KR20000068046A

KR20000068046A - 자기 위치센서

Info

Publication number: KR20000068046A
Application number: KR1019997000925A
Authority: KR
Inventors: 페터 비제
Original assignee: 요한 요트너,헤르베르트 코네감프; 만네스만 파우데오 아게
Priority date: 1996-08-23
Filing date: 1997-08-09
Publication date: 2000-11-25
Also published as: WO1998008061A1; JP3853371B2; EP0920605A1; JP2000516720A; DE59708731D1; ES2186924T3; KR100507708B1; EP0920605B1; BR9711362B1; US6275025B1; BR9711362A

Abstract

본 발명은 자기 위치센서에 관한 것으로, 상기 센서에 있어 자계안에 적어도 두개의 고정자 기초부가 배치되어 있고, 이때 고정자 기초부사이의 공기틈안에 자계 센서가 존재하고, 이때 물체의 운동을 쫓아가는 매체가 고정자 기초부에 의해 고정되어 있는 평면에 대해 평행으로 배치되어 있다. 엔드플레이 종속적인 위치센서에 있어서, 가동적인 물체와 연결된 매체가 2부분으로 구성되어 있고, 이때 각각의 연자기 부분(4a, 4b)은 적어도 하나의 세그먼트를 보유하며 연자기 기초부들은 견고하게 서로 마주 이동된채 서로서로 결합되어 있어서, 첫번째 기초부(4a)의 세그먼트가 두번째 기초부(4b)의 세그먼트틈에 대해 대향위치해 있고, 이때 고정자 기초부(2a, 2b)가 연자기 기초부(4a, 4b)사이에 배치되어 있고 고정자 기초부(2a, 2b)에 의해 고정되어 있는 평면에 대해 수직으로 자계를 만들어내는 자석(3)은 고정자 기초부(2a, 2b)사이에 뿐만 아니라 연자기 기초부(4a, 4b)사이에도 배치되어 있다.

Description

자기 위치센서 {MAGNETIC POSITION SENSOR}

WO 92/10722호에는 앵글에 비례한 신호를 발송할 수 있는 홀 앵글센서가 알려져 있다. 앵글의 파악은 두개의 하프 실린더나 접시모양의 고정자 하프(half)사이에 형성되어 있는 공기틈안에 존재하는 홀 센서를 통해 실시된다.

회전자는 교대방향에서 자화된 두개의 플레이트 자석으로 구성되는데, 상기 자석은 후방 잠금판을 통해 조립되어 있다. 회전자는 두개의 고정자 하프앞의 축방향안에 존재한다. 동시에 자석의 자화방향은 회전축에 대해 수직이다.

플레이트 자석의 N극에서 나오는 자기 플로(flow)는 자석 하프에 대한 각각의 고정자 하프의 앵글위치에 따라서 자석의 S극으로 들어가기 전에 갈라진다.

자석의 N/S쪽 축이 공기틈에 대해 평행이라면, 그때그때 대략 자기 플로의 하프가 두개의 고정자 하프를 통해 흐르게 된다. 이런 경우에는 실제로 플로가 공기틈을 통과하지 않는다. 측정유도(measuring induction)는 0이 된다.

자석의 N/S쪽 축이 공기틈에 대해 수직이라면, 실제로 전체 자기 플로가 우선 한개의 고정자 하프안으로 들어가고 공기틈을 가로질러서 두번째 고정자 하프안으로 들어가서 그곳에서부터 자석의 S극으로 들어간다. 따라서 홀 센서를 통해 측정유도의 최대치가 기록된다.

자석 플로가 측정 공기틈밖의 통로에서 자석과 고정자 하프사이의 공기틈을 또 두번 횡단해야 하기 때문에, 이러한 공기틈의 불안정이 예를 들어 기계적인 엔드 플레이의 형태로 측정값의 강한 변화를 가져온다.

본 발명은 자기 위치센서에 관한 것으로, 상기 센서에 있어 자계안에 적어도 두개의 고정자 기초부가 배치되어 있고, 이때 고정자 기초부사이의 공기틈안에 자계 센서가 존재하고, 이때 물체의 운동을 쫓아가는 매체가 고정자 기초부에 의해 고정되어 있는 평면에 대해 평행으로 배치되어 있다.

도1은 케이스와 고정자를 절단한 발명에 따른 앵글센서의 첫번째 실시도이고,

도2는 회전자의 첫번째 실시도이고,

도3은 회전자 고정자 배치도이고,

도4는 발명에 따른 앵글센서의 두번째 실시도이고,

도5는 회전축에 대해 수직인 회전자 고정자 배치도이고,

도6은 회전자 고정자 배치의 두번째 실시도이고,

도7은 회전앵글에 걸친 신호 진행도이고,

도8은 회전자 고정자 배치의 세번째 실시도이고,

도9는 회전자 고정자 배치의 네번째 실시도이고,

제10도는 캐리어 기초부위 앵글 센서의 배치도이고,

도11은 선형의 자기 위치 센서의 원칙상 구성도이고,

도12는 선형의 자기 위치 센서의 단면도이다.

