KR100373521B1 - 차량용 토크감지장치 - Google Patents

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KR100373521B1
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Abstract

본 발명은 차량용 토크감지장치에 관한 것으로, 그 목적은 센서하우징에 제1코일조립체와 제2코일조립체의 조립을 보다 용이하게 함과 동시에 이들의 초기 조립위치가 변하는 것을 방지하고자 하는 것이다.
본 발명에 따른 차량용 토크감지장치에 의하면, 센서하우징(20)내에 제1코일조립체(21)와 스페이서(23) 및 제2코일조립체(22)가 스톱퍼(30)를 통해 고정되는데, 스톱퍼(30)를 조립하기 전에 제1코일조립체(21)와 제2코일조립체(22)는 링형상의 고정부재(81)(82)를 통해 먼저 고정되어 조립위치가 변하지 않고 그대로 유지된다. 이에 따라 토션바(12)에 작용하는 토크를 정확하게 검출할 수 있어 제품 신뢰성이 향상된다. 또한, 스톱퍼(30)의 조립 시 제1코일조립체(21)와 제2코일조립체(22)가 움직이지 않아 이들의 조립 작업성이 보다 향상되며, 케이블(70) 단락현상이 발생되지 않는 작용효과가 있다.

Description

차량용 토크감지장치{Torque senser for car}
본 발명은 차량용 토크감지장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 센서하우징내에 제1코일조립체와 제2코일조립체가 배치되는 차량용 토크감지장치에 관한 것이다.
차량용 토크감지장치는 조향핸들의 회전력을 보조하는 파워 스티어링 시스템(Power steering system)에 사용되는 것으로, 조향핸들의 회전 시 토션바의 비틀림상태를 감지한다. 도 1은 이러한 종래 차량용 토크감지장치를 개략적으로 보인 단면도이다.
종래 차량용 토크감지장치는 이에 도시한 바와 같이, 입력축(1a) 하단과 피니언축(1b)의 상단을 동축상으로 연결하는 토션바(1c)와, 자성체로 마련되며 입력축(1a)과 피니언축(1b)의 연결부위 외주에 일정간격 이격되게 배치되는 3개의 검출링(4)(5)(6)과, 검출링(4)(5)(6)이 끼워져 설치되는 통형상의 센서하우징(2)을 구비한다.
피니언축(1b)의 하단은 바퀴(미도시)측과 연결되고, 입력축(1a)의 상단은 조향핸들(미도시)과 결합됨으로써, 조향핸들의 회전에 따라 토션바(1c)가 비틀리면서 피니언축(1b)이 회전하게 된다.
복수개의 검출링(4)(5)(6)은 입력축(1a) 외주에 결합되어 조향핸들과 동일한 각도로 회전 운동하는 제1검출링(4)과 제2검출링(5), 그리고 피니언축(1b) 외주에 결합되어 바퀴와 거의 동일한 각도로 회전 운동하는 제3검출링(6)으로 구별된다. 또한, 제1검출링(4)과 제2검출링(5)의 하면 및 제3검출링(6)의 상면에는 각각 요철이 반복된 톱니부(4a)(5a)(6a)가 형성되어 있다.
그리고, 센서하우징(2) 내부에는 검출링(4)(5)(6)의 톱니부(4a)(5a)(6a)를 감싸며 이들과 상호 작용하여 자기회로를 형성하도록 코일(7a)(8a)이 권선된 제1코일조립체(7)와 제2코일조립체(8)가 설치된다. 즉, 제1코일조립체(7)는 제1검출링(4)과 제2검출링(5) 사이를 감싸도록 배치되며, 제2코일조립체(8)는 제2검출링(5)과 제3검출링(6) 사이를 감싸도록 배치된다. 그리고 제1코일조립체(7)과 제2코일조립체(8) 사이에는 스페이서(9)가 설치되어 이들 사이에 일정한 간격이 유지되게 된다. 이러한 제1코일조립체(7)와 제2코일조립체(8)는 코일(7a)(8a)이 수회 권선된 보빈(7b)(8b)을 밑면과 내면이 개방된 보빈하우징(7c)(8c)에 삽입한 후 보빈하우징(7c)(8c)의 밑면에 밑판(7d)(8d)을 압입하여 제조되며, 스페이서(9)를 중심으로 센서하우징(2)에 대칭되게 설치된다.
