KR100778875B1 - 직선성이 높은 자속 밀도를 검출하는 각도 위치 센서 - Google Patents

Abstract

회전축의 각도 위치를 검출하도록 설계되는 각도 위치 센서가 제공된다. 각도 위치 센서는 회전축에 부착되는 자석을 갖는다. 자석은 N극 및 S극을 가지며, N극과 S극의 각각의 중심부 부근으로 연장하는 범위 내에서 실질적으로 균일한 양의 자속을 생성하는 형상으로 된다. 이는 회전축의 회전에 따라 출력되는 센서 변화량의 직선성을 향상시킨다.

자속 밀도, 직선성, 위상 보정, 위치 센서, 스티어링 장치

Description

직선성이 높은 자속 밀도를 검출하는 각도 위치 센서{ANGULAR POSITION SENSOR WORKING TO MEASURE HIGH LINEARITY MAGNETIC FLUX DENSITY}

도1a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 각도 위치 센서를 나타내는 측면도.

도1b는 라인(I-I)을 따라 절취되어 제1 실시예의 각도 위치 검출기를 나타내는 횡단면도.

도2는 도1a 및 도1b의 각도 위치 센서의 자석을 나타내는 사시도.

도3a는 도2의 자석으로부터의 자속 흐름의 방위를 나타내는 평면도.

도3b는 자석이 부착된 회전축의 회전에 따른 자속량의 변화를 가리키는 주기파(periodic wave)를 나타내는 그래프.

도4a는 회전축이 0°의 각도 위치에 있을 때, 자석과 회전축 사이의 위치 관계를 나타내는 횡단면도.

도4b는 회전축이 90°의 각도 위치에 있을 때, 자석과 회전축 사이의 위치 관계를 나타내는 횡단면도.

도4c는 회전축이 180°의 각도 위치에 있을 때, 자석과 회전축 사이의 위치 관계를 나타내는 횡단면도.

도4d는 자석이 부착된 회전축의 회전에 따라 자기 센서의 센서 소자의 출력 전압의 변화를 가리키는 주기파를 나타내는 그래프.

도5는 회전축의 각도 위치를 가리키는 출력 전압을 생성하기 위해 각도 위치 계산 회로에서 실행되는 프로그램의 흐름도.

도6은 도5의 프로그램에 의해 생성되는 출력 전압을 나타내는 그래프.

도7a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 각도 위치 센서를 나타내는 측면도.

도7b는 도7a의 라인(VII-VII)을 따라 절취되어 제2 실시예의 각도 위치 검출기를 나타내는 횡단면도.

도8a는 자석이 부착된 회전축의 길이를 따라 절취되어 본 발명의 제3 실시예에 따른 각도 위치 검출기를 나타내는 단면도.

도8b는 도8a의 라인(VIII-VIII)을 따라 절취된 횡단면도.

도9는 도8a의 각도 위치 검출기 부근의 자속 흐름을 나타내는 횡단면도.

도10은 도8a의 각도 위치 검출기의 변형을 나타내는 횡단면도.

도11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 각도 위치 검출기가 장착된 파워 스티어링 장치를 나타내는 단면도.

도12a는 본 발명의 제5 실시예에 따른 각도 위치 센서의 자석을 나타내는 평면도.

도12b는 도12a에 나타낸 바와 같은 자석의 변형을 나타내는 평면도.

도13a는 본 발명의 제5 실시예에 따른 각도 위치 센서를 나타내는 평면도.

도13b는 도13a에서의 라인(A-A)을 따라 절취된 것을 나타내는 수직 단면도.

도14는 도13a에 나타낸 바와 같이 각도 위치 센서의 변형을 나타내는 평면 도.

도15a는 본 발명의 제6 실시예에 따른 각도 위치 센서를 나타내는 평면도.

도15b는 도15a의 측면도.

도16a는 제6실시예의 각도 위치 센서의 변형을 나타내는 측면도.

도16b는 도16a의 횡단면도.

도17은 본 발명의 제7실시예에 따른 회전축의 회전에 따라 각도 위치 센서에 설치된 자기 센서의 센서 소자의 출력 전압의 변화를 가리키는 이상적인 파형을 나타내는 그래프.

도18은 제7실시예의 각도 위치 계산 회로의 출력 전압의 변화를 가리키는 파형을 나타내는 그래프.

도19는 본 발명의 제7 실시예에 따른 회전축의 회전에 따라 각도 위치 센서에 설치된 자기 센서의 센서 소자의 출력 전압의 실제 변화를 가리키는 파형을 나타내는 그래프.

도20은 센서 소자의 출력 전압의 파형의 직선 세그먼트의 배열이 서로 어긋난 경우에 있어서 각도 위치 계산 회로의 출력 전압을 나타내는 그래프.

도21은 보정 후 각도 위치 계산 회로의 출력 전압을 나타내는 그래프.

도22는 도21에 도시된 바와 같이 출력 전압을 생성하기 위해 각도 위치 계산 회로에 의해 실행되는 프로그램의 흐름도.

도23은 본 발명의 제8 실시예에 따른 각도 위치 계산 회로의 출력전압의 변화를 가리키는 이상적인 파형을 나타내는 그래프.

도24a는 도12b에 나타낸 바와 같이 자석을 이용하는 각도 위치 센서의 일례를 나타내는 평면도.

도24b는 본 발명의 제9 실시예에 따른 각도 위치 센서를 나타내는 평면도.

도25는 도24b에 도시된 바와 같이 각도 위치 센서에 설치된 자석에 의해 생성된 자속의 양을 나타내는 그래프.

도26은 본 발명의 제10 실시예에 따른 각도 위치 센서를 나타내는 평면도.

도27a는 본 발명의 제11 실시예에 따른 각도 위치 센서를 나타내는 수직 단면도.

도27b는 도27a의 각도 위치 센서의 변형을 나타내는 수직 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1: 각도 위치 검출기 2: 회전축 3: 자석

4: 요크 5: 자기 센서 6: 각도 위치 계산 회로

3a: N극 3b: S극 3c: 경계

4a,4b,4c 4d: 요크 세그먼트 41: 간극

5a,5b: 센서 소자

본 발명은 일반적으로 회전 부재의 각도 위치(angular position)를 측정하도록 동작하는 각도 위치 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 직선성이 높은 자속 밀도를 감지하도록 설계된 향상된 구조의 각도 위치 센서에 관한 것이다.

회전축(rotary shaft)의 각도 위치를 측정하도록 동작하는 통상의 각도 위치 센서는 N극과 S극이 그 둘레 방향으로 배열되어 있는 환형 자석, 자석의 주변 부근에 배치되는 자기 요크(magnetic yoke), 및 자기 센서로 이루어진다. 자기 요크에는 공기 간극(air gap)을 형성하는 방사 홈(radial groove)이 형성되어 있다. 자기 센서는 공기 간극 내에 배치되고, 공기 간극 내의 자속 밀도를 측정하도록 동작한다. 예컨대, 1996년 6월 18일, 오우데트(Oudet) 등에 의해 제출된 미국특허 5,528,139호(일본특허 2842482호에 대응함)에는 그러한 종류의 각도 위치 센서가 기재되어 있다.

자석의 N극 및 S극은 180°의 각도 간격으로 배치되어, 자석의 둘레 방향으로 일정 속도로 변화하는 자속 밀도를 생성한다. 이는 자기 센서에 의해 측정된 바와 같은 자속 밀도를 회전축의 회전에 따른 사인파(sine wave)의 형태로 변화시킨다. 따라서, 자기 센서는 높은 직선성의 자속 밀도를 측정하는 것이 불가능하다. 회전축의 절대 각도 위치의 결정은 삼각 함수 상에서 대규모의 연산을 필요로 하거나, 맵을 이용하는 대규모의 연산을 요구하며, 이는 시스템 상의 연산 부하가 바람 직하지 않게 높다는 문제를 제기한다.

따라서, 본 발명의 목적은 종래 기술의 이러한 문제점을 해결하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 직선성이 높은 자속 밀도를 측정하기 위해 설계된 각도 위치 센서를 제공하는데 있다.

본 발명의 제1 양태에 의하면, 차량용 전기 파워 스티어링 장치(power steering device)에 채용될 수도 있는 각도 위치 센서가 제공된다. 각도 위치 센서는, (a) 회전 부재에 연결되고, 둘레부를 가지고 있으며, 그 둘레 방향으로 자화되어 그 주변에 자기장을 생성하는 경자성체, (b) 자기 회로(magnetic circuit)를 형성하기 위해 경자성체에 의해 생성된 자기장 내에 배치되는 연자성체 - 회전축의 회전은 자기장과 경자성체 사이의 상대 위치를 변화시켜 자기회로 내의 자속 밀도를 변화 시킴 - , 및 (c) 연자성체로부터 떨어져 간격을 두고 배치되는 자속 밀도 측정 센서를 포함한다. 자속 밀도 측정 센서는 회전 부재의 각도 위치를 가리키는 자속 밀도의 함수로서의 신호를 생성하기 위해 자기 회로 내의 자속 밀도를 측정한다. 경자성체는 그 둘레 방향으로 소정 각도 범위 내에서 실질적으로 균일한 양의 자속 밀도를 생성하므로, 자기 회로에서 발생되는 자속 밀도를 회전 부재의 각도 위치의 변화에 실질적으로 비례하여 변화시키고, 각도 위치 센서는 회전 부재의 회전에 따라 직선성이 높은 출력 변화를 제공할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 경자성체는 극성이 상이하고, 그 단부 가 결합되어, 경자성체의 둘레부를 형성하는 제1 자극(magnetic pole) 및 제2 자극을 갖는다. 제1 및 제2 자극은 경자성체의 둘레 방향으로 제1 및 제2 자극의 중심부로 정의된 각도 범위 내에서 실질적으로 균일한 양의 자속을 생성한다. 이 구조는 회전 부재의 회전에 따라 생성된 자속의 양의 변화를 제1 및 제2 자극 각각의 중심부 부근의 각도 범위 내에서 실질적으로 삼각파의 형태로 제공한다.

