KR20120049250A - 다중-주기 절대 위치 센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하나 이상의 영구 자석을 포함하는 마그네틱 위치 센서에 관한 것이다. 본 발명은 또한 토션 바를 통하여 연결된 제1 축과 제2 축 사이의 토크를 검출하는 데에 사용되는 마그네틱 장치에 관한 것이다. 본 발명의 목적은 자화 유닛의 멀티-주기적 절대 위치를 결정하기 위한 장치를 제공하는 것이다. 따라서, 본 발명은 적어도 다음의: 자화 유닛(1), 제1 감자기형 프로브(2) 및 제2 감자기형 프로브(3)를 포함하는 마그네틱 위치 센서(A)에 관한 것이다. 상기 제2 감자기형 프로브(3)는 상기 제2 감자기형 프로브(3)에 전기가 인가되든지 여부와 무관하게, 자석(1)의 위치에 관련된 제2 데이텀을 결정할 수 있도록 절대적, 증감적 및 가역적 방식으로 자기장의 완전 회전의 수를 측정할 수 있다. 상기 센서는 또한 각각 제1 및 제2 프로브(2, 3)로부터 얻은 제1 및 제2 데이터에 기초하여 자석(1)의 절대 위치를 계산하기 위한 모듈을 더 포함한다.

Description

다중-주기 절대 위치 센서 {Multi-periodic absolute position sensor}

본 발명은 하나 이상의 영구 자석을 포함하는 마그네틱 위치 센서 분야에 관한 것이다.

더 구체적으로, 본 발명은 몇 회전까지의 범위 내에서 유효하고 대략 10도보다 큰 각도에 대한 선형 또는 회전형 마그네틱 위치 센서 분야에 관한 것이다. 본 출원이 제한적인 것은 아니지만, 특히 바람직하게 자동차 스티어링 칼럼(steering column)의 각 위치를 측정하기 위한 위치 센서에 적용된다.

또한, 본 발명은 특히 자동차 스티어링 칼럼에 적용되는, 토션 바(torsion bar)에 의해 연결된 제1 축과 제2 축 사이의 토크를 검출하기 위한 마그네틱 장치 분야에 관한 것이다.

본 출원에서, 스티어링 칼럼의 각 위치(angular position)는 차량자세제어장치(ESP; electronic stability program)와 전기식 파워 스티어링(EPS; electric power steering)과 같은 기능에 필요한 정보 아이템(item)이다. 스티어링 각도와, 그에 따른 휠(wheel)의 각도에 대한 정보는 지향성 헤드램프(headlamp), 경로 제어(trajectory control), 자동차 주차 등과 같은 상보적인 기능을 위해 사용될 수 있다.

대부분의 자동차의 스티어링 휠은 1회전 이상 회전할 수 있어야만 하므로 대부분의 자동차의 스티어링 칼럼의 위치를 1-회전(one-turn) 센서 그 자체로는 검출할 수 없다. 하나의 대안은 스티어링 휠의 회전량을 알기 위하여 "상부 회전부(top turn)"를 360°센서에 결합하는 것일 수 있다. 예를 들면, 이것은 국제특허공개 WO　07/014599호에 도시된 것이다. 이러한 시스템들은 전압이 가해지는 최초 위치를 가정한다. 다음의 모든 위치는 이 시작 위치에 관한 것이다. 그러므로 이러한 종류의 시스템에 의해서 야기되는 문제점은 최초 위치가 자동차와의 접촉이 성립되는 각각의 시점에 이 처음 위치가 재정의된다는 것이다. 이러한 시스템이 스티어링 휠 각도의 마지막 위치에 대한 기억을 갖지 않는 경우 또는 접촉이 차단될 때 상기 각도가 변화하는 경우, 접촉을 나타내는 각도는 잘못된 것이 될 것이다.

스티어링 칼럼 적용을 위한 스펙들은 매우 엄격하다. 특히, 이러한 적용에는 0.1°이상의 분해능과 ±1°이상의 정확도를 갖고 ±720°(±2회전) 또는 ±1440°(±4회전)까지의 범위의 측정능력을 가지는 절대 센서(absolute sensor)가 필요하다.

그렇게 하기 위하여, 각도 측정을 위한 다양한 절대 다중회전(multiturn) 대안들이 있고 이것들에 다양한 전위차적(potentiometric), 광학적, 유도적(inductive) 또는 마그네틱(magnetic) 기술들이 적용된다.

유럽특허 제1　219 527호 또는 미국특허 제6　848　187호에서 예를 들어 도시하고 있는 것들과 같은 광학적 대안들은 복잡하고 비싸며, 엔진 룸에 장착되는 것이 그 온도와 환경 조건에 대한 그들의 부적절함으로 인하여 호환성이 없다는 것이 입증되었다.

미국특허 제6 384　598호에서 예를 들어 도시하는 것들과 같은 전자기 유도적 대안들은 스티어링 칼럼의 개량과 발전 측면에 있어서 매우 비싸다.

전위차적(potentiometric) 대안들은 주로 그 비용과 단순함에서 큰 장점들을 갖는다. 예를 들면, 종래기술인 미국 특허 제5　200　747호에서, 두 개의 전위차 360°센서들로 구성된 절대 다중회전 센서를 개시한다.

그러나, 전위차계의 트랙과 접촉부 사이의 문질러짐으로 인해, 센서의 수명을 줄어들게 하기 때문에 이러한 대안은 큰 단점을 갖는다는 것을 상기해야 한다. 또한, 트랙들은 먼지, 오일 또는 다른 액체와 접촉함으로써 열화 될 수 있다. 따라서, 비-접촉 시스템들을 갖는 전위차계로 교체하는 추세이다.

또한, 예를 들면 미국특허공개 제2005/000288286호, 일본특허공개 제2006/119082호, 미국특허 제6 941　241호, 미국특허 제5　930　905호 및 미국특허 제6　466　889호에서 개시하는 종래 기술로부터 두 개의 회전 센서들 사이의 연속적 위상(phase) 차로부터 회전 부재의 절대 위치를 계산하는 마그네틱 비-접촉(non-cantact) 대안들이 알려져 있다. 이러한 센서들의 원리는 다음과 같다: 상기 센서들은 각각 자석에 고정되는, 개수가 조금 다른 톱니(teeth)들을 갖는 두 개의 기어들을 구동시키는, 스티어링 칼럼에 연결된 톱니모양의 휠로 구성된다.

