KR102620900B1 - 로터, 이를 포함하는 토크 센서와 전동식 조향장치 - Google Patents

로터, 이를 포함하는 토크 센서와 전동식 조향장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하우징, 상기 하우징의 내부에 배치되는 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 기재된 로터 및 스테이터를 포함하며, 상기 로터는 관 형상의 본체와 상기 본체의 외측으로 돌출되도록 형성되는 스토퍼를 구비하는 샤프트 슬리브 및 상기 샤프트 슬리브의 외주면과 접착 결합하며, 내측면의 일 영역에서 하측 단부까지 형성되는 복수의 저장홈을 구비하는 마그네트를 포함하는 토크 센서를 제공한다.

Description

로터, 이를 포함하는 토크 센서와 전동식 조향장치{ROTOR, TORQUE SENSOR AND ELECTRONIC POWER STEERING SYSTEM INCLUDING THE SAME}
실시예는 결합력을 향상시킨 마그네트가 연결되는 로터, 이를 포함하는 토크 센서와 전동식 조향장치에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 조향의 안정성을 보장하기 위한 장치로 별도의 동력으로 보조하는 조향장치가 사용된다.
이와 같은 보조 조향장치는 유압을 이용한 장치를 사용하였으나, 최근에는 동력의 손실이 적고 정확성이 우수한 전동식 조향장치(Electronic Power Steering System)가 사용된다.
상기와 같은 전동식 조향장치(EPS)는 차속센서, 앵글센서 및 토크센서 등에서 감지한 운행조건에 따라 전자제어장치(ECU, Electronic Control Unit)에서 모터를 구동하여 선회 안정성을 보장하고 신속한 복원력을 제공함으로써 운전자로 하여금 안전한 주행이 가능하도록 한다.
그런데, 이러한 동력장치가 스티어링 휠을 조작하는 힘에 개입하기 위해서는 조향축에 걸리는 토크나 조향각 뿐만 아니라, 조향각 속도를 측정할 필요성이 있다.
일반적으로 조향축의 회전 각도를 측정하기 위해서는 앵글센서를 사용하고, 조향 토크를 측정하기 위해서는 토크 센서를 사용하지만, 최근에는 토크와 회전 각도를 하나의 센서에서 감지할 수 있는 토크 앵글 센서(TAS)가 많이 사용된다.
그러나, 이러한 조향각이나 조향각 속도를 검출하는 토크 앵글 센서는 제조 공정이 복잡하고 고장이나 오작동의 확률이 높아, 인덱스 센서(Index Sensor) 방식의 토크 인덱스 센서(Torque Index Sensor: TIS)가 사용되기도 한다.
한편, 토크 앵글 센서(TAS)나 토크 인덱스 센서(TIS) 등에 공통적으로 사용되는 마그네트는 대략 링 형상(ring shape)으로 형성되며, 요크에 상하 유동이 규제될 수 있도록 고정된다.
그런데, 이와 같이 마그네트를 상하 방향으로만 고정할 경우, 외부 충격 등에 의해 마그네트에 금이 가거나, 깨지는 손상이 발생하였을 경우, 깨진 마그네트가 마그네트의 원주방향으로 이탈되어 설치된 위치로부터 분리될 수 있다. 이와 같이 분리된 마그네트는 주변에 설치된 다른 센서들을 손상시킬 우려가 있으며, 손상이 발생된 마그네트는 정상적으로 자기장을 형성하지 못하므로, 조향축의 토크를 측정할 수 없다는 문제점이 있다.
1. 일본 공개특허공보 특개2014-190850호
2. 공개특허공보 제10-2013-0022283호
실시예는 차량용 조향축 등의 토크를 감지하는 센서에 사용되는 마그네트에 파손이 발생하더라도, 최초 장착위치에서 이탈되지 않도록 장착구조가 개선된 로터, 이를 포함하는 토크 센서와 전동식 조향장치 제공한다.
