KR20200108215A

KR20200108215A - 위치검출장치

Info

Publication number: KR20200108215A
Application number: KR1020190027069A
Authority: KR
Inventors: 김태환; 심명섭; 맹성재
Original assignee: 주식회사 현대포리텍
Priority date: 2019-03-08
Filing date: 2019-03-08
Publication date: 2020-09-17
Also published as: KR102157061B1

Abstract

위치검출장치를 개시한다.
일 실시예에 따른 위치검출장치는 왕복운동 하는 이동체에 설치되어 상기 이동체와 함께 운동하는 영구자석; 상기 이동체의 변위를 감지하기 위해 상기 영구자석과 대향되는 위치에 고정되는 자기센서;를 포함하고, 상기 영구자석은, 상기 이동체의 이동방향을 따라 배치되는 복수개로 마련될 수 있다.

Description

위치검출장치{position detecting device}

영구자석과 자기센서를 구비하여 위치검출에 이용되는 위치검출장치에 관한 것이다.

위치검출장치 중에는 영구자석과 자기센서를 이용한 것이 있다. 여기서 영구자석은 위치를 검출하고자 하는 이동체에 마련되고, 자기센서는 이동체의 이동방향으로의 변위를 검출하기 위해 자석과 대향되는 위치에 고정되도록 설치된다. 이동체가 이동됨에 따라 자기센서와 영구자석의 상대적인 위치가 바뀌게 되면, 자기센서는 영구자석과의 자기적인 상호작용에 의해 이동체의 이동방향 변위를 검출하게 된다. 자기센서를 홀소자로 마련될 수 있다.

그리고 이러한 위치검출장치는 차량의 조타장치에도 채용되고 있다.

차량의 조타장치는 조타축과, 조타축을 구동하는 구동모터와, 구동모터의 회전운동을 직선운동으로 변환하여 조타축에 전달하는 동력전달기구를 구비한다.

구동모터의 회전운동을 제어함에 따라 조타축의 왕복운동에 의해 조타축 양단에 결합되는 휠의 조타각이 달라지게 된다.

이와 같은 조타장치에서 위치검출장치는 조타각 제어를 위해 조타축의 위치를 감지하도록 마련될 수 있다.

이때 위치검출장치는 영구자석이 조타축과 함께 슬라이딩 하도록 설치되고, 홀소자는 조타축의 축방향 변위를 검출하기 위해 영구자석과 대향되는 위치에 고정될 수 있다.

한편, 이러한 위치검출장치는 조타축의 작동 스트로크가 클 경우, 이에 대응하여 조타축의 축방향으로 자석의 길이가 길어져야 하는 것이 바람직하다.

그러나 조타축에 장착되도록 폭이 좁으면서 길이가 길게 마련되는 자석은 제조가 어려울 뿐만 아니라, 조타축에 장착된 상태에서 조타축에 가해지는 충격에 의해 쉽게 손상될 우려가 있다. 따라서 영구자석을 이용한 종래 위치검출장치는 차량용 조타축과 같이 작동 스트로크가 큰 이동체의 위치검출에 적용되는데 한계가 있었다.

내구성의 저하됨이 없이 작동 스트로크가 큰 이동체의 위치를 효과적으로 검출할 수 있는 위치검출장치를 제공하고자 한다.

일 실시예에 따른 위치검출장치는 왕복운동 하는 이동체에 설치되어 상기 이동체와 함께 운동하는 영구자석; 상기 이동체 변위를 감지하기 위해 상기 영구자석과 대향되는 위치에 고정되는 자기센서;를 포함하고, 상기 영구자석은, 상기 이동체의 이동방향을 따라 배치되는 복수개로 마련된다.

상기 영구자석 사이는 상호 지지되도록 마련될 수 있다.

복수의 상기 영구자석은 상호 분리 가능한 상태에서 밀착될 수 있다.

상기 위치검출장치는 상기 영구자석의 조립을 위해 상기 이동체에 결합하는 홀더;를 더 포함하고, 상기 홀더는 복수의 상기 영구자석이 상기 이동체의 이동방향을 따라 상호 지지되도록 조립되는 조립홈을 포함할 수 있다.

