KR20180113454A

KR20180113454A - 회전형 위치 센서

Info

Publication number: KR20180113454A
Application number: KR1020180037366A
Authority: KR
Inventors: 피터 반데르스티겐
Original assignee: 멜렉시스 테크놀로기스 에스에이
Priority date: 2017-04-06
Filing date: 2018-03-30
Publication date: 2018-10-16
Also published as: EP3385679A1; CN108692652B; CN108692743B; CN108692743A; US20180292237A1; US10571302B2; KR20180113462A; US20180292233A1; EP3385678A1; CN108692652A; EP3385678B1; US10571303B2; EP3385679B1

Abstract

본 발명은 회전형 위치 센서(1)에 관한 것이다. 회전형 위치 센서는 적어도 두 개의 서로다른 계수 자기장을 나타내는 두 개의 독립적인 신호를 생성하기 위한 자기 센서(2) 및 자기 센서의 위치에서 제1 계수를 가진 제1 자기장 성분을 형성하는 자기 어셈블리(3, 4)를 포함하되, 제1 자기장 성분은 제1 각도를 수신함에 의해 자기 센서에 대해 회전가능하다. 또한, 자기 어셈블리는 자기 센서의 위치에서, 제1 계수와 상이한 제2 계수를 가진 제2 자기장 성분을 형성하도록 구성되고, 제2 자기장 성분은 제2 각도를 수신함에 의해, 자기 센서에 대해, 그리고 제1 자기 어셈블리에 대해 회전가능하다. 위치 센서는 제1 각도와 제2 각도를 나타내는 고유 시스템 상태를 생성하기 위해 두 개의 독립적인 신호를 조합하기 위한 프로세서(5)를 포함한다.

Description

회전형 위치 센서{ROTARY POSITION SENSOR}

본 발명은 스티어링 컬럼에서 사용하기 위해, 가령, 적어도 하나의 각도, 가령, 기준 각도에 대해 360°를 초과할 수 있는 샤프트의 회전 각도를 나타내는 상태를 결정하기 위한 회전형 위치 센서에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로, 회전형 위치 센서 및 이와 관련된 방법에 관한 것이다.

360°를 초과하는 각도를 검출해야하는 샤프트의 각위치를 검출하기 위해, 여러 응용예에서 센서가 필요하다. 예를 들어, 각위치는 입력 샤프트의 회전 수와 함께 검출될 수 있다.

샤프트에 의해 구동되는 코드 캐리어의 회전 수를 카운트하기위한 카운터를 사용하는 것이 당업계에 공지되어있다. 다른 접근법에서, 입력 샤프트로 복수의 기어 단을 작동시킴으로써 멀티턴 각위치 센서를 제공하는 것이 공지되어 있다. 따라서, 상이한 기어 변속비는 각각의 관측된 각도가 결정될 입력 샤프트의 멀티턴 각도와 상이한 관계를 갖는 상이한 기어 변속비와 관련된 다수의 각도를 관찰함으로써 멀티턴 각도를 측정하는데 사용될 수 있다.

예를 들어, 360°를 초과 할 수 있는 소정의 기준에 대한 샤프트의 회전 각도를 결정하기 위한 멀티턴 회전 인코더를 제공하는 것은 당업계에 공지되어있다. 예를 들어, 미국 특허 제 8,154,427 호는 단일 회전 코드 워드를 형성하기 위해 단일 회전 위치 신호를 처리하기 위한 코드 캐리어 및 단일 회전 평가 유닛을 포함하는 단일 회전 유닛 및 제 1 멀티턴 유닛을 포함하는 이러한 멀티턴식 회전 인코더를 개시하며, 적어도 하나의 제 1 멀티턴 코드 캐리어 및 제 1 멀티턴 위치 신호를 처리하여 입력 샤프트에 의해 커버되는 회전 수를 나타내는 제 1 멀티턴 코드 워드를 형성하는 제 1 멀티턴 평가 유닛을 포함한다. 장치는 또한 적어도 하나의 제 2 멀티턴 코드 캐리어 및 제 2 멀티턴 위치 신호를 처리하여 제 2 멀티턴 코드 워드를 형성하여 입력 샤프트에 의해 커버되는 회전 수를 나타내는 제 2 멀티턴 유닛을 포함한다. 따라서, 멀티턴 코드 워드는 서로 독립적으로 생성될 수 있고, 멀티턴 유닛의 기능은 2 개의 멀티 회전 코드 워드에 의해 확인 될 수 있다.

자기 센서를 사용하여 축을 결정하는 것 또한 당업계에 공지되어 있다. 이러한 종래 기술의 장치에서, 자석은 기어 휠에 기계적으로 연결될 수 있고 자기 센서는 자석의 각 위치를 결정하는데 사용된다. 예를 들어, 상이한 자기 센서는 대응하는 기어 휠에 연결된 대응하는 자석의 자기장, 가령, 자기장 배향을 검출할 수 있는데, 각각의 기어 휠은 입력 샤프트에 기계적으로 연결된 허브 기어 휠에 대해 상이한 기어 전달 비를 가진다. 이들 자기 센서는 노니우스(nonius) 원리를 사용하여 정확한 각도 결정을 한다. 따라서, 적절한 다른 기어 변속비가 사용되면, 입력 샤프트의 멀티턴 각도가 검출될 수 있다.

예를 들어, US 7637020은 여러 회전을 통해 회전할 수 있는 몸체의 절대 각위치를 결정하기 위한 회전 각도 센서를 개시한다. 센서는 몸체가 회전하면서 회전하는 두 개의 코드 휠을 포함한다. 코드 휠은 코드 휠이 몸체보다 빠르게 회전하고 코드 휠이 다른 속도로 회전하도록 다른 기어비로 구동된다. 두 센서 요소는 각각 코드 휠의 회전 각위치를 결정한다. 회전 각위치의 차이는 비트 각도이다. 비트 각도 주기가 센서의 각도 측정 범위 내에 있고 비트 각도 주기에서 코드 휠의 절대 각위치가 서로 다른 상이한 기어비가 선택된다. 연속적인 비트 각도 주기에서의 코드 휠의 절대 각위치는 센서 요소의 측정 범위의 n번째 부분에 의해 오프셋되며, 여기서 n은 비트 각도 주기의 수이다.

US 2015/226581은 고정자에 대한 회전자의 각위치를 측정하는 장치를 개시한다. 이 장치는 회전자 상에 장착된 다극 자석, 고정자상에 장착된 센서 및 자기장 성분을 측정하기 위한 두 그룹 또는 네 그룹으로 조직화된 복수의 센서 요소를 포함한다. 각 그룹의 요소의 신호에 기초하여 각위치를 계산하는 방법이 개시된다. 따라서, 쌍극 자계에 실질적으로 둔감하면서 다극 자석의 자기장을 측정하는 자기 센서가 제공 될 수 있다.

본 발명의 실시예의 목적은 각도를 결정하는, 가령, 적어도 2회전수와 같은 적어도 하나의 전체 회전 또는 각도의 조합을 초과하는 범위의 각도를 결정하는 우수하고 효율적인 수단을 제공하는 것이다.

상기 목적은 본 발명에 따른 방법과 장치에 의해 달성된다.

본 발명의 실시예의 이점은, 복수의 각도가 단일 자기 센서, 가령, 단일 집적 회로 자기 센서를 사용하여 효율적으로 결정될 수 있다는 것이다.

본 발명의 실시예의 이점은, 멀티턴 각도가 단일 자기 센서, 가령, 단일 집적 회로 자기 센서를 사용하여 결정될 수 있다는 것이다.

본 발명의 실시예의 이점은, 입력 샤프트에 서로다른 비율로 결합되는 서로다른 자기 어셈블리의 두 개의 회전이, 단일 자기 센서 요소에 의해, 입력 샤프트의 복수 회전을 넘는 360도를 초과하는 범위의 각위치의 정확한 결정을 가능하게 한다는 것이다.

