JP2013524207A - トルク測定装置及びこれを含む車両用操向装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、トルク測定装置に関するものである。
【解決手段】ハウジングの内面に配置されるステータ、ステータと一定のギャップをおいて配置されるマグネット、ステータとマグネットとの間で発生する磁場を感知するセンシング部、及び、非磁性体の金属材質であり、ステータが固定されるステータ固定部とシャフトが固定されるシャフト固定部が一体に形成されるステータホルダで構成されており、製造費用を最小化することができ、製造工程中における不良率発生を最小化することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、自動車の電動式操向装置に用いられるトルク測定装置に関するものである。

一般に、車両用パワーステアリングシステムは、操向輪にかかる摩擦抵抗が大きくて操向ハンドルを操向するための操作力が大きいとき、操向ハンドルを円滑に操作することができるように補助操作力を提供するシステムである。操向ハンドルの操向を補助する補助操作力は、操向ハンドルを操向するとき、トーションバーにかかるトルクを測定してその大きさを決定する。

操向ハンドルのトルクを測定する装置として様々な方式のトルク測定装置が開発されて用いられている。部品数が少なくて低価であるという利点から、磁場（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｆｉｅｌｄ）方式が多く用いられている。

磁場に適用されるトルク測定装置は、入力軸のステアリングハンドルに設けられるマグネットと、ステータホルダの一側に固定され、入力軸にトーションバーで連結されるステータ及び前輪の出力軸に連結されるステータホルダを含む。

従って、外力によってステアリングハンドルが回転する時、トルクは、入力軸と連結されるマグネットの回転角と出力軸と連結されるステータホルダに連結されたステータの回転角との差を通して磁場を検知して測定できる。ステアリングハンドルを回転させるために必要な補助操向力は、測定されたトルクと補助操向力を形成するモーター駆動力によって決定される。

現在用いられている磁場方式のトルク測定装置は、操向輪側と連結される第２シャフトが固定されるステータと、ステータ歯（Ｔｏｏｔｈ）と向かい合って配置され、操向ハンドル側と連結される第１シャフトが固定されるマグネットと、ステータとマグネットとの間で発生する磁場を感知するセンシング部と、ステータとシャフトが固定されるステータホルダを含む。

ステータホルダは、非磁性体であるプラスチック射出物で形成されるステータ固定部と、金属材質で形成されて所定の強度を有するシャフト固定部とで構成され、ステータ固定部とシャフト固定部がインサートモールディングによって相互結合される。

ところが、このようなステータホルダは、ステータ固定部とシャフト固定部とがインサートモールディングによって製造されるため、製造費用が高い問題点がある。

また、金属材質とプラスチック材質がインサートモールディングされるため、不良率が増加し、インサートモールディングを行う際、温度によってプラスチック射出物に変形が発生する問題点がある。

また、ステータホルダ製造後、金属材質のシャフト固定部とプラスチック材質のステータ固定部が互いに分離される恐れがある問題点がある。

本発明は、ステータホルダの構造を改善して製造費用を減らすことができ、製造工程中における不良発生を最小化できるトルク測定装置を提供する。

本発明が解決しようとする技術的課題は、上記で言及した技術的課題に限られず、言及されていないまた他の技術的課題は、以下の記載から本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に明確に理解できるだろう。

一実施例によるトルク測定センサーは、ハウジングの内面に配置されるステータと、前記ステータと一定のギャップをおいて配置されるマグネットと、前記ステータとマグネットとの間で発生する磁場を感知するセンシング部と、非磁性体であり、前記ステータが固定されるステータ固定部とシャフトが固定されるシャフト固定部が、一体に成形されるステータホルダとを含む。

好ましくは、ステータホルダは、非磁性体の金属材質で形成される。

好ましくはステータホルダのステータ固定部は、ステータボディが安着される安着部と、ステータ歯が挿入されるように、安着部の周り方向に一定の間隔をおいて形成される挿入ホールとが形成され、前記シャフト固定部は、前記ステータ固定部の一側面でステータ固定部に比べて直径の小さい円筒状に形成される。

好ましくは、ステータホルダは、アルミニウム材質で形成される。

好ましくは、ステータホルダは、亜鉛材質で形成される。

好ましくは、ステータホルダは、非磁性体の金属化合物で形成される。

好ましくは、前記ステータホルダは、ダイキャスティング工程で形成される。

好ましくはステータは、前記ステータホルダの一側面に固定される第１ステータと、ステータホルダの他側面に固定される第２ステータとを含み、前記第１ステータと第２ステータのステータ歯は、一定の間隔をおいて相互噛み合う形態で配置される。

