KR100415717B1 - 각위치 센서 유니트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 샤프트, 각위치를 측정할 요소에 허브를 통해 연결되는 엔코더 디스크를 포함하는 각위치 센서 유니트에 관한 것이다. 상기 엔코더 디스크는 플라스틱 물질로 이루어지고, 그의 두께가 0.1∼1.0 mm이며, 그의 평면도가 0.2 mm 보다 작고, 허브의 플랜지를 수용하는 중심 보어를 가지고 있다. 허브의 플랜지에는 적어도 3개의 돌출부가 반경방향으로 대칭적으로 연장하여 있고, 그 돌출부는 엔코더 디스크의 슬롯과 결합한다. 그 슬롯은 상기 돌출부의 형상과 일치하여, 이 돌출부와 슬롯의 결합에 의해 엔코더 디스크가 허브에 대하여 적극적인 방식으로 위치 고정되도록 되어 있다.

Description

각위치 센서 유니트{Angular position sensor unit}

본 발명은 샤프트, 축(axle) 또는 휠(wheel)의 각(角)위치를 측정할 요소에 허브를 통해 연결되는 엔코더(encoder) 디스크로 이루어진 각위치 센서 유니트에 관한 것이다.

회전각 및/또는 회전수를 측정하기 위해, 각위치 센서가 사용된다. 그 각위치 센서는 넓은 온도 범위 내에서 측정 정확도에 대한 매우 높은 요건에 부합하여야 한다. 특히, 적합한 지지체, 예를 들어, 허브에 엔코더 디스크를 기계적으로 고정시키는데 있어서 문제가 생기는데, 그 이유는 그 엔코더 디스크와 지지체 사이의 연결이 주어진 전체 온도 범위에 걸쳐 축방향 및 반경방향으로 센서-이미터(emitter) 유니트에 대하여 헐거움 및 응력(stress)이 없어야 하기 때문이다.

본 발명의 목적은, -40 내지 +80℃의 온도 범위 내에서 ≤0.5도의 측정 정확도가 얻어지고, > 1 g의 유효 가속도와 8∼200 Hz의 주파수 범위의 진동의 존재에서도 제한 없는 기능이 유지되도록 상기한 종류의 각위치 센서 유니트를 더욱 개선하는데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 엔코더 디스크-허브 조립체가 자동차의 조향각 센서에 설치되는 방식을 나타내는 도면.

도 2는 본 발명에 따른 엔코더 디스크의 평면도.

도 3은 본 발명에 따른 허브의 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 허브의 평면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1: 허브 2: 엔코더 디스크 3: 리테이너

4: 조향 칼럼 6: 슬롯 7: 보어

8: 돌출부 9: 구동 피니언 10: 플랜지

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 엔코더 디스크, 허브 및 리테이너를 구비한 각위치 센서 유니트를 제공한다. 허브는 각위치를 측정할 요소에 연결되도록 설계되어 있고, 엔코더 디스크는 0.1∼1.0 mm의 두께와 0.2 mm 미만의 평면도를 가지는 플라스틱 재료로 이루어져 있고, 허브의 플랜지를 수용하는 중심 보어를 가지고 있다. 허브의 플랜지에는 3개 이상의 돌출부가 반경방향으로 대칭적으로 연장하여 있고, 그 돌출부는 엔코더 디스크의 슬롯과 결합한다. 그 슬롯은 상기 돌출부의 형상과 일치하여, 엔코더 디스크가 이 돌출부와 슬롯에 의해 꼭 맞고 적극적인 방식으로 허브에 대한 그의 위치에 보유되도록 되어 있다. 축방향으로는 엔코더 디스크가 리테이너에 의해 제 위치에 고정된다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서, 엔코더 디스크 및 허브가 아래의 치수 공차로 설계되고 제조되는 것이 유익한 것으로 밝혀졌다.

엔코더 디스크의 중심 보어의 직경에 대해서는 +0.1 mm,

엔코더 디스크의 슬롯의 폭에 대해서는 +0.1 mm,

엔코더 디스크의 슬롯의 길이에 대해서는 +0.1 mm,

허브의 돌출부의 폭에 대해서는 -0.05 mm,

허브의 돌출부의 길이에 대해서는 -0.05 mm.

또한, 본 발명에 따르면, 허브 및 리테이너가 공통 축선 상에 배치되는 것이 실용적인 것으로 밝혀졌다.

본 발명의 특징으로서 고려되는 신규한 특징들이 첨부 도면에 의거하여 설명된다. 그러나, 개선된 장치 자체는 부가적인 특징 및 이점과 함께 그의 구조 및 작동 모드에 관하여, 첨부 도면에 의거한 바람직한 실시형태의 하기 상세한 설명으로부터 양호하게 이해될 것이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 각위치 센서의 엔코더 디스크-허브 조립체는 허브(1), 엔코더 디스크(2) 및 리테이너(3)로 이루어져 있다. 도시된 실시형태에서, 리테이너(3)의 기능은 감속기어 구동장치의 구동 피니언(9)에 의해 행해진다. 허브(1)는 조향 칼럼(steering column)(4)에 고정적으로 연결되어, 축선(5)을 중심으로 한 조향 칼럼(4)의 회전 운동이 허브(1)로 바로 전달된 다음, 엔코더 디스크(2)로 전달되도록 되어 있다.

