KR100856749B1 - 차량용 조향휠 각도 감지장치 - Google Patents

차량용 조향휠 각도 감지장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량용 조향휠 각도 감지장치에 관한 것으로서, 차륜에 조작력을 전달하는 조향샤프트에 연동하여 회전하는 로터와; 상기 로터에 고정되어 일체로 회전하는 메인기어와; 상기 메인기어에 연동되어 회전하는 제 1 회전기어 및 제 2 회전기어와; 육면체 형상으로 마련되되, 상면이 반대편인 저면보다 면적이 넓은 형상이며, 상기 제 1 회전기어 및 제 2 회전기어에 각각 고정되어 본 제 1 회전기어 및 제 2 회전기어와 동일한 회전비로 회전하는 제 1 자성체 및 제 2 자성체와; 상기 제 1 자성체 및 제 2 자성체의 회전에 의한 극성(N극, S극)의 위상변화를 각각 감지하는 제 1 감지부 및 제 2 감지부와; 각종 단자와 핀이 마련되며, 상기 제 1 감지부 및 제 2 감지부를 포함하는 PCB 기판과; 하우징;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 의해, 접착제의 사용 없이도 본 자성체의 수직방향으로의 유동을 방지할 수 있으며, 가공공정에서 상기 자성체를 회전기어에 접착하는 공정이 생략되어 가공공정이 감소됨으로써, 상기 차량용 조향휠 각도 감지장치의 전체 가공시간 및 생산비용 역시 감소될 수 있다.

Description

차량용 조향휠 각도 감지장치{VEHICLE'S STEERING WHEEL ANGLE SENSING DEVICE}
도 1은 본 발명에 따른 차량용 조향휠 각도 감지장치의 분해사시도이고,
도 2는 자성체의 사시도와 측단면도이며,
도 3a는 회전기어와 자성체의 분해사시도이고,
도 3b는 회전기어와 자성체의 분해 단면 사시도이며,
도 4a는 회전기어와 자성체의 제 1 측면 결합 단면도이고,
도 4b는 회전기어와 자성체의 제 2 측면 결합 단면도이며,
도 5는 상부하우징의 저면도이고,
도 6은 메인기어와 제 1 회전기어와 제 2 회전기어가 결합된 평면도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 : 로터 20 : 메인기어
20-1 : 메인기어의 기어치 20-2 : 메인기어의 기어골
22 : 제 1 회전기어 22-1 : 제 1 회전기어의 기어골
24 : 제 2 회전기어 24-1 : 제 2 회전기어의 기어치
32 : 제 1 자성체 34 : 제 2 자성체
42 : 제 1 감지부 44 : 제 2 감지부
50 : PCB 기판 60 : 하우징
62 : 유동방지부 70 : 기어안착부
80 : 고정부 90 : 자성체안착부
본 발명은 차량용 조향휠 각도 감지장치에 관한 것으로서, 특히 회전기어에 결합되는 자성체의 수직단면이 사다리꼴 형상으로 마련되어 본 자성체의 수직방향으로의 유동을 방지하며, 또한, 메인기어의 기어치와 제 1 회전기어의 기어골이 결합하는 경우, 제 2 회전기어의 기어치가 본 메인기어의 기어골에 결합되어 회전함으로써, 기어의 백래쉬현상을 감소시킬 수 있는 차량용 조향휠 각도 감지장치에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차에 필수적으로 적용되는 조향장치는 자동차의 경로 및 진행방향을 운전자의 요구에 따라 전환하는 장치로서, 기본적으로 운전자가 조작하게 되는 조향휠(Steering wheel)과, 상기 조향휠과 연동하여 조작력을 전달하는 조향샤프트(Steering shaft)와, 상기 조향샤프트에 설치되어 조향휠의 회전각도 즉, 조향각을 감지하는 조향휠 각도 감지장치를 포함한다.
또한, 차량용 조향휠 각도 감지장치는 상기 조향휠의 회전을 감지하기 위해 자성체와 본 자성체의 자력을 감지하는 자력센서를 사용하였다. 여기서, 종래의 차량용 조향휠 각도 감지장치의 상기 자성체는 원형의 형상으로 마련되어 회전기어에 결합되므로, 본 회전기어와 결합되는 부위에 고정이 되지 않으며, 본 자성체는 회전기어와 별도로 내부에서 유동이 발생하게 되어 이에 따른 자력변화에 의한 회전각의 계산에 오류가 발생되는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 종래에는 상기 자성체를 상기 회전기어에 고정시키기 위해 접착제 등을 사용하여 본딩방식으로 결합하였다.
다만, 이러한 종래의 본딩방식은 자성체가 장시간 회전하는 경우, 상기 접착제의 접착력이 감소하여 상기 자성체가 상기 회전기어로부터 이탈될 수 있었으며, 또한, 가공과정에서 접착공정을 추가적으로 거쳐야 하므로, 가공공정이 증가하여 가공시간 및 생산비용이 증대된다는 문제점이 있었다.
