KR101272010B1 - 미소 변위 측정 센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 미소 변위 측정 센서에 관한 것으로, 자기장을 발생시키는 마그네트 유닛과 자기장 변화를 감지하는 감지 센서 유닛을 이용하여 비접촉 방식으로 서로 상대 이동하는 두 물체에 대한 미세 상대 이동 변위를 측정할 수 있도록 함으로써, 단순한 구조와 저렴한 비용으로 용이하게 제작할 수 있고 차량 및 다양한 기계에 널리 적용할 수 있으며, 서로 상대 이동하는 마그네트 유닛과 감지 센서 유닛을 별도의 클립 조인트로 연결하여 정확한 위치에 탄성 복귀하도록 함으로써, 더욱 정확하게 미소 변위에 대한 측정이 가능한 미소 변위 측정 센서를 제공한다.

Description

미소 변위 측정 센서{Measuring Sensor for Fine Displacement}
본 발명은 미소 변위 측정 센서에 관한 것이다. 보다 상세하게는 자기장을 발생시키는 마그네트 유닛과 자기장 변화를 감지하는 감지 센서 유닛을 이용하여 비접촉 방식으로 서로 상대 이동하는 두 물체에 대한 미세 상대 이동 변위를 측정할 수 있도록 함으로써, 단순한 구조와 저렴한 비용으로 용이하게 제작할 수 있고 차량 및 다양한 기계에 널리 적용할 수 있으며, 서로 상대 이동하는 마그네트 유닛과 감지 센서 유닛을 별도의 클립 조인트로 연결하여 정확한 위치에 탄성 복귀하도록 함으로써, 더욱 정확하게 미소 변위에 대한 측정이 가능한 미소 변위 측정 센서에 관한 것이다.
자동차 등의 차량은 이동 수단으로서의 기능을 넘어서 사용자로 하여금 보다 안정적이면서도 편안한 주행 상태를 제공할 수 있도록 하는 다양한 기능이 추가되고 있는데, 차량의 핵심 구동 요소로서의 엔진 및 변속기에 대한 전자적 제어를 포함한 각종 구성 요소는 전자화되었거나 전자화 단계가 진행되고 있다. 특히, 최근에는 브레이크 장치 또한 전자 제어 방식으로 급속하게 전환되고 있다.
이러한 전자식 브레이크(electro-mechanical brakes)는 전기모터를 이용하여 제동력을 발생시키는 장치로서, 기존의 유압을 조절하여 제동량을 결정하는 유압식 브레이크에 비하여 복잡한 제어 방법이 요구되는데, 특히, 이러한 전자식 브레이크를 정확하게 조절 제어하기 위해서는 전자식 브레이크의 작동 중 전자식 브레이크에 전달되는 제동력의 크기를 정확하게 측정해야 하고 이를 기초로 전자식 브레이크를 제어하는 형태로 구성된다.
이때, 전자식 브레이크에 전달되는 제동력을 측정하는 방식은 일반적으로 별도의 액츄에이터를 통해 제동력을 전달하도록 이동하는 캘리퍼 바디의 이동 변위를 측정하는 방식이 사용되고 있다. 이러한 캘리퍼 바디의 이동 변위는 그 크기가 상대적으로 매우 작을 뿐만 아니라 좀 더 정확한 측정을 위해서는 매우 미세한 이동 변위까지 모두 측정할 수 있어야 한다. 따라서, 이러한 캘리퍼 바디의 미세 이동 변위를 측정하기 위해 일반적으로 브레이크 캘리퍼에 미소 변위 측정 센서가 장착되며, 이러한 미소 변위 측정 센서는 통상 고가의 스트레인 게이지가 사용되고 있다.
한편, 이러한 미소 변위를 측정하기 위한 센서는 차량용 전자식 브레이크 장치 이외에도 정밀 측정 장치 또는 각종 산업 기계 등에 널리 사용되고 있는데, 일반적으로 고가의 스트레인 게이지가 사용되므로 차량이나 각종 기계의 제작 비용을 증가시키고 그 제어 방법 또한 복잡하게 되는 등의 문제가 있었다.