제1 및 제2 자극의 중심부는 경자성체의 둘레부 상에서 연장하는 평면에 수직인 방향으로 정의되는 두께를 가지며, 이는 제1 및 제2 자극의 단부 사이의 경계 부근의 제1 및 제2 자극의 두께 보다 작다. 상세하게는, 제1 및 제2 자극의 중심부는 얇고, 즉 제1 및 제2 자극의 주변 영역은 제1 및 제2 자극의 단부 사이의 경계 부근의 부분의 영역보다 작고, 따라서 중심부로부터 생성되는 자속의 총량은 제1 및 제2 자극이 경자성체의 둘레부 상에서 균일한 두께를 갖는 경우와 비교하여 감소되고, 결과적으로 제1 및 제2 자극의 중심부 부근으로 정의된 각도 범위 내에서의 자속의 양은 균일하게 된다.

제1 및 제2 자극의 중심부는 경자성체의 둘레부 상에서 연장하는 평면에 평행하게 배향된 방향으로 정의된 폭을 가지며, 이는 제1 및 제2 자극의 단부 사이의 경계 부근의 제1 및 제2 자극 부분의 폭보다 작다. 상세하게는, 제1 및 제2 자극의 주변 영역은 제1 및 제2 자극의 단부 사이의 경계 부근의 부분의 주변 영역보다 작고, 따라서 중심부로부터 생성된 자속의 총량은 제1 및 제2 자극이 경자성체의 둘레부 상에서 균일한 폭을 갖는 경우와 비교하여 감소되고, 결과적으로 제1 및 제2 자극의 중심부 부근으로 정의된 각도 범위 내에서의 자속의 양이 균일하게 된다.

경자성체는 제1 및 제2 자극으로부터 생성된 자속을 소정 각도 범위 내에서 실질적으로 균일한 양의 자속으로 변환하기 위해 부-연자성체(sub-soft magnetic member)를 택일적으로 가질 수도 있다. 부-연자성체는 제1 및 제2 자극의 중심부의 외주 상에 배치될 수도 있다.

경자성체가 그 둘레부 상에서 연장하는 평면에 수직인 방향으로 정의된 두께를 가지며, 이 두께가 연자성체의 두께보다 작은 경우의 구조에 있어서, 경자성체 및 연자성체는 경자성체의 둘레 중심 라인 상에서 두께 방향으로 정의된 평면이 연자성체의 둘레 중심 라인 상에서 그 두께 방향으로 정의된 평면과 일치하도록 배치될 수 있다. 이 구조는 경자성체와 연자성체 사이에서 미세한 쉬프트가 경자성체의 두께 방향으로 발생하더라도 연자성체 내측의 경자성체를 경자성체의 두께방향으로 유지해주고, 따라서 자속 밀도 측정 센서에 의해 측정되어질 자속 밀도의 변화를 최소화한다.

각도 위치 센서는 외부 자기 교란으로부터 발생하는 센서 출력의 오차를 최소화하기 위해 연자성체를 감싸는 자기 쉴드를 더 포함할 수도 있다.

연자성체는 둘레부를 가질 수도 있으며, 경자성체의 둘레부 외측에 배치될 수도 있다. 연자성체는 그 내부에 연자성체의 둘레 방향으로 약 90°의 간력으로 제1, 제2, 제3 및 제4 간극을 가질 수도 있다. 연자성체의 외주와 자기 쉴드 사이의 거리는 연자성체의 둘레 방향으로 각각의 제1 내지 제4 간극 각각의 길이보다 크고, 따라서 연자성체로부터 자기쉴드로의 자속 누출이 방지된다.

경자성체의 둘레 방향 상에서 연장하는 평면에 수직인 방향으로 정의되는 제1 및 제2 자극의 폭은 제1 및 제2 자극의 둘레 중심을 향해 감소될 수도 있다. 상세하게는, 제1 및 제2 자극의 둘레 중심 부근의 주변 영역은 제1 및 제2 자극의 단부 사이의 경계 부근의 부분의 주변 영역보다 작고, 따라서 중심부로부터 생성된 자속의 총량은 제1 및 제2 자극이 경자성체의 둘레부 상에서 균일한 폭을 갖는 경우에 비교하여 감소되고, 결과적으로 제1 및 제2 자극의 중심부 부근으로 정의된 각도 범위 내에서의 자속의 양은 균일하게 된다.

각 경자성체 및 연자성체 원형의 내측 둘레부를 가질 수도 있다. 경자성체는, 경자성체의 둘레 방향에 수직한 방향으로의 제1 및 제2 자극의 둘레 중심의 폭이 제1및 제2 자극 사이의 경계의 폭 보다 작은 형상으로 정의되는 실질적으로 원형인 외측 둘레부를 가질 수도 있다.

경자성체의 둘레부 상에서 연장하는 평면에 수직한 방향으로의 경자성체의 폭이 연자성체의 폭 보다 작은 경우의 구조에 있어서, 경자성체의 둘레부 상에서 연장하는 평면에 수직한 방향으로 대향하는 경자성체의 단부는 경자성체의 둘레부에 수직한 방향으로 연자성체의 단부 외측으로 돌출될 수도 있다. 이는 경자성체의 코너로부터 연자성체의 밖으로 자속을 흐르게 하고, 유입 이온 파우더를 끌어 들여, 연자성체의 내주와 경자성체의 외주 반대 부분의 스티킹(sticking)을 방지하고, 따라서 초과된 시간 동안 경자성체로부터 연자성체의 내주로의 안정된 자속 흐름을 보장해 준다.

본 발명의 제2 양태에 의하면, (A) 각도 위치 센서 및 (B) 자속 밀도 측정 센서에 의해 생성된 전기 신호에 기반하여 회전 부재의 각도 위치를 계산하는 각도 위치 계산 회로를 포함하는 각도 위치 결정 장치가 제공되고, 상기 각도 위치 센서는 (a) 회전 부재에 연결되는 경자성체 - 상기 경자성체는 둘레부를 가지며, 그 주변으로 자기장을 생성하도록 그 둘레 방향으로 자화되고, 소정 각도 범위 내에서 그 둘레 방향으로 실질적으로 균일한 자속을 생성하며, 상기 경자성체는 제1 자극 및 제1 자극과 상이한 자극을 갖는 제2 자극을 가지며, 제1 및 제2 자극은 경자성체의 둘레 방향으로 서로 180°떨이전 위치에서 그들의 단부가 결합되어 있음 -, (b) 자기 회로를 형성하기 위해 경자성체에 의해 생성된 자기장 내의 경자성체의 둘레 외측에 배치되는 연자성체 - 회전 부재의 회전은 자기장과 경자성체 사이의 상대 위치를 변화시켜, 자기 회로 내의 자속밀도를 변화시키고, 연자성체는 그 내부에 약 90°간격으로 간극이 형성되어 있음 -, 및 (c) 연자성체의 둘레 방향으로 인접한 두개의 간극 내에 각각 배치된 제1 및 제2 센서 소자를 포함하는 자속 밀도 측정 센서 - 제1 및 제2 센서 소자는 두개의 간극 내의 자속 밀도를 측정하여 자속 밀도를 나타내는 전기 신호를 생성함 - 를 포함한다. 상세하게는, 간극에서 생성된 자속 밀도는 위상이 서로 90°어긋나 있고, 따라서 제1 및 제2 센서 소자의 출력은 위상이 서로 90°어긋나므로, 각도 위치 계산 회로는 전체 각도 범위에서 회전 부재의 각도 위치를 결정할 수 있게 해준다.

각도 위치 계산 회로는 전체 각도 범위 내에서 회전 부재의 각도 위치를 결정하기 위해 전기 신호를 결합하도록 설계된다.

각도 위치 계산 회로는 자속 밀도 측정 센서에 의해 제공되는 전기 신호 상에서 덧셈, 뺄셈, 곱셈 및 나눗셈 연산 중 적어도 하나의 연산을 수행하도록 설계 되고, 그 결과 각도 위치 계산 회로 상의 연산 부하가 감소된다.

회전 부재는 차량의 스티어링 휠(steering wheel)에 연결된 스티어링 축(steering shaft)일 수도 있다.

본 발명의 제3 양태에 의하면, (a) 회전 부재에 연결된 환형의 경자성체 - 경자성체는 제1 자극 및 제1 자극과 극성이 다른 제2 자극을 포함하고, 제1 및 제2 자극은 경자성체의 둘레 방향으로 서로 180°떨어진 위치에서 그들의 단부가 결합되어 있으며, 경자성체는 그 둘레 방향으로 소정 각도 범위 내에서 실질적으로 균일한 양의 자속을 생성하도록 설계됨 - , (b) 경자성체의 둘레 외측에 배치되고, 약 90°의 간격으로 배열된 간극이 자체에 형성되어 있는 연자성체 - 회전 부재의 회전은 경자성체와 연자성체 사이의 상대 위치를 변화시켜, 간극 내의 자속 밀도를 변화시킴 - , (c) 간극 배열의 방향으로 각각 두개의 간극 중 하나의 간극에 배치된 자속 밀도 측정 센서 - 자속 밀도 측정 센서는 두개의 간극 내의 자속 밀도를 측정하여, 서로 위상이 90°떨어져서 쉬프트되고, 각각 직선부를 갖는 실질적으로 삼각파를 나타내는 전기 신호를 생성함 - , 및 (d) 실질적으로 단일한 직선을 형성하도록 삼각파의 직선부를 조합 및 보정하는 각도 위치 계산 회로를 포함한다. 각도 위치 계산 회로는 직선을 사용하여 회전 부재의 각도 위치를 계산한다. 이 구조는 회전 부재의 각도 위치의 변경 함수에 따라 직선성이 높은 자속 밀도 측정 센서의 출력을 제공하게 해준다. 전술한 조합 및 보정은 회전 부재의 각도 위치를 결정함에 있어서 오차를 최소화한다.

