KR20170011599A - 토크앵글센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 입력축과 출력축 사이에 배치되는 토크앵글센서에 있어서, 상기 입력축에 연결되는 로터부; 상기 로터부의 외측에 배치되고, 상기 출력축에 연결되는 스테이터부; 상기 스테이터부에 결합하는 메인기어부; 케이스에 회전 가능하게 배치되는 웜기어; 상기 웜기어와 맞물리며 제1 마그넷이 포함된 웜휠; 및 상기 제1 마그넷의 자계 변화를 감지하는 센서부를 포함하는 토크앵글센서를 제공하여, 케이스 내부의 공간을 축소하여 토크앵글센서 전체의 크기를 크게 줄일 수 있는 유리한 효과를 제공한다.

Description

토크앵글센서{TORQUE AND ANGLE SENSOR}

본 발명은 스티어링 시스템의 토크 및 앵글을 측정할 수 있는 토크앵글센서에 관한 것이다.

일반적으로 자동차는 바퀴와 연결된 스티어링 휠(Steering wheel)을 조작하여 주행 방향을 조작한다. 그러나, 바퀴와 노면과의 저항이 크거나 스티어링의 장애요인 발생시 조작력이 약화되어 신속한 조작이 어려운 경우가 있고, 이를 해결하기 위해 파워 스티어링 시스템(EPS)이 사용된다. 이러한 파워스티어링 장치는 스티어링 휠의 조작에 동력장치를 개입하여 조작의 힘을 경감시키도록 하는 장치이다.

이러한 파워 스티어링 시스템(EPS)은 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.

토크앵글센서는 기능상 토크센싱모듈과 앵글(조향각, steering angle) 센싱모듈로 구분될 수 있다. 이 중 앵글센싱모듈은 스테이터에 메인기어가 결합되어 스테이터의 회전을 감지함으로써 조향 핸들의 조향각도(절대각)을 측정한다.

메인기어는 서브기어와 치합된다. 서브기어는 메인기어와 회전비를 달리하도록 형성되어 조향 핸들의 조향각도(상대각)을 측정한다. 이러한 서브기어는 케이스에 회전 가능하게 안착되며, 메인기어와 맞물리는 제1 서브기어와 제1 서브기어와 맞물리는 제2 서브기어를 포함할 수 있다.

이렇게 메인기어와 2개의 서브기어가 위치하면, 공간에 제약이 크기 때문에 토크앵글센서의 크기를 줄이는 데 한계가 있다.

이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 공간적 제약을 최소화할 수 있는 토크앵글센서를 제공하는 것을 그 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.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 입력축과 출력축 사이에 배치되는 토크앵글센서에 있어서, 상기 입력축에 연결되는 로터부와, 상기 로터부의 외측에 배치되고, 상기 출력축에 연결되는 스테이터부와, 상기 스테이터부에 결합하는 메인기어부와, 케이스에 회전 가능하게 배치되는 웜기어와, 상기 웜기어와 맞물리며 제1 마그넷이 포함된 웜휠 및 상기 제1 마그넷의 자계 변화를 감지하는 센서부를 포함하는 토크앵글센서를 제공할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1 마그넷은 상기 윔휠의 축부에 배치될 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1 마그넷은 상기 웜휠의 회전 중심을 기준으로 원주 방향을 따라 배치될 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1 마그넷은 상기 웜휠의 회전 중심을 기준으로 환형으로 배치될 수 있다.

바람직하게는, 상기 웜기어는 제2 마그넷을 포함하고, 상기 센서부는 상기 제2 마그넷의 자계 변화를 감지할 수 있다.

바람직하게는, 상기 메인기어부는 회전 중심을 기준으로 원주 방향을 따라 배치되는 환형의 제2 마그넷을 포함하고, 상기 센서부는 상기 제2 마그넷의 자계 변화를 감지할 수 있다.

