KR20240010422A

KR20240010422A - 위치를 검출하기 위한 유도 센서

Info

Publication number: KR20240010422A
Application number: KR1020230090833A
Authority: KR
Inventors: 베르너 세바스티안; 뷔쉬케 마틴; 프뢸스 크리스티안; 코스쿠너 하산
Original assignee: 보우린스, 인크.
Priority date: 2022-07-15
Filing date: 2023-07-13
Publication date: 2024-01-23
Also published as: JP2024012190A; EP4306911A1; US20240019276A1; DE102022117762A1; CN117404995A

Abstract

본 발명은 위치를 검출하기 위한 유도 센서(9)에 관한 것으로서, 주기적인 AC 전압 신호를 발생시키고 여자 코일(23)에 결합하는 발진 회로; 각각은 주기적으로 반복하는 루프 구조를 형성하는 제1 수신 코일(25)과 제2 수신 코일(30)을 포함하고 이들의 배열은 전체적으로 수신 기하(receiving geometry)를 형성하며, 상기 여자 코일(23)은 결합된 상기 AC 전압 신호에 기초하여 각 수신 코일(25, 30)에서 신호를 유도하도록 배열되는, 한 쌍의 수신 코일(31); 상기 수신 코일들(25, 30)에서 유도되는 신호에 기초하여 검출하고자 하는 위치에 따라 센서 신호(19)를 출력하는 평가 회로(21); 및 검출하고자 하는 위치의 함수로서 상기 여자 코일(23)과 상기 수신 코일들(25, 30) 사이의 유도 결합의 강도에 영향을 미치는 가동 커플링 요소(16)를 포함하고, 상기 한 쌍의 수신 코일(31)의 상기 수신 코일들(25, 30)은 그들 사이의 중간 공간(32)을 갖는 기하학적 위치에 위치하고, 서로에 전기적으로 연결(26)된다.

Description

위치를 검출하기 위한 유도 센서{INDUCTIVE SENSOR FOR DETECTING A POSITION}

본 발명은 유효한 제1항의 전제부에 따른 유도 센서에 관한 것이다.

유효한 청구항 1의 전제부(preamble)에 따른 유도 센서는 간행물 "High speed inductive position sensor for E-machines, L. Lugani et al, Melexis, 2021"에서 알려져 있으며, https://media.melexis.com/-/media/files/documents/whitepapers/ inductive-resolver-e-motors-whitepaper-melexis.pdf에서 다운로드될 수 있다.

유도 센서의 오차율을 줄이기 위해, 상기 간행물은 한편으로 병렬로 연결된 두 개 이상의 수신코일의 사용을 제안하고, 각도 센서 형태의 유도 센서의 경우 수신 코일을 O 자형 디자인(회전축을 중심으로 닫힘), C 자형 설계(즉, 회전축을 중심으로 180도 이상 360도 미만으로 작동)에서 수신 코일로 오차율을 줄이는 것이 이미 가능했지만, O 자형 설계의 수신 코일을 사용할 때 오차율은 항상 더 작다.

위치를 감지하기 위한 유도 센서는 주기적인 교류 전압 신호를 생성하고 이를 여자 코일에 결합하는 발진기 회로를 포함하는 DE4429444A1에서 알려져 있다. 센서에서 직렬로 연결된 두 개의 수신 코일은 공통의 주기적으로 반복되는 루프 구조를 형성하므로 공통 수신 형상을 형성한다. 결합된 AC 신호에 기초하여, 여자 코일은 수신 코일에 공통 신호를 유도하고, 이는 평가 회로에 의해 평가되고 검출될 위치에 따라 센서 신호로 변환된다. 이 과정에서, 이동 커플링 요소는 검출되는 위치의 함수로서 발진 코일과 수신 코일 사이의 유도 커플링의 강도에 영향을 미친다.

본 발명의 목적은 유도 센서를 개선하는 것이다.

상기한 과제는 독립항들의 특징들에 의하여 해결된다. 바람직한 실시예들은 종속항들의 주제들이다.

