KR20160135824A - 센서 자석 어셈블리 - Google Patents

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KR20160135824A
KR20160135824A KR1020167029504A KR20167029504A KR20160135824A KR 20160135824 A KR20160135824 A KR 20160135824A KR 1020167029504 A KR1020167029504 A KR 1020167029504A KR 20167029504 A KR20167029504 A KR 20167029504A KR 20160135824 A KR20160135824 A KR 20160135824A
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오이겐 콤보브스키
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섀플러 테크놀로지스 아게 운트 코. 카게
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Abstract

본 발명은, 샤프트(13) 상에 끼워질 수 있는 중공 원통형의 자석 캐리어(1)를 포함하고, 이 자석 캐리어가 전면(S1)에 자석(3)용 수용 섹션(4)을 구비하는 센서 자석 어셈블리에 관한 것이며, 이 경우 자석 캐리어(1)는 탄력적으로 휠 수 있는 내부 치형부(17)를 구비하고, 이 내부 치형부는 샤프트(13)의 외부 치형부(14)와의 백래시(backlash) 없는 접촉을 위해 제공된다.

Description

센서 자석 어셈블리{SENSOR-MAGNET ASSEMBLY}
본 발명은, 자석용 홀더를 포함하고, 이 자석의 위치가 센서, 특히 홀 센서에 의해서 검출될 수 있는 어셈블리에 관한 것이다.
서로에 대해 가동적인 기계 내 부품들의 상대적인 위치를 결정하기 위해서는 공지된 바와 같은 홀 센서가 적합하다. 홀 센서를 이용한 무접촉 측정 방법은 독일 공개 특허 출원서 DE 10 2011 115 302 A1호에 개시되어 있다.
유럽 공고 특허 출원서 EP 1 260 788 B1호에는, 홀 센서를 구비하는 변속기 시프팅 장치가 공지되어 있다. 이와 같은 변속기 시프팅 장치의 센서 어셈블리는 홀 효과 센서를 갖는 고정식 요소, 고정식 요소를 고정식 몸체에 고정시키기 위한 고정 기계 장치, 및 자기장 발생기를 갖는 회전 요소를 포함한다. 회전 요소는 플라스틱 사출 성형 부품일 수 있다. 이 센서 어셈블리에 의해, 자동차 변속기 내에서의 소위 실렉터 샤프트의 위치가 검출될 수 있어야만 한다.
자동차 변속기용의 다양한 작동 장치들이 독일 공개 특허 출원서 DE 10 2004 038 955 A1호 및 독일 공개 특허 출원서 DE 10 2006 054 901 A1호에 공지되어 있다. 두 가지 출원서에서는 소위 1-모터-변속기 액추에이터가 다루어진다.
본 발명의 과제는, 가동 부분에 고정될 수 있으며 고정 센서에 대해 상대적으로 검출될 수 있는 위치를 갖는 자석을 갖춘 어셈블리를, 기계적인 정확도 및 제조 비용 간의 유리한 관계와 관련하여 전술된 선행 기술에 비해 개선하려는 것이다.
상기 과제는, 본 발명에 따라 청구항 1의 특징들을 갖는 센서 자석 어셈블리에 의해서 해결된다. 이와 같은 센서 자석 어셈블리는, 예를 들어 플라스틱으로 제조될 수 있고 샤프트 상에 끼워질 수 있는 중공 원통형의 자석 캐리어를 포함한다. 자석 캐리어의 중심축은 샤프트의 대칭축과 동일하다. 자석 캐리어는 자신의 2개의 전면에 자석, 즉 영구 자석용 수용 섹션을 구비한다. 또한, 자석 캐리어는 탄력적으로 휠 수 있는 내부 치형부를 구비하고, 이 내부 치형부는 샤프트 또는 샤프트와 단단히 연결된 부품의 외부 치형부와 백래시(backlash) 없이 접촉하도록 형성되어 있다.
