KR102477526B1 - 지터 극을 갖는 자석 링 - Google Patents

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Abstract

장치는 제1 플랫폼, 및 제1 플랫폼에 대해 축을 중심으로 회전하도록 구성되는 제2 플랫폼을 포함한다. 자석 링은 제1 플랫폼에 장착되고 축을 중심으로 한다. 자석 링은 이웃하는 극들 사이의 각각의 개별 경계가 자석 링 주위의 극들의 경계들의 균일한 간격에 의해 정의되는 대응하는 공칭 경계에 대해 시프트되도록 위치된 4개 이상의 자화된 극을 포함한다. 극들의 유휴 시프트된 경계들은 자석 링의 특성 시프트 패턴을 정의한다. 자기장 센서는 제2 플랫폼에 연결된다. 회로는 (i) 센서에 의해 생성되는 데이터에 기초하여 극들에 의해 생성되는 자기장 패턴을 결정하고, (ⅱ) 자기장 패턴을 특성 시프트 패턴에 상관시킴으로써 제2 플랫폼에 대한 제1 플랫폼의 회전 위치를 결정하도록 구성된다.

Description

지터 극을 갖는 자석 링
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2018년 10월 31일자로 출원되고 발명의 명칭이 "지터 극을 갖는 자석 링(Magnet Ring with Jittered Pole)"인 미국 가특허 출원 일련 번호 제62/ 753,446호, 및 2018년 12월 28일자로 출원되고 발명의 명칭이 "지터 극을 갖는 자석 링"인 미국 특허 출원 일련 번호 제16/235,294호의 우선권을 주장하며, 이들은 본 명세서에서 완전히 설명된 것처럼 참조에 의해 여기에 포함된다.
회전식 조인트 디바이스들(rotary joint devices)은 하나의 구조물과 다른 구조물 사이에 상대적인 회전을 유발함으로써 동작하는 전기기계 시스템에서 그 2개의 구조물(예를 들어, 고정자와 회전자) 사이의 전력 및/또는 전기 신호의 전송을 위해 사용된다. 회전식 조인트 디바이스들을 사용하는 예시적인 시스템들은 다른 것들 중에서도, 원격 감지 시스템들(예를 들어, RADAR, LIDAR 등) 및 (예를 들어, 마이크로폰들, 스피커들, 로보틱 컴포넌트들 등을 지시하기 위한) 로보틱 시스템들을 포함한다. 본 발명의 배경기술은 미국 특허출원공개공보 2018/0123412 A1호 및 2006/0267427 A1호 및 2008/0290862 A1호, 그리고 미국 특허공보 6,400,143 B1호 및 4,658,162 A호에 기술되어 있다.
예시적인 실시예에서, 지터 극들을 갖는 자석 링을 포함하는 회전식 조인트(rotational joint)가 제공된다. 자석 링의 이웃하는 극들 사이의 경계들은 대응하는 공칭 경계에 대해 지터된다. 공칭 경계들은 자석 링 주위의 경계들의 균일한 간격에 의해 정의된다. 즉, 자석 링을 구성하는 극들은 상이한 크기들을 갖고, 이는 자석 링 주위의 경계들의 불균일한 분포를 야기한다. 이러한 불균일한 분포는 자석 링의 회전 위치를 결정하기 위해 자기장 센서들에 의해 측정될 수 있는 특성 시프트 패턴을 정의한다. 구체적으로, 측정된 자기장 패턴이 특성 필드 패턴과 상관되어 그 사이의 상대적 오프셋이 결정될 수 있고, 이는 결국 자석 링의 회전 위치를 결정하기 위해 사용될 수 있다.
제1 예시적인 실시예에서, 특성 시프트 패턴(characteristic shift pattern)을 측정된 자기장 패턴에 상관시킴으로써 회전 위치를 결정하기 위한 장치가 제공된다. 장치는 제1 면을 갖는 제1 플랫폼; 및 제1 플랫폼의 제1 면과 적어도 부분적으로 중첩되는 제2 면을 갖는 제2 플랫폼을 포함한다. 제2 플랫폼은 제1 플랫폼에 대해 축을 중심으로 회전하도록 구성된다. 장치는 제1 플랫폼의 제1 면에 장착되고 축을 중심으로 하는 자석 링을 또한 포함한다. 자석 링은 4개 이상의 자화된 극을 포함한다. 4개 이상의 자화된 극은, 4개 이상의 극 중에서 이웃하는 극들 사이의 각각의 개별 경계가 자석 링 주위의 4개 이상의 극의 경계들의 균일한 간격에 의해 정의되는 대응하는 공칭 경계에 대해 시프트되도록 위치된다. 4개 이상의 극의 시프트된 경계들은 자석 링의 특성 시프트 패턴을 정의한다. 장치는 제2 플랫폼의 제2 면에 연결되고, 4개 이상의 극에 의해 생성된 자기장의 특성을 측정함으로써, 측정된 자기장 패턴을 생성하도록 구성되는 자기장 센서를 추가적으로 포함한다. 장치는 제2 플랫폼이 제1 플랫폼에 대해 회전하는 동안 자기장 센서에 의해 생성된 데이터에 기초하여, 측정된 자기장 패턴을 결정하도록 구성되는 회로를 더 포함할 수 있다. 회로는 자기장 패턴을 특성 시프트 패턴에 상관시킴으로써 제2 플랫폼에 대한 제1 플랫폼의 회전 위치를 결정하도록 또한 구성될 수 있다.
제2 예시적인 실시예에서, 자석 링의 4개 이상의 극에 의해 생성되는 제2 자기장과 상호작용하는 제1 자기장을 생성하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다. 자석 링은 제1 플랫폼이 제2 플랫폼에 대해 회전축을 중심으로 회전하도록, 제1 플랫폼에 장착된다. 방법은 또한 제2 플랫폼에 연결된 자기장 센서로부터 제2 자기장의 특성을 나타내는 데이터를 수신하는 단계를 포함한다. 4개 이상의 극 중에서 이웃하는 극들 사이의 각각의 개별 경계는 자석 링 주위의 4개 이상의 극의 경계들의 균일한 간격에 의해 정의되는 대응하는 공칭 경계에 대해 시프트된다. 방법은 자기장 센서로부터 수신된 데이터에 기초하여 자기장 패턴을 결정하는 단계를 추가적으로 포함한다. 방법은 자기장 패턴을 자석 링에 대한 특성 시프트 패턴에 상관시킴으로써 제2 플랫폼에 대한 제1 플랫폼의 회전 위치를 결정하는 단계를 더 포함한다. 특성 시프트 패턴은 자석 링의 4개 이상의 극의 시프트된 경계들에 의해 정의된다.
제3 예시적인 실시예에서, 컴퓨팅 디바이스에 의해 실행될 때, 컴퓨팅 디바이스로 하여금 동작들을 수행하게 하는 명령어들이 저장된 비-일시적 컴퓨터 판독가능한 저장 매체가 제공된다. 동작은 전기 전도성 경로를 통해 전류가 흐르게 함으로써 제1 자기장을 생성하기 위한 명령어들을 제공하는 것을 포함한다. 제1 자기장은 제1 플랫폼이 제2 플랫폼에 대해 회전축을 중심으로 회전하도록, 제1 플랫폼에 장착된 자석 링의 4개 이상의 극에 의해 생성되는 제2 자기장과 상호작용한다. 전기 전도성 경로는 제2 플랫폼 내에 포함된다. 동작들은 또한 제2 플랫폼에 연결된 자기장 센서로부터 제2 자기장의 특성을 나타내는 데이터를 수신하는 것을 포함한다. 4개 이상의 극 중에서 이웃하는 극들 사이의 각각의 개별 경계가 자석 링 주위의 4개 이상의 극의 경계들의 균일한 간격에 의해 정의되는 대응하는 공칭 경계에 대해 시프트된다. 동작들은 자기장 센서로부터 수신된 데이터에 기초하여 자기장 패턴을 결정하는 것을 추가적으로 수반한다. 동작들은 자기장 패턴을 자석 링에 대한 특성 시프트 패턴에 상관시킴으로써 제2 플랫폼에 대한 제1 플랫폼의 회전 위치를 결정하는 것을 더 수반한다. 특성 시프트 패턴은 자석 링의 4개 이상의 극의 시프트된 경계들에 의해 정의된다.
제4 예시적인 실시예에서, 시스템은 자석 링의 4개 이상의 극에 의해 생성되는 제2 자기장과 상호작용하는 제1 자기장을 생성하기 위한 수단을 포함한다. 자석 링은 제1 플랫폼이 제2 플랫폼에 대해 회전축을 중심으로 회전하도록, 제1 플랫폼에 장착된다. 제1 자기장을 생성하는 것은 제2 플랫폼 내에 포함된 전기 전도성 경로를 통해 전류가 흐르게 하는 것을 수반할 수 있다. 시스템은 또한 제2 플랫폼에 연결된 자기장 센서로부터 제2 자기장의 특성을 나타내는 데이터를 수신하기 위한 수단을 포함한다. 4개 이상의 극 중에서 이웃하는 극들 사이의 각각의 개별 경계는 자석 링 주위의 4개 이상의 극의 경계들의 균일한 간격에 의해 정의되는 대응하는 공칭 경계에 대해 시프트된다. 시스템은 자기장 센서로부터 수신된 데이터에 기초하여 자기장 패턴을 결정하기 위한 수단을 추가적으로 포함한다. 시스템은 자기장 패턴을 자석 링에 대한 특성 시프트 패턴에 상관시킴으로써 제2 플랫폼에 대한 제1 플랫폼의 회전 위치를 결정하기 위한 수단을 더 포함한다. 특성 시프트 패턴은 자석 링의 4개 이상의 극의 시프트된 경계들에 의해 정의된다.
위의 개요는 설명을 위한 것일 뿐이며 어떤 식으로든 제한으로 의도되지 않는다. 위에서 설명된 예시적인 양태들, 실시예들, 및 특징들에 더하여, 추가의 양태들, 실시예들, 및 특징들은 도면들, 및 이하의 상세한 설명 및 첨부 도면들을 참조하여 명백해질 것이다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 회전식 조인트를 포함하는 디바이스의 단순화된 블록도이다.
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 회전식 조인트를 포함하는 디바이스의 측면도를 도시한다.
도 3a는 예시적인 실시예들에 따른 자석 링을 도시한다.
도 3b는 예시적인 실시예들에 따른 자기 링에 대한 극 크기 조정을 도시한다.
도 3c는 예시적인 실시예들에 따른 자석 링의 특성 시프트 패턴들의 그래프들을 도시한다.
도 4는 예시적인 실시예들에 따른 자석 링 및 자기장 센서들을 도시한다.
도 5는 예시적인 실시예들에 따른 복합 특성 시프트 패턴을 도시한다.
도 6은 예시적인 실시예들에 따른 흐름도를 도시한다.
예시적인 방법들, 디바이스들, 및 시스템들이 여기에 설명된다. "예" 및 "예시적인"이라는 단어들은 여기서 "예시, 사례 또는 실례의 역할을 하는"을 의미하는 것으로 사용됨을 이해해야 한다. 여기서 "예" 또는 "예시적인"으로 설명된 임의의 실시예 또는 특징은 그렇게 표시되지 않는 한 다른 실시예들 또는 특징들보다 바람직하거나 유리한 것으로 해석될 필요는 없다. 여기에 제시된 주제의 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예들이 이용될 수 있고 다른 변경들이 이루어질 수 있다.
따라서, 여기에 설명된 예시적인 실시예들은 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 여기에 일반적으로 설명되고 도면들에 예시된 바와 같은 본 개시내용의 양태들은 광범위하게 다양한 상이한 구성들로 배열, 대체, 결합, 분리 및 설계될 수 있음이 쉽게 이해될 것이다.
본 설명 전반에 걸쳐, 단수 표현(관사 "a" 또는 "an")은 예시적인 실시예들의 요소들을 소개하기 위해 사용된다. 달리 명시되지 않는 한, 또는 문맥이 달리 명백하게 기술하지 않는 한, 단수 표현("a" 또는 "an")에 대한 임의의 언급은 "적어도 하나"를 지칭하고, 그("the")에 대한 임의의 언급은 "적어도 하나"를 지칭한다. 적어도 2개의 용어의 설명된 목록 내에서 접속사 "또는"을 사용하는 것의 의도는 나열된 용어들 중 임의의 것, 또는 나열된 용어들의 임의의 조합을 나타내는 것이다.
"제1", "제2", "제3" 등과 같은 서수들의 사용은 해당 요소들의 특정 순서를 나타내는 것이 아니라 각각의 요소들을 구별하기 위한 것이다. 본 설명을 위해, "다수의" 및 "복수의"라는 용어는 "둘 이상의" 또는 "하나보다 많은"을 의미한다.
또한, 문맥이 달리 시사하지 않는 한, 도면들 각각에 예시된 특징들은 서로 결합하여 사용될 수 있다. 따라서, 도면들은 모든 예시된 특징들이 각각의 실시예에 필요한 것은 아니라는 이해와 함께, 일반적으로 하나 이상의 전체 실시예의 컴포넌트 양태들로서 보아야 한다. 도면들에서, 유사한 기호들은 문맥이 달리 기술하지 않는 한, 전형적으로 유사한 컴포넌트들을 식별한다. 또한, 달리 언급되지 않는 한, 도면들은 축척대로 그려지지 않으며 설명 목적으로만 사용된다. 또한, 도면들은 대표적인 것일 뿐이며, 모든 컴포넌트들이 보여지지는 않는다. 예를 들어, 추가 구조 또는 제한 컴포넌트들은 보여지지 않을 수 있다.