자속 밀도 측정 센서에 의해 생성된 전기 신호는 회전 부재의 각도 위치의 함수에 따라 그 레벨이 변경되는 전압 신호이다. 삼각파의 직선부의 보정은 회전 부재 회전의 미리 선택된 각도 범위 중 하나를 초과하는 각각의 직선부로부터 세그먼트를 추출하고, 세그먼트의 기울기의 부호(sign)를 서로 일치시키고, 세그먼트를 평행하게 이동하여 각각의 세그먼트 단부의 전압 레벨을 세그먼트 중 인접한 세그먼트의 단부의 전압 레벨과 일치시키고, 단일의 전압-각도 라인(voltage-to-angle line)을 형성하도록 이동된 세그먼트를 결합하고, 단일 전압-각도 라인에 의해 지시된 최대 전압 레벨과 최소 전압 레벨 사이에서 연장하는 직선형상의 전압-각도 라인을 정의하고, 직선형상의 전압-각도 라인 사이의 중간 전압 레벨 매개체를 결정하고, 중간 전압 레벨을 이상적인 전압 레벨과 일치하는데 요구되는 전압 보정값을 결정하고, 직선형상의 전압-각도 라인을 이상적인 라인으로 일치시키는데 요구되는 기울기 보정값을 결정하는 것에 의해 각도 위치 계산 회로 내에서 획득된다.

각각의 자속 밀도 측정 센서는 주변 온도로부터 발생하는 오차를 보상하도록 전기 신호를 보정하도록 설계될 수도 있다.

각각의 자속 밀도 측정 센서는 온도-보정값 맵(temperature-to-correction value map)을 포함할 수도 있다. 각각의 자속 밀도 측정 센서는 주변 온도에 대응하고, 보정값을 이용하여 전기 신호를 보정하는 보정값을 온도-보정값 맵으로부터 선택할 수 있다.

각도 위치 계산 회로는 전기 신호의 이상적인 최대 전압 레벨과 이상적인 최소 전압 레벨을 저장하고 있을 수도 있으며, 전기 신호의 실제 최대 전압 레벨과 이상적인 최대 전압 레벨 사이의 제1 차이, 및 실제 최소 전압 레벨과 이상적인 최 소 전압 레벨 사이의 제2 차이를 결정하고, 제1 및 제2 차이를 이용하여 실제 최대 및 최소 전압 레벨을 보정한다. 일반적으로, 결질성 자기 부재에 의해 생성된 자속의 양은 주변 온도가 상승함에 따라 점차적으로 감소되고, 결과적으로 자속 밀도 측정 센서에 의해 측정되어질 자속 밀도는 감소된다. 이는 자속 밀도 측정 센서의 전압 레벨 출력을 강하시킬 것이다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 각도 위치 계산 회로는 전술한 방식으로 자속 밀도 측정 센서로부터의 전압 레벨 출력 강하를 보상하도록 설계된다.

동일한 부품에는 동일한 참조번호가 부여되어 있는, 도면, 특히 도1a 및 도1b를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 각도 위치 검출기(1)가 도시되어 있다.

각도 위치 검출기(1)는 필수적으로 회전축(2)의 외주 상에 설치된 각도 위치 센서와 각도 위치 계산 회로(6)로 이루어진다. 각도 위치 계산 회로(6)는 각도 위치 센서의 출력을 이용하여 회전축(2)의 각도 위치를 결정하도록 설계된다.

각도 위치 센서는 경자성 물질(hard magnetic material)로 이루어진 자석(3), 연자성 물질(soft magnetic material)로 이루어진 요크(4), 및 자속 밀도(magnetic flux density)를 측정하는 자기 센서(5)를 포함한다.

자석(3)은 환형(ring-shape)이며, 회전축(2)의 외주에 부착된다. 자석(3)은 두개의 반원형 부품으로 이루어지고, 이들 중 하나는 N극(3a)을 가지며, 다른 하나 는 S극(3b)을 갖는다. N극(3a) 및 S극(3b)은 서로 떨어진 180°의 위치에서 그 단부가 일체적으로 결합된다. 자석(3)은 도2에 나타낸 바와 같이 두께(h)를 가지며, N극(3a)과 S극(3b) 사이의 경계(3c)로부터 N극(3a)과 S극(3b)의 둘레 중심으로 점차 감소된다.

요크(4)는 고리 형상(annular-shape)이며, 서로 약 90°떨어져 위치된 공기 간극(41)을 통해 자석(3)의 주변 부근에서 원형으로 배열되는 4개의 세그먼트(4a~4d)(이하에는 제1, 제2, 제3, 제4 요크 세그먼트로 참조될 수도 있음)로 이루어진다. 요크(4)는 도1a에 나타낸 바와 같이 자석(3)의 두께보다 두꺼운 두께를 갖는다. 요크(4)의 둘레 중심 라인(요크(4)의 두께의 중간을 통해 연장하는 라인)은 그 전체 둘레부 상에서 자석(3)의 둘레 중심 라인과 일치한다. 즉, 자석(3)과 요크(4)는, 자석(3)의 둘레 중심 라인 상에서 그 두께 방향으로 정의된 평면이 요크(4)의 둘레 중심 라인 상에서 그 두께 방향으로 정의된 평면과 일치하도록 배치된다.

자기 센서(5)는 제1 센서 소자(5a)와 제2 센서 소자(5b)로 이루어진다. 제1 센서 소자(5a)는 제1 및 제4 요크 세그먼트(4a,4d) 사이의 간극(41) 내에 배치된다. 제1 및 제2 센서 소자(5a,5b)는 각각 자속 밀도를 나타내도록 간극(41)에서 생성된 자속(magnetic flux)을 측정한다. 제1 및 제2 센서 소자(5a,5b)는 요크(4)로부터 분리되고, 이들 각각은 홀 센서(Hall sensor), 홀 IC, 또는 간극(41) 내의 자속 밀도의 함수로서 전기 신호(예컨대, 전압 신호)를 각도 위치 계산 회로(6)로 출력하는 자기 저항 장치로 구현된다.

각도 위치 계산 장치(6)는 제1 및 제2 센서 소자(5a,5b)로부터 출력된 전기 신호를 이용하여 회전축(2)의 각도 위치(예컨대, 절대 각도)를 결정한다. 상세하게, 각도 위치 계산 회로(6)는 제1 및 제2 센서 소자(5a,5b)의 출력을 조합하거나 링크하여 90°를 넘는 회전축(2)의 각도 위치를 결정한다.

자석(3)에 의해 생성되는 자속 밀도를 이하에 설명한다.

전술한 바와 같이, 자석(3)의 두께(h)는 N극(3a)의 단부와 S극(3b)의 단부 사이의 경계(3c)로부터 그 둘레 중심으로 감소하여, N극(3a)과 S극(3b)의 둘레 중심이 두께는 경계(3c)의 두께 보다 작다. 상세하게, 자석(3)의 N극(3a)과 S극(3b)의 둘레 중심 부근의 주변 면의 면적은, 두께(h)가 자석의 전체 둘레부에 거쳐 일정할 때의 면적보다 작다. 즉, 자속 밀도가 최대인 N극(3a)과 S극(3b)의 둘레 중심으로부터 자석(3)의 지름 방향으로 생성된 자속의 양은 감소된다. 이는 자속의 총량을 자석(3)의 N극(3a)과 S극(3b)의 둘레 중심 부근에서 거의 균일하게 해준다. 자석(3)(예컨대, 회전축(2))의 회전은 자기 센서(5)의 각각의 센서 소자(5a,5b)를 통해 흐르는 자속의 양을 도3b에 나타낸 바와 같은 파형의 형태로 주기적으로 변화시킨다. 범위(X)(예컨대, N극(3a)의 둘레 중심 부근) 내의 자속의 양은 실질적으로 범위(Y)(S극(3b)의 둘레 중심 부근) 내의 자속의 양과 실질적으로 동일하다.

N극(3a)과 S극(3b) 사이의 경계로부터 자석(3)의 두께(h)의 감소는, N극(3a)과 S극(3b)의 각각의 둘레 중심으로부터 생성된 자속의 양이 실질적으로 일정하도록 선택된다.

회전축(2)이 그 둘레 방향으로 회전할 때, 자기 센서(5)에 의해 측정되는 자 속 밀도의 변화를 도4a 및 도4b를 참조하여 이하에 설명한다.

도4a에 나타낸 바와 같이, 회전축(2)이 영(0°)의 각도 위치(I)에 있을 때, 어떠한 자속도 제1 및 제4 요크 세그먼트(4a,4d) 사이의 간극(41)을 통해 흐르지 않고, 따라서 자속 밀도는 영(0)을 나타내는 반면, 음극의 최대 자속 밀도는 제1 및 제2 요크 세그먼트(4a,4b) 사이의 간극에 생성된다. 제1및 제2 센서 소자(5a,5b)는 도4d에 나타낸 바와 같이 파선(I) 상의 레벨을 갖는 전압 신호를 출력한다.

도4b에 나타낸 바와 같이, 회전축(2)이 각도 위치(I)로부터 각도 위치(II)로 시계방향으로 90°회전하면, 이는 양극의 최대 자속 밀도를 제1 및 제4 요크 세그먼트(4a,4d) 사이의 간극(41)에 생성시키게 하는 반면, 제1 및 제2 요크 세그먼트(4a,4b) 사이의 간극(41)을 통해 어떠한 자속도 흐르지 않는다. 제1 및 제2 센서 소자(5a,5b)는 도4d에 나타낸 바와 같이 파선(II) 상의 레벨을 갖는 전압 신호를 출력한다.

도4c에 나타낸 바와 같이, 회전축(2)이 각도 위치(II)로부터 각도 위치(III)로 시계 방향으로 90°더 회전하면, 이는 양극의 최대 자속 밀도를 제1 및 제2 요크 세그먼트(4a,4b) 사이의 간극(41)에 생성시킨다. 제1 및 제2 센서 소자(5a,5b)는 도4d에 나타낸 바와 같이 파선(III) 상의 레벨을 갖는 전압 신호를 출력한다.

각 N극(3a)과 S극(3b)의 둘레 중심 부근으로부터 흐르는 자속의 양은, 전술한 바와 같이, 실질적으로 일정하고, 따라서 제1 및 제4 요크 세그먼트(4a,4d) 사이와, 제1 및 제2 요크 세그먼트(4a,4b) 사이의 간극(41) 내의 자속 밀도를 회전축(2)이 회전하는 동안 일정 속도로 변화시켜서, 제1 및 제2 센서 소자(5a,5b)는 도4c에서 실선으로 표시된 바와 같은 전압 신호를 출력한다.

