KR20190037073A - 회전체 감지 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 회전체 감지 장치는 회전체에 마련되는 복수의 피검출부, 상기 피검출부에 마주하여 배치되는 적어도 두 개의 센싱 코일, 상기 적어도 두 개의 센싱 코일 중 서로 다른 코일과 연결되어, 적어도 두 개의 발진 회로를 형성하는 적어도 두 개의 커패시터를 포함하는 발진부, 및 상기 적어도 두 개의 발진 회로에서 출력되는 적어도 두 개의 발진 신호의 주파수를 카운트하여 제1 카운트 값 및 제2 카운트 값을 생성하고, 상기 제1 카운트 값 및 상기 제2 카운트 값의 변화에 따라 상기 회전체의 회전 방향을 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 회전체에 마련되는 복수의 피검출부, 상기 피검출부에 마주하여 배치되는 적어도 두 개의 센싱 코일, 상기 적어도 두 개의 센싱 코일 중 서로 다른 코일과 연결되어, 적어도 두 개의 발진 회로를 형성하는 적어도 두 개의 커패시터를 포함하는 발진부, 및 상기 적어도 두 개의 발진 회로에서 출력되는 적어도 두 개의 발진 신호의 주파수를 카운트하여 제1 카운트 값 및 제2 카운트 값을 생성하고, 상기 제1 카운트 값 및 상기 제2 카운트 값의 변화에
본 발명의 일 실시예에 따르면, 발진 신호의 주파수 변화로부터 회전체의 미세한 변위를 정밀하게 감지할 수 있다.
도 1a은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전체 감지 장치를 나타낸 구성도이고, 도 1b는 본 발명의 도 1a의 실시예에 따른 X축 방향의 단면도이다.
도 2a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전체 감지 장치를 나타낸 구성도이고, 도 2b는 본 발명의 도 2a의 실시예에 따른 Z축 방향의 단면도이다.
도 3은 도 1a 및 도 2a의 실시예에 따른 피검출부와 적어도 하나의 센싱 코일의 위치 관계를 나타내는 도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 회전체 감지 장치의 구성도이다.
도 5은 도 4의 실시예에 따른 피검출부와 적어도 하나의 센싱 코일의 위치 관계를 나타내는 도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 정보 산출부의 블록도이다.
도 7는 본 발명의 일 실시예에 따른 주요 신호의 파형도이다.
도 8는 본 발명의 일 실시예에 따른 주요 신호의 파형도이다.
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 1a은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전체 감지 장치를 나타낸 구성도이고, 도 1b는 본 발명의 도 1a의 실시예에 따른 X축 방향의 단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 회전체 감지 장치는 회전체(10), 피검출부(20), 적어도 하나의 코일부(30), 및 회전 정보 산출부(40)를 포함할 수 있고, 추가적으로 기판(50)을 더 포함할 수 있다.
회전체(10)는 원기둥 형상으로 형성될 수 있고, 회전체(10)는 원기둥 형상의 중심축을 기준으로 회전할 수 있다. 회전체(10)는 금속 및 자성체 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
원기둥 형상의 회전체(10)에는 피검출부(20)가 배치될 수 있다. 피검출부(20)는 복수의 패턴을 포함할 수 있고, 복수의 패턴은 금속 및 자성체 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 피검출부(20)가 회전체(10)와 동일한 물질로 형성되는 경우, 피검출부(20)는 회전체(10)의 옆면에 부착되어, 회전체(10)의 옆면에서 돌출되는 형태로 배치될 수 있다. 피검출부(20)가 회전체(10)와 다른 물질로 형성되는 경우, 피검출부(20)는 회전체(10)의 옆면에 매립되는 형태로 배치될 수 있고, 실시예에 따라, 회전체(10)의 옆면에 부착되어, 회전체(10)의 옆면에서 돌출되는 형태로 배치될 수 있다. 피검출부(20)는 회전체(10)의 옆면에 등간격으로 배치될 수 있다.