추가적으로, 본 명세서 또는 청구항들 내의 요소들, 블록들 또는 단계들의 임의의 열거는 명확성을 위한 것이다. 따라서, 이러한 열거는 이러한 요소들, 블록들 또는 단계들이 특정 배열을 준수하거나 특정 순서로 수행되는 것을 요구하거나 암시하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
Ⅰ. 개요
많은 자동차, 로보틱 및 산업용 디바이스들은 서로에 대해 회전하는 컴포넌트들을 포함한다. 이러한 컴포넌트들은 서로 회전식으로 결합된 2개의 플랫폼에 포함되거나 자체적으로 그것을 형성할 수 있다. 예시적인 회전식 조인트 디바이스는 2개의 플랫폼 사이의 상대적인 회전에 응답하여 제1 플랫폼의 제1 면이 제2 플랫폼의 제2 면에 대해 미리 결정된 거리 내에 유지되도록 배열된 2개의 플랫폼을 포함한다. 일례에서, 2개의 플랫폼은 공통 축을 중심으로 한 2개의 플랫폼 중 임의의 것의 회전에 응답하여 2개의 플랫폼 사이의 중첩을 유지하기 위해 개별 디스크들의 공통 축을 중심으로 동심으로 배열된 원 형상 디스크들을 포함할 수 있다.
일부 경우들에서, 제2 플랫폼에 대한 제1 플랫폼의 각도 위치가 관심 대상일 수 있다. 예를 들어, 각도 위치는 시간에 따라 추적될 때 제1 플랫폼과 제2 플랫폼 사이의 상대적 변위를 결정하고 추적하는 데 사용될 수 있다. 다른 예에서, 이러한 각도 위치는 로보틱 디바이스의 부속물을 제어하거나, 자동차의 센서를 조종하거나, 그렇지 않으면 회전식 조인트를 위치시키기 위해 사용될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 지터 극들을 갖는 자석 링이 제1 플랫폼에 장착될 수 있다. 극들의 지터는 제2 플랫폼에 장착된 하나 이상의 자기장 센서에 의해 측정되고, 다른 플랫폼에 대한 하나의 플랫폼의 각도 위치를 결정하기 위해 사용될 수 있다.
자석 링은 2개의 플랫폼의 회전 축 주위에 장착될 수 있다. 자석 링은 4개 이상의 극을 포함할 수 있으며, 각각의 극은 교대로 반대 방향(예를 들어, 북-남-북-남)으로 자화되고, 제2 플랫폼을 가리킨다. 일례에서, 자석 링은 제2 플랫폼의 제2 면을 향하는 원 형상 디스크의 주변부를 따라(예를 들어, 제1 플랫폼의 제1 면을 따라) 배열된 복수의 영구 자석(예를 들어, 강자석 등)으로서 구현될 수 있다. 이러한 배열에서, 인접한 자석들은 제2 플랫폼을 향하는 반대 극성 표면들을 가질 수 있고, 따라서 인접한 자석들 사이에서 자기장이 연장될 수 있다. 다른 예에서, 자석 링은 자석 링의 유사한 영역들 위에서 각각 연장되는, 교대하는 극성들을 갖는 인쇄된 링 자석(예를 들어, 자화된 부분들을 갖는 링 구조물)으로서 구현될 수 있다. 예를 들어, 링 자석은 단일 부품의 소결된 링 자석일 수 있다. 추가의 예에서, 자석 링은 제2 플랫폼의 제2 면을 향하는 원 형상 디스크의 주변부를 따라 배열된 복수의 전자석으로서 구현될 수 있다. 링 내의 인접한 전자석들은 반대 방향들의 전류들로 구동될 수 있으며, 이에 따라 자석 링의 유사한 영역들에 걸쳐 각각 연장되는 교대하는 자기 극성들을 생성한다.
각각의 2개의 이웃하는 극 사이의 경계는 이들 2개의 이웃하는 극에 대한 대응하는 공칭 경계에 대해 지터(예를 들어, 시프트)될 수 있다. 공칭 경계는 자석 링의 원주 주위에서 극 경계들의 균일한 간격에 의해 정의되는 기준점일 수 있다. 따라서, 상이한 크기들을 갖는 4개 이상의 자극에 의해 지터 극들이 형성될 수 있으며, 이는 그 사이의 경계들이, 극들 각각이 동일한 크기인 경우에 경계가 있을 위치에 대해 시프트되게 한다.
지터 또는 시프트의 크기는 자석 링의 노화 또는 스트레스로 인해 예상 드리프트보다 크게 선택될 수 있다. 자석 링이 모터의 일부로서 사용되는 경우(예를 들어, 그것의 회전자를 형성) 각각의 극에 대한 지터의 크기는 최대 임계 값보다 작을 수 있다. 모터는 자극들의 회전 대칭 분포를 예상할 수 있으므로, 최대 임계 값은 모터의 성능에 큰 영향을 주지 않을 정도로 충분히 작을 수 있다. 예를 들어, 모터의 자극들 및 코일들이 지터에 의해 도입되는 회전 비대칭으로 인해 자석 링의 주변부 주위에서 원하는 위상 관계를 갖지 않는 것으로 인해 (예를 들어, 특정 진폭을 넘어서는) 모터 진동들을 야기하지 않거나 모터 토크를 감소시키지 않도록, 최대 임계 값이 충분히 작을 수 있다. 특히, 이러한 경우에서, 디바이스는 동일한 자석 링을 사용하면서 전기 모터와 자기 인코더의 기능을 결합할 수 있다.
시프트된 극 경계들은 자석 링에 대한 특성 시프트 패턴을 정의할 수 있다. 이러한 특성 시프트 패턴은 자석 링에 연관하여 사용되는 제어 시스템 또는 회로에 알려져 있을 수 있으며, 자석 링의 회전 위치를 결정하는 데에 기준으로서 사용될 수 있다. 즉, 하나 이상의 자기장 센서가 자석 링의 회전 동안의 자기장 패턴을 측정하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 측정된 자기장 패턴 또는 그것의 양태들이 특성 시프트 패턴과 상관(예를 들어, 교차 상관)되어, 그들 사이의 오프셋이 결정될 수 있다. 측정된 패턴과 특성 패턴 사이의 오프셋은 측정된 패턴 동안의 상이한 지점들에서의 센서에 대한 자석 링의 상대적 위치를 나타낼 수 있다. 즉, 오프셋은 특성 시프트 패턴에 기초하여, 극들 중 어느 것이 측정된 자기장 패턴에 연관되는지를 식별할 수 있다.
상관은 측정된 자기장 패턴과 특성 시프트 패턴 사이의 슬라이딩 내적(예를 들어, 교차 상관)을 계산하는 것을 수반할 수 있다. 측정된 자기장 패턴과 특성 시프트 패턴이 자석 링의 위치를 올바르게 나타내도록 정렬될 때, 그들 사이의 내적 값은 슬라이딩 내적의 임의의 다른 계산된 값보다 높을 수 있다. 그러나, 노이즈의 존재 시에, 슬라이딩 내적의 가장 높은 값과 다른 계산된 값들 사이의 차이가 줄어들 수 있다. 일부 경우들에서, 이는 자석 링의 위치를 잘못 나타내는 잘못된 긍정 일치(false positive match)로 이어질 수 있다.
따라서, 특성 시프트 패턴은 (i) 자기 상관의 가장 높은 값과 (ⅱ) 자기 상관의 임의의 다른 값 사이에 큰 차이를 갖는 자기 상관을 갖도록 선택될 수 있다. 즉, 특성 시프트 패턴의 자기 상관은 두드러지게 피크를 가질 수 있어서, 특성 시프트 패턴이 자기 자신과 정렬될 때 높은 값을 갖고, 특성 시프트 패턴이 자기 자신과 정렬되지 않을 때 상당히 더 낮은 값을 가질 수 있다. 따라서, 이러한 특성 시프트 패턴은 측정된 자기장(노이즈가 중첩된 특성 시프트 패턴의 지연된 버전을 나타냄)이 그것과 고도로 상관될 때를 정확하게 나타낼 수 있다.
측정된 자기장 패턴과 특성 시프트 패턴의 상관을 계산할 때, 극 경계를 가로지르는 각각의 전이의 방향이 고려될 수 있다. 즉, 회로 또는 제어 시스템은 측정된 자기장 패턴 내의 특정 전이가 북-남 전이(예를 들어, 하강 전이)인지 아니면 남-북 전이(예를 들어, 상승 전이)인지를 결정할 수 있다. 특성 시프트 패턴은 마찬가지로 각각의 전이의 방향을 반영할 수 있다. 따라서, 상관의 계산은 측정된 자기장 패턴 내의 상승 및 하강 전이들을 특성 패턴 내의 상승 및 하강 전이들과 각각 비교함으로써 단순화될 수 있다. 즉, 측정된 자기장 패턴 내의 하강 전이들은 특성 패턴 내의 상승 전이들과 비교되지 않을 수 있으며, 그 반대의 경우도 마찬가지이다.
일부 구현들에서, 자석 링의 위치는 복수의 자기장 센서에 의해 모니터링될 수 있다. 단 하나의 자기장 센서만이 사용될 때, 자석 링은 그것의 위치가 결정될 수 있기 전에 전체 회전 또는 전체 회전의 첫 번째 부분을 완료해야 할 수 있다. 한편, 복수의 센서를 사용하는 경우, 자석 링은 그것의 위치가 결정될 수 있기 전에 이러한 전체 회전의 두 번째의 더 작은 부분만큼만 회전되면 되므로, 전이들의 완전한 패턴이 더 즉시 관찰되는 것을 허용할 수 있다. 추가로, 복수의 자기장 센서는 자석 링의 위치에 있어서 더 높은 해상도를 제공하고, 이 위치를 결정하는 데 사용되는 보간의 범위를 감소시키며, 평균을 낼 수 있는 추가 데이터 스트림들을 제공하여, 자기장 센서들에 의해 픽업되는 노이즈의 영향들을 완화할 수 있다.
이를 위해, 자석 링 주위의 다수의 자기장 센서의 특정 분포는 이러한 센서들 각각으로부터의 신호들의 조합에 기초하여 형성되는 특정 복합 특성 패턴을 초래할 것으로 예상될 수 있다. 이러한 센서들은 회전 동안 자석 링을 모니터링하기 위해 사용될 수 있으며, 개별 자기장 패턴을 각각 검출할 수 있다. 검출된 자기장 패턴들은 복합 자기장 패턴으로 결합될 수 있고, 다음으로, 이것은 자석 링의 위치를 결정하기 위해 복합 특성 시프트 패턴과 상관될 수 있다.
일례에서, 자기장 센서들은 비대칭 배열로 자석 링 주위에 배치될 수 있다. 그 결과, 생성된 복합 자기장 패턴은 비주기적일 수 있다(즉, 한 주기 내에 반복되는 패턴들을 포함하지 않을 수 있음). 따라서, 복합 자기장 패턴을 생성할 때, 각각의 개별 자기장 패턴의 소스는 무시될 수 있다. 즉, 상관은 어느 센서가 특정 상승 또는 하강 에지를 생성했는지를 고려하지 않을 수 있다. 한편, 센서들이 자석 링에 관해 대칭으로 배열되는 경우, 복합 자기장 패턴은 주기적일 수 있다(즉, 한 주기 내에 반복되는 패턴들을 포함할 수 있음). 따라서, 각각의 상승 또는 하강 에지에 대한 소스 센서가 추적될 수 있고, 이에 의해, 상관은 복합 자기장 패턴 내의 상이한 반복 패턴들을 서로로부터 명확히 구별하게 할 수 있다.
Ⅱ. 예시적인 회전식 조인트들
도 1은 회전식 조인트를 포함하는 디바이스(100)의 단순화된 블록도이다. 보여진 바와 같이, 디바이스(100)는 제1 플랫폼(110) 및 제2 플랫폼(130)을 포함한다. 제1 플랫폼(110)은 회전자 또는 다른 이동가능한 컴포넌트를 포함하거나 이에 결합될 수 있다. 예를 들어, 플랫폼(110)은 플랫폼(130)에 대해, 그리고 플랫폼(110)의 회전 축(예를 들어, 회전자 축)에 관해 회전하도록 구성될 수 있다. 따라서, 플랫폼(110)은 회전식 조인트 구성에서 회전 플랫폼으로서 구성될 수 있다. 보여진 바와 같이, 플랫폼(110)은 센서(112), 제어기(114), 통신 인터페이스(116), 전력 인터페이스(118), 및 하나 이상의 자석(120)을 포함한다.
일부 예들에서, 플랫폼(110)은 플랫폼(110)의 다양한 컴포넌트들을 지지 및/또는 장착하기에 적합한 임의의 고체 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 플랫폼(110)은 통신 인터페이스(116) 및/또는 플랫폼(110)의 다른 컴포넌트들을 장착하는 인쇄 회로 기판(PCB)을 포함할 수 있다. 이 예에서의 PCB는 또한 플랫폼(110)의 컴포넌트들(예를 들어, 센서(112), 제어기(114), 통신 인터페이스(116), 전력 인터페이스(118) 등) 중 하나 이상을 서로 전기적으로 결합하는 회로(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 이 예에서의 PCB는 장착된 컴포넌트들이 플랫폼(130)의 대응하는 면을 향하거나 반대를 향하는 플랫폼(110)의 면을 따르도록 위치될 수 있다. 예를 들어, 이러한 배열로, 플랫폼들(110 및 130)은 플랫폼(130)에 대한 플랫폼(110)의 회전에 응답하여, 서로에 대해 주어진 거리 내에 남아있을 수 있다.
