KR100507708B1

KR100507708B1 - 자기 위치 센서

Info

Publication number: KR100507708B1
Application number: KR10-1999-7000925A
Authority: KR
Inventors: 페터 비제
Original assignee: 만네스만 파우데오 아게
Priority date: 1996-08-23
Filing date: 1997-08-09
Publication date: 2005-08-10
Anticipated expiration: 2017-08-09
Also published as: ES2186924T3; JP3853371B2; WO1998008061A1; US6275025B1; DE59708731D1; BR9711362B1; EP0920605A1; BR9711362A; JP2000516720A; KR20000068046A; EP0920605B1

Abstract

본 발명은 자기 위치 센서에 관한 것으로, 상기 센서에 있어 자계안에 적어도 두 개의 고정자 부재가 배치되고, 고정자 부재들 사이의 공기 갭안에 자계 센서가 존재하고, 물체의 운동을 따라가는 수단이 고정자 부재가 고정되는 평면에 대해 평행하게 배치되어 있다. 축방향 플레이와 관계없는 위치 센서에 있어서, 가동 물체와 연결된 수단이 2부분으로 구성되어 있고, 각각의 연자성 부분(4a, 4b)은 적어도 하나의 세그먼트를 보유하며 연자성 부재들은 서로에 대해 변위되는 방식으로 단단히 서로 연결되어, 제 1 부재(4a)의 세그먼트가 제 2 부재(4b)의 세그먼트 갭에 대해 대향 위치해 있고, 고정자 부재(2a, 2b)가 연자성 부재(4a, 4b)들 사이에 배치되고 고정자 부재(2a, 2b)가 고정되는 평면에 대해 수직으로 자계를 만들어내는 자석(3)은 고정자 부재(2a, 2b)들 사이에 뿐만 아니라 연자성 부재(4a, 4b)들 사이에도 배치되어 있다.

Description

자기 위치 센서 {MAGNETIC POSITION SENSOR}

본 발명은 자기 위치 센서에 관한 것으로, 상기 자기 위치 센서에는 자계에 적어도 두 개의 고정자 부재들이 배치되어 있고, 고정자 부재들 사이의 공기 갭(air gap)안에 자계 센서가 존재하고, 물체의 운동을 따라가는 수단이 고정자 부재가 고정되는 평면에 대해 평행하게 배치되어 있다.

WO 92/10722호에는 각도 비례 신호를 출력할 수 있는 홀 효과 각도 센서(hall effect angle sensor)가 공개되어 있다. 각도의 검출은 두 개의 반원통형 또는 셀형 고정자 하프(shell-shaped stator half)들 사이에 형성되어 있는 공기 갭안에 존재하는 홀 센서를 통해 실시된다.

회전자는 교대 방향으로 자화된 두 개의 디스크형 자석으로 구성되는데, 상기 자석은 복귀 경로 디스크 상에 장착된다. 회전자는 축방향으로 두 개의 고정자 하프들 앞에 위치한다. 이 경우, 자석의 자화 방향은 회전 축선에 대해 수직이다.

디스크형 자석의 N극으로부터 나오는 자속(magnetic flux)은 자속이 S극으로 들어가기 전에 자석 하프에 대한 고정자 하프의 각도 위치에 따라 분배된다.

자석의 N/S 축선이 공기 갭에 대해 평행한 경우, 그때 자속의 거의 절반이 두 개의 고정자 하프 각각을 통하여 흐르게 된다. 실제로 이런 경우에는 자속이 공기 갭을 통과하지 않는다. 측정 유도(measuring induction)는 0이 된다.

자석의 N/S 축선이 공기 갭에 대해 수직인 경우, 실제로 우선적으로 전체 자속이 하나의 고정자 하프안으로 들어가고 공기 갭을 가로질러서 제 1 고정자 하프안으로 들어가서 그곳에서부터 자석의 S극으로 들어간다. 따라서 홀 센서를 통해 측정유도의 최대치가 기록된다.

측정 공기 갭에 부가하여, 자속이 또한 자석 및 고정자 하프 사이의 공기 갭을 축방향으로 두번 횡단하여야 하는 경로를 자속이 취하기 때문에, 예를 들면 기계적 축방향 흔들림(mechanical axial play) 형태인, 이러한 공기 갭에서의 변동은 측정치에서의 큰 변화를 가져온다.

도 1은 하우징과 고정자의 단면을 도시한 본 발명에 따른 각도 센서의 제 1 실시예이며,

도 2는 회전자의 제 1 실시예이며,

도 3은 회전자-고정자의 배치도이며,

도 4는 발명에 따른 각도 센서의 제 2 실시예이며,

도 5a 및 도 5b는 회전 축선에 대해 수직한 회전자-고정자 배치도이며,

도 6은 회전자-고정자 배치의 제 2 실시예이며,

도 7은 회전 각도에 대한 신호 프로파일을 보여주며,

도 8은 회전자-고정자 배치의 제 3 실시예이며,

도 9는 회전자-고정자 배치의 제 4 실시예이며,

도 10a 및 도 10b는 캐리어 부재 상의 각도 센서의 배치를 보여주며,

도 11은 선형 자기 위치 센서의 기본 구조를 보여주며,

도 12는 선형 자기 위치 센서의 단면도이다.

