KR102115525B1 - 회전체 감지 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 회전체 감지 장치는 회전체의 제1 높이 영역에서 회전 방향을 따라 연장되는 적어도 하나의 제1 패턴을 구비하는 제1 피검출부 및 상기 회전체의 제2 높이 영역에서 회전 방향을 따라 연장되되, 상기 제1 피검출부의 적어도 하나의 제1 패턴과 소정의 위상차를 가지는 적어도 하나의 제2 패턴을 구비하는 제2 피검출부를 포함하는 피검출부; 상기 제1 피검출부에 대향 배치되는 제1 센싱 코일, 및 상기 제2 피검출부에 대향 배치되는 제2 센싱 코일를 포함하는 코일부; 제1 센싱 코일 및 제2 센싱 코일의 출력 신호들을 차분하여 생성되는 차분값을 목표 감지 각도 및 센서의 사이즈에 따라 결정되는 복수의 비교값과 비교하여, 회전체의 회전 정보를 산출하는 회전 정보 산출부를 포함할 수 있다.

Description

회전체 감지 장치{APPARATUS FOR SESNSING ROTATING DEVICE}
본 발명은 회전체 감지 장치에 관한 것이다.
회전체는 소형화 및 슬림화가 요구되는 모터 및 웨어러블 기기의 휠 스위치 등의 다양한 분야에 적용되고 있다. 이러한 동향에 따라, 회전체의 위치를 감지하는 센싱 회로 또한 회전체의 미세한 변위를 감지하도록 요구되고 있다.
본 발명의 과제는 회전체의 미세한 변위를 감지할 수 있는 회전체 감지 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 회전체 감지 장치는 회전체의 제1 높이 영역에서 회전 방향을 따라 연장되는 적어도 하나의 제1 패턴을 구비하는 제1 피검출부 및 상기 회전체의 제2 높이 영역에서 회전 방향을 따라 연장되되, 상기 제1 피검출부의 적어도 하나의 제1 패턴과 소정의 위상차를 가지는 적어도 하나의 제2 패턴을 구비하는 제2 피검출부를 포함하는 피검출부; 상기 제1 피검출부에 대향 배치되는 제1 센싱 코일, 및 상기 제2 피검출부에 대향 배치되는 제2 센싱 코일를 포함하는 코일부; 제1 센싱 코일 및 제2 센싱 코일의 출력 신호들을 차분하여 생성되는 차분값을 목표 감지 각도 및 센서의 사이즈에 따라 결정되는 복수의 비교값과 비교하여, 회전체의 회전 정보를 산출하는 회전 정보 산출부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 발진 신호의 주파수 변화로부터 회전체의 미세한 변위를 정밀하게 감지할 수 있다.
도 1는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 회전체 감지 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1의 실시예에 따른 회전체 감지 장치의 변형 실시예의 구성도이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 피검출부의 회전에 따른 피검출부와 센서부의 위치 관계를 설명하기 위하여 제공되는 도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 피검출부의 회전에 따라 센서부에서 측정되는 센싱값을 나타내는 그래프이다.
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 정보 산출부의 블록도이고, 도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 주요 신호의 파형도이다.
도 7 내지 도 10는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 주요 신호의 파형도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 히스테리시스를 설명하기 위하여 제공되는 도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 일 예로, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다.
또한, 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 회전체 감지 장치의 구성도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 회전체 감지 장치는 피검출부(20), 센서부(30), 및 회전 정보 산출부(40)를 포함할 수 있고, 추가적으로 기판(50)을 더 포함할 수 있다.
피검출부(20)는 회전축(11)을 통하여, 휠(10)과 연결될 수 있다. 휠(10)은 전자기기에 채용되어, 사용자에 의해 시계 방향 또는 시계 반대 방향으로 회전되는 회전체로 이해될 수 있다. 피검출부(20)는 휠(10)과 함께 시계 방향 또는 시계 반대 방향으로 회전할 수 있다.
피검출부(20)는 제1 패턴부(21)와 제2 패턴부(22)를 포함할 수 있다. 제1 패턴부(21)와 제2 패턴부(22)는 동일한 형상으로 형성되어, 회전축(11)의 연장 방향을 따라 소정의 거리 이격되어, 회전축(11)과 결합할 수 있다. 제1 패턴부(21)와 제2 패턴부(22)는 회전축에 의해 동일 방향 및 동일 속도로 회전할 수 있다.
제1 패턴부(21)와 제2 패턴부(22) 각각은 동일한 형상의적어도 하나의 패턴을 포함할 수 있다. 제1 패턴부(21)는 적어도 하나의 제1 패턴을 포함하고, 제2 패턴부(22)는 적어도 하나의 제2 패턴을 포함한다.
도 1에서, 제1 패턴부(21) 및 제2 패턴부(22)의 돌출된 영역이 패턴에 해당한다. 일 예로, 제1 패턴부(21)의 적어도 하나의 제1 패턴 및 제2 패턴부(22)의 적어도 하나의 제2 패턴은 원판형의 금속 및 자성체를 가공하여, 톱니를 형성함으로써 제조될 수 있다. 따라서, 제1 패턴부(21)의 적어도 하나의 제1 패턴과 제2 패턴부(22)의 적어도 하나의 제2 패턴은 금속, 및 자성체 중 하나로 형성될 수 있다.
