KR20090002543U - 토크 측정장치 - Google Patents

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이창환
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

토크 측정장치가 개시된다. 상기 토크 측정장치는 융착되는 스테이터홀더의 돌기, 융착되는 스테이터홀더, 코킹되는 스테이터 또는 벤딩되는 스테이터에 의하여 스테이터가 스테이터홀더에 직접 결합된다. 그러므로, 별도의 부품이 필요 없으므로, 원가가 절감된다.

Description

토크 측정장치 {APPARATUS FOR DETECTING TORQUE}
도 1은 종래의 토크 측정장치의 스테이터와 스테이터홀더의 사시도.
도 2는 본 고안의 제 1 실시예에 따른 토크 측정장치의 사시도.
도 3은 도 2에 도시된 스테이터와 스테이터홀더의 사시도.
도 4 내지 도 9는 본 고안의 제 2 내지 제 7 실시예에 따른 토크 측정장치의 스테이터와 스테이터홀더의 사시도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
110 : 케이스 120 : 마그네트
130 : 마그네트홀더 140 : 센서
210 : 스테이터홀더 310 : 스테이터
본 고안은 토크 측정장치에 관한 것이다.
차량용 파워 스티어링 시스템은 조향 바퀴인 전륜에 걸리는 마찰저항이 커서 조행 핸들을 조향하기 위한 조작력이 클 때, 조향 핸들을 원활하게 조작할 수 있도록 보조 조작력을 제공하는 시스템이다. 조향 핸들의 조향을 보조하는 보조 조작력 은 조향 핸들을 조향할 때 토션바에 걸리는 토오크를 측정하여 그 크기를 결정한다.
조향 핸들의 토크를 측정하는 장치로 여러 가지 방식의 토크 측정장치가 개발되어 사용되고 있으나, 부품 수가 적고 가격이 저렴한 자기장(Magnetic Field) 방식이 많이 사용되고 있다.
자기장(Magnetic Field) 방식의 토크 측정장치는 마그네트를 입력축인 조향 핸들측과 결합한다. 그리고, 스테이터가 고정되는 스테이터홀더의 일측을 토션바를 매개로 입력축과 결합하고, 타측을 출력축인 전륜측과 결합한다. 그리하여, 외력을 가하여 조향 핸들을 회전시켰을 때, 입력축과 결합된 마그네트의 회전 각도와 스테이터홀더에 결합되어 출력축과 동일하게 회전하는 스테이터의 회전 각도 차에 따른 자기장을 검출하여 토크를 측정하고, 측정된 토크에 따라 차량의 조향에 필요한 보조 조작력을 결정하여 모터 등을 구동시킨다.
종래의 토크 측정장치의 스테이터와 스테이터홀더의 결합 구조를 도 1을 참조하여 설명한다.
도시된 바와 같이, 스테이터홀더(10)는 단(段)(11)이진 원통형상으로 형성되고, 스테이터(20)는 링형상의 몸체(21)와 몸체(21)의 내주면에서 벤딩 형성된 복수의 치(齒)(25)를 가진다.
스테이터(20)는 스테이터홀더(10)의 일측 및 타측에서 각각 결합된다. 이때, 각 스테이터(20)의 몸체(21)는 스테이터홀더(10)의 단면(11)에 각각 접촉 지지되고, 치(25)는 스테이터홀더(10)를 단면(11)을 관통하여 스테이터홀더(10)의 내부에 위치되며, 상호 맞물리는 형태로 배치된다.
스테이터(20)를 스테이터홀더(10)에 결합한 후, 고정링(30)을 스테이터홀더(10)에 접착하여 스테이터(20)가 스테이터홀더(10)로부터 이탈하는 것을 방지한다.
상기와 같은 종래의 토크 측정장치는 스테이터(20)를 스테이터홀더(10)에 고정하기 위한 별도의 고정링(30)이 필요하므로, 원가가 상승하는 단점이 있다.
