KR20160102467A - 자기장 센서 및 운동 라인을 따른 자기장 센서와 타겟 물체의 상대적 위치를 감지하는 방법 - Google Patents

자기장 센서 및 운동 라인을 따른 자기장 센서와 타겟 물체의 상대적 위치를 감지하는 방법 Download PDF

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토마스 케르드라온
안드레아스 피. 프리드리히
얀닉 뷰일레르메트
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알레그로 마이크로시스템스, 엘엘씨
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Abstract

자기장 센서는 자석과 함께 적어도 하나의 강자성 표면을 갖는 강자성 타겟 물체에 근접하여 배치된다. 상기 자기장 센서는 운동 라인을 따라 상기 자기장 센서와 상기 강자성 타겟 물체 사이의 상대적 위치를 감지하도록 동작할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 타겟 물체는 또한 상기 운동 라인에 평행한 회전축에 대해 회전한다. 상응하는 방법이 개시된다.

Description

자기장 센서 및 운동 라인을 따른 자기장 센서와 타겟 물체의 상대적 위치를 감지하는 방법{MAGNETIC FIELD SENSOR AND METHOD FOR SENSING RELATIVE LOCATION OF THE MAGNETIC FIELD SENSOR AND A TARGET OBJECT ALONG A MOVEMENT LINE}
본 발명은 대체로 자기장 센서들에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 운동 라인을 따라 자기장 센서와 타겟 물체의 상대적 위치를 감지할 수 있는 자기장 센서에 관한 것이다.
홀 효과 요소들 및 자기저항 요소들을 포함하여 다양한 유형들의 자기장 센싱 요소들이 알려져 있다. 자기장 센서들은 일반적으로 자기장 센싱 요소들 및 다른 전자 구성 요소들을 포함한다. 일부 자기장 센서들은 또한 이른바 "백 바이어스된(back biased)" 배치로 고정된 영구 자석을 포함한다.
자기장 센서들은 감지된 자기장을 나타내는 전기적 신호를 제공한다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 자기장 센서는 물체가 상기 자석에 의해 생성되는 자기장 내를 이동함에 따라 상기 자기장 센서의 자석 부분과 연관되는 상기 자기장의 변동들을 감지하여 감지된 강자성 물체에 대한 정보를 제공한다. 운동하는 강자성 물체의 존재에서, 상기 자기장 센서에 의해 감지된 자기장 신호는 상기 운동하는 강자성 물체의 형상이나 프로파일에 따라 변화한다.
다른 실시예들에 있어서, 상기 자기장 센서가 자석을 가지지 않고, 상기 자기장 센서는 자석이 연결되는 감지된 물체에 대한 정보를 제공한다.
자기장 센서들은 흔히 기어 톱니들 및/또는 기어 슬롯들과 같은 강자성 기어의 특징들의 운동을 검출하는 데 사용된다. 이러한 응용에서 자기장 센서는 통상적으로 "기어 톱니(gear tooth)" 센서로 언급된다.
일부 장치들에 있어서, 상기 기어는 타겟 물체, 예를 들면, 엔진 내의 캠샤프트 상에 위치하며, 이에 따라, 상기 기어의 운동하는 특징들의 방향에 의해 감지되는 것은 상기 타겟 물체(예를 들면, 캠샤프트)의 회전이다. 기어 톱니 센서들은, 예를 들면, 점화 시기 제어, 연료 관리 및 다른 동작들을 위한 엔진 컨트롤 프로세서에 정보를 제공하도록 자동차 응용들에 사용된다.
다른 실시예들에 있어서, 강자성 또는 그렇지 않으면 다른 자석이 될 수 있는 복수의 교번되는 극들을 갖는 링 자석이 상기 타겟 물체에 연결된다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 자기장 센서는 상기 링 자석 및 이에 연결되는 상기 타겟 물체의 회전을 감지한다.
상기 기어 톱니 센서에 의해 상기 엔진 컨트롤 프로세서에 제공되는 정보는, 이에 한정되는 것은 아니지만, 회전함에 따른 타겟 물체(예를 들면, 캠샤프트)의 회전의 절대 각도, 회전의 속도, 그리고 일부 실시예들에서는 회전의 검출을 포함할 수 있다. 이러한 정보로, 상기 엔진 제어 프로세서는 상기 점화 시스템의 점화의 시기 및 상기 연료 주입 시스템에 의한 연료 주입의 시기를 조절할 수 있다.
기어 톱니 센서는 차동 배치로 차동 증폭기에 연결되는 둘 또는 그 이상의 자기장 센싱 요소들을 사용할 수 있다. 차동 배치들의 장점들은 알려져 있으며, 이에 한정되는 것은 아니지만, 전기적 또는 자기적 노이즈(noise)의 존재에서 향상된 성능을 포함한다.
종래의 자기장 센서들, 예를 들면 기어 톱니 센서들은 상기 샤프트의 축을 따른 축 방향으로 상기 자기장 센서와 상기 기어 또는 샤프트의 상대적 위치를 나타내는 출력 신호를 제공하지 못하고 있다. 일부 응용들에 있어서, 선형 방향으로 상기 자기장 센서와 타겟 물체의 상대적 위치를 나타내는 출력 신호를 발생시킬 수 있는 자기장 센서를 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 상기 타겟 물체가 회전하고 있을 경우 및 상기 타겟 물체가 상기 축에 대해 회전하고 있지 않을 경우 모두에도 상기 출력 신호를 발생시킬 수 있는 자기장 센서를 제공하는 것이 보다 바람직할 수 있다.
본 발명은 운동 라인을 따라 축 방향으로 자기장 센서와 타겟 물체의 상대적 위치를 나타내는 출력 신호를 발생시킬 수 있는 자기장 센서 및 방법을 제공한다. 본 발명은 또한 상기 타겟 물체가 회전하고 있을 경우 및 상기 타겟 물체가 상기 축에 대해 회전하고 있지 않을 경우 모두에도 상기 출력 신호를 발생시킬 수 있는 자기장 센서를 제공한다.
본 발명의 측면을 이해하는 데 유용한 실시예에 따르면, 자기장 센서는 DC 자기장을 발생시키도록 동작할 수 있는 자석을 포함한다. 상기 자기장 센서는 또한
상기 DC 자기장과 연관되지만 강자성 타겟 물체 상의 적어도 하나의 강자성 표면에 의해 영향을 받는 제1 및 제2 영향을 받는 자기장들을 각기 감지하도록 동작하는 제1 및 제2 자기장 센싱 요소(magnetic field sensing element)들을 포함한다. 상기 제1 및 제2 자기장 센싱 요소들은 상기 적어도 하나의 강자성 표면에 근접하여 배치된다. 상기 제1 및 제2 자기장 센싱 요소들은 또한 상기 제1 및 제2 영향을 받는 자기장들에 각기 연관되는 대응하는 제1 및 제2 전자 신호들을 발생시키도록 동작하며, 상기 제1 및 제2 전자 신호들의 진폭들의 차이는 운동 라인(movement line)을 따른 상기 자기장 센서와 상기 강자성 타겟 물체의 상대적 위치와 연관된다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 자기장 센서는 임의의 조합으로 다음 측면들의 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다.
상기 자기장 센서의 일부 실시예들에 있어서, 상기 적어도 하나의 강자성 표면은 상기 강자성 타겟 물체 상의 제1 및 제2 강자성 표면들을 포함한다.
상기 자기장 센서의 일부 실시예들에 있어서, 상기 운동 라인에 대해 제1 및 제2 경사도들을 가지며, 상기 제1 경사도 및 상기 제2 경사도는 상기 운동 라인에 대해 대향하는 부호들 및 동일한 각도들을 가진다.
상기 자기장 센서의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 및 제2 강자성 표면들은 상기 운동 라인에 대해 제1 및 제2 경사도들을 가지며, 상기 제1 경사도 및 상기 제2 경사도는 상기 운동 라인에 대해 대향하는 부호들 및 동일하지 않은 각도들을 가진다.
상기 자기장 센서의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 및 제2 강자성 표면들은 상기 운동 라인에 대해 제1 및 제2 경사도들을 가지며, 상기 제1 경사도 및 상기 제2 경사도는 상기 운동 라인에 대해 동일한 부호들 및 동일하지 않은 각도들을 가진다.
상기 자기장 센서의 일부 실시예들에 있어서, 상기 강자성 타겟 물체 상기 운동 라인에 평행한 회전축에 대해 회전하도록 동작하며, 상기 제1 및 제2 전자 신호들은 상기 회전에 의해 실질적으로 영향을 받지 않는다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 자기장 센서는,
상기 제1 및 제2 전자 신호들을 수신하도록 연결되고, 상기 제1 및 제2 전자 신호들 사의 차이로서 차이 신호를 발생시키도록 구성되는 차동 증폭기(differential amplifier)를 더 포함하며, 상기 차이 신호의 진폭은 상기 운동 라인을 따른 상기 자기장 센서와 상기 강자성 타겟 물체의 상대적 위치와 연관된다.
상기 자기장 센서의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 및 제2 강자성 표면들은 그루브(groove) 또는 리지(ridge)를 형성한다.
상기 자기장 센서의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 및 제2 강자성 표면들은 평탄하다.
상기 자기장 센서의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 강자성 표면 또는 상기 제2 강자성 표면의 적어도 하나는 적어도 하나의 치수로 곡선이다.
상기 자기장 센서의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 및 제2 강자성 표면들은 정점(vertex)에서 교차되며, 상기 정점에 직교하는 상기 제1 강자성 표면의 치수는 상기 정점에 직교하는 상기 제2 강자성 표면의 치수와 다르다.
상기 자기장 센서의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 및 제2 강자성 표면들은 근접하는 표면들이며, 직선의 접선이 상기 제1 및 제2 강자성 표면들 모두에 접한다.
상기 자기장 센서의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 및 제2 강자성 표면들은 평탄하다.
상기 자기장 센서의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 강자성 표면 또는 상기 제2 강자성 표면의 적어도 하나는 곡선이다.
상기 자기장 센서의 일부 실시예들에 있어서, 상기 접선에 직교하는 방향으로 상기 제1 강자성 표면의 치수는 상기 접선에 직교하는 방향으로 상기 제2 강자성 표면의 치수와 다르다.
상기 자기장 센서의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 및 제2 강자성 표면들의 곡률은 상기 운동 라인을 따른 상기 자기장 센서와 상기 강자성 타겟 물체의 상대적 위치에 대해 선형인 상기 자기장 센서로부터의 출력 신호를 제공하도록 선택된다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 자기장 센서는,
상기 제1 및 제2 전자 신호들을 수신하도록 연결되고 상기 제1 및 제2 전자 신호들 사이의 차이로서 차이 신호를 발생시키도록 구성되는 차동 증폭기를 더 포함하며, 상기 차이 신호의 진폭은 상기 운동 방향을 따른 상기 자기장 센서와 상기 강자성 타겟 물체의 상대적 위치와 연관되고,
상기 차동 증폭기에 연결되는 선형화 모듈(linearization module)을 더 포함하며, 상기 선형화 모듈은 상기 운동 라인을 따른 상기 자기장 센서와 상기 강자성 타겟 물체의 상대적 위치와 선형으로 연관되는 선형화된 신호(linearized signal)를 발생시키도록 동작한다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 자기장 센서는,
상기 선형화 모듈에 연결되고, 상기 선형화된 신호의 제한된 진폭 범위에 대응되는 클램프된 신호(clamped signal)를 발생시키도록 동작하는 클램핑 모듈(clamping module)을 더 포함한다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 자기장 센서는,
상기 제1 및 제2 전자 신호들을 수신하도록 연결되고 상기 제1 및 제2 전자 신호들 사이의 차이로서 차이 신호를 발생시키도록 구성되는 차동 증폭기를 더 포함하며, 상기 차이 신호의 진폭은 상기 운동 방향을 따른 상기 자기장 센서와 상기 강자성 타겟 물체의 상대적 위치와 연관되고;
상기 차동 증폭기에 연결되고, 상기 차이 신호의 제한된 진폭 범위에 대응되는 클램프된 신호를 발생시키도록 동작하는 클램핑 모듈을 더 포함한다.
상기 자기장 센서의 일부 실시예들에 있어서, 상기 운동 라인은 곡선이다.
