KR102369439B1 - 회전체 감지 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 회전체 감지 장치는, 복수의 제1 패턴을 구비하는 제1 패턴부, 및 복수의 제2 패턴을 구비하는 제2 패턴부를 포함하고, 회전축을 중심으로 회전하는 피검출부; 상기 제1 패턴부에 대향 배치되는 제1 센서, 상기 제2 패턴부에 대향 배치되는 제2 센서, 상기 제1 패턴부에 대향 배치되고 상기 제1 센서와 상기 회전축을 사이에 두고 배치되는 제3 센서, 및 상기 제2 패턴부에 대향 배치되고, 상기 제2 센서와 상기 회전축을 사이에 두고 배치되는 제4 센서를 포함하는 센서부; 및 상기 제1 센서의 센싱값과 상기 제3 센서의 센싱값의 제1 최대값을 이용하여, 제1 보상 센싱값을 산출하고, 상기 제2 센서의 센싱값 또는 상기 제4 센서의 센싱값, 상기 제2 센서의 센싱값과 상기 제4 센서의 센싱값의 제2 평균값, 및 상기 제2 센서의 센싱값과 상기 제4 센서의 센싱값의 제2 최대값을 이용하여, 제2 보상 센싱값을 산출하는 회전 정보 산출부; 를 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 회전축의 틸트를 보상할 수 있는 회전체 감지 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 회전체 감지 장치는, 복수의 제1 패턴을 구비하는 제1 패턴부, 및 복수의 제2 패턴을 구비하는 제2 패턴부를 포함하고, 회전축을 중심으로 회전하는 피검출부; 상기 제1 패턴부에 대향 배치되는 제1 센서, 상기 제2 패턴부에 대향 배치되는 제2 센서, 상기 제1 패턴부에 대향 배치되고 상기 제1 센서와 상기 회전축을 사이에 두고 배치되는 제3 센서, 및 상기 제2 패턴부에 대향 배치되고, 상기 제2 센서와 상기 회전축을 사이에 두고 배치되는 제4 센서를 포함하는 센서부; 및 상기 제1 센서의 센싱값과 상기 제3 센서의 센싱값의 제1 최대값을 이용하여, 제1 보상 센싱값을 산출하고, 상기 제2 센서의 센싱값 또는 상기 제4 센서의 센싱값, 상기 제2 센서의 센싱값과 상기 제4 센서의 센싱값의 제2 평균값, 및 상기 제2 센서의 센싱값과 상기 제4 센서의 센싱값의 제2 최대값을 이용하여, 제2 보상 센싱값을 산출하는 회전 정보 산출부; 를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 회전축의 틸트를 보상하여, 회전체의 회전을 정밀하게 감지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전체 감지 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1의 실시예에 따른 회전체 감지 장치의 변형 실시예의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 피검출부의 전개도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 피검출부의 회전에 따른 피검출부와 센서부의 위치 관계를 설명하기 위하여 제공되는 도이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 피검출부의 회전에 따라 센서부에서 측정되는 센싱값을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전체 감지 장치의 모식도이다.
도 6은 도 9의 실시예에 센서부의 센싱값을 나타내는 그래프이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전체 감지 장치의 모식도이다.
도 9 및 도 10은 도 7의 실시예에 따른 센싱 코일의 센싱값을 나타내는 그래프이다.
도 11은 도 7의 센싱 코일의 센싱값에 보상값이 적용된 그래프이다.
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 1은 본 발명의 일 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(5)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 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 형상의 복수의 패턴을 포함할 수 있다. 제1 패턴부(21)는 복수의 제1 패턴을 포함하고, 제2 패턴부(22)는 복수의 제2 패턴을 포함한다.
제1 패턴부(21)의 복수의 제1 패턴은 회전 방향을 따라 연장되고, 또한, 제2 패턴부(22)의 복수의 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)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.
다만, 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.
