JP2020528545A - トルクセンサ - Google Patents

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Abstract

実施例はハウジングと、前記ハウジングの内部に配置されるロータと、前記ロータの外側に配置されるステータと、前記ハウジングに配置される回路基板と、前記回路基板に配置されるホールセンサおよび前記ホールセンサに隣接して配置されるコレクタを含み、前記コレクタは胴体部と前記胴体部から延びる延長部を含み、前記胴体部は前記ハウジングと離隔して配置され、前記延長部は前記ハウジングと直接接触するトルクセンサを提供することができる。【選択図】図1

Description

実施例はトルクセンサに関する。
電子式パワーステアリングシステム(Electronic Power Steering System以下、EPSという。)は、運行条件に応じて電子制御装置(Electronic Control Unit)でモーターを駆動して旋回安定性を保障し、迅速な復原力を提供することによって、運転者にとって、安全な走行を可能とする。
EPSは適切なトルクを提供するために、操向軸のトルクを測定するトルクセンサを含む。操向軸はハンドルに連結される入力軸と、車輪側の動力伝達構成と連結される出力軸と、入力軸と出力軸を連結するトーションバーを含むことができる。
トルクセンサはトーションバーのねじれ程度を測定して操向軸にかかるトルクを測定する。このようなトルクセンサはロータと、ステータと、コレクタを含むことができる。コレクタはステータの磁化量を測定する。
コレクタは薄板形態の金属素材からなる。そして、コレクタはハウジングに固定される。コレクタは熱融着または超音波融着などのような作業でハウジングに固定される。この時、コレクタがハウジングに固定される過程でコレクタに変形が発生する可能性がある。コレクタに変形が発生すると、コレクタの磁化量測定性能が大きく低下する問題点がある。
また、センサに対応したコレクタの装着位置はコレクタの測定性能を左右する非常に重要な要素である。したがって、コレクタは装着位置に正確に配置されなければならず、配置後、動いてはならない。しかし、熱融着や超音波融着などのような固定方式でコレクタをハウジングに固定する場合、正確な位置にコレクタを装着することは難しい。また、このような固定方式は工程管理が難しく、融着部に不良が発生してコレクタが動く問題を引き起こし得る。
一方、トルクセンサはメインギアが分離されており、メインギアとサブギアの噛み合いを維持するために別途のミドルケースを具備しなければならない。
それにより、前記トルクセンサは部品数が増加し、したがって組立工程が追加されて生産コストが上昇する問題がある。
そのため、前記トルクセンサは小型化を要求する現在の実情に対応し難い問題がある。
実施例はコレクタをハウジングに固定する過程で、コレクタに変形が発生せず、コレクタを正確な位置に堅固に固定できるトルクセンサを提供する。
実施例はサブギアと噛み合うメインギアをステータに一体化したトルクセンサを提供する。
実施例が解決しようとする課題は以上で言及された課題に限定されず、ここで言及されていないさらに他の課題は下記の記載から当業者に明確に理解できるであろう。
前記課題は実施例により、ハウジングと、前記ハウジングの内部に配置されるロータと、前記ロータの外側に配置されるステータと、前記ハウジングに配置される回路基板と、前記回路基板に配置されるホールセンサおよび前記ホールセンサに隣接して配置されるコレクタを含み、前記コレクタは胴体部と前記胴体部から延びる延長部を含み、前記胴体部は前記ハウジングと離隔して配置され、前記延長部は前記ハウジングと直接接触するトルクセンサによって達成される。
好ましくは、前記ハウジングは前記コレクタの延長部を固定する固定部を含み、前記延長部は前記固定部に囲まれて接触し、貫通ホールを含むことができる。
好ましくは、前記コレクタは前記ホールセンサと向かい合う折り曲げ部を含み、前記コレクタの延長部の一部は前記折り曲げ部と最も遠く離れ得る。
好ましくは、前記コレクタは前記ホールセンサと向かい合う折り曲げ部を含み、前記胴体部は曲面部を含み、前記曲面部の中心と前記ロータの回転中心を通る基準線を基準として、前記延長部は前記折り曲げ部より前記ステータにさらに近く配置され、前記折り曲げ部より前記基準線からさらに遠く配置され得る。
好ましくは、前記ハウジングの底面は第1面と第2面を含み、前記第2面は前記第1面より低く配置され、前記第2面は前記コレクタが配置される溝部を含むことができる。
好ましくは、前記固定部は前記第2面から突出して配置され得る。
好ましくは、前記コレクタの厚さは前記第2面から前記固定部の上端までの高さより小さくてもよい。
好ましくは、前記ハウジングは支持ブロックを含み、前記支持ブロックは前記第1面から突出し、前記溝部の周りに配置され得る。
好ましくは、前記コレクタは前記ホールセンサと向かい合う折り曲げ部を含み、前記胴体部は脚部をさらに含み、前記脚部は前記胴体部の外側エッジで折れ曲がって配置され、前記折り曲げ部は前記脚部で外側に折れ曲がって配置され、前記脚部および前記折り曲げ部は前記支持ブロックと離隔して配置され得る。
好ましくは、前記延長部は係止部を含み、前記係止部は前記延長部の端部で折れ曲がって配置され得る。
前記課題は実施例により、マグネットを含むロータおよび前記ロータの外側に配置されるステータを含み、前記ステータは円筒状のベース、前記ベースの外側に結合されたホルダーおよび前記ホルダーに結合される第1ステータリングと第2ステータリングを含み、前記ホルダーは本体および前記本体の円周方向に沿って突出したフランジ部を含み、前記フランジ部の外周面にギアの歯が形成され、前記フランジ部には軸方向に貫通する第1ホールを含むトルクセンサによって達成される。
そして、前記第1ステータリングはリング状の第1胴体;前記第1胴体の内周面から軸方向に延びた第1歯;および前記第1胴体の外周面から軸方向に延びた第1突起部を含み、前記第1突起部は前記第1ホールを貫通することができる。
そして、前記第2ステータリングはリング状の第2胴体;前記第2胴体の内周面から軸方向に延びた第2歯;および前記第2胴体の外周面から軸方向に延びた第2突起部を含み、前記第2突起部の長さは前記第1突起部の長さと異なり得る。
そして、前記第1突起部および前記第2突起部のそれぞれは互いに離隔して配置される少なくとも二つの突起で提供され得る。