도5는 각도 위치 검출기(1)의 각도 위치 계산 회로(6)에 의해 실행되는 프로그램 또는 논리적 단계의 흐름도를 나타낸다. 이하의 설명에서, 제1 및 제2 센서 소자(5a,5b)의 전압 출력은 Va 및 Vb로 각각 지시되며, 각도 위치 계산 회로(6)의 출력 전압은 Vout으로 지시된다.

프로그램의 실행 후, 루틴(routine)은 단계(1)를 진행하고, 여기서 전압 출력(Va)이 3.0V 보다 큰지를 판정한다. "예" 응답이 얻어지면(Va > 3.0V), 루틴은 단계(6)를 진행하고, 여기서 출력(Vout)은 Vout = 1 + Vb의 관계에 따라 결정되어 단계(1)로 복귀한다.

또한, "아니오" 응답이 얻어지면(Va ≤ 3.0V), 루틴은 단계(2)를 진행하고, 여기서 전압 출력(Va)이 2.0V 보다 작은지를 판정한다. "예" 응답이 얻어지면(Va < 2.0V), 루틴은 단계(7)를 진행하고, 여기서 출력 전압(Vout)은 Vout = 4 - Vb의 관계에 따라 결정되어 단계(1)로 복귀한다.

또한, "아니오" 응답이 얻어지면(Va ≥2.0V), 루틴은 단계(3)를 진행하고, 여기서 전압 출력(Va)이 2.4V 보다 작은지 판정된다. "예" 응답이 얻어지면(Va < 2.4V), 루틴은 단계(8)를 진행하고, 여기서 출력 전압(Vout)은 Vout = Va의 관계에 따라 결정되어 단계(1)로 복귀한다.

또한, "아니오" 응답이 얻어지면(Va ≥2.4V), 루틴은 단계(4)를 진행하고, 여기서 전압 출력(Vb)이 2.6V 보다 큰지 판정되고, 전압 출력(Va)이 2.5V 보다 작 은지 판정된다. "예" 응답이 얻어지면(Vb > 2.6V, Va < 2.5V), 루틴은 단계(9)를 진행하고, 여기서 출력 전압(Vout)은 Vout = 3 - Va의 관계에 따라 결정되어 단계(1)로 복귀한다.

또한, 단계(4)에서 "아니오" 응답이 얻어지면, 루틴은 단계(5)를 진행하고, 여기서 전압 출력(Vb)이 2.6V 보다 큰지, 전압 출력(Va)이 2.5V 보다 크거나 같은지가 판정된다. "예" 응답이 얻어지면, 루틴은 단계(10)를 진행하고, 여기서 출력 전압(Vout)은 Vout = 7 - Va의 관계에 따라 결정되어 단계(1)로 복귀한다.

또한, 단계(5)에서 "아니오" 응답이 얻어지면, 루틴은 단계(11)를 진행하고, 여기서 출력 전압(Vout)이 Vout = 0 의 관계에 따라 결정되어 단계(1)로 복귀한다.

도6은 전술한 동작으로부터 유도되는 바와 같이 각도 위치 계산 회로(6)의 출력 전압(Vout)을 나타내고, 이는 회전축(2)의 360°각도 범위(예컨대, -180°내지 +180°)에 거쳐 일정속도로 변경된다. 상세하게, 각도 위치 계산 회로(6)는 그 전체 각도 범위에 거쳐 회전축(2)의 절대 각도 위치를 출력한다.

전술한 설명으로부터 명확해지듯이, 이 실시예의 각도 위치 검출기(1)의 구조는 아래의 효과를 제공한다.

자석(3)의 두께(h)는 N극(3a)의 단부와 S극(3b)의 단부 사이의 경계(3c)로부터 그 둘레 중심으로 감소하도록 선택되어, 각각의 N극(3a)과 S극(3b)의 둘레 중심 부근의 주변 면의 면적이 최소화될 것이다. 이는 각각의 N극(3a)과 S극(3b)의 둘레 중심 부근의 주변면 밖으로 흐르는 자속의 밀도를 일정하게 하여, 회전축(2)의 회전 동안 간극(41) 내의 자속의 양이 실질적으로 일정한 속도로 변화한다. 상세하 게, 각각의 제1 및 제2 센서 소자(5a,5b)는 높은 직선성을 나타내는 간극(41) 내의 자속 밀도의 함수로서 전압 신호를 출력한다.

도3b에 나타낸 바와 같이, 자석(3)은 사각파의 형태로 변화하는 자속을 그 지름 방향으로 생성하도록 설계되므로, 자기 센서(5)로 하여금 실질적으로 삼각파의 형태로 변화하는 자속 밀도를 감지하게 한다. 이는 각도 위치 계산 회로(6)가 삼각 함수 연산 등과 같은 고부하 연산을 수행함이 없이 덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈 또는 이들 조합의 단순한 연산을 이용하여 회전축(2)의 각도 위치를 정확하게 결정하게 해준다.

도1a에 나타낸 바와 같이, 요크(4)는 자석(3)의 두께 보다 두꺼운 두께를 갖는다. 요크(4)의 둘레 중심 라인은 그 전체 둘레부에 거쳐 자석(3)의 둘레 중심 라인과 일치한다. 이러한 구조는 자석(3)이 부착되는 회전축(2)이 그 길이 방향으로 쉬프트되는 것을 허용하고, 여기서 자석은 요크(4)의 양 끝면(예컨대, 도1a)에 나타낸 바와 같이, 상부 및 하부 끝면)의 내측에 배치되어, 요크(4)의 외측으로 자속이 누출되는 양을 감소시켜, 자기 센서(5)에 의해 측정되어질 자속 밀도의 변화를 감소시킨다.

각도 위치 계산 회로(6)는 자기 센서(5)의 센서 소자(5a,5b)로부터 출력되는 전기 신호를 결합하도록 설계되므로, 90°또는 그 이상의 범위에 거쳐 아날로그 신호를 나타내는 각도 위치를 생성하는 것을 가능하게 한다.

도5의 흐름도에서 자기 센서(5)의 출력 전압과의 비교에 채용된 임계 전압은 단지 참조값이며, 자기 센서(5)의 출력의 크기에 따라 바람직하게 변경될 수 있다.

도7a 및 도7b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 각도 위치 검출기(1)를 나타낸다.

제1 실시예와 달리, 요크(4)는 간극(41)을 형성하기 위해 그 둘레 방향으로 90°의 각도 간격으로 4개의 리세스(recess)(42)가 형성되어 있는 일편(one-piece)으로 이루어진다. 리세스(42)의 형성은 연삭(grinding)에 의해 얻어질 수도 있다.

이 실시예의 구조는 자석(3) 부근의 요크(4)의 위치 결정을 용이하게 하고, 결과적으로 각도 위치 센서의 제조 부분을 감소시킨다.

리세스(42)를 형성하기 위한 요크(4)의 연삭은 요크(4)의 둘레 방향으로의 간극(41)의 위치가 쉬프트되는 것을 최소화하고, 요크(4)의 둘레 방향으로의 리세스(42) 또는 간극(41)의 치수 오차를 최소화해준다.

다른 배열은 제1 실시예와 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략하도록 한다.

도8a 및 도8b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 각도 위치 검출기(1)를 나타낸다. 도(8a)는 회전축(2)의 길이 방향을 따라 절취하여 각도 위치 검출기(1)를 나타내는 단면도이다. 도8b는 도8a의 라인(VIII-VIII)을 따라 절취한 횡단면도이다.

각도 위치 검출기(1)는 자석(3), 요크(4), 자기 센서(5) 및 각도 위치 계산 회로(6)가 배치되어 그 내부에 있는 고리형 자기 쉴드(7)를 포함한다. 요크(4)의 외주와 자기 쉴드(7) 사이의 거리는, 도8b에 나타낸 바와 같이, 요크(4)의 둘레 방향으로의 간극(41)의 길이(L) 보다 크게 설정되므로, 요크(4)로부터 자기 쉴드(7)로의 자속의 누출을 최소화한다.

도8a에 명확하게 나타낸 바와 같이, 자기 센서(5)는 회전축(2)의 길이와 평 행하게 연장되어, 각도 위치 계산 회로(6)와 연결되는 단자를 갖는다. 각도 위치 계산 회로(6)는 와이어 하네스(wire harness)를 통해 외부 마이크로컴퓨터(미도시)로 인출된다.

도9에 나타낸 바와 같이, 요크(4)를 둘러싸는 자기 쉴드(7)는 각도 위치 검출기(1) 부근을 흐르는 자속(10)으로부터 요크(4)를 보호하므로, 간극(41) 내의 자속 밀도 상의 자속(10)의 악영향이 제거된다.

도10에 나타낸 바와 같이, 자기 센서(5)는 요크(4)의 지름 방향으로 연장하여 각도 위치 계산 회로(6)와 연결되는 단자를 택일적으로 갖는다.

다른 배열은 제1 실시예와 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략하도록 한다.

도11은 제1 실시예의 각도 위치 검출기(1)가 차량의 로드 휠(road wheel)의 스티어링을 수동으로 도와주는 차량용 전기 파워 스티어링 장치(11)에 설치되어 있는 제4 실시예를 나타낸다. 물론, 제2 및 제3 실시예의 하나인 각도 위치 검출기(1)가 이 실시예에 택일적으로 채용될 수도 있다.

전기 파워 스티어링 장치(11)는 입력 축(11a), 출력 축(11b), 토션 바(torsion bar)(11d), 토크 센서(11d), 각도 위치 계산 회로(6)에 설치되는 제어기, 전기 모터(11e), 토크 전달기(11f), 및 하우징(11g)을 포함한다. 입력 축(11a)은 차량의 스티어링 휠에 연결된다. 출력 축(11b)은 차량의 조타 가능한(steerable) 로드 휠에 연결된다. 토션 바(11c)는 입력 및 출력 축(11a,11b)에 함께 연결된다. 토크 센서(11d)는 스티어링 휠에 부가되는 스티어링 작용력(steering effort) 또는 토크를 측정한다. 제어기는 토크 센서(11)의 출력의 함수로서 타겟 스티어링 어시스트 토크(target steering assist torque)를 결정한다. 전기 모터(11e)는 제어기에 의해 결정된 타겟 스티어링 어시스트 토크를 생성한다. 토크 전달기(11f)는 전기 모터(11e)에 의해 출력되는 토크를 증가시키기 위해 전기 모터(11e)의 출력 축의 속도를 감소시키고, 이를 출력 축(11b)으로 전달한다. 하우징(11g)은 토크 전달기(11f)를 덮고 있다.