코일부(30)은 기판(50) 상에 회로 패턴을 형성하여, 기판(50)에 마련될 수 있다. 실시예에 따라, 코일부(30)은 권선형 인덕터 코일 및 솔레노이드 코일 중 하나로 형성될 수 있다.
코일부(30)은 적어도 하나의 센싱 코일(31, 32)을 포함할 수 있고, 적어도 하나의 센싱 코일(31, 32)은 제1 센싱 코일(31) 및 제2 센싱 코일(32)을 포함할 수 있다. 제1 센싱 코일(31) 및 제2 센싱 코일(32)은 원기둥 형상의 회전체(10)의 옆 면에 마주하여 회전체(10)의 회전 방향을 따라 배치될 수 있다. 회전체(10)가 회전함에 따라, 피검출부(20)와 제1 센싱 코일(31) 및 제2 센싱 코일(32)의 중첩 면적의 변경되어, 제1 센싱 코일(31) 및 제2 센싱 코일(32) 각각의 인덕턴스가 변경될 수 있다. 이하, 설명의 편의상, 적어도 두 개의 센싱 코일(31, 32)이 두 개 마련되는 것으로 가정하여, 설명하도록 한다. 다만, 실시예에 따라, 적어도 두 개의 센싱 코일(31, 32)의 수는 변경될 수 있다.
회전 정보 산출부(40)는 집적 회로로 구성되어, 기판(50) 상에 실장될 수 있고, 회전 정보 산출부(40)는 제1 센싱 코일(31) 및 제2 센싱 코일(32)과 전기적으로 연결될 수 있다. 회전 정보 산출부(40)는 제1 센싱 코일(31) 및 제2 센싱 코일(32) 각각의 인덕턴스 변화에 따라 회전체의 회전 방향, 회전 각도, 및 각속도 중 적어도 하나를 포함하는 회전 정보를 산출할 수 있다.
도 2a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전체 감지 장치를 나타낸 구성도이고, 도 2b는 본 발명의 도 2a의 실시예에 따른 Z축 방향의 단면도이다.
도 2a의 실시예에 따른 회전체 감지 장치는 도 1a의 실시예에 따른 회전체 감지 장치와 유사하므로, 중복되는 설명은 생략하고 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.
도 1a의 실시예와 달리, 도 2a의 실시예에 따른 제1 센싱 코일(31) 및 제2 센싱 코일(32)은 원기둥 형상의 회전체(10)의 밑 면에 마주하여 회전체(10)의 회전 방향을 따라 배치될 수 있다. 제1 센싱 코일(31) 및 제2 센싱 코일(32) 각각의 인덕턴스는 피검출부(20)와의 중첩 면적에 따라 변경될 수 있다.
원기둥 형상의 회전체(10)에 배치되는 피검출부(20)는 금속 및 자성체 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 피검출부(20)가 회전체(10)와 동일한 물질로 형성되는 경우, 피검출부(20)는 회전체(10)의 밑 면에 부착되어, 회전체(10)의 밑 면에서 돌출되는 형태로 배치될 수 있다. 피검출부(20)가 회전체(10)와 다른 물질로 형성되는 경우, 피검출부(20)는 회전체(10)의 밑 면에 매립되는 형태로 배치될 수 있고, 실시예에 따라, 회전체(10)의 밑 면에 부착되어, 회전체(10)의 밑 면에서 돌출되는 형태로 배치될 수 있다. 피검출부(20)는 회전체(10)의 밑면에 등간격으로 배치될 수 있다.
도 3은 도 1a 및 도 2a의 실시예에 따른 피검출부와 적어도 하나의 센싱 코일의 위치 관계를 나타내는 도이다.
도 3을 참조하면, 회전체(10)의 회전에 의해, 피검출부(20)와 제1 센싱 코일(31) 및 제2 센싱 코일(32)의 중첩 면적은 변경될 수 있다. 도 3에서, 회전체(10)는 일 방향, 일 예로, 왼쪽에서 오른쪽 방향으로, 회전할 수 있다.
