KR20210000316A - 유도성 위치 센서 어셈블리 - Google Patents

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KR20210000316A
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링민 사오
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케이에스알 아이피 홀딩스 엘엘씨.
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Abstract

본 발명의 하나의 실시형태에 따르면, 유도성 센서 어셈블리는 샤프트 및 다층 인쇄 회로 기판(PCB)을 포함한다. 샤프트는 제 1 단부를 포함한다. 제 1 단부는 바닥면을 가진다. 직선형 에지를 형성하는 플랫을 포함하는 타겟은 샤프트의 제 1 단부 내로 일체화되어 형성된다. PCB는 송신기 코일 및 2-부분 수신 코일을 포함한다. 2-부분 수신 코일은 제 1 수신 코일 및 제 2 수신 코일을 가진다. 제 1 수신 코일은 제 2 수신 코일과 축방향으로 다른 PCB의 층 상에 있다. 타겟은 2-부분 수신 코일의 중심축 주위에서 회전된다. 타겟 및 바닥면의 직선형 에지는 2-부분 수신 코일에 의해 검출된다.

Description

유도성 위치 센서 어셈블리
본 출원은 2018 년 5 월 23일에 출원된 미국 가출원 번호 제 62/675,351에 대한 우선권을 주장하는데, 이것은 그 전체로서 원용에 의해 본원에 통합된다.
본 발명은 유도성 각도 위치 센서 어셈블리에 관한 것이고, 특히 코일 배열체 및 샤프트-단부 커플러 요소에 관한 것이다.
자동차 애플리케이션에서, 유도성 각도 위치 센서가 인쇄 회로 기판("PCB") 상에 인쇄된다. 유도성 위치 센서는 전자기 캐리어 플럭스를 생성하도록 교류 전류원에 의해 급전되는 송신기 코일을 포함한다. 수신기 코일은 캐리어 플럭스를 수신하고, 수신기 신호를 생성한다. 수신기 신호는 송신기 코일 및 수신기 코일에 의해 평행하게 지지되고 이들에 가깝게 인접한 커플러 요소(예컨대, 로터)의 위치에 따라 변한다. 커플러 요소는 그 위치가 측정되는 부품과 함께 이동한다. 이를 고려하면, 커플러 요소는 수신기 코일에 대한 타겟으로서의 기능을 하는 다른 재료이다.
추가적인 재료로서 커플러 요소를 추가하면, 위치 센서를 위해 필요한 재료 및 생산 비용이 증가된다. 이를 고려하면, 추가된 커플러 요소가 없는 유도성 각도 위치 센서에 대한 필요성이 존재한다.
일 실시형태에서, 유도성 센서 어셈블리는 샤프트 및 다층 인쇄 회로 기판(PCB)을 포함한다. 샤프트는 제 1 단부를 포함한다. 제 1 단부는 바닥면을 가진다. 직선형 에지를 형성하는 플랫(flat)을 포함하는 타겟이 샤프트의 제 1 단부 내로 일체화되어 형성된다. PCB는 송신기 코일 및 2-부분 수신 코일을 포함한다. 2-부분 수신 코일은 제 1 수신 코일 및 제 2 수신 코일을 포함한다. 제 1 수신 코일은 제 2 수신 코일과 축방향으로 다른 PCB의 층 상에 있다. 타겟은 2-부분 수신 코일의 중심축 주위에서 이동된다. 타겟 및 바닥면의 직선형 에지는 2-부분 수신 코일에 의해 검출된다.
다른 실시형태에서, 유도성 센서 어셈블리는 샤프트 및 다층 인쇄 회로 기판(PCB)을 포함한다. 샤프트는 제 1 단부를 포함한다. 제 1 단부는 바닥면을 가진다. 직선형 에지를 형성하는 플랫을 가지는 타겟이 샤프트의 제 1 단부 내로 일체화되어 형성된다. PCB는 적어도 네 개의 층을 포함하고, 2-부분 송신기 코일 및 2-부분 수신 코일을 포함한다. 2-부분 송신기 코일은 상부 코일 및 하부 코일을 가진다. 2-부분 수신 코일은 제 1 수신 코일 및 제 2 수신 코일을 포함한다. 상부 코일은 PCB의 제 1 층 상에 위치되고, 하부 코일은 PCB의 제 2 층 상에 위치된다. 제 1 수신 코일은 PCB의 제 3 층 상에 위치되고, 제 2 수신 코일은 축방향으로 PCB의 제 4 층 상에 위치된다. 타겟은 2-부분 수신 코일의 중심축 주위에서 이동된다. 타겟 및 바닥면의 직선형 에지는 2-부분 수신 코일에 의해 검출된다.
또 다른 실시형태에서, 가동 샤프트의 위치를 결정하는 방법이 제공된다. 이러한 방법은 샤프트의 단부를 밀링하여 타겟을 형성하는 것을 포함한다. 타겟은 직선형 에지를 형성하는 제 1 평면 및 제 2 평면을 형성하는 언더컷부를 포함한다. 제 2 평면은, 제 1 평면이 커플러가 되도록 제 1 평면으로부터 미리결정된 거리만큼 이격된다. 이러한 방법은 타겟을 샤프트 축 주위에서 이동시키는 것, 송신기 코일을 여자시키는 것, 센서 어셈블리로부터 복수 개의 수신기 신호를 획득하는 것, 직선형 에지 및 제 1 평면에 기반하여 타겟 위치를 결정하는 것, 및 정정된 정현 입력 신호를 신호 프로세서로 송신하는 것을 더 포함한다.
본 명세서에서 설명되는 실시형태에 의해 제공되는 이러한 목적과 추가적인 목적 및 장점들은 후속하는 상세한 설명을 도면과 함께 참조할 경우에 더 완전하게 이해될 것이다.
도면에 표시된 실시예들은 성질상 예시적인 것이고 청구항에 의해 규정되는 기술 요지를 한정하려는 것이 아니다. 예시적인 실시예의 후속하는 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용은 후속하는 도면과 함께 정독하면 이해될 수 있고, 여기에서 유사한 구성은 유사한 참조 번호로 표시된다:
도 1a는 본 명세서에서 도시되고 설명되는 하나 이상의 실시형태에 따른 1-폴 센서 어셈블리의 사시도를 개략적으로 도시한다;
도 1b는 본 명세서에서 도시되고 설명되는 하나 이상의 실시형태에 따른, 센서와 통신하는 커플러 요소를 강조하는 도 1a의 센서 어셈블리의 상면도를 개략적으로 도시한다;
도 1c는 본 명세서에서 도시되고 설명되는 하나 이상의 실시형태에 따른, 센서 및 샤프트-단부의 상면도를 포함하는 도 1a의 센서 어셈블리의 상면도를 개략적으로 도시한다;
도 1d는 본 명세서에서 도시되고 설명되는 하나 이상의 실시형태에 따른, 도 1a의 센서 어셈블리의 제 1 수신 코일의 격리된 상면도를 개략적으로 도시한다;
도 1e는 본 명세서에서 도시되고 설명되는 하나 이상의 실시형태에 따른, 도 1a의 센서 어셈블리의 제 2 수신 코일의 격리된 상면도를 개략적으로 도시한다;
도 1f는 본 명세서에서 도시되고 설명되는 하나 이상의 실시형태에 따른, 도 1a의 센서 어셈블리의 제 1 파트 송신기 코일의 격리된 상면도를 개략적으로 도시한다;
도 1h는 본 명세서에서 도시되고 설명되는 하나 이상의 실시형태에 따른, 라인(1-1)로부터 얻어진 도 1a의 센서 어셈블리의 단면도를 개략적으로 도시한다;
도 1g는 본 명세서에서 도시되고 설명되는 하나 이상의 실시형태에 따른, 도 1a의 센서 어셈블리의 제 2 부분 송신 코일의 격리된 상면도를 개략적으로 도시한다;
도 2a는 본 명세서에서 도시되고 설명되는 하나 이상의 실시형태에 따른, Y-변동에 따른 1-폴 선형성 백분율의 그래프를 개략적으로 도시한다;
도 2b는 본 명세서에서 도시되고 설명되는 하나 이상의 실시형태에 따른, Z-변동에 따른 1-폴 선형성 백분율의 그래프를 개략적으로 도시한다;
도 3a는 본 명세서에서 도시되고 설명되는 하나 이상의 실시형태에 따른 2-폴 센서 어셈블리의 사시도를 개략적으로 도시한다;
도 3b는 본 명세서에서 도시되고 설명되는 하나 이상의 실시형태에 따른, 센서와 통신하는 커플러 요소를 강조하는 도 3a의 센서 어셈블리의 상면도를 개략적으로 도시한다;
도 3c는 본 명세서에서 도시되고 설명되는 하나 이상의 실시형태에 따른, 도 3a의 센서 및 샤프트-단부의 상면도를 포함하는 도 3a의 센서 어셈블리의 상면도를 개략적으로 도시한다;
도 3d는 본 명세서에서 도시되고 설명되는 하나 이상의 실시형태에 따른, 도 3a의 센서 어셈블리의 제 1 수신 코일의 격리된 상면도를 개략적으로 도시한다;
도 3e는 본 명세서에서 도시되고 설명되는 하나 이상의 실시형태에 따른, 도 3a의 센서 어셈블리의 제 2 수신 코일의 격리된 상면도를 개략적으로 도시한다;
도 4a는 본 명세서에서 도시되고 설명되는 하나 이상의 실시형태에 따른, Y-변동에 따른 1-폴 선형성 백분율의 그래프를 개략적으로 도시한다;
도 4b는 본 명세서에서 도시되고 설명되는 하나 이상의 실시형태에 따른, Z-변동에 따른 1-폴 선형성 백분율의 그래프를 개략적으로 도시한다;
도 5a는 본 명세서에서 도시되고 설명되는 하나 이상의 실시형태에 따른 3-폴 센서 어셈블리의 사시도를 개략적으로 도시한다;
도 5b는 본 명세서에서 도시되고 설명되는 하나 이상의 실시형태에 따른, 센서와 통신하는 커플러 요소를 강조하는 도 5a의 센서 어셈블리의 상면도를 개략적으로 도시한다;
도 5c는 본 명세서에서 도시되고 설명되는 하나 이상의 실시형태에 따른, 도 5a의 센서 어셈블리의 제 1 수신 코일의 격리된 상면도를 개략적으로 도시한다;
도 5d는 본 명세서에서 도시되고 설명되는 하나 이상의 실시형태에 따른, 도 5a의 센서 어셈블리의 제 2 수신 코일의 격리된 상면도를 개략적으로 도시한다;
도 6a는 본 명세서에서 도시되고 설명되는 하나 이상의 실시형태에 따른 4-폴 센서 어셈블리의 사시도를 개략적으로 도시한다;
도 6b는 본 명세서에서 도시되고 설명되는 하나 이상의 실시형태에 따른, 센서와 통신하는 커플러 요소를 강조하는 도 6a의 센서 어셈블리의 상면도를 개략적으로 도시한다;
도 6c는 본 명세서에서 도시되고 설명되는 하나 이상의 실시형태에 따른, 도 6a의 센서 어셈블리의 제 1 수신 코일의 격리된 상면도를 개략적으로 도시한다;
도 6d는 본 명세서에서 도시되고 설명되는 하나 이상의 실시형태에 따른, 도 6a의 센서 어셈블리의 제 2 수신 코일의 격리된 상면도를 개략적으로 도시한다;
도 7은 본 명세서에서 도시되고 설명되는 하나 이상의 실시형태에 따른 센서 어셈블리의 신호 프로세서를 개략적으로 도시한다; 그리고
도 8은 본 명세서에서 도시되고 설명되는 하나 이상의 실시형태에 따른, 가동 샤프트의 위치를 결정하는 예시적인 방법(800)을 개략적으로 도시한다.
본 발명은 일반적으로, 다층 인쇄 회로 기판(PCB) 내의 송신기 코일 및 2-파트 수신 코일 및 샤프트가 회전할 때, 송신기 코일 및 2-파트 수신 코일이 커플러의 위치를 결정하도록 샤프트와 일체화된 커플러 타겟을 가지는 유도성 센서 시스템에 관한 것이다. 커플러는 샤프트로부터 재료를 가공 또는 제거함으로부터 형성되어, 기하학적 형상, 예컨대, 적어도 하나의 직선형 에지를 가지는 적어도 하나의 플랫을 생성한다. 예를 들어, 1-폴 커플러는 단일 직선형 에지를 형성하는 하나의 플랫을 가지고, 2-폴 커플러는 두 개의 직선형 에지를 형성하는 두 개의 가공된 플랫을 가지며, 3-폴 커플러는 세 개의 직선형 에지를 형성하는 세 개의 가공된 플랫을 가지고, 4-폴 커플러는 네 개의 직선형 에지를 형성하는 네 개의 가공된 플랫을 가지는 등이다.
송신기 코일은 PCB의 두 층 사이에 인터레이스된 두 부분을 포함한다. 송신기 코일의 각각의 파트는 대략적으로 원형이고 적어도 타겟 커플러의 지름만큼 연장된다. 2-파트 수신 코일은 제 1 수신 코일 및 제 2 수신 코일을 포함한다. 제 1 수신 코일 및 제 2 수신 코일은 PCB의 두 개의 별개의 층들 사이에 인터레이스된다. 1-폴 애플리케이션에서 제 1 수신 코일 및 제 2 수신 코일의 배치는 반-원형이다. 2-폴, 3-폴 및 4-폴 애플리케이션에서의 제 1 수신 코일 및 제 2 수신 코일의 배치는 2-부분 수신 코일의 중심축으로부터 반경방향 밖으로 연장되는 복수 개의 후크이다. 복수 개의 후크의 각각의 후크는 자루부(shank portion), 스로트부(throat portion), 만곡부(bend portion) 및 포인트부(point portion)를 가진다. 자루부는 2-부분 수신 코일의 중심축으로부터 반경방향으로 연장된다. 스로트부는 송신기 코일에 인접하고, 2-폴 및 3-폴 애플리케이션에서는, 포인트부가 송신기 코일로부터 2-부분 수신 코일의 중심축을 향해 반경방향으로 연장된다. 4-폴 애플리케이션에서, 중심축으로부터 반경방향 밖으로 연장되는 복수 개의 후크는 송신기 코일을 넘어 연장되도록 도치된다(inverted). 제 1 수신 코일 및 제 2 수신 코일은 각각 애플리케이션에서, 샤프트의 단부에서 커플러 타겟의 기하학적 구조를 감지할 때 정현파가 생성되도록, 그리고 커플러 타겟의 기하학적 구조를 감지하는 것과 연관된 고조파가 감소 및/또는 제거되도록 배치된다.
본 명세서에서 실시형태들이 각도 회전 유도성 센서 어셈블리의 콘텍스트에서 설명되지만, 실시형태들은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 본 명세서에서 설명되는 유도성 센서 어셈블리 시스템은 예컨대, 선형, 타원 등과 같은 다양한 위치 감지 애플리케이션에 대해서 사용될 수 있다. 다른 용도들도 일반적으로 이해될 것이고, 본 발명의 범위에 속한다.
본 명세서에서 사용될 때, "길이 방향"이라는 용어는 시스템의 전후 방향(즉, 도 1a에 표시된 +/- X 방향)을 가리킨다. "측방향"이라는 용어는 직교하는 방향(즉, 도 1a에 표시된 +/- Y 방향)을 가리키고, 길이 방향을 가로지른다. "수직 방향"이라는 용어는 시스템의 상하 방향(즉, 도 1a에 표시된 +/- Z-방향)을 가리킨다. 본 명세서에서 사용될 때, "상부", "위에" 또는 "상단"은 도면에 표시된 좌표축의 양의 Z 방향으로 정의된다. "하부", "아래" 또는 "바닥"은 도면에 표시된 좌표축의 음의 Z 방향으로 정의된다. 더 나아가, "안쪽(inboard)", "바깥쪽(outboard), "내향", 및 "외향"이라는 용어는 시스템의 다양한 컴포넌트들의 상대적인 위치 및/또는 그들의 이동을 기술하기 위하여 사용된다.
상이한 실시형태의 유사한 요소들은 100만큼 증가되는 유사한 참조번호로 지칭된다는 것이 이해되어야 한다.
도면을 살펴보면, 도 1a 내지 도 1g는 1-폴 센서 어셈블리(1)를 개략적으로 도시한다. 1-폴 센서 어셈블리(1)는 센서 어셈블리(10) 및 샤프트(14)의 제 1 단부(12)를 포함한다. 샤프트(14)의 일부만이 도시되고, 샤프트는 임의의 폭, 지름, 반경, 및/또는 등등일 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 센서 어셈블리(10)는 송신기 코일(16)을 포함한다. 송신기 코일(16)은 형상이 대략적으로 원형이고 미리결정된 내경(18) 및 미리결정된 외경(20)을 가진다. 송신기 코일(16)은 교류 전류원(미도시)에 의해 급전되어 전자기 캐리어 플럭스(electromagnetic carrier flux)를 생성할 수 있다.
센서 어셈블리(10)는 2-파트 수신 코일(22)을 더 포함한다. 2-파트 수신 코일(22)은 제 1 수신 코일(24), 제 2 수신 코일(26) 및 중심 영역(32)을 포함한다. 중심 영역(32)은 중심축(68)을 더 포함한다. 제 1 수신 코일(24)은 복수 개의 c 형 코일 또는 초승달(crescent)형 코일(28a)을 포함할 수 있고, 제 2 수신 코일(26)은 복수 개의 c 형 코일 또는 초승달형 코일(28b)을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 복수 개의 초승달형 코일(28a) 각각 및 복수 개의 초승달형 코일(28b) 각각은 한 쌍의 코일, 트레이스(trace) 등이다. 다른 실시형태에서, 복수 개의 초승달형 코일(28a) 각각 및 복수 개의 초승달형 코일(28b) 각각은 단일형이거나 세 개 이상의 코일, 트레이스 등을 가진다. 본 명세서에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 제 1 수신 코일(24)의 복수 개의 초승달형 코일(28a)은 축방향 또는 수직 방향(즉, +/- Z-방향으로) 제 2 수신 코일(26)의 복수 개의 초승달형 코일(28b)과 다른 인쇄 회로 기판(PCB)(30)의 층에 있다. 일부 실시형태에서, 초승달형 코일(28a) 및 초승달형 코일(28b)은 일정한 반경을 가진다. 다른 실시형태에서, 초승달형 코일(28a) 및 초승달형 코일(28b)은 거의 일정한 반경을 가진다. 또 다른 실시형태에서, 초승달형 코일(28a) 및 초승달형 코일(28b)은 일정한 반경 부분을 가진다.