본 고안은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 본 고안의 목적은 원가를 절감할 수 있는 토크 측정장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 토크 측정장치는, 케이스; 상기 케이스의 내부에 설치되고, 외력에 의하여 회전하는 입력축에 결합되어 상기 입력축과 동일하게 회전하는 마그네트; 상기 마그네트를 감싸는 형태로 상기 케이스의 내부에 설치되며 토션바를 매체로 상기 입력축과 연결된 출력축에 결합되어 상기 출력축과 동일하게 회전하는 스테이터홀더; 상기 스테이터홀더에 직접 결합되어 상기 스테이터홀더와 동일하게 회전하며 상기 마그네트와의 사이에서 자기장의 변화를 야기하는 스테이터를 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 실시예들에 따른 토크 측정장치가 차량용 파워 스티어링 시스템에 채택되어 사용되는 것을 예로 들어 상세히 설명한다.
제 1 실시예
도 2는 본 고안의 제 1 실시예에 따른 토크 측정장치의 사시도이다.
도시된 바와 같이, 내부에 소정 공간이 형성된 케이스(110)가 마련된다. 케이스(110)는 가상의 수직선에 대하여 상대적으로 상측에 위치된 상부케이스(111)와 하측에 위치된 하부케이스(115)를 가진다. 상부케이스(111)의 상판 및 하부케이스(110)의 하판 중앙부에는 대응되게 관통공(112)(미도시)이 각각 형성된다.
이하, 구성요소들의 면을 지칭함에 있어서, 상기 가상의 수직선을 기준으로, 상측을 향하는 면을 상면이라 하고, 하측을 향하는 면을 하면이라 한다.
하부케이스(115)의 내부에는 원통형상의 스테이터홀더(210)가 설치되고, 스테이터홀더(210)의 상단면(上端面) 및 하단면(下端面)에는 스테이터(310)가 각각 결합된다.
스테이터(310)의 내측에는 원주방향으로 착자되어 복수의 극을 갖는 링형상의 마그네트(120)가 배치된다. 마그네트(120)는 내주면이 원통형상의 마그네트홀더(130)의 외주면에 결합되고, 외주면이 후술할 스테이터(310)의 치(313)와 소정 간격을 가지면서 대향한다.
마그네트홀더(130)의 내주면에는 상부케이스(111)의 관통공(112)을 관통한 조향축인 입력축(미도시)이 결합되고, 스테이터홀더(210)에는 조향 바퀴인 차량의 전륜측와 연결된 출력축(미도시)이 결합된다. 상세히 설명하면, 스테이터홀더(210)의 하단면(下端面)에는 내측으로 연장된 링형상의 연결편(211)이 형성되고, 연결편(211)의 내주면에는 하측으로 돌출된 돌출관(212)이 형성된다. 돌출관(211)에는 하부케이스(115)의 상기 관통공을 통과하여 조향 바퀴인 차량의 전륜측와 연결된 출력축(미도시)이 결합된다. 그리고, 상기 입력축에는 조향 핸들이 연결되고, 상기 입력축과 상기 출력축은 토션바(미도시)를 매체로 연결된다.
그리하여, 상기 조향 핸들에 외력을 가하여 상기 조향 핸들을 회전시키면 상기 입력축이 회전되고, 상기 입력축과 동일하게 마그네트홀더(130) 및 마그네트(120)도 회전한다. 그리고, 상기 출력축은 상기 토션바를 통하여 상기 입력축의 회전력을 전달받아 회전하고, 상기 출력축과 동일하게 스테이터홀더(210) 및 스테이터(310)도 회전한다.