삭제

따라서, 본 발명의 목적은 측정 방향과 다른 방향으로 가동 수단의 변위에 민감하지 않은 자기 위치 센서를 제공하기 위한 것이다.

본 발명에 따라, 가동 물체에 연결된 수단이 두 개의 부분으로 설계되어 있고, 각각의 연자성 부분(soft-magnetic part)이 하나 이상의 세그먼트(segment)를 가지고 연자성 부재는 서로에 대해 변위되는 방식으로 단단히 서로 연결되고, 그 결과 제 1 부재의 세그먼트는 제 2 부재의 세그먼트 갭에 대향되게 위치하고, 고정자 부재는 연자성 부재들 사이에 배치되어 고정자 부재가 고정되는 평면에 대해 수직한 자계(magnetic field)를 발생시키는 자석과 연자성 부재들 사이에 배치된다.

가동 물체에 연결되는 수단의 이러한 비대칭 구조에 의해 측정 공기 갭(measurement air gap)을 경유하여 보상 자속(magnetic compensating flux)이 발생된다.

상세하게는, 가동 물체에 연결되는 수단은 고정자 부재에 대해 축방향으로 배치되는 회전자이다.

회전자는 두 개의 부분으로 설계되고, 각각의 연자성 회전자 부재는 하나 이상의 원형 세그먼트를 가지고, 회전자 부재는 서로에 대해 회전하는 방식으로 단단히 서로 연결되어, 제 1 회전자 부재의 원형 세그먼트는 제 2 회전자 부재에서의 세그먼트 갭에 대향되게 위치하고, 회전자 부재는 회전자 부재와 고정자 부재 사이 둘다에 배치되어 축방향으로 자계를 발생하는 자석과 고정자 부재 사이에 배치된다.

본 발명의 장점은 강성의 두 개의 부분 회전자 구성이 센서 신호 상의 축방향 플레이의 효과를 방지하는데, 이는 고정자와 회전자 사이에 발생하는 두 개의 공기 갭이 반대 방향으로 동시에 변화되어 결론적으로 공기 갭의 합(sum)이 항상 일정하기 때문이다.

바람직하게는, 회전자 부재와 각각의 고정자 부재 사이의 축방향에 형성되는 두 개의 공기 갭의 합은 자석의 축방향 크기(axial extent)에 비해 작아서, 고정자를 통한 자속이 지지된다.

상세하게는, 고정자 부재는 원형 세그먼트형 설계와 유사하다.

하나 이상의 회전자 부재의 원형 세그먼트의 외측 반경은 원형 세그먼트형 고정자 부재의 외측 반경과 거의 일치한다. 회전자 부재는 두 개의 반경, 고정자 부재의 외측 반경과 거의 일치하는 제 1 반경 및 자석의 반경과 거의 일치하는 제 2 반경을 특징으로 한다.

이러한 경우, 자계 센서는 두 개의 고정자 부재들 사이의 공기 갭에 있는 센서의 회전 스핀들에 대해 반지름 방향으로 배치된다.

개선책으로서, 하나 이상의 회전자 부재의 원형 세그먼크의 외측 반경은 고정자 부재의 외측 반경 보다 작다. 이는 두 개의 고정자 부재들 사이의 공기 갭에 있는 센서의 샤프트의 회전 축선에 대해 축방향으로 자계 센서의 배치를 가능하게 한다. 이러한 배치의 장점은 자석이 이제 최적으로 디자인될 수 있다는데 있으며, 그 이유는 두 개의 회전자 부분 사이의 간격이 자유롭게 변화할 수 있기 때문이다.

제 1 회전자 부재의 원형 세그먼트가 두 개의 회전자 세그먼트들 사이의 세그먼트 갭 보다 작은 각도를 가지는 경우, 전체 센서의 조립이 단순화된다.

회전자 디스크의 비대칭 구성을 통하여 자속이 두 개의 회전자 하프를 경유하여 표적화 방식(targeted manner)으로 안내된다.

자속 안내의 각도적 종속성이 자석의 자화나 외형에 의해 얻어지는 것이 아니라 회전자의 비대칭 구성에 의해 얻어지기 때문에, 자석에 대한 필요조건은 최소 수준이다.

자석은 단지 축선을 향해 있는 자계를 발생하여야 한다. 이러한 자계는 회전가능하게 장착된 영구 자석, 또는 고정자에 대해 위치가 고정되고 이 경우 영구 자석 또는 전자석으로서 설계될 수 있는 자석에 의해 발생될 수 있다.