前記課題は実施例により、マグネットを含むロータおよび前記ロータの外側に配置されるステータを含み、前記ステータは円筒状のベース、前記ベースの外側に結合されたホルダーおよび前記ホルダーに結合される第1ステータリングと第2ステータリングを含み、前記ホルダーは本体および前記本体の円周方向に沿って突出したフランジ部を含み、前記フランジ部の外周面にギアの歯が形成され、前記フランジ部は前記本体の上部側角と下部側角のそれぞれから所定の距離で離隔して配置されるトルクセンサによって達成される。
そして、前記第1ステータリングに隣接して配置される第1コレクタの第1レッグの長さは前記第2ステータリングに隣接して配置される第2コレクタの第2レッグの長さと異なり得る。
一方、前記フランジ部のギアの歯と噛み合う第1サブギア;前記第1サブギアに噛み合う第2サブギア;および磁気素子を含む回路基板をさらに含み、前記磁気素子は前記第1サブギアと前記第2サブギアのそれぞれに配置されるサブマグネットの磁化をセンシングすることができる。
そして、前記回路基板に配置される第1センサと第2センサをさらに含み、前記第1トルクセンサは第1コレクタの第1レッグと向かい合って配置され、前記第2トルクセンサは第2コレクタの第2レッグと向かい合って配置され得る。
また、相互に離隔して前記本体の上部と下部に配置される一対の第1フランジ部を含み、前記フランジ部は前記本体の下部に配置される前記第1フランジ部の下部側角と前記本体の上部に配置される前記第1フランジ部の上部側角のそれぞれから所定の距離で離隔して配置され得る。
そして、前記フランジ部の下面は前記第1フランジ部の下部側角から所定の高さH4に位置し、前記高さH4は前記第1フランジ部の下部側角を基準として前記本体の高さH対比1/2〜2/3の位置に位置することができる。
実施例によると、コレクタをハウジングに固定する過程で、コレクタの変形が発生しない有利な効果を提供する。
実施例によると、コレクタを正確な位置に固定できる有利な効果を提供する。
実施例によると、コレクタとハウジングの固定力を高める有利な効果を提供する。
実施例によると、コレクタの測定性能を高める有利な効果を提供する。
実施例によると、コレクタとハウジングの組立工程を簡素化する有利な効果を提供する。
実施例はサブギアと噛み合うメインギアをステータのホルダーに一体化して小型化を実現することができる。すなわち、前記トルクセンサはメインギアがホルダーと一体に形成されるため製造が容易であり、従来に使用していたミドルケースを省略できるためトルクセンサの小型化が可能である。
また、前記メインギアをステータのホルダーに一体に形成することによって、従来にステータの回転に連動するように結合されるメインギアとステータ間に発生するクリアランスを防止することができる。
また、メインギアがホルダーと一体に形成されるためホルダーの回転力がメインギアにそのまま伝達され、センシング能力が向上する。
また、前記メインギアをホルダーに一体に形成したステータを提供することによって、トルクセンサの組立工程を単純化できる。
第1実施例に係るトルクセンサを図示した図面。 図1で図示したコレクタを図示した図面。 図2で図示したコレクタの平面図。 図1で図示したハウジングを図示した図面。 第1実施例に係るトルクセンサに配置されるハウジングの溝部を基準としてコレクタとハウジングの側断面図を示した図面。 第1実施例に係るトルクセンサに配置されるハウジングの固定部と結合するコレクタの延長部を図示した断面図。 第1実施例に係るトルクセンサに配置されるハウジングと離隔して配置されるコレクタを図示した図面。 第2実施例に係るトルクセンサを示す分解斜視図。 第2実施例に係るトルクセンサのロータ、第1実施例に係るステータ、サブギア、コレクタおよび回路基板に対する側面図。 第2実施例に係るトルクセンサの第1実施例に係るステータを示す斜視図。 第2実施例に係るトルクセンサの第1実施例に係るステータを示す分解斜視図。 第2実施例に係るトルクセンサの第1実施例に係るステータを示す側面図。 第2実施例に係るトルクセンサの第2実施例に係るステータを示す斜視図。 第2実施例に係るトルクセンサの第2実施例に係るステータを示す分解斜視図。 第2実施例に係るトルクセンサの第2実施例に係るステータを示す側面図。 第2実施例に係るトルクセンサのロータ、第2実施例に係るステータ、サブギア、コレクタおよび回路基板に対する側面図。
本発明は多様な変更を加えることができ、多様な実施例を有することができるところ、特定の実施例を図面に例示して説明する。しかし、これは本発明を特定の実施形態に対して限定しようとするものではなく、本発明の思想および技術範囲に含まれるすべての変更、均等物乃至代替物を含むものと理解されるべきである。
第2、第1等のように序数を含む用語は多様な構成要素の説明に使われ得るが、前記構成要素は前記用語によって限定されはしない。前記用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ使われる。例えば、本発明の技術的範囲を逸脱することなく第2構成要素は第1構成要素と命名され得、同様に第1構成要素も第2構成要素と命名され得る。および/またはという用語は複数の関連した記載された項目の組み合わせまたは複数の関連した記載された項目のうちいずれかの項目を含む。
ある構成要素が他の構成要素に「連結されて」いるとか「接続されて」いると言及された時には、その他の構成要素に直接的に連結されていてもよくまたは接続されていてもよいが、中間に他の構成要素が存在してもよいと理解されるべきである。反面、ある構成要素が他の構成要素に「直接連結されて」いるとか「直接接続されて」いると言及された時には、中間に他の構成要素が存在しないものと理解されるべきである。
実施例の説明において、いずれか一つの構成要素が他の構成要素の「上(うえ)または下(した)(on or under)」に形成されるものと記載される場合において、上(うえ)または下(した)(on or under)は二つの構成要素が互いに直接(directly)接触したり、一つ以上の他の構成要素が前記二つの構成要素の間に配置されて(indirectly)形成されるものをすべて含む。また「上(うえ)または下(した)(on or under)」で表現される場合、一つの構成要素を基準として上側方向だけでなく下側方向の意味も含むことができる。
