KR20190064107A - Torque Sensor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 토크 센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 모터에 의한 자기 간섭을 억제하는 토크 센서에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a torque sensor, and more particularly, to a torque sensor for suppressing magnetic interference by a motor.
일반적으로 차량의 주행 또는 정지시에 스티어링 휠을 회전시킴에 따라 노면과 접촉하고 있는 바퀴도 회전하게 된다. 즉, 상기 스티어링 휠을 좌측 방향 또는 우측 방향으로 회전시키게 되면 이와 동일한 방향으로 바퀴가 회전하게 된다. 그런데, 바퀴는 노면과 접촉된 상태이기 때문에 바퀴와 노면 사이의 마찰력에 의해서 상기 스티어링 휠과 상기 바퀴의 회전비는 서로 상이하게 되어 운전자는 상기 스티어링 휠을 조작함에 있어 큰 힘을 필요로 하게 된다.Generally, as the steering wheel is rotated when the vehicle is running or stopped, the wheel in contact with the road surface also rotates. That is, when the steering wheel is rotated leftward or rightward, the wheel rotates in the same direction. However, since the wheels are in contact with the road surface, the rotational ratios of the steering wheel and the wheels are different from each other due to the friction between the wheels and the road surface, so that the driver requires a large force to operate the steering wheel.
이와 같은 조향력을 보조하는 장치로서 파워 스티어링 시스템(PS;Power Steering System)이 구비되며, 파워 스티어링 시스템 중에서도 전동 모터를 이용하는 EPS(Electronic Power Steering System) 방식이 실생활에서 사용되는 승용 차량 등에서 적용 범위를 넓혀 가고 있다. 이와 같은 파워 스티어링 시스템에 있어서 스티어링 휠과 연결되는 입력축과 바퀴와 연동하는 출력축 간의 상대 회동 변위를 측정하는 토크 센서(Torque sensor)가 구비된다. 토크 센서는 접촉 방식과 비접촉식 방식으로 크게 구분되는데, 접촉 방식은 소음과 내구성의 저하 문제로 인해 최근에는 비접촉식 방식의 토크 센서를 채택하고 있다.A power steering system (PS) is provided as a device for assisting such a steering force, and an EPS (Electronic Power Steering System) system using an electric motor among power steering systems is widely used in passenger vehicles used in real life It is going. In such a power steering system, a torque sensor for measuring a relative rotational displacement between an input shaft connected to the steering wheel and an output shaft interlocked with the wheel is provided. The torque sensor is largely classified into a contact type and a non-contact type. Recently, a non-contact type torque sensor is adopted as a contact type due to a problem of reduction in noise and durability.
도 1은 통상적인 차량의 전동식 파워 스티어링 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 운전자가 차량의 스티어링 휠을 회전 조작하면 이에 연결된 입력축이 회전하고 입력축의 회전력은 바퀴와 연동하는 출력축으로 전달된다. 입력축과 출력축 사이에는 입력축과 출력축 간의 상대 회동 변위를 측정하는 토크 센서(1)가 구비된다. 토크 센서(1)는 입력축과 출력축 간의 상대 회동 변위를 측정하여 전자 제어 장치(ECU)(2)로 전달하고, 전자 제어 장치(ECU)(2)는 상기 상대 회동 변위에 따른 제어 신호를 모터(3)로 전달한다. 모터(3)는 전자 제어 장치(ECU)(2)의 제어 신호에 따라 구동되어 출력축에 조향 보조력을 제공한다.Fig. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional electric power steering system of a vehicle. Referring to FIG. 1, when the driver rotates the steering wheel of the vehicle, the input shaft connected to the steering shaft rotates, and the rotational force of the input shaft is transmitted to the output shaft associated with the wheel. Between the input shaft and the output shaft, there is provided a torque sensor 1 for measuring a relative rotational displacement between the input shaft and the output shaft. The torque sensor 1 measures the relative rotational displacement between the input shaft and the output shaft and transfers the measured relative displacement to the electronic
이러한 전동식 파워 스티어링 시스템에서의 상기 토크 센서(1)는 앞서 설명한 바와 같이 비접촉식 방식, 더 구체적으로는 마그네틱 센싱 방식이 주로 사용된다. 마그네틱 센싱 방식의 토크 센서(1)는, N극과 S극이 쌍으로 존재하는 마그네트에서 발생하는 자기장을 자기 유도 부재(자기 회로)로 유도한 후 자기 유도 부재로 유도된 자기장의 세기 및 방향을 자기 센서로 센싱함으로써 상기 상대 회동 변위를 측정한다. 차량의 상기 입력축과 상기 출력축 간의 상대 회동 변위가 발생하면, 상기 마그네트와 상기 자기 유도 부재의 상대적 위치 변화가 발생하고 이에 따라 변하는 자기장의 세기 및 방향을 상기 자기 센서로 검출하는 것이다. As described above, the torque sensor 1 in the electric power steering system mainly uses a non-contact type, more specifically, a magnetic sensing type. The torque sensor 1 of the magnetic sensing type is a magnetic sensor in which a magnetic field generated in a magnet having a pair of N and S poles is induced to a magnetic induction member (magnetic circuit), and then the intensity and direction of the magnetic field induced by the magnetic induction member And the relative rotational displacement is measured by sensing with a magnetic sensor. When relative displacement between the input shaft of the vehicle and the output shaft occurs, a relative positional change occurs between the magnet and the magnetic induction member, and the intensity and direction of the varying magnetic field are detected by the magnetic sensor.