상기 위치검출장치는 상기 조립홈에 조립된 영구자석의 이탈을 방지하는 이탈방지부를 더 포함할 수 있다.

상기 이탈방지부는 복수의 상기 영구자석의 조립과정에서 상기 조립홈에 미리 조립되어 있는 상기 영구자석의 슬라이딩을 허용하도록 마련될 수 있다.

상기 이탈방지부는, 상기 이동체의 이동방향으로 형성되는 상기 영구자석의 측면과 상기 조립홈의 내벽 중 어느 하나에 마련되는 슬라이딩 안내돌기; 상기 슬라이딩 안내돌기가 슬라이딩 가능하게 끼워지도록 상기 영구자석의 측면과 상기 조립홈의 내벽 중 다른 하나에 마련되는 슬라이딩 안내홈;을 포함할 수 있다.

상기 이탈방지부는, 복수의 상기 영구자석이 상호 밀착하도록 상기 조립홈에 조립된 상태에서 상기 조립홈의 개구에 도포되어 경화되는 코팅층을 포함할 수 있다.

상기 영구자석 사이는 상호 이격되도록 마련될 수 있다.

일 실시예의 위치검출장치에 따르면, 이동체에 설치되는 영구자석이 이동체의 이동방향을 따라 상호 지지되도록 배치되는 복수개로 마련되어 이동체의 이동방향으로 영구자석의 길이가 충분히 확보되면서 영구자석의 파손이 방지되므로, 내구성의 저하됨이 없이 작동 스트로크가 큰 이동체의 위치를 효과적으로 검출할 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 위치검출장치 및 그 주변 구성을 분해 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 조립상태를 도시한 종단면도이다.
도 3은 도 1의 조립상태를 도시한 횡단면도이다.
도 4는 도 1에서 영구자석과 홀더를 발췌하여 도시한 사시도로, 영구자석이 홀더에 조립되기 전 상태를 나타낸 것이다.
도 5는 도 4에서 영구자석이 홀더에 조립된 상태를 나타낸 것이다.
도 6은 일 실시예에 따른 위치검출장치에서 영구자석의 요부 구조를 도시한 평면도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 위치검출장치에서 영구자석이 홀더의 조립홈에 조립되는 과정을 도시한 종단면도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 위치검출장치에서 영구자석이 홀더의 조립홈에 조립되는 과정을 순차적으로 도시한 횡단면도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 위치검출장치에서 이탈방지부의 일 변형예가 적용된 영구자석 및 홀더의 구조를 도시한 사시도로, 일부를 절단하여 나타낸 것이다.
도 10은 일 실시예에 따른 위치검출장치에서 영구자석의 배치구조의 일 변형예를 도시한 사시도이다.

이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

일 실시예에 따른 위치검출장치(10)는 왕복운동 하는 이동체(2)에 설치되어 이동체(2)와 함께 운동하는 영구자석(11)과, 이동체(2)의 이동 변위를 검출하기 위해 영구자석(11)에 대향되는 위치에 고정되는 자기센서(12)를 포함한다.

위치검출장치(10)는 차량의 조타축(20)의 위치를 감지하도록 차량의 조향장치에 채용될 수 있으며, 이에 따라 이동체(2)는 차량 휠의 조타를 위한 조타축(20)을 포함할 수 있다.

도 1 내지 도 3에는 위치검출장치(10)가 차량 휠(미도시)의 조타를 위한 조타축(20)의 위치를 감지하도록 채용된 경우를 나타내고 있다. 이러한 위치검출장치(10)는 영구자석(11)이 조타축(20)과 함께 왕복운동 하고, 자기센서(12)는 조타축(20)의 축방향 변위를 감지하기 위해 영구자석(11)과 대향되는 위치에 고정되도록 설치될 수 있다. 자기센서(12)는 홀센서를 포함할 수 있다.

