KR20190014088A - 비접촉형 센서 - Google Patents

비접촉형 센서

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KR20190014088A
KR20190014088A KR1020197000561A KR20197000561A KR20190014088A KR 20190014088 A KR20190014088 A KR 20190014088A KR 1020197000561 A KR1020197000561 A KR 1020197000561A KR 20197000561 A KR20197000561 A KR 20197000561A KR 20190014088 A KR20190014088 A KR 20190014088A
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쿤 후 테오
필립 올리크
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미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

1세트의 코일을 구비하는 센서. 1세트의 코일은 제 1 코일 및 제 2 코일을 포함하고, 제 1 코일은 에너지를 받으면 근방 전자계를 발생시키고, 그것에 의해 근방 전자계는 유도 결합을 통해서 제 2 코일에 에너지의 적어도 일부를 제공하고, 1세트의 코일을 통과하도록 전류를 유도한다. 또한, 제 1 코일 또는 제 2 코일 중 적어도 한쪽의 양단의 전압을 측정하는 검출기를 구비하고, 검출기는 전압계를 포함한다. 마지막으로, 전압의 값의 변화를 검출하면 1세트의 코일에 근접한 표적 구조체의 존재를 검출하는 프로세서를 구비하고, 표적 구조체는 1세트의 코일로부터 거리를 두고 이동하고 있는 전자 구조체이다.

Description

비접촉형 센서
본 개시는 위치 센서에 관한 것이고, 보다 상세하게는, 센서에 근접하고 있는 표적 구조체의 존재 및/또는 상대 위치를 구하는 비접촉형 센서에 관한 것이다.
브러시, 슬립 링 또는 전선 도체 등의 위치 센서는 가동 부재의 위치를 나타내는 접점을 사용하는 일이 많다. 접점의 제거는 바람직하고, 전기 접점을 슬라이딩시키는 것에 의해 초래되는 전기 노이즈 및 외란을 저감시킬 수 있다. 비접촉형 센서는 센서와 표적 구조체의 사이에 간극을 유지하고 있고, 이러한 물리적 간극이 존재하는 경우에 검지 범위를 유지하는 것은 어려울 수 있다.
비접촉형 센서의 예는 정전 용량 기반의 위치 센서, 레이저 기반의 위치 센서, 와전류 검지 위치 센서 및 리니어 변위 변환기 기반의 위치 센서를 포함한다. 각 타입의 위치 센서는 그 이점을 갖지만, 각 타입의 센서는 특정한 용도에 가장 적합할 수 있다. 예컨대, 위치 센서가 사이즈가 작아야 하는 경우에 콘덴서의 사이즈에 의해 센서가 실제적이지 않게 될 수 있다. 광 센서는 먼지 또는 기름이 존재하는 경우에 기능하지 않게 될 수 있다. 자기 센서는 자석 또는 센서의 위치의 어긋남에 의해 초래되는 오차를 회피하기 위해 정밀한 하우징 및 기계적 어셈블리가 필요하고, 그것은 몇몇의 용도에서는 곤란할 수 있다. 또한, 몇몇의 용도에서는, 센서와 표적 구조체의 사이의 간극의 사이즈가 시간의 경과에 의해 변화할 수 있고, 표적 구조체의 위치에 의해 몇몇의 리니어 위치 센서의 정밀도에 문제가 초래될 수 있다.
따라서, 센서로부터 상이한 거리에 배치된 표적 구조체의 존재 및/또는 상대 위치를 구하는 비접촉형 센서에 대한 요구가 존재한다.
몇몇의 실시의 형태는 유도 결합 중에 발생되는 근방 전자계의 자속이 근방 전자계의 모든 변동에 민감하다고 하는 인식에 근거한다. 자속의 변화에 의해 초래되는 근방 전자계의 변동은, 예컨대, 유도 결합을 통해서 자속에 의해 유도되는 전류에 의해 초래되는 코일을 가로지르는 전압을 측정하는 것에 의해 검출될 수 있다.
몇몇의 실시의 형태는 근방 전자계 내에서 이동하는 외부 전자 구조체의 존재가 자장을 어지럽히고, 따라서 전압의 측정치의 변화에 근거하여 그 존재가 검출될 수 있다고 하는 인식에 근거한다. 예컨대, 근방 자계의 형상을 변화시키는 표적 구조체의 결합은, 그것에 의해, 그 근방계에 의해 발생되는 접속된 코일의 전류가 변화한다. 또한, 이러한 존재의 영향은 근방계 전체에도 작용하고, 그것에 의해, 이러한 검출이 근방계를 발생시키는 발생원, 즉 검지 코일과 표적 구조체의 사이의 거리에 덜 민감하게 된다. 바꾸어 말하면, 근방계를 발생시키는 발생원, 즉 검지 코일과 표적 구조체의 사이의 거리가 증가된다. 이와 같이, 발생원으로부터 비교적 먼 거리에 있어서도, 근방계 내의 표적 구조체의 존재가 검출될 수 있다. 그렇지만, 몇몇의 실시의 형태는 몇몇의 응용에서는 이 거리를 더 증가시키는 것이 바람직하다고 하는 인식에 근거한다.
몇몇의 실시의 형태는 복수의 유도 결합된 코일의 세트가 보다 대량의 근방 전자계를 유도하고, 따라서 표적 구조체의 존재를 검지하는 범위를 넓힐 수 있다고 하는 인식에 근거한다. 또한, 자속이 복수의 유도 결합된 코일에 걸쳐서 전류를 유도하는 경우, 상이한 코일의 전압의 크기 및/또는 차이는 근방계 내의 표적 구조체의 상대 위치를 나타낸다. 예컨대, 표적 구조체의 잠재적 이동의 궤적을 샘플링하여, 그 궤적에 있어서의 표적 구조체의 구체적인 위치에 대응하는 접속된 코일의 전압의 조합을 구할 수 있다. 본 개시는 포괄적으로는 위치 센서에 관한 것이고, 보다 상세하게는, 센서에 근접하고 있는 표적 구조체의 존재 및/또는 상대 위치를 구하는 비접촉형 센서에 관한 것이다.
따라서, 본 개시의 하나의 실시의 형태는 1세트의 코일을 구비하는 센서를 개시한다. 1세트의 코일은 제 1 코일 및 제 2 코일을 포함하고, 제 1 코일은 에너지를 받으면, 근방 전자계를 발생시키고, 그것에 의해, 근방 전자계는 유도 결합을 통해서 제 2 코일에 에너지의 적어도 일부를 제공하고, 1세트의 코일을 통과하도록 전류를 유도한다. 또한, 제 1 코일 또는 제 2 코일 중 적어도 한쪽의 양단의 전압을 측정하는 검출기를 구비한다. 마지막으로, 전압의 값의 변화를 검출하면 1세트의 코일에 근접한 표적 구조체의 존재를 검출하는 프로세서를 구비하고, 표적 구조체는 1세트의 코일로부터 거리를 두고 이동하고 있는 전자 구조체이다.
본 개시의 다른 실시의 형태는 1세트의 코일을 구비하는 센서를 개시한다. 1세트의 코일은 제 1 코일 및 제 2 코일을 포함하고, 제 1 코일은 에너지를 받으면, 근방 전자계를 발생시키고, 그것에 의해, 근방 전자계는 유도 결합을 통해서 제 2 코일에 에너지의 적어도 일부를 제공하고, 1세트의 코일을 통과하도록 전류를 유도한다. 또한, 제 2 코일의 외면 영역의 적어도 10퍼센트는 제 1 코일의 외면 영역에 인접하고 있다. 또한, 제 1 코일 및 제 2 코일 중 적어도 한쪽의 양단의 전압을 측정하는 검출기를 구비한다. 마지막으로, 전압의 값의 변화를 검출하면 1세트의 코일에 근접한 표적 구조체의 존재를 검출하는 프로세서를 구비하고, 표적 구조체는 1세트의 코일로부터 거리를 두고 이동하고 있는 전자 구조체이다.
