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KR20130044417A - 토크 인덱스 센서 - Google Patents

토크 인덱스 센서 Download PDF

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KR20130044417A
KR20130044417A KR1020110108467A KR20110108467A KR20130044417A KR 20130044417 A KR20130044417 A KR 20130044417A KR 1020110108467 A KR1020110108467 A KR 1020110108467A KR 20110108467 A KR20110108467 A KR 20110108467A KR 20130044417 A KR20130044417 A KR 20130044417A
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강민철
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엘지이노텍 주식회사
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    • B62D6/08—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to driver input torque
    • B62D6/10—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to driver input torque characterised by means for sensing or determining torque
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    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
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Abstract

본 발명에 의한 토크 인덱스 센서는 하우징; 상기 하우징 내부 공간부에 설치되는 스테이터; 상기 스테이터의 내부에 배치되며, 회전축과 함께 회전하는 토크 마그네트; 상기 하우징 내부에 고정 설치되며, 상기 토크 마그네트의 회전에 따라 자화 신호를 출력하는 제 1 자기소자가 설치되는 제 1 인쇄회로기판; 상기 회전축과 함께 회전하는 마그네트 홀더에 설치되는 인덱스 마그네트; 및 상기 인덱스 마그네트를 감지하여 회전축의 회전수에 따라 펄스 신호를 출력하는 제 2 자기소자가 설치되는 제 2 인쇄회로기판;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

토크 인덱스 센서{Torque Index Sensor}
본 발명은 토크 인덱스 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 인덱스 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 인덱스 센서는 인덱스 마그네트의 자기장을 감지하는 인덱스 센서와 토크 마그네트의 자기장을 감지하는 토크 센서가 하나의 인쇄회로기판(PCB)에 설치되기 때문에, 토크 인덱스 센서를 구성하는 센서 모듈의 크기를 결정하는 외부 하우징의 크기를 소형화하기 쉽지 않다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 소형화가 가능하도록 구조가 개선된 토크 인덱스 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 의한 토크 인덱스 센서는 하우징; 상기 하우징 내부 공간부에 설치되는 스테이터; 상기 스테이터의 내부에 배치되며, 회전축과 함께 회전하는 토크 마그네트; 상기 하우징 내부에 고정 설치되며, 상기 토크 마그네트의 회전에 따라 자화 신호를 출력하는 제 1 자기소자가 설치되는 제 1 인쇄회로기판; 상기 회전축과 함께 회전하는 마그네트 홀더에 설치되는 인덱스 마그네트; 및 상기 인덱스 마그네트를 감지하여 회전축의 회전수에 따라 펄스 신호를 출력하는 제 2 자기소자가 설치되는 제 2 인쇄회로기판;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 제 2 인쇄회로기판은, 상기 제 1 인쇄회로기판과 통전 가능하게 연결되는 것이 좋다.
상기 인덱스 마그네트는, 상기 토크 마그네트보다 회전축에 근접한 위치에 배치되어, 상기 토크 마그네트와 인덱스 마그네트의 자계가 서로 간섭되지 않도록 구성될 수 있다.
이때, 상기 제 1 자기센서와 회전축 사이의 거리가 상기 제 2 자기센서와 회전축 사이의 거리보다 크게 배치되는 것이 바람직하다.
상기 스테이터는, 자기장 집중을 위한 콜렉터(collector)가 설치된 투스(tooth) 형상으로 마련되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 토크 인덱스 센서는, 하우징; 상기 하우징 내부 공간부에 설치되는 스테이터; 상기 스테이터의 내부에 배치되며, 회전축과 함께 회전하는 토크 마그네트; 상기 회전축과 함께 회전하며, 상기 토크 마그네트와 자기장이 간섭되지 않는 위치에 배치되는 인덱스 마그네트; 및 상기 하우징 내부에 고정 설치되며, 상기 토크 마그네트의 회전에 따라 자화 신호를 출력하는 제 1 자기소자와, 상기 인덱스 마그네트를 감지하여 회전축의 회전수에 따라 펄스 신호를 출력하는 제 2 자기소자가 모두 설치되는 인쇄회로기판;을 포함하며, 상기 인쇄회로기판은 상기 회전축에 대하여 비스듬하게 경사지게 설치되어, 상기 제 1 자기소자가 상기 하우징의 바깥쪽에 근접한 위치에 배치되고, 상기 제 2 자기소자가 상기 제 1 자기소자보다 회전축에 근접한 위치에 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 자기소자는, 상기 인쇄회로기판과 배선으로 연결되어, 상기 인쇄회로기판과 일정 거리 이격 설치되는 것이 바람직하다.