센서(112)는 플랫폼(110)에 장착된 센서들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 예시적인 센서들의 비-포괄적 목록은 다른 예들 중에서도 방향 센서들(예를 들어, 자이로스코프들, 가속도계들 등), 원격 감지 디바이스들(예를 들어, RADAR들, LIDAR들 등), 사운드 센서들(예를 들어, 마이크로폰들)을 포함할 수 있다.
제어기(114)는 제1 플랫폼(110)의 컴포넌트들 중 하나 이상을 동작시키도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 제어기(114)는 범용 프로세서들, 특수 목적 프로세서들, 데이터 저장소, 로직 회로, 및/또는 디바이스(100)의 하나 이상의 컴포넌트를 동작시키도록 구성된 임의의 다른 회로의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 일 구현에서, 제어기(114)는 센서(112), 인터페이스(116) 등을 동작시키기 위해, 데이터 저장소에 저장된 명령어들을 실행하는 하나 이상의 프로세서를 포함한다. 다른 구현에서, 제어기(114)는 대안적으로 또는 추가적으로 디바이스(100)의 하나 이상의 컴포넌트를 동작시키기 위해 여기에 설명된 기능들 및 프로세스들 중 하나 이상을 수행하도록 배선된 회로를 포함한다. 일례에서, 제어기(114)는 센서(112)에 의해 수집된 센서 데이터를 수신하고, 센서 데이터를 나타내는 변조된 전기 신호를 통신 인터페이스(116)에 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 센서 데이터는 측정된 배향, 주변 환경의 스캔, 검출된 사운드들, 및/또는 센서(112)의 임의의 다른 센서 출력을 나타낼 수 있다.
통신 인터페이스(116)는 플랫폼들(110 및 130) 사이에서 데이터 및/또는 명령어들을 전송 및/또는 수신하도록 구성된 무선 또는 유선 통신 컴포넌트들(예를 들어, 송신기들, 수신기들, 안테나들, 광원들, 광 검출기들 등)의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 일례에서, 통신 인터페이스(116)가 광 통신 인터페이스인 경우, 인터페이스(116)는 플랫폼(130)에 포함된 광 검출기에 의한 수신을 위해 변조된 광 신호(102)를 방출하도록 배열된 하나 이상의 광원을 포함할 수 있다. 예를 들어, 신호(102)는 센서(112)에 의해 수집된 센서 데이터를 나타낼 수 있다. 또한, 이 예에서, 인터페이스(116)는 플랫폼(130)으로부터 방출된 변조된 광 신호(104)를 수신하기 위한 광 검출기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 신호(104)는 센서(112), 및/또는 플랫폼(110)에 결합된 임의의 다른 컴포넌트를 동작시키기 위한 명령어들을 나타낼 수 있다. 이 예에서, 제어기(114)는 인터페이스(116)를 통해 검출된 수신된 명령어들에 기초하여 센서(112)를 동작시킬 수 있다.
전력 인터페이스(118)는 플랫폼들(110 및 130) 사이의 전력의 무선(또는 유선) 전송을 위해 구성된 하나 이상의 컴포넌트를 포함할 수 있다. 예로서, 인터페이스(118)는 플랫폼(110)의 하나 이상의 컴포넌트(예를 들어, 센서(112), 제어기(114), 통신 인터페이스(116) 등)에 전력을 공급하기 위한 전류를 유도하기 위해, 변압기 코일들을 통해 연장된 자속을 수신하도록 배열된 변압기 코일(들)(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 변압기 코일들은 플랫폼(130)에 포함되는 대응하는 변압기 코일들에 대향하여, 플랫폼(110)의 중앙 영역 주위에 배열될 수 있다. 또한, 예를 들어, 디바이스(100)는 인터페이스(118) 내의 변압기 코일들(및/또는 플랫폼(130)에 포함된 변압기 코일들)을 통해 연장되는 자기 코어(도시되지 않음)를 포함하여, 각각의 변압기 코일들을 통해 자속을 안내함으로써 2개의 플랫폼 사이의 전력 전송의 효율을 향상시킬 수 있다. 다른 구성들도 물론 가능하다.
자석(들)(120)은 철, 강자성 화합물, 페라이트 등과 같은 강자성 재료, 및/또는 플랫폼(110)의 제1 플랫폼 자기장을 생성하도록 자화되는 임의의 다른 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 자석(들)(120)은 네오디뮴-철-붕소(NdFeB) 자석일 수 있다. 다른 예에서, 자석(들)(120)은 그 조성에 철을 포함하지 않을 수 있고, 따라서 다른 가능성들 중에서도, 예를 들어 알루미늄-니켈-코발트(AlNiCo) 자석일 수 있다.
일 구현에서, 자석들(120)은 플랫폼(110)의 회전 축 주위에 실질적으로 원형으로 배열로 복수의 자석으로서 구현될 수 있다. 예를 들어, 자석들(120)은 플랫폼(130)을 향해 및/또는 그것을 통해 연장하는 결합된 자기장을 생성하기 위해, 회전축에 동심인 원을 따라 배열될 수 있다. 또한, 예를 들어, 자석들(120) 중의 인접한 자석들은, 플랫폼(130)을 향하는 주어진 자석의 표면을 따른 그 주어진 자석의 자극이 유사한 표면을 따른 인접한 자석의 자극에 반대되도록, 교대하는 방향들로 자화될 수 있다. 예를 들어, 이러한 배열로, 자기장은 주어진 자석의 표면으로부터 플랫폼(130)을 향해, 그리고 다음으로 인접한 자석의 표면을 향해 연장될 수 있다. 또한, 다른 자기장은 주어진 자석의 표면으로부터 플랫폼(130)을 향해, 그리고 다음으로 다른 인접한 자석을 향해 연장될 수 있다.
다른 구현에서, 자석(120)은 제1 플랫폼의 회전축에 동심인 단일 링 자석으로서 구현될 수 있다. 이 구현에서, 링 자석은 위에서 설명된 복수의 자석의 것과 유사한 자화 패턴을 갖도록 자화될 수 있다. 예를 들어, 링 자석은 복수의 링 섹터(예를 들어, 개별 반경방향 축들 사이의 링 자석의 영역들)를 갖는 인쇄된 자석으로서 구현될 수 있다. 이 예에서, 링 자석의 인접한 링 섹터들은 플랫폼(130)을 향하는 복수의 교대 자극을 정의하기 위해 교대하는 방향들로 자화될 수 있다.
추가 구현에서, 자석(120)은 플랫폼(110)의 회전 축 주위에 실질적으로 원형으로 배열된 복수의 전자석으로서 구현될 수 있다. 이 구현에서, 전자석들은 위에서 설명된 복수의 자석의 것과 유사한 자화 패턴을 갖도록 자화될 수 있다(예를 들어, 특정 방향을 갖는 전류로 구동됨). 예를 들어, 실질적으로 원형으로 배열된 인접한 전자석들은 플랫폼(130)을 향하는 복수의 교대 자극을 정의하기 위해 교대하는 방향들로 자화될 수 있다.
제2 플랫폼(130)은 회전식 조인트 구성에서 고정자 플랫폼으로서 구성될 수 있다. 예를 들어, 플랫폼(110)의 회전 축은, 플랫폼(110)이 플랫폼(130)에 대해 주어진 거리 내에 남아있으면서 플랫폼(130)에 대해 회전하도록, 플랫폼(130)을 통해 연장될 수 있다. 보여진 바와 같이, 플랫폼(130)은 제어기(134), 통신 인터페이스(136), 전력 인터페이스(138), 전도성 구조물들(140), 회로(150), 및 자기장 센서(190)를 포함한다. 이를 위해, 플랫폼(130)은 플랫폼(130)에 장착되거나 그렇지 않으면 결합된 다양한 컴포넌트들을 지지하기에 적합한 고체 재료의 임의의 조합으로 형성될 수 있다. 일부 예들에서, 플랫폼(130)은 디바이스(100)의 하나 이상의 컴포넌트(예를 들어, 인터페이스들(136, 138), 센서(190) 등)를 장착한 회로 기판을 포함할 수 있다.
제어기(134)는 예를 들어 제어기(114)와 유사한, 다양한 물리적 구현들(예를 들어, 프로세서들, 로직 회로, 아날로그 회로, 데이터 저장소 등)을 가질 수 있다. 또한, 제어기(134)는 예를 들어 각각 제어기(114), 신호(102) 및 통신 인터페이스(116)와 유사하게, 데이터 또는 명령어들의 전송을 나타내는 신호(104)를 전송하기 위해 통신 인터페이스(136)를 동작시킬 수 있다. 예를 들어, 제어기(134)는 센서(112) 및/또는 플랫폼(110)의 임의의 다른 컴포넌트들을 동작시키기 위한 명령어들을 나타내는 변조된 무선 신호를 제공하기 위해 인터페이스(136)(예를 들어, 송수신기들, 안테나, 광원 등)를 동작시킬 수 있다. 또한, 예를 들어, 제어기(134)는 플랫폼(110)으로부터 전송된 변조된 신호(102)를 나타내는 변조된 전기 신호를 인터페이스(136)로부터 수신할 수 있다.
통신 인터페이스(136)는 신호들(102 및 104)을 통한 플랫폼들(110 및 130) 간의 통신을 용이하게 하기 위해 인터페이스(116)와 유사하게 구현될 수 있다.
전력 인터페이스(138)는 전력 인터페이스(118)와 유사하게 구성될 수 있고, 따라서 플랫폼들(110 및 130) 사이의 전력 전송을 용이하게 하기 위해 전력 인터페이스(118)와 함께 동작될 수 있다. 예를 들어, 인터페이스(138)는 변압기 코일(도시되지 않음)을 포함할 수 있고, 제어기(134)는 전류가 변압기 코일을 통해 흐르게 하도록 구성될 수 있다. 다음으로, 전류는 대응하는 변압기 코일을 통해 전류를 유도하기 위해 전력 인터페이스(118)의 대응하는 변압기 코일(도시되지 않음)을 통해 연장되는 자속을 생성할 수 있다. 따라서, 유도된 전류는 플랫폼(110)의 하나 이상의 컴포넌트에 전력을 제공할 수 있다.
전도성 구조물들(140)은 플랫폼(110)의 회전 축 주위로 연장되어 자석(들)(120)에 의해 생성되는 제1 플랫폼 자기장과 중첩되는 전기 전도성 경로를 정의하도록 전기적으로 함께 결합되는 전기 전도성 재료(예를 들어, 구리, 다른 금속 등)의 부분들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전도성 구조물들(140)은 플랫폼(110)의 회전 축에 동심인 원을 따라 제1 동일 평면 배열의 제1 복수의 전도성 구조물을 포함할 수 있다. 또한, 이 예에서, 전도성 구조물들(140)은 또한 제1 복수의 전도성 구조물에 평행하게 중첩하도록, 제2 동일 평면 배열의 제2 복수의 전도성 구조물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 회로 기판 구현에서, 제1 복수의 전도성 구조물은 회로 기판의 단일 층을 따라 배치되거나 패터닝될 수 있고, 제2 복수의 전도성 구조물은 회로 기판의 다른 층을 따라 배치되거나 패터닝될 수 있다.
위의 예를 계속하면, 디바이스(100)는 예를 들어 회로 기판의 2개의 층 사이의 천공된 구멍(예를 들어, 비아)을 통해 연장되는 전도성 재료와 같은 복수의 전기 컨택트(도시되지 않음)를 또한 포함할 수 있다. 전기 컨택트들은 제1 플랫폼의 자석(들)(120)의 원형 배열과 중첩하도록 회전축 주위로 연장되는 하나 이상의 전도성 코일을 정의하기 위해, 제1 복수의 전도성 구조물을 제2 복수의 전도성 구조물에 결합할 수 있다. 그러면, 회로(150)(및/또는 제어기(134))는 하나 이상의 코일 내에서 연장하는 제2 플랫폼 자기장을 생성하기 위해 하나 이상의 전류가 하나 이상의 코일을 통해 흐르게 할 수 있다. 다음으로, 제1 플랫폼 자기장은 플랫폼(110)에 작용하는 힘 또는 토크를 제공하기 위해 제2 플랫폼 자기장과 상호작용할 수 있다. 다음으로, 유도된 힘은 플랫폼(110)이 그것의 회전축을 중심으로 회전하게 할 수 있다. 또한, 일부 경우들에서, 회로(150)(및/또는 제어기(134))는 코일(들)을 통해 흐르는 전류(들)를 조절함으로써 제2 플랫폼 자기장을 변조할 수 있다. 그렇게 함으로써, 예를 들어, 디바이스(100)는 회전축을 중심으로 한 플랫폼(110)의 회전의 방향 또는 속도를 제어할 수 있다.