또한, 센서하우징(2) 하부에는 제1코일조립체(7)와 제2코일조립체(8)를 견고하게 위치 고정시키기 위해 소정두께를 갖는 링형상의 스톱퍼(3)가 결합된다. 이 스톱퍼(3)는 외주에 수나사가 가공되어 센서하우징(2)의 하부에 나사결합 방식으로 조립된다.
이와 같이 구성된 종래 토크감지장치가 장착된 차량에서 운전자가 조향핸들을 조작함에 따라 입력축(1a)과 피니언축(1b)이 일체로 회전하는데, 바퀴의 노면 마찰력에 의해 토션바(1c)가 비틀리면서 조향핸들측과 결합된 토션바(1c)의 상단이 바퀴측과 결합된 하단보다 많이 회전된다.
따라서 제1검출링(4)과 제2검출링(5)의 대향면적은 변하지 않지만, 제2검출링(5)과 제3검출링(6)의 톱니부(5a)(6a) 대향면적이 변화된다. 이러한 제2검출링(5)과 제3검출링(6) 대향면적의 변화에 의하여 제2코일조립체(8)의 인덕턴스값이 변화되며, 인덕턴스 변화값을 측정하여 조향핸들과 바퀴의 회전편차를 검출한다.
그러나, 종래 토크감지장치에서는 센서하우징(2)내에 제1코일조립체(7)와 스페이서(9) 및 제2코일조립체(8)를 순차적으로 삽입한 후 스톱퍼(3)를 통해 이들을 가압 고정시키는데, 센서하우징(2)과 제1코일조립체(7) 및 스페이서(9), 제2코일조립체(8) 그리고 스톱퍼(3)의 기계가공 공차에 의해 각 부품 사이에 약간의 틈새가 발생된다.
이와 같이, 각 부품 사이에 기계가공 공차에 의한 틈새발생으로 인해 외부로부터 진동이나 충격 등이 전달되면, 제1코일조립체(7) 및 제2코일조립체(8)의 초기 조립위치가 변하게 되며, 이것에 의해 토션바(1c)에 작용하는 토크를 정확하게 검출할 수 없어 제품 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.
또한, 스톱퍼(3)를 조이는 과정에서 이의 상면이 제2코일조립체(8) 하면과 면접촉하기 때문에, 이의 마찰력에 의해 제2코일조립체(8)가 회전되며 이것에 의해 코일(8a)과 접속된 케이블(8b)이 단락될 우려가 있어 조립 시 상당한 주의가 요구되는 단점이 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 센서하우징 내부에 제1코일조립체와 스페이서 및 제2코일조립체를 삽입한 후 스톱퍼를 통해 조립하는 공정 중에 제1코일조립체와 제2코일조립체의 움직임을 방지하여 이들의 조립작업성을 향상시키며, 조립위치가 변하는 것을 방지할 수 있는 차량용 토크감지장치를 제공하는 것이다.