상기 자기장 센서의 일부 실시예들에 있어서, 상기 강자성 타겟 물체는 상기 운동 라인에 평행한 회전축에 대해 회전하도록 동작하며, 상기 제1 및 제2 전자 신호들은 상기 회전에 의해 실질적으로 영향을 받지 않는다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 자기장 센서는,
상기 제1 및 제2 전자 신호들을 수신하도록 연결되고 상기 제1 및 제2 전자 신호들 사이의 차이로서 차이 신호를 발생시키도록 구성되는 차동 증폭기를 더 포함하며, 상기 차이 신호의 진폭은 상기 운동 방향을 따른 상기 자기장 센서와 상기 강자성 타겟 물체의 상대적 위치와 연관된다.
상기 자기장 센서의 일부 실시예들에 있어서, 상기 적어도 하나의 강자성 표면은 평탄하다.
상기 자기장 센서의 일부 실시예들에 있어서, 상기 적어도 하나의 강자성 표면은 적어도 하나의 치수로 곡선이다.
상기 자기장 센서의 일부 실시예들에 있어서, 상기 적어도 하나의 강자성 표면의 곡률은 상기 운동 라인을 따른 상기 자기장 센서와 상기 강자성 타겟 물체의 상대적 위치에 대해 선형인 상기 자기장 센서로부터의 출력 신호를 제공하도록 선택된다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 자기장 센서는,
상기 제1 및 제2 전자 신호들을 수신하도록 연결되고 상기 제1 및 제2 전자 신호들 사이의 차이로서 차이 신호를 발생시키도록 구성되는 차동 증폭기를 더 포함하며, 상기 차이 신호의 진폭은 상기 운동 방향을 따른 상기 자기장 센서와 상기 강자성 타겟 물체의 상대적 위치와 연관되고,
상기 차동 증폭기에 연결되는 선형화 모듈을 더 포함하며, 상기 선형화 모듈은 상기 운동 라인을 따른 상기 자기장 센서와 상기 강자성 타겟 물체의 상대적 위치와 선형으로 연관되는 선형화된 신호를 발생시키도록 동작한다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 자기장 센서는,
상기 선형화 모듈에 연결되고, 상기 선형화된 신호의 제한된 진폭 범위에 대응되는 클램프된 신호를 발생시키도록 동작하는 클램핑 모듈을 더 포함한다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 자기장 센서는,
상기 제1 및 제2 전자 신호들을 수신하도록 연결되고 상기 제1 및 제2 전자 신호들 사이의 차이로서 차이 신호를 발생시키도록 구성되는 차동 증폭기를 더 포함하며, 상기 차이 신호의 진폭은 상기 운동 방향을 따른 상기 자기장 센서와 상기 강자성 타겟 물체의 상대적 위치와 연관되고,
상기 차동 증폭기에 연결되고, 상기 차이 신호의 제한된 진폭 범위에 대응되는 클램프된 신호를 발생시키도록 동작하는 클램핑 모듈을 더 포함한다.
상기 자기장 센서의 일부 실시예들에 있어서, 상기 운동 라인은 곡선이다.
본 발명의 측면을 이해하는 데 유용한 다른 실시예에 따르면, 운동 라인을 따른 자기장 센서와 강자성 타겟 물체의 상대적 위치를 감지하는 방법은 DC 자기장을 발생시키는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 제1 자기장 센싱 요소들을 상기 강자성 타겟 물체의 적어도 하나의 강자성 표면에 근접하여 위치시키는 단계 및 제2 자기장 센싱 요소들을 상기 강자성 타겟 물체의 상기 적어도 하나의 강자성 표면에 근접하여 위치시키는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 상기 제1 및 제2 자기장 센싱 요소들로 상기 적어도 하나의 강자성 표면에 의해 영향을 받는 상기 DC 자기장과 연관되는 제1 및 제2 영향을 받는 자기장들을 각기 감지하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 상기 제1 및 제2 자기장 센싱 요소들로 상기 제1 및 제2 영향을 받는 자기장들과 연관되는 대응하는 제1 및 제2 전자 신호들을 각기 발생시키는 단계를 포함하며, 상기 제1 및 제2 전자 신호들의 진폭들의 차이는 상기 운동 라인을 따른 상기 자기장 센서와 상기 강자성 타겟 물체의 상대적 위치와 연관된다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 방법은 임의의 조합으로 다음 측면들의 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다.
상기 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 적어도 하나의 강자성 표면은 상기 강자성 타겟 물체 상의 제1 및 제2 강자성 표면들을 포함한다.
상기 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 및 제2 강자성 표면들은 상기 운동 라인에 대해 제1 및 제2 경사도들을 가지며, 상기 제1 경사도 및 상기 제2 경사도는 상기 운동 라인에 대해 대향하는 부호들 및 동일한 각도들을 가진다.
상기 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 및 제2 강자성 표면들은 상기 운동 라인에 대해 제1 및 제2 경사도들을 가지며, 상기 제1 경사도 및 상기 제2 경사도는 상기 운동 라인에 대해 대향하는 부호들 및 동일하지 않은 각도들을 가진다.
상기 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 및 제2 강자성 표면들은 상기 운동 라인에 대해 제1 및 제2 경사도들을 가지며, 상기 제1 경사도 및 상기 제2 경사도는 상기 운동 라인에 대해 동일한 부호들 및 동일하지 않은 각도들을 가진다.
상기 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 강자성 타겟은 상기 운동 라인에 평행한 회전축에 대해 회전하도록 동작하며, 상기 제1 및 제2 전자 신호들은 상기 회전에 의해 실질적으로 영향을 받지 않는다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 방법은,
상기 제1 및 제2 전자 신호들 사이의 차이로서 차이 신호를 발생시키는 단계를 더 포함하며, 상기 차이 신호의 진폭은 상기 운동 방향을 따른 상기 자기장 센서와 상기 강자성 타겟 물체의 상대적 위치와 연관된다.
상기 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 및 제2 강자성 표면들은 그루브 또는 리지를 형성한다.
상기 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 및 제2 강자성 표면들은 평탄하다.
상기 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 강자성 표면 또는 상기 제2 강자성 표면의 적어도 하나는 적어도 하나의 치수로 곡선이다.
상기 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 및 제2 강자성 표면들은 정점에서 교차되며, 상기 정점에 직교하는 상기 제1 강자성 표면의 치수는 상기 정점에 직교하는 상기 제2 강자성 표면의 치수와 다르다.
상기 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 및 제2 강자성 표면들은 근접하는 표면들이며, 직선의 접선이 상기 제1 및 제2 강자성 표면들 모두에 접한다.
상기 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 및 제2 강자성 표면들은 평탄하다.
상기 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 강자성 표면 또는 상기 제2 강자성 표면의 적어도 하나는 곡선이다.
상기 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 접선에 직교하는 방향으로 상기 제1 강자성 표면의 치수는 상기 접선에 직교하는 방향으로 상기 제2 강자성 표면의 치수와 다르다.
상기 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 및 제2 강자성 표면들의 곡률은 상기 운동 라인을 따른 상기 자기장 센서와 상기 강자성 타겟 물체의 상대적 위치에 대해 선형인 상기 자기장 센서로부터의 출력 신호를 제공하도록 선택된다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 방법은,
상기 제1 및 제2 전자 신호들 사이의 차이로서 차이 신호를 발생시키는 단계를 더 포함하며, 상기 차이 신호의 진폭은 상기 운동 방향을 따른 상기 자기장 센서와 상기 강자성 타겟 물체의 상대적 위치와 연관되고,
상기 운동 방향을 따른 상기 자기장 센서와 상기 강자성 타겟 물체의 상대적 위치와 선형으로 연관되는 선형화된 신호를 발생시키는 단계를 더 포함한다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 방법은,
상기 선형화된 신호의 제한된 진폭에 대응하는 클램프된 신호를 발생시키는 단계를 더 포함한다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 방법은,
상기 제1 및 제2 전자 신호들 사이의 차이로서 차이 신호를 발생시키는 단계를 더 포함하며, 상기 차이 신호의 진폭은 상기 운동 방향을 따른 상기 자기장 센서와 상기 강자성 타겟 물체의 상대적 위치와 연관되고,
상기 차이 신호의 제한된 진폭에 대응하는 클램프된 신호를 발생시키는 단계를 더 포함한다.
상기 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 운동 라인은 곡선이다.
상기 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 강자성 타겟 물체는 상기 운동 라인에 평행한 회전축에 대해 회전하도록 동작하며, 상기 제1 및 제2 전자 신호들은 상기 회전에 의해 실질적으로 영향을 받지 않는다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 방법은,
상기 제1 및 제2 전자 신호들을 수신하도록 연결되고 상기 제1 및 제2 전자 신호들 사이의 차이로서 차이 신호를 발생시키도록 구성되는 차동 증폭기를 더 포함하며, 상기 차이 신호의 진폭은 상기 운동 방향을 따른 상기 자기장 센서와 상기 강자성 타겟 물체의 상대적 위치와 연관된다.
상기 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 적어도 하나의 강자성 표면은 평탄하다.
상기 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 적어도 하나의 강자성 표면은 적어도 하나의 치수의 곡선이다.
상기 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 적어도 하나의 강자성 표면의 곡률은 상기 운동 라인을 따른 상기 자기장 센서와 상기 강자성 타겟 물체의 상대적 위치에 대해 선형인 상기 자기장 센서로부터의 출력 신호를 제공하도록 선택된다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 방법은,
상기 제1 및 제2 전자 신호들을 수신하도록 연결되고 상기 제1 및 제2 전자 신호들 사이의 차이로서 차이 신호를 발생시키도록 구성되는 차동 증폭기를 더 포함하며, 상기 차이 신호의 진폭은 상기 운동 방향을 따른 상기 자기장 센서와 상기 강자성 타겟 물체의 상대적 위치와 연관되고,
상기 차동 증폭기에 연결되는 상기 선형화 모듈을 더 포함하며, 상기 선형화 모듈은 상기 운동 라인을 따른 상기 자기장 센서와 상기 강자성 타겟 물체의 상대적 위치와 선형으로 연관되는 선형화된 신호를 발생시키도록 동작한다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 방법은,
상기 선형화 모듈에 연결되고, 상기 선형화된 신호의 제한된 진폭 범위에 대응되는 클램프된 신호를 발생시키도록 동작하는 클램핑 모듈을 더 포함한다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 방법은,
상기 제1 및 제2 전자 신호들을 수신하도록 연결되고 상기 제1 및 제2 전자 신호들 사이의 차이로서 차이 신호를 발생시키도록 구성되는 차동 증폭기를 더 포함하며, 상기 차이 신호의 진폭은 상기 운동 방향을 따른 상기 자기장 센서와 상기 강자성 타겟 물체의 상대적 위치와 연관되고,
상기 차동 증폭기에 연결되고, 상기 차이 신호의 제한된 진폭 범위에 대응되는 클램프된 신호를 발생시키도록 동작하는 클램핑 모듈을 더 포함한다.
상기 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 운동 라인은 곡선이다.
상술한 본 발명의 특징들뿐만 아니라 본 발명 자체도 다음의 도면들의 상세한 설명으로부터 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이며, 첨부된 도면들에 있어서,
도 1은 주변 그루브를 갖는 타겟 물체와 상기 그루브에 근접하는 자기장 센서를 나타내는 사시도이며,
도 2는 도 1의 타겟 물체와 자기장 센서를 나타내는 측면도이고,
도 3은 도 1의 타겟 물체와 자기장 센서를 나타내는 단면도이며,
도 4는 도 1의 타겟 물체와 자기장 센서를 나타내는 다른 단면도이고,
도 5는 주변 그루브(즉, 채널)를 갖는 타겟 물체와 상기 그루브에 근접하는 자기장 센서를 나타내는 사시도이며,
도 6은 도 5의 타겟 물체와 자기장 센서를 나타내는 측면도이고,
도 7은 다른 주변 그루브(즉, 채널)를 갖는 타겟 물체와 상기 그루브에 근접하는 자기장 센서를 나타내는 사시도이며,
도 8은 도 7의 타겟 물체와 자기장 센서를 나타내는 측면도이고,
도 9는 앞서의 도면들의 자기장 센서의 일부로서 사용될 수 있는 예시적인 전자 회로의 블록도이며,
도 10은 두 홀 효과 요소들이 앞서의 도면들의 자기장 센서의 일부를 형성하는, 강자성 타겟 물체의 상대적 위치에 대한 두 홀 효과 요소들로부터의 두 개의 별도의 출력 신호들을 나타내는 그래프이고,
도 11은 도 10의 두 홀 효과 요소들로부터의 두 개의 별도의 출력 신호들의 차이를 나타내는 그래프이며,
도 12는 다른 리지를 갖는 타겟 물체와 상기 리지에 근접하는 자기장 센서를 나타내는 사시도이고,
도 13은 다른 그루브(즉, 채널)를 갖는 타겟 물체와 상기 그루브에 근접하는 자기장 센서를 나타내는 사시도이며,
도 14는 다른 대향하는 경사도들을 구비하는 두 표면들을 갖는 타겟 물체와 상기 표면들에 근접하는 자기장 센서를 나타내는 사시도이다.
