KR20220017724A - 회전체 감지 장치 - Google Patents

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권시영
김용욱
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삼성전기주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 회전체 감지 장치는, 피검출부를 갖는 회전체; 상기 피검출부에 상기 회전체의 회전 방향을 따라 형성된 패턴부; 상기 피검출부의 일 영역과 대향 배치된 제1 센서; 및 상기 제1 센서와 이격되어 상기 피검출부의 타 영역과 대향 배치된 제2 센서; 를 포함하며, 상기 패턴부는 서로 폭이 다른 제1 패턴부 및 제2 패턴부를 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 등 다양한 분야에 적용되고 있다. 이러한 동향에 따라, 회전체의 회전 각도를 감지하는 센서에는 회전체의 미세한 변위를 감지하는 기술이 요구되는 한편, 센싱 구조가 차지하는 공간을 보다 줄이기 위한 소형화 기술도 지속적으로 요구되고 있다.
본 발명은 회전체의 미세한 변위를 감지할 수 있는 소형의 회전체 감지 장치를 제안한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 회전체 감지 장치는, 피검출부를 갖는 회전체; 상기 피검출부에 상기 회전체의 회전 방향을 따라 형성된 패턴부; 상기 피검출부의 일 영역과 대향 배치된 제1 센서; 및 상기 제1 센서와 이격되어 상기 피검출부의 타 영역과 대향 배치된 제2 센서; 를 포함하며, 상기 패턴부는 서로 폭이 다른 제1 패턴부 및 제2 패턴부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 회전체 감지 장치는, 피검출부를 갖는 회전체; 상기 회전체의 회전 방향을 따라 형성되며, 상기 피검출부를 둘러싸는 단일한 띠의 형상을 갖는 패턴부; 상기 피검출부의 일 영역과 대향 배치되는 제1 센서; 및 상기 피검출부의 타 영역과 대향 배치되며, 상기 제1 센서와 소정 각도를 이루도록 이격되는 제2 센서를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 회전체 감지 장치의 크기를 작게 구현할 수 있고, 제조 비용을 절감할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 회전체의 회전 각도가 정밀하게 검출될 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 센서의 감지 오차를 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전체 감지 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 회전체와 센서 간의 배치 관계를 설명하기 위하여 제공되는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴부의 형태를 설명하기 위하여 제공되는 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 패턴부의 각 영역에 제1 센서 및 제2 센서가 배치되는 관계를 설명하기 위하여 제공되는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전체가 회전함에 따라 제1 센서 및 제2 센서에 대응되는 패턴부의 폭이 변화하는 양상을 설명하기 위하여 제공되는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전체의 회전에 따라 제1 센서 및 제2 센서에서 감지되는 인덕턴스의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 종래의 회전체 감지 장치에 의하여 측정된 인덕턴스의 변화 그래프(a) 및 본 발명에 따른 회전체 감지 장치에 의하여 측정된 인덕턴스의 변화 그래프(b)의 일 예를 나타낸 것이다.
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 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 회전체 감지 장치(100)는 회전체(10), 패턴부(20) 및 센서(30)를 포함한다. 여기서, 패턴부(20)는 서로 폭이 다른 제1 및 제2 패턴부(20-1, 20-2)를 포함하고, 센서(30)는 제1 센서(31) 및 제2 센서(32)를 포함한다. 또한, 도시된 형태와 같이, 회전체 감지 장치(100)는 기판(40) 및 프레임(50)을 더 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 회전체(10)는 피검출부(11)를 포함한다. 이 경우, 회전체(10)는 원기둥 형상의 회전 부재를 포함할 수 있고, 상기 원기둥 형상의 옆면에 피검출부(11)를 포함할 수 있다. 회전체(10) 및 피검출부(11)는 다양한 소재로 형성될 수 있으나, 전기 절연성 소재로 형성됨이 바람직하다. 예를 들어, 회전체(10) 및 피검출부(11)는 플라스틱 등의 레진(resin) 소재로 형성될 수 있다.
참고로, 본 발명의 명세서에서는 피검출부(11)가 원기둥 형상의 옆면에 구비되는 것으로 설명하고 있으나, 이는 예시적인 것에 불과하다. 즉, 회전체(10)의 회전에 방해가 되지 않는 범위 내에서, 원기둥이 아닌 다른 형상의 옆면에 피검출부(11)가 구비될 수도 있을 것이다. 이러한 경우, 피검출부(11)의 각 지점이 갖는 반경에 따라, 피검출부(11)에 형성되는 패턴부(20)의 형태를 달리할 수 있다.