본 개시의 다른 실시의 형태에 따르면, 센서에 근접한 표적 구조체의 존재 및/또는 상대 위치를 구하는 방법이 있다. 센서는 1세트의 코일을 구비하고, 1세트의 코일은 제 1 코일 및 제 2 코일을 포함한다. 제 1 코일은 에너지를 받으면, 근방 전자계를 발생시키고, 근방 전자계는 유도 결합을 통해서 제 2 코일에 에너지의 적어도 일부를 제공하고, 1세트의 코일을 통과하도록 전류를 유도한다. 또한, 제 1 코일 또는 제 2 코일 중 적어도 한쪽의 양단의 전압을 측정하는 검출기를 구비한다. 본 방법은 전압의 값의 변화를 검출하면 1세트의 코일에 근접한 표적 구조체의 존재를 검출하도록 프로세서를 사용하는 것을 포함한다. 표적 구조체는 1세트의 코일로부터 거리를 두고 이동하고 있는 전자 구조체이다. 또한, 프로세서에 의해, 1세트의 코일에 대한 전압의 값에 변화가 없는 경우, 기록함과 아울러 메모리에 기억하는 것으로서, 메모리는 프로세서와 통신하는 것, 검출 유닛에 의해, 1세트의 코일의 전압의 측정치를 검출함과 아울러, 1세트의 코일의 전압의 측정치를 프로세서에 보내는 것, 프로세서에 의해, 1세트의 코일의 전압의 측정치를 이력적으로 기억된 기준치와 비교하는 것, 프로세서에 의해, 1세트의 코일에 대한 전압의 값에 변화가 없는지 여부를 판단하고, 변화가 없는 경우, 센서에 근접한 표적 구조체의 존재 및/또는 상대 위치가 없다고 판단하는 것, 프로세서에 의해, 1세트의 코일에 대한 전압의 값의 변화가 검출되는지 여부를 판단하는 것으로서, 변화의 검출을 판단하면, 표적 구조체가 존재하고, 표적 구조체의 위치는 표적 구조체가 제로 위치에 있거나 또는 다른 위치에 있는 것을 나타내는, 1세트의 코일의 전압의 값의 변화의 양에 의해 구하여지는 것을 포함한다.
추가적인 특징 및 이점은 이하의 상세한 설명을 첨부 도면과 함께 받아들이면 보다 쉽게 분명해질 것이다.
여기에 개시되어 있는 실시의 형태는 첨부 도면을 참조하여 더 설명될 것이다. 도시된 도면은 반드시 축척된 것은 아니고, 그 대신 일반적으로 여기에 개시되어 있는 실시의 형태의 원리를 나타낼 때 강조된다.
도 1은 본 개시의 하나의 실시의 형태에 따른 센서의 개략도이다.
도 2는 도 1의 실시의 형태에 따른, 센서에 대한 표적 구조체의 상대 위치를 구하는 도 1의 센서의 블록도이다.
도 3은 본 개시의 실시의 형태에 따른, 표적 구조체의 상대 위치를 구하는 방법의 블록도이다.
도 4는 본 개시의 몇몇의 실시의 형태에 따른 전압의 값 및 표적 구조체의 상대 위치의 매핑의 일례이다.
도 5는 본 개시의 실시의 형태에 따른, 제 2 코일 및 제 3 코일을 갖는 센서의 개략도이다.
도 6a는 종래 기술에 있어서 알려져 있는, 표적 구조체가 금속판인, 종래의 단일 와전류 코일 센서를 나타낸다.
도 6b는 본 개시의 실시의 형태에 따른, 표적 구조체가 금속판인, 제 2 코일과 제 3 코일의 사이에 배치된 와전류 코일 센서를 나타낸다.
도 6c는 종래 기술에 있어서 알려져 있는, 표적 구조체가 코일인, 종래의 유도 센서를 나타낸다.
도 6d는 본 개시의 실시의 형태에 따른, 표적 구조체가 코일인, 제 2 코일과 제 3 코일의 사이에 배치된 유도 센서를 나타낸다.
도 6e는 본 개시의 실시의 형태에 따른, 도 6d의 구성이 추가의 결합항에 기인하여, 한 쌍의 코일에 의해 변경되는 수신 신호 강도의 스펙트럼을 초래하는 것을 나타낸다.
도 7은 본 개시의 실시의 형태에 따른, 와전류 또는 유도 검지를 위한 검지 코일의 일례이다.
도 8은 본 개시의 실시의 형태에 따른, 와전류 또는 유도 검지를 위한 것일 수 있는 도 7의 복수의 센서의 일례를 나타낸다.
도 9는 본 개시의 실시의 형태에 따른, 와전류 또는 유도 검지를 위한 것일 수 있는 도 7의 복수의 센서의 추가적인 예를 나타낸다.
상술한 도면은 여기에 개시되어 있는 실시의 형태를 제시하지만, 이 논의에 있어서 언급되는 바와 같이, 다른 실시의 형태도 의도되어 있다. 이 개시는 한정이 아닌 대표예로서 예시의 실시의 형태를 제시하고 있다. 여기에 개시되어 있는 실시의 형태의 원리의 범위 및 취지에 포함되는 매우 많은 다른 변경 및 실시의 형태가 당업자에 의해 고안될 수 있다.
이하의 설명은 예시적인 실시의 형태만을 제공하고, 본 개시의 범위, 적용 범위, 또는 구성을 한정하는 것이 의도되어 있지 않다. 오히려, 예시적인 실시의 형태의 이하의 설명은 하나 이상의 예시적인 실시의 형태를 실시하는 것을 가능하게 하는 설명을 당업자에게 제공할 것이다. 첨부된 청구범위에 명기되어 있는 바와 같은 개시된 주제의 취지 및 범위로부터 일탈하는 일 없이 요소의 기능 및 배치에 행하여질 수 있는 다양한 변경이 의도되어 있다.
이하의 설명에서는 실시의 형태의 충분한 이해를 제공하기 위해 구체적인 상세가 주어진다. 그렇지만, 당업자는 이들 구체적인 상세가 없더라도 실시의 형태가 실시될 수 있는 것을 이해할 수 있다. 예컨대, 개시된 주제에 있어서의 시스템, 프로세스, 및 다른 요소는 실시의 형태를 불필요한 상세로 불명료하게 하지 않도록 블록도 형식의 구성 요소로서 나타내어질 수 있다. 그 이외의 경우에 있어서, 잘 알려진 프로세스, 구조, 및 기법은 실시의 형태를 불명료하게 하지 않도록 불필요한 상세 없이 나타내어질 수 있다. 또한, 다양한 도면에 있어서의 마찬가지의 참조 부호 및 명칭은 마찬가지의 요소를 나타내었다.
또한, 개개의 실시의 형태는 플로차트, 흐름도, 데이터 흐름도, 구조도, 또는 블록도로서 그려지는 프로세스로서 설명될 수 있다. 플로차트는 동작을 축차적인 프로세스로서 설명할 수 있지만, 이들 동작의 대부분은 병렬로 또는 동시에 실행될 수 있다. 또한, 이들 동작의 순서는 재배열될 수 있다. 프로세스는 그 동작이 완료됐을 때에 종료될 수 있지만, 논술되지 않는 또는 도면에 포함되지 않는 추가의 스텝을 가질 수 있다. 또한, 특별히 설명되는 임의의 프로세스에 있어서의 모든 동작이 모든 실시의 형태에 있어서 발생할 수 있는 것은 아니다. 프로세스는 방법, 함수, 수순, 서브루틴, 서브프로그램 등에 대응할 수 있다. 프로세스가 함수에 대응할 때, 그 함수의 종료는 호출 함수 또는 메인 함수로의 기능의 복귀에 대응할 수 있다.
또한, 개시된 주제의 실시의 형태는, 적어도 일부는, 수동 또는 자동의 어느 한쪽으로 실시될 수 있다. 수동 실시 또는 자동 실시는 머신, 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 미들웨어, 마이크로코드, 하드웨어 기술 언어, 또는 그들의 임의의 조합을 이용하여 실행될 수도 있고, 적어도 원조될 수 있다. 소프트웨어, 펌웨어, 미들웨어 또는 마이크로코드로 실시될 때, 필요한 태스크를 실행하는 프로그램 코드 또는 프로그램 코드 세그먼트는 머신 가독 매체에 기억될 수 있다. 프로세서(들)는 그들 필요한 태스크를 실행할 수 있다.