동일한 부분은 같은 도면부호로 표시된다.

따라서 본 발명의 목적은 측정 방향과는 다른 방향에서의 가동적인 매체의 이동에 대해서는 무감한 자기 위치센서를 제공하는데 있다.

발명에 따라 가동적인 물체와 연결된 매체가 2부분으로 형성되어 있고, 이때 모든 연한 자기 부분이 적어도 하나의 세그먼트(segment)를 보유하고 연자기 기초부들이 부동으로 서로 마주보고 이동된 채 서로서로 결합되어 있다. 따라서 첫번째 기초부의 세그먼트가 두번째 기초부의 세그먼트틈과 마주보고 있게 되고, 이때 고정자 기초부가 연자기 기초부사이에 배치되어 있고 고정자 기초부에 의해 고정되어 있는 평면에 대해 수직으로 자계를 생성해내는 자석이 연자기 기초부사이에 배치되어 있다.

가동적인 물체와 결합되어 있는 미디엄의 이러한 비대칭 구조를 통해 측정공기틈위로 자기 보상 플로가 생성된다.

구성상 가동적인 물체와 결합되어 있는 매체는 고정자 기초부에 대해 축의 방향에 배치되어 있는 회전자이다.

회전자는 2부분으로 제작되어 있고, 이때 모든 연자기 회전자 기초부는 적어도 하나의 서클 세그먼트(segment of a circle)를 보유하고 회전자 기초부는 부동으로 서로마주보고 비틀린채 서로서로 결합되어 있어서, 첫번째 회전자 기초부의 서클 세그먼트가 두번째 회전자 기초부의 세그먼트틈에 마주보고 서있게 되고, 이때 회전자 기초부는 고정자 기초부사이에 배치되어 있고 자계를 축방향에서 생성하는 자석은 회전자 기초부뿐만 아니라 고정자 기초부사이에도 배치되어 있다.

발명의 장점은 부동의 2부분 회전자 구성을 통해 엔드 플레이가 센서 신호에 미치는 영향이 저지되는데, 이는 회전자와 고정자 사이에 발생하는 공기틈이 동시에 반대 방향으로 바뀌고 따라서 공기틈의 합계가 항상 불변하기 때문이다.

바람직하게는 회전자 기초부와각각 하나의 고정자 기초부사이에서 축방향으로 형성되는 두가지 공기틈의 합계가 자석의 축방향 팽창에 비해 작으며 이를 통해 고정자를 통한 자석 플로가 지지된다.

구성상 고정자 기초부는 물론 서클 세그먼트와 유사하게 제작되어 있다.

적어도 하나의 회전자 기초부의 서클 세그먼트의 외부 반경은 서클 세그먼트와 유사한 고정자 기초부의 외부 반경에 대략 일치한다. 회전자 기초부는 두가지 반경을 통해 캐릭터리제이션(characterization)되어 있고, 이때 첫번째 반경은 고정자 기초부의 외부 반경에 거의 일치하고 두번째 반경은 자석의 반경에 대략 일치한다.

동시에 자계 센서는 두가지 고정자 기초부의 공기틈내 센서의 샤프트(shaft)의 회전축에 대해 방사방향으로 배치되어 있다.

더 나아가 구성상 적어도 하나의 회전자 기초부의 서클 세그먼트의 외부 반경이 고정자 기초부의 외부 반경보다 작다. 이는 두개의 고정자 기초부의 공기틈내 센서의 샤프트의 회전축에 대해 축방향으로 자계 센서의 배치를 가능하게 한다. 이러한 배치의 장점은 자석이 이제 최적으로 디자인될 수 있다는데 있으며, 그 이유는 두가지 회전자 부분의 축방향 간격이 자유롭게 변화할 수 있기 때문이다.

첫번째 회전자 기초부의 서클 세그먼트가 두번째 회전자 기초부사이의 세그먼트 틈보다 작은 앵글을 가진다면 전체 센서의 조립이 단순화된다.

회전자 플레이트의 비대칭적 구성을 통해서 자석 플로가 의도적으로 두개의 고정자 하프위로 가이드된다.

플로 가이드의 앵글 종속성이 자석의 자화나 프로파일(profile)을 통해 얻어지는 것이 아니라 회전자의 비대칭적 구성을 통해 얻어지기 때문에 자석에 대한 필요조건은 최소 수준이다.