피검출부(11)는 회전체(10)가 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전함에 따라 함께 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전할 수 있다. 이때 회전체(10)의 회전은, 후술하는 회전 인가부(13, 도 3에 도시됨)에 가해지는 외력에 의하여 수행될 수 있다. 즉, 전자기기의 사용자가 회전 인가부(13)를 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전시킴에 따라, 회전 인가부(13)에 연결된 회전축(12, 도 3에 도시됨) 및 피검출부(11)가 회전 인가부(13)와 동일 방향 및 동일 속도로 회전할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 피검출부(11)에는 회전체(10)의 회전 방향을 따라 패턴부(20)가 형성될 수 있다. 여기서, 패턴부(20)는 전기 전도성을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 패턴부(20)는 금속 물질로 이루어질 수 있고, 피검출부(11)에 패턴부(20)가 도금되는 방식으로 형성될 수 있다.
패턴부(20)의 도금 방식은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술자에 의해 수행될 수 있는 다양한 방식이 선택될 수 있으며, 일 예로서 LDS(Laser Direct Structuring) 방식이 가능하다. 또한, 선택되는 도금 방식에 따라 패턴부(20)의 형상에 맞도록 피검출부(11)를 식각하는 단계가 포함될 수도 있고, 피검출부(11)를 식각하는 단계 없이 피검출부(11)의 표면에 금속 물질의 패턴부(20)가 돌출되어 인쇄되도록 할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 패턴부(20)는 피검출부(11)를 둘러싸는 단일한 띠의 형상을 가질 수 있다. 종래의 회전체 감지 장치의 경우에는 회전체에 서로 분리된 2 이상의 패턴이 좌우로 나란히 배열되도록 하였으나, 이와 같은 회전체 감지 장치는 피검출부(11)의 횡방향(도 1에서 X방향)의 길이를 감축시키기 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 피검출부(11)에 단일한 띠의 형상을 갖는 패턴부(20)를 구비함으로써, 피검출부(11)의 횡방향의 길이가 감축된 소형의 회전체 감지 장치를 구현할 수 있도록 한다. 이때 패턴부(20)가 갖는 구체적인 형상은 도 3 내지 도 5에 도시되므로, 이후 보다 자세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 회전체 감지 장치(100)는 제1 센서(31) 및 제2 센서(32)를 포함할 수 있다. 제1 센서(31)는 피검출부(11)의 일 영역과 대향 배치될 수 있고, 제2 센서(32)는 제1 센서(31)와 이격되어 피검출부(11)의 타 영역과 대향 배치될 수 있다.
제1 센서(31) 및 제2 센서(32)는 각각 센싱 코일을 포함할 수 있다. 예를 들어, 센싱 코일은 권선형 인덕터 코일에 해당될 수 있다. 또는, 센싱 코일은 기판(40) 상에 형성된 PCB 코일 패턴일 수도 있다. 제1 센서(31)의 센싱 코일 및 제2 센서(32)의 센싱 코일은 회전체(10)가 회전함에 따라 인덕턴스의 변화를 나타낼 수 있다.
보다 구체적으로, 회전체(10)의 회전에 따라 제1 센서(31) 및 제2 센서(32)의 위치에 대응되는 패턴부(20)의 형태가 변화할 수 있다. 예를 들어, 패턴부(20)는 회전체(10)의 회전 방향을 따라 변화하는 폭을 갖도록 형성될 수 있다. 그러면 회전체(10)에 구비된 피검출부(11)의 회전에 따라, 금속 물질로 형성된 패턴부(20)에 의해 센싱 코일에 발생하는 인덕턴스는 변화할 수 있다. 제1 센서(31) 및 제2 센서(32)는 센싱 코일에 발생하는 인덕턴스의 변화 정도를 감지하여, 회전체(10)의 회전 각도를 검출할 수 있다.
여기서, 회전 각도란 회전체(10)가 원기둥의 중심축을 회전축으로 하여 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전하는 정도를 의미한다. 보다 구체적으로, 회전체(10)는 사용자에 의해 회전이 인가되지 않는 경우에는 정지한 상태를 유지하게 되는데, 회전체(10)가 정지한 상태를 회전 각도 산출의 기준점으로 한다. 그리고 사용자에 의해 회전이 인가되는 경우에, 회전체(10)의 옆면의 각 지점은 각각의 기준점으로부터 특정한 각도만큼 이동하게 된다.