여기에 사용되는 바에 있어서, "자기장 센싱 요소(magnetic field sensing element)"라는 용어는 자기장을 감지할 수 있는 다양한 전자 요소들을 기술하는 데 사용된다. 상기 자기장 센싱 요소는, 이에 한정되는 것은 아니지만, 홀 효과(Hall Effect) 요소, 자기저항(magnetoresistance) 요소 또는 자기트랜지스터(magnetotransistor)가 될 수 있다. 알려진 바와 같이, 다른 유형들의 홀 효과 요소들, 예를 들면, 평면형 홀(planar Hall) 요소, 수직형 홀(vertical Hall) 요소 및 원형 수직 홀(circular vertical Hall: CVH) 요소가 존재한다. 또한, 알려진 바와 같이, 다른 형태들의 자기저항 요소들, 예를 들면 안티몬화인듐(InSb)과 같은 반도체 자기저항 요소, 거대 자기저항(GMR) 요소, 예를 들면 스핀 밸브(spin valve), 이방성 자기저항(AMR) 요소, 터널링 자기저항(TMR) 요소, 그리고 자기 터널 접합(MTJ)이 존재한다. 상기 자기장 센싱 요소는 단일의 요소가 될 수 있거나, 선택적으로는 다양한 구성들, 예를 들면, 하프 브리지 또는 풀(휘스톤(Wheatstone)) 브리지로 배열되는 둘 또는 그 이상의 자기장 센싱 요소들을 포함할 수 있다. 장치 유형과 다른 응용 요구 사항들에 따라, 상기 자기장 센싱 요소는 실리콘(Si)이나 게르마늄(Ge)과 같은 IV족 반도체 물질, 갈륨-비소(GaAs) 혹은, 예를 들면 안티몬화인듐(InSb)과 같은 인듐 화합물과 같은 III-V족 반도체 물질로 이루어진 장치가 될 수 있다.
알려진 바와 같이, 전술한 자기장 센싱 요소들의 일부는 상기 자기장 센싱 요소를 지지하는 기판에 대해 평행한 최대 감도의 축을 가지는 경향이 있고, 전술한 자기장 센싱 요소들의 다른 것들은 상기 자기장 센싱 요소를 지지하는 기판에 대해 직교하는 최대 감도의 축을 가지는 경향이 있다. 특히, 평면형 홀 요소들은 기판에 대해 직교하는 감도의 축들을 가지는 경향이 있는 반면, 금속계 또는 금속성 자기저항 요소들(예를 들면, GMR, TMR, AMR)과 수직형 홀 요소들은 기판에 대해 평행한 감도의 축들을 가지는 경향이 있다.
여기에 사용되는 바에 있어서, "자기장 센서(magnetic field sensor)"라는 용어는 일반적으로 다른 회로들과 결합되어 자기장 센싱 요소를 이용하는 회로를 기술하는 데 사용된다. 자기장 센서들은, 이에 한정되는 것은 아니지만, 자기장의 방향의 각도를 감지하는 각도 센서, 전류를 운반하는 도체에 의해 운반되는 전류에 의해 발생되는 자기장을 감지하는 전류 센서, 강자성 물체의 근접을 감지하는 자기 스위치, 상기 자기장 센서가 백-바이어스(back-biased)되거나 다른 자석과 결합되어 사용되는 경우에 통과하는 강자성 물품들, 예를 들면 링 자석 또는 강자성 타겟(예를 들면, 기어 톱니(gear teeth))의 자기 도메인들을 감지하는 회전 검출기, 그리고 자기장의 자기장 밀도를 감지하는 자기장 센서를 포함하는 다양한 응용들에 사용된다.
여기에 사용되는 바에 있어서, "프로세서(processor)"라는 용어는 기능, 동작 또는 연속적인 동작들을 수행하는 전자 회로를 기술하는 데 사용된다. 상기 기능, 동작 또는 연속적인 동작들은 메모리 장치 내에 유지되는 명령들을 통해 상기 전자 회로 내로 하드 코드되거나 소프트 코드될 수 있다. "프로세서"는 디지털 값들을 사용하거나 아날로그 신호들을 사용하여 상기 기능, 동작 또는 연속적인 동작들을 수행할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 "프로세서"는 아날로그 응용 주문형 집적 회로(ASIC) 또는 디지털 응용 주문형 집적 회로가 될 수 있는 응용 주문형 집적 회로 내에 구현될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 "프로세서"는 관련 프로그램 메모리를 갖는 마이크로프로세서 내에 구현될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 "프로세서"는 아날로그 또는 디지털이 될 수 있는 별도의 전자 회로 내에 구현될 수 있다.
여기에 사용되는 바에 있어서, "모듈(module)"이라는 용어는 "프로세서"를 기술하는 데 사용된다.
프로세서는 상기 프로세서의 기능, 동작 또는 연속적인 동작들의 일부들을 수행하는 내부 프로세서들이나 내부 모듈들을 포함할 수 있다. 유사하게, 모듈은 상기 모듈의 기능, 동작 또는 연속적인 동작들의 일부들을 수행하는 내부 프로세서들이나 내부 모듈들을 포함할 수 있다.
여기에 사용되는 바에 있어서, "소정의(predetermined)"라는 용어는 값 또는 신호를 언급할 때에 제조의 시점에서 공장 내에서 또는 그 후에 외부 수단들, 예를 들면, 프로그래밍에 의해 설정되거나 고정되는 값 또는 신호를 언급하는 데 사용된다. 여기에 사용되는 바에 있어서, "소정의"라는 용어는 값이나 신호를 언급할 때에 제조 후의 동작 동안에 회로에 의해 확인되는 값 또는 신호를 언급하는 데 사용된다.
여기서의 도면들에 도시된 전자 회로들이 아날로그 블록들 또는 디지털 블록들의 형태로 도시될 수 있지만, 상기 아날로그 블록들이 동일하거나 유사한 기능들을 수행하는 디지털 블록들로 대체될 수 있고, 상기 디지털 블록들이 동일하거나 유사한 기능들을 수행하는 아날로그 블록들로 대체될 수 있는 점이 이해될 것이다.
여기에 사용되는 바에 있어서, "그루브(groove)"라는 용어는, 예를 들면, 타겟 물체 내의 고랑이나 채널을 기술하는 데 사용된다. 상기 그루브는 상기 타겟 물체의 외측 표면 내에 인덴트(indent)를 형성한다. 상기 그루브는 상기 타겟 물체를 에워쌀 수 있고, 상기 타겟 물체 주위에 완전하게 연장된다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 그루브는 상기 타겟 물체의 외측 표면의 일부 주위에만 연장될 수 있거나, 그 상부로 연장될 수 있으며, 이 경우들에 상기 그루브는 상기 타겟 물체 주위로 완전하게 연장되지 않는다. 상기 그루브는 예리한 정점에서 교차되는 평탄한 제1 및 제2 표면들을 갖는 V자 형상이 될 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에서, 상기 그루브의 표면들은 평탄하지 않거나 및/또는 상기 정점이 예리하지 않지만, 대신에 라운드지거나 평탄하다.
여기에 사용되는 바에 있어서, "리지(ridge)"라는 용어는, 예를 들면, 타겟 물체 내의 융기된 영역을 기술하는 데 사용된다. 상기 리지는 상기 타겟 물체의 외측 표면 상부에 연장된다. 상기 리지는 상기 타겟 물체를 에워쌀 수 있고, 상기 타겟 물체 주위로 완전하게 연장된다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 리지는 상기 타겟 물체의 외측 표면의 일부 주위에만 연장될 수 있거나 그 상부에 연장될 수 있으며, 이 경우들에 상기 리지는 상기 타겟 물체 주위레 완전하게 연장되지 않는다. 상기 리지는 예리한 정점에서 교차되는 평탄한 제1 및 제2 표면들을 갖는 V자의 형상이 될 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에서, 상기 리지의 표면들은 평탄하지 않거나 및/또는 상기 정점이 예리하지 않지만, 대신에 라운드지거나 평탄하다.
다음에 여기서 사용되는 바에 있어서, "타겟 물체(target object)"라는 용어는 그 운동이 자기장 센서에 의해 감지되는 기계적 구조물을 기술하는 데 사용된다.
여기에 사용되는 바에 있어서, "운동축(movement axis)"이라는 용어는 자기장 센서의 위치에 대해 선형으로 운동할 수 있는 타겟 물체가 따르는 축을 기술하는 데 사용된다. 상기 "운동축"이라는 용어는 또한 강자성 타겟 물체의 위치에 대해 선형으로 운동할 수 있는 상기 자기장 센서가 따르는 축을 기술하는 데 사용된다. 일부 장치들에 있어서, 상기 강자성 타겟 물체 및 상기 자기장 센서 모두가 각각의 운동축들을 따라 서로에 대해 이동할 수 있다.
여기에 사용되는 바에 있어서, "운동 라인(movement line)"이라는 용어는 자기장 센서의 위치에 대해 운동할 수 있는 타겟 물체가 따르는 직선 또는 곡선이 될 수 있는 라인을 기술하는 데 사용된다. 상기 "운동 라인"이라는 용어는 또한 강자성 타겟 물체의 위치에 대해 운동할 수 있는 상기 자기장 센서가 따르는 직선 또는 곡선의 라인을 기술하는 데 사용된다. 일부 장치들에 있어서, 상기 강자성 타겟 물체 및 상기 자기장 센서 모두가 각각의 운동 라인들을 따라 서로에 대해 이동할 수 있다.
운동 라인이 운동축이 될 수 있고, 운동축이 운동 라인이 될 수 있는 점이 이해되어야 할 것이다. 그러나, 운동 라인은 곡선이 될 수 있지만, 운동축은 직선이다.
여기에 사용되는 바에 있어서, "회전축(rotation axis)"이라는 용어는 그 상에서 타겟 물체가 돌거나 회전할 수 있는 축을 기술하는 데 사용된다.
일부 장치들에 있어서, 상기 운동축과 상기 회전축이 서로 평행하다. 일부 장치들에 있어서, 상기 운동축과 상기 회전축은 동일한 축이다.
도 1을 이제 참조하면, 센싱 장치(100)는 강자성 타겟 물체(104)에 근접하여 배치되는 자기장 센서(102)를 포함할 수 있다. 상기 자기장 센서(102)는 백 바이어싱 자석(back biasing magnet)(도시되지 않음) 및 상기 강자성 타겟 물체(104)와 상기 백 바이어싱 자석 사이에 배치되는 두 자기장 센싱 요소들(도시되지 않음)을 포함할 수 있다.
상기 강자성 타겟 물체(104)는 주변 그루브(106)를 포함할 수 있다. 상기 강자성 타겟 물체(104)의 일부(104a)가 도시되며, 상기 그루브(106)가 보다 명확하게 도시되도록 상기 강자성 타겟 물체(104)의 단면을 나타낸다.
다음의 논의로부터 명백해질 것인 바와 같이, 상기 자기장 센서(102)로부터의 출력 신호는 축(108)을 따르는 방향으로 상기 자기장 센서(102)에 대한 상기 강자성 타겟 물체(104)의 상대적 위치를 나타낸다. 즉, 상기 축(108)은 앞서 정의한 바와 같이 운동축이 될 수 있다. 일부 장치들에 있어서, 상기 자기장 센서(102)는 상기 축(108)에 대해 평행하게 이동할 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 강자성 타겟 물체(104)가 상기 축(108)에 대해 평행하게 이동할 수 있다. 또 다른 실시예들에 있어서, 상기 자기장 센서(102) 및 상기 강자성 타겟 물체 모두가 상기 축(108)에 대해 평행하게 이동할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 강자성 타겟 물체(104)는 또한 상기 축(108)에 대해 돌거나 회전하도록 동작할 수 있다. 즉, 상기 축(108)은 또한 앞서 정의한 바와 같이 회전축이 될 수 있다. 다음의 논의로부터 명백해질 것인 바와 같이, 일부 실시예들에서, 상기 강자성 타겟 물체의 회전은 상기 자기장 센서에 의해 발생되는 출력 신호에 영향을 미치지 않으며, 상기 자기장 센서는 상기 축(108)에 평행한 방향으로 상기 강자성 타겟 물체(104) 및 상기 자기장 센서(102)의 상대적 위치에만 반응한다.