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 본 발명의 목적은 자기장을 발생시키는 마그네트 유닛과 자기장 변화를 감지하는 감지 센서 유닛을 이용하여 비접촉 방식으로 서로 상대 이동하는 두 물체에 대한 미세 상대 이동 변위를 측정할 수 있도록 함으로써, 단순한 구조와 저렴한 비용으로 용이하게 제작할 수 있으며 차량 및 다양한 기계에 널리 적용할 수 있는 미소 변위 측정 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 서로 상대 이동하는 마그네트 유닛과 감지 센서 유닛을 별도의 클립 조인트로 연결하여 정확한 위치에 탄성 복귀하도록 함으로써, 더욱 정확하게 미소 변위에 대한 측정이 가능한 미소 변위 측정 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 단순한 구조로 조립성을 향상시킴과 동시에 오조립을 방지할 수 있는 구조를 채용하여 조립 작업 공정의 불량률을 감소시킬 수 있는 미소 변위 측정 센서를 제공하는 것이다.
본 발명은, 전자식 브레이크에 전달되는 제동력을 측정하기 위해 브레이크 캘리퍼에 장착되는 차량용 미소 변위 측정 센서에 있어서, 캘리퍼 바디와 일체로 이동하도록 결합되며 자기장을 발생시키는 마그네트 유닛; 및 상기 마그네트 유닛과 이격 배치되며, 상기 마그네트 유닛의 이동에 따른 자기장 변화를 감지할 수 있도록 상기 마그네트 유닛에 대해 상대 이동 가능하게 배치되는 감지 센서 유닛을 포함하고, 상기 감지 센서 유닛을 통해 상기 마그네트 유닛의 상대 이동 변위를 감지하는 것을 특징으로 하는 차량용 미소 변위 측정 센서를 제공한다.
이때, 상기 마그네트 유닛과 상기 감지 센서 유닛은 별도의 클립 조인트를 통해 연결되며, 상대 이동 후 원상 복귀하는 과정에서 상기 클립 조인트의 탄성력에 의해 최초 상태의 기준 위치로 원상 복귀하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 클립 조인트는 상기 마그네트 유닛과 상기 감지 센서 유닛의 상대 이동에 따라 탄성 변형하는 탄성 변형부; 및 상기 탄성 변형부의 양단에 각각 형성되어 상기 마그네트 유닛과 상기 감지 센서 유닛에 각각 결합되는 제 1 및 제 2 결합부를 포함하고, 상기 탄성 변형부는 절곡된 형태로 형성될 수 있다.
또한, 상기 탄성 변형부는 상기 마그네트 유닛과 상기 감지 센서 유닛의 상대 이동에 따라 탄성 변형이 발생되도록 일측 방향으로 길게 형성되는 작동부; 및 상기 작동부의 양단에 직각 방향으로 절곡되도록 각각 연장 형성되는 지지부를 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 상기 마그네트 유닛은 일측에 삽입홈이 형성되는 마그네트 케이스; 및 상기 마그네트 케이스의 삽입홈에 삽입 결합되는 자석을 포함하고, 상기 자석은 단극 자석 또는 다극 착자된 자석이 적용될 수 있다.
또한, 상기 마그네트 케이스의 삽입홈 및 상기 자석의 일측 모서리 부위에는 상기 자석이 상기 삽입홈에 특정 배치 방향으로 삽입 결합될 수 있도록 서로 대응되는 챔퍼링부가 형성될 수 있다.
또한, 상기 자석이 상기 마그네트 케이스의 삽입홈으로부터 이탈 방지되도록 상기 삽입홈을 폐쇄하는 별도의 커버 블록이 상기 마그네트 케이스에 결합되고, 상기 커버 블록의 상기 삽입홈을 향한 일면에는 챔퍼링 돌기가 형성되고, 상기 자석에는 상기 자석이 상기 삽입홈에 특정 배치 방향으로 삽입 결합되도록 상기 챔퍼링 돌기에 대응되는 챔퍼링부가 형성될 수 있다.
한편, 상기 감지 센서 유닛은 센서 하우징; 상기 센서 하우징 내부에 장착되는 PCB 기판; 및 상기 PCB 기판에 장착되어 상기 마그네트 유닛의 자기장 변화를 감지하는 홀 센서를 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 본 발명은, 상호 상대 이동이 가능한 제 1 및 제 2 물체에 대해 서로에 대한 상대 이동 변위를 측정하는 미소 변위 측정 센서에 있어서, 상기 제 1 물체와 일체로 이동하도록 결합되는 마그네트 유닛; 및 상기 제 2 물체와 일체로 이동하도록 결합되며 상기 마그네트 유닛과 이격되게 배치되는 감지 센서 유닛을 포함하고, 상기 제 2 물체에 대한 상기 제 1 물체의 상대 이동에 따라 발생하는 상기 마그네트 유닛의 자기장 변화를 상기 감지 센서 유닛을 통해 감지하여 상기 제 1 물체와 상기 제 2 물체의 서로에 대한 상대 이동 변위를 측정하는 것을 특징으로 하는 미소 변위 측정 센서를 제공한다.