본 발명의 일 예에 따르면, 위치를 검출하기 위한 유도 센서는, 주기적인 AC 전압 신호를 발생시키고 여자 코일에 결합하는 발진 회로; 각각은 주기적으로 반복하는 루프 구조를 형성하는 제1 수신 코일과 제2 수신 코일을 포함하고 이들의 배열은 전체적으로 수신 기하(receiving geometry)를 형성하며, 상기 여자 코일은 결합된 상기 AC 전압 신호에 기초하여 각 수신 코일에서 신호를 유도하도록 배열되는, 한 쌍의 수신 코일; 상기 수신 코일들에서 유도되는 신호에 기초하여 검출하고자 하는 위치에 따라 센서 신호를 출력하는 평가 회로; 및 검출하고자 하는 위치의 함수로서 상기 여자 코일과 상기 수신 코일들 사이의 유도 결합의 강도에 영향을 미치는 가동 커플링 요소를 포함한다. 본 발명에 따르면, 상기 한 쌍의 수신 코일의 상기 수신 코일들은 그들 사이의 중간 공간을 갖는 기하학적 위치에 위치하고, 서로에 전기적으로 연결된다.

본 발명은 서두에서 언급된 상기 유도 센서가 서로에 대한 그의 개별 부품의 부정확한 위치결정에 대해 견고하지만 매우 높은 제조 비용을 수반한다는 고려에 기초한다. 위상 수로 인해, 소위 트위스트 페어 형 배선을 위해 회전축을 중심으로 O자형 디자인으로 배치된 수신 코일에는 최소 6개의 인쇄회로 기판 레벨이 필요하다. 인쇄회로 기판 레벨의 변화는 항상 수신 코일들의 루프 구조(loop strurcture)의 최대값에서 발생한다. 서두에서 언급한 것처럼, 필요한 인쇄회로 기판 레벨의 수는 수신 코일의 C자형 설계의 경우에 줄일 수 있지만, 오차율의 증가도 수반되며, 수신 코일이 항상 회전축을 중심으로 180도 이상의 회전 각도로 놓여져야 하기 때문에, 생산 기술 측면에서 차선의 설계이다.

본 발명은 여기서 상이한 접근법을 취한다. 병렬로 연결되어 전기적으로 서로 연결된 수신 코일 쌍의 수신 코일은 서두에서 언급한 기술에서 상술한 오차를 제거함으로써 유도 센서의 오차율을 감소시킨다. 동시에 루프 구조를 구현하는 데 필요한 인쇄회로 기판 레벨의 수를 효과적으로 줄일 수 있다. 놀랍게도, 이러한 개념은, 서두에서 언급된 상태의 아이디어와는 달리, 예를 들어, 루프 구조가 서로 평행하게 달리는 두 개의 수신 코일이 서로 전기적으로 연결된 경우, 리니어 위치를 검출하기 위한 유도 센서에도 적용될 수 있다. 이러한 수신 코일들은 또한 오류를 상호 제거한다.

수신 코일이 직렬로 연결된 처음에 언급한 유도 센서와 비교할 때 언급된 센서는 향상된 감도를 제공한다. 수신 코일을 병렬로 연결하면 전체 면적이 증가하여 센서의 감도가 높아진다. 이는 검출할 신호가 매우 약할 때 유리하다. 또한 병렬로 연결된 수신 코일들은 코일을 병렬로 연결하면 외부 전자기 간섭의 영향을 최소화하는데 도움이 되기 때문에 향상된 간섭에 대한 내성을 제공한다. 이것은 코일의 유도 노이즈를 반대 방향으로 향하게 하여 서로 상쇄되도록 함으로써 달성된다. 마지막으로, 병렬로 연결된 두 개의 수신 코일들은 병렬 회로에서 총 저항이 개별 코일의 가장 낮은 저항보다 작기 때문에 총 저항이 더 낮다. 이는 신호가 더 작은 저항으로 코일을 통해 흐를 수 있어 신호 강도가 더 높아질 수 있음을 의미한다.

구체화된 유도 센서의 실시예에서, 상기 수신 코일들의 루프 구조들은 대칭 중심에 대해 서로 대칭적으로 배열된다. 이러한 방식으로 오류 제거 효과를 높일 수 있다.

검출된 유도 센서의 위치가 회전축에 대한 각도 위치인 경우, 구체화된 센서의 추가적인 부가 전개에서 대칭 중심은 상기 루프 구조가 점-대칭적으로 형성되는 회전축이 될 수 있다. 이러한 방식으로 처음에 언급한 오차율은 생산 기술 측면에서 훨씬 더 간단한 방법으로 줄일 수 있다.

