KR101681778B1 - 토크앵글센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 케이스의 구성을 간소화함으로써 조립시의 공차를 최소화할 수 있고 조립불량의 최소화되며 성능이 안정화될 수 있는 토크앵글센서에 관한 것으로, 조향 입력축과 출력축 사이에 배치되는 토크앵글센서로서, 상부케이스, 상기 입력축과 연결되며 외주면에 마그네트가 배치되는 로터, 상기 로터의 외주면에 이격되어 배치되며 출력축과 연결되는 스테이터, 상기 스테이터와 결합하고 외주면에 치가 형성되며, 상기 스테이터와 함께 회동하는 메인기어, 상기 메인기어의 치에 치합되는 치가 형성되고 마그네트를 포함하는 서브기어 그리고, 상기 상부케이스의 하측에서 결합하며 상기 상부케이스와 함께 외관을 형성하는 하부케이스를 포함하는 토크앵글센서를 제공한다. 따라서, 종래기술의 미들케이스가 제거됨으로써 구조적으로 단순하고 조립의 신뢰성이 높은 이점이 있다.

Description

토크앵글센서{TORQUE ANGLE SENSOR}

본 발명은 토크앵글센서에 관한 것으로 보다 구체적으로는, 케이스의 구성을 간소화함으로써 조립시의 공차를 최소화할 수 있고 조립불량의 최소화되며 성능이 안정화될 수 있는 토크앵글센서에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 조향의 안정성을 보장하기 위한 장치로 별도의 동력으로 보조하는 조향장치가 사용된다. 기존에는 이와 같은 보조 조향장치를 유압을 이용한 장치로 사용하였으나, 최근에는 동력의 손실이 적고 정확성이 우수한 전동식 조향장치(Electronic Power Streeing System}가 사용된다.

상기와 같은 전동식 조향장치(EPS)는 차속센서, 토크 앵글센서 및 토크센서 등에서 감지한 운행조건에 따라 전자제어장치(Electronic Control Unit)에서 모터를 구동하여 선회 안정성을 보장하고 신속한 복원력을 제공함으로써 운전자로 하여금 안전한 주행이 가능하도록 한다.

토크앵글센서(Torque Angle Sensor)는 조향축에 가해지는 토크를 감지하고 감지된 토크에 비례하는 전기신호를 출력하고, 조향축의 회전각에 비례하는 전기신호를 출력하는 장치이다. 도 1은 이와 같은 종래의 토크앵글센서를 나타내는 분해 사시도이다.

토크앵글센서는 상부로부터 상부케이스(10), 로터(50) 및 스테이터(60), 미들케이스(20), 메인기어(41) 및 서브기어(42), PCB(40) 그리고 하부케이스(30)로 구성된다.

상기 미들케이스(20)를 기준으로 상측에서는 토크센서의 센싱역할을 하게 되는 로터(50)와 스테이터(60)가 배치되고, 하측에는 앵글센서 역할을 하는 기어(41, 42)가 배치된다.

토크센서의 경우 로터(50)의 외주면을 따라 마그네트가 배치되고 그 외주면에 마그네트의 극성에 대응하는 돌출편(61)을 가진 스테이터가 배치됨으로써 상호 회전량의 차이에 따라 자기량을 검출하여 입력축과 출력축의 토크를 검출하여 전자 제어장치로 전송하게 된다.

앵글센서의 경우 운전자가 조향휠을 회전함에 따라 조향축에 부착된 메인기어(41)가 연동하여 회전하면서 회전각도의 차이가 발생하게 되고, 이 때 메인기어(41)에 부착된 서브기어(42)들에 부착된 마그네트의 자기장과 회전방향을 홀 아이씨(Hall IC)가 인식하여 신호를 전자제어장치로 이송하게 되는 것이다.

한편, 도 2는 종래기술의 토크앵글센서의 측단면도이다. 도면에서와 같이토크앵글센서의 외관을 이루면서 내부에 부품들을 지지하는 케이스가 상기와 같이 상부케이스(10), 하부케이스(30) 및 미들케이스(20)로 이루어지게 된다.