각 자석의 회전은 감자기형 프로브(magnetosensitive probe)에 의해서 검출되고, 위상-이동(phase-shifted) 신호가 알고리즘에 의해 처리된다. 따라서, 측정된 절대 각도의 정확도는 두 개의 다른 센서들에 의한 두 개의 신호 출력 사이의 차에 의존하고, 또한 계산 알고리즘에 의존한다. 두 개의 신호의 차는 단일 측정으로 얻어지기 때문에 큰 문제가 된다. 이는 개별적으로 취해진 두 개의 센서 중 하나의 정확도에 관련된 두 개 중 한 요소에 의해 정확도가 떨어지게 된다. 두 개의 센서들 중 하나의 작은 에러, 작은 기계적 위상차 또는 기어들 중 하나의 작은 느슨함(slack)으로 각도의 측정에 문제를 야기하게 된다. 또한, 이것은 회전 부재의 절대 각도를 계산하기 위한 매우 복잡한 알고리즘을 필요로 한다. 기계식 감속 기어(mechanical reduction gear)의 사용은 완전한 비-접촉 대안이 되지 못하며, 따라서 시스템에서 마찰을 부가한다(기어링(gearing)의 기어들은 소모하는 부품(wearing part)이고, 따라서 수명이 제한된다). 더 나아가, 이러한 기어의 부가는, 또한 완전한 센서의 조립의 복잡함으로 콤팩트(compact)한 시스템을 구비하지 못하게 하고 시스템을 비싸게 한다.

회전 부재의 위치를 그로부터 산출하기 위한 연속적 위상 차를 측정하는 이 동일한 원리가 미국특허공개 제2003/0145663호, 유럽특허 제1　353　151호, 미국특허 제6　515　571호 및 미국특허 제7　215　112에서 또한 사용된다. 이러한 문서들에는 검출되는 회전 부재들의 각도에 의존하는 연속적 위상 차를 형성하기 위하여 개수가 조금 다른 극들의 쌍들을 갖는 두 개의 다극 트랙(multipole track)을 갖는 하나의 자석 또는 두 개의 다극 자석을 구비하는 내용이 개시되어 있다. 이 원리는 다른 각 폭의 극들을 갖지만, 단일 자석과 단일 트랙을 갖는 국제특허공개 WO　2008/101702호에서도 또한 발견된다. 다극 자석에 기초한 이러한 원리들은 구비한 톱니의 수가 약간 다른 두 개의 톱니 모양 휠이 적용된 앞서 언급한 원리에서와 동일한 단점을 갖는다.

종래 기술로서, 국제특허공개 WO　2005/076860호는 회전 부재의 위치가 미국특허 제5　200 747호의 원리, 두 개의 센서, 즉 위치가 회전 부재에 직접 연결된 360°센서와 제네바(Geneva)-타입 휠에 의해 구동되는 제2 증가형 센서에 의해서 측정되는 원리에 따라서 측정되는 절대 다중회전 토크/위치 센서를 개시하고 있다. 미국특허 제5 200　747호와 달리, 사용된 센서가 전위차식이 아니라 비-접촉 마그네틱 타입이다. 두 개의 센서 각각은 자석에 의해서 형성된 자기장의 방사상(radial) 성분을 측정하는 90°로 이격된 두 개의 감자기형 부품들과 링 자석을 구비하고, 그 결과 360°에 대한 위치를 결정하기 위하여 판독되는 구적법(quadrature)상의 두 개의 사인형 신호가 형성된다.

상기 국제특허공개 WO　2005/076860호는 미국특허 제5　200　747호의 측정의 접촉 문제를 해결하나, 다시 문제들을 복잡하게 하고 마찰, 조립 및 수명에 문제점들을 갖는 기계식 감속 기어의 사용으로 인한 주된 단점들을 갖는다. 이 대안의 또 다른 단점은 두 개의 프로브의 존재에 있고, 그에 따라 하나의 프로브의 다른 프로브에 대한 부적절한 배치로 인하여 측정 에러를 형성할 수 있다. 또한, 90°로 공간상 이격되는 두 개의 집적 회로의 존재는, 인쇄 회로 영역이 커지고 연결의 수가 증가하기 때문에 센서의 최종 비용이 증가한다.

또한, 종래 기술에서 본 출원인의 국제특허공개 WO 2007/057563호는 360°회전형 위치 센서를 개시하고 사실상 반대방향으로 자화되는 디스크 또는 링 자석의 각 위치를 결정하기 위한 감자기형 프로브를 사용한다. 상기 특허에서, 자석에 의해 형성되는 자기장의 방향에 민감한 프로브는 자석의 외부에 배치되고, 따라서 예를 들어 스티어링 칼럼의 회전 각도를 측정하기 위한 관통-축(through-shaft) 회전 센서를 제공할 수 있다. 또한, 상기 공개특허는 센서에서 몇 번의 회전들이 1 회전 이하의 회전으로 늦추어지도록 움직임에서의 감속부(reduction)를 갖춘 센서의 사용을 설명한다. 상기 대안의 주된 단점은 n-폴드(n-fold) 감속부를 사용한다는 사실에 있고, 그에 따라 분해능(resolution)과 정확도가 떨어지고, 요구되는 분해능과 정확도가 매우 높은 경우 이러한 스티어링 칼럼의 적용을 충분하지 않다는 것이 입증할 수 있고, 또한, 이러한 대안은 다시 한번 상술한 바와 같은 동일한 단점들을 갖는 기계식 감속 기어 시스템을 사용한다.

또한, 종래 기술로서, 본 출원인에 의해 출원된 국제특허공개 WO 2009/047401호는 절대 다중회전을 검출하기 위한 비-접촉 360°위치 센서를 개시한다. 제1 비-접촉 센서는 0에서 360°까지 회전 부재의 회전 각도를 측정하는 데에 사용되고, 제2 센서는 회전 부재의 완전한 회전 수를 결정하는 데에 사용된다. 연속 n-폴드 감속부를 위한 기계적 시스템은 두 개의 센서 사이에 결합 된다. 따라서, 상기 대안은 측정의 신뢰성을 향상시킬 수 있고, 동시에 매우 바람직하게는 특히 관통-축 장치의 경우에 이것을 다양한 기하학적 구성(회전 수에 관계없이 동일한 정확도와 분해능을 갖는 2-회전 센서, 3-회전 센서, 등)에 적용할 수 있다. 그러나 센서의 정확도는 회전 부재의 절대 회전 각도를 측정하는 센서의 정확도에 의해 결정되며, 이 정확도는 ±2°에 제한되고, 이것은 자동차 스티어링 칼럼에 적용하기에는 부적절하다. 그러나 무엇보다도 이 시스템은 또한 상술한 단점을 갖는 기계식 감속 시스템을 사용한다.

마찬가지로, 종래 기술에서, 독일특허 DE 102007039051호는 위건드 와이어(Wiegand wire)에 기초한 회전 카운터(revolution counter)를 개시한다. 상기 위건드 와이어의 앞에서 자기 전이(magnetic transition)가 통과하는 매 순간 상기 와이어의 자구(magnetic domain)에 대한 갑작스런 적응으로 그것을 둘러싸는 코일에 전압을 형성하고, 이 전압은 회전 수를 증가시키고 그것을 불휘발성 메모리(nonvolatile memory)에 저장하기 위해 카운트 유닛(counting unit)에 의하여 사용된다. 그러나 이 방법은 [위건드 와이어 (자석들의 경로의 검출) + 코일(상기 와이어에서 자기 변화(modification)의 검출) + 카운트 유닛(검출된 회전에 대한 정보를 보냄) + 불휘발성 메모리(형성된 회전 수를 저장함)] 조립체에 의존적이고, 따라서 기능을 위한 많은 부품을 필요로 한다. 또한, 상술한 구성에서, 센서는 축의 단부에 형성되어, 관통-축 구조로서 제공될 수 없다. 마지막으로, 회전 수를 계수하기 위하여 회전 수가 증가하든지 감소하든지, 상기 센서에는 보조 프로브가 센서의 회전의 검출을 결정하기 위하여 전류가 공급되어야만 한다.

