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KR101863780B1 - 토크 센서 - Google Patents

토크 센서 Download PDF

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KR101863780B1
KR101863780B1 KR1020110125601A KR20110125601A KR101863780B1 KR 101863780 B1 KR101863780 B1 KR 101863780B1 KR 1020110125601 A KR1020110125601 A KR 1020110125601A KR 20110125601 A KR20110125601 A KR 20110125601A KR 101863780 B1 KR101863780 B1 KR 101863780B1
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Abstract

본 발명에 의한 토크 센서는 하우징; 상기 하우징 내부 공간부에 설치되는 스테이터; 상기 스테이터의 내부에 배치되며, 회전축과 함께 회전하는 마그네트; 상기 하우징 내부에 고정 설치되며, 상기 마그네트의 회전에 따라 자화 신호를 출력하는 제 1 자기소자가 설치되는 인쇄회로기판; 상기 하우징에 돌출 형성되는 적어도 하나 이상의 고정 보스; 및 상기 고정 보스와 대응되는 위치에 관통 형성되는 복수 개의 통공을 가지며, 상기 마그네트의 자기 플럭스를 가이드 하여 자기장을 집중하는 콜렉터(collector);를 포함하며, 상기 고정 보스는 상기 통공을 통과한 후 열 융착되어, 상기 콜렉터를 상기 하우징의 내면에 밀착 고정하는 것을 특징으로 한다.