도 1에서, 제1 패턴부(21) 및 제2 패턴부(22)의 돌출된 영역이 패턴에 해당한다. 일 예로, 제1 패턴부(21)의 복수의 제1 패턴 및 제2 패턴부(22)의 복수의 제2 패턴은 원판형의 금속 및 자성체를 가공하여, 패턴들을 서로 이격하는 톱니를 형성하여 제조될 수 있다. 따라서, 제1 패턴부(21)의 복수의 제1 패턴과 제2 패턴부(22)의 복수의 제2 패턴은 금속, 및 자성체 중 하나로 형성될 수 있다.
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 45도의 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.
다른 예로, 제1 패턴부(21)의 복수의 제1 패턴 및 제2 패턴부(22)의 복수의 제2 패턴은 제1 패턴의 사이즈 및 제2 패턴의 사이즈에 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 가정하면, 제1 패턴부(21)의 복수의 제1 패턴 및 제2 패턴부(22)의 복수의 제2 패턴은 90°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 중첩되는 영역 없을 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)와 중첩되는 제1 센서(31)의 면적이 변경되고, 제2 패턴부(22)와 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. 한편, 제1 패턴부(21)의 복수의 제1 패턴 및 제2 패턴부(22)의 복수의 제2 패턴이 제1 패턴의 사이즈의 절반 및 제2 패턴의 사이즈의 절반에 대응되는 각도차를 갖도록 배치되는 경우, 제1 센서(31) 및 제2 센서(32)의 사이즈는 제1 패턴부(21)의 복수의 제1 패턴 및 제2 패턴부(22)의 복수의 제2 패턴의 각도차에 대응할 수 있다.
제1 센서(31) 및 제2 센서(32) 각각은 센싱 코일을 포함할 수 있다. 센싱 코일은 기판(5) 상에 회로 패턴을 형성하여, 기판(5)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(5) 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 매립되는 형태로 배치될 수 있다. 제1 패턴부(21) 및 제2 패턴부(22)가 지지 부재(23)에 매립되는 형태로 배치되는 경우, 원기둥 형상의 지지 부재(23)의 옆면에는 제1 패턴부(21) 및 제2 패턴부(22)가 마련되기 위한 홈부가 형성된다. 제1 패턴부(21) 및 제2 패턴부(22)는 지지 부재(23)의 옆면에 마련되는 홈부에 배치되어, 외부로 노출될 수 있다. 실시예에 따라, 제1 패턴부(21) 및 제2 패턴부(22)를 덮도록 지지 부재(23)를 구성하는 물질이 도포될 수 있다.
도 2의 실시예에 따른 회전체 감지 장치는 사출 성형 공정 및 도금 공정 등 양산성이 우수한 공법으로 회전체 감지 장치를 제조하여, 대량 생산 및 원가 절감에 유리할 수 있다.
상술한 실시예에서, 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 배치되는 것으로 기술되고, 제1 패턴부(21)의 복수의 제1 패턴 및 제2 패턴부(22)의 복수의 제2 패턴은 소정의 각도차를 갖도록 배치되는 것으로 기술되었으나, 본 발명의 제1 패턴부(21) 및 제2 패턴부(22)는 회전 각도를 감지하기 위한 다양한 형태로 변형될 수 있다. 이하, 도 3을 참조하여, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 피검출부를 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 피검출부의 전개도이다.
도 3(a)를 참조하면, 피검출부(20)의 제1 패턴부(21) 및 제2 패턴부(22)의 패턴은 회전 방향을 따라 연장되는 사각형 형상으로 형성될 수 있고, 제1 패턴부(21)의 제1 패턴과 및 제2 패턴부(22)의 제2 패턴은 45°의 각도차를 갖도록 배치될 수 있다.
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. 또한, 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.
도 3(b), 도 3(e), 및 도 3(f)를 참조하면, 제1 패턴부(21) 및 제2 패턴부(22)의 패턴 회전 방향을 따라 연장되는 사각형 형상, 타원 형상, 평행 사변형 형상으로 형성될 수 있고, 제1 패턴부(21)의 제1 패턴 및 제2 패턴부(22)의 제2 패턴은 90°의 각도차를 갖도록 배치될 수 있다.
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. 또한, 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.