그런데, 도 1에 도시된 바와 같이, 토크 센서(1)는 조향 보조력을 제공하는 차량의 모터(3)와 인접하게 설치되어 모터(3)에서 발생하는 자기장이 인접한 토크 센서(1)의 자기 센서에서 검출하는 자기장의 세기 및 방향에 영향을 주어 측정 오류를 발생시킨다. 특히 상대적으로 큰 모터를 사용하는 하이브리드 차량이나 전기 차량의 경우에는 이러한 측정 오류가 더욱 심해지고 이는 안전 사고의 원인이 될 수 있다. 1, the torque sensor 1 is installed adjacent to the
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 차량의 모터로부터의 자기장 간섭을 억제할 수 있는 토크 센서를 제공하는 데 목적이 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been proposed in order to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a torque sensor capable of suppressing magnetic field interference from a motor of a vehicle.
일 실시예에 따른, 입력축과 출력축 사이에 설치되어 상기 입력축과 상기 출력축의 상대 회동 변위를 감지하는 토크 센서는, 상부 커버; 상기 상부 커버와 결합되어 내부 공간을 형성하는 하부 커버; 상기 입력축에 연결되어 상기 입력축과 함께 회동하는 마그네트를 포함하며 상기 내부 공간에 설치되는 마그네트 유닛; 상기 출력축에 연결되어 상기 출력축과 함께 회동하고 상기 상대 회동 변위에 따른 상기 마그네트 유닛의 자기력선을 유도하며 상기 내부 공간에 설치되는 컬렉터 유닛; 상기 컬렉터 유닛에서 유도되는 상기 자기력선을 감지하고 상기 내부 공간에 설치되는 센싱 유닛; 상기 마그네트 유닛, 상기 컬렉터 유닛 및 상기 센싱 유닛의 축 방향의 상면 부분을 덮는 상부 차폐판; 및 상기 마그네트 유닛, 상기 컬렉터 유닛 및 상기 센싱 유닛의 축 방향의 하면 부분을 덮는 하부 차폐판을 포함한다.According to an embodiment, a torque sensor installed between an input shaft and an output shaft and sensing a relative rotational displacement between the input shaft and the output shaft includes: an upper cover; A lower cover coupled to the upper cover to form an inner space; A magnet unit connected to the input shaft and including a magnet that rotates together with the input shaft, the magnet unit being installed in the inner space; A collector unit connected to the output shaft to rotate together with the output shaft and to induce a magnetic force line of the magnet unit according to the relative rotational displacement; A sensing unit sensing the magnetic field line induced in the collector unit and installed in the inner space; An upper shielding plate covering an upper surface portion of the magnet unit, the collector unit and the sensing unit in the axial direction; And a lower shielding plate covering an axial lower surface portion of the magnet unit, the collector unit, and the sensing unit.
상기 상부 차폐판은, 상기 상부 커버의 축 방향의 외측 또는 내측에 설치되고, 상기 하부 차폐판은 이에 대응하여 상기 하부 커버의 축 방향의 외측 또는 내측에 설치되며, 상기 상부 차폐판과 상기 하부 차폐판 중 어느 한 차폐판은 둘레를 따라 축 방향으로 돌출되는 복수의 돌기를 포함하고 다른 차폐판은 상기 복수의 돌기에 결합하는 복수의 체결부를 포함할 수 있다.Wherein the upper shield is provided on an outer side or an inner side in the axial direction of the upper cover and the lower shield is provided on an outer side or an inner side in an axial direction of the lower cover correspondingly, One of the plates may include a plurality of protrusions projecting axially along the circumference and the other plate may include a plurality of fasteners coupled to the plurality of protrusions.
상기 복수의 체결부 각각은 상기 복수의 돌기 각각이 삽입될 수 있는 홈이 형성되어 상기 복수의 돌기와 결합할 수 있다.Each of the plurality of fastening portions is formed with a groove into which the plurality of projections can be inserted, so that the plurality of fastening portions can engage with the plurality of projections.
상기 복수의 돌기 각각의 끝단 부분에는 걸림 홈이 형성되고 상기 복수의 체결부 각각에는 상기 걸림 홈에 결합되는 걸림 턱을 포함할 수 있다.Each of the plurality of protrusions may have a latching groove formed at an end thereof, and each of the plurality of latching portions may include a latching jaw coupled to the latching groove.
상기 복수의 돌기 각각의 끝단 부분에는 후크가 형성되고 상기 복수의 체결부 각각에는 상기 후크가 결합되는 후크 걸림 홈을 포함할 수 있다.A hook may be formed at an end of each of the plurality of projections, and each of the plurality of fastening portions may include a hook catching groove to which the hook is coupled.
상기 상부 차폐판과 상기 하부 차폐판 중 적어도 하나는, 분리 및 결합이 가능한 탄성력을 갖는 복수의 편으로 분할 제조되고, 그 복수의 편은 수평 방향으로 끼움 구조로 결합할 수 있다.At least one of the upper shielding plate and the lower shielding plate is divided into a plurality of pieces having an elastic force capable of being separated and combined, and the plurality of pieces can be coupled in a horizontal fitting structure.
상기 상부 차폐판은, 상기 상부 커버의 축 방향의 외측에서 상기 상부 커버에 탈착 가능하게 결합되고, 상기 하부 차폐판은, 상기 하부 커버의 축 방향의 외측에서 상기 하부 커버에 탈착 가능하게 결합될 수 있다.The upper shield is detachably coupled to the upper cover at an axial outer side of the upper cover and the lower shield is detachably coupled to the lower cover at an outer side in an axial direction of the lower cover have.
상기 상부 차폐판 및 상기 하부 차폐판은, 둘레를 따라 축 방향으로 돌출되는 복수의 돌기를 포함하고, 상기 상부 커버 및 상기 하부 커버는, 외주면에 상기 복수의 돌기와 결합하는 복수의 홈이 형성되어 상기 상부 차폐판 및 상기 하부 차폐판과 결합할 수 있다.Wherein the upper shield and the lower shield comprise a plurality of protrusions projecting axially along the periphery, wherein the upper cover and the lower cover have a plurality of grooves formed on an outer circumferential surface thereof to engage with the plurality of protrusions, The upper shielding plate and the lower shielding plate.