本出願で使った用語は単に特定の実施例を説明するために使われたものであって、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は文脈上明白に異なることを意味しない限り、複数の表現を含む。本出願で、「含む」または「有する」等の用語は明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものなどの存在または付加の可能性をあらかじめ排除しないものと理解されるべきである。
特に定義されない限り、技術的または科学的な用語を含んでここで使われるすべての用語は、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。一般的に使われる辞書に定義されているような用語は関連技術の文脈上有する意味と一致する意味を有すると解釈されるべきであり、本出願で明白に定義しない限り、理想的または過度に形式的な意味に解釈されない。
以下、添付された図面を参照して実施例を詳細に説明するものの、図面符号にかかわらず、同一であるか対応する構成要素は同じ参照番号を付し、これに対する重複する説明は省略する。
第1実施例
図1は、第1実施例に係るトルクセンサを図示した図面である。
図1を参照すると、第1実施例に係るトルクセンサ1は、ハウジング1100と、ロータ1200と、ステータ1300と、回路基板1400と、ホールセンサ(Hall IC)1500と、コレクタ1600を含むことができる。
ハウジング1100は相互に結合する上部パートと下部パートで構成され得る。そして、ハウジング1100は中心にホール1110が配置される。ホール1110の内側にステータ1300が位置する。ハウジング1100の内部には回路基板1400とコレクタ1600が配置され得る。
ロータ1200はステータ1300の内側に配置される。ロータ1200は操向軸の入力軸と連結される、ここで、入力軸とは、車両のハンドルと連結された操向軸であり得る。ロータ1200は円筒形のヨーク1210とヨーク1210に配置されるマグネット1220を含むことができる。ヨーク1210の内側に入力軸が挿入される。そしてヨーク1210の外側にマグネット1220が配置され得る。マグネット1220はヨーク1210の外周面に接着固定されるか圧入固定され得る。
ステータ1300はロータ1200の外側に配置される。ステータ1300は環状のステータ歯1310と、モールド部材1320と、ホルダー1330を含むことができる。ステータ歯1310は向かい合う形態で一対が離れて配置され得る。そして、2個のステータ歯1310はモールド部材1320の上側および下側にそれぞれ固定され得る。ホルダー1330はモールド部材1320に結合される。ホルダー1330は操向軸の出力軸と連結され得る。ここで、出力軸とは、車輪側の動力伝達構成と連結される操向軸であり得る。したがって、ステータ1300は出力軸と連結されて出力軸と共に回転する。
回路基板1400はハウジング1100に固定され得る。回路基板1400にはコネクターが配置され得、コネクターは電子制御装置(ECU)と連結される。
ホールセンサ1500は回路基板1400に実装される。ホールセンサ1500はロータ1200のマグネット1220とステータ1300の電気的相互作用によって発生するステータ1300の磁化量を検出する。
コレクタ1600はステータ1300のフラックス(flux)を収集する。コレクタ1600は上部コレクタ1600Aと下部コレクタ1600Bを含むことができる。上部コレクタ1600Aと下部コレクタ1600Bはロータ1200の軸方向を基準として離れて配置され得る。そしてホールセンサ1500はロータ1200の軸方向を基準として、上部コレクタ1600Aと下部コレクタ1600Bの間に配置される。
図2は、図1で図示したコレクタを図示した図面である。
図2を参照すると、コレクタ1600は胴体部1610と、延長部1620と、折り曲げ部1630を含むことができる。
胴体部1610はステータ1300に隣接して配置されてステータ1300のフラックス(flux)を収集するための部材である。そして延長部1620はコレクタ1600をハウジング1100固定させるための部材である。胴体部1610はハウジング1100と離隔して配置され、延長部1620はハウジング1100と直接接触するように配置される。具体的には、胴体部1610がハウジング1100から離隔した状態で延長部1620がハウジング1100にインサート射出されて一体化する形態で実施され得る。
コレクタ1600は一定の厚さを有する板状部材であり、金属からなる部材であり得る。胴体部1610と延長部1620と折り曲げ部1630はその形状および機能的特性により区分されて説明され得るだけであって、互いに連結された一つの手段であり得る。
胴体部1610の内側エッジは曲面部1611を含むことができる。ここで、「内側」とは、コレクタ1600が配置された時、ステータ1300に向かう方向を示し、「外側」とは、ステータ1300に向かう方向の反対方向を示す。曲面部1611はコレクタ1600がハウジング1100に固定された時にステータ1300の周りに沿って配置される。
胴体部1610の外側エッジから脚部1612が延びる。脚部1612は胴体部1610の外側エッジからロータ1200の軸方向に折れ曲がって一定の高さを有する。脚部1612は2個が配置され得る。折り曲げ部1630は脚部1612と連結される。折り曲げ部1630は脚部1612の上端から外側に折れ曲がって配置され得る。折り曲げ部1630はホールセンサ1500と向かい合って配置される。折り曲げ部1630から胴体部1610の外側エッジに向かうほど、脚部1612の幅は増加するように形成され得る。
図3は、図2で図示したコレクタの平面図である。
図2および図3を参照すると、胴体部1610の曲面部1611は、コレクタ1600がハウジング1100に固定された時、その曲率中心がロータ(図1の1200)の回転中心Cと一致するように配置され得る。そして、曲面部1611の中心Pと回転中心Cを通る基準線Lを基準とする時、コレクタ1600の全体の形状は対称となるように形成され得る。
延長部1620は胴体部1610の領域のうち折り曲げ部1630と最も遠く離れた領域に配置され得る。延長部1620は折り曲げ部1630のフラックス(flux)に影響を及ぼさない領域に位置する。例えば、折り曲げ部1630は基準線Lに近く配置され、胴体部1610の外側に配置される。反面、延長部1620は基準線Lから最大限遠く配置され、胴体部1610の内側に配置される。すなわち、延長部1620は内側から折り曲げ部1630と最大限離れて配置され、同時に基準線Lを基準として最大限離れて配置され得る。