도 3(c) 및 도 3(d)를 참조하면, 제1 패턴부(21) 및 제2 패턴부(22)의 패턴은 연속적으로 배치되고, 회전 방향을 따라 연장되는 마름모 형태 및 사다리꼴 형태로 형성될 수 있다. 도 3(a), 도 3(b), 도 3(e), 및 도 3(f)의 실시예와 달리, 도 3(c) 및 도 3(d)의 실시예에 따른 제1 패턴부(21) 및 제2 패턴부(22)의 패턴은 이격 거리 없이 연속적으로 배치되고, 제1 패턴부(21)의 제1 패턴과 제2 패턴부(22)의 제2 패턴은 회전 방향을 따라 패턴의 사이즈의 절반만큼 쉬프트(shift)되어 배치된다.
제1 패턴부(21) 및 제2 패턴부(22)의 패턴이 연속적으로 배치되는 마름모 형태 및 사다리꼴 형태로 형성되어, 회전 방향을 따라 사이즈가 주기적으로 증가 및 감소를 반복함으로써, 마름모 형태 및 사다리꼴 형태의 패턴에 의해 각도 검출이 가능할 수 있다.
이하, 설명의 편의상 제1 패턴부(21) 및 제2 패턴부(22)의 패턴이 도 3(a)의 형상으로 형성되는 것으로 가정한다. 다만, 후술할 설명이 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 제1 패턴부(21) 및 제2 패턴부(22)의 패턴의 형상에 적용될 수 있음은 물론이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 피검출부의 회전에 따른 피검출부와 센서부의 위치 관계를 설명하기 위하여 제공되는 도이고, 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 피검출부의 회전에 따라 센서부에서 측정되는 센싱값을 나타내는 그래프이다. 도 4a에서, 제1 센서(31) 및 제2 센서(32)는, 제1 센서(31) 및 제2 센서(32)의 일 실시예인 센싱 코일로 도시되어 있다.
도 4a을 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 4a에서, 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 4b의 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 4b의 45°를 참조하면, 제1 센서(31)의 인덕턴스(graph 1)는 로우 레벨로 유지되고, 제2 센서(32)의 인덕턴스(graph 2)는 하이 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 4b의 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 4b의 135°를 참조하면, 제1 센서(31)의 인덕턴스(graph 1)는 하이 레벨을 유지하고, 제2 센서(32)의 인덕턴스(graph 2)는 하이 레벨로 변경된다.
한편, 사용자가 휠을 조작하는 경우, 회전 방향의 힘과 다른 의도하지 않은 방향의 힘에 의해, 피검출부가 수평 또는 수직의 중립 위치로부터 벗어날 수 있다. 피검출부가 수평 또는 수직의 중립 위치로부터 벗어나는 경우, 회전체 감지 장치의 센싱 감도가 저하되는 문제점이 발생할 수 있다. 따라서, 수평 또는 수직의 중립 위치로부터 피검출부가 벗어난 경우, 저하되는 센싱 감도를 보상할 필요가 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전체 감지 장치의 모식도이다.
도 5의 회전체 감지 장치는 도 1 및 도 2의 회전체 감지 장치와 유사하므로, 중복되는 설명은 생략하고 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.
도 5의 회전체 감지 장치의 센서부(30)는 도 1 및 도 2의 회전체 감지 장치에 비하여, 제3 센서(33) 및 제4 센서(34)를 더 포함할 수 있다. 제3 센서(33)는 제1 패턴부(21)의 복수의 제1 패턴에 대응하도록 마련되고, 제4 센서(34)는 제2 패턴부(22)의 복수의 제2 패턴에 대응되도록 마련된다.
회전체의 회전에 따라 제1 패턴부(21)의 복수의 제1 패턴과 제3 센서(33)의 중첩 면적이 변경되어, 제3 센서(33)의 센싱값이 변경될 수 있고, 유사하게, 회전체의 회전에 따라 제2 패턴부(22)와 제4 센서(34)의 중첩 면적이 변경되어, 제4 센서(34)의 센싱값이 변경될 수 있다.