상기 마그네트 홀더는, 상기 스테이터의 지름보다 작은 지름을 가지는 것이 바람직하다.
한편, 상기 제 1 자기센서와 회전축 사이의 거리는 상기 제 2 자기센서와 회전축 사이의 거리보다 크게 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 스테이터는, 자기장 집중을 위한 콜렉터(collector)가 설치된 투스(tooth) 형상으로 마련되는 것이 바람직하다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 토크 인덱스 센서의 주요 구성부의 일 예를 도시한 사시도,
도 2는 도 1의 측면도,
도 3 및 도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 토크 인덱스 센서의 평면도 및 저면도,
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 토크 인덱스 센서의 주요 구성부의 일 예를 도시한 사시도,
도 6은 도 5의 측면도, 그리고,
도 7 및 도 8은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 토크 인덱스 센서의 평면도 및 저면도 이다.
이하, 본 발명에 의한 토크 인덱스 센서를 도면을 참고하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 토크 인덱스 센서의 주요 구성부의 일 예를 도시한 사시도, 도 2는 도 1의 측면도, 도 3 및 도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 토크 인덱스 센서의 평면도 및 저면도, 도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 토크 인덱스 센서의 주요 구성부의 일 예를 도시한 사시도, 도 6은 도 5의 측면도, 그리고, 도 7 및 도 8은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 토크 인덱스 센서의 평면도 및 저면도 이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 토크 인덱스 센서는 하우징(1), 스테이터(10), 토크 마그네트(20), 제 1 인쇄회로기판(30), 인덱스 마그네트(40), 제 2 인쇄회로기판(50)을 포함한다.
하우징(1)은 토크 인덱스 센서의 외곽을 구성하는 것으로, 본 발명의 목적은 보다 소형화된 토크 인덱스 센서를 제공하는데 목적이 있으므로, 이 하우징(1)의 크기를 최소화할 수 있도록 내부 구성을 개선한 것에 발명의 특징이 있다. 일반적으로 하우징(1)은 수지재질로 형성하는 것이 좋으나, 필요에 따라 금속재질과 같이 내마모성이 좋은 재질을 사용하는 것도 좋다. 이와 같이 구성된 하우징(1)은 미도시된 스티어링 휠의 회전축(2) 상에 장착할 수 있는 것으로서, 회전축(2)의 회전에 장애를 발생하지 않으면서도 회전 여부에 관계없이 고정될 수 있도록 배치된다.
스테이터(10)는 투스(tooth) 형상으로 마련되며, 일단에 상기 토크 마그네트(20)의 자기장을 효과적으로 모을 수 있도록 콜렉터(11)가 마련된다. 상기 콜렉터(11)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 스테이터(10)의 상측 및 하측에 대칭이 되도록 배치된다.
토크 마그네트(20)는 링 형상으로 마련되어, 상기 스테이터(10)의 내 벽면에 설치되어, 상기 스티어링 휠의 회전축의 회전에 연동하여 회전한다.
제 1 인쇄회로기판(30)에는 상기 토크 마그네트(30)의 자기력을 감지하여, 상기 스티어링 휠의 회전에 연동하여 회전하는 회전축(2)의 토크 시그널을 감지하는 제 1 자기소자(31)가 설치 된다. 상기 제 1 자기소자(31)는 일반적으로 한 쌍의 리니어 홀 소자를 사용한다. 상기 제 1 인쇄회로기판(30)은 도 2에 도시된 바와 같이, 토크 인덱스 센서의 가장 바깥쪽 부분에 배치되는 것이 좋다.
인덱스 마그네트(40)는, 상기 회전축(2)에 설치되는 마그네트 마그네트 홀더(41)에 설치되어, 상기 회전축(2)의 회전에 따라 위치 변경된다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 마그네트 마그네트 홀더(41)의 지름이 종래 보다 작게 형성되어, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 토크 마그네트(20)가 내주면에 설치되는 스테이터(10)의 지름보다 작게 형성되는 것이 바람직하다.
