KR20230131295A - 영구 자석을 포함하는 비접촉 위치 센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자기장을 생성하는 영구 자석 및 적어도 2개의 방향에서 자기장(또는 자기-민감성 요소)을 검출하기 위한 적어도 하나의 요소를 포함하는 비접촉 위치 센서에 관한 것으로, 영구 자석은 이동 방향으로 이동할 수 있고, 이동 방향에서 연속적으로 가변적인 자화를 가지며, 자화에서의 변동은 상이한 자기장 구성요소에 따라 적어도 2개의 준-주기적 기여의 조합에 대응하는 형상, 이러한 자기장 구성요소의 값을 조합하고, 정확한 위치 값을 결정하기 위한 컴퓨터를 더 포함하는 센서를 가진다.

Description

영구 자석을 포함하는 비접촉 위치 센서

본 발명은 절대 각도 또는 선형 위치의 정확한 측정을 위한 비접촉, 자기 및/또는 전자기 위치 센서의 분야에 관한 것이다. 그러한 센서는 총 스트로크의 0.1%의 수준 또는 완전한 회전에 대해 수행된 검출에 대해 0.5° 미만의 높은 정밀도로 각도 위치 또는 선형 변위를 검출하는 것을 가능하게 한다.

종래 기술에서, 기준 지점의 각도(또는 선형) 위치의 자기 측정을 위한 장치가 알려져 있으며, 고정된 지점에 대해 축 주위를 각지게(또는 선형으로) 이동한다. 그러한 측정 장치는 일반적으로 기준 지점에 대한 민감한 자기 요소의 각도 위치를 계산함으로써 그로부터 추론하기 위해 회전 자기 요소(또는 자기-저항성(MR) 요소) 및 자기 플럭스 또는 이러한 자기 플럭스(또는 자기장)의 축방향 및/또는 반경방향 구성요소를 측정하는 자기-민감성(MS) 요소를 포함한다.

"360° 홀 효과 센서" 유형의 제1 센서 솔루션, 또는"사인 센서-코사인 센서"센서는 자기장의 적어도 2개의 구성요소를 측정하는 단일 프로브를 사용하거나, 또는 편위 동안 플럭스의 비례적인 변동을 생성하는 자기 회로를 사용한다. 그러한 측정 장치의 정확도는 제한되며(전형적으로 기계적 1° 이상), 특정 응용(예를 들어, 로봇)에 대해 불충분한 것으로 간주될 수 있다.

적어도 2개의 홀 효과 프로브를 사용하는 동일한 유형의 센서는, 특히 상이한 자기장 구성 요소의 조성에 의해, 그러한 측정 장치의 정밀도를 개선하는 것을 가능하게 하지만, 여전히 0.5°에 가까운 기계적 정도를 유지하며, 여전히 특정 응용(예를 들어, 기계-도구)에 불충분한 것으로 간주될 수 있다.

일반적으로 리졸버(예를 들어 릴럭턴스 리졸버)라고 불리는 코일형 스테이터가 있는 강자성 유형의 또 다른 센서 제품군은 스테이터 부분에 분산된 송신기 및 수신기 자기 코일 시스템을 사용한다. 이들 리졸버의 정확도는 매우 중요하지만, 이들 센서는 응용에 있어 조립하기에 부피가 크고, 비싸고 복잡한 것으로 설명된다. 그들은 산업(예를 들어, 기계-도구) 및 자동차 섹터(동력 조향 장치, 변속기)에서 널리 사용되지만, 몇 가지 고범위 응용으로 제한된다.

제3 센서 제품군은 일반적으로 그들 사이에서 인덱싱된 여러 개의 자기 트랙(각각 주어진 자화 프로파일 또는 자기 플럭스를 가지는)을 이용한다.

2개의 트랙 상의 극의 쌍의 수가 상이한, 각도(또는 선형) 위치를 특정하는 데 사용되는 자기 신호의 위상 시프트를 생성하는, "노니우스" 또는 "버니어 효과 "유형의 센서가 이 제3 제품군에 속한다.

또한, 이 제품군에서, 조합되어 상대적 또는 절대 각도 위치를 결정하는 것을 가능하게 하는 다중극성 "인코더" 유형 센서, 또는 한 번의 완전한 회전에 대한 대략적인 아날로그 측정 및 정밀한 각도 값의 계산을 가능하게 하는 전용 알고리즘을 통해 이 측정을 일부 개선하게 하는 것을 가능하게 하는 다수의 디지털 신호를 조합하는 것을 가능하게 하는 "360° 홀 효과 센서"와 "인코더"유형의 디지털 센서를 결합하는 조합된 센서가 알려져 있다.