한편, 종래의 차량용 조향휠 각도 감지장치에서 상기 회전기어들이 맞물려 일방향으로 회전하는 경우, 본 회전기어들의 기어치들은 서로 접촉되어 있지만, 일측 회전기어의 기어치와 타측 회전기어의 기어홈 사이에는 간격이 생기게 되며, 그 간격만큼 기어가 회전해야 하므로 기어에 동력이 제대로 전달되지 않는 백래쉬현상이 발생하게 된다.
이러한 백래쉬현상은 정확한 각도감지를 할 수 없는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 자성체의 수직단면을 사다리꼴 형상으로 마련하여 접착제의 사용 없이도 본 자성체의 수직방향 및 내부 회전미끄럼에 의한 유동을 방지할 수 있는 차량용 조향휠 각도 감지장치를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 메인기어의 기어치와 제 1 회전기어의 기어골 이 결합하는 경우, 제 2 회전기어의 기어치가 본 메인기어의 기어골에 결합되어 회전함으로써, 기어의 백래쉬현상을 감소시킬 수 있는 한 차량용 조향휠 각도 감지장치를 제공하는 데 있다.
본 발명은 전술한 차량용 조향휠 각도 감지장치의 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 자성체를 사다리꼴 형상으로 마련하며, 또한, 메인기어의 기어치와 제 1 회전기어의 기어골이 결합하는 경우, 제 2 회전기어의 기어치가 본 메인기어의 기어골에 결합되어 회전하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 차륜에 조작력을 전달하는 조향샤프트에 연동하여 회전하는 로터와; 상기 로터에 고정되어 일체로 회전하는 메인기어와; 상기 메인기어에 연동되어 회전하는 제 1 회전기어 및 제 2 회전기어와; 육면체 형상으로 마련되되, 상면이 반대편인 저면보다 면적이 넓은 형상이며, 상기 제 1 회전기어 및 제 2 회전기어에 각각 고정되어 본 제 1 회전기어 및 제 2 회전기어와 동일한 회전비로 회전하는 제 1 자성체 및 제 2 자성체와; 상기 제 1 자성체 및 제 2 자성체의 회전에 의한 극성(N극, S극)의 위상변화를 각각 감지하는 제 1 감지부 및 제 2 감지부와; 각종 단자와 핀이 마련되며, 상기 제 1 감지부 및 제 2 감지부를 포함하는 PCB 기판과; 하우징;을 포함한다.
여기서, 상기 제 1 자성체 및 제 2 자성체는 수직단면이 사다리꼴 형상일 수 있다.
바람직하게는, 제 1 자성체 및 제 2 자성체는 두 개의 수직단면 중 하나는 사다리꼴 형상이며, 다른 하나는 사각형 형상일 수 있다.
또한, 상기 제 1 회전기어 및 제 2 회전기어는 미끄럼을 방지할 수 있도록 상기 수직단면이 사다리꼴 형상인 제 1 자성체 및 제 2 자성체가 안착되는 자성체안착부를 추가적으로 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제 1 회전기어 및 제 2 회전기어는 상기 제 1 자성체 및 제 2 자성체가 결합되어 고정될 수 있도록 돌기형상의 고정부를 추가적으로 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 차량용 조향휠 각도 감지장치는 상기 메인기어와, 상기 제 1 회전기어와, 상기 제 2 회전기어를 안착시키기 위한 기어안착부를 추가적으로 포함할 수 있다.
여기서, 상기 하우징은 상부하우징과 하부하우징으로 마련될 수 있다.
또한, 상기 상부하우징은 상기 제 1 자성체 및 상기 제 2 자성체의 유동을 방지하기 위한 유동방지부를 추가적으로 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 메인기어 축과 상기 제 1 회전기어 축의 연결선 상에서 본 메인기어의 기어치가 본 제 1 회전기어의 기어골과 결합되는 경우, 상기 메인기어 축과 상기 제 2 회전기어 축의 연결선 상에서 본 메인기어의 기어골이 본 제 2 회전기어의 기어치와 결합될 수 있다.
여기서, 상기 PCB 기판은 상기 제 1 감지부와 상기 제 2 감지부에서 감지된 제 1 자성체 및 제 2 자성체의 회전에 의한 극성(N극, S극)의 위상변화에 기초하여 상기 조향휠의 총 회전각도를 연산할 수 있다.
또한, 상기 제 1 감지부 및 제 2 감지부는 AMR(Anisotropic Magnetic Resistor)센서로 마련될 수 있다.
여기서, 상기 제 1 감지부 및 제 2 감지부는 GMR(Giant Magnetic Resistor)센서로 마련될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제 1 감지부 및 제 2 감지부는 상기 제 1 자성체 및 제 2 자성체로부터 0 밀리미터(mm)를 초과하여 20 밀리미터(mm) 이하로 이격되게 각각 설치될 수 있다.
또한, 상기 제 1 회전기어 및 제 2 회전기어는 상호 상이한 반경을 가지며, 상기 메인기어와 연동되어 회전시 서로 주기가 다른 사인파형의 신호를 발생시킬 수 있다.