제1 양태에서, 본 발명은 샤프트의 회전 위치를 센싱하기 위한, 회전형 위치 센서, 가령, 멀티턴 회전형 위치 센서에 관한 것이다. 회전형 위치 센서는 자기장의 다극 전개의 두 개의 서로다른 계수, 가령, 두 개의 서로다른 계수 자기장을 검출하고, 가령, 상기 두 개의 서로다른 계수 자기장과 같은 상기 다극 전개의 상기 두 개의 서로다른 계수를 나타내는 두 개의 독립적인 신호를 생성하기 위한 자기 센서를 포함한다. 또한, 회전형 위치 센서는 자기 센서의 위치에서, 자기 센서에 의해 검출가능한 상기 다극 전개의 두 개의 서로다른 계수 중 하나에 해당하는 제1 다극 계수를 가진 제1 자기장 성분을 형성하기 위한 자기 어셈블리를 포함하고, 제1 자기장 성분은 가령, 제1 각도를 수신함에 의해, 제1 각도를 통해 자기 센서에 대해 회전가능 하다. 또한, 자기 어셈블리는 자기 센서의 위치에서, 자기 센서에 의해 검출가능한 두 개의 서로다른 계수 자기장의 또 다른 것에 해당하고, 제1 다극 계수와 상이한 제2 다극 계수를 가진 제2 자기장 성분을 형성하도록 구성되고, 제2 자기장 성분은 가령, 제2 각도를 수신함에 의해, 제2 각도를 통해 자기 센서에 대해, 그리고 제1 자기장 성분에 대해 회전가능하다. 또한, 회전형 위치 센서는 두 개의 독립적인 신호를 수신하고, 이들을 조합하여, 제1 각도와 제2 각도를 나타내는 고유 시스템 상태를 생성하기 위한 프로세서를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 회전형 위치 센서에서, 자기 어셈블리는 제1 각도와 제2 각도에 대한 서로다른 소정의 변속비에 따라 공통 샤프트로부터 제1 각도와 제2 각도를 수신하도록 구성될 수 있다.

예를 들어, 자기 어셈블리는 가령, 제1 각도와 제2 각도를 수신하기 위해 공통 샤프트와 같은 입력 샤프트에 기계적으로 결합될 수 있어서, 제1 각도는 제1 변속비를 통한 입력 샤프트의 입력 각도에 관한 것이고, 제2 각도는 제1 변속비와 상이한 제2 변속비를 통한 입력 각도에 관한 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 회전형 위치 센서에서, 프로세서는 두 개의 독립적인 신호를 조합하여, 소정의 변속비를 고려하여 공통 샤프트의 각도와 회전수를 나타내는 고유의 각위치의 형태인 고유 시스템 상태를 생성하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 회전형 위치 센서에서, 자기 센서는, 쌍극자 자기장, 사중극자 자기장, 육중극자 자기장, 팔중극자 자기장 및 십중극자 자기장 중 적어도 두 개를 포함하는, 상기 다극 전개의 계수와 같은, 적어도 두 개의 서로다른 계수를 검출하도록 구성되되, 상기 두 개의 독립적인 신호는 이들 적어도 두 개의 서로다른 계수 자기장을 구별하도록 구성될 수 있다.

예를 들어, 제1 자기장 성분은 쌍극자 자기장이고, 제2 자기장 성분은 사중극자, 육중극자, 팔중극자 또는 십중극자 자기장일 수 있다.

예를 들어, 제1 자기장 성분은 사중극자 자기장이고, 제2 자기장 성분은 육중극자 또는 십중극자 자기장일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 회전형 위치 센서에서, 자기 센서는 적어도 쌍극자 자기장과 사중극자 자기장을 검출하고, 쌍극자 자기장과 사중극자 자기장을 나타내는 독립적인 신호로서 두 개의 독립적인 신호를 생성하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 회전형 위치 센서에서, 자기 어셈블리는 자기 센서의 위치에서 제1 다극 계수를 가진 제1 자기장 성분을 형성하기 위한 제1 자기 어셈블리를 포함할 수 있고, 제1 자기 어셈블리는 제1 각도를 수신함에 의해 자기 센서에 대해 회전가능하고, 자기 어셈블리는 자기 센서의 위치에서 제2 다극 계수를 가진 제2 자기장 성분을 형성하기 위한 제2 자기 어셈블리를 포함할 수 있고, 제2 자기 어셈블리는 제2 각도를 수신함에 의해 자기 센서에 대해, 그리고 제1 자기 어셈블리에 대해 회전가능하다.

본 발명의 실시예에 따른 회전형 위치 센서에서, 제1 자기 어셈블리는 사중극자 자기장의 형태인 제1 계수를 가진 제1 자기장 성분을 형성하기 위한 사중극자 자석을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 회전형 위치 센서에서, 제2 자기 어셈블리는 자기 센서의 위치에서, 쌍극자 자기장의 형태인 제2 계수를 가진 제2 자기장 성분을 생성하기 위한 쌍극자 자석을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 회전형 위치 센서에서, 제2 자기 어셈블리는 제2 다극 계수를 가진 제2 자기장 성분을 생성하기 위해, 제1 자기 어셈블리의 존재에 의해 생성된 제1 자기장 성분을, 가령, 국부적 재성형과 같이 변경하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 회전형 위치 센서에서, 제2 자기 어셈블리는 제1 자기 어셈블리에 의해 생성된 자기장의 자기장 컨피규레이션을 국부적으로 변경하기 위한 자속 집중기를 포함하여서, 제2 계수의 제2 자기장 성분이 자기 센서에 의해 관측될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 회전형 위치 센서에서, 자속 집중기는 제1 자기 어셈블리 근처의 영역에 위치된 제1 부분 및 자기 센서 근처의 영역의 제2 부분을 가진 적어도 하나의 세그먼트를 포함하는데, 가령, 제1 부분은 제1 자기 어셈블리에 근단에 있고, 자기 센서에 원단에 있고, 제2 부분은 제1 자기 어셈블리에 원단에 있고, 자기 센서의 근단에 있다. 제1 부분과 제2 부분은 제1 자기 어셈블리의 회전축에 대해 소정의 각도를 넘어 오프셋되어서, 제1 자기 어셈블리에 의해 생성된 자기장 성분의 자기장 라인이 자기 센서의 레벨에서 이러한 소정의 각도를 넘어 국부적으로 이동된다.

본 발명의 실시예에 따른 회전형 위치 센서에서, 자속 집중기는 두 개의 상기 세그먼트를 포함하여서, 제2 부분들은 서로 마주하여 배치되고, 제1 부분들은 서로 나란히 배치될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 회전형 위치 센서는, 공통 입력 샤프트와 같은 입력 샤프트로부터의 입력 각도를 가령, 제1 자기 어셈블리를 회전하기 위해 가해지는, 제1 자기장 성분을 회전시키기 위해 가해지는 제1 각도 및 가령, 제2 자기 어셈블리를 회전하기 위해 가해지는, 제2 자기장 성분을 회전시키기 위해 가해지는 제2 각도로 각각 변환하기 위한 기어 변속 어셈블리를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 회전형 위치 센서에서, 기어 변속 어셈블리는 제1 자기 어셈블리를 회전시키기 위한 제1 기어휠 및 제2 자기 어셈블리를 회전시키기 위한 제2 기어휠을 포함할 수 있다. 제1 기어휠 및 제2 기어휠은, 서로다른 제1 각도와 제2 각도를 생성하기 위해 서로다른 수의 톱니 및/또는 서로다른 둘레를 가지고, 제1 기어휠 및 제2 기어휠은, 멀티턴 각도가 결정되는 입력 샤프트에 기계적으로 연결된 공통 기어휠로부터 입력 각도를 수신할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 회전형 위치 센서에서, 프로세서와 자기 센서는 반도체 집적 회로 장치에 함께 집적될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 회전형 위치 센서에서, 프로세서는 제1 다극 계수를 가진 제1 자기장 성분을 나타내는, (두 개의 독립적인 신호의) 제1 신호에 기초하여 제1 각도, 가령 제1 값을 계산하도록 구성될 수 있다. 프로세서는 제2 다극 계수를 가진 제2 자기장 성분을 나타내는, (두 개의 독립적인 신호의) 제2 신호에 기초하여 제2 각도, 가령 제2 값을 계산하도록 구성될 수 있다. 프로세서는 적어도 제2 각도에 기초하여, 가령 적어도 제2 값에 기초하여, 샤프트의 각위치의, 가령, 공통 입력 샤프트의 세그먼트를 계산하도록 구성되고, 이러한 세그먼트는, 샤프트가 기준 각위치에 대해 회전되는 세그먼트의 수의 정수값에 해당하고, 각각의 세그먼트는 제1 자기장 성분의 각대칭의 단일 주기를 나타낸다.