이들 센서(또는 인코더)는 매우 정확하며(0.5° 이하) 리졸버보다 더 콤팩트하지만, 그들은 적어도 2개의 자기 트랙(또는 EMC들) 및 트랙당 적어도 하나의 자기 프로브(또는 EMS)의 사용을 필요로 한다. 이들 센서는 단지 단일 EMC만을 포함하는 센서보다 더 비싸고 조립하기에 복잡한 것으로 설명된다. 그들의 사용은 일반적으로 위성, 기계 공구, 조립 로봇, 의료 로봇에서 발견되는 고정밀 포지셔닝 기술로 제한된다.

종래 기술

프랑스 특허 FR2923903호는 또한 상기 이동 방향 및 접선 방향에 의해 정의된 표면에서 자석의 이동 방향을 따라 선형적으로 변하는 자화 방향을 갖는 적어도 하나의 자석, 적어도 4개의 자기-민감성 요소 및 이동 요소의 절대 위치에 따라 신호를 전달하는 적어도 하나의 프로세싱 회로로 구성된 이동 요소를 포함하는 각도 또는 선형 자기 위치 센서에 대해 설명하며, 자기-민감성 요소의 제1 세트는 자기-민감성 요소의 제2 세트로부터 공간적으로 오프셋된 동일한 지점에 위치한 한 쌍의 자기-민감성 요소로 구성되며, 또한 자석의 이동 방향에서 동일한 지점에 위치한 한 쌍의 자기-민감성 요소로 구성된 것을 설명하는 것으로 알려져 있다. 자기-민감성 요소의 제1 및 제2 세트의 자기-민감성 요소는 자기장의 접선 구성요소를 측정할 수 있으며 자기-민감성 요소의 제1 및 제2 세트의 자기-민감성 요소는 자기장의 법선 구성요소를 측정할 수 있다. 프로세싱 회로는, 90°만큼 실질적으로 전기적으로 위상-시프트된 2개의 사인파 신호를 정의하기 위해, 각각의 대수적 조합이 자기-민감성 요소의 제1 세트의 구성요소 및 자기-민감성 요소의 제2 세트의 구성요소를 포함하는 적어도 2개의 대수적 조합을 생성할 수 있다.

특허 FR2919385호는 또한 절대 멀티턴 센서를 생성하기 위해 2개의 360° 비접촉 센서를 구현하는 솔루션을 설명하는 것으로 알려져 있다. 제1 비접촉 센서는 0부터 360°까지 회전 부재의 회전 각도를 측정하는 데 사용되고, 제2 센서는 회전 부재의 완전한 회전의 수를 결정하는 데 사용된다. 연속 기어 감속 비율(n)을 위한 기계적 시스템은 2개의 센서 사이에 통합된다. 감속기의 입력 샤프트는 제1 센서에 연결되고, 제2 센서의 회전자는 감속기의 출력 샤프트에 연결된다. 제1 센서가 하나의 완전한 회전을 행할 때마다, 제2 센서는 1/n 회전만을 만든다. 제2 센서는 제한된 정밀도 및 해상도에 대한 총 절대 각도의 측정을 획득하는 것을 가능하게 하지만, 제1 센서는 제2 센서의 측정을 개선하고 따라서 360°에 걸쳐 매우 미세한 정밀도 및 해상도를 획득하는 것을 가능하게 함으로써 이 문제를 해결한다. 또한, 제1 센서 실패의 경우에, 제2 센서는 회전 부재의 회전 내의 위치를 검출(n회 감소시킨 해상도)하고 제1 센서의 오작동을 검출하는 것조차 가능하게 한다.

특허 FR2898189는 적어도 하나의 영구 자석 및 서로에 대해 이동 가능하며, 자석이 회전 센서의 경우 직경 자화를 제외하고 상기 이동 방향 및 법선 방향으로 정의된 표면에 걸쳐 자석의 이동 방향을 따라 실질적으로 선형적으로 변화하는 자화 방향을 갖는 것을 특징으로 하는 적어도 하나의 자기-민감성 요소를 사용하는 선형 또는 곡선형 회전 운동 자기 센서의 다른 솔루션을 설명한다.