別の実施例による車両用操向装置は、操向ハンドルと連結される第１シャフトと、操向輪と連結され、トーションバーを介在して第１シャフトと連結される第２シャフトと、ハウジングの内面に配置されるステータと、前記ステータと一定のギャップをおいて配置されるマグネットと、前記ステータとマグネットとの間で発生する磁場を感知するセンシング部と、非磁性体であり、前記ステータが固定されるステータ固定部と第２シャフトが固定されるシャフト固定部とが一体に成形されるステータホルダと、を含む。

本発明のトルク測定装置によると、ステータホルダのステータ固定部とシャフト固定部が非磁性体の金属材質で一体に成形されるため、シャフトを圧入固定することができる強度を維持しながら、製造費用を最小化することができる長所がある。

また、ステータ固定部とシャフト固定部が一体に形成されることから、製造工程中における不良率発生を最小化することができ、ステータ固定部とシャフト固定部が互いに分離されることを防止することができる。

本発明の一実施例による車両用操向装置の構成図である。 本発明の一実施例によるトルク測定装置の分解斜視図である。 本発明の一実施例によるステータの分解斜視図である。 本発明の一実施例によるステータの結合斜視図である。 本発明の一実施例によるステータホルダの斜視図である。

以下に、添付された図面を参照しながら、本発明による実施例について詳しく説明する。この過程において、図面に示した構成要素の大きさや形状などは、説明の明瞭性及び便宜上誇張して示す場合がある。また、本発明の構成及び作用を考慮して特別に定義された用語は、使用者、運用者の意図または慣例によって変わり得る。このような用語に対する定義は、本明細書全般にわたる内容に基づいて下さなければならない。

開示された実施形態及び効果は、図１乃至図５に図示された図面によって最もよく理解でき、多様な図面の対応する部分は同じ参照符号を利用して説明できる。本発明の詳細な説明に記載された他の実施形態及び特有の効果は、当業者によって試みまたは試しできる技術内容を含むことができる。あらゆる種類の追加的な構成要素及び特有の効果は、本発明の詳細な説明の技術的事項に含まれている内容と図面によって保護される。また、図示された図面は、単に一実施形態に過ぎないだけであり、周辺要素、構造的または工程上の差等によって制限されたり、限定されたりしない。従って、記載されていないが、他の実施形態、修正及び変形物として、本発明の新規技術的事項の範囲内にあるもの等に対して、本発明の権利範囲は含まれる。

また、「一実施形態」の意味は、一つの例を意味するだけであり、最善の実施形態を意味するのではない。これは、実施形態の一例であり、階層及び／または構成要素として簡略化または理解を助けるために、実際図示されたサイズ及び／または基準は、実際特定サイズ及び／または基準とは差が生じうる。図面において、各階層、領域及び／または他の構成要素に対するサイズ及び相対的なサイズは、明瞭に表現するために誇張されたり、減少されたりする。同じ構成要素については同じ参照符号を利用して説明する。以下、本発明を添付図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施例による操向装置の構成図である。

図１に示したように、操向装置は、操向ハンドル１００と、この操向ハンドル１００と連結され、操向ハンドル１００を回転させると、共に回転される第１シャフト２００と、この第１シャフト２００とトーションバーを介在して連結され、操向輪と連結される第２シャフト３００と、第１シャフト２００と第２シャフト３００との間に設けられ、操向トルクを測定する操向トルク測定装置４００とを含む。

図２は、本発明の一実施例によるトルク測定装置の分解斜視図であり、図３は、本発明の一実施例によるステータの分解斜視図である。

図２及び図３に示したように、一実施例によるトルク測定装置４００は、ケース１０，１２と、ケース１０，１２の内部に配置されるステータ２０ａ，２０ｂと、ステータ２０ａ，２０ｂの内部に配置されるマグネット３０と、ステータ２０ａ，２０ｂとマグネット３０との間で発生する磁場を感知するセンシング部４０とを含む。

ケース１０，１２は、相互結合され、その内部に空間を有する第１ケース１０と第２ケース１２とで構成される。第１ケース１０には、第１シャフト２００が通過する第１貫通ホール１４が形成される。第２ケース１２には、第２シャフト３００が通過する貫通ホール１６が形成される。

ステータ２０ａ，２０ｂは、ステータホルダ５０の外面にリング状に固定されるボディ２２と、ボディ２２の内周面に一定の間隔をおいて形成され、ステータホルダ５０の内周面に結合される複数のステータ歯（Ｔｏｏｔｈ）２４とを含む。そして、ボディ２２の外周面には、ステータホルダ５０の外周面に固定される複数の固定ピン２６が一定の間隔をおいて形成される。

