KR101963106B1 - 회전각 검출 장치 - Google Patents

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Abstract

회전각 검출 장치가 개시된다. 개시된 회전각 검출 장치는 회전체의 회전 방향이나 회전 속도에 관계 없이 360°구간의 회전각을 1°단위로 최소의 오차 범위 내에서 검출할 수 있다. 개시된 회전각 검출 장치는 회전체의 가운데에 자석을 배치할 수 없는 웨어러블 기기나 자석 배치에 제한이 있는 기기에 탑재되어 다양한 사용자 인터페이스 구현에 용이하게 적용될 수 있다. 회전각 검출 장치는, 기준 상태와 복수의 회전된 상태 간에서 전환되도록 회전 가능한 회전체, 회전체에 회전체의 원주 방향을 따라 선정된 각도 간격으로 배열된 복수의 자석편, 회전체의 하부 면으로부터 하부 방향으로 이격된 위치에 배치된 홀 센서 및 홀 센서의 출력에 응답하여 회전체의 현재의 회전된 상태에 대응하는 회전체의 회전각을 검출하도록 구성된 프로세서를 포함할 수 있다.

Description

회전각 검출 장치{Apparatus for detecting an angle of rotation}
본 발명은 회전체의 회전각을 검출하는 장치에 관한 것이다.
다양한 용도로 기기의 상태 변화를 검출하기 위해 각종 검출기가 산업계에서 널리 사용되고 있다. 그러한 검출기들 중 회전체의 회전된 각도 변화를 검출하기 위한, 인코더(encoder)라 불리어지는 회전각 검출기가 알려져 있다. 회전각 검출기는 주변 자기장의 세기를 센싱하여 그에 비례하는 자기력을 나타내는 정보를 출력하는 홀 센서(Hall sensor)를 흔히 채택하고 있다. 홀 센서를 채택한 회전각 검출기들 중에서 회전자에 영구 자석이 부착되고 그 주위에 수 개의 홀 센서가 배치되는 구조의 회전각 검출기가 알려져 있다. 이러한 회전각 검출기는 회전체의 가운데에 자석을 배치할 수 없는 구조로서 최근 개발되어 나날이 진화되고 있는 웨어러블 기기(wearable device)에 채택할 수 없다는 단점이 있다. 뿐만 아니라 이러한 회전각 검출기는 회전자가 고속으로 회전하는 경우 회전 각도를 큰 오차 범위로 밖에 산출할 수 없을 뿐만 아니라 회전자의 회전 속도가 느린 경우 정확한 회전각 측정이 어렵고 회전자가 역 방향으로 회전하는 경우에는 회전각 측정이 불가능하다는 문제가 있다.
본 발명의 과제는 회전체의 회전 방향이나 회전 속도에 관계 없이 360°구간의 회전각을 1°단위로 최소의 오차 범위 내에서 검출할 수 있는 회전각 검출 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
일 측면에서 회전각 검출 장치가 제공된다. 본 회전각 검출 장치는, 제1 평면상에 놓여 있고 기준 상태와 복수의 회전된 상태 간에서 전환되도록 회전 가능한 회전체 - 상기 기준 상태는 상기 회전체가 회전되지 않은 상태임 -; 상기 회전체에 상기 회전체의 원주 방향을 따라 선정된 각도 간격으로 배열된 복수의 자석편 - 상기 복수의 자석편은 상기 회전체가 회전됨에 따라 제1 궤적을 따라 이동함 -; 상기 제1 평면으로부터 선정된 거리만큼 이격된 제2 평면 상에 놓여 있고 상기 제1 궤적을 상기 제2 평면 상으로 투영한 제2 궤적 상에 위치한 적어도 하나의 홀 센서(Hall sensor) - 상기 적어도 하나의 홀 센서는 상기 회전체가 회전됨에 따라 변화하는 출력을 제공함 -; 및 상기 적어도 하나의 홀 센서의 출력에 응답하여 상기 회전체의 현재의 회전된 상태에 대응하는 상기 회전체의 회전각을 검출하도록 구성된 프로세서를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 회전체는 디스크 형의 판 또는 고리 형의 판일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 회전체가 상기 기준 상태에 있을 때, 상기 적어도 하나의 홀 센서 중 어느 하나의 홀 센서는 상기 복수의 자석편 중 어느 하나와 수직 방향으로 대향할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 복수의 자석편은 12개의 자석편을 포함하며, 상기 적어도 하나의 홀 센서는 1개의 홀 센서를 포함하며, 상기 1개의 홀 센서는 제1 홀 소자(Hall element) 및 제2 홀 소자를 포함하며, 상기 적어도 하나의 홀 센서의 출력은 상기 제1 홀 소자로부터의 제1 출력 및 상기 제2 홀 소자로부터의 제2 출력을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 프로세서는, 상기 제1 출력 및 상기 제2 출력에 기초하여 상기 회전체의 상기 현재의 회전된 상태에 대응하는 상기 회전체의 상기 회전각을 검출하도록 더 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 프로세서는, 상기 제1 출력 및 상기 제2 출력에 기초하여 제1 내지 제4 계산식 중 어느 하나의 계산식을 이용하여 상기 회전체의 상기 현재의 회전된 상태에 대응하는 상기 회전체의 상기 회전각을 검출하도록 더 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 프로세서는, 상기 제1 출력이 제1의 선정된 값 보다 작고 제2의 선정된 값 보다 큰 값을 가지며 상기 제1 출력이 상기 제2 출력 보다 큰 값을 갖는 경우 상기 제1 출력과 상기 제1 계산식을 이용하여 상기 회전체의 상기 현재의 회전된 상태에 대응하는 상기 회전체의 상기 회전각을 검출하도록 더 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 프로세서는, 상기 제1 출력이 상기 제1의 선정된 값 보다 큰 값을 갖는 경우 상기 제2 출력과 상기 제2 계산식을 이용하여 상기 회전체의 상기 현재의 회전된 상태에 대응하는 상기 회전체의 상기 회전각을 검출하도록 더 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 프로세서는, 상기 제1 출력이 상기 제1의 선정된 값 보다 작고 상기 제2의 선정된 값 보다 큰 값을 가지며 상기 제1 출력이 상기 제2 출력 보다 작은 값을 갖는 경우 상기 제1 출력과 상기 제3 계산식을 이용하여 상기 회전체의 상기 현재의 회전된 상태에 대응하는 상기 회전체의 상기 회전각을 검출하도록 더 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 프로세서는, 상기 제1 출력이 상기 제2의 선정된 값 보다 작은 값을 갖는 경우 상기 제2 출력과 상기 제4 계산식을 이용하여 상기 회전체의 상기 현재의 회전된 상태에 대응하는 상기 회전체의 상기 회전각을 검출하도록 더 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 계산식은 상기 회전체가 29°까지 회전됨에 따라 상기 제1 홀 소자에서 출력되는 출력 파형의 제1 세그먼트에 기초하여 결정될 수 있고, 상기 제2 계산식은 상기 회전체가 29°까지 회전됨에 따라 상기 제2 홀 소자에서 출력되는 출력 파형의 제1 세그먼트에 기초하여 결정될 수 있고, 상기 제3 계산식은 상기 회전체가 29°까지 회전됨에 따라 상기 제1 홀 소자에서 출력되는 상기 출력 파형의 제2 세그먼트에 기초하여 결정될 수 있고, 상기 제4 계산식은 상기 회전체가 29°까지 회전됨에 따라 상기 제2 홀 소자에서 출력되는 상기 출력 파형의 제2 세그먼트에 기초하여 결정될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 복수의 자석편은 8개의 자석편을 포함하며, 상기 적어도 하나의 홀 센서는 제1 홀 센서 및 상기 제2 궤적 상에서 상기 제1 홀 센서와 제2의 선정된 각도 간격으로 배열된 제2 홀 센서를 포함하며, 상기 제1 홀 센서는 제1 홀 소자 및 제2 홀 소자를 포함하며, 상기 제2 홀 센서는 제3 홀 소자 및 제4 홀 소자를 포함하며, 상기 적어도 하나의 홀 센서의 출력은 상기 제1 홀 소자로부터의 제1 출력, 상기 제2 홀 소자로부터의 제2 출력, 상기 제3 홀 소자로부터의 제3 출력 및 상기 제4 홀 소자로부터의 제4 출력을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 프로세서는, 상기 제1 출력 내지 상기 제4 출력에 기초하여 상기 회전체의 상기 현재의 회전된 상태에 대응하는 상기 회전체의 상기 회전각을 검출하도록 더 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 프로세서는, 상기 제1 출력 내지 상기 제4 출력에 기초하여 제1 내지 제6 계산식 중 어느 하나의 계산식을 이용하여 상기 회전체의 상기 현재의 회전된 상태에 대응하는 상기 회전체의 상기 회전각을 검출하도록 더 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 프로세서는, 상기 제3 출력이 제1의 선정된 값 보다 작고 제2의 선정된 값 보다 큰 값을 가지며 상기 제3 출력이 상기 제4 출력 보다 큰 값을 갖는 경우 상기 제3 출력과 상기 제1 계산식을 이용하여 상기 회전체의 상기 현재의 회전된 상태에 대응하는 상기 회전체의 상기 회전각을 검출하도록 더 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 프로세서는, 상기 제1 출력이 상기 제1의 선정된 값 보다 작고 제3의 선정된 값 보다 큰 값을 가지며 상기 제1 출력이 상기 제2 출력 보다 작은 값을 갖는 경우 상기 제1 출력과 상기 제2 계산식을 이용하여 상기 회전체의 상기 현재의 회전된 상태에 대응하는 상기 회전체의 상기 회전각을 검출하도록 더 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 프로세서는, 상기 제1 출력이 상기 제3의 선정된 값 보다 작은 값을 갖는 경우 상기 제2 출력과 상기 제3 계산식을 이용하여 상기 회전체의 상기 현재의 회전된 상태에 대응하는 상기 회전체의 상기 회전각을 검출하도록 더 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 프로세서는, 상기 제1 출력이 상기 제1의 선정된 값 보다 작고 상기 제3의 선정된 값 보다 큰 값을 가지며 상기 제1 출력이 상기 제2 출력 보다 큰 값을 갖는 경우 상기 제1 출력과 상기 제4 계산식을 이용하여 상기 회전체의 상기 현재의 회전된 상태에 대응하는 상기 회전체의 상기 회전각을 검출하도록 더 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 프로세서는, 상기 제3 출력이 상기 제1의 선정된 값 보다 작고 상기 제2의 선정된 값 보다 큰 값을 가지며 상기 제3 출력이 상기 제4 출력 보다 작은 값을 갖는 경우 상기 제3 출력과 상기 제5 계산식을 이용하여 상기 회전체의 상기 현재의 회전된 상태에 대응하는 상기 회전체의 상기 회전각을 검출하도록 더 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 프로세서는, 상기 제3 출력이 상기 제2의 선정된 값 보다 작은 값을 갖는 경우 상기 제4 출력과 상기 제6 계산식을 이용하여 상기 회전체의 상기 현재의 회전된 상태에 대응하는 상기 회전체의 상기 회전각을 검출하도록 더 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 복수의 자석편은 12개의 자석편을 포함하며, 상기 적어도 하나의 홀 센서는 1개의 홀 센서를 포함하며, 상기 1개의 홀 센서는 평면형의 홀 소자(planar Hall element) 및 수직형의 홀 소자(vertical Hall element)를 포함하며, 상기 적어도 하나의 홀 센서의 출력은 상기 평면형 홀 소자로부터의 제1 출력 및 상기 수직형 홀 소자로부터의 제2 출력을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 프로세서는, 상기 제1 출력 및 상기 제2 출력에 기초하여 상기 회전체의 상기 현재의 회전된 상태에 대응하는 상기 회전체의 상기 회전각을 검출하도록 더 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 프로세서는, 상기 제1 출력 및 상기 제2 출력에 기초하여 제1 및 제2 계산식 중 어느 하나의 계산식을 이용하여 상기 회전체의 상기 현재의 회전된 상태에 대응하는 상기 회전체의 상기 회전각을 검출하도록 더 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 프로세서는, 상기 제2 출력이 선정된 값 보다 큰 경우 상기 제1 출력과 상기 제1 계산식을 이용하여 상기 회전체의 상기 현재의 회전된 상태에 대응하는 상기 회전체의 상기 회전각을 검출하도록 더 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 프로세서는, 상기 제2 출력이 상기 선정된 값 이하인 경우 상기 제1 출력과 상기 제2 계산식을 이용하여 상기 회전체의 상기 현재의 회전된 상태에 대응하는 상기 회전체의 상기 회전각을 검출하도록 더 구성될 수 있다.