개선책으로서, 자석은 영구 자화된 링 자석으로서 설계된다.

링자석이 위치 고정 방식으로 두 개의 고정자 하프에 직접 연결되는 경우, 링 자석은 센서에 특별히 간단한 방식으로 장착될 수 있다.

다른 구성에서, 자석은 연속적인 회전자 샤프트에 조립됨으로써 고정될 수 있다.

또 다른 구성에서, 두 개의 회전자 디스크는 비자기 셀(shell)에 의해 단단히 결합될 수 있으며, 각각의 회전자 디스크는 두 개의 분리되는 한 쌍의 회전자 샤프트에 고정 배치된다.

이 경우, 고정자 부재는 회전자 샤프트의 회전 축선 둘레에 동축으로 배치된다.

본 발명의 이러한 특징 및 다른 특징 그리고 장점은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예의 후술되는 상세한 설명을 고려할 때 명백하다.

삭제

본 발명은 수 많은 실시예를 가능하게 한다. 그 중 한가지를 도면에 도시한 형태에 의거하여 상세하게 설명하며, 본 발명은 설명되는 특정한 실시예로 제한하는 것으로 의도되지 않는다.동일한 부분은 동일한 도면부호로 표시된다.기본 원칙은 우선 반원 모양인 두 개의 회전자 세그먼트들을 가지는 회전자 구성을 이용하여 설명하기로 한다. 이 배치는 90°의 회전 각도가 예를 들어 내연기관에 있는 스로틀 밸브(throttle valve)에서 얻어지도록 의도되는 분야에서 바람직하다.도 1에는 각도 센서가 도시되어 있고, 각도 센서안에는 두 개의 분리되는 연철링이 고정자로서 배치되어 있고, 이 고정자는 비자기 황동 하우징(1)내에 재료 조인트(material joint)에 의해 연결되는 고정자 부분(2a, 2b)을 가진다. 함께 고려될 때 중공 실린더형 고정자를 구성하는, 바람직하게는 셀형 고정자 부분(2a, 2b)이 영구 자석(3) 둘레에 동축으로 배치되어 있다. 이러한 경우, 자석(3)은 축방향으로 자화된다.

자석(3)은 연자성 재료로 만들어진 두 개의 회전자 디스크들(4a, 4b) 사이에 위치하고, 상기 회전자들은 서로에 대해 180°회전된다.

이러한 경우 각각의 회전자 하프들(4a, 4b)은 디스크의 180°에 걸친 제 1 외측 반경 및 디스크의 나머지 180°에 걸친 제 2 외측 반경을 특징으로 한다. 더 큰 외부 반경(R1)은 고정자(2)의 외부 반경과 거의 일치하고 더 작은 외부 반경(R2)은 자석의 직경에 맞춰져 있다(도2). 이러한 경우, R1 > R2 이어서, 각각의 회전자 세그먼트는 본질적으로 반원형태로 보인다.

회전자 하프들(4a, 4b)은 연속 회전자 샤프트(5)를 수용하는, 중심 구멍(9)을 각각 가진다. 이러한 경우, 회전자 하프들(4a, 4b)은 연속 회전자 샤프트(5) 위에 견고하게 고정되어 있다. 회전자 샤프트(5)는 비자기 재료로 구성된다.

이와 달리 회전자 하프들(4a, 4b)은 회전자 샤프트(5)의 부분으로 제작될 수 있다.

이러한 경우, 회전자 샤프트(5)는 회전자 세그먼트(4a, 4b)와 동일한 자성 재료로 구성된다. 이러한 경우 모니터링되는 샤프트의 기계적인 커플링(coupling)은 비자기적으로 실시된다.

유용한 방식으로, 또한 자석(3)은 링 자석으로서 중공형 원통 형상이며 회전자 샤프트(5) 위에 고정되어 있다.

또한 중공 원통형 하우징(1)은 커버링(6 및 7)에 의해 양 단부가 폐쇄되며, 상기 커버링에는 회전자 샤프트가 장착되어 있다.

자계 센서(12), 예를 들면 홀 센서 또는 다른 자계 센서(유도 시스템)는 하우징(1)의 개구(10)를 통하여, 개구 후방에 위치하는, 두 개의 고정자 하프들(2a, 2b) 사이에 있는 공기 갭(11)으로 들어간다.

이는 도 3에 다시 한번 원칙적으로 도시되어 있다. 홀 효과 센서(12)가 보일 수 있도록, 제 2 고정자 하프(2a)가 도시되어 있지 않다. 제 2 고정자 하프는 홀 효과 센서(12)의 앞에 위치하게 된다.

도 4에 따라, 자석(3)은 원통형 또는 네모형으로 설계되고 비자기 셀(8)내에 수용된다. 자석(3)은 셀(8)에 접착될 수 있다.