자석은 다만 축을 향해 있는 필드를 만들어야 한다. 이는 회전가능하게 지지되어 있는 영구자석이나고정자에 관련해 위치고정된 자석에 의해서 선택적으로 생성될 수 있고, 이러한 경우에 상기 자석은 영구 자석뿐만 아니라 전자자석으로도 실행될 수 있다.

더 나아가 자석은 영구 자화된 링자석으로도 실시된다.

링자석은 위치 고정되게 두개의 고정자하프와 직접 결합되어 있다면 센서안에 특히 간편하게 조립될 수 있다.

다른 구성에서 자석은 관통하는 회전자 샤프트에 고정되어 있는데, 이때 상기 자석은 상기 회전자 샤프트 위로 꽂혀 있게 된다.

또 다른 구성에서는 두개의 회전자 플레이트가 비자기 쉘(shell)을 통해 움직이지 않게 결합되어 있는데, 이때 각각의 회전자 플레이트는 2분화된 회전자 샤프트의 한부분에 견고하게 배치되어 있다.

동시에 고정자 세그먼트는 항상 동축으로 회전자 샤프트의 회전축을 돌아 배치되어 있다.

발명은 수많은 실시예를 가능하게 한다. 그중 한가지를 도면에 도시한 형태에 의거하여 상세하게 설명한다.

기본 원칙은 우선 반원 모양인 두개의 회전자 세그먼트를 가지는 회전자 구성에 있어 설명하기로 한다. 이 배치는 90°의 회전 앵글이 파악될 투입경우에 예를 들어 내연기관에 있어 스로틀 밸브(throttle valve)에 있어서 유리하다.

도1에는 앵글 센서가 도시되어 있고, 상기 센서안에는 재료에 맞게 비자기 황동케이스(1)안에 2분화한 연철링이 고정자로서 고정자부분(2a, 2b)을 가지고 배치되어 있다. 함께 바라보면 중공 실린더 모양의 고정자를 나타내는, 접시모양이 바람직한 고정자 부분(2a, 2b)들이 동축으로 영구자석(3)을 돌아서 배치되어 있다. 동시에 자석(3)은 축방향으로 자화되어 있다.

자석(3)은 연자기 재료로 만들어진 회전자 플레이트(4a, 4b)사이에 존재하고, 상기 플레이트들은 180°돌아 서로 마주보고 비틀려 있다.

동시에 각각의 회전자 하프(4a, 4b)는 플레이트의 180°에 걸쳐 첫번째 외부반경을 통해 그리고 플레이트의 다른 180°에 걸쳐 두번째 외부반경을 통해 캐릭터리제이션되어 있다. 더 큰 외부반경(R1)은 대략 고정자(2)의 외부반경에 일치하고 더 작은 외부반경(R2)은 자석의 직경에 맞춰져 있다(도2). 이때 R1 〉 R2 이어서, 각각의 회전자 세그먼트는 본질적으로 반원형태로 보인다.

회전자 하프(4a, 4b)는 관통하는 회전자 샤프트(5)를 수용하는, 중심에 위치한 보링(9)을 각각 하나씩 가진다. 동시에 회전자 하프(4a, 4b)는 관통하는 회전자 샤프트(5)위에 견고하게 고정되어 있다. 회전자 샤프트(5)는 비자기 재료로 구성된다.

그러나 회전자 하프(4a, 4b)는 회전자 샤프트(5)의 부분으로도 제작되어 있을 수 있다.

동시에 회전자 샤프트(5)는 회전자 세그먼트(4a, 4b)와 동일한 자기적 재료로 구성된다. 덧붙여 감독될샤프트의 기계적인 커플링(coupling)은 비자기적으로 실시된다.

자석(3)은 물론 바람직하게는 중공실린더 모양의 링자석으로 제작되어 있고 회전자 샤프트(5)위에 고정되어 있다.

물론 중공실린더 모양인 케이스(1)의 양쪽에 커버링(6)과 (7)을 가지고 닫혀있고 상기 커버링 안에는 회전자 샤프트(5)가 지지되어 있다.

자계 센서(12), 예를 들어 홀 센서나 기타 자계센서(유도 시스템)는 케이스(1)안에 있는 개구부(10)을 통해서 두개의 고정자 하프(2a, 2b)사이에 있는, 상기 개구부뒤에 있는 공기틈(11)안으로 들어간다.

이는 또 한번 도3에서 원칙적으로 도시되어 있다. 홀센서(12)를 명료하게 도시하기 위하여 두번째 고정자 하프(2a)의 도시를 생략한다. 이는 도시한다면 홀센서(12)앞에 놓여 있을 것이다.