すなわち、ステータ２０ａ、２０ｂは、リング状の本体２２であり、ステータホルダ５０の一側に配置され、複数のステータ歯２４は、ステータホルダ５０の内側面の所定空間に配置されて折曲され、複数の固定ピン２６は、ステータホルダ５０の周辺に各々折曲形成される。

このようなステータ２０ａ，２０ｂは一対で構成される。すなわち、ステータホルダ５０の一側面に固定される第１ステータ２０ａと、ステータホルダ５０の他側面に固定される第２ステータ２０ｂとで構成され、第１ステータ２０ａと第２ステータのステータ歯２４は、一定の間隔をおいて相互噛み合う形態で配置される。

マグネット３０は、ステータホルダ５０の内部に挿入され、ステータホルダ５０の内面に装着されたステータ歯２４と一定のギャップをおいて互いに向かい合うように配置され、円周方向に着磁されて複数の極を有するリング状に形成される。

このようなマグネット３０はマグネットホルダ３２の外周面に固定される。マグネットホルダ３２には、第１ケース１０の貫通ホール１４を通過した操向ハンドルと連結される第１シャフトが固定される。

センシング部４０は、ケース１０，１２の内部に固定される。そして、マグネット３０とステータ２０ａ，２０ｂとの間に発生した磁場をセンシング部４０が正確に感知するようにするために、マグネット３０とステータ２０ａ，２０ｂとの間に発生した磁場を集中する金属製のコレクター４２がケース１０，１２の内部に固定される。

ステータホルダ５０は、図３ないし図５に示したように、ステータ２０ａ，２０ｂが固定されるステータ固定部６０と、第２シャフトが固定されるシャフト固定部７０とで構成される。

ステータ固定部６０は、その外周面の両端部に、それぞれ、ステータボディ２２が安着できるように安着部６２が突出して形成され、その周り方向にステータ歯２４が挿入されて、ステータホルダ５０の内面に配置されるようにする歯挿入ホール６４が一定の間隔をおいて形成される。そして、ステータ固定部６０の内部には、マグネット３０が配置できる空間が形成される。

シャフト固定部７０は、ステータ固定部６０でその直径がシャフト固定部７０に比べて小さい円筒状に延びる。

ここで、ステータホルダ５０は、磁束を集中するステータ歯２４の磁束漏れが発生されることを防止するために非磁性体で形成されなければならず、シャフトが嵌合固定できるように一定の以上の強度を有さなければならない。このような条件を満すことができるように、マグネットホルダ５０は非磁性体の金属材質で形成され、ステータ固定部６０とシャフト固定部７０が一体に形成される。

つまり、マグネットホルダ５０に非磁性体の金属材質を用いることによって、磁束を集中するステータ歯２４の磁束漏れを防止することができ、シャフトが圧入固定できる十分な強度を有することができるようになる。

そして、ステータホルダ５０は、ダイキャスティング（Ｄｉｅ ｃａｓｔｉｎｇ）鋳造方法で、ステータ固定部６０とシャフト固定部７０が一体に製造できるようにし、よって、ステータ固定部６０とシャフト固定部７０を別に製造した後、インサートモールディングで製造するときに比べて製造費用を著しく減らすことができるようになる。製造工程において発生される不良率を最小化することができ、また、温度による射出物の変形を防止することができるようになり、ステータ固定部とシャフト固定部が互いに分離されることを防止することができるようになる。

ステータホルダ５０は、一例として、アルミニウム材質で製造されてもよく、亜鉛材質で製造されてもよく、非磁性体の金属化合物も使用可能である。このほか、ステータホルダ５０は、シャフトを圧入固定することができる十分な強度を有し、非磁性体である金属材質はどんな材質でも使用可能である。

以下、トルク測定装置の動作を説明する。

このように構成されるトルク測定装置の作用をみると、操向ハンドルに外力を加えて操向ハンドルを回転させると、第１シャフトが回転し、第１シャフトが固定されたマグネットホルダ３２及びマグネット３０も回転する。

そして、第１シャフトは、トーションバーを通じて第１シャフトの回転力を伝達されて回転し、第２シャフトが固定されたステータホルダ５０及びステータ２０ａ，２０ｂも回転する。

ところが、第２シャフトは、道路と接触する操向輪側と連結されているため、道路と操向輪との摩擦抵抗によってトーションバーにはトルクが発生する。トーションバーのトルクによって、マグネット３０とステータ２０ａ，２０ｂの回転角度は変わり、マグネット３０の回転角度とステータ２０ａ，２０ｂの回転角度の差によって、マグネット３０とステータ２０ａ，２０ｂとの間に発生する磁場が変わる。マグネット３０とステータ２０ａ，２０ｂとの間に発生した磁場をセンシング部４０が感知してトルクを測定する。