또한, 종래 기술로서 예를 들면 미국특허공개 제2006/0236784호에 개시된 것과 같은 회전 카운터 대안에 결합 된 마그네틱 토크 센서가 있다. 이 센서는 단순히 다중회전 마그네틱 위치 센서를 갖고 한쪽과 다른 한쪽에 끝을 잇도록 배치된 마그네틱 토크 센서를 구비한다. 따라서, 상기 센서는 벌크(bulk)형이고, 홀(Hall) 성분이 다른 평면에 배치되기 때문에, 몇 개의 인쇄 회로 또는 연성 회로 기판을 사용할 필요가 있고, 토크와 위치 센서 사이에 마그네틱 상호간섭이 필요하다.

또한, 본 출원인에 의한 국제특허공개 WO　2009/047401호의 종래 기술에서는 위치 센서의 자석이 또한 고정자 부분에 교묘하게 결합 되는 토크/위치 센서를 설명하고 있다는 것을 알 수 있다. 그러나 회전의 계수는 이 출원의 제1 부에서 이미 언급한 단점들을 갖는 기계식 감속 시스템을 사용하여 이루어진다. 또한, 이 센서로 제공되는 정확도는 360°에 대하여 ±0.5%(즉, ±2°의 각 정확도)이고, 스티어링 칼럼에 적용하기에 아주 적합한 것은 아니다.

WO 07-014599 A EP 1 219 527 B US 6 848 187 B US 6 384 598 B US 5 200 747 B US 2005-000288286 A US 6 941 241 B US 5 930 905 B US 2003-0145663 A EP 1 353 151 B US 6 515 571 B US 7 215 112 B WO 08-101702 A WO 05-076860 A WO 07-057563 A DE 102007039051 B US 2006-0236784 A WO 09-047401 A

본 발명의 목적은 종래 기술이 갖는 문제점들을 해소하기 위한 것으로, 더 큰 신뢰도와 정확도를 갖는 비-접촉 위치 센서를 제공하는 것이다.

이를 위해, 본 발명은 적어도 자화 유닛, 제1 감자기형 프로브와 제2 감자기형 프로브를 포함하는 마그네틱 위치 센서를 제안하며; 상기 제1 및 제2 감자기형 프로브는 서로에 대하여 고정되어 있고; 상기 자화 유닛은 매 순간에서 절대 위치를 갖고 상기 제1 및 제2 감자기형 프로브에 대하여 이동 경로(displacement travel)를 따라서 움직이고; 상기 자화 유닛에는 상기 제1 감자기형 프로브 근처에, 한편으로는 법선방향(normal) 성분과 다른 한편으로는 접선방향(tangential) 성분 또는 횡방향(transverse) 성분 중 하나 이상을 갖고, N이 1보다 큰 수이고 상기 이동 변위에 대하여 분포된 N주기에 대하여 사인형태로 주기적으로 바뀌는 자기장을 제공하고; 상기 제1 감자기형 프로브는 상기 자화 유닛의 위치에 관련된 제1 데이텀을 결정하도록 상기 자기장의 세 가지 성분 중 두 개를 측정할 수 있다. 상기 제2 감자기형 프로브는 상기 자석의 위치에 관련된 제2 데이텀을 결정하도록 상기 자기장의 완전 회전의 수를 절대적, 점증적 그리고 가역적인 방법으로 측정할 수 있고, 상기 제2 감자기형 프로브에 전원이 인가되든지 안 되든지, 상기 센서는 상기 제1 데이텀과 상기 제2 데이텀으로부터 상기 자석의 절대 위치를 계산하기 위한 모듈을 포함한다.

위치 센서의 일반적인 실시예에서, 제1 감자기형 프로브는 자화 유닛(1)에 의해 형성된 자기장의 3가지 성분 중 두 개를 측정하고(또는 각도를 직접 측정하고), 이 두 개의 성분들로 자화 유닛의 위치를 분석하며, 상기 자기장의 진폭은 일반적으로 다르므로, 그 위치를 유도하도록 아크탄젠트 값을 계산할 수 있도록 사용된 두 개의 성분의 정규화(normalization)를 필요로 하게 한다. 이러한 아크탄젠트 및 정규화 함수들은 분리된 성분 또는 자기장의 두 개의 성분들의 측정, 아크탄젠트 계산 및 두 개의 성분들의 정규화를 통합한 프로브(예를 들면, 엠이엘이엑스아이에스(MELEXIS) 90316 프로브 또는 에이치에이엘(HAL) 3625 프로브)에 의하여 직접적으로 실행된다. 예를 들면 프로브의 위치와 방향을 적절하게 선택함으로써, 특정 자석 형상을 사용함으로써, 특정 자화를 가짐으로써, 또는 마지막으로 제1 프로브에 집중되는 자기장을 배치함으로써 자기장의 성분이 사실상 동일한 값을 갖는 특정한 개선이 이루어질 수 있다. 위치를 판독한 후에, 선형 주기 신호가 제1 프로브에 대하여 자화 유닛의 위치에 의존하는 상기 제1 프로브로부터의 출력으로 얻어질 수 있다.

그러면, 제2 감자기형 프로브는 전류 기록을 구별하고, 따라서 프로브에 대한 자화 유닛의 절대적 위치를 결정하는 데에 사용된다. 구체적으로, 출력 신호는 소정의 경로에 대하여 n번 반복되기 때문에, 단지 제1 프로브에 의한 제1 출력 신호만으로는, 그로부터 자화 유닛의 위치를 유도할 수 없고, 이것은 제1 프로브에 의하여 읽혀지는 자기장을 형성하는 동일한 자석에 기초하여 그 선형 부분에 시스템이 있도록 제한할 수 있는 제2 프로브를 추가하는 이유가 된다. 예를 들면, (유럽특허 제1　532　425　B1호 및 유럽특허 제1　740　909　B1호에 기재된 것과 같이) 자기 모멘트(moment)의 회전에 기초한 성분을 사용할 수 있다.

상기 자구들은 상기 자구가 형성되는 자화 유닛에 의해 형성된 자기장의 회전과 같이 동시에 연속적으로 회전하지만, 자기장의 360° 회전마다 절대적 방식이 아닌 이산적인 방식으로 증가 또는 감소되는 신호를, 처리 출력으로서 마지막에 얻기 위하여 단지 자기장의 각각의 회전에서 상기 자구들은 마그네틱 회로 내로 전파된다. 따라서, 이것으로 시스템이 놓이는 주기에서 절대적인 구별이 가능하게 한다. 또한, 이러한 성분은 자구의 회전에 기초한 것이며, 프로브에 전원이 인가되지 않은 경우에도, 그리고 자석과 소위 주문형 반도체(ASIC; application specific IC)인 제2 감자기형 프로브 사이의 변위가 있는 경우에도, 자구들은 회전하고 이 변위에 따라서 크게 또는 작게 확장하도록 전파된다. 전기적 접촉이 형성되는 순간, 따라서 위치를 잃어버리지 않게 된다. 따라서, 이 시스템은 어떠한 히스테리시스(hysteresis)를 형성하지 않고 두 방향 움직임으로 작동하며 통상적으로 티오피(TPO; true power on) 시스템으로 불릴 수 있다.