구체화된 실시예에서, 특정된 유도 센서는 제1 수신 코일과 제2 수신 코일을 포함하고 상기 제1 수신 코일과 제2 수신 코일은 주기적으로 반복하는 루프 구조를 형성하며 이들의 배치는 전체적으로 수신 기하(receiving geometry)를 이루는, 한 쌍의 추가 수신 코일(31')을 포함하고, 상기 여자 코일 또는 추가 여자 코일은 결합된 상기 AC 전압 신호에 기초하여 상기 한 쌍의 추가 코일의 각 수신 코일의 신호를 유도하도록 배치된다.

추가된 수신 코일 쌍을 사용하면 상기 특정된 유도 센서의 기능 범위를 확장할 수 있다.

이에 따라, 구체화된 유도 센서의 특정 실시예에서, 상기 가동 커플링 요소는 상기 여자 코일 또는 상기 추가 여자 코일과 상기 한 쌍의 추가 수신 코일의 상기 수신 코일들 사이의 검출될 위치의 함수로서 상기 유도 결합의 강도에 영향을 미치고, 상기 평가 회로는 상기 한 쌍의 수신 코일의 상기 수신 코일들로 유도되는 신호들과 상기 한 쌍의 추가 코일의 상기 수신 코일들로 유도되는 신호들의 비교에 기초하여 상기 위치에 따라 상기 센서 신호를 출력하도록 배치된다. 이러한 방식으로, 상기 특정된 유도 센서는 상기 검출 위치를 그럴 듯하게 하는 간단한 방법으로 부가하여 장착될 수 있다.

구체화된 유도 센서의 특정 실시예에서, 상기 위치를 검출하기 위한 유도 센서는, 상기 여자 코일 또는 상기 추가 여자 코일과 상기 한 쌍의 추가 코일의 상기 수신 코일들 사이의 상기 유도 결합의 강도에 검출될 상기 위치의 함수에 따라 영향을 미치는 추가 가동 커플링 요소를 더 포함하고, 상기 평가 회로는 상기 한 쌍의 수신 코일의 상기 수신 코일들로 유도되는 상기 신호와 상기 다른 한 쌍의 수신 코일의 상기 수신 코일들로 유도되는 상기 신호에 기초하는 상기 위치에 의존하는 상기 센서 신호를 출력할 수 있게 세팅된다. 이러한 방식으로, 2개의 커플링 요소 사이의 차동 위치가 검출될 수 있고, 이는 예를 들어, 힘 또는 토크의 모멘트를 결정하기 위해 사용될 수 있다.

물론 앞서 언급한 두 가지 개념도 조합될 수 있다.

구체화된 유도 센서의 또 다른 실시예에서, 상기 한 쌍의 추가 수신 코일의 상기 제1 수신 코일은 검출될 상기 위치 변화의 방향에서 볼 때 상기 한 쌍의 수신 코일의 상기 수신 코일들 사이의 상기 중간 공간에 배치된다. 이러한 방식으로, 상기 특정된 유도 센서는 매우 공간 절약적인 방식으로 실현될 수 있다.

구체화된 유도 센서의 또 다른 실시예에서, 상기 한 쌍의 수신 코일은 인쇄회로 기판의 서로 다른 면에 배치되는데, 이에 의해 전술한 차동 위치가 단지 하나의 인쇄회로 기판의 사용으로 인해 매우 작은 조립 공간에서 검출될 수 있다.

추가의 실시예에서 상기 특정된 유도 센서는 상기 중간 공간에 배치된 전기적 요소를 포함하며, 상기 특정된 유도 센서에 대한 조립 공간 요건이 훨씬 더 적어진다.

상기 특정된 유도 센서의 또 다른 실시예에서, 상기 전기적 요소는 전자기 차폐 소자이며, 이는 특히 위에서 언급된 차동 위치의 검출에서 2 쌍의 수신 코일 사이의 크로스토크(crosstalk)를 방지한다.

본 발명에 따른 위치를 검출하기 위한 유도 센서는 상이한 접근법을 취한다. 병렬로 연결되어 전기적으로 서로 연결된 수신 코일 쌍의 수신 코일은 서두에서 언급한 기술에서 상술한 오차를 제거함으로써 유도 센서의 오차율을 감소시킨다. 동시에 루프 구조를 구현하는 데 필요한 인쇄회로 기판 레벨의 수를 효과적으로 줄일 수 있다. 놀랍게도, 이러한 개념은, 서두에서 언급된 상태의 아이디어와는 달리, 예를 들어, 루프 구조가 서로 평행하게 달리는 두 개의 수신 코일이 서로 전기적으로 연결된 경우, 리니어 위치를 검출하기 위한 유도 센서에도 적용될 수 있다. 이러한 수신 코일들은 또한 오류를 상호 제거한다.