그런데, 상기 출력축은 도로와 접촉된 전륜과 연결되어 있으므로, 도로와 전륜과의 마찰저항에 의하여 상기 토션바에는 토크가 발생한다. 상기 토션바의 토크에 의하여 마그네트(120)와 스테이터(310)의 회전각도는 상이하고, 마그네트(120)의 회전각도와 스테이터(310)의 회전각도 차이에 따라 마그네트(120)와 스테이터(310) 사이에 야기되는 자기장은 다르다.
마그네트(120)와 스테이터(310) 사이에 발생된 자기장은 하부케이스(115)에 고정된 센서(140)에 의하여 감지된다. 그리하여, 센서(140)가 감지한 자기장의 세기를 제어부(미도시)가 수신하여, 수신한 값과 설정된 기준 값을 비교하여 토크를 측정하고, 측정된 토크에 따라 차량의 조향에 필요한 보조 조작력을 결정하여 모터 등을 구동시킨다.
미설명 부호 150은 자기장을 집중하는 컬렉터(Collector)이다.
정확한 자기장을 측정하기 위해서는 스테이터홀더(210)에 결합된 스테이 터(310)가 스테이터홀더(210) 상에서 유동하지 않아야 한다.
본 실시예에 따른 토크 측정장치는 스테이터홀더(210)에 스테이터(310)를 직접 견고하게 결합하는 구조로 마련되는데, 이를 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3은 도 2에 도시된 스테이터와 스테이터홀더의 사시도이다.
도시된 바와 같이, 스테이터홀더(310)는 양측면이 개방된 원통형상으로 형성되고, 하단면(下端面)에는 전술한 연결편(211) 및 돌출관(212)이 형성된다. 돌출관(212)에는 상기 출력축이 결합된다.
스테이터(310)는 링형상의 몸체(311)와 몸체(311)의 내주면에서 일정 간격으로 벤딩 형성된 복수의 치(齒)(313)를 가진다. 스테이터(310)의 몸체(311)는 스테이터홀더(210)의 상단면(上端面) 및 하단면(下端面)과 각각 접촉하고, 치(313)는 스테이터홀더(210)의 내부에 위치되어 스테이터홀더(210)의 내주면과 접촉한다.
스테이터홀더(210)의 상단면(上端面)에 결합되는 스테이터(310)의 치(313)와 하단면(下端面)에 결합된 스테이터(310)의 치(313)는 상호 맞물리는 형태로 배치된다. 이때, 스테이터홀더(210)의 하단면(下端面)에 결합되는 스테이터(310)의 치(313)는 연결편(211)에 형성된 연통공(211a)을 통과하여 스테이터홀더(210)의 내부에 위치된다. 그리고, 치(313)는 마그네트(120)의 외주면과 대향한다.
스테이터(310)를 스테이터홀더(210)에 결합하기 위하여, 스테이터홀더(210)의 상단면 및 하단면에는 융착되는 복수의 돌기(213)가 일정 간격으로 형성된다. 돌기(213)에는 스테이터(310)의 각 치(313)의 양측면이 접촉되는데, 스테이터(310)의 각 치(313)의 양측면이 돌기(213)에 접촉되도록, 스테이터(310)를 스테이터홀 더(210)에 삽입한 후, 돌기(213)를 열 또는 초음파로 융착한다. 그러면, 융착된 돌기(213)의 부위가 치(313)를 덮으므로, 스테이터(310)가 스테이터홀더(210)에 견고하게 결합된다.
스테이터홀더(210)의 내주면에는 복수의 치(313)가 일정 간격으로 구획되어 배치되도록 안내하는 구획홈(215)이 복수개 형성된다. 구획홈(215) 대신 스테이터홀더(210)의 내주면에는 가이드가 형성될 수도 있다.
제 2 내지 제 7 실시예
도 4 내지 도 9는 본 고안의 제 2 내지 제 7 실시예에 따른 토크 측정장치의 스테이터와 스테이터홀더의 사시도로서, 도 3과의 차이점만을 설명한다.