具体的には、延長部1620は胴体部1610の両側面にそれぞれ配置され得る。延長部1620は曲面部1611の両端部からそれぞれ延びて配置され得る。2個の延長部1620は基準線Lを基準として対称となるように配置され得る。
一方、延長部1620は貫通ホール1621を含むことができる。延長部1620がハウジング1100にインサート射出される過程で、射出物が貫通ホール620を通りながら、延長部1620とハウジング1100の結合力を高める。
図4は、図1で図示したハウジングを図示した図面である。
図4のハウジング1100は上部パート(図1の1100A)と下部パート(図1の1100B)のうちいずれか一つであり得る。図4を参照すると、ハウジング1100は溝部1120を含むことができる。そして、ハウジング1100の底面は第1面1130と第2面1140を含むことができる。溝部1120は第2面1140に配置される。溝部1120はコレクタ1600が収容される所である。溝部1120の平面状はコレクタ1600の平面状と対応され得る。
そしてハウジング1100は固定部1150を含むことができる。固定部1150はコレクタ1600の延長部1620を固定する。固定部1150は第2面1140から突出したハウジング1100の一部であり得る。固定部1150はハウジング1100のホール1110の周りに配置され得る。そして、固定部1150は溝部1120の両側にそれぞれ配置され得る。
図5は、第1実施例に係るトルクセンサに配置されるハウジングの溝部を基準としてコレクタとハウジングの側断面図を示した図面である。
図4および図5を参照すると、ホール1110に隣接して溝部1120が配置される。溝部1120が位置した第2面1140は第1面1130より低く配置される。第1面1130と第2面1140の境界には支持ブロック1160が配置され得る。支持ブロック1160はコレクタ1600の脚部1612と折り曲げ部1630を構造的に支持して、一定の変位以上にコレクタ1600が変形されたり動くことを制限する役割をする。このような支持ブロック1160は第1面1130から突出して一定の高さを有するように配置される。第1面1130から支持ブロック1160の上端までの高さh1は第1面1130から折り曲げ部1630の高さh2より小さくなければならない。
胴体部1610とハウジング1100の第2面1140の間にはギャップGが形成される。すなわち、胴体部1610の表面がハウジング1100に接しない。したがって、胴体部1610の表面がハウジング1100との接触によって変形したり損傷してフラックス(flux)に影響を及ぼすことを防止することができる。また、脚部1612と折り曲げ部1630も支持ブロック1160と離隔して配置され得る。
図6は、第1実施例に係るトルクセンサに配置されるハウジングの固定部と結合するコレクタの延長部を図示した断面図である。
図5および図6を参照すると、コレクタ1600の延長部1620はハウジング1100の固定部1150に固定される。固定部1150はハウジング1100の第2面1140から突出して配置され得る。固定部1150は延長部1620を囲むように配置される。胴体部1610の両側に配置された延長部1620は、胴体部1610が第2面1140から離隔した状態でそれぞれ固定部1150にインサート射出された形態で固定され得る。
第2面1140から固定部1150の上端までの高さh3は、コレクタ1600の厚さtより大きい。すなわち、コレクタ1600の厚さtは第2面1140から固定部1150の上端までの高さh3より小さい。
一方、延長部1620は係止部1622を含むことができる。係止部1622は延長部1620の端部が折れ曲がった形態で配置される。このような係止部1622は固定部1150からコレクタ1600が抜けないように延長部1620を固定部1150の内部で拘束する。
このようなコレクタ1600の構成は上部コレクタ(図1の1600A)と下部コレクタ(図1の1600B)のいずれにも同一に適用され得る。
図7は、第1実施例に係るトルクセンサに配置されるハウジングと離隔して配置されるコレクタを図示した図面である。
図7を参照すると、コレクタ1600は固定部1150に固定された状態で、図7のAのように、ハウジング1100とギャップを維持したまま離れて配置される。したがって、ハウジング1100との接触によってコレクタ1600の表面が損傷したり変形してフラックス(flux)に影響を及ぼすことを根本的に防止することができる。
第2実施例
第2実施例に係るトルクセンサ2は操向軸の入力軸(図示されず)と出力軸(図示されず)の間に配置され得る。ここで、トルクセンサ2はセンサ組立体と呼ばれ得る。
図8は第2実施例に係るトルクセンサを示す分解斜視図であり、図9は第2実施例に係るトルクセンサのロータ、ステータ、サブギア、コレクタおよび回路基板に対する側面図である。ここで、図8および図9に図示されたx方向は軸方向を意味し、y方向は半径方向を意味する。そして、軸方向と半径方向は互いに垂直である。
図8および図9を参照すると、第2実施例に係るトルクセンサ2はハウジング2100、前記入力軸に連結されるロータ2200、前記出力軸に連結されるステータ2300、2300a、サブギア2400、コレクタ2500および回路基板2600を含むことができる。
ここで、サブギア2400にはサブマグネットが配置され、回路基板2600には前記サブマグネットの磁化をセンシングする磁気素子が配置され得る。そして、回路基板2600にはトルクを測定するセンサが配置され得る。
ハウジング2100は前記トルクセンサ2の外形を形成することができる。ここで、第2実施例に係るトルクセンサ2のハウジング2100の代わりに第1実施例に係るトルクセンサ1のハウジング1100が使われ得る。そして、第2実施例に係るトルクセンサ2のコレクタ2500の代わりに第1実施例に係るトルクセンサ1のコレクタ1600が使われ得る。
ハウジング2100は内部に収容空間を有するように相互に結合する第1ハウジング2110と第2ハウジング2120を含むことができる。ここで、第1ハウジング2110は上部パートと呼ばれ得る。そして、第2ハウジング2120は下部パートと呼ばれ得る。
第1ハウジング2110には前記入力軸が通過する第1貫通ホール2111が形成され、第2ハウジング2120には出力軸(図示されず)が通過する第2貫通ホール2121が形成され得る。ここで、前記入力軸は操向ハンドル側と連結され、前記出力軸は操向車輪側と連結され得る。
一方、前記収容空間にはロータ2200、ステータ2300、2300a、サブギア2400、コレクタ2500および回路基板2600が配置され得る。