이러한 경우, 회전자 샤프트(5)는 2개의 부분으로 설계된다. 회전자 디스크들(4a, 4b)은 회전자 샤프트들(5a, 5b)의 각각의 부분에 고정된다. 셀(8)은 회전자 디스크들(4a, 4b)의 밀링 처리된 부분(milled out portion; 13a, 13b)에 맞물려 회전자 샤프트들(5a, 5b)의 두 개의 부분이 서로 견고하게 연결된다.

셀(8)은 고정 핀(14)에 의해 부가적으로 고정되어 있다.

자석(3)과 홀 센서(12) 사이의 높이를 균등하게 맞추기 위해, 상승된 연자성 영역(17)이 회전자 디스크(4a, 4b)상에 위치한다(도 2).

고정자들(2a, 2b)이 두 개의 회전자 하프들 사이에 위치한다. 두 개의 고정자 하프들(2a, 2b)은 우수한 투과율을 갖는다. 회전자와 고정자 사이에서 축방향으로 형성되는 두 개의 공기 갭(15, 16)의 합은 자석(3)의 길이에 비해 작다. 이에 의해 자속의 더 많은 부분이 두 개의 고정자 하프를 통하여 흐르는 효과가 있다.

특별한 실시예에서, 사마륨 코발트가 자성 재료로서 이용된다. 3 mm의 자석(3)의 축방향 크기가 주어진 경우, 회전자 디스크들(4a, 4b)과 고정자 하프들(2a, 2b) 사이의 공기 갭(15, 16)은 거의 0.5 mm이다.

각도 센서의 작동 방법이 도 5를 참조하여 상세하게 설명된다. 이해를 돕기 위해 센서(4) 위에 4분원이 배치되었다.

원칙적으로, 자석의 N극으로부터의 자속은 제 1 고정자 반부로 들어간다. 더 작은 부분은 누설 자속으로서 공기 공간을 통해 자석의 S극쪽으로 이어지며 공기 공간에서 누설 자속은 제 2 회전자 하프로 들어가고나서 S극으로 들어간다.

회전자는 초기에 도 5a에 도시된 바와 같이 지향되어 있다. 섹션 라인[반원형 디스크(4a,4b)의 "현"]은 측정 공기 갭(11)에 대해 수직하다. 이 위치에서, 각각의 경우 제 1 사분원에서의 유용한 자속의 절반이 상부 회전자 하부-디스크(4a)로부터 나오고 우측 고정자 하프(2a)를 경유하여 제 4 사분원으로 흘러 하부 회전자 하프-디스크(4b)로 들어간다. 자속의 다른 절반은 제 2 사분원의 상부 회전자 하프-디스크(4a)로부터 나와서 좌측 고정자 하프(2b)를 경유하여 제 3 사분원으로 흘러 하부 회전자 하프-디스크(4b)로 들어간다.

측정 공기 갭(11)내에서 유도는 0이 된다. 자속이 공기 갭(11)을 가로지르지 않기 때문에 전체 원의 최소 자기 저항이 생겨나고, 따라서 최대 자속이 발생된다. 따라서 회전자들(4a, 4b)은 외력의 작용없이 이 위치로 추정되는 것이 바람직하다.

회전자가 180°를 회전하게 되면 동일한 상황이 발생된다.

다음 단계에서는 도 5b에 도시된 바와 같이, 수학적으로 양의 방향으로 90°더 회전시킨다. 결과적으로, N극에 연결된 회전자 하프-디스크(4a)는 좌측 고정자 하프(2b) 위에 위치한다. S극에 연결된 회전자 하프 디스크(4b)는 우측 고정자 하프(2a) 위에 위치한다.

실제로, 제 2 사분원 및 제 3 사분원 위에 균일하게 분포된 전체 자속은 좌측 회전자 하프-디스크(4a)(N극)로부터 우측 고정자 하프(2b) 상으로 넘어가고 나서 제 1 사분원 및 제 4 사분원의 영역에 있는 우측 회전자 하프-디스크(4b)(S극)로 들어간다.

측정 공기 갭(11)내에서의 유도는 최대치를 가진다. 자속이 공기 갭을 가로지르기 때문에, 전체 회로의 최대 자기 저항이 발생하고 따라서 최소 자속이 발생된다. 비안정적인 0의 힘 위치가 발생된다. 최대 복원 모멘트는 이 위치의 좌측 및 우측에서 발생한다.

회전자가 180°를 더 회전할 때 동일한 상태가 발생된다. 이러한 경우, 측정 공기 갭(11)을 통과하는 자속의 사인(sign)이 역전된다.

출력 신호는 360°로 주기적이고 따라서 180°까지의 범위 안에서는 명백하다. 나아가 120°의 범위 안에서의 출력신호는 거의 선형이다. 중복 신호 (redundant signal)가 필요한 사용에 있어서는 두번째 센서가 고정자 부재(2a, 2b) 들 사이의 공기 갭(11) 안에 배치될 수 있다.

