KR100216661B1

KR100216661B1 - 코일 요크의 고정구조

Info

Publication number: KR100216661B1
Application number: KR1019960043606A
Authority: KR
Inventors: 가즈오 치카라이시; 고우이치 사토
Original assignee: 세끼야 데 ㅡ오; 닛본 세이고 가부시끼가이샤
Priority date: 1995-10-03
Filing date: 1996-10-02
Publication date: 1999-09-01
Also published as: DE19640822A1; JP3379305B2; KR970023540A; US5739616A; DE19640822C2; JPH09101212A

Abstract

하우징의 중간 직경 부분의 내측에 가압설치 및 고정되는 금속성 밀봉부재는 외주면이 중간 직경 부분의 내주면과 밀접하게 접촉하는 원통형 부분; 상기 원통형부분의 단부로 부터 반경방향 내측으로 연장하는 환상부분; 상기 환상부분의 내주부분으로 부터 연장하는 소형 원통형 부분; 및 상기 소형 원통형 부분의 단부로 부터 반경방향 내측으로 연장하는 리프 스프링 부분을 포함한다. 리프 스프링 부분은 코일 요크의 다른 단부면과 밀접하게 접촉한다. 무부하 하에서 소형 원통형 부분과 환상부분의 형상이 적절하게 조정되므로, 스프링력은 코일 요크이 단부면과 밀접하게 접촉하는 상태로 유지된 리프 스프링 부분에서 발생되고, 이것에 의해 코일 요크를 수용면 측을 향해 가압한다.

Description

코일 요크의 고정구조

제1도는 본 발명의 제1실시예에 따른 전체구조를 나타내는 단면도.

제2도는 제1실시예에 따른 부분 사시도.

제3도는 원통형부재 및 출력 샤프트에 관한 A-A선 단면도.

제4도는 원통형부재 및 출력 샤프트에 관한 B-B선 단면도.

제5도는 제1도에 요부확대도.

제6도는 제1도의 C-C선 단면도.

제7도는 제1도의 화살표 D 방향의 파단면도.

제8도는 모터제어회로의 예를 나타내는 회로도.

제9도는 스티어링 토크과 코일의 인덕턴스 사이의 관계를 나타내는 그래프도.

제10도는 본 발명의 제2실시예에 따른 요부 확대 단면도.

제11도는 본 발명의 제3실시예에 따른 요부 확대 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 하우징 1D : 수용면

2 : 입력 샤프트 2a : 돌출부

2A : 슬리브 3 : 출력 샤프트

4 : 토션 바아 5a,5b : 베어링

6 : 워엄 휠 7 : 전기 모터

7a : 출력 샤프트 7b : 워엄

9A,9B: 코일 요크 15 : 밀봉부재

15B : 환상 부분 15C : 소형 원통형 부분

15D : 리프 스프링 부분

본 발명은 코일을 수용하는 코일 요크를 코일의 임피던스의 변화를 이용하여 토크를 검출하는 장치의 하우징에 고정하는 고정구조에 관한 것으로서, 특히 구조가 간단하고, 하우징에 코일 요크를 가압 결합할 필요가 없으며, 자기 특성의 변화를 방지하면서 밀봉효과를 얻을 수 있는 코일 요크의 고정구조에 관한 것이다.

예를들어 일본국 공개 실용신안 제1990-89337호에 따르면 하우징에 코일이 고정된 형태의 종래의 토크센서가 배치되고, 코일과 전자기학적으로 결합되어 샤프트에서 발생되는 토크에 따라서 변위하는 실린더가 배치되어 코일 등의 임피던스를 측정하여 샤프트에서 발생되는 토크를 검출한다.

상기 공개공보에 개시된 토크센서에 있어서, 코일이 수용되는 원통형 코일 요크는 그 일단면이 하우징의 소정의 수용면에 접하는 지점까지 그 하우징의 내부에 끼워진다. 또, 축방향으로 코일 요크의 타단면을 가압하는 탄성부재가 하우징 내에 배치되고, 이러한 구조에 의해 코일 요크가 하우징을 일탈하는 방향으로 이동하는 등의 문제를 방지한다.

그러나, 전술한 공개공보에 개시된 종래의 토크센서는 코일 요크가 배치되는 공간으로부터 토크 검출욜 회로를 포함하는 회로기판이 배치되는 공간으로 오일의 누설을 방지하거나, 이와는 반대방향, 즉 회로기판이 배치되는 공간으로 부터 코일 요크가 배치되는 공간으로 먼지 등이 유입되는 것을 방지하기 위한 밀봉부재가 설치되어 있지않다. 이 때문에 공간을 실질적으로 제거하기 위해 하우징에 코일 요크를 확고하게 가압하여 끼울 필요가 있다. 그러나, 이러한 구조에 있어서는 하우징에 가압되는 코일 요크가 받는 응력에 기인하여 자기변형에 따른 역효과가 발생하고, 그 자기특성이 변화하는 문제가 있다.