ロータ2200はステータ2300、2300aの内側に配置される。ロータ2200は操向軸の入力軸と連結される、ここで、入力軸とは、車両のハンドルと連結された操向軸であり得る。
ロータ2200は円筒形のヨーク2210とヨーク2210に配置されるマグネット2220を含むことができる。ヨーク2210の内側に入力軸が挿入される。そして、ヨーク2210の外側にマグネット2220が配置され得る。例えば、マグネット2220はヨーク2210の外周面に接着固定されるか圧入固定され得る。
ステータ2300、2300aはロータ2200の外側に配置される。
図10は第2実施例に係るトルクセンサの第1実施例に係るステータを示す斜視図であり、図11は第2実施例に係るトルクセンサの第1実施例に係るステータを示す分解斜視図であり、図12は第2実施例に係るトルクセンサの第1実施例に係るステータを示す側面図である。
図10〜図12を参照して第1実施例に係るステータ2300を詳察すると、前記ステータ2300はベース2310、ホルダー2320、第1ステータリング2330および第2ステータリング2340を含むことができる。
ベース2310は円筒状に形成され得る。そして、ベース2310は操向軸の前記出力軸と連結され得る。ここで、前記出力軸は車輪側の動力伝達構成と連結され得る。したがって、ステータ2300は前記出力軸と連結されて前記出力軸と共に回転する。
ベース2310は金属材質で形成され得る。しかし、必ずしもこれに限定されず、前記出力軸が挿入固定され得るように一定以上の強度を考慮した材質を利用できることは言うまでもない。
ホルダー2320には第1ステータリング2330および第2ステータリング2340が固定されるように配置され得る。
ホルダー2320は本体2321、フランジ部2322、ギアの歯2323、第1ホール2324および第2ホール2325を含むことができる。
本体2321はベース2310の一側端部に配置され得る。例えば、本体2321はレジンのような合成樹脂を利用したインサート射出方式によってベース2310の一側端部に配置され得る。
本体2321には互いに向かい合って軸方向に離隔して配置された第1ステータリング2330および第2ステータリング2340が配置され得る。
フランジ部2322は本体2321から円周方向に沿って外側に突出して形成され得る。そして、フランジ部2322は本体2321と一体に形成され得る。ここで、内側とは本体2321を基準として中心Cに向かう方向を意味し、外側とは内側に反対となる方向を意味する。
図11に図示された通り、フランジ部2322は本体2321の上部側に配置され得る。この時、本体2321の上面とフランジ部2322の上面は同一平面上に配置され得る。
ギアの歯2323はフランジ部2322の外周面にフランジ部2322と一体に形成され得る。そして、ギアの歯2323は第1サブギア2410のギアの歯と噛み合われ得る。したがって、本体2321が回転することになると、これに連動してギアの歯2323は回転することになる。そして、ギアの歯2323の回転に連動して第1サブギア2410が回転する。
すなわち、それぞれ別個に製造されたメインギアがステータに結合する場合、それらの間でクリアランスが発生したり同心度が合わなくなり得るため、ヒステリシス(Hysterisis)が落ちることになってセンシング性能が低下する問題がある。ここで、前記ヒステリシスはメインギアが反時計回り方向に回転する時の出力と時計回り方向に回転する時の出力差と定義され得る。
したがって、このような問題が発生しないように、メインギアとステータの正確な公差および同心度を合わせなければならないため、金型費用が増加し、組立工程が複雑となる。
これに対し、実施例はホルダー2320の本体2321、フランジ部2322およびギアの歯2323を一体に形成してホルダー2320の回転が第1サブギア2410にそのまま伝達されるようにする。それにより、前記トルクセンサ2のセンシング能力は向上し得る。
また、ホルダー2320の本体2321、フランジ部2322およびギアの歯2323が一体に形成された構造は組立工程を簡単にする。そして、前記メインギアが動作できる空間を確保するために配置される別途のミドルケースを削除できるため、前記構造は前記トルクセンサ2の小型化を可能とする。
第1ホール2324はフランジ部2322に形成され得る。図11を参照すると、第1ホール2324はフランジ部2322を軸方向に貫通するように形成される。そして、第1ホール2324には第1ステータリング2330の第1突起部2333が挿入され得る。
第2ホール2325は本体2321に形成され得る。図10および図11に図示された通り、第2ホール2325は本体2321の円周方向に沿って互いに離隔して複数個が形成され得る。そして、第2ホール2325には第2ステータリング2340の第2歯2342が挿入され得る。
そして、第2ホール2325に第2歯2342が挿入されることにより、第2歯2342は本体2321の内面に配置され得る。
ステータリング2330、2340は一対で構成され得る。
第1ステータリング2330はリング状の第1胴体2331、第1胴体2331の内周面から軸方向に延びた複数個の第1歯2332および第1胴体2331の外周面から軸方向に延びた複数個の第1突起部2333を含むことができる。ここで、第1歯2332と第1突起部2333は同じ方向に突出して形成され得る。例えば、第1歯2332と第1突起部2333は第2ステータリング2340に向かって突出し得る。
そして、第1胴体2331、第1歯2332および第1突起部2333は一体に形成され得る。
第2ステータリング2340はリング状の第2胴体2341、第2胴体2341の内周面から軸方向に延びた複数個の第2歯2342および第2胴体2341の外周面から軸方向に延びた複数個の第2突起部2343を含むことができる。ここで、第2歯2342と第2突起部2343は同じ方向に突出して形成され得る。例えば、第2歯2342と第2突起部2343は第1ステータリング2330に向かって突出し得る。
そして、第2胴体2341、第2歯2342第2突起部2343は一体に形成され得る。
図10および図11に図示された通り、第1ステータリング2330は本体2321の上部に配置され、第2ステータリング2340は本体2321の下部に互いに離隔して配置され得る。この時、第1ステータリング2330の第1歯2332と第2ステータリング2340の第2歯2342は、円周方向に沿って一定の間隔をおいて互いに噛み合う形態で配置され得る。