도4에 따라 자석(3)은 실린더 모양이나 네모 모양으로 제작되어 있고 비자기 쉘(8)안에 설치되어 있다. 자석(3)은 쉘(8)안으로 접착되어 있을 수 있다.

이러한 경우에 회전자 샤프트(5)는 2부분으로 제작되어 있다. 회전자 샤프트의 부분(5a, 5b)에는 회전자 플레이트(4a, 4b)가 고정되어 있다. 쉘(8)은 회전자 플레이트(4a, 4b)의 카운터싱킹(countersinking)(13a, 13b)안으로 맞물려 들어가서 회전자 샤프트(5a, 5b)의 양쪽 부분을 견고하게 서로서로 연결시킨다.

추가로 쉘(8)은 제동핀(14)을 통해 안전장치되어 있다.

자석(3)과 홀센서(12)사이의 높이 평형을 위해 회전자 플레이트(4a, 4b)위에는 높이를 올린 연자기 범위(17)가 존재한다(도2).

양쪽 회전자 하프사이에는 고정자(2a, 2b)가 존재한다. 두개의 고정자(2a, 2b)는 자기에 의해 전도성이 우수하다. 나아가 회전자와 고정자사이에 축방향에서 형성되는, 양쪽 공기틈(15, 16)의 합계가 자석(3)의 길이에 비해 작다. 이를 통해 자기에 의한 플로의 더 큰 몫이 양쪽 고정자 하프를 통해 흐르는 것이 가능해진다.

특별한 실시형태에서는 자기 재료로서 사마륨 코발트가 사용된다. 자석(3)의 3mm 축방향 연장의 경우 회전자 플레이트(4a, 4b)와 고정자(2a, 2b)사이의 공기틈(15, 16)은 거의 0.5mm에 달한다.

도 5의 도움으로 기술한 앵글 센서의 기능방식을 이제 설명할 것이다. 이해를 돕기 위해 센서(4)위로 4분원을 놓았다.

원칙적으로 자기 플로는 자석의 N극에서 나와서 첫번째 고정자 하프안으로 들어간다. 더 작은 부분은 누설 플럭스(leakage flux)로서 통기틈새를 통해 자석의 S극쪽으로 이어지고 그곳에서 두번째 회전자 하프안으로 들어가고 이어서 S극으로 들어간다.

회전자는 우선 도 5a에서처럼 정렬되어 있다. 절단선 (반원형의 플레이트〈4a,4b〉의 "현")은 측정 공기틈(11)에 대해 수직이다. 이 위치에서는 그때그때 첫번째 4분원안에서 대략 자기 유효플로의 하프들이 상단의 회전자 하프 플레이트(4a)에서 나오게 되고 상기 하프 플레이트를 통해 오른쪽 고정자 하프(2a)가 네번째 4분원으로 흘러가고 그곳에서 하단의 회전자 하프 플레이트(4b)안으로 들어가게 된다. 플로의 다른 하프는 두번째 4분원안에서 상단의 회전자 하프 플레이트(4a)에서 나오게되어 상기 하프 플레이트를 통해 왼쪽 고정자 하프(2b)가 세번째 4분원으로 흘러가고 그곳에서 하단의 회전자 하프 플레이트(4b)안으로 들어가게 된다.

측정 공기틈(11)내에서 유도는 0이 된다. 플로가 공기틈(11)을 가로지르지 않기 때문에 전체 서클의 최소 자기 저항이 생겨나고, 따라서 최대의 자기 플로가 생겨난다. 회전자(4a, 4b)는 따라서 외부의 힘작용없이 바람직하게 이 위치에 가게 된다.

회전자가 180°계속 돌게되면 동일한 상황이 생겨난다.

다음 단계에서는 도5b에서 도시한대로 회전자가수학적으로 포지티브(+)한 방향에서 90°계속 돌 것이다. 이와 함께 북극과 연결된 회전자 하프 플레이트(4a)는 왼쪽 고정자 하프(2b)위에 있다. S극과 결합된 회전자 하프 플레이트(4b)는 오른쪽 고정자 하프(2a)위에 놓여 있다.

실제로 전체 플로는 균일하게 두번째와 세번째 4분원위에 분배되어 왼쪽 하프 플레이트(4a)(N극)에서 나와서 왼쪽 고정자 하프(2b)안으로 넘어가고 공기틈(11)을 가로질러서 첫번째와 네번째 4분원의 범위 안에서 오른쪽 회전자 하프 플레이트(4b)(S극)안으로 넘어간다.

측정 공기틈(11)내 유도는 따라서 최대치이다. 자기 플로가 공기틈을 가로지르기 때문에 전체 서클의 최대 자기 저항이 생겨나고 따라서 최소의 자기 플로가 생겨난다. 불안정한 파워없는 위치가 생겨난다. 이 위치의 왼쪽 및 오른쪽에는 최대의 복원 모멘트(righting moment)가 나타난다.