특허 EP2711663호는 축(Z)을 중심으로 회전 이동 가능한 지점(P)을 갖는, 디스크 형상의 다른 솔루션을 설명한다. 제1 센서는 원점(O)에 대한 지점(P)의 대략적인 각도 위치(θa)를 측정하기 위해 디스크와 통합된 제1 자기 요소와 협력한다. 제2 자기 요소는 디스크의 주변부 상에 원주방향으로 배열된다. 제2 센서는, 이 제2 센서 반대편에 위치된 제2 자기 요소를 위해, 원점(O)에 대한 이 제2 자기 요소의 상류 단부의 각도 위치를 측정하기 위해 원점(O)에 배열된다. 수단은 대략적인 각도 위치(θa)의 함수로서 어느 제2 요소가 제2 센서의 반대편에 위치되는지 결정한다. 수단은 제2 결정된 요소 및 제2 센서에 의해 측정된 값의 함수로서 기준 지점(P)의 정확한 각도 위치(θ)를 계산한다.

배경 기술

가장 단순한 종래 기술의 자기 센서는 높은 정밀도 포지셔닝을 필요로 하는 응용에서 성공적으로 사용되도록 충분한 각도 정밀도(또는 선형 정밀도)를 얻는 것을 가능하게 하지 않는다.

본 발명의 목적은 각도 또는 선형 위치의 자기 측정을 위해 간단하고 저렴한 장치를 제공함으로써 이러한 주요 단점을 해결하는 것이다.

가장 일반적으로 인정되는 바에 따르면, 본 발명은 자기장을 생성하는 영구 자석(또는 자기-코딩 요소) 및 적어도 2개의 방향에서 자기장(또는 자기-민감성 요소)의 적어도 하나의 검출 요소를 포함하는 비접촉 위치 센서에 관한 것으로, 영구 자석은 이동 방향으로 이동할 수 있고, 이동 방향을 따라 연속적으로 가변적인 자화를 가지며, 상기 자화에서의 변동은 다양한 자기장 구성요소에 따라 적어도 2개의 (준)주기적 기여의 조합에 대응하는 형상을 나타내는 것을 특징으로 하며, 센서는 이러한 자기장 구성요소의 값을 조합하고, 정확한 위치 값을 결정하기 위한 컴퓨터를 더 포함한다.

용어 "준-주기적"은 주기적인 조합의 일반화를 지칭하며, 패턴은 하나의 주기로부터 다른 주기로 작은 변동을 갖지만, 각각의 패턴에 대해 일정한 간격을 갖는다.

검출 요소는 선택적으로 플럭스 집중기에 배치될 수 있다.

상기 자화는 상이한 주기(p) 및 (n*p)(0 초과의 실수(n), 변위에 대해 일정하거나 가변적임)에 따른 적어도 2개의 주기적인 기여의 조합에 대응하는 형상에 따른 상이한 자기장 구성요소에 따라 유리하게 변하며, 제2 패턴은 제1을 운반하는 신호이며, 이 이중 패턴은 자기장의 구성요소 중 적어도 2개의 측정을 통해 수행되는 편위에서 위치의 대략적인 측정 및 미세 측정을 조합하는 것을 가능하게 한다.

유리하게는, 캐리어 및 운반 신호는 수행되는 편위에 비례하는 위상 시프트를 생성하기 위해 서로 인덱싱된다.

특정 실시예에 따르면, 상기 캐리어 및 운반 신호는 비주기적이다.

바람직하게는, 자화는 기계적 완전한 회전 또는 편위에서 주어진 위치의 검출을 위한 적어도 하나의 자기 이상을 갖는다.

일 변형예에 따르면, 상기 자화 변동은 3개의 주기적인 변동의 조합에 대응하는 형상을 갖고, 주기(m*p)의 제3 패턴(0 초과의 실수(m), 변위에 걸쳐 일정하거나 가변적임)은, 예를 들어, 기계적 완전한 회전 수 또는 편위에서 하나 이상의 주어진 위치의 검출을 수행하는 것을 가능하게 한다.

일 변형에 따르면, 상기 영구 자석(또는 자기-강제 요소)은 적어도 하나의 다극 영구 자석, 또는 다극 자석 조립체로 구성된다.

일 변형예에 따르면, 상기 영구 자석은 전기 모터, 발전기, 액추에이터, 감속기, 커플러의 회전자의 전부 또는 일부이다.