이때 하나의 기준점에 대하여 피검출부(11)에 형성된 패턴부(20)의 변화 전후 형태를 감지함으로써, 회전체(10)의 회전 각도를 산출할 수 있다. 예를 들어, 피검출부(11)에서 제1 센서(31)의 중앙지점과 수직으로 대향하는 지점을 기준점으로 할 수 있고, 제1 센서(31)가 그 기준점에 관한 패턴부(20)의 형태 변화를 감지하여 회전 각도를 측정할 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것에 불과하고 기준점을 달리하여 다양한 방식으로 회전 각도를 산출할 수 있을 것이다.
또한, 제1 센서(31)의 위치에 대응되는 패턴부(20)의 형태와, 제2 센서(32)의 위치에 대응되는 패턴부(20)의 형태가 다를 수 있다. 예를 들어, 패턴부(20)가 단일한 띠의 형상을 갖는 경우, 제1 센서의 위치에 대응되는 패턴부(20)의 폭과, 제2 센서의 위치에 대응되는 패턴부(20)의 폭이 다를 수 있다.
그러면 피검출부(11)의 회전에 따라 제1 센서(31) 및 제2 센서(32)에 감지되는 인덕턴스의 변화 양상도 서로 달라질 수 있다. 즉, 제1 센서(31)에 의해 감지되는 인덕턴스 값(이하, '센싱값'이라 한다.)과 제2 센서(32)에 의해 감지되는 센싱값 간에는 위상차가 생길 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 회전체 감지 장치(100)는, 서로 다른 위상을 갖는 제1 센서(31)의 센싱값 및 제2 센서(32)의 센싱값을 동시에 검출하여 회전 각도를 판단할 수 있다. 이에 따라, 어느 하나의 센서에서 오작동 또는 노이즈가 발생하더라도 지속적으로 회전체(10)의 회전 각도가 검출될 수 있고, 센서의 감지 오차가 최소화될 수 있다.
또한, 제1 센서(31)와 제2 센서(32)는 소정 각도를 이루도록 이격되어 배치될 수 있다. 즉 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 센서(31)와 제2 센서(32)가 회전체(10)의 중심부를 기준으로 소정의 각도를 갖도록 이격 배치될 수 있다. 이에 따라, 제1 센서(31)와 제2 센서(32)는 각각 피검출부(11)의 서로 다른 영역을 대향하게 된다. 제1 센서(31) 및 제2 센서(32)가 이루는 소정의 각도에 관한 구체적인 내용은 도 2에서 자세히 후술하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 회전체 감지 장치(100)는, 제1 센서(31) 및 제2 센서(32)를 실장하는 기판(40)을 포함할 수 있다. 기판(40)은 FPCB에 해당될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, FPCB 외의 적어도 하나의 금속층과 적어도 하나의 배선층이 교대로 적층된 구조를 가지는 여러 가지 종류의 기판이 모두 이용될 수 있다.
추가로, 기판(40)에는 집적 회로(IC)로 구성되는 센싱 회로가 실장될 수 있다. 이때, 센싱 회로는 제1 센서(31) 및 제2 센서(32)와 전기적으로 연결될 수 있다. 센싱 회로는 센서(30)의 센싱 코일에서 발생하는 인덕턴스의 변화를 검출하여, 회전체(10)의 회전 정보를 판단할 수 있다. 여기서 회전 정보란, 회전 방향, 회전 각도 및 각속도 중에서 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 회전체 감지 장치(100)는, 회전체(10)가 삽입 배치되는 프레임(50)을 더 포함할 수 있다. 프레임(50)은 회전체 감지 장치(100)의 외부 골격을 형성할 수 있고, 내부 공간에 회전체 감지 장치(100)의 구성요소들을 구비할 수 있다.
프레임(50)의 형상은 다양할 수 있으나, 도 1에 도시된 바와 같이 일 면이 타 면에 대하여 소정의 각도를 갖도록 경사지게 구현될 수 있다. 그리고, 프레임(50)의 일 면 및 타 면의 내측면에 각각 제1 센서(31) 및 제2 센서(32)가 소정의 각도를 이루도록 배치될 수 있다. 즉, 프레임(50)의 두 면이 이루는 경사각과 두 개의 센서(31, 32)의 센싱면이 이루는 경사각이 일치할 수 있다. 참고로, 본 명세서에서 기술하는 센서의 센싱면이란, 센싱 코일이 회전체(10)의 피검출부(11)와 대면하는 수평 방향의 면을 의미한다.