높은 투과성 때문에 고정자의 외부 표면이 등전위 표면을 형성하기 때문에, 공기 갭(11)의 선형 범위 안에서의 유도는 모든 지점에서 동일한 크기를 가진다. 이를 통해 두 개의 채널들 사이에 매우 우수하게 일치하여, 예를 들면, 두 개의 채널 중 하나의 오작동이 조기에 탐지될 수 있다.

기술한 각도 센서에 있어서는, 회전자 하프-디스크(4a, 4b)와 고정자 하프들(2a, 2b) 사이의 양 측부상에 축방향으로 존재하는 공기 갭의 합이 항상 일정하게 남아 있게 된다.

이를 통해 측정 신호에 대한 축방향 흐들림의 영향이 확실하게 억제된다.

예를 들어 자동차의 가속 페달에 필요한 것과 같이 회전 각도가 예를 들어 30°혹은 더 작게 탐지되는 경우, 작은 측정범위를 위해 신호 진폭(signal swing)을 증가시키는 것이 필요하다.

이를 위해 도 6에 도시한 바와 같은 회전자 배치가 선택된다. 회전자 부재(4a, 4b)는 자체 폭 만큼 서로에 대해 오프셋되는 정수(whole number)의 세그먼트를 포함하도록 지금 설계되며 상기 세그먼트들은 회전 중심 방향으로 자기적으로 결합된다.

이러한 회전자 부재(4a, 4b)는 견고하게 서로 결합되어 있다.

가장 단순한 경우, 각각의 회전자 부재는 두 개의 세그먼트를 가지며, 상기 세그먼트들은 180°만큼 변위되어 있다. 제 1 회전자 부재(4a)는 180°만큼 변위되어 있는 세그먼트들(4a1, 4a2)을 가지고 제 2 회전자 부재(4b)는 또한 두 개의 세그먼트들(4b1, 4b2)을 가지고 있다. 두 개의 회전자 부재(4a, 4b)는 회전자 부재(4b)의 세그먼트 갭이 회전자 부재(4a)의 세그먼트(4a1)와 마주하도록 하는 방식으로 서로에 대해 오프셋된다. 제2 회전자 부재(4b)의 세그먼트들(4b1, 4b2)의 경우에도 마찬가지여서, 상기 세그먼트에 항상 제 1 회전자 부재(4a)의 세그먼트 갭이 마주하게 위치된다. 회전자 부재들(4a 및 4b)의 두 개의 세그먼트들(4a1, 4a2 및 4b1, 4b2)의 사이의 거리는 각각의 경우 여기서 세그먼트 갭으로서 각각 지칭된다.

이와 달리, 회전자 부재(4a, 4b)가 N개의 세그먼트를 가지는 것도 생각할 수 있다. 이 경우, 회전자 부재가 180°/N 만큼 오프셋되도록 배치된다. 이미 언급한바와 같이, 각각의 플레이드의 폭은 180°/N에 대응된다. 이를 통해 반원 형태의 변형에 비교하면 신호의 주기가 1/N 만큼 감소된다.

도 7에는 회전 각도의 함수로서 신호 프로파일이 도시되어 있다. 곡선(A)은 도 6에 따라 도시되는 종류의 회전자 배치에 대한 측정 공기 갭에서의 자속 프로파일이 도시되어 있다. 180°의 주기가 두 개의 세그먼트로 이루어진다.

반원 형태의 회전자 배치에 대한 신호 프로파일은 라인(B)에 의해 표시되어 있다. 360°의 주기가 단일 세그먼트 배치로 이루어진다.

자속이 경유하여 결합되는 회전자 배치(4a, 4b)와 고정자 배치(2a, 2b)의 유효 표면은 1:2 N에 비례한다. 공기 갭의 수는 2N이다.

도 6에 도시한 시스템은 두 개의 90°세그먼트들(2a, 2b)로 구성되는 고정자 배치를 가지며, 상기 세그먼트들은 서로에 대해 나란히 배치되어 함께 180°의 범위를 형성한다. 고정자들(2a, 2b)은 회전자 부재들(4a, 4b) 사이에 배치되고 서로에 대해 공기 갭을 형성하는데, 상기 공기 갭 안에는 홀 센서(12)가 샤프트(5)에 대해 반지름 방향으로 배치되어 있다.

중복 시스템이 도 8에 도시되어 있다. 각각의 경우 90°세그먼트로 구성된 두 개의 고정자 부재들(2a1, 2b1 및 2b2, 2a2)은 측정 공기 갭(11)을 형성하는데, 각각의 측정 공기 갭안에 자기 센서(12)가 배치되어 있다. 이러한 경우, 고정자 세그먼트들(2a1, 2a2, 2b1, 2b2)이 회전자 세그먼트들(4a1, 4a2, 4b1, 4b2) 보다 더 큰 외부 반경을 가지고 있다. 이 경우, 자기 센서(12)는 90 °회전할 수 있도록 배치되는데, 즉 측정 공기 갭(11)내에서, 센서의 회전방향에 대해 축방향으로 배치될 수 있다. 두 개의 자계 센서는 이러한 실시구성 때문에 한 개 및 동일한 인쇄 회로 기판 위에 배치될 수 있다.

