로(604, 924); 및
    표시 회로(508, 928)
    를 포함하며, 상기 표시 회로는, 감지된 전기 신호들의 전압이 상기 임계 전압 초과(또는 미만)일 때 제 1 신호 상태를 발생시키며, 상기 감지된 전기 신호의 전압이 상기 임계 전압 미만(또는 초과)일 때 제 2 신호 상태를 발생시키는, 회전가능한 샤프트에 대한 상기 각 위치 범위를 표시하기 위해 이진 상태 신호들을 발생시키기 위한 위치 감지 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 임계 전압 및 상기 벨-형상 함수 곡선(806)은, 바이폴라(bipolar) 자석이 360도로 회전가능한 샤프트 주위를 회전할 때 일 차원에서의 자속 밀도 변경들/자기장 변경들에 응답하여 상기 위치 감지 시스템의 설치 이전에 교정되는, 회전가능한 샤프트에 대한 상기 각 위치 범위를 표시하기 위해 이진 상태 신호들을 발생시키기 위한 위치 감지 시스템.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 이진 상태 신호는 상기 회전가능한 샤프트의 각 위치 변경들에 응답하여 상기 제 1 신호 상태 및 상기 제 2 신호 상태 사이를 스위칭하는, 회전가능한 샤프트에 대한 상기 각 위치 범위를 표시하기 위해 이진 상태 신호들을 발생시키기 위한 위치 감지 시스템.
  22. 제 21 항에 있어서,
    전기 신호들의 최소 및 최대 피크들을 모니터링하고 업데이팅함으로써, 에어 갭들(air gaps)에서의 변화들 및 사용되는 컴포넌트들에서의 온도 및 파라미터 변화들을 포함하는 동작 조건의 변화들을 보상하기 위해 이진 상태 신호를 조정하기 위한 조정 회로(504, 924)를 더 포함하는, 회전가능한 샤프트에 대한 상기 각 위치 범위를 표시하기 위해 이진 상태 신호들을 발생시키기 위한 위치 감지 시스템.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 이진 상태 신호는, 상기 전기 신호들의 상기 최소 및 최대 피크들을 모니터링하고 업데이팅함으로써 조정되는, 회전가능한 샤프트에 대한 상기 각 위치 범위를 표시하기 위해 이진 상태 신호들을 발생시키기 위한 위치 감지 시스템.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 이진 상태 신호의 폭은 상기 전기 신호들의 상기 최소 및 최대 피크들을 모니터링하고 업데이팅함으로써 조정되는, 회전가능한 샤프트에 대한 상기 각 위치 범위를 표시하기 위해 이진 상태 신호들을 발생시키기 위한 위치 감지 시스템.
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