Description

토크 센서{Torque Index Sensor}
본 발명은 토크 센서에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 조향의 안정성을 보장하기 위한 장치로 별도의 동력으로 보조하는 조향장치가 사용된다. 기존에는 이와 같은 보조 조향장치를 유압을 이용한 장치로 사용하였으나, 최근에는 동력의 손실이 적고 정확성이 우수한 전동식 조향장치(Electronic Power Steering System}가 사용된다.
상기와 같은 전동식 조향장치(EPS)는 차속센서, 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.
그런데, 이러한 동력장치가 스티어링 휠을 조작하는 힘에 개입하기 위해서는 조향축에 걸리는 토크나 조향각 뿐만 아니라, 조향각속도를 측정할 필요성이 있다. 일반적으로 조향축의 회전 각도를 측정하기 위해서는 앵글센서를 사용하고, 조향 토크를 측정하기 위해서는 토크센서를 사용하지만, 최근에는 토크와 회전 각도를 하나의 센서에서 감지할 수 있는 토크 앵글 센서(TAS)가 많이 사용된다. 그러나, 이러한 조향각이나 조향각속도를 검출하는 토크 앵글 센서는 제조 공정이 복잡하고 고장이나 오작동의 확률이 높아, 인덱스 센서(Index Sensor) 방식의 토크 인덱스 센서(Torque Index Sensor: TIS)가 사용되기도 한다.
토크 센서의 일반적인 구성은 한국 공개특허 제2011-0041468호(2011. 04. 21. 공개)에 기재된 바 있다. 상기 선행기술에서는 제1축에 작용하는 토크를 측정하기 위한 토크 센서를 포함하는 센서 장치로서, 규정된 회전 각 및/또는 규정된 회전 각 범위에 관하여 제1축의 각 위치를 검출 및/또는 확인할 수 있도록 구성되는 회전 각 인덱스 유닛을 구비하는 센서 장치의 일 예가 개시된 바 있다.
그런데, 이와 같은 토크 센서에는 마그네트의 자기 플럭스(flux)를 집중시키기 위한 부품으로 콜렉터(collector)가 마련된다. 이 콜렉터는 하우징에 고정되는데, 만일 콜렉터와 하우징 사이의 결합이 느슨하게 되면, 콜렉터와 스테이터 사이의 거리가 불균일해지면서, 센서의 측정값에 오차가 발생할 수 있다. 특히, 전동식 조향장치(EPS)에 적용되는 토크센서의 경우, 상온에 비해 상대적으로 고온인 80 내지 125℃에서 동작하므로, 양면테이프나, 접착제 등을 이용하여 콜렉터를 고정하는 것이 불가능하다. 따라서, 고온에서도 신뢰성이 보장되는 콜렉터 고정구조의 필요성이 제기되고 있다.
대한민국 공개특허 제2011-0041468호(2011.04.21.)
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 고온에서도 콜렉터가 이탈됨 없이 단단히 고정될 수 있도록 구조가 개선된 토크 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 의한 토크 센서는 하우징; 상기 하우징 내에 배치되는 스테이터; 상기 스테이터 내에 배치되는 마그네트; 상기 하우징에 배치되는 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판에 배치되는 제1 자기소자 및 제2 자기소자; 및 상기 마그네트에 의해 발생하는 자기장을 상기 제1 자기소자에 전달하는 상부 콜렉터 및 하부 콜렉터;를 포함하며, 상기 하우징은 내면에 돌출 형성되는 제 1 고정 보스 및 제 2 고정 보스를 포함하고; 상기 상부 콜렉터 및 상기 하부 콜렉터는 상기 제 1 고정 보스와 대응되는 위치에 형성되는 노치 및 상기 제 2 고정 보스가 관통하는 제 1 통공을 포함하며, 상기 상부 콜렉터 및 상기 하부 콜렉터는 상기 제 1 자기소자를 중심으로 상하 대칭으로 배치되고, 상기 하우징 내 인덱스 마그네트가 배치되고, 상기 제2 자기소자는 상기 인덱스 마그네트와 대향하여 배치되고, 상기 상부 콜렉터 또는 하부 콜렉터와 대향하는 상기 제1 자기소자의 일면은 상기 인덱스 마그네트와 대향하는 상기 제2 자기소자의 일면과 수직일 수 있다.
상기 상부 콜렉터는 상기 노치를 기준으로 상기 제 1 통공과 대칭되게 배치되는 제 2 통공을 포함할 수 있다.
상기 상부 콜렉터는 일측 끝단이 상기 제 1 자기소자와 접촉되도록 설치될 수 있다.
상기 제 1 통공 및 상기 제 2 통공은 상기 상부 콜렉터의 무게중심을 지나는 가상의 선을 기준으로 대칭이 되도록 형성될 수 있다.
상기 제 1 통공 및 상기 제 2 통공은 상기 상부 콜렉터가 결합되는 하우징의 면 접촉 부분에 형성될 수 있다.
상기 노치는 상기 상부 콜렉터의 무게중심을 지나는 가상의 선에 배치될 수 있다.
상기 제 1 고정 보스를 기준으로 상기 제 2 고정 보스와 대향되게 배치되는 제 3 고정 보스를 더 포함하고, 상기 제 2 통공은 상기 제 3 고정 보스의 위치와 대응하는 위치에 형성되고, 상기 제 3 고정 보스는 상기 제 2 통공을 통과한 후 열 융착될 수 있다.
상기 노치는 상기 상부 콜렉터 또는 상기 하부 콜렉터의 외주면에서 내측으로 함몰되어 형성될 수 있다.
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본 발명은 하우징의 내측에 돌출 형성된 고정용 보스가 콜렉터에 형성된 통공을 통과한 후 열 융착 되므로, 토크 센서가 장기간 고온 상태에서 동작하더라도, 콜렉터가 이탈됨 없이 단단히 고정될 수 있어, 제품 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 토크 센서의 주요 구성부의 일 예를 도시한 사시도,
도 2는 도 1의 평면도, 그리고,
도 3은 도 2의 요부 확대도 이다.