각도 위치 검출기(1)의 각도 위치 센서는 입력 축(11a) 부근에 설치된다. 각도 위치 계산 회로(6)는 하우징(11g) 상에 고정되어, 각도 위치 센서와 토크 센서(11d)의 출력을 수신한다. 각도 위치 계산 회로(6)는 각도 위치 센서(예컨대, 자기 센서(5))의 출력의 함수로서 입력 축(11a)의 각도 위치(예컨대, 차량의 스티어링 휠의 스티어된 값)를 결정한다.

도12a 및 도12b는 본 발명의 제5 실시예에 따른 각도 위치 검출기(1)의 자석(3)을 나타낸다. 전술한 실시예에서와 동일한 부분에 대해서는 동일한 참조번호를 부여한다. 도12a는 자석(3)이 N극(3a)과 S극(3b)의 둘레 중심을 통해 연장하는 라인을 따라 늘어진 예를 나타낸다. 도12b는 자석(3)이 N극(3a)과 S극(3b)의 둘레 중심을 통해 연장하는 라인에 수직하게 늘어진 예를 나타낸다.

각각의 도12a 및 도12b에 도시된 바와 같은 자석(3)은 타원형(oval-shaped)으로 이루어지고, N극(3a)과 S극(3b) 사이의 경계(3c)로부터 N극(3a)과 S극(3b)의 둘레 중심으로 점차적으로 감소되는 그 지름 방향으로의 폭(F)을 갖는다. 상세하게, N극(3a)과 S극(3b)의 둘레 중심의 폭(F)은 경계(3c)에서의 폭 보다 작으며, 즉 N극(3a)과 S극(3b)의 둘레 중심의 체적은 경계(3c)에서의 체적 보다 작다. 이는 자 속의 총량을 제1 실시예서와 같이 자석(3)의 N극(3a)과 S극(3b)의 둘레 중심 부근에서 거의 균일하게 해준다. 자석(3)(예컨대, 회전축(2))의 회전은 자기 센서(5)의 각각의 센서 소자(5a,5b)를 통해 흐르는 자속 흐름의 양을 도3b에 나타내듯이 파형의 형태로 주기적으로 변화시키게 한다. 범위(X)(예컨대, N극(3a)의 둘레 중심 부근) 내의 자속의 양은 실질적으로 범위(Y)(S극(3b)의 둘레 중심 부근) 내의 자속의 양과 실질적으로 동일하다.

도13a 및 도13b는 각도 위치 검출기(1)의 각도 위치 센서의 변형을 나타낸다. 자석(3)은 그 두께 방향(회전축(2)의 길이 방향)으로 서로 대향하고 있는 N극(3a)과 S극(3b)을 갖는다. 자석(3)은 그 둘레부에 거쳐 균일한 두께와 폭을 갖는다. 각각의 N극(3a)과 S극(3b)은 자석(3)의 전체 둘레부에 거쳐 그 두께가 균일하다. 도13b에 나타낸 바와 같이, L형 단면을 갖는 아크형의 연자성체로 이루어진 부-요크(sub-yoke)(44a,44b)(즉, 부-연자성체)는 자석(3)의 N극(3a)과 S극(3b)의 단부 상에 대각 대향 관계로 설치되어, 이들 부-요크가 자석(3)의 주변부를 감싼다. 부-요크(44a,44b)(즉, 부-연자성체)는 자석(3)으로부터 나온 자속 흐름을 그 지름 방향으로 평균화하여 실질적으로 균일한 양의 자속을 생성한다. 다른 배열은 제1 실시예와 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략하도록 한다.

도14는 각도 위치 검출기(1)의 각도 위치 센서의 다른 변형을 나타낸다. 자석(3)은 그 둘레부에 거쳐 두께와 폭이 균일하다. 제1 실시예에서와 같이, 자석(3)은 자석(3)의 중심을 가로질러 지름 방향으로 서로 대향하는 N극(3a)과 S극(3b)을 갖는다. 상세하게, N극(3a)과 S극(3b)은 각각 자석(3)의 둘레의 180°에 거쳐 분포된다. 부-요크(44a,44b)(즉, 부-연자성체)는 N극(3a)과 S극(3b)의 둘레 중심 근방의 자석(3)의 주변에 설치되어, 도13a 및 도13b에 나타내듯이, 자석(3)의 N극(3a)과 S극(3b)의 둘레 중심 부근에서의 자속의 양을 실질적으로 균일하게 한다. 다른 배열은 제1 실시예와 동일하므로, 그에 대한 설명은 생략하도록 한다.

도15a 및 도15(b)는 본 발명의 제6 실시예에 따른 각도 위치 검출기(1)의 각도 위치 센서를 나타낸다.

자석(3)은 각각이 그 두께 방향(예컨대, 회전축(2)의 길이 방향)으로 서로 대향하고 있는 N극(3a)과 S극(3b)을 갖는 서로 결합된 두개의 아크형 자기 부재로 이루어진다. N극(3a)과 S극(3b)은 아크형 자기 부재의 둘레부에 거쳐 두께가 균일하다. 또한, 전체적으로, 자석(3)은 그 지름 방향으로 서로 대향하고 있는 N극(3a)과 S극(3b)을 갖는다. 자석(3)의 내경(inner diameter)은, 도15a에서 볼 수 있듯이, 요크(4)의 내경 보다 큰 반면, 자석(3)의 외경(outer diameter)은, 도15(b)에서 볼 수 있듯이, 요크(4)의 외경 보다 작다. 도15(b)에 명확하게 도시된 바와 같이, 자석(3)은 그 끝면이 요크(4)의 끝면에 대향하고 있다. 다른 배열은 제1 실시예와 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략하도록 한다.

제1 내지 제6 실시예에서의 각각의 요크는 4개의 세그먼트로 이루어지지만, 도16a 및 도16b에 도시된 바와 같이 2개의 아크형 세그먼트(4e,4f)로 택일적으로 이루어질 수도 있다. 요크 세그먼트(4e,4f)는 서로 180°떨어져 위치한 간극(41)을 통해 그들의 단부가 서로 대향된다. 자기 센서 소자(5c)는 간극(41) 중 한 곳에 배치된다. 요크(4)는 4개 이상의 세그먼트로 택일적으로 이루어질 수도 있다. 다른 배열은 제1 실시예와 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략하도록 한다.

본 발명의 제7 실시예의 각도 위치 검출기(1)를 도17 내지 도22를 참조하여 이하에 설명하도록 한다.

도17은 자기 센서(5)의 센서 소자(5a,5b)의 출력 전압(Va,Vb)의 이상적인 파형을 나타낸다. 도18은 각도 위치 계산 회로(6)의 이상적인 출력 전압(Vl)을 나타낸다.

회전축(2)의 완전한 회전(예컨대, -180°내지 +180°)의 각도 범위에 있어서의 센서 소자(5a)의 출력 전압(Va)의 파형은 직선 세그먼트(Val1,Val2,Val3)를 포함한다. 회전축(2)의 완전한 회전의 각도 범위에 있어서의 센서 소자(5b)의 출력 전압(Vb)의 파형은 직선 세그먼트(Vbl1,Vbl2)를 포함한다. 출력 전압(Va,Vb)은 실질적으로 삼각형이며, 위상은 90°떨어져 쉬프트된다. 각도 위치 계산 회로(6)는, 제1 실시예에서 설명한 바와 같이, 직선 세그먼트(Val1,Val2,Val3,Vbl1,Vbl2)의 기울기 부호를 서로 일치시키고, 도18에 나타낸 바와 같이 직선 세그먼트(Val1,Val2,Val3,Vbl1,Vbl2)의 조합으로 이루어진 직선을 형성하도록 평행 이동시키는 동작을 수행한다. 이는 360°의 각도 범위 이상에서 회전축(2)의 절대 각도 위치가 정확하게 결정되도록 해준다.

전술한 바와 같은 자기 센서(5)는 자석(3)으로부터 생성된 자속의 양을 자기 밀도로서 측정한다. 일반적으로, 자석(3)에 의해 생성된 자속의 양은 그 형상 오차로 인하여 편차가 존재하고, 결과적으로 자기 센서(5)의 센서 소자(5a,5b)의 출력 전압(Va,Vb)이 변동될 것이다. 출력 전압(Va,Vb)의 변동은 각도 위치 계산 회로(6) 의 출력 전압(Vl)의 변동을 일으킨다. 상세하게, 각 직선 세그먼트(Val1,Val2, Val3,Vbl1,Vbl2)의 단부(예컨대, 직선 세그먼트(Val1,Val2,Val3,Vbl1,Vbl2)의 각각의 조인트(P1,P2,P3,P4))에 나타나는 전압 레벨은 직선 세그먼트(Val1,Val2,Val3, Vbl1,Vbl2) 중 인접한 직선 세그먼트의 전압 레벨과 일치하지 않고, 따라서 도18의 라인 상의 직선 세그먼트(Val1,Val2,Val3,Vbl1,Vbl2) 사이에 쉬프트가 발생한다.

전술한 문제를 회피하기 위해, 이 실시예의 각도 위치 계산 회로(6)는 하기하는 바와 같이 자기 센서(5)의 센서 소자(5a,5b)의 출력 전압(Va,Vb)을 보정하도록 설계되어, 각도 위치 계산 회로(6)의 출력 전압(Vl)의 파형의 직선성을 보장한다.

도19는 자기 센서(5)의 센서 소자(5a,5b)의 출력 전압(Va,Vb)의 주기 파형의 실제예를 나타낸다. 도20은 출력 전압(Va,Vb)의 파형의 직선 세그먼트(Val1,Val2, Val3,Vbl1,Vbl2)(도면에서는 La1,La2,La3Lb1,Lb2로 표기됨)가 서로 어긋나 있는 경우에서의 각도 위치 계산 회로(6)의 출력 전압(LH)을 나타낸다. 도21은 직선 세그먼트(La1,La2,La3,Lb1,Lb2)의 조인트(P1,P2,P3,P4)에서 나타나는 전압이 보정된 후의 각도 위치 계산 회로(6)의 출력 전압(LH)을 나타낸다. 도22는 출력 전압(LH)의 파형의 직선성을 보장하기 위해 각도 위치 계산 회로(6)에 의해 수행되는 논리적 단계 또는 프로그램의 흐름도이다.