이와 같은 배치 구성에 따르면, 상기 토크 마그네트(20)와 인덱스 마그네트(40)의 자계가 서로 중첩되지 않으므로, 종래에 비해 상기 인덱스 마그네트(40)가 상기 토크 마그네트(20)와 가까운 위치에 배치될 수 있다.
제 2 인쇄회로기판(50)에는 상기 인덱스 마그네트(40)의 자기장을 감지하는 제 2 자기소자(51)가 설치되며, 상기 제 1 인쇄회로기판(30)과 연결배선(52)으로 연결된다.
제 2 자기소자(51)는 상기 인덱스 마그네트(40)의 회전을 펄스 신호로 감지하여, 상기 회전축의 조향각 계산을 위해 인덱스 펄스 시그널을 출력한다. 일반적으로 상기 제 2 자기소자(51)는 홀 스위치로 마련되어, 인덱스 펄스 시그널을 출력한다. 상기 제 2 자기소자(51)는 상기 인덱스 마그네트(40)와 근접한 위치에 배치되어야, 상기 인덱스 마그네트(40)의 자기장을 오류 없이 감지할 수 있으므로, 상기 제 2 인쇄회로기판(50)은 상기 제 1 인쇄회로기판(30)보다 상기 회전축(2)에 근접한 위치에 배치되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 하나의 인쇄회로기판(130)에 제 1 및 제 2 자기소자(31)(51)를 한꺼번에 마련하여 구성하는 것도 가능하다.
즉, 인쇄회로기판(130)에는 상기 토크 마그네트(20)의 자기력을 감지하여, 상기 스티어링 휠의 회전에 연동하여 회전하는 회전축(2)의 토크 시그널을 감지하는 제 1 자기소자(31)와 상기 인덱스 마그네트(40)의 자기장을 감지하는 제 2 자기소자(51)가 모두 설치된다.
상기 제 1 자기소자(31)는 일반적으로 한 쌍의 리니어 홀 소자를 사용한다. 상기 제 1 인쇄회로기판(130)은 도 2에 도시된 바와 같이, 토크 인덱스 센서의 가장 바깥쪽 부분에 배치되는 것이 좋다.
제 2 자기소자(51)는 상기 인덱스 마그네트(40)의 회전을 펄스 신호로 감지하여, 상기 회전축(2)의 조향각 계산을 위해 인덱스 펄스 시그널을 출력한다. 일반적으로 상기 제 2 자기소자(51)는 홀 스위치로 마련되어, 인덱스 펄스 시그널을 출력한다.
상기 제 2 자기소자(51)는 상기 인덱스 마그네트(40)와 근접한 위치에 배치되어야, 상기 인덱스 마그네트(40)의 자기장을 오류 없이 감지할 수 있으므로, 상기 상기 인쇄회로기판(130)은 상기 제 2 자기소자(51)가 상기 인덱스 마그네트(40)와 가까운 위치에 배치될 수 있도록, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 비스듬하게 경사지게 배치되는 것이 바람직하다.
이와 같은 배치 구성을 가지는 토크 인덱스 센서에 따르면, 기존의 토크 인덱스 센서에 비해 토크 마그네트(20)와 인덱스 마그네트(40) 사이의 거리를 가깝게 구성하더라도, 이들 사이의 자계 간섭이 일어나지 않기 때문에 토크 인덱스 센서의 높이를 낮출 수 있다.
또한, 토크 마그네트(20)와 인덱스 마그네트(40) 사이의 자계 간섭을 방지하기 위해, 종전에 사용하던 인덱스 쉴드 시트와 같은 자기장 차폐부재를 생략하는 것이 가능하므로, 제품 제조 단가를 절감할 수 있다.
한편, 도시하지는 않았으나, 상기 인쇄회로기판(130)을 비스듬하게 배치하지 않고, 적어도 2회 이상 절곡된 계단형상으로 마련하여, 상기 제 1 및 제 2 자기소자(31)(51)들을 배치할 수도 있다. 이 경우에는 상기한 바와 동일한 장치 소형과 결과를 얻을 수 있다.