본 발명에 의하면, 자기장을 발생시키는 마그네트 유닛과 자기장 변화를 감지하는 감지 센서 유닛을 이용하여 비접촉 방식으로 서로 상대 이동하는 두 물체에 대한 미세 상대 이동 변위를 측정할 수 있도록 함으로써, 단순한 구조와 저렴한 비용으로 용이하게 제작할 수 있으며 차량 및 다양한 기계에 널리 적용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 서로 상대 이동하는 마그네트 유닛과 감지 센서 유닛을 별도의 클립 조인트로 연결하여 정확한 위치에 탄성 복귀하도록 함으로써, 더욱 정확하게 미소 변위에 대한 측정이 가능하다는 효과가 있다.
또한, 단순한 구조로 조립성을 향상시킴과 동시에 오조립을 방지할 수 있는 구조를 채용하여 조립 작업 공정의 불량률을 현저히 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 미소 변위 측정 센서의 구조를 개략적으로 도시한 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 미소 변위 측정 센서의 내부 구성을 개략적으로 도시한 분해 사시도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 미소 변위 측정 센서의 동작 상태를 개략적으로 도시한 동작 상태도,
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 미소 변위 측정 센서의 동작 원리를 개념적으로 도시한 개념도,
도 6 내지 도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 차량용 미소 변위 측정 센서의 동작 원리를 개념적으로 도시한 개념도,
도 10 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 미소 변위 측정 센서의 마그네트 유닛에 대한 다양한 조립 상태를 개략적으로 도시한 분해 사시도,
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 미소 변위 측정 센서를 이용한 전자식 브레이크 제동력 측정 방법에 대한 동작 흐름도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 미소 변위 측정 센서의 구조를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 미소 변위 측정 센서의 내부 구성을 개략적으로 도시한 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 미소 변위 측정 센서의 동작 상태를 개략적으로 도시한 동작 상태도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 미소 변위 측정 센서는 전자식 브레이크에 전달되는 제동력을 측정하기 위해 브레이크 캘리퍼에 장착되어 브레이크 캘리퍼의 이동 변위를 비접촉 방식으로 측정하는 장치로, 서로 이격 배치됨과 동시에 서로 상대 이동 가능하게 배치되는 마그네트 유닛(100) 및 감지 센서 유닛(200)을 포함하여 구성되고, 마그네트 유닛(100)과 감지 센서 유닛(200)을 연결하는 별도의 클립 조인트(300)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 마그네트 유닛(100)과 감지 센서 유닛(200)은 서로에 대해 상대 이동 가능하도록 서로 다른 부품에 결합되는데, 예를 들면, 둘 중 어느 하나는 고정 부품에 결합되고 나머지 하나는 탄성 변형 부품 또는 이동 가능한 부품에 결합되거나, 또는 두개 모두 각각 서로 다른 탄성 변형 부품에 결합되거나, 또는 두개 모두 각각 서로 다른 이동 가능한 부품에 결합되어 서로에 대해 상대 이동 가능하도록 구성될 수 있다. 브레이크 캘리퍼에 장착되는 경우를 예로 들면, 마그네트 유닛(100)은 탄성 변형하는 캘리퍼 바디에 결합되고 감지 센서 유닛(200)은 별도의 고정구를 통해 차체에 위치 고정되게 결합되는 방식으로 구성될 수 있는데, 이하에서는 마그네트 유닛(100)이 결합되는 부품을 제 1 물체(P1), 감지 센서 유닛(200)이 결합되는 부품을 제 2 물체(P2)로 통칭하여 설명한다.
마그네트 유닛(100)은 제 1 물체(P1)와 일체로 이동하도록 제 1 물체(P1)에 결합되며, 자석을 통해 자기장을 발생시키도록 구성된다. 이러한 마그네트 유닛(100)은 도 2에 도시된 바와 같이 자기장을 발생시키는 자석(120)과, 자석(120)이 삽입 결합되도록 일측에 삽입홈(111)이 형성되는 마그네트 케이스(110)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 자석(120)은 단극 자석으로 적용될 수도 있고 좀 더 다양한 형태의 다극 착자된 자석으로 적용될 수도 있다. 한편, 마그네트 케이스(110)에는 제 1 물체(P1)와의 결합을 위한 별도의 결합홈(112)이 형성될 수 있고, 이를 통해 제 1 물체(P1)와 함께 일체로 이동하도록 결합될 수 있다.