상기 상부 커버는 복수의 절연체로 이루어지고 상기 상부 차폐판은 상기 상부 커버의 복수의 절연체 사이에 삽입 설치되며, 상기 하부 커버는 복수의 절연체로 이루어지고 상기 하부 차폐판은 상기 하부 커버의 복수의 절연체 사이에 삽입 설치될 수 있다.Wherein the upper cover is made of a plurality of insulators and the upper shield plate is inserted between a plurality of insulators of the upper cover, the lower cover is made of a plurality of insulators, and the lower shield plate includes a plurality of insulators As shown in FIG.
상기 상부 커버 및 상기 하부 커버 각각은, 상기 상부 차폐판 및 상기 하부 차폐판 각각과 인서트 사출 성형되어 일체형으로 제작될 수 있다.Each of the upper cover and the lower cover may be integrally formed by insert injection molding with the upper shield plate and the lower shield plate.
상기 상부 차폐판 및 상기 하부 차폐판은, 축 방향으로 상기 마그네트 유닛과 이격 거리를 갖는다. The upper shielding plate and the lower shielding plate have a distance from the magnet unit in the axial direction.
상기 상부 차폐판은 상기 입력축이 관통할 수 있는 관통 홀을 포함하고, 상기 하부 차폐판은 상기 출력축이 관통할 수 있는 관통 홀을 포함한다.The upper shield plate includes a through hole through which the input shaft can pass, and the lower shield plate includes a through hole through which the output shaft can pass.
일 실시예에 따른 토크 센서는 내부 부품의 축 방향의 상면과 하면이 차폐판으로 덮여 차량의 모터에 의한 자기장 간섭이 억제된다. 따라서 토크 센서의 측정 정확도가 향상된다. In the torque sensor according to the embodiment, the upper surface and the lower surface in the axial direction of the internal parts are covered with the shielding plate, and the magnetic field interference by the motor of the vehicle is suppressed. Therefore, the measurement accuracy of the torque sensor is improved.
도 1은 통상적인 차량의 전동식 파워 스티어링 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 센서의 개략적인 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 토션 바에 비틀림이 발생하지 않을 때의 마그네트의 배치를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 토션 바에 비틀림이 발생할 때의 마그네트의 배치를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 토크 센서의 상부 차폐판 및 하부 차폐판의 결합 구조를 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 토크 센서의 상부 차폐판 및 하부 차폐판의 결합 구조를 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 토크 센서의 상부 차폐판 및 하부 차폐판의 결합 구조를 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 토크 센서의 개략적인 분해 사시도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 토크 센서의 상부 차폐판의 구조를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 차폐판과 마그네트 유닛 간 이격 거리를 설명하는 단면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 커버에 차폐판이 삽입되어 일체로 제작되었을 때의 단면도이다.Fig. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional electric power steering system of a vehicle.
2 is a schematic exploded perspective view of a torque sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a view showing the arrangement of magnets when no torsion occurs in the torsion bar according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a view showing the arrangement of magnets when torsion occurs in a torsion bar according to an embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining a coupling structure of an upper shield plate and a lower shield plate of a torque sensor according to another embodiment of the present invention.
6 is a view for explaining a coupling structure of an upper shield plate and a lower shield plate of a torque sensor according to another embodiment of the present invention.
7 is a view for explaining a coupling structure of an upper shielding plate and a lower shielding plate of a torque sensor according to another embodiment of the present invention.
8 is a schematic exploded perspective view of a torque sensor according to another embodiment of the present invention.
9 is a view showing the structure of an upper shield plate of a torque sensor according to another embodiment of the present invention.