프로그램의 실행 후, 루틴은 단계(100)를 진행하고, 이 단계에서는, 도19에 나타낸 바와 같이, 위상이 90°쉬프트됨에 따라 출력 전압(Va,Vb)의 파형의 두개의 교차점(Xmax,Xmin)이 발견되고, 교차점(Xmax,Xmin)에서 나타나는 출력 전압(VXH,VXL)이 결정된다.

루틴은 단계(101)를 진행하고, 이 단계에서는, 전술한 단계(100)에서 결정된 바와 같은 출력 전압(VXH,VXL) 사이의 중간 전압(VXM)은 아래의 방정식에 따라 계산된다.

VXM = (VXH + VXL) / 2

루틴은 단계(102)를 진행하고, 이 단계에서는, 도20에 나타낸 바와 같이 서로 연결되어지는 직선 세그먼트(La1,La2,La3,Lb1,Lb2)의 단부(예컨대, 조인트(P1, P2,P3,P4)의 위치(예컨대, 전압)를 결정하기 위해 도5에서와 동일한 동작이 실행된다. 도5의 프로그램의 실행에 있어서, 단계(1)에서의 3.0V는 출력 전압(VXH)으로 대체되고, 단계(2)에서의 2.0V는 출력 전압(VXL)으로 대체되며, 단계(4)에서의 2.5V는 중간 전압(VXM)으로 대체된다.

조인트(P1,P2,P3,P4)의 결정 방식에 대해 이하에 상세하게 설명하도록 한다.

도20에 나타낸 바와 같이, 직선 세그먼트(La1,La2,La3,Lb1,Lb2)의 단부에서함께 연결되는 각각의 전압 레벨(P10~P17)은, 전술한 바와 같이 인접한 단부에서의 전압 레벨과 일치하지 않는다. 따라서, 먼저 직선 세그먼트(Lb1)는 직선 세그먼트(Lb1)의 전압(P11)과 직선 세그먼트(La3)의 전압 사이의 차이가 0으로 감소할 때 까지 평행하게 이동된다. 즉, 직선 세그먼트(Lb1)는 전압(P11)이 직선 세그먼트(La3)의 전압(P10) 레벨과 일치하면 그 기울기를 유지하면서 이동된다. 비슷하게, 직선 세그먼트(La1)는 그 전압(P13)이 평행 이동된 직선 세그먼트(Lb1)의 전압(P12)과 일치하게 되도록 평행하게 이동된다. 직선 세그먼트(Lb2)는 그 전압(P15)이 평행 이동된 직선 세그먼트(La1)의 전압(P14)과 일치하게 되도록 평행하게 이동된다. 마지막으로, 직선 세그먼트(La2)는 그 전압(P17)이 평행 이동된 직선 세그먼트(Lb2)의 전압(P16)과 일치하게 되도록 평행하게 이동된다. 이는 단일한 라인을 형성한다. 평행 이동한 후 직선 세그먼트(La2)의 단부에서의 전압(P18)은 도21에서 최대 전압이 P18a로서 도시되었다. 쉽게 확인되듯이, 도21에서 최대 전압(P18a)은 4.5V 보다 매우 높게 도시되었다.

다음으로, 도21에 나타낸 바와 같이, 평행 이동된 직선 세그먼트(La2)에서의 최소 전압(P9)과 최대 전압(P18a) 사이에서 연장하는 직선(LH)이 정의된다. 최대 전압(P18a)의 값(VH)과 최소 전압(P9)의 값(VL) 사이의 중간값은 이하의 방정식을 이용하여 결정된다.

VM = (VH + VL) /2

다음으로, 루틴은 단계(103)를 진행한다. 중간 전압값(VM)은 도20 및 도21에서 점선으로 도시한 바와 같이 이상적인 직선(Vl) 상의 중간 전압값인 2.5V와 언제나 일치하는 것은 아니다. 따라서, 중간 전압 보정값(Vofs)은 중간 전압값(VM)을 2.5V로 보정하기 위해 아래의 방정식에 따라 결정된다.

Vofs = VM - 2.5

루틴은 단계(104)를 진행한다. 최대 및 최소 전압(P18a,P9) 사이에서 연장하는 라인(LH)의 기울기(K)는 이상적인 라인(Vl)의 기울기와 항상 일치하는 것은 아니다. 따라서, 기울기 보정값(Kf)은 기울기(K)를 이상적인 라인(Vl)의 기울기와 일치시키기 위해 아래의 방정식에 따라 결정된다.

Kf = 4 / (VH - Vl)

루틴은 단계(104)를 진행하고, 여기서 각도 위치 계산 회로(6)의 실제 출력 전압(Vj)은 출력 전압(Vout')을 생성하기 위해 중간 전압 보정값(Vofs)과 기울기 보정값(Kf)을 이용하는 아래의 방정식에 따라 보정된다.

Vout' = (Vj - 2.5 + Vofs) × Kf + 2.5

전술한 보정은 각도 위치 계산 회로(6)의 출력 전압(Vout')을 이상적인 출력 전압으로 거의 일치시킨다. 상세하게, 도21에서 실선으로 표시한 바와 같은, 단계(102)에서 평행 이동 동작으로 직선 세그먼트(La1,La2,La3,Lb1,Lb2)로 이루어진 라인은 세그먼트(VaL1,VaL2,VaL3,VbL1,VbL2)로 이루어진 이상적인 라인(Vl)과 거의 겹치도록 보정된다. 각도 위치 계산 회로(6)의 출력 전압 범위도 이상적인 출력 전압 범위인 0.5V 내지 4.5V의 범위로 조절된다. 전술한 동작은 각도 위치 계산 회로(6)가 최소의 오차로 360°의 전체 범위에 거쳐 회전축(2)의 절대 각도 위치를 측정할 수 있도록 해준다.

전술한 설명으로부터 알 수 있듯이, 단계(102)에서의 평행 이동 동작으로 조인트(P1,P2,P3,P4)에서의 직선 세그먼트(La1,La2,La3,Lb1,Lb2)를 보정하기 위해 이용된 보정값은 상이하고, 따라서 결과적으로 각도 위치 계산 회로(6) 상의 동작 부하가 증가한다. 일반적으로, 차량용 스티어링 휠은 장시간 동안 중립 위치(0°의 각도 위치)에 유지된다. 따라서, 각도 위치 검출기(1)가 도11의 차량의 전기 파워 스티어링 장치(11)에 설치되는 경우, 조인트(P1,P2,P3,P4)를 결정하기 위한 동작의 회수가 감소되고, 즉 각도 위치 계산 회로(6) 상에서의 동작 부하의 감소는 조인트(P1,P2,P3,P4)의 각도 위치를 스티어링 휠의 중립 위치 이외의 모든 각도 위치로 설정함으로써 수행된다. 조인트(P1,P2,P3,P4)의 각도 위치를 스티어링 휠의 중립 위치 이외의 각도 위치로 설정하는 것은 자석(3)을 회전축(2) 상의 설치에 따른 회전축(2)(예컨대, 스티어링 축)의 둘레 방향으로 자석(3)을 이동함으로써 획득된다.

도19에 나타낸 바와 같이, 센서 소자(5a,5b)의 출력 전압(Va,Vb)의 파형은 변화하지 않는다. 각도 위치 계산 회로(6) 상의 동작 부하는, 스티어링 휠을 시계 방향이나 반시계 방향으로 한번에 360°이상으로 회전시켜, 고정된 초기값으로서 중간 전압 보정값(Vofs) 및 기울기 보정값(Kf)를 결정함으로써 더 감소될 수 있다.

제8 실시예의 각도 위치 검출기(1)를 도23을 참조하여 이하에 설명한다.

도23은 자기 센서(5)의 센서 소자(5a,5b)의 출력전압(Va,Vb)의 실제 주기 파형과 이상적인 주기 파형을 나타낸다.

일반적으로, 자석(3)에 의해 생성디는 자속의 양은 주변 온도가 상승할 수록 점차적으로 감소하므로, 센서 소자(5a,5b)에 의해 측정되어질 자속 밀도는 감소된다. 이는 센서 소자(5a,5b)의 출력 전압(Va,Vb)의 강하를 일으킬 것이다. 이러한 문제점을 제거하기 위해, 이 실시예의 각도 위치 검출기(1)는 주변 온도의 상승으로 인하여 발생하는 센서 소자(5a,5b)의 출력 전압(Va,Vb)의 강하를 보상하도록 설계된다. 이 보상에 대해 이하에 상세하게 설명하도록 한다.

도23에 있어서, 파선(Vam,Bbm)은 각각 출력 전압(VaVb)의 이상적인 파형을 나타낸다. 실선(Vaj,Vbj)은 각각 출력 전압(Va,Vb)의 실제 파형을 나타낸다.

자기 센서(5)에는 자기 센서(5) 부근의 온도를 측정하는 온도 센서(미도시)가 탑재되어 있다. 일부 이용가능한 홀 센서(Hall sensor)에는 온도 보상 기능을 포함하고 있다. 이 실시예의 제1 및 제2 센서 소자(5a,5b)는 홀 센서에 의해 각각 구현된다. 상세하게, 제1 및 제2 센서 소자(5a,5b)에는, 센서 소자(5a,5b)의 실제 출력 전압(vaj,Vbj)을 이상적인 출력 전압(Vam,Vbm)으로 각각 일치시키는데 이용하기 위한 온도-보정값 맵(temperature-to-correction value map)이 설치되어 있다. 온도-보정값 맵은 자석(3)의 종류 또는 자석(3)에 의해 생성되는 자속의 양의 형식으로 미리 선택된다.

상세하게, 자기 센서(5)는 주변 온도를 감시하고, 온도-보정값 맵으로부터 보정값을 선택하여, 실제 출력 전압(Vaj,Vbj)을 이상적인 출력 전압(VamVbm)과 일치하도록 각각 보정하고, 따라서 자석(3)의 온도 특성으로 기인하는 센서 소자(5a,5b)의 출력 전압(Va,vb)의 강하를 보상한다.