제2 양태에서, 본 발명은 회전 위치, 가령 샤프트의 멀티턴 회전 위치를 결정하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 방법은 샤프트의 회전에 의해 제공된 각도를 서로다른 소정의 변속비에 따라 제1 각도 및 제2 각도로 변환하는 단계를 포함할 수 있다. 본 방법은 자기 센서의 위치에서 제1 다극 계수를 가진 제1 자기장 성분을 회전하기 위해 제1 각도를 적용하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 본 방법은 자기 센서에 대해 제1 자기 어셈블리를 회전하기 위해 제1 각도를 적용하는 단계를 포함할 수 있는데, 제1 자기 어셈블리는 자기 센서의 위치에서 제1 다극 계수를 가진 자기장 성분을 형성한다. 본 방법은 자기 센서의 위치에서 제1 다극 계수와 상이한 제2 다극 계수를 가진 제2 자기장 성분을 회전하기 위해 제2 각도를 적용하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 본 방법은 자기 센서에 대해, 그리고 제1 자기 어셈블리에 대해 제2 자기 어셈블리를 회전하기 위해 제2 각도를 적용하는 단계를 포함할 수 있는데, 제2 자기 어셈블리는 자기 센서의 위치에서 제1 다극 계수와 상이한 제2 다극 계수를 가진 제2 자기장 성분을 형성한다. 본 방법은 자기 센서를 사용하여, 제1 계수 자기장 성분 및 제2 계수 자기장 성분을 검출하는 단계 및 제1 계수 자기장 성분과 제2 계수 자기장 성분을 각각 나타내는 두 개의 독립적인 신호를 생성하는 단계를 포함한다. 또한, 본 방법은 소정의 변속비를 고려하여, 가령, 샤프트의 각도와 회전 수를 나타내는 고유 각위치를 생성하기 위해, 제1 각도 및 제2 각도를 나타내는 고유 시스템 상태를 생성하기 위해, 적어도 두 개의 독립적인 신호를 조합하는 단계도 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 방법에서, 제1 계수 자기장 성분은 사중극자 자기장일 수 있고, 제2 계수 자기장 성분은 쌍극자 자기장일 수 있다.

본 발명의 특정하고 바람직한 양태는 첨부된 독립항과 종속함에서 제시된다. 독립항으로부터의 특징은 청구항에서 명시적으로 제시되지 않아도 적절하게, 종속항의 특징 및 다른 독립항의 특징과 조합될 수 있다.

본 발명의 이들 및 다른 양태는 이하에 기술된 실시예(들)로부터 및 이를 참조하여 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 멀티턴 회전형 위치 센서의 예시적인 실시예를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 회전형 위치 센서에서 사용을 위한 사중극자 자석을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 회전형 위치 센서에서 사용을 위한 자속 집중기의 세그먼트를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 회전형 위치 센서에서 사용을 위한 자속 집중기를 나타낸다.
도 5는 기어 변속 어셈블리를 포함하는, 본 발명의 실시예에 따른 멀티턴 회전형 위치 센서를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시예를 도시하는 제1 예시의 제1 자기 어셈블리에 대한 제2 자기 어셈블리의 3개의 예시적인 위치를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시예를 도시하는 제2 예시의 제1 자기 어셈블리에 대한 제2 자기 어셈블리의 3개의 예시적인 위치를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 멀티턴 회전형 위치 센서가 어떻게 서로다른 기어 율에 의해 코어에 연결될 수 있는지의 예시를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 또 다른 멀티턴 회전형 위치 센서의 측면도를 나타내는데, 여기서, 두 개의 자기장은 하나의 사중극자 자석과 한 쌍의 쌍극자에 의해 각각 생성된다.
도 10은 도 9에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 멀티턴 회전형 위치 센서의 상면도를 나타낸다.
도 11 내지 13은 본 발명의 실시예에 따른 제1 자기 어셈블리의 오프-센터 회전을 나타낸다.
도면은 오직 개략적이고 비제한적이다. 도면에서, 일부 요소의 크기는 설명을 위해 과장될 수 있고, 축척대로 도시되지 않을 수 있다.
청구항에서의 어떠한 참조 부호는 범위를 제한하려는 것으로 해석되어서는 아니된다.
서로 다른 도면에서, 동일한 참조 부호는 동일하거나 유사한 요소를 말한다.

본 발명은 특정한 실시예에 대하여, 그리고, 특정한 도면을 참조하여 기술될 것이지만, 본 발명은 이에 제한되지 않고, 청구항에 의해서만 제한된다. 기술된 도면은 개략적이고 비제한적이다. 도면에서, 일부 요소의 크기가 과장될 수 있고, 이러한 목적으로 축척대로 도시되지 않을 수 있다. 치수와 상대적 치수는 본 발명의 실시를 위해 실제 감소에 해당되지 않는다.

더구나, 상세한 설명과 청구항에서, 용어 제1, 제2 등은 유사한 요소들을 구별하기 위하여 사용되고, 시공간적인 계수, 등급 또는 임의의 다른 방식으로 기술할 필요는 없다. 그러므로 사용된 용어는 적절한 환경하에서 상호 교환가능하고, 본 명세서에서 기술된 본 발명의 실시예는 본 명세서에 기술되거나 도시된 것과 다른 계수로 동작할 수 있다는 것을 이해해야 한다.

게다가, 상세한 설명과 청구항에서, 용어 상단 등은 기술적 목적을 위해 사용되고 상대적인 위치를 기술하기 위해 반드시 필요한 것은 아니다.

청구항에서 사용되는 용어 "포함하는"은 이후에 나열된 수단으로 제한되도록 해석되어서는 아니되며, 다른 요소나 단계를 배제하는 것이 아니라는 점에 유의해야 한다. 그러므로, 진술된 특징, 정수, 단계나 구성의 존재를 명시하는 것으로 해석되어야 하고, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계나 구성 또는 이들의 그룹의 존재나 추가를 막는 것으로 해석되어서는 아니된다. 그러므로, "수단 A 및 B를 포함하는 장치"의 표현의 범위는 오직 구성 A와 B만을 포함하는 장치로 제한되어서는 아니된다. 본 발명에 관하여, 장치의 관련 구성은 오직 A와 B라는 것을 의미한다.

명세서 전반에 걸쳐 "일 실시예" 또는 "하나의 실시예"는 실시예와 관련하여 특정한 특징, 구조물이나 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함된자는 것을 의미한다. 그러므로, 본 명세서 전반에 걸쳐 다양한 곳에서의 "일 실시예에서" 또는 "하나의 실시예에서"라는 어구의 출현은 모두 동일한 실시예를 말하는 것이 아니나, 그럴 수도 있다. 더구나, 특정한 특징, 구조물 또는 특성은, 본 개시물, 하나 이상의 실시예에서 기술 분야의 당업자의 일인에게 명백한 바와 같이, 임의의 적절한 방식으로 결합될 수 있다.

마찬가지로, 본 발명의 예시적인 실시예의 설명에서, 본 발명의 다양한 특징은 개시물의 간결성과 하나 이상의 다양한 발명적 양태의 이해를 돕기 위하여, 하나의 실시예, 도면 또는 이의 설명에서 종종 함께 그룹지어진다는 것을 이해해야 한다. 그러나, 본 개시물의 방법은 각각의 청구항에서 명시적으로 나열된 것보다 더 많은 특징을 요구하는 발명을 반영하는 것으로 해석되어서는 아니된다. 그보다는, 이하의 청구항이 반영하는 바와 같이, 하나의 상기 개시된 실시예의 모든 특징 보다 더 적게 발명적 양태가 있다. 그러므로, 상세한 설명이후의 청구항은 이러한 상세한 설명 내로 명시적으로 통합되고, 각각의 청구항은 본 발명의 별개의 실시예로서 자체적으로 의미있다.