조타축(20)은 양방향으로 직선운동 하면서 양쪽 단부 쪽에 연결된 휠(미도시)의 방향을 전환시킬 수 있다.

조타축(20)은 차량 내부 스티어링휠(미도시)의 회전에 의해 동작하는 구동모터(미도시)에 의해 구동될 수 있다.

구동모터(미도시)의 회전운동은 동력전달기구(미도시)를 통해 조타축(20)의 직선운동으로 전환될 수 있다.

동력전달기구(미도시)는 구동모터(미도시)에 의해 회전하는 피니언과, 피니언과 맞물리도록 조타축(20)에 마련되는 래크(미도시)를 포함할 수 있다. 구동모터(미도시)의 회전력은 피니언과 래크에 의해 조타축(20)의 직선운동으로 전환될 수 있다. 구동모터(미도시)의 회전운동을 조타축(20)의 직선운동으로 전환시킬 수 있는 범위 내에서 동력전달기구(미도시)는 다양한 변형이 가능하다.

조타축(20)의 양단 쪽에는 타이로드(미도시)가 연결되고, 타이로드(미도시)는 너클암(미도시)을 통해 차량의 휠(미도시)에 연결될 수 있다.

따라서 운전자가 스트어링휠(미도시)을 회전하여 구동모터(미도시)를 구동하게 되면, 조타축(20)은 동력전달기구(미도시)를 통해 구동모터(미도시)의 회전력을 전달받아 직선운동 하게 되고, 이에 따라 조타축(20) 양쪽 휠(미도시)의 각도가 조절된다. 그리고 위치검출장치(10)는 조타축(20)의 위치를 검출하고, 이를 통해 검출된 조타축(20)의 위치정보는 휠(미도시) 조타각의 조작을 위한 구동모터(미도시)의 제어에 활용될 수 있다.

조타축(20)은 차량의 프레임(미도시)에 고정되는 검출하우징(30)에 슬라이딩 가능하게 체결되고, 검출하우징(30)에는 자기센서(12)의 설치를 위한 설치홈(31)이 마련될 수 있다. 영구자석(11)은 설치홈(31)에 대응하는 위치의 조타축(20) 둘레 일측에 조타축(20)의 축방향을 따라 마련될 수 있다.

검출하우징(30)은 조타축(20)의 슬라이딩을 허용하도록 양단이 개방된 중공의 파이프 형태로 마련되고, 설치홈(31)은 검출하우징(30)의 중앙 쪽 상부에 마련될 수 있다. 설치홈(31)에는 센서하우징(60)이 결합될 수 있다. 자기센서(12)는 회로기판(40) 저면에 장착되고, 회로기판(40)은 설치홈(31)에 결합되기 전 상태의 센서하우징(60) 저면에 결합하는 커버(50)를 통해 센서하우징(60)에 고정될 수 있다. 커버(50)와 센서하우징(60)은 레이져 용접과 같은 열융착 방식을 통해 상호 결합되고, 센서하우징(60)은 볼트와 같은 체결부재(1)를 통해 설치홈(31)에 결합될 수 있다.

따라서 조타축(20)에 설치되는 영구자석(11)이 조타축(20)과 함께 직선운동을 하게 되면, 검출하우징(30)에 고정된 자기센서(12)는 상대적으로 위치가 변화되는 영구자석(11)과의 자기적인 상호작용에 의해 조타축(20)의 축방향 변위를 검출할 수 있게 된다.

도 4 내지 도 5를 참고하면, 위치검출장치(10)에서 영구자석(11)은 조타축(20)의 축방향을 따라 배치되는 복수개로 마련된다.

조타축(20)의 축방향을 따라 배치되는 복수의 영구자석(11)은 조타축(20)의 위치검출을 위한 자력을 제공함에 있어서 조타축(20)의 길이방향으로 길게 형성된 하나의 자석과 같이 작용할 수 있다. 이에 따라 위치검출장치(10)는 조타축(20)의 축방향으로 영구자석(11)의 길이가 충분히 확보되어 작동 스트로크가 큰 차량용 조타축의 위치를 효과적으로 검출할 수 있게 된다.