제1 패턴부(21)의 적어도 하나의 제1 패턴은 회전 방향을 따라 연장되고, 또한, 제2 패턴부(22)의 적어도 하나의 제2 패턴은 회전 방향을 따라 연장된다. 제1 패턴부(21)의 제1 패턴의 회전 방향으로의 연장 길이는 제1 패턴의 사이즈로 정의될 수 있고, 제2 패턴부(22)의 제2 패턴의 회전 방향으로의 연장 길이는 제2 패턴의 사이즈로 정의될 수 있다.
제1 패턴부(21)가 하나의 제1 패턴을 포함하고, 제2 패턴부(22)가 하나의 제2 패턴을 포함하는 경우, 하나의 제1 패턴 및 제2 패턴은 회전 각도 180°에 대응되는 사이즈를 가질 수 있다.
제1 패턴부(21)가 복수의 제1 패턴을 포함하고, 제2 패턴부(22)가 복수의 제2 패턴을 포함하는 것으로 가정하면, 제1 패턴부(21)의 복수의 제1 패턴은 회전 방향을 따라 소정의 거리 이격되어 배치되고, 제2 패턴부(22)의 복수의 제2 패턴은 회전 방향을 따라 소정의 거리 이격되어 배치된다. 일 예로, 제1 패턴부(21)의 복수의 제1 패턴의 이격 거리는 제1 패턴의 사이즈와 동일할 수 있고, 제2 패턴부(22)의 복수의 제2 패턴의 이격 거리는 제2 패턴의 사이즈와 동일할 수 있다.
일 예로, 제1 패턴부(21)의 복수의 제1 패턴은 회전 각도 90°에 대응되는 사이즈를 가질 수 있고, 복수의 제1 패턴 간의 이격 거리는 회전 각도 90°에 대응될 수 있다. 따라서, 제1 패턴부(21)는 90°의 사이즈를 가지는 2개의 제1 패턴을 구비할 수 있다. 마찬가지로, 제2 패턴부(22)의 복수의 제2 패턴은 회전 각도 90°에 대응되는 사이즈를 가질 수 있고, 복수의 제2 패턴 간의 이격 거리는 회전 각도 90°에 대응될 수 가질 수 있다. 따라서, 제2 패턴부(22)는 90°의 사이즈를 가지는 2개의 제2 패턴을 구비할 수 있다.
실시예에 따라, 제1 패턴 및 제2 패턴의 사이즈 및 개수는 변경될 수 있고, 일 예로, 제1 패턴부(21)는 60°의 사이즈를 가지는 3개의 제1 패턴을 구비할 수 있고, 또한 제2 패턴부(22)는 60°의 사이즈를 가지는 3개의 제2 패턴을 구비할 수 있다.
이하, 설명의 편의상, 제1 패턴부(21)가 90°의 사이즈를 가지는 2개의 제1 패턴을 구비하고, 제2 패턴부(22)는 90°의 사이즈를 가지는 2개의 제2 패턴을 구비하는 것을 가정하여, 설명하도록 한다. 다만, 이하의 설명의 다양한 각도의 사이즈 및 다양한 개수의 패턴을 구비하는 패턴부에 적용될 수 있음은 물론이다.
제1 패턴부(21)의 복수의 제1 패턴 및 제2 패턴부(22)의 복수의 제2 패턴은 소정의 각도차를 갖도록 배치될 수 있다. 일 예로, 제1 패턴부(21)의 복수의 제1 패턴 및 제2 패턴부(22)의 복수의 제2 패턴은 제1 패턴의 사이즈의 절반 및 제2 패턴의 사이즈의 절반에 대응되는 각도차를 갖도록 배치될 수 있다.
제1 패턴부(21)가 90°의 사이즈를 가지는 2개의 제1 패턴을 구비하고, 제2 패턴부(22)는 90°의 사이즈를 가지는 2개의 제2 패턴을 구비하는 것으로 가정하면, 제1 패턴부(21)의 복수의 제1 패턴 및 제2 패턴부(22)의 복수의 제2 패턴은 45°의 각도차를 갖도록 배치될 수 있다. 따라서, 제1 패턴부(21)의 복수의 제1 패턴과 제2 패턴부(22)의 복수의 제2 패턴은 회전축(11)이 연장되는 방향에서 일부 영역이 중첩될 수 있다.
센서부(30)는 복수의 센서를 포함할 수 있다. 일 예로, 센서부(30)는 제1 센서(31) 및 제2 센서(32)를 포함할 수 있다. 제1 센서(31) 및 제2 센서(32)는 회전축(11)의 연장 방향을 따라 배치된다. 제1 센서(31)는 제1 패턴부(21)와 대향되어 배치되고, 제2 센서(32)는 제2 패턴부(22)에 대향되어 배치된다.
제1 패턴부(21) 및 제2 패턴부(22)의 회전에 의해, 제1 패턴부(21)의 제1 패턴과 중첩되는 제1 센서(31)의 면적이 변경되고, 제2 패턴부(22)의 제2 패턴과 중첩되는 제2 센서(32)의 면적이 변경된다. 제1 센서(31) 및 제2 센서(32)는 제1 패턴부(21) 및 제2 패턴부(22)와의 중첩 면적의 변화를 감지할 수 있다.