게다가, 본 명세서에 기술된 일부 실시예가 일부를 포함하나 다른 특징은 다른 실시예에 포함된다면, 서로 다른 실시예의 특징의 조합이 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 되며, 다양한 실시예를 형성하고, 이는 기술 분야의 당업자에 의해 이해될 것이다. 예를 들어, 이하의 청구항에서, 임의의 청구된 실시예는 임의의 조합으로 사용될 수 있다.

본 명세서에 제공된 설명에서, 여러 구체적인 세부사항이 제시된다. 그러나, 본 발명의 실시예가 이들 구체적인 세부사항 없이 실시될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 다른 예시에서, 잘 알려진 방법, 구조물 및 기술들은 이들 설명의 이해도를 흐리게 하지 않도록 하기 위해 상세한 설명에 도시되지 않는다.

제1 양태에서, 본 발명은 회전형 위치 센서에 관한 것이다. 회전형 위치 센서는 적어도 두 개의 서로다른 계수(order) 자기장을 검출하고, 적어도 두 개의 서로다른 계수 자기장을 나타내는 적어도 두 개의 독립적인 신호를 생성하기 위한 자기 센서를 포함한다. 센서는 자기 센서의 위치에 제1 다극 계수를 가진 제1 자기장 성분을 형성하는 자기 어셈블리를 더 포함한다. 자기 어셈블리는 제1 각도를 수신함에 의해 자기 센서에 대해 제1 자기장 성분을 회전하도록 구성된다. 자기 어셈블리는 자기 센서의 위치에서, 제1 다극 계수와 상이한 제2 다극 계수를 가진 제2 자기장 성분을 생성하도록 구성된다. 자기 어셈블리는 자기 어셈블리는 제2 각도를 수신함에 의해 자기 센서 및 제1 자기장 성분에 대해 제2 자기장 성분을 회전하도록 구성된다. 또한, 센서는 두 개의 독립적인 신호를 수신하고, 이들을 조합하여 제1 각도와 제2 각도를 나타내는 고유 시스템 상태를 생성하는 프로세서를 포함한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른, 회전형 위치 센서(1), 가령, 멀티턴 회전형 위치센서의 예시적인 실시예가 도시된다.

센서는 샤프트의 각도와 회전수를 나타내는 각위치와 같이, 360°를 초과하는 각 범위를 넘는 샤프트의 회전 위치를 센싱하도록 구성될 수 있다.

회전형 위치 센서는 적어도 두 개의 서로다른 계수 자기장을 검출하고, 적어도 두 개의 서로다른 계수 자기장을 나타내는 적어도 두 개의 독립적인 신호를 생성하기 위한 자기 센서(2)를 포함한다. 예를 들어, 자기 센서는 적어도 쌍극자 자기장과 사중극자 자기장을 검출하고, 쌍극자 자기장과 사중극자 자기장을 나타내는 독립적인 신호를 생성하도록 구성될 수 있다.

자기장의 적어도 두 개의 서로다른 계수는, 가령, 수학적 다극 분해, 가령, 고체 구형 조화 함수(solid spherical harmonic function)에서 라플라스 전개와 같은 자기장의 다극 전개의 의미에서 서로다른 계수를 말한다. 다시 말해, 서로다른 계수는 가령, 크기의 서로다른 계수를 말하는 것이 아니라, 다극 전개항의 서로다른 계수를 말할 수 있다. 더구나, 제1 계수와 제2 계수는 반드시 이러한 다극 전개의 제1 계수 전개항과 제2 계수 전개항을 말하는 것이 아니라, 이들 두 개의 서로다른 다극 계수 중 특정한 하나를 간단히 언급할 때, '제1' 및 '제2'로 식별되는 두 개의 서로다른 계수 전개를 말한다.

또한, 회전형 위치 센서는 자기 센서의 위치에서 제1 다극 계수를 가진 자기장 성분을 형성하기 위한 자기 어셈블리(3, 4)를 포함한다. 제1 자기장 성분은 제1 각도를 수신함에 의해 자기 센서에 대해 회전가능하다. 자기 어셈블리는 자기 센서의 위치에서, 제1 다극 계수와 상이한 제2 다극 계수를 가진 제2 자기장 성분을 형성하도록 구성된다. 제2 자기장 성분은 제2 각도를 수신함에 의해, 자기 센서에 대해 그리고 제1 자기장 성분에 대해 회전가능하다.

자기 어셈블리는 자기 센서의 위치에서 제1 다극 계수를 가진 제1 자기장 성분을 형성하는 제1 자기 어셈블리(3), 가령, 제1 자기 어셈블리 부분을 포함할 수 있다. 제1 자기 어셈블리는 제1 각도를 수신함에 의해 자기 센서에 대해 회전되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 자기 어셈블리는 자기 센서(2)의 검출 표면에 평행한 평면에서 회전하기 위한 회전자에 연결될 수 있다.

제1 자기 어셈블리(3)는 사중극자 자기장을 형성하기 위한 사중극자 자석과 같은 다극 자석을 포함할 수 있고, 가령, 제1 다극 계수를 가진 제1 자기장 성분은 사중극자 자기장일 수 있다. 예를 들어, 제1 자기 어셈블리는 인접한 자석 바의 극의 배향이 교호하는 단면에 배치된 4개의 자석 바를 포함할 수 있다. 예를 들어, 사중극자는 도 2에 도시된다.

자기 어셈블리는 자기 센서의 위치에서, 제1 다극 계수와 상이한 제2 다극 계수를 가진 제2 자기장 성분을 생성하기 위해, 가령, 제2 자기 어셈블리 부분과 같은 제2 자기 어셈블리(4)를 포함할 수 있다.

예를 들어, 제2 자기 어셈블리(4)는 자기 센서의 위치에서 쌍극자 자기장을 생성하기 위한 쌍극자 자석을 포함할 수 있는 반면, 제1 자기 어셈블리(3)는 자기 센서 위치에서 사중극자 자기장을 생성하기 위한 사중극자 자석을 포함할 수 있다.

예를 들어, 가령, 사중극자 자기장과 같은 제1 다극 계수를 가진 제1 자기장 성분은 가령 쌍극자 자기장과 같은 제2 계수를 가진 제2 자기장 성분보다 더 높은 계수를 가질 수 있다.

제1 자기 어셈블리(3) 및/또는 제2 자기 어셈블리(4)는 영구 자기장을 가질 필요는 없는데 가령, '자기 어셈블리'는 자기장을 변경, 가령 실질적으로 변경하도록 구성된 장치일 수 있고, 가령, 제2 자기 어셈블리는 제1 자기 어셈블리(3)에 의해 생성된 자기장을 변경하도록 구성될 수 있고, 가령, 이는 영구 자석을 포함할 수 있다. 그러나, 자기 어셈블리는 또한, 가령, 영구 자석이나 전자석에 의해 영구 자기장을 생성할 수 있다. 따라서, 제1 및/또는 제2 자기 어셈블리는 영구 자석이나 전자석을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 자기 어셈블리는 쌍극자 자석을 포함할 수 있는데, 가령, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같은, 회전의 공통 중심을 주위에 대칭적으로 마주보는 쌍극자 자석(41)이다.

본 발명의 실시예에 따르면, 제2 자기 어셈블리(4)는 자속 집중기를 포함할 수 있다. 자속 집중기는 제1 자기 어셈블리(3)에 의해 생성된 자기장의 자기장 컨피규레이션을 국부적으로 변경하여서, 가령, 제2 계수를 가진 제2 자기장 성분과 같이 서로다른 계수의 자기장 성분이 자기 센서에 의해 관측되도록 하는데, 가령, 제1 자기 어셈블리(3)에 의해 생성된 사중극자 자기장에 중첩된 쌍극자 자기장과 같이 관측된다.