또한, 마그네트 케이스(110)의 삽입홈(111)이 형성된 일면에는 별도의 커버 블록(130)이 결합될 수 있는데, 이러한 커버 블록(130)을 통해 삽입홈(111)의 개방된 면을 폐쇄할 수 있으므로, 삽입홈(111)에 삽입 결합된 자석(120)은 커버 블록(130)에 의해 삽입홈(111)에 삽입 결합된 상태에서 이탈 방지되게 고정될 수 있다.
감지 센서 유닛(200)은 마그네트 유닛(100)과 이격되게 배치되며, 제 1 물체(P1)와 함께 이동하는 마그네트 유닛(100)의 이동에 따른 자기장 변화를 감지할 수 있도록 마그네트 유닛(100)에 대해 상대 이동 가능하게 배치된다. 즉, 전술한 바와 같이 마그네트 유닛(100)이 결합되는 제 1 물체(P1)와는 별도로 이동하거나 고정되는 제 2 물체(P2)에 결합 배치되어 마그네트 유닛(100)에 대해 상대 이동하도록 배치된다. 이때, 감지 센서 유닛(200)과 마그네트 유닛(100)은 서로 비접촉되도록 이격된 상태로 배치된다.
이러한 감지 센서 유닛(200)은 본 발명의 일 실시예에 따라 제 2 물체(P2)에 결합되는 센서 하우징(210)과, 센서 하우징(210) 내부에 장착되는 PCB 기판(220)과, PCB 기판(220)에 장착되어 마그네트 유닛(100)의 자기장 변화를 감지하는 홀 센서(230)를 포함하여 구성된다. 센서 하우징(210)에는 감지 센서 유닛(200)이 제 2 물체(P2)에 결합될 수 있도록 별도의 결합 고정부(212)가 형성될 수 있으며, 일측에는 외부와의 전기적 연결을 위한 커넥터부(211)가 형성될 수 있다.
한편, 홀 센서(230)가 장착된 PCB 기판(220)이 센서 하우징(210) 내부에 고정될 수 있도록 별도의 고정 블록(240)이 구비될 수 있으며, 고정 블록(240)에는 PCB 기판(220)에 접합되도록 커넥터 핀(250)이 결합된다. PCB 기판(220)에는 이러한 커넥터 핀(250)이 관통하며 납땜 접합될 수 있도록 커넥터 핀(250)과 대응되는 위치에 접합홀(221)이 형성되며, 이러한 커넥터 핀(250)이 센서 하우징(210)의 커넥터부(211)에 삽입되고 이를 통해 ECU와 같은 외부 전자 기기와 전기적으로 연결된다.
또한, PCB 기판(220)에 장착되는 홀 센서(230)는 마그네트 유닛(100)의 자석(120)에 의한 자기장 변화를 원활하게 감지할 수 있도록 마그네트 유닛(100)의 자석(120)과 인접한 위치에 배치되는 것이 바람직하다.
이와 같이 센서 하우징(210) 내부에 홀 센서(230), PCB 기판(220) 및 고정 블록(240)이 결합 배치된 상태에서 센서 하우징(210)의 외부 마감을 위해 별도의 하우징 커버(250)가 센서 하우징(210)의 일측에 결합될 수 있다.
이러한 구조에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 미소 변위 센서는 제 1 물체(P1)와 함께 마그네트 유닛(100)이 이동함에 따라 발생하는 자기장 변화를 감지 센서 유닛(200)을 통해 감지하여 마그네트 유닛(100)의 상대 이동 변위를 측정할 수 있다. 이러한 측정값을 별도의 연산 장치를 통해 연산하여 필요한 데이터, 예를 들면 브레이크 제동력과 같은 데이터로 환산함으로써, 전자식 브레이크에 전달되는 제동력을 측정할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 미소 변위 센서는 마그네트 유닛(100)과 감지 센서 유닛(200)이 별도의 클립 조인트(300)를 통해 상호 연결된다. 클립 조인트(300)는 탄성력을 갖도록 탄성 재질로 형성되며, 이러한 클립 조인트(300)의 탄성력에 의해 마그네트 유닛(100)과 감지 센서 유닛(200)이 상호 상대 이동한 후 원상 복귀하는 과정에서 최초 상태의 기준 위치로 원상 복귀될 수 있다.