구체적으로, 회전체(10)의 회전에 의해, 제1 상태(State 1)에서, 제1 센싱 코일(31)은 피검출부(20)와 중첩되고, 제2 센싱 코일(32)은 피검출부(20)와 중첩되지 않고, 제2 상태(State 2)에서 제1 센싱 코일(31), 및 제2 센싱 코일(32)은 피검출부(20)와 중첩된다. 또한, 제3 상태(State 3)에서, 제1 센싱 코일(31)은 피검출부(20)와 중첩되지 않고, 제2 센싱 코일(32)은 피검출부(20)와 중첩되고, 제4 상태(State 4)에서 제1 센싱 코일(31), 및 제2 센싱 코일(32)은 피검출부(20)와 중첩되지 않는다.
센싱 코일의 사이즈 및 센싱 코일들 간의 간격에 따라 피검출부(20)의 사이즈 및 피검출부(20)의 간격이 결정될 수 있다. 일 예로, 피검출부(20)의 사이즈 및 피검출부(20)의 간격은 센싱 코일의 개수 및 센싱 코일 사이즈의 곱에 의해 결정될 수 있다. 구체적으로, 센싱 코일이 X개 마련되고, 센싱 코일의 사이즈가 목표 감지 각도에 대응되는 것으로 가정하면, 피검출부의 사이즈 및 간격은 목표 감지 각도*X에 대응될 수 있다. 한편, 360도 회전하는 회전체에 피검출부는 360/(피검출부의 사이즈 + 피검출부의 간격)개 마련될 수 있다.
센싱 코일의 사이즈 및 센싱 코일들 간의 간격은 회전체의 회전을 감지하고자 하는 목표 감지 각도의 배수에 따라 결정될 수 있다.
일 예로, 센싱 코일의 사이즈 및 센싱 코일들 간의 간격은 회전체의 회전을 감지하고자 하는 목표 감지 각도에 대응되게 결정될 수 있다. 감지하고자 하는 회전체(10)의 목표 감지 각도를 3.75도로 가정하면, 센싱 코일의 사이즈는 3.75도에 대응되고, 센싱 코일의 중심 간의 간격은 3.75도에 대응될 수 있다. 이 경우, 센싱 코일이 2개 배치되는 것으로 가정하면, 피검출부의 사이즈와 간격은 7.5도에 대응되고, 피검출부는 24(=360/(7.5+7.5))개 마련될 수 있다.
다른 예로, 센싱 코일의 사이즈 및 센싱 코일간의 간격은 회전체의 회전을 감지하고자 하는 목표 감지 각도의 2배로 결정될 수 있다. 감지하고자 하는 회전체(10)의 목표 감지 각도를 3.75도로 가정하면, 센싱 코일의 사이즈는 7.5도에 대응되고, 센싱 코일의 중심 간의 간격은 7.5도에 대응될 수 있다. 이 경우, 센싱 코일이 2개 배치되는 것으로 가정하면, 피검출부의 사이즈와 간격은 15도에 대응되고, 피검출부는 12(=360/(15+15))개 배치될 수 있다.
또 다른 예로, 센싱 코일의 사이즈 및 센싱 코일간의 간격은 회전체의 회전을 감지하고자 하는 목표 감지 각도의 12배로 결정될 수 있다. 감지하고자 하는 회전체(10)의 목표 감지 각도를 3.75도로 가정하면, 센싱 코일의 사이즈는 45도에 대응되고, 센싱 코일의 중심 간의 간격은 45도에 대응될 수 있다. 이 경우, 센싱 코일이 2개 배치되는 것으로 가정하면, 피검출부의 사이즈와 간격은 90도에 대응되고, 피검출부는 2(=360/(90+90))개 마련될 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 회전체 감지 장치의 구성도이다.
도 4의 실시예에 따른 회전체 감지 장치는 도 1a의 실시예에 따른 회전체 감지 장치와 유사하므로, 중복되는 설명은 생략하고 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.