도 1과 동일한 요소들에 대해 동일한 참조 부호들로 나타낸 도 2를 이제 참조하면, 상기 강자성 타겟 물체(104)와 상기 자기장 센서(102)는 에어 갭(air gap)(202)으로 분리된다. 상기 에어 갭(202)의 치수가 상기 자기장 센서(102)에 의해 감지되는 자기장들의 크기와 연관되는 점이 이해될 것이다.
도 1 및 도 2와 동일한 요소들에 대해 동일한 참조 부호들로 나타낸 도 3을 이제 참조하면, 상기 강자성 타겟 물체(104), 즉 상기 강자성 타겟 물체(104)의 일부(104a)는 상기 자기장 센서(102)에 근접한다. 상기 강자성 타겟 물체(104)는 상기 축(108)의 방향으로 운동할 수 있다. 일부 장치들에서, 상기 강자성 타겟 물체(104)는 또한 상기 축(108)에 대해 회전(112)할 수 있다. 상기 강자성 타겟 물체(104)는 상기 그루브(106)를 가진다.
상기 자기장 센서(102)는 영구 자석(116)을 포함할 수 있다. 상기 자기장 센서(102)는 또한 상기 자석(116) 내에 강자성 타겟 물체(104) 사이에 배치되는 두 자기장 센싱 요소들(114a, 114b)을 포함할 수 있으며, 백-바이어된(back-biased) 장치가 된다. 상기 두 자기장 센싱 요소들(114a, 114b)은 상기 두 자기장 센싱 요소들 사이의 라인이 상기 축(108)에 평행하고 상기 그루브(106)의 정점(vertex)(예를 들면, 코너)에 직교하도록 도시된 바와 같이 배열될 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에서, 상기 두 자기장 센싱 요소들(114a, 114b) 사이의 라인은 상기 라인이 상기 축(108)애 대해 직교하지 않는 한 다른 각도가 될 수 있다. 예를 들면, 상기 두 자기장 센싱 요소들(114a, 114b) 사이의 라인은 상기 축(108)에 대해 평행한 약 +/- 칠십오도 이내가 될 수 있다. 그러나, 약 +/- 이십도 이내의 각도들이 바람직하다. 3차원으로의 배열은 도 6과 함께 다음에 보다 상세하게 설명된다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 두 자기장 센싱 요소들(114a, 114b)은 홀 효과 요소들이다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 두 자기장 센싱 요소들(114a, 114b)은 자기저항 요소들이다. 다른 유형들의 자기장 센싱 요소들도 가능하다.
상기 두 자기장 센싱 요소들(114a, 114b)은 다음의 도면들에서 설명되는 전자 회로들과 함께 반도체 기판(도시되지 않음) 상에 또는 내에 배치될 수 있다.
기판(302)은 상기 자기장 센서(102)를 둘러싸고 지지할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 구조물(302)은 강자성이 아니다.
상기 자기장 센싱 요소들(114a, 114b)이 상기 영구 자석(116)에 의해 발생되는 자기장을 겪지만, 상기 자기장 센싱 요소들(114a, 114b)이 겪는 자기장은 상기 강자성 타겟 물체(104)의 존재로 인해 크기 및 각도가 변화하는 점이 이해될 것이다. 따라서, 상기 강자성 타겟 물체(104) 및 상기 자기장 센서(102)의 상대적인 위치가 변할 경우, 그러면 상기 자기장 센서(102)로부터의 출력 신호가 변할 것이다. 특히, 상기 강자성 타겟 물체(104) 및 상기 자기장 센서(102)의 상대적 위치가 도면상의 수직 방향으로(즉, 도 1의 축(106)의 방향으로) 변할 경우, 상기 두 자기장 센싱 요소들(114a, 114b)로부터의 출력 신호들이 변할 것이다. 상기 자기장 센싱 요소들(114a, 114b)로부터의 신호들을 처리하는 예시적인 전자 회로들은 도 9 및 도 10과 함께 다음에 기재된다.
종래의 기어 톱니 센서 장치들에 있어서, 다른 강자성 타겟 물체, 예를 들면, 기어가 사용되며, 상기 자기장 센서는 상기 기어 톱니들의 통과하는 것들을 감지한다. 그러나, 도 3의 장치에서, 상기 강자성 타겟 물체(104)는 기어가 아니며, 기어 톱니들을 가지지 않는다. 상기 강자성 타겟 물체(104) 및 상기 자기장 센서(102)의 고정된 상대적 위치에 대하여, 상기 자기장 센서(102)로부터의 신호가 DC 신호인 점(그러나 이후에, 이에 한정되는 것은 아니지만, 다음에 보다 상세하게 설명하는 펄스 폭 변조(pulse width modulated: PWM) 신호 또는 SENT 포맷을 포함하는 다양한 방식의 하나로 인코딩될 수 있다)이 이해될 것이다. 상기 자기장 센서(102) 및 상기 강자성 타겟 물체(104)의 상대적인 위치가 상기 축(108)의 방향으로 변할 때, 그러면 상기 자기장 센서(104)로부터의 DC 신호가 이에 따라 변한다. 달리 말하면, 상기 신호는 완전히 DC 신호가 아니지만, 상기 자기장 센서(102) 및 상기 강자성 타겟 물체(104)의 상대적 위치가 변할 경우에 변할 수 있다.
상기 자기장 센싱 요소들(114a, 114b)은 상기 두 자기장 센싱 요소들(114a, 114b)에 의해 발생되는 전기적 신호들의 차이를 취하는 차동(differential) 배치로 사용될 수 있다. 두 자기장 센싱 요소들(114a, 114b)이 도시되지만, 여기서 및 다음의 다른 실시예들에서, 둘 이상의 자기장 센싱 요소들이 존재할 수 있다.
여기서 및 다음의 다른 실시예들에 있어서, 하나의 자기장 센싱 요소만이 존재할 수 있으며, 상기 자기장 센서(102)는 차동 배치로 동작하지 않는다. 그러나, 차동 배치의 이점들이 이해될 것이며, 이에 한정되는 것은 아니지만, 공통 모드 노이즈(common mode noise)의 배제를 포함한다.
V자 형상의 그루브(106)가 도시되지만, 다른 실시예들에서는 상기 그루브(106)는 다른 형상들을 가질 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 그루브(106)는 평탄한 바닥을 가진다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 그루브(106)의 강자성 표면들(즉, 측면들)은 직선이 아니라 곡선이다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 그루브(106)는 대칭이 아니며, 상기 그루브의 두 강자성 표면들은 다른 각도들 및/또는 다른 치수들을 가진다.
예시적인 크기들이 도 3 및 도 4에 도시된다. 그러나, 상기 크기들은 도시된 크기들보다 크거나 작을 수 있다.
도 1과 동일한 요소들에 대해 동일한 참조 부호들로 나타낸 도 4를 이제 참조하면, 상기 자기장 센서는 도면상에 수직하게 배향된 세 개의 다른 위치들로 도시된다. 유사하게, 상기 강자성 타겟 물체(104)는 대신에 세 개의 다른 위치들에 도시될 수 있다.
상기 두 자기장 센싱 요소들(114a, 114b)은 상기 세 개의 다른 위치들에 동시에 도시되며, 여섯 자기장 센싱 요소들의 결과로 된다.
도 5를 이제 참조하면, 센싱 장치(500)는 강자성 타겟 물체(508)에 근접하여 배치되는 자기장 센서(502)를 포함할 수 있다. 상기 자기장 센서(502)는 백 바이어싱 자석(506) 및 상기 강자성 타겟 물체(508)와 상기 백 바이어싱 자석(506) 사이의 기판(504) 상에 배치되는 두 자기장 센싱 요소들(도시되지 않음)을 포함할 수 있다.
상기 강자성 타겟 물체(508)는 주변 그루브(510)를 포함할 수 있다. 상기 그루브(510)는 제1 강자성 표면(즉, 측면)(510a), 제2 강자성 표면(즉, 측면)(510b) 그리고 상기 제1 및 제2 강자성 표면들 사이의 정점(510c)을 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 강자성 표면들(510a, 510b)은 직선 또는 곡선이 될 수 있고, 여기서는 두 치수들로 곡선으로 도시된다. 단일 치수의 곡률들도 가능하다. 하나 또는 두 개의 치수들로 연속적인 또는 구분적인(즉, 계단 형상의) 곡률들도 가능하다. 상기 정점(510c)의 영역은 예리한 점일 필요는 없지만, 다른 실시예들에서는 라운드(round)지거나 평탄한 영역이 될 수 있다.
상기 제1 및 제2 강자성 표면들(510a, 510b)은 상이한 제1 및 제2 경사도들을 가진다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 정점(510c)으로부터 동일한 거리들에서 상기 두 강자성 표면들(510a, 510b)의 경사도들은 동일하지만 대향하는 경사들을 가진다. 그러나, 도 10 및 도 11과 함께 다음에 보다 상세하게 설명하는 바와 같이, 상기 경사도들이 동일할 필요는 없으며, 대향할 필요도 없다.
구조물(512)은 상기 강자성 타겟 물체(508)를 둘러쌀 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 구조물(512)은 강자성이 아니다.
상기 강자성 타겟 물체(508)는 x-축에 평행한 운동축(514)을 따라 이동하고, 상기 강자성 타겟 물체(508)를 통과하도록 구성될 수 있다.
상기 강자성 타겟 물체(508)는 또한 상기 운동축(514)과 동일한 회전축에 대해 회전하도록 구성될 수 있으며, 이 경우에 상기 그루브(510)는 상기 강자성 타겟 물체(508)를 에워쌀 수 있고, 상기 그루브는 곡선이 될 수 있으며, 상기 강자성 타겟 물체(508)에 대해 대칭이 될 수 있다.
상기 강자성 타겟 물체(508)는 자동차 응용에 사용되는 구조물을 나타낼 수 있다.
선택적으로 또는 결합되어, 상기 자기장 센서(502)는 운동축(516)을 따라서 또한 상기 x-축에 평행하게 운동하도록 구성될 수 있다.
도 5와 동일한 요소들에 대해 동일한 참조 부호들로 나타낸 도 6을 이제 참조하면, 상기 기판(504)은 그 상에 또는 내에 배치되는 두 자기장 센싱 요소들(602a, 602b)을 가질 수 있다. 도 1과 함께 상술한 바와 같이, 상기 두 자기장 센싱 요소들(602a, 602b)은 상기 두 자기장 센싱 요소들(602a, 602b) 사이의 라인이 상기 x-축에 평행하고, 상기 운동축(514)(또는 516)에 평행하며 도시되는 바와 같이 배열된다, 상기 그루브(510)의 정점(510c)(예를 들면, 코너)에 직교하도록. 그러나, 다른 실시예들에서는 상기 두 자기장 센싱 요소들(602a, 602b) 사이의 라인은 상기 라인이 x-y 평면 내의 상기 x-축에 직교하지 않는 한 다른 각도가 될 수 있다. 예를 들면, 상기 두 자기장 센싱 요소들(602a, 602b) 사이의 라인은 상기 x-y 평면 내의 x-축에 평행한 약 +/- 칠십오도 이내가 될 수 있다. 그러나, 약 +/- 이십도 이내의 각도들이 바람직하다. 상기 x-z 평면 내의 약간의 기울기도 가능하다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 두 자기장 센싱 요소들(602a, 602b) 사이의 라인은 상기 x-y 평면으로부터 멀어지게 x-z 평면에 대해 +/- 삼십 도까지 기울어질 수 있다. 그러나, 일부 실시예들에서는 상기 x-z 평면 내의 삼십 도의 기울기는 상기 자기장 센서(502)와 상기 타겟 물체(508) 사이의 접촉을 가져올 수 있으며, 이에 따라 상기 x-z 평면 내의 약 +/- 오 도 이하의 기울기가 바람직하다.
상기 y-z 평면 내의 일부 기울기, 예를 들면, 약 +/- 삼십 도까지도 가능하다.
도 7을 이제 참조하면, 센싱 장치(700)는 강자성 타겟 물체(708)에 근접하여 배치되는 자기장 센서(702)를 포함할 수 있다. 상기 자기장 센서(702)는 백 바이어싱 자석(706) 및 상기 강자성 타겟 물체(708)와 상기 백 바이어싱 자석(706) 사이에 배치되는 기판(704)을 포함할 수 있다.
