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KR100802513B1 - 토크 측정장치 - Google Patents

토크 측정장치 Download PDF

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KR100802513B1
KR100802513B1 KR1020060065327A KR20060065327A KR100802513B1 KR 100802513 B1 KR100802513 B1 KR 100802513B1 KR 1020060065327 A KR1020060065327 A KR 1020060065327A KR 20060065327 A KR20060065327 A KR 20060065327A KR 100802513 B1 KR100802513 B1 KR 100802513B1
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Abstract

토크 측정장치가 개시된다. 상기 토크 측정장치는 입력축과 동일하게 회전하는 마그네트와 출력축과 동일하게 회전하는 스테이터 사이에서 발생한 자기장을 집중하기 위한 컬렉터가 사출에 의하여 케이스에 일체로 형성되므로, 컬렉터가 항상 케이스의 정해진 부위게 형성된다. 그러므로, 케이스에 스테이터가 결합되었을 때, 컬렉터와 스테이터가 항상 설정된 범위 이내에 위치되므로, 컬렉터에는 자기장이 일정하게 집중된다. 이로인해, 센서에서는 자기장을 정확하게 검출할 수 있으므로, 제품의 신뢰성이 향상된다. 그리고, 컬렉터를 설치하기 위한 별도의 부품이 필요 없으므로 원가가 절감된다.