도 3을 참조하면, 자속 집중기는, 제1 자기 어셈블리(3) 근처의 영역에 위치된 가령, 콜렉터를 형성하는 콜렉터 부분과 같은 제1 부분(11), 가령, 제1 자기 어셈블리(3)의 회전축에 수직이고 제1 자기 어셈블리(3)와 교차하는 제1 평면의 제1 부분 및 자기 센서 근처의 영역에 위치된 가령, 엑시테이터(excitator)를 형성하는 엑시테이터와 같은 제2 부분(12), 가령, 제1 자기 어셈블리(3)의 회전축에 수직이고 제1 평면보다 자기 센서에 더 가까운 제2 평면의 제2 부분을 가진 적어도 하나의 세그먼트(9)를 포함할 수 있다. 제1 부분(11) 및 제2 부분(12)은 제1 자기 어셈블리(3)의 회전축에 대해 소정의 각도(Δα)에 걸쳐 오프셋될 수 있어서, 제1 자기 어셈블리(3)에 의해 생성된 자기장의 자기장 라인은 자기 센서의 레벨에서 이러한 소정의 각도에 걸쳐 국부적으로 이동될 수 있다. 제1 부분 및/또는 제2 부분은 60°내지 120°의 범위, 바람직하게는 80°내지 100°범위, 가령 약 90°의 각도에 걸쳐 원형 아크를 형성할 수 있다. 소정의 각도(Δα)의 절대값은 가령, 30°내지 60°의 범위, 바람직하게는 40°내지 50°범위, 가령 약 45°일 수 있다.

도 4를 참조하면, 자속 집중기는 이러한 세그먼트(9)를 두 개 포함할 수 있다. 제2 부분(12)은 가령, 회전축에 수직인 제2 평면에 마주하는 쿼드런트를 차지하기 위해, 서로 마주하여 배치될 수 있고, 제1 부분(11)은 가령, 인접한 쿼드런트를 차지하기 위해, 서로 나란히 배치될 수 있다. 예를 들어, 두 개의 세그먼트(9)의 모두의 제1 및 제2 부분(11, 12)은 가령, 90°의 아크를 각각 커버할 수 있는데, 콜렉터는 가령, 서로를 향하는 또는 서로로부터 먼 방향의 마주하는 각 의미로, 가령, 콜렉터에 대해 45°각으로 시프트된다.

그러나, 본 발명의 실시예는 자속 집중기의 이러한 구체적인 컨피규레이션에 제한되지 않는다. 예를 들어, 제1 자기 어셈블리(3) 근처의 제1 영역 내의 제1 자기 어셈블리에 의해 생성된 장과 자기 센서 근처의 제2 영역 내의 수정된 장을 비교할 때, 제1 각 범위에서 상이한 제2 각범위로 제1 자기 어셈블리(3)의 자기장의 부분을 각 시프팅하도록 자속 집중기가 구성될 수 있는데, 이러한 시프트는, 제1 자기 어셈블리가 사중극자 장을 생성하는 곳에서, 쌍극자 자기장과 같이, 제1 자기 어셈블리에 의해 직접 생성된 장과 상이한 계수, 가령 상이한 다극 계수의 장을 형성한다. 예를 들어, 각각의 세그먼트의 콜렉터 부분의 크기, 가령, 커버된 아크의 각도는, 자기장이 수집되는 제1 자기 어셈블리의 극의 수에 의해 나누어진 약 360°일 수 있고, 가령, 사중극자 장에 대해 360°/4=90°이고, 육중극자 장에 대해 360°/6=60°이다. 그러나, 가령, 실질적인 쌍극자 자기장 성분은 서로다른 각도, 가령, 자기장이 수집되는 제1 자기 어셈블리의 극의 수에 의해 나누어진 실질적으로 720°미만인 아크에 의해 커버된 임의의 각도, 가령, 사중극자 장에 대해 실질적으로 180°미만이고, 육중극자 장에 대해 실질적으로 120°이하인 각도에 대해 엑시테이터 부분에 의해 생성될 수 있는 것을 당업자는 이해해야 할 것이다. 이와 같이, 아크에 의해 커버되는 각도는, 효율성이 감소되더라도, 극의 수에 의해 나누어진 실질적으로 360°이하일 수 있다. 이러한 예시는 가령, 사중극자나 육중극자와 같은 다극의 자기장의 쌍극자 장 성분으로의 변환과 관계되는 것을 기술 분야의 당업자가 이해할 수 있으나, 본 발명의 이러한 실시예는 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 콜렉터는 육중극자 자기장을 수신할 수 있고, 엑시테이터는 수집된 자기장을 국부적으로 재성형함에 의해 사중극자 자기장을 공급할 수 있다.

서로다른 계수의 이러한 자기장은 자기 센서에 의해 검출가능한 반면, 제1 각 범위에서 배제된, 가령, 자속 집중기에 의해 실질적으로 영향받지 않은 제1 자기 어셈블리에 의해 직접 생성된 장은 자기 센서에 의해 동시에 검출될 수 있어서, 가령, 서로다른 다극 계수의 둘 다의 장은 자기 센서에 의해 동시에 검출되고 식별될 수 있다.

자속 집중기는 자석 주위의 두 개의 인접한 쿼드런트 내의, 사중극자 자석에 의해 생성된 자기장 라인을 자기 센서 주위의 두 개의 마주하는 쿼드런트로 우회시키도록 구성될 수 있다.

제2 자기 어셈블리(4)는 제2 각도를 수신함에 의해, 자기 센서(2)에 대해, 그리고 제1 자기 어셈블리(3)에 대해 회전되도록 구성될 수 있다. 제1 자기 어셈블리(3) 및 제2 자기 어셈블리(4)는 제1 각도 및 제2 각도에 대해 서로다른 소정의 변속비에 따라, 공통 샤프트로부터의 제1 각도 및 제2 각도를 각각 수신하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 자기 어셈블리(3)는 가령, 180°의 각주기를 가진 주기성과 같이, 자기장의 각 주기성을 가질 수 있는 반면, 제2 자기 어셈블리(4)는 서로다른 각 주기성을 가진 장을 생성할 수 있다.

예를 들어, 제1 각도는 제1 변속비(r₁)를 통해 입력 샤프트의 입력 각도와 관련될 수 있다. 예를 들어, 이러한 제1 변속비는 입력 각도의 단위 증가에 의해 야기된 제1 각도의 증가를 표현할 수 있다. 제2 각도는 제2 변속비(r₂)를 통해 입력 샤프트의 입력 각도와 관련될 수 있다. 예를 들어, 이러한 제2 변속비는 입력 각도의 단위 증가에 의해 야기된 제2 각도의 증가를 표현할 수 있다.

제1 자기 어셈블리(3)에 의해 형성된 자기장 성분은 주기 A₁=720°/n₁를 가진 제1 각 주기성을 가질 수 있는데, 여기서, n₁은 제1 자기장 성분의 극-계수이고, 즉, 쌍극자에 대해 n₁=2, 사중극자에 대해 n₁=4, 육중극자에 대해 n₁=6 등이다. 이는 A₁/r₁의 입력 각도의 함수로서 주기성에 해당할 수 있다.

제2 자기 어셈블리(4)에 의해 형성된 자기장 성분은 주기 A₂=720°/n₂를 가진 제2 각 주기성을 가질 수 있는데, 여기서, n₂은 제2 자기장 성분의 극-계수이고, 즉, 쌍극자에 대해 n₂=2, 사중극자에 대해 n₂=4, 육중극자에 대해 n₂=6 등이다. 이는 A₂/r₂의 입력 각도의 함수로서 주기성에 해당할 수 있다.

그러므로, 제1 변속비 및 제2 변속비는 A₁/r₁이 A₂/r₂의 정수배가 되지 않도록, 또는 그 반대도 마찬가지도록 선택될 수 있다.

일반적으로, 입력축의 멀티-턴 각도가 고유하게 결정되는 범위는 k.A₁/r₁ 인데, 여기서, k는 영이 아닌 가장 작은 양의 정수이고, 제2 영이 아닌 양의 정수 l가 존재하여, k.A₁/r₁= l.A₂/r₂이 된다.

예를 들어, 제1 변속비(r₁)는 2/3와 같을 수 있는데, 가령, 제1 각도의 2의 각도 증가는 입력 각도의 각도 증가의 3 단위당 달성된다. 제2 변속비(r₂)는 5/3과 같을 수 있는데, 가령, 제2 각도의 5의 각도 증가는 입력 각도의 각도 증가의 3 단위당 달성된다. 제1 자기 어셈블리(3)에 의해 형성된 자기장 성분은 주기 A₁=720°/n₁=180°을 가진 제1 각 주기성을 가질 수 있는데, 여기서, 사중극자 장에 대해 n₁ = 4, 즉, 사중극자 장의 극-계수는 4이다. 제2 자기 어셈블리(4)에 의해 형성된 자기장 성분은 주기 A₂=720°/n₂=360°을 가진 제2 각 주기성을 가질 수 있는데, 여기서, 쌍극자 장에 대해 n₂ = 2, 즉, 쌍극자 장의 극-계수는 2이다. 그러므로, 본 예시에서, A₁/r₁ = 270°및 A₂/r₂ = 216°이다. 따라서, k=4가, 제2 영이 아닌 양의 정수(l = 5)가 존재하는 가장 작은 영이 아닌 양의 정수여서, k.A₁/r₁ = 4 x 270°= 1080°= 5 x 216°= l.A₂/r₂ 이다. 그러므로, 입력축의 각도는 고유하게 결정될 수 있는데, 본 예시에서, 1080°범위, 즉, 3 회전이다.