자석(3)은 이제 최적으로 디자인될 수 있는데, 그 이유는 두 개의 회전자 부재들(4a, 4b)의 축방향 간격이 자유롭게 선택가능하기 때문이다.

이제까지 고찰한 배치에 있어서는 신호의 주기가 측정범위에 맞추어진다.

이를 위해 N에 의한 회전자 및 고정자의 정수 분할이 실시되었다. 정수의 분할로부터 시작한 경우, 360°의 완전한 회전 내에서 두배의 구배(gradient)나 구배 0을 가지는 범위가 생겨난다.

그러나, 제한된 각도범위를 가지는 적용분야에 있어서는 회전자 및 고정자의 비정수 분할을 생각할 수도 있다.

도9에서는 57°에서 분할이 실시되고 중복 신호가 생성되는 예가 도시되어 있다.

이를 위해 4개의 고정자 부재들(2a1, 2b1, 2a2, 2b2)이 제공되고, 이 고정자 부재들 중에서 각각의 경우 두 개의 고정자 세그먼트들(2a1, 2b1; 및 2a2, 2b2)이 서로에 대해 거의 평행으로 인접하고 있다. 상기 두 쌍의 고정자들(2a1, 2b1; 2a2, 2b2) 사이에는 예를 들어 66°의 개방된 범위가 생겨난다.

회전자 부재(4a)는 단일 고정자 폭(57°)의 두 개의 세그먼트들(4a1, 4a2)을 가진다. 회전자 부재(4b)는 보완적인 구조를 가지는데, 즉 갭이 회전자 부재(4a)의 원형 세그먼트들(4a1, 4a2)의 폭과 일치하는 크기를 가진다.

회전자 스택들(4a, 4b)이 도시된 위치에 대해 ±90°에 상응하는 적절한 위치로 보내지는 경우 상기 스택은 전체로서 축방향으로 결합 및 해체될 수 있다.

이는 조립을 상당히 간단하게 하는데, 이는 지금 고정자와 일렉트로닉스를 가지는 고정자측(인쇄 회로 기판 (17)) 및 동일하게 회전자측[회전자부재(4a, 4b), 자석(3) 그리고 샤프트(5)]이 사전 조립된 유닛으로서 취급될 수 있기 때문이다.

예를 들면, 회전자측은 예를 들어 샤프트(5) 상으로 가압되는, 플라스틱으로 구성된 비자기 본체위에 사전 조립될 수 있다. 플라스틱 본체를 통해 샤프트(5)의 자기적 결합이 해체될 수 있으며, 그런 경우에는 상기 샤프트는 연자성 재료로 구성할 수 있다. 또한, 샤프트는 더 이상 스텝(step)을 댈 필요가 없고 이것은 물론 단순화를 의미한다.

도 10에는 인쇄 회로 기판 상의 센서의 배치가 도시되어 있다. 단순화한 도시를 위해, 여기에서는 도 1에서의 실시예에 따른 반원형 구성을 가지는 회전자 부재들이 선택된다. 도 10a는 인쇄 회로 기판(17)의 평면도이고 도 10b는 그에 해당하는 단면도이다.

회전자 부재들(4a, 4b)은 두 배로 스텝을 댄 비자기 샤프트(5)위로 가압된다. 고정자 부재들(2a, 2b)은 구멍(20)을 통해 중공형 리벳(18)과 디스크(19)를 이용해 인쇄 회로 기판(17)위에 고정되고, 상기 인쇄 회로 기판 위에는 고정자 세그먼트들(2a, 2b) 사이의 측정 공기 갭에 배치되는 자계 센서(12) 및 가능하게는, 부가하여, 신호 조절을 위한 다른 부품이 배치되어 있다(단면 B-B 참조).

평면도에서 볼 수 있는 바와 같이, 고정자 부재들(2a, 2b)의 구멍(20)은 외부 회전자 반경(R1) 외부에 위치한다. 센서 특성 곡선의 추가적인 선형화는 반경의 각도 종속 형태를 통해 이루어질 수 있다.

도 10에서 명백한 바와 같이, 이러한 경우, 자석(3)이 샤프트(5) 둘레의 링자석으로서 설계되어 있고, 상기 자석은 축방향으로 자화되고 두 개의 회전자 디스크들(4a, 4b) 사이의 샤프트(5) 위에 직접 배치된다.

도 11에서는 발명에 따른 위치 센서가 선형 센서로서 도시되어 있다.