따라서, 회로(150)는 배선, 전도성 재료, 커패시터들, 저항기들, 증폭기들, 필터들, 비교기들, 전압 조정기들, 제어기들, 및/또는 전도성 구조물들(140)을 통해 흐르는 전류(들)를 제공하고 변조하도록 배열된 임의의 다른 회로의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 회로(150)는 제2 플랫폼 자기장을 수정하여 플랫폼(110)을 회전시키기 위한 특정 회전 특성들(예를 들어, 방향, 속도 등)을 달성하기 위해 전류(들)를 컨디셔닝하도록 구성될 수 있다.
자기장 센서(190)는 자석(들)(120)에 연관된 제1 플랫폼 자기장의 하나 이상의 특성(예를 들어, 방향, 각도, 크기, 자속 밀도 등)을 측정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 센서(190)는 자석(들)(120) 및/또는 제1 플랫폼 자기장과 중첩하도록 배열된 하나 이상의 자력계를 포함할 수 있다. 예시적인 센서들의 비-포괄적 목록은 다른 예들 중에서도 양성자 자력계들, 오버하우저 효과 센서들, 세슘 증기 센서들, 칼륨 증기 센서들, 회전 코일 센서들, 홀 효과 센서들, 자기 저항 디바이스 센서들, 플럭스게이트 자력계들, 초전도 양자 간섭 디바이스(superconducting quantum interference device)(SQUID) 센서들, 미세 전기기계 시스템(micro-electro-mechanical-system)(MEMS) 센서, 스핀 교환 릴렉세이션 프리(spin-exchange relaxation-free)(SERF) 원자 센서들을 포함한다. 일 구현에서, 센서(190)는 직교 좌표계 표현(예를 들어, x-y-z 축 성분) 또는 다른 벡터 필드 표현에 따른 센서(190)의 위치에서의 제1 플랫폼 자기장의 각도(및/또는 크기)의 표시를 출력하는 3차원(3D) 홀 효과 센서를 포함할 수 있다.
따라서, 디바이스(100)는 회전축을 중심으로 한 플랫폼(110)의 배향 또는 위치를 결정하기 위한 기초로서 센서(190)로부터의 출력(들)을 사용할 수 있다. 예를 들어, 센서(190)는 자석(들)(120)의 2개의 인접한 자석 사이에서 연장되는 제1 플랫폼 자기장의 일부와 중첩되도록 위치될 수 있다. 제1 플랫폼(110)이 회전함에 따라, 그 부분의 각도는 센서(190)의 위치를 변경할 수 있고, 따라서 회로(150)(및/또는 제어기(134))는 센서(190)로부터의 출력들을 샘플링하여 2개의 인접한 자석에 대한 센서(190)의 위치를 추론할 수 있다.
따라서, 이러한 배열로, 디바이스(100)는 플랫폼(110)을 작동시키는 것, 및 플랫폼(110)의 배향을 측정하는 것 둘 다를 위한 컴포넌트(들)(예를 들어, 자기 인코더)로서 자석(들)(120)을 사용할 수 있다. 이러한 배열은 비용이 절감되고 설계가 더 컴팩트한 액추에이터 및 자기 인코더를 제공할 수 있다.
일부 구현들에서, 디바이스(100)는 도시된 것보다 더 적거나 많은 컴포넌트를 포함할 수 있다. 일례에서, 디바이스(100)는 센서(190) 및/또는 도시된 임의의 다른 컴포넌트없이 구현될 수 있다. 다른 예에서, 플랫폼들(110 및/또는 130)은 추가의 또는 대안적인 센서들(예를 들어, 마이크로폰 등), 컴퓨팅 서브시스템들, 및/또는 임의의 다른 컴포넌트를 포함할 수 있다. 추가로, 도시된 다양한 기능 블록들은 도시된 것과는 다른 배열들로 배열되거나 결합될 수 있음에 유의해야 한다. 예를 들어, 플랫폼(110)에 포함된 컴포넌트들 중 일부는 대안적으로 플랫폼(130) 내에 포함되거나 디바이스(100)의 개별 컴포넌트들로서 구현될 수 있음에 유의해야 한다.
도 2는 회전식 조인트를 포함하는 디바이스(200)의 측면도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 디바이스(200)는 플랫폼들(110 및 130)과 각각 유사할 수 있는 회전자 플랫폼(210) 및 고정자 플랫폼(230)을 포함한다. 도시된 예에서, 플랫폼(210)의 면(210a)은 플랫폼(230)의 면(230a)에 대해 주어진 거리(208)에 위치된다. 플랫폼(210)은 회전축(206)에 관하여 회전하는 회전자 플랫폼으로서 구성될 수 있다. 또한, 플랫폼(230)은 축(206)에 관한 플랫폼(210)의 회전에 응답하여 플랫폼(210)까지의 거리(208) 내에 유지되는 고정자 플랫폼으로서 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 면(210a)은 플랫폼(210)의 평면 장착 표면(예를 들어, 회로 기판의 외부 층)에 대응할 수 있다. 마찬가지로, 예를 들어, 면(230a)은 플랫폼(230)의 평면 장착 표면에 대응할 수 있다.
Ⅲ. 지터 극들을 갖는 예시적인 자석 링
도 3a는 지터 극들을 갖는 자석 링(300)을 도시한다. 구체적으로, 도 3a는 예를 들어 플랫폼(230)의 면(230a)에 배치될 수 있는 자석 링(300)의 평면도를 도시한다. 자석 링(300)은 대안적으로 링 자석, 자기 링, 또는 단순히 링으로 지칭될 수 있다. 이러한 예에서, 자석 링(300)은 8개의 자극(302, 304, 306, 308, 310, 312, 314 및 316)(즉, 극들(302-316))을 포함한다. 극들(302, 306, 310 및 314)은 그들 각자의 북극들("N")이 페이지 바깥쪽을 향하도록(즉, 플랫폼(230)으로부터 플랫폼(210)을 향해 위를 가리키도록) 자화된다. 다른 한편으로, 극들(304, 308, 312, 및 316)은 그들 각자의 남극들("S")이 페이지 바깥쪽을 향하도록(즉, 플랫폼(230)으로부터 아래를 가리키도록) 자화된다. 이 예에서는 자석 링(300)이 8개의 자극을 포함하지만, 자극의 개수는 예를 들어 자석 링(300)의 크기에 따라 4개의 극으로부터 수백 또는 수천 개의 극의 범위일 수 있음을 이해해야 한다. 극들(302-316)은 이산 자석들에 의해, 링 자석의 링 섹터들에 의해, 또는 전자석들에 의해 정의될 수 있다.
극들(302-316) 중 이웃하는 극들(예를 들어, 극(302)과 극(304)) 사이의 경계는 지터된다. 즉, 경계는 극들 각각이 동일한 크기를 갖는 경우에 경계가 있었을 위치에 대해 시프트된다. 달리 말하면, 극들(302-316) 각각은 약간 다른 크기를 갖고, 이는 자석 링(300) 주위의 극 경계들의 불균일한 간격(즉, 비대칭 분포)을 야기한다.
도 3a에서, 라인들(320, 322, 324, 326, 328, 330, 332 및 334)(즉, 라인들(320 내지 334))은 극들(302-316) 각각이 동일한 크기였다면 극 경계들이 있었을 위치를 나타낸다. 즉, 라인들(320-334)은 자석 링(300)을 따른 극 경계들의 균일한 간격들(즉, 대칭 분포)을 도시한다. 라인들(320 내지 334)에 의해 정의된 경계들은 공칭 경계들로서 지칭될 수 있다. 그러나, 자석 링(300)에서, 극들(302-316) 내의 이웃하는 극들 사이의 실제 경계들 각각은 공칭 경계들(320-334) 내의 대응하는 공칭 경계에 대해 각자의 양만큼 시프트되고, 이에 의해 극 경계들의 특성 시프트 패턴을 정의한다. 예를 들어, 극(304)은 라인(322) 이전에 시작하고 라인(324) 이후에 끝나는 반면, 그러한 지터 극(304)이 없으면, 라인(322)에서 시작하여 라인(324)에서 끝날 것이다.
극들(302-316) 사이의 전이들 또는 경계들에서의 각각의 시프트들의 패턴은 그에 대해 회전하는 다른 구조에 대한 자석 링(300)의 회전 위치를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 구체적으로, 동작 동안, 인접한 극들 사이의 전이들은 자기장 센서에 의해 측정될 수 있다. 다음으로, 측정된 전이들은 아래에 더 상세히 설명되는 바와 같이 자석 링(300)에 대한 알려진 전이 패턴들과 비교되어 그것의 회전 위치를 식별할 수 있다. 예를 들어, 플랫폼(210)에 대한 플랫폼(230)(자석 링(300)이 그에 결합될 수 있음)의 위치가 결정될 수 있다.
도 3b는 도 3a에 보여진 극 경계들의 분포를 요약한 표를 보여준다. 즉, 도 3b는 2개의 인접한 극 사이의 전이(즉, 경계), 해당 경계에 대한 대응하는 공칭 전이 각도, 공칭 전이 각도에 대한 실제 극 경계의 시프트, 및 결과적인 극 크기를 나타내는 열들을 보여준다. 즉, 극(316)으로부터 극(302)으로의 제1 전이는 0도(라인(320)에 대응함)의 공칭 전이 각도를 가지며, 공칭 전이 각도에 대해 +1도만큼 시프트된다. 그 결과, 극(302)에 대해 실제 전이 각도는 1도로 되고, 극 크기는 43도로 된다. 극(302)으로부터 극(304)으로의 제2 전이는 45도(라인(322)에 대응함)의 공칭 전이 각도를 가지며, 공칭 전이 각도에 대해 -1도만큼 시프트된다. 그 결과, 극(304)에 대해, 실제 전이 각도는 44도로 되고 극 크기는 47도로 된다.
마찬가지로, 극(304)으로부터 극(306)으로의 제3 전이는 90도(라인(324)에 대응함)의 공칭 전이 각도를 갖고, +1도만큼 시프트되며, 그 결과 극(306)에 대해 실제 전이 각도는 91도로 되고 극 크기는 45도로 된다. 극(306)으로부터 극(308)으로의 제4 전이는 135도(라인(326)에 대응함)의 공칭 전이 각도를 갖고, +1도만큼 시프트되며, 그 결과 극(308)에 대해 실제 전이 각도는 136도로 되고 극 크기는 43도로 된다. 극(308)으로부터 극(310)으로의 제5 전이는 180도(라인(328)에 대응함)의 공칭 전이 각도를 갖고, -1도만큼 시프트되며, 그 결과 극(310)에 대해 실제 전이 각도는 179도로 되고 극 크기는 45도로 된다. 극(310)으로부터 극(312)으로의 제6 전이는 225도(라인(330)에 대응함)의 공칭 전이 각도를 갖고, -1도만큼 시프트되며, 그 결과 극(312)에 대해 실제 전이 각도는 224도로 되고 극 크기는 47도로 된다. 극(312)으로부터 극(314)으로의 제7 전이는 270도(라인(332)에 대응함)의 공칭 전이 각도를 갖고, +1도만큼 시프트되며, 그 결과 극(314)에 대해 실제 전이 각도는 271도로 되고 극 크기는 45도로 된다. 마지막으로, 극(314)으로부터 극(316)으로의 제8 전이는 315도(라인(334)에 대응함)의 공칭 전이 각도를 갖고, +1도만큼 시프트되며, 그 결과 극(316)에 대해 실제 전이 각도는 316도로 되고, 극 크기는 45도로 된다.
일부 실시예들에서, 시프트되는 극 경계들의 총 개수의 비율은 도 3a 및 3b에 도시된 것보다 작을 수 있다. 즉, 극 경계들 중 일부는 시프트될 수 있는 한편, 다른 극 경계들은 그들 각자의 공칭 위치들에 남아있을 수 있다. 일례에서, 극 경계들 중 하나 이상이 시프트될 수 있는 한편, 나머지 극 경계들은 그들의 공칭 위치들에 남아 있을 수 있다. 특히, 시프트되는 극 경계들의 수의 증가는 자석 링(300)이 극 경계들의 위치지정에서의 제조 변동들, 및 자석 링(300)에 대한 스트레스 또는 노화로 인한 극 경계들의 드리프트에 대한 더 탄력적이게 한다. 추가로, 시프트된 극 경계들의 수의 증가는, 더 적은 수의 시프트된 극 경계로 가능할 것에 비교하여, 자석 링(300)의 회전 위치가 보다 전체 회전의 더 작은 서브세트에 기초하여 결정되는 것을 허용한다.
일부 실시예들에서, 다른 시프트 값들이 전이들 각각에 대해 사용될 수 있다. 즉, 전이들은 1도 넘게 시프트되거나 지터될 수 있다. 모터의 일부로서 자석 링(300)을 사용하는 구현들에서(즉, 자석 링(300)이 모터의 고정자인 경우), 지터의 양은 원하는 모터 성능에 의해 부분적으로 결정될 수 있다. 즉, 극들(302-316)이 링 주위에 대칭적으로 분포되도록 자석 링(300)이 어떠한 지터도 포함하지 않을 때 모터가 가장 잘 동작할 수 있다. 예를 들어, 제어기(134)는 극들(302-316)이 동일한 크기를 가지며 따라서 그들 사이의 경계들이 균일하게 이격된 것으로 가정하는 전류 패턴으로 전도성 구조물들(140)을 구동할 수 있다. 큰 지터는 전류 패턴이 극들(302-316)의 간격과 일치하지 않게 할 수 있고, 이는 바람직하지 않은 모터 거동(예를 들어, 진동, 출력 토크의 변동 등)을 초래한다. 그럼에도 불구하고, 약간의 지터(예를 들어, 최대 3도)는 모터의 성능에 눈에 띄게 영향을 미치지 않을 수 있지만, 자석 링(300)의 위치의 결정을 허용할 수 있다.