제2 자기 어셈블리(4) 및 제1 자기 어셈블리(3)는 회전의 공통축(A)에 대해 회전하도록 구성될 수 있다. 회전의 공통축은 자기 센서(2)의 센싱 표면에 수직일 수 있다.

그러나, 자기 어셈블리는 가령, 사중극자 자석과 같은 제1 자기 어셈블리(3)의 합성 회전에 의해 실행될 수 있다. 제1 자기 어셈블리는 오프-축 중심에 대해서 회전가능할 수 있는 반면, 이러한 오프-축 중심은, 가령, 발생순서의 시간 시퀀스로 시점에서 본 발명의 실시예의 컨피규레이션을 각각 나타내는 도 11 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 주축에 대해 회전가능하다. 주축은 자기 센서(2)와 정렬될 수 있어서, 가령, 제1 자기 어셈블리의 합성 회전은 자기 센서에 평행한 평면에서 발생하고, 주축에 대한 회전은 자기 센서에 대해 중심화된다. 사중극자 자석의 오프-중심 위치에 의해, 쌍극자 성분과 사중극자 성분 모두를 가진 자기장은, 사중극자 성분이 사중극자 자석의 회전 위치에 의해 결정되고, 쌍극자 성분이 주축에 대한 사중극자 자석의 각위치에 의해 결정되는, 자기 센서(2)의 센싱 위치에서 획득된다.

자기 어셈블리는 제1 각도 및 제2 각도에 대해 서로다른 소정의 변속비에 따라 공통 샤프트로부터 제1 각도 및 제2 각도를 수신하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 자기 어셈블리(3) 및 제2 자기 어셈블리(4)는 제1 각도 및 제2 각도에 대해 서로다른 소정의 변속비에 따라 공통 샤프트로부터 제1 각도 및 제2 각도를 각각 수신하도록 구성될 수 있다.

도 5를 참조하면, 회전형 위치 센서(1)는, 샤프트로부터의 입력 각도를 제1 자기장 성분에 가해지는 제1 각도 및 제2 자기장 성분에 가해지는 제2 각도로 각각 변환시키기 위한 기어 변속 어셈블리를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이러한 기어 변속 어셈블리는 제1 자기 어셈블리(3)를 회전시키기 위한 제1 기어휠(21) 및 제2 자기 어셈블리(4)를 회전시키기 위한 제2 기어휠(22)을 포함할 수 있다. 제1 기어휠(21) 및 제2 기어휠(22)은 서로다른 제1 각도 및 제2 각도를 생성하기 위해, 서로다른 수의 톱니를 가질 수 있다. 제1 기어휠(21) 및 제2 기어휠은, 멀티턴 각도가 결정될 샤프트에 기계적으로 연결된, 가령, 허브 기어 휠과 같은 공통 기어휠(20)로부터 입력 각도를 수신할 수 있다.

도 8을 참조하면, 또 다른 예시에서, 회전형 위치 센서(1)는 샤프트로부터의 입력 각도를 제1 자기 어셈블리(3)에 가해지는 제1 각도 및 제2 자기 어셈블리(4)에 가해지는 제2 각도로 각각 변환시키기 위한 기어 변속 어셈블리를 포함할 수도 있다. 이러한 기어 변속 어셈블리는 샤프트 또는 서로다른 반지름 및/또는 샤프트에 고정된 서로다른 수의 톱니를 가진 적어도 두 개의 기어에 고정된 코닉 기어(conic gear, 81)를 포함할 수 있어서, 제1 자기 어셈블리(3) 및 제2 자기 어셈블리(4)에 각각 결합된 기어와 연결된다. 그러므로, 서로다른 기어 변속비는 샤프트의 회전 각도를 제1 자기 어셈블리(3) 및 제2 자기 어셈블리(4) 각각의 서로다른 제1 각도 및 제2 각도로 이동시키기 위해 제공될 수 있다.

회전형 위치 센서(1)는 가령, 소정의 변속비를 고려하여 공통 입력 샤프트의 각도와 회전 수를 나타내는 각위치를 생성하기 위해, 제1 각도 및 제2 각도를 나타내는 두 개의 독립적인 신호를 수신하고, 고유 시스템 상태를 생성하기 위한 독립적인 신호들을 조합하기 위한 프로세서(5)를 더 포함한다.

예를 들어, 프로세서 및 자기 센서는 반도체 집적 회로 장치에 함께 집적될 수 있다.

프로세서는, 제1 각도, 즉, 가령 제1 각도인 각도를 나타내는 제1 값인, 적어도 두 개의 서로다른 계수 자기장의 제1 계수 자기장을 나타내는 제1 신호에 기초하여 적어도 두 개의 독립적인 신호를 계산하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 계수 자기장은, 가령, 제1 자기 어셈블리(3)에 의해 생성되는 사중극자 자기장일 수 있다. 그러므로, 사중극자 자석의 회전 각도는, 가령, 사중극자 자기장의 회전 대칭 때문에, 180°의 범위에서 결정될 수 있다.

프로세서는, 제2 각도, 즉, 가령 제2 각도인 또 다른 각도를 나타내는 제2 값인, 적어도 두 개의 서로다른 계수 자기장의 제2 계수 자기장을 나타내는 제2 신호에 기초하여 적어도 두 개의 독립적인 신호를 계산하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제2 계수 자기장은, 가령, 제2 자기 어셈블리(4)에 의해 제공되는 쌍극자 자기장일 수 있다. 그러므로, 제2 자기 어셈블리의 회전 각도가 결정될 수 있다. 예를 들어, 제2 자기 어셈블리의 회전 각도는 제1 자기 어셈블리(3)에 의해 생성된 사중극자 자기장과 가령, 제1 자기 어셈블리(3)에 의해 생성된 사중극자 자기장의 부분을 쌍극자 장과 같은 서로다른 계수 다극 장으로 재성형하거나 쌍극자 자기장을 생성함에 의한 것과 같이 제2 자기 어셈블리(4)에 의해 제공된 쌍극자 자기장 간의 상대적인 각도를 포함할 수 있다.

프로세서는, 제1 각도 및 제2 각도에 기초하여, 샤프트의 각위치의 세그먼트를 계산하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 이러한 세그먼트를 계산하는 것은, 제1 자기 어셈블리(3)에 의해 생성된 사중극자 자기장과 제2 자기 어셈블리(4)에 의해 제공된 쌍극자 자기장 간의 상대적 각도와 승인자(multiplicative factor)의 곱셈의 라운딩-오프(rounding-off)를 포함할 수 있는데, 이러한 승인자는 제2 자기 어셈블리(4)의 기하형상 컨피규레이션 및 제1 자기 어셈블리(3)에 의해 생성된 장의 대칭성에 의해 미리결정된다. 계산된 세그먼트와 자속 집중기의 세그먼트 사이에 기하형상 상관도가 존재할 수 있더라도, 프로세서에 의해 계산되는 이러한 세그먼트는 이러한 자속 집중기를 포함하는 실시예에서 자속 집중기의 (물리적) 세그먼트와 반드시 직접 관련되지 않을 수 있다.

세그먼트는, 샤프트가 가령, 0°의 멀티각도와 같은 기준 위치에 대해 회전되는, 세그먼트의 수의 정수값에 해당할 수 있는데, 각각의 세그먼트는 가령, 멀티턴 각도의 180°세그먼트의, 제1 자기 어셈블리(3)에 의해 생성된 자기장의 각대칭의 단일 주기를 나타낸다. 그러므로, 프로세서는 제1 자기 어셈블리(3)에 의해 직접 생성된 자기장의 각대칭의 주기에 의해, 가령, 사중극자 자석에 대해, 180°에 의해 결정된 세그먼트를 멀티턴 각도와 곱하고, 제1 각도를 이러한 곱셈 값에 더하여 계산되도록 구성될 수 있다.