제1 센서(31) 및 제2 센서(32)는 소정의 사이즈를 가질 수 있다. 여기서, 제1 센서(31) 및 제2 센서(32)의 사이즈는 회전체가 회전하는 방향에 대응되는 길이로 이해될 수 있다. 일 예로, 제1 센서(31) 및 제2 센서(32)의 사이즈는, 제1 패턴부(21)의 제1 패턴 및 제2 패턴부(22)의 제2 패턴의 사이즈의 절반에 해당할 수 있다.
제1 센서(31) 및 제2 센서(32) 각각은 센싱 코일을 포함할 수있다. 센싱 코일은 기판(50) 상에 회로 패턴을 형성하여, 기판(50)에 마련될 수 있다. 실시예에 따라, 센싱 코일은 권선형 인덕터 코일 및 솔레노이드 코일 중 하나로 형성될 수 있다. 센싱 코일로 형성되는 제1 센서(31) 및 제2 센서(32)는 제1 패턴부(21) 및 제2 패턴부(22)와의 중첩 면적에 따라 변화하는 인덕턴스에 따라, 회전체의 회전 각도를 감지할 수 있다.
회전 정보 산출부(40)는 집적 회로로 구성되어, 기판(50) 상에 실장될 수 있고, 회전 정보 산출부(40)는 제1 센서(31) 및 제2 센서(32)와 전기적으로 연결될 수 있다. 회전 정보 산출부(40)는 제1 센서(31) 및 제2 센서(32)의 인덕턴스 변화에 따라 회전체의 회전 방향, 회전 각도 및 각속도 중 적어도 하나를 포함하는 회전 정보를 산출할 수 있다.
도 2는 도 1의 실시예에 따른 회전체 감지 장치의 변형 실시예의 구성도이다. 도 2의 실시예에 따른 회전체 감지 장치는 도 1의 실시예에 따른 회전체 감지 장치와 유사하므로, 중복되는 설명은 생략하고 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.
도 2를 참조하면, 도 2의 실시예에 따른 회전체 감지 장치는 회전축(11)과 연결되는 지지 부재(23)를 더 포함할 수 있다.
지지 부재(23)는 회전축(11)과 연결되어, 휠(10)의 회전에 따라 회전축(11)을 중심으로, 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전할 수 있다. 일 예로, 지지 부재(23)는 원기둥 형상으로 형성될 수 있다. 지지 부재(23)는 비금속 물질로 형성될 수 있고, 일 예로, 지지 부재(23)는 플라스틱으로 형성될 수 있다.
원기둥 형상의 지지 부재(23)에는 피검출부(20)가 배치될 수 있다. 피검출부(20)는 원기둥 형상의 지지 부재(23)의 옆면에 배치되는 제1 패턴부(21)와 제2 패턴부(22)를 포함할 수 있다.
제1 패턴부(21)는 원기둥 형상으로 형성되는 지지 부재(23)의 제1 높이 영역에서 회전 방향을 따라 연장되는 복수의 제1 패턴을 포함할 수 있고, 제2 패턴부(22)는 원기둥 형상으로 형성되는 지지 부재(23)의 제2 높이 영역에서 회전 방향을 따라 연장되는 복수의 제2 패턴을 포함할 수 있다.
여기서, 제1 패턴부(21)의 복수의 제1 패턴과 제2 패턴부(22)의 복수의 제2 패턴은 금속, 및 자성체 중 하나로 형성될 수 있다.
본 실시예에 따른 지지 부재(23)는 플라스틱과 같은 비금속 물질로 형성될 수 있고, 제1 패턴부(21) 및 제2 패턴부(22)는 금속으로 형성될 수 있다. 지지 부재(23)는 플라스틱을 사출 성형 공정을 통해 제조될 수 있고, 제1 패턴부(21) 및 제2 패턴부(22)는 도금 공정을 통해 형성될 수 있다.
제1 패턴부(21) 및 제2 패턴부(22)는 지지 부재(23)의 옆면에 배치될 수 있다. 제1 패턴부(21) 및 제2 패턴부(22)가 지지 부재(23)에 배치되는 경우, 원기둥 형상의 지지 부재(23)의 옆면에는 제1 패턴부(21) 및 제2 패턴부(22)가 마련되기 위한 홈부가 형성된다. 일 예로, 홈부는 제1 패턴부(21) 및 제2 패턴부(22)의 형성을 위하여, 회전 방향을 따라 연장될 수 있다. 제1 패턴부(21) 및 제2 패턴부(22)는 지지 부재(23)의 옆면에 마련되는 홈부에 배치되어, 외부로 노출될 수 있다. 일 예로, 제1 패턴부(21) 및 제2 패턴부(22)의 두께는 홈부의 두께와 동일할 수 있다. 따라서, 홈부에 마련되는 제1 패턴부(21) 및 제2 패턴부(22)에 의해 지지 부재(23)의 옆면에는 단차가 발생하지 않을 수 있다.