일 측면에서 또 다른 회전각 검출 장치가 제공된다. 본 회전각 검출 장치는, 중심축을 중심으로 회전가능한 회전체; 상기 회전체의 하부 면에 원주 방향을 따라 서로 이격되어 배치된 12개의 자석편; 상기 회전체의 하부 면으로부터 하부 방향으로 이격된 위치에 배치된 홀 센서 - 상기 홀 센서는, 제1 홀 소자 및 제2 홀 소자를 포함하며, 상기 회전체가 회전됨에 따라 상기 12개의 자석편 중 적어도 하나의 자석편이 상기 홀 센서의 상부를 통과하도록 배치되며, 상기 회전체가 회전됨에 따라 변화하는 출력을 제공함 -; 및 상기 제1 홀 소자의 출력 및 상기 제2 홀 소자의 출력에 응답하여 상기 회전체의 회전각을 검출하도록 구성된 프로세서를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 홀 소자 및 상기 제2 홀 소자는 평면형의 홀 소자이며, 상기 프로세서는, 상기 제1 홀 소자의 출력 및 상기 제2 홀 소자의 출력에 기초하여 4개의 서로 다른 계산식을 이용하여 상기 회전체의 상기 회전각을 검출하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 홀 소자는 평면형의 홀 소자이고 상기 제2 홀 소자는 수직형의 홀 소자이며, 상기 프로세서는, 상기 제1 홀 소자의 출력 및 상기 제2 홀 소자의 출력에 기초하여 2개의 서로 다른 계산식을 이용하여 상기 회전체의 상기 회전각을 검출하도록 구성될 수 있다.
일 측면에서 또 다른 회전각 검출 장치가 제공된다. 본 회전각 검출 장치는, 중심축을 중심으로 회전가능한 회전체; 상기 회전체의 하부 면에 원주 방향을 따라 서로 이격되어 배치된 8개의 자석편; 상기 회전체의 하부 면으로부터 하부 방향으로 이격된 위치들에 각각 배치된 2개의 홀 센서 - 상기 2개의 홀 센서는 제1 홀 센서 및 제2 홀 센서를 포함하며, 상기 제1 홀 센서는 제1 홀 소자 및 제2 홀 소자를 포함하며, 상기 제2 홀 센서는 제3 홀 소자 및 제4 홀 소자를 포함하며, 상기 제1 홀 센서 및 상기 제2 홀 센서의 각각은 상기 회전체가 회전됨에 따라 상기 8개의 자석편 중 적어도 하나의 자석편이 상기 해당 홀 센서의 상부를 통과하도록 배치되며, 상기 제1 홀 소자 내지 상기 제4 홀 소자는 상기 회전체가 회전됨에 따라 변화하는 제1 출력 내지 제4 출력을 각각 제공함 -; 및 상기 제1 출력 내지 제4 출력에 기초하여 6개의 서로 다른 계산식을 이용하여 상기 회전체의 회전각을 검출하도록 구성된 프로세서를 포함할 수 있다.
개시된 실시예들에 따르면, 회전각 검출의 분해능(resolution)이 향상되고 이에 따라 검출 오차가 최소화된 회전각 검출 장치를 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
개시된 실시예들에 따르면, 회전체의 가운데에 자석을 배치할 수 없는 웨어러블 기기나 자석 배치에 제한이 있는 기기에 탑재되어 다양한 사용자 인터페이스 구현에 용이하게 적용될 수 있는 회전각 검출 장치를 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 회전각 검출 장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면들이다.
도 2는 도 1의 회로 기판에 포함된 전자회로부의 구성의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 회전각 검출 장치의 제1 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 회전각 검출 장치의 제1 실시예에서 회전체를 0°에서 29°까지 1°씩 회전시킴으로써 획득한 홀 소자들의 출력 파형들을 도시한 도면이다.
도 5는 도 4의 출력 파형들에서 오차가 발생하는 부분들을 제외한 나머지 부분들만을 실선으로 표시한 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 회전각 검출 장치의 제2 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 회전각 검출 장치의 제2 실시예에서 회전체를 0°에서 44°까지 1°씩 회전시킴으로써 획득한 홀 소자들의 출력 파형들을 도시한 도면이다.
도 8은 도 7의 출력 파형들에서 오차가 발생하는 부분들을 제외한 나머지 부분들만을 실선으로 표시한 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 회전각 검출 장치의 제3 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 회전각 검출 장치의 제3 실시예에서 회전체를 0°에서 29°까지 1°씩 회전시킴으로써 획득한 홀 소자들의 출력 파형들을 도시한 도면이다.
도 11은 도 10의 제1 홀 소자의 출력 파형을 세그먼트들로 나누어 실선으로 표시한 도면이다.
본 발명의 이점들과 특징들 그리고 이들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해 질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 실시예들은 단지 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려 주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로 본 발명을 한정하려는 의도에서 사용된 것이 아니다. 예를 들어, 단수로 표현된 구성 요소는 문맥상 명백하게 단수만을 의미하지 않는다면 복수의 구성 요소를 포함하는 개념으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명의 명세서에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것일 뿐이고, 이러한 용어의 사용에 의해 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성이 배제되는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 기재된 실시예에 있어서 '모듈' 혹은 '부'는 적어도 하나의 기능이나 동작을 수행하는 기능적 부분을 의미할 수 있다.
덧붙여, 다르게 정의되지 않는 한 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명의 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 보다 상세히 설명한다. 다만, 이하의 설명에서는 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 우려가 있는 경우, 널리 알려진 기능이나 구성에 관한 구체적 설명은 생략하기로 한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 회전각 검출 장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면들이다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 회전각 검출 장치(100)는 베이스 부재(110)에 회전 가능한 방식으로 탑재된 회전체(120)를 포함할 수 있다. 회전각 검출 장치(100)를 스마트워치와 같은 웨어러블 기기에 탑재하는 경우, 베이스 부재(110)는 스마트워치(smart watch)의 숫자판일 수 있다. 일 실시예에서 회전체(120)는, 디스크 형태의 판 부재로 구성될 수 있으며, 이 경우 회전체(120)는, 도시된 바와 같이 회전체(120)와 일체로 형성될 수 있는 회전축(122)을 중심으로 회전 가능하도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 회전체(120)는 고리 형태의 판 부재로 형성될 수도 있다. 또 다른 실시예에서, 회전체(120)는 그 하부 면이 판 형태이나 그 상부 면이 볼록하거나 만곡되도록 변형된 다양한 형태로 형성될 수 있다. 회전체(120)는, 사용자의 조작에 의해 기준 상태 - 기준 상태는 회전체(120)가 회전되지 않은 상태임 - 로부터 임의의 회전된 상태로 그 상태가 전환될 수 있다. 예컨대, 사용자는 회전체(120)를 기준 상태로부터 20°회전된 상태로 회전시키고 이어서 38°회전된 상태로 회전시키고 183°회전된 상태로 회전시키고 다시 역 방향으로 172°회전된 상태로 회전시키는 등 회전체(120)의 회전 상태를 연속적으로 자유로이 전환시킬 수 있다. 일 실시예에서, 다른 부재를 회전시키는 것에 의해 연동되어 회전체(120)가 회전될 수 있도록 회전체(120)를 구성하는 것도 가능하다.
회전체(120)에는 회전체(120)의 원주 방향을 따라 선정된 각도 간격으로 배열된 복수의 자석편(130)이 장착될 수 있다. 일 실시예에서, 도시된 바와 같이 복수의 자석편(130)은 회전체(120)의 하부 면에 삽입되는 형태로 회전체(120)에 장착될 수 있다. 복수의 자석편(130)은 원형, 정사각형, 직사각형 등 다양한 형태로 형성될 수 있다. 도시된 실시예에서는 자석편(130)의 개수가 8개인 것으로 예시되어 있으나, 자석편의 개수가 이에 의해 제한되는 것은 아니다. 일 실시예에서 자석편(130)의 개수는 6개에서 12개 사이일 수 있으나, 설계하기에 따라서는 그 외의 다양한 개수로 선택될 수 있다. 예컨대, 자석편(130)의 개수가 8개인 경우 복수의 자석편(130)은 회전체(120)의 원주 방향을 따라 45°간격으로 배열되고, 자석편(130)의 개수가 12개인 경우 복수의 자석편(130)은 회전체(120)의 원주 방향을 따라 30°간격으로 배열될 수 있다. 복수의 자석편(130)은 회전체(120)가 회전됨에 따라 원주 방향의 제1 궤적을 따라 이동할 수 있다.
회전각 검출 장치(100)는 적어도 하나의 홀 센서(Hall sensor)를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서 적어도 하나의 홀 센서(140)는 1개 또는 2개일 수 있으나, 홀 센서(140)의 개수가 이로 제한되는 것은 아니다. 적어도 하나의 홀 센서(140)의 각각은 2개의 홀 소자(Hall element)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 2개의 홀 소자는 모두 평면형의 홀 소자(planar Hall element)일 수 있다. 다른 실시예에서, 2개의 홀 소자 중 하나는 평면형의 홀 소자이고 다른 하나는 수직형의 홀 소자(vertical Hall element)일 수 있다. 공지된 바와 같이, 평면형의 홀 소자는 수직 방향의 자력선의 세기를 감지하여 그에 비례하는 자기력의 값을 출력하는 소자이고, 수직형의 홀 소자는 수평 방향의 자력선의 세기를 감지하여 그에 비례하는 자기력의 값을 출력하는 소자이다.