따라서 위치검출장치(10)는 차량의 후륜을 동작시키는 조타축은 물론, 후륜보다 조타각이 큰 차량 전륜을 동작시키기 위해 후륜 쪽에 비해 더 큰 작동 스트로크를 갖는 전륜 쪽 조타축의 위치검출에도 효과적으로 적용될 수 있게 된다. 즉 상기 조타축(20)은 후륜 용도는 물론 전륜 용도의 조타축도 포함할 수 있게 된다.

복수의 영구자석(11)은 조립구조의 단순화를 위해 그 사이가 상호 지지되도록 마련될 수 있다.

복수의 영구자석(11) 사이가 상호 지지되는 구조에서는 복수의 영구자석(11) 사이를 접착제나 체결기구를 사용하여 결합시키기 않은 상태에서도 복수의 영구자석(11)을 하나의 일자형 자석형태로 사용할 수 있게 되고, 도 6에 도시된 바와 같이, 이때 영구자석(11) 사이는 외력에 대해 관절형태의 변형이 가능하게 되어 휠(미도시)의 조타과정에서 조타축(20)에 가해지는 충격 등에 의해 파단 될 우려가 없게 된다.

따라서 위치검출장치(10)는 조타축(20)에 설치되는 영구자석(11)의 길이가 충분히 길게 확보되도록 하면서도 조타축(20)에 가해지는 충격에 의해 영구자석(11)이 손상될 우려를 줄일 수 있게 되므로, 영구자석(11)의 손상으로 인해 내구성이 저하되는 문제점을 해결할 수 있게 된다.

이를 위해 복수의 영구자석(11)은 상호 분리 가능한 상태로 밀착하도록 조타축(20)에 설치될 수 있다.

위치검출장치(10)는 영구자석(11)의 조립을 위해 조타축(20)에 결합하는 홀더(13)를 구비할 수 있다.

홀더(13)는 수지를 통해 사출가공 되어 조타축(20)에 결합될 수 있다. 수지재질의 홀더(13)는 영구자석(11)의 자기장이 조타축(20) 쪽으로 누설되지 않고 자기센서(12) 쪽으로 안내되도록 하는데도 기여할 수 있다.

도 1 내지 도 3을 다시 참조하면, 조타축(20)에는 홀더(13)의 안착을 위한 안착홈(21)과, 홀더(13)의 체결을 위한 체결홀(22)이 마련될 수 있다. 그리고 홀더(13)는 양쪽 단부 사이의 저부를 통해 안착홈(21)에 안착되도록 마련되고, 양 단부 쪽에 상기 체결홀(22)에 일치 가능하게 형성되는 체결홀(13a)을 구비할 수 있다. 따라서 홀더(13)는 안착홈(21)에 안착된 상태에서 상호 일치되는 체결홀(13a,22)에 볼트와 같은 체결부재(1)를 체결하여 조타축(20)에 결합시킬 수 있다.

조타축(20)에 대한 홀더(13)의 고정력을 높임이고, 체결부재(1)의 체결과정에서 홀더(13)의 위치가 틀어질 우려가 없도록 조타축(20)에는 복수의 보조고정홀(23,24)이 마련되고, 보조고정홀(23,24)의 위치와 대응하는 홀더(13)의 저면에는 보조고정홀(23,24)에 끼워지도록 복수의 보조고정돌기(13b,13c)가 마련될 수 있다.

홀더(13)는 복수의 영구자석(11)이 조타축(20)의 축방향을 따라 상호 지지되도록 조립되는 조립홈(13d)을 구비하고, 복수의 영구자석(11)은 그 사이가 고정되지 않고 상호 지지된 상태로 조립홈(13d)에 조립될 수 있다. 조립홈(13d)은 조타축(20)의 반경방향 외측으로 개방되고, 폭이 좁고 길이가 긴 사각의 홈 형태로 마련될 수 있다.

또 위치검출장치(10)는 조립홈(13d)에 조립된 영구자석(11)의 이탈을 방지하는 이탈방지부(14)를 구비하여 조립홈(13d)에 함께 조립되는 복수의 영구자석(11)의 조립안전성을 확보할 수 있다.