도 1은 종래 차량용 토크감지장치를 개략적으로 보인 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 차량용 토크감지장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 고정부재의 배치구조를 발췌하여 보인 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 코일조립체와 고정부재의 결합구조를 발췌하여 보인 분해사시도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*
10..입력축 11..피니언축
12..토션바 20..센서하우징
21..제1코일조립체 22..제2코일조립체
30..스톱퍼 81..제1고정부재
82..제2고정부재
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은;
조향핸들측과 결합되는 입력축과, 입력축과 토션바를 매개로 동축상으로 연계된 피니언축과, 피니언축과 입력축의 연결부위 외주에 설치된 제1,제2,제3검출링과, 입력축이 관통하여 회전 가능하게 결합되며 제1,제2,제3검출링을 감싸도록 상하부가 개방된 중공체로 이루어진 센서하우징과, 센서하우징에 내장되며 제1검출링과 제2검출링 사이를 감싸도록 배치된 제1코일조립체와, 제2검출링과 제3검출링 사이를 감싸며 스페이서를 매개로 제1코일조립체와 이격되게 배치된 제2코일조립체와, 제1코일조립체와 스페이서 및 제2코일조립체를 위치 고정시키도록 센서하우징의 하부에 결합되는 스톱퍼를 갖춘 차량용 토크감지장치에 있어서,
센서하우징의 내벽과 제1코일조립체 및 제2코일조립체 외주 사이에는 제1코일조립체 및 제2코일조립체의 움직임을 방지하기 위한 고정부재가 배치된 것을 특징으로 하는 구성이다.
또한, 고정부재는 센서하우징 내벽과 제1코일조립체 외주 사이에 배치되는 링 형상의 제1고정부재와, 센서하우징 내벽과 제2코일조립체 외주 사이에 배치되는 링 형상의 제2고정부재를 구비하며,
제1고정부재 및 제2고정부재는 스톱퍼를 결합하기 전에 제1코일조립체 및 제2코일조립체를 감싸도록 조립된 상태에서 센서하우징 내부에 억지 끼움되는 것을 특징으로 하는 구성이다.
이러한 구성에 의하면, 센서하우징에 순차적으로 삽입된 제1코일조립체와제2코일조립체가 고정부재에 의해 우선적으로 고정된 상태이기 때문에, 스톱퍼를 조립하는 공정 중에 이들의 움직임이 방지되어 조립을 보다 용이하게 할 수 있으며, 또한 초기 조립위치가 변하는 것을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 하나의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 첨부도면을 간략히 설명하면, 도 2와 3은 본 발명에 따른 차량용 토크감지장치의 전체적인 구조와 코일조립체 고정부재의 결합구조를 발췌하여 보인 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 코일조립체 고정부재를 보인 분해사시도이다.
본 발명에 따른 차량용 토크감지장치는 도 2에 도시한 바와 같이, 토션바(12)를 매개로 동축상으로 연계된 입력축(10)과 피니언축(11), 입력축(10)과 피니언축(11)의 연결부위 외주에 마련된 복수개의 검출링(40)(50)(60), 입력축(10)과 피니언축(11)이 관통하도록 결합되며 복수개의 검출링(40)(50)(60)을 감싸도록 중공체로 이루어진 센서하우징(20), 센서하우징(20)의 외측에 장착되며 인덕턴스 변화값을 감지하여 제어부(미도시)측으로 전기적 신호를 전달하는 PCB유닛(미도시)을 구비한다.
입력축(10)은 상단이 차량의 조향핸들(미도시)과 결합되어 일체로 회전 운동하게 된다. 그리고 피니언축(11)은 하단이 센서하우징(20)의 하부로 연장되며, 여기에는 바퀴(미도시)측과 결합된 랙바(미도시)와 이물림결합되도록 피니언기어(11a)가 가공되어 있다.
토션바(12)는 이러한 피니언축(11)과 입력축(10)을 동축상으로 연결하여 조향핸들의 조작에 따라 이들을 일체로 연동시키는데, 토션바(12)의 상단은평행핀(12a)을 통해 입력축(10)에 고정되며, 하단은 피니언축(11)에 압입 고정된다.
자성체로 이루어진 검출링(40)(50)(60)은 입력축(10)과 피니언축(11)의 연결부위에 일정한 사이틈을 갖도록 배치되는데, 입력축(10)의 하단 외주에 마련되어 일체로 연동하는 제1검출링(40)과 제2검출링(50), 그리고 피니언축(11)의 상단 외주에 제2검출링(50)과 대응하도록 배치된 제3검출링(60)으로 구별된다. 또한, 제1검출링(40)과 제2검출링(50)의 하면과 제3검출링(60)의 상면에는 다수의 요철이 교호적으로 이루어진 톱니부(41)(51)(61)가 각각 형성되어 있다.