회전자가 180°계속 돌게 되면 동일한 상황이 생겨난다. 동시에 측정 공기틈(11)을 통한 자석 플로의 사인(sign)이 뒤집어진다.

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 기초부(2a, 2b) 사이에 공기틈(11) 안에 배치될 수 있다.

고정자의 외부 표면이 높은 투과성 때문에 등전위 표면을 나타내기 때문에 공기틈(11)의 선형 범위 안에서의 유도는 도처에 동일한 크기이다. 이를 통해 양 채널사이에 매우 우수한 등각이 생겨나서 예를 들어 양 채널의 오작동이 조기에 발견될 수 있다.

기술한 앵글센서에 있어서는 회전자 플레이트(4a, 4b)와 고정자 하프(2a, 2b)사이의 양쪽에 대해 축방향으로 존재하는 공기틈의 합이 항상 항구적으로 남아 있는다.

이를 통해 측정 신호에 대한 엔드플레이 영향의 매우 우수한 억제가 이루어진다.

예를 들어 자동차의 가스 페달에 필요한 것과 같이 비틀림각도가 예를 들어 30°혹은 더 작게 발견되야 한다면 작은 측정범위를 위해 신호 편차(signal deviation)를 높여야만 한다.

이를 위해 도6에 도시한 바와 같은 회전자 배치를 택하게 된다. 회전자 기초부(4a, 4b)는 이제 그때그때 고유의 폭만큼 서로 마주 옮겨진 세그먼트의 정수(whole number)로 구성되게 만들어져 있다. 이때 상기 세그먼트들은 회전 중심 방향에서 자기로 결합되어 있다.

이러한 회전자 플레이트(4a, 4b)는 견고하게 서로 결합되어 있다.

가장 단순한 경우에는 모든 회전자 기초부가 두개의 세그먼트를 가지고 있고, 상기 세그먼트들은 서로 마주보고 있게 배치되어 있다. 첫번째 회전자 기초부(4a)는 180°서로 마주 이동되어 있는 세그먼트(4a1, 4a2)를 가지고 두번째 회전자 기초부(4b)는 물론 두개의 세그먼트(4b1, 4b2)를 보유하고 있다. 두가지 회전자 기초부(4a, 4b)는 회전자 기초부(4a)의 세그먼트(4a1)에 회전자 플레이트(4b)의 세그먼트틈이 대향위치하도록 서로 마주 옮겨져 있다. 두번째 회전자 플레이트(4b)의 세그먼트(4b1, 4b2)의 경우에도 마찬가지여서, 상기 세그먼트에 항상 첫번째 회전자 기초부(4a)의 세그먼트틈이 대향위치 해 있다. 세그먼트틈으로는 그때그때 회전자 기초부(4a 및 4b)의 세그먼트(4a1, 4a2) 및 (4b1, 4b2)사이의 간격이 표시된다.

회전자 기초부(4a, 4b)가 N세그먼트를 가지는 것도 생각할 수 있다. 그러면 회전자 기초부가 180°/N을 돌아 서로 마주 옮겨진 채 배치된다. 이미 언급한대로각각의 윙의 폭은 상응하게 180°/N에 달한다. 이를 통해 반원형태의 변형에 비교해 신호의 순환이 1/N만큼 축소된다.

도7에서는 신호진행이 회전각에 종속하여 도시되어 있다. 이때 커브(A)는 도6에 의거해 도시된 바와 같은 회전자 배치에 있어서 측정공기틈 안에서의 플로진행을 나타낸다. 두개의 세그먼트에서 180°의 순환이 도달된다.

반원형태의 회전자 배치에 있는 신호진행은 라인(B)을 통해 도시되어 있다. 이러한 단일 세그먼트 배치의 경우에는 360°의 주기가 도달된다.

회전자 배치(4a, 4b)와 고정자 배치(2a, 2b)의 유효 표면은 1:2N 비례하고, 이때 상기 유효 표면들을 통해 플로가 결합된다. 공기틈의 수는 2N이다.

도6에서 도시한 시스템은 두개의 나란히 배치된 90°세그먼트(2a, 2b)로 구성되는 고정자 배치를 보유하고, 이때 상기 세그먼트들은 함께 180°의 범위를 형성한다. 고정자(2a, 2b)는 회전자 기초부(4a, 4b)사이에 배치되어 있고 서로 마주 공기틈을 만드는데, 이때 상기 공기틈 안에는 홀센서(12)가 축(5)에 대해 방사방향으로 배치되어 있다.