본 발명의 상기한 특징들과, 장점들은 그들이 얻어지는 방법 뿐만 아니라 다음의 도면들과 연계되어 상세히 기술된 실시예의 설명들에 의하여 더욱 명확해질 수 있을 것이다.
도 1은 조향 시스템을 구비한 차량의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1로부터의 조향 시스템을 위한 토크 센서로서의 응용에서 위치를 검출하기 위한 유도 센서의 하나의 버전을 개략적으로 보인 도면이다.
도 3a는 도 2의 유도 센서의 일부에 대한 개략도이다.
도 3b는 도 3a에 보인 제1 단면에 따른 도 2의 유도 센서의 부분적인 실시예의 개략적 단면도이다.
도 3c는 도 3a에 보인 제2 단면에 따른 도 2의 유도 센서의 부분적인 실시예의 개략적 단면도이다.
도 4a는 도 3a에서 보인 도 2의 유도 센서의 일부에 대한 개략도이다.
도 4b는 대안적인 유도 센서의 일부에 대한 개략도이다.
도 5는 수신 코일 그룹의 구조를 보인 사시도이다.

첨부된 도면에서 동일한 기술요소에는 동일한 지시번호가 부여되었으며, 한 번만 설명되었다. 도면들은 순전히 개념적인 것으로, 특히, 실제의 기하학적 비율을 반영하는 것은 아니다.

도 1을 참조하면, 조향 시스템(2)을 갖는 차량(1)의 개략적인 사시도가 표현되어 있다.

본 실시예에서는, 차량(1)은 2 개의 전륜(3)과 2 개의 후륜(4)에 의해 지지되는 차체(5)를 포함하고 있다. 전륜(3)은 차량(1)이 커브에서 주행될 수 있도록 조향 시스템(2)에 의하여 돌아갈 수 있게 되어 있다.

조향 시스템(2)은 제1 조향축(7)에 장착되는 조향 휠(6)을 포함하고, 이 조향 휠은 회전축(8)을 중심으로 피봇 가능하게 장착된다. 상기 제1 조향축(7)은 위치를 검출하기 위한 유도 센서(9)로 안내되며, 여기서는 각도 위치의 형태로, 거기서 더 이상 상세하게 설명하지는 않는 방식으로 비틀림 요소(10)에 연결된다. 제2 조향축(11)은 상기 회전축(8) 상에서 상기 제1 조향축(7)의 대향측에서 상기 비틀림 요소(10)와 연결되고, 이는 다시 조향 기어(12)에서 끝난다. 상기 조향 휠(6)이 스티어링 토크(13)의 형태로 토크로 회전되면, 상기 스티어링 토크(13)는 상기 조향축(7, 11)을 통해 그에 따라 상기 조향 기어(12)로 전달되고, 이에 응답하여 상기 전륜(3)을 조향하여 조향 각도(14)를 갖는 곡선으로 주행한다.

조향 과정은 상기 제2 조향축(11)의 회전을 보조하는 보조 모터(15)에 의해 지지된다. 이를 위해, 상기 스티어링 토크(13)는 유도 센서(9)에 의해 검출되는 상기 제1 조향축(7)과 상기 제2 조향축(11) 사이의 상대 각도 위치로부터 도출된다. 그러면 상기 보조 모터(15)는 검출된 상기 스티어링 토크(13)에 따라 상기 제2 조향축(11)을 조향시킨다.

상술한 각도 위치 및 그에 따른 상기 스티어링 토크(13)를 검출하기 위해, 상기 유도 센서(9)는 상기 제1 조향축(7)에 연결되고 자기장(17)에 영향을 미치는 커플링 요소(16)를 포함한다. 상기 유도 센서(9)는 상기 제2 조향축(11)에 연결된 측정 회로(18)를 더 포함하는데, 상기 측정 회로(18)는 상기 자기장(17)을 발생시키고, 상기 제1 조향축(7)과 상기 제2 조향축(11)의 상대적인 각도 위치에 따라 상기 커플링 요소(16)에 의해 영향을 받는 자기장을 다시 검출한다. 상기 측정 회로(18)는 영향을 받은 상기 자기장(17)에 의존하는 측정 신호(20)를 생성하여 평가 장치(21)에 전달한다. 상기 측정 신호(20)는 검출하고자 하는 각도 위치를 정보로서 포함하므로, 상기 평가 장치(21)는 상기 측정 신호(20)에 기초하여 서로 다른 두 조향축(7, 11)의 상대적 각도 위치를 결정하고, 이에 의존하는 센서 신호(19)를 출력하며, 이에 따라 상기 비틀림 요소(10)의 탄성으로 인한 상기 스티어링 토크(13)에도 의존하게 된다. 상기 센서 신호(19)는 이처럼 검출되는 스티어링 토크(13)에 직접적으로 의존하므로, 상기 보조 모터(15)는 이 정보를 직접 처리하여 상기 제2 조향축(11)을 돌릴 수 있다.