도 1은 본 개시의 하나의 실시의 형태에 따른 센서(100)의 개략도를 나타낸다. 센서(100)는 에너지를 받으면 근방 전자계를 발생시키는 전자 구조체를 구비하는 제 1 코일(110), 예컨대, 검지 코일을 구비한다. 센서(100)는 제 2 코일(120A), 예컨대, 수동 코일을 더 구비하고, 그것은, 근방 전자계가 유도 결합을 통해서 제 1 코일(110) 및 제 2 코일(120A)을 통과하는 전류를 유도하도록, 제 1 코일(110)에 근접하여 또는 인접하여 배치된다. 센서(100)는 또한 제 1 코일(110) 또는 제 2 코일(120A)의 양단의 전압을 나타내는 데이터를 측정하는 전압계를 구비할 수 있는 검출기(130)도 구비한다. 몇몇의 실시의 형태에서는, 검출기(130)는, 특히, 전류 등, 검지 코일(110) 또는 제 2 코일(120A)에 관련되는 데이터를 측정하는 하나 이상의 측정 장치, 즉, 옴계일 수 있다. 대체 실시의 형태에서는, 전압은 전압을 분석적으로 규정하는 다른 측정치, 예컨대 전류의 측정치를 통해 측정될 수 있다.
본 개시의 몇몇의 실시의 형태는 검지 코일(110) 및 제 2 코일(120A)의 근방 전자계 내에서 이동하고 있는 표적 구조체(160) 등의 외부 전자 구조체의 존재가 자계를 어지럽히고, 따라서 전압의 측정치의 변화에 근거하여 그 존재가 검출될 수 있다고 하는 인식에 근거한다. 예컨대, 표적 구조체(160)의 결합은 근방 자계의 형상을 변화시키고, 그것에 의해, 자계에 근접하고 있을 때, 그 근방계에 의해 발생되는 접속된 코일, 즉, 검지 코일(110) 및 제 2 코일(120A)의 전류가 변화한다. 또한, 이러한 존재의 영향은 근방계 전체에 있어서 감지되고, 그것에 의해, 이러한 검출이 근방계를 발생시키는 검지 코일(110) 및/또는 제 2 코일(120A)과 표적 구조체(160)의 사이의 거리에 덜 민감하게 된다(즉, 거리 또는 간극(99)이 증대된다). 이와 같이, 검지 코일(110) 및/또는 제 2 코일(120A)로부터 비교적 먼 거리에 있더라도 근방계 내의 표적 구조체(160)의 존재가 검출될 수 있다.
또한 도 1을 참조하면, 검지 코일(110)에 인접하여 또는 근접하여 제 2 코일(120A)이 배치될 수 있고, 그것에 의해, 특히, 검지 코일(110)만을 갖는 것에 의해 발생되는 근방 전자계의 양과 비교하여, 제 2 코일(120A)은 검지 코일(110)에 인접하여 배치할 때에 보다 대량의 근방 전자계를 유도한다고 하는 것이 기도된다. 많은 효과 중 적어도 하나의 효과는 검지 코일(110)만을 갖는 간극과 비교하여 표적 구조체(160)와 검지 코일(110) 및 제 2 코일(120A)의 사이의 간극(99)이 증대되고, 따라서 센서(100)의 동작을 개선할 수 있다고 하는 것이다.
예컨대, 추가의 코일, 즉 제 2 코일(120A)은 검지 코일(110)의 공진 주파수로 조정되고, 검지 코일(110)에 더 결합된다. 추가의 코일, 즉 제 2 코일(120A)과 검지 코일(110)의 사이의 결합은 검지 코일(110)과 표적 구조체(160)의 사이의 결합을 용이하게 한다. 또한, 추가의 코일, 즉 제 2 코일(120A)은 수동 코일일 수 있다. 이 강화된 결합은 시스템의 주파수 응답을 변경하고, 주파수에 따라 임피던스를 변경하는 것에 의해 달성된다. 몇몇의 주파수에서는 결합은 이전보다 강할 수 있고, 다른 주파수에서는 결합은 이전보다 약할 수 있다. 결합이 강화된 주파수로 동작하는 것에 의해, 결과는 검지 코일(110)에 의한 수신 신호 강도를 유효하게 향상시킬 수 있다. 특히, 검지 코일(110)에 의해 발생되는 자계와 표적 구조체(160)에 있어서 유도되는 자계의 사이의 결합이 증대되면, 검지 코일(110)의 임피던스에 대한 변경도 그에 따라 증대된다. 따라서, 검지 코일(110)과 표적 구조체(160)의 사이의 동일한 거리에 있어서, 센서(100)가 표적 구조체의 근접에 기인한 변화를 검출하는 것이 보다 용이하게 된다. 유효하게는, 검지 코일(110)과 표적 구조체(160)의 사이에서 검지 범위가 확장될 수 있고, 그것에 의해, 특히, 기존의 센서 관련 기술이 기술적으로 개선되게 된다.
특히, 센서가 본 개시에 따라 동작하기 위해, 제 2 코일의 외면 영역의 적어도 10퍼센트가 제 1 코일의 외면 영역에 인접하여야 한다. 제 2 코일은 표적 구조체의 정면에 대하여 수직 또는 수평 중 한쪽으로 제 1 코일에 인접하여 배치되는 경우, 제 1 코일의 외면 영역에 인접하는 제 2 코일의 외면 영역의 적어도 15%, 또는 적어도 20%, 또는 적어도 30%를 포함할 수 있다고 하는 것이 더 기도된다. 예컨대, 검지 코일에 인접하는 제 2 코일의 표면 영역의 양은 2개의 코일의 사이의 결합 계수에 정비례한다. 이것은 상호 인덕턴스 M과 자기 인덕턴스 L1 및 L2의 곱의 제곱근의 비로서 정의될 수 있고, 즉
Figure pct00001
이다. 예컨대, 2개의 코일의 인접하는 표면 영역의 15%라고 하는 비율은 결합 계수가 약 0.15인 것을 나타낸다. 결합 계수는 제 2 코일(120A)이 제공할 수 있는 임피던스 변화의 양에 직접 관련된다.
또한 도 1을 참조하면, 표적 구조체(160)는 금속판, 또는 구성되는 용도에 따라 하나 이상의 슬롯을 구비한 금속판으로서 설계될 수 있다. 이 경우, 센서는 통상 와전류 센서라고 불릴 수 있다. 본 개시에 따른 와전류 센서는, 표적 구조체(160)에 의해 초래되는 코일 임피던스의 변화에 근거하여, 금속 표적 또는 표적 구조체(160)의 위치를 검출한다. 임피던스의 변화의 양은 표적 구조체(160)의 위치의 1차 함수이다. 그렇지만, 표적 구조체(160)는 다른 코일일 수도 있고, 그것은 검지 코일(110) 또는 제 2 코일(120A)과 동일한 타입이거나 또는 상이한 타입일 수 있다. 이 경우, 센서는 유도 센서라고 불릴 수 있고, 유도 센서는 와전류 센서와 마찬가지로 기능하고, 표적 구조체는 금속판 대신에 유도 코일이다.
따라서, 프로세서(170)를 사용하여, 전압의 값의 변화(135)를 검출하는 것(145) 또는 검출하지 않는 것(155)에 근거하여, 검지 코일(110) 및/또는 제 2 코일(120A)에 근접하는 표적 구조체(160)의 존재(140) 또는 부재(150)가 판단될 수 있다. 용도에 따라 2개 이상의 프로세서(170)가 사용될 수 있고, 그것에 의해, 프로세서는 센서와 무선으로 또는 배선을 통해서 통신할 수 있는 것이 기도된다.