제3 센서(33)는 제1 센서(31)와 180°의 각도차를 갖도록 배치될 수 있다. 따라서, 제3 센서(33)는, 제1 패턴부(21)를 사이에 두고, 제1 센서(31)와 마주보도록 배치될 수 있다. 또한, 제4 센서(34)는 제2 센서(32)와 180°의 각도차를 갖도록 배치될 수 있다. 제4 센서(34)는 제2 패턴부(22)를 사이에 두고, 제2 센서(32)와 마주보도록 배치될 수 있다.
도 6은 도 9의 실시예에 센서부의 센싱값을 나타내는 그래프이다. 도 6에 도시된 센싱값은 센서부의 각 센서가 센싱 코일로 구성되는 경우에 검출되는 인덕턴스에 해당할 수 있다.
도 6에서, 사용자의 힘에 의해, 회전체의 회전축이 Z축의 방향으로 틸트되는 것으로 가정한다. 도 6을 참조하면, 회전체의 회전축이 Z축의 방향으로 이동되어, 동위상을 가지는 제1 센서(31)의 센싱값 및 제3 센서(32)의 센싱값 중 제1 센서(31)의 센싱값(graph 1)의 변화는 작은 반면, 제3 센서(33)의 센싱값(graph 3)의 변화는 큰 것을 확인할 수 있다. 또한, 회전체의 회전축이 Z축의 방향으로 이동되어, 동위상을 가지는 제2 센서(32)의 센싱값 및 제4 센서(34)의 센싱값 중 제2 센서(32)의 센싱값(graph 3)의 변화는 작은 반면, 제4 센서(34)의 센싱값(graph 4)의 변화는 큰 것을 확인할 수 있다.
즉, 제1 센서(31)와 제3 센서(33)의 센싱값의 합 및 제2 센서(32)와 제4 센서(34)의 센싱값의 합은 도 4b에 도시된 바와 같은 규칙적인 형태일 수 있다. 따라서, 제1 센서(31)와 제3 센서(33)의 센싱값의 합을 제1 보상 센싱값으로 이용하고, 제2 센서(32)와 제4 센서(34)의 센싱값의 합을 제2 보상 센싱값으로 이용하는 경우, 회전체를 정밀하게 감지할 수 있다.
따라서, 회전 정보 산출부(40)는 제1 센서(31)와 제3 센서(33)의 센싱값의 합으로부터 제1 보상 센싱값을 산출하고, 제2 센서(32)와 제4 센서(34)의 센싱값의 합으로부터 제2 보상 센싱값을 산출하여, 회전체의 회전 방향, 회전 각도 및 각속도 중 적어도 하나를 포함하는 회전 정보를 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예의 회전체 감지 장치에 따르면, 제1 센서(31)와 제3 센서(33)가 180°의 각도차를 갖도록 배치되고, 제2 센서(32)와 제4 센서(34)가 180°의 각도차를 갖도록 배치되어, 사용자의 힘에 의해, 회전체의 회전축이 중립 위치로부터 벗어나는 경우에도, 회전체를 정밀하게 감지할 수 있다.
한편, 상술한 실시예는, 제1 센서(31)와 제3 센서(33)가 180°의 각도차를 갖도록 배치되고, 제2 센서(32)와 제4 센서(34)가 180°의 각도차를 갖도록 배치되어, 제1 센서(31)와 제3 센서(33)가 마주하는 방향 또는 제2 센서(32)와 제4 센서(34)가 마주하는 방향으로의 회전축의 틸트를 보상할 수 있으나, 다른 방향의 틸트는 보상할 수 없는 문제가 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전체 감지 장치의 모식도이다. 도 7 및 도 8의 회전체 감지 장치는 도 1 및 도 2의 회전체 감지 장치와 유사하므로, 중복되는 설명은 생략하고 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.
도 7을 참조하면, 센서부(30)는 도 1 및 도 2의 회전체 감지 장치에 비하여, 제3 센서(33) 및 제4 센서(34)를 더 포함할 수 있다. 제3 센서(33)는 제1 패턴부(21)의 복수의 제1 패턴에 대응하도록 마련되고, 제4 센서(34)는 제2 패턴부(22)의 복수의 제2 패턴에 대응되도록 마련된다.