적어도 하나의 홀 센서(140)는 회전체(120)의 하부 면으로부터 하부 방향으로 이격된 위치들에 각각 배치될 수 있다. 홀 센서(140)와 적어도 하나의 홀 센서(140)는 회전체(120)가 회전됨에 따라 복수의 자석편(130)이 차례로 홀 센서(140)의 상부를 통과하도록 배치될 수 있다. 도시된 실시예의 경우를 예로 들면, 회전체(120)가 기준 위치에 있을 때에는 자석편들(130) 중 하나가 홀 센서(140)의 상부에 대향되게 위치하고 있다가 회전체(120)가 29°이상 회전하게 되면 인접한 자석편(130)이 홀 센서(140)의 상부를 통과하게 된다. 나아가, 회전체(120)가 기준 위치에서 59°이상 회전하게 되면 인접한 2개의 자석편(130)이 홀 센서(140)의 상부를 차례로 통과하게 된다. 이와 같이, 회전체(120)의 회전각이 클수록 더 많은 개수의 자석편(130)이 홀 센서(140)의 상부를 통과하도록 홀 센서(140)를 배치할 수 있다. 일 실시예에서, 회전체(120)가 기준 위치에 있을 때 홀 센서(140)와 자석편(130)은 약 0.5 - 3mm만큼 이격되어 있을 수 있다.
적어도 하나의 홀 센서(140)와 복수의 자석편(130) 간의 배치 관계를 달리 설명하자면, 복수의 자석편(130)이 제1 평면상에 놓여 있다고 가정할 경우, 적어도 하나의 홀 센서(140)는 제1 평면과 실질적으로 평행하고 선정된 거리만큼 이격된 제2 평면 상에 놓여 있을 수 있다. 더 구체적으로, 적어도 하나의 홀 센서(140)는 제1 궤적을 제2 평면 상으로 투영한 제2 궤적 상에 위치할 수 있다. 도시된 실시예에서는 회전체(120)가 기준 위치에 있을 때 자석편들(130) 중 하나가 홀 센서(140)의 상부에 수직 방향으로 대향되게 위치하고 있는 것으로 예시되어 있으나, 기준 위치에서 자석편(130)과 홀 센서(140)가 반드시 서로 수직으로 대향되도록 배치되어야 하는 것은 아님을 인식하여야 한다. 적어도 하나의 홀 센서(140)는 회전체(120)가 회전됨에 따라 변화하는 자기력을 출력으로 제공할 수 있다.
회전각 검출 장치(100)는 적어도 하나의 홀 센서(140)를 탑재하는, PCB 기판 등의 회로 기판(150)을 더 포함할 수 있다. 회로 기판(150)은 홀 센서(140)의 출력에 응답하여 회전체(120)의 현재의 회전된 상태에 대응하는 회전체(120)의 회전각을 검출하도록 구성된 전자회로부(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다.
도 2는 도 1의 회로 기판에 포함된 전자회로부의 구성의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 전자회로부(200)는 제어부(220) 및 저장부(230)를 포함할 수 있다. 제어부(220)는 적어도 하나의 홀 센서(140)의 홀 소자들로부터의 출력들에 기초하여 본 발명에 따라 안출된 소정의 계산식들을 이용하여 회전체(120)의 현재의 회전된 상태에 대응하는 회전체(120)의 회전각을 검출하는 기능을 수행하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 제어부(220)는 적어도 하나의 홀 센서(140)의 홀 소자들로부터의 출력들을 참조하여 이들 출력 중 어느 하나의 출력을 선택하고 선택된 출력을 소정의 계산식들 중 어느 하나의 계산식에 대입함으로써 회전체의 회전각을 검출하는 기능을 수행하도록 구성될 수 있다. 이러한 기능 수행을 위해, 제어부(220)는 적어도 하나의 홀 센서(140)의 홀 소자들로부터의 출력들을 수 밀리 초 또는 수 마이크로 초 주기로 샘플링하도록 구성될 수 있다. 샘플링 주기가 낮아질 수록 회전각 검출의 분해능을 높일 수 있다는 이점이 있으나, 제어부(220)의 작업 부하를 과중하게 높이지 않기 위해서 사용자들이 회전체(120)를 회전시키는 평균적인 속도를 감안하여 사용자가 회전체(120)를 회전시키는 동안 충분한 개수의 샘플이 획득될 수 있을 정도로 샘플링 주기를 적절하게 설정할 필요가 있다. 여기서, 위 계산식들은 회전체(120)가 복수의 자석편(130)이 회전체(120)에 배열된 각도 간격에 해당하는 각도만큼 회전됨에 따라 홀 소자들에서 출력되는 출력 파형들에 기초하여 결정될 수 있다. 일 실시예에서 위 계산식들은 홀 소자들에서 출력되는 출력 파형들의 일부 세그먼트들을 커브 피팅 알고리즘(curve fitting algorithm)에 의해 근사화한 방정식들일 수 있다. 예컨대 홀 소자들에서 출력되는 출력 파형들의 일부 세그먼트들을 3차원 방정식으로 근사화할 수 있으나, 연산 속도를 고려하여 2차원 방정식들로 근사화하거나 더욱 정교한 회전각 검출을 위해 더욱 고차원의 방정식들로 근사화할 수도 있다.
제어부(220)는, 계산식들을 이용하는 대신에 저장부(230)에 저장된 매핑 테이블들을 이용하여 회전체(120)의 현재의 회전된 상태에 대응하는 회전체(120)의 회전각을 검출하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 제어부(220)는 적어도 하나의 홀 센서(140)의 홀 소자들로부터의 출력들을 참조하여 이들 출력 중 어느 하나의 출력을 선택하고 선택된 출력을 위 매핑 테이블들 중 어느 하나의 매핑 테이블에 입력으로 제공함으로써 회전체의 회전각에 관한 정보를 획득하도록 구성될 수 있다. 매핑 테이블들은 적어도 하나의 홀 센서(140)의 홀 소자들로부터의 출력들과 회전체(120)의 회전각 간의 매핑 관계들을 정의할 수 있다. 위 계산식들과 마찬가지로 매핑 테이블들 또한 회전체(120)가 복수의 자석편(130)이 회전체(120)에 배열된 각도 간격에 해당하는 각도만큼 회전됨에 따라 홀 소자들에서 출력되는 출력 파형들에 기초하여 결정될 수 있다.
제어부(220)는 하드웨어적 측면에서 ASICs (application specific integrated circuits), DSPs (digital signal processors), DSPDs (digital signal processing devices), PLDs (programmable logic devices), FPGAs (field programmable gate arrays, 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers) 및 마이크로 프로세서(microprocessors) 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다. 또한, 제어부(220)는 적어도 하나의 기능 또는 작동을 수행하게 하는, 하드웨어 플랫폼 상에서 실행가능한 펌웨어/소프트웨어 모듈로 구현될 수 있다.
저장부(230)는, 전술한 바와 같이 제어부(220)가 회전체(120)의 회전각에 관한 정보를 획득하는데 이용하는 매핑 테이블들을 저장할 수 있다. 저장부(230)는 제어부(220)의 동작을 위한 프로그램 및/또는 데이터를 더 저장할 수 있고, 입/출력되는 데이터 등을 또한 저장할 수 있다. 저장부(230)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어, SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장 매체를 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 회전각 검출 장치의 제1 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 회전각 검출 장치(100)의 제1 실시예에서는 총 12개의 자석편(330)이 회전체(120)의 원주 방향을 따라 30°간격으로 회전체(120)의 하부에 배열될 수 있다. 회전체(120)가 기준 위치(Pr)에 있을 때 1개의 홀 센서(340)가 자석편들(330) 중 하나에 대향되도록 배치될 수 있다. 홀 센서(340)는 2개의 평면형의 홀 소자, 즉 제1 홀 소자(343) 및 제2 홀 소자(345)를 포함할 수 있다. 홀 소자들(343, 345)의 각각은 회전체(120)가 최대 30°까지 회전됨에 따라 그에 상응하는 자기력을 출력으로 제공할 수 있다.
본 발명의 발명자(들)은 회전체(120)를 0°에서 29°까지 1°씩 회전시킴에 따라 제1 홀 소자(343) 및 제2 홀 소자(345)의 각각에서 출력되는 출력들을 측정해 본 바, 도 4에 도시된 바와 같은 파형을 얻을 수 있었다. 도 4를 참조하면, 회전체(120)가 0°에서 29°까지 회전됨에 따라 제1 홀 소자(343)는 그 출력(자기력)이 약 -1200에서 약 0까지 상승하다가 다시 약 -1400까지 하강하는 것을 확인할 수 있다. 제2 홀 소자(345)의 경우도, 회전체(120)가 0°에서 29°까지 회전됨에 따라 그 출력(자기력)이 약 -1400에서 약 80까지 상승하다가 다시 약 -1200까지 하강하는 것을 확인할 수 있다. 본 발명의 발명자(들)는 제1 홀 소자(343) 및 제2 홀 소자(345)의 출력 파형들을 이용하면 해당 홀 소자의 출력을 가지고 회전체(120)가 회전된 각도를 역으로 알아낼 수 있음을 인식하였다. 즉, 본 발명의 발명자(들)는, 홀 소자(343, 345)의 출력 파형을, 홀 소자(343, 345)의 출력을 입력 변수로 하고 회전체(120)의 회전각을 출력 변수로 하는 방정식으로 표현할 수 있다면 홀 소자(343, 345)의 출력 값을 알고 있을 경우 이를 방정식에 대입해 회전체(120)의 회전각을 알 수 있게 된다는 점을 인식하였다. 본 발명은 이러한 인식에 기초하여 회전체(120)의 회전각을 검출하도록 한 것이다.
다만, 홀 소자들(343, 345)에서의 센싱 오차 및/또는 자석편들(330) 간의 자력 편차로 인해 홀 소자들(343, 345)의 출력 파형들에서 오차가 발생하는 부분들이 있으므로 홀 소자들(343, 345)의 출력 파형들에서 그러한 부분들을 제외한 나머지 부분들만을 유리하게 이용할 수 있다. 도 5에 홀 소자들(343, 345)의 출력 파형들의 이러한 나머지 부분들을 실선으로 표시하였다. 이하의 설명에서, 실선으로 표시된 부분들을 각각 세그먼트 S1 내지 세그먼트 S4로 부르기로 한다. 세그먼트 S1 내지 세그먼트 S4를 커브 피팅 알고리즘을 이용하여 각각 방정식들로 근사화하면 아래 수학식 1 내지 수학식 4와 같다. 표 1은 수학식 1 내지 수학식 4에서의 계수 값들을 나타내는데, 이 계수 값들은 회전각 검출 장치(100)의 설계 변수들에 따라 달라질 수 있는 값들이다.