도 2의 실시예에 따른 회전체 감지 장치는 사출 성형 공정 및 도금 공정 등 양산성이 우수한 공법으로 박형의 패턴을 제조하여, 대량 생산 및 원가 절감에 유리할 수 있다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 피검출부의 회전에 따른 피검출부와 센서부의 위치 관계를 설명하기 위하여 제공되는 도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 피검출부의 회전에 따라 센서부에서 측정되는 센싱값을 나타내는 그래프이다. 도 3에서, 제1 센서(31) 및 제2 센서(32)는, 제1 센서(31) 및 제2 센서(32)의 일 실시예인 센싱 코일로 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 휠(10)의 회전에 의해, 피검출부(20)와 센서부(30)의 중첩 면적은 변경될 수 있다. 구체적으로, 제1 패턴부(21)와 제1 센서(31)의 중첩 면적 및 제2 패턴부(22)와 제2 센서(32)의 중첩 면적은 변경될 수 있다. 도 3에서, 제1 패턴부(21) 및 제2 패턴부(22)가 하측에서 상측 방향으로 회전하는 것으로 가정한다.
제1 상태(State 1)에서 제1 센서(31)는 제1 패턴부(21)와 중첩되고, 제2 센서(32)는 제2 패턴부(22)와 중첩되지 않는다. 센싱 코일로 구성되는 제1 센서(31)에 금속 물질로 구성되는 패턴이 인접하는 경우, 센싱 코일에서 발생하는 자속에 의해 패턴에 전류가 인가되고, 패턴에 인가되는 전류에 의해 패턴에서 자속이 발생한다. 이 때, 패턴에서 발생한 자속은 제1 센서(31)의 센싱 코일의 자속을 상쇄하여, 제1 센서(31)의 센싱 코일의 인덕턴스는 감소한다. 따라서, 제1 상태(state 1)에 대응되는 도 4의 0°를 참조하면, 제1 센서(31)의 인덕턴스(graph 1)는 로우 레벨로 유지되는 반면, 제2 센서(32)의 인덕턴스(graph 2)는 하이 레벨로 유지된다.
제1 상태(State 1) 이후, 제1 패턴부(21) 및 제2 패턴부(21)는 하측 방향에서 상측 방향으로 회전하여, 제2 상태(State 2)에서, 제1 센서(31)는 제1 패턴부(21)와 중첩되고, 제2 센서(32)는 제2 패턴부(22)와 중첩된다. 따라서, 제2 상태(state 2)에 대응되는 도 4의 45°를 참조하면, 제1 센서(31)의 인덕턴스(graph 1)는 로우 레벨로 유지되고, 제2 센서(32)의 인덕턴스(graph 2)는 로우 레벨로 변경된다.
제2 상태(State 2) 이후, 제1 패턴부(21) 및 제2 패턴부(21)는 하측에서 상측 방향으로 회전하여, 제3 상태(State 3)에서, 제1 센서(31)는 제1 패턴부(21)와 중첩되지 않고, 제2 센서(32)는 제2 패턴부(22)와 중첩된다. 따라서, 제3 상태(state 3)에 대응되는 도 4의 90°를 참조하면, 제1 센서(31)의 인덕턴스(graph 1)는 하이 레벨로 변경되고, 제2 센서(32)의 인덕턴스(graph 2)는 로우 레벨을 유지한다.
제3 상태(State 3) 이후, 제1 패턴부(21) 및 제2 패턴부(21)는 하측에서 상측 방향으로 회전하여, 제4 상태(State 4)에서, 제1 센서(31)는 제1 패턴부(21)와 중첩되지 않고, 제2 센서(32)는 제2 패턴부(22)와 중첩되지 않는다. 따라서, 제4 상태(state 4)에 대응되는 도 4의 180°를 참조하면, 제1 센서(31)의 인덕턴스(graph 1)는 하이 레벨을 유지하고, 제2 센서(32)의 인덕턴스(graph 2)는 하이 레벨로 변경된다.
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 정보 산출부의 블록도이고, 도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 주요 신호의 파형도이다.
도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 회전체 감지 장치의 회전체 감지 방법에 대해 상세히 설명하도록 한다.
본 발명의 실시예에 따른 회전 정보 산출부(40)는 발진부(410), 주파수 연산부(420), 변화 검출부(430), 차 연산부(440), 보정 연산부(450), 및 변위 검출부(460)를 포함할 수 있다.
발진부(410)는 적어도 하나의 발진 회로(411, 412)를 포함할 수 있다. 일 예로, 적어도 하나의 발진 회로(411, 412)는 제1 발진 회로(411) 및 제2 발진 회로(412)를 포함할 수 있다. 제1 발진 회로(411)는 제1 센싱 코일(L1) 및 제1 커패시터(C1)를 포함하고, 제2 발진 회로(412)는 제2 센싱 코일(L2) 및 제2 커패시터(C2)를 포함할 수 있다. 도 6에서, 제1 센싱 코일(L1) 및 제2 센싱 코일(L2)은 도 1, 및 도 2의 1 센서(31) 및 제2 센서(32)의 일 실시예인 센싱 코일 에 해당한다. 한 쌍의 센싱 코일과 커패시터는 소정의 LC 발진기를 구성할 수 있다. 실시예에 따라, 적어도 하나의 발진 회로는 널리 알려진 다양한 형태의 발진기를 포함할 수 있다.