상기 강자성 타겟 물체(708)는 정점(710c)에서 만나는 제1 및 제2 강자성 표면들(즉, 측면들)(710a, 710b)을 갖는 그루브(710)를 포함할 수 있다. 상기 그루브(710)의 제1 및 제2 강자성 표면들(710a, 710b)은 각기 직선이거나 곡선이 될 수 있으며, 여기서는 곡선으로 도시된다.
상기 제1 및 제2 강자성 표면들(710a, 710b)은 평면 내에서 다른 제1 및 제2 경사도들을 가진다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 정점(710c)으로부터 동일한 거리들에서 상기 두 강자성 표면들(710a, 710b)의 경사도들은 동일하지만 대향하는 경사들을 가진다. 그러나, 상기 경사도들이 동일할 필요는 없으며, 대향할 필요도 없다.
구조물(712)은 상기 강자성 타겟 물체(708)를 둘러쌀 수 있거나 아래에 있을 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 구조물(712)은 강자성이 아니다.
상기 강자성 타겟 물체(708)는 x-축에 평행한 운동축(714)을 따라 이동하도록 구성될 수 있다. 상기 강자성 타겟 물체(708)는 자동차 응용에서 사용되는 구조물을 나타낼 수 있다. 상기 강자성 타겟 물체(708)는 회전에서 정지될 수 있다. 상기 강자성 타겟 물체(708)가 회전에서 정지하는 이러한 실시예들에 대하여, 상기 그루브(710)가 상기 강자성 타겟 물체를 에워쌀 필요는 없지만, 상기 자기장 센서(702)에 근접하는 국소 영역 내에만 있을 필요가 있는 점이 이해되어야 할 것이다.
다른 장치들에 있어서, 상기 자기장 센서는 상기 x-축에 평행한 운동축(716)을 따라 이동하도록 구성될 수 있다.
도 7과 동일한 요소들에 대해 동일한 참조 부호들로 나타낸 도 8을 이제 참조하면, 상기 기판(704)은 그 상에 또는 내에 배치되는 두 자기장 센싱 요소들(802a, 802b)을 가질 수 있다. 도 6과 함께 상술한 바와 같이, 상기 두 자기장 센싱 요소들(802a, 802b)은 상기 두 자기장 센싱 요소들(802a, 802b) 사이의 라인이 상기 x-축에 평행하고, 상기 운동축(714)에 평행하며, 그루브(710)의 정점(710c)(예를 들면, 코너)에 직교하도록 도시되는 바와 같이 배열된다. 그러나, 다른 실시예들에서, 상기 두 자기장 센싱 요소들(802a, 802b) 사이의 라인은 상기 라인이 상기 x-y 평면 내의 x-축에 직교하지 않는 한 다른 각도가 될 수 있다. 예를 들면, 상기 두 자기장 센싱 요소들(802a, 802b) 사이의 라인은 상기 x-y 평면 내의 x-축에 평행한 약 +/- 칠십 도 이내에 있을 수 있다. 그러나, 약 +/- 이십도 이내의 각도들이 바람직하다. 상기 x-z 평면 내의 일부 기울기도 가능하다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 두 자기장 센싱 요소들(802a, 802b) 사이의 라인은 상기 x-y 평면으로부터 멀어지게 상기 x-z 평면 내에서 +/- 삼십 도까지 기울어질 수 있다. 그러나, 일부 실시예들에서는 상기 x-z 평면 내의 삼십 도의 기울기는 상기 자기장 센서(702)와 상기 타겟 물체(708) 사이의 접촉을 야기할 수 있으며, 이에 따라 상기 x-z 평면 내에서 약 +/- 오 도 이하의 기울기가 바람직하다.
상기 y-z 평면 내의 일부 기울기, 예를 들면, 약 +/- 삼십 도까지도 가능하다.
도 9를 이제 참조하면, 예시적인 전자 회로(900)는 전술하거나 후술하는 자기장 센서들의 임의의 것으로 기판 상에 배치될 수 있다. 전자 회로(900)는 전술한 자기장 센싱 요소들의 임의의 것들과 동일하거나 유사할 수 있는 두 자기장 센싱 요소들(902a, 902b)을 포함하거나 이들에 연결될 수 있다.
상기 두 자기장 센싱 요소들(902a, 902b)은 백-바이어스된 배치로 자기장을 겪는다. 도 3을 간략히 참조하면, 상기 두 자기장 센싱 요소들(114a, 114b)은 도시된 바와 같이 상기 자기장 센서가 상기 그루브(106) 상부에 중심을 둘 때에 동일한 자기장을 겪을 수 있다. 그러나, 상기 강자성 타겟 물체(104)와 상기 자기장 센서(102)의 상대적 위치가 도면상의 수직한 방향으로 변화할 때, 그러면 상기 두 자기장 센싱 요소들(114a. 114b)은 다른 크기들의 자기장들을 겪는다.
도 9를 다시 참조하면, 상기 두 자기장 센싱 요소들(902a, 902b)이 동일하거나 다를 수 있는 원하지 않은 DC 오프셋(offset)들을 발생시킬 수 있고, 또한 상기 두 자기장 센싱 요소들(902a, 902b)이 바람직하지 않을 수 있는 두 개의 다른 감도들을 가질 수 있는 점이 이해될 것이다.
상기 두 자기장 센싱 요소들(902a, 902b)로부터의 신호들은 차동 증폭기(differential amplifier)(904)에 의해 수신될 수 있다.
상기 차동 증폭기(904)와 연관하여 특정한 조절들이 상기 전자 회로(900)의 보정 기간 동안에 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 차동 증폭기(904)는 상기 두 자기장 센싱 요소들(902a, 902b)이 동일한 감도를 가지는 것으로 나타나도록 만들기 위해 입력 범위 및 거친 감도 조정(coarse sensitivity adjustment)들을 포함할 수 있다.
상기 차동 증폭기(904)는 거친 오프셋 전압 조정 회로(coarse offset voltage adjustment circuit)(906)에 의해 수신될 수 있는 증폭된 신호를 발생시키도록 구성된다. 상기 거친 오프셋 전압 조정 회로(906)는 오프셋 조정된 신호를 발생시키도록 구성될 수 있고, 상기 두 자기장 센싱 요소들(902a, 902b)이 동일한 DC 오프셋 전압, 또는 영(zero)의 오프셋 전압을 나타내도록 만들게 하기 위해 동작할 수 있다.
n-비트(bit) 아날로그-디지털(A/D) 컨버터(908), 예를 들면, 14-비트(bit) A/D는 상기 오프셋 보정된 신호를 수신하도록 연결되고, 디지털 신호를 발생시키도록 구성된다.
상기 디지털 신호는 신호 프로세서(910)에 의해 수신된다. 상기 신호 프로세서(910)는 대역폭 및 온도 보상 모듈(bandwidth and temperature compensation module)(912)을 포함할 수 있다. 상기 대역폭 및 온도 보상 모듈(912)은 필터링(예를 들면, 선택 가능한 대역폭으로)하고 상기 오프셋 조절된 신호를 온도 보상하도록 구성될 수 있다. 상기 신호 프로세서(910)는 또한 미세한 감도 및 오프셋 조정을 제공하도록 구성되는 감도 및 미세 오프셋 조정 모듈(sensitivity and fine offset adjustment module)(914)을 포함할 수 있다. 상기 신호 프로세서(910)는 또한 상기 감도 및 미세 오프셋 조정 모듈(914)에 연결되는 선형화 모듈(linearization module)(916)을 포함할 수 있다. 상기 선형화 모듈(916)은 상기 선형화 모듈(916)로부터 상기 두 자기장 센싱 요소들(902a, 902b)과 강자성 타겟 물체 사이의 운동축을 따른 상대적인 위치에 대하여 선형인 선형화된 출력 신호(linearized output signal)를 발생시키도록 구성될 수 있다. 상기 신호 프로세서(910)는 또한 상기 선형화된 출력 신호를 수신하도록 연결되고, 후술하는 이유들로 특정한 범위의 값들로 제한되는 상기 선형화된 출력 신호의 버전인 클램프된 출력 신호(clamped output signal)를 발생시키도록 구성되는 클램핑 모듈(clamping module)(918)을 포함할 수 있다.
일부 다른 실시예들에 있어서, 상기 자기장 센서(900)는 상기 선형화 모듈(916)을 포함하지 않으며, 대신에 상기 클램핑 모듈(918)이 상향 회로(upstream circuit)들에 직접 연결된다.
출력 포맷 모듈(output format module)(920)은 상기 클램프된 신호를 수신하도록 연결되고, 상기 클램프된 신호의 값들에 비례하는 출력 신호(920a)를 발생시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 출력 신호(920a)는 상기 클램프된 신호의 값들에 비례하는 듀티 사이클(duty cycle)을 갖는 펄스 폭 변조(PWM) 신호이다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 자기장 센서(900)로부터의 상기 출력 신호(920a)는 상기 자기장 센서(900)에 동력을 인가하는 상기 자기장 센서(900)에 대한 공급 전압과 함께 공통 와이어 상에 운반되는 전류 신호이다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 PWM 출력 신호의 듀티 사이클의 특정 범위들이 다른 목적들로 사용될 수 있다. 예를 들면, 영 퍼센트부터 십 퍼센트까지의 듀티 사이클들 및 구십 퍼센트부터 백 퍼센트까지의 듀티 사이클들은 상기 전자 회로(900)의 신호 고장 상태들에 사용될 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서는 상기 클램핑 모듈은 클램프된 신호의 값들을 약 십 퍼센트부터 약 구십 퍼센트까지의 범위 내의 듀티 사이클들을 발생시킬 수 있었던 값들로 제한한다. 그러나, 다른 듀티 사이클 범위들도 사용될 수 있다.
이를 위하여, 상기 자기장 센서(900)는 출력 포맷 모듈(output format module)(920)에 고장 신호를 제공할 수 있는 고장 검출기 모듈(fault detector module)(922)을 포함할 수 있다. 여기에 도시된 바와 같이, 고장 검출기/진단 모듈(fault detector/diagnostics module)(922)은 상기 차동 증폭기(904)의 출력에 연결되고, 상기 증폭된 신호의 무효 레벨들을 검출하도록 동작할 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에서는 상기 고장 검출기/진단 모듈(922)은 상기 자기장 센서(900)의 다른 부분들에 연결될 수 있고, 다른 유형들의 오류 상태들을 검출하도록 동작할 수 있다.
보다 일반적으로, 상기 고장 검출기/진단 모듈(922)은 신호 경로 유효성을 모니터하는 진단 모듈을 포함할 수 있고, 상기 출력과 임의의 고장 상태를 통신할 수 있다. 이는 자동차 안전 무결성 기준(Automotive Safety Integrity Level: ASIL)에 따를 것을 요구하는 안정 관련 응용들에 대해 특히 중요하다.
상기 두 자기장 센싱 요소들(902a, 902b)이 홀 효과 요소들인 실시예들에 대하여, 상기 전자 회로(900)는 상기 홀 효과 요소들을 초프(chop)(또는 전류 스핀(current spin))하도록 회로부(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 전류 스피닝(current spinning)은 상기 홀 요소들(902a, 902b)의 보다 낮은 분명한 오프셋 전압들을 가져올 수 있는 회로 기술로 이해될 것이다.
상기 출력 포맷 모듈(920)이 PWM 출력 신호를 발생시키는 것으로 기재되지만, 다른 실시예들에서, 상기 출력 신호는 다른 포맷, 예를 들면, SENT 포맷 또는 I2C 포맷으로 될 수 있다.
도 10을 이제 참조하면, 그래프(1000)는 자동차 응용들 및 전술한 자기장 센서들의 하나에 사용되는 타겟 물체의 상대적 위치의 단위들로 크기를 나타낸 수평축을 가진다. 상기 그래프(1000)는 또한 가우스로 자기장의 단위들로 크기를 나타낸 수직축을 가진다. 곡선(1002)은 상기 강자성 타겟 물체와 상기 자기장 센서의 상대적 위치가 운동축을 따라(또는 선택적으로는, 곡선이 될 수 있는 운동 라인을 따라) 변화하면서 전술한 상기 쌍의 자기장 센싱 요소들의 자기장 센싱 요소들의 하나에 의해 발생되는 출력 신호를 나타낸다. 곡선(1004)은 상기 타겟 물체와 상기 자기장 센서의 상대적 위치가 상기 운동축을 따라 변화하면서 상술한 상기 쌍의 자기장 센싱 요소들의 자기장 센싱 요소들의 다른 하나로부터 출력 신호를 나타낸다.