또한, 마그네트의 접착력을 향상시키기 위한 구조를 가지는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제에 국한되지 않으며 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예는, 관 형상의 본체와 상기 본체의 외측으로 돌출되도록 형성되는 스토퍼를 구비하는 샤프트 슬리브; 및 상기 샤프트 슬리브의 외주면과 접착 결합하며, 내측면의 일 영역에서 하측 단부까지 형성되는 복수의 저장홈을 구비하는 마그네트를 포함할 수 있다.
상기 저장홈은 선형으로 형성될 수 있다.
상기 저장홈은 상기 내측면을 따라 일정간격으로 형성될 수 있다.
상기 마그네트는 N극과 S극이 교대로 배열되며, 상기 저장홈은 상기 N극과 상기 S극의 중앙에 형성될 수 있다.
상기 스토퍼는 본체의 단부에서 절곡되어 형성될 수 있다.
상기 스토퍼에는 삽입홈이 형성되며, 상기 마그네트에는 상기 삽입홈에 삽입되는 돌출부가 형성될 수 있다.
상기 스토퍼에는 적어도 하나의 고정홈이 형성되며, 상기 마그네트에는 상기 고정홈에 삽입되는 적어도 하나의 고정돌기를 구비될 수 있다.
상기 스토퍼는 상기 본체의 외주면을 따라 일정 폭 가지도록 구비될 수 있다.
상기 삽입홈은 상기 스토퍼를 따라 원형의 형상으로 형성될 수 있다.
상기 과제는 본 발명의 다른 실시예에 따라, 하우징; 상기 하우징의 내부에 배치되는 상술된 로터; 및 스테이터를 포함하는 토크 센서에 의해서 달성된다.
상기 과제는 본 발명의 다른 실시예에 따라, 하우징; 상기 하우징의 내부에 배치되는 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 기재된 로터 및 스테이터를 포함하는 토크센서를 포함하는 전동식 조향장치에 의해서 달성된다.
실시예에 따르면, 외부충격에 의해 마그네트가 깨지더라도, 최초 본딩 된 위치로부터 이탈되어 다른 부품들을 손상시키는 것을 방지할 수 있다.
또한, 마그네트 내측면에 본드 저장홈을 형성하여 접착강도를 증대할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 더욱 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시에에 따른 로터의 사시도이고,
도 2는 도 1의 분해사시도이고,
도 3은 도 1의 단면도이고,
도 4는 도 1의 구성요소인 마그네트를 나타내는 도면이고,
도 5는 도 4의 저장홈의 위치를 나타내는 도면이고,
도 6은 도 4의 마그네트의 저면도이고,
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 토크센서의 분해사시도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예를 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명 실시 예를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 실시 예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제 1, 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 실시 예의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 2 구성 요소는 제 1 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 1 구성 요소도 제 2 구성 요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명 실시 예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
실시 예의 설명에 있어서, 어느 한 element가 다른 element의 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element 사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1 내지 도 6는, 본 발명을 개념적으로 명확히 이해하기 위하여, 주요 특징 부분만을 명확히 도시한 것이며, 그 결과 도해의 다양한 변형이 예상되며, 도면에 도시된 특정 형상에 의해 본 발명의 범위가 제한될 필요는 없다.
도 1은 본 발명의 실시에에 따른 로터의 사시도이고, 도 2는 로터의 분해사시도이고, 도 3은 마그네트의 결합상태에서의 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 로터(1)는 샤프트 슬리브(100)와 마그네트(200)를 포함할 수 있다.
샤프트 슬리브(100)는 조향축(미도시)와 연결되며, 조향축과 연동하여 회전할 수 있다. 그리고 조향축은 샤프트 슬리브(100)의 내주면에 결합될 수 있으며, 샤프트 슬리브(100)는 관 형상으로 형성되어 조향축이 삽입될 수 있다.
샤프트 슬리브(100)는 내주면이 조향축(미도시)와 연결되는 관 형상의 본체(110)와 본체(110)의 단부에서 돌출되도록 형성되는 스토퍼(130)를 포함할 수 있다.