10 is a cross-sectional view illustrating a distance between a shield plate and a magnet unit according to an embodiment of the present invention.
11 is a cross-sectional view of a cover according to an embodiment of the present invention, in which a shielding plate is integrally formed.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.The foregoing and other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the present invention when taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: There will be. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail. Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 센서의 개략적인 분해 사시도이다. 도 2를 참조한 토크 센서는 상부 커버(11), 하부 커버(12), 마그네트 유닛(20), 컬렉터 유닛(30), 센싱 유닛(40), 쉴드 유닛(50), 상부 차폐판(60) 및 하부 차폐판(70)을 포함한다.2 is a schematic exploded perspective view of a torque sensor according to an embodiment of the present invention. 2, the torque sensor includes an
상부 커버(11)와 하부 커버(12)는 서로 맞물려 체결되어 마그네트 유닛(20), 컬렉터 유닛(30), 센싱 유닛(40) 및 쉴드 유닛(50)을 수용하는 내부 공간을 형성한다. 상부 커버(11)는 입력축(81) 측에 배치되어 입력축(81)의 단부를 수용하고, 하부 커버(12)는 출력축(82) 측에 배치되어 출력축(82)의 단부를 수용한다. 입력축(81)의 단부와 출력축(82)의 단부는 토션 바(83)를 통해 서로 연결되고, 입력축(81)과 출력축(82)의 상대 회동 변위가 발생하면 이에 대응하여 상기 토션 바(83)에 비틀림이 발생한다.The
마그네트 유닛(20)은 쉴드 유닛(50)의 내부에 배치되고 차량의 스티어링 휠에 연결된 입력축(81)의 일단, 구체적으로 토션 바(83)의 일단에 연결되어 쉴드 유닛(50)의 내부에서 회동 가능하다. 마그네트 유닛(20)은 두 개의 마그네트 링을 구비한다. 각 마그네트 링은 N극과 S극을 갖는 복수의 마그네트가 원주 방향으로 연속으로 배치된다. 즉 각 마그네트 링은 N, S, N, S,...의 순서로 극성이 교대로 배치되는 구조이다. 두 개의 마그네트 링은 몰드의 외주면의 상부 및 하부에 각각 일체로 성형 부착될 수 있다. 그리고 상부 마그네트 링과 하부 마그네트 링은 상하로 대향하는 극성이 서로 다르게 배치된다. The
컬렉터 유닛(30)은 마그네트 유닛(20)에서 발생하는 자기장을 유도하는 자기 유도 부재이다. 본 실시예에서 컬렉터 유닛(30)은, 플라스틱 등의 재질로 제조되는 컬렉터 홀더와, 그 컬렉터 홀더의 상부와 하부에 각각 링 형태의 컬렉터(31, 32)가 설치되고 커버(11, 12) 내에 위치한다. 컬렉터(31, 32)는 링 형태의 연자성 재질로 제작된다. 컬렉터 유닛(30)은 하부 커버(12) 위에 배치되어 고정된다. 컬렉터 유닛(30)은 축 반경 방향으로 마그네트 유닛(20)의 외측에 배치되고, 컬렉터(31, 32)가 마그네트 유닛(20)의 자기력선을 유도하여 집속시킨다. 컬렉터 유닛(30)의 상부에 설치되는 제 1 컬렉터(31)는 마그네트 유닛(20)의 상부 마그네트 링에 축 반경 방향으로 대향하고, 컬렉터 유닛(30)의 하부에 설치되는 제 2 컬렉터(32)는 마그네트 유닛(200)의 하부 마그네트 링에 축 반경 방향으로 대향한다. The
센싱 유닛(40)은 컬렉터 유닛(30)의 외주 측에 배치되어 컬렉터 유닛(30)의 컬렉터(31, 32)를 통하여 집속되는 자기력선을 감지한다. 센싱 유닛(40)에 포함되는 자기 센서는 예를 들어 비접촉 방식의 홀 센서 내지 MR(Magnetoresistive) 센서, AMR(Anisotropic Magnetoresistive) 센서, GMR(Giant Magnetoresistive) 센서 등 설계 사양에 따라 다양한 종류가 사용될 수 있다. 자기 센서는 제 1 컬렉터(31) 및 제 2 컬렉터(32)에 의해 집속된 자기력선을 감지한다. The
쉴드 유닛(50)은, 컬렉터 유닛(30)과 마그네트 유닛(20) 사이에 배치된다. 따라서 축 반경 방향으로 마그네트 유닛(20), 쉴드 유닛(50) 그리고 컬렉터 유닛(30)의 순서로 배치된다. 쉴드 유닛(50)은 출력축(3)의 일단, 구체적으로 토션 바(83)의 타단에 연결된다. 쉴드 유닛(50)은, 컬렉터 유닛(30)에 설치된 컬렉터(31, 32)를 통하여 집속되는 마그네트 유닛(20)의 자기력선을 입력축(2) 및 출력축(3) 간의 상대 회동에 의하여 변화시킨다. 쉴드 유닛(50)의 하부에는 하부 커버(12)에 형성되어 있는 원형의 결합 돌출부(12a)와 결합하기 위한 원형의 결합 홈(50a)이 형성되어 있다. 따라서 쉴드 유닛(50)과 하부 커버(12)는 결합 홈(50a) 및 결합 돌출부(12a)에 의해 결합된다.A shield unit (50) is disposed between the collector unit (30) and the magnet unit (20). Therefore, the
쉴드 유닛(50)은 원통형의 수지 몰드에 연자성 재질의 사각 형상의 복수의 쉴드 로드가 외주면에 일정한 간격으로 배치되어 있다. 복수의 쉴드 로드는 원통형의 수지 몰드에 일체로 인서트 성형됨으로써 그 위치가 고정될 수 있다. 쉴드 로드는 마그네트 유닛(20)의 외측 둘레를 따라 일정한 간격으로 배치되어 해당 영역만큼의 자기 차폐 기능을 수행한다. 쉴드 유닛(50)에서 이웃하는 쉴드 로드의 사이에는 마그네트 유닛(20)의 자기력선을 통과시키기 위한 공간이 형성된다.The
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 토션 바에 비틀림이 발생하지 않을 때의 마그네트의 배치를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 토션 바에 비틀림이 발생할 때의 마그네트의 배치를 나타낸 도면이다.FIG. 3 is a view showing an arrangement of magnets when no torsion occurs in a torsion bar according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a view showing an arrangement of magnets when torsion occurs in a torsion bar according to an embodiment of the present invention. Fig.