상기 두 자기장 센싱 요소들로부터의 출력 신호가 상기 상대적 위치에 대해 선형일 필요는 없는(그러나 선형이 될 수 있는) 점이 명백할 것이다. 또한, 상기 두 자기장 센싱 요소들에 의해 발생되는 출력 신호들이 상기 강자성 타겟 물체와 상기 자기장 센서의 상대적 위치가 상기 운동축을 따라 변화할 때에 대향하는 방향들로 이동하는 경향이 있는 점도 명백하다.
도 11을 이제 참조하면, 그래프(1100)는 상술한 상기 타겟 물체와 상기 자기장 센서들의 상대적 위치의 단위들로 크기를 나타낸 수평축을 가진다. 상기 그래프(1100)는 또한 상기 두 자기장 센싱 요소들에 의해 감지되는 차동 자기장을 나타내는 가우스로 자기장의 단위들로 크기를 나타낸 수직축을 가진다. 곡선(1102)은 두 자기장 센싱 요소들, 예를 들면, 강자성 타겟 물체에 대해 위치하는 도 9의 자기장 센싱 요소들(902a, 902b)이 겪는 자기장들의 차이를 나타낸다. 이에 따라, 상기 곡선(1102)은, 예를 들면, 도 9의 차동 증폭기(904)에 의해 취해짐에 따라 도 10의 두 신호들(1002, 1004) 사이의 차이를 취하여 발생되는 출력 신호를 나타낸다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 곡선(1102)은 상기 자기장 센서와 상기 타겟 물체의 상대적 위치에 대하여 선형이다. 그러나, 상기 곡선(1102)이 선형일 필요는 없다.
상기 곡선(1102)의 선형성(linearity)이 다양한 회로들과 인자들에 의해 영향을 받을 수 있는 점이 이해될 것이다. 예를 들면, 상기 선형성은 도 9의 선형화 모듈(916)에 의해 영향을 받을 수 있다. 상기 선형성은 또한 상술한 그루브들의 강자성 표면들 및 정점들의 형상들, 예를 들면, 도 5 및 도 6의 강자성 표면들(510a, 510b) 및 정점(510c)의 형상들에 의해서와 도 12와 함께 다음에 설명하는 리지의 형상에 의해서도 영향을 받을 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서는 선형화는 상기 그루브들(및 리지들)의 형상들에 의해 제어되고, 상기 선형화 모듈(916)이 필요하지 않다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 곡선(1102)의 선형성은 바람직하지 않을 수 있다. 예를 들면, 운동축을 따른 상기 강자성 타겟 물체와 상기 자기장 센서 사이의 상대적 운동의 특정 영역들 내에 향상된 정확도를 가지는 것이 바람직할 수 있으며, 이 경우에 상기 곡선(1102)이 일부 부분들에서 급격한 경사도 및 다른 부분들에서 얕은 경사도를 가지는 것이 바람직할 수 있다. 비선형성은 선형성에 대해 동일하게 다양한 상술한 회로들과 인자들에 의해 영향을 받을 수 있다.
도 10 및 도 11로부터, 여기서 설명되는 모든 자기장 센서들이 강자성 타겟 물체 상에 둘이 아닌 하나의 강자성 표면이 존재할 때에 운동 라인을 따른 이동을 감지할 수 있는 점이 분명해야 한다. 기본적으로, 상기 자기장 센서들은 도 10 및 도 11의 타겟 위치 영부터 오른쪽까지 또는 타겟 위치 영부터 왼쪽까지 상기 운동 라인을 따른 이동으로 동작할 수 있다. 따라서, 여기서 설명되는 모든 자기장 센서들은 상기 강자성 타겟 물체 상의 적어도 하나의 표면에 반응한다.
두 강자성 표면들을 가지는 실시예들에 대하여, 즉, 제1 및 제2 강자성 표면들은, 2-표면 실시예들에서는 상기 제1 및 제2 강자성 표면들은 상기 운동 라인에 대해 제1 및 제2 경사도들을 가지며, 여기서 상기 제1 경사도 및 상기 제2 경사도는 상기 운동 라인에 대해 대향하는 부호들과 동일한 각도들을 가진다. 이러한 장치는, 예를 들면, 앞서의 도 1-도 8 그리고 다음의 도 12, 도 13 및 도 14에도 도시된다.
다른 2-표면 실시예들에 있어서, 상기 제1 및 제2 강자성 표면들은 상기 운동 라인에 대해 제1 및 제2 경사도들을 가지며, 여기서 상기 제1 경사도 및 상기 제2 경사도는 상기 운동 라인에 대하여 대향하는 부호들과 동일하지 않은 각도들을 가진다.
다른 2-표면 실시예들에 있어서, 상기 제1 및 제2 강자성 표면들은 상기 운동 라인에 대해 제1 및 제2 경사도들을 가지며, 여기서 상기 제1 경사도 및 상기 제2 경사도는 상기 운동 라인에 대해 동일한 부호들과 동일하지 않은 각도들을 가진다. 이들 실시예들에 대하여, 상기 운동 라인에 대한 상기 경사도들의 하나는 영이 될 수 있다.
도 12를 이제 참조하면, 센싱 장치(1200)는 강자성 타겟 물체(1208)에 근접하여 배치되는 자기장 센서(1202)를 포함할 수 있다. 상기 자기장 센서(1202)는 백 바이어싱 자석(1206) 및 상기 강자성 타겟 물체(1208)와 상기 백 바이어싱 자석(1206) 사이에 배치되는 기판(1204) 상에 위치하는 두 자기장 센싱 요소들(도시되지 않음)을 포함할 수 있다.
상기 강자성 타겟 물체(1208)는 리지(1210)를 포함할 수 있다. 상기 리지(1210)는 제1 강자성 표면(즉, 측면)(1210a), 제2 강자성 표면(즉, 측면)(1210b), 그리고 상기 제1 및 제2 강자성 표면들 사이의 정점(1210c)을 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 강자성 표면들(1210a, 1210b)은 직선 또는 곡선이 될 수 있으며, 여기서는 직성으로 도시된다. 상기 정점(1210c)의 영역은 예리한 점일 필요는 없지만, 다른 실시예들에서는 라운드지거나 평탄한 영역이 될 수 있다.
상기 제1 및 제2 강자성 표면들(1210a, 1210b)은 x-z 평면 내에 다른 제1 및 제2 경사도들을 가진다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 정점(710c)으로부터 동일한 거리들에서 상기 두 강자성 표면들(710a, 710b)의 경사도들은 동일하지만 대향하는 경사들을 가진다. 그러나, 상기 경사도들이 동일할 필요는 없고, 대향할 필요도 없다.
상기 강자성 타겟 물체(1208)는 운동축(1211)을 따라 이동할 수 있거나, 상기 자기장 센서(1202)가 운동축(1214)을 따라 이동할 수 있거나 양자 모두가 될 수 있다. 상기 운동축들(1211, 1214)은 x-축에 대해 평행하다.
구조물(도시되지 않음)은 상기 강자성 타겟 물체(1208)을 둘러쌀 수 있다.
상기 강자성 타겟 물체(1208)(또는 상기 자기장 센서(1202))는 x-축에 평행하고, 운동축을 따라 이동하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 강자성 타겟 물체(1208)는 또한 상기 x-축에 평행한 축에 대해 회전하도록 구성될 수 있으며, 이 경우에 상기 리지(1210)는 상기 강자성 타겟 물체(1208)을 에워쌀 수 있고, 상기 리지(1210)는 곡선이 될 수 있으며 상기 강자성 타겟 물체(1208)를 에워싸는 대칭이 될 수 있다. 도 7 및 도 8과 함께 상술한 바와 같이, 상기 타겟 물체(1208)가 회전하거나 돌지 않는 실시예들에 대하여, 상기 리지(1210)가 상기 타겟 물체(1208)를 에워쌀 필요는 없고, 상기 자기장 센서(1202)에 근접하는 상기 타겟 물체(1208)의 영역에 국소화될 수 있다.
다른 장치들에 있어서, 대신에 또는 결합되어 상기 자기장 센서(1202)는 상기 x-축에 평행하고 운동축(1214)을 따르는 방향으로 이동할 수 있다.
상기 센싱 장치(1200)의 동작은 도 1-도 11과 함께 앞서의 논의로부터 이해될 것이다. 상기 x-축에 대해 상기 기판(1304) 상에 배치되는 자기장 센싱 요소들의 배열은 다른 도면들에서 전술한 배열들과 동이하거나 유사할 수 있다.
도 13을 이제 참조하면, 센싱 장치(1300)는 강자성 타겟 물체(1308)에 근접하여 배치되는 자기장 센서(1302)를 포함할 수 있다. 상기 자기장 센서(1302)는 백 바이어싱 자석(1306) 및 상기 강자성 타겟 물체(1308) 및 상기 백 바이어싱 자석(1306) 사이에 배치되는 기판(도시되지 않음) 상에 배치되는 둘 또는 그 이상, 여기서는 두 자기장 센싱 요소들(1304a, 1304b)을 포함할 수 있다.
상기 강자성 타겟 물체(1308)는 그루브(1310)를 포함할 수 있다. 상기 그루브(1310)는 제1 강자성 표면(즉, 측면)(1310a), 제2 강자성 표면(즉, 측면)(1310b), 상기 제1 및 제2 강자성 표면들 사이의 정점(1310c)을 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 강자성 표면들(1310a, 1310b)은 직선 또는 곡선이 될 수 있고, 여기서는 직선으로 도시된다. 상기 제1 및 제2 강자성 표면들(1310a, 1310b)은 동일한 길이(정점(1310c)에 직교하는 치수) 또는 다른 길이들이 될 수 있고, 여기서는 다른 길이들을 가지는 것으로 도시된다. 상기 정점(1310c)의 영역은 예리한 점일 필요는 없지만, 다른 실시예들에서는 라운드지거나 평탄한 영역일 수 있다.
상기 제1 및 제2 강자성 표면들(1310a, 1310b)은 x-z 평면 내의 다른 제1 및 제2 경사도들을 가진다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 정점(1310c)으로부터 동일한 거리들에서 상기 두 강자성 표면들(1310a, 1310b)의 경사도들은 동일하지만 대향하는 경사들을 가진다. 그러나, 상기 경사도들이 동일할 필요는 없으며, 대향할 필요도 없다.
상기 강자성 타겟 물체(1308)는 상기 강자성 타겟 물체(1308)를 지나는 운동축(1318)(x-축에 평행한)을 따라 이동하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 강자성 타겟 물체(1308)는 또한 상기 운동축(1318)과 동일한 회전축에 대해 회전하도록 구성될 수 있으며, 이 경우에 상기 그루브(1310)는 상기 강자성 타겟 물체(1308)를 에워쌀 수 있으며, 상기 그루브는 곡선이 될 수 있고 상기 강자성 타겟 물체(1308)에 대해 대칭이 될 수 있다.
선택적으로 또는 결합되어, 상기 자기장 센서(1302)는 운동축(1316)을 따라서 상기 x-축에도 평행하게 이동하도록 구성될 수 있다.
상기 두 자기장 센싱 요소들(1304a, 1304b)을 지나는 라인(1312)은 상기 운동축(1318)에 평행하거나, 상기 운동축(1316)에 평행하거나, 모두에 평행할 수 있다. 그러나, 도 3, 도 6 및 도 8과 함께 상술한 바와 같이 평행 이외의 각도들도 가능하다.
도 14를 이제 참조하면, 센싱 장치(1400)는 강자성 타겟 물체(1408)에 근접하여 배치되는 자기장 센서(1402)를 포함할 수 있다. 상기 자기장 센서(1402)는 백 바이어싱 자석(1406) 및 상기 강자성 타겟 물체(1408) 및 상기 백 바이어싱 자석(1406) 사이에 배치되는 기판(도시되지 않음) 상에 배치되는 둘 또는 그 이상, 여기서는 두 자기장 센싱 요소들(1404a, 1404b)을 포함할 수 있다.
상기 강자성 타겟 물체(1408)는 구조물(1410)을 포함할 수 있다. 상기 구조물(1410)은 제1 경사도를 갖는 제1 강자성 표면(1410a) 및 다른 제2 경사도를 갖는 제2 강자성 표면(1410b)을 포함할 수 있다. 상기 강자성 표면들(1410a, 1410b)은 근위 또는 원위가 될 수 있으며, 여기서는 근위로 도시된다. 라인(1420)은 상기 제1 강자성 표면(1410a) 상 및 상기 제2 강자성 표면(1410b) 상에 놓일 수 있다. 달리 말하면, 상기 라인(1420)은 상기 제1 및 제2 강자성 표면들(1410a, 1410b) 모두에 평행할 수 있다. 보다 일반적으로는, 상기 라인(1420)은, 예를 들면, 상기 제1 및 제2 강자성 표면들(1410a, 1410b)에 접하는 접선이 될 수 있으며, 여기서 상기 제1 강자성 표면(1410a) 또는 상기 제2 강자성 표면(1410b)의 적어도 하나는 곡선이다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 구조물(1410)은 강자성이고, 상기 타겟 물체(1408)의 나머지는 강자성이 아니다.