이하, 본 발명에 의한 토크 센서를 도면을 참고하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 토크 센서의 주요 구성부의 일 예를 도시한 사시도, 도 2는 도 1의 평면도, 그리고, 도 3은 도 2의 요부 확대도 이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 토크 센서는 하우징(1), 스테이터(10), 마그네트(20), 인쇄회로기판(30)를 포함하며, 상기 하우징(1)에는 적어도 하나 이상의 고정 보스(2)가 돌출 형성되고, 상기 스테이터(10)에는 상기 고정 보스(2)가 관통 결합하는 통공(12)을 가지는 콜렉터(11)가 마련된다.
하우징(1)은 토크 센서의 외곽을 구성하는 것으로, 수지재질로 형성하는 것이 좋으나, 이를 한정하는 것은 아니며, 필요에 따라 금속재질과 같이 내마모성이 좋은 재질을 사용하는 것도 좋다. 이와 같이 구성된 하우징(1)은 미도시된 스티어링 휠의 회전축 상에 장착할 수 있는 것으로서, 회전축의 회전에 장애를 발생하지 않으면서도 회전 여부에 관계없이 고정될 수 있도록 배치된다.
상기 하우징(1)의 내측면에는 도 2에 도시된 바와 같이, 복수 개의 고정 보스(2)가 돌출 형성된다. 상기 고정 보스(2)는 적어도 2개 이상 마련되며, 바람직하게는 도시된 바와 같이, 중앙에 1개와, 양단에 대칭으로 2개가 돌출 형성될 수 있다.
스테이터(10)는 투스(tooth) 형상으로 마련되며, 일단에 상기 마그네트(20)의 자기장을 효과적으로 모을 수 있도록 콜렉터(11)가 마련된다.
상기 콜렉터(11)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 스테이터(10)의 상측 및 하측에 대칭이 되도록 배치되어, 상기 마그네트(20)의 자기 플럭스를 가이드 하여 자기장을 집중시키는 역할을 수행한다. 또한, 상기 콜렉터(11)에는, 상기 고정 보스(2)와 대응되는 위치에 관통 형성되는 복수 개의 통공(12)이 형성된다.
또한, 상기 콜렉터(11)에는 중앙에 배치되는 고정 보스(2)와 대응되는 위치에 형성되어, 상기 고정 보스(2)가 결합되는 노치(50)가 구비될 수 있다. 상기 노치는 상기 콜렉터(11)의 외주면에서 내측으로 함몰되어 형성될 수 있다.
이 때, 상기 노치(50)는 상기 콜렉터(11)의 무게중심을 지나는 가상의 선에 배치될 수 있다. 따라서, 복수 개의 통공은 상기 노치(50)를 기준으로 대칭되게 배치될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 통공(12)은 2개가 마련되되, 상기 하우징(1)과 면 접촉하는 위치에 복수 개가 형성되는 것이 좋으며, 상기 콜렉터(11)의 중심을 기준으로 좌우 대칭이 되는 것이 좋다.
따라서, 상기 고정 보스(2)는 상기 통공(12)을 통과한 후, 도 3에 도시된 바와 같이 열 융착되어 나사 머리 형상의 헤드(2a)를 형성할 수 있다. 상기 헤드(2a)는, 상기 콜렉터(11)를 상기 하우징(1)의 내면 측으로 가압하여, 상기 콜렉터(11)를 하우징(1)에 밀착 고정할 수 있다. 즉, 상기 통공(12)을 통과한 고정 보스(2)를 핫 프레스 하면, 수지재질로 형성되는 상기 고정 보스(2)는 납작하게 눌리면서 헤드(2a)를 형성하면서 상기 콜렉터(11)와 밀착된다. 상기 헤드(2a)는, 상기 콜렉터(11)를 상기 하우징(1)의 내측면으로 가압하여 면 접촉 상태로 고정한다.
마그네트(20)는 링 형상으로 마련되어, 상기 스테이터(10)의 내 벽면에 설치되고, 상기 스티어링 휠의 회전축(미도시)의 회전에 연동하여 회전한다.
인쇄회로기판(30)에는 상기 마그네트(30)의 자기력을 감지하여, 상기 스티어링 휠의 회전에 연동하여 회전하는 회전축의 토크 시그널을 감지하는 제 1 자기소자(31)가 설치 된다. 상기 제 1 자기소자(31)는 일반적으로 한 쌍의 리니어 홀 소자(Linear Hall IC)를 사용한다. 상기 인쇄회로기판(30)은 도 1에 도시된 바와 같이, 토크 센서의 가장 바깥쪽 부분에 배치되는 것이 좋다.
한편, 필요할 경우, 미도시된 회전축의 회전 시그널을 입력 받을 수 있는 인덱스 마그네트(40)가 도 1에 도시된 바와 같이 더 구비될 수도 있다. 인덱스 마그네트(40)는, 상기 회전축에 설치되는 마그네트 홀더에 설치되어, 상기 회전축의 회전에 따라 위치 변경된다.
또한, 상기 인쇄회로기판(30)에는 상기 인덱스 마그네트(40)의 자기장을 감지하는 제 2 자기소자(32)가 설치될 수 있다. 제 2 자기소자(32)는 상기 인덱스 마그네트(40)의 회전을 펄스 신호로 감지하여, 상기 회전축의 조향각 계산을 위해 인덱스 펄스 시그널을 출력한다. 일반적으로 상기 제 2 자기소자(32)는 홀 스위치로 마련되어, 인덱스 펄스 시그널을 출력한다.
이와 같은 본 발명에 따르면, 상기 콜렉터(11)를 하우징(1)에 고정 결합하기 위하여, 상기 하우징(1)에 일체로 마련된 고정 보스(2)를 콜렉터(11)에 관통 형성된 통공(12)을 통과시킨 후에 열 융착 하기 때문에, 고온 상태에서 장기간 동안 사용하더라도, 콜렉터(11)가 항상 하우징(1)에 밀착된 상태로 고정될 수 있다. 그러면 상기 콜렉터(11)와 마그네트(20)와 항상 일정간 거리를 유지할 수 있어, 센서 측정값의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 통공(12)을 통과한 고정 보스(2)를 열 융착 하여, 도 3에 도시된 바와 같이 납작하게 눌려서 헤드(2a)를 형성하면, 상기 헤드(2a)와 콜렉터(11) 사이의 접촉 면적만큼의 압력으로 상기 콜렉터(11)를 하우징(1) 측으로 가압할 수 있기 때문에, 보다 단단하게 결합이 유지되는 것이 가능하다.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.
1; 하우징 2; 회전축
10; 스테이터 20; 마그네트
30; 인쇄회로기판 31; 제 1 자기센서
32; 제 2 자기센서 40; 인덱스 마그네트