본체(110)는 조향축(미도시)과 연결되어 조향축의 회전에 따라 함께 회전할 수 있다. 본체(110)와 조향축의 연결방법에는 제한이 없으며, 다양한 방법으로 연결될 수 있다.
스토퍼(130)는 본체(110)의 외측으로 돌출되도록 형성되어 마그네트(200)와 결합시, 마그네트(200)의 결합위치를 고정할 수 있다.
스토퍼(130)는 본체(110)의 하측 단부를 따라 외측으로 돌출되도록 형성될 수 있다. 스토퍼(130)는 본체(110)의 외주면을 따라 일정 폭을 가지도록 형성되어 마그네트(200)를 지지할 수 있다. 도 2에서는 스토퍼(130)의 형상을 본체(110) 하부 측에 원주방향을 따라 외측으로 돌출 형성되는 것으로 나타나고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본체(110)의 하부 측의 원주방향을 따라 복수 개의 스토퍼(130)가 구비되어 마그네트(200)를 지지할 수 있다.
일실시예로, 스토퍼(130)는 본체(110)의 단부에서 절곡되어 마그네트(200)를 지지할 수 있다. 스토퍼(130)는 본체(110)의 외주면을 따라 일정 폭을 가지도록 마련될 수 있으며, 스토퍼(130)에는 삽입홈(132)이 형성되어 마그네트(200)에 구비되는 돌출부(240)가 삽입될 수 있다. 삽입홈(132)의 형상은 돌출부(240)의 형상에 따라 변형될 수 있으며, 삽입홈(132)은 스토퍼(130)를 따라 원형의 띠 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 스토퍼(130)의 폭은 마그네트(200)의 폭보다 좁게 마련되어 로터(1)의 내부공간을 확보하고 재료비를 절감할 수 있다.
스토퍼(130)에는 적어도 하나의 고정홈(134)이 형성되어 마그네트(200)에 구비되는 적어도 하나의 고정돌기(230)와 결합할 수 있다. 고정홈(134)은 마그네트(200)와 샤프트 슬리브(100)가 결합시 마그네트(200)의 위치를 지정하여 정확한 방향에 마그네트(200)가 고정되도록 하며, 회전에 의해 마그네트(200)가 이탈하는 것을 방지할 수 있다. 일실시예로, 고정홈(134)은 복수로 구비될 수 있으며, 일정간격으로 마련되어 고정력을 향상시킬 수 있다.
마그네트(200)는 샤프트 슬리브(100)의 회전에 연동하여 회전할 수 있도록 설치될 수 있다.
마그네트(200)는 샤프트 슬리브(100)의 외주면과 접착 결합하며, 저장홈(220), 고정돌기(230), 요철부 및 돌출부(240)를 포함할 수 있다.
저장홈(220)은 마그네트(200) 내측면의 일 영역에서 하측 단부까지 복수로 형성될 수 있다. 일반적으로 샤프트 슬리브(100)와 마그네트(200)를 결합시 접착결합을 하게 된다. 이때 샤프트 슬리브(100)와 마그네트(200) 사이에는 본드를 사용하여 결합을 하게 되는데, 마그네트(200)와 샤프트 슬리브(100) 사이의 간격이 작아 마그네트(200)를 삽입시 본드가 밀려 내려가는 현상이 발생한다. 두 부품 사이에 본드량이 적어짐에 따라, 마그네트(200)와 샤프트 슬리브(100) 사이의 접착력이 저하된다.
또한, 마그네트(200)가 균열이 발생하는 경우 접착력의 약화로 마그네트(200)가 이탈을 하게 되어 마그네트(200)는 주변에 설치된 다른 센서들을 손상시킬 우려가 있으며, 손상이 발생된 마그네트(200)는 정상적으로 자기장을 형성하지 못하므로, 조향축의 토크를 측정할 수 없다는 문제점이 있다.