제 1 수신 코일(24)의 복수 개의 초승달형 코일(28a)은 적어도 부분적으로 중심 영역(32)으로부터 반경방향 밖으로 연장되고, 실시형태들에서, 중심축(68) 주위에서 연장한다. 연결 정션(34a)이 제 1 수신 코일(24)의 복수 개의 초승달형 코일(28a)의 각각의 제 1 단부(36) 및/또는 제 2 단부(38)에 배치될 수 있다. 일부 실시형태에서, 제 1 단부(36)의 연결 정션(34a) 각각은 연결 정션이 중심 영역의 둘레를 형성하도록 L형일 수 있다. 연결 정션(34a)의 개수는 코일의 개수에 의존할 수 있고, 이를 고려하여, 본 명세서에서 설명되는 실시형태는 그 비한정적인 예라는 것이 이해되어야 한다.
일부 실시형태에서, 제 2 단부(38)의 연결 정션(34a) 각각은 연결 정션이 외부 영역을 형성하도록 L형일 수 있다. 외부 영역의 둘레는 송신기 코일(16)의 내경(18)에 인접할 수 있다. 실시형태들에서, 제 1 단부(36) 및 제 2 단부(38)의 연결 정션(34a) 각각은, 연결 정션(34a)이 중심 영역(32)을 향해 위치되도록 배치될 수 있다. 일부 실시형태에서, 제 1 수신 코일(24)의 복수 개의 초승달형 코일(28a)은 제 1 단부(36) 및 제 2 단부(38) 사이에 추가적이거나 보충적인 연결 정션(34b)을 더 포함한다. 일부 실시형태에서, 추가적이거나 보충적인 연결 정션(34b)은 복수 개의 초승달형 코일(28a) 중 적어도 하나의 반경에 따라 있을 수 있다. 연결 정션(34b)은 곡선부(40)의 한 포인트에 배치될 수 있다. 곡선부(40)는 중심 영역(32)을 향해 및/또는 그로부터 멀어지게 후크(hook) 또는 만곡될 수 있다. 실시형태들에서, 제 1 수신 코일(24)의 복수 개의 초승달형 코일(28a)은 형상이 대칭적이다. 다른 실시형태에서, 제 1 수신 코일(24)의 복수 개의 초승달형 코일(28a)은 대칭적이지 않다.
제 2 수신 코일(26)의 복수 개의 초승달형 코일(28b)은 중심 영역(32)으로부터 적어도 부분적으로 반경방향 밖으로 연장되고, 일부 실시형태에서, 중심축(68) 주위에서 연장된다. 연결 정션(40a)은 제 2 수신 코일(26)의 복수 개의 초승달형 코일(28b)의 각각의 제 1 단부(44)에 배치되고 연결 정션(42a)은 제 2 단부(46)에 배치될 수 있다. 일부 실시형태에서, 제 1 단부(44)의 연결 정션(40a)은 L형일 수 있다. 연결 정션(40a)의 개수는 코일의 개수에 의존할 수 있고, 이를 고려하여, 본 명세서에서 설명되는 실시형태는 그 비한정적인 예라는 것이 이해되어야 한다.
제 1 수신 코일(24)의 각각의 복수 개의 초승달형 코일(28a)의 제 1 단부(36)에 배치된 연결 정션(34a) 및 제 2 수신 코일(26)의 복수 개의 초승달형 코일(28b)의 각각의 제 1 단부(44)에 배치된 연결 정션(40a)이 서로 통신가능하게 커플링되도록 축방향으로 또는 수직 방향으로(즉, +/- Z-방향으로) 정렬된다는 것이 이해되어야 한다. 실시형태들에서, 연결 정션(34a) 및 연결 정션(40a)의 커플링이 중심 영역(32)의 둘레를 형성한다.
일부 실시형태에서, 제 2 단부(46)의 연결 정션(42a) 각각은 연결 정션이 외부 영역을 형성하도록 L형일 수 있다. 외부 영역의 둘레는 송신기 코일(16)의 내경(18)에 인접할 수 있다. 실시형태들에서, 제 1 단부(44)의 연결 정션(40a) 및 제 2 단부(46)의 연결 정션(42s) 각각은, 연결 정션(40a)이 중심 영역(32)을 향해 위치되도록 배치될 수 있다. 일부 실시형태에서, 제 2 수신 코일(26)의 복수 개의 초승달형 코일(28b)은 제 1 단부(44) 및 제 2 단부(46) 사이에 추가적이거나 보충적인 연결 정션(42b)을 더 포함한다. 일부 실시형태에서, 추가적이거나 보충적인 연결 정션(42b)은 복수 개의 초승달형 코일(28b) 중 적어도 하나의 반경에 따라 있을 수 있다. 연결 정션(42b)은 곡선부(48)의 한 포인트에 배치될 수 있다. 곡선부(48)는 중심 영역(32)을 향해 및/또는 그로부터 멀어지게 만곡될 수 있다. 실시형태들에서, 제 2 수신 코일(26)의 복수 개의 초승달형 코일(28b)은 형상이 대칭적이다. 다른 실시형태에서, 제 2 수신 코일(26)의 복수 개의 초승달형 코일(28b)은 대칭적이지 않다.
제 1 수신 코일(24)의 복수 개의 초승달형 코일(28a) 및 제 2 수신 코일(26)의 복수 개의 초승달형 코일(28b)은, 도 1d 내지 도 1e에서 가장 잘 보이는 것처럼 코일들이 중심 영역(32) 주위에서 반대로 바라보도록 반대로 권선되고 및/또는 반대 방향으로 오프셋된다. 제 1 수신 코일(24) 및 제 2 수신 코일(26)은 식
Figure pct00001
도를 사용하여 동일하게 오프셋되는데, N은 폴의 개수와 같다는 것이 이해된다. 이러한 예에서 비한정적으로, 한 개의 폴이 존재하고 따라서 제 1 수신 코일(24) 및 제 2 수신 코일(26)은 90 도만큼 오프셋된다. 이를 고려하면, 제 1 수신 코일(24)의 복수 개의 초승달형 코일(28a) 및 제 2 수신 코일(26)의 복수 개의 초승달형 코일(28b)은 제 1 수신 코일(24)의 연결 정션(34a, 34b)이 제 2 수신 코일(26)의 연결 정션(42a, 42b)과 정렬되도록 서로로부터 오프셋된다. 일부 실시형태에서, 본 명세서에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 제 2 수신 코일(26)의 연결 정션(42a, 42b)에 대한 제 1 수신 코일(24)의 연결 정션(34a, 34b)의 대응관계에 의하여, 샤프트(14)의 제 1 단부(12)와 연관된 플럭스 변화가 통신 및/또는 수신되게 된다.
제 1 수신 코일(24) 및 제 2 수신 코일(26)은, 샤프트(14)의 제 1 단부(12)로부터 거리 또는 공극의 차이가 생기도록, 축방향으로 또는 수직 방향으로(즉, +/- Z-방향으로) PCB(30)의 별개의 층에 위치될 수 있다. 제 1 수신 코일(24)의 복수 개의 초승달형 코일(28a) 및 제 2 수신 코일(26)의 복수 개의 초승달형 코일(28b)의 깊이가 해당 공극 또는 거리에 대하여 요구되는 신호의 세기에 기반하여, 샤프트(14)의 제 1 단부(12)에 대한 관계를 가지고 선택된다는 것이 이해되어야 한다. 즉, 제 1 수신 코일(24)의 복수 개의 초승달형 코일(28a)의 각각의 하나는 PCB(30)의 하나의 층에 있고 제 2 수신 코일(26)의 복수 개의 초승달형 코일(28b)의 각각의 하나는 제 1 수신 코일(24)의 복수 개의 초승달형 코일(28a)과 다르거나 상이한 PCB(30)의 층에 있다. 일부 실시형태에서, 제 1 수신 코일(24) 및 제 2 수신 코일(26)은 인접(adjacent) 또는 근접(adjoining) 층에 위치될 수 있다. 다른 실시형태에서, 제 1 수신 코일(24) 및 제 2 수신 코일(26)은 이격되거나, 점유되지 않을 수 있거나 다른 코일(즉 송신기 코일의 일부 등)을 포함할 수 있는 다른 층에 의해 분리되는 층들에 위치될 수 있다.
이를 고려하면, 제 1 수신 코일(24)의 일부는 제 2 수신 코일(26)의 일부 및 이러한 실시형태에서 도 1a 내지 도 1c에서 가장 잘 보이고 도 1h의 단면도에 표시된 바와 같은, 제 1 수신 코일(24)의 랩 부분(lap portion) 아래의 제 2 수신 코일(26)의 일부에 중첩한다. 이를 고려하면, 중첩 부분들이 위의 및/또는 아래의 코일의 경로와 연결되지 않는다는 것, 그리고 이러한 코일 배치에 의하여 상이한 거리 또는 공극으로부터의 샤프트(14)의 제 1 단부(12)의 감지가 감지될 수 있고, 제 1 수신 코일(24) 및 제 2 수신 코일(26)이 독립적인 코일로서의 역할을 할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 또 다른 실시형태에서, 제 1 수신 코일(24) 및 제 2 수신 코일(26)의 일부는, 수직 방향으로(즉, +/- Z-방향으로) 또는 동일한 깊이 또는 샤프트(14)의 제 1 단부(12)로부터의 공극을 가지도록, PCB(30)의 동일한 층 내에 배치된다.
제 1 수신 코일(24)의 복수 개의 초승달형 코일(28a) 및 제 2 수신 코일(26)의 복수 개의 초승달형 코일(28b)이 각각 네 개의 코일을 가지는 것으로 도시되지만, 이것은 비한정적인 예이고 2-파트 수신 코일(22)은 그보다 많거나 적은 코일을 가질 수 있다는 것이 또한 이해되어야 한다. 또한, 제 2 수신 코일(26)보다 제 1 수신 코일(24)에 더 많은 초승달형 코일(28a)이 존재할 수 있고 그 반대의 경우도 마찬가지라는 것이 이해되어야 한다. 더 나아가, 제 1 수신 코일(24)의 복수 개의 초승달형 코일(28a) 및 제 2 수신 코일(26)의 복수 개의 초승달형 코일(28b)이 송신기 코일(16)과 공평면일 수 있고, 또는 서로 및/또는 송신기 코일(16)과 평행인 평면에 있을 수도 있다는 것이 이해되어야 한다.
여전히 도 1a 내지 도 1g, 및 특히 도 1f 내지 도 1g를 참조하면, 송신기 코일(16)은 두 부분인, PCB(30)의 두 층들 사이에 인터레이스된 상부 코일(16a) 및 하부 코일(16b)을 포함한다. 본 명세서에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 송신기 코일(16)의 각각의 파트는 대략적으로 원형이고 적어도 타겟 커플러의 지름만큼 연장된다. 더 나아가, 상부 코일(16a)은 내경(18a) 및 외경(20a)을 가지고, 하부 코일(16b)은 내경(18b) 및 외경(20b)을 가진다. 상부 및 하부 코일(16a, 16b)의 내부 및 외경은 송신기 코일(16)의 내경(18) 및 외경(20)을 형성한다.
여전히 도 1f 내지 도 1g 그리고 이제 도 7을 역시 참조하면, 상부 코일(16a)은 적어도 하나의 다리부(50a)를 포함하고, 하부 코일(16b)은 적어도 하나의 다리부(50b)를 포함한다. 다리부(50a, 50b)는 송신기 코일을 신호 프로세서(702)에 연결하고, 상부 코일(16a) 및 하부 코일(16b) 등을 상호연결한다. 다리부(50a, 50b)의 위치가 센서 구조 및 신호 프로세서(702)의 배치에 기반할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 신호 프로세서(702)가송신기 코일(16)의 외경(20) 내에 배치되면, 다리부(50a, 50b)는 송신기 코일(16)의 내경(18)을 향해 안으로 연장될 수 있다. 유사하게, 신호 프로세서(702)가 송신기 코일(16)의 외경(20) 밖의 어딘가에 배치되면, 다리부(50a, 50b)는 송신기 코일(16)의 외경(20)으로부터 멀어지게 밖으로 배치될 수 있다.
다시 도 1a 내지 도 1g를 참조하면, 상부 코일(16a), 하부 코일(16b), 제 1 수신 코일(24), 및 제 2 수신 코일(26)은 본 명세서에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 PCB(30), 회로 기판 등의 상이한 층 상에 및/또는 안에 인쇄될 수 있다. PCB(30)는 샤프트(14)의 제 1 단부(12)에 매칭하도록 원형일 수 있고, 또는 패키징 제약 및/또는 등등에 맞는 형상(즉, 정방형, 사각형, 타원 등)과 같은 임의의 형상일 수도 있다. 더 나아가, 상부 코일(16a), 하부 코일(16b), 제 1 수신 코일(24) 및 제 2 수신 코일(26)은 PCB(30)의 상이한 층 내에 층지어 배치될 수 있고, 코일을 연결시키는 트레이스를 가질 수 있으며, 코일은 트레이스, 및/또는 등등을 포함할 수 있다.
도 1h를 참조하면, 라인(1-1)으로부터 얻어진 도 1의 센서 어셈블리(10)의 단면도가 설명될 것이다. 전술된 바와 같이, 제 1 수신 코일(24)은 PCB(30)의 특정 층 또는 층들의 세트 내에 배치될 수 있는 반면에, 제 2 수신 코일(26)은 PCB(30)의 다른 특정 층 또는 층들의 세트 내에 배치될 수 있다. 또한, 상부 코일(16a)은 특정 층 또는 층들의 세트 내에 배치될 수 있는 반면에, 하부 코일(16b)은 PCB(30)의 다른 특정 층 또는 층들의 세트 내에 배치될 수 있다. 예를 들어 그리고 비한정적으로, 제 1 수신 코일(24)은 제 1 층(30a) 내에 위치되고 제 2 수신 코일(26)은 제 2 층(30b) 내에 위치되어, 이들 각각이 전술된 바와 같이 PCB(30)의 별개의 층을 점유하게 한다. 더 나아가, 상부 코일(16a)은 제 3 층(30c) 내에 위치되고 하부 코일(16b)이 제 4 층(30d) 내에 위치되어, 각각이 PCB(30)의 별개의 층을 점유한다. 이를 고려하면, PCB(30)의 각각의 층이 상이한 코일을 가질 수 있다는 것이 또한 이해되어야 한다. 더 나아가, 2-파트 수신 코일(22)이 축상 또는 수직 방향으로(즉, +/- Z-방향으로) 송신기 코일(16) 위에 있다는 것이 이해되어야 한다. PCB가 다섯 개 이상의 층을 가질 수 있고 일부 층은 코일 또는 등등에 의해 점유되지 않을 수 있다는 것이 또한 이해되어야 한다.
다시 도 1a 내지 도 1g로 돌아가면, 샤프트(14)의 제 1 단부(12)가 설명될 것이다. 샤프트(14)는 제 1 단부(12) 및 반대인 제 2 단부(미도시)를 가지는 기다란 부재일 수 있다. 제 2 단부가 디바이스(미도시)에 부착되어, 제 2 단부(34)가 샤프트 축(13) 주위에서 센서 어셈블리(10)에 대해 회전 또는 이동(즉, 선형, 곡선형, 타원형 등)하게 한다는 것이 이해되어야 한다. 샤프트(14)는, 커플링이 센서 어셈블리(10)에 의해 검출될 수 있도록 전자기장 또는 자속 및/또는 샤프트를 커플러로 만드는 것에 영향을 주고, 변경하며, 수정 등을 하기에 적합한 임의의 재료일 수 있다.
제 1 단부(12)는 샤프트(14)로부터 일체화되어 형성된다. 즉, 제 1 단부(12)는 샤프트(14)이지만, 본 명세서에서 상세히 설명되는 바와 같은 기하학적 차이를 포함한다. 이를 고려하면, 제 1 단부(12)는 원통형 외면(52) 및 바닥면(54)을 가진다. 바닥면(54)은 평면형이다. 언더컷부(58)를 생성하는 플랫부(flat portion; 56)을 원통형 외면(52)내에 형성하는 것과 같은 기하학적 차이를 포함하도록, 원통형 외면(52)은 밀링, 가공, 및/또는 등등을 거칠 수 있다. 즉, 플랫부는 원통형 외면(52)을 샤프트 축(13)으로부터 반경방향으로 제거함으로써 형성될 수 있다. 언더컷부(58)는 보이드를 가지거나 샤프트 재료가 없다. 즉, 원통형 외면(52) 내에 샤프트축(13)으로부터 반경방향으로 플랫부(56)를 생성하면, 원통형 외면(52)의 일부 및 바닥면(54)의 일부가 깎이거나 제거되어, 원통형 외면(52) 및 제 1 단부(12)의 바닥면(54)의 일부가 제거되게 된다. 플랫부(56)는 제 2 단부(미도시)를 향해 샤프트 축(13)과 동축적으로 연장되는 벽(62)을 포함하고, 언더컷된 표면(64)에 있는 상단부에서 종단된다. 언더컷된 표면은 바닥면(54)으로부터 이격되는 제 2 평면이다. 도 1c에서 가장 잘 보이는 것처럼, 벽(62)의 하단부는 바닥면(54)에서 종단되고, 이것이 직선형 에지(60)를 형성한다. 직선형 에지(60)는 원통형 외면(52) 사이에서 연장되고, 이것이 직선형 에지(60)의 한 쌍의 에지(66a, 66b)를 생성한다. 직선형 에지(60) 및 바닥면(54)은 커플러 타겟이다. 즉, 한 쌍의 에지(66a, 66b)는 직선형 에지(60)가 원통형 외면(52)과 교차하는 곳이다. 이를 고려하면, 바닥면(54)은 대략적으로 반달이거나 반-원형 형상이다. 일부 실시형태에서, 직선형 에지(60)의 한 쌍의 에지(66a, 66b)가 이러한 실시형태에서, 더 안쪽에 있게끔 타겟 커플러의 크기가 감소되도록, 원통형 외면(52)이 밀링, 가공, 및/또는 등등을 거칠 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 도 1b에서 가장 잘 보이는 것처럼, 에지(66a, 66b) 및 원통형 외면(52)은 송신기 코일(16) 상에 위치될 수 있는 반면에, 직선형 에지(60)는 2-파트 수신 코일(22)을 가로지르고 송신기 코일(16)의 적어도 일부에 걸쳐 연장된다.