이와 같이 미들케이스(20)를 사이에 두고 상/하부 케이스(10, 30) 및 센싱역할을 하게 되는 부품들이 상호 결합하게 되는데, 3개의 케이스가 상호 결합됨에 따라 치수와 공차에 따라 오차가 발생하게 되고 이는 조립의 불량 또는 성능의 저하를 야기하게 된다.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 케이스의 수를 줄임으로써 조립되는 부품을 최소화하여 조립되는 부품들간의 오차를 줄이고, 성능을 일정하게 하면서도 생산성이 향상되는 토크앵글센서에 관한 것이다.

본 발명에 따른 토크앵글센서는, 조향 입력축과 출력축 사이에 배치되는 토크앵글센서로서, 상부케이스, 상기 입력축과 연결되며 외주면에 마그네트가 배치되는 로터, 상기 로터의 외주면에 이격되어 배치되며 출력축과 연결되는 스테이터, 상기 스테이터와 결합하고 외주면에 치가 형성되며, 상기 스테이터와 함께 회동하는 메인기어, 상기 메인기어의 치에 치합되는 치가 형성되고 마그네트를 포함하는 서브기어 그리고, 상기 상부케이스의 하측에서 결합하며 상기 상부케이스와 함께 외관을 형성하는 하부케이스를 포함하는 토크앵글센서를 제공한다. 따라서, 종래기술의 미들케이스가 제거됨으로써 구조적으로 단순하고 조립의 신뢰성이 높은 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 토크앵글센서는, 상기 스테이터는 상기 로터의 외주면에 배치된 몸체부와 상기 몸체부로부터 하측으로 연장된 원통 형상의 돌출부를 포함하며, 상기 돌출부는 내주면에서 상기 출력축과 결합하고, 외주면에서 상기 메인기어와 결합하는 토크앵글센서를 제공한다. 따라서, 스테이터와 메인기어가 직접적으로 연결됨으로써 구조적 단순함이 제공된다.

또한, 본 발명에 따른 토크앵글센서는, 홀 소자 및 마이크로 컨트롤러가 배치되는 인쇄회로기판을 더 포함하고, 상기 인쇄회로기판은 상기 메인기어 및 상기 서브기어의 상측에 배치된 토크앵글센서를 제공한다. 따라서, 인쇄회로기판이 미들프레임의 역할을 하면서 성능의 안정화가 가능한 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 토크앵글센서는, 상기 홀 소자는 상기 스테이터에 연결되어 자기력의 변화를 가미하는 제1 홀 소자 및 하부케이스와 인쇄회로기판 사이에 배치되어 상기 서브기어의 자기력의 변화를 감지하는 제2 홀 소자인 토크앵글센서를 제공한다. 따라서, 토크와 앵글의 변화를 효과적으로 검출할 수 있는 토크앵글센서가 제공된다.

전술한 내용과 같이 구성된 본 발명에 따른 토크앵글센서는 미들케이스가 삭제되어 토크 및 앵글센서 역할을 할 수 있는 부품들이 직접적으로 체결될 수 있고, 부품의 수 및 재료가 절감됨으로써 경제성이 우수한 이점이 있다.

또한, 조립되는 부품들 간의 조립오차를 최소화할 수 있고 성능을 일정하게 유지할 수 있는 토크앵글센서를 제공할 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 토크앵글센서를 나타내는 분해 사시도.
도 2는 종래기술에 따른 토크앵글센서를 나타내는 측단면도.
도 3은 본 발명에 따른 토크앵글센서를 나타내는 분해 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 토크앵글센서를 나타내는 측단면도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 토크앵글센서를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 토크앵글센서를 나타내는 분해 사시도이며, 도 4는 본 발명에 따른 토크앵글센서가 조립된 모습을 나타낸 측단면도이다.

토크앵글센서는 토션바(미도시)를 매개로 하여 상호 연결된 입력축(미도시)과 출력축(미도시)의 주변에 배치된다. 상기 입력축은 운전자의 스티어링휠을 회전시키는 힘에 의해 회전하게 된다. 출력축은 차량의 전륜과 연결되어 상기 입력축으로부터 힘을 전달받아 회전하게 된다.