특히, 시프트 값들은 모터에 의해 생성된 역-전자기력(즉, 역기전력) 패턴이 전이들의 지터에 의해 영향을 받지 않도록(예를 들어, 자석 링(300)에 지터가 없는 경우와 동일하도록) 선택될 수 있다. 예를 들어, 시프트 값들은, 자석 링(300)의 다수의 대응하는 극과 상호작용하는 (모터를 형성하는) 다수의 코일에 걸친 역기전력이 합산될 때, 역기전력 패턴이 다수의 극에 걸쳐 일정하게 유지되도록 선택될 수 있다. 자석 링(300)을 구성하는 극들의 수가 증가함에 따라, 모터 성능 매개변수들(예를 들어, 토크, 진동, 역기전력 등)에 대한 전이 지터의 효과가 감소할 수 있다.
각각의 경계에 포함된 지터의 양은 또한 극들(302-316) 사이의 경계들의 예상 드리프트에 기초할 수 있다. 즉, 경계들은 자석 링(300)이 노화되고, 기계적 섭동을 경험하고, 및/또는 그러한 드리프트를 야기하는 다른 조건들을 경험함에 따라, 자석 링(300)의 수명에 걸쳐 그들의 원래 위치로부터 드리프트할 수 있다. 경계들은 또한 자석 링(300)의 제조 공정의 변화들로 인해, 그들의 의도된(지터된) 위치들과 달라질 수 있다. 따라서, 지터의 양은 경계의 위치들에서의 최대 예상 드리프트 또는 제조 변동보다 더 크게 선택될 수 있다. 예를 들어, 지터의 양은 최대 예상 드리프트 또는 제조 변동보다 10배 더 크게 선택될 수 있으며, 따라서 자석 링(300)의 노화 및 제조 변동으로 인한 노이즈의 효과를 완화할 수 있다. 대안적으로, 다른 예에서, 지터의 양은 평균 예상 드리프트 또는 제조 변동보다 5배 더 크게 선택될 수 있다.
인접한 극들 사이의 지터된 전이들은 하나 이상의 자기장 센서에 의해 동작 동안 검출될 수 있다. 검출된 지터 패턴은 자기 링(300)에 대해 알려진 지터 패턴(즉, 특성 시프트 패턴)과 상관될 수 있으며, 따라서 자기장 센서, 및 이 센서가 결합된 임의의 구조에 대한 자석 링(300)의 위치를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 이를 위해, 도 3c는 자석 링(300)에 대응하는 알려진 지터 패턴을 도시한다. 즉, 도 3c의 상단 및 하단 차트는 각각 자석 링(300)의 각도 위치 및 시간의 함수로서 자기장 센서의 예상 응답을 도시한다.
도 3c는 공칭 전이 각도들을 점선으로 도시하고, 실제 전이 각도들을 실선 화살표들로 도시한다. 즉, 남으로부터 북으로의 전이들은 위쪽을 가리키는 화살표 선들로 보여지고, 반대되는 전이들은 아래쪽을 가리키는 화살표 선들로 보여진다. 임의의 2개의 인접한 극에 대해, 공칭 경계와 실제 경계 간의 차이(즉, 시프트의 양)는 화살표 선과 그것에 가장 가까운 점선 사이의 수평 거리에 의해 시각적으로 표시된다. 하단 차트의 타임스탬프들은 자기 링(300)의 회전 주기 τ의 함수로서 표현된다. 따라서, 하나의 주기는 360도에 대응하고, 주기의 절반은 180도에 대응하고, 주기의 1/4은 90도에 대응하는 등이다.
특히, 도 3c에 보여진 차트들은 자석 링(300)이 일정한 각속도로 회전할 때의 자기장 센서의 예상 응답을 도시한다. 일부 경우들에서, 각속도가 실질적으로 일정하거나 일정하지 않을 때(즉, 각가속도가 임계 값 미만일 때), 특성 패턴은 자석 링(300)의 각도 위치를 결정하기 위해 사용가능하지 않을 수 있다. 즉, 각속도가 적어도 실질적으로 일정하지 않은 경우, 2개의 극 사이의 경계에서의 임의의 관찰된 시프트는 극들의 지터보다는 속도의 변화로 인해 야기될 수 있다. 그러나, 경계들에서의 관찰된 시프트들은 그럼에도 불구하고 자석 링(300)의 2회 이상의 회전에 걸쳐 함께 평균화될 수 있으며, 따라서 회전 속도가 실질적으로 일정하지 않은 경우에도 자석 링(300)의 위치가 결정되는 것을 허용할 수 있다.
Ⅳ. 예시적인 지터 패턴 선택
자석 링(300)의 회전 위치를 결정하는 것은 일정 기간에 걸쳐 자기장 센서에 의해 관찰된 자기장의 변화들을 모니터링하는 것을 수반할 수 있다. 구체적으로, 자기장 센서에 의해 관찰되는 각각의 상승 에지(즉, 남으로부터 북으로의 전이) 및 하강 에지(즉, 북으로부터 남으로의 전이)에 대해, 자석 링(300)을 이용하는 시스템 또는 디바이스에 연관된 회로 또는 제어 시스템에 연관된 제어 시스템(예를 들어, 제어기들(114 또는 134))은 각각 북극 또는 남극을 나타내는 출력 값들이 유지되는 지속시간을 결정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 자기장 센서의 출력이 구형파로 표현될 때, 회로는 이 구형파의 각각의 높은 부분과 낮은 부분의 지속시간들을 계수하도록 구성될 수 있다. 이러한 지속시간들은 n개의 검출된 전이 각각에 대해 t(n)으로 표현될 수 있다. 대안적으로, 일부 구현들에서, 각각의 상승 및 하강 에지의 시간이 결정될 수 있다. 그러면, 연속적인 상승 및/또는 하강 에지 사이의 시간 길이는 연속적인 에지들 사이의 시간의 양에 기초하여 결정될 수 있으며, 이에 따라 구형파의 높은 값과 낮은 값의 측정된 지속시간과 유사한 정보를 제공한다.
자기 링(300)은 일정한 각속도로 회전하기 때문에, 대응하는 각도 거리 a(n)는 각각의 지속시간들 t(n)에 대해 결정될 수 있다. 즉, a(n) = 360°×f×t(n)이고, 여기서 f는 헤르츠 단위의 회전 주파수를 나타내고, a(n)은 각도 거리를 도 단위로 나타낸다. 결국, 이러한 각도 거리는 임의의 검출된 전이에 대해 측정된 시프트 패턴 b(n)을 결정하는 데 사용될 수 있다. 즉, b(n) = a(n)-360/k이고, 여기서 k는 자석 링(300) 내의 극들의 개수를 나타낸다. 측정된 시프트 패턴 b(n)은 ε(n)으로 나타내어지는 자기 링(300)의 특성 시프트 패턴과 상관될 수 있다. 구체적으로, ε(n) 신호의 다수의 지연된 버전이 b(n) 신호와 비교될 수 있다. 이러한 연산은 b(n)과 ε(n) 사이의 교차 상관 또는 슬라이딩 내적(sliding dot product, 또는 sliding inner-product)이라고도 지칭될 수 있다.
Figure 112021061304191-pct00001
("수학식 1")을 계산함으로써, 측정된 시프트 패턴과 특성 시프트 패턴 사이에서 가장 작은 차이를 생성하는 m의 값이 결정될 수 있다. 이 m 값은 측정된 시퀀스 내에서 (i) 도 3a의 극들(302 및 304) 사이의 전이와 (ⅱ) 제1 전이를 분리하는 극들의 개수를 나타내며, 그에 의해 자기장 센서에 대한 자기 링(300)의 실제 각도 위치를 나타낸다. 특히, 수학식 1의 대안적인 표현들에서는 유클리드 놈 이외의 놈들이 사용될 수 있다.
측정된 시프트 b(n)은 노이즈가 중첩된 ε(n)의 지연된 버전을 나타낸다. 즉, 자기장 센서에 의해 측정된 양은 자석 링(300)의 예상되는 자기장 패턴을 반영하지만 실세계 동작 조건으로 인한 노이즈도 포함한다. 따라서, 위의 수학식 1을 최소화하는 m의 값은 (i) ε(n)과 그 자신의 곱이 높은 값을 가질 때, (ⅱ) ε(n)과 그 자신의 시간 시프트 버전(예를 들어, ε(n-m))의 곱이 낮은(즉, (i)보다 훨씬 낮은) 값을 가질 때, 및 (ⅲ) 임의의 예상되는 노이즈가 (i)과 (ⅱ) 사이의 차이보다 작을 때를 가장 쉽게 식별할 것이다.
즉, 측정된 시프트 패턴을 자석 링(300)의 특성 시프트 패턴에 정확하게 매핑하여 자석 링(300)의 실제 위치를 검출하기 쉽게 하기 위해, 특성 시프트 패턴 ε(n)은 A(0)가 최대화되고 A(2m)이 최소화되도록 하는 것이어야 하고(m ≠ 0일 때), 여기서
Figure 112021061304191-pct00002
("수학식 2")이다. 달리 말하면, b(n)과 ε(n)의 시간 시프트 버전 사이의 상관은 측정된 시프트 패턴이 특성 시프트 패턴과 일치하도록(즉, 자석 링(300)의 위치가 올바르게 검출되도록) 둘이 정렬될 때 가장 높아야 하고, 둘이 정렬되지 않을 때 낮아야 한다.
특히, A(2m)을 최소화하는 것은 측정된 상승 에지가 특성 패턴에서 하강 에지들이 아니라 상승 에지들과 비교된다고 가정한다. 즉, 상관은 상승 에지들을 하강 에지들에 비교하는 것(이는 긍정 일치(positive match)를 생성할 것으로 예상되지 않음)을 방지하기 위해 스텝 크기 2로 수행된다. 대조적으로, 상관이 주어진 에지가 상승하고 있는지 하강하고 있는지를 무시하고, 대신에, 측정된 전이 시프트를 특성 시프트 패턴 내의 상이한 시프트들과 비교하기만 할 때에는, A(m)이 대신 최소화되어야 한다. 즉, 상관은 스텝 크기 1로 수행되며, 에지가 상승인지 하강인지를 무시하고, 대신에, 측정된 시프트 값과 알려진 시프트 값 간의 유사성 정도에 중점을 둔다.
따라서, 특성 시프트 패턴 ε(n)(예를 들어, 도 3b의 열 3)은 수학식 2를 사용하여 선택될 수 있다. 구체적으로, 특성 시프트 패턴은 (i) ε(n)의 자기 상관(즉, ε(n)과 그 자신의 상관)의 최대 값이 제1 임계 값을 초과하고, (ⅱ) ε(n)의 자기 상관의 두 번째로 높은 값이 제2 임계 값보다 작도록 선택될 수 있다. 대안적으로, 특성 시프트 패턴은 특성 시프트 패턴의 자기 상관의 최대 값과 두 번째로 높은 값의 차이가 제3 임계 값보다 크도록 선택될 수 있다. 특히, 이러한 제3 임계 값은 시스템이 자석 링(300)의 위치를 여전히 올바르게 식별하면서 견딜 수 있는 노이즈의 정도를 나타낸다.
특히, 특성 시프트 패턴은 복수의 방식으로 선택될 수 있다. 일례에서, 복수의 상이한 시프트 값이 수동으로 결정되고 수학식 2를 사용하여 평가될 수 있다. 예를 들어, 각각의 경계에서의 시프트 값은 원하는 모터 성능에 의해 지시된 바와 같이 2도의 최대 값을 가질 수 있다. 조합들은 만족스러운 조합(예를 들어, 위에서 설명된 바와 같이, 제3 임계 값이 초과되는 조합)이 발견될 때까지 수동으로 생성될 수 있다. 대안적으로, 후보 시프트 값들은 컴퓨팅 디바이스에 의해 프로그래밍 방식으로 생성되고 평가될 수 있다. 제3 임계 값을 가장 높은 양만큼 초과하는 시프트 값들의 조합은 자석 링(300)에서 물리적으로 구현되도록 선택될 수 있다. 또 다른 접근법은 예를 들어 수치 시뮬레이션을 통해 수학식 2의 최적 값을 찾는 것을 수반할 수 있다. 다른 접근법들은 낮은 자기 상관 이진 시퀀스들을 생성하기 위한 다양한 기술들을 적응시킬 수 있다.
일부 구현들에서, 측정된 시프트 패턴이 특성 시프트 패턴과 성공적으로 상관되고 자석 링(300)의 회전 위치가 결정되고 나면, 추가 상관들의 빈도가 감소될 수 있다. 예를 들어, 모터의 시동시, 자석 링(300)의 절대 위치가 위에서 논의된 상관 프로세스를 사용하여 결정될 때, 회전 위치는 추가적인 상관없이 계속 모니터링될 수 있다. 대신, 자기장 센서에 의해 검출된 상승 및 하강 전이들의 패턴에 기초하여 자석 링(300)의 회전 위치가 모니터링될 수 있다. 그러나, 상관 프로세스는 예를 들어 자석 링(300)의 위치를 검증하기 위해 더 낮은 빈도(예를 들어, 매 100 회전 대 매 1 회전)로 반복될 수 있다.