자석 캐리어의 내부 치형부의 탄성은 자석 캐리어의 중공 원통형 영역의 재료 특성에 의해서 만들어질 수 있다. 바람직한 실시예에서, 자석 캐리어는 자신의 중심축과 평행한 슬롯을 구비하고, 이 슬롯은 내부 치형부의 탄력적인 가요성에 결정적인 기여를 한다. 이때 바람직하게 내부 치형부의 톱니의 개수는 슬롯의 개수에 상응하며, 이 경우 자석 캐리어의 2개 슬롯 사이에 있는 섹션은 각각 라멜라(lamella)로서 형성되어 있다. 이 경우, 각각의 라멜라는 자석 캐리어의 내부 치형부의 하나의 톱니를 나타낸다.
특히 바람직한 실시예에서, 자석 캐리어의 원주 방향으로의 각각의 라멜라의 탄력적인 가요성은 방사 방향으로의 가요성보다 더 작다. 이로써, 한 편으로는, 자석 캐리어가 샤프트의 외부 치형부상에 장착될 때에 소수의 라멜라로 이루어진 어셈블리가 상당한 정도로 확장될 수 있도록 보장될 수 있고; 다른 한 편으로는, 전체적으로 사실상 원통형인 소수의 라멜라의 어셈블리의 원주 방향으로 라멜라를 비교적 강성으로 형성함으로써, 샤프트 상에서 자석 캐리어를 백래시 없이 단단히 고정시키는 것이 보장되었다. 라멜라의 개수는 특히 자석 캐리어의 치수에 따라 넓은 범위 안에서 변할 수 있다. 예를 들어, 라멜라의 개수는 5개 이상 내지 최대 8개, 특히 6개일 수 있다. 그와 마찬가지로, 단 3개 또는 8개 이상의 라멜라를 갖는 자석 캐리어도 구현될 수 있다. 심지어, 단 2개의 라멜라를 갖는 실시예들도 구현될 수 있다. 대안적인 실시예들에서는, 라멜라의 기능이 자석 캐리어의 원형이 아닌 탄력적인 횡단면 형상에 의해서 보완된다.
한 바람직한 실시예에 따라, 자석용 수용 섹션은 베어링 지점으로서 제공된 원통형 외벽을 구비하며, 이 원통형 외벽은 내부 치형부를 구비하는 자석 캐리어의 중간 섹션에 비해 더 큰 직경을 갖는다. 대안적인 실시예에서, 베어링 지점으로서 기능을 하는 하나 이상의 외벽은, 자석 캐리어의 중간 섹션의 직경보다 작은 직경을 갖는다. 자석 캐리어의 후속하는 섹션과 관련하여 비교적 작은 직경을 갖는 베어링 지점은 특히, 관련 베어링 지점이 연결 구조물의 덮개 내부에 수용되어 안전하게 보호된 경우에 고려된다.
자석용 수용 섹션이 있는 전면에서는 자석 캐리어가 바람직하게 폐쇄되어 있다. 자석의 안정적인 고정 상태가 제공되는 한, 자석 캐리어가 자석의 측면에서 개방된 형태로 형성되는 것도 가능하다. 그와 달리, 자석 캐리어가 샤프트의 외부 치형부 상에 끼워질 수 있도록 하기 위하여, 마주 놓인 전면에서는 자석 캐리어가 어떤 경우든지 개방되어 있다.
자석용 수용 섹션으로부터 멀리 떨어져서 마주하는 자석 캐리어의 개방된 전면에서, 자석 캐리어는 베어링 지점으로서 제공된 또 다른 원통형 외벽을 선택적으로 구비하고, 이 외벽은 내부 치형부를 지지하는 자석 캐리어의 중간 섹션에 비해 두꺼워져 있다. 예를 들어, 이 경우 자석 캐리어의 개방된 측에서의 원통형 외벽의 직경은 자석 캐리어의 폐쇄된 측에서의 원통형 외벽의 직경에 상응한다.