도 4를 참조하면, 원기둥 형상의 회전체(10)는 회전축(11)을 통하여, 적어도 하나의 피검출부(21, 22)와 연결될 수 있다. 적어도 하나의 피검출부(21, 22)는 제1 피검출부(21)와 제2 피검출부(22)를 포함할 수 있고, 제1 피검출부(21)와 제2 피검출부(22)는 하나의 회전축(11)과 서로 다른 위치에서 연결되어 동일 방향 및 동일 속도로 회전할 수 있다. 코일부(30)은 제1 센싱 코일(31) 및 제2 센싱 코일(32)을 포함할 수 있다. 제1 센싱 코일(31) 및 제2 센싱 코일(33) 각각은 제1 피검출부(21) 및 제2 피검출부(22) 각각과 마주하도록 배치될 수 있다.
제1 피검출부(21)와 제2 피검출부(22) 각각은 동일한 사이즈 및 간격을 가지는 복수의 패턴을 포함할 수 있다. 도 4에서, 제1 피검출부(21) 및 제2 피검출부(22)의 돌출된 영역이 패턴에 해당할 수 있다. 제1 피검출부(21)와 제2 피검출부(22)의 복수의 패턴은 서로 다른 위상을 가질 수 있다. 제1 피검출부(21)의 복수의 패턴과 제2 피검출부(22)의 복수의 패턴은 회전축(11)의 방향에서 일부 영역이 중첩될 수 있다. 상기 일부 영역은 제1 센싱 코일(31) 및 제2 센싱 코일(32)의 사이즈에 대응될 수 있다.
일 예로, 제1 피검출부(21)의 복수의 패턴 중 하나의 사이즈는 제1 센싱 코일(31)의 사이즈의 두 배에 해당하고, 제2 피검출부(22)의 복수의 패턴 중 하나의 사이즈는 제2 센싱 코일(32)의 사이즈의 두 배에 해당할 수 있다. 여기서, 제1 센싱 코일(31) 및 제2 센싱 코일(32)의 사이즈는 회전체의 회전을 감지하고자 하는 목표 감지 각도에 대응될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 피검출부(21)의 복수의 패턴과 제2 피검출부(22)의 복수의 패턴은 회전축(11)의 방향에서 일부 영역을 중첩시켜, 도 1a의 실시예에 대비하여, 회전체의 지름을 감소시킬 수 있다.
도 5은 도 4의 실시예에 따른 피검출부와 적어도 하나의 센싱 코일의 위치 관계를 나타내는 도이다.
도 5을 참조하면, 회전체(10)의 회전에 의해, 피검출부(20)와 제1 센싱 코일(31) 및 제2 센싱 코일(32)의 중첩 면적은 변경될 수 있다. 도 5에서, 회전체(10)는 일 방향, 일 예로, 위쪽에서 아래쪽 방향으로, 회전할 수 있다.
구체적으로, 회전체(10)의 회전에 의해, 제1 상태(State 1)에서, 제1 센싱 코일(31)은 피검출부(20)와 중첩되고, 제2 센싱 코일(32)은 피검출부(20)와 중첩되지 않고, 제2 상태(State 2)에서 제1 센싱 코일(31), 및 제2 센싱 코일(32)은 피검출부(20)와 중첩된다. 또한, 제3 상태(State 3)에서, 제1 센싱 코일(31)은 피검출부(20)와 중첩되지 않고, 제2 센싱 코일(32)은 피검출부(20)와 중첩되고, 제4 상태(State 4)에서 제1 센싱 코일(31), 및 제2 센싱 코일(32)은 피검출부(20)와 중첩되지 않는다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 정보 산출부의 블록도이고, 도 7는 본 발명의 일 실시예에 따른 주요 신호의 파형도이다.
도 6 및 도 7을 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(111, 112)를 포함할 수 있다. 일 예로, 적어도 하나의 발진 회로(111, 112)는 제1 발진 회로(111) 및 제2 발진 회로(112)를 포함할 수 있다. 제1 발진 회로(111)는 제1 센싱 코일(L1) 및 제1 커패시터(C1)를 포함하고, 제2 발진 회로(112)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 1a, 도 2a, 도 4의 센싱 코일(31, 32)과 동일한 구성에 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.