그리고 센서하우징(20)은 축방향, 즉 상하부가 개방된 중공체로 구성되어 있어서, 제1검출링(40)과 제2검출링(50) 및 제3검출링(60)을 감싸도록 결합하면, 입력축(10)이 상측방향으로 노출되며 피니언축(11)이 하측방향으로 노출된다. 이 때, 입력축(10)은 롤러 베어링부재(10a)를 통해 센서하우징(20)에 회전운동 가능하게 설치된다. 이 센서하우징(20)은 선팽창계수가 "21.5×10-6cm/cm 도" 정도인 AC4C-T6 계열의 금속으로 구성된다.
이러한 센서하우징(20) 내부에는 제1검출링(40)과 제2검출링(50) 사이의 바깥측 둘레를 감싸는 제1코일조립체(21)와, 제2검출링(50)과 제3검출링(60) 사이의 바깥측 둘레를 감싸는 제2코일조립체(22)가 배치된다. 제1코일조립체(21)와 제2코일조립체(22)는 코일(21b)(22b)이 권선된 보빈(21a)(22a), 보빈(21a)(22a)이 삽입되는 원통상의 보빈하우징(21c)(22c)을 각각 구비하며, 이들은 스페이서(23)를 매개로 센서하우징(20) 내부에 일정한 간격이 유지되게 배치된다. 이 때, 보빈하우징(21c)(22c)은 선팽창계수가 "10.5×10-6cm/cm 도" 정도인 SUS410L 계열의 자성체로 이루어진다. 미설명부호 "70"은 일단이 코일(21b)(22b)과 접속되며 타단이 PCB유닛의 회로기판과 접속되는 케이블이며, "20b"는 케이블(70)을 센서하우징(20) 외부로 인출하기 위한 인출구이다. 또한, 센서하우징(20)의 하단 내주에는 암나사(20a,도 3참조)가 가공되며, 여기에 제1코일조립체(21)와 스페이서(23) 및 제2코일조립체(22)를 위치 고정시키기 위한 링형상의 스톱퍼(30)가 결합된다. 이 스톱퍼(30)는 피니언축(11)이 여유있게 관통할 수 있도록 있도록 소정의 두께를 갖는 링형상으로 마련되며 외주에 수나사(30a,도 3참조)가 가공된다.
한편, 도 3과 도 4를 참조하면, 센서하우징(20) 내벽과 제1코일조립체(21) 및 제2코일조립체(22)의 외주 사이에는 스톱퍼(30)를 결합하는 도중에 제1코일조립체(21) 및 제2코일조립체(22)가 움직이는 것을 방지하기 위한 고정부재(81)(82)가 배치되어 있다.
이 고정부재는 센서하우징(20) 내벽과 제1코일조립체(21) 외주 사이에 배치되는 제1고정부재(81)와, 센서하우징(20) 내벽과 제2코일조립체(21) 외주 사이에 배치되는 제2고정부재(82)로 구별된다. 제1,제2고정부재(81)(82)는 제1코일조립체(21) 및 제2코일조립체(22)의 자기적 특성에 영향을 미치지 않도록 비자성체인 SUS 30 계열의 금속으로 이루어지며, 내경(D1)이 제1,2코일조립체(21)(22)의 외경(D3)과 동일한 링형상으로 구성된다. 또한, 제1,제2고정부재(81)(82)의 외경(D2)은 센서하우징(20)의 내경(D4)에 비해 약간 크게 이루어져 있어서, 제1,제2고정부재(81)(82)는 아주 얇은 소정의 두께를 갖는다.이에 따라 제1,제2고정부재(81)(82)가 센서하우징(20)내에 억지끼움됨으로써, 제1코일조립체(21)와 제2코일조립체(22)가 축방향 및 반경방향으로 움직이는 것이 방지되는데, 이에 대한 것은 후술하는 조립과정 설명에서 상세하게 설명한다.