자석 캐리어의 높이로서는, 샤프트 및 자석 캐리어의 축 방향으로 측정된 자석 캐리어의 연장부가 규정되어 있다. 슬롯이 형성된 자석 캐리어의 중간 섹션은 바람직하게 적어도 자석 캐리어의 높이의 절반에 걸쳐 연장된다. 그에 상응하게, 베어링 지점으로서 기능하는 자석 캐리어의 두꺼워진 2개 단부 영역의 높이의 총합은 바람직하게 자석 캐리어의 총 높이의 절반 미만, 특히 1/4 미만이다. 이와 같은 방식으로, 축 방향으로 자석 캐리어를 위해 이용될 수 있는 설치 공간의 대부분은 자석 캐리어의 유연하게 형성된 섹션을 위해서 이용된다. 전체 자석 캐리어가 매우 강성으로 구현되어야 하고 각각의 축 방향 운동이 가급적 배제되어야 한다면, 상기 실시예와 달리 비교적 짧고 덜 유연한 라멜라를 갖는 자석 캐리어의 실시예들도 사용될 수 있다.
자석 캐리어가 끼워질 수 있는 샤프트는 바람직한 실시예에서 샤프트 단부 부재를 구비하며, 이 샤프트 단부 부재는 외부 치형부를 지지하고, 샤프트의 인접하는 섹션에 비해 두꺼워져 있다. 축 방향으로 측정된 샤프트 단부 부재의 길이는 바람직하게 동일하게 축 방향으로 측정된, 자석 캐리어의 슬롯이 형성된 중간 섹션의 길이보다 작다. 본 실시예에서 샤프트는 오로지 샤프트 단부 부재의 영역에서만 자석 캐리어와 접촉하며, 이 경우 비교적 얇은 인접하는 샤프트 섹션은 환형 간극을 형성하면서 자석 캐리어의 내부 치형부로부터 이격되어 있다. 샤프트와 자석 캐리어의 결합을 용이하게 하기 위하여, 샤프트 단부 부재의 팁(tip)은 바람직하게 외부 치형부의 삽입용 챔퍼(chamfer) 및/또는 삽입용 사면의 형태로 좁아진다.
센서 자석 어셈블리는 특히 변속기 액추에이터 및/또는 클러치 액추에이터에서 사용될 수 있다. 이와 같은 액추에이터들은 예를 들어 자동화된 변속기 및 듀얼 클러치 변속기에서 사용된다. 그와 마찬가지로, 센서 자석 어셈블리는 예를 들어 브레이크 액추에이터에서도 사용될 수 있다. 모든 경우에, 자석 캐리어는 바람직하게 기계 내부에 가동적으로 지지된 기계 부품에 존재한다.
도 1 및 도 2는 센서 자석 어셈블리를 위한 자석 캐리어를 사시도로 도시하고,
도 3은 자석 캐리어를 고정시키기 위해 제공된, 외부 치형부를 구비하는 샤프트를 도시하며,
도 4는 샤프트 상에 끼워진 자석 캐리어를 단면도로 도시하고,
도 5는 자석 캐리어의 제2 실시예를 도시하며,
도 6은 도 1 내지 도 5에 따른 자석 캐리어의 장착 상황을 단면도로 도시한다.
도 1 및 도 2에 도시된 자석 캐리어(1)는, 전체적으로 도면 부호 "2"로 표시된, 1-모터-액추에이터로서 형성된 변속기 액추에이터에서 사용되는 센서 자석 어셈블리의 부분이다. 변속기 액추에이터(2)의 기본적인 기능과 관련해서는, 서두에 인용된 선행 기술이 참조된다.
자석 캐리어(1)는 플라스틱 사출 성형부로서 제조되고 중공 원통형의 형상을 갖는다. 자석 캐리어(1)의 제1 전면(S1)에는, 소형 플레이트 형상의 자석(3), 즉 영구 자석이 수용 섹션(4) 내에 고정되고, 이 수용 섹션은 자석 캐리어(1)의 필수 구성 부품이다. 수용 섹션(4)은 자석(3)에 매칭된 포트 형태의 형상을 갖고, 베어링 지점으로서 기능을 하는 원통형의 외벽(5)을 구비한다. 제2 베어링 지점도 마찬가지로, 수용 섹션(4)에 마주 놓여 있고 도면 부호 "S2"로 표시된 자석 캐리어(1)의 전면에 있는 원통형의 외벽(6)에 의해서 형성된다. 2개의 원통형 외벽(5, 6)은 도시된 실시예에서 동일한 직경(DA)을 갖는다. 전면(S2)에 인접하고 외벽(6)을 구비하는 자석 캐리어(1)의 섹션은, 수용 섹션(4)으로부터 용어적으로 구별하기 위해, 베어링 섹션(7)으로도 지칭된다. 각각 자석 캐리어(1)의 축 방향으로 측정된 수용 섹션(4) 및 베어링 섹션(7)의 높이는 도면 부호 "H4" 및 "H7"로 표시되어 있다. 동일한 방향에서 측정된 자석 캐리어(1)의 총 높이는 도면 부호 "H1"로 표시되어 있다.