중복 시스템이 도8에 도시되어 있다. 각각 90°세그먼트로 구성된 두개의 고정자 기초부(2a1, 2b1) 및 (2b2, 2a2)들은 측정공기틈(11)을 구성하는데, 상기 기초부들 안에는 그때그때 자석 센서(12)가 배치되어 있다. 이러한 실시에서는 고정자 기초부(2a1, 2a2, 2b1, 2b2)들이 회전자 기초부(4a1, 4a2, 4b1, 4b2)보다 더 큰 외부반경을 가지고 있다. 자석 센서(12)는 이런 경우에 90 °회전할 수 있는데, 즉 공기틈(11)내 센서의 회전방향에 대해 축방향으로 배치될 수 있다. 두개의 자계 센서는 이러한 실시구성때문에 한개 및 똑같은 도체판 위에 배치될 수 있다.

자석(3)은 이제 최적으로 디자인될 수 있는데, 그 이유는 두개의 회전자 기초부(4a, 4b)의 축 간격이 자유롭게 선택가능하기 때문이다.

이제까지 고찰한 배치에 있어서는 신호의 주기가 측정범위에 맞추어진다.

이를 위해 N에 의한 회전자 및 고정자의 정수 분할이 실시되었다. 정수의 분할을 지키지 않으면, 360°의 완전한 회전 내에서 두배의 상승이나 상승 0을 가지는 범위가 생겨난다.

제한된 앵글범위를 가지는 이용에 있어서는 회전자의 고정자의 비정수 분할을 생각할 수도 있다.

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

이를 위해 4개의 고정자 기초부(2a1, 2b1, 2a2, 2b2)가 설치되어 있고 상기 기초부들중 그때그때 두개의 고정자 기초부(2a1, 2b1) 및 (2a2, 2b2)가 거의 평행으로 함께 인접하고 있다. 이러한 두개의 고정자쌍(2a1, 2b1; 2a2, 2b2) 사이에는 여기에서는 예를 들어 66°의 개방된 범위가 생겨난다.

회전자 기초부(4a)는 단순한 고정자 폭(57)의 두개의 세그먼트(4a1, 4a2)를 보유한다. 회전자 기초부(4b)는 보충적으로 구성되어 있다. 다시 말해 틈이 회전자 기초부(4a)의 서클 세그먼트(4a1, 4a2)의 폭에 일치하는 연장을 가진다.

회전자 세트(4a, 4b)를 도시한 위치에 대해 ±90°에 상응하는 적당한 위치로 보낸다면 상기 세트는 전체로서 축방으로 결합 및 해체될 수 있다.

이를 통해 본질적인 조립의 단순화가 도달되어지는데, 이제 고정자와 일렉트로닉스를 가지는 고정자측(도체판 17)은 회전자측(회전자기초부〈4a, 4b〉, 자석〈3〉 그리고 샤프트〈5〉)과 똑같이 사전 조립된 유닛으로서 취급될 수 있기 때문이다.

예를 들어 회전자측은 예를 들어 플라스틱으로 된 비자기 동체위에 사전 조립될 수 있고, 그 다음에는 샤프트(5)위에 눌러박힌다. 플라스틱 동체를 통해 샤프트(5)의 자기적 결합해체가 생겨나는데, 그런 경우에는 상기 샤프트는 연자기 소재로 구성할 수 있다. 또한 샤프트는 더 이상 스텝(step)을 댈 필요가 없고 이것은 물론 단순화를 의미한다.

도10에는 도체판위 센서의 배치가 도시되어 있다. 단순화한 도시를 위해 여기에서는 도1에서의 실시예에 따른 반원형 구성을 가지는 회전자 기초부들을 택했다. 도10a는 도체판(17)을 위에서 내려다본 모양이고 반면에 도10b는 그에 해당하는 단면도를 나타낸 것이다.

회전자 기초부(4a, 4b)는 두배로 스텝을 댄 비자기 샤프트(5)위로 눌러박는다. 고정자 기초부(2a, 2b)는 보링(20)을 통해 관 리벳(18)과 플레이트(19)를 이용해 도체판(17)위에 고정되고, 상기 도체판위에는 또한 고정자 기초부(2a, 2b)사이의 측정공기틈내 배치된 자계센서(12)와 신호 콘디셔닝을 위한 만일의 기타 구성기초부들이 배치되어 있다(단면 B-B 참조).

위에서 본 도면에서 알 수 있듯이, 고정자 기초부(2a, 2b)안의 보링(20)은 외부 회전자반경(R1)외부에 존재한다. 센서 특성곡선이 추가적인 선형화는 반경의 앵글종속한 형태를 통해 이루어질 수 있다.

도 10에서 알 수 있듯이, 여기에서도 자석(3)이 링자석으로서 샤프트(5)를 돌아 실시되어 있고, 상기 자석은 축방향으로 자화되어 있고 두개의 회전자 플레이트(4a, 4b)사이의 샤프트(5)위에 직접적으로 꽂혀있다.