따라서, 이러한 문제를 해소하기 위해 코일 요크를 하우징에 느슨하게 삽입하여 응력을 제거하고, 별도로 밀봉부재를 배치하여 오일누설 등을 피할 수 있는 방법을 생각해 볼 수 있다. 그러나, 이러한 구조는 부품의 수를 증대시키거나 조립공정의 수를 증대시켜 결과적으로 비용의 증대를 야기한다. 또, 밀봉부재를 배치하기위한 공간을 확보해야만 하므로 장치의 치수가 커지는 결점이 있다.

본 발명은 종래의 이와같은 문제를 해소하기 위한 것으로서, 구조가 간단하고 코일 요크를 하우징에 가압에 의해 삽입할 필요가 없으면서도 자기특성의 변화를 방지하면서 밀봉의 효과를 얻을 수 있는 코일 요크의 고정구조를 제공하는 것이다.

전술한 목적을 얻기위해, 본 발명에 따른 코일 요크의 고정구조는 코일이 감긴 코일 보빈, 그 내측에 코일 보빈을 수용하기 위한 원통형 코일 요크, 코일 요크에 끼워지는 코일 요크삽입부를 포함하는 하우징을 구비하는 장치내에 위치하며, 코일 요크의 일단명이 접하는 수용면이 코일 요크가 삽입될 때 바닥으로 작용하는 삽입부의 일부에 형성되고, 밀봉부재가 삽입부에 삽입된 코일 요크의 다른 일단면에 밀접하게 접하여 그 다른 단면을 수용면에 가압하며, 밀봉부재의 전체 외측둘레면은 하우징의 내측둘레면과 밀접하게 접촉한다.

다음에, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명의 제1실시예의 전체 구성도를 나타낸다. 본 실시예는 차량용 전동 파워 스티어링 장치에 대해 본 발명에 따른 코일 요크의 고정구조를 적용한 예이다.

먼저, 구조에 대해 설명한다. 토션 바(4)를 통해 상호 결합된 입력 샤프트(2)와 출력 샤프트(3)에 베어링(5a,5b)에 의해 하우징(1)에 회전가능 하게 지지되어 있으며, 입력 샤프트(2), 출력 샤프트(3) 및 토션 바(4)는 동심으로 배치된다. 입력 샤프트(2)와 토션 바(4)는 그 각 단부가 슬리브(2A)에 의해 스플라인 결합되며, 토션 바(4)의 타단부는 더욱 내부 깊숙한 위치에서 출력 샤프트(3)와 스플라인 결합된다. 입력 샤프트(2)와 출력 샤프트(3)는 철과같은 자성물질로 형성된다.

입력 샤프트(2)의 우측단부(제1도에 도시되지 않음)에는 입체로 회전가능한 형태로 스티어링 휠이 부착된다. 한편, 예를들어 잘 알려진 랙-피니언형 스티어링 장치로 구성되는 피니언 샤프트가 출력 샤프트(3)의 좌측단부(제1도에 도시되지 않음)에 접속되어 있다. 따라서, 조작자가 스티어링 휠을 조향할 경우 발생하는 조향력은 입력 샤프트(2), 토션 바(4), 출력 샤프트(3) 및 랙-피니언형 스티어링 장치에 의해 도시하지않은 휠에 전달된다.

입력 샤프트의 일단부에 고정되는 슬리브(2A)의 길이는 출력 샤프트(3)의 일단부의 외주면을 둘러싸는 정도의 크기이다. 축방향으로 기다란 다수의 돌출부(2a)의 슬리브(2A)의 내주면에 형성되며, 슬리브(2A)는 출력 샤프트(3)의 일단부의 외주면을 둘러싼다. 축방향으로 기다란 다수의 홈(3a)(돌출부(2a)의 숫자와 같음)이 돌출부(2a)와 대향하는 출력 샤프트(3)의 외주면에 형성되어 있다. 돌출부(2a)와 홈(3a)은 외주방향으로 여유공간을 가지고 상호 결합되어 입력 샤프트(2)와 출력 샤프트(3)의 상대회전이 소정의 범위(예를들면 약 ±5도)를 초과하는 것을 방지한다.

출력 샤프트(3)의 외측 둘레에 워엄 휠(6)이 끼워져 동심으로 일체가 되어 회전한다. 워엄 휠(6)의 수지로 만들어진 결합부분(6a)과 전동모터(7)의 출력 샤프트(7a)의 외주면에 형성된 워엄(7b)은 상호 그물눈을 형성한다. 따라서, 전동모터(7)의 회전력이 출력 샤프트(7a), 워엄(7b) 및 워엄 휠(6)에 의해 출력 샤프트에 전달된다. 따라서, 전동 모터(7)의 회전방향이 필요에 따라 변화하면 임의의 방향으로 작용하는 조향 보조 토크가 출력 샤프트(3)에 부여된다.

또, 입력 샤프트(2)에 일체로 형성된 슬리브(2A)에는 얇은 벽의 원통형 부재(8)가 회전방향으로 일체로 고정되어 있으며, 이 원통형 부재(8)는 밀접하게 출력 샤프트(3)의 외주면에 둘러싸여 있다.