독일특허 제102007039051호와는 달리, 회전 카운터 조립체는 불휘발성 메모리를 처리하는 전기적 펄스(pulse)들을 위건드 와이어에 연결된 코일을 통하여 보내고, 사용된 현재 성분은 그 자체로 그 물리적 특성들을 변화시킴으로써 회전 수를 계수하고 측정하게 할 수 있다(도 7 참조). 따라서, 제공된 조립체는 자동차(compact)해지고, 관통-축의 검출이 필요한 경우에 상기 조립체가 자석의 주변으로 이동되게 할 수 있다. 또한, 조립체는, 센서에 전력을 공급할 필요가 없이(티오피 모드에서 작동) 실행된 회전 수와 그 (증가 또는 감소) 방향을 계수할 수 있게 한다.

본 출원에 의하여 제시된 대안들은 완전 비-접촉 대안을 제공할 수 있고 그에 따라 부가적인 기계적 부품들을 없앨 수 있고, 그 정확도를 높이면서 그 제조 비용을 절감하며 센서를 단순화할 수 있다. 따라서, 상기 대안들은 더욱 바람직하게는 다양한 기하학적 구성(2-회전 센서, 3-회전 센서, 등)에 적용할 수 있고 관통-축 장치의 경우에 특히 원하는 정확도를 갖도록 적용하면서 측정의 신뢰도를 높일 수 있다.

특정 실시예에 따르면:

- 본 출원인의 프랑스특허 공개 제2　898 189호에 설명하고 있는 것과 같이, 예를 들면 상기 자화 유닛은 변위 방향을 따라 연속적으로 바뀔 수 있는 자화 방향을 갖고;

- 상기 자화 유닛은 변위 방향을 따라서 선형적으로 바뀌는 자화 방향을 갖고;

- 상기 자화 유닛은 교번하는 남-북 방향 자극을 갖고;

- 프랑스특허공개 제2　909 170호에서 제시하고 있는 것과 같이 상기 자화 유닛은 그 근처에서 그 접선방향 및 법선(또는 축)방향 성분들의 사인형 변화를 형성하도록 단일 방향으로 자화되고 그 크기들 중 하나 이상이 비-일정(non-constant) 방식으로 바뀐다.

또한, 선택적인 실시예에 따르면:

- 상기 자화 유닛은 고리(annular) 형상을 갖고 자화 유닛의 회전 축에 대하여 수직인 평면으로 자화 방향이 형성된다;

- 상기 자화 유닛은 디스크 형상을 갖고, 상기 디스크 형상의 평면에 수직인 자화 방향을 갖는다.

그 근처에서 자화 유닛에 의해 제공되는 자기장의 성분들을 사인형으로 바꾸는 것에 대하여는 종래 기술로부터 알려져 있다는 것을 본 발명의 범위 내에서 이해할 수 있을 것이다.

이러한 자석의 근처에서, 자기장은 사실상 2π/N 주기의 사실상 사인형 접선방향 성분(B_t), 법선방향 성분(B_n) 및 횡방향 성분(B_z)을 형성한다. 상기 성분(B_n)과 성분(B_z)은 동일한 위상을 갖는 반면, 성분(B_t)은 한 주기의 1/4만큼 위상-이동이 이루어진다. 제1 감자기형 프로브는 필요하다면 자기장의 두 개의 성분을 통합하고, 아크탄젠트를 계산하고, 자기장의 두 개의 성분을 정규화하는 데에 사용된다.

자석을 둘러싸는 공간의 한 포인트에서 성분(B_t)과 성분(B_n)이 제1 프로브를 사용하여 측정된 경우, 다음의 식을 적용함으로써 2π/N 내에서 자석의 선형 위치를 결정할 수 있다:

2π/N 내에서,

,

여기서:

-Θ는 자석의 각 위치이고, G_t는 필요한 경우 접선방향 성분을 증폭시키기 위한 이득이다.

보다 일반적인 경우에서는, 다음이 식이 사용될 수 있다:

B_nz = kn.B_n + kz.B_z에 대해,

일반적인 경우에서, 이러한 두 개의 성분들에 기초하여 자화 유닛의 각 위치를 해석하는 경우, 상기 자기장의 진폭은 일반적으로 다르고 그 선형 위치를 유도하도록 아크탄젠트를 계산하기 위하여 사용된 두 개의 성분의 아크탄젠트를 계산할 필요로 한다. 선형 부분의 정확도는 2π/N 길이의 주기에 대하여 ±0.3%의 정도가된다. 따라서, 주기가 짧아질수록, 다른 말로 N이 커질수록, 정확도의 각 정도는 높아지고, 따라서, 원하는 정확도의 정도를 위하여 주기 N이 조절될 수 있다.

바람직하게는, 인쇄 회로 제1 및 제2 감자기형(magneto-sensitive) 프로브는 하나의 동일한 인쇄 회로에 위치한다.

상기 프로브(3)는 적용에 따라서 구별될 수 있는 자기장의 완전 회전의 수(N_r)에 의하여 제한될 수 있다. 예를 들면, N 주기를 포함하는 자화 유닛을 마주하도록 통합되는 경우, 다른 증가분의 최대 N_r 값을 전달할 수 있고 따라서 단부에서 센서는 N_r/N 회전에 대하여 매우 높은 정확도를 갖고 절대적이 될 수 있다. 따라서, 제한된 수의 회전에 대한 절대 센서를 필요로 하는 경우, 정확한 회전 수에 대한 절대 센서를 얻기 위하여 자화의 주기의 수를 조절할 필요가 있다.

하나의 특정 실시예에 따르면, 본 발명의 선형적 적용을 예측할 수 있다. 그러면, 자화 유닛은 변위 방향에 대하여 선형적으로 연장된다.

상기 형태에서, 스트립 형상의 자석과 변위 방향에 따라서 연속적으로 변화하는 자화 방향이 존재한다. 제1 프로브는 자석의 위치를 결정하도록 주기 내에서 방사방향, 법선방향 및 축방향 성분들을 측정한다. 제2 절대 점증적 프로브는 자화 유닛에서 형성된 자기장의 회전의 수를 계수하는 데에 사용된다.

또 다른 실시예에 따르면, 자화 유닛은 360°이하의 각폭(angular width)에 대해 연장되는 형상을 갖는다. 이러한 방식으로, 제1 및 제2 프로브로부터의 신호들을 조합함으로써 얻어진 위치 신호는 매우 정확해 진다.