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

이러한 선형 센서는 두개의 가동적인 연자기 슬라이딩 기초부(20a, 20b)를 보유하고 있다. 슬라이딩 기초부(20a)는 직각의 세그먼트(23)을 가지며, 이것의 자기에 의한 유효한 표면(F)은 두번째 슬라이딩 기초부(20b)의 물론 직각의 세그먼트틈(24)에 정확하게 맞추어져 있도록 계측되어 있다.

첫번째 슬라이딩 기초부(20a)위에는 자석 리시버(22)가 조립되어 있다. 이러한 자석 리시버(22)는 첫번째 슬라이딩 기초부(20a)와 자석 리시버(22)의 조립시 자석(3)이 첫번째 기초부(20a)의 유효 표면(F) 외부에 배치되게 장방형의 자석(3)을 받치고 있다.

도12에 도시한대로, 자석 리시버(22)는 자석(3)과 두개의 슬라이딩 기초부(20a)와 (20b)와 리벳커넥션(개구부〈25〉와 리벳〈26〉)을 통해 결합되어 있고 동시에 두개의 슬라이딩 기초부(20a, 20b)사이의 스페이서(spacer)로서 작용한다.

계속 도시되지 않은 도체판 위에 고정된 고정자 기초부(21a, 21b)는 슬라이딩 기초부(20a, 20b) 및 자석 리시버(22)로부터 사전조립된 유닛안으로 슬라이딩해 들어가는데, 이때 두개의 고정자 기초부(21a, 21b)사이의 공기틈(28)이 첫번째 슬라이딩 기초부(20a)의 활성 표면(F)에 의해 덮히게 이루어진다. 이때 고정자 기초부(21a, 21b)는 공간상 두번째 슬라이딩 기초부(20b)에 가깝게 배치되어 있다.

첫번째 슬라이딩 기초부(20a)의 세그먼트(23)가 센서의 중앙선(M)에 대해 대칭이라면, 고정자 기초부(21a, 21b) 사이의 측정공기틈(28)을 통한 보상 플로는 일어나지 않는다. 슬라이딩 기초부(20a, 20b)가 y방향에서 이러한 위치에서 벗어난다면 고정자 기초부(21a, 21b)사이의 공기틈(28)을 통해 보상 플로가 생기는데, 상기 플로는 두개의 고정자 기초부(21a, 21b)의 공기틈(28)안에 배치되어 있는 자계 센서(12)에 의해 기록된다.

센서의 선형 측정범위는 첫번째 슬라이딩 기초부(20a)의 세그먼트(23)의 활동 길이에 빠듯하게 일치한다. 이는 센서가 측정범위보다 적어도 3배 더 길다는 것을 의미한다.

기술한 선형 센서는 예를 들어 자동차내 운전 페달의 위치 파악을 위해 적용될 수 있다. 이러한 목적으로 센서는 운전 페달 컨넥션(29)을 통해 페달과 결합되어 있다. 풀백 스프링(pull-back spring)에의 컨넥션은 리벳(26)의 도움으로 간단히 센서에 배치되어 있는-바람직하게는 두번째 슬라이딩 기초부(20b)에 배치되어 있는 장치(30)을 통해 이루어진다.

Claims

자계안에 적어도 두개의 고정자 기초부가 배치되어 있고, 이때 고정자 기초부사이의 공기틈 안에 자계 센서가 존재하고, 이때 물체의 운동을 쫓아가는 매체가 고정자 기초부에 의해 고정되어 있는 평면에 대해 평행으로 배치되어 있는 자기 위치 센서에 있어서,