즉, 원통형 부재(8)는 전기 전도성을 가지면서 비자성 물질(예를 들면, 알루미늄)로 형성된다. 제2도는 원통형 부재(8) 및 그 주변장치를 나타내는 사시도이며, 이 도면에 나타난 바와같이 둘레방향으로 일정한 간격을 가지고 배치된 다수(본 실시예의 경우는 9개)의 직각현 윈도우(8a)가 원통형 부재(8)의 일부분에 형성되며, 이 원통형 부재(8)는 슬리브(2A)에 밀접한 측의 출력 샤프트(3)를 둘러싸고 있다. 또, 다수(본 실시예의 경우 9개)의 직각형(윈도우(8a)와 같게 형성됨) 윈도우(8b)가 둘레방향으로 일정한 간격으로 배치되고 그 위상이 윈도우(8a)와 180도로 각각 어긋나게 배치되면서, 슬리브(2A)로 부터 측면으로 떨어진 곳의 원통형 부재(8)에 형성된다.

부가적으로, 다수(윈도우(8a,8b)의 수와 같으며, 결과적으로 본 예의 경우 9개)의 홈(3A)이 축방향을 따라 배치되는 동시에 대략 직각형 단면을 가지고, 원통형 부재(8)가 둘러싸는 부분에서 출력 샤프트(3)의 외주면에 형성된다.

특히, 제3도는 원통형 부재(8) 및 출력 샤프트(3)에 대한 제1도의 A-A선 단면도이고, 제4도는 원통형 부재(8) 및 출력 샤프트(3)에 대한 제1도의 B-B선 단면도이다. 이들 도면에 나타난 바와같이 원통형 부재(8)의 외주면을 N개(본 실시예의 경우 N=9)의 균등 부분으로 분할하여 얻은 각도로 일주기의 각도 θ로 설정되어 있다. 슬리브(2A)에 근접한 원통형 부재(8) 부분의 경우 일주기 각도 θ의 일단부로 부터 각도 a의 크기를 각각 갖는 부분이 윈도우(8a)로서 설정되어 있고, 그 나머지 부분(θ-a)은 폐쇄된다. 한편, 슬리브(2A)로 부터 멀리 떨어진 원통형 부재(8)의 부분의 경우 일주기 각도 θ의 타단으로 부터 각도 a 길이를 각각 갖는 부분이 윈도우(8b)로서 설정되면서 윈도우(8a)에 대한 위상이 180도 각각 오프세트되며, 나머지부분(θ-a)은 폐쇄된다. 또, 비둘기꼬리형 단면을 갖는 동시에 인근 홈(3A) 사이에 위치하는 각 돌기(3B)의 원주범위가 어느 각도(b)로서 설정되고, 원통형 부재(8) 및 출력샤프트(3)(입력샤프트(2) 및 출력샤프트(3))의 상대회전을 가능하게 하는 범위가 다른 각도(c)로서 설정된다.

토션바(4)에서 토션이 발생하지 않은 경우(스티어링 토크가 0일 경우) 제3도에 나타난 바와같이 윈도우(8a)의 원주방향으로 폭방향 중심부와 홈(3A)의 원주 방향의 일단부(돌기(3B)의 한쪽 에지부)가 상호 중첩하고, 제4도에 나타난 바와같이 윈도우(8b)의 원주 방향으로 폭방향 중심부와 홈(3A)의 다른 원주 방향의 단부(돌기(3B)의 다른 한쪽 에지부)가 상호 중첩한다. 따라서, 윈도우(8a)와 홈(3A)의 중첩 상태와 윈도우(8b)와 홈(3A)의 중첩 상태가 원주 방향으로 반대된다.

상기 각도의 관계를 얻어진 감도, 코일 임피던스에 따라서 여러 가지로 설정할 수 있으며, 본 실시예의 경우 다음과 같이 정의된다.

원통형 부재(8)는 같은 규격을 갖는 코일(10,11)에 의해 둘러싸인다. 즉, 코일(10)이 코일 보빈(10A)에 둘러 싸이고, 코일(11)이 코일 보빈(11A)에 둘러싸인다. 코일 보빈(10A, 11A)은 원통형 코일 요크(9A, 9B)의 내측에 각각 수용된다. 즉, 코일(10, 11)이 원통형 부재(8)에 동심으로 배치되고, 코일(10)은 윈도우(8a)가 형성되는 부분을 둘러싸도록 하여 코일 보빈(10A)에 감겨서 코일 요크(9A)에 수용되고, 코일(11)은 윈도우(8b)가 형성되는 부분을 둘러 싸도록하여 코일 보빈(11A)가 감겨서 코일 요크(9B)에 수용된다.

제5도에 확대된 형태로 나타난 바와같이, 하우징(1)에는 다음부분이 형성된다. 즉, 결합부로서 작용하여 동심으로 배치된 코일 요크(9A, 9B)를 수용하는 소경부(1A); 워엄 휠(6)을 둘러싸는 대경부(1B); 소경부(1A)와 대경부(1B) 사이에 위치하는 중경부(1C)가 배치된다. 코일 요크(9A, 9B)는 제5도의 우측으로 부터 소경부(1A)에 결합되고, 이 소경부(1A)의 입부분에서 코일 요크(9A)의 일단면(9a)이 접하는 수용면(1D)이 형성되며, 이것은 코일 요크(9A)가 결합될 때 바닥으로서 작용한다. 즉, 코일 요크(A, B)는 단면(9a)이 수용면(1D)에 접하는 위치까지 소경부(1A)로 삽입된다.