또한 도 1을 참조하면, 상이한 실시의 형태에서는, 검지 코일(110)은 상이한 형태를 취할 수 있다. 예컨대, 검지 코일(110)은 상이한 형상 및 재료의 코어의 주위에, 보다 많은 권회수(number of turn)로 권회될 수 있다. 코어는 플라스틱 등의 유전체이거나, 또는 철 또는 페라이트 등의 자기 코어일 수 있다. 검지 코일(110)은 회로 기판 등의 유전체 기판 상의 구리 등의 얇은 금속 재료로 제작될 수 있다. 검지 코일(110)에 대하여 단층 기판 또는 다층 기판이 설계될 수 있다. 검지 코일(110)은 권선 사이의 그 인덕턴스 및 커패시턴스에 기인하여 자기 공진할 수 있고, 또는 검지 코일(110)에 접속된 콘덴서 등의 추가의 부품에 의해 공진에 동조할 수 있다.
도 2는 표적 구조체(160)의 상대 위치(180)를 구하는, 도 1의 센서(100)의 블록도를 나타낸다. 몇몇의 실시 태양에서는, 표적 구조체(160) 및 센서(100)는 서로 면하는 평탄면을 포함한다. 표적 구조체(160)는 특정한 무선 주파수 f0으로 공진하는 적어도 하나의 수동 공진 구조체 또는 수동 구조체를 포함한다. 몇몇의 실시의 형태에서는, 표적 구조체(160)의 이동은 제한되지 않을 수 있다. 대체 실시의 형태에서는, 표적 구조체(160)는, 예컨대, 센서(100)의 평탄면에 대하여 평행한 평면에 있어서, 궤적(125)에 따라 이동할 수 있다.
센서(100)는 검지 코일(110), 제 2 코일(120A) 및 검출기(130)를 구비한다. 검출기(130)는 검출 구조체(도시하지 않음)를 구비할 수 있다. 검지 코일(110)은, 상술한 바와 같이, 에너지를 받으면 근방 전자계를 발생시키는 전자 구조체일 수 있다. 예컨대, 검지 코일(110)은 통전 코일이다.
또한 도 2를 참조하면, 검지 코일(110)은 검출기(130)에 유도 결합될 수 있고(122), 검지 코일(110)과 제 2 코일(120A)의 상대 위치가 고정될 수 있도록, 하나의 유전체 기판의 위에 집적될 수 있다. 검지 코일(110)은 고주파 전원(115)에 의해 전력이 공급될 수 있다. 예컨대, 하나의 실시의 형태에서는, 전원(115)은 표적 구조체(160)와 동일한 공진 주파수를 갖는 전력 신호를 통해서 검지 코일(110)에 에너지를 공급할 수 있다. 이 실시의 형태에서는, 표적 구조체(160)는 검지 코일(110)에 결합될 수 있다(162).
에너지를 받으면, 자속은 각 코일, 즉 검지 코일(110) 및 제 2 코일(120A)을 통과하고, 각 코일의 양단에 유도 전압을 발생시킨다. 코일 쌍의 유도 전압은 검출기에 의해 기록되고, 검출기(130)는 전압계, 또는 다른 마찬가지의 타입의 측정 유닛을 구비할 수 있다. 전압 정보는 처리 유닛(170)에 제출되고, 전압의 크기 및/또는 전압의 차이를 이용하여 표적 구조체(160)의 위치(180)를 구한다.
도 3은 본 개시의 하나의 실시의 형태에 따른 표적 구조체의 상대 위치를 구하는 방법의 블록도를 나타낸다. 검지 코일(310) 또는 제 2 코일에 근접하여 표적 구조체가 없는 경우, 검지 코일의 V1이라고 하는 측정 전압은 변화하지 않는다. 제 2 코일의 V2라고 하는 측정 전압을 측정하여 검지 코일 또는 제 2 코일에 근접하여 표적 구조체가 없는지 여부를 특정할 수 있는 것이 기도되는 것에 유의하여야 한다. 검출기는 검지 코일의 V1을 측정하여 전압의 변화(ΔV)를 검출하고, 그 정보는 기준치, 즉 기준 데이터로서 처리 유닛에 기억될 수 있다(330). 검출기는 제 2 코일의 V2를 측정하여 전압의 변화(ΔV)를 검출할 수 있는 것이 기도되고, 그 정보는 기준치, 즉 기준 데이터로서 처리 유닛에 기억될 수 있는 것에 유의하여야 한다. 센서는 검지 코일의 V1 및/또는 제 2 코일의 V2를 연속적으로 측정하여 전압의 변화(ΔV)를 검출하고(340), 그것은 기억된 기준치와 함께 처리 유닛에 보내어진다. 어떠한 변화도 검출되지 않는 경우, 범위 내에 표적 구조체는 없다(370). V1 또는 V2 또는 양쪽의 측정치(350)에 변화가 있는 경우, 이들 값은 처리 유닛에 의해 분석된다. V1 및/또는 V2가 변화하는 경우, 전압의 새로운 변화 ΔV'(360)는 기준치, 즉 기준 데이터에 근거하여 근방계 내의 표적 구조체의 위치와 함께 표적 구조체의 존재를 결정할 것이다.
본 개시의 몇몇의 실시의 형태는 자속이 복수의 결합된 코일을 통해 전류를 유도하는 경우, 검지 코일 및/또는 제 2 코일의 전압의 크기 및/또는 변화가 기준치, 즉 기준 데이터에 근거하여 근방계 내의 표적 구조체의 상대 위치를 나타낸다고 하는 인식에 근거한다. 예컨대, 표적 구조체의 잠재적 이동의 궤적을 샘플링하여 궤적에 있어서의 표적 구조체의 구체적인 위치에 대응하는 코일, 즉 검지 코일 및/또는 제 2 코일의 전압을 구할 수 있다. 따라서, 본 개시의 몇몇의 실시의 형태는, 표적 구조체의 상대 위치로서, 코일, 즉 검지 코일 및/또는 제 2 코일 중 한쪽 또는 양쪽의 전압의 값을 나타내는 정보 사이의 매핑을 구한다.
도 4는 본 개시의 몇몇의 실시의 형태에 따른 적어도 하나의 코일, 즉 검지 코일 및/또는 제 2 코일의 전압의 값(420)과 표적 구조체의 상대 위치(440)의 매핑(410)의 일례를 나타낸다. 몇몇의 실시의 형태에 있어서, 매핑은 센서의 주위의 공간에 있어서의 상이한 위치에 대하여 구하여진다. 대체 실시의 형태에서는, 매핑은 예컨대 검지 코일 또는 제 2 코일의 전자 구조체에 대하여 평행한 평면에 있어서의 궤적(450)에 대하여 구하여진다.
예컨대, 하나의 실시의 형태에서는, 검출기는 검지 코일의 양단의 제 1 전압 및/또는 제 2 코일의 양단의 제 2 전압을 측정하고, 프로세서는 그 전압의 값에 근거하여 검지 코일 또는 제 2 코일에 대한 표적 구조체의 상대 위치를 구한다. 몇몇의 실시 태양에서는, 표적 구조체는 검지 코일의 전자 구조체에 대하여 평행한 평면에 있어서 궤적에 따라 이동하고, 메모리(190)는 궤적에 있어서의 표적 구조체의 1세트의 위치와 측정된 전압의 1세트의 값의 매핑을 기억한다.
도 5는 본 개시의 다른 실시의 형태에 따른 센서(500)의 개략도를 나타낸다. 도 5는 도 1의 센서(100)의 개략 구조를 나타내지만, 검지 코일(110)에 근접하여 또는 인접하여 제 3 코일(520B) 또는 추가의 코일이 배치되고, 그것에 의해, 근방 전자계는, 유도 결합을 통해서, 검지 코일(110), 제 2 코일(120A) 및 제 3 코일(520B)을 통과하는 전류를 유도한다.
검지 코일(110)에 인접하여 제 3 코일(520B)을 추가하는 것에 의해, 제 3 코일(520B)이, 특히, 제 2 코일(120A)과 함께 검지 코일(110)에 의해 발생되는 유도된 근방 전자계와 비교하여 근방 전자계의 증대를 초래하는 것이 기도된다. 많은 효과 중 적어도 하나의 효과는, 도 1의 간극(99)과 비교하여 표적 구조체(160)와 검지 코일(110), 제 2 코일(120A) 및 제 3 코일(520B)의 사이의 간극(599)이 증대될 수 있고, 따라서 센서(500)의 동작을 개선할 수 있다고 하는 것이다.