상기 라인(1420)에 직교하는 방향으로 상기 제1 강자성 표면(1410a)의 치수는 상기 라인(1420)에 직교하는 방향으로 상기 제2 강자성 표면(1410b)의 치수와 동일하거나 다를 수 있다.
상기 제1 및 제2 강자성 표면들(1410a, 1410b)은 x-z 평면 내에 다른 제1 및 제2 경사도들을 가진다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 및 제2 강자성 표면들(1410a, 1410b)의 경사도들은 동일하지만 대향하는 경사들을 가진다. 그러나, 상기 경사도들이 동일할 필요는 없으며, 대향할 필요도 없다. 예를 들면, 일부 다른 실시예들에서, 도 10 및 도 11과 함께 상술한 바와 같이, 상기 제1 및 제2 경사도들은 모두 양이거나 모두 음일 수 있지만, 다른 경사들을 가진다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 또는 상기 제2 강자성 표면들(1410a, 1410b)의 하나가 존재하지 않을 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 또는 상기 제2 강자성 표면들(1410a, 1410b)의 하나가 영의 경사도를 가질 수 있다.
상기 제1 자기장 센싱 요소(1404a)는 상기 제1 강자성 표면(1410a) 상부에 근접하여 배치될 수 있고, 상기 제2 자기장 센서(1404b)는 상기 제2 강자성 표면(1410b)에 상부에 근접하여 배치될 수 있다.
상기 제1 및 제2 강자성 표면들(1410a, 1410b)은 직선이거나 곡선이 될 수 있으며, 여기서는 직선으로 도시된다. 상기 제1 및 제2 강자성 표면들(1410a, 1410b)은 동일한 길이나 다른 길이들이 될 수 있고, 여기서는 동일한 길이를 가지는 것으로 도시된다.
상기 강자성 타겟 물체(1408)는 x-축에 평행하고, 상기 강자성 타겟 물체(1408)을 지나는 운동축(1418)을 따라 이동하도록 구성될 수 있다. 상기 x-z 축 내의 상기 경사도들은 또한 상기 운동 라인(1418)에 대한 상기 강자성 표면들(1410a, 1410b)의 경사도들이 될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 강자성 타겟 물체(1408)는 또한 상기 운동축(1418)과 동일한 회전축에 대해 어느 정도 연장되어 회전하도록 구성될 수 있으며, 이 경우에 상기 강자성 표면들(1410a, 1410b)은 상기 운동축(1418)에 대해 곡선이 될 수 있거나 및/또는 상기 y-축의 방향으로, 즉 하나 또는 두 치수들로 곡선이 될 수 있다.
상기 y-축의 방향으로 상대적인 운동은 상기 자기장 센싱 요소들(104a, 104b)이 각각의 표면들(1410a, 1410b) 상부에 남아 있는 한 행동에서 약간의 변화를 가져온다.
선택적으로 또는 결합적으로, 상기 자기장 센서(1402)는 운동축(1416)을 따라 상기 x-축에도 평행하게 이동하도록 구성될 수 있다. 상기 x-z 평면 내의 상기 경사도들은 또한 상기 운동 라인(1416)에 대한 상기 강자성 표면들(1410a, 1410b)의 경사도들이 될 수 있다.
앞서 도시한 다른 실시예들과는 달리, 상기 두 자기장 센싱 요소들(1404a, 1404b)을 지나는 라인(1412)은 상기 운동축(1418)에 직교할 수 있거나, 상기 운동축(1416)에 직교할 수 있거나, 이들 모두에 직교할 수 있다. 그러나, 직교하는 이외의 각도들로 가능하다.
예를 들면, 상기 두 자기장 센싱 요소들(1404a, 1404b) 사이의 라인(1412)은 상기 x-y 평면 내의 x-축(즉, 운동축들(1418, 1416))에 직교하여 약 +/- 칠십 도 이내가 될 수 있다. 그러나, 약 +/- 이십 도 이내의 각도들이 바람직하다. 상기 x-z 평면 내의 일부 기울기, 즉 상기 라인(1412)에 대한 회전도 가능하다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 자기장 센서(1402)는 상기 두 자기장 센싱 요소들(1404a, 1404b) 사이의 상기 라인(1412)에 대해 +/- 삼십 도까지 회전할 수 있다. 그러나, 일부 실시예들에서, 삼십 도의 회전은 상기 자기장 센서(1402) 및 상기 타겟 물체(1408) 사이의 접촉을 가져올 수 있으며, 이에 따라 약 +/- 오 도 이하의 회전이 바람직하다.
상기 y-z 평면 내의 일부 기울기, 예를 들면, 약 +/- 삼십 도까지도 가능하다.
두 자기장 센싱 요소들을 사용하는 실시예들이 도시되고 설명되지만, 다른 실시예들에서는 상술한 방식들과 유사한 방식들로 처리되는 둘 또는 그 이상의 차동 신호들을 제공하도록 둘 이상의 자기장 센싱 요소들이 존재할 수 있다.
강자성 타겟 물체들 및 자기장 센서들 사의 상대적 운동이 운동축, 즉 직선들을 따라 앞서 설명되지만, 다른 실시예들에서는 상기 상대적 운동은 곡선 또는 아치형이 될 수 있는 운동 라인들을 따를 수 있다. 상술한 선형화 모듈(916)은 상기 아치형을 따라 다른 위치들에서 상기 차동 증폭기(904)로부터의 차이 신호들의 변화를 처리할 수 있으며, 여전히 상기 선형화 모듈(916)의 출력에서 선형 신호를 야기한다.
백-바이어스된 장치가 여기서 설명되지만, 자기장 센싱 요소들이 DC 자기장을 생성하는 자석과 강자성 표면 사이에 배치되는 경우에 대해, 다른 실시예들에서는 상기 DC 자기장을 발생시키기 위한 자석이 다른 위치에, 예를 들면 상기 자기장 센싱 요소들의 측부에 배치되므로, 상기 자기장 센싱 요소들은 상기 자석과 상기 강자성 표면 사이에 있지 않는다. 회전 검출기들 대신에 사용되는 이러한 유형의 장치들은, 예를 들면, 2013년 7월 19일에 출원되었고, 본 출원의 양수인에게 양도되었으며, 그 개시 사항이 전체적으로 여기에 참조로 포함되는 미국 특허 출원 제13/946,380호에 기재되어 있다. 다른 실시예들에 있어서, 코일이 DC 자기장을 발생시키도록 자석 대신에 사용된다. 여기에 사용되는 바에 있어서, 코일은 자석의 형태이다.
일부 실시예들에 있어서, 여기서 설명되는 경사도들은 운동 라인들에 대해 구십 도가 아니다. 일부 실시예들에 있어서, 경사도들은 약 +/- 구십 도, +/- 팔십 도, +/- 칠십 도, +/- 육십 도, +/- 오십 도, +/- 사십 도, +/- 삼십 도, +/- 이십 도, 또는 +/- 십 도 이하이다.
[0112] 일부 실시예들에 있어서, 여기에 도시되고 설명되는 강자성 타겟 물체들은 차량 변속기들, 예를 들면, 자동차 변속기들 내의 구조물들이 될 수 있으며, 이에 따라 여기에 설명되는 자기장 센서들은 상기 차량 변속기들 내에 있을 수 있거나 근접할 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 여기에 도시되고 설명되는 강자성 타겟 물체들은 차량 현가장치들, 예를 들면, 자동차 현가장치들 내의 구조물들이 될 수 있으며, 이에 따라 여기에 설명되는 자기장 센서들은 상기 차량 현가장치들 내에 있을 수 있거나 근접할 수 있다. 차량 현가장치들에 있어서, 상기 자기장 센서들은, 이에 한정되는 것은 아니지만, 현가 높이(정지 또는 동작, 예를 들면 평균) 및 댐퍼 스트로크(damper stroke), 즉 현가 댐퍼의 운동의 양을 포함하는 다양한 현가장치 특성들을 검출하도록 사용될 수 있다. 여기에 기재되는 유사한 장치들과 기술들의 다른 응용들도 가능하다.
여기에 언급되는 모든 참조 문헌들은 그 개시 사항들이 여기에 참조로 포함된다. 상술한 바에서는 본 발명의 주제인 다양한 개념들, 구조들 및 기술들을 예시하는 데 기여하는 바람직한 실시예들을 설명하였지만, 이들 개념들, 구조들 및 기술들을 포괄하는 다른 실시예들도 이용될 수 있는 점이 명백할 것이다. 이에 따라, 본 발명의 범주는 설시된 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 다음의 특허 청구 범위의 사상과 범주에 의해 한정되는 것으로 이해되어야 할 것이다.