본 고안의 제 2 실시예에 따른 토크 측정장치는, 도 4에 도시된 바와 같이, 스테이터(320)의 몸체(321)에는 관통공(321a)이 각각 형성되고, 스테이터홀더(220)의 상단면 및 하단면에는 관통공(321a)에 삽입되어 열 또는 초음파에 의하여 융착되는 복수의 돌기(223)가 형성된다. 융착된 돌기(223)의 부위는 몸체(321)를 덮는다.
본 고안의 제 3 실시예에 따른 토크 측정장치는, 도 5에 도시된 바와 같이, 스테이터홀더(230)의 상단면 및 하단면(他端面)의 내주면측에는 스테이터홀더(230)측으로 함몰된 단면(段面)(230a)이 각각 형성된다.
그리고, 스테이터(330)의 몸체(331)는 스테이터홀더(230)의 단면(230a)에 각각 안치되어 접촉된다. 이때, 스테이터(330)의 몸체(331)의 외주면과 접촉하는 스테이터홀더(230)의 단면(230a")의 높이는 스테이터(330)의 두께 보다 높게 형성되 어 열 또는 초음파에 의하여 융착된다. 융착된 스테이터홀더(230)의 부위는 몸체(331)의 외주면측을 덮는다.
본 고안의 제 4 실시예에 따른 토크 측정장치는, 도 6에 도시된 바와 같이, 스테이터(340)는 스테이터홀더(240)의 상단면(上端面) 및 하단면(下端面)과 각각 접촉하는 몸체(341), 각 몸체(341)의 내주면에서 벤딩 형성된 복수의 치(343) 및 각 몸체(31)의 외주면에서 벤딩 형성되어 스테이터홀더(240)의 외주면과 대향하는 결합테(345)를 가진다. 결합테(345)는 복수의 부위가 코킹(Caulking)(345a)되어 스테이터홀더(240)의 외주면에 결합된다. 이로인해, 스테이터(340)가 스테이터홀더(240)에 결합된다.
본 고안의 제 5 실시예에 따른 토크 측정장치는, 도 7에 도시된 바와 같이, 스테이터홀더(250)는 상단면(上端面) 및 하단면(下端面)의 외주면측에 돌출테(255)가 연장 형성된다.
스테이터(350)는, 제 4 실시예에 따른 스테이터(340)와 동일하게, 몸체(351), 치(353) 및 결합테(355)를 가진다. 이때, 몸체(351)는 스테이터홀더(250)의 상단면(上端面)과 돌출테(255)에 접촉하고, 하단면(下端面)과 돌출테(255)에 각각 접촉한다. 그리고, 결합테(355)는 돌출테(255)의 외주면과 대향하며, 복수의 부위가 코킹(Caulking)(355a)되어 돌출테(255)에 결합된다.
이때, 결합테(355)의 길이는 돌출테(255)의 두께 보다 길게 형성되는 것이 바람직하다.
본 고안의 제 6 실시예에 따른 토크 측정장치는, 도 8에 도시된 바와 같이, 스테이터홀더(260)의 구성은 제 5 실시예와 동일하다.
스테이터(360)는 스테이터홀더(260)의 상단면(上端面)과 돌출테(265) 및 스테이터홀더(260)의 하단면(下端面)과 돌출테(265)에 각각 접촉하는 몸체(361), 각 몸체(361)의 내주면에서 벤딩 형성된 복수의 치(363), 각 몸체(361)의 외주면에서 연장 형성된 복수의 결합돌기(367)를 가진다. 결합돌기(367)는 벤딩되어 돌출테(265)에 결합되고, 이로인해, 스테이터(360)가 스테이터홀더(260)에 결합된다.
본 고안의 제 7 실시예에 따른 토크 측정장치는, 도 9에 도시된 바와 같이, 스테이터홀더(270)는 양측면이 개방된 원통형상으로 형성되고, 스테이터홀더(270)의 상단면(上端面) 및 하단면(下端面)에 스테이터(370)의 몸체(371)가 접착제에 의하여 고정된다.