第1突起部2333は第1ホール2324を貫通することができる。この時、第1突起部2333の端部側の一領域はフランジ部2322に形成された第1ホール2324で外部に露出され得る。
そして、露出した前記第1突起部2333の端部を加圧して折り曲げるコーキング方式で第1突起部2333はフランジ部2322に固定され得る。それにより、フランジ部2322に対する第1突起部2333の結合力は向上し得る。
第2突起部2343は本体2321の外周面に固定され得る。
一方、第1突起部2333と第2突起部2343のコーキングによるコーキング力を考慮して、本体2321には一対の第1フランジ部2326がさらに形成され得る。
図12を参照すると、一対の第1フランジ部2326のそれぞれは本体2321の上部と下部にそれぞれ離隔して配置され得る。そして、第1フランジ部2326は本体2321から円周方向に沿って外側に突出して形成され得る。この時、第1フランジ部2326は本体2321と一体に形成され得る。
そして、本体2321の上部に配置される第1フランジ部2326にはフランジ部2322が配置され得る。
それにより、第1突起部2333の端部を加圧して上部側の第1フランジ部2326に第1突起部2333を固定させることができる。また、第2突起部2343の端部を加圧して下部側の第1フランジ部2326に第2突起部2343を固定させることができる。
図12に図示された通り、上部側の第1フランジ部2326の高さH1と下部側の第1フランジ部2326の高さH2は同じであり得る。上部側の第1フランジ部2326の高さH1と下部側の第1フランジ部2326の高さH2は、第1フランジ部2326の軸方向厚さであり得る。それにより、第1ステータリング2330と第2ステータリング2340は同じ形状に製作することができ、同じ金型を利用することができる。したがって、第1ステータリング2330と第2ステータリング2340の生産コストを減少させることができる。
ギアの歯2323の高さH3は上部側の第1フランジ部2326の高さH1より小さくてもよい。この時、上部側の第1フランジ部2326の高さH1は第1フランジ部2326の上面を基準とすることができる。そして、ギアの歯2323の高さH3はギアの歯2323の軸方向厚さであり得る。図12に図示された通り、フランジ部2322の外周面に配置されるギアの歯2323は、上部側の第1フランジ部2326の一側角と他側角の間に配置され得る。しかし、必ずしもこれに限定されない。例えば、回路基板2600との配置関係を考慮してフランジ部2322の一側角は上部側の第1フランジ部2326の一側角または他側角と隣接または平面上同一に配置されてもよい。
一方、第2突起部2343の長さL2は第1突起部2333の長さL1と異なり得る。詳細には、第2突起部2343の長さL2は第1突起部2333の長さL1より短くてもよい。それにより、下部側の第1フランジ部2326の高さH2は上部側の第1フランジ部2326の高さH1より小さくてもよい。したがって、フランジ部2322と下部側の第1フランジ部2326の間には回路基板2600の一領域が配置され得、それにより回路基板2600に配置される回路などの配置空間を確保して回路の配置自由度を向上させることができる。
図12に図示された通り、半径方向(y方向)から見た時、突起部2333、2343のそれぞれは歯2332、2342のそれぞれの間に配置され得る。半径方向(y方向)から見た時、突起部2333、2343が歯2332、2342とオーバーラップするように配置されるのであれば、磁界に影響を与えることになるところ、突起部2333、2343を歯2332、2342の間に配置して磁界に対する影響を防止することができる。
第1突起部2333は互いに離隔して配置される少なくとも二つの第1突起2333aで提供され得る。そして、第2突起部2343のそれぞれは互いに離隔して配置される少なくとも二つの第2突起2343aで提供され得る。
二つの突起で形成された突起部2333、2343はダブルコーキング(Double Caulking)構造を実現し、フランジ部2322、2326に対する突起部2333、2343の結合力をさらに向上させることができる。また、前記ダブルコーキング構造は第1フランジ部2326との接触面積を増加させるため、突起部2333、2343の回転方向に対するコーキング力を増大させることができる。
図13は第2実施例に係るトルクセンサの第2実施例に係るステータを示す斜視図であり、図14は第2実施例に係るトルクセンサの第2実施例に係るステータを示す分解斜視図であり、図15は第2実施例に係るトルクセンサの第2実施例に係るステータを示す側面図である。
以下、第2実施例に係るステータ2300aを詳察する時、第1実施例に係るステータ2300と同じ構成要素は同じ図面番号で記載されるところ、これに対する具体的な説明は省略する。
第1実施例に係るステータ2300と第2実施例に係るステータ2300aを比較すると、フランジ部2322が本体2321に形成された位置に差がある。それにより、第2実施例に係るステータ2300aは第1実施例に係るステータ2300の第1ホール2324が削除される点に差がある。
図13〜図15を参照すると、第2実施例に係るステータ2300aはベース2310、ホルダー2320a、第1ステータリング2330および第2ステータリング2340を含むことができる。そして、前記ステータ2300aのホルダー2320aは本体2321、フランジ部2322、ギアの歯2323および第2ホール2325を含むことができる。ここで、フランジ部2322は本体2321の上部側角と下部側角のそれぞれから所定の距離離隔して配置され得る。
また、第1ステータリング2330および第2ステータリング2340の固定のために、前記ステータ2300aのホルダー2320aは相互に離隔して本体2321の上部と下部に配置される一対の第1フランジ部2326を含むことができる。
ここで、フランジ部2322は一対の第1フランジ部2326の間に配置され得る。
そして、フランジ部2322は本体2321の下部に配置される第1フランジ部2326の下部側角2326aと上部に配置される第1フランジ部2326の上部側角2326bのそれぞれから所定の距離離隔して配置され得る。
この時、フランジ部2322の下面322aは下部側角2326aから所定の高さH4に位置することができる。例えば、前記高さH4は下部側角2326aを基準として、本体2321の高さH対比1/2〜2/3の位置に位置することができる。それにより、回路基板2600の一領域が配置され得る空間を確保することができる。