제1 발진 회로(411) 및 제2 발진 회로(412) 각각은 제1 발진 신호(L_OSC) 및 제2 발진 신호(R_OSC)를 출력한다. 휠(10)의 회전에 의해, 피검출부(20)와 제1 센싱 코일 및 제2 센싱 코일의 중첩 면적이 변경되면, 제1 발진 회로(411) 및 제2 발진 회로(412)에서 출력되는 제1 발진 신호(L_OSC) 및 제2 발진 신호(R_OSC)의 주파수가 변동된다.
주파수 연산부(420)는 제1 발진 회로(411) 및 제2 발진 회로(412)로부터 제공되는 제1 발진 신호(L_OSC) 및 제2 발진 신호(R_OSC)의 주파수 변화를 선형화하여, 제1 카운트 값(L_CNT) 및 제2 카운트 값(R_CNT)을 생성할 수 있다.
일 예로, 주파수 연산부(420)는 제1 발진 신호(L_OSC) 및 제2 발진 신호(R_OSC)의 주파수를 카운트하여, 제1 카운트 값(L_CNT) 및 제2 카운트 값(R_CNT)을 생성할 수 있다.
변화 검출부(430)는 제1 카운트 값(L_CNT) 및 제2 카운트 값(R_CNT)의 변화를 검출할 수 있다. 일 예로, 변화 검출부(430)는 기준 시간 간격(△t)으로, 제1 카운트 값(L_CNT) 및 제2 카운트 값(R_CNT)의 변화를 검출하여, 제1 카운트 증가 값(L_inc), 제1 카운트 감소 값(L_dec), 제2 카운트 증가 값(R_inc), 제2 카운트 감소 값(R_dec)을 생성할 수 있다.
일 예로, 변화 검출부(430)는 제1 카운트 값(L_CNT)이 증가시, 제1 카운트 증가 값(L_inc)을 1로 결정하고, 제1 카운트 값(L_CNT)이 감소시, 제1 카운트 감소 값(L_dec)을 1로 결정하고, 또한, 제2 카운트 값(R_CNT)이 증가시, 제2 카운트 증가 값(R_inc)을 1로 결정하고, 제2 카운트 값(R_CNT)이 감소시, 제2 카운트 감소 값(R_dec)을 1로 결정한다. 이 외의 경우, 제1 카운트 증가 값(L_inc), 제1 카운트 감소 값(L_dec), 제2 카운트 증가 값(R_inc), 제2 카운트 감소 값(R_dec)을 0으로 결정한다.
차 연산부(440)는 제1 카운트 값(L_CNT) 및 제2 카운트 값(R_CNT)의 차를 연산하여 차분값(Diff_val)을 산출할 수 있다. 보정 연산부(450)는 차분값(Diff_val)의 최대값(Max)과 최소값(Min)을 저장한다. 차 연산부(440)는 차분값(Diff_val)의 최대값(Max)과 최소값(Min)에 따라 차분값(Diff_val)을 정규화(normalizing)하여, 정규화된 차분값(Diff_val_n)을 산출할 수 있다. 일 예로, 차분값(Diff_val)의 최대값(Max)과 최소값(Min)을 10bit로 정규화하는 경우, 정규화된 차분값(Diff_val_n)은 하기의 수학식 1에 따라 결정될 수 있다.
[수학식 1]
Diff_val_n= (Diff_val - Min)*1023/(Max-Min)
이하, 설명의 편의상 차분값(Diff_val)을 기준으로 회전체 감지 장치의 동작을 상세히 설명하도록 한다. 다만, 후술할 설명이 정규화된 차분값(Diff_val_n)에 적용될 수 있음은 물론이다.
보정 연산부(450)는 목표 감지 각도, 및 제1 패턴과 제2 패턴의 사이즈에 따라 복수의 비교값을 산출하여, 변위 검출부(460)로 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 목표 감지 각도가 변경되거나, 센싱 코일/패턴의 사이즈가 변경되는 경우에도, 결정된 목표 감지 각도, 및 센싱 코일/패턴의 사이즈 따라 복수의 비교값을 산출하고, 산출된 비교값과 차분값을 비교함으로써, 목표 감지 각도를 정밀하게 검출할 수 있다.
복수의 비교값은 차분값(Diff_val)의 최대값(Max)과 최소값(Min)의 범위 내에 위치할 수 있다. 한편, 복수의 비교값 중 인접하는 비교값 간의 차는 모두 동일하고, 복수의 비교값 중 최대 크기의 비교값과 차분값(Diff_val)의 최대값(Max)의 차는 복수의 비교값 중 인접하는 비교값 간의 차의 두 배에 해당할 수 있고, 복수의 비교값 중 최소 크기의 비교값과 차분값(Diff_val)의 최소값(Min)의 차는 복수의 비교값 중 인접하는 비교값 간의 차의 두 배에 해당할 수 있다.