그리고, 본 고안의 또 다른 실시예에 따른 토크 측정장치로는, 제 7 실시예에 따른 형상의 스테이터(370)를 사출에 의하여 형성되는 스테이터홀더(270)의 사출시 일체로 형성될 수 도 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안에 따른 토크 측정장치는 융착되는 스테이터홀더의 돌기, 융착되는 스테이터홀더, 코킹되는 스테이터 또는 벤딩되는 스테이터에 의하여 스테이터가 스테이터홀더에 직접 결합된다. 그러므로, 별도의 부품이 필요 없으므로, 원가가 절감된다.
이상에서는, 본 고안의 일 실시예에 따라 본 고안을 설명하였지만, 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 고안의 기술적 사상을 벗어나 지 않는 범위 내에서 변경 및 변형한 것도 본 고안에 속함은 당연하다.

Claims (13)

  1. 케이스;
    상기 케이스의 내부에 설치되고, 외력에 의하여 회전하는 입력축에 결합되어 상기 입력축과 동일하게 회전하는 마그네트;
    상기 마그네트를 감싸는 형태로 상기 케이스의 내부에 설치되며 토션바를 매체로 상기 입력축과 연결된 출력축에 결합되어 상기 출력축과 동일하게 회전하는 스테이터홀더;
    상기 스테이터홀더에 직접 결합되어 상기 스테이터홀더와 동일하게 회전하며 상기 마그네트와의 사이에서 자기장의 변화를 야기하는 스테이터를 포함하는 토크 측정장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스테이터홀더는 양측면이 개방된 원통형상으로 형성되고,
    상기 스테이터는 융착되는 상기 스테이터홀더의 부위에 덮혀서 상기 스테이터홀더의 일단면 및 타단면에 각각 결합되는 토크 측정장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 스테이터는 상기 스테이터홀더의 일단면(一端面) 및 타단면(他端面)과 각각 접촉하는 몸체와 상기 각 몸체의 내주면에서 벤딩 형성되어 상기 스테이터홀 더의 내부에 위치되며 상호 맞물리는 형태로 배치되어 상기 마그네트의 외주면과 대향하는 복수의 치를 가지고,
    상기 스테이터홀더의 일단면 및 타단면에는 상기 스테이터의 각 치의 양측면과 접촉하여 융착되는 돌기가 형성된 토크 측정장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 스테이터는 상기 스테이터홀더의 일단면(一端面) 및 타단면(他端面)과 각각 접촉하는 몸체와 상기 각 몸체의 내주면에서 벤딩 형성되어 상기 스테이터홀더의 내부에 위치되며 상호 맞물리는 형태로 배치되어 상기 마그네트의 외주면과 대향하는 복수의 치를 가지며,
    상기 스테이터에는 관통공이 형성되고, 상기 스테이터홀더의 일단면 및 타단면에는 상기 관통공에 삽입되어 융착되는 복수의 돌기가 형성된 토크 측정장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 스테이터홀더의 일단면(一端面) 및 타단면(他端面)의 내주면측에는 함몰된 단면(段面)이 각각 형성되고,
    상기 스테이터는 상기 스테이터홀더의 일단면(一端面) 및 타단면(他端面)의 단면(段面)에 각각 안치되어 접촉되는 링형상의 몸체와 상기 각 몸체의 내주면에서 벤딩 형성되어 상기 스테이터홀더의 내부에 위치되며 상호 맞물리는 형태로 배치되어 상기 마그네트의 외주면과 대향하는 복수의 치를 가지며,
    상기 스테이터의 몸체의 외주면과 접촉하는 상기 스테이터홀더의 단면(段面) 부위는 융착되는 토크 측정장치.