프레임(50)은 도 1에 도시된 바와 같이, 내부 또는 외부에 구비되는 구성요소의 배치에 따라 서로 다른 두께를 갖는 영역들로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 센서(31) 및 제2 센서(32)가 배치되는 영역의 프레임(50)의 두께는, 두 개의 센서(31, 32) 사이의 모서리 영역의 프레임(50)의 두께보다 얇게 형성될 수 있다. 또한, 기판(40)이 배치되는 영역의 프레임(50)의 두께는, 기판(40)이 배치되지 않는 영역의 프레임(50)의 두께보다 얇게 형성될 수 있다.
이에 따라, 프레임(50)은 본 발명에 따른 회전체(10), 센서(30) 및 기판(40)을 포함하는 구성요소가 프레임(50)의 내부 또는 외부에 안정적으로 안착되도록 할 수 있다.
한편, 여기서 제1 센서(31) 및 제2 센서(32) 사이의 프레임(50)이 내측으로 두껍게 형성됨으로써, 두 개의 센서(31, 32)를 서로 독립적으로 분리시키는 기능이 동시에 수행될 수 있다. 즉, 제1 센서(31) 및 제2 센서(32) 간에 발생하는 전자기적 간섭을 차단하여, 각각의 센서에 의한 인덕턴스 값을 보다 정확하게 측정할 수 있도록 한다.
또한, 전술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴부(20)가 단일한 띠의 형상을 가짐으로써, 피검출부(11)의 횡방향(도 1에서 X방향) 길이를 감축시킬 수 있다. 이에 따라, 프레임(50)의 횡방향 길이 및 전체 용적도 감축될 수 있고, 회전체 감지 장치(100)가 전자 기기에 설치되었을 때 차지하는 공간을 줄일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판(40)은, 도 1에 도시된 바와 같이 프레임(50)의 외측면의 적어도 일부 영역을 둘러싸도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 기판(40)은 제1 센서(31)가 배치되는 일 면 및 제2 센서(32)가 배치되는 타 면의 외측면을 둘러싸도록 구부러져 형성될 수 있다. 이 경우, 기판(40)은 플렉서블 기판(FPCB)에 해당될 수 있다. 또한, 제1 센서(31) 및 제2 센서(32)는 플렉서블 기판의 동일한 면에 실장될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 회전체와 센서 간의 배치 관계를 설명하기 위하여 제공되는 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 회전체(10)의 중심부를 기준으로 제1 센서(31) 및 제2 센서(32)가 소정의 각도를 갖도록 이격되어 배치될 수 있다. 이때, 제1 센서(31)의 센싱면 및 제2 센서(32)의 센싱면이 이루는 소정의 각도(도 2의 각도 α)는 다양할 수 있고, 일 예로서 45°에 해당될 수 있다.
각도 α는 피검출부(11)에 형성된 패턴부(20)의 형태에 따라 결정될 수 있다. 즉, 회전체(10)가 회전함에 따라 제1 센서(31) 및 제2 센서(32)의 위치에 대응되는 패턴부(20)의 형태가 변화하는데, 그 형태의 변화 주기에 따라 2개의 센서(31, 32)의 센싱면이 이루는 각도 α가 결정될 수 있다. 한편, 패턴부(20)의 구체적인 형태는 도 3 및 도 4에 도시되므로, 이를 함께 참조하여 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴부의 형태를 설명하기 위하여 제공되는 도면이고, 도 4는 도 3에 도시된 패턴부의 각 영역에 제1 센서 및 제2 센서가 배치되는 관계를 설명하기 위하여 제공되는 도면이다.
도 3을 먼저 참조하면, 회전체(10)는 피검출부(11), 회전축(12) 및 회전 인가부(13)를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 회전체(10)는 일 단에 원기둥 형상의 회전 부재를 구비하고, 타 단에 회전 인가부(13)를 구비하며, 회전 부재와 회전 인가부(13) 사이에 회전축(12)을 구비할 수 있다. 또한, 회전 부재의 옆면에는 피검출부(11)가 구비될 수 있다.