유리하게는, 상기 영구 자석은 전류 루프의 세트로 구성된다.

일 변형예에 따르면, 상기 자화 변동은 다수의 주기적 또는 준-주기적 변동의 조합에 대응하는 형상을 가지며, 편위에서 위치의 정밀한 검출을 수행하고, 생성된 편위의 수를 알고, 측정의 정밀도 및 외부 교란(예를 들어, 기생 자기장)에 대한 그의 탄력성을 보강하는 것을 가능하게 한다.

유리하게는, 상기 자기-민감성 요소는 적어도 2개의 자기장 구성요소 방향을 측정하는 적어도 하나의 홀 프로브, 또는 자기-민감성 요소의 준-지점 조립체로 이루어진다.

하나의 대안에 따르면, 상기 자기-민감성 요소는 자기-저항성 프로브에 의해 구성된다.

다른 대안에 따르면, 상기 자기-민감성 요소는 와전류 프로브이다.

다른 대안에 따르면, 상기 자기-민감성 요소는 복수의 프로브를 포함한다.

특정 실시예에 따르면, 센서는 계산된 각도 값 및/또는 센서의 선형성을 계산하고 저장하기 위한 수단을 추가로 포함한다.

특정 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 측정 장치는, 예를 들어 컴퓨팅 시간을 절약하기 위해 자기장 구성요소의 아날로그 검출 및 디지털 검출을 조합한다.

선택적으로, 장치는, 자기장의 하나의 구성요소의 실패의 경우의 열화된 작동 모드(자기장 구성요소의 조합) 또는 외부 기원의 측정 교란을 보상하는 것을 가능하게 하는 동작 모드(자기장 구성요소의 조합)를 갖는다.

본 발명은 또한 계산된 각도 값 및/또는 센서의 선형성을 계산하고 저장하기 위한 수단을 포함하는 측정 장치에 관한 것이다.

본 발명은 또한 전술한 위치 센서의 응용 또는 힘, 토크, 가속도, 제동, 위상 시프트, 전체 속도, 이동 방향, 회전수, 관성, 불균형, 진동, 잡음, 고조파 함량, 온도, 압력, 전류, 전압을 포함하는 복잡한 시스템에 대한 추가 값의 측정에 관한 것이다.

본 발명은 첨부된 도면에 의해 도시된 비제한적인 예시적인 실시예에 관한 다음의 설명을 읽음으로써 더 잘 이해될 것이다.
[도 1] 도 1은 본 발명에 따른 각도 위치 센서의 개략도를 도시한다.
[도 2] 도 2는 본 발명에 따른 예시적인 자화 프로파일을 도시한다.
[도 3] 도 3은 측정 프로브에 의해 측정된 자기장 구성요소의 변동의 곡선을 도시한다.
[도 4] 도 4는 측정 프로브에 의해 측정된 자기장 구성요소의 변동의 곡선 및 엔벨로프 신호의 평균을 도시한다.
[도 5] 도 5는 주기(P)의 1/4만큼 위상-시프트된 P 증분을 포함하는 미세 신호 구성요소의 변동의 곡선을 도시한다.
[도 6] 도 6은 신호(Brad) 및 신호(Btan)의 변동의 곡선 및 편위에 대한 각도 값(atan)의 "대략적인" 결정에 대한 이들 신호의 예시적인 조합을 도시한다.
[도 7] 도 7은 구성요소(Bz 및 Btan)로부터 유도된 P 증분에서의 신호의 변동의 곡선, 및 편위에 대한 각도 값(atan)의 "미세" 결정에 대한 이들 신호의 예시적인 조합을 도시한다.
[도 8] 도 8은 본 발명에 따른 자화 프로파일의 제2 예 및 적색 라인에 의해 표시된 위치 측정의 설명을 도시한다.
[도 9] 도 9는 N'=2, P'=32 및 T'=0으로 조정된 본 발명에 따른 자화 프로파일의 제3 예를 도시한다.
[도 10] 도 10은 N''=2, P''=82 및 T''=0으로 조정된 본 발명에 따른 자화 프로파일의 제4 예를 도시한다.
[도 11] 도 11은 N=8, P=32 및 T=0으로 조정된 본 발명에 따른 자화 프로파일의 제5 예를 도시한다.
[도 12] 도 12는 곡선 변위에 적응된 검출 원리를 도시한다.
[도 13] 도 13은 선형 변위에 적응된 검출 원리를 도시한다.