가동적인 물체와 연결된 매체가 두개의 연자기 기초부(4a, 4b; 20a, 20b)로 구성되어 있고, 이때 각각의 연자기 기초부(4a, 4b; 20a, 20b)는 적어도 하나의 세그먼트(4a1, 4a2;23)를 보유하며 연자기 기초부(4a, 4b; 20a, 20b)들은 견고하게 서로 마주 이동된채 서로서로 결합되어 있어서, 첫번째 기초부(4a; 20a)의 세그먼트(4a1, 4a2; 23)가 두번째 기초부(4b; 20b)의 세그먼트틈(24)에 대해 대향위치해 있고, 이때 고정자 기초부(2a, 2b, 21a, 21b)가 연자기 기초부(4a, 4b; 20a, 20b) 사이에 배치되어 있고 고정자 기초부(2a, 2b, 21a, 21b)에 의해 고정되어 있는 평면에 대해 수직으로 자계를 만들어내는 자석(3)은 연자기 기초부(4a, 4b; 20a, 20b) 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 위치센서.
제1항에 있어서, 가동적인 물체와 결합되어 있는 매체가 회전자이고, 상기 회전자는 고정자 기초부(2a, 2b)에 대해 축방향에 배치되어 있고, 이때 각각의 연자기 회전자 기초부(4a, 4b)는 적어도 하나의 서클 세그먼트를 보유하고 회전자 기초부들은 부동으로 서로 마주보고 비틀린채 서로서로 결합되어 있어서, 첫번째 회전자 기초부(4a)의 서클 세그먼트가 두번째 회전자 기초부(4b)의 세그먼트틈에 마주보고 서있게 되고, 이때 회전자 기초부(2a, 2b)는 고정자 기초부(4a, 4b)사이에 배치되어있고 자계를 축방향에서 생성하는 자석은 회전자 기초부(4a, 4b)뿐만 아니라 고정자 기초부(2a, 2b) 사이에도 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 위치 센서.
제2항에 있어서, 회전자 기초부(4a, 4b)와 각각 하나의 고정자 기초부(2a, 2b) 사이에서 축방향으로 형성되는 두가지 공기틈(15, 16)의 합계가 자석(3)의 축방향 연장에 비해 작은 것을 특징으로 하는 자기 위치 센서.
제2항에 있어서, 고정자 기초부(2a, 2b)들이 서클 세그먼트 형태로 제작되어있는 것을 특징으로 하는 자기 위치 센서.
제2항 및 제4항에 있어서, 적어도 하나의 회전자 기초부(4a, 4b)의 서클 세그먼트(4a1, 4a2; 4b1, 4b2)의 외부반경(R1)이 서클 세그먼트와 유사한 고정자 기초부(2a, 2b)의 외부반경에 거의 일치하는 것을 특징으로 하는 자기 위치 센서.
제5항에 있어서, 회전자 기초부(4a, 4b)가 두가지 반경(R1, R2)을 통해 캐릭터리제이션되어 있고, 이때 첫번째 반경(R1)이 고정자 기초부(2a, 2b)의 외부반경에 거의 일치하고 두번째 반경(R2)는 자석(3)의 반경에 거의 일치하는 것을 특징으로 하는 자기 위치 센서.
제6항에 있어서, 자계 센서(12)가 두개의 고정자 기초부(2a, 2b)의 공기틈(11)내 센서의 회전축(5)에 대해 방사방향으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 위치 센서.
제2항 및 제4항에 있어서, 적어도 하나의 회전자 기초부(4a, 4b)의 서클 세그먼트(4a1, 4a2; 4b1, 4b2)의 외부반경(R1)이 고정자 기초부(2a, 2b)의 외부반경보다 작은 것을 특징으로 하는 자기 위치 센서.
제8항에 있어서, 자계 센서(12)가 두개의 고정자 기초부(2a, 2b)의 공기틈(11)내 센서의 회전축(5)에 대해 축방향으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 위치 센서.
제2항에 있어서, 첫번째 회전자 기초부(4a)의 서클 세그먼트(4a1, 4a2)가 두개의 고정자 기초부(2a1, 2a2, 2b1, 2b2)사이에 있는 세그먼트틈보다 더 작은 앵글을 가지는 것을 특징으로 하는 자기 위치 센서.
제1항 또는 제2항에 있어서, 축방향으로 가리키는 필드를 만들어내는 자석(3)이 위치가 고정된 전자 자석인 것을 특징으로 하는 자기 위치 센서.
제1항 또는 제2항에 있어서, 축방향으로 가리키는 필드를 만들어내는 자석(3)이 영구자석 및 전자 자석의 조합으로 구성된 것을 특징으로 하는 자기 위치 센서.
제1항 또는 제2항에 있어서, 자석(3)이 영구자기의 링자석으로 제작되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 위치 센서.
제13항에 있어서, 링자석(3)이 두개의 고정자 기초부(2a, 2b)와 직접적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 위치 센서.
제13항에 있어서, 링자석(3)이 회전자 샤프트(5)에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 위치 센서.
제2항 또는 제6항에 있어서, 회전자 기초부(4a, 4b)가 비자기 쉘(8)을 통해 부동으로 결합되어 있고, 이때 각각 하나의 회전자 기초부(4a, 4b)는 2분할된 회전자 샤프트(5)의 한 부분에 견고하게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 위치 센서.
제4항 내지 제7항 중 어느 한항에 있어서, 고정자 기초부(2a, 2b)가 회전자 샤프트(5)의 회전축을 빙돌아서 동축으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 위치 센서.
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 자석(3)과 자계 센서(12)사이의 높이 조정을 위해 높아진 연자기 범위(17)가 회전자 기초부(4a, 4b)위에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 위치 센서.