또한, 본 발명은 상술한 바와 같은 위치 센서를 포함하는 토크 센서를 제공하는 것을 제안한다.

이를 위하여, 본 발명은 토션 바에 의하여 연결된 제1 축과 제2 축 사이에 토크를 검출하기 위한 마그네틱 장치를 제안하고, 상기 마그네틱 장치는 자동차 스티어링 칼럼을 위한 것이고: 상술한 바와 같은 위치 센서; 제1 축에 고정되고 반경방향으로 배향된 복수의 자석들을 포함하는 제1 회전자 마그네틱 구조; 제2 축에 고정되며 층상(imbricated)이고 축방향으로 배향된 톱니에 의해 연장된 두 개의 링들을 포함하는 제2 고정자 구조; 및 적어도 제3 감자기형 프로브가 배치되는 하나 이상의 틈(gap)을 제한하는 두 개의 플럭스 클로져 부재(flux closure piece)로 구성된 제3 고정 콜렉팅(stationary collecting) 구조를 포함한다.

바람직한 실시예에 따르면:

- 제1, 제2 및 제3 프로브들은 같은 인쇄 회로에 위치하고;

- 상기 자화 유닛은 톱니 주변에 위치한 링 형태이고;

- 복수의 자석들은 자화 유닛에 속한다.

따라서, 상기 구성으로 다중회전 절대 토크/위치 센서를 제공할 수 있고, 상기 토크/위치 센서의 축방향 및 방사방향 크기는 단순히 자석과 두 개의 프로브를 부가하고 토크 센서의 다른 부분을 모두 재사용함으로써 토크 센서의 크기와 같아진다. 이러한 구성에서, 토크 센서의 자석과 위치 센서의 자석은 동축이고, 홀(Hall) 성분은 센서의 회전축에 수직인 자석의 중앙 평면에 놓인다. 이것으로 모든 홀 성분들을 하나의 인쇄 회로에 삽입할 수 있고 하나의 센서의 다른 센서에 대한 마그네틱 상호간섭(interaction)을 제거할 수 있는 장점을 갖는다.

또한, 이러한 통합 센서의 비용은 그 구성하는 부품들을 공통화함으로써 감소한다. 위치 센서의 자석과 토크 센서의 동축 링들은 동시에 오버몰드될(overmolded) 수 있고 그에 따라 오직 단일 부품을 형성할 수 있고, 마찬가지로 토크/위치 센서의 홀 프로브들의 경우 동일한 하나의 인쇄 회로의 일부를 형성한다. 바람직한 실시예에 따르면, 콜렉터들의 각 폭은 위치 센서의 자석의 주기에 각 폭에 같거나 K 주기가 되도록 선택될 수 있다.

이 실시예는 예를 들면 프랑스특허 제2　872　896호에서 설명하는 것과 같고 두 개의 센서에 대해 동일한 하나의 자석을 사용하는 마그네틱 토크 센서를 갖는 바람직한 제1 실시예와 신중하게 결합하는 다중회전 토크/위치 센서를 갖는 대안을 제공한다. 따라서, 이 자석은 토크 센서와 위치 센서에 대한 자기장의 원인이 되고, 모든 전기적 성분은 동일한 인쇄 회로에 배치된다. 이 구성에서, 고정자는 제1 및 제2 프로브가 단일 자석에 의해 형성된 자기장을 측정할 수 있도록 토크 센서로부터 축방향으로 멀리 옮겨져야만 한다. 축 방향 크기가 커지지만, 오직 하나의 자석을 사용하여 센서의 비용을 절감시킬 수 있다.

다른 하나로부터 토크 고정자를 분리하는 대신에, 그 주변에 제1 및 제2 프로브를 배치하고 하나 이상의 고정자를 지나 축방향으로 연장되도록 토크 센서의 자석을 또한 연장할 수 있다. 이것은 또한 하나의 자석을 구비하게 하는 것을 가능하게 하지만, 토크 센서와 연결되는 프로브에 대하여 그리고 위치 센서의 프로브에 대하여 두 개의 분리형 인쇄 회로를 갖게 된다는 단점을 갖는다.

또한, 본 발명은 토션 바에 의하여 연결된 제1 축과 제2 축 사이의 토크를 검출하기 위한 마그네틱 장치에 관한 것으로, 상기 마그네틱 장치는 특히 자동차 스티어링 칼럼에 적용되며: 상술한 것과 같은 위치 센서, 보조 자화 유닛 및 보조 감자기형 프로브를 포함하고; 위치 센서의 자화 유닛은 위치 센서가 상기 제1 축의 각 위치(Θ₁)에 대한 제1 위치 정보 아이템을 전달할 수 있도록 제1 축에 고정되고; 보조 자화 유닛은 제2 축에 고정되고 보조 감자기형 프로브에 대하여 움직일 수 있고, 상기 보조 프로브는 제2 축의 각 위치(Θ₂)에 관련된 제2 위치 정보 아이템을 전달할 수 있으며; 그리고 상기 장치는 아래 식과 같이 상기 제1 및 제2 위치 정보 아이템으로부터 제1 축 및 제2 축 사이의 각 위치의 차이를 계산할 수 있는 중앙 처리 모듈을 포함한다:

여기서:

- B_n1은 제1 프로브에 의해 측정되는 자화 유닛에 의해 형성된 자기장의 법선방향 성분이고;

- B_n2는 보조 프로브에 의해 측정된 보조 자화 유닛에 의해 형성된 자기장의 법선방향 성분이며;

- B_t1는 제1 프로브에 의해 측정된 자화 유닛에 의해 형성된 자기장의 접선방향성분이고;

- B_t2는 보조 프로브에 의해 측정되고 보조 자화 유닛에 의해 형성된 자기장의 접선방향 성분이다.

토크는 두 개의 축 사이의 상대적인 각도의 측정, 즉 (Θ₁-Θ₂)으로 계산된다.

두 개의 동일한 자석을 갖고 주기적 사인형태의 자화를 형성하는 조건에서는, 다음과 같이 쓰일 수 있다:

- B_n1 = |B_n1|sin(NΘ₁) 및 B_t1 = |B_t1|cos(NΘ₁)

- B_n2 = |B_n2|sin(NΘ₂) 및 B_t2 = |B_t2|cos(NΘ₂).

임을 알면,

그로부터 상기 식을 사용하여 두 개의 축 사이의 상대적인 각도를 유도할 수 있다:

여기서, (놈(norm)들을 수식화하여) |B_n1| = G₁|B_t1|과 |B_n2| = G₂|B_t2|과 G|B_n1| = |B_n2|이 되는 G, G₁ 및 G₂ 이다.

따라서, 이 실시예에서는 제1 실시예에서 제한되는 입력 축에 연결된 센서에 출력 축과 또한 하나의 같은 제1 프로브에 연결된 동일한 자석을 부가함으로써 최소한의 부품의 수를 갖는 다중회전 토크/위치 센서를 제공하게 할 수 있다. 구체적으로, 더 이상 비싼 부품들인 고정자와 토크 센서를 위한 콜렉터의 구성에 대한 필요가 없어진다.