이탈방지부(14)는 복수의 영구자석(11)의 조립과정에서 조립홈(13d)에 미리 조립되어 있는 영구자석(11)의 슬라이딩을 허용하도록 마련되어 복수의 영구자석(11)이 조립홈(13d)에 장착되는 과정에서 상호 밀착되도록 할 수 있다. 참고로 도 7은 영구자석(11) 복수개가 조립홈(13d)에 조립되는 과정에서 슬라이딩하면서 상호 밀착되고 있는 상태를 나타낸 것이다.

이를 위해 이탈방지부(14)는 조타축(20)의 축방향으로 형성되는 영구자석(11)의 측면(11a)에 마련되는 슬라이딩 안내홈(14a)과, 슬라이딩 안내홈(14a)에 슬라이딩 가능하게 끼워지도록 영구자석(11)의 측면(11a)을 지지하는 조립홈(13d)의 내벽(13e)에 마련되는 슬라이딩 안내돌기(14b)를 포함할 수 있다.

이탈방지부(14)를 구성하는 슬라이딩 안내홈(14a)과 슬라이딩 안내돌기(14b)는 슬라이딩 안내홈(14a)이 조립홈(13d)의 내벽(13e)에 마련되고 슬라이딩 안내돌기(14b)가 영구자석(11)의 측면(11a)에 형성되도록 상호 간의 위치가 반대로도 형성이 가능하다.

본 실시예의 경우, 조립홈(13d)의 내벽(13e)은 조타축(20)의 축방향을 따라 상호 이격되게 배치되는 복수의 벽부(13f)와, 탄력적으로 휘어질 수 있도록 벽부(13f) 사이에 배치되는 복수의 탄성리브(13g)를 포함하도록 구성되고, 슬라이딩 안내돌기(14b)는 탄성리브(13g)의 끝단에 탄성리브(13g)와 일체로 마련된다.

도 8에 도시된 바와 같이, 탄성리브(13g)는 영구자석(11)이 조립홈(13d)에 끼워지는 과정에서 영구자석(11)에 의해 가압되어 탄력적으로 벌어지고, 영구자석(11)이 조립홈(13d)에 삽입된 상태에서 다시 내측으로 복원되면서 슬라이딩 안내돌기(14b)가 슬라이딩 안내홈(14a)에 끼워지도록 할 수 있다. 이에 따라 영구자석(11)은 원터치 방식으로 조립홈(13d)에 조립될 수 있게 된다.

슬라이딩 안내홈(14a)이 슬라이딩 안내돌기(14b)에 끼워진 상태에서 영구자석(11)은 조립홈(13d)의 길이방향으로 슬라이딩 가능한 상태에서 조립홈(13d) 외측으로의 이탈이 방지될 수 있다.

복수의 영구자석(11)이 상호 밀착된 상태에서 조립홈(13d)에 조립되기 용이하도록 복수의 영구자석(11)은 그 길이의 합이 조립홈(13d)의 길이와 같거나 약간 더 크게 마련되고, 조립홈(13d)에 탄력을 부여할 수 있게 홀더(13)는 소정의 탄력을 갖도록 마련될 수 있다.

또한 본 실시예에 따른 일 변형예가 도시된 도 9와 같이, 이탈방지부(14)는 복수의 영구자석(11)이 조립홈(13d)에 조립된 상태에서 조립홈(13d)의 개구에 도포되어 경화되는 코팅층(14c)을 통해 마련될 수 있다.

코티층(14c)은 접착성을 구비하여 도포상태에서 경화되는 에폭시나 실리콘 등을 통해 마련될 수 있다.

영구자석(11) 사이가 밀착하도록 조립홈(13d)에 조립된 상태에서 조립홈(13d)의 개구에 도포되는 코팅층(14c)은 영구자석(11) 사이로 스며들 우려가 없게 되어 영구자석(11) 사이의 변형 자유도가 유지되도록 하면서 영구자석(11)이 조립홈(13d´)에서 이탈하는 것을 방지할 수 있게 된다.