회전체(10)의 회전에 의해, 피검출부(20)와 제1 센싱 코일(31) 및 제2 센싱 코일(32)의 중첩 면적이 변경되면, 제1 발진 회로(111) 및 제2 발진 회로(112)에서 출력되는 발진 신호의 주파수가 변동될 수 있다.
주파수 연산부(420)는 제1 발진 회로(111) 및 제2 발진 회로(112)로부터 출력되는 제1 발진 신호(L_OSC) 및 제2 발진 신호(R_OSC)를 수신할 수 있다. 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)를 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)를 산출할 수 있다. 보정 연산부(450)는 차분값(Diff_val)의 최대값(Max)과 최소값(Min)을 저장한다.
변위 검출부(460)는 변화 검출부(430)에서 생성된 제1 카운트 증가 값(L_inc), 제1 카운트 감소 값(L_dec), 제2 카운트 증가 값(R_inc), 제2 카운트 감소 값(R_dec)의 4개의 신호와 차 연산부(440)의 차분값(Diff_val), 보정 연산부(450)의 최대값(Max)과 최소값(Min)을 이용하여, 회전체의 각속도와 방향, 회전 각도를 연산할 수 있다.
도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 피검출부(20)와 제1 센싱 코일(31) 및 제2 센싱 코일(32)의 중첩 면적이 변경되는 경우, 도 7에 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 제1 비교값 및 제2 비교값과 비교하여, 출력값(OUTPUT)을 산출할 수 있다. 제1 비교값의 레벨은 제2 비교값의 레벨 보다 클 수 있고, 제1 비교값 및 제2 비교값은 최소값과 최대값의 사이값에 해당할 수 있다. 이 때, 제1 비교값과 제2 비교값의 차가 최대값과 제1 비교값의 차의 2배 또는 제2 비교값과 최소값의 차의 2배에 대응하도록 제1 비교값 및 제2 비교값이 결정될 수 있다.
일 예로, 제1 비교값은 (최대값(Max)*3+최소값(Min))/4에 해당할 수 있고, 제2 비교값은 (최대값(Max) + 최소값(Min)*3)/4)에 해당할 수 있다.
변위 검출부(460)는 제1 비교값 이상의 차분값(Diff_val)을 하이 레벨로, 제 2 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 레벨의 구간 간격으로부터 회전 각도를 산출하고, 출력값(OUTPUT)의 로우 레벨의 구간 간격으로부터 회전 각도를 산출할 수 있다.
또한, 변위 검출부(460)는 출력값(OUTPUT)의 주파수(freq)를 측정하여 각속도를 연산할 수 있다. 일 예로, 각속도의 수식 (r*△θ)/△t 에서, 회전체의 반지름 r을 1로 가정하면, △θ/△t 가 된다. 센싱 코일의 사이즈 및 센싱 코일간의 간격을 3.75도로 가정하면, 각속도는 7.5도*freq가 된다. 여기서, freq는 회전 각도(△θ)의 2배에 대응되는 출력값(OUTPUT)의 주파수이다.
또한, 변위 검출부(460)는 차분값(Diff_val)과 차분값(Diff_val)의 최대값(Max) 및 최소값(Min)로부터, 각속도를 구할 수 있다. 각속도의 수식 (r*△θ)/△t 에서 r = 1, △t = 1 로 가정하면, 각속도는 △θ 가 되고, 이 때, △t = 1 에 대한 차분값(Diff_val)의 변화량(△Diff)을 산출하면 각속도를 연산할 수 있다. 센싱 코일의 사이즈 및 센싱 코일간의 간격을 3.75도로 가정하면, 1도에 대한 해당 차분값(Diff_val)의 변화량(k)은 (최대값(Max) - 최소값(Min))/7.5도이므로, 따라서, △Diff/k를 연산하여, 각속도를 검출할 수 있다.