본 발명의 다른 특징들과 장점들은 이를 각각 나타내는 첨부된 도면들을 참조하여 구체적인 실시예에 대한 상세한 설명을 읽음으로써 명확해 질 것이다.
- 도 1에서는 링 자석을 갖는 바람직한 실시예에 따른 위치 센서를 나타내고;
- 도 2에서는 디스크 자석을 갖는 제1 실시예에 따른 위치 센서를 나타내며;
- 도 3에서는 도 1 또는 도 2에 따른 자석(1)의 근처에 프로브(2)에 의해 판독되는 사인형 신호를 나타내고;
- 도 4에서는 도 3에서 볼 수 있는 신호로부터 자화의 한 주기에 대하여 계산된 위치 신호를 나타내며;
- 도 5에서는 도 4에 따른 위치 신호에 관련된 비선형 신호를 나타내고;
- 도 6에서는 자석의 4 회전에 대한 프로브(2)에 의해 주어진 위치 신호를 나타내고;
- 도 7에서는, 자석(1)의 회전의 함수로서 프로브(3)에 의한 출력으로 얻어진 신호를 나타내고;
- 도 8에서는 본 발명에 따른 선형 변위 센서를 나타내며;
- 도 9에서는, 본 발명에 따른 360°이하의 각 변위 센서를 나타내고;
- 도 10에서는, 본 발명에 따른 위치 센서와 결합 될 수 있는 종래 기술의 토크 센서를 나타내며;
- 도 11에서는 제1 실시예에 따른 도 1에 도시된 것과 같은 본 발명의 위치 센서와 도 10에 따른 토크 센서의 결합을 나타내고;
- 도 12에서는 제2 실시예에 따른 도 1에 도시된 것과 같은 본 발명의 위치 센서와 도 10에 따른 토크 센서의 결합을 나타내며;
- 도 13에서는 제3 실시예에 따른 도 1에 도시된 것과 같은 본 발명의 위치 센서와 도 10에 따르는 토크 센서의 결합을 나타내고;
- 도 14에서는 본 발명의 위치 센서를 사용한 제4 실시예에 따르는 토크 센서를 나타내며;
- 도 15에서는 도 14에 따른 토크 센서의 마그네틱 성분을 나타낸다.

도 1은 제1 실시예에 따른 초정밀 단일-회전(single-turn) 또는 다중 회전(multiturn) 위치 센서(A)를 나타낸다. 상기 위치 센서는 몇 개의 자화 주기들을 갖는 자석(1)으로 구성된다. 따라서, 자화 방향은 상기 자석(1)의 각 변위의 방향을 따라서 연속적으로 바뀌고 반복되며, 비제한적인 본 실시예에서는, 상기 자석(1)은 360°에 대하여 4회 반복된다.

자석(1)에 인접한 위치에서 소위 제1 프로브(2)가 인쇄 회로(4)에 위치하여 상기 자석(1)에 의해 발생된 자기장의 진폭이 아닌 자기장의 방향을 측정한다. 예를 들면, 엠엘엑스90316(MLX90316) 프로브, 2에스에이10(2SA10) 프로브와 같은 홀 효과(Hall-effect) 프로브 또는 자기저항성(magnetoresistance) 프로브(AMR, GMR, 등)를 사용하는 것을 예상할 수 있다. 이 프로브의 근처에서 사실상 사인형(sinusoidal)인 성분의 자기장을 형성하는 자화가 이루어진다.

도 3은 도 1에 도시된 바와 같은 자화와 자석을 사용한 프로브(2)에 의하여 측정된 방사방향(radial) 성분(23)과 접선방향 성분(24)의 진폭(볼트로)의 변화(variation)를 위치(각도로)의 함수로서 나타낸다.

두 개의 측정된 사인형 신호로부터, 다음의 식을 적용함으로써 자석의 선형 위치를 결정할 수 있다:

여기서:

-Θ는 각 위치이고;

- B_t는 자기장의 접선방향 성분이고;

- B_n는 자기장의 법선방향(normal) 성분이고;

- G는 교정 이득(corrective gain)이다.

도 2에서 측정된 신호를 상기 식에 적용함으로써, 도 4에 도시된 것과 같은 출력 신호가 얻어진다. 상기 신호는 여기서 볼트로 표현되고, 여기서 각도로 표현된 위치 함수로서 선형적이며, 90°의 주기를 갖는 주기적이다.

도 5에 도시된 것처럼, 퍼센트로서의 비선형적 변수를 각도로 표현된 위치의 함수로서 나타내고, 얻어진 신호는 90°의 주기에 대하여 매우 우수한 선형성을 나타낸다. 일 예로, 0.27°에 대응하는 대표 값(typical value)은 대략 0.3%이다.

도 1의 경우, 4번의 자기화 주기를 고려하는 경우, 그에 따라 출력 신호는 매 회전마다 4번 반복된다. 자석(1)이 4 회전하는 것을 고려하면, 도 4에 도시된 것과 같은 패턴은 도 6에 도시된 것과 같이 16회 반복되고, 볼트(V)로 표현된 상기 신호의 변화를 각도(°)로 표현된 위치의 함수로서 나타내어 진다.

상기 반복된 패턴은 항상 주어진 16회의 주기 내에서 동일하기 때문에, 자석의 각 위치를 도출할 수가 없다. 상기 함수는 자석(1)에 인접한 프로브(2)를 지지하는 바람직하게는 동일한 인쇄 회로(4)에 배치하는, 도 1에 도시된 것과 같은 절대 증가형(absolute incremental) 프로브(3)를 사용함으로써 만들어질 수 있다. 상기 절대 증가형 프로브(3)는 다시 같은 자석(1)을 사용하여 시스템이 놓이는 선형 부분을 결정하는 역할을 한다.

상기 절대 증가형 프로브(3)는 상기 절대 증가형 프로브(3)에 전류가 공급되는지 여부에 무관하게, 자석(1)의 자기장에 의해 만들어지는 회전 수를, 절대적인 방법으로, 검출하게 할 수 있다. 따라서, 검출(detection)은 상기 절대 증가형 프로브(3)의 물리적 특성의 변형에 의해 영향을 받는다.

상기 절대 증가형 프로브(3)는 구별될 수 있는 자기장의 완전 회전 수(N_r)에 의해 제한된다. 예를 들면, 몇 개의 자화 주기(N_pp)를 갖는 자석에 마주하여 통합되는 경우, 이러한 구성요소들은 N_r/N_pp의 주기를 갖는 주기적인 이산 신호(discrete signal)(N_r 값들)를 전달할 수 있다.

따라서, 예를 들면 도 1의 자석을 사용하는 경우, 절대 증가형 프로브(3)로부터의 출력 신호는, 자기장이 16회의 완전 회전으로 제한된다고 가정한다면, 볼트(V)로 표현된 신호의 변화를 각도(°)로 표현된 위치 함수로 나타내고 있는 도 7에 도시된 바와 같이, 90°(360/4)마다 매번 다른 출력 전압을 갖고 4회전(16/4 = 4 회전)의 주기 동안 주기적인 신호가 된다.