본 실시예에 있어서, 각 코일(10, 11)에 전기적으로 접속되는 보빈 단자(10B, 11B)가 코일 요크(9A, 9B)의 외주면으로부터 방사상 외측으로 돌출한다. 즉, 코일 보빈(10A, 10B)에는 방사상 외측으로 돌출하는 돌출부(10C, 11C)가 형성되고, 코일(10, 11)이 돌출부(10C, 11C)에서 소정의 위치로 신장하면서 각 코일 보빈(10A, 11A)에 감긴다. 보빈 단자(10B, 11B)의 내측 단부는 돌출부(10C, 11C)에 위치하는 코일(10, 11)의 단부에 전기적으로 접속되고, 보빈 단자(10B, 11B)의 외측 단부는 돌출부(10C, 11C)로부터 방사상 외측으로 돌출한다. 그러나, 코일 보빈(10A, 11A)이 코일 요크(9A, 9B)에 수용되어 보빈 단자(10B, 11B)가 인근 위치에 모이고, 보빈 고정부재(16A, 16B)에 의한 잘못된 고정에 기이하여 코일 보빈(10A, 11A) 등의 위치불량 등을 방지하기 위하여 코일 보빈(10A, 11A)의 돌출부(10C, 11C)가 상호 마주하며, 여기서 고정 부재(16A, 16)는 밀봉면을 고정하는 동시에 코일 요크(9A, 9B)의 부품을 이루는 분리된 부분이다.

하우징(1)의 소경부(1A)에는 코일 요크(9A, 9B)가 결합될 때 돌출부(10C, 11C)를 수용하는 노치 홈(1E)이 형성된다. 즉, 노치 홈(1E)은 평면으로 볼 때 실질적으로 U자형 홈이며, 중경부(1C)측으로 개방되어 축방향으로 뻗으며, 후술할 제어 회로 보드의 내측에 형성된다. 또, 노치 홈(1E)은 코일 요크(9A, 9B)의 회전을 정지하는 기능을 갖는다.

제1도의 C-C선 단면도인 제6도, 그리고 제1도의 화살표 D 방향으로 취한 파단면도인 제7도에 나타난 바와같이, 센서 케이스(13)내부의 제어 회로 보드(14)상에 형성된 보빈 단자(10B, 11B) 및 모터 제어회로는 납땜에 의해 전기적으로 접속된다. 즉, 소경부(1A)의 외표면으로부터 돌출하는 보빈 단자(10B, 11B)는 제어 회로 보드(14)의 역표면측으로 부터 삽입되고, 제어 회로 보드(14)의 상부 표면측으로 부터 돌출하는 보빈 단자(10B, 11B)의 선단은 납땜에 의해 모터 제어 회로에 접속된다.

제8도에 나타난 바와같이 예를들어 모터 제어회로는 정전류 유니트(20)를 경유하여 소정 주파수의 ac 전류를 코일(10, 11)에 공급하는 발진 유니트(21), 코일(10)의 자체 유도 기전력을 정류하고 평활하여 출력하는 정류/평활회로(22), 코일(1)의 자체 유도 기전력을 정류하고 평활하여 출력하는 정류/평활회로(23), 2개의 정류 평활회로(22, 23)의 출력 간의 차이를 증폭하여 출력하는 차동 증폭기(24A, 24B), 차동증폭기(24A)의 출력으로 부터 고주파 노이즈성분을 제거하는 노이즈 제거 필터(25A), 차동 증폭기(24B)의 출력으로 부터 고주파 노이즈 성분을 제거하는 노이즈 제거 필터(25B), 예를들어 노이즈 제거 필터(25A, 25B)의 출력이 평균값을 기초로 입력 샤프트(2)와 원통형 부재(8)의 상대 회전변위에 관한 방향 및 크기를 산출하고, 스티어링 시스템에서 발생하는 스티어링 토크를 결정하기 위해 예를들어 소정의 비례상수에 의해 그 결과치를 승산하는 토크산출 유니트(26), 토크 산출 유니트(26)에 의한 산출결과를 기초로 스티어링 토크를 상승시키는 스티어링 보조 토크를 생성하는 구동전류(I)를 전기모터(7)에 공급하는 모터구동 유니트(27)를 구비한다.

또, 확대도로서 제5도에 특히 나타낸 바와같이 실질적으로 원통형의 금속성 밀봉부재(15)가 하우징(1)의 중경부(1C)의 내측에 가압으로 끼워져 고정된다.