수용 섹션(4)과 베어링 섹션(7) 사이에는 자석 캐리어(1)의 중간 섹션(8)이 있으며, 이 중간 섹션은 상기 섹션(4, 7)보다 훨씬 더 얇다. 중간 섹션(8)은 중공 원통형으로 형성되고, 협착부(9)를 구비하며, 이 협착부는 상기 중간 섹션의 외부 표면에서뿐만 아니라 상기 중간 섹션의 내부 표면에서도 원추형의 형상을 형성하고, 수용 섹션(4)보다는 베어링 섹션(7)에 더 가까이 놓여 있다. 협착부(9)와 베어링 섹션(7) 사이에 있는 영역에 제공된 중간 섹션(8)의 최대 직경은 도면 부호 "D8a"로 표시되어 있다. 이에 비해 더 작은, 협착부(9)와 수용 섹션(4) 사이에 있는 영역에 제공된 중간 섹션(8)의 직경은 도면 부호 "D8b"로 표시되어 있다. 중간 섹션(8)과 마찬가지로 베어링 섹션(7)도 중공 형상이므로, 결과적으로 자석 캐리어(1)가 상기 전면(S2) 쪽으로는 개방되어 있는 한편, 자석 캐리어(1)가 수용 섹션(4) 쪽으로는 폐쇄되어 있다.
자석 캐리어(1)는 중간 섹션(8)에 서로 평행하고 축 방향으로 진행하는 6개의 슬롯(10)을 구비하고, 이들 슬롯 사이에는 각각 라멜라(11)가 형성되어 있다. 라멜라(11)의 외부 표면들이 함께 중간 섹션(8)의 원통 형상을 형성하는 한편, 각각의 라멜라(11)는 상기 표면의 내부 면에 톱니(12)로서 형성되어 있다. 각각의 라멜라(11)는 실질적으로 원통형 자석 캐리어(1)의 방사 방향으로 현저하게 탄력적인 가요성을 갖는 반면, 중간 섹션(8) 및 이와 더불어 전체 자석 캐리어(1)의 원주 방향으로의 라멜라(11)의 가요성은 비교적 작다. 중간 섹션(8)의 원주 방향으로의 각각의 라멜라(11)의 연장부는 자석 캐리어(1)의 방사 방향으로 측정된 라멜라(11)의 평균적인 두께보다 더 넓다.
센서 자석 어셈블리를 조립할 때에는, 자석 캐리어(1)가 도면 부호 "13"으로 표시된 샤프트 상에 끼워지고, 이 샤프트는 외부 치형부(14)를 구비한다. 외부 치형부(14)는 샤프트 단부 부재(15)에 존재하며, 이 샤프트 단부 부재는 샤프트(13)의 인접하는 샤프트 섹션(16)에 비해 두꺼워져 있고, 톱니(12)에 의해 형성되고 전체적으로 도면 부호 "17"로 표시된 자석 캐리어(1)의 내부 치형부에 비해 초과 치수를 갖는다.
특히 도 3에 있는 샤프트(13)의 단독적인 도시로부터 알 수 있는 바와 같이, 샤프트 단부 부재(15)는 외부 치형부(14)에 삽입용 챔퍼(18) 및 삽입용 사면(19)을 구비한다. 샤프트 단부 부재(15)가 자석 캐리어(1) 내부로 삽입되는 과정을 용이하게 하기 위해, 베어링 섹션(7)은 또한 깔때기 형상으로 확장되는 삽입용 개구(20)를 구비한다.