Claims (8)

  1. 하우징;
    상기 하우징 내에 배치되는 스테이터;
    상기 스테이터 내에 배치되는 마그네트;
    상기 하우징에 배치되는 인쇄회로기판;
    상기 인쇄회로기판에 배치되는 제1 자기소자 및 제2 자기소자; 및
    상기 마그네트에 의해 발생하는 자기장을 상기 제1 자기소자에 전달하는 상부 콜렉터 및 하부 콜렉터;를 포함하며,
    상기 하우징은 내면에 돌출 형성되는 제 1 고정 보스 및 제 2 고정 보스를 포함하고;
    상기 상부 콜렉터 및 상기 하부 콜렉터는 상기 제 1 고정 보스와 대응되는 위치에 형성되는 노치 및 상기 제 2 고정 보스가 관통하는 제 1 통공을 포함하며,
    상기 상부 콜렉터 및 상기 하부 콜렉터는 상기 제 1 자기소자를 중심으로 상하 대칭으로 배치되고,
    상기 하우징 내 인덱스 마그네트가 배치되고,
    상기 제2 자기소자는 상기 인덱스 마그네트와 대향하여 배치되고,
    상기 상부 콜렉터 또는 하부 콜렉터와 대향하는 상기 제1 자기소자의 일면은 상기 인덱스 마그네트와 대향하는 상기 제2 자기소자의 일면과 수직인 토크 센서.

  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 콜렉터는 상기 노치를 기준으로 상기 제 1 통공과 대칭되게 배치되는 제 2 통공을 더 포함하는 토크 센서.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 콜렉터는 일측 끝단이 상기 제 1 자기소자와 접촉되도록 설치되는 토크 센서.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 통공 및 상기 제 2 통공은 상기 상부 콜렉터의 무게중심을 지나는 가상의 선을 기준으로 대칭이 되도록 형성되는 토크 센서
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 통공 및 상기 제 2 통공은 상기 상부 콜렉터가 결합되는 하우징의 면 접촉 부분에 형성되는 토크 센서.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 노치는 상기 상부 콜렉터의 무게중심을 지나는 가상의 선에 배치되는 토크 센서.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 고정 보스를 기준으로 상기 제 2 고정 보스와 대향되게 배치되는 제 3 고정 보스를 더 포함하고,
    상기 제 2 통공은 상기 제 3 고정 보스의 위치와 대응하는 위치에 형성되고,
    상기 제 3 고정 보스는 상기 제 2 통공을 통과한 후 열 융착되는 토크 센서.

  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 노치는 상기 상부 콜렉터 또는 상기 하부 콜렉터의 외주면에서 내측으로 함몰되어 형성되는 토크 센서.
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