예를 들어, 마그네트 유닛(100)이 탄성 변형하는 제 1 물체(P1)에 결합되어 제 1 물체(P1)의 탄성 변형에 의해 미세 이동하게 되면, 이러한 미세 이동에 따른 이동 변위는 감지 센서 유닛(200)에 의해 감지되는데, 이때, 제 1 물체(P1)는 외부 하중에 의해 탄성 변형하고 외부 하중이 제거되면 원상 복귀하게 된다. 따라서, 제 1 물체(P1)가 원상 복귀하게 되면 마그네트 유닛(100) 또한 최초 상태의 기준 위치로 원상 복귀되고, 이러한 과정이 감지 센서 유닛(200)에 의해 모두 감지된다. 그러나, 제 1 물체(P1) 및 마그네트 유닛(100)이 원상 복귀하는 과정에서 매우 미세한 영구 변형이 발생될 수도 있고 기타 다른 외부 작용에 의해 최초 상태의 기준 위치로 정확하게 복귀하지 못하는 경우가 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따라 탄성력을 갖는 클립 조인트(300)가 마그네트 유닛(100)과 감지 센서 유닛(200)을 연결하도록 장착되며, 마그네트 유닛(100)과 감지 센서 유닛(200)은 상대 이동 후 원상 복귀하는 과정에서 클립 조인트(300)의 탄성력에 의해 더욱 정확하게 최초 상태의 기준 위치로 원상 복귀될 수 있다.
이러한 클립 조인트(300)는 마그네트 유닛(100)과 감지 센서 유닛(200)의 상대 이동에 따라 탄성 변형하는 탄성 변형부(310)와, 탄성 변형부(310)의 양단에 각각 형성되어 마그네트 유닛(100)과 감지 센서 유닛(200)에 각각 결합되는 제 1 및 제 2 결합부(320,330)를 포함하여 구성되며, 이때, 탄성 변형부(310)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 절곡된 형태로 형성되는 것이 바람직하다.
예를 들면, 탄성 변형부(310)는 마그네트 유닛(100)과 감지 센서 유닛(200)의 상대 이동에 따라 탄성 변형이 발생되도록 일측 방향으로 길게 형성되는 작동부(311)와, 작동부(311)의 양단에 직각 방향으로 절곡되도록 각각 연장 형성되는 지지부(312)를 포함하여 구성될 수 있다. 좀 더 구체적으로 살펴보면, 탄성 변형부(310)에서 실질적으로 탄성 변형이 발생되는 부위는 작동부(311)이고, 지지부(312)는 이러한 작동부(311)를 지지하는 역할을 수행하도록 구성된다. 따라서, 작동부(311)는 마그네트 유닛(100)과 감지 센서 유닛(200)의 이격 방향을 따라 길게 형성되며, 지지부(312)는 이러한 작동부(311)의 양단에 직각 방향으로 절곡된 형태로 길게 형성된다.
이러한 구성에 따라 도 3의 (a) 상태에서 (b) 상태로 마그네트 유닛(100)이 Δd 거리 만큼 상대 이동하게 되면, 상대 이동 방향의 하중에 대해 상대적으로 모멘트를 많이 받게 되는 작동부(311)가 탄성 변형하게 된다. 이때, 작동부(311)는 양단의 지지부(312)를 따라 각각 형성된 중심축(C1,C2)을 중심으로 양단부에서 탄성 변형하게 되므로, 탄성 변형이 어느 한 곳에 집중되지 않아 더욱 안정적으로 탄성 변형할 수 있을 뿐만 아니라 더욱 원활하게 탄성 변형할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 미소 변위 측정 센서는 이러한 구조에 따라 마그네트 유닛(100)과 감지 센서 유닛(200)의 상대 이동에 대한 반대 하중을 최소화하여 원활한 상대 이동을 가능하게 하고, 이와 동시에 마그네트 유닛(100)과 감지 센서 유닛(200)의 원상 복귀 과정에서 탄성 복귀력을 강화하여 마그네트 유닛(100)과 감지 센서 유닛(200)이 더욱 정확한 기준 위치로 원상 복귀되도록 한다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 미소 변위 측정 센서의 동작 원리를 개념적으로 도시한 개념도이고, 도 6 내지 도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 차량용 미소 변위 측정 센서의 동작 원리를 개념적으로 도시한 개념도이다.