본 발명에 따른 토크앵글센서는 외관을 형성하는 상부케이스(100)와 하부케이스(300)가 각각 상하부에 배치된다. 상기 상부케이스(100)와 하부케이스(300)는 상호간에 결합하여 내부에 토크나 앵글을 센싱할 수 있는 부품들이 배치될 수 있도록 수용공간을 형성하게 된다.

상부케이스(100)의 바로 하측에는 로터(500)와 스테이터(600)가 배치된다. 상기 로터(500)는 입력축에 연결되어 함께 회전하는데, 그 외주면에는 마그네트(미도시)가 배치된다.

또한, 스테이터(600)는 출력축과 연결되어 함께 회전하며 로터(500)의 외주면에 배치된 마그네트의 자력의 변화를 감지할 수 있도록 각각의 마그네트를 대향하여 소정의 돌출편이 형성되어 있다.

입력축과 출력축 사이의 부하의 차이에 따라 토션바에 비틀림이 발생하게 되면 상기 로터(500)와 스테이터(600) 사이의 회전의 차이가 발생하게 되고 이는 자기력의 변화로 감지되어 인쇄회로기판(400)에 연결된 홀 소자(Hall IC)에 의해 검출된다.

상기 인쇄회로기판(400)에는 홀 소자 및 마이크로 컨트롤러가 설치되어 전기적으로 신호를 처리하게 된다. 즉, 마이크로 컨트롤러는 홀 소자가 감지한 신호와 미리 설정된 값을 비교하여 토크를 측정하게 된다.

한편, 컨넥터(200)는 토크앵글센서와 전자제어장치와 같은 외부기기와 신호를 상호 입출력하기 위한 부품이다.

상기 스테이터(600)의 하측에는 회전각도 정보를 감지할 수 있도록 메인기어(410)와 서브기어(420)가 배치된다. 상기 메인기어(410)는 출력축과 함께 회전하도록 연결되는데, 서브기어(420)는 메인기어(410)와 서로 다른 기어비를 갖고 있으며 상호간에 치합되는 이빨을 갖게 된다.

한편, 상기 서브기어(420)는 효과적인 회전량 차이를 구현하기 위해 일반적으로 2개가 배치되나 경우에 따라 한 개 또는 세 개 이상이 배치될 수 있음은 물론이다.

한편, 상기 스테이터(600)는 로터(500)의 외주면을 감싸는 형상의 몸체와 하측으로 연장되는 원통 형상의 돌출부(610)로 이루어진다.

상기 돌출부(610)는 내주면에서 출력축과 결합하게 되고, 외주면에서 메인기어(410)와 결합한다. 종래기술에서는 메인기어(410)의 상측에 미들케이스가 배치되는 구조적인 복잡성으로 인해 스테이터와 메인기어가 각각 출력축과 결합되어 함께 회동되지만, 본 발명의 개념에 따른 토크앵글센서는 스테이터(600)가 메인기어(410)와 직접적으로 결합하여 함께 회전하므로 구조적인 단순함을 제공함은 물론, 성능 안정성의 향상도 기대할 수 있는 이점이 있음에 유의하여야 한다.

또한, 상기 스테이터(600)와 메인기어(410)의 결합은 압입되는 방식, 별도의 체결부재를 통해 결합되는 방식 또는 돌기와 요홈부를 배치하여 회동을 고정하는 방식 등 선택에 따라 여러 가지 방법이 사용될 수 있음은 물론이다.

상기 구성들의 하측에는 하부케이스(300)가 배치되는데, 상기 구성들을 지지하면서 상부케이스(100)와 측면에서 결합함으로써 토크앵글센서의 외관을 이루게 된다.

또한, 본 발명의 개념에 따라 인쇄회로기판(400)은 메인기어(410)의 상측에 배치된다. 더욱 정확하게는, 인쇄회로기판(400)에는 중간에 개구가 형성된 대략 원판 형상으로 이루어지며, 상기 개구에는 스테이터(600)의 돌출부(610)가 개입된다.