본 발명에 따른 회전체 감지 장치(100)가 적용되는 전자기기의 사용자가 회전 인가부(13)를 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전시키면, 회전 인가부(13)에 연결된 회전축(12)도 동일 방향 및 동일 속도로 함께 회전할 수 있다. 그리고, 회전축(12)이 회전함에 따라 회전체(10) 전체가 함께 회전하므로, 회전체(10)의 일 단에 구비되는 피검출부(11)도 동일 방향 및 동일 속도로 회전할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 패턴부(20)는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 단일한 띠의 형상을 가질 수 있고, 이때 패턴부(20)는 서로 폭이 다른 제1 패턴부(20-1) 및 제2 패턴부(20-2)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 패턴부(20)는 평균보다 폭이 더 넓은 제1 패턴부(20-1) 및 평균보다 폭이 더 좁은 제2 패턴부(20-2)를 포함할 수 있다.
도 2 내지 도 4를 함께 참조하면, 제1 센서(31) 및 제2 센서(32)는 각각의 센싱면이 소정의 각도 α를 이루도록 배치될 수 있고, 이때 제1 센서(31)의 위치에 대응되는 패턴부(20)의 형태와 제2 센서(32)의 위치에 대응되는 패턴부(20)의 형태가 다를 수 있다.
예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 센서(31)는 제2 패턴부(20-2)와 근접한 위치에 배치되고, 제2 센서(32)는 제1 패턴부(20-1)와 근접한 위치에 배치될 수 있다. 이때, 피검출부(11)가 시계 방향으로 회전하면, 제1 센서(31)의 위치에 대응되는 패턴부(20)는 폭이 더 넓어지는 방향으로 변화할 수 있다. 그리고, 제2 센서(32)의 위치에 대응되는 패턴부(20)는 폭이 더 좁아지는 방향으로 변화할 수 있다. 즉, 두 개의 센서(31, 32)에서 검출되는 인덕턴스의 변화 방향은 서로 반대일 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 센서(31)에 감지되는 인덕턴스 값 및 제2 센서(32)에 감지되는 인덕턴스 값은, 서로 주기가 같고 위상이 다른 주파수 형태의 변화 양상을 나타낼 수 있다. 즉, 피검출부(11)의 회전에 따라 제1 센서(31) 및 제2 센서(32)에 의해 검출되는 센싱값 간에 위상차가 발생할 수 있다.
이때, 제1 센서(31) 및 제2 센서(32)를 통해 검출되는 각각의 센싱값은, 두 개의 센서(31, 32)의 배치 관계에 따라 소정의 위상차를 가질 수 있다. 일 예로서, 피검출부(11)의 패턴부(20)는 회전체(10)의 회전 방향을 따라 제1 패턴부(20-1) 및 제2 패턴부(20-2)가 번갈아 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다. 이와 같이 회전체(10)의 회전 방향을 따라 제1 패턴부(20-1) 및 제2 패턴부(20-2)가 두 번씩 번갈아 형성되고, 제1 센서(31) 및 제2 센서(32)가 이루는 소정의 각도 α가 45°로 결정되는 경우에, 각각의 센서에 의해 검출되는 센싱값은 90°의 위상차를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 회전체 감지 장치(100)는 위상차를 갖는 제1 센서(31) 및 제2 센서(32)의 센싱값을 동시에 검출함으로써, 하나의 센싱값만 검출하는 경우보다 더 정밀하게 회전 각도를 판단할 수 있게 된다. 또한, 센싱값 간에 90°와 같은 소정의 위상차가 존재하므로, 각각의 센싱값이 용이하게 구별되어 검출될 수 있다. 따라서, 어느 하나의 센서에서 오작동 또는 노이즈가 발생하더라도, 나머지 센서의 센싱값을 이용하여 회전 각도를 지속적으로 판단할 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전체가 회전함에 따라 제1 센서 및 제2 센서에 대응되는 패턴부의 폭이 변화하는 양상을 설명하기 위하여 제공되는 도면이다.
도 5를 참조하면, 피검출부(11)에는 패턴부(20)가 형성될 수 있고, 패턴부(20)는 서로 다른 폭을 갖는 제1 패턴부(20-1) 및 제2 패턴부(20-2)를 포함할 수 있다. 또한, 제1 패턴부(20-1) 및 제2 패턴부(20-2)는 폭이 점진적으로 변화하는 단일한 띠의 형상을 이루도록 연속적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 패턴부(20)는 제1 패턴부(20-1) 및 제2 패턴부(20-2)가 두 번씩 연속적으로 연결되어, 도 5에 도시된 바와 같은 물결 무늬의 형상을 갖도록 형성될 수 있다.