변위 검출부(460)는 차분값(Diff_val)과 제1 비교값 및 제2 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 코일(31)이 왼쪽에 배치되고, 제2 센싱 코일(32)이 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, 피검출부의 회전 방향은 도 3의 왼쪽에서 오른쪽 방향에 해당한다. 한편, 0000 상태에 대한 신호를 저장을 하지 않고 무시함으로써 회전체의 정지 상태에 대한 데이터는 업데이트 하지 않는다.
결과적으로, 피검출부가 도 3의 왼쪽에서 오른쪽으로 회전 이동시 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 신호는 1000 → 0100 → 0010 → 0001 → 1000이 되고, 오른쪽에서 왼쪽으로 회전 이동시, 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 신호는 1000 → 0001 → 0010 → 0100 → 1000이 된다.
도 8는 본 발명의 일 실시예에 따른 주요 신호의 파형도이다.
도 8의 실시예에 따른 주요 신호의 파형도는 도 7의 실시예에 따른 주요 신호의 파형도와 유사하므로, 중복되는 설명은 생략하고, 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.
도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 피검출부(20)와 제1 센싱 코일(31) 및 제2 센싱 코일(32)의 중첩 면적이 변경되는 경우, 도 7에 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 제1 비교값 내지 제4 비교값과 비교하여, 출력값(OUTPUT)을 산출할 수 있다. 제1 비교값, 제2 비교값, 제3 비교값, 제4 비교값 순서대로 레벨이 결정될 수 있고, 제1 비교값 내지 제4 비교값은 최소값과 최대값의 사이값에 해당할 수 있다.
이 때, 제1 비교값과 제2 비교값의 차, 제2 비교값과 제3 비교값의 차, 제3 비교값과 제4 비교값의 차는 동일하고, 제1 비교값과 제2 비교값의 차/제2 비교값과 제3 비교값의 차/제3 비교값과 제4 비교값의 차가 최대값과 제1 비교값의 차의 2배 또는 제4 비교값과 최소값의 차의 2배에 대응하도록 제1 내지 제4 비교값이 결정될 수 있다.
일 예로, 제1 비교값은 (최소값(Min)+범위 차분값(Range)*1/8)에 해당하고, 제2 비교값은 (최소값(Min)+범위 차분값(Range)*3/8)에 해당하고, 제3 비교값은 (최소값(Min)+범위 차분값(Range)*5/8)에 해당하고, 제4 비교값은 (최소값(Min)+범위 차분값(Range)*7/8)에 해당할 수 있다. 여기서, 범위 차분값(Range)는 최대값(Max)과 최소값(Min)의 차로부터 산출될 수 있다.
변위 검출부(460)는 제1 비교값 이상의 차분값(Diff_val)을 로우 레벨로, 제1 비교값 미만 제2 비교값 이상의 차분값(Diff_val)을 하이 레벨로, 제2 비교값 미만 제3 비교값 이상의 차분값(Diff_val)을 로우 레벨로, 제3 비교값 미만 제4 비교값 이상의 차분값(Diff_val)을 하이 레벨로, 제4 비교값 미만의 차분값(Diff_val)을 로우 레벨로 결정할 수 있다.
변위 검출부(460)는 출력값(OUTPUT)의 하이 레벨과 로우 레벨의 구간 간격으로부터 피검출부의 각도 변화를 측정할 수 있다.
또한, 변위 검출부(460)는 출력값(OUTPUT)의 주파수를 측정하여 각속도를 연산할 수 있다.