도 3을 참조하면, 토크 센서의 토션 바(83)에 비틀림이 발생하지 않을 때, 즉 입력축(81)과 출력축(82) 사이의 상대 회동 변위가 없을 때에는, 상부 마그네트 링(20a)의 N극 및 S극과, 쉴드 유닛(50)의 쉴드 로드(50a) 간의 대향 면적의 비는, 50:50이고, 또한 하부 마그네트 링(20b)의 N극 및 S극과, 쉴드 유닛(50)의 쉴드 로드(50a) 간의 대향 면적의 비는 50:50이다. 그러므로 상부와 하부에 설치된 마그네트 링(20a, 20b)에서 발생하는 자기력선은 바로 이웃한 극성으로 흐르게 되어(N극->S극), 쉴드 유닛(50)의 외측에 설치된 컬렉터(31, 32)로 흐르지 않는다. 3, when no torsion occurs in the
도 4를 참조하면, 토크 센서의 토션 바(83)에 비틀림이 발생할 때에는, 상부 마그네트(20a)의 N극 및 S극과, 쉴드 유닛(50)의 쉴드 로드(50a) 간의 대향 면적의 변화가 발생하고, 또한 하부 마그네트 링(20b)의 N극 및 S극과, 쉴드 유닛(50)의 쉴드 로드(50a) 간의 대향 면적의 변화가 발생한다. 따라서 예를 들어 이웃하는 두 개의 쉴드 로드(50a) 사이의 공간에 노출되는 상부 마그네트(20a)의 N극으로부터 나오는 자기력선은 컬렉터 유닛(30)의 제 1 컬렉터(31)로 집속되고, 제 1 컬렉터(31)에 집속된 자기력선은 센싱 유닛(40)의 자기 센서를 경유하여 제 2 컬렉터(32)를 거쳐 하부 마그네트 링(20b)의 S극으로 흐르게 된다. 이에 따라 입력축(81)과 출력축(82)의 상대 회동 변위에 의한 자기력이 센싱 유닛(40)의 자기 센서로 검출된다. 4, when a twist occurs in the
이와 같이 입력축(81)과 출력축(82)의 상대 회동 변위가 발생할 경우, 제 1 컬렉터(31)로부터 제 2 컬렉터(32)로, 또는 제 2 컬렉터(32)로부터 제 1 컬렉터(31)로 자기력선이 지나가고, 이 자기력선의 세기와 방향을 자기 센서가 감지한다. 즉 센싱 유닛(40)의 자기 센서는 수직 방향, 즉 축 방향(z축 방향)으로 이동하는 자기력선을 감지한다. 차량의 모터에서 발생하는 자기장이 수직 방향으로 센싱 유닛(40)의 자기 센서로 유입되는 경우 측정 오류가 발생할 수 있다. 따라서, 모터에서 발생하는 자기장이 센싱 유닛(40)의 자기 센서로 유입되는 것을 방지하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 토크 센서는 상부 커버(11)의 수직 방향, 즉 축 방향의 외측에 상부 차폐판(60)을 설치하고, 하부 커버(12)의 수직 방향, 즉 축 방향의 외측에 하부 차폐판(70)을 설치함으로써, 차량의 모터에서 발생하여 수직 방향으로 유입되는 자기장을 차폐한다. When the relative rotation displacement of the
도 2를 참조하면, 상부 차폐판(60)은 입력축(81) 측에 배치되고 하부 차폐판(70)은 출력축(82) 측에 배치된다. 상부 차폐판(60)은, 토크 센서의 마그네트 유닛(20), 컬렉터 유닛(30), 센싱 유닛(40) 및 쉴드 유닛(50)의 축 방향의 상면을 모두 덮는 넓이를 갖는다. 하부 차폐판(70) 역시, 토크 센서의 마그네트 유닛(20), 컬렉터 유닛(30), 센싱 유닛(40) 및 쉴드 유닛(50)의 축 방향의 하면을 모두 덮는 넓이를 갖는다. 다만 상부 차폐판(60)과 하부 차폐판(70)은 각각 입력축(81)과 출력축(82)이 관통할 수 있는 관통 홀이 형성된다. 상부 차폐판(60)과 하부 차폐판(70)은 축의 길이 방향으로 결합되어 차량의 고정 수단에 설치됨으로써 요동하지 않는다. 상부 차폐판(60)은 둘레를 따라 일정한 간격으로 축의 길이 방향으로 돌출된 복수의 돌기(61)가 형성된다. 하부 차폐판(70)은 둘레를 따라 상기 복수의 돌기(61)와 결합하기 위한 복수의 체결부(71)가 상기 복수의 돌기(61)에 대응하는 위치에 형성된다. 도 2를 참조한 본 실시예에서 상기 복수의 체결부(71)는 상기 복수의 돌기(61)를 수용하는 홈이 형성되어 상기 복수의 돌기(61)와 끼움 구조로 결합한다. 본 실시예의 토크 센서는 상하 수직 방향의 자기력선을 차폐할 목적으로 상부 차폐판(60)과 하부 차폐판(70)을 구비하고, 수평 방향(x축, y축)의 자기력선을 차폐하기 위한 차폐판은 포함하지 않는다. 센싱 유닛(40)의 자기 센서는 수평 방향의 자기력선은 인식하지 않고, 또한 차폐판 추가로 인한 재료비 상승을 최소화하기 위함이다. 상부 차폐판(60)과 하부 차폐판(70)은 금속 등의 자성 재료로 성형되어 제조될 수 있다.2, the
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 토크 센서의 상부 차폐판(60) 및 하부 차폐판(70)의 결합 구조를 설명하는 도면이다. 도 5의 (a)는 결합 전 사시도이고 도 5의 (b)는 결합 부위의 단면도이다. 도 2에 도시된 하부 차폐판(70)의 복수의 체결부(71)는 상부 차폐판(60)의 복수의 돌기(61)가 삽입되는 홈을 포함한다. 반면, 도 5를 참조한 본 실시예에서 하부 차폐판(70)은 복수의 체결부로서, 하부 차폐판(70)의 외주면를 따라 수평 방향으로 돌출된 걸림 턱(72)을 포함하고, 상부 차폐판(60)의 복수의 돌기(61)의 끝단 부분에는 상기 걸림 턱(72)에 결합되는 걸림 홈(61a)이 형성된다. 상부 차폐판(60)의 복수의 돌기(61)의 끝단의 내측에는 경사면이 형성되고, 하부 차폐판(70)의 걸림 턱(72)에는 이에 대응하는 경사면이 형성되어, 상기 걸림 홈(61a)과 상기 걸림 턱(72)에 결합될 때 자연스럽게 슬라이딩되도록 한다. 5 is a view for explaining a coupling structure of the
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 토크 센서의 상부 차폐판(60) 및 하부 차폐판(70)의 결합 구조를 설명하는 도면이다. 도 6의 (a)는 결합 전 사시도이고 도 6의 (b)는 결합 부위의 단면도이다. 도 6을 참조한 본 실시예에서 상부 차폐판(60)의 복수의 돌기(61)의 끝단에는 홈을 갖는 후크(61b)가 형성되고, 하부 차폐판(70)은 복수의 체결부로서, 외주면를 따라 일정한 간격으로 상기 복수의 돌기(61)에 대응하는 위치에 후크 걸림 홈(73)이 형성된다. 이 후크 걸림 홈(73)이 상기 후크(61b)에 형성된 홈에 결합된다. 6 is a view for explaining a coupling structure of the