이때 제1 센서(31) 및 제2 센서(32)는, 패턴부(20)에서 서로 다른 형태를 갖는 영역과 각각 중첩되도록 배치될 수 있다. 그리고, 회전체(10)의 회전에 따라 패턴부(20)와 각각의 센서(31, 32)가 중첩되는 면적이 변화함으로써, 제1 센서(31) 및 제2 센서(32)에 인덕턴스의 변화가 감지될 수 있다.
이와 같이, 패턴부(20)와 센서(30)의 중첩 면적이 변화함에 따라 센서(30)의 인덕턴스가 변화하는 양상을 나타내는 그래프는 도 6에 도시되므로, 이를 함께 참조하여 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전체의 회전에 따라 제1 센서 및 제2 센서에서 감지되는 인덕턴스의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6을 참조하면, 제1 센서(31)에 의해 감지되는 인덕턴스 값 및 제2 센서(32)에 의해 감지되는 인덕턴스 값은, 회전체(10)가 회전함에 따라 각각 주파수 형태의 변화 양상을 나타낼 수 있다. 즉, 회전체(10)의 회전 각도가 변화함에 따라 각각의 인덕턴스 값이 일정한 파형을 가지면서 변화하며, 2개의 센서(31, 32)에 의한 인덕턴스 값은 서로 주기가 같고 위상이 다른 주파수 형태의 변화 양상을 나타낼 수 있다.
참고로, 도 6에 도시된 그래프에서 회전 각도가 0°인 시작점은, 도 5에 도시된 제1 상태(State 1)와 대응되는 것이다. 또한, 도 6에 도시된 그래프에서 회전 각도가 45°인 지점은, 도 5에 도시된 제2 상태(State 2)와 대응되는 것이다. 또한, 도 6에 도시된 그래프에서 회전 각도가 90°인 지점은, 도 5에 도시된 제3 상태(State 3)와 대응되는 것이다. 또한, 도 6에 도시된 그래프에서 회전 각도가 135°인 지점은, 도 5에 도시된 제4 상태(State 4)와 대응되는 것이다.
보다 구체적으로, 도 5 및 도 6을 함께 참조하면, 제1 상태(State 1)에서 제1 센서(31)는 제1 패턴부(20-1)의 중심부와 중첩되도록 배치되고, 제2 센서(32)는 제1 패턴부(20-1)의 우측부와 중첩되도록 배치된다. 센싱 코일을 포함하는 제1 센서(31)에 금속 물질로 형성되는 패턴부(20)가 인접하는 경우, 센싱 코일에서 발생하는 자속에 의해 패턴부(20)에 전류가 인가되고, 패턴부(20)에 인가되는 전류에 의해 패턴부(20)에서 자속이 발생한다. 이때, 패턴부(20)에서 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 6의 0°를 참조하면, 제1 센서(31)의 인덕턴스는 로우 레벨의 값을 갖고, 제2 센서(32)의 인덕턴스는 그에 비해 하이 레벨의 값을 갖는다.
제1 상태(State 1) 이후 피검출부(11)는 좌측에서 우측 방향으로 회전하여 제2 상태(State 2)로 변화하며, 제2 상태(State 2)에서 제1 센서(31)는 제1 패턴부(20-1)의 좌측부와 중첩되고, 제2 센서(32)는 제2 패턴부(20-2)의 중심부와 중첩된다. 즉, 제1 상태(State 1)에서 제2 상태(State 2)로 변화함에 따라, 제1 센서(31)와 패턴부(20)의 중첩 면적은 감소하고, 제2 센서(32)와 패턴부(20)의 중첩 면적은 증가한다. 따라서, 제2 상태(state 2)에 대응되는 도 6의 45°를 참조하면, 제1 센서(31)의 인덕턴스는 변화 전보다 하이 레벨로 증가하고, 제2 센서(32)의 인덕턴스는 변화 전보다 로우 레벨로 감소한다.
제2 상태(State 2) 이후 피검출부(11)는 좌측에서 우측 방향으로 회전하여 제3 상태(State 3)로 변화하며, 제3 상태(State 3)에서 제1 센서(31)는 제2 패턴부(20-2)의 중심부와 중첩되고, 제2 센서(32)는 제1 패턴부(20-1)의 좌측부와 중첩된다. 즉, 제2 상태(State 2)에서 제3 상태(State 3)로 변화함에 따라, 제1 센서(31)와 패턴부(20)의 중첩 면적은 감소하고, 제2 센서(32)와 패턴부(20)의 중첩 면적도 감소한다. 따라서, 제3 상태(state 3)에 대응되는 도 6의 90°를 참조하면, 제1 센서(31)의 인덕턴스는 변화 전보다 하이 레벨로 증가하고, 제2 센서(32)의 인덕턴스도 변화 전보다 하이 레벨로 증가한다.