동작 시에, 샤프트(14)의 제 1 단부(12)는 샤프트 축(13) 주위에서 회전되거나 이동된다. 일부 실시형태에서, 샤프트 축(13)은 중심축(68)과 동축으로 정렬된다. 직선형 에지(60)는 회전하거나 송신기 코일(16) 및 2-파트 수신 코일(22)로부터 제 1 거리만큼 이동한다. 직선형 에지(60) 및 제 1 단부(12)의 원통형 외면(52)의 바닥면(54)의 회전 또는 이동이 센서 어셈블리(10)에 의해 검출된다. 반면에, 언더컷부(58)의 언더컷된 표면(64)은 제 1 및 제 2 수신 코일(24, 26) 및 송신기 코일(16)로부터 제 2 거리에 있다. 제 2 거리는 제 1 거리보다 길어서, 제 1 단부(12)의 언더컷부(58)의 언더컷된 표면(64)이 센서 어셈블리(10)에 의해 검출되지 않지만, 직선형 에지(60) 및 바닥면(54)이 검출되게 한다. 축상 또는 수직 방향(즉, +/- Z-방향으로)에서의 언더컷된 표면(64)의 깊이는, 직선형 에지(60) 및 바닥면(54)을 감지 또는 검출하고 언더컷된 표면(64)을 검출하지 않기 위하여 요구되는 신호의 세기에 기반하여 센서 어셈블리(10)에 대한 관계를 가지고 선택된다는 것이 이해되어야 한다.
예를 들어, 그리고 비한정적으로, 축상 또는 수직 방향으로(즉, +/- Z-방향으로)의 언더컷부(58)의 깊이는 대략적으로 4 밀리미터보다 클 수 있고, 직선형 에지(60) 및 2-파트 수신 코일(22)을 포함하는 바닥면(54) 사이의 거리는 대략적으로 1 밀리미터 내지 3 밀리미터일 수 있다. 이를 고려하면, 직선형 에지(60) 및/또는 바닥면(54)만이 센서 어셈블리(10)에 의해 검출될 수 있다. 이를 고려하면, 샤프트(14)의 제 1 단부(12) 내로 형성된 기하학적 구조가 센서 어셈블리(10)에 의해 검출된다는 것이 이해된다.
샤프트(14)의 제 1 단부(12) 내에 형성된 타겟 커플러의 기하학적 구조 및 센서 어셈블리(10)의 구성이 신호 프로세서(702)로 가는 비정현 입력 신호를 정정한다는 것이 또한 이해되어야 한다. 즉, 샤프트(14)의 제 1 단부(12) 내로 형성된 기하학적 구조를 검출하면, 센서 어셈블리(10)는 다음의 형태의 파라미터 방정식의 형태로 극좌표계에서 정현 곡선을 생성한다:
Figure pct00002
여기에서 a = 로터의 평균 반경; b = a와 로터의 최대 반경 사이의 차이; N = 로터의 폴 개수; 및 t = 0 내지 360 도에서 변하는 매개변수 파라미터(parametric parameter)이다.
더 나아가, 샤프트(14)의 제 1 단부(12) 내에 형성된 타겟 커플러의 기하학적 구조 및 센서 어셈블리(10)의 유도성 구성에 의하여, 센서 선형성 오차를 더 개선하기 위해서 더 고차수의 기하학적 고조파가 코일 형상 내에 포함될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 이를 고려하면, 코일 정현 곡선은 이제 다음의 파라미터 방정식이 된다:
Figure pct00003
여기에서 a = 로터의 평균 반경; b = a와 로터의 최대 반경 사이의 차이; N = 로터의 폴 개수; b3 = 코일 형상; 및 t = 0 내지 360 도에서 변하는 매개변수 파라미터이다.
이제 도 2a를 참조하면, Y 변동에 따른 1-폴 선형성 백분율이 표시된다. 세로좌표(70)는 1-폴 선형성 백분율을 나타내고 가로좌표(72)는 각도를 나타낸다. 도 2a에 도시된 바와 같이, Y 변동은 세 개의 그래프를 나타내고, y0 그래프(74)는 샤프트의 중심이 코일에 있을 때의 선형성을 나타내며, yn25 그래프(76)는 샤프트가 -Y 방향을 따라서 0.25 mm만큼 천이될 때의 선형성을 나타내고, yp25 그래프(78)는 샤프트가 +Y 방향을 따라 0.25 mm만큼 천이될 때의 선형성을 나타낸다. 각각의 그래프(74, 76, 78)는 약 0.2 내지 -0.2의 범위를 가지고, 각각의 그래프(74, 76, 78)는 제로 백분율 위 아래에 그려지는 대략적인 정현 곡선이며, y0 그래프(74)가 가장 일관적인 것으로 보인다. Y 오프셋으로 인한 선형성은 기하학적 구조 대칭에 기인한 유사한 선형성을 가진다. 도 2a는 선형성이 X 및 Y 오프셋에 민감하지 않으며 따라서 센서 어셈블리(10)가 기계적인 편심 오차를 견딜 수 있다는 것을 보여준다.
이제 도 2b를 참조하면, Z 변동이 있을 때의 1-폴 선형성 백분율 테스트 결과가 표시된다. 세로좌표(80)는 1-폴 선형성 백분율을 나타내고 가로좌표(82)는 각도를 나타낸다. 도 2b에 도시된 바와 같이, Z 변동은 세 개의 그래프를 포함하는데, Z225 그래프(84)는 2.25 mm 공극에서의 선형성을 나타내고, z250 그래프(86)는 2.50 mm 공극에서의 선형성을 나타내며, z275 그래프(88)는 2.75 mm 공극에서의 선형성을 나타낸다. 각각의 그래프(84, 86, 88)는 약 0.2 내지 -0.2의 범위를 가지고, 각각의 그래프(84, 86, 88)는 제로 백분율 위 아래에 그려지는 대략적인 정현 곡선이다. 도 2b는 선형성이 공극 변동에 둔감하며 따라서 센서 어셈블리(10)가 공극 변동을 견딜 수 있다는 것을 보여준다.
이제 도 3a 내지 도 3e를 참조하면, 2-폴 센서 어셈블리(100)가 개략적으로 도시된다. 2-폴 센서 어셈블리(100)는 센서 어셈블리(110) 및 제 1 단부(112)를 가지는 샤프트(114)를 포함한다. 샤프트(114)의 일부만이 도시되고, 샤프트(114)는 임의의 폭, 지름, 반경, 및/또는 등등일 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 2-폴 센서 어셈블리(100)는 송신기 코일(116)을 포함한다. 송신기 코일(116)은 형상이 대략적으로 원형이고 미리결정된 내경(118) 및 미리결정된 외경(120)을 가진다. 송신기 코일(116)은 교류 전류원(미도시)에 의해 급전되어 전자기 캐리어 플럭스(electromagnetic carrier flux)를 생성할 수 있다.
센서 어셈블리(110)는 2-파트 수신 코일(122)을 더 포함한다. 2-파트 수신 코일(122)은 제 1 수신 코일(124), 제 2 수신 코일(126) 및 중심 영역(132)을 포함한다. 중심 영역(132)은 중심축(168)을 더 포함한다. 제 1 수신 코일(124)은 복수 개의 후크형 코일(128a)을 포함할 수 있다. 실시형태들에서, 복수 개의 후크형 코일(128a)은 2-파트 수신 코일(122)의 중심 영역(132)으로부터 송신기 코일(116)을 향하여 반경방향 밖으로 접선 연장된다. 복수 개의 후크형 코일(128a)의 각각의 후크는 자루부(190a), 스로트부(192a), 만곡부(194a), 및 포인트부(196a)를 포함한다. 자루부(190a)는 2-파트 수신 코일(122)의 중심 영역(132)으로부터 반경방향으로 연장된다. 스로트부(192a)는 부분적으로 또는 전체적으로 아치형 또는 곡선형일 수 있다. 포인트부(196a)는 송신기 코일(116)에 있는 만곡부(194a)로부터 송신기 코일(116)로부터 멀어지는 방향으로 그리고 2-부분 수신 코일(122)의 중심 영역(132)을 향해 연장된다. 일반적으로, 복수 개의 후크형 코일(128a)의 후크형 코일들 각각은 중심축(168) 근처의 위치로부터 반경방향 밖으로 연장되면서 시작되어 송신기 코일(116) 근처의 위치에서 끝나고, 코일의 시작과 끝 사이에 대략적으로 아치형 또는 곡선부를 가진다는 것이 이해된다. 일부 실시형태에서, 포인트부(196a)는 L형 연장부, 선형 연장부, 곡선 연장부, 및/또는 등등이고, 균일하고 대칭적일 수 있다. 다른 실시형태에서, 포인트부(196a)의 L형 연장부, 선형 연장부, 곡선 연장부, 및/또는 등등은 불규칙적 및/또는 비대칭적이다(즉, 균일하지 않음). 각각의 만곡부(194a)가 제 1 수신 코일(124)의 외부 영역 또는 둘레를 형성할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 둘레 또는 외부 영역은 송신기 코일(16)의 내경(18)의 일부에 인접하거나 중첩할 수 있다. 즉, 만곡부(194a) 및/또는 스로트부(192a)의 일부는 부분적으로 또는 전체적으로 송신기 코일(116)의 내경(118)의 일부의 위 또는 아래에 중첩된다는 것이 이해된다. 실시형태들에서, 제 1 수신 코일(124)의 복수 개의 후크형 코일(128a) 각각은 형상이 대칭적이다. 다른 실시형태에서, 제 1 수신 코일(124)의 복수 개의 후크형 코일(128a) 중 임의의 것은 대칭이 아니다.
연결 정션(134c)은 제 1 수신 코일(24)의 복수 개의 후크형 코일(128a)의 각각의 자루부(190a)의 단부에 배치될 수 있다. 일부 실시형태에서, 각각의 자루부(190a)에서 연결 정션(134c) 각각은 대략적으로 L형 연장부, 선형 연장부, 곡선 연장부, 및/또는 등등일 수 있고, 자루부(190a)로부터 자루부에 대해 오프셋되거나 만곡되는 방향으로 대략적으로 연장된다. 일부 실시형태에서, 연결 정션(134c)의 L형 연장부, 선형 연장부, 곡선 연장부, 및/또는 등등은 균일하고 대칭적일 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 다른 실시형태에서, 연결 정션(134c)의 L형 연장부, 선형 연장부, 곡선 연장부, 및/또는 등등은 불규칙적이고 비대칭적일 수 있고(즉, 균일하지 않음) 및 서로로부터 오프셋될 수 있다. 연결 정션(134c)의 개수는 코일의 개수에 의존할 수 있고, 이를 고려하여, 본 명세서에서 설명되는 실시형태는 그 비한정적인 예라는 것이 이해되어야 한다.
연결 정션(134a)은 제 1 수신 코일(124)의 복수 개의 후크형 코일(128a)의 각각의 포인트부(196a)의 단부에 배치될 수 있다. 일부 실시형태에서, 각각의 포인트부(196a)에서 연결 정션(134a) 각각은 송신기 코일(116)로부터 멀어지는 방향으로 대략적으로 연장되도록 포인트부(196a)의 L형 연장부, 선형 연장부, 곡선 연장부, 및/또는 등등의 근단부에 있을 수 있다. 연결 정션(134a)의 개수는 코일의 개수에 의존할 수 있고, 이를 고려하여, 본 명세서에서 설명되는 실시형태는 그 비한정적인 예라는 것이 이해되어야 한다.
실시형태들에서, 포인트부(196a)에 있는 연결 정션(134a) 및 자루부(190a)에 있는 연결 정션(134c) 각각은, 연결 정션(134a, 134c)이 중심 영역(132)을 향해 위치되거나 비스듬하게 되도록 배치될 수 있다. 일부 실시형태에서, 제 1 수신 코일(124)의 복수 개의 후크형 코일(128a)은 자루부(190a) 및/또는 스로트부(192a)를 따라 배치된 추가적이거나 보충적인 연결 정션(134b)을 더 포함한다. 추가적이거나 보충적인 연결 정션(134b)이 복수 개의 후크형 코일(128a) 상의 임의의 장소를 따라 배치될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 연결 정션(134b)은 후크부(140)의 포인트에 배치될 수 있다. 후크부(140)는 중심 영역(132)을 향해 및/또는 그로부터 멀어지게 후크 또는 만곡될 수 있다.
제 2 수신 코일(126)은 복수 개의 후크형 코일(128b)을 포함할 수 있다. 실시형태들에서, 복수 개의 후크형 코일(128b)은 2-파트 수신 코일(122)의 중심 영역(132)으로부터 송신기 코일(116)을 향하여 반경방향 밖으로 접선 연장된다. 복수 개의 후크형 코일(128b)의 각각의 후크는 자루부(190b), 스로트부(192b), 만곡부(194b), 및 포인트부(196b)를 포함한다. 자루부(190b)는 2-파트 수신 코일(122)의 중심 영역(132)으로부터 반경방향으로 연장된다. 스로트부(192b)는 부분적으로 또는 전체적으로 아치형 또는 곡선형일 수 있다. 포인트부(196b)는 송신기 코일(116)에 있는 만곡부(194b)로부터 송신기 코일(116)로부터 멀어지는 방향으로 그리고 2-부분 수신 코일(122)의 중심 영역(132)을 향해 연장된다. 일반적으로, 복수 개의 후크형 코일(128b)의 후크형 코일들 각각은 중심축(168) 근처의 위치로부터 반경방향 밖으로 연장되면서 시작되어 송신기 코일(116) 근처의 위치에서 끝나고, 코일의 시작과 끝 사이에 대략적으로 아치형 또는 곡선부를 가진다는 것이 이해된다. 일부 실시형태에서, 포인트부(196b)는 L형 연장부, 선형 연장부, 곡선 연장부, 및/또는 등등이고, 균일하고 대칭적일 수 있다. 다른 실시형태에서, 포인트부(196b)의 L형 연장부, 선형 연장부, 곡선 연장부, 등등은 불규칙적 및/또는 비대칭적이다(즉, 균일하지 않음). 각각의 만곡부(194b)가 제 2 수신 코일(126)의 외부 영역 또는 둘레를 형성할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 둘레 또는 외부 영역은 송신기 코일(116)의 내경(118)의 일부에 인접하거나 중첩할 수 있다. 즉, 만곡부(194b) 및/또는 스로트부(192b)의 일부는 부분적으로 또는 전체적으로 송신기 코일(116)의 내경(118)의 일부의 위 또는 아래에 중첩된다는 것이 이해된다. 실시형태들에서, 제 2 수신 코일(126)의 복수 개의 후크형 코일(128b) 각각은 형상이 대칭적이다. 다른 실시형태에서, 제 2 수신 코일(126)의 복수 개의 후크형 코일(128b) 중 임의의 것은 대칭이 아니다.
연결 정션(142c)은 제 2 수신 코일(126)의 복수 개의 후크형 코일(128b)의 각각의 자루부(190b)의 단부에 배치될 수 있다. 일부 실시형태에서, 각각의 자루부(190b)에서 연결 정션(142c) 각각은 대략적으로 L형 연장부, 선형 연장부, 곡선 연장부, 및/또는 등등일 수 있고, 자루부(190b)로부터 자루부(190b)에 대해 오프셋되거나 만곡되는 방향으로 대략적으로 연장된다. 일부 실시형태에서, 연결 정션(142c)의 L형 연장부, 선형 연장부, 곡선 연장부, 및/또는 등등은 균일하고 대칭적일 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 다른 실시형태에서, 연결 정션(142c)의 L형 연장부, 선형 연장부, 곡선 연장부, 및/또는 등등은 불규칙적이고 비대칭적일 수 있고(즉, 균일하지 않음) 및 서로로부터 오프셋될 수 있다. 연결 정션(142c)의 개수는 코일의 개수에 의존할 수 있고, 이를 고려하여, 본 명세서에서 설명되는 실시형태는 그 비한정적인 예라는 것이 이해되어야 한다.
연결 정션(142a)은 제 2 수신 코일(126)의 복수 개의 후크형 코일(128b)의 각각의 포인트부(196b)의 단부에 배치될 수 있다. 일부 실시형태에서, 각각의 포인트부(196b)에서 연결 정션(142a) 각각은 송신기 코일(116)로부터 멀어지는 방향으로 대략적으로 연장되도록 포인트부(196b)의 L형 연장부, 선형 연장부, 곡선 연장부, 및/또는 등등의 근단부에 있을 수 있다. 연결 정션(142a)의 개수는 코일의 개수에 의존할 수 있고, 이를 고려하여, 본 명세서에서 설명되는 실시형태는 그 비한정적인 예라는 것이 이해되어야 한다.