여기서, 상기 제 1 회전기어 또는 상기 제 2 회전기어는 상기 제 1 자성체 또는 상기 제 2 자성체와 각각 일체로 마련될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 차량용 조향휠 각도 감지장치는, 차륜에 조작력을 전달하는 조향샤프트에 연동하여 회전하는 로터(10)와, 상기 로터(10)에 고정되어 일체로 회전하는 메인기어(20)와, 상기 메인기어(20)에 연동되어 회전하는 제 1 회전기어(22) 및 제 2 회전기어(24)와, 육면체 형상으로 마련되되, 상면이 반대편인 저면보다 면적이 넓은 형상이며, 상기 제 1 회전기어(22) 및 제 2 회전기어(24)에 각각 고정되어 본 제 1 회전기어(22) 및 제 2 회전기어(24)와 동일한 회 전비로 회전하는 제 1 자성체(32) 및 제 2 자성체(34)와, 상기 제 1 자성체(32) 및 제 2 자성체(34)의 회전에 의한 극성(N극, S극)의 위상변화를 각각 감지하는 제 1 감지부(42) 및 제 2 감지부(44)와, 각종 단자와 핀이 마련되며, 상기 제 1 감지부(42) 및 제 2 감지부(44)를 포함하는 PCB 기판(50)과, 하우징(60)을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 차량용 조향휠 각도 감지장치의 상기 제 1 회전기어(22) 및 제 2 회전기어(24)는 미끄럼을 방지할 수 있도록 상기 수직단면이 사다리꼴 형상인 제 1 자성체(32) 및 제 2 자성체(34)가 안착되는 자성체안착부(90)를 추가적으로 포함할 수 있다.
또한, 상기 차량용 조향휠 각도 감지장치의 상기 제 1 회전기어(22) 및 제 2 회전기어(24)는 상기 제 1 자성체(32) 및 제 2 자성체(34)가 결합되어 고정될 수 있도록 돌기형상의 고정부(80)를 추가적으로 포함할 수 있다.
또한, 상기 차량용 조향휠 각도 감지장치는 상기 메인기어(20)와, 상기 제 1 회전기어(22)와, 상기 제 2 회전기어(24)를 안착시키기 위한 기어안착부(70)를 추가적으로 포함할 수 있다.
또한, 상기 차량용 조향휠 각도 감지장치의 상기 상부하우징(60a)은 상기 제 1 자성체(32) 및 상기 제 2 자성체(34)의 유동을 방지하기 위한 유동방지부(62)를 추가적으로 포함할 수 있다.
이하, 각 구성별로 상세히 설명한다.
도 1을 참조하면, 로터(10)는 하우징(60) 내부에서 조향샤프트에 연동하여 회전하도록 마련된다.
상기 로터(10)는 외주면에 상기 메인기어(20)가 결합되어 고정되며, 본 로터(10)의 회전시 본 메인기어(20) 또한 연동되어 회전하도록 마련된다. 이 경우, 상기 로터(10)는 상기 메인기어(20)와 일체로 마련될 수도 있다.
상기 로터(10)는 상기 메인기어(20)와 결합된 상태로 상기 기어안착부(70)에 결합되며, 본 로터(10)와 본 메인기어(20)의 회전시 상기 제 1 회전기어(22)와 상기 제 2 회전기어(24)가 연동되어 회전하도록 마련된다.
상기 로터(10)는 조향샤프트에 직접 또는 간접적으로 고정되어 조향샤프트와 연동되도록 마련될 수 있다. 예를 들어, 핀 결합과 같은 직접결합 방식으로 고정될 수도 있고, 억지 끼움과 같은 간접결합 방식으로 고정될 수도 있다. 또는, 별도의 슬리브(미도시) 또는 부싱(미도시)을 매개로 하여 고정결합될 수도 있다.
메인기어(20)는 상기 로터(10)에 고정되어 본 로터(10)의 회전시 동일한 회전비로 연동되어 회전하도록 마련된다.
상기 메인기어(20)는 상기 제 1 회전기어(22) 및 상기 제 2 회전기어(24)와 결합되어 연동되어 회전하도록 마련된다. 즉, 상기 메인기어(20)는 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 메인기어(20) 축과 상기 제 1 회전기어(22) 축의 연결선 상에서 본 메인기어의 기어치(20-1)가 본 제 1 회전기어의 기어골(22-1)과 결합되는 경우(A), 상기 메인기어(20) 축과 상기 제 2 회전기어(24) 축의 연결선 상에서 본 메 인기어의 기어골(20-2)이 본 제 2 회전기어의 기어치(24-1)와 결합되어(B) 회전하도록 마련된다.
여기서, 상기 메인기어(20)의 역방향 회전으로 인해 상기 메인기어(20)와 상기 제 1 회전기어(22)에서 백래쉬가 발생하는 경우, 상기 메인기어(20)와 상기 제 2 회전기어(24)에서의 기어치와 기어골의 결합은 상기 제 1 회전기어(22)와 상이하므로, 역방향회전이 가능하며, 따라서, 백래쉬의 발생을 감소시킬 수 있다.
즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 메인기어(20)가 반시계방향으로 회전한 후 다시 시계방향으로 회전하게 되면, 상기 메인기어(20)와 상기 제 1 회전기어(22)에서는 본 메인기어의 기어치(20-1)와 본 제 1 회전기어의 기어골(22-1) 사이의 간격(a)에 의해 상기 메인기어(20)의 역방향회전시 순간적으로 동력이 전달되지 않는 백래쉬가 발생한다.