회전체의 회전에 따라 제1 패턴부(21)의 복수의 제1 패턴과 제3 센서(33)의 중첩 면적이 변경되어, 제3 센서(33)의 센싱값이 변경될 수 있고, 유사하게, 회전체의 회전에 따라 제2 패턴부(22)와 제4 센서(34)의 중첩 면적이 변경되어, 제4 센서(34)의 센싱값이 변경될 수 있다.
제3 센서(33)는, 제3 센서(33)의 센싱값과 제1 센서(31)의 센싱값이 180°의 위상차를 갖도록, 배치될 수 있다. 또한, 제4 센서(34)는, 제4 센서(34)의 센싱값과 제2 센서(32)의 센싱값이 180°의 위상차를 갖도록, 배치될 수 있다.
상술한 바와 같이, 제1 패턴부(21)가 90°에 대응되는 사이즈 및 90°에 대응되는 이격 거리를 가지는 2개의 제1 패턴을 구비하고, 제2 패턴부(22)가 90°에 대응되는 사이즈 및 90°의 이격 거리를 가지는 2개의 제2 패턴을 구비하는 경우, 도 7에 도시된 바와 같이, 제3 센서(33)는 제1 센서(31)와 90°의 각도차를 갖도록 배치될 수 있고, 제4 센서(34)는 제2 센서(32)와 90°의 각도차를 갖도록 배치될 수 있다.
또한, 제1 패턴부(21)가 60°에 대응되는 사이즈 및 60°에 대응되는 이격 거리를 가지는 3개의 제1 패턴을 구비하고, 제2 패턴부(22)가 60°에 대응되는 사이즈 및 60°에 대응되는 이격 거리를 가지는 3개의 제2 패턴을 구비하는 경우, 도 8에 도시된 바와 같이, 제3 센서(33)는 제1 센서(31)와 60°의 각도차를 갖도록 배치될 수 있고, 제4 센서(34)는 제2 센서(32)와 60°의 각도차를 갖도록 배치될 수 있다.
즉, 제3 센서(33)는 제1 센서(31)와 제1 패턴의 사이즈 또는 이격 거리 만큼의 각도차를 갖도록 배치되고, 제4 센서(34)는 제2 센서(32)와 제2 패턴의 사이즈 또는 이격 거리 만큼의 각도차를 갖도록 배치될 수 있다.
도 9 및 도 10은 도 7의 실시예에 따른 센싱 코일의 센싱값을 나타내는 그래프이고, 도 11은 도 7의 센싱 코일의 센싱값에 보상값이 적용된 그래프이다. 도 9 및 도 10에 도시된 센싱값은 센서부의 각 센서가 센싱 코일로 구성되는 경우에 검출되는 인덕턴스에 해당할 수 있다.
도 9는 회전체의 회전축이 설계된 중립 위치에 위치하는 경우의 센서부의 센싱값을 나타내고, 도 10은 사용자의 힘에 의해, 회전체의 회전축이 x축 방향으로 틸트된 경우의 센서부의 센싱값을 나타낸다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제4 센서가 배치되는 경우, 제1 센서(31)의 센싱값(graph 1)와 제3 센서(33)의 센싱값(graph 3)는 서로 180°의 위상차를 가지고, 제2 센서(32)의 센싱값(graph 2)와 제4 센서(34)의 센싱값(graph 4)는 서로 180°의 위상차를 가지는 것을 확인할 수 있다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 회전체 감지 장치의 회전 정보 산출부(40)는 한편, 제1 센서(31)의 센싱값(graph 1)와 제3 센서(33)의 센싱값(graph 3)의 제1 평균값(graph 5)을 제1 보상값으로 설정하고, 제1 센서(31)의 센싱값(graph 1) 또는 제3 센서(33)의 센싱값(graph 3)에서 제1 보상값을 차분하여, 보상값이 적용된 제1 보상 센싱값(graph 7)을 산출함으로써, 회전축의 틸트를 보상할 수 있다.