자석(3)을 포함한 자석 캐리어(1)와 샤프트(13)를 센서 자석 어셈블리로 조립하는 경우에, 라멜라(11)는 늦어도 샤프트 단부 부재(15)가 협착부(9)를 통과할 때에 확장되지만, 이 경우 자석 캐리어(1)의 총 높이(H1)는 현저하게 변경되지 않는다. 자석 캐리어(1)의 축 방향으로 측정된 중간 섹션(8)의 높이(H8)는 자석 캐리어(1)의 총 높이(H1)의 3/4 이상이다.
방향에 강하게 의존하는 라멜라(11)의 탄성과 더불어, 샤프트 단부 부재(15)의 외부 치형부(14)에 의한 자석 캐리어(1)의 라멜라(11)가 확장됨으로써, 자석 캐리어(1)가 샤프트(13) 상에 백래시 없이 그리고 안정적으로 고정되도록 보장된다. 이 경우, 자석 캐리어(1)는 다만 3개의 지점에서만 자신의 주변 구조물과 접촉한다: 한 편으로는, 자석 캐리어(1) 내부에서 중심에 형성되어 있는 외부 치형부(14)와 내부 치형부(17) 간의 접촉부에서 접촉하고, 다른 한 편으로는 자석 캐리어(1)의 2개의 전면(S1, S2)에 인접하는 원통형의 외벽(5, 6)에서 접촉한다. 자석 캐리어의 개방된 전면, 다시 말해 자석(3)으로부터 떨어져서 마주한 전면(S2)에서는 자석 캐리어(1)가, 외벽(5, 6)이 지지되어 있는 부품(21) 내에서 안전 링(22)에 의해 축 방향으로 보호되어 있다. 샤프트 섹션(16)과 내부 치형부(17) 사이에서는, 전면(S2)으로부터 볼 수 있는 환형 간극(23)이 형성되어 있다.
자석(3)의 위치는 도면 부호 "24"로 표시된 센서, 즉 홀 센서에 의해서 검출될 수 있다. 센서 자석 어셈블리는 기술된 방식으로 간단하게 조립될 수 있을 뿐만 아니라 파괴 없이 분해될 수도 있다. 자석 캐리어(1) 및 샤프트(13)의 형상으로 인해, 센서 자석 어셈블리의 조립 오류가 사실상 배제된다. 또한, 센서 자석 어셈블리를 조립할 때의 중간 섹션(8)의 두드러진 확장은 다른 부품들에서 나타날 수 있는, 공차 또는 온도로부터 기인되는 치수 변경이 보상되는 것을 보장한다. 그와 동시에, 라멜라(11)가 샤프트(13)의 방사 방향으로 의도한 바대로 휘어질 수 있게 형성됨으로써는, 센서 자석 어셈블리의 조립은 작은 조립력으로도 가능하다.
도 5에 따른 실시예는, 자석 캐리어(1)가 단 하나의 베어링 지점, 즉 수용 섹션(4)의 영역에서 단 하나의 베어링 지점을 갖는다는 점에서, 전술된 실시예들과 상이하다. 이로써, 자석 캐리어(1)는 부품(21) 내에서 및 샤프트(13) 상에서 단 2개의 지점에서만 고정되어 있다. 본원에서는, 수용 섹션(4)에서의 고정 및 또한 파일럿(pilot)으로서도 지칭되는 샤프트 단부 부재(15)에서의 고정이 다루어진다. 그와 달리, 이 경우에 중간 섹션(8)에 대해 다만 약간만 확장되었고 개방된 전면(S2)에 접하는 외벽(6)의 영역에서는, 자석 캐리어(1)와 이 자석 캐리어를 둘러싸는 부품(21) 간에 접촉이 전혀 이루어지지 않는다.