바람직하게는, 상기 메인기어부는 회전 중심을 기준으로 환형으로 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 길이 방향을 길게 형성된 웜기어를 통해 조향각도를 측정하도록 구성함으로써, 케이스 내부의 공간을 축소하여 토크앵글센서 전체의 크기를 크게 줄일 수 있는 유리한 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 토크앵글센서를 도시한 도면,
도 2는 메인 기어부와 웜기어와 웜휠을 도시한 도면,
도 3은 웜휠에 환형으로 삽입되는 마그넷을 도시한 도면이다.
도 4는 웜기어에 제2 마그넷이 설치된 상태를 도시한 도면,
도 5는 메인 기어부에 제2 마그넷이 설치된 상태를 도시한 도면,
도 6은 케이스 공간을 비교한 그림이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 그리고 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 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, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

토크앵글센서의 케이스 내부에는 메인 기어부에 연동하는 2개의 서브 기어가 배치된다, 그 결과 서브 기어가 차지하는 공간으로 케이스 내부의 공간이 넓어질 수 밖에 없었다. 본 발명의 일 실시예에 따른 토크앵글센서는, 이러한 문제를 근본적으로 해결하고자 비교적 수용공간이 큰 환형의 서브 기어 개수를 줄이고자 안출된 구조이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 토크앵글센서를 도시한 도면이고, 도 2는 메인 기어부와 웜기어와 웜휠을 도시한 도면이다. 이러한, 도 1 및 도 2는 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 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 토크앵글센서는 로터부(100)와, 스테이터부(200)와, 메인기어부(300)와, 웜기어(400)와, 웜휠(500)과, 센서부(600)를 포함할 수 있다.

토크앵글센서는 기능상 토크센싱모듈과 앵글(조향각, steering angle) 센싱모듈로 구분될 수 있다. 토크센싱모듈은 로터부(100)와 스테이터부(200), 및 콜렉터(미도시)로 구성되어, 조향 핸들을 원활하게 조작할 수 있도록 토션바에 걸리는 토크를 측정한다.

먼저, 토크를 측정하는 주요 구성에 대한 설명은 다음과 같다.

로터부(100)는 입력축(도시되지 않음)에 연결될 수 있다. 그리고 스테이터부(200)는 출력축(도시되지 않음)에 연결될 수 있다. 이때, 입력축은 운전자의 스티어링 휠을 회전시키는 힘에 의해 회전하게 되고, 출력축은 차량의 전륜과 연결되어 상기 입력축으로부터 힘을 전달받아 회전하게 된다.

본 발명을 설명함에 있어서, 로터부(100)가 입력축에 연결되고 스테이터부(200)가 출력축에 연결되는 것으로 설명하나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 로터부(100)가 출력축에 연결되고 스테이터부(400)가 입력축에 연결될 수도 있다.

로터부(100)는 조향 입력축에 연결되는 원통형상의 로터(111)와, 로터(111)의 외주면에 부착된 로터 마그네트(112)를 포함할 수 있다. 로터부(100)는 조향 입력축과 연결되어 입력축의 회전에 따라 회전하게 된다. 도시되지는 않았지만 로터부(100)에는 조향 입력축과 결합될 수 있는 결합구조(예: 돌기 또는 요홈)가 형성될 수 있다.

스테이터부(200)는 스테이터링(210)과, 스테이터링(210)이 수용되는 스테이터 홀더(220)를 포함할 수 있다. 돌출편(211)은 스테이터 홀더(220)의 내주면에 고정될 수 있다. 이러한 돌출편(211)은 로터 마그네트(112)의 자력 변화를 감지할 수 있도록 로터 마그네트(112)에 대향되게 배치된다.

그 결과, 입력축과 출력축 사이에 따라 비틀림이 발생하게 되면, 로터부(100)와 스테이터부(200) 사이의 회전 차이가 발생하게 되고 이는 자기력의 변화로 감지되어 콜렉터(미도시)에 배치된 자기소자에 의해 검출된다.

다음으로, 앵글을 측정하는 구성은 다음과 같다.

메인기어부(300)는 스테이터부(200)의 외부에 배치될 수 있다. 이러한 메인기어부(300)와 치합하는 웜기어(400) 또는 웜휠(500)에 마그넷(10)이 설치될 수 있다. 또한 마그넷(10)의 자화를 센싱하는 센싱부(600)를 포함할 수 있다.

앵글을 측정하는 과정을 설명하면, 스테이터부(200)의 회전에 연동하여 메인기어부(300)가 회전하면 메인기어부(300)와 치합된 웜기어(400) 및 웜휠(560)이 회전하게 된다, 그리고, 웜기어(400) 또는 웜휠(500)에 설치된 마그넷(10)이 회전하게 된다. 센싱부(600)는 마그넷(10)의 자계변화를 센싱한다. 이러한 센싱부(600)의 자기소자는 홀 소자(Hall IC)일 수 있다.

도 2를 참조하면, 웜기어(400)는 메인기어부(300)에 맞물릴 수 있으며, 웜휠(500)과 맞물릴 수 있도록 웜휠(500)의 위치까지 길게 형성될 수 있다. 이러한 웜기어(400)는 케이스(30)의 측벽에 회전 가능하게 설치되거나 케이스(30) 내부에 설치된 별도의 구조물에 회전 가능하게 설치될 수 있다.