예를 들어, 도 6은 제1 자기 어셈블리(3)에 대한 제2 자기 어셈블리(4)의 제1 부분(11)의 세 개의 예시적인 위치(31, 32, 33)를 도시한다. 예를 들어, 제1 위치(31)는 0°의 결정될 멀티턴 각도에 해당할 수 있고, 제1 자기 어셈블리(3)의 배향을 나타내는 제1 각도는 0°이고, 세그먼트는 가령, 제1 자기 어셈블리에 대한 제2 자기 어셈블리의 상대적 각도, 가령, 인자에 의해 나누어진, 검출된 사중극자 장에 대한 검출된 쌍극자 장의 상대적 각도(가령, 이러한 예시에서 90°/6와 같음)의 정수 부분을 취함에 의해, 세그먼트(0)으로 결정된다. 이와 같이, 제2 위치(32)는 3 x 180°로 결정될 멀티턴 각도에 해당할 수 있고, 제1 각도는 0°이며, 결정된 세그먼트는 3이다. 제3 위치(33)는 6 x 180°의 결정될 멀티턴 각도에 해당할 수 있고, 제1 각도는 0°이며, 결정된 세그먼트는 6이다.

도 7을 참조하면, 또 다른 예시에서, 제1 자기 어셈블리에 대한 제2 자기 어셈블리(4)의 제1 부분(11)의 3가지 위치(34, 35, 36)가 도시된다. 이러한 예시에서, 자기 센서(2)는 사중극자 자기장의 배향을 나타내는 값 및 회전 프레임에서 경험하는 자속(B_rot)을 나타내는 값의 형태로, 적어도 두 개의 서로다른 계수 자기장을 나타내는 적어도 두 개의 서로다른 신호를 생성하도록 구성된다.

예를 들어, 제1 위치(34)는 -3 x 180°의 결정될 멀티턴 각도에 해당할 수 있고, 제1 자기 어셈블리(3)의 배향을 나타내는 제1 각도는 0°이며, 세그먼트는, 가령 보정 인자에 의해 나누어진 제1 자기 어셈블리에 대한 제2 자기 어셈블리의 상대적인 각도를 나타내는 B_rot 자속의 정수부분을 취함에 의해, 세그먼트(-3)으로 결정된다. 이러한 보정 인자는 자속값(B_rot)의 정규화 스케일링을 포함할 수 있다. 보정 인자는 제2 자기 어셈블리와 제1 자기 어셈블리의 기하형상에 의해 결정된 인자를 포함할 수도 있다 보정 인자는 또한, 온도 교정 인자를 포함할 수도 있다. 이와 같이, 제2 위치(34)는 0°의 결정될 멀티턴에 해당할 수 있고, 제1 각도는 0°이고, 결정된 세그먼트는 0이다. 제3 위치(36)는 3 x 180°의 결정될 멀티턴에 해당할 수 있고, 제1 각도는 0°이고, 결정된 세그먼트는 3이다.

제2 양태에서, 본 발명은 회전 위치를 결정하기 위한 방법에 관한 것이다. 이러한 방법은, 멀티턴 회전 위치가 결정될 샤프트의 회전에 의해 제공된 각도를 서로다른 소정의 변속비에 따라 제1 각도 및 제2 각도로 변환하는 단계를 포함할 수 있다.

본 방법은 자기 센서에 대해 제1 자기장 성분을 회전시키기 위해 제1 각도를 적용하는 단계를 포함하되, 제1 자기장 성분은 자기 센서의 위치에서 제1 다극 계수를 가진다.

본 방법은 자기 센서에 대해 그리고 제1 자기장 성분에 대해 제2 자기장을 회전시키기 위해 제2 각도를 적용하는 단계를 포함하되, 제2 자기장 성분은 자기 센서의 위치에서 제1 다극 계수와 상이한 제2 다극 계수를 가진다. 또한, 본 방법은, 제1 자기장 성분 및 제2 자기장 성분을 검출하고, 제1 자기장 성분 및 제2 자기장 성분을 각각 나타내는 적어도 두 개의 독립적인 신호를 생성하기 위해 자기 센서를 사용하는 단계를 포함한다. 본 방법은, 가령, 소정의 변속비를 고려함에 의해 샤프트의 각도와 회전 수를 나타내는 각위치인, 제1 각도 및 제2 각도를 나타내는 고유 시스템 상태를 생성하기 위해 적어도 두 개의 독립적인 신호를 조합하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 방법에서, 제1 계수 자기장은 사중극자 자기장일 수 있고, 제2 계수 자기장은 쌍극자 자기장일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 방법에서, 제2 계수 자기장은 쌍극자 자석에 의해 생성될 수 있고, 제1 계수 자기장은 사중극자 자석에 의해 생성될 수 있다. 그러므로, 사중극자 자기장과 쌍극자 자기장의 중첩이 생성될 수 있고, 사중극자 자기장과 쌍극자 자기장 모두를 구별하기 위해 동시에 검출될 수 있다.

예를 들어, 쌍극자 성분과 독립적인 사중극자 각도의 측정치를 획득하기 위한 예시적인 방법은 WO 2014/029885에 개시된다.

그러므로, 본 발명의 실시예에 따른 회전형 위치 센서 내의 자기 센서는, WO 2014/029885에 개시된 고정자에 대한 회전자의 각위치를 측정하기 위한 장치를 포함할 수 있고, 본 발명의 실시예에 따른 이러한 멀티턴 회전형 위치 센서의 프로세서는 WO 2014/029885에 개시된 고정자에 대한 회전자의 각위치를 결정하기 위한 방법의 단계를 수행하도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 방법은 WO 2014/029885에 개시된 고정자에 대한 회전자의 각위치를 결정하기 위한 방법을 포함할 수 있다.

사중극자 성분과 독립적인 쌍극자 각도의 측정치를 획득하기 위한 예시적인 방법은 WO 03/081182에 개시된다. 그러므로, 본 발명의 실시예에 따른 회전형 위치 센서 내의 프로세서는 WO 03/081182에 개시된 각 검출 장치를 포함할 수 있다.

그러므로, 자기 센서는 가령, WO 03/081182에 개시된 쌍극자 각도를 검출하기 위한 및 WO 2014/029885에 개시된 사중극자 각도와 같은 다극 각도를 검출하기 위한 복수의 Hall 센서 요소를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 방법에서, 제1 계수 자기장은 사중극자 자석에 의해 생성될 수 있고, 제2 계수 자기장은 쌍극자 자기장과 같은 제2 계수 자기장을 생성하기 위해, 가령, 자속 집중기에 의한, 자기장을 국부적으로 변경함에 의해 형성될 수 있다. 그러므로, 사중극자 자기장과 쌍극자 자기장의 중첩이 생성될 수 있고, 사중극자 자기장과 쌍극자 자기장 모두를 구별하기 위해 동시에 검출될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 방법에서, 제1 값은 사중극자 자기장의 배향을 나타내는 값을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 방법에서, 제2 값은 쌍극자 자기장의 배향을 나타내는 값, 가령, 사중극자 자기장에 대한 쌍극자 자기장의 상대적 배향을 나타내는 값을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 값은 관측된 자기장(B_rot)의 회전 성분의 자속 측정치를 포함할 수 있다.