본 발명에 따른 예시적인 각도 센서의 기계적 구조

도 1은 본 발명에 따른 회전 센서 구조를 도시한다. 디스크 형상의 영구 자석(1)에 의해 생성된 자기 플럭스는 2개의 직교 축을 따라 자기 유도의 2개의 구성요소를 측정하는 방사 또는 축 방향으로 위치한 하나 또는 2개의 검출 요소(2, 3)에 의해 그것의 주변부에서, 필요한 경우 검출 요소(2, 3)가 전형적으로 홀 프로브가 위치되는 공극을 획정하는 플럭스 수집기를 통해 수집된다. 종래 기술에서, 자화는 일부 경우에 직경방향으로 가변적이고, 다른 경우에는 반경방향 및/또는 축방향으로 가변적이다.

각각의 영구 자석은 자화 벡터에 의해 방향이 획정되는 자화를 갖는 것으로 알려져 있다. 이 자화 벡터는 자석 내부의 자기장의 방향을 획정한다. 이 방향은 자석이 그의 제조 동안 분극되는 방식에 좌우된다. 예를 들어, 충분한 균질한 단방향 자기장에 배치된 "링" 형상의 비-분극된 자석은 이 자기장의 방향을 따라 배향된 자화 방향을 가질 것이다. 자기장이 자석의 회전축에 수직인 방향으로 배향되는 경우(이후 직경 자화라고 칭한다) 및 이 자석이 그의 축을 중심으로 회전하여 이동하는 경우, 따라서 자석 내부의 공간의 고정된 지점에서 보이는 자화 방향은 선형 함수에 따라 연속적으로 가변적일 것이다. 본 발명은 영구 자석의 자화 방향이 복수-(준-) 주기적 방식으로 변하는 센서 제품군에 관한 것이다. 이는 자석이 미리 결정된 거리(자기장 구성요소 중 하나에 따른 신호의 주기)만큼 이동할 때 자화 방향이 동일한 값을 취하는 경우이다.

본 발명의 일반적인 원리

본 발명에 따른 센서는 측정 공극 및 도 2의 비제한적인 예에 따라 도시된 바와 같이 단일 고리형, 디스크 형, 튜브형 또는 고리형 자석에 관한 자석의 상대 궤적 함수로서 자화 진폭(또는 축 또는 기준 지점에 대한 방위)의 다중 주기적 변동을 초래하는 복잡한 자화 프로파일에 의해 구별되고 단일 측정 지점에서 측정된다. 이 예에서, Bx = Brad(곡선(10)); By = Btan (곡선(11)); Bz (곡선(12)); 이러한 프로파일에 대해, 다양한 측정 축을 따른 신호의 증분의 수 N=2; P = 216 및 T = 4(N은 캐리어 신호에 정의된 증분의 수, P 및 T는 운반된 신호에 정의된 증분의 수).

자화 레벨은 동일한 지점에 실질적으로 위치된 하나 이상의 자기-민감성 요소에 의해, 예를 들어 트라이엑시스(상표명) 유형의 홀 프로브에 의해 단일 지점에서 측정되고, 높은 정밀도(완전한 회전에 대해 수행된 검출에 대해 0.5°미만)로 각도(또는 선형) 위치의 계산을 허용하며, 이는 매우 부피가 크지 않고 조립하기 용이하다.

자화 프로파일은 P 측정 증분 및 N 증분을 갖는 주기(P)*n(0 초과의 실수(n); 상수 또는 변수)의 (캐리어) 패턴을 포함하는 주기(P)의 (캐리어) 패턴의 예에 따라 나타난다. 이 이중 패턴은 대략적인 검출(대략적인 출력) 및 절대 위치의 더 미세한 검출(미세 출력)을 조합하는 것을 가능하게 한다. 측정 증분은 예를 들어 자극의 측정에 의해 구성된다. 따라서, 역극성의 2개의 극은 주기의 주어진 주기를 구성할 수 있을 것이다.

도 2는 상기 언급된 이들 2개의 패턴 및 2가지 유형의 위치 계산을 허용하는 단계를 도시한다.