한편, 마그넷(10)은 2개가 마련될 수 있으며, 2개의 마그넷(10) 중 어느 하나는 제1 마그넷(11)이라 하고, 다른 하나는 제2 마그넷(12)이라 한다.

웜휠(500)은 케이스(30)에 회전 가능하게 설치될 수 있다. 제1 마그넷(11)은 웜휠(500)의 축부(510)에 설치될 수 있다. 센싱부(600)는 이러한 웜휠(500)의 하부에 설치될 수 있다.

도 3은 웜휠에 환형으로 삽입되는 마그넷을 도시한 도면이다.

일례로서, 제1 마그넷(11)은 웜휠(500)의 회전 중심을 기준으로 원주 방향을 따라 삽입될 수 있다, 예를 들어, 도 3에서 도시한 바와 같이, 제1 마그넷(11)은 웜휠(500)의 회전 중심을 기준으로 환형으로 형성되어 웜휠(500)에 삽입되도록 실시될 수 있다.

도 4는 웜기어에 제2 마그넷이 설치된 상태를 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 토크앵글센서의 다른 실시예로서, 제2 마그넷(12)이 웜기어(400)에 설치될 수 있다. 제2 마그넷(12)의 웜기어(400)의 회전축의 축부 상에 설치될 수 도 있다.

도 5는 메인 기어부에 제2 마그넷이 설치된 상태를 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 토크앵글센서의 또 다른 실시예로서, 제2 마그넷(12)이 메인 기어부(300)에 설치될 수 있다. 메인 기어부(300)는 중심이 비어 있는 형태이기 때문에 제2 마그넷(12)은 메인 기어부(300)의 회전 중심을 기준으로 원주 방향을 따라 삽입될 수 있다, 예를 들어, 제2 마그넷(12)은 웜휠(500)의 회전 중심을 기준으로 환형으로 형성되어 메인 기어부(300)에 삽입되도록 실시될 수 있다.

도 6은 케이스 공간을 비교한 그림이다.

도 6을 참조하면, 동일한 직경의 메인 기어부(300)와 서브 기어가 케이스(30) 내부에 설치되는 것을 가정했을 때, 도 5의 (a)와 같이 2개의 서브기어들을 구비하는 구조 보다, 웜기어(400)와 웜휠(500)로 서브 기어를 구비하는 구성이 케이스 공간의 폭(W)이 크게 감소함으로 알 수 있다.

이상으로 본 발명의 바람직한 하나의 실시예에 따른 토크앵글센서에 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.

100: 로터부
111: 로터
112: 로터 마그네트
200: 스테이터부
210: 스테이터링
211: 돌출편
220: 스테이터 홀더
300: 메인기어부
400: 웜기어
500: 웜휠
600: 센서부

Claims (7)

1. 입력축과 출력축 사이에 배치되는 토크앵글센서에 있어서,
   상기 입력축에 연결되는 로터부;
   상기 로터부의 외측에 배치되고, 상기 출력축에 연결되는 스테이터부;
   상기 스테이터부에 결합하는 메인기어부;
   케이스에 회전 가능하게 배치되는 웜기어;
   상기 웜기어와 맞물리며 제1 마그넷이 포함된 웜휠; 및
   상기 제1 마그넷의 자계 변화를 감지하는 센서부
   를 포함하는 토크앵글센서.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 마그넷은 상기 윔휠의 축부에 배치되는 토크앵글센서.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 마그넷은 상기 웜휠의 회전 중심을 기준으로 원주 방향을 따라 배치되는 토크앵글센서.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 마그넷은 상기 웜휠의 회전 중심을 기준으로 환형으로 배치되는 토크앵글센서.
5. 제1 항에 있어서,
   상기 웜기어는 제2 마그넷을 포함하고, 상기 센서부는 상기 제2 마그넷의 자계 변화를 감지하는 토크앵글센서.
6. 제1 항에 있어서,
   상기 메인기어부는 회전 중심을 기준으로 원주 방향을 따라 배치되는 환형의 제2 마그넷을 포함하고, 상기 센서부는 상기 제2 마그넷의 자계 변화를 감지하는 토크앵글센서.
7. 제6 항에 있어서,
   상기 메인기어부는 회전 중심을 기준으로 환형으로 배치되는 토크앵글센서.

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