또한, 변위 검출부(460)는 차분값(Diff_val)과 제1 내지 제4 비교값의 비교 지점에서의 제1 카운트 증가 값(L_inc), 제1 카운트 감소 값(L_dec), 제2 카운트 증가 값(R_inc), 제2 카운트 감소 값(R_dec) 및 제1 카운트 값(L_CNT)과 제2 카운트 값(R_CNT)의 하이 레벨 및 로우 레벨에 따라 회전체의 회전 방향을 산출할 수 있다. 여기서, 제1 카운트 값(L_CNT)의 하이 레벨은 제1 카운트 값이 제1 카운트 값(L_CNT)의 중간값((최대값+최소값)/2) 이상일 경우를 의미하고, 제1 카운트 값(L_CNT)의 로우 레벨은 제1 카운트 값이 제1 카운트 값(L_CNT)의 중간값((최대값+최소값)/2) 미만일 경우를 의미한다. 마찬가지로, 제2 카운트 값(R_CNT)의 하이 레벨은 제2 카운트 값이 제2 카운트 값(R_CNT)의 중간값((최대값+최소값)/2) 이상일 경우를 의미하고, 제2 카운트 값(R_CNT)의 로우 레벨은 제2 카운트 값이 제2 카운트 값(R_CNT)의 중간값((최대값+최소값)/2) 미만일 경우를 의미한다. 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, 제2 카운트 값(R_CNT)이 로우 레벨인 경우, 피검출부의 회전 방향은 도 3의 왼쪽에서 오른쪽 방향, 도 5의 위쪽에서 아래쪽 방향에 해당한다. 다른 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, 제2 카운트 값(R_CNT)이 하이 레벨인 경우, 도 3의 오른쪽에서 왼쪽 방향, 도 5의 아래쪽에서 위쪽 방향에 해당한다.
이 때, 일 시점과 다음 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)이 동일하면, 이전 단계에서 검출된 회전 방향과 동일한 것으로 판단한다.
한편, 이전 단계와 현재 단계의 제1 카운트 증가 값(L_inc), 제2 카운트 증가 값(R_inc), 제1 카운트 감소 값(L_dec), 제2 카운트 감소 값(R_dec)이 변경되면, 예를 들어, 이전 단계의 {L_dec, R_dec, L_inc, R_inc}과 현재 단계의 {L_inc, R_inc, L_dec, R_dec} 인 경우, 피검출부의 회전 방향은 반전된 것으로 판단한다.
도 7의 실시예와 도 8의 실시예가 동일한 형태의 센싱 코일 및 피검출부를 이용하는 경우, 도 8의 실시예는 도 7의 실시예에 비하여, 비교값을 증가시킴으로써, 센싱 감도를 개선할 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 피검출부
22: 제2 피검출부
30: 코일부
31: 제1 센싱 코일
32: 제2 센싱 코일
40: 회전 정보 산출부
410: 발진부
420: 주파수 연산부
430: 변화 검출부
440: 차 연산부
450: 보정 연산부
460: 변위 검출부

Claims (16)

  1. 회전체에 마련되는 복수의 피검출부;
    상기 피검출부에 마주하여 배치되는 적어도 두 개의 센싱 코일;
    상기 적어도 두 개의 센싱 코일 중 서로 다른 코일과 연결되어, 적어도 두 개의 발진 회로를 형성하는 적어도 두 개의 커패시터를 포함하는 발진부; 및
    상기 적어도 두 개의 발진 회로에서 출력되는 적어도 두 개의 발진 신호의 주파수를 카운트하여 제1 카운트 값 및 제2 카운트 값을 생성하고, 상기 제1 카운트 값 및 상기 제2 카운트 값의 변화에 따라 상기 회전체의 회전 방향을 산출하는 회전 정보 산출부; 를 포함하는 회전체 감지 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 회전 정보 산출부는,
    상기 제1 카운트 값의 증가에 따라 제1 카운트 증가 값을 생성하고, 상기 제1 카운트 값의 감소에 따라 제1 카운트 감소 값을 생성하고,
    상기 제2 카운트 값의 증가에 따라 제2 카운트 증가 값을 생성하고, 상기 제2 카운트 값의 증가에 따라 제2 카운트 감소 값을 생성하는 회전체 감지 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 회전 정보 산출부는,
    상기 제1 카운트 증가 값, 상기 제1 카운트 감소 값, 상기 제2 카운트 증가 값 및 상기 제2 카운트 감소 값과 적어도 두 개의 센싱 코일의 배치 관계에 따라 상기 회전체의 회전 방향을 산출하는 회전체 감지 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 회전 정보 산출부는,
    상기 제1 카운트 값과 상기 제2 카운트 값의 차분값과 복수의 비교값을 비교하여 생성되는 출력값으로부터 상기 회전체의 회전 각도 및 회전 각속도 중 적어도 하나를 산출하는 회전체 감지 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 비교값은 상기 차분값의 최대값 및 최소값의 범위 내에 위치하는 회전체 감지 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 비교값 중 인접하는 두 개의 비교값의 차는 상기 복수의 비교값 중 상기 최대값과 인접하는 비교값과 상기 최대값의 차 및 상기 복수의 비교값 중 상기 최소값과 인접하는 비교값과 상기 최소값의 차의 두 배에 해당하는 회전체 감지 장치.