- 회전 상의 위치의 판독을 허용하는 "대략적인" 출력, 이 출력 신호는 측정의 간격(예를 들어, 1개의 기계적 회전)에 걸쳐 분포된 미리 결정된 수의 N 증분을 포함한다; 이 정확한 경우에, 구성요소[Brad; Btan] 또는 [Bz; Btan]는 이들 구성요소의 비율의 아크탄젠트의 계산을 통해 각도 값의 계산을 위해 사용될 수 있다.

- 각도 위치의 측정을 일부 개선하는 것을 가능하게 하는, "대략적인" 신호에 의해 운반되는, "미세" 출력; 이 출력 신호는 측정의 간격에 걸쳐 미리 결정된 수의 P 측정 증분을 포함한다; 이 정확한 경우에, 구성요소[Bz; Btan]는 각도 값의 계산을 위해 사용될 것이다.

- 또한, 제1 편위를 넘어서 수행되는 회전 또는 이벤트의 수를 카운팅하는 것을 가능하게 하는"회전 카운팅" 인덱스로서 역할하는 비정형 유동(13)으로 이끄는 하나 (또는 그 이상의) 자기 이상(들). 이 출력 신호는 측정 간격에 걸쳐 미리 결정된 수의 T 측정 증분을 포함한다.

도 2에 도시된 예에서, 제안된 자화 프로파일에 대해, n=2, p=216 및 T = 4가 표시된다.

각각의 신호를 프로세싱 및 이들 신호를 조합함으로써, 각도 위치의 절대 표시가 센서의 하나 이상의 기계적 회전에 대해 수행되는 검출에 대해 획득된다.

다른 자화 패턴, 및 또는 자기장 값의 다른 수집 지점, 자기장 구성요소(Brad(20), btan(21) 및 Bz(22))의 다른 조합은 이러한 절대 각도 위치를 계산하기 위해 선호될 수 있다.

위치를 계산하는 원리는 예를 들어 N=2, P=8 및 T=0(도 3)으로 더 간단한 자기장 프로파일을 갖는 예의 설명을 통해 더욱 쉽게 이해될 것이다.

구성요소(Bz(22))는 N개 증분(엔벨로프 신호의 평균-도 4의 곡선(24) Poly(Bz) 참조)을 갖는 운반 구성요소(23) 및 엔벨로프 신호(도 4에 미도시)의 평균으로부터 신호(Bz(22))를 감산함으로써 얻어진 P 증분을 갖는 운반 신호로 용이하게 나눌 수 있으며 곡선(20)은 신호(Brad(20))의 변동에 대응하고, 곡선(21)은 신호(Btan)의 변동에 대응하며 곡선(22)은 신호(Bz)의 변동에 대응한다.

마찬가지로, Btan 구성요소(21)는 구성요소(Bz(22))에 대해 계산된, 등가 신호에 대해 1/4-주기(n)*p만큼 위상 시프트된 n 증분에 엔벨로프를 제공할 것이다. 그것은 또한 1/4-주기(p)만큼 위상-시프트된 p 증분을 포함하는 미세 신호를 제공할 것이다(도 5).

Bz 엔벨로프(env(Bz)로 표시된) 및 Btan(env(Btan))으로 표시된)의 평균은 예를 들어 각도 세타(N)(N은 증분의 수를 지칭함)을 계산함으로써 "대략적인" 출력 신호를 계산하기 위해 조합될 수 있다:

세타(N) = Atan (env(Bz)/(env(Btan) *이득)

마찬가지로, 신호(Brad)는 또한 각도 세타(N)(N은 증분의 수를 지칭함)을 계산하기 위해 신호(env(Btan))와 직접 조합될 수 있다:

세타(N)= 도 6의 atan으로 표시된 Atan (Brad/(env(Btan) *이득)).

"이득" 파라미터의 값은 세기의 비율을 1에 가까운 값에 가져가고 이상적인 신호에 대해 계산된 신호의 왜곡을 제한하도록 계산될 것이다(도 6에서 BFL(최상의 피팅 라인)로 표시됨).

신호의 왜곡 및 인덱싱 편차를 고려하면, 이 신호의 선형성은 출력 신호의 상당한 비선형성과 함께 회전 내의 각도 위치를 결정하기에 전적으로 충분하다.

이 각도 위치 측정을 개선하기 위해, 동일한 방식으로, 도 7에 도시된 바와 같이 구성요소(Bz 및 Btan)로부터 발생한 P 증분 및 신호를 조합하는 것이 가능하다.

N=4로, 정확한 선형 신호가 총 기계적 편위의 ¼(예를 들어, 하나의 360° 회전)에 정의된다.