第1フランジ部2326は本体2321の上部と下部に配置され得る。この時、第1フランジ部2326は本体2321から円周方向に沿って外側に突出して形成され得る。すなわち、第1フランジ部2326は本体2321の上部と下部にそれぞれ離隔して配置される。
図13に図示された通り、第1フランジ部2326のそれぞれにはコーキング方式によって第1ステータリング2330の第1突起部2333および第2ステータリング2340の第2突起部2343のそれぞれの端部が固定され得る。
ここで、第2実施例に係るステータ2300aの突起部2333、2334は一つの突起で提供されたものをその例としているが、必ずしもこれに限定されず、第1実施例に係るステータ2300の突起部2333、2334のように二つの突起で形成されてもよい。
サブギア2400はステータ2300、2300aのギアの歯2323と噛み合うことができる。図16に図示された通り、サブギア2400は2個が配置され得る。それにより、サブギア2400は第1サブギア2410と第2サブギア2420に区分され得る。
第1サブギア2410はステータ2300、2300aのギアの歯と噛み合うことができる。そして、第2サブギア2420は第1サブギア2410と噛み合うことができる。
ここで、サブギア2400は効果的な回転量の差を具現するために2個が配置されたものをその例としているが、必ずしもこれに限定されず、場合により一つまたは3個以上の複数個が配置されてもよい。
図8を参照すると、第1サブギア2410と第2サブギア2420のそれぞれにはサブマグネットが配置され得る。例えば、第1サブギア2410には第1サブマグネット2411が配置され、第2サブギア2420には第2サブマグネット2412が配置され得る。
前記入力軸と前記出力軸間にねじれが発生すると、ロータ2200とステータ2300、2300aの間の回転差が発生し、これは磁気力の変化で感知される。
この時、コレクタ2500は回路基板2600に配置されるセンサが前記磁気力の変化を感知できるようにする。
コレクタ2500はステータ2300、2300aのフラックス(flux)を収集することができる。ここで、コレクタ2500は金属材質で形成され得、ハウジング2100の内部に固定され得る。
図16に図示された通り、コレクタ2500は二つが提供され得る。コレクタ2500は配置位置によって第1コレクタ2510と第2コレクタ2520に区分され得る。
第1コレクタ2510は第1ステータリング2330に隣接して配置され得る。ここで、隣接とは接触または所定の間隔で離隔して配置されることを意味し得る。
第1コレクタ2510は第1プレート2511および第1レッグ2512を含むことができる。
第1プレート2511は板状に形成され得る。そして、第1プレート2511は第1ステータリング2330の第1胴体2331に隣接して配置され得る。
第1レッグ2512は第1プレート2511で軸方向に突出して形成され得る。この時、第1レッグ2512は外側方向に折り曲げられ得る。それにより、第1レッグ2512の端部は半径方向に折り曲げられ得る。
第2コレクタ2520は第2ステータリング2340に隣接して配置され得る。
第2コレクタ2520は第2プレート2521および第2レッグ2522を含むことができる。
第2プレート2521は板状に形成され得る。そして、第2プレート511は第2ステータリング2340の第2胴体2341に隣接して配置され得る。
第2レッグ2522は第2プレート2521で軸方向に突出して形成され得る。この時、第2レッグ2522は外側方向に折り曲げられ得る。それにより、第2レッグ2522の端部は半径方向に折り曲げられ得る。
図9および図16に図示された通り、回路基板2600は第1ステータリング2330と第2ステータリング2340の間に配置され得る。
回路基板2600には第1磁気素子2610、第2磁気素子2620、第1センサ2630および第2センサ2640を含むことができる。ここで、第1センサ2630および第2センサ2640はトルクを感知するトルクセンサ部材であり得る。そして、第1磁気素子2610、第2磁気素子2620、第1センサ2630および第2センサ2640はホール素子(Hall IC)であり得る。
第1磁気素子2610は第1サブマグネット2411に対応する位置に配置されて第1サブマグネット2411の磁界の変化をセンシングすることができる。そして、第2磁気素子2620は第2サブマグネット2412に対応する位置に配置されて第2サブマグネット2412の磁界の変化をセンシングすることができる。それにより、第1磁気素子2610と第2磁気素子2620は回転量および回転速度を感知して回転したアングルを感知することができる
第1センサ2630は第1レッグ2512の端部に対応する位置に配置され得る。例えば、第1センサ2630は第1レッグ2512の端部と所定の間隔離隔した回路基板2600の一領域に配置され得る。すなわち、第1センサ2630は第1レッグ2512と向かい合って配置され得る。
第2センサ2640は第2レッグ2522の端部に対応する位置に配置され得る。例えば、第2センサ2640は第2レッグ2522の端部と所定の間隔で離隔した回路基板2600の一領域に配置され得る。すなわち、第2センサ2640は第2レッグ2522と向かい合って配置され得る。
前記入力軸と前記出力軸間にねじれが発生することによりロータ2200とステータ2300、2300aの間の回転差が発生し、前記回転差はコレクタ2500を通じて第1センサ2630と第2センサ2640に磁気力の変化で感知される。それにより、第1センサ2630と第2センサ2640は操向ハンドルを円滑に調節できるトルクを測定することができる。
図16は、第2実施例に係るトルクセンサのロータ、第2実施例に係るステータ、サブギア、コレクタおよび回路基板に対する側面図である。
図15および図16を参照すると、第2実施例に係るステータ2300aにおいて、フランジ部2322の下面2322aは下部側角2326aを基準として、本体2321の高さH対比1/2となる位置に位置することができる。
したがって、回路基板2600が第1レッグ2512と第2レッグ2522の間に配置されるために、第1レッグ2512の長さと第2レッグ2522の長さは異なり得る。図16に図示された通り、第2レッグ2522の長さは第1レッグ2512の長さより短い。
前記では本発明の実施例を参照して説明したが、該当技術分野の通常の知識を有する者は下記の特許請求の範囲に記載された本発明の思想および領域から逸脱しない範囲内で本発明を多様に修正および変更できることが理解できるであろう。そしてこのような修正と変更に関係する差異点も添付された特許請求の範囲で規定する本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