다음에는 본 발명에 따른 고정부재(81)(82)를 통한 제1코일조립체(21)와 스페이서(23) 및 제2코일조립체(22)의 조립공정을 설명한다.
먼저, 제1코일조립체(21)와 제2코일조립체(22) 외측을 감싸도록 제1고정부재(81)와 제2고정부재(82)를 가조립한다.
그리고, 중공체로 이루어진 센서하우징(20) 내부에 제1고정부재(81)가 가조립된 제1코일조립체(21)를 조립한다. 이 때, 제1고정부재(81)는 센서하우징(20)의 내경(D4)보다 약간 크게 구성되어 있는데, 별도의 지그장치(미도시)를 통해 센서하우징(20)에 억지 끼움된다. 따라서 제1고정부재(81)는 소성 변형되면서 센서하우징(20)에 견고하게 조립되며, 이것에 의해 제1고정부재(81)내에 배치된 제1코일조립체(21) 역시 완전하게 고정된다.
계속하여 제1코일조립체(21)가 고정된 센서하우징(20)내에 스페이서(23)와 제2코일조립체(22)를 순차적으로 삽입한다. 이 때, 인출구(20b)를 통해 케이블(70)을 센서하우징(20) 외부로 인출시킨 후 제1코일조립체(21)와 마찬가지로 제2고정부재(82)가 조립된 제2코일조립체(22)를 억지 끼움하면, 제2코일조립체(22) 역시 센서하우징(20)내에 견고하게 고정된 상태로 유지된다.
이와 같이, 제1고정부재(81)와 제2고정부재(82)를 통해 제1코일조립체(21)와 제2코일조립체(22)를 조립한 후 스톱퍼(30)를 조이면, 제1코일조립체(21)와 스페이서(23) 및 제2코일조립체(22)가 더욱 밀착되면서 견고하게 고정된다.
이 때, 제1코일조립체(21)와 제2코일조립체(22)는 링 형상의 고정부재(81)(82)를 통해 센서하우징(20)내에 억지 결합된 상태이기 때문에, 스톱퍼(30)를 조이는 과정에서 헛돌지 않는다. 이에 따라 스톱퍼(30) 조임 시 코일(21b)(22b)과 접속된 케이블(70)의 단락현상이 발생되지 않으며, 스톱퍼(30) 조립을 보다 용이하게 할 수 있다.
다음에는 이와 같이 구성된 본 발명에 따른 토크감지장치의 작용 및 효과를 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 토크감지장치가 장착된 차량이 주행하고 있는 상태에서 운전자가 조향핸들을 조향시키면, 입력축(10)과 토션바(12) 및 피니언축(11)을 통해 바퀴가 조향되어 주행방향이 바뀐다.
이 때, 일정이상의 조향력이 작용하면, 바퀴와 노면과의 마찰력에 의해 조향핸들을 통해 직접적으로 회전하는 입력축(10)보다 토션바(12)로 연계된 피니언축(11)의 회전각도가 줄어 토션바(12)가 비틀린다. 이러한 현상에 의해 제2검출링(50)의 톱니부(51)와 제3검출링(60)의 톱니부(61) 대향면적이 변화되며, 이로 인해 제2코일조립체(22)의 인덕턴스 값이 변화됨과 동시에 코일(22b)에 흐르는 유기전압이 변화된다. 유기전압의 변화는 코일(22b)의 자기저항 변화에 의한 것으로 PCB유닛을 통해 제어부에 입력되고, 계속하여 제어부에서는 입력된 신호를 근거로 조향편차를 측정 판단하고, 동력수단(미도시)을 가동하여 이를 보상한다.