2 개의 출력 신호를 조합함으로써, 본 발명자들은 다음을 식별할 수 있다:

"대략적인" 출력: 측정된 바와 같이 증분(P)의 각도 섹터

"미세" 출력: 증분 P의 이 섹터에서 정확한 각도 값.

도 8에 도시된 예(점선으로 표시된 값에서의 측정)에서, "대략적인" 출력은 130° 정도의 측정을 나타내며(따라서 측정 지점은 Bz에 따라 제1 증분(N) 및 제3 증분(P) 상에 위치됨) "미세" 출력은 증분(P)=3 상에서 = 전기적 320도, 즉, 증분(P3) 상에서 320/P= 기계적 40도, 즉, 총 45°(제1 증분(P)) + 45°(제2 증분(P)) + 40°(판독된 제3 증분(P)) = 130°를 "미세" 출력에 대해 얻어진 NL의 정밀도에 대해 나타낸다: 일반적으로 증분(P)에 걸쳐 전기적 +/-3도는 여기서 기계적 +/3°/P = +/-0.375°다.

따라서, 값 판독은 절대 방식으로 130° +/-0.375°일 것이다.

회전 계수 지수(T=1 또는 T=2; 미도시)는 단순히 특정 기준 임계치를 넘어서 Bz(예를 들어)에서 검출된 유동 피크의 수를 검출함으로써 카운터를 증가시키는 것을 가능하게 한다. 따라서, 마지막 회전에서의 각도 값 및 생성된 완전한 회전의 수는 결정가능하다.

당업자는 증분(P)의 수가 중요할 것이기 때문에 센서의 각도 정밀도가 모두 더 중요할 것임을 즉시 이해할 것이다.

증분(N)에 걸친 처리로부터 생성된 동일한 위치 정밀도를 위해, 비율 센서의 정밀도를 증가시키고자한다:

기계적 +/-0.09°에 도달하기 위한 P'/ P = 4(도 9)

기계적 +/-0.036°에 도달하기 위한 P'/P = 10.25(도 10)

이 센서의 실제적인 구현을 위해, 제한 없이 고려할 수 있다:

이동 자석에 대해 고정된 프로브,

고정 자석에 대해 이동가능한 프로브,

또는 2개의 선행 항목의 혼합

본 발명에 따른 예시적인 선형 또는 곡선형 변위 센서의 기계적 구조

도 12 및 도 13은 각각 곡선 또는 선형의 변위 센서의 대안적인 실시예를 도시한다. 자석(1)은, 배향이 적어도 2개의 상이한 준-주기적 기여의 조합에 대응하는 자기장 구성요소에 따라 달라지는 자화를 갖는 평평하거나 만곡된 형상(원통형 허브의 일부 상을 감은)을 갖는다. 적어도 2개의 방향에서의 자기장(또는 자기-민감성 요소)의 검출 요소(11)는 선형 변위의 값을 계산하는 것을 가능하게 한다.

본 발명의 검출 원리는 선형 또는 곡선 변위의 측정에 쉽게 전환된다. 이러한 목적을 위해, 원리를 적절히 이해하기 위해 링 또는 자화된 디스크(1)를 정신적으로 개방 및 푸는(도 12) 것이 충분하다: 자화 프로파일은 획득된 자기 트랙의 선형 이동에 따라 연속적으로 변한다(도 13).

위치의 검출 모드 및 계산은 변경되지 않은 상태로 남는다. 선형 변위의 값은 이러한 변위를 수행된 자기장의 각도 변동으로 인덱싱함으로써 얻어진다: 예를 들어, 20 mm 경로 상에서 수행되는 자기장의 360° 회전은 본 발명의 캐리어 신호를 구성할 것이다.

더 정밀한 주기적 패턴(예를 들어, 총 20 mm에 걸쳐 반복된 5 mm 경로에 걸친 자기장의 360° 회전)의 중첩은 본 발명의 운반 신호를 구성할 것이며, 이전에 설명된 바와 같이 이러한 선형 변위의 더 정확한 검출을 획득하는 것을 가능하게 할 것이다. 일반적으로 이들 전기적 360°의 +/-3° 정밀도를 고려하면, 선형 변위 상에 +/-0.041 mm의 정밀도를 획득한다.