저장홈(220)은 마그네트(200)의 삽입방향인 일측은 개방되며, 타측은 폐쇄되는 형상을 가져, 마그네트(200)가 샤프트 슬리브(100)와 결합시 저장홈(220)으로 본드가 저장되어 본드가 흘러내리는 것을 방지할 수 있다. 또한, 저장홈(220)은 선형으로 형성되어 마그네트(200) 삽입시 본드가 저장홈(220)의 폐쇄 영역으로 이동하는 것을 용이하게 할 수 있다. 저장홈(220)의 형상에는 제한이 없으며, 다양한 형상으로 변형실시가 가능하다. 이와 같이, 저장홈(220)에 저장된 본드는 샤프트 슬리브(100)와 마그네트(200) 사이의 결합력을 증대시켜, 마그네트(200)에 균열이 발생하는 경우에도 결합력을 유지할 수 있어 종래의 문제를 해결할 수 있다.
고정돌기(230)는 마그네트(200) 하부에 적어도 하나가 형성되어 스토퍼(130)에 형성되는 고정홈(134)과 연결될 수 있다. 고정돌기(230)의 형상에는 제한이 없으며, 고정홈(134)과 결합하기 위한 다양한 형상으로 변형실시가 가능하다. 고정돌기(230)는 마그네트(200)의 결합위치를 가이드하며, 샤프트 슬리브(100)의 회전시 원심력에 의해 마그네트(200)가 이탈되지 않도록 마그네트(200)를 지지할 수 있다.
요철부(250)는 마그네트(200)의 상면에 원주방향을 따라 요철 형상으로 형성될 수 있다. 이때, 요철부(250)는 지그(미도시)와의 결합이 용이하도록 쐐기 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 요철부(250)의 요철 형상은 미세한 라인 형상의 홈에 의해 이루어질 수도 있고, 단수 또는 복수의 돌기에 의하여 형성될 수도 있다.
따라서 요철부(250)는 지그의 일단과 접촉하여 마찰력을 제공할 수 있다. 그에 따라, 로터(1)의 중점 조정시, 지그를 통해 요철부(250)는 정확한 회전력을 전달받을 수 있다.
돌출부(240)는 마그네트(200)의 하부에 형성되어 스토퍼(130)의 삽입홈(132)에 삽입된다. 일실시예로, 돌출부(240)는 마그네트(200) 하부에서 타원의 형상으로 마련되어 삽입홈(132)에 삽입될 수 있다. 삽입홈(132)에는 마그네트(200)와 샤프트 슬리브(100)의 결합시 흐르는 본드가 저장될 수 있으며, 돌출부(240)는 삽입홈(132)으로 흐른 본드에 의해 샤프트 슬리브(100)와 결합하며, 원형의 형상으로 형성되는 삽입홈(132)은 마그네트(200)가 삽입시 흘러나오는 본드 전체를 수용하여 마그네트(200)와 샤프트 슬리브(100)의 결합력을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 4는 로터(1)의 구성요소인 마그네트(200)를 나타내는 도면이고, 도 5는 마그네트(200)의 저장홈(220)의 위치를 나타내는 도면이고, 도 6은 마그네트(200)의 저면도이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 구성요소인 마그네트(200)의 내측면에는 일정간격으로 복수의 저장홈(220)이 형성되며, 마그네트(200)의 하부에는 복수의 고정돌기(230)가 일정간격으로 위치할 수 있다.
마그네트(200)는 N극과 S극이 교대로 배열되며, 저장홈(220)을 N극과 S의 중앙에 형성될 수 있다. 환형으로 형성되는 마그네트(200)는 N극와 S극이 번갈아 가면서 존재하므로 저장홈(220)을 마그네트(200)의 극 분할 위치의 중앙에 형성하여 저장홈(220) 형성에 따른 마그네트(200)의 자속 값의 변화가 발생하지 않도록 할 수 있다.
고정돌기(230)는 마그네트(200) 하부에 형성되는 돌출부(240)의 외측에 형성되어 스토퍼(130)와 연결될 수 있다. 복수의 고정돌기(230)는 샤프트 슬리브(100)의 중심으로부터 일정한 각을 가지도록 배치되어 마그네트(200)를 안정적으로 고정시킬 수 있다.