도 4 및 도 5의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 미소 변위 측정 센서는 마그네트 유닛(100)의 자석(120)과 감지 센서 유닛(200)의 홀 센서(230)의 상대 위치가 미소 변위 Δd 거리 만큼 변화함에 따라 홀 센서(230)를 통해 자석(120)에 의한 자기장 변화를 감지하는 방식으로 이러한 미소 변위를 측정하는데, 이때, 자석(120)은 도 4에 도시된 바와 같이 N극, S극이 하나씩 존재하는 단극 자석으로 적용될 수도 있고, 좀 더 정밀한 측정을 위해 N극, S극이 2개씩 존재하는 다극 착자된 자석으로 적용될 수도 있다. 다극 착자된 자석은 단극 자석 2개를 분리 가능하도록 단순 조립하는 방식으로 제작되거나 또는 다극 착자하는 방식으로 하나의 일체형으로 형성되도록 제작될 수도 있다.
또한, 도 6의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이 홀 센서(230)에 별도의 마그네틱 콘센트레이터(magnetic concentrator)를 장착하거나 또는 도 7의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이 홀 센서(230) 및 자석(120)에 각각 별도의 마그네틱 콘센트레이터를 장착할 수 있으며, 이를 통해 자석(120)의 미소 상대 변위에 대한 더 높은 측정 감도를 유지할 수 있다.
한편, 도 8에 도시된 바와 같이 홀 센서(230)의 자석(120)을 향한 일면의 반대면에 별도의 백편향 마그네트(back-bias magnet)(260)를 장착할 수도 있으며, 이 경우 도 8의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이 백편향 마그네트(260)의 극성 배치를 변경함으로써, 서로 다른 신호가 생성되도록 할 수 있다. 이러한 백편향 마그네트(260)의 극성 배치 변경에 따라 각각의 홀 센서(230)에서는 서로 다른 크기 범위의 전압 신호가 발생하므로, 각각 다른 부품에 적용할 수 있다. 예를 들면, 도 8의 (a)와 같은 배치 상태는 차량 왼쪽 바퀴의 브레이크 캘리퍼에 적용하고, 도 8의 (b)와 같은 배치 상태는 차량 오른쪽 바퀴의 브레이크 캘리퍼에 적용할 수 있다.
이때, 도 8에는 마그네트 유닛(100)의 자석(120)이 단극 자석으로 적용되는 형태가 도시되었으나, 이 경우에도 전술한 바와 마찬가지로 도 9에 도시된 바와 같이 다극 착자된 자석으로 적용될 수 있다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 미소 변위 측정 센서의 마그네트 유닛에 대한 다양한 조립 상태를 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.
마그네트 케이스(110)에는 전술한 바와 같이 삽입홈(111)이 형성되고, 이러한 삽입홈(111)에 자석(120)이 삽입 결합되는데, 이때, 자석(120)의 극성 배치 상태는 홀 센서(230)에 대응하여 기 설정된 상태로 일정하게 배치되어야 하므로, 자석(120)을 마그네트 케이스(110)에 삽입하는 과정에서 이러한 배치 상태를 염두에 두고 조립하여야 한다.
따라서, 자석(120)의 삽입홈(111)에 대한 조립 과정에서 작업자의 오조립 실수를 방지하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따라 오조립 방지 수단이 구비된다.
예를 들면, 도 10에 도시된 바와 같이 마그네트 케이스(110)의 삽입홈(111)의 일측 모서리 부위에 챔퍼링부(T)가 형성되고, 삽입홈(111)에 삽입되는 자석(120)에도 이와 대응되는 형태의 챔퍼링부(T)가 형성되는 방식으로 구성될 수 있다. 따라서, 자석(120)은 이러한 챔퍼링부(T)에 의해 항상 특정 배치 상태로만 삽입홈(111)에 삽입되고, 다른 배치 상태에서는 챔퍼링부(T)에 의해 간섭되어 삽입홈(111)에 삽입되지 않는다.
또한, 도 11에 도시된 바와 같이 마그네트 케이스(110)에 결합되는 커버 블록(130)의 삽입홈(111)의 향한 일면에는 별도의 챔퍼링 돌기(T1)가 형성되고, 자석(120)에는 이러한 챔퍼링 돌기(T1)에 대응되는 챔퍼링부(T)가 일측 모서리부위에 형성될 수 있다. 따라서, 자석(120)은 이러한 챔퍼링 돌기(T1) 및 챔퍼링부(T)에 의해 특정 배치 상태로만 삽입홈(111)에 삽입 결합될 수 있다.