즉, 밀봉부재(15)는 중경부(1C)의 내주면과 밀접하는 외주면을 갖는 원통부재(15A), 소경부(1A)측에 원통부(15B)의 단부로부터 방사상 내측으로 뻗는 환형부(15B), 환형부(15B)의 내주면으로부터 워엄 휠(6)측으로 뻗는 작은 원통부(15C), 작은 원통부(15C)의 단부로부터 방사상 내측으로 뻗는 리프 스프링부(15D)를 구비한다. 밀봉부재(15)가 가압으로 끼워져 중경부(1C)에 고정된 상태에서 코일 요크(9B)의 다른 단면(9b)과 리프 스프링부(15D)가 접하게 된다. 배치된 밀봉부재(15)에 따르면 무부하 상태하에서 환형부(15B)와 작은 원통부(15C)의 형상이 적절히 조절됨에 따라서, 코일 요크(9B)의 단부면(9b)에 밀접한 상태의 리프 스프링부(15D)에서 제5도의 좌우측 방향으로 향하는 스프링 력 F가 생성된다. 결과적으로 코일 요크(9A, 9B)는 수요면(1D)측으로 가압된다.

제1도에 나타난 바와같이 오일 밀봉재(16)가 하우징(1)의 내주면과 슬리브(2A)의 외주면 사이에 배치되며, 그 결과 입력 샤프트(2)가 배치된 공간과 코일 요크(9A, 9B)가 배치된 공간이 상호 분리된다.

다음에, 본 실시예의 동작에 대해 설명한다.

차량이 앞으로 직진하는 상태에 있고 스티어링 토크가 0인 상태에 있다고 가정하면 입력 샤프트(2)와 출력 샤프트(3) 사이에는 상대회전이 발생하지 않는다. 따라서, 상대회전은 출력 샤프트(3)과 원통형 부재(8)사이에서 일어나지 않는다.

한편, 회전력이 스티어링 휠의 조향후 입력 샤프트(2)에서 일어난다면, 회전력은 토션 바(4)를 거쳐 출력 샤프트(3)로 전달된다. 이때, 회전력이 휠과 도로면사이에 작용하는 마찰력과 출력 샤프트(3)의 도시되지 않은 좌측단부 측면상에 배열된 랙-피니언형 스티어링장치에서 기어들이 맞물릴때의 마찰력에 대응하는 출력 샤프트(3)에서 일어나므로, 상대회전은 출력 샤프트(3)이 토션 바(4)의 비틀림에 기인하여 지연되도록 입력 샤프트(2)와 출력 샤프트(3)사이에서 일어난다. 따라서, 상대회전은 출력 샤프트(3)와 원통형 실린더(8)사이에서도 일어난다.

AC전류가 코일에 공급될 때, 관형부재(8)가 그곳에 형성된 윈도우를 갖지않고, 그것에 의해 그곳에 교번자계를 초래하는 경우에, 관형부재(8)가 도전성 및 비자성재료로 만들어져 있으므로, 와류(eddy current)가 관형부재(8)의 외측면에서 발생된다. 발생된 와류의 방향은 코일로 공급된 전류의 방향과 반대로 된다.

와류에 의해 발생된 자장이 코일에 의한 자장내에서 중첩되게 배치될 때, 이들 자장들은 관형부재(8)내에서 서로에 의해 상쇄된다.

관형부재(8)가 그곳에 형성된 윈도우(8a, 8b)를 가지는 경우에, 윈도우(8a, 8b)는 관형부재(8)의 외측표면에서 발생되는 와류가 원주 외측면을 통해 순환하는 것을 방지한다. 그러므로, 와류는 각 윈도우(8a, 8b)의 단부면들의 하나를 따라 관형부재(8)의 내측면으로 흐른다. 관형부재(8)의 내측면에서, 와류는 코일전류와 같은 방향으로 흐른다. 와류는 관형부재(8)의 내측면으로 부터 발산하고, 윈도우의 다른 단부면을 통과하며, 그의 외측면 또는 외측표면으로 복귀한다. 따라서, 와류통로는 루프형으로 이루어진다.

다른말로 하면, 다수의 와류는 각각의 코일내에서 주기적으로 원주방향으로 (이 실시예에서, θ=360/N, N=9) 배열된다.

코일전류에 의해 발생된 자장은 와류에서 중첩되게 배치된다. 그 결과로서 생기는 자장은 그의 강도가 주기적으로 원주방향으로, 즉 횡단면에서 볼 때 관형부재(8)의 셀(shell)을 따라 그리고 셀의 위와 아래로 변하고, 관형부재(8)의 중심을 향해 점진적으로 감소하도록 분산된다. 원주방향으로 분산되는 자장은 자장이 주로 인접한 와류에 의해 영향을 받는 윈도우(8a, 8b)의 각각의 중심에서 가장 강하며, 반 주기(θ/2)에 의해 윈도우의 중심으로 부터 변위된 위치에서 약하다.

관형부재(8)내에서, 자장으로 만들어진 축(3)은 관형부재(8)와 동축상으로 배치된다. 윈도우(8a, 8b)와 같은 주기로 배열된 홈(3A)과 상승된 부분(3B)은 출력 샤프트(3)의 외측면에 형성된다.

자기재료가 자장에 배치되면, 이것은 자화되며 자화된 자기재료는 자발적으로 자속을 일으킨다. 자속의 량은 자기재료가 자기적으로 포화될 때까지 자장의 강도에 비례하여 증가한다.