검지 코일(110)의 위치는 제 2 코일(120A)과 제 3 코일(520B)의 사이에, 제 2 코일(120A) 및 제 3 코일(520B)이 검지 코일(110)에 인접하여 또는 근접하여 배치되도록, 배치될 수 있다. 제 2 코일(120A)이 검지 코일(110)에 관하여 제 3 코일(520B)에 대칭적으로 대향하여 배치될 수 있는 것이 기도된다. 그렇지만, 대체적으로, 제 2 코일(120A)은 검지 코일(110)에 관하여 제 3 코일(520B)에 대칭적으로 대향하여 배치되지 않을 수 있고, 그것에 의해, 제 2 코일(120A) 또는 제 3 코일(520B)은 상이하게, 단 여전히 검지 코일(110)에 인접하여 배치될 수 있다. 예컨대, 제 2 코일(120A) 및 제 3 코일(520B)은 수평으로 또는 수직으로 검지 코일(110)의 반대쪽에 배치될 수 있다. 경우에 따라서는, 제 2 코일(120A) 및 제 3 코일(520B)은 검지 코일(110)의 반대쪽에 배치될 수 있지만, 제 2 코일(120A) 및 제 3 코일(520B) 중 적어도 하나의 코일은 검지 코일(110)의 쪽에 각도를 이루어 배치될 수 있다.
또한 도 5를 참조하면, 예컨대, 표적 구조체(160)의 결합은 근방 전자계의 형상을 변화시키고, 그것에 의해, 자계에 근접하고 있을 때, 근방계에 의해 발생되는, 접속된 코일, 즉 검지 코일(110), 제 2 코일(120A) 및 제 3 코일(520B)의 전류를 변화시킨다. 또한, 이러한 존재의 영향은 근방계 전체에 있어서 감지되고, 그것에 의해, 이러한 검출은 근방계를 발생시키는 검지 코일(110) 및/또는 제 2 코일(120A)과 표적 구조체(160)의 사이의 거리에 덜 민감하게 된다(즉, 거리 또는 간극(599)이 증대될 수 있다). 이와 같이, 검지 코일(110) 및/또는 제 2 코일(120A)로부터 비교적 먼 거리에 있더라도 근방계 내의 표적 구조체(160)의 존재가 검출될 수 있다. 바꾸어 말하면, 거리가 증대되거나 또는 도 1의 센서(100)의 간극(99)과 비교하여 간극(599)이 증대된다.
제 2 코일 및 제 3 코일은 표적 구조체의 정면에 대하여 수직 또는 수평 중 한쪽으로 제 1 코일에 인접하여 배치되는 경우에, 제 1 코일의 외면 영역에 인접하는 제 2 코일 및 제 3 코일의 외면 영역 중 적어도 15%, 또는 적어도 20%, 또는 적어도 30%를 포함할 수 있다고 하는 것이 기도된다. 예컨대, 검지 코일에 인접하는 제 2 코일 및 제 3 코일의 표면 영역의 양은 3개의 코일의 사이의 결합 계수에 정비례한다. 이것은 상호 인덕턴스 M과 자기 인덕턴스 L1 및 L2의 곱의 제곱근의 비로서 정의될 수 있고, 즉,
Figure pct00002
이다. 예컨대, 3개의 코일의 인접하는 표면 영역의 15%라고 하는 비율은 결합 계수가 약 0.15인 것을 나타낸다. 그리고, 결합 계수는 제 2 코일 및 제 3 코일이 초래할 수 있는 임피던스 변화의 양에 직접 관련된다.
표적 구조체의 위치의 함수로서의 검지 코일 임피던스의 변화
도 6a 및 도 6b는 표적 구조체의 위치의 함수로서의 검지 코일 임피던스의 변화를 나타낸다. 도 6a는 종래의 단일 와전류 코일(10)과 표적 구조체(60)를 나타낸다. 종래의 와전류 임피던스는, 표적 구조체(60)의 위치의 함수로서 나타내어진다. 도 6a는 금속판이면서, 화살표를 포함하는 점선으로 나타내어지는 하나의 방향을 따라 슬라이딩하는, 표적 구조체(60)를 나타낸다. 표적 구조체(60)의 대략 중간에 검지 코일(10)이 배치되는 장소가 있다. 도 6a의 그래프를 검토하면, 추가의 코일이 없는, 종래의 단일 와전류 코일(10)에 의해, 임피던스 변화는 1옴 미만이 된다.
도 6b는 하나의 실시의 형태에 따른, 표적 위치의 함수로서의, 와전류 코일 임피던스를 나타낸다. 도 6b는 표적 구조체(660)와 함께, 제 2 코일(620A)과 제 3 코일(620B)의 사이에 배치된, 와전류 코일(610) 또는 검지 코일을 나타낸다. 도 6b에 있어서, 와전류 임피던스는 표적 구조체(360)의 위치의 함수로서 나타내어진다. 도 6b는 금속판이면서, 화살표를 포함하는 점선으로 나타내어지는 하나의 방향을 따라 슬라이딩하는, 표적 구조체(660)를 나타낸다. 도 6b의 그래프를 검토하면, 코일의 쌍, 즉 제 2 코일(620A) 및 제 3 코일(620B)은, 검지 코일(610)의 2개의 측면에 인접하여 배치된 경우, 또한 상기 도 6a에 있어서 완료된 것과 동일한 측정 프로세스를 행하는 경우를 생각한다. 측정 결과는 도 6a와 동일한 거리의 변화에 대하여 도 6b에서는 100옴을 넘는 임피던스의 변화가 관찰되게 된다. 본 개시의 시스템을 검토하면, 도 6a의 그래프의 종래의 시스템의 결과와 비교하여 도 6b의 그래프의 결과가 된다. 도 6b의 본 개시의 시스템은 도 6a의 종래의 시스템과 비교하여 표적 구조체의 위치를 구하는 프로세스에 있어서 현저한 개선을 나타낸다. (도 6a에 있어서 60으로서 나타내고, 도 6b에 있어서 660으로서 나타내는) 표적 구조체에 대하여, 위치의 동일한 변화는 도 6b에 있어서의 본 개시의 시스템에 대한 실험적으로 측정 가능한 파라미터(임피던스)의 훨씬 큰 변화에 대응한다. 따라서, 도 6b에 나타내는 바와 같은 본 개시의 시스템은, 도 6a의 종래의 시스템과 비교하여, 특히, 표적 구조체의 위치를 훨씬 용이하게 검출할 수 있고, 노이즈에 훨씬 덜 민감하다.
코일의 임피던스는 주파수의 함수이고, 공진의 주위에서 현저하게 변화한다
도 6c는 표적 구조체가 도 6a에 있어서 종래의 와전류 코일과 함께 상술한 바와 같은 금속판이 아니고 코일인 종래의 유도 센서를 나타낸다. 실시의 형태에 따르면, 도 6d는 표적 구조체가 코일 구조체인 것을 나타낸다. 도 6a의 종래의 시스템의 결과를 현저하게 넘는, 도 6b의 본 개시의 시스템의 예측되지 않는 결과를 나타내는 경험적 데이터에 관하여 상술한 바와 같이, 표적 구조체로서 코일 구조체를 사용하여, 도 6c에 나타내는 종래의 시스템과 비교하여, 도 6d의 본 개시의 시스템에 있어서, 측정 가능한 변화의 마찬가지의 개선이 관찰된다.
따라서, 도 6d에 나타내는 바와 같은 표적 코일의 인덕턴스는, 대체로 금속판인 표적 구조체의 인덕턴스보다 훨씬 높고, 그것에 의해, 도 3B에 나타내는 바와 같은 와전류 센서의 경우보다 현저한 임피던스 변화를 초래한다. 따라서, 코일의 임피던스는 주파수의 함수이고, 공진의 주위에서 현저하게 변화한다.
도 6c는 표적 구조체가 코일인, 표적 구조체(61)와 함께 종래의 유도 코일(11)을 나타낸다. 도 6c에 있어서, 표적 구조체가 검지 구조체(11)로부터 떨어진 위치로부터 검지 구조체(11)와 정렬된 위치까지 이동하고 있을 때에 측정 가능한 변화는 약 17%이다.