하지만, 이 경우, 상기 제 2 회전기어(24)와 결합된 상기 메인기어의 기어골(20-2)은 상기 제 2 회전기어의 기어치(24-1)에 결합되어 있으며(b), 본 메인기어(20)의 시계방향으로의 역방향 회전시 백래쉬 없이 동력이 전달될 수 있다.
따라서, 상기 제 2 회전기어(24)는 사인파형의 신호를 발생시키며, 이로 인해, 종래의 조향휠 각도 감지장치보다 백래쉬현상을 감소시킬 수 있다.
한편, 상기 메인기어(20) 축과 상기 제 1 회전기어(22) 축의 연결선 상에서 본 메인기어의 기어골(20-2)과 본 제 1 회전기어의 기어치가 결합되는 경우, 상기 메인기어(20) 축과 상기 제 2 회전기어(24) 축의 연결선 상에서 본 메인기어의 기어치(20-1)가 본 제 2 회전기어(24)의 기어골에 결합되어 회전하도록 마련될 수 있 음은 물론이다.
또한, 상기 메인기어(20)는 로터(10)에 다양한 방법으로 고정될 수 있다. 예를 들어, 로터(10)의 일측에 마련된 고정부(80)에 끼워맞춤될 수도 있고, 양면테이프와 같은 접착수단에 의해 고정될 수도 있다. 어느 결합방법에 의하든 메인기어(20)는 로터(10)와 동일한 회전비로 회전되도록 마련된다. 또한, 상기 메인기어(20)는 상기 로터(10)와 일체로 마련될 수도 있다.
여기서, 상기 메인기어(20)는 상기 기어안착부(70)에 안착되어 상기 로터(10)의 회전시 동일한 회전비로 회전하며, 상기 제 1 회전기어(22)와 상기 제 2 회전기어(24)가 연동되어 회전하도록 마련된다.
또한, 상기 메인기어(20)는 상기 제 1 회전기어(22)와 상기 제 2 회전기어(24)에 결합되어 상기 기어안착부(70)에 안착된 상태에서 상기 하우징(60)에 수용되도록 마련된다.
제 1 회전기어(22)는 상기 메인기어(20)와 결합하여 연동되어 회전하며, 본 메인기어(20)의 회전방향의 역방향으로 회전하도록 마련된다.
상기 제 1 회전기어(22)는 도 3 또는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 자성체(32)가 결합될 수 있도록 경사형상으로 마련되는 자성체안착부(90)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 제 1 자성체(32)의 경사형상의 일측이 결합될 수 있도록 상기 제 1 회전기어(22)의 내부 역시 경사로 마련되어 결합된다.
여기서, 상기 제 1 자성체(32)와 상기 제 1 회전기어(22)가 결합되는 경사면의 마찰력에 의해 본 제 1 자성체(32)의 수직방향으로의 미끄럼을 방지할 수 있다.
또한, 자성체를 사다리꼴 형상으로 마련하여 회전기어의 하부에 다른 고정수단 없이도 본 자성체의 미끄럼을 방지함으로써, 본 자성체와 감지부와의 거리를 감소시킬수 있으며, 이로 인해, 감지성능이 향상될 수 있을 뿐만 아니라, 자기력이 낮은 자성체의 사용이 가능해져 생산비용을 감소시킬 수 있다.
상기 제 1 회전기어(22)는 도 3a에 도시된 바와 같이, 내부에 상기 제 1 자성체(32)와 결합되기 위한 4 개의 측면을 포함하며, 이 중 2 개의 측면은 경사가 형성된 상기 자성체안착부(90)로 마련되며, 다른 2 개의 측면은 수직형상으로 마련되어 상기 제 1 자성체(32)와 결합된다.
또한, 상기 제 1 회전기어(22)는 도 3 또는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 자성체(32)를 고정시켜 유동을 방지하기 위한 돌기형상의 고정부(80)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 돌기형상의 고정부(80)가 상기 제 1 자성체(32)의 상부에 결합되어 본 제 1 자성체(32)를 고정시키며 유동을 방지한다. 상기 고정부(80)는 제 1 회전기어(22)의 내면이 수직형상으로 마련된 측면에 2개로 마련될 수 있다.
상기 제 1 회전기어(22)는 상기 제 1 자성체(32)와 결합하며, 본 제 1 회전기어(22)의 회전에 의해 발생하는 제 1 자성체(32)의 극성(N극, S극)의 위상변화를 상기 제 1 감지부(42)에서 감지하도록 마련된다.
여기서, 상기 제 1 회전기어(22)는 상기 제 1 자성체(32)와 일체로, 즉, 본 제 1 회전기어(22)가 자성체로 마련될 수도 있다.
상기 제 1 회전기어(22)는 상기 메인기어(20)와 결합하여 상기 기어안착부(70)에 안착된 상태에서 상기 하우징(60)에 수용되도록 마련될 수 있다.