실시형태들에서, 포인트부(196b)에 있는 연결 정션(142a) 및 자루부(190b)에 있는 연결 정션(142c) 각각은, 연결 정션(142a, 142c)이 중심 영역(132)을 향해 위치되거나 비스듬하게 되도록 배치될 수 있다. 일부 실시형태에서, 제 2 수신 코일(126)의 복수 개의 후크형 코일(128b)은 자루부(190b) 및/또는 스로트부(192b)를 따라 배치된 추가적이거나 보충적인 연결 정션(142b)을 더 포함한다. 추가적이거나 보충적인 연결 정션(142b)이 복수 개의 후크형 코일(128b) 상의 임의의 장소를 따라 배치될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 연결 정션(142b)은 곡선부(148)의 한 포인트에 배치될 수 있다. 곡선부(148)는 중심 영역(132)을 향해 및/또는 그로부터 멀어지게 후크 또는 만곡될 수 있다.
제 1 수신 코일(124)의 복수 개의 후크형 코일(128a)의 연결 정션(134c) 및 제 2 수신 코일(126)의 복수 개의 후크형 코일(128b)의 연결 정션(142c)이 서로 통신가능하게 커플링되도록 축방향으로 또는 수직 방향으로(즉, +/- Z-방향으로) 정렬된다는 것이 이해되어야 한다. 실시형태들에서, 연결 정션(134c) 및 연결 정션(142c)의 커플링은 중심 영역(132)의 둘레를 형성한다. 실시형태들에서, 한 쌍의 코일, 트레이스 등인 복수 개의 후크형 코일(128a) 각각 및 복수 개의 후크형 코일(128b) 각각에 기인하고, 자루부에 대하여 그리고 각각의 쌍에 대하여 오프셋되거나 만곡된 연결 정션(134c, 142c)의 방향에 의하여, 연결 정션(134c, 142c)은 두 개의 둘레를 형성할 수 있고, 하나는 중심 영역(132)이고 다른 하나는 중심 영역(132)으로부터 반경방향으로 외향인 다른 영역이다.
일부 실시형태에서, 복수 개의 후크형 코일(128a) 각각 및 복수 개의 후크형 코일(128b) 각각은 한 쌍의 코일, 트레이스 등이다. 다른 실시형태에서, 복수 개의 후크형 코일(128a) 각각 및 복수 개의 후크형 코일(128b) 각각은 하나이거나 세 개 이상의 코일, 트레이스 등을 가진다. 제 1 수신 코일(124)의 복수 개의 후크형 코일(128a) 및 제 2 수신 코일(126)의 복수 개의 후크형 코일(128b)은 반대로 권선되고 및/또는 반대 방향으로 오프셋되어, 도 3d 내지 도 3e에서 가장 잘 보이는 것처럼 코일들이 중심 영역(132) 주위에서 반대를 바라보게 한다. 제 1 수신 코일(124) 및 제 2 수신 코일(126)이 식
Figure pct00004
도를 사용하여 동일하게 오프셋될 수 있고, N은 폴의 개수와 같다는 것이 이해된다. 이와 같이, 제 1 수신 코일(124)의 복수 개의 후크형 코일(128a) 및 제 2 수신 코일(126)의 복수 개의 후크형 코일(128b)은 서로로부터 오프셋되어, 제 1 수신 코일(124)의 연결 정션(134a, 134b, 134c)이 제 2 수신 코일(126)의 연결 정션(142a, 142b, 142c)과 정렬되게 한다. 일부 실시형태에서, 본 명세서에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 제 2 수신 코일(126)의 연결 정션(142a, 142b, 142c)에 대한 제 1 수신 코일(124)의 연결 정션(134a, 134b, 134c)의 대응관계에 의하여, 샤프트(114)의 제 1 단부(112)와 연관된 플럭스 변화가 통신 및/또는 수신되게 된다.
제 1 수신 코일(124) 및 제 2 수신 코일(126)은, 센서 어셈블리(10)에 대하여 도 1h를 참조하여 설명된 것과 유사한, 샤프트(114)의 제 1 단부(112)로부터 거리 또는 공극의 차이가 생기도록, 축방향으로 또는 수직 방향으로(즉, +/- Z-방향으로) PCB(130)의 상이한 층에 위치될 수 있다. 즉, 제 1 수신 코일(124)의 복수 개의 후크형 코일(128a)의 각각의 하나는 PCB(130)의 하나의 층에 있고 제 2 수신 코일(126)의 복수 개의 후크형 코일(128b)의 각각의 하나는 모두, 제 1 수신 코일(124)의 복수 개의 후크형 코일(128a)의 각각과 다른 PCB(130)의 다른 층에 있다. 일부 실시형태에서, 제 1 수신 코일(124) 및 제 2 수신 코일(126)은 인접(adjacent) 또는 근접(adjoining) 층에 위치될 수 있다. 다른 실시형태에서, 제 1 수신 코일(124) 및 제 2 수신 코일(126)은 이격되거나, 점유되지 않을 수 있거나 다른 코일(즉 송신기 코일의 일부 등)을 포함할 수 있는 다른 층에 의해 분리되는 층들에 위치될 수 있다. 축상 또는 수직 방향으로(즉, +/- Z-방향으로)의 제 1 수신 코일(124)의 깊이 및 제 2 수신 코일(26)의 깊이는 해당 공극 또는 거리에 대해 요구되는 신호의 세기에 기반하여 샤프트(114)의 제 1 단부(112)에 관련되어 선택된다는 것이 이해되어야 한다.
이를 고려하면, 제 1 수신 코일(124)의 일부는 제 2 수신 코일(126)의 일부 및 이러한 실시형태에서 도 3a 및 도 3b에서 가장 잘 보이고 센서 어셈블리(10)에 대한 도 1h의 단면도에 표시된 바와 같은, 제 1 수신 코일(124)의 랩 부분(lap portion) 아래의 제 2 수신 코일(126)의 일부에 중첩한다. 이를 고려하면, 중첩 부분들이 위의 및/또는 아래의 코일의 경로와 연결되지 않는다는 것, 그리고 이러한 코일 배치에 의하여 상이한 거리 또는 공극으로부터의 샤프트(114)의 제 1 단부(112)의 감지가 감지될 수 있고, 제 1 수신 코일(124) 및 제 2 수신 코일(126)이 독립적인 코일로서의 역할을 할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 또 다른 실시형태에서, 제 1 수신 코일(124) 및 제 2 수신 코일(126)의 일부는, 수직 방향으로(즉, +/- Z-방향으로) 또는 동일한 깊이 또는 샤프트(114)의 제 1 단부(112)로부터의 공극을 가지도록, PCB(130)의 동일한 층 내에 배치된다.
제 1 수신 코일(124)의 복수 개의 후크형 코일(128a) 및 제 2 수신 코일(126)의 복수 개의 후크형 코일(128b)이 각각 여덟 개의 코일을 가지는 것으로 도시되지만, 이것은 비한정적인 예이고 2-파트 수신 코일(122)은 그보다 많거나 적은 코일을 가질 수 있다는 것이 또한 이해되어야 한다. 또한, 제 2 수신 코일(126)보다 제 1 수신 코일(124)에 더 많은 후크형 코일(128a)이 존재할 수 있고 그 반대의 경우도 마찬가지라는 것이 이해되어야 한다. 더 나아가, 제 1 수신 코일(124)의 복수 개의 후크형 코일(128a) 및 제 2 수신 코일(126)의 복수 개의 후크형 코일(128b)이 송신기 코일(116)과 공평면일 수 있고, 또는 서로 및/또는 송신기 코일(116)과 평행인 평면에 있을 수도 있다는 것이 이해되어야 한다.
센서 어셈블리(110)가 센서 어셈블리(10)에 대해 도시된 바와 같은 송신기 코일(116)을 활용한다는 것이 이해되어야 한다. 특히, 도 1f 내지 도 1g 및 도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 송신기 코일(116)은 두 부분인, PCB(130)의 두 층들 사이에 인터레이스된 상부 코일(16a) 및 하부 코일(16b)을 포함한다. 본 명세서에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 송신기 코일(16)의 각각의 파트는 대략적으로 원형이고 적어도 타겟 커플러의 지름만큼 연장된다. 더 나아가, 상부 코일(16a)은 내경(18a) 및 외경(20a)을 가지고, 하부 코일(16b)은 내경(18b) 및 외경(20b)을 가진다. 상부 및 하부 코일(16a, 16b)의 내부 및 외경은 송신기 코일(116)의 내경(118) 및 외경(120)을 형성한다. 간명화를 위하여, 송신기 코일(116)의 나머지 설명은 본 명세서에서 생략되고, 앞서서 더 상세히 설명된 바 있다.
이제 다시 도 3a 내지 도 3e를 참조하면, 샤프트(114)의 제 1 단부(112)가 설명될 것이다. 샤프트(114)는 제 1 단부(112) 및 제 2 단부(미도시)를 가지는 기다란 부재일 수 있다. 제 2 단부가 디바이스(미도시)에 부착되어, 제 2 단부가 샤프트 축(113) 주위에서 회전 또는 이동(즉, 선형, 곡선형, 타원형 등)하게 한다는 것이 이해되어야 한다. 샤프트(114)는, 커플링이 센서 어셈블리(110)에 의해 검출될 수 있도록 전자기장 또는 자속 및/또는 샤프트를 커플러로 만드는 것에 영향을 주고, 변경하며, 수정 등을 하기에 적합한 임의의 재료일 수 있다.
제 1 단부(112)는 샤프트(114)로부터 일체화되어 형성된다. 즉, 제 1 단부(112)는 샤프트(114)이지만, 본 명세서에서 상세히 설명되는 바와 같은 기하학적 차이를 포함한다. 이를 고려하면, 제 1 단부(112)는 원통형 외부 표면(152) 및 바닥면(154)을 가진다. 바닥면(154)은 평면형이다. 두 개의 언더컷부(158a, 158b)를 생성하는 두 개의 플랫부(156a, 156b)를 원통형 외부 표면(152)내에 형성하는 것과 같은 기하학적 차이를 포함하도록, 원통형 외부 표면(152)은 밀링, 가공, 및/또는 등등을 거칠 수 있다. 즉, 두 개의 플랫부(156a, 156b)의 각각의 플랫부는 원통형 외면(152)을 샤프트 축(113)으로부터 반경방향으로 제거함으로써 형성될 수 있다. 두 개의 언더컷부(158a, 158b) 각각은 보이드를 가지거나 샤프트 재료가 없다. 즉, 원통형 외면(152) 내에 두 개의 플랫부(156a, 156b)를 생성하면, 원통형 외면(152)의 일부 및 바닥면(154)의 일부가 깎이거나 제거되어, 원통형 외면(152) 및 제 1 단부(112)의 바닥면(154)의 일부가 제거되게 된다. 원통형 외면(152) 내에 형성된 두 개의 플랫부(156a, 156b)를 생성함으로써, 언더컷된 표면(164a, 164b)을 가지는 두 개의 언더컷부(158a, 158b)가 생성된다. 언더컷된 표면(164a, 164b)은 각각 바닥면(154)으로부터 이격된 제 2 평면이다. 두 개의 언더컷부(158a, 158b)는 동일하다(즉, 균일하고 형상 및 크기에 있어서 대칭적임). 일부 실시형태에서, 두 개의 언더컷부(158a, 158b) 각각은 균일하고/또는 형상 및 크기가 대칭적이지 않을 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 두 개의 플랫부(156a, 156b) 각각은 샤프트 축(113)과 동축적으로 제 2 단부(미도시)를 향해 연장되고 각각의 개별적인 언더컷된 표면(164a, 164b)에 있는 상단부에서 종단되는 벽(162a, 162b)을 포함한다. 도 3a에서 가장 잘 보이는 것처럼, 각각의 벽(162a, 162b)의 하단부는 바닥면(154)에서 종단되는데, 이것이 직선형 에지(160a, 160b)를 형성한다. 각각의 직선형 에지(160a, 160b)는 원통형 외면(152) 사이에서 연장되고, 이것이 직선형 에지(160a)의 한 쌍의 에지(166a, 166b) 및 직선형 에지(160b)에 대한 한 쌍의 에지(166c, 166d)를 생성한다. 직선형 에지(160a, 160b) 및 바닥면(154)은 커플러 타겟이다. 즉, 한 쌍의 에지(166a, 166b)는 직선형 에지(160a)가 원통형 외면(152)과 교차하는 곳이고, 한 쌍의 에지(166a, 166b)는 직선형 에지(160b)가 또한 원통형 외면(152)과 교차하는 곳이다.
일부 실시형태에서, 도 3c에 도시된 바와 같이, 타겟 커플러가 직선형 에지(160a, 160b)를 분리하는 한 쌍의 아치형 표면(198a, 198b)을 가지고 원통형 외면(152)의 지름 보다 작은 한 쌍의 아치형 표면(198a, 198b)을 가지면서 크기가 감소되도록, 원통형 외면(152)은 밀링, 가공, 및/또는 등등을 거칠 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 직선형 에지(160a)의 한 쌍의 에지(166a, 166b) 및 직선형 에지(160b)의 한 쌍의 에지(166c, 166d)는 이러한 실시형태에서 더 안쪽에 있을 것이다. 직선형 에지(160a, 160b) 및 원통형 외면(152)은 2-파트 수신 코일(122) 위에 위치될 수 있다.
동작 시에, 샤프트(114)의 제 1 단부(112)는 샤프트 축(113) 주위에서 회전되거나 이동되어, 직선형 에지(160a, 160b)가 송신기 코일(116) 및 2-파트 수신 코일(122)로부터 제 1 거리에서 회전 또는 이동하게 한다. 일부 실시형태에서, 직선형 에지(160a, 160b) 및 원통형 외면(152)은 샤프트 축(113) 주위에서 그리고 송신기 코일(116)의 내경(118) 내에서 회전한다. 다른 실시형태에서, 직선형 에지(160a, 160b) 및/또는 원통형 외면(152)은 송신기 코일(16)의 적어도 일부에 걸쳐 연장된다. 직선형 에지(160a, 160b) 및 제 1 단부(112)의 바닥면(154)의 회전 또는 이동은 센서 어셈블리(110)에 의해 검출된다. 반면에, 두 개의 언더컷부(158a, 158b)의 언더컷된 표면(164a, 164b)은 제 1 및 제 2 수신 코일(124, 126) 및 송신기 코일(116)로부터 제 2 거리에 있다. 제 2 거리는 축상 또는 수직 방향으로(즉 +/- Z-방향으로) 제 1 거리보다 길어서, 언더컷부(138a, 138b)의 언더컷된 표면(164a, 164b)이 센서 어셈블리(110)에 의해 검출되지 않지만, 직선형 에지(160a, 160b) 및 바닥면(154)이 검출되게 한다. 두 개의 언더컷부(158a, 158b) 및 언더컷된 표면(164a, 164b)의 축상 또는 수직 방향으로(즉, +/- Z-방향으로)의 깊이가, 직선형 에지(160a, 160b) 및 바닥면(154)을 감지하거나 검출하고 및 언더컷된 표면(164a, 164b)을 검출하지 않기 위해서 요구되는 신호의 세기에 기반하여, 센서 어셈블리(110)에 관련하여 선택된다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 및 비한정적으로, 언더컷된 표면(164a, 164b)의 깊이는 대략적으로 4 밀리미터보다 깊을 수 있고, 직선형 에지(160a, 160b)를 포함하는 바닥면(154)과 센서 어셈블리(110) 사이의 거리는 대략적으로 1 밀리미터 내지 3 밀리미터 사이일 수 있다. 이를 고려하면, 직선형 에지(160a, 160b) 및/또는 바닥면(154)만이 센서 어셈블리(110)에 의해 검출될 수 있다.
이를 고려하면, 샤프트(114)의 제 1 단부(112) 내에 형성된 타겟 커플러의 기하학적 구조 및 센서 어셈블리(110)의 구성이 신호 프로세서(702)로 가는 비정현 입력 신호를 정정한다는 것이 이해된다. 즉, 샤프트(114)의 제 1 단부(112) 내로 형성된 기하학적 구조를 검출하면, 센서 어셈블리(110)는 본 명세서에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 극좌표계에서 정현 곡선을 생성한다. 더 나아가, 샤프트(114)의 제 1 단부(112) 내에 형성된 타겟 커플러의 기하학적 구조 및 센서 어셈블리(110) 내의 코일의 구조가, 본 명세서에서 더 상세히 설명되는 바와 같은 샤프트(114)의 제 1 단부(112) 내에 형성된 기하학적 구조를 검출할 때 고조파를 제거한다.
이제 도 4a를 참조하면, Z-축 변동에 따른 2-폴 선형성 백분율이 표시된다. 세로좌표(170)는 2-폴 선형성 백분율을 나타내고 가로좌표(172)는 각도를 나타낸다. 도 4a에 도시된 바와 같이, Z 변동은 세 개의 그래프를 포함하는데, Z175 그래프(174)는 1.75 mm 공극에서의 선형성을 나타내고, z200 그래프(176)는 2 mm 공극에서의 선형성을 나타내며, z225 그래프(178)는 2.25 mm 공극에서의 선형성을 나타낸다. 각각의 그래프(174, 176, 178)는 약 0.2 내지 -0.2의 범위를 가지고, 제로 백분율 위 아래에 그려지는 대략적인 정현 곡선이며, z175 그래프(174)가 가장 일관적인 것으로 보인다. 도 4a는 선형성이 공극 변동에 둔감하다는 것 및 2-폴 센서 어셈블리(100)가 공극 변동을 견딜 수 있다는 것을 보여준다.