Claims

회전형 위치 센서(1)에 있어서, 상기 회전형 위치 센서는,
- 자기장의 다극 전개의 두 개의 서로다른 계수를 검출하고, 상기 다극 전개의 상기 두 개의 서로다른 계수를 나타내는 두 개의 독립적인 신호를 생성하기 위한 자기 센서(2)와,
- 자기 센서의 위치에서, 자기 센서에 의해 검출가능한 상기 다극 전개의 상기 두 개의 서로다른 계수 중 하나에 대응되는 제1 다극 계수를 가진 제1 자기장 성분을 형성하기 위한 자기 어셈블리(3, 4) - 상기 제1 자기장 성분은 제1 각도를 통해 자기 센서에 대해 회전가능하고, 상기 자기 어셈블리는 제1 다극 계수와 상이하고, 자기 센서의 위치에서, 자기 센서에 의해 검출가능한 상기 다극 전개의 상기 두 개의 서로다른 계수 중 다른 것에 대응되는 제2 다극 계수를 가진 제2 자기장 성분을 형성하도록 구성되고, 상기 제2 자기장 성분은 제2 각도를 통해 자기 센서에 대해, 그리고 제1 자기장 성분에 대해 회전가능함 - 와,
- 상기 두 개의 독립적인 신호를 수신하고, 이들을 조합하여 상기 제1 각도와 상기 제2 각도를 나타내는 고유 시스템 상태를 생성하는 프로세서(5)를 포함하는, 회전형 위치 센서.
제 1 항에 있어서, 상기 제1 각도는 제1 변속비를 통한 입력 입력 샤프트의 입력 각도에 관한 것이고, 상기 제2 각도는 상기 제1 변속비와 상이한 제2 변속비를 통한 상기 입력 각도에 관한 것이 되도록, 상기 자기 어셈블리(3, 4)는 입력 샤프트에 기계적으로 결합하는, 회전형 위치 센서.
제 2 항에 있어서, 상기 프로세서(5)는 상기 두 개의 독립적인 신호를 조합하여, 장 성분의 가장 작은 각 자기 주기성보다 큰 범위 내의 각도 또는 소정의 변속비를 고려하여 공통 샤프트의 각도와 회전수를 나타내는 상기 고유 시스템 상태를 생성하도록 구성된, 회전형 위치 센서.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기 센서(2)는, 쌍극자 자기장, 사중극자 자기장, 육중극자 자기장, 팔중극자 자기장 및 십중극자 자기장 중 적어도 두 개를 포함하는 상기 다극 전개의 적어도 두 개의 서로다른 계수를 검출하도록 구성되되, 상기 두 개의 독립적인 신호는 상기 적어도 두 개의 서로다른 계수 자기장을 구별하도록 구성된, 회전형 위치 센서.
제 4 항에 있어서, 상기 자기 센서(2)는 적어도 쌍극자 자기장과 사중극자 자기장을 검출하고, 상기 두 개의 독립적인 신호를 쌍극자 자기장과 사중극자 자기장을 나타내는 독립적인 신호로 생성하도록 구성된, 회전형 위치 센서.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기 어셈블리는, 자기 센서의 위치에서 상기 제1 다극 계수를 가진 상기 제1 자기장 성분을 형성하기 위한 제1 자기 어셈블리(3)를 포함하고, 상기 제1 자기 어셈블리는 상기 제1 각도를 수신함에 의해 자기 센서에 대해 회전가능하고, 상기 자기 어셈블리는 자기 센서 위치에서 상기 제2 다극 계수를 가진 상기 제2 자기장 성분을 형성하기 위한 제2 자기 어셈블리(4)를 포함하고, 상기 제2 자기 어셈블리는 상기 제2 각도를 수신함에 의해 자기 센서에 대해, 그리고 제1 자기 어셈블리에 대해 회전가능한, 회전형 위치 센서.
제 6 항에 있어서, 상기 제1 자기 어셈블리(3)는 사중극자 자기장의 형태인 상기 제1 계수를 가진 상기 제1 자기장 성분을 형성하기 위한 사중극자 자석을 포함하고, 상기 제2 자기 어셈블리(4)는 자기 센서의 위치에서 쌍극자 자기장의 형태인 제2 계수를 가진 상기 제2 자기장 성분을 생성하기 위한 쌍극자 자석을 포함하는, 회전형 위치 센서.
제 6 항에 있어서, 상기 제2 자기 어셈블리(4)는, 제2 계수를 가진 제2 자기장 성분을 생성하기 위해, 제1 자기 어셈블리(3)의 존재에 의해 생성된 상기 제1 자기장 성분을 변경하도록 구성되는, 회전형 위치 센서.
제 8 항에 있어서, 상기 제2 자기 어셈블리(4)는 제1 자기 어셈블리(3)에 의해 생성된 상기 자기장의 자기장 컨피규레이션을 국부적으로 변경하기 위한 자속 집중기를 포함하여서, 상기 제2 계수의 제2 자기장 성분이 자기 센서에 의해 관측되는, 회전형 위치 센서.
제 9 항에 있어서, 상기 자속 집중기는 제1 자기 어셈블리(3) 근처의 영역에 위치된 제1 부분(11) 및 자기 센서 근처의 영역의 제2 부분(12)을 가진 적어도 하나의 세그먼트(9)를 포함하고, 상기 제1 부분(11)과 상기 제2 부분(12)은 제1 자기 어셈블리(3)의 회전축에 대해 소정의 각도에 걸쳐 오프셋되어서, 제1 자기 어셈블리(3)에 의해 생성된 자기장의 자기장 라인이 자기 센서의 레벨에서 이러한 소정의 각도에 걸쳐 국부적으로 이동되는, 회전형 위치 센서.
제 10 항에 있어서, 상기 자속 집중기는 두 개의 상기 세그먼트(9)를 포함하여서, 제2 부분들(12)은 서로 마주하여 배치되고, 제1 부분들(11)은 서로 나란히 배치되는, 회전형 위치 센서.
제 6 항에 있어서, 입력 샤프트로부터의 입력 각도를 제1 자기장 성분을 회전시키기 위해 가해지는 제1 각도 및 제2 자기장 성분을 회전시키기 위해 가해지는 제2 각도로 각각 변환하기 위한 기어 변속 어셈블리를 포함하는, 회전형 위치 센서.
제 12 항에 있어서, 상기 기어 변속 어셈블리는 제1 자기 어셈블리(3)를 회전시키기 위한 제1 기어휠(21) 및 제2 자기 어셈블리(4)를 회전시키기 위한 제2 기어휠(22)을 포함하고, 상기 제1 기어휠(21) 및 상기 제2 기어휠(22)은, 서로다른 제1 각도와 제2 각도를 생성하기 위해 서로다른 수의 톱니 및/또는 서로다른 둘레를 가지고, 상기 제1 기어휠(21) 및 상기 제2 기어휠(22)은, 멀티턴 각도가 결정되는 입력 샤프트에 기계적으로 연결된 공통 기어휠(20)로부터 입력 각도를 수신하는, 회전형 위치 센서.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로세서(5)는 상기 제1 다극 계수를 가진 상기 제1 자기장 성분을 나타내는, 상기 두 개의 독립적인 신호의 제1 신호에 기초하여 제1 각도를 계산하도록 구성되고,
상기 프로세서(5)는 상기 제2 다극 계수를 가진 상기 제2 자기장 성분을 나타내는, 상기 두 개의 독립적인 신호의 제2 신호에 기초하여 제2 각도를 계산하도록 구성되고,
상기 프로세서(5)는 적어도 상기 제2 각도에 기초하여 샤프트의 각위치의 세그먼트를 계산하도록 구성되고, 상기 세그먼트는, 샤프트가 기준 각위치에 대해 회전되는 세그먼트의 수의 정수값에 해당하고, 각각의 세그먼트는 제1 자기장 성분의 각대칭의 단일 주기를 나타내는, 회전형 위치 센서.
회전 위치를 결정하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은,
- 자기 센서에 대해, 자기 센서의 위치에서 제1 다극 계수를 가진 제1 자기장 성분을 회전시키기 위해 제1 각도를 적용하는 단계와,
- 자기 센서에 대해 그리고 제1 자기장 성분에 대해, 자기 센서의 위치에서 제1 다극 계수와 상이한 제2 다극 계수를 가진 제2 자기장 성분을 회전시키기 위해 제2 각도를 적용하는 단계와,
- 상기 자기 센서를 사용하여, 상기 제1 자기장 성분 및 상기 제2 자기장 성분을 검출하고, 상기 제1 자기장 성분 및 상기 제2 자기장 성분을 각각 나타내는 두 개의 독립적인 신호를 생성하는 단계와,
- 상기 제1 각도 및 상기 제2 각도를 나타내는 고유 시스템 상태를 생성하기 위해 상기 적어도 두 개의 독립적인 신호를 조합하는 단계를 포함하는, 회전 위치를 결정하기 위한 방법.