또한, 상기 제 1 회전기어(22)는 상기 제 2 회전기어(24)와 상이한 직경을 가질 수 있으며, 이 경우, 본 제 1 회전기어(22)에 결합된 상기 제 1 자성체(32)의 회전에 의한 극성(N극, S극)의 위상변화와, 본 제 2 회전기어(24)에 결합된 상기 제 2 자성체(34)의 회전에 의한 극성(N극, S극)의 위상변화의 차이에 의해 상기 PCB 기판(50)에서 상기 조향휠의 회전각도를 연산하도록 마련된다.
즉, 상기 제 1 회전기어(22) 및 상기 제 2 회전기어(24)가 회전하는 경우, 본 제 1 회전기어(22) 및 본 제 2 회전기어(24)에 각각 결합되어 동일한 회전비로 회전하는 상기 제 1 자성체(32) 및 상기 제 2 자성체(34)의 극성(N극, S극)의 위상이 변화하면서 사인파형의 신호를 발생시킨다.
여기서, 상기 제 1 회전기어(22)와 상기 제 2 회전기어(24)의 직경을 달리하는 경우, 상기 제 1 자성체(32)에서 발생하는 사인파형의 신호와 상기 제 2 자성체(34)에서 발생하는 사인파형의 신호는 서로 상이한 주기를 가지며, 상기 제 1 감지부(42) 및 상기 제 2 감지부(44)에서 상기 사인파형의 신호를 각각 감지하여 PCB 기판(50)에서 상기 감지된 결과를 기초로 상기 조향휠의 회전각도를 연산하도록 마련된다.
제 2 회전기어(24)는 상기 메인기어(20)와 결합하여 연동되어 회전하며, 본 메인기어(20)의 회전방향의 역방향으로 회전하도록 마련된다.
상기 제 2 회전기어(24)는 도 3 또는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 자성체(34)가 결합될 수 있도록 경사형상으로 마련되는 자성체안착부(90)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 제 2 자성체(34)의 경사형상의 일측이 결합될 수 있도록 상기 제 2 회전기어(24)의 내부 역시 경사로 마련되어 결합된다.
여기서, 상기 제 2 자성체(34)와 상기 제 2 회전기어(24)가 결합되는 경사면의 마찰력에 의해 본 제 2 자성체(34)의 수직방향으로의 미끄럼을 방지할 수 있다. 또한, 자성체를 사다리꼴 형상으로 마련하여 회전기어의 하부에 다른 고정수단 없이도 본 자성체의 미끄럼을 방지함으로써, 본 자성체와 감지부와의 거리를 감소시킬수 있으며, 이로 인해, 감지성능이 향상될 수 있을 뿐만 아니라, 자기력이 낮은 자성체의 사용이 가능해져 생산비용을 감소시킬 수 있다.
상기 제 2 회전기어(24)는 도 3a에 도시된 바와 같이, 내부에 상기 제 2 자성체(34)와 결합되기 위한 4 개의 측면을 포함하며, 이 중 2 개의 측면은 경사가 형성된 상기 자성체안착부(90)로 마련되며, 다른 2 개의 측면은 수직형상으로 마련되어 상기 제 2 자성체(34)와 결합된다.
또한, 상기 제 2 회전기어(24)는 도 3 또는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 자성체(34)를 고정시켜 유동을 방지하기 위한 돌기형상의 고정부(80)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 돌기형상의 고정부(80)가 상기 제 2 자성체(34)의 상부에 결합되어 본 제 2 자성체(34)를 고정시키며 유동을 방지한다. 상기 고정부(80)는 제 2 회전기어(24)의 내면이 수직형상으로 마련된 측면에 2개로 마련될 수 있다.
상기 제 2 회전기어(24)는 상기 제 2 자성체(34)와 결합하며, 본 제 2 회전기어(24)의 회전에 의해 발생하는 제 2 자성체(34)의 극성(N극, S극)의 위상변화를 상기 제 2 감지부(44)에서 감지하도록 마련된다.
여기서, 상기 제 2 회전기어(24)는 상기 제 2 자성체(34)와 일체로, 즉, 본 제 2 회전기어(24)가 자성체로 마련될 수도 있다.
상기 제 2 회전기어(24)는 상기 메인기어(20)와 결합하여 상기 기어안착부(70)에 안착된 상태에서 상기 하우징(60)에 수용되도록 마련될 수 있다.
또한, 상기 제 2 회전기어(24)는 상기 제 1 회전기어(22)와 상이한 직경을 가질 수 있으며, 이 경우, 상기 제 2 회전기어(24)에 결합된 상기 제 2 자성체(34)의 회전에 의한 극성(N극, S극)의 위상변화와, 상기 제 1 회전기어(22)에 결합된 상기 제 1 자성체(32)의 회전에 의한 극성(N극, S극)의 위상변화의 차이에 의해 상기 PCB 기판(50)에서 상기 조향휠의 회전각도를 연산하도록 마련된다.
즉, 상기 제 1 회전기어(22) 및 상기 제 2 회전기어(24)가 회전하는 경우, 본 제 1 회전기어(22) 및 본 제 2 회전기어(24)에 각각 결합되어 동일한 회전비로 회전하는 상기 제 1 자성체(32) 및 상기 제 2 자성체(34)의 극성(N극, S극)의 위상이 변화하면서 사인파형의 신호를 발생시킨다.