Figure 112016116952500-pat00001
여기서, x는 제1 홀 소자(343)의 출력을 나타내는 변수이고, y 1은 회전체(120)의 회전각을 나타내는 변수이다.
Figure 112016116952500-pat00002
여기서, x는 제2 홀 소자(345)의 출력을 나타내는 변수이고, y 2는 회전체(120)의 회전각을 나타내는 변수이다.
Figure 112016116952500-pat00003
여기서, x는 제1 홀 소자(343)의 출력을 나타내는 변수이고, y 3는 회전체(120)의 회전각을 나타내는 변수이다.
Figure 112016116952500-pat00004
여기서, x는 제2 홀 소자(345)의 출력을 나타내는 변수이고, y 4는 회전체(120)의 회전각을 나타내는 변수이다.
Figure 112016116952500-pat00005
세그먼트 S1에 대한 방정식인 수학식 1을 이용하여 제1 홀 소자(343)의 출력을 회전각으로 변환하면 α1(0° ≤ α1 < 8°)의 각도 범위에 들어 오는 회전각 값을 얻게 된다. 세그먼트 S2에 대한 방정식인 수학식 2를 이용하여 제2 홀 소자(345)의 출력을 회전각으로 변환하면 α2(8° ≤ α2 < 15°)의 각도 범위에 들어 오는 회전각 값을 얻게 된다. 세그먼트 S3에 대한 방정식인 수학식 3을 이용하여 제1 홀 소자(343)의 출력을 회전각으로 변환하면 α3(15° ≤ α3 < 25°)의 각도 범위에 들어 오는 회전각 값을 얻게 된다. 세그먼트 S4에 대한 방정식인 수학식 4를 이용하여 제2 홀 소자(345)의 출력을 회전각으로 변환하면 α4(25° ≤ α4 < 30°)의 각도 범위에 들어 오는 회전각 값을 얻게 된다. 제1 홀 소자(343)의 출력의 크기를 고려하고 제1 홀 소자(343)의 출력의 크기와 제2 홀 소자(343)의 출력의 크기를 비교함으로써 회전체(120)의 회전각이 α1 내지 α4 중 어느 각도 범위에 들어 오는지를, 즉 제1 홀 소자(343) 및 제2 홀 소자(345) 중 어느 홀 소자의 출력을 수학식 1 내지 수학식 4 중 어느 수학식에 대입하여야 하는지를 알 수 있게 된다. 이를 정리하면 아래와 같다.
(i) 제1 홀 소자(343)의 출력을 수학식 1에 대입하는 경우(회전체(120)의 회전각이 α 1 (0° = α 1 < 8°)의 각도 범위에 들어 오는 경우)
제1 홀 소자(343)의 출력이 -100 보다 작고 -1,200 보다 큰 값을 가지며 제1 홀 소자(343)의 출력이 제2 홀 소자(345)의 출력 보다 큰 값을 갖는다.
(ii) 제2 홀 소자(345)의 출력을 수학식 2에 대입하는 경우(회전체(120)의 회전각이 α 2 (8° ≤ α 2 < 15°)의 각도 범위에 들어 오는 경우)
제1 홀 소자(343)의 출력이 -100 보다 큰 값을 갖는다.
(iii) 제1 홀 소자(343)의 출력을 수학식 3에 대입하는 경우(회전체(120)의 회전각이 α 3 (15° ≤ α 3 < 25°) 의 각도 범위에 들어 오는 경우)
제1 홀 소자의 출력(343)이 -100 보다 작고 -1,200 보다 큰 값을 가지며 제1 홀 소자(343)의 출력이 제2 홀 소자(345)의 출력 보다 작은 값을 갖는다.
(iv) 제2 홀 소자(345)의 출력을 수학식 4에 대입하는 경우(회전체(120)의 회전각이 α 4 (25° ≤ α 4 < 30°) 의 각도 범위에 들어 오는 경우)
제1 홀 소자(343)의 출력이 -1,200 보다 작은 값을 갖는다.
따라서, 제1 홀 소자(343)의 출력과 제2 홀 소자(345)의 출력이 위의 조건들 중 어느 조건을 만족하는지를 검사하여 수학식 1 내지 수학식 4 중 어느 하나의 수학식을 이용하여 회전체(120)의 회전각을 검출할 수 있게 된다. 다만, 위 조건들에 있어서 -100 및 -1,200이란 값들은 회전체 검출 장치(100)의 설계 변수들에 따라 달라질 수 있는 값들임을 이해하여야 한다.
이제 도 5를 참조하면서 위의 조건들에 따라 회전체(120)의 회전각을 검출하는 예를 들어 보기로 한다. 제1 홀 소자(343)의 출력이 -400이라고 가정하면 이 경우의 제2 홀 소자(345)의 출력은 -1000의 값을 갖는다. 이 경우, 제1 홀 소자(343)의 출력이 -100 보다 작고 -1,200 보다 큰 값을 가지며 제1 홀 소자(343)의 출력이 제2 홀 소자(345)의 출력 보다 큰 값을 가지므로, 회전체(120)의 회전각은 α1(0° ≤ α1 < 8°)의 각도 범위에 들어 오고 따라서 제1 홀 소자(343)의 출력을 수학식 1에 대입하면 아래와 같은 결과를 얻는다.
Figure 112016116952500-pat00006
따라서, 회전각에 대한 계산 결과는 4°가 된다. 그러나, 이러한 계산 결과만으로 실제의 회전각이 결정되는 것은 아니다. 회전체(120)가 30의 배수에 해당하는 각도만큼 회전되는 경우 홀 센서(340)에 대한 자석편들(330)의 상대적인 배치가 회전체(120)가 기준 위치(Pr)에 있을 경우와 동일해지므로 계산된 회전체(120)의 회전각이 0°가 되기 때문이다. 그렇기 때문에, 회전각이 4°로 계산되었다 할지라도 회전체(120)의 실제의 회전각은 4°,34°,64°,94°,124°,154°,184°, 214°, 244°, 274°, 304°및 334°중의 어느 하나일 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따르면 홀 소자들(343, 353)로부터의 출력들이 수 밀리 초 또는 수 마이크로 초 주기로 샘플링되어 회전체(120)가 회전중인 상태에서도 복수의 회전각이 검출되어 그 각도 값들이 출력되므로, 이 점에 기반하여 위 각도들 중에서 바로 이전에 검출된 회전각과 가장 가까운 각도를 실제 회전각으로 검출할 수 있다. 위 예에서 만일 이전에 검출된 회전각이 75°인 경우 위 각도들 중 75°와 가장 가까운 각도는 64°이므로 64°를 실제 회전각으로 검출할 수 있다.
다시 도 2로 돌아가서, 회전각 검출 장치(100)의 제1 실시예에 따르면 제어부(220)는 제1 홀 소자(343)의 출력이 제1의 선정된 값 보다 작고 제2의 선정된 값 보다 큰 값을 가지며 제1 홀 소자(343)의 출력이 제2 홀 소자(345)의 출력 보다 큰 값을 갖는 경우 제1 홀 소자(343)의 출력과 수학식 1을 이용하여 회전체(120)의 현재의 회전된 상태에 대응하는 회전체(120)의 회전각을 검출하도록 구성될 수 있다. 제어부(220)는 제1 홀 소자(343)의 출력과 수학식 1을 이용하여 계산된 각도와 이전에 검출된 회전체(120)의 회전각에 근거하여 회전체(120)의 회전각을 결정하도록 더 구성될 수 있다. 제어부(220)는 제1 홀 소자(343)의 출력이 제1의 선정된 값 보다 큰 값을 갖는 경우 제2 홀 소자(345)의 출력과 수학식 2를 이용하여 회전체(120)의 현재의 회전된 상태에 대응하는 회전체(120)의 회전각을 검출하도록 구성될 수 있다. 제어부(220)는 제2 홀 소자(345)의 출력과 수학식 2를 이용하여 계산된 각도와 이전에 검출된 회전체(120)의 회전각에 근거하여 회전체(120)의 회전각을 결정하도록 더 구성될 수 있다. 제어부(220)는 제1 홀 소자의 출력(343)이 제1의 선정된 값 보다 작고 제2의 선정된 값 보다 큰 값을 가지며 제1 홀 소자(343)의 출력이 제2 홀 소자(345)의 출력 보다 작은 값을 갖는 경우 제1 홀 소자(343)의 출력과 수학식 3을 이용하여 회전체(120)의 현재의 회전된 상태에 대응하는 회전체(120)의 회전각을 검출하도록 구성될 수 있다. 제어부(220)는 제1 홀 소자(343)의 출력과 수학식 3을 이용하여 계산된 각도와 이전에 검출된 회전체(120)의 회전각에 근거하여 회전체(120)의 회전각을 결정하도록 더 구성될 수 있다. 제어부(220)는 제1 홀 소자(343)의 출력이 제2의 선정된 값 보다 작은 값을 갖는 경우 제2 홀 소자(345)의 출력과 수학식 4를 이용하여 회전체(120)의 현재의 회전된 상태에 대응하는 회전체(120)의 회전각을 검출하도록 구성될 수 있다. 제어부(220)는 제2 홀 소자(345)의 출력과 수학식 4를 이용하여 계산된 각도와 이전에 검출된 회전체(120)의 회전각에 근거하여 회전체(120)의 회전각을 결정하도록 더 구성될 수 있다.
전술한 설명에서는 제어부(220)가 수학식들을 이용하여 회전체(120)의 회전각을 검출하는 것으로 예시하였으나, 수학식들 대신에 제1 홀 소자(343)의 출력과 회전체(120)의 회전각 간의 매핑 관계를 정의한 제1 및 제3 매핑 테이블 그리고 제2 홀 소자(345)의 출력과 회전체(120)의 회전각 간의 매핑 관계를 정의한 제2 및 제4 매핑 테이블을 이용하여 회전체(120)의 회전각을 검출하는 것도 가능하다. 제1 내지 제4 매핑 테이블은 저장부(230)에 저장될 수 있다. 제1 매핑 테이블은 회전체(120)가 29°까지 회전됨에 따라 제1 홀 소자(343)에서 출력되는 출력 파형의 제1 세그먼트(세그먼트 S1)에 기초하여 결정될 수 있다. 제2 매핑 테이블은 회전체(120)가 29°까지 회전됨에 따라 제2 홀 소자(345)에서 출력되는 출력 파형의 제1 세그먼트(세그먼트 S2)에 기초하여 결정될 수 있다. 제3 매핑 테이블은 회전체(120)가 29°까지 회전됨에 따라 제1 홀 소자(343)에서 출력되는 출력 파형의 제2 세그먼트(세그먼트 S3)에 기초하여 결정될 수 있다. 제4 매핑 테이블은 회전체(120)가 29°까지 회전됨에 따라 제2 홀 소자에서 출력되는 출력 파형의 제2 세그먼트(세그먼트 S4)에 기초하여 결정될 수 있다.