Description

토크 측정장치 {APPARATUS FOR DETECTING TORQUE}
도 1은 종래의 토크 측정장치를 보인 도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 측정장치를 보인 도.
도 3은 도 2에 도시된 제 2 컬렉터의 사시도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
110 : 케이스 111,115 : 상부,하부케이스
120 : 스테이터 130 : 마그네트
140 : 센서 150a,150b : 제 1,2 컬렉터
본 발명은 토크 측정장치에 관한 것이다.
차량용 파워 스티어링 시스템은 조향 바퀴인 전륜에 걸리는 마찰저항이 커서 조향 핸들을 조향하기 위한 조작력이 클 때, 조향 핸들을 원활하게 조작할 수 있도록 보조 조작력을 제공하는 시스템이다. 조향 핸들의 조향을 보조하는 보조 조작력은 조향 핸들을 조향할 때 토션바에 걸리는 토크를 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 방식의 종래의 토크 측정장치를 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상부케이스(11)와 하부케이스(13)를 가지는 케이스(10)가 마련된다.
케이스(10)의 내부에는 스테이터(21)가 설치되고, 스테이터(21)의 내부에는 링형상의 마그네트(23) 삽입되어 결합된다. 마그네트(23)는 조향 핸들과 연결된 입력축(미도시)에 결합되어 상기 입력축과 동일하게 회전한다. 스테이터(21)는 토션바를 매체로 상기 입력축과 연결된 출력축(미도시)에 결합되어 상기 출력축과 동일하게 회전한다. 상기 출력축은 조향 바퀴인 전륜측과 연결된다.
상기 입력축과 상기 출력축은 상기 토션바에 의하여 연결되어 있고, 상기 출력축은 노면과 접촉된 전륜측과 연결되어 있으므로, 외력을 가하여 상기 조향 핸들을 회전시켰을 때, 상기 입력축과 상기 출력축의 회전각도는 상이하다. 그러므로, 마그네트(23)와 스테이터(21)의 회전각도도 상이하다.
그리고, 케이스(10)의 내부에는 컬렉터(Collector)(31) 및 센서(41)가 고정된다. 컬렉터(31)는 홀더(33)에 일체로 형성되어 스테이터(21)와 인접되게 설치되며, 센서(41)는 컬렉터(31)와 인접되게 설치된다. 그리하여, 컬렉터(31)는 스테이터(21)와 마그네트(23) 사이에 형성되는 자기장을 집중하고, 센서(41)는 컬렉터(31)에 집중된 자기장을 감지한다.
상세히 설명하면, 상기 조향 핸들에 의하여 상기 입력축이 회전하면 마그네트(23)도 상기 입력축과 동일하게 회전한다. 그리고, 상기 출력축은 상기 입력축의 회전력을 상기 토션바를 통하여 전달받아 회전하고, 이로인해 스테이터(21)도 회전한다. 그런데, 상기 입력축과 상기 출력축은 상기 토션바에 의하여 연결되어 있고, 상기 출력축은 도로와 접촉하는 상기 전륜측과 연결되어 있으므로, 상기 토션바에는 토크가 발생하고, 이로 인해 마그네트(23)와 스테이터(21)의 회전각도는 상이하게 된다.
그러면, 마그네트(23)의 회전각도와 스테이터(21)의 회전각도 차이에 따라 마그네트(23)와 스테이터(21) 사이에 형성되는 자기장은 각각 다르므로, 센서(41)는 마그네트(23)와 스테이터(21) 사이에 형성되는 자기장을 감지하여 제어부(미도시)로 송신하고, 상기 제어부는 센서(41)로부터 수신한 값과 설정된 기준 값을 비교하여 토크를 측정한다. 그리고, 측정된 토크에 따라 차량의 조향에 필요한 보조 조작력을 결정하여 모터 등을 구동시킨다.
자기장 방식의 토크 측정장치는 스테이터(21)와 컬렉터(31)의 간격이 설정 범위 내에 존재하여야 컬렉터(31)에 자계가 일정하게 집중된다. 그런데, 상기와 같은 종래의 토크 측정장치는 홀더(33)에 컬렉터(31)가 일체로 형성되고, 홀더(33)가 케이스(10)에 조립된다. 이로인해, 홀더(33)와 케이스(10)의 조립 공차 등으로 인하여 컬렉터(31)와 스테이터(21)의 간격을 설정 범위 이내로 설치하기 어려워, 신뢰성이 저하되는 단점이 있다.
또한, 컬렉터(31)를 케이스(10)에 설치하기 위하여 별도의 홀더(33)가 필요 하므로 원가가 상승하는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 신뢰성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 원가를 절감할 수 있는 토크 측정장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 토크 측정장치는, 상호 결합된 상부케이스와 하부케이스를 가지는 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 스테이터; 상기 상부케이스와 상기 하부케이스에 각각 일체로 형성되며 표면은 외부로 노출되어 상기 스테이터와 대향하는 몸체, 상기 각 몸체의 외면에서 각각 연장 형성된 연장부, 상기 각 연장부의 단부에서 각각 벤딩 형성된 벤딩부를 가지면서 상호 대향하며, 상기 마그네트와 상기 스테이터 사이에 형성되는 자기장을 집중하는 한 쌍의 컬렉터(Collector); 상기 상부케이스에 설치된 컬렉터의 벤딩부와 상기 하부케이스에 설치된 컬렉터의 벤딩부 사이에 위치되어 집중된 자기장을 감지하는 센서를 포함한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 측정장치를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 측정장치를 보인 도이고, 도 3은 도 2에 도시된 제 2 컬렉터의 사시도로서, 본 실시예에 따른 토크 측정장치가 차량의 파워 스티어링 시스템에 채택되어 사용되는 것을 예로 들어 설명한다.
도시된 바와 같이, 상호 결합되어 내부에 공간을 형성하며 상대적으로 상측 및 하측에 위치된 상부케이스(111)와 하부케이스(115)를 가지는 케이스(110)가 마련된다. 상부케이스(111) 및 하부케이스(115)의 중앙부에는 각각 관통공(112)(미도시)이 형성된다.