복수의 비교값은 목표 감지 각도, 및 제1 패턴과 제2 패턴의 사이즈에 따라 가변될 수 있다. 복수의 비교값의 수는 제1 패턴 및 제2 패턴의 사이즈에 대응하는 각도 및 목표 감지 각도의 비에 따라 결정될 수 있고, 복수의 비교값의 레벨은 제1 패턴 및 기 제2 패턴의 사이즈에 대응하는 각도를 목표 감지 각도만큼 분할하도록 결정될 수 있다.
도 6을 참조하면, 두 개의 비교값이 도시되어 있으나, 두 개의 비교값은 예시적인 것으로서, 비교값의 수는 목표 감지 각도 및 패턴의 사이즈에 따라 결정될 수 있다.
일 예로, 센싱 코일의 사이즈가 90도에 대응되고, 패턴의 사이즈가 180도에 대응되고, 목표 감지 각도가 7.5도인 경우, 24(=90/7.5*2)개의 비교값을 산출할 수 있다. 24개의 비교값에 의해, 패턴의 사이즈에 대응되는 180도는 목표 감지 각도에 해당하는 7.5도로 균등하게 분할될 수 있다.
또한, 센싱 코일의 사이즈가 45도에 대응되고, 패턴의 사이즈가 90도에 대응되고, 목표 감지 각도가 7.5도인 경우, 12(=45/7.5*2)개의 비교값을 산출할 수 있다. 12개의 비교값에 의해, 패턴의 사이즈에 대응되는 90도는 목표 감지 각도에 해당하는 7.5도로 균등하게 분할될 수 있다.
또한, 센싱 코일의 사이즈가 22.5도에 대응되고, 패턴의 사이즈가 45도에 대응되고, 목표 감지 각도가 7.5도인 경우, 6(=22.5/7.5*2)개의 비교값을 산출할 수 있다. 6개의 비교값에 의해, 패턴의 사이즈에 대응되는 45도는 목표 감지 각도에 해당하는 7.5도로 균등하게 분할될 수 있다.
또한, 센싱 코일의 사이즈가 7.5도에 대응되고, 패턴의 사이즈가 15도에 대응되고, 목표 감지 각도가 7.5도인 경우, 2(=7.5/7.5*2)개의 비교값을 산출할 수 있다. 2개의 비교값에 의해, 패턴의 사이즈에 대응되는 15도는 목표 감지 각도에 해당하는 7.5도로 균등하게 분할될 수 있다.
변위 검출부(460)는 차분값(Diff_val)과 복수의 비교값의 비교 시점에서 검출되는 제1 카운트 증가 값(L_inc), 제1 카운트 감소 값(L_dec), 제2 카운트 증가 값(R_inc), 제2 카운트 감소 값(R_dec)과 적어도 두 개의 센싱 코일의 배치 관계에 따라, 회전체의 회전 방향을 산출할 수 있다.
일 예로, 도 3에서, 제1 센싱 코일이 왼쪽에 배치되고, 제2 센싱 코일이 오른쪽에 배치되므로, 일 시점에서, 제1 카운트 증가 값(L_inc), 제2 카운트 증가 값(R_inc), 제1 카운트 감소 값(L_dec), 제2 카운트 감소 값(R_dec)의 신호가 순서대로 1000이고 다음 시점에서, 0100인 경우, 제1 카운트 증가 값(L_inc), 제2 카운트 증가 값(R_inc)에 따라 회전 방향을 산출할 수 있다.
변위 검출부(460)는 차 연산부(440)에서 출력되는 차분값(Diff_val), 보정 연산부(450)의 최대값(Max)과 최소값(Min), 및 복수의 비교값을 이용하여, 회전체의 회전 각도를 연산할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제1 패턴부(21)의 복수의 제1 패턴과 제1 센서(31)의 중첩 면적이 변경되고, 제2 패턴부(22)의 복수의 제2 패턴과 제2 센서(32)의 중첩 면적이 변경되는 경우, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 상태(State 1) 내지 제 4 상태(State 2)의 제1 카운트 값(L_CNT), 제2 카운트 값(R_CNT), 및 차분값(Diff_val)이 산출될 수 있다.
변위 검출부(460)는 차분값(Diff_val)을 보정 연산부(450)으로부터 제공되는 복수의 비교값과 비교하여, 출력값(OUTPUT)을 산출할 수 있다. 변위 검출부(460)는 차분값(Diff_val)의 레벨이 제1 비교값 및 제2 비교값 각각의 레벨과 동일한 시점에서, 출력값(OUTPUT)의 상태를 전환하여, 출력값(OUTPUT)을 산출할 수 있다.
예를 들어, 보정 연산부(450)로부터 2개의 제1 비교값 및 제2 비교값이 제공되고, 제1 비교값과의 비교 이전에 출력값(OUTPUT)이 로우 레벨인 것으로 가정하면, 변위 검출부(460)는 제1 비교값 이상의 차분값(Diff_val)을 하이 레벨로, 제2 비교값 미만의 차분값(Diff_val)을 하이 레벨로, 제1 비교값 미만 제2 비교값 이상의 차분값(Diff_val)을 로우 레벨로 결정하여, 출력값(OUTPUT)을 산출할 수 있다.