이러한 선형 센서는 두 개의 가동적인 연자성 슬라이딩 부재(20a, 20b)를 가진다. 슬라이딩 부재(20a)는 직사각형 세그먼트(23)를 가지며, 직사각형 세그먼트의 자기 유효 면적(F)은 제 2 슬라이딩 부재(20b)의 직사각형 세그먼트 갭(24)에 정확하게 맞추어져 있도록 계측되어 있다.

제 1 슬라이딩 부재(20a) 위에는 자석 리셉터클(22)이 조립되어 있다. 이러한 자석 리셉터클(22)은 제 1 슬라이딩 부재(20a)와 자석 리셉터클(22)의 조립시 자석(3)이 제 1 부재(20a)의 유효 면적(F) 외부에 배치되게 장방형의 자석(3)을 받치고 있다.

도 12에 도시된 바와 같이, 자석 리셉터클(22)은 자석(3)과 두 개의 슬라이딩 부재(20a 및 20b)와 리벳 연결[개구부(25)와 리벳(26)]에 의해 연결되며 동시에 두 개의 슬라이딩 부재(20a, 20b)들 사이의 스페이서(spacer)로서 작용한다.

상세하게 도시되지 않은 인쇄 회로 기판 위에 고정된 고정자 부재(21a, 21b)는 두 개의 고정자 부재들(21a 및 21b) 사이의 공기 갭이 제 1 슬라이딩 부재(20a)의 공기 작용 영역(F)에 의해 부분적으로 덮히는 방식으로 슬라이딩 부재(20a, 20b) 및 자석 리셉터클(22)을 포함하는 사전조립된 유닛으로 가압되며, 고정자 부재들(21a, 21b)은 제 2 슬라이딩 부재(20b) 근처 공간에 배치된다.

첫번째 슬라이딩 부재(20a)의 세그먼트(23)가 센서의 중앙선(M)에 대해 대칭인 경우, 고정자 부재(21a, 21b)들 사이의 측정 공기 갭(28)을 통한 보상 자속은 발생하지 않는다. 슬라이딩 부재(20a, 20b)가 이러한 위치로부터 y 방향으로 변위되는 경우, 고정자 부재들(21a, 21b) 사이의 공기 갭(28)을 통해 보상 자속이 생겨서 자계 센서(12)에 의해 기록되며, 자게 센서는 두 개의 고정자 부재(21a, 21b) 사이의 공기 갭에 배치된다.

센서의 선형 측정범위는 제 1 슬라이딩 부재(20a)의 세그먼트(23)의 작동 길이와 일치한다. 이는 센서가 측정범위 보다 적어도 3배 더 길다는 것을 의미한다.

기술한 선형 센서는 예를 들어 자동차내 가속 페달의 위치 파악을 위해 적용될 수 있다. 이러한 목적으로 센서는 가속 페달 링크(29)를 통해 페달과 결합되어 있다. 복원 스프링으로의 상기 링크는 리벳(26)에 의해 간단히 센서에 배치되어 있는-바람직하게는 제 2 슬라이딩 부재(20b)에 배치되어 있는 장치(30)를 통해 이루어진다.

Claims

자계안에 배치되는 두 개 이상의 고정자 부재, 상기 고정자 부재들 사이의 공기 갭 안에 배치되는 자계 센서, 및 상기 고정자 부재가 고정되는 평면에 대해 평행하게 배치되는 물체의 운동을 따라가는 수단을 포함하는, 자기 위치 센서에 있어서,

가동하는 상기 물체와 연결되는 상기 수단이 두 개의 연자성 부재들(4a, 4b; 20a, 20b)로 구성되어 있으며, 상기 각각의 연자성 부재(4a, 4b; 20a, 20b)는 하나 이상의 세그먼트(4a1, 4a2; 23)를 가지며, 상기 연자성 부재(4a, 4b; 20a, 20b)들은 서로에 대해 변위되는 방식으로 서로 단단히 연결되어, 제 1 부재(4a; 20a)의 세그먼트들(4a1, 4a2; 23)이 제 2 부재들(4b; 20b)에 있는 세그먼트 갭(24)에 대해 대향되게 배치되며, 상기 고정자 부재(2a, 2b; 21a, 21b)가 상기 연자성 부재(4a, 4b; 20a, 20b)들과 자석(3) 사이에 배치되며, 상기 자석은 상기 연자성 부재(4a, 4b; 20a, 20b)들 사이에 배치되어 상기 고정자 부재(2a, 2b; 21a, 21b)가 고정되는 평면에 대해 수직으로 자계를 발생하는 것을 특징으로 하는,