상기 유도 센서(9)의 기본 기능은 EP 3 865 824 A1에 도시되어 있다. 본 실시예의 설명의 기반이 되는 상기 유도 센서(9)의 설계는 도 2를 참조하여 이하에서 상세히 설명한다.

상기 유도 센서는, 플랫 코일 형태의 복수의 수신 코일(25)이 배치된 측정 회로(18) 뿐만 아니라, 여자 코일(23), 상기 평가 장치(21) 및 더이상 도시되지 않는 발진 회로를 갖는 집적 회로(24)가 실장된, 인쇄회로 기판(22)을 포함한다.

수신 코일들(25) 각각은 주기적으로 반복되는 루프 구조를 형성한다. 본 실시예에서, 상기 루프 구조는 정현파 또는 코사인파 코스를 가지며, 상기 회전축(8)을 중심으로 원형 세그먼트의 형상으로 배열되고, 서로에 대해 180°만큼 오프셋된다. 각 수신 코일(25)의 상기 루프 구조는 그 자체로 수신 기하(receiving geometry)를 형성하며, 이는 앞서 언급한 EP 3 865 824 A1에 상세히 기재되어 있다.

상기 커플링 요소(16)는 상기 회전축(8)에 대해 회전 가능하도록 상기 측정 회로(18)의 상부에 축 방향으로 배치되고, 상기 측정 회로(18)의 상기 수신 코일(25)의 일부를 원주 방향으로 덮는다. 상기 수신 코일들(25)의 덮힌 부분은 상기 회전축(8)을 중심으로 상기 커플링 요소(16)를 회전시킴으로써 변경될 수 있다.

가장 간단한 케이스에서, 상기 인쇄회로 기판(22)은 2 개의 조향축(7, 11) 중 하나에 견고하게 연결되고, 따라서 상기 비틀림 요소(10)와 이들 조향축(7, 11) 사이에 위치된다.

이 경우, 상기 평가 회로(24) 내의 발진기 회로는 공급 라인(28)을 통해 주기적인 신호로 상기 여자 코일(23)에 에너지를 전달한다. 필터 커패시터(29)와 같은 부품이 선택적으로 상기 공급 라인(28)에 배치될 수 있다.

EP 3 865 824 A1에 상세히 기술된 바와 같이, 이러한 방식으로 통전된 상기 여자 코일(23)은 상기 가동 커플링 요소(16)의 위치 상에서 각각의 수신 코일(25)에 의존하는 수신 코일(25) 내의 전류를 여기시킨다. 이 점에서, 단일 수신 코일(25)의 신호는 상기 센서 신호(19)를 발생시키기 위한 상기 측정 신호(20)로서 이용될 수 있을 것이다. 그러나, 간섭 필드의 영향을 감소시키기 위해, 상기 측정 신호(20) 및 따라서 센서 신호는 서로에 대해 180°로 오프셋되는 상기 2 개의 수신 코일(25)의 신호들의 비교로부터 도출된다.

상기 인쇄회로 기판(22)을 2 개의 조향축(7, 11) 중 하나에 고정하는 것은 상당한 조립 작업을 수반하기 때문에, 상기 유도 센서(9)는 상기 측정 신호(20)를 직접 결정하지 않는다. 대신, 앞서 설명된 조립체는 상기 인쇄회로 기판(22)의 양면에 배열되며, 도 2에서는 추가적인 조립체의 커플링 요소만이 보인다.

상대 각도 위치를 감지하는 데 필요한 상기 추가 조립체의 요소는 상기 두 조립체를 분별할 수 있도록 아래 설명에서 일관되게 어퍼스트로피화(')된다. 도 2에서 볼 수 있는 추가 결합 요소는, 따라서, 참조 부호(16')가 제공된다.