마지막으로, 하나 이상의 지점 자기 이상(제2 운반 신호를 구성하는)을 추가하는 것은 선형 변위 상에 하나 이상의 특정 위치를 검출하는 것을 가능하게 할 것이다.

Claims (16)

1. 자기장을 생성하는 영구 자석(1) 및 적어도 2개의 방향에서 상기 자기장(또는 자기-민감성 요소)의 적어도 하나의 검출 요소(3, 11)를 포함하는 비접촉 위치 센서로서, 상기 영구 자석(1)은 이동 방향으로 이동할 수 있고, 이동 방향에서 연속적으로 가변적인 자화를 가지며, 상기 자화에서의 상기 변동은 상기 상이한 자기장 구성요소에 따라 적어도 2개의 준-주기적 기여의 조합에 대응하는 형상을 가지며, 상기 센서는 이러한 상기 자기장 구성요소의 상기 값을 조합하고, 정확한 위치 값을 결정하기 위해 상기 자화가 주기(p)*n(0 초과의 실수(n), 편위에 대해 상수 또는 변수)의 캐리어 주파수에 따라 변하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터, 대략적인 위치를 결정하는 측정, 프로세싱이 상기 위치의 미세한 측정을 제공하는 신호를 제공하기 위해 더 낮은 주기(p)에 의해 운반된 적어도 하나의 제2 신호를 포함하는, 비접촉 위치 센서.
2. 제1항에 있어서, 상기 캐리어 및 운반 신호는 수행된 상기 편위에 비례하는 위상 시프트를 생성하기 위해 서로 인덱싱되는 것을 특징으로 하는, 위치 센서.
3. 제2항에 있어서, 상기 캐리어 및 운반 신호는 비주기적인 것을 특징으로 하는, 위치 센서.
4. 제2항에 있어서, 상기 자화는 상기 기계적 완전 회전 또는 편위에서 주어진 위치의 검출을 위한 적어도 하나의 자기 이상을 갖는 것을 특징으로 하는, 위치 센서.
5. 제2항에 있어서, 상기 영구 자석은 적어도 하나의 다극 영구 자석, 또는 다극 자석 조립체로 구성되는 것을 특징으로 하는, 위치 센서.
6. 제1항에 있어서, 상기 영구 자석은 전기 모터, 발전기, 액추에이터, 감속기, 커플러의 회전자의 전부 또는 일부인 것을 특징으로 하는, 위치 센서.
7. 제1항에 있어서, 상기 영구 자석은 전류 루프의 세트로 구성되는 것을 특징으로 하는, 위치 센서.
8. 제1항에 있어서, 상기 자기-민감성 요소는 적어도 2개의 자기장 구성요소를 측정하는 적어도 하나의 홀 프로브, 또는 자기-민감성성 요소의 준-지점 조립체로 구성되는 것을 특징으로 하는, 위치 센서.
9. 제1항에 있어서, 상기 자기-민감성 요소는 자기-저항성 프로브로 구성되는 것을 특징으로 하는, 위치 센서.
10. 제1항에 있어서, 상기 자기-민감성 요소는 와전류 프로브인 것을 특징으로 하는, 위치 센서.
11. 제1항에 있어서, 상기 자기-민감성 요소는 복수의 프로브를 포함하는 것을 특징으로 하는, 위치 센서.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 센서를 포함하는 측정 장치로서, 상기 센서의 선형성을 계산하거나 상기 계산된 센서의 선형성 및 각도 중 적어도 하나를 저장하기 위한 수단을 포함하는, 측정 장치.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 센서를 포함하는 측정 장치로서, 상기 자기장의 구성요소 중 하나의 실패의 경우에 열화된 작동 모드(자기장 성분의 조합)를 포함하는, 측정 장치.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 외부 기원의 상기 측정 교란을 보상하는 것을 가능하게 하는 작동 모드(상기 자기장 성분의 조합)를 포함하는, 측정 장치.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 예를 들어 상기 위치를 계산하는 시간을 절약하기 위해 상기 자기장 구성요소의 아날로그 검출 및 디지털 검출을 조합하는, 측정 장치.
16. 힘, 토크, 가속도, 제동, 위상 시프트, 전체 속도, 이동 방향, 회전수, 관성, 불균형, 진동, 잡음, 고조파 성분, 온도, 진동, 잡음, 고조파 함량, 온도, 압력, 전류, 전압을 포함하는 복잡한 시스템에 대한 추가 값을 측정하기 위한, 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 위치 센서의 응용.