하부케이스(115)의 내부에는 스테이터(120)가 설치되는데, 스테이터(120)는 링형상의 스테이터홀더(128)에 지지된다. 스테이터(120)는 한 쌍으로 마련되어 스테이터홀더(128)의 상면 및 하면에 각각 결합된다. 즉, 스테이터(120)는 링형상으로 마련되어 스테이터홀더(128)의 상면 및 하면에 결합되는 몸체(121)와 몸체(121)의 내주면에서 연장 형성되어 스테이터홀더(128)의 내주면에 결합되는 복수의 치(齒)(123)를 가진다. 복수의 치(123)는 상호 간격을 가지며, 스테이터홀더(128)의 상면에 결합된 스테이터(120)의 치(123)와 스테이터홀더(128)의 하면에 결합된 스테이터(120)의 치(123)는 상호 맞물리는 형태로 배치된다. 스테이터홀더(128)의 하단부측은 하부케이스(115)의 상기 관통공을 통과하여 조향 바퀴인 차량의 전륜측와 연결된 출력축(미도시)과 결합된다.
스테이터(120)의 내측에는 원주방향으로 착자되어 복수의 극을 갖는 링형상의 마그네트(130)가 삽입된다. 마그네트(130)는 링형상의 마그네트홀더(138)의 외주면에 결합되어 지지되며, 외주면이 스테이터(120)의 치(123)와 간격을 가지면서 대향한다. 그리고, 마그네트홀더(138)의 내주면에는 상부케이스(111)의 관통공(112)을 관통한 조향축인 입력축(미도시)이 결합된다.
상기 입력축에는 조향 핸들이 연결되고, 상기 입력축과 상기 출력축은 토션바(미도시)를 매체로 연결된다.
상기 조향 핸들에 외력을 가하여 상기 조향 핸들을 회전시키면 상기 입력축이 회전되고, 상기 입력축과 동일하게 마그네트홀더(138) 및 마그네트(130)도 회전한다.
그리고, 상기 출력축은 상기 토션바를 통하여 상기 입력축의 회전력을 전달받아 회전하고, 상기 출력축과 동일하게 스테이터홀더(128) 및 스테이터(120)도 회전한다.
그런데, 상기 출력축은 도로와 접촉된 전륜과 연결되어 있으므로, 도로와 전륜과의 마찰저항에 의하여 상기 토션바에는 토크가 발생한다. 상기 토션바의 토크에 의하여 마그네트(130)와 스테이터(120)의 회전각도는 상이하게 되고, 마그네트(130)의 회전각도와 스테이터(120)의 회전각도 차이에 따라 마그네트(130)와 스테이터(120) 사이에 발생되는 자기장이 다르게 된다.
본 실시예에 따른 토크 검출장치는 마그네트(130)와 스테이터(120) 사이에 발생된 자기장을 이용하여 토크를 측정하는데, 케이스(110)의 내부에는 마그네트(130)와 스테이터(120) 사이에 발생된 자기장을 감지하는 센서(140)가 설치된다. 그리고, 마그네트(130)와 스테이터(120) 사이에 발생된 자기장을 센서(140)가 정확하게 감지하도록 하기 위하여, 마그네트(130)와 스테이터(120) 사이에 발생된 자기장을 집중하는 금속제의 컬렉터(150)가 케이스(110)에 사출로 일체로 형성된다.
컬렉터(150)는 한쌍으로 마련되어 케이스(110)에 대응되게 형성된다. 즉, 컬렉터(150)는 상부케이스(111) 및 하부케이스(115)에 각각 일체로 형성되어 스테이터(120)와 인접하는 제 1 및 제 2 컬렉터(150a,150b)를 가지며, 제 1 컬렉터(150a)와 제 2 컬렉터(150b)는 몸체(151a)(151b), 연장부(153a)(153b) 및 벤딩부(155a)(155b)를 각각 가진다.
상세히 설명하면, 각 몸체(151a)(151b)는 상부케이스(111) 및 하부케이스(115)에 각각 일체로 형성되며 표면은 외부로 노출되어 스테이터홀더(128)의 상면 및 하면에 각각 설치된 스테이터(120)의 몸체(121)와 각각 대향한다. 각 연장부(153a)(153b)는 각 몸체(151a)(151b)의 외면에서 연장 형성되는데, 각 연장부(153a)(153b)는 상호 간격을 가지는 한쌍으로 마련된다. 그리고, 각 벤딩부(155a)(155b)는 각 연장부(153a)(153b)의 단부에서 벤딩 형성된다. 따라서, 각 벤딩부(155a)(155b)도 한쌍으로 마련된다.
제 1 및 제 2 컬렉터(150a,150b)는 상부 및 하부케이스(111,115)에 각각 일체로 형성되어 상호 대응되는데, 상부케이스(111)와 하부케이스(115)가 결합되면, 제 1 컬렉터(150a)의 벤딩부(155a)와 제 2 컬렉터(150b)의 벤딩부(155b)는 상호 간격을 가지면서 대향한다. 그리고, 센서(140)는 제 1 컬렉터(150a)의 벤딩부(155a)와 제 2 컬렉터(150b)의 벤딩부(155b)는 사이에 위치되어 집중된 자기장을 감지한다.
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.
자기장을 감지하여 토크를 측정하는 자기장 방식의 토크 측정장치에 있어서는, 스테이터(120)와 컬렉터(150)의 간격이 설정 범위 내에 존재하여야 컬렉터(150)에 자계가 일정하게 집중된다. 본 실시예에 따른 토크 측정장치는 사출에 의하여 컬렉터(150)가 케이스(110)에 일체로 형성되므로, 컬렉터(150)는 항상 케이스(110)의 일정 부위에 형성된다. 그러므로, 컬렉터(150)와 스테이터(120)는 항상 설정된 범위 이내에 위치되는 것이다.
미설명 부호, 113 및 117은 제 1 컬렉터(150a)와 제 2 컬렉터(150b)의 연장부(153a)(153b) 및 벤딩부(155a)(155b)가 흔들리는 것을 방지하기 위하여, 상부케이스(111) 및 하부케이스(116)에 각각 형성되어 연장부(153a)(153b) 및 벤딩부(155a)(155b)를 각각 지지하는 지지돌기(113)(117)이다.
제 1 컬렉터(150a)와 제 2 컬렉터(150b)의 연장부(153a)(153b) 및 벤딩부(155a)(155b)는 각각 한쌍으로 형성된다. 그러므로, 상호 간격을 가지면서 대향하는 제 1 컬렉터(150a)의 벤딩부(155a)와 제 2 컬렉터(150b)의 벤딩부(155b)도 2군데 존재한다. 그리고, 센서(140)도 벤딩부(155a,155b)와 대응되게 2개 마련되어 벤딩부(155a,155b)를 통하여 2군데서 자기장을 감지한다. 이는, 더욱 정확하게 토크를 측정하기 위함이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 토크 측정장치는 입력축과 동일하게 회전하는 마그네트와 출력축과 동일하게 회전하는 스테이터 사이에서 발생한 자기장을 집중하기 위한 컬렉터가 사출에 의하여 케이스에 일체로 형성되므로, 컬렉터가 항상 케이스의 정해진 부위게 형성된다. 그러므로, 케이스에 스테이터가 결합되었을 때, 컬렉터와 스테이터가 항상 설정된 범위 이내에 위치되므로, 컬렉터에는 자기장이 일정하게 집중된다. 이로인해, 센서에서는 자기장을 정확하게 검출할 수 있으므로, 제품의 신뢰성이 향상된다.
그리고, 컬렉터를 설치하기 위한 별도의 부품이 필요 없으므로 원가가 절감된다.
이상에서는, 본 발명의 일 실시예에 따라 본 발명을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 변경 및 변형한 것도 본 발명에 속함은 당연하다.