Ⅴ. 자기 링 핑거프린팅을 위한 예시적인 센서 위치지정
위에서 논의된 바와 같이, 자석 링(300)이 회전함에 따라 그것의 자기장 패턴을 검출하기 위해 단일 자기장 센서가 사용될 수 있다. 이러한 자기장 패턴은 자석 링(300)의 회전 위치를 결정하기 위해 특성 필드 패턴과 비교될 수 있다. 이러한 비교는 측정된 자기장 패턴과 특성 시프트 패턴 사이의 상관을 계산하는 것을 수반할 수 있다. 일 구현에서, 이 계산은 1의 스텝 크기로 수행될 수 있으며, 이는 각각의 알려진 시프트 값에 대한 각각의 검출된 시프트 값의 비교가 특성 시프트 패턴에 반영되게 하고, 따라서 특정 전이가 상승 전이인지 하강 전이인지를 무시한다.
다른 구현에서, 이 계산은 2의 스텝 크기로 수행될 수 있으며, 이는 (i) 측정된 시프트 패턴 내의 상승 전이들과 특성 시프트 패턴 내의 상승 전이들 사이의 비교, 및 (ⅱ) 측정된 시프트 패턴 내의 하강 전이들과 특성 시프트 패턴 내의 하강 전이들 사이의 비교를 야기한다. 특히, 상승 전이들은 하강 전이들과 비교되지 않을 수 있으며 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 자석 링(300) 내의 상이한 극들에 의해 생성된 자기장들의 개별 방향들이 교대하므로, 스텝 크기 2는 이러한 유형의 전이-인식 비교(transition-aware comparison)를 야기한다.
따라서, 이러한 전이-인식 상관은 전이의 유형을 무시하는 상관으로서 계산하는 데 대략 절반의 시간을 소비할 수 있다. 추가로, 전이-인식 상관은 (측정된 시프트 패턴 내의 전이들이 특성 시프트 패턴의 것들과 일치하지 않는 것으로 인해) 올바르지 않은 가능한 회전 위치들을 배제하고, 따라서 오류 있는 회전 위치를 결정할 가능성을 줄인다. 또한, 자석 링(300)은 전이-인식 상관을 사용하여 그것의 위치가 결정될 수 있기 전에, (그렇지 않으면 전이-인식 비교가 없었다면 완료되어야 했을) 자기장 센서에 대한 전체 회전의 많은 부분을 완료할 필요가 없을 수 있다. 대신에, 전이-인식 상관은 전체 회전의 이러한 큰 부분의 서브세트를 완료한 후에는 자석 링(300)의 위치를 분명하게 결정할 수 있다.
추가로, 일부 구현들에서, 자석 링(300)을 사용하는 시스템 또는 디바이스는 자석 링(300)의 위치를 결정하기 위해 다수의 자기장 센서를 사용할 수 있다. 특히, 추가 자기장 센서들은 자석 링(300)의 원주 주위에 이격될 수 있고, 따라서 주어진 시간 창 내에서 또는 자석 링(300)의 주어진 각도 변위에 대해, 단일 자기장 센서보다 더 많은 극 전이들을 검출할 수 있다.
도 4는 자석 링(300) 주위의 자기장 센서들(400, 402 및 404)(즉, 센서들(400-404))의 예시적인 배열을 도시한다. 센서들(400-404)은 플랫폼(210)의 면(210a)에 연결될 수 있고, 그에 의해 자석 링(300)(플랫폼(230)의 면(230a)에 연결됨)에 대해 이동하고, 따라서 극들(302-316)에 걸친 자기장의 특성의 변화를 검출할 수 있다.
일 구현에서, 센서(400)는 0도에 배치될 수 있고, 센서(402)는 100도에 배치될 수 있으며, 센서(404)는 220도에 배치될 수 있다. 즉, 센서(402)는 센서(400)로부터 100도 분리될 수 있고, 센서(404)는 센서(402)로부터 120도 분리될 수 있으며, 센서(404)는 센서(400)로부터 140도 분리될 수 있다. 따라서, 자기 링을 140도 회전시킴으로써, 센서들(400-404)은 그들에 대한 전이들 각각을 집합적으로 검출할 수 있다.
센서들(400-404) 각각으로부터의 신호는 단일의 일련의 상승 및 하강 에지로 결합될 수 있고, 특성 시프트 패턴과 매우 유사하게 자석 링(300)의 회전 위치를 결정하는 데 사용될 수 있다. 도 5는 센서들(400-404) 각각에 대응하는 개별 패턴들로 이루어진 예시적인 복합 패턴을 도시한다. 특히, 차트(500)는 자기 링이 도 4에 도시된 위치로부터 360도 회전될 때 센서(400)에 의해 일정 기간 동안 측정된 자기장 패턴을 도시한다. 마찬가지로, 차트(502)는 자기 링이 도 4에 도시된 위치로부터 360도 회전될 때 센서(402)에 의해 동일한 기간 동안 측정된 자기장 패턴을 도시한다. 마지막으로, 차트(504)는 자기 링이 도 4에 도시된 위치로부터 360도 회전될 때 센서(404)에 의해 동일한 기간 동안 측정된 자기장 패턴을 도시한다.
차트(506)는 자기 링이 도 4에 도시된 위치로부터 360도 회전될 때 센서들(400-404) 전부에 의해 이 기간 동안 측정된 상승 및 하강 에지들의 복합 패턴을 도시한다. 즉, 차트(506)는 센서들(400-404)에 의해 생성된 복합 특성 패턴을 도시하기 위해, 상이한 대응하는 라인 패턴을 각각 보여주는 차트들(500-504)에 보여진 상승 및 하강 에지들을 결합한다. 차트(506)의 복합 특성 패턴은 자석 링(300)의 시프트 패턴 및 자기장 센서들(400-404)의 위치지정에 특정하다. 즉, 자석 링(300)의 특성 시프트 패턴 또는 센서들(400-404) 중 하나 이상의 위치를 변경하는 것은 상이한 복합 특성 시프트 패턴을 생성할 것이다.
특히, 센서들(400-404)이 자석 링(300) 주위에 비대칭적으로 이격될 때(예를 들어, 서로로부터 120도만큼 분리되지 않음), 차트(506) 내의 복합 특성 패턴은 비주기적이다. 구체적으로, 특정 상승 또는 하강 에지의 소스가 무시되는 경우(즉, 모든 라인이 하나의 패턴으로 표시되는 경우)에도 특성 패턴은 비주기적이다. 그 결과, 자기장 센서들(400-404)은 자석 링(300) 주위에 비대칭적으로 위치하며, 자석 링(300)의 각도 위치는 각각의 상승 또는 하강 에지의 소스에 관계없이 결정될 수 있다. 그 대신, 각각의 신호의 소스를 추적하지 않고서 센서들(400-404)로부터의 신호들 전부를 결합함으로써 복합 패턴이 생성될 수 있다. 다음으로, 이러한 복합 패턴은 센서들(400-404)에 대한 자석 링(300)의 상대적인 위치를 결정하기 위해, 자석 링(300) 및 센서들(400-404)에 대해 알려진 특성 복합 패턴과 상관될 수 있다.
상승 및 하강 에지 둘 다가 센서들(400-404) 각각에 의해 추적될 때, 상관은 2보다 큰 스텝 크기로 진행될 수 있다. 예를 들어, 센서들(400-404) 각각이 하나의 에지를 검출할 때, 3개의 에지의 복합 패턴이 형성된다(예를 들어, 상승-하강-하강). 이러한 검출된 복합 패턴은 상승 및 하강 에지들의 동일한 시퀀스를 갖는 알려진 복합 패턴의 부분들과 상관될 수 있지만, 상승 및 하강 에지들의 상이한 시퀀스를 갖는 다른 부분들과는 비교되지 않을 것인데, 그러한 비교로부터는 긍정 일치가 나올 것으로 예상되지 않기 때문이다.
자기장 센서들(400-404)은 자석 링(300) 주위에 이격되어 이러한 센서들 사이에 원하는 전기적 위상차를 생성할 수 있다. 예를 들어, 센서들(400-404)은 그에 의해 생성된 구형파들이 60도만큼 위상차를 가질 것으로 예상되도록 이격될 수 있는 한편, 센서들(400-404)은 자석 링(300) 주위에 기계적으로 비대칭 배열로 남아 있다. 이러한 구현에서, 측정된 복합 패턴은 6개의 에지(예를 들어, 상승-상승-상승-하강-하강-하강)의 반복 패턴을 포함할 수 있으며, 각각의 에지는 인접한 극들 사이의 예상되는 공칭 경계에 대한 측정된 시프트를 반영한다. 따라서, 이러한 검출된 복합 패턴은 스텝 크기 6을 사용하여 알려진 복합 특성 패턴과 상관될 수 있다.
일부 구현들에서, 센서들(400-404)은 대칭 방식으로 자석 링(300) 주위에 이격될 수 있다(예를 들어, 서로로부터 120도만큼 분리됨). 이러한 경우들에서, 복합 특성 패턴은 또한 센서들(400-404)에 대한 자석 링(300)의 위치를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 센서들(400-404) 각각에 의해 생성된 패턴은 120도마다 주기적으로 반복될 것이다. 예를 들어, 자석 링(300)이 120도 회전될 때, 센서(402)는 제1 출력 패턴을 생성할 것이다. 자석 링(300)이 또 다른 120도만큼 시계 반대 방향으로 회전될 때, 센서(400)는 (임의의 노이즈를 제외하고) 제1 출력 패턴과 거의 동일한 제2 출력 패턴을 생성할 것이다.
센서들(400-404)에 의해 생성된 상승 및 하강 에지들의 개별 패턴들은 각 패턴의 소스에 관계없이 결합되며, 결과적인 복합 패턴은 단일 회전 동안 3번 반복되는 주기적 특징을 가질 것이다. 따라서, 센서들(400-404)이 대칭적으로 이격될 때 자석 링(300)의 회전 위치를 결정하기 위해, 복합 패턴 내의 각각의 신호의 소스가 추적될 수 있다. 즉, 상관을 계산할 때 각각의 상승 및 하강 에지의 소스가 추적되고 고려될 수 있다. 따라서, 전체 특성 패턴이 상승 및 하강 에지들의 주어진 패턴을 특징으로 하는 반복된 부분으로 구성될 수 있긴 하지만, 이 반복된 부분의 상이한 인스턴스들은 각각의 상승 또는 하강 에지를 생성한 센서를 고려함으로써 서로로부터 명확해질 수 있다.
따라서, 복수의 센서(400-404)를 사용하는 것의 한 가지 이점은 자석 링(300)이 단일 센서를 사용할 때 행해졌을 수 있는 바와 같이 전체 회전의 큰 부분을 완료하지 않고서도 자석 링(300)의 위치를 결정하는 능력이다. 일부 경우들에서, 센서들(400-404)로부터의 데이터는 상관 프로세스에 중복성을 제공하기 위해 추가로 또는 대안적으로 사용될 수 있다. 즉, 3개의 센서 전부 또는 그 대부분에 걸쳐 자석 링(300)의 동일한 위치가 결정되는지를 결정하기 위해, 센서들(400-404)로부터의 각각의 개별 측정 자기장 패턴이 특성 시프트 패턴과 별도로 상관될 수 있다. 따라서, 센서가, 그렇지 않았다면 잘못된 위치 결정을 야기했을 수 있는 노이즈를 경험할 때, 결정된 위치가 검증되거나 정정되는 것을 허용함으로써 이러한 노이즈의 효과를 완화하기 위해, 다른 센서들로부터의 데이터가 사용될 수 있다. 특히, 자석 링(300)이 브러시리스 모터의 일부를 형성할 때, 센서들(400-404)로부터의 데이터는 또한 브러시리스 모터를 형성하는 전기 전도성 코일들에 대한 정류 시퀀스를 결정하기 위해 사용될 수 있다.
Ⅵ. 추가의 예시적인 동작들
도 6은 자석 링의 회전 위치를 결정하는 것에 관련된 동작들의 흐름도(600)를 도시한다. 동작들은 디바이스들(100 또는 200), 또는 자석 링(300) 중 임의의 것과 함께 사용될 수 있다. 동작들은 예를 들어, 제어기(114), 제어기(134), 또는 동작들을 수행하도록 구성되는 회로에 의해 수행될 수 있다.
블록(602)은 제1 플랫폼이 제2 플랫폼에 대해 회전축을 중심으로 회전하도록 제1 플랫폼에 장착된 자석 링의 4개 이상의 극에 의해 생성된 제2 자기장과 상호작용하는 제1 자기장을 생성하는 것을 수반할 수 있다.
블록(604)은 제2 플랫폼에 연결된 자기장 센서로부터 제2 자기장의 특성들을 나타내는 데이터를 수신하는 것을 수반할 수 있다. 4개 이상의 극 중에서 이웃하는 극들 사이의 각각의 개별 경계는 자석 링 주위의 4개 이상의 극의 경계들의 균일한 간격에 의해 정의된 대응하는 공칭 경계에 대해 시프트된다.
블록(606)은 자기장 센서로부터 수신된 데이터에 기초하여 자기장 패턴을 결정하는 것을 수반할 수 있다. 일부 실시예들에서, 자기장 패턴은 대안적으로 측정된 자기장 패턴으로 지칭될 수 있다.