도 6d는 하나의 실시의 형태에 따른, 표적 구조체가 코일인, 표적 구조체(661)와 함께 제 2 코일(621A)과 제 3 코일(621B)의 사이에 배치된 유도 코일(611)을 나타낸다. 도 6d의 그래프를 검토하면, 한 쌍의 코일, 즉 제 2 코일(621A) 및 제 3 코일(621B)이 검지 코일(611)에 추가되는 경우, 관찰되는 임피던스는 도 6c의 종래의 단일 유도 코일(11)보다 훨씬 높다. 도 6d에 있어서, 표적 구조체(661)가 검지 구조체(661)로부터 떨어진 위치로부터 검지 구조체(661)와 정렬된 위치까지 이동하고 있을 때에 측정 가능한 변화는 약 50%이다. 따라서, 실험적 데이터로부터, 도 6d의 본 개시의 시스템이, 표적 구조체로서 코일 구조체를 사용하여, 도 6c의 종래의 시스템의 결과를 현저하게 넘는 예측되지 않는 결과를 제공하는 것이 나타난다.
또한 도 6d를 참조하면, 상술한 바와 같이, 코일의 임피던스는 주파수의 함수이고, 공진의 주위에서 현저하게 변화한다. 추가의 코일, 즉 제 2 코일(621A) 및 제 3 코일(621B)은, 검지 코일(611)에 결합되면, 각 코일에 진폭 및 위상이 상이한 전류가 유도되어, 진폭 및 위상이 상이한 자계를 발생시킨다. 이들 유도 자계는 검지 코일(611)로부터의 자계의 위에 겹쳐져, 임피던스의 현저한 변화를 초래한다. 따라서, 도 6d에 나타내는 시스템의 결과는, 도 6c의 종래의 시스템과 비교하여, 특히, 표적 구조체의 위치를 구하는 프로세스에 있어서 현저한 개선이다. (도 6c에 있어서 61로서 나타내고, 도 6d에 있어서 661로서 나타내는) 표적 구조체의 경우, 위치의 동일한 변화는 도 6d에 있어서의 본 개시의 시스템에 대한 경험적으로 예측 가능한 파라미터(임피던스)의 훨씬 큰 변화에 대응한다. 따라서, 도 6d에 나타내는 시스템은, 특히, 표적 구조체의 위치를 보다 용이하게 검출할 수 있고, 노이즈에 덜 민감하다.
또한 도 6d를 참조하면, 검지 코일과 함께 추가의 한 쌍의 코일을 사용하는 것에 의해, 몇몇의 주파수 범위에 있어서, 주파수 스펙트럼에 대한 자계가 변경될 수 있고, 표적 구조체 코일에 있어서의 자계 강도가 강화된다. 한 쌍의 코일은 기생 코일 또는 수동 코일일 수 있는 것에 유의하여야 한다.
도 6e는 코일 표적 구조체에 근접하여 제 2 코일과 제 3 코일의 사이에 배치되어 있는 검지 코일을 갖는 도 6d의 구성에 의해, 수신 신호 강도의 스펙트럼이 한 쌍의 코일, 즉 제 2 코일 및 제 3 코일에 의해, 추가의 결합항에 기인하여, 변경되는 결과가 되는 것을 나타낸다. 피크도 높아지고, 그것은 표적 코일로의 보다 강한 결합을 나타낸다. 따라서, 피크 주파수에서 동작하는 것에 의해, 추가의 코일로 보다 높은 신호 강도를 달성할 수 있다.
검지 코일은 2개의 단자로 전원에 접속되는 구리선의 단권(single turn) 정사각형 루프일 수 있는 것이 기도된다. 또한 검지 코일은, 비한정적인 예에 의해, 제 2 코일로서 인쇄 회로 기판의 위에 배치될 수 있는, 복권(multi-turn) 구리 코일일 수 있다. 또한, 검지 코일은 복권의 금속선에 의해 형성될 수 있고, 그것은 인쇄 회로 기판에서 사용되도록 얇고 평탄한 형태일 수 있거나 또는 연선(stranded wire) 또는 리츠선에 의해 구축될 수 있다. 검지 코일은 상이한 기하학적 패턴을 가질 수 있다. 제 2 코일 및 표적 코일은 검지 코일과 동일할 수 있는 것에 유의하여야 한다. 제 2 코일은 검지 코일과 형상이 동일할 수 있거나, 또는 상이할 수 있다. 표적 구조체는 검지 코일과 동일한 형상을 갖는 코일일 수 있거나, 또는 상이한 코일일 수 있거나, 또는 전혀 코일 형태가 아닌, 즉, 금속판, 슬릿 등인 경우가 있다.
도 7은 본 개시의 실시의 형태에 따른 와전류 또는 유도 검지용의 센서(700)의 일례이다. 검지 코일(710)은 콘덴서(723B)에 접속되고 또한 고주파 전원(715)에 의해 통전되는 평면 복권 소용돌이 구조일 수 있다. 본 개시의 실시의 형태에 따르면, 하나 이상의 추가의 코일, 즉 제 2 코일(720A) 및 제 3 코일(720B)은 통전된 검지 코일(710)에 인접하여 배치된다. 제 2 코일(720A) 및 제 3 코일(720B)은 검지 코일(710)과 마찬가지의 공진 주파수로 동조된다.
도 8 및 도 9는 본 개시의 실시의 형태에 따른, 도 7의 복수의 센서의 예이고, 복수의 센서(800, 900)는 와전류 또는 유도 검지용일 수 있다. 예컨대, 도 8은 어레이로 배치된 복수의 와전류 센서 또는 유도 센서를 나타낸다. 어레이에 있어서의 각 센서는 표적 구조체에 따라 판독값을 제공한다. 표적 구조체는 와전류 센서의 경우에 복수의 슬롯의 금속판일 수 있다. 유도 센서의 경우, 표적은 어레이로 배치된 복수의 코일일 수 있다. 위치 정보는 표적 구조체에 있어서 부호화될 수 있다. 어레이에 있어서의 각 센서는 표적 구조체에 대한 상대 위치에 따라 정해지는 판독값을 제공한다. 따라서, 어레이에 있어서의 모든 센서의 판독값에 의해 코드가 생성될 수 있다. 예컨대, 표적 구조체가 이동하면, 복수의 검지 코일에 의해 새로운 코드가 얻어질 수 있다. 이러한 센서 어레이의 경우, 도 9에 나타내는 바와 같이, 어레이에 있어서의 각 센서의 성능을 향상시키기 위해 제안되는 방법이 적용될 수도 있다. 각 센서에 대하여, 아날로그 판독값은, 판독값의 진폭에 따라, 0 또는 1의 디지털 신호로 변환된다. 그 때문에, 각 위치에 있어서, 센서는 0 또는 1의 부호화 비트를 갖는다. 검지 시스템에 복수의 센서가 포함되는 경우, 각 센서는 표적 구조체에 대한 그들의 상대 위치가 상이한 것에 기인하여 상이한 판독값을 갖는다. 따라서 각 센서는 0 또는 1의 부호화 비트를 생성하고, 판독값을 합하는 것에 의해, 각 위치에 있어서의 부호화 시퀀스를 얻는다고 하는 결과를 초래한다. 또한 본 개시의 태양에 따르면, 시스템에 의해 특히 신호 강도가 증대되고, 신호 대 잡음비가 개선되고, 그것에 의해, 정확도가 향상될 수 있다.
본 개시에 의하면, 1세트의 코일은 코일의 어레이일 수 있고, 이 코일의 어레이에 제공되는 에너지는 공진 주파수를 갖는 전력 신호를 통한 적어도 하나의 전원으로부터의 것이다. 또한, 프로세서는 전압의 값의 변화를 검출하면 코일의 어레이의 각 코일의 세트에 근접한 표적 구조체의 어레이 내의 표적 구조체의 존재를 검출한다. 또한, 표적 구조체의 어레이의 각 표적 구조체는 코일의 어레이의 1세트의 코일로부터 거리를 두고 이동하고 있는 전자 구조체이고, 센서의 어레이에 있어서의 코일의 각 세트는 표적 구조체의 어레이 내의 상대 위치에 따라 위치 판독값을 제공하고, 센서의 어레이에 있어서의 각 1세트의 코일의 판독값에 의해 코드가 생성될 수 있다.