자체적으로 센서 소자(5a,5b)의 출력 전압(Va,Vb)의 강하를 보상하는 대신에, 각도 위치 계산 회로(6)는 실제 출력 전압(Vaj,Vbj)이 이상적인 출력 전압(Vam,Vbm)과 일치하게 되도록 이하에 설명하는 동작을 수행하도록 설계된다. 상세하게, 이상적인 출력 전압(Vam,Vbm)의 최대값(Vammax,Vbmmax) 및 최소값(Vammin,Vbmmin)은 각도 위치 계산 회로(6)에 미리 저장된다. 각도 위치 계산 회로(6)는 실제 출력 전압(Vaj)의 최대값(Vajmax)과 Vammax 사이와, 실제 출력 전압(Vbj)의 최대값(Vbjmax)과 Vbmmax 사이의 차이(Hmax)를 계산하고, 또한 실제 출력 전압(Vaj)의 최소값(Vajmin)과 Vammin 사이와, 실제 출력 전압(Vbj)의 최소값(Vbjmin)과 Vbmmin 사이의 차이(Hmin)를 계산하고, 차이(Hmax,Hmin)를 이용하여 실제 출력 전압(Vaj,Vbj)의 최대값(Vajmax,Vbjmax) 및 최소값(Vajmin,Vbjmin)을 보정하여 실제 출력 전압(Vaj,Vbj)이 이상적인 출력 전압(Vam,Vbm)을 일치시킨다.

본 발명의 제9 실시예에 따른 각도 위치 검출기(1)를 도24a, 도24b, 및 도25를 참조하여 이하에 설명하도록 한다. 도24a는 도12b에 도시한 바와 같이 자석(3)이 장착된 각도 위치 검출기(1)의 각도 위치 센서를 나타낸다. 도24b는 이 실시예에서 자석(3)이 장착된 각도 위치 검출기 (1)의 각도 위치 센서를 나타낸다. 도24b에 있어서, 파선은 도24a의 자석(3)의 프로파일을 가르킨다. 도25는 도24b의 자석(3)에 의해 생성되고, 자기 센서(5)의 센서 소자(5a,5b)에 의해 측정되는 회전축(2)의 각도 위치(θ)의 함수로서 측정되는 자속(φ)의 양의 변화를 가리키는 주기적인 파형을 나타낸다.

도12b에 나타낸 바와 같은 자석(3)은 원형의 내주 및 타원형의 외주를 갖는다. 도24a에 나타낸 바와 같이, 도12b의 자석이 그 내주가 원형인 요크 내에 배치된 경우, 자석(3)의 N극(3a)과 S극(3b) 둘레 중심과 요크(4)의 내주 사이의 거리(G)는 N극(3a)과 S극(3b) 사이의 경계와 요크(4)의 내주 사이의 거리보다 커야만 한다. 이는 N극(3a)과 S극(3b)의 둘레 중심 부근에서 발생되는 자속의 양과 요크(4)로부터 나오는 누출량을 증가시키므로, 요크(4)를 통해 흐르는 자속의 밀도를 감소시키어, 자기 센서(5)의 출력을 감소시키게 된다.

이러한 문제를 회피하기 위해, 자석(3)은 N극(3a)과 S극(3b) 그라운드 사이 에 경계를 갖거나, 평편한 측면(130a,130b)를 갖도록 절단된다. 이는 N극(3a)과 S극(3b)의 둘레 중심의 폭이 자석(3)의 지름 방향으로 자석(3)의 폭 이상으로 증가되는 것을 허용한다. 상세하게, N극(3a)과 S극(3b)의 둘레 중심과 요크(4)의 내주 사이의 간극(G)이 도24a에서의 간극보다 작아지는 것을 허용해준다. 결과적으로, 요크(4) 외부로의 자속의 누출이 감소된다.

전술한 설명으로부터 명백해 지듯이, 도24b의 자석(3)은 도24a의 자석과 비교하여 실질적으로 원형으로 된다. N극(3a)과 S극(3b)의 둘레 중심의 폭과, N극(3a)과 S극(3b) 사이의 경계의 폭은, 그들 사이에, 회전축(2)의 회전에 따라 도25에 나타낸 바와 같이 파형의 형태로 변화하는 자속을 생성하는 관계를 갖도록 선택된다. 상세하게, 범위(X)(예컨대, N극(3a)의 둘레 중심 부근)와 범위(Y)(S극(3b)의 둘레 중심 부근) 내의 자속의 양은 실질적으로 균일하다.

도26은 본 발명의 제10 실시예에 따른 각도 위치 검출기(1)의 각도 위치 센서를 나타낸다.

전술한 바와 같이, 제1 내지 제4 실시예에서의 각각의 요크(4)는 금속의 연자성체로 이루어진다. 이 실시예의 요크(4)는 요크(4)의 지름 방향으로의 두께가 제1 및 제9 실시예 각각에서의 요크 세그먼트(4a~4d)의 두께 보다 작은 4개의 연자성판(soft magnetic plate)(4a,4b,4c,4d)으로 이루어진다. 이 실시예의 자기판(4a~4d)은 펀칭이나 밴딩 등의 프레스에 의해 각각 형성되고, 제1 내지 제9 실시예 각각에서의 요크 세그먼트(4a~4d) 보다 중량이 체적(S) 만큼 작다.

자기판(4a~4d)은 금속 블록의 연삭에 의해 택일적으로 형성될 수도 있다.

도27a 및 도27b는 본 발명의 제11 실시예에 따른 각도 밴치 검출기(1)의 각도 위치 센서를 나타낸다.

도27a의 자석(3)은 도24a 또는 도24b와 동일한 프로파일을 갖지만, 두께(B)가 요크(4)의 두께(C) 보다 크다는 차이가 있다. 상세하게, 자석(3)의 코너(31)는 회전축(2)의 길이 방향으로 요크(4)의 외측에 위치된다. 이는 자석을 코너(31)로부터 요크(4) 밖으로 흐르게 하고, 이는 유입 이온 분말을 끌어들여 요크(4)의 내주와 자석(3) 외주의 대향부에 스티킹의 발생을 회피하여, 연장된 시간동안 자석(3)으로부터 요크(4)의 내주로의 자속 흐름의 안정성을 보장해준다.

자석(3)은 인서트-몰딩(insert-molding) 기술을 이용하여 회전축(2)과 일체적으로 이루어질 수도 있다. 이는 자석(3)과 회전축(2)의 동축성(coaxiality)을 향상시킨다.

도27b는 도27a의 자석(3)의 변형을 나타낸다.

자석(3)은 환형의 수지제 자석 홀더(9)를 통해 회전축(2)에 부착된다. 자석 홀더(9)는 인서트-몰딩 기술을 이용하여 회전축(2)과 일체적으로 형성될 수도 있다. 자석(3)은 페라이트 자석(ferrite magnet) 또는 플라스틱 복합 자석(plastic bonded magnet)일 수도 있다.

이해를 돕기 위해 바람직한 실시예의 형식으로 본 발명을 설명하였지만, 본 발명의 요지 내에서 다양한 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명은 청구의 범위에 첨부된 바와 같은 본 발명의 요지 내에 있는 모든 실시예와 변형예를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에 의하면, 삼각 함수 등의 대규모의 연산을 필요로 하지 않고, 직선성이 높은 회전축의 절대 각도 위치의 결정을 수행하여, 시스템의 동작 부하를 감소시킬 수 있다.

Claims (20)

1. 회전 부재에 연결되는 경자성체(hard magnetic member) - 상기 경자성체는 둘레부를 가지며, 그 부근에 자기장을 생성하기 위해 그 둘레 방향으로 자화되어 있음;

   자기 회로를 형성하기 위해, 상기 경자성체에 의해 생성되는 자기장 내에 배치되는 연자성체(soft magnetic member) - 상기 회전 부재의 회전은 상기 자기장과 상기 경자성체 사이의 상대 위치를 변경하여, 상기 자기 회로 내의 자속 밀도를 변화시킴 - ; 및

   상기 연자성체로부터 떨어져 간격을 두고 배치되는 자속 밀도 측정 센서 - 상기 자속 밀도 측정 센서는 상기 자기 회로 내의 자속 밀도를 측정하고, 자속 밀도의 함수로서 상기 회전 부재의 각도 위치를 나타내는 신호를 생성함 -

   를 포함하고,

   여기서, 상기 경자성체는 그 둘레 방향으로 소정 각도 범위 내에서 실질적으로 균일한 양의 자속을 생성하도록 서로 다른 극성 사이의 경계로부터 그 둘레 중심으로 체적이 감소되게 형성되는

   각도 위치 센서.
2. 제1항에 있어서,

   상기 경자성체는 극성이 서로 다르고, 그 단부가 결합되어, 상기 경자성체의 상기 둘레부를 정의하는 제1 자극 및 제2 자극을 가지는

   각도 위치 센서.
3. 제2항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 자극의 중심부는 상기 경자성체의 둘레부 상에서 연장하는 평면에 수직한 방향으로 정의된 두께를 가지며, 상기 두께는 상기 제1 및 제2 자극의 단부 사이의 경계 부근의 상기 제1 및 제2 자극 부분의 두께 보다 작은

   각도 위치 센서.
4. 제2항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 자극의 중심부는 상기 경자성체의 둘레부 상에서 연장하는 평면에 평행하게 지향된 방향으로 정의된 폭을 가지며, 상기 폭은 상기 제1 및 제2 자극의 단부 사이의 경계 부근의 상기 제1 및 제2 자극 부분의 폭 보다 작은

   각도 위치 센서.
5. 회전 부재에 연결되는 경자성체 - 상기 경자성체는 둘레부를 가지며, 그 부근에 자기장을 생성하기 위해 그 둘레 방향으로 자화되어 있음;

   자기 회로를 형성하기 위해, 상기 경자성체에 의해 생성되는 자기장 내에 배치되는 연자성체 - 상기 회전 부재의 회전은 상기 자기장과 상기 경자성체 사이의 상대 위치를 변경하여 상기 자기 회로 내의 자속 밀도를 변화시킴 - ; 및

   상기 연자성체로부터 떨어져 간격을 두고 배치되는 자속 밀도 측정 센서 - 상기 자속 밀도 측정 센서는 상기 자기 회로 내의 자속 밀도를 측정하고, 자속 밀도의 함수로서 상기 회전 부재의 각도 위치를 나타내는 신호를 생성함 -