한편, 도 11에는 챔퍼링 돌기(T1)가 1개 형성되고, 이에 대응되는 자석(120)의 챔퍼링부(T) 또한 1개만 형성되는데, 이와 달리 도 12에 도시된 바와 같이 커버 블록(130)에는 서로 다른 위치에 2개의 챔퍼링 돌기(T1)가 형성되고, 자석(120)에는 이에 대응하여 2개의 챔퍼링부(T)가 형성될 수도 있다. 이때, 도 11에 도시된 구조는 다극 착자된 자석이 일체형으로 제작되는 경우 적용하는 것이 유리하고, 도 12에 도시된 구조는 다극 착자된 자석이 2개의 단극 자석의 조립 형태로 제작되는 경우 적용하는 것이 유리할 것이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 미소 변위 측정 센서를 이용한 전자식 브레이크 제동력 측정 방법에 대한 동작 흐름도이다.
이상에서 설명한 차량용 미소 변위 측정 센서를 이용하여 전자식 브레이크 제동력을 측정하는 방법을 도 13을 중심으로 살펴보면, 먼저, 차량 시동이 온 상태로 작동하면(S1), 차량의 ECU는 전자식 브레이크에 일정 구간 범위의 제동력을 가하도록 제어한다(S2). 이러한 제어를 통해 발생하는 제동력을 차량용 미소 변위 센서를 통해 측정하고(S3), 측정된 실측치를 별도의 저장장치에 저장된 기준치와 비교한다(S4). 이와 같이 비교된 값을 기준으로 실측치와 기준치의 오차가 미리 설정된 기준 오차 이하인지 여부를 판단하고(S5), 기준 오차 이하이면 새롭게 측정된 실측치를 ECU에 송출하고(S6), ECU는 이를 기준으로 주행 중의 제동력을 측정 제어한다. 이와 같이 실측치를 기준으로 주행중의 제동력을 측정 제어한 후 차량 시동이 오프되면(S7), 실측치를 새로운 기준치로 별도의 저장장치에 저장하고(S8) 종료된다.
이때, 만약 실측치와 기준치의 오차가 기준 오차 이상이면, 저장장치의 기준치를 ECU에 송출하고(S9), ECU는 이를 기준으로 주행 중의 제동력을 측정 제어하며, 이후 차량 시동이 오프되면, 별도의 기준치를 새로 저장하지 않고 그대로 종료된다.
한편, 이상에서 설명한 미소 변위 측정 센서는 차량용으로 한정하여 설명하였으나, 이는 상호 상대 이동이 가능한 제 1 물체(P1) 및 제 2 물체(P2)에 대해 서로에 대한 상대 이동 변위를 측정하는 일반적인 미소 변위 측정 센서로 적용될 수 있다. 즉, 다양한 산업 기계 들에 광범위하게 적용될 수 있다.
이러한 일반적인 미소 변위 측정 센서는 전술한 차량용 미소 변위 측정 센서와 동일한 구조로서, 좀 더 부연 설명하면, 제 1 물체(P1)와 일체로 이동하도록 결합되는 마그네트 유닛(100)과, 마그네트 유닛(100)과 이격 배치되며 마그네트 유닛(100)과 상대 이동 가능하도록 제 2 물체(P2)와 일체로 이동하게 결합되는 감지 센서 유닛(200)을 포함하여 구성되며, 제 2 물체(P2)에 대한 제 1 물체(P1)의 상대 이동에 따라 발생하는 마그네트 유닛(100)의 자기장 변화를 감지 센서 유닛(200)을 통해 감지하여 제 1 물체(P1)와 제 2 물체(P2)의 서로에 대한 상대 이동 변위를 측정한다.