또 이때는 영구자석(11)이나 조립홈(13d)에 별도의 걸림구조를 형성하지 않고서도 영구자석(11)의 이탈을 방지할 수 있게 되어 홀더(13´)의 구성을 보다 간소화시킬 수 있게 된다.

전술한 바와 같이, 복수의 영구자석 사이의 배치구조가 상호 지지되는 구조로 한정되는 것은 아니다.

일 변형예를 도시한 도 10과 같이, 복수의 영구자석(11´)은 그 사이가 상호 이격되도록 마련될 수도 있다.

복수의 영구자석(11´)은 그 사이가 스페이서(13g)를 통해 지지됨에 따라 상호 이격되도록 배치될 수 있으며, 스페이서(13g)는 격막이나 격벽 형태로 홀더(13´)에 마련될 수 있다. 본 변형예의 경우에도 복수의 영구자석(11´)은 조타축(20)의 축방향을 따라 상호 연이어지는 형태로 배치되어 조타축(20)의 위치검출을 위한 자력을 제공함에 있어서 조타축(20)의 길이방향으로 길게 형성된 하나의 영구자석과 같이 작용할 수 있다. 이에 따라 복수의 영구자석(11´)은 조타축(20)의 축방향으로 그 길이가 충분히 확보되어 작동 스트로크가 큰 차량용 조타축의 위치를 효과적으로 검출할 수 있게 된다.

10: 위치검출장치 11: 영구자석
12: 자기센서 13: 홀더
13d: 조립홈 13e: 내벽
13f: 벽부 13g: 탄성리브
14: 이탈방지부 14a: 슬라이딩 안내홈
14b: 슬라이딩 안내돌기 20: 조타축
21: 안착홈 30: 검출하우징

Claims

왕복운동 하는 이동체에 설치되어 상기 이동체와 함께 운동하는 영구자석;
상기 이동체의 이동 변위를 감지하기 위해 상기 영구자석과 대향되는 위치에 고정되는 자기센서;를 포함하고,
상기 영구자석은,
상기 이동체의 이동방향을 따라 배치되는 복수개로 마련된 위치검출장치.
제 1항에 있어서,
상기 영구자석 사이는 상호 지지되는 위치검출장치.
제 2항에 있어서,
복수의 상기 영구자석은 상호 분리 가능한 상태에서 밀착되는 위치검출장치.
제 3항에 있어서,
상기 영구자석의 조립을 위해 상기 이동체에 결합하는 홀더;를 더 포함하고,
상기 홀더는 복수의 상기 영구자석이 상기 이동체의 이동방향을 따라 상호 지지되도록 조립되는 조립홈을 포함하는 위치검출장치.
제 4항에 있어서,
상기 조립홈에 조립된 영구자석의 이탈을 방지하는 이탈방지부를 더 포함하는 위치검출장치.
제 5항에 있어서,
상기 이탈방지부는 복수의 상기 영구자석의 조립과정에서 상기 조립홈에 미리 조립되어 있는 상기 영구자석의 슬라이딩을 허용하는 위치검출장치.
제 5항에 있어서,
상기 이탈방지부는,
상기 이동체의 이동방향으로 형성되는 상기 영구자석의 측면과 상기 조립홈의 내벽 중 어느 하나에 마련되는 슬라이딩 안내돌기;
상기 슬라이딩 안내돌기가 슬라이딩 가능하게 끼워지도록 상기 영구자석의 측면과 상기 조립홈의 내벽 중 다른 하나에 마련되는 슬라이딩 안내홈;을 포함하는 위치검출장치.
제 4항에 있어서,
상기 이탈방지부는,
복수의 상기 영구자석이 상호 밀착하도록 상기 조립홈에 조립된 상태에서 상기 조립홈의 개구에 도포되어 경화되는 코팅층을 포함하는 위치검출장치.
제 1항에 있어서,
상기 영구자석 사이는 상호 이격되는 위치검출장치.