제어부(220)는 제1 홀 소자(343)의 출력이 제1의 선정된 값 보다 작고 제2의 선정된 값 보다 큰 값을 가지며 제1 홀 소자(343)의 출력이 제2 홀 소자(345)의 출력 보다 큰 값을 갖는 경우 제1 홀 소자(343)의 출력과 제1 매핑 테이블을 이용하여 회전체(120)의 현재의 회전된 상태에 대응하는 회전체(120)의 회전각을 검출하도록 구성될 수 있다. 제어부(220)는 제1 홀 소자(343)의 출력이 제1의 선정된 값 보다 큰 값을 갖는 경우 제2 홀 소자(345)의 출력과 제2 매핑 테이블을 이용하여 회전체(120)의 현재의 회전된 상태에 대응하는 회전체(120)의 회전각을 검출하도록 구성될 수 있다. 제어부(220)는 제1 홀 소자의 출력(343)이 제1의 선정된 값 보다 작고 제2의 선정된 값 보다 큰 값을 가지며 제1 홀 소자(343)의 출력이 제2 홀 소자(345)의 출력 보다 작은 값을 갖는 경우 제1 홀 소자(343)의 출력과 제3 매핑 테이블을 이용하여 회전체(120)의 현재의 회전된 상태에 대응하는 회전체(120)의 회전각을 검출하도록 구성될 수 있다. 제어부(220)는 제1 홀 소자(343)의 출력이 제2의 선정된 값 보다 작은 값을 갖는 경우 제2 홀 소자(345)의 출력과 제4 매핑 테이블를 이용하여 회전체(120)의 현재의 회전된 상태에 대응하는 회전체(120)의 회전각을 검출하도록 구성될 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 회전각 검출 장치의 제2 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 회전각 검출 장치의 제2 실시예에서는 총 8개의 자석편(630)이 회전체(120)의 원주 방향을 따라 45°간격으로 회전체(120)의 하부에 배열될 수 있다. 자석편들(630)이 45°간격으로 배열되어 있는 경우, 홀 소자의 자기력 측정 범위가 최대 30°이므로 15°의 불감 지역이 존재하고 이러한 불감 지역에서 자기력을 측정하기 위해 제1 실시예의 경우에 비해 1개의 홀 센서가 추가로 더 배치될 필요가 있다. 따라서, 제2 실시예의 경우에는 제1 홀 센서(640) 및 제2 홀 센서(650)의 두 개의 홀 센서가 회전체(120)의 하부에 배치될 수 있다. 자석편들(630)이 제1 평면상에 놓여 있고 회전체(120)가 회전됨에 따라 자석편들(630)이 원주 방향의 제1 궤적을 따라 이동한다고 가정할 경우, 홀 센서들(640, 650)은 제1 궤적을 제1 평면과 실질적으로 평행하고 선정된 거리만큼 이격된 제2 평면 상으로 투영한 제2 궤적 상에 위치할 수 있다. 회전체(120)가 기준 위치(Pr)에 있을 때 제1 홀 센서(640)가 자석편들(630) 중 하나에 대향되도록 배치될 수 있다. 제2 홀 센서(650)는 제1 홀 센서(640)와 15°내지 30°중에서 선택된 어느 한 각도 간격으로 배치될 수 있다. 도시된 실시예에서는, 제2 홀 센서(650)가 제1 홀 센서(640)와 22.5°의 각도 간격으로 배치되어 있다. 제1 홀 센서(640)는 2개의 평면형의 홀 소자, 즉 제1 홀 소자(643) 및 제2 홀 소자(645)를 포함할 수 있다. 제2 홀 센서(650)도 또한 평면형의 홀 소자인 제3 홀 소자(653) 및 제4 홀 소자(655)를 포함할 수 있다. 홀 소자들(643, 645, 653, 655)의 각각은 회전체(120)가 최대 45°까지 회전됨에 따라 그에 상응하는 자기력을 출력으로 제공할 수 있다.
제1 실시예의 경우와 마찬가지로 회전체(120)를 0°에서 44°까지 1°씩 회전시킴에 따라 홀 소자들(643, 645, 653, 655)의 각각에서 출력되는 출력들을 측정하여 도 7에 파형으로 도시하였다. 도 8에는 도 7의 홀 소자들(643, 645, 653, 655)의 출력 파형들에서 오차가 발생하는 부분들을 제외한 나머지 부분들만을 실선으로 표시하였다. 이하의 설명에서, 실선으로 표시된 부분들을 각각 세그먼트 S1 내지 세그먼트 S6로 부르기로 한다. 세그먼트 S1 내지 세그먼트 S6을 커브 피팅 알고리즘을 이용하여 각각 방정식들로 근사화하면 아래 수학식 6 내지 수학식 11과 같다. 표 2는 수학식 6 내지 수학식 11에서의 계수 값들을 나타내는데, 이 계수 값들은 회전각 검출 장치(100)의 설계 변수들에 따라 달라질 수 있는 값들이다.
Figure 112016116952500-pat00007
여기서, x는 제3 홀 소자(653)의 출력을 나타내는 변수이고, y 1은 회전체(120)의 회전각을 나타내는 변수이다.
Figure 112016116952500-pat00008
여기서, x는 제1 홀 소자(643)의 출력을 나타내는 변수이고, y 2는 회전체(120)의 회전각을 나타내는 변수이다.
Figure 112016116952500-pat00009
여기서, x는 제2 홀 소자(645)의 출력을 나타내는 변수이고, y 3는 회전체(120)의 회전각을 나타내는 변수이다.
Figure 112016116952500-pat00010
여기서, x는 제1 홀 소자(643)의 출력을 나타내는 변수이고, y 4는 회전체(120)의 회전각을 나타내는 변수이다.
Figure 112016116952500-pat00011
여기서, x는 제3 홀 소자(653)의 출력을 나타내는 변수이고, y 5는 회전체(120)의 회전각을 나타내는 변수이다.
Figure 112016116952500-pat00012
여기서, x는 제4 홀 소자(655)의 출력을 나타내는 변수이고, y 6는 회전체(120)의 회전각을 나타내는 변수이다.
Figure 112016116952500-pat00013
세그먼트 S1에 대한 방정식인 수학식 6을 이용하여 제3 홀 소자(653)의 출력을 회전각으로 변환하면 α1(0° ≤ α1 < 7°)의 각도 범위에 들어 오는 회전각 값을 얻게 된다. 세그먼트 S2에 대한 방정식인 수학식 7을 이용하여 제1 홀 소자(643)의 출력을 회전각으로 변환하면 α2(7° ≤ α2 < 18°)의 각도 범위에 들어 오는 회전각 값을 얻게 된다. 세그먼트 S3에 대한 방정식인 수학식 8을 이용하여 제2 홀 소자(645)의 출력을 회전각으로 변환하면 α3(18° ≤ α3 < 22°)의 각도 범위에 들어 오는 회전각 값을 얻게 된다. 세그먼트 S4에 대한 방정식인 수학식 9를 이용하여 제1 홀 소자(643)의 출력을 회전각으로 변환하면 α4(22° ≤ α4 < 32°)의 각도 범위에 들어 오는 회전각 값을 얻게 된다. 세그먼트 S5에 대한 방정식인 수학식 10을 이용하여 제3 홀 소자(653)의 출력을 회전각으로 변환하면 α5(32° ≤ α5 < 39°)의 각도 범위에 들어 오는 회전각 값을 얻게 된다. 세그먼트 S6에 대한 방정식인 수학식 11을 이용하여 제4 홀 소자(655)의 출력을 회전각으로 변환하면 α6(39° ≤ α6 < 44°)의 각도 범위에 들어 오는 회전각 값을 얻게 된다. 제1 홀 소자(643) 또는 제3 홀 소자(653)의 출력의 크기를 고려하고 홀 소자들(643, 645, 653, 655)의 출력들의 크기들을 서로 비교함으로써 회전체(120)의 회전각이 α1 내지 α6 중 어느 각도 범위에 들어 오는지를, 즉 홀 소자들(643, 645, 653, 655) 중 어느 홀 소자의 출력을 수학식 6 내지 수학식 11 중 어느 수학식에 대입하여야 하는지를 알 수 있게 된다. 이를 정리하면 아래와 같다.
(i) 제3 홀 소자(653)의 출력을 수학식 6에 대입하는 경우(회전체(120)의 회전각이 α 1 (0° ≤ α 1 < 7°) 의 각도 범위에 들어 오는 경우)
제3 홀 소자(653)의 출력이 -10 보다 작고 -800 보다 큰 값을 가지며 제3 홀 소자(653)의 출력이 제4 홀 소자(655)의 출력 보다 큰 값을 갖는다.
(ii) 제1 홀 소자(643)의 출력을 수학식 7에 대입하는 경우(회전체(120)의 회전각이 α 2 (7° ≤ α 2 < 18°) 의 각도 범위에 들어 오는 경우)
제1 홀 소자(643)의 출력이 -10 보다 작고 -900 보다 큰 값을 가지며 제1 홀 소자(643)의 출력이 제2 홀 소자(645)의 출력 보다 작은 값을 갖는다.
(iii) 제2 홀 소자(645)의 출력을 수학식 8에 대입하는 경우(회전체(120)의 회전각이 α 3 (18° ≤ α 3 < 22°) 의 각도 범위에 들어 오는 경우)
제1 홀 소자(643)의 출력이 -900 보다 작은 값을 갖는다.
(iv) 제1 홀 소자(643)의 출력을 수학식 9에 대입하는 경우(회전체(120)의 회전각이 α 4 (22° ≤ α 4 < 32°) 의 각도 범위에 들어 오는 경우)
제1 홀 소자(643)의 출력이 -10 보다 작고 -900 보다 큰 값을 가지며 제1 홀 소자(643)의 출력이 제2 홀 소자(645)의 출력 보다 큰 값을 갖는다.
(v) 제3 홀 소자(653)의 출력을 수학식 10에 대입하는 경우(회전체(120)의 회전각이 α 5 (32° ≤ α 5 < 39°) 의 각도 범위에 들어 오는 경우)
제3 홀 소자(653)의 출력이 -10 보다 작고 -800 보다 큰 값을 가지며 제3 홀 소자(653)의 출력이 제4 홀 소자(655)의 출력 보다 작은 값을 갖는다.
(vi) 제4 홀 소자(655)의 출력을 수학식 11에 대입하는 경우(회전체(120)의 회전각이 α 6 (39° ≤ α 6 < 44°) 의 각도 범위에 들어 오는 경우)
제3 홀 소자(653)의 출력이 -800 보다 작은 값을 갖는다.