몇몇의 실시의 형태에서는, 구조체는 동일한 설계 또는 상이한 설계일 수 있고, 동일하거나 또는 상이한 공진 주파수를 가질 수 있다. 표적 구조체에 있어서의 유도 자계는 상이한 위치에서 상이하고, 유도 전압에 상이하게 영향을 준다. 따라서 표적 구조체는 상이한 위치에 대응하는 스케일로서의 역할을 하고, 위치 정보를 구하기 위해 센서에 의해 이용될 수 있다. 예컨대, 3개의 측정 채널은 표적 구조체의 위치를 독립하여 구할 수 있다. 따라서 추가의 채널은 제 1 채널과 마찬가지의 리던던시로서의 역할을 할 수 있다. 하나의 채널에 근접하여 또한 측정에 영향을 주는 물체가 있는 경우, 리던던트 채널은 정확한 위치 정보를 취득하는데 도움이 된다. 3개의 측정 채널 사이의 상대 위치가 알려져 있기 때문에, 복수의 채널은 함께 기능하고, 리니어 인코더의 일부로서의 역할을 할 수도 있다.
본 개시의 상기에서 설명한 실시의 형태는 다수의 방법 중 임의의 것으로 실시될 수 있다. 예컨대, 실시의 형태는 하드웨어, 소프트웨어 또는 그들의 조합을 이용하여 실시될 수 있다. 청구항의 요소를 수식하는 특허 청구의 범위에 있어서의 "제 1", "제 2" 등의 서수의 사용은 그 자체로 하나의 청구항의 요소의 다른 청구항의 요소에 대한 우선 순위도, 우위성도, 순서도 암시하는 것이 아니고, 방법의 동작이 실행되는 시간적인 순서도 암시하는 것이 아니고, 청구항의 요소를 구별하기 위해 단지 어느 특정한 명칭을 갖는 하나의 청구항의 요소를 동일한 명칭(서수의 용어의 사용은 제외함)을 갖는 다른 요소와 구별하는 라벨로서 이용되고 있는 것에 불과하다.
본 개시는 특정한 바람직한 실시의 형태에 관하여 설명되었지만, 본 개시의 취지 및 범위 내에 있어서 다양한 다른 적응 및 변경이 행하여질 수 있는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 첨부된 특허 청구의 범위의 태양은 본 개시의 진정한 취지 및 범위 내에서 그러한 모든 변형 및 변경을 포함하는 것이다.
(산업상 이용가능성)
본 발명의 센서에 근접한 표적 구조체의 존재 및/또는 상대 위치를 구하는 센서 및 방법은 많은 종류의 분야에 있어서의 센서에 적용 가능하다.

Claims (20)

1세트의 코일로서, 상기 1세트의 코일은 제 1 코일 및 제 2 코일을 포함하고, 상기 제 1 코일은 에너지를 받으면 근방 전자계를 발생시키고, 그것에 의해 상기 근방 전자계는 유도 결합을 통해서 상기 제 2 코일에 상기 에너지의 적어도 일부를 제공하고, 상기 1세트의 코일을 통과하도록 전류를 유도하는, 상기 1세트의 코일과,
상기 제 1 코일 또는 상기 제 2 코일 중 적어도 한쪽의 양단의 전압을 측정하는 검출기와,
상기 전압의 값의 변화를 검출하면 상기 1세트의 코일에 근접한 표적 구조체의 존재를 검출하는 프로세서로서, 상기 표적 구조체는 상기 1세트의 코일로부터 거리를 두고 이동하고 있는 전자 구조체인, 상기 프로세서
를 구비하는 센서.
제 1 항에 있어서,
상기 1세트의 코일의 각 코일은 동일하고, 상기 표적 구조체는 상기 1세트의 코일의 각 코일과 동일한 표적 코일을 포함하는 센서.
제 1 항에 있어서,
공진 주파수를 갖는 전력 신호를 통해서 상기 제 1 코일에 상기 에너지를 공급하는 전원을 더 구비하고,
상기 1세트의 코일의 각 코일은 공진 주파수를 갖는 전자 구조체인
센서.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 코일은 상기 제 1 코일의 공진 주파수에 가까운 공진 주파수를 갖고, 그것에 의해 상기 제 1 코일은 검지 코일이고 상기 제 2 코일은 수동 코일인 센서.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 코일 및 상기 제 2 코일 중 한쪽 또는 양쪽은 상기 검출기와 통신하고, 상기 검출기는 상기 제 1 코일 및 상기 제 2 코일 중 한쪽 또는 양쪽의 양단의 전압을 검출하는 전압계를 포함하고, 그것에 의해 상기 전압계에 의해 측정되는 상기 전압의 값은 상기 제 1 코일의 양단의 제 1 전압 및 상기 제 2 코일의 양단의 제 2 전압 중 한쪽 또는 상기 제 1 코일의 양단의 상기 제 1 전압 및 상기 제 2 코일의 양단의 상기 제 2 전압의 양쪽을 나타내고, 상기 프로세서는 상기 전압의 값에 근거하여 상기 제 1 코일 및 상기 제 2 코일 중 한쪽 또는 상기 제 1 코일 및 상기 제 2 코일의 양쪽에 대하여 상기 표적 구조체의 상대 위치를 구하는 센서.
제 5 항에 있어서,
상기 표적 구조체는 상기 제 1 코일 및 상기 제 2 코일 중 한쪽 또는 상기 제 1 코일 및 상기 제 2 코일의 양쪽에 대하여 평행한 평면에 있어서 궤적에 따라 이동하고,
상기 궤적에 있어서의 상기 표적 구조체의 1세트의 위치와 상기 전압의 1세트의 값의 사이의 매핑을 기억하는 메모리로서, 상기 프로세서는 상기 매핑을 이용하여 상기 표적 구조체의 상기 상대 위치를 구하는, 상기 메모리를 더 구비하는
센서.
제 5 항에 있어서,
상기 1세트의 코일은 동일한 형상을 갖고, 그것에 의해 상기 표적 구조체가 상기 근방 전자계의 바깥쪽에 있을 때에 상기 제 1 전압 및 상기 제 2 전압 중 한쪽 또는 상기 제 1 전압 및 상기 제 2 전압의 양쪽은 임계치 미만인 센서.
제 5 항에 있어서,
상기 프로세서는 상기 근방 전자계 내에 상기 표적 구조체가 존재하는 동안의 상기 제 1 전압 및 상기 제 2 전압 중 한쪽 또는 상기 제 1 전압 및 상기 제 2 전압의 양쪽의 크기가 상기 표적 구조체가 상기 근방 전자계의 바깥쪽에 있을 때의 상기 제 1 전압 및 상기 제 2 전압 중 한쪽 또는 상기 제 1 전압 및 상기 제 2 전압의 양쪽의 크기보다 작거나 또는 큰 경우에 상기 1세트의 코일과 정렬되는 상기 표적 구조체의 상기 상대 위치를 구하는 센서.
제 5 항에 있어서,
상기 프로세서는 상기 제 1 전압 및 상기 제 2 전압 중 한쪽 또는 상기 제 1 전압 및 상기 제 2 전압의 양쪽의 크기를 기준 전압과 비교하여 상기 근방 전자계 내의 상기 표적 구조체의 존재를 검출하는 센서.
제 1 항에 있어서,
상기 1세트의 코일은 제 3 코일을 포함하고, 상기 제 3 코일 및 상기 제 2 코일은 상기 제 1 코일에 인접하고, 상기 제 3 코일 및 상기 제 2 코일은 상기 제 1 코일의 공진 주파수에 가까운 공진 주파수를 갖는 센서.
제 10 항에 있어서,
상기 제 1 코일은 상기 표적 구조체의 정면에 대하여 수직 또는 수평 중 한쪽으로 상기 제 2 코일과 상기 제 3 코일의 사이에 배치되고, 그때, 상기 제 2 코일 및 상기 제 3 코일의 각각의 외면 영역의 적어도 15%가 상기 제 1 코일의 외면에 인접하거나, 또는 상기 제 2 코일 및 상기 제 3 코일의 각각의 외면 영역의 적어도 20%가 상기 제 1 코일의 상기 외면에 인접하거나, 또는 상기 제 2 코일 및 상기 제 3 코일의 각각의 외면 영역의 적어도 30%가 상기 제 1 코일의 상기 외면에 인접하는 센서.