이때, 마그네트 유닛(100)과 감지 센서 유닛(200)은 전술한 바와 같이 별도의 클립 조인트(300)를 통해 연결되도록 결합될 수 있고, 아울러 도 1 내지 도 12에서 설명한 바와 동일한 모든 구조를 동일하게 적용할 수 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 마그네트 유닛 120: 자석
200: 감지 센서 유닛 230: 홀 센서
300: 클립 조인트 310: 탄성 변형부
311: 작동부 312: 지지부

Claims (11)

  1. 전자식 브레이크에 전달되는 제동력을 측정하기 위해 브레이크 캘리퍼에 장착되는 차량용 미소 변위 측정 센서에 있어서,
    캘리퍼 바디와 일체로 이동하도록 결합되며 자기장을 발생시키는 마그네트 유닛; 및 상기 마그네트 유닛과 이격 배치되며, 상기 마그네트 유닛의 이동에 따른 자기장 변화를 감지할 수 있도록 상기 마그네트 유닛에 대해 상대 이동 가능하게 배치되는 감지 센서 유닛을 포함하고, 상기 감지 센서 유닛을 통해 상기 마그네트 유닛의 상대 이동 변위를 감지하고,
    상기 마그네트 유닛과 상기 감지 센서 유닛은 별도의 클립 조인트를 통해 연결되며, 상대 이동 후 원상 복귀하는 과정에서 상기 클립 조인트의 탄성력에 의해 최초 상태의 기준 위치로 원상 복귀하고,
    상기 클립 조인트는: 상기 마그네트 유닛과 상기 감지 센서 유닛의 상대 이동에 따라 탄성 변형하는 탄성 변형부; 및 상기 탄성 변형부의 양단에 각각 형성되어 상기 마그네트 유닛과 상기 감지 센서 유닛에 각각 결합되는 제 1 및 제 2 결합부를 포함하고, 상기 탄성 변형부는 절곡된 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 미소 변위 측정 센서.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄성 변형부는
    상기 마그네트 유닛과 상기 감지 센서 유닛의 상대 이동에 따라 탄성 변형이 발생되도록 일측 방향으로 길게 형성되는 작동부; 및
    상기 작동부의 양단에 직각 방향으로 절곡되도록 각각 연장 형성되는 지지부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 미소 변위 측정 센서.
  5. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 마그네트 유닛은
    일측에 삽입홈이 형성되는 마그네트 케이스; 및
    상기 마그네트 케이스의 삽입홈에 삽입 결합되는 자석
    을 포함하고, 상기 자석은 단극 자석 또는 다극 착자된 자석이 적용되는 것을 특징으로 하는 차량용 미소 변위 측정 센서.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 마그네트 케이스의 삽입홈 및 상기 자석의 일측 모서리 부위에는 상기 자석이 상기 삽입홈에 특정 배치 방향으로 삽입 결합될 수 있도록 서로 대응되는 챔퍼링부가 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 미소 변위 측정 센서.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 자석이 상기 마그네트 케이스의 삽입홈으로부터 이탈 방지되도록 상기 삽입홈을 폐쇄하는 별도의 커버 블록이 상기 마그네트 케이스에 결합되고, 상기 커버 블록의 상기 삽입홈을 향한 일면에는 챔퍼링 돌기가 형성되고, 상기 자석에는 상기 자석이 상기 삽입홈에 특정 배치 방향으로 삽입 결합되도록 상기 챔퍼링 돌기에 대응되는 챔퍼링부가 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 미소 변위 측정 센서.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 자석의 일측에는 마그네틱 콘센트레이터가 장착되는 것을 특징으로 하는 차량용 미소 변위 측정 센서.
  9. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 감지 센서 유닛은
    센서 하우징;
    상기 센서 하우징 내부에 장착되는 PCB 기판; 및
    상기 PCB 기판에 장착되어 상기 마그네트 유닛의 자기장 변화를 감지하는 홀 센서
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 미소 변위 측정 센서.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 홀 센서의 일측에는 마그네틱 콘센트레이터가 장착되는 것을 특징으로 하는 차량용 미소 변위 측정 센서.
  11. 상호 상대 이동이 가능한 제 1 및 제 2 물체에 대해 서로에 대한 상대 이동 변위를 측정하는 미소 변위 측정 센서에 있어서,
    상기 제 1 물체와 일체로 이동하도록 결합되는 마그네트 유닛; 및
    상기 제 2 물체와 일체로 이동하도록 결합되며 상기 마그네트 유닛과 이격되게 배치되는 감지 센서 유닛
    을 포함하고, 상기 제 2 물체에 대한 상기 제 1 물체의 상대 이동에 따라 발생하는 상기 마그네트 유닛의 자기장 변화를 상기 감지 센서 유닛을 통해 감지하여 상기 제 1 물체와 상기 제 2 물체의 서로에 대한 상대 이동 변위를 측정하고,
    상기 마그네트 유닛과 상기 감지 센서 유닛은 별도의 클립 조인트를 통해 연결되며, 상대 이동 후 원상 복귀하는 과정에서 상기 클립 조인트의 탄성력에 의해 최초 상태의 기준 위치로 원상 복귀하고,
    상기 클립 조인트는: 상기 마그네트 유닛과 상기 감지 센서 유닛의 상대 이동에 따라 탄성 변형하는 탄성 변형부; 및 상기 탄성 변형부의 양단에 각각 형성되어 상기 마그네트 유닛과 상기 감지 센서 유닛에 각각 결합되는 제 1 및 제 2 결합부를 포함하고, 상기 탄성 변형부는 절곡된 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 미소 변위 측정 센서.

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