제3 상태(State 3) 이후 피검출부(11)는 좌측에서 우측 방향으로 회전하여 제4 상태(State 4)로 변화하며, 제4 상태(State 4)에서 제1 센서(31)는 제1 패턴부(20-1)의 우측부와 중첩되고, 제2 센서(32)는 제2 패턴부(20-2)의 중심부와 중첩된다. 즉, 제3 상태(State 3)에서 제4 상태(State 4)로 변화함에 따라, 제1 센서(31)와 패턴부(20)의 중첩 면적은 증가하고, 제2 센서(32)와 패턴부(20)의 중첩 면적은 감소한다. 따라서, 제4 상태(state 4)에 대응되는 도 6의 135°를 참조하면, 제1 센서(31)의 인덕턴스는 변화 전보다 로우 레벨로 감소하고, 제2 센서(32)의 인덕턴스는 변화 전보다 하이 레벨로 증가한다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이 패턴부(20)가 폭이 점진적으로 변화하는 단일한 띠의 형상을 가짐으로써, 도 6에 도시된 바와 같이 각각의 센서(31, 32)에 감지되는 인덕턴스 값은 곡선의 주파수 파형을 나타낼 수 있다. 즉, 제1 센서(31) 및 제2 센서(32)와 패턴부(20)의 중첩 면적이 점진적으로 변화함으로써, 그에 따른 인덕턴스의 변화도 연속적인(continuous) 파형을 나타낼 수 있다.
이때, 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이 회전체(10)의 회전 방향을 따라 제1 패턴부(20-1) 및 제2 패턴부(20-2)가 두 번씩 번갈아 형성되고, 제1 센서(31) 및 제2 센서(32)가 이루는 소정의 각도 α가 45°로 결정되는 경우에, 각각의 센서에 의한 인덕턴스의 변화 파형은 서로 90°의 위상차를 가질 수 있다. 그리고, 이에 따라 제1 센서(31) 및 제2 센서(32)에 감지되는 인덕턴스의 변화는, 각각 사인(sine) 함수 또는 코사인(cosine) 함수를 나타낼 수 있다.
도 7은 종래의 회전체 감지 장치에 의하여 측정된 인덕턴스의 변화 그래프(a) 및 본 발명에 따른 회전체 감지 장치에 의하여 측정된 인덕턴스의 변화 그래프(b)의 일 예를 나타낸 것이다.
구체적으로, 도 7의 (a)는 종래 피검출부(11)에 두 개의 패턴부가 좌우로 나란히 형성되고, 이에 각각 대응되도록 두 개의 센서가 좌우로 나란히 배치되는 경우, 각각의 센서에 의해 검출되는 인덕턴스 변화를 측정한 실험 데이터이다. 또한, 도 7의 (b)는 본 발명에 따른 피검출부(11)에 단일한 띠 형상의 패턴부(20)가 형성되고, 소정의 각도를 이루는 두 개의 센서(31, 32)가 패턴부(20)의 서로 다른 일 영역에 대응되도록 배치되는 경우, 각각의 센서에 의해 검출되는 인덕턴스 변화를 측정한 실험 데이터이다.
도 7의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 회전체 감지 장치(100)에 의하여 회전을 검출하는 경우에도, 종래의 회전체 감지 장치와 마찬가지로 서로 주기가 같고 위상이 다른 주파수 형태의 파형이 각각 나타난 것을 확인할 수 있다. 또한, 패턴부(20)의 형태에 따라 제1 센서(31) 및 제2 센서(32)가 이루는 소정의 각도를 적절하게 결정함으로써, 두 개의 파형이 오작동 또는 노이즈에 따른 오차 보정에 용이한 90°의 위상차를 갖도록 구현될 수 있음을 확인하였다.
한편, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 회전체 감지 장치(100)에 의하면, 도 7의 (a)에 도시된 종래의 회전체 감지 장치보다 인덕턴스의 변화량(ΔL) 및 평균 인덕턴스 값(Avg)이 더 크게 측정되었다. 이러한 결과는 제1 센서(31)의 센싱 코일 및 제2 센서(32)의 센싱 코일이 서로 물리적으로 분리되어 배치됨으로써, 전자기적 크로스 토크 현상(Electro-magnetic Flux Cross Talk)의 발생 정도가 감소됨에 따른 것이다.