  7. 제4항에 있어서, 상기 회전 정보 산출부는,
    상기 출력값의 하이 레벨과 로우 레벨의 구간 간격으로부터 상기 회전체의 회전 각도를 산출하는 회전체 감지 장치.
  8. 제4항에 있어서, 상기 회전 정보 산출부는,
    상기 출력값의 주파수로부터 상기 회전체의 각속도를 산출하는 회전체 감지 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 회전 정보 산출부는,
    상기 제1 카운트 값과 상기 제2 카운트 값의 차분값의 최대값 및 최소값으로부터 상기 회전체의 회전 각속도를 산출하는 회전체 감지 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 센싱 코일 각각의 사이즈 및 상기 적어도 두 개의 센싱 코일 간의 간격은 상기 회전체의 회전을 감지하고자 하는 목표 감지 각도의 배수에 따라 결정되는 회전체 감지 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 피검출부 각각의 사이즈 및 상기 복수의 피검출부 간의 간격은 상기 적어도 두 개의 센싱 코일의 개수 및 상기 적어도 두 개의 센싱 코일 각각의 사이즈의 곱에 따라 결정되는 회전체 감지 장치.
  12. 회전체에 마련되는 복수의 패턴을 포함하는 제1 피검출부 및 상기 제1 피검출부의 복수의 패턴과 다른 위상을 가지는 복수의 패턴을 포함하는 제2 피검출부;
    상기 제1 피검출부 및 상기 제2 피검출부 중 서로 다른 피검출부와 마주하여 배치되는 제1 센싱 코일 및 제2 센싱 코일;
    상기 제1 센싱 코일 및 상기 제2 센싱 코일 중 서로 다른 센싱 코일과 연결되어, 두 개의 발진 회로를 형성하는 두 개의 커패시터를 포함하는 발진부; 및
    상기 두 개의 발진 회로에서 출력되는 두 개의 발진 신호의 주파수를 카운트하여 제1 카운트 값 및 제2 카운트 값을 생성하고, 상기 제1 카운트 값 및 상기 제2 카운트 값의 변화에 따라 상기 회전체의 회전 방향을 산출하는 회전 정보 산출부; 를 포함하는 회전체 감지 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 피검출부의 복수의 패턴과 상기 제2 피검출부의 복수의 패턴은 회전체의 축 방향에서 일부 영역이 중첩되는 회전체 감지 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 일부 영역은 상기 제1 센싱 코일 및 상기 제2 센싱 코일의 사이즈에 대응되는 회전체 감지 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 센싱 코일 및 제2 센싱 코일의 사이즈는 상기 회전체의 회전을 감지하고자 하는 목표 감지 각도에 대응되는 회전체 감지 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제1 피검출부의 복수의 패턴 중 하나의 사이즈는 상기 제1 센싱 코일의 사이즈의 두 배에 해당하고, 상기 제2 피검출부의 복수의 패턴 중 하나의 사이즈는 상기 제2 센싱 코일의 사이즈의 두 배에 해당하는 회전체 감지 장치.
KR1020180062965A 2017-09-28 2018-05-31 회전체 감지 장치 KR102059818B1 (ko)

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