양 조향축(7, 11)이 인쇄회로 기판(22)에 대해 이동 가능하게 배치된 경우, 추가 가동 커플링 요소(16')의 위치 및 이에 따른 상기 제2 조향축(11)의 위치는 상술한 두 조향축(7, 11)의 서로에 대한 상대적 각도 위치 따라서 그에 의존하는 상기 측정 신호(20)을 결정하기 위해 상기 인쇄회로 기판의 하부에 있는 상기 센서(9)의 설계와 동일한 방식으로 결정되며, 이에 따라 상기 평가 장치(21)가 상기 인쇄회로 기판(22)에 대해 2 개의 조향축(7, 11)의 위치를 포함하게 된다. 이어서, 이들 두 위치의 비교는 상기 센서 신호(19)가 유도될 수 있는 상기 측정 신호(20)를 생성한다.

상기 인쇄회로 기판(22)의 상면의 상기 유도 센서(9)의 부분에는 추가 실시예를 위한 참조 부호(29)가 제공되는 반면, 위에서 설정한 정의에 따르면, 상기 인쇄회로 기판(22)의 하면의 상기 센서(9)의 부분에는 참조 부호(29')가 제공된다.

도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 상기 센서(9)의 또 다른 실시예가 설명된다. 이를 위해 상기 추가 실시예와 관련된 도 3a 내지 도 3c에는 그러한 요소들만이 표시된다. 상기 센서(9)의 다른 모든 요소는 변경되지 않은 채로 남아 있다.

도 3a는 상기 인쇄회로 기판(22)의 상면에 있는 상기 유도 센서(9)의 부분(29)을 나타낸다. 첫 번째 변화는 이제 더 이상 180° 교대된 두 개의 수신 코일(25)이 아니라 서로에 대해 120° 교대된 세 개의 수신 코일(25)이 있다는 것이다. 이에 의해, 상기 커플링 요소(16)의 위치가 보다 정밀하게 검출될 수 있다.

3 개의 추가 수신 코일들은 상기 회전축(8)에 대해 점 대칭으로 배열되고, 서로 120°쉬프트되며, 분별을 위해 참조 부호(30)가 제공된다. 참조 부호(25)를 갖는 수신 코일을 제1 수신 코일(25)이라 칭하고, 참조 부호(30)를 갖는 수신 코일을 제2 수신 코일(30)이라 칭한다. 더불어, 상기 제1 및 제2 수신 코일(25, 30)은 수신 코일 그룹(31)을 형성하며, 검출을 위하여 단일 수신 코일(25, 30)만이 사용될 때로서, 이는 위에서 언급한 가장 간단한 경우의 수신 코일 쌍이다. 상기 수신 코일 그룹(31)이 더 많은 경우, 제1 수신 코일(25)과 제2 수신 코일(30)은 항상 수신 코일 쌍을 형성한다.

상기 수신 코일 쌍에 있어서, 각각의 제1 수신 코일(25)과 각각의 제2 수신 코일(30)은 연결선(26)을 통해 서로 전기적으로 접촉한다. 이는 각 수신 코일 쌍의 제1 수신 코일(25)과 제2 수신 코일(30) 각각이 병렬로 연결되는 것을 의미한다. 이러한 전기적 연결선(26)은 도 3a에서 각 수신 코일 쌍에 대한 직접 연결로 그려져 있다. 다만, 이는 도시된 위치에 상기 조향축(7, 11) 및 상기 비틀림 요소(10)가 위치하기 때문에 개략적으로만 이해될 수 있다.

상기 연결 라인들(31)은 한 쌍의 수신 코일들 사이에 존재하는 중간 공간(32)을 통과한다. 그러나, 이 중간 공간(32)은 또한 다른 목적을 위해 사용될 수 있으며, 이는 도 1에 도시되어 있다. 도 3a는 점선으로 도시된 추가 수신 코일 그룹(31')에 의해 도시된다. 이러한 추가 수신 코일 그룹(31)은 상기 인쇄회로 기판(22)의 하면에서 상기 조립체(29')를 실행하기 위한 것으로서 사용될 수 있으며, 이는 나중에 더 상세히 논의될 것이다.