또한, 회전 정보 산출부(40)는 제2 센서(32)의 센싱값(graph 2)와 제4 센서(34)의 센싱값(graph 4)의 제2 평균값(graph 6)을 보상값으로 설정하고, 제2 센서(32)의 센싱값(graph 2) 또는 제4 센서(34)의 센싱값(graph 4)에서 제2 보상값을 차분하여, 보상값이 적용된 제2 보상 센싱값(graph 8)을 산출함으로써, 회전축의 틸트를 보상할 수 있다.
예를 들어, 회전 정보 산출부(40)는 상기 제1 센서의 센싱값 또는 상기 제3 센서의 센싱값, 상기 제1 센서의 센싱값과 상기 제3 센서의 센싱값의 제1 평균값, 및 상기 제1 센서의 센싱값과 상기 제3 센서의 센싱값의 제1 최대값을 이용하여, 제1 보상 센싱값을 산출하고, 상기 제2 센서의 센싱값 또는 상기 제4 센서의 센싱값, 상기 제2 센서의 센싱값과 상기 제4 센서의 센싱값의 제2 평균값, 및 상기 제2 센서의 센싱값과 상기 제4 센서의 센싱값의 제2 최대값을 이용하여, 제2 보상 센싱값을 산출할 수 있다.
일 예로, 회전 정보 산출부(40)는 하기의 수학식 1 및 2에 따라 보상 센싱값을 산출할 수 있다. 수학식 1에서, Lc1은 제1 보상 센싱값, Lx는 제1 센서(31)의 센싱값(graph 1) 또는 제3 센서(33)의 센싱값(graph 3)을 의미하고, Loffset1,3은 제1 센서(31)의 센싱값(graph 1)와 제3 센서(33)의 센싱값(graph 3)의 제1 평균값(graph 5)을 의미하고, Lmax1은 제1 센서(31)의 센싱값(graph 1)와 제3 센서(33)의 센싱값(graph 3)의 최대값인 제1 최대값을 나타낸다. 또한, 수학식 2에서, Lc2은 제2 보상 센싱값, Ly는 제2 센서(32)의 센싱값(graph 2) 또는 제4 센서(34)의 센싱값(graph 4)을 의미하고, Loffset2,4는 제2 센서(32)의 센싱값(graph 2)와 제4 센서(34)의 센싱값(graph 4)의 제2 평균값(graph 6)을 의미하고, Lmax2는 제2 센서(32)의 센싱값(graph 2)와 제4 센서(34)의 센싱값(graph 4)의 최대값인 제2 최대값을 나타낸다.
[수학식 1]
Lc1 = (Lx- Loffset1,3)/(Lmax1- Loffset1,3)
[수학식 2]
Lc2 = (Ly- Loffset2,4)/(Lmax2- Loffset2,4)
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: 센서부
31: 제1 센서
32: 제2 센서
33: 제3 센서
34: 제4 센서
40: 회전 정보 산출부

Claims (18)

  1. 복수의 제1 패턴을 구비하는 제1 패턴부, 및 복수의 제2 패턴을 구비하는 제2 패턴부를 포함하고, 회전축을 중심으로 회전하는 피검출부;
    상기 제1 패턴부에 대향 배치되는 제1 센서, 상기 제2 패턴부에 대향 배치되는 제2 센서, 상기 제1 패턴부에 대향 배치되고 상기 제1 센서와 상기 회전축을 사이에 두고 배치되는 제3 센서, 및 상기 제2 패턴부에 대향 배치되고, 상기 제2 센서와 상기 회전축을 사이에 두고 배치되는 제4 센서를 포함하는 센서부; 및