출력 샤프트(3)의 자발적인 자성은 원주방향에서 주기적으로 변하는 자장과 반경방향에서 변하는 자장에 의한 영향하에서 관형부재(8)에 대한 출력 샤프트(3)의 상대적인 위상으로 변한다.

자발적인 자성을 최대로 하기 위한 출력축의 위상은 윈도우(8a, 8b)의 각각의 중심이 상승된 부분(3B)의 각각의 중심과 일치하는 지점에 설정된다.

코일 인덕턴스는 자발적인 자성의 변화와 함께 변한다. 코일 인덕턴스의 변화의 프로필은 실제로 정현모양을 이룬다. 축 자체에 어떠한 토크도 작용하지 않을 때 출력축의 위상은 자발적인 자성(인덕턴스)를 최대로 하기위해 위상으로 부터 1/4 주기(θ/2)로 변환한다. 슬리브(2A)에 더 가깝게 위치된 윈도우 열과 슬리브(2A)로 부터 더 먼 윈도우 열 사이의 위상차는 이미 언급한 바와같이 1/2 주기(θ/2)이다.

기계적 및 전기적인 구조에 의해, 토크가 축상에 작용하고 위상차가 출력 샤프트(3)과 관형부재(8)사이에서 발생될 때, 코일(10, 11)들의 하나는 그의 인덕턴스에서 증가하며, 반면 다른 하나는 같은 변화율로 감소한다.

시계방향의 조향토크가 발생될 때, 관형부재(8)는 제3도 및 제4도에서 반시계방향으로 선회된다. 이때, 코일(10)의 인덕턴스 L₁₀은 조향토크가 제로일 때 인덕턴스 값으로 부터 증가하며, 반면 코일(11)의 인덕턴스 L₁₁은 제9도에 도시된 바와같이 감소한다. 반시계방향의 조향토크의 증가에 의해, 코일(10)의 인덕턴스 L₁₀는 감소하고, 반면 코일(11)의 인덕턴스 L₁₁는 증가한다. 출력 샤프트(3)에 대한 관형부재(8)의 상대회전각도와 조향토크 사이의 관계는 제9도에 도시되어 있다. 도면의 그래프로 부터 알수 있는 바와같이, 조향토크가 시계방향 조향 토크 또는 반 시계방향 조향 토크를 증대시키는 방향에서 제로가 되는 위치로 부터 상대각도가 각도(θ/4)에 의해 변화되는 범위에서, 인덕턴스 값 L₁₀과 L₁₁이 일정하게 변한다. 조향토크가 그 범위를 초과하여 증가하면, 인덕턴스 값 L₁₀과 L₁₁은 역방향으로 변한다. 이 이유 때문에 상대회전 범위가 ±℃ 내에 한정된다.

인덕턴스 L₁₀과 L₁₁이 제9도에 도시된 바와같이 변할, 진동 유니트(21)로 부터 공급된 전류의 진동수 ω가 일정한 조건 하에서, 코일(10, 11)의 임피던스는 제9도에 도시된 인덕턴스 L₁₀과 L₁₁의 것과 유사한 경향으로 변하며, 한편 코일(10, 11)의 자기유도 기전력도 역시 유사한 경향으로 변한다. 따라서, 코일(10, 11)의 자기유도 기전력을 결정하기 위한 차동 증폭기(24A, 24B)의 출력은 스티어링 토오크의 방향 및 크기에 따라서 직선적으로 변한다. 부가적으로, 정류/평활회로(22, 23)의 출력들 사이의 차이는 차동 증폭기(24A, 24B)에 의해 결정되며, 온도 등에 기인한 자기 인덕턴스에서의 변화는 취소된다.

그 다음에, 토오크 계산 유니트(26)는 노이즈 제거 필터(25A, 25B)를 거쳐 공급된 차등 증폭기(24A, 24B)의 평균 출력값을 계산하고, 예를들면 예정된 비례상수에 의해 그 값들을 곱함으로써 스티어링 토오크를 결정하며, 그 결과치를 모터 구동 유니트(27)로 공급한다. 모터 구동 유니트(27)는 스티어링 토오크의 크기 및 방향에 대응하는 구동전류 Ⅰ를 전기 모터(7)로 공급한다.

그 다음에, 전기 모터(7)는 스티어링 시스템에서 일어나는 스티어링 토오크의 크기 및 방향에 대응하는 회전력을 발생시키고, 이 회전력은 워엄 기어 등에 의해 출력 샤프트(3)로 전달된다. 따라서, 스티어링 지지 토오크는 스티어링 토오크가 감소된 결과 출력 샤프트(3)에 부과되며, 이것에 의해 운전자에게 부과된 부담을 완화시켜 준다.