상기 수신 코일 그룹(31)에서, 개별 상기 수신 코일(25, 30)은 서로 전기적으로 분리되어 있어야 한다. 이러한 이유로, 상기 수신 코일(25, 30)은 상기 인쇄회로 기판(22)의 여러 레벨에서 안내되고, 따라서 비아(33; via)를 갖는 개별 레벨들 사이에서 앞뒤로 안내되어야 한다. 이들 비아들(33)은 도 3a에 작은 점들의 형태로로 보여지고 있고, 명확성을 위해, 모두에 대하여 지시부호가 제공되지는 않는다. 원칙적으로, 상기 비아들(33)은 예를 들어 EP 3 865 824 A1에 기재된 바와 같이 원하는 대로 선택될 수 있다. 그러나, 본 실시예에서, 상기 비아들은 상기 수신 코일(25, 30)의 정현파 및 코사인파 루프 구조의 극점에 위치한다. 이러한 방식으로, 상기 수신 코일들(25, 30)은 원형 케이블의 경우에서와 같이 평면에서 비틀어질 수 있고, 이는 필요한 비아들(33)을 최소한으로 감소시킨다.

도 3a에서는, 앞서 언급한 추가 수신 코일 그룹(31')은 상기 회전축(8)의 원주 방향으로 상기 수신 코일(25, 30)의 양측에 존재하는 앞서 언급한 중간 공간(32)에 배치된다. 그러나, 이러한 추가 수신 코일 그룹(31')은 수신 코일 그룹(31)과 반대 측의 상기 인쇄회로 기판(22) 상에 배치된다.

상기 추가 수신 코일 그룹(31')은 앞서 설명한 수신 코일 그룹(31)과 동일한 특징을 가지며, 즉, 서로에 대해 120° 쉬프트된 3개의 제1 수신 코일(25')과 서로에 대해 120°쉬프트된 3개의 제2 수신 코일(30')을 가지며, 이들은 각각 회전축(8)에 대해 점 대칭적으로 배열된다. 또한, 추가 수신 코일 그룹(31')의 수신코일(25', 30')은 서로 전기적으로 연결된 수신코일 쌍으로 분할된다. 그러나 그들의 전기 연결은 명확성을 위해 도 3a에 도시되지는 않는다.

2개의 수신 코일 그룹들(31, 31') 사이의 유일한 차이점은 각각의 수신 코일들(25, 30, 25', 30')의 루프 구조의 주기성이다. 상기 수신 코일들(25, 30, 25', 30')은 발진 회로에 의해 구동되기 때문에, 결과적인 수신 코일 그룹들(31, 31') 사이의 의도하지 않은 크로스토크(crosstalk)는 상이한 공진 주파수들을 통해 회피할 수 있다.

상기 결과적인 수신 코일 그룹들(31, 31') 사이의 의도하지 않은 크로스토크를 더 피하기 위해, 차폐 요소들(34)은 상술한 중간 공간들(32)에 배치될 수 있으며, 이는 원칙적으로 상기 인쇄회로 기판(22)의 양면에 형성된다. 이것은 도 3a에서 지시된 주시 방향의 단면도를 보이는 도 3b와 도 3c에 설명되어 있다.

상기 중간 공간들(32)의 대안적인 용도가 도 4a 및 도 4b에 도시되어 있다.

도 4에서, 상기 중간 공간들(32)은 위에서 언급한 또 다른 수신 코일 그룹(31')에 의해 점유되고, 이는 실선으로 된 수신 코일들(25', 30')의 도면에 의해 표시된다. 이러한 방식으로, 여분(redundancy)이 상기 유도 센서(9)에 도입되고, 이를 통해 상기 측정 신호(20)가 그럴듯하게 만들어질 수 있다.

대안적으로 또는 추가적으로, 전기 회로(35)는 또한 상기 중간 공간들(34)에 수용될 수 있으며, 따라서 더 이상 다른 곳에서 조립 공간을 차지할 필요가 없다.

마지막으로, 상기 수신 코일 그룹(31)의 구조는 도 5에서 사시도로 다시 한번 도시되어 있다.