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 토크 센서의 상부 차폐판(60) 및 하부 차폐판(70)의 결합 구조를 설명하는 도면이다. 도 7의 (a)는 결합 전 사시도이고 도 7의 (b)는 결합 부위의 단면도이다. 도 7을 참조한 본 실시예에서 상부 차폐판(60)의 복수의 돌기(61)의 끝단에는 90도로 절곡된 형태의 후크(61c)가 형성되고, 하부 차폐판(70)은 복수의 체결부로서, 외주면를 따라 일정한 간격으로 상기 복수의 돌기(61)에 대응하는 위치에 후크 걸림 홈(73)이 형성된다. 이때의 후크 걸림 홈(73)은 계단 형상이고 상기 후크(61c)가 후크 걸림 홈(73)에 결합된다. 7 is a view for explaining a coupling structure of the
상부 차폐판(60) 및 하부 차폐판(70)의 결합은 이상의 도 2, 도 5 내지 7을 참조하여 설명한 구조에 제한되지 않고 다양한 구조로 결합될 수 있다. 또한 이상의 실시예에서 상부 차폐판(60)에 복수의 돌기가 형성되고 하부 차폐판(70)에 상기 복수의 돌기가 장착되는 복수의 체결부가 형성되는 것으로 설명하였으나 반대로 하부 차폐판(70)에 복수의 돌기가 형성되고 상부 차폐판(60)에 이에 대응하는 복수의 체결부가 형성되어도 된다.The combination of the
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 토크 센서의 개략적인 분해 사시도이다. 도 8을 참조한 토크 센서에서 도 2를 참조한 토크 센서와 동일한 참조부호의 구성요소는 도 2를 참조하여 설명한 기능을 포함한다. 도 2를 참조한 토크 센서에서 상부 차폐판(60) 및 하부 차폐판(70)은 상호 결합되는 구조이다. 반면, 도 8을 참조한 실시예의 토크 센서에서 상부 차폐판(60)은 상부 커버(11)에 탈착 가능한 구조로 결합되고, 하부 차폐판(70)은 하부 커버(12)에 탈착 가능한 구조로 결합된다. 상부 차폐판(60)은 수직 방향으로 돌출된 복수의 돌기(61)가 형성되고, 그 복수의 돌기(61)의 끝단에는 후크가 형성된다. 하부 차폐판(70)은 상부 차폐판(60)과 마찬가지로 수직 방향으로 돌출된 복수의 돌기(74)가 형성되고, 그 복수의 돌기(74)의 끝단에는 후크가 형성된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 상부 커버(11)의 외주면에는 후크 걸림 홈(11a)이 형성되고, 상부 차폐판(60)의 복수의 돌기(61)의 끝단에 형성된 후크가 상기 상부 커버(11)의 후크 걸림 홈(11a)에 결합된다. 또한, 하부 커버(12)의 외주면에는 마찬가지로 후크 걸림 홈(12a)이 형성되고, 하부 차폐판(70)의 복수의 돌기(74)의 끝단에 형성된 후크가 상기 하부 커버(12)의 후크 걸림 홈(12a)에 결합된다.8 is a schematic exploded perspective view of a torque sensor according to another embodiment of the present invention. In the torque sensor with reference to Fig. 8, the same reference numerals as those of the torque sensor referring to Fig. 2 include the functions described with reference to Fig. The
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 토크 센서의 상부 차폐판(60)의 구조를 나타낸 도면이다. 도 9를 참조하면, 상부 차폐판(60)은, 분리 및 결합이 가능한 복수의 편(piece)(60a, 60b)으로 분할되어 제작될 수 있다. 차량의 입력축(81)과 출력축(82)에 토크 센서를 연결한 후에, 상부 차폐판(60)을 구성하는 복수의 편(60a, 60b)을 입력축(2)을 중심으로 수평 방향으로 끼워 맞춤으로써 결합한다. 그리고 상부 차폐판(60)을 토크 센서의 상부 커버(11)에 결합한다. 이를 위해 상부 차폐판(60)을 구성하는 복수의 편(60a, 60b)은 끼움 구조를 갖는다. 구체적으로, 도 9를 참조하면, 제 1 편(60a)에 대향하는 제 2 편(60b)의 선단에는 돌기(610)가 형성되고, 제 1 편(60a)에는 상기 돌기(610)에 대응하는 홈(620)이 형성된다. 복수의 편(60a, 60b)은 탄성력을 갖는 금속 등의 자성 재료로 제작됨으로써, 상기 돌기(610)와 상기 홈(620)은 탄성력에 의해 수평 방향으로 결합될 수 있다. 하부 차폐판(70)도 상부 차폐판(60)과 마찬가지로 복수의 편으로 분할되어 제작된 후 수평 방향으로 끼워 맞춤으로써 결합될 수 있다. 9 is a view showing the structure of the
이상의 실시예에서 상부 차폐판(60)은 상부 커버(11)의 수직 방향의 위에 설치되고, 하부 차폐판(70)은 하부 커버(12)의 수직 방향의 아래에 설치되는 것으로 설명한다. 그러나 여기에 제한되는 것은 아니며, 상부 차폐판(60)은 상부 커버(11)의 내측, 즉 수직 방향(z축 방향)의 아래에 설치되고, 하부 차폐판(70)은 하부 커버(12)의 내측, 즉 수직 방향(z축 방향)의 위에 설치될 수도 있다. 다시 말하면, 상부 차폐판(60)과 하부 차폐판(70)은 상부 커버(11) 및 하부 커버(12)의 결합 후의 내부 공간에 설치될 수 있다. It is assumed that the
한편, 상부 차폐판(60)과 하부 차폐판(70)이 토크 센서의 내부 부품의 수직 방향의 위쪽 및 아래쪽에 설치될 때, 마그네트 유닛(20)과 일정한 이격 거리를 가져야 한다. 마그네트 유닛(20)은 일반적으로 입력축(81)에 연결되어 회전하므로 마그네트 유닛(20)의 상면과 하면이 차폐판(60, 70)과 맞닿게 되면 회전에 방해가 되고 이는 토크 센서의 측정 오류를 발생시킬 수 있다. 또한 마그네트 유닛(20)의 상면과 하면이 차폐판(60, 70)과 맞닿지 않더라도 너무 가까우면, 차폐판(60, 70)이 마그네트 유닛(20)으로부터 나오는 또는 마그네트 유닛(20)으로 들어가는 자기력선의 흐름을 방해하여, 토크 센서의 측정 오류를 발생시킬 수 있다. 따라서 도 10에 도시된 바와 같이, 차폐판(60, 70)과 마그네트 유닛(20)의 상면은 일정한 수직 방향의 이격 거리(t)를 유지하여 관리되는 것이 바람직하다.On the other hand, when the