본 실시예에서, 코일(10, 11)의 완전 자동 권회를 허용하기 위해 그리고 하네스(harness)에 의해 코일(10, 11)과 제어회로 기판(14)사이의 성가신 접속이 불필요하게 되는 것을 보장하기 위해, 보빈 돌출부(10B, 11B)가 코일 보빈(10A, 11A)상에 형성된다. 따라서, 소직경 부분(1A)에서의 노치 홈(1E)이 필연적으로 만들어진다. 그러나, 노지 홈(1E)의 설비의 결과로서, 비록 코일 요크(9A, 9B)가 소직경 부분(1A)에 가압설치된다고 할지라도, 워엄 휠(6)이 배치되는 공간과 센서 케이스(13)의 내측면은 서로 격리될 수 없다는 점에서 문제로 된다.

그러나, 이 실시예에서, 스프링 력(F)에 의해 밀봉부재(15)의 원통형부분(15A)의 외주면이 중간 직경 부분(1C)의 내주면과 밀접한 접촉을 하고, 밀봉부재(15)의 리프 스프링 부분(15D)이 코일 요크(9B)의 단부면(9b)과 밀접한 접촉을 하므로, 워엄 휠(6)이 배치되는 공간과 제어회로 기판(14)이 배치되는 센서 케이스(13)의 내부는 서로 격리된다. 따라서, 워엄 휠(6)과 워엄(7b)의 결합부는 공급된 윤활류가 센서 케이스(13)의 내부로 들어가는 것이 방지되며, 역으로 제어 회로 기판(14)에서 떨어져 나온 부품들, 먼지, 등이 워엄 휠(6)과 워엄(7b)의 결합부로 들어가는 것이 방지된다.

더욱이, 코일 요크(9A, 9B)가 밀봉부재(15)의 리프 스프링 부분(15D)에 의해 수용면(1D) 측으로 가압되므로, 코일 요크(9A, 9B)가 소직경 부분(1A)에서 떨어져 자오는 방향으로 코일 요크(9A, 9B)의 이동을 방지하는 것이 가능하다. 이러한 경우에, 코일 요크(9A, 9B)를 소직경 부분(1A)속으로 단단하게 가압설치할 필요가 없으므로, 가압설치로 인한 응력은 코일 요크(9A, 9B)에 인가되지 않고, 자기변형의 역효과로 인한 자기특성에서의 변화와 같은 그러한 결함이 일어나지 않는다.

따라서 밀봉기능과 같은 코일-요크 고정기능을 가지는 밀봉부재(15)가 사용되므로, 구성부품의 수 및 조립단계의 수의 증가를 초래하지 않고 원하는 기능을 얻는 것이 가능하다. 따라서, 본 발명에 따른 고정구조는 비용면에서 유익하며, 또한 장치를 소형화한다는 점에서 유익하다.

제10도는 본 발명의 제2실시예를 도시하는 다이어그램이다. 이 실시예는 또한 본 발명이 차량용 전기작동식 파워 스티어링 장치용의 토크 센서에서 코일 요크를 고정하기 위한 구조에 적용되는 실시예를 도시한다. 덧붙여 말하자면, 상술한 제1실시예의 것들과 유사한 이들 부재들 및 부분들은 같은 참조부호로 표시되며, 이들의 중복된 설명은 생략될 것이다.

즉, 이 실시예에서, 상술한 제1실시예를 예시하는 제5도와 유사하고 필수 부분들의 확대 횡단면도인 제10도에 도시된 바와같이, 밀봉부재(15)의 방향설정은 상술한 제1실시예의 것과 다르게 되어있다. 다른말로 하면, 밀봉부재(15)는 환상부분(15B)이 워엄 휠(6)측상에 위치되도록 하우징(1)의 중간 직경부분(1C)에 가압설치 및 고정되어 있다. 부가적으로, 무부하(no load) 하에서 소형 원통형 부분(15C)과 환상부분(15B)의 형상들이 적절히 조절되므로, 스프링 력 F는 코일 요크(9A, 9B)를 수용면(1D)측으로 가압하는 그러한 방식으로 리프 스프링 부분(15D)에서 발생되는 그러한 배열이 제공된다. 다른 배열들은 상술한 제1실시예의 것들과 유사하다.

그러한 구조에 의해, 상술한 제1실시예의 것들과 유사한 작동 및 효과를 얻는 것이 가능하다. 부가적으로, 환상부분(15B)이 워엄 휠(6)측상에 위치되므로, 밀봉부재(15)가 가압설치 및 고정될 때, 환상부분(15B)은 지그에 의해 가압될 수 있다. 따라서, 조립이 용이하게 되는 장점이 있다.

제11도는 본 발명의 제3실시예를 도시하는 다이어그램이다. 이 실시예는 또한 본 발명이 차량용 전동 파워 스티어링 장치용 토크 센서에서 코일 요크를 고정하기 위한 구조에 적용되는 실시예를 도시한다. 덧붙여 말하면, 상술한 제1실시예의 것들과 유사한 이들 부재들 및 부분들은 같은 참조부호로 표시되며, 그의 중복설명이 생략될 것이다.