이제 도 4b를 참조하면, X-축 변동에 따른 2-폴 선형성 백분율이 표시된다. 세로좌표(180)는 2-폴 선형성 백분율을 나타내고 가로좌표(182)는 각도를 나타낸다. 도 4b에 도시된 바와 같이, Y 변동은 세 개의 그래프를 나타내고, x0 mm 그래프(184)는 샤프트의 중심이 코일에 있을 때의 선형성을 나타내며, x=-0.25 mm 그래프(186)는 샤프트가 -x 방향을 따라서 0.25 mm만큼 천이될 때의 선형성을 나타내고, x=0.25 mm 그래프(188)는 샤프트가 +x 방향을 따라 0.25 mm만큼 천이될 때의 선형성을 나타낸다. 각각의 그래프(184, 186, 188)는 약 0.2 내지 -0.4의 범위를 가지고, 제로 백분율 위 아래에 그려지는 대략적인 정현 곡선이다. Y 오프셋으로 인한 선형성은 기하학적 구조 대칭에 기인한 유사한 선형성을 가진다. 도 4b는 선형성이 X 및 Y 오프셋에 민감하지 않으며 따라서 2-폴 센서 어셈블리(100)가 기계적인 편심 오차를 견딜 수 있다는 것을 보여준다.
이제 도 5a 내지 도 5d를 참조하면, 3-폴 센서 어셈블리(200)가 개략적으로 도시된다. 3-폴 센서 어셈블리(200)는 센서 어셈블리(210) 및 제 1 단부(212)를 가지는 샤프트(214)를 포함한다. 샤프트(214)의 일부만이 도시되고, 샤프트(214)는 임의의 폭, 지름, 반경, 및/또는 등등일 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 3-폴 센서 어셈블리(200)는 송신기 코일(216)을 포함한다. 송신기 코일(216)은 형상이 대략적으로 원형이고 미리결정된 내경(218) 및 미리결정된 외경(220)을 가진다. 송신기 코일(216)은 교류 전류원(미도시)에 의해 급전되어 전자기 캐리어 플럭스(electromagnetic carrier flux)를 생성할 수 있다.
센서 어셈블리(210)는 2-파트 수신 코일(222)을 더 포함한다. 2-파트 수신 코일(222)은 제 1 수신 코일(224), 제 2 수신 코일(226) 및 중심 영역(232)을 포함한다. 중심 영역(232)은 중심축(268)을 더 포함한다. 제 1 수신 코일(224)은 복수 개의 후크형 코일(228a)을 포함할 수 있다. 실시형태들에서, 복수 개의 후크형 코일(228a)은 2-파트 수신 코일(222)의 중심 영역(232)으로부터 송신기 코일(216)을 향하여 반경방향 밖으로 접선 연장된다. 복수 개의 후크형 코일(228a)의 각각의 후크는 자루부(290a), 스로트부(292a), 만곡부(294a), 및 포인트부(296a)를 포함한다. 자루부(290a)는 2-파트 수신 코일(222)의 중심 영역(232)으로부터 반경방향으로 연장된다. 스로트부(292a)는 부분적으로 또는 전체적으로 아치형 또는 곡선형일 수 있다. 포인트부(296a)는 송신기 코일(216)에 있는 만곡부(294a)로부터 송신기 코일(216)로부터 멀어지는 방향으로 그리고 2-부분 수신 코일(222)의 중심 영역(232)을 향해 연장된다. 일반적으로, 복수 개의 후크형 코일(228a)의 후크형 코일들 각각은 중심축(268) 근처의 위치로부터 반경방향 밖으로 연장되면서 시작되어 송신기 코일(216) 근처의 위치에서 끝나고, 코일의 시작과 끝 사이에 대략적으로 아치형 또는 곡선 부분을 가진다는 것이 이해된다. 일부 실시형태에서, 포인트부(296a)는 L형 연장부, 선형 연장부, 곡선 연장부, 및/또는 등등이고, 균일하고 대칭적일 수 있다. 다른 실시형태에서, 포인트부(296a)의 L형 연장부, 선형 연장부, 곡선 연장부, 및/또는 등등은 불규칙적이고 비대칭적이다(즉, 균일하지 않음). 각각의 만곡부(294a)가 제 1 수신 코일(224)의 외부 영역 또는 둘레를 형성할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 둘레 또는 외부 영역은 송신기 코일(216)의 내경(218)의 일부에 인접하거나 중첩할 수 있다. 즉, 만곡부(294a) 및/또는 스로트부(292a)의 일부는 부분적으로 또는 전체적으로 송신기 코일(216)의 내경(218)의 일부의 위 또는 아래에 중첩된다는 것이 이해된다. 실시형태들에서, 제 1 수신 코일(224)의 복수 개의 후크형 코일(228a) 각각은 형상이 대칭적이다. 다른 실시형태에서, 제 1 수신 코일(224)의 복수 개의 후크형 코일(228a) 중 임의의 것은 대칭이 아니다.
연결 정션(234c)은 제 1 수신 코일(224)의 복수 개의 후크형 코일(228a)의 각각의 자루부(290a)의 단부에 배치될 수 있다. 일부 실시형태에서, 각각의 자루부(290a)에서 연결 정션(234c) 각각은 대략적으로 L형 연장부, 선형 연장부, 곡선 연장부, 및/또는 등등일 수 있고, 자루부(290a)로부터 자루부(290a)에 대해 오프셋되거나 만곡되는 방향으로 대략적으로 연장된다. 일부 실시형태에서, 연결 정션(234c)의 L형 연장부, 선형 연장부, 곡선 연장부, 및/또는 등등은 균일하고 대칭적일 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 다른 실시형태에서, 연결 정션(234c)의 L형 연장부, 선형 연장부, 곡선 연장부, 및/또는 등등은 불규칙적이고 비대칭적일 수 있다(즉, 균일하지 않음). 연결 정션(234c)의 개수는 코일의 개수에 의존할 수 있고, 이를 고려하여, 본 명세서에서 설명되는 실시형태는 그 비한정적인 예라는 것이 이해되어야 한다.
연결 정션(234a)은 제 1 수신 코일(224)의 복수 개의 후크형 코일(228a)의 각각의 포인트부(296a)의 단부에 배치될 수 있다. 일부 실시형태에서, 각각의 포인트부(296a)에서 연결 정션(234a) 각각은 송신기 코일(116)로부터 멀어지는 방향으로 대략적으로 연장되도록 포인트부(296a)의 L형 연장부, 선형 연장부, 곡선 연장부, 및/또는 등등의 근단부에 있을 수 있다. 연결 정션(234a)의 개수는 코일의 개수에 의존할 수 있고, 이를 고려하여, 본 명세서에서 설명되는 실시형태는 그 비한정적인 예라는 것이 이해되어야 한다.
실시형태들에서, 포인트부(296a)에 있는 연결 정션(234a) 및 자루부(290a)에 있는 연결 정션(234c) 각각은, 연결 정션(234a, 234c)이 중심 영역(232)을 향해 위치되거나 비스듬하게 되도록 배치될 수 있다. 일부 실시형태에서, 제 1 수신 코일(224)의 복수 개의 후크형 코일(228a)은 자루부(290a) 및/또는 스로트부(292a)를 따라 배치된 추가적이거나 보충적인 연결 정션(234b)을 더 포함한다. 추가적이거나 보충적인 연결 정션(234b)이 복수 개의 후크형 코일(228a) 상의 임의의 장소를 따라 배치될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 연결 정션(234b)은 후크부(240)의 포인트에 배치될 수 있다. 후크부(240)는 중심 영역(232)을 향해 및/또는 그로부터 멀어지게 후크 또는 만곡될 수 있다.
제 2 수신 코일(226)은 복수 개의 후크형 코일(228b)을 포함할 수 있다. 실시형태들에서, 복수 개의 후크형 코일(228b)은 2-파트 수신 코일(222)의 중심 영역(232)으로부터 송신기 코일(216)을 향하여 반경방향 밖으로 접선 연장된다. 복수 개의 후크형 코일(228b)의 각각의 후크는 자루부(290b), 스로트부(292b), 만곡부(294b), 및 포인트부(296b)를 포함한다. 자루부(290b)는 2-파트 수신 코일(222)의 중심 영역(232)으로부터 반경방향으로 연장된다. 스로트부(292b)는 부분적으로 또는 전체적으로 아치형 또는 곡선형일 수 있다. 포인트부(296b)는 송신기 코일(216)에 있는 만곡부(294b)로부터 송신기 코일(216)로부터 멀어지는 방향으로 그리고 2-부분 수신 코일(222)의 중심 영역(232)을 향해 연장된다. 일반적으로, 복수 개의 후크형 코일(228b)의 후크형 코일들 각각은 중심축(268) 근처의 위치로부터 반경방향 밖으로 연장되면서 시작되어 송신기 코일(216) 근처의 위치에서 끝나고, 코일의 시작과 끝 사이에 대략적으로 아치형 또는 곡선 부분을 가진다는 것이 이해된다. 일부 실시형태에서, 포인트부(296b)는 L형 연장부, 선형 연장부, 곡선 연장부, 및/또는 등등이고, 균일하고 대칭적일 수 있다. 다른 실시형태에서, 포인트부(296b)의 L형 연장부, 선형 연장부, 곡선 연장부, 등등은 불규칙적 및/또는 비대칭적이다(즉, 균일하지 않음). 각각의 만곡부(294b)가 제 2 수신 코일(226)의 외부 영역 또는 둘레를 형성할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 둘레 또는 외부 영역은 송신기 코일(216)의 내경(218)의 일부에 인접하거나 중첩할 수 있다. 즉, 만곡부(294b) 및/또는 스로트부(292b)의 일부는 부분적으로 또는 전체적으로 송신기 코일(216)의 내경(218)의 일부의 위 또는 아래에 중첩된다는 것이 이해된다. 실시형태들에서, 제 2 수신 코일(226)의 복수 개의 후크형 코일(228b) 각각은 형상이 대칭적이다. 다른 실시형태에서, 제 2 수신 코일(226)의 복수 개의 후크형 코일(228b) 중 임의의 것은 대칭이 아니다.
연결 정션(242c)은 제 2 수신 코일(226)의 복수 개의 후크형 코일(228b)의 각각의 자루부(290b)의 단부에 배치될 수 있다. 일부 실시형태에서, 각각의 자루부(290b)에서 연결 정션(234c) 각각은 대략적으로 L형 연장부, 선형 연장부, 곡선 연장부, 및/또는 등등일 수 있고, 자루부(290b)로부터 자루부(290b)에 대해 오프셋되거나 만곡되는 방향으로 대략적으로 연장된다. 일부 실시형태에서, 연결 정션(242c)의 L형 연장부, 선형 연장부, 곡선 연장부, 및/또는 등등은 균일하고 대칭적일 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 다른 실시형태에서, 연결 정션(242c)의 L형 연장부, 선형 연장부, 곡선 연장부, 및/또는 등등은 불규칙적이고 비대칭적일 수 있다(즉, 균일하지 않음). 연결 정션(234c)의 개수는 코일의 개수에 의존할 수 있고, 이를 고려하여, 본 명세서에서 설명되는 실시형태는 그 비한정적인 예라는 것이 이해되어야 한다.
연결 정션(242a)은 제 2 수신 코일(226)의 복수 개의 후크형 코일(228b)의 각각의 포인트부(296b)의 단부에 배치될 수 있다. 일부 실시형태에서, 각각의 포인트부(296b)에서 연결 정션(242a) 각각은 송신기 코일(216)로부터 멀어지는 방향으로 대략적으로 연장되도록 포인트부(296b)의 L형 연장부, 선형 연장부, 곡선 연장부, 및/또는 등등의 근단부에 있을 수 있다. 연결 정션(242a)의 개수는 코일의 개수에 의존할 수 있고, 이를 고려하여, 본 명세서에서 설명되는 실시형태는 그 비한정적인 예라는 것이 이해되어야 한다.
실시형태들에서, 포인트부(296b)에 있는 연결 정션(242a) 및 자루부(290b)에 있는 연결 정션(242c) 각각은, 연결 정션(242a, 242c)이 중심 영역(232)을 향해 위치되거나 비스듬하게 되도록 배치될 수 있다. 일부 실시형태에서, 제 2 수신 코일(226)의 복수 개의 후크형 코일(228b)은 자루부(290b) 및/또는 스로트부(292b)를 따라 배치된 추가적이거나 보충적인 연결 정션(242b)을 더 포함한다. 추가적이거나 보충적인 연결 정션(242b)이 복수 개의 후크형 코일(228b) 상의 임의의 장소를 따라 배치될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 연결 정션(242b)은 곡선 부분(248)의 한 포인트에 배치될 수 있다. 곡선부(248)는 중심 영역(232)을 향해 및/또는 그로부터 멀어지게 후크 또는 만곡될 수 있다.
제 1 수신 코일(224)의 복수 개의 후크형 코일(228a)의 연결 정션(234c) 및 제 2 수신 코일(226)의 복수 개의 후크형 코일(228b)의 연결 정션(242c)이 서로 통신가능하게 커플링되도록 축방향으로 또는 수직 방향으로(즉, +/- Z-방향으로) 정렬된다는 것이 이해되어야 한다. 실시형태들에서, 연결 정션(234c) 및 연결 정션(242c)의 커플링은 중심 영역(232)의 둘레를 형성한다. 더 나아가, 실시형태들에서, 센서 어셈블리(110)(도 3b)의 복수 개의 후크형 코일(128a) 각각(도 3d) 및 복수 개의 후크형 코일(128b) 각각(도 3e)과 비교할 때, 복수 개의 후크형 코일(228a) 각각 및 복수 개의 후크형 코일(228b) 각각은 더 큰 반경을 가지고, 일정한 반경을 가지며, 중심 영역(232)에 대해서 더 많이 기울어지는 등이 성립한다. 실시형태들에서, 중심 영역(232)에 대한 복수 개의 후크형 코일(228a) 각각 및 복수 개의 후크형 코일(228b) 각각의 복수 개의 후크형 코일(128a) 각각(도 3d) 및 복수 개의 후크형 코일(128b) 각각(도 3e)은 예각이다. 다른 실시형태에서, 중심 영역(232)에 대한 복수 개의 후크형 코일(228a) 각각 및 복수 개의 후크형 코일(228b) 각각은 둔각이다.
일부 실시형태에서, 복수 개의 후크형 코일(228a) 각각 및 복수 개의 후크형 코일(228b) 각각은 한 쌍의 코일, 트레이스 등이다. 다른 실시형태에서, 복수 개의 후크형 코일(228a) 각각 및 복수 개의 후크형 코일(228b) 각각은 하나이거나 세 개 이상의 코일, 트레이스 등을 가진다. 제 1 수신 코일(224)의 복수 개의 후크형 코일(228a) 및 제 2 수신 코일(226)의 복수 개의 후크형 코일(228b)은 반대로 권선되고 및/또는 반대 방향으로 오프셋되어, 도 5c 및 도 5d에서 가장 잘 보이는 것처럼 코일들이 중심 영역(232) 주위에서 반대를 바라보게 한다. 제 1 수신 코일(224) 및 제 2 수신 코일(226)이 식
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도을 사용하여 동일하게 오프셋될 수 있고, N은 폴의 개수와 같다는 것이 이해된다. 이와 같이, 제 1 수신 코일(224)의 복수 개의 후크형 코일(228a) 및 제 2 수신 코일(226)의 복수 개의 후크형 코일(228b)은 서로로부터 오프셋되어, 제 1 수신 코일(224)의 연결 정션(234a, 234b, 234c)이 제 2 수신 코일(226)의 연결 정션(242a, 242b, 242c)과 정렬되게 한다. 일부 실시형태에서, 본 명세서에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 제 2 수신 코일(226)의 연결 정션(242a, 242b, 242c)에 대한 제 1 수신 코일(224)의 연결 정션(234a, 234b, 234c)의 대응관계에 의하여, 샤프트(214)의 제 1 단부(212)와 연관된 플럭스 변화가 통신 및/또는 수신되게 된다.
제 1 수신 코일(224) 및 제 2 수신 코일(226)은, 센서 어셈블리(10)에 대하여 도 1h를 참조하여 설명된 것과 유사한, 샤프트(214)의 제 1 단부(212)로부터 거리 또는 공극의 차이가 생기도록, 축방향으로 또는 수직 방향으로(즉, +/- Z-방향으로) PCB(230)의 상이한 층에 위치될 수 있다. 즉, 제 1 수신 코일(224)의 복수 개의 후크형 코일(228a)의 각각의 하나는 PCB(230)의 하나의 층에 있고 제 2 수신 코일(226)의 복수 개의 후크형 코일(228b)의 각각의 하나는 모두, 제 1 수신 코일(324)의 복수 개의 후크형 코일(228a)의 각각과 다른 PCB(330)의 다른 층에 있다. 일부 실시형태에서, 제 1 수신 코일(224) 및 제 2 수신 코일(226)은 인접(adjacent) 또는 근접(adjoining) 층에 위치될 수 있다. 다른 실시형태에서, 제 1 수신 코일(224) 및 제 2 수신 코일(226)은 이격되거나, 점유되지 않을 수 있거나 다른 코일(즉 송신기 코일의 일부 등)을 포함할 수 있는 다른 층에 의해 분리되는 층들에 위치될 수 있다. 축상 또는 수직 방향으로(즉, +/- Z-방향으로)의 제 1 수신 코일(124)의 깊이 및 제 2 수신 코일(126)의 깊이는 해당 공극 또는 거리에 대해 요구되는 신호의 세기에 기반하여 샤프트(114)의 제 1 단부(112)에 관련되어 선택된다는 것이 이해되어야 한다.