90°의 주기 동안 연속적으로 바뀌는 자화 방향을 갖는 자석(1)을 사용하면, 대략 0.2°의 전형적인 정밀성을 갖는 다중회전(multiturn) 위치 센서(도 1의 경우 4회전)를 얻을 수 있다.

본 발명은 이 실시예에 제한되지 않으며 다양한 방식으로 실행될 수 있고, 도 2에 도시된 바와 같은, 특히 디스크 형상의 자석(1)을 사용할 수 있다. 상기 디스크형 자석(1)은 자석의 360°에 대하여 몇 개의 주기를 따라서 교번하는 남-북 자극들을 구비한다. 이 실시예에서, 자화 방향은 디스크의 표면에 대해 수직이다.

마찬가지로, 선형 형태들로서 예를 들면 몇 개의 주기에 대하여 연속적으로 변하는 자화 방향을 갖는 자석(1)을 나타내는, 도 8에 도시된 것과 같은 것을 예측할 수 있다. 이것은 다시, 같은 인쇄 회로(4)에 배치되는, 한 주기 내에서 자석(1)의 위치를 도출하도록 법선(또는 축)방향 자기장 및 접선방향 자기장을 측정하는 프로브(2)와 자기장의 주기의 수, 즉 자기장의 회전 수를 계수하는 절대 증가형 프로브(3)를 나타낸다. 따라서, 두 개의 신호의 결합으로 매우 정밀한 정확도의 위치 센서를 형성하는 것을 가능하게 할 수 있다.

또한 마찬가지로, 도 9는 방사방향으로 번갈아가며 자화된 남-북 자극과 두 개의 프로브(2, 3)를 지지하는 인쇄 회로(4)를 구비한 자석 타일(tile) 또는 아치형(1)의 회전형 형태를 나타낸다. 각 폭(angular width)에 제한된 타일을 만들고 자화 주기의 수를 곱함으로써, 제공된 센서의 정확도를 증가시킬 수 있다.

본 발명은, 특히 도 10에 도시되고, 출원인에 의하여 출원된 프랑스특허공개 제2　872　896호에서 실시예로 도시된 것과 같이, 토크 센서(B)와 위치 센서(A)의 결합에 관련된 것이다.

상기 토크 센서(B)는 토션 바(19)에 의해 연결된 두 개의 축 (5, 6)의 상대적 회전을 검출하는 데에 사용되고:

- 반경 방향으로 자화되고 요크(yoke)(20)에 고정되는 복수의 자석(8)을 포함하는 제1 마그네틱 회전자 구조(7);

- 축방향으로 연장되는 복수의 층상(imbricated) 톱니(12, 13)를 갖는 두 개의 동축 링(10, 11)을 포함하는 제2 고정자 마그네틱 구조(9);

- 두 개의 감자기형 부재(18)들이 위치하는 두 개의 측정 틈(17)들로부터 인접한 브랜치(branch)(21, 22)들에 의해 연장되는 두 개의 플럭스 클로져 부품(flux closure piece)(15, 16)으로 구성된 제3 고정 콜렉팅(stationary collecting) 구조(14)로 구성된다. 이러한 중복 구성은 잉여 기능을 제공하는 역할을 하지만, 하나의 감자기형 부재를 갖는 단일 틈으로도 이해될 수 있다.

상기 위치 센서 (A)와 결합되는 경우, 도　11에 도시된 바와 같이, 토크 센서(B)의 제2 마그네틱 구조(9)를 지지하는 플라스틱부(미도시) 위에 오버몰드(overmold)될 수 있는 연속적으로 변화하는 자화 방향을 갖는 다극 자화 자석(1)으로 만들어진 제4 구조로 구성된다. 또한, 프로브(2)를 지지하는 인쇄 회로(4a)와, 위치 센서(A)의 작동에 필요한 절대 증가형 프로브(3)와, 토크 센서(B)를 사용하여 자기장의 진폭을 측정하는 감자기형 제3 프로브(18)가 제공된다.

도 11에 도시된 구성에서, 연속으로 변화하는 자화 방향을 갖는 다극 자석(1)은 고정자 구조(9)에 고정된다. 상기의 새로운 센서는 종래의 토크 센서와 같은 크기를 갖지만, 고정자 부분(9)에 고정되는 축(6)의 각 위치를 몇 번의 회전에 걸쳐 절대적으로 측정할 수도 있다.

도 12는 상술한 바와 같은 토크 센서(B)를 갖는 위치 센서(A)의 또 다른 가능한 결합을 나타낸다. 상기의 실시예에서, 자석(8)은 방사방향으로 자화된 다극 자석이다. 따라서, 상기 자석(1)은 인쇄 회로(4a)에 위치하는 모든 프로브(2, 3, 18)와 위치 센서(A)에 대하여 그리고 토크 센서(B)에 대한 자기장의 출처가 된다. 이것으로 하나 이상의 자석(1)을 가질 필요가 없다는 장점을 가지나, 축상 치수를 증가한다는 단점을 갖게 된다.

비록 토크 센서의 톱니(12, 13)의 영향이 위치 센서의 작동을 교정하는 데에 해가 될 수 있으나, 도 13에 도시된 바와 같이, 또 다른 인쇄 회로(4b)에 프로브(2, 3)들을 배치하기 위하여 고정자 조립체(9)를 지나 연장되도록 하나의 자석(1, 8)이 형성된 또 다른 실시예를 예상할 수 있다. 상기 조립체는 위치 센서(A)가 토크 센서(B)에 둔감해지게 할 수 있다.

마지막으로, 도 14는 다시 도 1에 도시된 위치 센서(A)의 사용에 기초하는 혁신적인 토크/위치 센서를 나타낸다.

상기의 실시예에서, 연속적으로 변화하는 자화 방향을 갖는 두 개의 다극 자석(1a, 1b)이 사용된다.

스티어링 칼럼에서, 입력 축(5)과 출력 축(6)은 토션 바(19)에 의해 연결되고, 이것은 입력 축(5)과 출력 축(6) 사이의 각도의 측정으로부터 토크를 유도할 수 있다는 것을 의미한다. 본 발명은, 축(5, 6) 각각에서 N 쌍의 극을 갖는 연속적인 자화 방향(각각 1a, 1b)과 각각의 자석(1a, 1b)에 마주하여 형성된 자기장의 방사방향(축방향) 그리고 접선방향 성분을 측정하는 하나의 감자기형 프로브(각각 2a, 2b)를 구비하는 다극 자석과, 상기 입력 축(5) 또는 출력 축(6) 중 어느 곳으로도 연결되는 자석(1b)에 마주한 하나의 절대 증가형 프로브(3)를 결합시키는 것을 제안한다.