즉, 본 발명에 따른 회전체 감지 장치(100)의 제1 센서(31) 및 제2 센서(32)가 종래와 달리 서로 소정의 각도를 이루도록 이격되어 배치됨으로써, 인덕턴스의 변화량(ΔL) 및 평균 인덕턴스 값(Avg)이 증가하는 효과가 함께 발생하였다. 이에 따라, 센싱값의 증폭이 종래보다 증대됨으로써, 회전체(10)의 회전 각도에 대한 검출이 더 정밀하게 이루어질 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
11: 피검출부
12: 회전축
13: 회전 인가부
20: 패턴부
20-1: 제1 패턴부
20-2: 제2 패턴부
30: 센서
31: 제1 센서
32: 제2 센서
40: 기판
50: 프레임

Claims (16)

  1. 피검출부를 갖는 회전체;
    상기 피검출부에 상기 회전체의 회전 방향을 따라 형성된 패턴부;
    상기 피검출부의 일 영역과 대향 배치된 제1 센서; 및
    상기 제1 센서와 이격되어 상기 피검출부의 타 영역과 대향 배치된 제2 센서; 를 포함하며,
    상기 패턴부는 서로 폭이 다른 제1 패턴부 및 제2 패턴부를 포함하는
    회전체 감지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 패턴부는 상기 회전체의 회전 방향을 따라 상기 제1 패턴부 및 상기 제2 패턴부가 번갈아 형성되는
    회전체 감지 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 패턴부 및 상기 제2 패턴부는 폭이 점진적으로 변화하는 단일한 띠의 형상을 이루도록 연속적으로 연결되는
    회전체 감지 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 센서의 위치에 대응되는 상기 패턴부의 형태와 상기 제2 센서의 위치에 대응되는 상기 패턴부의 형태가 다른
    회전체 감지 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 센서 및 상기 제2 센서는 상기 회전체의 중심부를 기준으로 소정의 각도를 갖도록 이격 배치되는
    회전체 감지 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 센서의 센싱면에 대하여 상기 제2 센서의 센싱면이 45°의 경사각을 이루도록 배치되는
    회전체 감지 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 회전체가 삽입 배치되는 프레임을 더 포함하고,
    상기 프레임의 일 면은 타 면에 대하여 소정의 각도를 갖도록 경사지게 구현되며,
    상기 프레임의 일 면 및 타 면의 내측면에 각각 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서가 상기 소정의 각도를 이루도록 배치되는
    회전체 감지 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 센서 및 상기 제2 센서를 실장하는 기판을 더 포함하고,
    상기 기판은 상기 프레임의 일 면 및 타 면의 외측면을 둘러싸도록 구부러져 형성되는
    회전체 감지 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 패턴부는 금속 물질로 형성되고,
    상기 제1 센서 및 상기 제2 센서는 각각 센싱 코일을 포함하는
    회전체 감지 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 회전체가 회전함에 따라 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서에 각각 인덕턴스의 변화가 감지되고, 상기 각각의 인덕턴스의 변화는 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서의 배치 관계에 따라 소정의 위상차를 갖는
    회전체 감지 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 센서 및 상기 제2 센서에 감지되는 인덕턴스의 변화는 각각 사인(sine) 함수 또는 코사인(cosine) 함수를 나타내는
    회전체 감지 장치.
  12. 피검출부를 갖는 회전체;
    상기 회전체의 회전 방향을 따라 형성되며, 상기 피검출부를 둘러싸는 단일한 띠의 형상을 갖는 패턴부;
    상기 피검출부의 일 영역과 대향 배치되는 제1 센서; 및
    상기 피검출부의 타 영역과 대향 배치되며, 상기 제1 센서와 소정 각도를 이루도록 이격되는 제2 센서; 를 포함하는
    회전체 감지 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 패턴부의 단일한 띠의 형상은 상기 회전체의 회전 방향을 따라 폭이 점진적으로 변화하도록 형성되는
    회전체 감지 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 센서의 위치에 대응되는 상기 패턴부의 폭과 상기 제2 센서의 위치에 대응되는 상기 패턴부의 폭이 다른
    회전체 감지 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제1 센서의 센싱면과 상기 제2 센서의 센싱면이 45°의 경사각을 이루도록 배치되는
    회전체 감지 장치.
  16. 제12항에 있어서,
    플렉서블 기판을 더 포함하고,
    상기 제1 센서 및 상기 제2 센서는 상기 플렉서블 기판의 동일한 면에 실장되는
    회전체 감지 장치.
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