따라서, 제1 홀 소자(643) 내지 제4 홀 소자(655)의 출력들이 위의 조건들 중 어느 조건을 만족하는지를 검사하여 수학식 6 내지 수학식 11 중 어느 하나의 수학식을 이용하여 회전체(120)의 회전각을 검출할 수 있게 된다. 다만, 위 조건들에 있어서 -10, -800 및 -900이란 값들은 회전체 검출 장치(100)의 설계 변수들에 따라 달라질 수 있는 값들임을 이해하여야 한다. 위의 조건들에 따라 구한 회전각에 대한 계산 결과가 20°인 경우, 회전체(120)의 실제의 회전각은 20°, 65°, 110°, 155°, 200°, 245°, 290°및 335°중의 어느 하나일 수 있다. 이 경우, 만일 이전에 검출된 회전각이 75°인 경우 위 각도들 중 75°와 가장 가까운 각도는 65°이므로 65°를 실제 회전각으로 검출할 수 있다.
다시 도 2로 돌아가서, 회전각 검출 장치(100)의 제2 실시예에 따르면 제어부(220)는 제3 홀 소자(653)의 출력이 제1의 선정된 값 보다 작고 제2의 선정된 값 보다 큰 값을 가지며 제3 홀 소자(653)의 출력이 제4 홀 소자(655)의 출력 보다 큰 값을 갖는 경우 제3 홀 소자(653)의 출력과 수학식 6을 이용하여 회전체(120)의 현재의 회전된 상태에 대응하는 회전체(120)의 회전각을 검출하도록 구성될 수 있다. 제어부(220)는 제3 홀 소자(653)의 출력과 수학식 6을 이용하여 계산된 각도와 이전에 검출된 회전체(120)의 회전각에 근거하여 회전체(120)의 회전각을 결정하도록 더 구성될 수 있다. 제어부(220)는 제1 홀 소자(643)의 출력이 제1의 선정된 값 보다 작고 제3의 선정된 값 보다 큰 값을 가지며 제1 홀 소자(643)의 출력이 제2 홀 소자(645)의 출력 보다 작은 값을 갖는 경우 제1 홀 소자(643)의 출력과 수학식 7을 이용하여 회전체(120)의 현재의 회전된 상태에 대응하는 회전체(120)의 회전각을 검출하도록 구성될 수 있다. 제어부(220)는 제1 홀 소자(643)의 출력과 수학식 7을 이용하여 계산된 각도와 이전에 검출된 회전체(120)의 회전각에 근거하여 회전체(120)의 회전각을 결정하도록 더 구성될 수 있다. 제어부(220)는 제1 홀 소자(643)의 출력이 제3의 선정된 값 보다 작은 값을 갖는 경우 제2 홀 소자(645)의 출력과 수학식 8을 이용하여 회전체(120)의 현재의 회전된 상태에 대응하는 회전체(120)의 회전각을 검출하도록 구성될 수 있다. 제어부(220)는 제2 홀 소자(645)의 출력과 수학식 8을 이용하여 계산된 각도와 이전에 검출된 회전체(120)의 회전각에 근거하여 회전체(120)의 회전각을 결정하도록 더 구성될 수 있다. 제어부(220)는 제1 홀 소자(643)의 출력이 제1의 선정된 값 보다 작고 제3의 선정된 값 보다 큰 값을 가지며 제1 홀 소자(643)의 출력이 제2 홀 소자(645)의 출력 보다 큰 값을 갖는 경우 제1 홀 소자(643)의 출력과 수학식 9를 이용하여 회전체(120)의 현재의 회전된 상태에 대응하는 회전체(120)의 회전각을 검출하도록 구성될 수 있다. 제어부(220)는 제1 홀 소자(643)의 출력과 수학식 9를 이용하여 계산된 각도와 이전에 검출된 회전체(120)의 회전각에 근거하여 회전체(120)의 회전각을 결정하도록 더 구성될 수 있다. 제어부(220)는 제3 홀 소자(653)의 출력이 제1의 선정된 값 보다 작고 제2의 선정된 값 보다 큰 값을 가지며 제3 홀 소자(653)의 출력이 제4 홀 소자(655)의 출력 보다 작은 값을 갖는 경우 제3 홀 소자(653)의 출력과 수학식 10을 이용하여 회전체(120)의 현재의 회전된 상태에 대응하는 회전체(120)의 회전각을 검출하도록 구성될 수 있다. 제어부(220)는 제3 홀 소자(653)의 출력과 수학식 10을 이용하여 계산된 각도와 이전에 검출된 회전체(120)의 회전각에 근거하여 회전체(120)의 회전각을 결정하도록 더 구성될 수 있다. 제어부(220)는 제3 홀 소자(653)의 출력이 제2의 선정된 값 보다 작은 값을 갖는 경우 제4 홀 소자(655)의 출력과 수학식 11을 이용하여 회전체(120)의 현재의 회전된 상태에 대응하는 회전체(120)의 회전각을 검출하도록 구성될 수 있다. 제어부(220)는 제4 홀 소자(655)의 출력과 수학식 11을 이용하여 계산된 각도와 이전에 검출된 회전체(120)의 회전각에 근거하여 회전체(120)의 회전각을 결정하도록 더 구성될 수 있다.
제1 실시예와 마찬가지로 제2 실시예의 경우도 제어부(220)가 수학식들을 이용하여 회전체(120)의 회전각을 검출하는 대신에 홀 소자들(643, 645, 653, 655)의 출력들과 회전체(120)의 회전각 간의 매핑 관계들을 정의한 복수의 매핑 테이블을 이용하여 회전체(120)의 회전각을 검출하는 것이 가능하다.
도 9는 본 발명에 따른 회전각 검출 장치의 제3 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 회전각 검출 장치(100)의 제3 실시예에서는, 제1 실시예의 경우와 동일하게 12개의 자석편(930)이 회전체(120)의 원주 방향을 따라 30°간격으로 회전체(120)의 하부에 배열될 수 있다. 회전체(120)가 기준 위치(Pr)에 있을 때 1개의 홀 센서(940)가 자석편들(930) 중 하나에 대향되도록 배치될 수 있다. 제3 실시예의 경우는, 홀 센서(940)가 평면형의 홀 소자인 제1 홀 소자(943)와 수직형의 홀 소자(vertical Hall element)인 제2 홀 소자(945)를 포함한다는 점에서 제1 실시예와 차이가 있다. 홀 소자들(943, 945)의 각각은 회전체(120)가 최대 30°까지 회전됨에 따라 그에 상응하는 자기력을 출력으로 제공할 수 있다.
제1 실시예의 경우와 마찬가지로 회전체(120)를 0°에서 29°까지 1°씩 회전시킴에 따라 홀 소자들(943, 945)의 각각에서 출력되는 출력들을 측정하여 도 10에 파형으로 도시하였다. 도 11에는 도 10의 제1 홀 소자(943)의 출력 파형을 세그먼트 S1 및 세그먼트 S2로 나누어 실선으로 표시하였다. 세그먼트 S1 및 세그먼트 S2를 커브 피팅 알고리즘을 이용하여 각각 방정식들로 근사화하면 아래 수학식 12 및 수학식 13과 같다. 표 3은 수학식 12 및 수학식 13에서의 계수 값들을 나타내는데, 이 계수 값들은 회전각 검출 장치(100)의 설계 변수들에 따라 달라질 수 있는 값들이다.
Figure 112016116952500-pat00014
여기서, x는 제1 홀 소자(943)의 출력을 나타내는 변수이고, y 1은 회전체(120)의 회전각을 나타내는 변수이다.
Figure 112016116952500-pat00015
여기서, x는 제1 홀 소자(943)의 출력을 나타내는 변수이고, y 2는 회전체(120)의 회전각을 나타내는 변수이다.
Figure 112016116952500-pat00016
세그먼트 S1에 대한 방정식인 수학식 12를 이용하여 제1 홀 소자(943)의 출력을 회전각으로 변환하면 α1(0° ≤ α1 < 15°)의 각도 범위에 들어 오는 회전각 값을 얻게 된다. 세그먼트 S2에 대한 방정식인 수학식 13을 이용하여 제1 홀 소자(943)의 출력을 회전각으로 변환하면 α2(15° ≤ α2 < 29°)의 각도 범위에 들어 오는 회전각 값을 얻게 된다. 제2 홀 소자(945)의 출력의 크기를 고려함으로써 회전체(120)의 회전각이 α1 및 α2 중 어느 각도 범위에 들어 오는지를, 즉 제1 홀 소자(943)의 출력을 수학식 12 및 수학식 13 중 어느 수학식에 대입하여야 하는지를 알 수 있게 된다. 이를 정리하면 아래와 같다.
(i) 제1 홀 소자(943)의 출력을 수학식 12에 대입하는 경우(회전체(120)의 회전각이 α 1 (0° ≤ α 1 < 15°)의 각도 범위에 들어 오는 경우)
제2 홀 소자(945)의 출력이 0 보다 큰 값을 갖는다.
(ii) 제1 홀 소자(943)의 출력을 수학식 13에 대입하는 경우(회전체(120)의 회전각이 α 2 (15° ≤ α 2 < 29°)의 각도 범위에 들어 오는 경우)
제2 홀 소자(945)의 출력이 0 이하의 값을 갖는다.
따라서, 제2 홀 소자(945)의 출력이 위의 조건들 중 어느 조건을 만족하는지를 검사하여 수학식 12 및 수학식 13 중 어느 하나의 수학식을 이용하여 회전체(120)의 회전각을 검출할 수 있게 된다. 다만, 위 조건들에 있어서 0이란 값은 회전체 검출 장치(100)의 설계 변수들에 따라 달라질 수 있는 값들임을 이해하여야 한다. 위의 조건들에 따라 구한 회전각에 대한 계산 결과가 20°인 경우, 회전체(120)의 실제의 회전각은 20°, 50°, 80°, 110°, 140°, 170°, 200°, 230°, 260°, 290°320°및 350°중의 어느 하나일 수 있다. 이 경우, 만일 이전에 검출된 회전각이 75°인 경우 위 각도들 중 75°와 가장 가까운 각도는 80°이므로 80°를 실제 회전각으로 검출할 수 있다.