    상기 제1 센서의 센싱값 또는 상기 제3 센서의 센싱값, 상기 제1 센서의 센싱값과 상기 제3 센서의 센싱값의 제1 평균값, 및 상기 제1 센서의 센싱값과 상기 제3 센서의 센싱값의 제1 최대값을 이용하여, 제1 보상 센싱값을 산출하고, 상기 제2 센서의 센싱값 또는 상기 제4 센서의 센싱값, 상기 제2 센서의 센싱값과 상기 제4 센서의 센싱값의 제2 평균값, 및 상기 제2 센서의 센싱값과 상기 제4 센서의 센싱값의 제2 최대값을 이용하여, 제2 보상 센싱값을 산출하는 회전 정보 산출부; 를 포함하는 회전체 감지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 센서 및 상기 제3 센서는, 상기 제1 센서의 센싱값과 상기 제3 센서의 센싱값이 동위상이 되도록 배치되고,
    상기 제2 센서 및 상기 제4 센서는, 상기 제2 센서의 센싱값과 상기 제4 센서의 센싱값이 동위상이 되도록 배치된 회전체 감지 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제1 패턴 및 상기 복수의 제2 패턴은 소정의 기준 각도에 대응되는 사이즈 및 이격 거리를 가지는 회전체 감지 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 제1 패턴 및 상기 복수의 제2 패턴은 상기 기준 각도의 절반에 해당하는 각도차를 갖도록 배치되는 회전체 감지 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 센서, 상기 제2 센서, 상기 제3 센서, 및 상기 제4 센서는 상기 기준 각도의 절반에 해당하는 각도차에 대응하는 사이즈를 가지는 회전체 감지 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 패턴부는 90°에 대응되는 사이즈 및 이격 거리를 가지는 2개의 제1 패턴을 포함하고, 상기 제2 패턴부는 90°에 대응되는 사이즈 및 이격 거리를 가지는 2개의 제2 패턴을 포함하는 회전체 감지 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 회전 정보 산출부는,
    상기 제1 센서의 센싱값 또는 상기 제3 센서의 센싱값, 상기 제1 평균값인 제1 보상값, 상기 제1 최대값을 하기 수학식1에 대입하여
    [수학식1]
    Lc1 = (Lx- Loffset1,3)/(Lmax1- Loffset1,3)
    상기 제1 보상 센싱값을 산출하고,
    상기 수학식1에서, Lc1은 제1 보상 센싱값이고, Lx는 상기 제1 센서의 센싱값 또는 상기 제3 센서의 센싱값이고, Loffset1,3은 상기 제1 평균값인 제1 보상값이고, Lmax1는 상기 제1 최대값이고,
    상기 제2 센서의 센싱값 또는 상기 제4 센서의 센싱값, 상기 제2 평균값인 제2 보상값, 상기 제2 센서의 센싱값과 상기 제4 센서의 센싱값의 최대값을 하기 수학식2에 대입하여
    [수학식2]
    Lc2 = (Ly- Loffset1,3)/(Lmax1- Loffset1,3)
    상기 제2 보상 센싱값을 산출하며,
    상기 수학식2에서, Lc2은 제2 보상 센싱값이고, Ly는 상기 제2 센서의 센싱값 또는 상기 제4 센서의 센싱값이고, Loffset2,4는 상기 제2 평균값인 제2 보상값이고, Lmax2는 상기 제2 최대값인
    회전체 감지 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 회전 정보 산출부는,
    상기 제1 보상 센싱값 및 상기 제2 보상 센싱값으로부터 회전 방향, 회전 각도 및 각속도 중 적어도 하나를 포함하는 회전 정보를 산출하는 회전체 감지 장치.