상기와 같이 설명된 위치 감지를 위한 유도 센서는 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용되지 않는다. 상기 실시예들은 대체될 수 있는 균등물로의 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims

주기적인 AC 전압 신호를 발생시키고 여자 코일(23)에 결합하는 발진 회로;
각각은 주기적으로 반복하는 루프 구조를 형성하는 제1 수신 코일(25)과 제2 수신 코일(30)을 포함하고 이들의 배열은 전체적으로 수신 기하(receiving geometry)를 형성하며, 상기 여자 코일(23)은 결합된 상기 AC 전압 신호에 기초하여 각 수신 코일(25, 30)에서 신호를 유도하도록 배열되는, 한 쌍의 수신 코일(31);
상기 수신 코일들(25, 30)에서 유도되는 신호에 기초하여 검출하고자 하는 위치에 따라 센서 신호(19)를 출력하는 평가 회로(21); 및
검출하고자 하는 위치의 함수로서 상기 여자 코일(23)과 상기 수신 코일들(25, 30) 사이의 유도 결합의 강도에 영향을 미치는 가동 커플링 요소(16)를 포함하고,
상기 한 쌍의 수신 코일(31)의 상기 수신 코일들(25, 30)은 그들 사이의 중간 공간(32)을 갖는 기하학적 위치에 위치하고, 서로에 전기적으로 연결(26)된,
위치를 검출하기 위한 유도 센서(9).
제1항에 있어서,
상기 수신 코일들(25, 30)의 루프 구조는 대칭 중심(8)에 대하여 서로 대칭적으로 배열된, 위치를 검출하기 위한 유도 센서(9).
제2항에 있어서,
상기 검출하고자 하는 위치는 회전축(8)에 대한 각도 위치이고, 상기 대칭 중심은 상기 회전축(8)으로서 상기 회전축(8)에 대하여 상기 루프 구조가 점대칭을 이루도록 배열된, 위치를 검출하기 위한 유도 센서(9).
제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
제1 수신 코일(25')과 제2 수신 코일(25')을 포함하고 상기 제1 수신 코일(25')과 제2 수신 코일(30')은 주기적으로 반복하는 루프 구조를 형성하며 이들의 배치는 전체적으로 수신 기하(receiving geometry)를 이루는, 한 쌍의 추가 수신 코일(31')을 포함하고, 상기 여자 코일(23) 또는 추가 여자 코일은 결합된 상기 AC 전압 신호에 기초하여 상기 한 쌍의 추가 코일(31')의 각 수신 코일(25', 30')의 신호를 유도하도록 배치된, 위치를 검출하기 위한 유도 센서(9).
제4항에 있어서,
상기 가동 커플링 요소(16)는 상기 여자 코일(23) 또는 상기 추가 여자 코일과 상기 한 쌍의 추가 수신 코일(31')의 상기 수신 코일들(25', 30') 사이의 검출될 위치의 함수로서 상기 유도 결합의 강도에 영향을 미치고, 상기 평가 회로는 상기 한 쌍의 수신 코일(31)의 상기 수신 코일들(25, 30)로 유도되는 신호들과 상기 한 쌍의 추가 코일(31')의 상기 수신 코일들(25', 30')로 유도되는 신호들의 비교에 기초하여 상기 위치에 따라 상기 센서 신호(19)를 출력하도록 배치되는, 위치를 검출하기 위한 유도 센서(9).
제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 여자 코일(23) 또는 상기 추가 여자 코일과 상기 한 쌍의 추가 코일(31')의 상기 수신 코일들(25', 30') 사이의 상기 유도 결합의 강도에 검출될 상기 위치의 함수에 따라 영향을 미치는 추가 가동 커플링 요소(16')을 더 포함하고, 상기 평가 회로(21)는 상기 한 쌍의 수신 코일(31)의 상기 수신 코일들(25, 30)로 유도되는 상기 신호와 상기 한 쌍의 수신 코일(31')의 상기 수신 코일들(25', 30')로 유도되는 상기 신호에 기초하는 상기 위치에 의존하는 상기 센서 신호(19)를 출력할 수 있게 세팅된, 위치를 검출하기 위한 유도 센서(9).
제4항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 한 쌍의 추가 수신 코일(31')의 상기 제1 수신 코일(25')은 검출될 상기 위치 변화의 방향에서 볼 때 상기 한 쌍의 수신 코일(32)의 상기 수신 코일들(25, 30) 사이의 상기 중간 공간(31)에 배치된, 위치를 검출하기 위한 유도 센서(9).
제4항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 한 쌍의 수신 코일(31, 31')은 인쇄회로 기판(22)의 서로 다른 면에 배치된, 위치를 검출하기 위한 유도 센서(9).
제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 중간 공간(32)에 배치된 전기적 요소(34, 35)를 포함하는, 위치를 검출하기 위한 유도 센서(9).
제9항에 있어서,
상기 전기적 요소(34, 35)는 전자기 차폐 소자(35)인, 위치를 검출하기 위한 유도 센서(9).