변위 검출부(460)는 출력값(OUTPUT)의 하이 레벨과 로우 레벨의 구간 간격 각각으로부터 피검출부의 회전 각도를 산출할 수 있다. 일 예로, 변위 검출부(460)는 출력값(OUTPUT)의 하이 레벨 및 로우 레벨의 구간 간격으로부터 회전 각도를 산출할 수 있다.
도 7 내지 도 10는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 주요 신호의 파형도이다.
도 7은 센싱 코일의 사이즈가 90도에 대응되고, 패턴의 사이즈가 180도에 대응되고, 목표 감지 각도가 7.5도인 경우, 24(=90/7.5*2)개의 비교값에 의해 회전 각도를 산출하는 예에 해당한다.
한편, 하기의 표 1은 차분값의 최대값 및 최소값을 10bit로 정규화하는 경우, 10bit로 정규화된 24개의 비교값, 24개의 비교값에 의해 분할되는 영역(division range), 180도에 대응되는 패턴의 사이즈 중 24개의 비교값에 의해 측정되는 각도(degree)를 나타낸다.
비교값 10bit의 코드값 division range degree
1 21 1/48 range 3.75
2 64 3/48 range 11.25
3 107 5/48 range 18.75
4 149 7/48 range 26.25
5 192 9/48 range 33.75
6 235 11/48 range 41.25
7 277 13/48 range 48.75
8 320 15/48 range 56.25
9 363 17/48 range 63.75
10 405 19/48 range 71.25
11 448 21/48 range 78.75
12 491 23/48 range 86.25
13 533 25/48 range 93.75
14 576 27/48 range 101.25
15 619 29/48 range 108.75
16 661 31/48 range 116.25
17 704 33/48 range 123.75
18 747 35/48 range 131.25
19 789 37/48 range 138.75
20 832 39/48 range 146.25
21 875 31/48 range 153.75
22 917 43/48 range 161.25
23 960 45/48 range 168.75
24 1003 47/48 range 176.25
도 8은 센싱 코일의 사이즈가 45도에 대응되고, 패턴의 사이즈가 90도에 대응되고, 목표 감지 각도가 7.5도인 경우, 12(=45/7.5*2)개의 비교값에 의해 회전 각도를 산출하는 예에 해당한다.
한편, 하기의 표 2은 차분값의 최대값 및 최소값을 10bit로 정규화하는 경우, 10bit로 정규화된 12개의 비교값, 12개의 비교값에 의해 분할되는 영역(division range), 90도에 대응되는 패턴의 사이즈 중 12개의 비교값에 의해 측정되는 각도(degree)를 나타낸다.
비교값 10bit의 코드값 division range degree
1 42 1/24 range 3.75
2 127 3/24 range 11.25
3 213 5/24 range 18.75
4 298 7/24 range 26.25
5 383 9/24 range 33.75
6 468 11/24 range 41.25
7 554 13/24 range 48.75
8 639 15/24 range 56.25
9 724 17/24 range 63.75
10 809 19/24 range 71.25
11 895 21/24 range 78.75
12 980 23/24 range 86.25
도 9은 센싱 코일의 사이즈가 22.5도에 대응되고, 패턴의 사이즈가 45도에 대응되고, 목표 감지 각도가 7.5도인 경우, 6(=22.5/7.5*2)개의 비교값에 의해 회전 각도를 산출하는 예에 해당한다.
한편, 하기의 표 3은 차분값의 최대값 및 최소값을 10bit로 정규화하는 경우, 10bit에 해당하는 6개의 비교값, 6개의 비교값에 의해 분할되는 영역(division range), 45도에 대응되는 패턴의 사이즈 중 6개의 비교값에 의해 측정되는 각도(degree)를 나타낸다.
비교값 10bit의 코드값 division range degree
1 85 1/12 range 3.75
2 255 3/12 range 11.25
3 426 5/12 range 18.75
4 596 7/12 range 26.25
5 767 9/12 range 33.75
6 937 11/12 range 41.25
도 10은 센싱 코일의 사이즈가 7.5도에 대응되고, 패턴의 사이즈가 15도에 대응되고, 목표 감지 각도가 7.5도인 경우, 2(=7.5/7.5*2)개의 비교값에 의해 회전 각도를 산출하는 예에 해당한다.
한편, 하기의 표 4은 차분값의 최대값 및 최소값을 10bit로 정규화하는 경우, 10bit에 해당하는 2개의 비교값, 15도에 대응되는 패턴의 사이즈 중 2개의 비교값에 의해 분할되는 영역(division range), 45도에 대응되는 패턴의 사이즈 중 2개의 비교값에 의해 측정되는 각도(degree)를 나타낸다.
비교값 10bit의 코드값 division range degree
1 255 1/4 range 3.75
2 767 3/4 range 11.25
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 히스테리시스를 설명하기 위하여 제공되는 도이다.
표 1 및 도 11을 참조하면, 제24 비교값은 1003의 디지털 레벨을 가진다. 차분값과 제24 비교값을 비교시, 노이즈 등에 의해 차분값이 제24 비교값 근방에서 지속적으로 오실레이트 되는 경우, 부정확한 출력값으로 인하여 회전체의 회전 각도를 정밀하게 검출할 수 없다.