  9. 복수의 제1 패턴을 구비하는 제1 패턴부, 및 복수의 제2 패턴을 구비하는 제2 패턴부를 포함하고, 회전축을 중심으로 회전하는 피검출부;
    상기 제1 패턴부에 대향 배치되는 제1 센서, 상기 제2 패턴부에 대향 배치되는 제2 센서, 상기 제1 센서와 소정의 각도차를 가지고, 상기 제1 패턴부에 대향 배치되는 제3 센서, 상기 제2 센서와 소정의 각도차를 가지고, 상기 제2 패턴부에 대향 배치되는 제4 센서를 포함하는 센서부;
    상기 제1 센서의 센싱값 또는 상기 제3 센서의 센싱값, 상기 제1 센서의 센싱값과 상기 제3 센서의 센싱값의 제1 평균값, 및 상기 제1 센서의 센싱값과 상기 제3 센서의 센싱값의 제1 최대값을 이용하여, 제1 보상값을 산출하고, 상기 제2 센서의 센싱값 또는 상기 제4 센서의 센싱값, 상기 제2 센서의 센싱값과 상기 제4 센서의 센싱값의 제2 평균값, 및 상기 제2 센서의 센싱값과 상기 제4 센서의 센싱값의 제2 최대값을 이용하여, 제2 보상값을 산출하는 회전 정보 산출부; 를 포함하고,
    상기 제1 센서 및 상기 제3 센서는, 상기 제1 센서의 센싱값과 상기 제3 센서의 센싱값이 180°의 위상차가 되도록 배치되고, 상기 제2 센서 및 상기 제4 센서는, 상기 제2 센서의 센싱값과 상기 제4 센서의 센싱값이 180°의 위상차가 되도록 배치된
    회전체 감지 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 제1 패턴 및 상기 복수의 제2 패턴은 소정의 기준 각도에 대응되는 사이즈 및 이격 거리를 가지는
    회전체 감지 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 제1 패턴 및 상기 복수의 제2 패턴은 상기 기준 각도의 절반에 해당하는 각도차를 갖도록 배치되는
    회전체 감지 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 센서, 상기 제2 센서, 상기 제3 센서, 및 상기 제4 센서는 상기 기준 각도의 절반에 해당하는 각도차에 대응하는 사이즈를 가지는
    회전체 감지 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 제1 패턴부는 90°에 대응되는 사이즈 및 이격 거리를 가지는 2개의 제1 패턴을 포함하고,
    상기 제2 패턴부는 90°에 대응되는 사이즈 및 이격 거리를 가지는 2개의 제2 패턴을 포함하는
    회전체 감지 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 센서와 상기 제3 센서는 90°의 각도차를 갖도록 배치되고, 상기 제2 센서와 상기 제4 센서는 90°의 각도차를 갖도록 배치되는
    회전체 감지 장치.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 제1 패턴부는 60°에 대응되는 사이즈 및 이격 거리를 가지는 3개의 제1 패턴을 포함하고, 상기 제2 패턴부는 60°에 대응되는 사이즈 및 이격 거리를 가지는 3개의 제2 패턴을 포함하는
    회전체 감지 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 센서와 상기 제3 센서는 60°의 각도차를 갖도록 배치되고, 상기 제2 센서와 상기 제4 센서는 60°의 각도차를 갖도록 배치되는
    회전체 감지 장치.
  17. 제9항에 있어서, 상기 회전 정보 산출부는,
    상기 제1 센서의 센싱값 또는 상기 제3 센서의 센싱값, 상기 제1 평균값인 제1 보상값, 상기 제1 최대값을 하기 수학식1에 대입하여
    [수학식1]
    Lc1 = (Lx- Loffset1,3)/(Lmax1- Loffset1,3)
    상기 제1 보상 센싱값을 산출하고,
    상기 수학식1에서, Lc1은 제1 보상 센싱값이고, Lx는 상기 제1 센서의 센싱값 또는 상기 제3 센서의 센싱값이고, Loffset1,3은 상기 제1 평균값인 제1 보상값이고, Lmax1는 상기 제1 최대값이고,
    상기 제2 센서의 센싱값 또는 상기 제4 센서의 센싱값, 상기 제2 평균값인 제2 보상값, 상기 제2 최대값을 하기 수학식2에 대입하여
    [수학식2]
    Lc2 = (Ly- Loffset2,4)/(Lmax2- Loffset2,4)
    상기 제2 보상 센싱값을 산출하며,
    상기 수학식2에서, Lc2은 제2 보상 센싱값이고, Ly는 상기 제2 센서의 센싱값 또는 상기 제4 센서의 센싱값이고, Loffset2,4는 상기 제2 평균값인 제2 보상값이고, Lmax2는 상기 제2 최대값인
    회전체 감지 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 회전 정보 산출부는,
    상기 제1 보상 센싱값 및 상기 제2 보상 센싱값으로부터 회전 방향, 회전 각도 및 각속도 중 적어도 하나를 포함하는 회전 정보를 산출하는
    회전체 감지 장치.
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