DA: 수용 섹션 및 베어링 섹션의 직경
D8a: 중간 섹션의 최대 직경
D8b: 중간 섹션의 최소 직경
H1: 자석 캐리어의 총 높이
H4: 수용 섹션의 높이
H7: 베어링 섹션의 높이
H8: 중간 섹션의 높이
S1, S2: 전면
1: 자석 캐리어
2: 변속기 액추에이터
3: 자석
4: 수용 섹션
5: 수용 섹션의 외벽
6: 베어링 섹션의 외벽
7: 베어링 섹션
8; 중간 섹션
9: 협착부
10: 슬롯
11: 라멜라
12: 톱니
13: 샤프트
14: 외부 치형부
15: 샤프트 단부 부재
16: 샤프트 섹션
17: 내부 치형부
18; 삽입용 챔퍼
19: 삽입용 사면
20: 삽입용 개구
21: 부품
22: 안전 링
23: 환형 간극
24: 센서

Claims (10)

  1. 샤프트(13) 상에 끼워질 수 있는 중공 원통형의 자석 캐리어(1)를 포함하고, 자석 캐리어는 전면(S1)에 자석(3)용 수용 섹션(4)을 구비하며, 자석 캐리어(1)는 탄력적으로 휠 수 있는 내부 치형부(17)를 구비하고, 내부 치형부는 샤프트(13)의 외부 치형부(14)와의 백래시 없는 접촉을 위해 제공되어 있는, 센서 자석 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서, 자석 캐리어(1)의 내부 치형부(17)의 탄성은 자석 캐리어의 벽에 있는 슬롯(10)에 의해서 만들어지는 것을 특징으로 하는, 센서 자석 어셈블리.
  3. 제2항에 있어서, 자석 캐리어(1)의 내부 치형부(17)의 톱니(12)의 개수는 슬롯(10)의 개수에 상응하며, 원주 방향으로 이웃하는 2개의 슬롯(10) 사이에는 각각 단 하나의 톱니(12)를 구비하는 라멜라(11)가 형성된 것을 특징으로 하는, 센서 자석 어셈블리.
  4. 제3항에 있어서, 자석 캐리어(1)의 원주 방향으로의 각각의 라멜라(11)의 탄력적인 가요성은 방사 방향으로의 가요성보다 작은 것을 특징으로 하는, 센서 자석 어셈블리.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 자석 캐리어(1)는 2개 이상의 그리고 최대 8개의 라멜라(11)를 구비하는 것을 특징으로 하는, 센서 자석 어셈블리.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 자석(3)용 수용 섹션(4)은 베어링 지점으로서 제공된 원통형 외벽(5)을 구비하며, 원통형 외벽의 직경(DA)은 탄력적으로 휠 수 있는 내부 치형부(17)를 구비한 자석 캐리어(1)의 섹션의 최대 직경(D8a)보다 큰 것을 특징으로 하는, 센서 자석 어셈블리.
  7. 제6항에 있어서, 자석 캐리어(1)는 수용 섹션(4)으로부터 멀리 떨어져서 마주하는 전면(S2)에 베어링 지점으로서 제공된 또 다른 원통형 외벽(6)을 구비하며, 외벽의 직경(DA)은 수용 섹션(4)의 외벽(5)의 직경에 상응하는 것을 특징으로 하는, 센서 자석 어셈블리.
  8. 제7항에 있어서, 중공 원통형 자석 캐리어(1)의 축 방향으로 측정된, 베어링 지점으로서 제공된 원통형 외벽(5, 6)의 높이(H4, H7)의 총합은, 동일한 방향으로 측정된 자석 캐리어(1)의 전체 총 높이(H1)의 절반 미만에 상응하는 것을 특징으로 하는, 센서 자석 어셈블리.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 샤프트 단부 부재(15)를 구비하며, 샤프트 단부 부재는 샤프트(13)의 인접하는 샤프트 섹션(16)에 비해 두꺼워져 있고, 자석 캐리어(1)의 내부 치형부(17)와 접촉하는 외부 치형부(14)를 구비하며, 샤프트(13)는 오로지 샤프트 단부 부재(15)의 영역에서만 자석 캐리어(1)와 접촉하는 한편, 인접하는 샤프트 섹션(16)은 환형 간극(23)을 형성하면서 내부 치형부(17)로부터 이격되어 있는 것을 특징으로 하는, 센서 자석 어셈블리.
  10. 변속기 액추에이터, 브레이크 액추에이터 또는 클러치 액추에이터에 사용되는, 제1항에 따른 센서 자석 어셈블리의 용도.
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