즉, 이 실시예에서, 상술한 제1실시예를 예시하는 제5도와 유사하고 필수 부분들의 확대 횡단면도인 제11도에 도시된 바와같이, 밀봉부재(15)는 환상부분(15E)의 외주로 부터 연장하는 원통형 부분(15F)은 환상부분(15E)이 워엄 휠(6)측상에 위치되도록 하우징(1)의 중간 직경부분(1C)에 가압설치 및 고정된다. 부가적으로, 환상의 고무 탄성부재(15G)는 코일 요크(9B)의 단부면(9b)과 밀접하게 접촉하게 되는 그러한 방식으로 코일 요크(9B)를 향하는 환상부분(15E)의 표면에 고정된다. 원통형 부분(15F)이 중간 직경부분(1C)에 가압설치 및 고정되기 때문에, 고무 탄성(15G)는 환상부분(15E)과 단부면(9b) 사이의 압축방향으로 탄성변형을 받게 된다. 즉, 이 실시예에서, 코일 요크(9A, 9B)를 수용면(1D)을 향해 가압하기 위한 스프링 력 F는 환상부분(15E)과 단부면(9b) 사이에서 압축되는 고무 탄성부재(15G)의 회복력을 이용함으로써 발생된다. 다른 배열들은 상술한 제1실시예의 것들과 유사하다.

그러한 구조에 의해 상술한 제1실시예의 것들과 유사한 작동 및 효과를 얻는 것이 가능하다. 부가적으로, 고무 탄성부재(15G)를 사용한 결과, 고무 탄성부재(15G)와 단부면(19b) 사이의 밀봉 특성이 향상될 수 있다.

비록 상술한 실시예에서 보빈 단자(10B, 11B)가 코일(10, 11)이 감겨져 있는 코일 보빈(10A, 11A)상에 제공된다고 할지라도, 본 발명은 그러한 보빈 단자(10B, 11B)가 제공되지 않는 형태의 장치에도 작용할 수 있다는 것이 주목되어야 한다.

부가적으로, 상술한 실시예에서 본 발명이 차량용 전동 파워 스티어링 장치용 토크 센서에서 코일 요크를 고정하기 위한 구조에 적용되는 경우의 설명이 주어 졌다고 할지라도, 본 발명은 본 발명이 적용되는 목적과 같은 목적에 한정되지 않는다. 예를들면, 본 발명은 전동 파워 스티어링 장치 이외의 다른 장치용 토크 센서에 적용될 수 있거나, 또는 토크 센서 이외의 다른 장치에 적용될 수 있다.

상술한 바와같이, 본 발명에 따라서, 하우징의 설치부분에 코일 요크를 고정하기 위한 구조가 제공되며, 여기서 코일 요크의 한 단부명이 접촉하는 수용면이 코일 요크가 설치될 때 바닥의 역할을 하는 설치부분의 일부분에 형성되고, 설치부분에 설치된 코일 요크의 다른 단부면과 밀접 접촉하게 되고, 다른 단부면을 수요면을 향해 가압하는 밀봉부재가 제공되며, 밀봉부재의 전체 외주면은 하우징의 내주면의 밀접 접촉한다. 따라서, 코일 요크를 고정하기 위한 구조가 구조적으로 간단하여, 코일 요크를 하우징에 가압설치하는 것을 필요하게 하며, 자기 특성에서의 변화를 방지하고 밀봉효과를 얻는 것을 가능하게 하는 장점을 얻을수 있다.

Claims

코일이 그 주위에 감겨지는 코일 보빈, 코일 보빈을 수용하기 위한 코일 요크, 및 코일 요크가 설치되는 설치부분을 갖는 하우징을 포함하는 장치에서의 코일 요크의 고정 구조에 있어서, 코일 요크의 한 단부면이 접촉하며, 코일 요크가 설치될 때 바닥의 역할을 하는 설치부분의 일부분이 되는 수용면, 및 설치부분에 설치된 코일 요크의 다른 단부면과 밀접하게 접촉하며, 상기 수용면을 향해 단부면을 가압하고, 그의 외주면이 하우징의 내주면과 밀접하게 접촉하게 되는 밀봉부재를 구비함을 특징으로 하는 코일 요크의 고정 구조.
제1항에 있어서, 상기 밀봉부재는 외주면이 하우징의 내주면과 밀접하는 접촉하는 원통형 부분; 상기 원통형부분의 단부로 부터 반경방향 내측으로 연장하는 환상부분; 상기 환상부분의 내주부분으로 부터 연장하는 소형 원통형 부분; 상기 소형 원통형 부분의 단부로 부터 반경방향 내측으로 연장하는 리프 스프링 부분을 구비하며, 상기 리프 스프링 부분은 코일 요크의 다른 단부면과 밀접하게 접촉하고 다른 단부면을 상기 수용면을 향해 가압하는 것을 특징으로 하는 코일 요크의 고정 구조.
제1항에 있어서, 상기 밀봉부재는 금속성 환상부분; 상기 금속성 환상부분의 외주로 부터 연장하며, 하우징의 내주면과 밀접하게 접촉하는 원통형 부분; 및 상기 금속성 환상부분에 고정되고, 코일 요크의 다른 단부면과 밀접하게 접촉하며 상기 다른 단부면을 상기 수용면을 향해 가압하게 하는 환형 고무 탄성부재를 구비함을 특징으로 하는 코일 요크의 고정 구조.