다시 도 2로 돌아가서, 회전각 검출 장치(100)의 제3 실시예에 따르면 제어부(220)는 제2 홀 소자(945)의 출력이 선정된 값 보다 큰 값을 갖는 경우 제1 홀 소자(943)의 출력과 수학식 12를 이용하여 회전체(120)의 현재의 회전된 상태에 대응하는 회전체(120)의 회전각을 검출하도록 구성될 수 있다. 제어부(220)는 제1 홀 소자(943)의 출력과 수학식 12를 이용하여 계산된 각도와 이전에 검출된 회전체(120)의 회전각에 근거하여 회전체(120)의 회전각을 결정하도록 더 구성될 수 있다. 제어부(220)는 제2 홀 소자(945)의 출력이 선정된 값 이하의 값을 갖는 경우 제1 홀 소자(943)의 출력과 수학식 13을 이용하여 회전체(120)의 현재의 회전된 상태에 대응하는 회전체(120)의 회전각을 검출하도록 구성될 수 있다. 제어부(220)는 제1 홀 소자(943)의 출력과 수학식 13을 이용하여 계산된 각도와 이전에 검출된 회전체(120)의 회전각에 근거하여 회전체(120)의 회전각을 결정하도록 더 구성될 수 있다.
제1 및 제2 실시예와 마찬가지로 제3 실시예의 경우도 제어부(220)가 수학식들을 이용하여 회전체(120)의 회전각을 검출하는 대신에 홀 소자들(943, 945)의 출력들과 회전체(120)의 회전각 간의 매핑 관계들을 정의한 복수의 매핑 테이블을 이용하여 회전체(120)의 회전각을 검출하는 것이 가능하다.
이상에서는 회전체에 12개의 자석편을 30°간격으로 배열하거나 8개의 자석편을 45°간격으로 배열하는 실시예들을 설명하였으나, 회전체에 6개의 자석편을 60°간격으로 배열하거나 10개의 자석편을 36°간격으로 배열하는 것도 가능하다. 회전체에 6개의 자석편을 60°간격으로 배열하는 경우는 제2 실시예의 경우와 마찬가지로 30°의 불감 지역을 커버하기 위해 두 개의 홀 센서를 서로 30°간격으로 배치할 수 있다. 회전체에 10개의 자석편을 36°간격으로 배열하는 경우도 6°의 불감 지역을 커버하기 위해 두 개의 홀 센서를 서로 15°내지 21°중에서 선택된 어느 한 각도 간격으로 배치할 수 있다.
이상의 설명에 있어서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 접속되거나 결합된다는 기재의 의미는 당해 구성 요소가 그 다른 구성 요소에 직접적으로 접속되거나 결합된다는 의미뿐만 아니라 이들이 그 사이에 개재된 하나 또는 그 이상의 타 구성 요소를 통해 접속되거나 결합될 수 있다는 의미를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 이외에도 구성 요소들 간의 관계를 기술하기 위한 용어들(예컨대, '간에', '사이에' 등)도 유사한 의미로 해석되어야 한다.
본원에 개시된 실시예들에 있어서, 도시된 구성 요소들의 배치는 발명이 구현되는 환경 또는 요구 사항에 따라 달라질 수 있다. 예컨대, 일부 구성 요소가 생략되거나 몇몇 구성 요소들이 통합되어 하나로 실시될 수 있다. 또한 일부 구성 요소들의 배치 순서 및 연결이 변경될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 다양한 실시예들에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예들에 한정되지 아니하며, 상술한 실시예들은 첨부하는 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양하게 변형 실시될 수 있음은 물론이고, 이러한 변형 실시예들이 본 발명의 기술적 사상이나 범위와 별개로 이해되어져서는 아니 될 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 오직 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
100: 회전각 검출 장치
110: 베이스 부재
120: 회전체
122: 회전축
130, 330, 630, 930: 자석편
140, 340, 940: 홀 센서
150: 회로 기판
220: 제어부
230: 저장부
343, 643, 943: 제1 홀 소자
345, 645, 945: 제2 홀 소자
640: 제1 홀 센서
650: 제2 홀 센서
653: 제3 홀 소자
655: 제4 홀 소자
Pr: 기준 위치
α1 ~ α6: 회전각 범위
S1 ~ S6: 세그먼트

Claims (28)

  1. 회전각 검출 장치로서,
    제1 평면상에 놓여 있고 기준 상태와 복수의 회전된 상태 간에서 전환되도록 회전 가능한 회전체 - 상기 기준 상태는 상기 회전체가 회전되지 않은 상태임 -;
    상기 회전체에 상기 회전체의 원주 방향을 따라 선정된 각도 간격으로 서로 이격되도록 배열된 복수의 자석편 - 상기 복수의 자석편은 상기 회전체가 회전됨에 따라 제1 궤적을 따라 이동함 -;
    상기 제1 평면으로부터 선정된 거리만큼 이격된 제2 평면 상에 놓여 있고 상기 제1 궤적을 상기 제2 평면 상으로 투영한 제2 궤적 상에 위치한 적어도 하나의 홀 센서(Hall sensor) - 상기 적어도 하나의 홀 센서는 상기 회전체가 회전됨에 따라 변화하는 출력을 제공함 -; 및
    상기 적어도 하나의 홀 센서의 출력에 응답하여 상기 회전체의 현재의 회전된 상태에 대응하는 상기 회전체의 회전각을 검출하도록 구성된 프로세서를 포함하고,
    상기 회전체가 회전됨에 따라 상기 복수의 자석편 중 적어도 하나의 자석편이 상기 제1 평면의 수직방향으로 상기 홀 센서의 상부를 통과하도록 배치되고,
    상기 적어도 하나의 홀 센서는 복수의 출력을 포함하며, 상기 프로세서는 상기 복수의 출력에 기초하여 다차원 방정식을 이용하여 상기 회전체의 회전각을 검출하되,
    상기 다차원 방정식은
    Figure 112018106718398-pat00042
    이며,
    상기
    Figure 112018106718398-pat00043
    는 상기 i번째 출력을 나타내는 변수(i는 자연수)이고, 상기
    Figure 112018106718398-pat00044
    는 상기 회전체의 회전각을 나타내는 변수이고,
    상기 다차원 방정식의 계수는 상기 홀 센서의 출력, 제1의 선정된 값 및 제2의 선정된 값 간의 크기 비교결과에 기초하여 선택되는 회전각 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회전체는 디스크 형의 판 또는 고리 형의 판인, 회전각 검출 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 회전체가 상기 기준 상태에 있을 때, 상기 적어도 하나의 홀 센서 중 어느 하나의 홀 센서는 상기 복수의 자석편 중 어느 하나와 수직 방향으로 대향하는, 회전각 검출 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 자석편은 12개의 자석편을 포함하며,
    상기 적어도 하나의 홀 센서는 1개의 홀 센서를 포함하며,
    상기 1개의 홀 센서는 제1 홀 소자(Hall element) 및 제2 홀 소자를 포함하며,
    상기 적어도 하나의 홀 센서의 출력은 상기 제1 홀 소자로부터의 제1 출력 및 상기 제2 홀 소자로부터의 제2 출력을 포함하는, 회전각 검출 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 제1 출력 및 상기 제2 출력에 기초하여 상기 회전체의 상기 현재의 회전된 상태에 대응하는 상기 회전체의 상기 회전각을 검출하도록 더 구성되는, 회전각 검출 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 제1 출력 및 상기 제2 출력에 기초하여 제1 내지 제4 계산식 중 어느 하나의 계산식을 이용하여 상기 회전체의 상기 현재의 회전된 상태에 대응하는 상기 회전체의 상기 회전각을 검출하도록 더 구성되고,
    상기 제1 계산식은
    Figure 112018106718398-pat00030
    이며, 상기 x는 상기 제1 출력을 나타내는 변수이고, y 1은 상기 회전체의 회전각을 나타내는 변수이고,
    상기 제2 계산식은
    Figure 112018106718398-pat00031
    이며, 상기 x는 상기 제2 출력을 나타내는 변수이고, y 2는 상기 회전체의 회전각을 나타내는 변수이고,
    상기 제3 계산식은
    Figure 112018106718398-pat00032
    이며, 상기 x는 상기 제1 출력을 나타내는 변수이고, y 3는 상기 회전체의 회전각을 나타내는 변수이고,
    상기 제4 계산식은
    Figure 112018106718398-pat00033
    이며, 상기 x는 상기 제2 출력을 나타내는 변수이고, y 4는 상기 회전체의 회전각을 나타내는 변수이고,
    상기 제1 내지 제4 계산식의 계수는
    상기 홀 소자의 출력, 상기 제1의 선정된 값 및 상기 제2의 선정된 값 간의 크기 비교결과에 기초하여 선택되는 것인, 회전각 검출 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 제1 출력이 제1의 선정된 값 보다 작고 제2의 선정된 값 보다 큰 값을 가지며 상기 제1 출력이 상기 제2 출력 보다 큰 값을 갖는 경우 상기 제1 출력과 상기 제1 계산식을 이용하여 상기 회전체의 상기 현재의 회전된 상태에 대응하는 상기 회전체의 상기 회전각을 검출하도록 더 구성되는, 회전각 검출 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 제1 출력이 상기 제1의 선정된 값 보다 큰 값을 갖는 경우 상기 제2 출력과 상기 제2 계산식을 이용하여 상기 회전체의 상기 현재의 회전된 상태에 대응하는 상기 회전체의 상기 회전각을 검출하도록 더 구성되는, 회전각 검출 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 제1 출력이 상기 제1의 선정된 값 보다 작고 상기 제2의 선정된 값 보다 큰 값을 가지며 상기 제1 출력이 상기 제2 출력 보다 작은 값을 갖는 경우 상기 제1 출력과 상기 제3 계산식을 이용하여 상기 회전체의 상기 현재의 회전된 상태에 대응하는 상기 회전체의 상기 회전각을 검출하도록 더 구성되는, 회전각 검출 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 제1 출력이 상기 제2의 선정된 값 보다 작은 값을 갖는 경우 상기 제2 출력과 상기 제4 계산식을 이용하여 상기 회전체의 상기 현재의 회전된 상태에 대응하는 상기 회전체의 상기 회전각을 검출하도록 더 구성되는, 회전각 검출 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 자석편은 8개의 자석편을 포함하며,
    상기 적어도 하나의 홀 센서는 제1 홀 센서 및 상기 제2 궤적 상에서 상기 제1 홀 센서와 제2의 선정된 각도 간격으로 배열된 제2 홀 센서를 포함하며,
    상기 제1 홀 센서는 제1 홀 소자 및 제2 홀 소자를 포함하며,
    상기 제2 홀 센서는 제3 홀 소자 및 제4 홀 소자를 포함하며,
    상기 적어도 하나의 홀 센서의 출력은 상기 제1 홀 소자로부터의 제1 출력, 상기 제2 홀 소자로부터의 제2 출력, 상기 제3 홀 소자로부터의 제3 출력 및 상기 제4 홀 소자로부터의 제4 출력을 포함하는, 회전각 검출 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 제1 출력 내지 상기 제4 출력에 기초하여 상기 회전체의 상기 현재의 회전된 상태에 대응하는 상기 회전체의 상기 회전각을 검출하도록 더 구성되는, 회전각 검출 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 제1 출력 내지 상기 제4 출력에 기초하여 제1 내지 제6 계산식 중 어느 하나의 계산식을 이용하여 상기 회전체의 상기 현재의 회전된 상태에 대응하는 상기 회전체의 상기 회전각을 검출하도록 더 구성되고,