이러한 토크감지장치의 작동 중에 외부로부터 진동이나 충격 등이 가해지는데, 제1코일조립체(21)와 제2코일조립체(22)는 스톱퍼(30)를 통해 고정됨과 동시에 제1고정부재(81)와 제2고정부재(82)를 통해 위치 고정된 상태이기 때문에 조립위치가 변하지 않고 초기상태로 유지된다. 또한, 센서하우징(20) 내부의 온도가 올라감에 따라 선팽창계수의 차이로 인해 센서하우징(20)이 제1,2코일조립체(21)(22)의 보빈하우징(21c)(22c)보다 더 팽창하므로, 센서하우징(20)내에서 보빈하우징(21c)(22c)이 움직일 우려가 있다. 그러나 본 발명에 따른 토크감지장치에서는 센서하우징(20)내에 조립된 제1고정부재(81)와 제2고정부재(82)에 의해 제1,2코일조립체(21)(22)의 움직임이 방지된다. 즉, 제1고정부재(81)와 제2고정부재(82)는 소성변형되면서 억지 끼움되어 있기 때문에, 센서하우징(20)내의 온도가 올라가도 제1코일조립체(21) 및 제2코일조립체(22)가 반경방향은 물론이고 축방향으로의 움직임이 방지됨으로써, 토션바(12)에 작용하는 토크를 정확하게 검출할 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 차량용 토크감지장치에 의하면, 센서하우징내에 제1코일조립체와 스페이서 및 제2코일조립체가 스톱퍼를 통해 고정되는데, 스톱퍼를 조립하기 전에 제1코일조립체와 제2코일조립체는 링형상의 고정부재를 통해 먼저 고정되어 조립위치가 변하지 않고 그대로 유지된다. 이에 따라 토션바에 작용하는 토크를 정확하게 검출할 수 있어 제품 신뢰성이 향상된다. 또한, 스톱퍼의 조립 시 제1코일조립체와 제2코일조립체가 움직이지 않아 이들의 조립 작업성이 보다 향상되며, 케이블 단락현상이 발생되지 않는 작용효과가 있다.

Claims (2)

  1. 조향핸들측과 결합되는 입력축과, 상기 입력축과 토션바를 매개로 동축상으로 연계된 피니언축과, 상기 피니언축과 입력축의 연결부위 외주에 설치된 제1,제2,제3검출링과, 상기 입력축이 관통하여 회전 가능하게 결합되며 상기 제1,제2,제3검출링을 감싸도록 상하부가 개방된 중공체로 이루어진 센서하우징과, 상기 센서하우징에 내장되며 상기 제1검출링과 상기 제2검출링 사이를 감싸도록 배치된 제1코일조립체와, 상기 제2검출링과 제3검출링 사이를 감싸며 스페이서를 매개로 상기 제1코일조립체와 이격되게 배치된 제2코일조립체와, 상기 제1코일조립체와 스페이서 및 제2코일조립체를 위치 고정시키도록 센서하우징의 하부에 결합되는 스톱퍼를 갖춘 차량용 토크감지장치에 있어서,
    상기 센서하우징(20)의 내벽과 상기 제1코일조립체(21) 및 제2코일조립체(22) 외주 사이에는 상기 제1코일조립체(21) 및 제2코일조립체(22)의 움직임을 방지하기 위한 고정부재(81)(82)가 배치된 것을 특징으로 하는 차량용 토크감지장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고정부재는 상기 센서하우징(20) 내벽과 상기 제1코일조립체(21) 외주 사이에 배치되는 링 형상의 제1고정부재(81)와, 상기 센서하우징(20) 내벽과 상기 제2코일조립체(22) 외주 사이에 배치되는 링 형상의 제2고정부재(82)를 구비하며,
    상기 제1고정부재(81) 및 제2고정부재(82)가 상기 스톱퍼(30)를 결합하기 전에 상기 제1코일조립체(21) 및 제2코일조립체(22)를 감싸도록 조립된 상태에서 상기 센서하우징(20) 내부에 억지 끼움되도록 상기 제1고정부재(81) 및 제2고정부재(82)의 외경(D2)은 상기 센서하우징(20)의 내경(D4)보다 다소 크게 마련된 것을 특징으로 하는 차량용 토크감지장치.
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