이와 같은 배치 구성을 가지는 토크 인덱스 센서에 따르면, 기존의 토크 인덱스 센서에 비해 토크 마그네트(20)와 인덱스 마그네트(40) 사이의 거리를 가깝게 구성하더라도, 이들 사이의 자계 간섭이 일어나지 않기 때문에 토크 인덱스 센서의 높이를 낮출 수 있다.
또한, 토크 마그네트(20)와 인덱스 마그네트(40) 사이의 자계 간섭을 방지하기 위해, 종전에 사용하던 인덱스 쉴드 시트와 같은 자기장 차폐부재를 생략하는 것이 가능하므로, 제품 제조 단가를 절감할 수 있다.
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; 토크 마그네트
30; 제 1 인쇄회로기판 31; 제 1 자기센서
40; 인덱스 마그네트 50; 제 2 인쇄회로기판
51; 제 2 자기센서 52; 배선
130; 인쇄회로기판

Claims (10)

  1. 하우징;
    상기 하우징 내부 공간부에 설치되는 스테이터;
    상기 스테이터의 내부에 배치되며, 회전축과 함께 회전하는 토크 마그네트;
    상기 하우징 내부에 고정 설치되며, 상기 토크 마그네트의 회전에 따라 자화 신호를 출력하는 제 1 자기소자가 설치되는 제 1 인쇄회로기판;
    상기 회전축과 함께 회전하는 마그네트 홀더에 설치되는 인덱스 마그네트; 및
    상기 인덱스 마그네트를 감지하여 회전축의 회전수에 따라 펄스 신호를 출력하는 제 2 자기소자가 설치되는 제 2 인쇄회로기판;을 포함하는 토크 인덱스 센서.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 인쇄회로기판은,
    상기 제 1 인쇄회로기판과 통전 가능하게 연결되는 토크 인덱스 센서.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 인덱스 마그네트는,
    상기 토크 마그네트보다 회전축에 근접한 위치에 배치되어, 상기 토크 마그네트와 인덱스 마그네트의 자계가 서로 간섭되지 않도록 구성되는 토크 인덱스 센서.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 자기센서와 회전축 사이의 거리가 상기 제 2 자기센서와 회전축 사이의 거리보다 크게 배치되는 토크 인덱스 센서.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 스테이터는,
    자기장 집중을 위한 콜렉터(collector)가 설치된 투스(tooth) 형상으로 마련되는 토크 인덱스 센서.
  6. 하우징;
    상기 하우징 내부 공간부에 설치되는 스테이터;
    상기 스테이터의 내부에 배치되며, 회전축과 함께 회전하는 토크 마그네트;
    상기 회전축과 함께 회전하며, 상기 토크 마그네트와 자기장이 간섭되지 않는 위치에 배치되는 인덱스 마그네트; 및
    상기 하우징 내부에 고정 설치되며, 상기 토크 마그네트의 회전에 따라 자화 신호를 출력하는 제 1 자기소자와, 상기 인덱스 마그네트를 감지하여 회전축의 회전수에 따라 펄스 신호를 출력하는 제 2 자기소자가 모두 설치되는 인쇄회로기판;을 포함하며,
    상기 인쇄회로기판은 상기 회전축에 대하여 비스듬하게 경사지게 설치되어, 상기 제 1 자기소자가 상기 하우징의 바깥쪽에 근접한 위치에 배치되고, 상기 제 2 자기소자가 상기 제 1 자기소자보다 회전축에 근접한 위치에 배치되는 토크 인덱스 센서.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 자기소자는,
    상기 인쇄회로기판과 배선으로 연결되어, 상기 인쇄회로기판과 일정 거리 이격 설치되는 토크 인덱스 센서.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 마그네트 홀더는,
    상기 스테이터의 지름보다 작은 지름을 가지는 토크 인덱스 센서.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 자기센서와 회전축 사이의 거리가 상기 제 2 자기센서와 회전축 사이의 거리보다 크게 배치되는 토크 인덱스 센서.
  10. 제 6 항에 있어서, 상기 스테이터는,
    자기장 집중을 위한 콜렉터(collector)가 설치된 투스(tooth) 형상으로 마련되는 토크 인덱스 센서.
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