따라서, 인쇄회로기판(400)은 하측에 메인기어(410)와 서브기어(420)를 바라보게 되고, 상측으로 스테이터(600)의 몸체와 로터(500)를 바라보게 되는 것이다.

이에 따라, 인쇄회로기판(400)은 종래기술의 미들케이스의 역할을 하게 될 수 있다. 즉, 서브기어(420)는 상측에서 인쇄회로기판(400)에 지지되고, 하측에서 하부케이스(300)에 지지될 수 있다.

서브기어(420)에는 회전각도를 자기적으로 검출할 수 있도록 마그네트를 포함하며, 따라서 이러한 기어의 자기신호의 변화를 검출하기 위한 제2 홀 소자(402)는 인쇄회로기판(400)의 하측에 배치된다.

한편, 로터(500)와 스테이터(600) 사이의 자기력의 변화를 감지하기 위한 제 1 홀 소자(401)는 스테이터(600)와 연결된다. 자기력의 변화를 집약하기 위해 상기 스테이터(600)와 제1 홀 소자(401) 사이에는 전기적으로 컬렉터(미도시)가 배치된다.

상기와 같은 구조를 가짐에 따라 인쇄회로기판(400)의 하측에는 메인기어(410), 서브기어(420) 및 제2 홀 소자(402)가 배치되고, 상측으로는 로터(500), 스테이터(600) 및 제1 홀 소자(401)가 배치되게 된다.

상기한 바와 같이 본 발명의 개념에 따라 미들케이스가 삭제됨으로써 구조적으로 단순해지면서도 성능의 신뢰성을 담보할 수 있는 토크앵글센서가 제공될 수 있는 이점이 있다. 또한, 인쇄회로기판(400)이 축방향으로 미들케이스의 위치에 위치함으로써 상부와 하부에서 각각 토크센싱부와 회전각도 센싱부를 구별할 수 있게 되므로, 구조적으로 단순하면서도 각각의 신호를 정확히 인식하여 처리할 수 있는 이점이 있게 된다.

이상에서, 본 발명은 실시예 및 첨부도면에 기초하여 상세히 설명되었다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.

100...상부케이스 200...컨넥터
300...하부케이스 400...인쇄회로기판
401...제1 홀 소자 402...제2 홀 소자
410...메인기어 420...서브기어
500...로터 600...스테이터
610...돌출부

Claims (4)

1. 상부케이스;
   상기 상부케이스와 결합하여 수용공간을 형성하는 하부케이스;
   상기 수용공간에 수용되고, 제1마그네트를 포함하며, 회전하는 로터;
   상기 수용공간에 수용되어 상기 로터의 외측에 위치하고, 상기 제1마그네트와 대향하는 돌출편을 포함하며, 회전하는 스테이터;
   상기 스테이터와 일체로 회전하는 메인기어;
   상기 메인기어와 치합되는 서브기어;
   상기 서브기어에 배치되는 제2마그네트;
   상기 스테이터와 상기 메인기어 사이에 위치하여, 상기 수용공간을 구별하고, 중앙에 개구부가 형성되어 있는 회로기판;
   상기 회로기판의 상측에 위치하며, 상기 제1마그네트의 자기력을 감지하는 제1홀소자; 및
   상기 회로기판의 하측에 위치하며, 상기 제2마그네트의 자기력을 감지하는 제2홀소자를 포함하는 토크앵글센서.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 스테이터에는, 상기 개구부에 개입되는 원통형의 돌출부가 형성되어 있고,
   상기 돌출부의 외주면은, 상기 메인기어와 결합하는 토크앵글센서.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 스테이터와 상기 제1홀소자의 사이에 배치되어 전기적으로 연결하는 컬렉터를 더 포함하는 토크앵글센서.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 회로기판은, 디스크 형태이고, 상면에는 상측으로 연장된 측면이 형성되어 있고,
   상기 제2홀소자는 상기 측면 내측에 위치하는 토크앵글센서.

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