Claims (58)

  1. DC 자기장을 발생시키도록 동작하는 자석을 포함하고;
    상기 DC 자기장과 연관되지만 강자성 타겟 물체 상의 적어도 하나의 강자성 표면에 의해 영향을 받는 제1 및 제2 영향을 받는 자기장들을 각기 감지하도록 동작하는 제1 및 제2 자기장 센싱 요소(magnetic field sensing element)들을 포함하며, 상기 제1 및 제2 자기장 센싱 요소들은 상기 적어도 하나의 강자성 표면에 근접하여 배치되고, 상기 제1 및 제2 자기장 센싱 요소들은 또한 상기 제1 및 제2 영향을 받는 자기장들에 각기 연관되는 대응하는 제1 및 제2 전자 신호들을 발생시키도록 동작하며, 상기 제1 및 제2 전자 신호들의 진폭들의 차이는 운동 라인(movement line)을 따른 상기 자기장 센서와 상기 강자성 타겟 물체의 상대적 위치와 연관되는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 강자성 표면은 상기 강자성 타겟 물체 상의 제1 및 제2 강자성 표면들을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 강자성 표면들은 상기 운동 라인에 대해 제1 및 제2 경사도들을 가지며, 상기 제1 경사도 및 상기 제2 경사도는 상기 운동 라인에 대해 대향하는 부호들 및 동일한 각도들을 가지는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 강자성 표면들은 상기 운동 라인에 대해 제1 및 제2 경사도들을 가지며, 상기 제1 경사도 및 상기 제2 경사도는 상기 운동 라인에 대해 대향하는 부호들 및 동일하지 않은 각도들을 가지는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 강자성 표면들은 상기 운동 라인에 대해 제1 및 제2 경사도들을 가지며, 상기 제1 경사도 및 상기 제2 경사도는 상기 운동 라인에 대해 동일한 부호들 및 동일하지 않은 각도들을 가지는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 강자성 타겟 물체 상기 운동 라인에 평행한 회전축에 대해 회전하도록 동작하며, 상기 제1 및 제2 전자 신호들은 상기 회전에 의해 실질적으로 영향을 받지 않는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전자 신호들을 수신하도록 연결되고, 상기 제1 및 제2 전자 신호들 사의 차이로서 차이 신호를 발생시키도록 구성되는 차동 증폭기(differential amplifier)를 더 포함하며, 상기 차이 신호의 진폭은 상기 운동 라인을 따른 상기 자기장 센서와 상기 강자성 타겟 물체의 상대적 위치와 연관되는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  8. 제 2 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 강자성 표면들은 그루브(groove) 또는 리지(ridge)를 형성하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 강자성 표면들은 평탄한 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 제1 강자성 표면 또는 상기 제2 강자성 표면의 적어도 하나는 적어도 하나의 치수로 곡선인 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 강자성 표면들은 정점(vertex)에서 교차되며, 상기 정점에 직교하는 상기 제1 강자성 표면의 치수는 상기 정점에 직교하는 상기 제2 강자성 표면의 치수와 다른 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  12. 제 2 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 강자성 표면들은 근접하는 표면들이며, 직선의 접선이 상기 제1 및 제2 강자성 표면들 모두에 접하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 강자성 표면들은 평탄한 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 제1 강자성 표면 또는 상기 제2 강자성 표면의 적어도 하나는 곡선인 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  15. 제 12 항에 있어서, 상기 접선에 직교하는 방향으로 상기 제1 강자성 표면의 치수는 상기 접선에 직교하는 방향으로 상기 제2 강자성 표면의 치수와 다른 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  16. 제 2 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 강자성 표면들의 곡률은 상기 운동 라인을 따른 상기 자기장 센서와 상기 강자성 타겟 물체의 상대적 위치에 대해 선형인 상기 자기장 센서로부터의 출력 신호를 제공하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  17. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전자 신호들을 수신하도록 연결되고 상기 제1 및 제2 전자 신호들 사이의 차이로서 차이 신호를 발생시키도록 구성되는 차동 증폭기를 더 포함하며, 상기 차이 신호의 진폭은 상기 운동 방향을 따른 상기 자기장 센서와 상기 강자성 타겟 물체의 상대적 위치와 연관되고;
    상기 차동 증폭기에 연결되는 선형화 모듈(linearization module)을 더 포함하며, 상기 선형화 모듈은 상기 운동 라인을 따른 상기 자기장 센서와 상기 강자성 타겟 물체의 상대적 위치와 선형으로 연관되는 선형화된 신호(linearized signal)를 발생시키도록 동작하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 선형화 모듈에 연결되고, 상기 선형화된 신호의 제한된 진폭 범위에 대응되는 클램프된 신호(clamped signal)를 발생시키도록 동작하는 클램핑 모듈(clamping module)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  19. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전자 신호들을 수신하도록 연결되고 상기 제1 및 제2 전자 신호들 사이의 차이로서 차이 신호를 발생시키도록 구성되는 차동 증폭기를 더 포함하며, 상기 차이 신호의 진폭은 상기 운동 방향을 따른 상기 자기장 센서와 상기 강자성 타겟 물체의 상대적 위치와 연관되고;
    상기 차동 증폭기에 연결되고, 상기 차이 신호의 제한된 진폭 범위에 대응되는 클램프된 신호를 발생시키도록 동작하는 클램핑 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  20. 제 2 항에 있어서, 상기 운동 라인은 곡선인 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  21. 제 1 항에 있어서, 상기 강자성 타겟 물체는 상기 운동 라인에 평행한 회전축에 대해 회전하도록 동작하며, 상기 제1 및 제2 전자 신호들은 상기 회전에 의해 실질적으로 영향을 받지 않는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  22. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전자 신호들을 수신하도록 연결되고 상기 제1 및 제2 전자 신호들 사이의 차이로서 차이 신호를 발생시키도록 구성되는 차동 증폭기를 더 포함하며, 상기 차이 신호의 진폭은 상기 운동 방향을 따른 상기 자기장 센서와 상기 강자성 타겟 물체의 상대적 위치와 연관되는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  23. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 강자성 표면은 평탄한 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  24. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 강자성 표면은 적어도 하나의 치수로 곡선인 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 강자성 표면의 곡률은 상기 운동 라인을 따른 상기 자기장 센서와 상기 강자성 타겟 물체의 상대적 위치에 대해 선형인 상기 자기장 센서로부터의 출력 신호를 제공하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  26. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전자 신호들을 수신하도록 연결되고 상기 제1 및 제2 전자 신호들 사이의 차이로서 차이 신호를 발생시키도록 구성되는 차동 증폭기를 더 포함하며, 상기 차이 신호의 진폭은 상기 운동 방향을 따른 상기 자기장 센서와 상기 강자성 타겟 물체의 상대적 위치와 연관되고;
    상기 차동 증폭기에 연결되는 선형화 모듈을 더 포함하며, 상기 선형화 모듈은 상기 운동 라인을 따른 상기 자기장 센서와 상기 강자성 타겟 물체의 상대적 위치와 선형으로 연관되는 선형화된 신호를 발생시키도록 동작하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 선형화 모듈에 연결되고, 상기 선형화된 신호의 제한된 진폭 범위에 대응되는 클램프된 신호를 발생시키도록 동작하는 클램핑 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  28. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전자 신호들을 수신하도록 연결되고 상기 제1 및 제2 전자 신호들 사이의 차이로서 차이 신호를 발생시키도록 구성되는 차동 증폭기를 더 포함하며, 상기 차이 신호의 진폭은 상기 운동 방향을 따른 상기 자기장 센서와 상기 강자성 타겟 물체의 상대적 위치와 연관되고;
    상기 차동 증폭기에 연결되고, 상기 차이 신호의 제한된 진폭 범위에 대응되는 클램프된 신호를 발생시키도록 동작하는 클램핑 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  29. 제 1 항에 있어서, 상기 운동 라인은 곡선인 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
  30. 운동 라인을 따른 자기장 센서와 강자성 타겟 물체의 상대적 위치를 감지하는 방법에 있어서,
    DC 자기장을 발생시키는 단계;
    제1 자기장 센싱 요소들을 상기 강자성 타겟 물체의 적어도 하나의 강자성 표면에 근접하여 위치시키는 단계;
    제2 자기장 센싱 요소들을 상기 강자성 타겟 물체의 상기 적어도 하나의 강자성 표면에 근접하여 위치시키는 단계;
    상기 제1 및 제2 자기장 센싱 요소들로 상기 적어도 하나의 강자성 표면에 의해 영향을 받는 상기 DC 자기장과 연관되는 제1 및 제2 영향을 받는 자기장들을 각기 감지하는 단계; 및
    상기 제1 및 제2 자기장 센싱 요소들로 상기 제1 및 제2 영향을 받는 자기장들과 연관되는 대응하는 제1 및 제2 전자 신호들을 각기 발생시키는 단계를 포함하며, 상기 제1 및 제2 전자 신호들의 진폭들의 차이는 상기 운동 라인을 따른 상기 자기장 센서와 상기 강자성 타겟 물체의 상대적 위치와 연관되는 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 제 30 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 강자성 표면은 상기 강자성 타겟 물체 상의 제1 및 제2 강자성 표면들을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  32. 제 31 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 강자성 표면들은 상기 운동 라인에 대해 제1 및 제2 경사도들을 가지며, 상기 제1 경사도 및 상기 제2 경사도는 상기 운동 라인에 대해 대향하는 부호들 및 동일한 각도들을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  33. 제 31 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 강자성 표면들은 상기 운동 라인에 대해 제1 및 제2 경사도들을 가지며, 상기 제1 경사도 및 상기 제2 경사도는 상기 운동 라인에 대해 대향하는 부호들 및 동일하지 않은 각도들을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  34. 제 31 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 강자성 표면들은 상기 운동 라인에 대해 제1 및 제2 경사도들을 가지며, 상기 제1 경사도 및 상기 제2 경사도는 상기 운동 라인에 대해 동일한 부호들 및 동일하지 않은 각도들을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  35. 제 31 항에 있어서, 상기 강자성 타겟 물체는 상기 운동 라인에 평행한 회전축에 대해 회전하도록 동작하며, 상기 제1 및 제2 전자 신호들은 상기 회전에 의해 실질적으로 영향을 받지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
  36. 제 31 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전자 신호들 사이의 차이로서 차이 신호를 발생시키는 단계를 더 포함하며, 상기 차이 신호의 진폭은 상기 운동 방향을 따른 상기 자기장 센서와 상기 강자성 타겟 물체의 상대적 위치와 연관되는 것을 특징으로 하는 방법.
  37. 제 31 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 강자성 표면들은 그루브 또는 리지를 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  38. 제 37 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 강자성 표면들은 평탄한 것을 특징으로 하는 방법.
  39. 제 37 항에 있어서, 상기 제1 강자성 표면 또는 상기 제2 강자성 표면의 적어도 하나는 적어도 하나의 치수로 곡선인 것을 특징으로 하는 방법.
  40. 제 37 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 강자성 표면들은 정점에서 교차되며, 상기 정점에 직교하는 상기 제1 강자성 표면의 치수는 상기 정점에 직교하는 상기 제2 강자성 표면의 치수와 다른 것을 특징으로 하는 방법.
  41. 제 31 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 강자성 표면들은 근접하는 표면들이며, 직선의 접선이 상기 제1 및 제2 강자성 표면들 모두에 접하는 것을 특징으로 하는 방법.
  42. 제 41 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 강자성 표면들은 평탄한 것을 특징으로 하는 방법.
  43. 제 41 항에 있어서, 상기 제1 강자성 표면 또는 상기 제2 강자성 표면의 적어도 하나는 곡선인 것을 특징으로 하는 방법.
  44. 제 41 항에 있어서, 상기 접선에 직교하는 방향으로 상기 제1 강자성 표면의 치수는 상기 접선에 직교하는 방향으로 상기 제2 강자성 표면의 치수와 다른 것을 특징으로 하는 방법.
  45. 제 31 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 강자성 표면들의 곡률은 상기 운동 라인을 따른 상기 자기장 센서와 상기 강자성 타겟 물체의 상대적 위치에 대해 선형인 상기 자기장 센서로부터의 출력 신호를 제공하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  46. 제 31 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전자 신호들 사이의 차이로서 차이 신호를 발생시키는 단계를 더 포함하며, 상기 차이 신호의 진폭은 상기 운동 방향을 따른 상기 자기장 센서와 상기 강자성 타겟 물체의 상대적 위치와 연관되고;
    상기 운동 방향을 따른 상기 자기장 센서와 상기 강자성 타겟 물체의 상대적 위치와 선형으로 연관되는 선형화된 신호를 발생시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  47. 제 46 항에 있어서,
    상기 선형화된 신호의 제한된 진폭에 대응하는 클램프된 신호를 발생시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  48. 제 31 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전자 신호들 사이의 차이로서 차이 신호를 발생시키는 단계를 더 포함하며, 상기 차이 신호의 진폭은 상기 운동 방향을 따른 상기 자기장 센서와 상기 강자성 타겟 물체의 상대적 위치와 연관되고;
    상기 차이 신호의 제한된 진폭에 대응하는 클램프된 신호를 발생시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  49. 제 31 항에 있어서, 상기 운동 라인은 곡선인 것을 특징으로 하는 방법.
  50. 제 30 항에 있어서, 상기 강자성 타겟 물체는 상기 운동 라인에 평행한 회전축에 대해 회전하도록 동작하며, 상기 제1 및 제2 전자 신호들은 상기 회전에 의해 실질적으로 영향을 받지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
  51. 제 30 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전자 신호들을 수신하도록 연결되고 상기 제1 및 제2 전자 신호들 사이의 차이로서 차이 신호를 발생시키도록 구성되는 차동 증폭기를 더 포함하며, 상기 차이 신호의 진폭은 상기 운동 방향을 따른 상기 자기장 센서와 상기 강자성 타겟 물체의 상대적 위치와 연관되는 것을 특징으로 하는 방법.
  52. 제 30 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 강자성 표면은 평탄한 것을 특징으로 하는 방법.
  53. 제 30 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 강자성 표면은 적어도 하나의 치수의 곡선인 것을 특징으로 하는 방법.
  54. 제 53 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 강자성 표면의 곡률은 상기 운동 라인을 따른 상기 자기장 센서와 상기 강자성 타겟 물체의 상대적 위치에 대해 선형인 상기 자기장 센서로부터의 출력 신호를 제공하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  55. 제 30 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전자 신호들을 수신하도록 연결되고 상기 제1 및 제2 전자 신호들 사이의 차이로서 차이 신호를 발생시키도록 구성되는 차동 증폭기를 더 포함하며, 상기 차이 신호의 진폭은 상기 운동 방향을 따른 상기 자기장 센서와 상기 강자성 타겟 물체의 상대적 위치와 연관되고;
    상기 차동 증폭기에 연결되는 상기 선형화 모듈을 더 포함하며, 상기 선형화 모듈은 상기 운동 라인을 따른 상기 자기장 센서와 상기 강자성 타겟 물체의 상대적 위치와 선형으로 연관되는 선형화된 신호를 발생시키도록 동작하는 것을 특징으로 하는 방법.
  56. 제 55 항에 있어서,
    상기 선형화 모듈에 연결되고, 상기 선형화된 신호의 제한된 진폭 범위에 대응되는 클램프된 신호를 발생시키도록 동작하는 클램핑 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  57. 제 30 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전자 신호들을 수신하도록 연결되고 상기 제1 및 제2 전자 신호들 사이의 차이로서 차이 신호를 발생시키도록 구성되는 차동 증폭기를 더 포함하며, 상기 차이 신호의 진폭은 상기 운동 방향을 따른 상기 자기장 센서와 상기 강자성 타겟 물체의 상대적 위치와 연관되고;
    상기 차동 증폭기에 연결되고, 상기 차이 신호의 제한된 진폭 범위에 대응되는 클램프된 신호를 발생시키도록 동작하는 클램핑 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  58. 제 30 항에 있어서, 상기 운동 라인은 곡선인 것을 특징으로 하는 방법.
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