以上で、本発明による実施例について説明したが、これは例示的なものに過ぎず、当該分野において通常的知識を有する者であれば、これから多様な変形及び均等な範囲の実施例が可能であることを理解することができる。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は下記の特許請求の範囲によって定められなければならない。

本発明は、ステータ固定及び非磁性材質で形成される一体型ステータホルダの回転軸を圧入して固定できる技術構成を通して、費用を最小化し、ステータの固定及び回転軸の固定を一体化した構成を提供して、生産工程中の誤りを最小化し、ステータ及び回転軸の固定後の離脱を防止できる産業技術分野に適用できる。

Claims (16)

1. ハウジングの内面に配置されるステータと、
   前記ステータと一定のギャップをおいて配置されるマグネットと、
   前記ステータと前記マグネットとの間で発生する磁場を感知するセンシング部と、
   非磁性体であり、前記ステータが固定されるステータ固定部とシャフトが固定されるシャフト固定部が一体に成形されるステータホルダと、
   を含むことを特徴とするトルク測定装置。
2. 前記ステータホルダは、非磁性体の金属材質で形成されることを特徴とする請求項１に記載のトルク測定装置。
3. 前記ステータホルダのステータ固定部は、前記ステータのボディが安着される安着部と、ステータ歯が挿入されるように安着部の周り方向に一定の間隔をおいて形成される挿入ホールとを含み、
   前記シャフト固定部は、前記ステータ固定部の一側面で前記ステータ固定部に比べて直径の小さい円筒状に延びることを特徴とする請求項１に記載のトルク測定装置。
4. 前記ステータホルダは、アルミニウム材質で形成されることを特徴とする請求項１に記載のトルク測定装置。
5. 前記ステータホルダは、亜鉛材質で形成されることを特徴とする請求項１に記載のトルク測定装置。
6. 前記ステータホルダは、非磁性体の金属化合物で形成されることを特徴とする請求項１に記載のトルク測定装置。
7. 前記ステータホルダは、ダイキャスティング鋳造で製造されることを特徴とする請求項１に記載のトルク測定装置。
8. 前記ステータは、前記ステータホルダの一側面に固定される第１ステータと、前記ステータホルダの他側面に固定される第２ステータとを含み、
   前記第１ステータと前記第２ステータのステータ歯は、一定の間隔をおいて相互噛み合う形態で配置されることを特徴とする請求項１に記載のトルク測定装置。
9. 操向ハンドルと連結される第１シャフトと、
   操向輪と連結され、トーションバーを介在して前記第１シャフトと連結される第２シャフトと、
   ハウジングの内面に配置されるステータと、
   前記ステータと一定のギャップをおいて配置されるマグネットと、
   前記ステータと前記マグネットとの間で発生する磁場を感知するセンシング部と、
   非磁性体であり、前記ステータが固定されるステータ固定部と第２シャフトが固定されるシャフト固定部が一体に成形されるステータホルダと、
   を含むことを特徴とする車両用操向装置。
10. 前記ステータホルダは、非磁性体の金属材質で形成されることを特徴とする請求項９に記載の車両用操向装置。
11. 前記ステータホルダのステータ固定部は、前記ステータのボディが安着される安着部と、ステータ歯が挿入されるように安着部の周り方向に一定の間隔をおいて形成される挿入ホールとを含み、
    前記シャフト固定部は、前記ステータ固定部の一側面でステータ固定部に比べて直径の小さい円筒状に延びることを特徴とする請求項９に記載の車両用操向装置。
12. 前記ステータホルダは、アルミニウム材質で形成されることを特徴とする請求項９に記載の車両用操向装置。
13. 前記ステータホルダは、亜鉛材質で形成されることを特徴とする請求項９に記載の車両用操向装置。
14. 前記ステータホルダは、非磁性体の金属化合物で形成されることを特徴とする請求項９に記載の車両用操向装置。
15. 前記ステータホルダは、ダイキャスティング鋳造で製造されることを特徴とする請求項９に記載の車両用操向装置。
16. 前記ステータは、前記ステータホルダの一側面に固定される第１ステータと、前記ステータホルダの他側面に固定される第２ステータとを含み、
    前記第１ステータと前記第２ステータのステータ歯は、一定の間隔をおいて相互噛み合う形態で配置されることを特徴とする請求項９に記載の車両用操向装置。

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