이상의 실시예에서 상부 차폐판(60)과 하부 차폐판(70)은 커버(11, 12)의 수직 방향의 외측 또는 내측에 설치되는 것을 설명한다. 그러나 여기에 제한되는 것은 아니며 상부 차폐판(60)과 하부 차폐판(70)은 각각 상부 커버(11)와 하부 커버(12)의 내부에 삽입되어 커버(11, 12)와 일체로 제작될 수 있다. 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 커버(11, 12)에 차폐판(60, 70)이 삽입되어 일체로 제작되었을 때의 단면도이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 커버(11, 12)는 절연체(910, 930)로 이루어지며 차폐판(60, 70)은 두 절연체(910, 930) 사이에 삽입되어 샌드위치 구조를 갖는다. 여기서 두 절연체(910, 930)는 플라스틱 등의 비자성 재료로 제조된다. 커버(11, 12)와 차폐판(60, 70)은 인서트 사출 성형될 수 있고, 또는 금속 융사나 금속 분말 투사 방법 등을 이용하여 두 절연체(910, 930) 사이에 차폐판(60, 70)을 형성할 수 있다. 또는 이미 제조된 차폐판(60, 70)을 가운데 두고 그 외곽에 제 1 절연체(910)와 제 2 절연체(920)를 코팅함으로써, 차폐판(60, 70)과 일체화된 커버(11, 12)를 제작될 수도 있다. 이때 절연체(910, 930)를 코팅하는 방법은 절연 물질 분말 투사, 스프레이, 고체간 융착 등을 이용할 수 있다. In the above embodiment, the
한편, 이상의 실시예에서 토크 센서는 쉴드 유닛(50)을 포함하는 것을 설명하였으나 여기에 제한되는 것은 아니며, 자기 유도 부재인 컬렉터 유닛(30)의 제 1 컬렉터(31)와 제 2 컬렉터(32)를, 한국등록특허 제10-1089437호에 개시된 토크 센서와 같이 수직 방향으로 이빨이 맞물리는 구조로 제작할 수도 있다. 이 경우 마그네트 유닛(20)은 이층 구조가 아닌 일층으로 이루어지고 N극과 S극이 둘레를 따라 반복되는 구조로 제작되면 된다.The first and
본 명세서는 많은 특징을 포함하는 반면, 그러한 특징은 본 발명의 범위 또는 특허청구범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 개별적인 실시예에서 설명된 특징들은 단일 실시예에서 결합되어 구현될 수 있다. 반대로, 본 명세서에서 단일 실시예에서 설명된 다양한 특징들은 개별적으로 다양한 실시예에서 구현되거나, 적절히 결합되어 구현될 수 있다.While the specification contains many features, such features should not be construed as limiting the scope of the invention or the scope of the claims. In addition, the features described in the individual embodiments herein may be combined and implemented in a single embodiment. Conversely, various features described in the singular < Desc / Clms Page number 5 > embodiments herein may be implemented in various embodiments individually or in combination as appropriate.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. The present invention is not limited to the drawings.
11 : 상부 커버
12 : 하부 커버
20 : 마그네트 유닛
30 : 컬렉터 유닛
31, 32 : 컬렉터
40 : 센싱 유닛
50 : 쉴드 유닛
60 : 상부 차폐판
61 : 돌기
70 : 하부 차폐판
71 : 결합부
81 : 입력축
82 : 출력축
83 : 토션 바11: Upper cover
12: Lower cover
20: Magnet unit
30: Collector unit
31, 32: collector
40: sensing unit
50: Shield unit
60: upper shield plate
61: projection
70: Lower shield plate
71:
81: Input shaft
82: Output shaft
83: Torsion bar
Claims (12)
상부 커버;
상기 상부 커버와 결합되어 내부 공간을 형성하는 하부 커버;
상기 입력축에 연결되어 상기 입력축과 함께 회동하는 마그네트를 포함하며 상기 내부 공간에 설치되는 마그네트 유닛;
상기 출력축에 연결되어 상기 출력축과 함께 회동하고 상기 상대 회동 변위에 따른 상기 마그네트 유닛의 자기력선을 유도하며 상기 내부 공간에 설치되는 컬렉터 유닛;
상기 컬렉터 유닛에서 유도되는 상기 자기력선을 감지하고 상기 내부 공간에 설치되는 센싱 유닛;
상기 마그네트 유닛, 상기 컬렉터 유닛 및 상기 센싱 유닛의 축 방향의 상면 부분을 덮는 상부 차폐판; 및
상기 마그네트 유닛, 상기 컬렉터 유닛 및 상기 센싱 유닛의 축 방향의 하면 부분을 덮는 하부 차폐판을 포함하는 토크 센서.And a torque sensor installed between the input shaft and the output shaft for detecting a relative rotational displacement between the input shaft and the output shaft,
An upper cover;
A lower cover coupled to the upper cover to form an inner space;
A magnet unit connected to the input shaft and including a magnet that rotates together with the input shaft, the magnet unit being installed in the inner space;
A collector unit connected to the output shaft to rotate together with the output shaft and to induce a magnetic force line of the magnet unit according to the relative rotational displacement;
A sensing unit sensing the magnetic field line induced in the collector unit and installed in the inner space;
An upper shielding plate covering an upper surface portion of the magnet unit, the collector unit and the sensing unit in the axial direction; And
And a lower shielding plate covering the magnet unit, the collector unit, and the axial lower surface portion of the sensing unit.