다만, 도 11에 도시된 바와 같이, 차분값의 증가 상태에서, 제24 비교값에 기준값을 부가한 값과 차분값을 비교하고, 차분값의 감소 상태에서, 제24 비교값에 기준값을 차감한 값과 차분값을 비교하는 경우, 회전 각도를 정밀하게 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 목표 감지 각도가 변경되거나, 센싱 코일/패턴의 사이즈가 변경되는 경우에도, 결정된 목표 감지 각도, 및 센싱 코일/패턴의 사이즈 따라 복수의 비교값을 산출하고, 산출된 비교값과 차분값을 비교함으로써, 목표 감지 각도를 정밀하게 검출할 수 있다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10: 회전체
20: 피검출부
21: 제1 패턴부
22: 제2 패턴부
30: 코일부
31: 제1 센서부
32: 제2 센서부
40: 회전 정보 산출부
410: 발진부
420: 주파수 연산부
430: 변화 검출부
440: 차 연산부
450: 보정 연산부
460: 변위 검출부

Claims (16)

  1. 적어도 하나의 제1 패턴을 구비하는 제1 패턴부, 및 적어도 하나의 제2 패턴을 구비하는 제2 패턴부를 포함하고, 회전축을 중심으로 회전하는 피검출부;
    상기 제1 패턴부에 대향 배치되는 제1 센서, 상기 제2 패턴부에 대향 배치되는 제2 센서를 포함하는 센서부; 및
    상기 제1 센서의 및 상기 제2 센서의 출력 신호들을 차분하여 차분값을 산출하고, 목표 감지 각도와 상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴의 사이즈에 따라 결정되는 복수의 비교값을 상기 차분값과 비교하는 회전 정보 산출부; 를 포함하는 회전체 감지 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 회전 정보 산출부는,
    상기 목표 감지 각도에 따라 상기 복수의 비교값의 수 및 레벨을 가변하는 회전체 감지 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 비교값의 수는 상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴의 사이즈에 대응하는 각도 및 상기 목표 감지 각도의 비에 따라 결정되는 회전체 감지 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 비교값의 레벨은 상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴의 사이즈에 대응하는 각도를 상기 목표 감지 각도만큼 분할하도록 결정되는 회전체 감지 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 패턴부의 적어도 하나의 제1 패턴 및 상기 제2 패턴부의 적어도 하나의 제2 패턴은 소정의 각도 차이를 갖도록 배치되는 회전체 감지 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 비교값은 상기 차분값의 최대값 및 최소값의 범위 내에 위치하는 회전체 감지 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 비교값 중 인접하는 두 개의 비교값의 차는 상기 최대값과 인접하는 최대 비교값과 상기 최대값의 차 또는 상기 최소값과 인접하는 최소 비교값과 상기 최소값의 차의 두 배에 해당하는 회전체 감지 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제1 패턴부의 적어도 하나의 제1 패턴 및 상기 제2 패턴부의 적어도 하나의 제2 패턴은 상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴의 사이즈의 절반에 해당하는 각도 차이를 갖도록 배치되는 회전체 감지 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 센서, 및 상기 제2 센서는 상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴의 사이즈의 절반에 해당하는 사이즈를 가지는 회전체 감지 장치.
  10. 적어도 하나의 제1 패턴을 구비하는 제1 패턴부, 및 적어도 하나의 제2 패턴을 구비하는 제2 패턴부를 포함하고, 회전축을 중심으로 회전하는 피검출부;
    상기 제1 패턴부에 대향 배치되는 제1 센서, 상기 제2 패턴부에 대향 배치되는 제2 센서를 포함하는 센서부; 및
    상기 제1 센서의 및 상기 제2 센서의 출력 신호들을 차분하여 차분값을 산출하고, 목표 감지 각도에 따라 가변되는 복수의 비교값을 상기 차분값과 비교하는 회전 정보 산출부; 를 포함하는 회전체 감지 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 회전 정보 산출부는,
    상기 목표 감지 각도에 따라 상기 복수의 비교값의 수 및 레벨을 결정하는 회전체 감지 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 비교값의 수는 상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴의 사이즈에 대응하는 각도 및 상기 목표 감지 각도의 비에 따라 결정되는 회전체 감지 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 비교값의 레벨은 상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴의 사이즈에 대응하는 각도를 상기 목표 감지 각도만큼 분할하도록 결정되는 회전체 감지 장치.
  14. 제10항에 있어서, 상기 회전 정보 산출부는,
    상기 차분값과 상기 복수의 비교값을 비교하여, 출력값을 산출하고,
    상기 출력값은 상기 차분값의 레벨이 상기 복수의 비교값 각각의 레벨과 동일한 시점에서, 하이 레벨 및 로우 레벨의 상태가 전환되는 회전체 감지 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 복수의 비교값 각각에는 상기 차분값의 증가 및 감소 상태에 따라, 서로 다른 부호의 기준값이 적용되는 회전체 감지 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 복수의 비교값 중 어느 하나의 비교값에는, 상기 차분값의 증가 상태에서, 양의 부호의 기준값이 적용되고, 상기 차분값의 감소 상태에서, 음의 부호의 기준값이 적용되는 회전체 감지 장치.
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