한편, 이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 토크 센서를 설명하면 다음과 같다. 단, 본 발명의 일 실시예에 따른 로터에서 설명한 바와 동일한 것에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 토크센서의 분해사시도이다. 도 7에 있어서, 도 1 내지 도 6과 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타내며 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이들 도면을 참조하여 살펴보면, 본 발명의 일실시예에 따른 토크 센서(2)는 조향축(미도시)의 토크를 측정할 수 있다.
토크 센서(2)는 로터(1), 스테이터(300) 및 하우징(400)을 포함할 수 있다. 여기서, 하우징(400)은 상부 케이스(410)와 하부 케이스(420)를 포함할 수 있다.
하우징(400)의 상부 케이스(410)와 하부 케이스(420)는 서로 결합되어 토크 센서(2)의 외형을 형성하고, 하우징(400)의 내부에는 로터(1)와 스테이터(300)가 배치될 수 있다.
상기 로터(1)는 상기 조향축과 연결되어, 상기 조향축의 회전에 연동하여 회전할 수 있다. 그리고, 상기 로터(1)는 스테이터(300)의 내측에 배치될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 전동식 조향장치(EPS)는 상기 토크 센서(2)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 토크 센서(2)는 전동식 조향장치의 조향축에 연결될 수 있다.
이상으로 본 발명의 실시 예에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 살펴보았다.
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 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 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.
1 : 로터
2 : 토크 센서
100 ; 샤프트 슬리브
110 : 본체
130 : 스토퍼
132 : 삽입홈
134 : 고정홈
200 : 마그네트
220 : 저장홈
230 : 고정돌기
240 : 돌출부
250 : 요철부
300 : 스테이터
400 : 하우징

Claims (11)

  1. 하우징;
    상기 하우징의 내부에 배치되는 로터; 및
    스테이터;
    를 포함하며,
    상기 로터는
    관 형상의 본체와 상기 본체의 외측으로 돌출되도록 형성되는 스토퍼를 구비하는 샤프트 슬리브; 및
    상기 샤프트 슬리브의 외주면과 본드를 사용해 접착 결합하며, 내측면의 일 영역에서 하측 단부까지 형성되는 복수의 저장홈을 구비하는 마그네트
    를 포함하고,
    상기 마그네트의 상면에는 요철부가 원주방향을 따라 요철 형상으로 형성되며, 상기 요철부는 상기 로터의 중점 조정 시 지그의 일단과 접촉하여 마찰력을 제공하고,
    상기 저장홈은 상기 마그네트가 상기 샤프트 슬리브에 삽입되어 결합 시 상기 샤프트 슬리브의 외주면과의 사이에 빈 공간을 형성하며, 상기 마그네트의 삽입방향인 일측이 개방되고 타측은 폐쇄되는 형상을 가져 상기 본드가 상기 저장홈의 폐쇄 영역으로 이동하여 저장되도록 구성되는 토크 센서.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 저장홈은 선형으로 형성되는 토크 센서.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 저장홈은 상기 내측면을 따라 일정간격으로 형성되는 토크 센서.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 마그네트는 N극과 S극이 교대로 배열되며,
    상기 저장홈은 상기 N극과 상기 S극의 중앙에 형성되는 토크 센서.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 스토퍼는 본체의 단부에서 절곡되어 형성되는 토크 센서.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 스토퍼에는 삽입홈이 형성되며,
    상기 마그네트에는 상기 삽입홈에 삽입되는 돌출부가 형성되는 토크 센서.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 스토퍼에는 적어도 하나의 고정홈이 형성되며,
    상기 마그네트에는 상기 고정홈에 삽입되는 적어도 하나의 고정돌기를 구비하는 토크 센서.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 스토퍼는
    상기 본체의 외주면을 따라 일정 폭 가지도록 구비되는 토크 센서.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 삽입홈은 상기 스토퍼를 따라 원형으로 형성되는 토크 센서.
  10. 삭제
  11. 하우징;
    상기 하우징의 내부에 배치되는 제1항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 기재된 로터 및 스테이터를 포함하는 토크센서
    를 포함하는 전동식 조향장치.
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