1세트의 코일로서, 상기 1세트의 코일은 제 1 코일 및 제 2 코일을 포함하고, 상기 제 1 코일은 에너지를 받으면 근방 전자계를 발생시키고, 그것에 의해 상기 근방 전자계는 유도 결합을 통해서 상기 제 2 코일에 상기 에너지의 적어도 일부를 제공하고, 상기 1세트의 코일을 통과하도록 전류를 유도하고, 상기 제 2 코일의 외면 영역의 적어도 10%가 상기 제 1 코일의 외면에 인접하는, 상기 1세트의 코일과,
상기 제 1 코일 및 상기 제 2 코일 중 적어도 한쪽 또는 양쪽의 양단의 전압을 측정하는 검출기와,
상기 전압의 값의 변화를 검출하면 상기 1세트의 코일에 근접한 표적 구조체의 존재를 검출하는 프로세서로서, 상기 표적 구조체는 상기 1세트의 코일로부터 거리를 두고 이동하고 있는 전자 구조체인, 상기 프로세서
를 구비하는 센서.
제 12 항에 있어서,
상기 제 1 코일 및 상기 제 2 코일 중 한쪽 또는 양쪽은 상기 검출기와 통신하고, 상기 검출기는 상기 제 1 코일 및 상기 제 2 코일 중 한쪽 또는 양쪽의 양단의 전압을 검출하는 전압계를 포함하고, 그것에 의해 상기 전압계에 의해 측정되는 상기 전압의 값은 상기 제 1 코일의 양단의 제 1 전압 및 상기 제 2 코일의 양단의 제 2 전압 중 한쪽 또는 상기 제 1 코일의 양단의 상기 제 1 전압 및 상기 제 2 코일의 양단의 상기 제 2 전압의 양쪽을 나타내고, 상기 프로세서는 상기 전압의 값에 근거하여 상기 제 1 코일 및 상기 제 2 코일 중 한쪽 또는 상기 제 1 코일 및 상기 제 2 코일의 양쪽에 대하여 상기 표적 구조체의 상대 위치를 구하는 센서.
제 13 항에 있어서,
상기 표적 구조체는 상기 제 1 코일 및 상기 제 2 코일 중 한쪽 또는 상기 제 1 코일 및 상기 제 2 코일의 양쪽에 대하여 평행한 평면에 있어서 궤적에 따라 이동하고,
상기 궤적에 있어서의 상기 표적 구조체의 1세트의 위치와 상기 전압의 1세트의 값의 사이의 매핑을 기억하는 메모리로서, 상기 프로세서는 상기 매핑을 이용하여 상기 표적 구조체의 상기 상대 위치를 구하는, 상기 메모리를 더 구비하는
센서.
제 13 항에 있어서,
상기 프로세서는 상기 근방 전자계 내에 상기 표적 구조체가 존재하는 동안의 상기 제 1 전압 및 상기 제 2 전압 중 한쪽 또는 상기 제 1 전압 및 상기 제 2 전압의 양쪽의 크기가 상기 표적 구조체가 상기 근방 전자계의 바깥쪽에 있을 때의 상기 제 1 전압 및 상기 제 2 전압 중 한쪽 또는 상기 제 1 전압 및 상기 제 2 전압의 양쪽의 크기보다 작거나 또는 큰 경우에 상기 1세트의 코일과 정렬되는 상기 표적 구조체의 상기 상대 위치를 구하는 센서.
제 15 항에 있어서,
상기 프로세서는 상기 제 1 전압 및 상기 제 2 전압 중 한쪽 또는 상기 제 1 전압 및 상기 제 2 전압의 양쪽의 크기를 기준 전압과 비교하여 상기 근방 전자계 내의 상기 표적 구조체의 존재를 검출하는 센서.
제 12 항에 있어서,
상기 1세트의 코일 중 적어도 하나의 코일은 상기 1세트의 코일 중 다른 코일과 상이한 타입의 코일이고, 그것에 의해 상기 표적 구조체는 코일이고, 상기 1세트의 코일과 동일한 타입의 코일 또는 상기 1세트의 코일과 상이한 타입의 코일 중 한쪽인 센서.
제 1 항에 있어서,
상기 1세트의 코일은 코일의 어레이이고, 상기 코일의 어레이에 제공되는 상기 에너지는 공진 주파수를 갖는 전력 신호를 통한 적어도 하나의 전원으로부터의 것이고,
상기 프로세서는 상기 전압의 값의 변화를 검출하면 상기 코일의 어레이의 각 코일의 세트에 근접한 표적 구조체의 어레이 내의 표적 구조체의 존재를 검출하고, 상기 표적 구조체의 상기 어레이의 각 표적 구조체는 상기 코일의 어레이의 1세트의 코일로부터 거리를 두고 이동하고 있는 전자 구조체이고, 그것에 의해 상기 센서의 어레이에 있어서의 코일의 각 세트는 상기 표적 구조체의 상기 어레이 내의 상대 위치에 따라 위치 판독값을 제공하고, 그것에 의해 상기 센서의 어레이에 있어서의 각 1세트의 코일의 판독값에 의해 코드가 생성되는
센서.
제 18 항에 있어서,
상기 표적 구조체의 이동 시, 상기 코일의 어레이에 의해 새로운 코드가 취득되고, 각 표적 구조체는 상기 표적 구조체의 어레이의 각 표적 구조체에 있어서 부호화된 위치 관련 정보를 포함하는 센서.
센서에 근접한 표적 구조체의 존재 및/또는 상대 위치를 구하는 방법으로서, 상기 센서는 1세트의 코일을 구비하고, 상기 1세트의 코일은 제 1 코일 및 제 2 코일을 포함하고, 그것에 의해 상기 제 1 코일은 에너지를 받으면 근방 전자계를 발생시키고, 상기 근방 전자계는 유도 결합을 통해서 상기 제 2 코일에 상기 에너지의 적어도 일부를 제공하고, 상기 1세트의 코일을 통과하도록 전류를 유도하고, 상기 센서는 상기 제 1 코일 또는 상기 제 2 코일 중 적어도 한쪽의 양단의 전압을 측정하는 검출기를 구비하고,
상기 전압의 값의 변화를 검출하면 상기 1세트의 코일에 근접한 표적 구조체의 존재를 검출하도록 프로세서를 사용하는 것-상기 표적 구조체는 상기 1세트의 코일로부터 거리를 두고 이동하고 있는 전자 구조체임-과,
상기 프로세서에 의해, 상기 1세트의 코일에 대한 상기 전압의 값에 변화가 없는 경우에 기록함과 아울러, 메모리에 기억하는 것-상기 메모리는 상기 프로세서와 통신함-과,
검출 유닛에 의해, 상기 1세트의 코일의 상기 전압의 측정치를 검출함과 아울러, 상기 1세트의 코일의 상기 전압의 상기 측정치를 상기 프로세서에 보내는 것과,
상기 프로세서에 의해, 상기 1세트의 코일의 상기 전압의 상기 측정치를 이력적으로 기억된 기준치와 비교하는 것과,
상기 프로세서에 의해, 상기 1세트의 코일에 대한 상기 전압의 값에 변화가 없는지 여부를 판단하고, 변화가 없는 경우, 상기 센서에 근접한 상기 표적 구조체의 존재 및/또는 상대 위치가 없다고 판단하는 것과,
상기 프로세서에 의해, 상기 1세트의 코일에 대한 상기 전압의 값의 변화가 검출되었는지 여부를 판단하는 것-상기 변화의 검출을 판단하면, 상기 표적 구조체가 존재하고, 상기 표적 구조체의 위치는 상기 표적 구조체가 제로 위치에 있거나 또는 다른 위치에 있는 것을 나타내는 상기 1세트의 코일의 상기 전압의 값의 변화의 양에 의해 구하여짐-
을 포함하는 방법.
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