블록(608)은 자기장 패턴을 자석 링의 특성 시프트 패턴에 상관시킴으로써 제2 플랫폼에 대한 제1 플랫폼의 회전 위치를 결정하는 것을 수반할 수 있다. 특성 시프트 패턴은 자석 링의 4개 이상의 극의 시프트된 경계들에 의해 정의된다.
일부 실시예들에서, 제1 자기장을 생성하는 것은 전류가 제2 플랫폼에 포함된 전기 전도성 경로를 통해 흐르게 하는 것을 수반할 수 있다.
일부 실시예들에서, 회로는 (i) 제2 플랫폼이 제1 플랫폼에 대해 회전하는 동안 자기장 센서에 의해 생성된 데이터에 기초하여 자기장 패턴을 결정하고, (ⅱ) 특성 시프트 패턴을 측정된 자기장 패턴에 상관시킴으로써 제2 플랫폼에 대한 제1 플랫폼의 회전 위치를 결정하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 4개 이상의 자화된 극은 교대로 반대 방향들로 자화될 수 있다. 방향들은 축에 실질적으로 평행한 제1 방향, 및 제1 방향에 반대되는 제2 방향을 포함할 수 있다. 실질적으로 평행한 것은 예를 들어 정확하게 평행한 것으로부터 최대 10도까지의 편이를 포괄할 수 있다.
일부 실시예들에서, 4개 이상의 극은 k개의 극을 포함할 수 있다. n번째 극과, 시계 방향으로 n번째 극에 이웃하는 후속 극 사이의 공칭 경계는 (360n)/(k)도로 정의될 수 있다.
일부 실시예들에서, 4개 이상의 극은 짝수 개수의 극을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 4개 이상의 극 중의 이웃하는 극들 사이의 각각의 개별 경계는 특성 시프트 패턴의 선택된 자기 상관을 제공하기 위해 대응하는 공칭 경계에 대해 개별 시프트 양만큼 시프트될 수 있다.
일부 실시예들에서, 선택된 자기 상관의 최대 값은 선택된 자기 상관의 두 번째로 높은 값을 적어도 임계 값만큼 초과할 수 있다.
일부 실시예들에서, 자석 링에 대한 특성 시프트 패턴은 (i) 제1 방향으로부터 제2 방향으로의 자기장의 방향 변화를 나타내는 제1 유형의 전이, 및 (ⅱ) 제2 방향으로부터 제1 방향으로의 자기장의 방향 변화를 나타내는 제2 유형의 전이를 포함할 수 있다. 자기장 패턴 내의 제1 유형 및 제2 유형의 전이들의 패턴이 결정될 수 있다. 제2 플랫폼에 대한 제1 플랫폼의 회전 위치는 (i) 자기장 패턴 내의 제1 유형의 전이들을 특성 시프트 패턴 내의 제1 유형의 전이들에 상관시키고, (ⅱ) 자기장 패턴 내의 제2 유형의 전이들을 특성 시프트 패턴 내의 제2 유형의 전이들에 상관시킴으로써 결정될 수 있다.
일부 실시예들에서, 제2 플랫폼은 일정한 각속도로 제1 플랫폼에 대해 회전하도록 구성될 수 있다. 제2 플랫폼에 대한 제1 플랫폼의 회전 위치를 결정하는 것은, 자기장 패턴 내에서 2개의 인접한 경계의 검출 사이의 기간을 결정하는 것을 수반할 수 있다. 2개의 인접한 경계 사이의 각도 변위는 기간에 기초하여 결정될 수 있다. 2개의 인접한 경계 중 적어도 하나에 대한 측정된 시프트는 (i) 각도 변위 및 (ⅱ) 자석 링을 따라 4개 이상의 극의 경계들의 균일한 간격에 의해 정의된 공칭 극 크기에 기초하여 결정될 수 있다. 측정된 시프트와 특성 시프트 패턴 내의 하나 이상의 특성 시프트 간의 차이가 결정될 수 있다. (i) 특성 시프트 패턴과 (ⅱ) 자기장 패턴 사이에서, 차이를 최소화하는 오프셋이 결정될 수 있다. 오프셋은 자기장 센서에 대한 자석 링의 각도 위치를 나타낼 수 있다.
일부 실시예들에서, 자기장 센서는 자석 링의 원주 주위에 비대칭으로 배치되는 복수의 자기장 센서를 포함할 수 있다. 자석 링에 대한 복합 특성 시프트 패턴은 시프트된 경계들에 기초하여 복수의 자기장 센서 각각에 의해 검출될 것으로 예상되는 자기장 패턴들의 조합을 포함할 수 있다. 복수의 자기장 센서 각각에 대해, 개별 자기장 패턴이 결정될 수 있다. 복수의 자기장 센서 각각에 대해 결정된 개별 자기장 패턴들을 결합함으로써 복합 자기장 패턴이 결정될 수 있다. 복합 자기장 패턴을 복합 특성 시프트 패턴에 상관시킴으로써 제2 플랫폼에 대한 제1 플랫폼의 회전 위치가 결정될 수 있다.
일부 실시예들에서, 복합 특성 시프트 패턴은 자석 링의 1회 회전 동안 비주기적일 수 있다.
Ⅶ. 결론
본 개시내용은 다양한 양태들의 예시로서 의도된, 본 출원에서 설명된 특정 실시예들의 관점에서 제한되어서는 안 된다. 본 기술분야의 통상의 기술자에게 명백한 바와 같이, 그것의 취지 및 범위를 벗어나지 않고서 많은 수정 및 변경이 이루어질 수 있다. 본 명세서에 열거된 것들에 더하여, 본 개시내용의 범위 내에서 기능적으로 등가인 방법들 및 장치들은 전술한 설명으로부터 본 기술분야의 통상의 기술자에게 명백 할 것이다. 이러한 수정들 및 변경들은 첨부된 청구항들의 범위 내에 속하도록 의도된다.
상기 상세한 설명은 첨부 도면들을 참조하여 개시된 시스템들, 디바이스들, 및 방법들의 다양한 특징들 및 기능들을 설명한다. 도면들에서, 유사한 기호들은 문맥이 달리 기술하지 않는 한 일반적으로 유사한 컴포넌트를 식별한다. 본 명세서 및 도면에서 설명된 예시적인 실시예들은 제한하는 것을 의미하지 않는다. 여기에 제시된 주제의 취지 또는 범위를 벗어나지 않고서 다른 실시예들이 이용될 수 있고, 다른 변경들이 이루어질 수 있다. 여기에 일반적으로 설명되고 도면들에 도시된 바와 같이, 본 개시내용의 양태들은 광범위하게 다양한 상이한 구성들로 배열, 대체, 결합, 분리 및 설계될 수 있으며, 이들 모두가 여기서 명시적으로 고려된다는 것을 쉽게 이해할 것이다.
정보의 프로세싱을 나타내는 블록은 여기에 설명된 방법 또는 기술의 특정 논리 기능들을 수행하도록 구성될 수 있는 회로에 대응할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 정보의 프로세싱을 나타내는 블록은 모듈, 세그먼트, 또는 프로그램 코드의 일부(관련 데이터 포함)에 대응할 수 있다. 프로그램 코드는 방법 또는 기술에서 특정 논리 기능들 또는 동작들을 구현하기 위해 프로세서에 의해 실행가능한 하나 이상의 명령어를 포함할 수 있다. 프로그램 코드 또는 관련 데이터는 디스크 또는 하드 드라이브 또는 다른 저장 매체를 포함하는 저장 디바이스와 같은 임의의 유형의 컴퓨터 판독가능한 매체에 저장될 수 있다.
컴퓨터 판독가능한 매체는 또한 레지스터 메모리, 프로세서 캐시, 및 랜덤 액세스 메모리(RAM)와 같이, 짧은 기간 동안 데이터를 저장하는 컴퓨터 판독가능한 매체와 같은 비-일시적 컴퓨터 판독가능한 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독가능한 매체는 또한 예를 들어 판독 전용 메모리(ROM), 광학 또는 자기 디스크들, 컴팩트 디스크 판독 전용 메모리(CD-ROM)와 같은 2차 또는 영구 장기 저장소와 같이, 프로그램 코드 또는 데이터를 장기간 저장하는 비-일시적 컴퓨터 판독가능한 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독가능한 매체는 또한 임의의 다른 휘발성 또는 비-휘발성 저장 시스템일 수 있다. 컴퓨터 판독가능한 매체는 예를 들어 컴퓨터 판독가능한 저장 매체, 또는 실체있는(tangible) 저장 디바이스로 간주될 수 있다.
더욱이, 하나 이상의 정보 전송을 나타내는 블록은 동일한 물리적 디바이스 내의 소프트웨어 또는 하드웨어 모듈들 간의 정보 전송들에 대응할 수 있다. 그러나, 상이한 물리적 디바이스들 내의 소프트웨어 모듈들 또는 하드웨어 모듈들 간에 다른 정보 전송들이 있을 수 있다.
도면들에 보여진 특정 배열들을 제한적인 것으로 보아서는 안 된다. 다른 실시예들은 주어진 도면에 보여진 각각의 요소를 더 많거나 더 적게 포함할 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 도시된 요소들 중 일부는 결합되거나 생략될 수 있다. 또한, 예시적인 실시예들은 도면들에 도시되지 않은 요소들을 포함할 수 있다.
다양한 양태들 및 실시예들이 여기에 개시되었지만, 다른 양태들 및 실시예들이 본 기술분야의 통상의 기술자들에게 명백할 것이다. 여기에 개시된 다양한 양태들 및 실시예들은 예시를 위한 것이고 제한하려는 의도가 아니며, 진정한 범위는 이하의 청구항들에 의해 나타난다.

Claims (20)

  1. 특성 시프트 패턴(characteristic shift pattern)을 측정된 자기장 패턴에 상관시킴으로써 회전 위치를 결정하기 위한 장치로서,
    제1 면을 갖는 제1 플랫폼;
    상기 제1 플랫폼의 상기 제1 면과 적어도 부분적으로 중첩되는 제2 면을 갖는 제2 플랫폼 - 상기 제2 플랫폼은 제1 플랫폼에 대해 축을 중심으로 회전하도록 구성됨 - ;
    상기 제1 플랫폼의 상기 제1 면에 장착되고 상기 축을 중심으로 하는 자석 링 - 상기 자석 링은 상기 축으로부터 방사상으로 등거리에 있는 4개 이상의 자화된 극을 포함하고, 상기 4개 이상의 자화된 극은 상기 4개 이상의 자화된 극 중에서 이웃하는 극들 사이의 각각의 개별 경계가 상기 자석 링 주위의 상기 4개 이상의 자화된 극의 경계들의 균일한 간격에 의해 정의되는 대응하는 공칭 각도 경계(nominal angular boundary)에 대해 각도 시프트(angularly shifted)되도록 위치되고, 상기 4개 이상의 자화된 극의 각도 시프트된 경계들은 상기 자석 링의 상기 특성 시프트 패턴을 정의함 - ; 및
    상기 제2 플랫폼의 상기 제2 면에 연결되고, 상기 4개 이상의 자화된 극에 의해 생성된 자기장의 특성을 측정함으로써, 측정된 자기장 패턴을 생성하도록 구성되는 자기장 센서
    를 포함하는, 특성 시프트 패턴(characteristic shift pattern)을 측정된 자기장 패턴에 상관시킴으로써 회전 위치를 결정하기 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 플랫폼이 상기 제1 플랫폼에 대해 회전하는 동안 상기 자기장 센서에 의해 생성된 데이터에 기초하여, 상기 측정된 자기장 패턴을 결정하고;
    상기 특성 시프트 패턴을 상기 측정된 자기장 패턴에 상관시킴으로써 상기 제2 플랫폼에 대한 상기 제1 플랫폼의 상기 회전 위치를 결정하도록
    구성되는 회로를 더 포함하는, 특성 시프트 패턴(characteristic shift pattern)을 측정된 자기장 패턴에 상관시킴으로써 회전 위치를 결정하기 위한 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 4개 이상의 자화된 극은 교대로 반대 방향들로 자화되고, 상기 방향들은 상기 축에 평행한 제1 방향, 및 상기 제1 방향에 반대되는 제2 방향을 포함하는, 특성 시프트 패턴(characteristic shift pattern)을 측정된 자기장 패턴에 상관시킴으로써 회전 위치를 결정하기 위한 장치.