상기 상부 차폐판은, 상기 상부 커버의 축 방향의 외측 또는 내측에 설치되고, 상기 하부 차폐판은 이에 대응하여 상기 하부 커버의 축 방향의 외측 또는 내측에 설치되며,
상기 상부 차폐판과 상기 하부 차폐판 중 어느 한 차폐판은 둘레를 따라 축 방향으로 돌출되는 복수의 돌기를 포함하고 다른 차폐판은 상기 복수의 돌기에 결합하는 복수의 체결부를 포함하는 토크 센서.The method according to claim 1,
Wherein the upper shield is provided on an outer side or an inner side in the axial direction of the upper cover and the lower shield is provided on the outer side or the inner side in the axial direction of the lower cover correspondingly,
Wherein one of the upper shield plate and the lower shield plate includes a plurality of protrusions projecting axially along the circumference, and the other shield plate includes a plurality of fastening portions coupled to the plurality of protrusions.
상기 복수의 체결부 각각은 상기 복수의 돌기 각각이 삽입될 수 있는 홈이 형성되어 상기 복수의 돌기와 결합하는 토크 센서.3. The method of claim 2,
Wherein each of the plurality of fastening portions is formed with a groove into which the plurality of projections can be inserted, and engages with the plurality of projections.
상기 복수의 돌기 각각의 끝단 부분에는 걸림 홈이 형성되고 상기 복수의 체결부 각각에는 상기 걸림 홈에 결합되는 걸림 턱을 포함하는 토크 센서.3. The method of claim 2,
Wherein each of the plurality of protrusions has an engagement groove formed at an end thereof, and each of the plurality of engagement portions includes a engagement protrusion coupled to the engagement groove.
상기 복수의 돌기 각각의 끝단 부분에는 후크가 형성되고 상기 복수의 체결부 각각에는 상기 후크가 결합되는 후크 걸림 홈을 포함하는 토크 센서.3. The method of claim 2,
Wherein a hook is formed at an end of each of the plurality of projections, and each of the plurality of fastening portions includes a hook engagement groove to which the hook is coupled.
상기 상부 차폐판과 상기 하부 차폐판 중 적어도 하나는, 분리 및 결합이 가능한 탄성력을 갖는 복수의 편으로 분할 제조되고, 그 복수의 편은 수평 방향으로 끼움 구조로 결합하는 토크 센서.The method according to claim 1,
Wherein at least one of the upper shield plate and the lower shield plate is divided into a plurality of pieces having an elastic force capable of being separated and combined, and the plurality of pieces are joined in a horizontal fitting structure.
상기 상부 차폐판은, 상기 상부 커버의 축 방향의 외측에서 상기 상부 커버에 탈착 가능하게 결합되고,
상기 하부 차폐판은, 상기 하부 커버의 축 방향의 외측에서 상기 하부 커버에 탈착 가능하게 결합되는 토크 센서.The method according to claim 1,
Wherein the upper shield is detachably coupled to the upper cover at an outer side in an axial direction of the upper cover,
And the lower shield is detachably coupled to the lower cover at an outer side in an axial direction of the lower cover.
상기 상부 차폐판 및 상기 하부 차폐판은, 둘레를 따라 축 방향으로 돌출되는 복수의 돌기를 포함하고,
상기 상부 커버 및 상기 하부 커버는, 외주면에 상기 복수의 돌기와 결합하는 복수의 홈이 형성되어 상기 상부 차폐판 및 상기 하부 차폐판과 결합하는 토크 센서.8. The method of claim 7,
Wherein the upper shielding plate and the lower shielding plate include a plurality of projections projecting axially along the periphery,
Wherein the upper cover and the lower cover are coupled to the upper shield plate and the lower shield plate by forming a plurality of grooves on the outer circumferential surface to engage with the plurality of projections.
상기 상부 커버는 복수의 절연체로 이루어지고 상기 상부 차폐판은 상기 상부 커버의 복수의 절연체 사이에 삽입 설치되며,
상기 하부 커버는 복수의 절연체로 이루어지고 상기 하부 차폐판은 상기 하부 커버의 복수의 절연체 사이에 삽입 설치되는 토크 센서.The method according to claim 1,
Wherein the upper cover is made of a plurality of insulators and the upper shield is inserted between a plurality of insulators of the upper cover,
Wherein the lower cover is made of a plurality of insulators and the lower shield is inserted between a plurality of insulators of the lower cover.
상기 상부 커버 및 상기 하부 커버 각각은, 상기 상부 차폐판 및 상기 하부 차폐판 각각과 인서트 사출 성형되어 일체형으로 제작되는 토크 센서.10. The method of claim 9,
Wherein each of the upper cover and the lower cover is integrally formed by insert injection molding with each of the upper shield plate and the lower shield plate.
상기 상부 차폐판 및 상기 하부 차폐판은, 축 방향으로 상기 마그네트 유닛과 이격 거리를 갖는 토크 센서.The method according to claim 1,
Wherein the upper shielding plate and the lower shielding plate have a distance from the magnet unit in the axial direction.
상기 상부 차폐판은 상기 입력축이 관통할 수 있는 관통 홀을 포함하고,
상기 하부 차폐판은 상기 출력축이 관통할 수 있는 관통 홀을 포함하는 토크 센서.The method according to claim 1,
Wherein the upper shield plate includes a through hole through which the input shaft can pass,
Wherein the lower shield plate includes a through hole through which the output shaft can pass.
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