여기서, 상기 제 1 회전기어(22)와 상기 제 2 회전기어(24)의 직경을 달리하는 경우, 상기 제 1 자성체(32)에서 발생하는 사인파형의 신호와 상기 제 2 자성체(34)에서 발생하는 사인파형의 신호는 서로 상이한 주기를 가지며, 상기 제 1 감지부(42) 및 상기 제 2 감지부(44)에서 상기 사인파형의 신호를 각각 감지하여 PCB 기판(50)에서 상기 감지된 결과를 기초로 상기 조향휠의 회전각도를 연산하도록 마련된다.
제 1 자성체(32)는 상기 제 1 회전기어(22)에 결합하여 동일한 회전비로 회전하며, 본 회전에 의해 극성(N극, S극)의 위상변화가 발생하여 상기 제 1 감지 부(42)에서 자기변화를 감지하도록 마련된다.
즉, 상기 제 1 자성체(32)의 회전에 의한 자성체의 극성(N극, S극)의 위상변화를 상기 제 1 감지부(42)에서 감지하도록 마련된다.
또한, 상기 제 1 자성체(32)는 상기 제 1 회전기어(22)에 결합되며, 상기 기어안착부(70)에 안착되어 상기 하우징(60)에 수용되도록 마련된다.
한편, 상기 제 1 자성체(32)는 도 2에 도시된 바와 같이, 일측의 단면은 사다리꼴 형상(A-A단면)으로 마련되며, 타측의 단면은 사각형 형상(B-B단면)으로 마련된 육면체로 형성된다. 여기서, 상기 제 1 자성체(32)의 육면 중 일면은 지면에 대해 수직한 평면(X)으로 형성되고, 타면은 지면에 대해 경사진 평면(Y)으로 형성된다.
여기서, 상기 제 1 자성체(32)의 경사진 평면(Y)은 도 3 또는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 회전부 내면에 형성된 상기 자성체안착부(90)에 결합되어 미끄럼이 방지되며, 또한, 본 제 1 자성체(32)의 수직한 평면(X)은 상기 제 1 회전부의 내면 중 일측에 결합되며, 상기 고정부(80)에 결합되어 유동이 방지될 수 있도록 마련된다.
또한, 상기 제 1 자성체(32)는 상기 제 1 회전기어(22)의 다양한 부분에 결합될 수 있으며, 바람직하게는, 상기 PCB 기판(50)에 마련된 상기 제 1 감지부(42)에서의 감지가 용이하도록 본 제 1 회전기어(22)의 하부에 결합될 수 있다.
한편, 상기 제 1 자성체(32)는 상기 제 1 회전기어(22)와 일체로 마련될 수도 있다.
제 2 자성체(34)는 상기 제 2 회전기어(24)에 결합하여 동일한 회전비로 회전하며, 본 회전에 의해 극성(N극, S극)의 위상변화가 발생하여 상기 제 2 감지부(44)에서 자기변화를 감지하도록 마련된다.
즉, 상기 제 2 자성체(34)의 회전에 의한 자성체의 극성(N극, S극)의 위상변화를 상기 제 2 감지부(44)에서 감지하도록 마련된다.
또한, 상기 제 2 자성체(34)는 상기 제 2 회전기어(24)에 결합되며, 상기 기어안착부(70)에 안착되어 상기 하우징(60)에 수용되도록 마련된다.
한편, 상기 제 2 자성체(34)는 도 2에 도시된 바와 같이, 일측의 단면은 사다리꼴 형상(A-A단면)으로 마련되며, 타측의 단면은 사각형 형상(B-B단면)으로 마련된 육면체로 형성된다. 여기서, 상기 제 2 자성체(34)의 육면 중 일면은 지면에 대해 수직한 평면(X)으로 형성되고, 타면은 지면에 대해 경사진 평면(Y)으로 형성된다.
여기서, 상기 제 2 자성체(34)의 경사진 평면(Y)은 도 3 또는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 회전부 내면에 형성된 상기 자성체안착부(90)에 결합되어 미끄럼이 방지되며, 또한, 본 제 2 자성체(34)의 수직한 평면(X)은 상기 제 2 회전부의 내면 중 일측에 결합되며, 상기 고정부(80)에 결합되어 유동이 방지될 수 있도록 마련된다.
또한, 상기 제 2 자성체(34)는 상기 제 2 회전기어(24)의 다양한 부분에 결합될 수 있으며, 바람직하게는, 상기 PCB 기판(50)에 마련된 상기 제 2 감지부(44)에서의 감지가 용이하도록 본 제 2 회전기어(24)의 하부에 결합될 수 있다.
한편, 상기 제 2 자성체(34)는 상기 제 2 회전기어(24)와 일체로 마련될 수도 있다.
제 1 감지부(42)는 상기 PCB 기판(50)상에 마련되어 상기 제 1 회전기어(22)의 회전시 본 제 1 회전기어(22)와 결합되어 동일한 회전수로 회전하는 상기 제 1 자성체(32)의 회전에 의한 극성(N극, S극)의 위상변화를 감지하도록 마련된다.
여기서, 상기 PCB 기판(50)은 상기 제 1 감지부(42)에서 감지된 감지결과를 기초로 상기 조향휠의 총 회전각도를 연산하도록 마련된다.