이를 고려하면, 제 1 수신 코일(224)의 일부는 제 2 수신 코일(226)의 일부 및 이러한 실시형태에서 도 3a 및 도 3b에서 가장 잘 보이고 센서 어셈블리(10)에 대한 도 1h의 단면도에 표시된 바와 같은, 제 1 수신 코일(224)의 랩 부분(lap portion) 아래의 제 2 수신 코일(226)의 일부에 중첩한다. 이를 고려하면, 중첩 부분들이 위의 및/또는 아래의 코일의 경로와 연결되지 않는다는 것, 그리고 이러한 코일 배치에 의하여 상이한 거리 또는 공극으로부터의 샤프트(214)의 제 1 단부(212)의 감지가 감지될 수 있고, 제 1 수신 코일(224) 및 제 2 수신 코일(226)이 독립적인 코일로서의 역할을 할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 또 다른 실시형태에서, 제 1 수신 코일(224) 및 제 2 수신 코일(226)의 일부는, 수직 방향으로(즉, +/- Z-방향으로) 또는 동일한 깊이 또는 샤프트(214)의 제 1 단부(212)로부터의 공극을 가지도록, PCB(230)의 동일한 층 내에 배치된다.
제 1 수신 코일(224)의 복수 개의 후크형 코일(228a) 및 제 2 수신 코일(226)의 복수 개의 후크형 코일(228b)이 각각 여덟 개의 코일을 가지는 것으로 도시되지만, 이것은 비한정적인 예이고 2-파트 수신 코일(222)은 그보다 많거나 적은 코일을 가질 수 있다는 것이 또한 이해되어야 한다. 또한, 제 2 수신 코일(226)보다 제 1 수신 코일(224)에 더 많은 후크형 코일(228a)이 존재할 수 있고 그 반대의 경우도 마찬가지라는 것이 이해되어야 한다. 더 나아가, 제 1 수신 코일(224)의 복수 개의 후크형 코일(228a) 및 제 2 수신 코일(226)의 복수 개의 후크형 코일(228b)이 송신기 코일(216)과 공평면일 수 있고, 또는 서로 및/또는 송신기 코일(216)과 평행인 평면에 있을 수도 있다는 것이 이해되어야 한다.
3-폴 센서 어셈블리(200)가 센서 어셈블리(210)에 대해 도시된 바와 같은 송신기 코일(216)을 활용한다는 것이 이해되어야 한다. 특히, 도 1f 내지 도 1g 및 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 송신기 코일(216)은 두 부분인, PCB(230)의 두 층들 사이에 인터레이스된 상부 코일(16a) 및 하부 코일(16b)을 포함한다. 본 명세서에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 송신기 코일(216)의 각각의 파트는 대략적으로 원형이고 적어도 타겟 커플러의 지름만큼 연장된다. 더 나아가, 상부 코일(16a)은 내경(18a) 및 외경(20a)을 가지고, 하부 코일(16b)은 내경(18b) 및 외경(20b)을 가진다. 상부 및 하부 코일(16a, 16b)의 내부 및 외경은 송신기 코일(216)의 내경(218) 및 외경(220)을 형성한다. 간명화를 위하여, 송신기 코일(216)의 나머지 설명은 본 명세서에서 생략되고, 1-폴 센서 어셈블리(1)에 대해 앞서서 더 상세히 설명된 바 있다.
이제 다시 도 5a 내지 도 5d를 참조하면, 샤프트(214)의 제 1 단부(212)가 설명될 것이다. 샤프트(214)는 제 1 단부(212) 및 제 2 단부(미도시)를 가지는 기다란 부재일 수 있다. 제 2 단부가 디바이스(미도시)에 부착되어, 제 2 단부가 샤프트 축(213) 주위에서 회전 또는 이동(즉, 선형, 곡선형, 타원형 등)하게 한다는 것이 이해되어야 한다. 샤프트(214)는, 커플링이 센서 어셈블리(210)에 의해 검출될 수 있도록 전자기장 또는 자속 및/또는 샤프트를 커플러로 만드는 것에 영향을 주고, 변경하며, 수정 등을 하기에 적합한 임의의 재료일 수 있다.
제 1 단부(212)는 샤프트(214)로부터 일체화되어 형성된다. 즉, 제 1 단부(212)는 샤프트(214)이지만, 본 명세서에서 상세히 설명되는 바와 같은 기하학적 차이를 포함한다. 이를 고려하면, 제 1 단부(212)는 원통형 외부 표면(252) 및 바닥면(254)을 가진다. 바닥면(254)은 평면형이다. 세 개의 언더컷부(258a, 258b, 258b)를 생성하는 세 개의 플랫부(256a, 256b, 256c)를 원통형 외부 표면(252)내에 형성하는 것과 같은 기하학적 차이를 포함하도록, 원통형 외부 표면(252)은 밀링, 가공, 및/또는 등등을 거칠 수 있다. 즉, 각각의 플랫부(256a, 256b, 256c)는 원통형 외면(252)을 샤프트 축(213)으로부터 반경방향으로 제거함으로써 형성될 수 있다. 언더컷부(258a, 258b, 258c) 각각은 보이드를 가지거나 샤프트 재료가 없다. 즉, 원통형 외면(252) 내에 플랫부(256a, 256b, 256c)를 생성하면, 원통형 외면(252)의 일부 및 바닥면(254)의 일부가 깎이거나 제거되어, 원통형 외면(252)의 일부 및 제 1 단부(212)의 바닥면(254)이 제거되게 된다. 원통형 외면(252) 내에 형성된 세 개의 플랫부(256a, 256b, 256c)를 생성함으로써, 언더컷된 표면(264a, 264b, 264c)을 가지는 세 개의 언더컷부(258a, 258b, 258c)가 생성된다. 언더컷된 표면(264a, 264b, 264c)은 각각 바닥면(254)으로부터 이격된 제 2 평면이다. 세 개의 언더컷부(258a, 258b, 258c)를 생성하는 세 개의 플랫부(256a, 256b, 256c)는 모두 동일하고(즉, are 균일하고 형상 및 크기가 대칭적임), 따라서 언더컷부(258a)만이 상세히 설명될 것이다. 각각의 언더컷부(258a, 258b, 258c)가 균일하고/또는 형상 및 크기가 대칭적이지 않을 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 플랫부(256a)는 샤프트 축(213)과 동축적으로 제 2 단부(미도시)를 향해 연장되고 언더컷된 표면(264a)에 있는 상단부에서 종단되는 벽(262)을 포함한다. 도 5a에서 가장 잘 보이는 것처럼, 벽(262)의 하단부는 바닥면(254)에서 종단되고, 이것이 직선형 에지(260a)를 형성한다. 언더컷부(258a, 258b, 258c) 각각은 언더컷된 표면(264a, 264b, 264c) 및 직선형 에지(260a, 260b, 260c)(도 5b)를 반대편에 가진다는 것이 이해되어야 한다. 직선형 에지(260a, 260b, 260c)는 바닥면(254)으로부터 이격되고 원통형 외면(252)의 굴곡에 의해 분리된다. 직선형 에지(260a)는 원통형 외부 표면(252) 사이에서 연장되고, 이것이 직선형 에지(260a)의 한 쌍의 에지(266a, 266b)를 생성한다. 직선형 에지(260a, 260b, 260c) 및 바닥면(254)은 커플러 타겟이다. 일부 실시형태에서, 직선형 에지(260a)의 한 쌍의 에지(266a, 266b) 및/또는 다른 직선형 에지(260b, 260c)가 이러한 실시형태에서 더 안쪽에 있게끔 타겟 커플러가 크기, 지름, 둘레 등에서 작아지도록, 원통형 외면(252)은 밀링, 가공, 및/또는 등등을 거칠 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 직선형 에지(260a) 및 원통형 외면(252)은 2-파트 수신 코일(222) 위에 위치될 수 있다.
동작 시에, 샤프트(214)의 제 1 단부(212)는 샤프트 축(213) 주위에서 회전되거나 이동되어, 직선형 에지(260a)가 송신기 코일(216) 및 2-파트 수신 코일(222)로부터 제 1 거리에서 회전 또는 이동하게 한다. 일부 실시형태에서, 직선형 에지(260a)는 중심축(268) 주위에서 회전 또는 이동한다. 일부 실시형태에서, 직선형 에지(160) 및 원통형 외면(252)은 송신기 코일(216)의 외경(220) 내에서 회전한다. 다른 실시형태에서, 직선형 에지(260a)의 일부 및/또는 원통형 외면(252)의 일부는 외경(220)을 넘어 연장되고, 송신기 코일(216)의 내경(118) 안에 있다. 직선형 에지(160a) 및 제 1 단부(212)의 바닥면(254)의 회전 또는 이동은 센서 어셈블리(210)에 의해 검출된다. 반면에, 언더컷부(258a)의 언더컷된 표면(264a)은 제 1 및 제 2 수신 코일(224, 226) 및 송신기 코일(216)로부터 제 2 거리에 있다. 제 2 거리는 축상 또는 수직 방향으로(즉 +/- Z-방향으로) 제 1 거리보다 길어서, 언더컷부(238a)의 언더컷된 표면(264a)이 센서 어셈블리(210)에 의해 검출되지 않지만, 직선형 에지(260a) 및 바닥면(254)이 검출되게 한다. 언더컷부(258a) 및 언더컷된 표면(264a)의 축상 또는 수직 방향으로(즉, +/- Z-방향으로)의 깊이가, 직선형 에지(260a) 및 바닥면(254)을 감지하거나 검출하고 및 언더컷된 표면(264a)을 검출하지 않기 위해서 요구되는 신호의 세기에 기반하여, 센서 어셈블리(210)에 관련하여 선택된다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 그리고 비한정적으로, 수직 방향으로(즉, +/- Z-방향으로)의 언더컷된 표면(264a)의 깊이는 대략적으로 4 밀리미터보다 클 수 있고, 직선형 에지(160a) 및 2-파트 수신 코일(222)을 포함하는 바닥면(254) 사이의 거리는 대략적으로 1 밀리미터 내지 3 밀리미터일 수 있다. 이를 고려하면, 직선형 에지(260a) 및/또는 바닥면(254)만이 센서 어셈블리(210)에 의해 검출될 수 있다.
이를 고려하면, 샤프트(214)의 제 1 단부(212) 내에 형성된 타겟 커플러의 기하학적 구성 및 센서 어셈블리(210)의 구성이 신호 프로세서(702)로 가는 비정현 입력 신호를 정정한다는 것이 이해된다. 즉, 샤프트(214)의 제 1 단부(212) 내로 형성된 기하학적 구조를 검출하면, 센서 어셈블리(210)는 본 명세서에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 극좌표계에서 정현 곡선을 생성한다. 더 나아가, 샤프트(214)의 제 1 단부(212) 내에 형성된 타겟 커플러의 기하학적 구조 및 센서 어셈블리(210) 내의 코일의 구조가, 본 명세서에서 더 상세히 설명되는 바와 같은 샤프트(214)의 제 1 단부(212) 내에 형성된 기하학적 구조를 검출할 때 고조파를 제거한다.
이제 도 6a 내지 도 6d를 참조하면, 4-폴 센서 어셈블리(300)가 개략적으로 도시된다. 4-폴 센서 어셈블리(300)는 센서 어셈블리(310) 및 제 1 단부(312)를 가지는 샤프트(314)를 포함한다. 샤프트(314)의 일부만이 도시되고, 샤프트(314)는 임의의 폭, 지름, 반경, 및/또는 등등일 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 4-폴 센서 어셈블리(300)는 송신기 코일(316)을 포함한다. 송신기 코일(316)은 형상이 대략적으로 원형이고 미리결정된 내경(318) 및 미리결정된 외경(320)을 가진다. 송신기 코일(316)은 교류 전류원(미도시)에 의해 급전되어 전자기 캐리어 플럭스(electromagnetic carrier flux)를 생성할 수 있다.
센서 어셈블리(310)는 2-파트 수신 코일(322)을 더 포함한다. 2-파트 수신 코일(322)은 제 1 수신 코일(324), 제 2 수신 코일(326) 및 중심 영역(332)을 포함한다. 중심 영역(332)은 중심축(368)을 더 포함한다. 제 1 수신 코일(324)은 복수 개의 후크형 코일(328a)을 포함할 수 있다. 실시형태들에서, 복수 개의 후크형 코일(328a)은 2-파트 수신 코일(322)의 중심 영역(332)으로부터 송신기 코일(316)을 향하여 반경방향 밖으로 접선 연장된다. 복수 개의 후크형 코일(328a)의 각각의 후크는 자루부(390a), 스로트부(392a), 만곡부(394a), 및 도치된 포인트부(396a)를 포함한다. 자루부(390a)는 2-파트 수신 코일(322)의 중심 영역(332)으로부터 반경방향으로 연장된다. 스로트부(392a)는 부분적으로 또는 전체적으로 아치형 또는 곡선형일 수 있다. 도치된 포인트부(396a)는 송신기 코일(316)에 있는 만곡부(394a)로부터 송신기 코일(316)의 외경(320)로부터 멀어지는 방향으로 반경방향으로 연장된다. 일반적으로, 복수 개의 후크형 코일(328a)의 후크형 코일들 각각은 중심축(368) 근처의 위치로부터 반경방향 밖으로 연장되면서 시작되어 송신기 코일(316) 근처의 위치에서 끝나고, 코일의 시작과 끝 사이에 대략적으로 아치형 또는 곡선 부분을 가진다는 것이 이해된다. 일부 실시형태에서, 도치된 포인트부(396a)는 L형 연장부, 선형 연장부, 곡선 연장부, 및/또는 등등이고, 균일하고 및/또는 대칭적일 수 있다. 다른 실시형태에서, 도치된 포인트부(396a)의 L형 연장부, 선형 연장부, 곡선 연장부, 및/또는 등등은 불규칙적 및/또는 비대칭적이다(즉, 균일하지 않음). 실시형태들에서, 제 1 수신 코일(324)의 복수 개의 후크형 코일(328a) 각각은 형상이 대칭적이다. 다른 실시형태에서, 제 1 수신 코일(324)의 복수 개의 후크형 코일(328a) 중 임의의 것은 대칭이 아니다.
연결 정션(234c)은 제 1 수신 코일(324)의 복수 개의 후크형 코일(328a)의 각각의 자루부(390a)의 단부에 위치될 수 있다. 일부 실시형태에서, 각각의 자루부(390a)에서 연결 정션(334c) 각각은 대략적으로 L형 연장부, 선형 연장부, 곡선 연장부, 및/또는 등등일 수 있고, 자루부(390a)로부터 자루부(390a)에 대해 오프셋되거나 만곡되는 방향으로 대략적으로 연장된다. 일부 실시형태에서, 연결 정션(334c)의 L형 연장부, 선형 연장부, 곡선 연장부, 및/또는 등등은 균일하고 대칭적일 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 다른 실시형태에서, 연결 정션(334c)의 L형 연장부, 선형 연장부, 곡선 연장부, 및/또는 등등은 불규칙적이고 및/또는 비대칭적일 수 있다(즉, 균일하지 않음). 연결 정션(334c)의 개수는 코일의 개수에 의존할 수 있고, 이를 고려하여, 본 명세서에서 설명되는 실시형태는 그 비한정적인 예라는 것이 이해되어야 한다.
연결 정션(334a)은 제 1 수신 코일(324)의 복수 개의 후크형 코일(328a)의 각각의 도치된 포인트부(396a)의 단부에 배치될 수 있다. 일부 실시형태에서, 각각의 도치된 포인트부(396a)에서 연결 정션(334a) 각각은 송신기 코일(316)로부터 멀어지는 방향으로 대략적으로 연장되도록 도치된 포인트부(396a)의 L형 연장부, 선형 연장부, 곡선 연장부, 및/또는 등등의 근단부에 있을 수 있다. 연결 정션(334a)의 개수는 코일의 개수에 의존할 수 있고, 이를 고려하여, 본 명세서에서 설명되는 실시형태는 그 비한정적인 예라는 것이 이해되어야 한다. 도치된 포인트부(396a)의 연결 정션(334a)이 제 1 수신 코일(324)의 외부 영역 또는 둘레를 형성할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 둘레 또는 외부 영역은 송신기 코일(316)의 외경(320)을 넘어 연장될 수 있다. 즉, 연결 정션(334a) 및/또는 도치된 포인트부(396a)의 일부는 송신기 코일(316)의 외경(320)을 넘어 부분적으로 또는 전체적으로 연장될 수 있다는 것이 이해된다.
실시형태들에서, 도치된 포인트부(396a)에 있는 연결 정션(334a) 각각은 연결 정션(334a)이 중심 영역(232)으로부터 멀어지게 위치되거나 기울어지도록 배치될 수 있고, 자루부(390a)에 있는 연결 정션(334c)은 연결 정션(334c)이 중심 영역(232)을 향하도록 위치되거나 기울어지도록 배치될 수 있다. 일부 실시형태에서, 제 1 수신 코일(324)의 복수 개의 후크형 코일(328a)은 자루부(390a) 및/또는 스로트부(392a)를 따라 배치된 추가적이거나 보충적인 연결 정션(334b)을 더 포함한다. 추가적이거나 보충적인 연결 정션(334b)이 복수 개의 후크형 코일(328a) 상의 임의의 장소를 따라 배치될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 연결 정션(342b)은 곡선 부분(340)의 한 포인트에 배치될 수 있다. 곡선부(340)는 중심 영역(332)을 향해 및/또는 그로부터 멀어지게 후크 또는 만곡될 수 있다.
일부 실시형태에서, 각각의 자루부(390b)에서 연결 정션(334c) 각각은 대략적으로 L형 연장부, 선형 연장부, 곡선 연장부, 및/또는 등등일 수 있고, 자루부(390a)로부터 자루부(390a)에 대해 오프셋되거나 만곡되는 방향으로 대략적으로 연장된다.