Claims (4)

  1. 상호 결합된 상부케이스와 하부케이스를 가지는 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 스테이터;
    상기 상부케이스와 상기 하부케이스에 각각 일체로 형성되며 표면은 외부로 노출되어 상기 스테이터와 대향하는 몸체, 상기 각 몸체의 외면에서 각각 연장 형성된 연장부, 상기 각 연장부의 단부에서 각각 벤딩 형성된 벤딩부를 가지면서 상호 대향하며, 상기 마그네트와 상기 스테이터 사이에 형성되는 자기장을 집중하는 한 쌍의 컬렉터(Collector);
    상기 상부케이스에 설치된 컬렉터의 벤딩부와 상기 하부케이스에 설치된 컬렉터의 벤딩부 사이에 위치되어 집중된 자기장을 감지하는 센서를 포함하는 토크 측정장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 컬렉터의 연장부는 상호 간격을 가지는 한 쌍으로 형성되고, 상기 각 컬렉터의 벤딩부도 한 쌍으로 형성되며,
    상기 센서도 상기 벤딩부와 대응되게 한 쌍으로 마련된 토크 측정장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 상부케이스 및 상기 하부케이스에는 상기 연장부와 상기 벤딩부를 지지하는 지지돌기가 각각 형성된 토크 측정장치.
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