   을 포함하고,

   상기 경자성체는 극성이 서로 다르고, 그 단부가 결합되어 상기 경자성체의 상기 둘레부를 정의하는 제1 자극 및 제2 자극을 가지고,

   상기 경자성체는 제1 및 제2 자극으로부터 생성된 자속을 소정 각도 범위 내에서 실질적으로 균일한 양의 자속으로 변환시키는 부-연자성체(sub-soft magnetic member)를 가지고,

   상기 부-연자성체는 상기 제1 및 제2 자극의 중심부의 외주 상에 배치되는

   각도 위치 센서.
6. 제1항에 있어서,

   상기 경자성체는 그 둘레부에 수직한 방향으로 상기 연자성체의 두께보다 작은 두께를 가지며,

   여기서 상기 경자성체 및 상기 연자성체는 상기 경자성체의 둘레 중심 라인 상에서 그 두께 방향으로 정의된 평면이 상기 연자성체의 둘레 중심 라인 상에서 그 두께 방향으로 정의된 평면과 일치하도록 배치되는

   각도 위치 센서.
7. 제1항에 있어서,

   상기 연자성체를 감싸는 자기 쉴드를 더 포함하는

   각도 위치 센서.
8. 제7항에 있어서,

   상기 연자성체는 둘레부를 가지며, 상기 경자성체의 둘레부 외측에 배치되고, 상기 연자성체에는 제1, 제2, 제3, 및 제4 간극(gap)이 상기 연자성체의 둘레 방향으로 약 90°간격으로 형성되어 있으며,

   여기서, 상기 연자성체의 외주와 상기 자기 쉴드 사이의 거리는 상기 연자성체의 둘레 방향으로의 제1 내지 제4 간극 각각의 길이 보다 큰

   각도 위치 센서.
9. 제2항에 있어서,

   상기 경자성체의 둘레 방향에 수직한 방향으로의 상기 제1 및 제2 자극의 폭은 상기 제1 및 제2 자극의 둘레 중심을 향해 감소되는

   각도 위치 센서.
10. 제9항에 있어서,

    상기 경자성체 및 상기 연자성체 각각은 원형의 내측 둘레부를 가지며, 상기 경자성체는 상기 경자성체의 둘레 방향에 수직한 방향으로 상기 제1 및 제2 자극의 둘레 중심의 폭이 상기 제1 및 제2 자극 사이의 경계의 폭 보다 작은 형상으로 정의되는 실질적으로 원형인 외측 둘레부를 갖는

    각도 위치 센서.
11. 제1항에 있어서,

    상기 경자성체의 둘레부 상에서 연장하는 평면에 수직한 방향으로의 상기 경자성체의 두께는 상기 연자성체의 두께 보다 크고, 상기 경자성체의 둘레부 상에서 연장하는 평면에 수직한 방향으로 대향하는 상기 경자성체의 단부는, 상기 경자성체의 둘레부 상에서 연장하는 평면에 수직한 방향으로 상기 연자성체의 단부의 외측으로 돌출하고 있는

    각도 위치 센서.
12. 각도 위치 센서 및 각도 위치 계산 회로를 포함하는 각도 위치 결정 장치에 있어서,

    상기 각도 위치 센서는,

    (a) 회전 부재에 접속되는 경자성체 - 상기 경자성체는 둘레부를 가지며, 그 부근에 자기장을 생성하기 위해 그 둘레 방향으로 자화되어, 그 둘레 방향으로 소정 각도 범위 내에서 실질적으로 균일한 양의 자속을 생성하도록 서로 다른 극성 사이의 경계로부터 그 둘레 중심으로 체적이 감소되게 형성되고, 상기 경자성체는 제1 자극 및 상기 제1 자극과 극성이 다른 제2 자극을 가지며, 상기 제1 및 제2 자극은 상기 경자성체의 둘레 방향으로 서로 180°떨어진 위치에서 그 단부가 결합되어 있음 - ;

    (b) 자기 회로를 형성하기 위해, 상기 경자성체에 의해 생성된 자기장 내에서 상기 경자성체의 둘레부 외측에 배치되는 연자성체 - 상기 회전 부재의 회전은 상기 자기장과 상기 경자성체 사이의 상대 위치를 변화시켜, 상기 자기 회로 내의 자속 밀도를 변화시키고, 상기 연자성체에는 약 90°의 간격으로 간극이 형성되어 있음 - ; 및

    (c) 상기 연자성체의 둘레 방향으로 인접한 두개의 간극 내에 각각 배치되는 제1 및 제2 센서 소자를 포함하는 자속 밀도 측정 센서 - 상기 제1 및 제2 센서 소자는 두개의 간극 내의 자속 밀도를 측정하고, 이를 나타내는 전기 신호를 생성함 -

    를 포함하며,

    상기 각도 위치 계산 회로는 상기 자속 밀도 측정 센서에 의해 생성된 상기 전기 신호에 기반하여 상기 회전 부재의 각도 위치를 계산하는

    각도 위치 결정 장치.
13. 제12항에 있어서,

    상기 각도 위치 계산 회로는 상기 회전 부재의 각도 위치를 결정하기 위해 상기 전기 신호를 조합하도록 설계되는

    각도 위치 결정 장치.
14. 제12항에 있어서,

    상기 각도 위치 계산 회로는 상기 자속 밀도 측정 센서에 의해 제공되는 전기 신호 상에서 덧셈, 뺄셈, 곱셈 및 나눗셈 연산 중 적어도 하나를 수행하는

    각도 위치 결정 장치.
15. 제12항에 있어서,

    상기 회전 부재는 차량용 스티어링 휠에 연결되는 스티어링 축인

    각도 위치 결정 장치.
16. 회전 부재에 연결되는 환형의 경자성체 - 상기 경자성체는 제1 자극 및 상기 제1 자극과 극성이 다른 제2 자극을 포함하고, 상기 제1 및 제2 자극은 상기 경자성체의 둘레 방향으로 서로 180°떨어진 위치에서 그 단부가 결합되어 있으며, 상기 경자성체는 그 둘레 방향으로 소정 각도 범위 내에서 실질적으로 균일한 양의 자속을 생성하도록 서로 다른 극성 사이의 경계로부터 그 둘레 중심으로 체적이 감소되게 형성되어 있음 - ;

    상기 경자성체의 둘레부 외측에 배치되고, 약 90°간격으로 배열된 간극이 형성되어 있는 연자성체 - 상기 회전 부재의 회전은 상기 경자성체와 상기 연자성체 사이의 상대 위치를 변화시켜, 상기 간극 내의 자속 밀도를 변화시킴 - ;

    상기 간극의 배열 방향으로 각각 인접한 두개의 간극 중 하나의 간극에 배치되는 자속 밀도 측정 센서 - 상기 자속 밀도 측정 센서는 두개의 간극 내의 자속 밀도를 측정하고, 이를 나타내는 전기 신호를 생성하고, 이들 전기 신호는 위상이 서로 90°어긋나 쉬프트되고, 직선부를 갖는 실질적으로 삼각파를 나타냄 - ; 및

    실질적으로 단일한 직선을 형성하기 위해, 상기 삼각파의 직선부를 조합 및 보정하는 각도 위치 계산 회로 - 상기 각도 위치 계산 회로는 상기 직선을 이용하여 회전 부재의 각도 위치를 계산함 -

    를 포함하는 각도 위치 결정 장치.
17. 제16항에 있어서,

    상기 자속 밀도 측정 센서에 의해 생성된 상기 전기 신호는 그 레벨이 회전 부재의 각도 위치 함수로서 변화하는 전압 신호이고,

    여기서, 상기 삼각파의 직선부의 보정은 상기 회전 부재의 회전의 미리 선택 된 각도 범위 중 하나의 각도 범위를 넘어 각각이 연장하는 직선부로부터 세그먼트를 추출하고, 상기 세그먼트의 기울기의 부호를 서로 일치시키고, 상기 세그먼트를 평행 이동시켜, 상기 세그먼트 각각의 단부의 전압 레벨을 상기 세그먼트 중 인접한 세그먼트 단부의 전압 레벨과 일치시키고, 단일한 전압-각도 라인(voltage-to-angle line)을 생성하도록 이동된 세그먼트를 결합하고, 상기 단일한 전압-각도 라인에 의해 나타나는 최대 전압 레벨과 최소 전압 레벨 사이에서 연장하는 직선형상의 전압-각도 라인(straight voltage-to-angle line)을 정의하고, 상기 직선형상의 전압-각도 라인 사이에 개재된 중간 전압 레벨을 결정하고, 상기 중간 전압 레벨을 이상적인 전압 레벨로 일치시키는데 요구되는 전압 보정값을 결정하고, 상기 직선형상의 전압-각도 라인의 기울기를 이상적인 기울기로 일치시키는데 요구되는 기울기 보정값을 결정함으로써 상기 각도 위치 계산 회로에서 획득되는

    각도 위치 결정 장치.
18. 제16항에 있어서,

    상기 자속 밀도 측정 센서 각각은 주변 온도로부터 기인하는 오차를 보상하도록 상기 전기 신호를 보정하는

    각도 위치 결정 장치.
19. 제18항에 있어서,

    상기 자속 밀도 측정 센서 각각은 온도-보정값 맵을 포함하고, 상기 자속 밀도 측정 센서 각각은 상기 온도-보정값 맵으로부터 주변 온도에 대응하는 보정값을 선택하고, 상기 보정값을 이용하여 상기 전기 신호를 보정하는

    각도 위치 결정 장치.
20. 제16항에 있어서,

    상기 각도 위치 계산 회로는 상기 전기 신호의 이상적인 최대 전압 레벨 및 이상적인 최소 전압 레벨을 저장하고 있으며, 상기 전기 신호의 실제 최대 전압 레벨과 상기 이상적인 최대 전압 레벨 사이의 제1 차이, 및 실제 최소 전압 레벨과 상기 이상적인 최소 전압 레벨 사이의 제2 차이를 결정하고, 상기 제1 및 제2 차이를 이용하여 상기 실제 최대 전압 레벨 및 상기 실제 최소 전압 레벨을 보정하는

    각도 위치 결정 장치.

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