상기한 실시예에서, 위치 Θ₁에서 제1 축(5)과, 위치 Θ₂에서 제2 축(6) 사이의 차이는 프로브(2a, 2b)로부터의 신호의 결합에 의해 다음과 같이 결정된다:

상기 식에서의 상기 파라미터들을 상술하였다. 도 15에 도시된 바와 같이 이 실시예서 프로브(2a)는 제1 인쇄 회로(4a)에 배치되고 프로브(2b, 3)는 제2 인쇄 회로(4b)에 배치된다.

Claims (15)

1. 적어도 자화 유닛(1), 제1 감자기형 프로브(2) 및 제2 감자기형 프로브(3)를 포함하는 마그네틱 위치 센서에 있어서:
   - 상기 제1 및 제2 감자기형 프로브(2, 3)는 서로에 대하여 상대적으로 고정되어 있고;
   - 상기 자화 유닛(1)은 매 순간에서 절대 위치를 갖고 상기 제1 및 제2 감자기형 프로브(2, 3)에 대하여 이동 경로에 따라서 움직일 수 있고;
   - 상기 자화 유닛(1)에는 상기 제1 감자기형 프로브(2)의 근처에, 한편으로는 법선방향 성분과 다른 한편으로는 접선방향 성분 또는 횡방향 성분 중 하나 이상을 갖고, 상기 이동 변위에 대하여 분포하는 N은 1보다 큰 수이며 N 주기에 대하여 사인형태로 그리고 주기적으로 바뀌는 자기장이 형성되고;
   - 상기 제1 감자기형 프로브(2)는 상기 자화 유닛(1)의 위치에 관련된 제1 데이텀을 결정하도록 상기 자기장의 세 가지 성분들 중 두 개 이상을 측정하며,
   상기 제2 감자기형 프로브(3)는, 상기 자석(1)의 위치에 관한 제2 데이텀을 결정하도록, 절대적, 점증적 그리고 가역적 방법으로 상기 자기장의 완전 회전의 수를 측정할 수 있고, 상기 제2 감자기형 프로브(3)에 전원이 인가되는지 여부와 무관하게, 상기 센서는 상기 제1 데이텀과 상기 제2 데이텀으로부터 상기 자석(1)의 절대 위치를 계산하기 위한 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 위치 센서(A).
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 자화 유닛(1)은 변위 방향을 따라서 연속적으로 바뀔 수 있는 자화 방향을 갖는 것을 특징으로 하는 마그네틱 위치 센서(A).
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 자화 유닛(1)은 변위 방향을 따라 선형적으로 바뀌는 자화 방향을 갖는 것을 특징으로 하는 마그네틱 위치 센서(A).
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 자화 유닛(1)은 교번하는 남-북 방향 자극을 갖는 것을 특징으로 하는 마그네틱 위치 센서(A).
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 자화 유닛(1)은 단일 자화 방향을 갖고 그 크기들 중 하나 이상은 비-일정 방식으로 바뀌는 것을 특징으로 하는 마그네틱 위치 센서(A).
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 자화 유닛(1)은 고리 형상을 갖고 상기 자화 유닛(1)의 회전 축에 대하여 수직인 평면으로 자화 방향을 갖는 것을 특징으로 하는 회전 마그네틱 위치 센서(A).
7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 자화 유닛(1)은 디스크 형상을 갖고 상기 디스크 형상의 평면에 수직인 자화 방향을 갖는 것을 특징으로 하는 회전 마그네틱 위치 센서(A).
8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 자화 유닛(1)은 360°이하의 각 폭에 대하여 연장되는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 회전 마그네틱 위치 센서(A).
9. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 자화 유닛(1)은 변위 방향을 따라서 선형으로 연장되는 것을 특징으로 하는 선형 마그네틱 위치 센서(A).
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 감자기형 프로브(2, 3)는 하나의 같은 인쇄 회로(4)에 위치하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 위치 센서(A).
11. 토션 바에 의하여 연결된 제1 축과 제2 축 사이의 토크를 검출하기 위한 자동차 스티어링 칼럼용 마그네틱 검출 장치로서:
    - 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따라 제한된 위치 센서(A)와;
    - 제1 축에 고정되며 반경 방향으로 배향된 복수의 자석(8)들을 포함하는 제1 회전자 마그네틱 구조(7)와;
    - 제2 축에 고정되며 층상이고 축 방향으로 배향되는 톱니(12, 13)에 의해 연장되는 두 개의 링(10, 11)들을 포함하는 제2 고정자 구조(20)와;
    - 적어도 제3 감자기형 프로브(17)가 배치되는 하나 이상의 틈(18)에 의해 제한되는 두 개의 플럭스 클로져 부품(15, 16)으로 구성되는 제3 고정 콜렉팅 구조(14)를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 검출 장치.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1, 제2 및 제3 프로브(2, 3, 17)들은 같은 인쇄 회로(4a)에 배치되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 검출 장치.
13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 자화 유닛(1)은 상기 톱니(12, 13) 주변에 위치한 링 형상인 것을 특징으로 하는 마그네틱 검출 장치.
14. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 복수의 자석(8)들은 상기 자화 유닛(1)에 속하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 검출 장치.
15. 토션 바에 의해 연결된 제1 축과 제2 축 사이의 토크를 검출하기 위한 자동차 스티어링 칼럼용 마그네틱 검출 장치로서:
    - 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 의해 제한되는 위치 센서(A), 보조 자화 유닛(1b) 및 보조 감자기형 프로브(2b)를 포함하고;
    - 상기 위치 센서(A)의 자화 유닛(1a)은 상기 위치 센서(A)가 상기 제1 축(5)의 각 위치 Θ₁에 관한 제1 위치 정보 아이템을 전달할 수 있도록 상기 제1 축 (5)에 고정되고;
    - 상기 보조 자화 유닛(1b)은 상기 제2 축(6)에 고정되어 상기 보조 감자기형 프로브(2b)에 대하여 움직일 수 있고, 상기 보조 감자기형 프로브(2b)는 상기 제2 축(6)의 각 위치 Θ₂에 관한 제2 위치 정보 아이템을 전달할 수 있으며;
    - 상기 장치는 상기 제1 및 제2 위치 정보 아이템들의 조합으로부터 다음 식으로 상기 제1 축(5)과 상기 제2 축(6) 사이의 각 위치에서의 차이를 계산할 수 있는 중앙 처리 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 검출 장치:
    

    

    
    여기서,
    - B_n1 은 상기 제1 프로브(2a)에 의해 측정된, 상기 자화 유닛(1a)에 의해 형성된 자기장의 상기 법선방향 성분이고;
    - B_n2 은 상기 보조 프로브 (2b)에 의해 측정된, 상기 보조 자화 유닛(1b)에 의해 형성된 자기장의 법선방향 성분이며;
    - B_t1 은 상기 제1 프로브(2a)에 의해 측정된, 상기 자화 유닛(1a)에 의해 형성된 자기장의 접선방향 성분이고;
    - B_t2 는 상기 보조 프로브 (2b)에 의해 측정된, 상기 보조 자화 유닛(1b)에 의해 측정된 자기장의 접선방향 성분이며;
    - |B_n1| = G₁|B_t1|, |B_n2| = G₂|B_t2| 그리고 G|B_n1| = |B_n2|이다.

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