허브(1)로부터 엔코더 디스크(2)로의 회전 운동의 실제 전달은 허브(1)의 돌출부(8)와 엔코더 디스크(2)의 슬롯(6) 사이에서 일어난다. 도 2에 나타낸 엔코더 디스크의 예에서는, 그 슬롯(6)들이 엔코더 디스크(2)의 중심 보어(7)로부터 휠의 스포크처럼 반경방향으로 연장하여 있다. 그 슬롯(6)들은 엔코더 디스크(2)의 플라스틱 재료를 펀칭하여 형성되는 것이 바람직하고, 이러한 펀칭에 의해, 주어진 공차가 신뢰성 있게 유지될 수 있게 된다. 그 슬롯에 대한 공차 범위는 2 mm의 슬롯 폭에 대해 +0.05/-0 mm로 규정된다.

슬롯(6)들은 허브(1)의 돌출부(8)들과 결합한다. 슬롯(6)들과 마찬가지로, 돌출부(8)들은 허브(1)의 회전 축선으로부터 반경방향으로 배치되고, 플랜지(10)의 주변 지역까지 연장한다. 엔코더 디스크(2)가 허브(1) 상의 제 위치에 설치된 때 슬롯(6)의 날카로운 오목한 모서리에서 일어날 수 있는 소위 노치(notch) 효과, 즉, 응력 집중을 피하기 위해, 슬롯(6)의 단부와 돌출부(8)의 반경방향 외측의 단부면은 둥근 형상으로 되어 있는 것이 바람직하다.

도 3 및 도 4에 나타낸 허브(1)는 Al-Cu-Mg 타입의 알루미늄 합금으로 만들어지는 것이 바람직하다. 이 합금은 플라스틱계 엔코더 디스크와 함께 행한 기계적 충격 테스트 및 기후(氣候) 충격 테스트에서 매우 내구성이 있는 것으로 입증되었다.

그들 충격 테스트는 하기 테스트 조건 하에서 행해졌다:

1. -40℃에서 6밀리초의 시간 간격으로 100 g의 가속도를 가하였다. 이 테스트에서, 충격 방향, 즉, 엔코더 디스크의 반경방향에 대하여 횡방향의 운동이 어떤 시점에서도, 주어진 방향으로의 정규 충격 가속도의 30%를 초과하는 정(正) 또는 부(負)의 가속도에 도달하지 않게 하였다.

2. -40℃ 내지 +80℃의 온도에서, 본 발명에 따른 각위치 센서의 구성요소들을 분당 1℃의 온도 변화율에 노출시켰다. 8시간의 테스트 기간 중에, 총 32사이클이 수행되었다. 각위치 센서, 이 경우는, 조향각 센서가 어떤 측정 가능한 손상 없이 이 테스트를 통과하였다.

따라서, 테스트 결과, 엔코더 디스크와 그의 지지체 사이의 연결이 주어진 전체 온도 범위에 걸쳐 축방향 및 반경방향으로 헐거움 및 응력 없이 유지되도록 하는 방식으로, 엔코더 디스크가 적합한 지지체, 예를 들어, 허브 상의 제 위치에 기계적으로 보유될 수 있는 것으로 나타났다.

본 발명에 따르면, -40 내지 +80℃의 온도 범위 내에서 ≤0.5도의 측정 정확도가 얻어지고, > 1 g의 유효 가속도와 8∼200 Hz의 주파수 범위의 진동의 존재에서도 제한 없는 기능이 유지되는 각위치 센서 유니트가 제공된다.

Claims (3)

1. 엔코더 디스크, 플랜지를 가진 허브, 및 리테이너를 포함하는 각(角)위치 센서 유니트에 있어서,

   상기 허브는 회전각을 측정할 회전요소에 연결되도록 되어 있고,

   상기 엔코더 디스크가 0.1∼1.0 mm의 두께와 0.2 mm 미만의 평면도를 가지는 플라스틱 재료로 이루어져 있고,

   상기 엔코더 디스크는 상기 허브의 상기 플랜지가 삽입되는 중심 보어와, 그 중심 보어로부터 반경방향으로 대칭적으로 연장하는 적어도 3개의 슬롯을 가지고 있고,

   상기 허브의 상기 플랜지에는, 상기 슬롯에 결합하는 형상을 가지고 그 슬롯에 결합하도록 배치된 적어도 3개의 돌출부가 형성되어 있고,

   상기 엔코더 디스크는 상기 슬롯과 상기 돌출부의 결합에 의해 꼭 맞고 적극적인 방식으로 상기 허브 상의 제 위치에 보유되고, 축방향으로는 상기 리테이너에 의해 제 위치에 고정되는 것을 특징으로 하는 각위치 센서 유니트.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 엔코더 디스크 및 상기 허브가 아래의 치수 공차로 설계되고 제조되는 것을 특징으로 하는 각위치 센서 유니트:

   상기 엔코더 디스크의 상기 중심 보어의 직경에 대해서는 +0.1 mm,

   상기 엔코더 디스크의 상기 슬롯의 폭에 대해서는 +0.1 mm,

   상기 엔코더 디스크의 상기 슬롯의 길이에 대해서는 +0.1 mm,

   상기 허브의 상기 돌출부의 폭에 대해서는 -0.05 mm,

   상기 허브의 상기 돌출부의 길이에 대해서는 -0.05 mm.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 허브 및 상기 리테이너가 공통 축선 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 각위치 센서 유니트.