상기 제 1 감지부(42)는 다양한 종류로 마련될 수 있으며, 예를 들어, AMR(Anisotropic Magnetic Resistor)센서 또는 GMR(Giant Magnetic Resistor)센서로 마련될 수 있다.
상기 제 1 감지부(42)가 AMR(Anisotropic Magnetic Resistor)센서로 마련되는 경우에는 0.1˚ 이상의 각도 감지가 가능하고, GMR 센서로 마련되는 경우에는 더욱 정밀한 각도 감지가 가능하다.
한편, 상기 제 1 감지부(42)는 감지능력이 저하되지 않도록 제 1 자성체(32)로부터 0 밀리미터(mm)를 초과하여 20 밀리미터(mm) 이하로 이격되게 설치되는 것이 바람직하다.
제 2 감지부(44)는 상기 PCB 기판(50)상에 마련되어 상기 제 2 회전기어(24)의 회전시 본 제 2 회전기어(24)와 결합되어 동일한 회전수로 회전하는 상기 제 2 자성체(34)의 회전에 의한 극성(N극, S극)의 위상변화를 감지하도록 마련된다.
여기서, 상기 PCB 기판(50)은 상기 제 2 감지부(44)에서 감지된 감지결과를 기초로 상기 조향휠의 총 회전각도를 연산하도록 마련된다.
상기 제 2 감지부(44)는 다양한 종류로 마련될 수 있으며, 예를 들어, AMR(Anisotropic Magnetic Resistor)센서 또는 GMR(Giant Magnetic Resistor)센서로 마련될 수 있다.
상기 제 2 감지부(44)가 AMR(Anisotropic Magnetic Resistor)센서로 마련되는 경우에는 0.1˚ 이상의 각도 감지가 가능하고, GMR 센서로 마련되는 경우에는 더욱 정밀한 각도 감지가 가능하다.
한편, 상기 제 2 감지부(44)는 감지능력이 저하되지 않도록 제 2 자성체(34)로부터 0 밀리미터(mm)를 초과하여 20 밀리미터(mm) 이하로 이격되게 설치되는 것이 바람직하다.
PCB 기판(50)은 차량용 조향휠 각도 감지장치에 연결되는 각종 단자와 핀이 마련되며, 상기 제 1 감지부(42) 및 제 2 감지부(44)를 포함하도록 마련된다.
여기서, 상기 PCB 기판(50)은 상기 하우징(60) 내에 수용되며, 자성체의 회전에 의한 극성(N극, S극)의 위상변화를 감지하도록 마련된다.
또한, 상기 PCB 기판(50)은 상기 제 1 감지부(42)와 상기 제 2 감지부(44)에서 감지된 제 1 자성체(32) 및 제 2 자성체(34)의 회전에 의한 극성(N극, S극)의 위상변화를 기초로 조향휠의 총 회전각도를 연산하도록 마련될 수 있다.
하우징(60)은 상기 차량용 조향휠 각도 감지장치와 상기 PCB 기판(50)을 수용하도록 마련된다.
상기 하우징(60)은 도 1에 도시된 바와 같이, 상부하우징(60a)과 하부하우 징(60b)의 결합에 의해 구성되도록 분리형으로 마련될 수 있으며, 또한, 일체형으로 마련되어 상기 차량용 조향휠 각도 감지장치와 상기 PCB 기판(50)을 수용할 수도 있다.
또한, 상기 상부하우징(60a)은 도 4 또는 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 자성체(32) 및 상기 제 2 자성체(34)의 유동을 방지하기 위한 유동방지부(62)를 포함할 수 있다.
한편, 상기 하우징(60)은 다양한 형상으로 마련될 수 있으며, 중심에 조향샤프트가 관통되어 회전할 수 있도록 개구가 형성될 수 있다. 여기서, 상기 하우징(60)은 상기 PCB 기판(50)을 연결하는 배선이 통과할 수 있는 홈을 추가적으로 포함할 수 있다.
자성체안착부(90)는 상기 수직단면이 사다리꼴 형상인 제 1 자성체(32) 및 제 2 자성체(34)의 미끄럼을 방지할 수 있도록 상기 제 1 회전기어(22) 및 제 2 회전기어(24)의 내면에 마련된다.
상기 자성체안착부(90)는 도 3 또는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 회전기어(22) 및 제 2 회전기어(24)의 내면에 경사진 형상으로 마련되며, 상기 제 1 자성체(32) 및 상기 제 2 자성체(34)의 경사진 평면(Y)이 안착되도록 마련된다.
고정부(80)는 상기 제 1 자성체(32) 및 상기 제 2 자성체(34)가 상기 제 1 회전기어(22) 및 상기 제 2 회전기어(24)와 결합되어 고정될 수 있도록 본 제 1 회전기어(22) 및 본 제 2 회전기어(24)에 돌기형상으로 마련된다.
여기서, 상기 고정부(80)는 도 3 또는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 자성체(32) 또는 상기 제 2 자성체(34)의 수직한 평면(X)과 결합되는 상기 제 1 회전기어(22) 또는 상기 제 2 회전기어(24)에 마련될 수 있으며, 상기 제 1 자성체(32) 또는 상기 제 2 자성체(34)와 결합되어 본 제 1 자성체(32) 또는 본 제 2 자성체(34)의 유동을 방지하도록 마련된다.