  4. 제1항에 있어서, k는 상기 4개 이상의 자화된 극의 수를 나타내는 4 이상의 자연수이고, n번째 극과, 시계 방향으로 상기 n번째 극에 이웃하는 후속 극 사이의 공칭 각도 경계는 (360n)/(k)도로 정의되고, n은 0보다 큰 자연수인, 특성 시프트 패턴(characteristic shift pattern)을 측정된 자기장 패턴에 상관시킴으로써 회전 위치를 결정하기 위한 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 4개 이상의 자화된 극은 짝수 개수의 극을 포함하는, 특성 시프트 패턴(characteristic shift pattern)을 측정된 자기장 패턴에 상관시킴으로써 회전 위치를 결정하기 위한 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 4개 이상의 자화된 극 중의 이웃하는 극들 사이의 각각의 개별 경계는 상기 특성 시프트 패턴의 선택된 자기 상관(autocorrelation)을 제공하기 위해 대응하는 공칭 각도 경계에 대해 개별 시프트 양만큼 각도 시프트되는, 특성 시프트 패턴(characteristic shift pattern)을 측정된 자기장 패턴에 상관시킴으로써 회전 위치를 결정하기 위한 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 선택된 자기 상관의 최대 값은 상기 선택된 자기 상관의 두 번째로 높은 값을 적어도 임계 값만큼 초과하는, 특성 시프트 패턴(characteristic shift pattern)을 측정된 자기장 패턴에 상관시킴으로써 회전 위치를 결정하기 위한 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 자석 링의 상기 특성 시프트 패턴은 (i) 제1 방향으로부터 제2 방향으로의 상기 자기장의 방향 변화를 나타내는 제1 유형의 전이들, 및 (ⅱ) 상기 제2 방향으로부터 상기 제1 방향으로의 상기 자기장의 방향 변화를 나타내는 제2 유형의 전이들을 포함하고,
    상기 장치는:
    상기 측정된 자기장 패턴 내에서 상기 제1 유형 및 상기 제2 유형의 전이들의 패턴을 결정하고;
    (i) 상기 측정된 자기장 패턴 내의 상기 제1 유형의 전이들을 상기 특성 시프트 패턴 내의 상기 제1 유형의 전이들에 상관시키고, (ⅱ) 상기 측정된 자기장 패턴 내의 상기 제2 유형의 전이들을 상기 특성 시프트 패턴 내의 상기 제2 유형의 전이들에 상관시킴으로써, 상기 제2 플랫폼에 대한 상기 제1 플랫폼의 회전 위치를 결정하도록
    구성되는 회로를 더 포함하는, 특성 시프트 패턴(characteristic shift pattern)을 측정된 자기장 패턴에 상관시킴으로써 회전 위치를 결정하기 위한 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제2 플랫폼은 일정한 각속도로 상기 제1 플랫폼에 대해 회전하도록 구성되고, 상기 장치는:
    상기 측정된 자기장 패턴 내에서 2개의 인접한 경계의 검출 사이의 기간을 결정하고;
    상기 기간에 기초하여 상기 2개의 인접한 경계 사이의 각도 변위를 결정하고;
    (i) 상기 각도 변위 및 (ⅱ) 상기 자석 링을 따라 상기 4개 이상의 자화된 극의 경계들의 균일한 간격에 의해 정의된 공칭 극 크기에 기초하여, 상기 2개의 인접한 경계 중 적어도 하나에 대한 측정된 시프트를 결정하고;
    상기 측정된 시프트와 상기 특성 시프트 패턴 내의 하나 이상의 특성 시프트 간의 차이를 결정하고;
    상기 차이에 기초하여, (i) 상기 특성 시프트 패턴과 (ⅱ) 상기 측정된 자기장 패턴 사이에서, 상기 차이를 최소화하는 오프셋을 결정함으로써 - 상기 오프셋은 상기 자기장 센서에 대한 상기 자석 링의 각도 위치를 나타냄 -
    상기 제2 플랫폼에 대한 상기 제1 플랫폼의 회전 위치를 결정하도록 구성되는 회로를 더 포함하는, 특성 시프트 패턴(characteristic shift pattern)을 측정된 자기장 패턴에 상관시킴으로써 회전 위치를 결정하기 위한 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 자기장 센서는 상기 자석 링의 원주 주위에 비대칭으로 배치되는 복수의 자기장 센서를 포함하고, 상기 자석 링의 복합 특성 시프트 패턴은 상기 각도 시프트된 경계들에 기초하여 상기 복수의 자기장 센서 각각에 의해 검출될 것으로 예상되는 자기장 패턴들의 조합을 포함하고, 상기 장치는:
    상기 복수의 자기장 센서 각각에 대해, 개별 자기장 패턴을 결정하고;
    상기 복수의 자기장 센서 각각에 대해 결정된 상기 개별 자기장 패턴들을 결합함으로써 복합 자기장 패턴을 결정하고;
    상기 복합 자기장 패턴을 상기 복합 특성 시프트 패턴에 상관시킴으로써 상기 제2 플랫폼에 대한 상기 제1 플랫폼의 회전 위치를 결정하도록
    구성되는 회로를 더 포함하는, 특성 시프트 패턴(characteristic shift pattern)을 측정된 자기장 패턴에 상관시킴으로써 회전 위치를 결정하기 위한 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 복합 특성 시프트 패턴은 상기 자석 링의 1회 회전 동안 비주기적인, 특성 시프트 패턴(characteristic shift pattern)을 측정된 자기장 패턴에 상관시킴으로써 회전 위치를 결정하기 위한 장치.
  12. 방법으로서,
    제1 플랫폼이 제2 플랫폼에 대해 회전축을 중심으로 회전하도록, 상기 제1 플랫폼에 장착된 자석 링의 4개 이상의 극에 의해 생성되는 제2 자기장과 상호작용하는 제1 자기장을 생성하는 단계 - 상기 4개 이상의 극은 상기 회전축으로부터 방사상으로 등거리에 있음 -;
    상기 제2 플랫폼에 연결된 자기장 센서로부터 상기 제2 자기장의 특성을 나타내는 데이터를 수신하는 단계 - 상기 4개 이상의 극 중에서 이웃하는 극들 사이의 각각의 개별 경계는 상기 자석 링 주위의 상기 4개 이상의 극의 경계들의 균일한 간격에 의해 정의되는 대응하는 공칭 각도 경계에 대해 각도 시프트됨 - ;
    상기 자기장 센서로부터 수신된 데이터에 기초하여 자기장 패턴을 결정하는 단계; 및
    상기 자기장 패턴을 상기 자석 링의 특성 시프트 패턴에 상관시킴으로써 상기 제2 플랫폼에 대한 상기 제1 플랫폼의 회전 위치를 결정하는 단계 - 상기 특성 시프트 패턴은 상기 자석 링의 상기 4개 이상의 극의 각도 시프트된 경계들에 의해 정의됨 -
    를 포함하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제1 자기장을 생성하는 단계는 전류가 상기 제2 플랫폼에 포함된 전기 전도성 경로를 통해 흐르게 하는 단계를 포함하는, 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 자석 링의 상기 특성 시프트 패턴은 (i) 제1 방향으로부터 제2 방향으로의 상기 제2 자기장의 방향 변화를 나타내는 제1 유형의 전이들, 및 (ⅱ) 상기 제2 방향으로부터 상기 제1 방향으로의 상기 제2 자기장의 방향 변화를 나타내는 제2 유형의 전이들을 포함하고,
    상기 방법은:
    상기 자기장 패턴 내에서 상기 제1 유형 및 상기 제2 유형의 전이들의 패턴을 결정하는 단계; 및
    (i) 상기 자기장 패턴 내의 상기 제1 유형의 전이들을 상기 특성 시프트 패턴 내의 상기 제1 유형의 전이들에 상관시키고, (ⅱ) 상기 자기장 패턴 내의 상기 제2 유형의 전이들을 상기 특성 시프트 패턴 내의 상기 제2 유형의 전이들에 상관시킴으로써, 상기 제2 플랫폼에 대한 상기 제1 플랫폼의 회전 위치를 결정하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  15. 제12항에 있어서, 상기 제2 플랫폼은 일정한 각속도로 상기 제1 플랫폼에 대해 회전하도록 구성되고, 상기 제2 플랫폼에 대한 상기 제1 플랫폼의 회전 위치를 결정하는 단계는:
    상기 자기장 패턴 내에서 2개의 인접한 경계의 검출 사이의 기간을 결정하는 단계;
    상기 기간에 기초하여 상기 2개의 인접한 경계 사이의 각도 변위를 결정하는 단계;
    (i) 상기 각도 변위 및 (ⅱ) 상기 자석 링을 따라 상기 4개 이상의 극의 경계들의 균일한 간격에 의해 정의된 공칭 극 크기에 기초하여, 상기 2개의 인접한 경계 중 적어도 하나에 대한 측정된 시프트를 결정하는 단계;
    상기 측정된 시프트와 상기 특성 시프트 패턴 내의 하나 이상의 특성 시프트 간의 차이를 결정하는 단계;
    상기 차이에 기초하여, (i) 상기 특성 시프트 패턴과 (ⅱ) 상기 자기장 패턴 사이에서, 상기 차이를 최소화하는 오프셋을 결정하는 단계 - 상기 오프셋은 상기 자기장 센서에 대한 상기 자석 링의 각도 위치를 나타냄 -
    를 포함하는, 방법.
  16. 제12항에 있어서, 상기 자기장 센서는 상기 자석 링의 원주 주위에 비대칭으로 배치되는 복수의 자기장 센서를 포함하고, 상기 자석 링의 복합 특성 시프트 패턴은 상기 각도 시프트된 경계들에 기초하여 상기 복수의 자기장 센서 각각에 의해 검출될 것으로 예상되는 자기장 패턴들의 조합을 포함하고, 상기 방법은:
    상기 복수의 자기장 센서 각각에 대해, 개별 자기장 패턴을 결정하는 단계;
    상기 복수의 자기장 센서 각각에 대해 결정된 상기 개별 자기장 패턴들을 결합함으로써 복합 자기장 패턴을 결정하는 단계; 및
    상기 복합 자기장 패턴을 상기 복합 특성 시프트 패턴에 상관시킴으로써 상기 제2 플랫폼에 대한 상기 제1 플랫폼의 회전 위치를 결정하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 복합 특성 시프트 패턴은 상기 자석 링의 1회 회전 동안 비주기적인, 방법.
  18. 명령어들이 저장된 컴퓨터 판독가능한 저장 매체로서,
    상기 명령어들은 컴퓨팅 디바이스에 의해 실행될 때, 상기 컴퓨팅 디바이스로 하여금:
    전기 전도성 경로를 통해 전류가 흐르게 함으로써 제1 자기장을 생성하기 위한 명령어들을 제공하는 동작 - 상기 제1 자기장은 제1 플랫폼이 제2 플랫폼에 대해 회전축을 중심으로 회전하도록, 상기 제1 플랫폼에 장착된 자석 링의 4개 이상의 극에 의해 생성되는 제2 자기장과 상호작용하고, 상기 전기 전도성 경로는 상기 제2 플랫폼 내에 포함되고, 상기 4개 이상의 극은 상기 회전축으로부터 방사상으로 등거리에 있음 - ;
    상기 제2 플랫폼에 연결된 자기장 센서로부터 상기 제2 자기장의 특성을 나타내는 데이터를 수신하는 동작 - 상기 4개 이상의 극 중에서 이웃하는 극들 사이의 각각의 개별 경계는 상기 자석 링 주위의 상기 4개 이상의 극의 경계들의 균일한 간격에 의해 정의되는 대응하는 공칭 각도 경계에 대해 각도 시프트됨 - ;
    상기 자기장 센서로부터 수신된 데이터에 기초하여 자기장 패턴을 결정하는 동작; 및
    상기 자기장 패턴을 상기 자석 링의 특성 시프트 패턴에 상관시킴으로써 상기 제2 플랫폼에 대한 상기 제1 플랫폼의 회전 위치를 결정하는 동작 - 상기 특성 시프트 패턴은 상기 자석 링의 상기 4개 이상의 극의 각도 시프트된 경계들에 의해 정의됨 -
    을 포함하는 동작들을 수행하게 하는, 명령어들이 저장된 컴퓨터 판독가능한 저장 매체.
  19. 제18항에 있어서, 상기 자석 링의 상기 특성 시프트 패턴은 (i) 제1 방향으로부터 제2 방향으로의 상기 제2 자기장의 방향 변화를 나타내는 제1 유형의 전이들, 및 (ⅱ) 상기 제2 방향으로부터 상기 제1 방향으로의 상기 제2 자기장의 방향 변화를 나타내는 제2 유형의 전이들을 포함하고,
    상기 동작들은:
    상기 자기장 패턴 내에서 상기 제1 유형 및 상기 제2 유형의 전이들의 패턴을 결정하는 동작; 및
    (i) 상기 자기장 패턴 내의 상기 제1 유형의 전이들을 상기 특성 시프트 패턴 내의 상기 제1 유형의 전이들에 상관시키고, (ⅱ) 상기 자기장 패턴 내의 상기 제2 유형의 전이들을 상기 특성 시프트 패턴 내의 상기 제2 유형의 전이들에 상관시킴으로써, 상기 제2 플랫폼에 대한 상기 제1 플랫폼의 회전 위치를 결정하는 동작
    을 더 포함하는, 명령어들이 저장된 컴퓨터 판독가능한 저장 매체.
  20. 제18항에 있어서, 상기 자기장 센서는 상기 자석 링의 원주 주위에 비대칭으로 배치되는 복수의 자기장 센서를 포함하고, 상기 자석 링의 복합 특성 시프트 패턴은 상기 각도 시프트된 경계들에 기초하여 상기 복수의 자기장 센서 각각에 의해 검출될 것으로 예상되는 자기장 패턴들의 조합을 포함하고, 상기 동작들은:
    상기 복수의 자기장 센서 각각에 대해, 개별 자기장 패턴을 결정하는 동작;
    상기 복수의 자기장 센서 각각에 대해 결정된 상기 개별 자기장 패턴들을 결합함으로써 복합 자기장 패턴을 결정하는 동작; 및
    상기 복합 자기장 패턴을 상기 복합 특성 시프트 패턴에 상관시킴으로써 상기 제2 플랫폼에 대한 상기 제1 플랫폼의 회전 위치를 결정하는 동작
    을 더 포함하는, 명령어들이 저장된 컴퓨터 판독가능한 저장 매체.
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