    상기 제1 계산식은
    Figure 112018106718398-pat00034
    으로
    상기 x는 상기 제3 출력을 나타내는 변수이고, 상기 y 1은 상기 회전체의 회전각을 나타내는 변수이며,
    상기 제2 계산식은
    Figure 112018106718398-pat00035
    으로
    상기 x는 상기 제1 출력을 나타내는 변수이고, 상기 y 2는 상기 회전체의 회전각을 나타내는 변수이며,
    상기 제3 계산식은
    Figure 112018106718398-pat00036
    으로
    상기 x는 상기 제2 출력을 나타내는 변수이고, 상기 y 3는 상기 회전체의 회전각을 나타내는 변수이며,
    상기 제4 계산식은
    Figure 112018106718398-pat00037
    으로
    상기 x는 상기 제1 출력을 나타내는 변수이고,상기 y 4는 상기 회전체의 회전각을 나타내는 변수이며,
    상기 제5 계산식은
    Figure 112018106718398-pat00038
    으로
    상기 x는 상기 제3 출력을 나타내는 변수이고, 상기 y 5는 상기 회전체의 회전각을 나타내는 변수이고,
    상기 제6 계산식은
    Figure 112018106718398-pat00039
    으로,
    상기 x는 상기 제4 출력을 나타내는 변수이고, 상기 y 6는 상기 회전체의 회전각을 나타내는 변수이며,
    상기 제1 계산식 내지 상기 제6 계산식의 계수는 상기 홀 소자의 출력, 상기 제1의 선정된 값 및 상기 제2의 선정된 값 간의 크기 비교결과에 기초하여 선택되는 것인, 회전각 검출 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 제3 출력이 제1의 선정된 값 보다 작고 제2의 선정된 값 보다 큰 값을 가지며 상기 제3 출력이 상기 제4 출력 보다 큰 값을 갖는 경우 상기 제3 출력과 상기 제1 계산식을 이용하여 상기 회전체의 상기 현재의 회전된 상태에 대응하는 상기 회전체의 상기 회전각을 검출하도록 더 구성되는, 회전각 검출 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 제1 출력이 상기 제1의 선정된 값 보다 작고 제3의 선정된 값 보다 큰 값을 가지며 상기 제1 출력이 상기 제2 출력 보다 작은 값을 갖는 경우 상기 제1 출력과 상기 제2 계산식을 이용하여 상기 회전체의 상기 현재의 회전된 상태에 대응하는 상기 회전체의 상기 회전각을 검출하도록 더 구성되는, 회전각 검출 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 제1 출력이 상기 제3의 선정된 값 보다 작은 값을 갖는 경우 상기 제2 출력과 상기 제3 계산식을 이용하여 상기 회전체의 상기 현재의 회전된 상태에 대응하는 상기 회전체의 상기 회전각을 검출하도록 더 구성되는, 회전각 검출 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 제1 출력이 상기 제1의 선정된 값 보다 작고 상기 제3의 선정된 값 보다 큰 값을 가지며 상기 제1 출력이 상기 제2 출력 보다 큰 값을 갖는 경우 상기 제1 출력과 상기 제4 계산식을 이용하여 상기 회전체의 상기 현재의 회전된 상태에 대응하는 상기 회전체의 상기 회전각을 검출하도록 더 구성되는, 회전각 검출 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 제3 출력이 상기 제1의 선정된 값 보다 작고 상기 제2의 선정된 값 보다 큰 값을 가지며 상기 제3 출력이 상기 제4 출력 보다 작은 값을 갖는 경우 상기 제3 출력과 상기 제5 계산식을 이용하여 상기 회전체의 상기 현재의 회전된 상태에 대응하는 상기 회전체의 상기 회전각을 검출하도록 더 구성되는, 회전각 검출 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 제3 출력이 상기 제2의 선정된 값 보다 작은 값을 갖는 경우 상기 제4 출력과 상기 제6 계산식을 이용하여 상기 회전체의 상기 현재의 회전된 상태에 대응하는 상기 회전체의 상기 회전각을 검출하도록 더 구성되는, 회전각 검출 장치.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 자석편은 12개의 자석편을 포함하며,
    상기 적어도 하나의 홀 센서는 1개의 홀 센서를 포함하며,
    상기 1개의 홀 센서는 평면형의 홀 소자(planar Hall element) 및 수직형의 홀 소자(vertical Hall element)를 포함하며,
    상기 적어도 하나의 홀 센서의 출력은 상기 평면형 홀 소자로부터의 제1 출력 및 상기 수직형 홀 소자로부터의 제2 출력을 포함하는, 회전각 검출 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 제1 출력 및 상기 제2 출력에 기초하여 상기 회전체의 상기 현재의 회전된 상태에 대응하는 상기 회전체의 상기 회전각을 검출하도록 더 구성되는, 회전각 검출 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 제1 출력 및 상기 제2 출력에 기초하여 제1 및 제2 계산식 중 어느 하나의 계산식을 이용하여 상기 회전체의 상기 현재의 회전된 상태에 대응하는 상기 회전체의 상기 회전각을 검출하도록 더 구성되고,
    상기 제1 계산식은
    Figure 112018106718398-pat00040
    으로, 상기 x는 상기 제1 출력을 나타내는 변수이고, y 1은 상기 회전체의 회전각을 나타내는 변수이고,
    상기 제2 계산식은
    Figure 112018106718398-pat00041
    으로, 상기 x는 상기 제1 출력을 나타내는 변수이고, y 2는 상기 회전체의 회전각을 나타내는 변수이며,
    상기 제1 내지 제2 계산식의 계수는
    상기 홀 소자의 출력, 상기 제1의 선정된 값 및 상기 제2의 선정된 값 간의 크기 비교결과에 기초하여 선택되는 것인, 회전각 검출 장치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 제2 출력이 선정된 값 보다 큰 경우 상기 제1 출력과 상기 제1 계산식을 이용하여 상기 회전체의 상기 현재의 회전된 상태에 대응하는 상기 회전체의 상기 회전각을 검출하도록 더 구성되는, 회전각 검출 장치.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 제2 출력이 상기 선정된 값 이하인 경우 상기 제1 출력과 상기 제2 계산식을 이용하여 상기 회전체의 상기 현재의 회전된 상태에 대응하는 상기 회전체의 상기 회전각을 검출하도록 더 구성되는, 회전각 검출 장치.
  25. 회전각 검출 장치로서,
    중심축을 중심으로 회전가능한 회전체;
    상기 회전체의 하부 면에 원주 방향을 따라 서로 이격되어 배치된 12개의 자석편;
    상기 회전체의 하부 면으로부터 하부 방향으로 이격된 위치에 배치된 홀 센서 - 상기 홀 센서는, 제1 홀 소자 및 제2 홀 소자를 포함하며, 상기 회전체가 회전됨에 따라 상기 12개의 자석편 중 적어도 하나의 자석편이 상기 하부면의 수직방향으로 상기 홀 센서의 상부를 통과하도록 배치되며, 상기 회전체가 회전됨에 따라 변화하는 출력을 제공함 -; 및
    상기 제1 홀 소자 및 상기 제2 홀 소자에 의한 서로 다른 출력에 응답하여 상기 회전체의 회전각을 검출하도록 구성된 프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서는
    상기 서로 다른 출력에 기초하여 다차원 방정식을 이용하여 상기 회전체의 회전각을 검출하되,
    상기 다차원 방정식은
    Figure 112018106718398-pat00045
    이며,
    상기
    Figure 112018106718398-pat00046
    는 상기 i번째 출력을 나타내는 변수(i는 자연수)이고, 상기
    Figure 112018106718398-pat00047
    는 상기 회전체의 회전각을 나타내는 변수이고,
    상기 다차원 방정식의 계수는 상기 홀 센서의 출력, 제1의 선정된 값 및 제2의 선정된 값 간의 크기 비교결과에 기초하여 선택되는 회전각 검출 장치.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 제1 홀 소자 및 상기 제2 홀 소자는 평면형의 홀 소자이며,
    상기 프로세서는, 상기 제1 홀 소자의 출력 및 상기 제2 홀 소자의 출력에 기초하여 4개의 서로 다른 계산식을 이용하여 상기 회전체의 상기 회전각을 검출하도록 구성되는, 회전각 검출 장치.
  27. 제25항에 있어서,
    상기 제1 홀 소자는 평면형의 홀 소자이고 상기 제2 홀 소자는 수직형의 홀 소자이며,
    상기 프로세서는, 상기 제1 홀 소자의 출력 및 상기 제2 홀 소자의 출력에 기초하여 2개의 서로 다른 계산식을 이용하여 상기 회전체의 상기 회전각을 검출하도록 구성되는, 회전각 검출 장치.
  28. 회전각 검출 장치로서,
    중심축을 중심으로 회전가능한 회전체;
    상기 회전체의 하부 면에 원주 방향을 따라 서로 이격되어 배치된 8개의 자석편;
    상기 회전체의 하부 면으로부터 하부 방향으로 이격된 위치들에 각각 배치된 2개의 홀 센서 - 상기 2개의 홀 센서는 제1 홀 센서 및 제2 홀 센서를 포함하며, 상기 제1 홀 센서는 제1 홀 소자 및 제2 홀 소자를 포함하며, 상기 제2 홀 센서는 제3 홀 소자 및 제4 홀 소자를 포함하며, 상기 제1 홀 센서 및 상기 제2 홀 센서의 각각은 상기 회전체가 회전됨에 따라 상기 8개의 자석편 중 적어도 하나의 자석편이 상기 하부면의 수직방향으로 상기 제1 홀 센서의 상부 또는 상기 제2 홀 센서의 상부를 통과하도록 배치되며, 상기 제1 홀 소자 내지 상기 제4 홀 소자는 상기 회전체가 회전됨에 따라 서로 다른 제1 출력 내지 제4 출력을 각각 제공함 -; 및
    상기 서로 다른 제1 출력 내지 제4 출력에 기초하여 6개의 서로 다른 계산식을 이용하여 상기 회전체의 회전각을 검출하도록 구성된 프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서는
    상기 서로 다른 출력에 기초하여 다차원 방정식을 이용하여 상기 회전체의 회전각을 검출하되,
    상기 다차원 방정식은
    Figure 112018106718398-pat00048
    이며,
    상기
    Figure 112018106718398-pat00049
    는 상기 i번째 출력을 나타내는 변수(i는 자연수)이고, 상기
    Figure 112018106718398-pat00050
    는 상기 회전체의 회전각을 나타내는 변수이고,
    상기 다차원 방정식의 계수는 상기 홀 센서의 출력, 제1의 선정된 값 및 제2의 선정된 값 간의 크기 비교결과에 기초하여 선택되는 회전각 검출 장치.
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