제 2 수신 코일(326)은 복수 개의 후크형 코일(328b)을 포함할 수 있다. 실시형태들에서, 복수 개의 후크형 코일(328b)은 2-파트 수신 코일(322)의 중심 영역(332)으로부터 송신기 코일(316)을 향하여 반경방향 밖으로 접선 연장된다. 복수 개의 후크형 코일(328b)의 각각의 후크는 자루부(390b), 스로트부(392b), 만곡부(394b), 및 도치된 포인트부(396b)를 포함한다. 자루부(390b)는 2-파트 수신 코일(322)의 중심 영역(332)으로부터 반경방향으로 연장된다. 스로트부(392b)는 부분적으로 또는 전체적으로 아치형 또는 곡선형일 수 있다. 도치된 포인트부(396b)는 송신기 코일(316)에서 송신기 코일(316)의 외경(320)로부터 멀어지는 방향으로 반경방향으로 연장된다. 일반적으로, 복수 개의 후크형 코일(328b)의 후크형 코일들 각각은 중심축(368) 근처의 위치로부터 반경방향 밖으로 연장되면서 시작되어 송신기 코일(316) 근처의 위치에서 끝나고, 코일의 시작과 끝 사이에 대략적으로 아치형 또는 곡선 부분을 가진다는 것이 이해된다. 일부 실시형태에서, 도치된 포인트부(396b)는 L형 연장부, 선형 연장부, 곡선 연장부, 및/또는 등등이고, 균일하고 및/또는 대칭적일 수 있다. 다른 실시형태에서, 도치된 포인트부(396b)의 L형 연장부, 선형 연장부, 곡선 연장부, 및/또는 등등은 불규칙적이고 비대칭적이다(즉, 균일하지 않음). 실시형태들에서, 제 2 수신 코일(326)의 복수 개의 후크형 코일(328b) 각각은 형상이 대칭적이다. 다른 실시형태에서, 제 2 수신 코일(326)의 복수 개의 후크형 코일(328b) 중 임의의 것은 대칭이 아니다.
연결 정션(342c)은 제 2 수신 코일(326)의 복수 개의 후크형 코일(328b)의 각각의 자루부(390b)의 단부에 위치될 수 있다. 일부 실시형태에서, 각각의 자루부(390b)에서 연결 정션(342c) 각각은 대략적으로 L형 연장부, 선형 연장부, 곡선 연장부, 및/또는 등등일 수 있고, 자루부(390b)로부터 자루부(390b)에 대해 오프셋되거나 만곡되는 방향으로 대략적으로 연장된다. 일부 실시형태에서, 연결 정션(342c)의 L형 연장부, 선형 연장부, 곡선 연장부, 및/또는 등등은 균일하고 및/또는 대칭적일 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 다른 실시형태에서, 연결 정션(342c)의 L형 연장부, 선형 연장부, 곡선 연장부, 및/또는 등등은 불규칙적이고 및/또는 비대칭적일 수 있다(즉, 균일하지 않음). 연결 정션(342c)의 개수는 코일의 개수에 의존할 수 있고, 이를 고려하여, 본 명세서에서 설명되는 실시형태는 그 비한정적인 예라는 것이 이해되어야 한다.
연결 정션(342a)은 제 2 수신 코일(326)의 복수 개의 후크형 코일(328b)의 각각의 도치된 포인트부(396b)의 단부에 배치될 수 있다. 일부 실시형태에서, 각각의 도치된 포인트부(396b)에서 연결 정션(342a) 각각은 송신기 코일(316)로부터 멀어지는 방향으로 대략적으로 연장되도록 도치된 포인트부(396b)의 L형 연장부, 선형 연장부, 곡선 연장부, 및/또는 등등의 근단부에 있을 수 있다. 연결 정션(342a)의 개수는 코일의 개수에 의존할 수 있고, 이를 고려하여, 본 명세서에서 설명되는 실시형태는 그 비한정적인 예라는 것이 이해되어야 한다. 도치된 포인트부(396b)의 연결 정션(342a)이 제 1 수신 코일(324)의 외부 영역 또는 둘레를 형성할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 둘레 또는 외부 영역은 송신기 코일(316)의 외경(320)을 넘어 연장될 수 있다. 즉, 연결 정션(342a) 및/또는 도치된 포인트부(396b)의 일부는 송신기 코일(316)의 외경(320)을 넘어 부분적으로 또는 전체적으로 연장될 수 있다는 것이 이해된다.
실시형태들에서, 도치된 포인트부(396b)에 있는 연결 정션(342a) 각각은 연결 정션(342a)이 중심 영역(232)으로부터 멀어지게 위치되거나 기울어지도록 배치될 수 있고, 자루부(390b)에 있는 연결 정션(342c)은 연결 정션(342c)이 중심 영역(232)을 향하도록 위치되거나 기울어지도록 배치될 수 있다. 일부 실시형태에서, 제 2 수신 코일(326)의 복수 개의 후크형 코일(328b)은 자루부(390b) 및/또는 스로트부(392b)를 따라 배치된 추가적이거나 보충적인 연결 정션(342b)을 더 포함한다. 추가적이거나 보충적인 연결 정션(342b)이 복수 개의 후크형 코일(328b) 상의 임의의 장소를 따라 배치될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 연결 정션(342b)은 곡선 부분(348)의 한 포인트에 배치될 수 있다. 곡선부(348)는 중심 영역(332)을 향해 및/또는 그로부터 멀어지게 후크 또는 만곡될 수 있다.
일부 실시형태에서, 각각의 자루부(390b)에서 연결 정션(342c) 각각은 대략적으로 L형 연장부, 선형 연장부, 곡선 연장부, 및/또는 등등일 수 있고, 자루부(390b)로부터 자루부(390b)에 대해 오프셋되거나 만곡되는 방향으로 대략적으로 연장되어 연결 정션이 된다.
제 1 수신 코일(324)의 복수 개의 후크형 코일(328a)의 연결 정션(334c) 및 제 2 수신 코일(326)의 복수 개의 후크형 코일(328b)의 연결 정션(342c)이 서로 통신가능하게 커플링되도록 축방향으로 또는 수직 방향으로(즉, +/- Z-방향으로) 정렬된다는 것이 이해되어야 한다. 실시형태들에서, 연결 정션(334c) 및 연결 정션(342c)의 커플링은 중심 영역(332)의 둘레를 형성한다. 더 나아가, 연결 정션(334c) 및 연결 정션(342c)이 대칭적으로 그리고 중심축(368)으로부터 반경방향으로 동일한 거리에서 함께 종단된다는 것이 이해된다. 이를 고려하면, 연결 정션(334c) 및 연결 정션(342c)은 중심 영역(332)에 대한 균일한 둘레 또는 원형 형상을 형성한다. 또한, 연결 정션(334c) 및 연결 정션(342c)의 종단으로부터 형성된 중심 영역(332)의 균일한 둘레는 센서 어셈블리(10)(도 1b), 센서 어셈블리(110)(도 3b), 및 센서 어셈블리(210)(도 5b)보다 더 선명하다는 것이 이해된다.
일부 실시형태에서, 복수 개의 후크형 코일(328a) 각각 및 복수 개의 후크형 코일(328b) 각각은 한 쌍의 코일, 트레이스 등이다. 다른 실시형태에서, 복수 개의 후크형 코일(328a) 각각 및 복수 개의 후크형 코일(328b) 각각은 하나이거나 세 개 이상의 코일, 트레이스 등을 가진다. 제 1 수신 코일(324)의 복수 개의 후크형 코일(328a) 및 제 2 수신 코일(326)의 복수 개의 후크형 코일(328b)은 반대로 권선되고 및/또는 반대 방향으로 오프셋되어, 도 6c 및 도 6d에서 가장 잘 보이는 것처럼 코일들이 중심 영역(332) 주위에서 반대를 바라보게 한다. 제 1 수신 코일(324) 및 제 2 수신 코일(326)이 식
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도를 사용하여 동일하게 오프셋될 수 있고, N은 폴의 갯수와 같다는 것이 이해된다. 이와 같이, 제 1 수신 코일(324)의 복수 개의 후크형 코일(328a) 및 제 2 수신 코일(326)의 복수 개의 후크형 코일(328b)은 서로로부터 오프셋되어, 제 1 수신 코일(324)의 연결 정션(334a, 334b, 334c)이 제 2 수신 코일(326)의 연결 정션(342a, 342b, 342c)과 정렬되게 한다. 일부 실시형태에서, 본 명세서에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 제 2 수신 코일(326)의 연결 정션(342a, 342b, 342c)에 대한 제 1 수신 코일(324)의 연결 정션(334a, 334b, 334c)의 대응관계에 의하여, 샤프트(314)의 제 1 단부(312)와 연관된 플럭스 변화가 통신 및/또는 수신되게 된다.
제 1 수신 코일(324) 및 제 2 수신 코일(326)은, 도 1h에서 센서 어셈블리(10)에 대하여 설명된 것과 유사한, 샤프트(314)의 제 1 단부(312)로부터 거리 또는 공극의 차이가 생기도록, 축방향으로 또는 수직 방향으로(즉, +/- Z-방향으로) PCB(330)의 상이한 층에 위치될 수 있다. 즉, 제 1 수신 코일(324)의 복수 개의 후크형 코일(328a)의 각각의 하나는 PCB(330)의 하나의 층에 있고 제 2 수신 코일(326)의 복수 개의 후크형 코일(328b)의 각각의 하나는 모두, 제 1 수신 코일(324)의 복수 개의 후크형 코일(328a)의 각각과 다른 PCB(130)의 다른 층에 있다. 일부 실시형태에서, 제 1 수신 코일(324) 및 제 2 수신 코일(326)은 인접(adjacent) 또는 근접(adjoining) 층에 위치될 수 있다. 다른 실시형태에서, 제 1 수신 코일(324) 및 제 2 수신 코일(326)은 이격되거나, 비어 있을 수 있거나 다른 코일(즉 송신기 코일의 일부 등)을 포함할 수 있는 다른 층에 의해 분리되는 층들에 위치될 수 있다. 축상 또는 수직 방향으로(즉, +/- Z-방향으로)의 제 1 수신 코일(324)의 깊이 및 제 2 수신 코일(326)의 깊이는 해당 공극 또는 거리에 대해 요구되는 신호의 세기에 기반하여 샤프트(314)의 제 1 단부(312)에 관련되어 선택된다는 것이 이해되어야 한다.
이를 고려하면, 제 1 수신 코일(324)의 일부는 제 2 수신 코일(326)의 일부 및 이러한 실시형태에서 도 6a 및 도 6b에서 가장 잘 보이고 센서 어셈블리(10)에 대한 도 1h의 단면도에 표시된 바와 같은, 제 1 수신 코일(324)의 랩 부분(lap portion) 아래의 제 2 수신 코일(326)의 일부에 중첩한다. 이를 고려하면, 중첩 부분들이 위의 및/또는 아래의 코일의 경로와 연결되지 않는다는 것, 그리고 이러한 코일 배치에 의하여 상이한 거리 또는 공극으로부터의 샤프트(314)의 제 1 단부(312)의 감지가 감지될 수 있고, 제 1 수신 코일(324) 및 제 2 수신 코일(326)이 독립적인 코일로서의 역할을 할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 또 다른 실시형태에서, 제 1 수신 코일(324) 및 제 2 수신 코일(326)의 일부는, 수직 방향으로(즉, +/- Z-방향으로) 또는 동일한 깊이 또는 샤프트(314)의 제 1 단부(312)로부터의 공극을 가지도록, PCB(330)의 동일한 층 내에 배치된다.
제 1 수신 코일(324)의 복수 개의 후크형 코일(328a) 및 제 2 수신 코일(326)의 복수 개의 후크형 코일(328b)이 각각 열 두 개의 코일을 가지는 것으로 도시되지만, 이것은 비한정적인 예이고 2-파트 수신 코일(322)은 그보다 많거나 적은 코일을 가질 수 있다는 것이 또한 이해되어야 한다. 또한, 제 2 수신 코일(326)보다 제 1 수신 코일(324)에 더 많은 후크형 코일(328a)이 존재할 수 있고 그 반대의 경우도 마찬가지라는 것이 이해되어야 한다. 더 나아가, 제 1 수신 코일(324)의 복수 개의 후크형 코일(328a) 및 제 2 수신 코일(326)의 복수 개의 후크형 코일(328b)이 송신기 코일(316)과 공평면일 수 있고, 또는 서로 및/또는 송신기 코일(316)과 평행인 평면에 있을 수도 있다는 것이 이해되어야 한다.
4-폴 센서 어셈블리(300)가 센서 어셈블리(310)에 대해 도시된 바와 같은 송신기 코일(316)을 활용한다는 것이 이해되어야 한다. 특히, 도 1f 내지 도 1g 및 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 송신기 코일(316)은 두 부분인, PCB(330)의 두 층들 사이에 인터레이스된 상부 코일(16a) 및 하부 코일(16b)을 포함한다. 본 명세서에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 송신기 코일(316)의 각각의 파트는 대략적으로 원형이고 적어도 타겟 커플러의 지름만큼 연장된다. 더 나아가, 상부 코일(16a)은 내경(18a) 및 외경(20a)을 가지고, 하부 코일(16b)은 내경(18b) 및 외경(20b)을 가진다. 상부 및 하부 코일(16a, 16b)의 내부 및 외경은 송신기 코일(316)의 내경(318) 및 외경(320)을 형성한다. 간명화를 위하여, 송신기 코일(316)의 나머지 설명은 본 명세서에서 생략되고, 1-폴 센서 어셈블리(1)에 대해 앞서서 더 상세히 설명된 바 있다.
이제 다시 도 6a 내지 도 6d를 참조하면, 샤프트(314)의 제 1 단부(312)가 설명될 것이다. 샤프트(314)는 제 1 단부(312) 및 제 2 단부(미도시)를 가지는 기다란 부재일 수 있다. 제 2 단부가 디바이스(미도시)에 부착되어, 제 2 단부가 샤프트 축(313) 주위에서 회전 또는 이동(즉, 선형, 곡선형, 타원형 등)하게 한다는 것이 이해되어야 한다. 샤프트(314)는, 커플링이 센서 어셈블리(310)에 의해 검출될 수 있도록 전자기장 또는 자속 및/또는 샤프트를 커플러로 만드는 것에 영향을 주고, 변경하며, 수정 등을 하기에 적합한 임의의 재료일 수 있다.
제 1 단부(312)는 샤프트(314)로부터 일체화되어 형성된다. 즉, 제 1 단부(312)는 샤프트(314)이지만, 본 명세서에서 상세히 설명되는 바와 같은 기하학적 차이를 포함한다. 이를 고려하면, 제 1 단부(312)는 원통형 외면(352) 및 바닥면(354)을 가진다. 바닥면(354)은 평면형이다. 네 개의 언더컷부(358a, 358b, 358b, 358d)를 생성하는 네 개의 플랫부(356a, 356b, 356c, 356d)를 원통형 외부 표면(352)내에 형성하는 것과 같은 기하학적 차이를 포함하도록, 원통형 외부 표면(352)은 밀링, 가공, 및/또는 등등을 거칠 수 있다. 즉, 각각의 플랫부(356a, 356b, 356c, 356d)는 원통형 외면(352)을 샤프트 축(313)으로부터 반경방향으로 제거함으로써 형성될 수 있다. 언더컷부(358a, 358b, 358c, 358d) 각각은 보이드를 가지거나 샤프트 재료가 없다. 즉, 원통형 외면(352) 내에 플랫부(356a, 356b, 356c, 356d)를 생성하면, 원통형 외면(352)의 일부 및 바닥면(354)의 일부가 깎이거나 제거되어, 원통형 외면(352) 및 제 1 단부(312)의 바닥면(354)의 일부가 제거되게 된다. 원통형 외면(352) 내에 형성된 네 개의 플랫부(356a, 356b, 356c, 356d)를 생성함으로써, 언더컷된 표면(364a, 364b, 364c, 364d)을 가지는 네 개의 언더컷부(358a, 358b, 358c, 358d)가 생성된다. 언더컷된 표면(364a, 364b, 364c, 464d)은 각각 바닥면(354)으로부터 이격된 제 2 평면이다. 언더컷된 포면(358a, 358b, 358c, 358d)은 동일하고(즉, 균일하고/또는 형상 및 크기가 대칭적임), 따라서 언더컷부(358a, 358b)만이 상세히 후술될 것이다. 언더컷부(358a, 358b, 358c, 358d) 각각이 균일하고/또는 형상 및 크기가 대칭적이지 않을 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 개의 플랫부(356a, 356b) 각각은 샤프트 축(313)과 동축적으로 제 2 단부(미도시)를 향해 연장되고 각각의 개별적인 언더컷된 표면(364a, 364b)에 있는 상단부에서 종단되는 벽(362a, 362b)을 포함한다. 도 6a에서 가장 잘 보이는 것처럼, 각각의 벽(362a, 362b)의 하단부는 바닥면(354)에서 종단되고, 이것이 직선형 에지(360a, 360b)를 형성한다. 언더컷부(358a, 358b, 358c, 358d) 각각이 반대 측에 직선형 에지(360a, 360b, 360c, 360d)(도 6b)를 가지고, 바닥면(354)에 의해 이격되며, 원통형 외면(352)의 굴곡에 의해 분리된다는 것이 이해되어야 한다. 직선형 에지(360a, 360b)는 원통형 외면(352) 사이에서 연장되고, 이것이 직선형 에지(360a)의 한 쌍의 에지(366a, 366b) 및 직선형 에지(360b)의 한 쌍의 에지(366c, 366d)를 생성한다. 직선형 에지(360a, 360b, 360c, 360d) 및 바닥면(354)은 커플러 타겟이다. 일부 실시형태에서, 직선형 에지(360a)의 한 쌍의 에지(366a, 266b), 직선형 에지(360b)의 한 쌍의 에지(366c, 366d) 및/또는 다른 직선형 에지(360b, 360c)가 이러한 실시형태에서 더 안쪽에 있게끔 타겟 커플러가 크기, 지름, 둘레 등에서 작아지도록, 원통형 외면(352)은 밀링, 가공, 및/또는 등등을 거칠 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 직선형 에지(360a, 360b, 360c, 360d), 바닥면(354) 및 원통형 외면(352)은 2-파트 수신 코일(322) 위에 위치될 수 있다.