1、2:トルクセンサ
1100、2100:ハウジング
1200、2200:ロータ
1300、2300、2300a:ステータ
1400、2600:回路基板
1500:ホールセンサ
1600、2500:コレクタ

Claims (20)

  1. ハウジング;
    前記ハウジングの内部に配置されるロータ;
    前記ロータの外側に配置されるステータ;
    前記ハウジングに配置される回路基板;
    前記回路基板に配置されるホールセンサおよび
    前記ホールセンサに隣接して配置されるコレクタを含み、
    前記コレクタは胴体部と前記胴体部から延びる延長部を含み、
    前記胴体部は前記ハウジングと離隔して配置され、前記延長部は前記ハウジングと直接接触する、トルクセンサ。
  2. 前記ハウジングは前記コレクタの延長部を固定する固定部を含み、
    前記延長部は前記固定部に囲まれて接触し、貫通ホールを含む、請求項1に記載のトルクセンサ。
  3. 前記コレクタは前記ホールセンサと向かい合う折り曲げ部を含み、
    前記コレクタの延長部の一部は前記折り曲げ部と最も遠く離れた、請求項1に記載のトルクセンサ。
  4. 前記コレクタは前記ホールセンサと向かい合う折り曲げ部を含み、
    前記胴体部は曲面部を含み、
    前記曲面部の中心と前記ロータの回転中心を通る基準線を基準として、
    前記延長部は前記折り曲げ部より前記ステータにさらに近く配置され、前記折り曲げ部より前記基準線からさらに遠く配置される、請求項1に記載のトルクセンサ。
  5. 前記ハウジングの底面は第1面と第2面を含み、
    前記第2面は前記第1面より低く配置され、
    前記第2面は前記コレクタが配置される溝部を含む、請求項1に記載のトルクセンサ。
  6. 固定部は前記第2面から突出して配置される、請求項5に記載のトルクセンサ。
  7. 前記コレクタの厚さは前記第2面から前記固定部の上端までの高さより小さい、請求項6に記載のトルクセンサ。
  8. 前記ハウジングは支持ブロックを含み、
    前記支持ブロックは前記第1面から突出し、前記溝部の周りに配置される、請求項5に記載のトルクセンサ。
  9. 前記コレクタは前記ホールセンサと向かい合う折り曲げ部を含み、
    前記胴体部は脚部をさらに含み、
    前記脚部は前記胴体部の外側エッジで折れ曲がって配置され、
    前記折り曲げ部は前記脚部で外側に折れ曲がって配置され、
    前記脚部および前記折り曲げ部は前記支持ブロックと離隔して配置される、請求項8に記載のトルクセンサ。
  10. 前記延長部は係止部を含み、
    前記係止部は前記延長部の端部で折れ曲がって配置される、請求項1に記載のトルクセンサ。
  11. マグネットを含むロータおよび
    前記ロータの外側に配置されるステータを含み、
    前記ステータは
    円筒状のベース、
    前記ベースの外側に結合されたホルダーおよび
    前記ホルダーに結合される第1ステータリングと第2ステータリングを含み、
    前記ホルダーは
    本体および前記本体の円周方向に沿って突出したフランジ部を含み、
    前記フランジ部の外周面にギアの歯が形成され、
    前記フランジ部には軸方向に貫通する第1ホールを含む、トルクセンサ。
  12. 前記第1ステータリングは
    リング状の第1胴体;
    前記第1胴体の内周面から軸方向に延びた第1歯;および
    前記第1胴体の外周面から軸方向に延びた第1突起部を含み、
    前記第1突起部は前記第1ホールを貫通する、請求項11に記載のトルクセンサ。
  13. 前記第2ステータリングは
    リング状の第2胴体;
    前記第2胴体の内周面から軸方向に延びた第2歯および
    前記第2胴体の外周面から軸方向に延びた第2突起部を含み、
    前記第2突起部の長さは前記第1突起部の長さと異なる、請求項12に記載のトルクセンサ。
  14. 前記第1突起部および前記第2突起部のそれぞれは
    互いに離隔して配置される少なくとも二つの突起で提供される、請求項13に記載のトルクセンサ。
  15. マグネットを含むロータおよび前記ロータの外側に配置されるステータを含み、
    前記ステータは
    円筒状のベース、
    前記ベースの外側に結合されたホルダーおよび
    前記ホルダーに結合される第1ステータリングと第2ステータリングを含み、
    前記ホルダーは本体および前記本体の円周方向に沿って突出したフランジ部を含み、
    前記フランジ部の外周面にギアの歯が形成され、
    前記フランジ部は前記本体の上部側角と下部側角のそれぞれから所定の距離で離隔して配置される、トルクセンサ。
  16. 前記第1ステータリングに隣接して配置される第1コレクタの第1レッグの長さは
    前記第2ステータリングに隣接して配置される第2コレクタの第2レッグの長さと異なる、請求項15に記載のトルクセンサ。
  17. 前記フランジ部のギアの歯と噛み合う第1サブギア;
    前記第1サブギアに噛み合う第2サブギアおよび
    磁気素子を含む回路基板を含み、
    前記磁気素子は前記第1サブギアと前記第2サブギアのそれぞれに配置されるサブマグネットの磁化をセンシングする、請求項11または請求項15に記載のトルクセンサ。
  18. 前記回路基板に配置される第1センサと第2センサをさらに含み、
    前記第1センサは第1コレクタの第1レッグと向かい合って配置され、
    前記第2センサは第2コレクタの第2レッグと向かい合って配置される、請求項17に記載のトルクセンサ。
  19. 相互に離隔して前記本体の上部と下部に配置される一対の第1フランジ部を含み、
    前記フランジ部は前記本体の下部に配置される前記第1フランジ部の下部側角と前記本体の上部に配置される前記第1フランジ部の上部側角のそれぞれから所定の距離で離隔して配置される、請求項15に記載のトルクセンサ。
  20. 前記フランジ部の下面は前記第1フランジ部の下部側角から所定の高さ(H4)に位置し、前記高さ(H4)は前記第1フランジ部の下部側角を基準として前記本体の高さ(H)対比1/2〜2/3の位置に位置する、請求項19に記載のトルクセンサ。
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