  6. 제 2 항 내지 제 5 항 중, 어느 한 항에 있어서,
    상기 스테이터홀더는 열 또는 초음파에 의하여 융착되는 토크 측정장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 스테이터홀더는 양측면이 개방된 원통형상으로 형성되고,
    상기 스테이터는 일측이 상기 스테이터홀더에 코킹(Caulking)되어 상기 스테이터홀더의 일단면(一端面) 및 타단면(他端面)에 각각 결합되는 토크 측정장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 스테이터는 상기 스테이터홀더의 일단면(一端面) 및 타단면(他端面)과 각각 접촉하는 몸체와 상기 각 몸체의 내주면에서 벤딩 형성되어 상기 스테이터홀더의 내부에 위치되며 상호 맞물리는 형태로 배치되어 상기 마그네트의 외주면과 대향하는 복수의 치 및 상기 각 몸체의 외주면에서 벤딩 형성되어 상기 스테이터홀더의 외주면과 대향하며 복수의 부위가 상기 스테이터홀더에 코킹(Caulking)되는 결합테를 가지는 토크 측정장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 스테이터홀더의 일단면(一端面) 및 타단면(他端面)의 외주면측에는 돌출테가 연장 형성되고,
    상기 스테이터는 상기 스테이터홀더의 일단면(一端面)과 상기 돌출테 및 상기 스테이터홀더의 타단면(他端面)과 상기 돌출테에 각각 접촉하는 몸체와 상기 각 몸체의 내주면에서 벤딩 형성되어 상기 스테이터홀더의 내부에 위치되며 상호 맞물리는 형태로 배치되어 상기 마그네트의 외주면과 대향하는 복수의 치 및 상기 각 몸체의 외주면에서 벤딩 형성되어 상기 돌출테의 외주면과 대향하며 복수의 부위가 상기 돌출테에 코킹(Caulking)되는 결합테를 가지는 토크 측정장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 스테이터홀더는 양측면이 개방된 원통형상으로 형성되고,
    상기 스테이터는 일측이 상기 스테이터홀더에 벤딩되어 상기 스테이터홀더의 일단면(一端面) 및 타단면(他端面)에 각각 결합되는 토크 측정장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 스테이터홀더의 일단면(一端面) 및 타단면(他端面)의 외주면측에는 돌출테가 연장 형성되고,
    상기 스테이터는 상기 스테이터홀더의 일단면(一端面)과 상기 돌출테 및 상기 스테이터홀더의 타단면(他端面)과 상기 돌출테에 각각 접촉하는 몸체와 상기 각 몸체의 내주면에서 벤딩 형성되어 상기 스테이터홀더의 내부에 위치되며 상호 맞물 리는 형태로 배치되어 상기 마그네트의 외주면과 대향하는 복수의 치 및 상기 각 몸체의 외주면에서 연장 형성되어 상기 돌출테에 벤딩 결합되는 복수의 결합돌기를 가지는 토크 측정장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 스테이터홀더는 양측면이 개방된 원통형상으로 형성되고,
    상기 스테이터는 상기 스테이터홀더의 일단면(一端面) 및 타단면(他端面)에 각각 접착 고정되는 몸체와 상기 각 몸체의 내주면에서 벤딩 형성되어 상기 스테이터홀더의 내부에 위치되며 상호 맞물리는 형태로 배치되어 상기 마그네트의 외주면과 대향하는 복수의 치를 가지는 토크 측정장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 스테이터홀더는 양측면이 개방된 원통형상으로 형성되고,
    상기 스테이터는 상기 스테이터홀더의 일단면(一端面) 및 타단면(他端面)에 각각 결합되는 몸체와 상기 각 몸체의 내주면에서 벤딩 형성되어 상기 스테이터홀더의 내부에 위치되며 상호 맞물리는 형태로 배치되어 상기 마그네트의 외주면과 대향하는 복수의 치를 가지고,
    상기 스테이터는 사출되는 상기 스테이터홀더에 일체로 결합된 토크 측정장치.
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