동작 시에, 샤프트(314)의 제 1 단부(312)는 샤프트 축(313) 주위에서 회전되거나 이동되어, 직선형 에지(360a, 360b, 360c, 360d)가 송신기 코일(316) 및 2-파트 수신 코일(322)로부터 제 1 거리에서 회전 또는 이동하게 한다. 일부 실시형태에서, 직선형 에지(360a, 360b, 360c, 360d), 바닥면(354) 및 원통형 외면(352)은 2-파트 수신 코일(322) 위에 위치되고 샤프트 축(313) 주위에서 회전 또는 이동한다. 다른 실시형태에서, 직선형 에지(360a, 360b, 360c, 360d), 바닥면(354) 및 원통형 외면(352)은 송신기 코일(316)의 외경(320) 내에서 회전한다. 다른 실시형태에서, 직선형 에지(360a, 360b, 360c, 360d)의 일부 및/또는 원통형 외면(352)의 일부는 송신기 코일(316)의 외경(320)을 넘어 연장되거나, 송신기 코일(316)의 내경(318) 안에 있다. 직선형 에지(360a, 360b, 360c, 360d) 및 제 1 단부(312)의 바닥면(354)의 회전 또는 이동은 센서 어셈블리(310)에 의해 검출된다. 반면에, 언더컷부(358a)의 언더컷된 표면(364a, 364b)은 제 1 및 제 2 수신 코일(324, 326) 및 송신기 코일(316)로부터 제 2 거리에 있다. 제 2 거리는 축방향 또는 수직 방향으로(즉 +/- Z-방향으로) 제 1 거리보다 길어서, 언더컷부(358a, 358b)의 언더컷된 표면(364a, 364b)이 센서 어셈블리(310)에 의해 검출되지 않지만, 직선형 에지(360a, 360b 360c, 360d) 및 바닥면(354)이 검출되게 한다. 두 개의 언더컷부(358a, 358b) 및 언더컷된 표면(364a, 364b)의 축상 또는 수직 방향으로(즉, +/- Z-방향으로)의 깊이가, 직선형 에지(360a, 360b) 및 바닥면(354)을 감지하거나 검출하고 및 언더컷된 표면(364a, 364b)을 검출하지 않기 위해서 요구되는 신호의 세기에 기반하여, 센서 어셈블리(310)에 관련하여 선택된다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 그리고 비한정적으로, 수직 방향으로(즉, +/- Z-방향으로)의 언더컷된 표면(364a, 364b, 364c, 364d)의 깊이는 대략적으로 4 밀리미터보다 클 수 있고, 직선형 에지(360a, 360b, 360c, 360d)를 포함하는 바닥면(354) 및 센서 어셈블리(310)사이의 거리는 대략적으로 1 밀리미터 내지 3 밀리미터일 수 있다. 이를 고려하면, 직선형 에지(360a, 360b, 360c, 360d) 및/또는 바닥면(354)만이 센서 어셈블리(310)에 의해 검출될 수 있다.
이를 고려하면, 샤프트(314)의 제 1 단부(312) 내에 형성된 타겟 커플러의 기하학적 구성 및 센서 어셈블리(310)의 구성이 신호 프로세서(702)로 가는 비정현 입력 신호를 정정한다는 것이 이해된다. 즉, 샤프트(314)의 제 1 단부(312) 내로 형성된 기하학적 구조를 검출하면, 센서 어셈블리(310)는 본 명세서에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 극좌표계에서 정현 곡선을 생성한다. 더 나아가, 샤프트(314)의 제 1 단부(312) 내에 형성된 타겟 커플러의 기하학적 구조 및 센서 어셈블리(310) 내의 코일의 구조가, 본 명세서에서 더 상세히 설명되는 바와 같은 샤프트(314)의 제 1 단부(312) 내에 형성된 기하학적 구조를 검출할 때 고조파를 제거한다.
이제 도 1a 내지 도 1c를 다시 참조하고 도 8을 참조하면, 가동 샤프트의 위치를 결정하는 예시적인 방법(800)이 제공된다. 방법(800)이 1-폴 센서 어셈블리(1)에 대하여 후술될 수 있지만, 이러한 방법은 적어도 본 명세서에서 설명된 바와 같은 각각의 실시형태에 적용할 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
블록 805에서, 샤프트(14)의 제 1 단부(12)가 밀링되어 타겟을 형성한다. 타겟은 직선형 에지(66)를 형성하는 제 1 평면 및 제 2 평면을 형성하는 언더컷부(58)를 포함한다. 제 2 평면은, 제 1 평면이 커플러가 되도록 제 1 평면으로부터 미리결정된 거리만큼 이격된다. 블록 810에서, 타겟은 샤프트 축(13) 주위에서 이동된다. 블록 815에서, 송신기 코일(16)이 여자된다. 블록 820에서, 복수 개의 수신기 신호가 센서 어셈블리(10)로부터 획득된다. 블록 825에서, 타겟 위치는 직선형 에지(66) 및 제 1 평면에 기반하여 획득된다. 블록 830에서, 정정된 정현 입력 신호가 신호 프로세서(702)로 송신된다.
전술된 실시형태들이 샤프트의 기하학적 구조 내에 통합된 감지된 타겟 커플러 요소를 설명했다는 것이 이해되어야 한다. 더 나아가, 코일 배열체는 통합된 커플러 요소를 샤프트의 기하학적 구조에 기반하여 검출하도록 구성된다는 것이 이해되어야 한다. 더 나아가, 비록 상이한 기하학적 구조를 가지는 네 개의 실시형태들이 전술되었지만, 본 발명은 이러한 두 개의 기하학적 형상으로 한정되지 않고, 비한정적으로, 마름모, 평행사변형, 사다리꼴, 팔각형, 초승달형, 및/또는 등등과 같은 추가적인 기하학적 형상을 포함할 수도 있다.
특정 실시예들이 본 명세서에서 예시되고 설명되었지만, 청구된 기술 요지의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고서 다양한 다른 변형 및 변경이 이루어질 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 더욱이, 비록 청구된 기술 요지의 다양한 양태가 본 명세서에서 설명되었지만, 이러한 양태들은 조합되어 활용될 필요가 없다. 그러므로, 첨부된 청구항은 청구된 기술 요지의 범위 내에 속하는 이러한 모든 변형 및 변경을 망라하도록 의도된다.

Claims (20)

  1. 유도성 센서 어셈블리로서,
    제 1 단부를 가지는 샤프트;
    상기 샤프트의 제 1 단부로부터 일체화되어 형성되는 타겟 - 상기 타겟은 직선형 에지를 형성하는 제 1 평면, 및 상기 샤프트의 제 1 단부 내로 일체화되어 형성되는 제 2 평면을 형성하는 제 1 언더컷부(undercut portion)를 가지고, 상기 제 2 평면은 상기 제 1 평면으로부터 이격됨 -; 및
    송신기 코일 및 수신 코일을 가지는 센서 어셈블리를 포함하고,
    상기 타겟이 샤프트 축 주위에서 이동될 때, 상기 직선형 에지 및 상기 타겟의 제 1 평면이 상기 센서 어셈블리에 의해 검출되는, 유도성 센서 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서 어셈블리의 수신 코일은 2-부분 수신 코일이고, 상기 2-부분 수신 코일은 제 1 수신 코일 및 제 2 수신 코일을 포함하는, 유도성 센서 어셈블리.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 유도성 센서 어셈블리는 다층 인쇄 회로 기판(PCB)을 더 포함하고,
    상기 송신기 코일, 상기 제 1 수신 코일 및 상기 제 2 수신 코일은 축방향으로 상기 PCB의 상이한 층 상에 있는, 유도성 센서 어셈블리.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 수신 코일은 복수 개의 제 1 초승달 형상부(crescent)이고,
    상기 복수 개의 제 1 초승달 형상부의 각각은 제 1 단부 및 제 2 단부를 가지며,
    상기 제 1 단부는, 상기 2-부분 수신 코일의 중심축에 인접하여 시작되고 상기 2-부분 수신 코일의 중심축으로부터 반경방향 밖으로 연장되는, 유도성 센서 어셈블리.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 수신 코일은 복수 개의 제 2 초승달 형상부이고,
    상기 복수 개의 제 2 초승달 형상부의 각각은 제 1 단부 및 제 2 단부를 가지며,
    상기 제 1 단부는 상기 2-부분 수신 코일의 중심축에 인접하고 상기 2-부분 수신 코일의 중심축으로부터 반경방향 밖으로 연장되며,
    상기 복수 개의 제 2 초승달 형상부는 상기 복수 개의 제 1 초승달 형상부에 대해 반대 방향으로 오프셋되는, 유도성 센서 어셈블리.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 유도성 센서 어셈블리는 신호 프로세서를 더 포함하고,
    상기 타겟은 샤프트의 제 1 단부로부터 일체화되어 형성되며, 상기 제 1 수신 코일 및 상기 제 2 수신 코일의 구성이 상기 신호 프로세서로 가는 비정현 입력 신호를 정정하는, 유도성 센서 어셈블리.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 타겟은 제 2 직선형 에지, 및 상기 샤프트의 제 1 단부에 일체화되어 형성되는 제 3 평면을 형성하는 제 2 언더컷부를 가지고, 상기 제 2 평면과 제 3 평면은 서로로부터 이격되고 상기 제 1 평면으로부터 균등하게 이격되는, 유도성 센서 어셈블리.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 수신 코일은 복수 개의 제 1 후크이고,
    상기 복수 개의 제 1 후크의 각각은 자루부(shank portion) 및 포인트부(point portion)를 가지며,
    상기 자루부는, 중심축의 외주부에서 시작하여 상기 2-부분 수신 코일의 중심축의 외주부로부터 대략적으로 반경 패턴으로 반경방향으로 접선(tangentially) 연장되고,
    상기 포인트부는 상기 송신기 코일로부터 상기 2-부분 수신 코일의 중심축을 향해 반경방향 안쪽으로 연장되는, 유도성 센서 어셈블리.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 수신 코일은 복수 개의 제 2 후크이고,
    상기 복수 개의 제 2 후크의 각각은 자루부 및 포인트부를 가지며,
    상기 자루부는, 상기 중심축의 외주부에서 시작하여 상기 2-부분 수신 코일의 중심축의 외주부로부터 대략적으로 반경 패턴으로 반경방향으로 접선 연장되고,
    상기 포인트부는 상기 송신기 코일로부터 상기 2-부분 수신 코일의 중심축을 향해 반경방향 안쪽으로 연장되며,
    상기 복수 개의 제 2 후크는 상기 복수 개의 제 1 후크에 대해 반대 방향으로 오프셋되는, 유도성 센서 어셈블리.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 타겟은 제 2 직선형 에지와 제 3 직선형 에지, 및 상기 샤프트의 제 1 단부 내로 일체화되어 형성되는 제 3 평면을 형성하는 제 2 언더컷부와 상기 샤프트의 제 1 단부 내로 일체화되어 형성되는 제 4 평면을 형성하는 제 3 언더컷부를 가지고, 상기 제 2 평면, 제 3 평면, 및 제 4 평면은 서로로부터 이격되고 상기 제 1 평면으로부터 균등하게 이격되는, 유도성 센서 어셈블리.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 수신 코일은 복수 개의 제 1 후크이고,
    상기 복수 개의 제 1 후크의 각각은 자루부 및 포인트부를 가지며,
    상기 자루부는, 중심축의 외주부에서 시작하여 상기 2-부분 수신 코일의 중심축의 외주부로부터 대략적으로 반경 패턴으로 반경방향으로 접선 연장되고,
    상기 포인트부는 상기 송신기 코일로부터 상기 2-부분 수신 코일의 중심축을 향해 반경방향 안쪽으로 연장되는, 유도성 센서 어셈블리.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 2 수신 코일은 복수 개의 제 2 후크이고,
    상기 복수 개의 제 2 후크의 각각은 자루부 및 포인트부를 가지며,
    상기 자루부는, 상기 중심축의 외주부에서 시작하여 상기 2-부분 수신 코일의 중심축의 외주부로부터 대략적으로 반경 패턴으로 반경방향으로 접선 연장되고,
    상기 포인트부는 상기 송신기 코일로부터 상기 2-부분 수신 코일의 중심축을 향해 반경방향 안쪽으로 연장되며,
    상기 복수 개의 제 2 후크는 상기 복수 개의 제 1 후크에 대해 반대 방향으로 오프셋되는, 유도성 센서 어셈블리.
  13. 제 2 항에 있어서,
    상기 타겟은 제 2 직선형 에지와 제 3 직선형 에지와 제 4 직선형 에지, 및 상기 샤프트의 제 1 단부 내로 일체화되어 형성되는 제 3 평면을 형성하는 제 2 언더컷부와 상기 샤프트의 제 1 단부 내로 일체화되어 형성되는 제 4 평면을 형성하는 제 3 언더컷부와 상기 샤프트의 제 1 단부 내로 일체화되어 형성되는 제 5 평면을 형성하는 제 4 언더컷부를 가지고, 상기 제 2 평면, 제 3 평면, 제 4 평면, 및 제 5 평면은 서로로부터 이격되고 상기 제 1 평면으로부터 균등하게 이격되는, 유도성 센서 어셈블리.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 수신 코일은 복수 개의 제 1 후크이고, 상기 복수 개의 제 1 후크의 각각은 자루부 및 도치된 포인트부를 가지며, 상기 자루부는 중심축의 외주부에서 시작하고 상기 2-부분 수신 코일의 중심축의 외주부로부터 대략적으로 반경 패턴으로 반경방향으로 접선 연장되며, 상기 도치된 포인트부는 상기 2-부분 수신 코일의 중심축으로부터 멀어지도록 상기 송신기 코일로부터 반경방향 밖으로 연장되는, 유도성 센서 어셈블리.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 2 수신 코일은 복수 개의 제 2 후크이고,
    상기 복수 개의 제 2 후크의 각각은 자루부 및 도치된 포인트부를 가지며,
    상기 자루부는, 상기 중심축의 외주부에서 시작하여 상기 2-부분 수신 코일의 중심축의 외주부로부터 대략적으로 반경 패턴으로 반경방향으로 접선 연장되고,
    상기 도치된 포인트부는 상기 송신기 코일로부터 상기 2-부분 수신 코일의 중심축으로부터 멀어지도록 반경방향 밖으로 연장되며,
    상기 복수 개의 제 2 후크는 상기 복수 개의 제 1 후크에 대해 반대 방향으로 오프셋되는, 유도성 센서 어셈블리.
  16. 유도성 센서 어셈블리로서,
    제 1 단부를 가지는 샤프트;
    상기 샤프트의 제 1 단부로부터 일체화되어 형성되는 타겟 - 상기 타겟은 직선형 에지를 형성하는 제 1 평면, 및 상기 샤프트의 제 1 단부 내로 일체화되어 형성되는 제 2 평면을 형성하는 제 1 언더컷부를 가지고, 상기 제 2 평면은 상기 제 1 평면으로부터 이격됨 -; 및
    인쇄 회로 기판(PCB), 송신기 코일 및 2-부분 수신 코일을 포함하는 센서 어셈블리를 포함하고,
    상기 2-부분 수신 코일은 제 1 수신 코일 및 제 2 수신 코일을 포함하며, 상기 제 1 수신 코일 및 제 2 수신 코일은 축방향으로 상기 PCB의 상이한 층 상에 있고,
    상기 타겟이 샤프트 축 주위에서 이동될 때, 상기 직선형 에지 및 상기 타겟의 제 1 평면이 상기 센서 어셈블리에 의해 검출되는, 유도성 센서 어셈블리.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 송신기 코일은 상부 코일 및 하부 코일을 포함하는 2-부분 송신기 코일이고,
    상기 PCB는 상기 PCB의 축방향으로 적어도 네 개의 층을 포함하며,
    상기 상부 코일은 상기 PCB의 제 1 층 상에 위치되고, 상기 하부 코일은 상기 PCB의 제 2 층 상에 위치되며, 상기 제 1 수신 코일은 상기 PCB의 제 3 층 상에 위치되고, 상기 제 2 수신 코일은 축방향으로 상기 PCB의 제 4 층 상에 위치되는, 유도성 센서 어셈블리.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 수신 코일은 복수 개의 제 1 초승달 형상부이고,
    상기 복수 개의 제 1 초승달 형상부의 각각은 제 1 단부 및 제 2 단부를 가지며,
    상기 제 1 단부는, 상기 2-부분 수신 코일의 중심축에 인접하여 시작되고 상기 2-부분 수신 코일의 중심축으로부터 반경방향 밖으로 연장되는, 유도성 센서 어셈블리.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 2 수신 코일은 복수 개의 제 2 초승달 형상부이고,
    상기 복수 개의 제 2 초승달 형상부의 각각은 제 1 단부 및 제 2 단부를 가지며,
    상기 제 1 단부는 상기 2-부분 수신 코일의 중심축에 인접하고 상기 2-부분 수신 코일의 중심축으로부터 반경방향 밖으로 연장되며,
    상기 복수 개의 제 2 초승달 형상부는 상기 복수 개의 제 1 초승달 형상부에 대해 반대 방향으로 오프셋되는, 유도성 센서 어셈블리.
  20. 가동 샤프트의 위치를 결정하는 방법으로서,
    샤프트의 제 1 단부를 밀링하여 타겟을 형성하는 단계 - 상기 타겟은 직선형 에지를 형성하는 제 1 평면 및 제 2 평면을 형성하는 언더컷부를 가지며, 상기 제 2 평면은 상기 제 1 평면이 커플러가 되도록 상기 제 1 평면으로부터 미리결정된 거리으로부터 이격됨 -;
    상기 타겟을 샤프트 축 주위에서 이동시키는 단계;
    송신기 코일을 여자시키는 단계;
    센서 어셈블리로부터 복수 개의 수신기 신호를 획득하는 단계;
    상기 직선형 에지 및 제 1 평면에 기반하여 타겟 위치를 결정하는 단계; 및
    정정된 정현 입력 신호를 신호 프로세서로 송신하는 단계를 포함하는, 가동 샤프트 위치 결정 방법.
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