자기 위치 센서.
제 1 항에 있어서,

상기 가동 물체와 결합되어 있는 상기 수단은 회전자이고, 상기 회전자는 상기 고정자 부재들(2a, 2b)에 대해 축방향으로 배치되며, 상기 각각의 연자성 회전자 부재들(4a, 4b)은 하나 이상의 원형 세그먼트를 가지며, 상기 회전자 부재들은 서로에 대해 회전하는 방식으로 서로 단단히 결합되어, 상기 제 1 회전자 부재(4a)의 원형 세그먼트가 상기 제 2 회전자 부재(4b)의 세그먼트 갭에 대향되게 배치되고, 상기 고정자 부재들(2a, 2b)은 상기 회전자 부재(4a, 4b)들과 자석 사이에 배치되고 상기 자석은 상기 회전자 부재들(4a, 4b)과 상기 고정자 부재들(2a, 2b) 사이에 배치되어 축방향으로 자계를 발생하는 것을 특징으로 하는,

자기 위치 센서.
제 2 항에 있어서,

상기 회전자 부재들(4a, 4b)와 각각 하나의 상기 고정자 부재들(2a, 2b) 사이에 두 개의 공기 갭(15, 16)이 축방향으로 형성되며, 상기 두 개의 공기 갭의 합계가 상기 자석(3)의 축방향 크기에 비해 작은 것을 특징으로 하는,

자기 위치 센서.
제 2 항에 있어서,

상기 고정자 부재(2a, 2b)들이 원형 세그먼트와 유사하게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는,

자기 위치 센서.
제 4 항에 있어서,

상기 하나 이상의 회전자 부재들(4a, 4b)의 원형 세그먼트들(4a1, 4a2; 4b1, 4b2)의 외부 반경(R1)이 원형 세그먼트형 고정자 부재들(2a, 2b)의 외부 반경과 거의 일치하는 것을 특징으로 하는,

자기 위치 센서.
제 5 항에 있어서,

상기 회전자 부재들(4a, 4b)이 두 개의 반경(R1, R2)을 포함하며, 상기 제 1 반경(R1)은 고정자 부재들(2a, 2b)의 외부 반경과 거의 일치하고, 상기 제 2 반경(R2)은 상기 자석(3)의 반경과 거의 일치하는 것을 특징으로 하는,

자기 위치 센서.
제 6 항에 있어서,

상기 자계 센서(12)가 상기 두 개의 고정자 부재들(2a, 2b) 사이의 공기 갭(11)내에 상기 센서의 회전 스핀들(5)에 대해 반지름 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는,

자기 위치 센서.
제 4 항에 있어서,

상기 하나 이상의 회전자 부재들(4a, 4b)의 원형 세그먼트들(4a1, 4a2; 4b1, 4b2)의 외부 반경(R1)이 상기 고정자 부재(2a, 2b)의 외부 반경 보다 작은 것을 특징으로 하는,

자기 위치 센서.
제 8 항에 있어서,

상기 자계 센서(12)가 두 개의 고정자 부재들(2a, 2b) 사이의 공기 갭(11)내에 상기 센서의 회전 스핀들(5)에 대해 축방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는,

자기 위치 센서.
제 2 항에 있어서,

상기 제 1 회전자 부재(4a)의 원형 세그먼트들(4a1, 4a2)이 상기 두 개의 고정자 부재들(2a1, 2a2; 2b1, 2b2) 사이에 있는 상기 세그먼트 갭 보다 더 작은 각도를 가지는 것을 특징으로 하는,

자기 위치 센서.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

축방향으로 지향되는 자계를 생성시키는 상기 자석(3)은 위치가 고정되는 전자석인 것을 특징으로 하는,

자기 위치 센서.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

축방향으로 지향되는 자계를 형성시키는 상기 자석(3)은 영구 자석 및 전자석의 조합으로 구성되는 것을 특징으로 하는,

자기 위치 센서.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 자석(3)이 영구 자기 링 자석으로 형성되는 것을 특징으로 하는,

자기 위치 센서.
제 13 항에 있어서,

상기 링 자석(3)이 상기 두 개의 고정자 부재들(2a, 2b)과 직접적으로 연결되는 것을 특징으로 하는,

자기 위치 센서.
제 13 항에 있어서,

상기 링 자석(3)이 상기 회전자 샤프트(5)에 고정되는 것을 특징으로 하는,

자기 위치 센서.
제 2 항 또는 제 6 항에 있어서,

상기 회전자 부재들(4a, 4b)이 비자기 셀(8)에 의해 고정 결합되고, 상기 각각 하나의 회전자 부재(4a, 4b)가 두 개로 분리되는 상기 회전자 샤프트(5)의 한 부분에 단단히 배치되는 것을 특징으로 하는,

자기 위치 센서.
제 4 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 고정자 부재들(2a, 2b)이 상기 회전자 샤프트(5)의 회전 축선 둘레에 동축으로 배치되는 것을 특징으로 하는,

자기 위치 센서.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 자석(3)과 상기 자계 센서(12) 사이의 높이를 균등하게 맞추기 위해 상승된 연자성 영역(17)이 상기 회전자 부재(4a, 4b)상에 배치되는 것을 특징으로 하는,

자기 위치 센서.