기어안착부(70)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 메인기어(20)와, 상기 제 1 회전기어(22)와, 상기 제 2 회전기어(24)를 안착시키도록 마련된다. 즉, 상기 기어안착부(70)에 복수의 개구가 형성되어 본 복수의 개구를 통해 상기 메인기어(20)와, 상기 제 1 회전기어(22)와, 상기 제 2 회전기어(24)가 각각 안착된다. 이 경우, 상기 메인기어(20)와 결합된 상기 로터(10)는 상기 기어안착부(70)에 결합된다.
여기서, 상기 제 1 회전기어(22)와 상기 제 2 회전기어(24)는 서로 직경이 상이하게 마련될 수 있으며, 상기 제 1 회전기어(22)와 상기 제 2 회전기어(24)가 안착되는 상기 복수의 개구 또한 상이한 직경으로 마련된다.
또한, 상기 기어안착부(70)는 상기 제 1 회전기어(22)와 상기 제 2 회전기어(24)가 상기 메인기어(20)에 연동되어 회전가능하도록 마련된다.
상기 기어안착부(70)는 상기 메인기어(20)와, 상기 제 1 회전기어(22)와, 상기 제 2 회전기어(24)를 안착된 상태에서 상기 하우징(60)에 수용되도록 마련되며, 본 메인기어(20)와, 본 제 1 회전기어(22)와, 본 제 2 회전기어(24)를 고정시켜 유동을 방지한다.
유동방지부(62)는 상기 상부하우징(60a)에 마련되며, 상기 제 1 자성체(32) 및 상기 제 2 자성체(34)의 유동을 방지하도록 마련된다.
여기서, 상기 유동방지부(62)는 도 4 또는 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 상부하우징(60a)의 저면에 마련되어 상기 제 1 자성체(32) 및 상기 제 2 자성체(34)의 상면에 결합되며, 본 제 1 자성체(32) 및 본 제 2 자성체(34)의 상하방향의 유동을 방지하도록 마련될 수 있다.
실시예
먼저, 차량의 조향휠을 한쪽 방향으로 회전하는 경우, 상기 제 1 회전기어(22)와 상기 제 2 회전기어(24)는 상기 로터(10)에 결합되어 동일한 회전비로 회전하는 메인기어(20)에 연결되어 연동되며, 본 메인기어(20)의 역방향으로 회전한다.
다음, 상기 제 1 회전기어(22) 및 상기 제 2 회전기어(24)에 각각 결합되어 있는 상기 제 1 자성체(32) 및 상기 제 2 자성체(34)도 본 제 1 회전기어(22) 및 본 제 2 회전기어(24)와 동일한 회전비로 회전하며, 회전에 의한 극성(N극, S극)의 위상변화가 생겨 사인파형의 신호를 출력한다.
이 경우, 상기 제 1 회전기어(22)는 상기 제 2 회전기어(24)와 상이한 직경을 가질 수 있으며, 이 경우, 본 제 1 회전기어(22)에 결합된 상기 제 1 자성체(32)의 회전에 의한 극성(N극, S극)의 위상변화와, 본 제 2 회전기어(24)에 결합된 상기 제 2 자성체(34)의 회전에 의한 극성(N극, S극)의 위상변화의 차이, 즉, 주기의 차이가 발생한다.
다음, 상기 제 1 자성체(32)에서 발생하는 사인파형의 신호와 상기 제 2 자성체(34)에서 발생하는 사인파형의 신호는 서로 상이한 주기를 가지며, 상기 제 1 감지부(42) 및 상기 제 2 감지부(44)에서 상기 사인파형의 신호를 각각 감지한다.
다음, 상기 PCB 기판(50)에서는 상기 감지된 결과를 기초로 상기 조향휠의 회전각도를 연산한다.
다음, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 차량의 조향휠을 역방향으로 회전하는 경우, 상기 메인기어(20)와 상기 제 1 회전기어(22)에서는 본 메인기어의 기어치(20-1)와 본 제 1 회전기어의 기어골(22-1) 사이의 간격(a)에 의해 상기 메인기어(20)의 역방향회전시 순간적으로 동력이 전달되지 않는 백래쉬가 발생한다. 하지만, 이 경우, 상기 제 2 회전기어(24)와 결합된 상기 메인기어의 기어골(20-2)은 상기 제 2 회전기어의 기어치(24-1)에 결합되어 있으며(b), 본 메인기어(20)의 시계방향으로의 역방향 회전시 백래쉬 없이 동력이 전달될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 차량용 조향휠 각도 감지장치는, 자성체의 수직단면을 사다리꼴 형상으로 마련하여 접착제의 사용 없이도 본 자성체의 수직방향으로의 유동을 방지할 수 있다.
또한, 메인기어의 기어치와 제 1 회전기어의 기어골이 결합하는 경우, 제 2 회전기어의 기어치가 본 메인기어의 기어골에 결합되어 회전함으로써, 기어의 백래쉬현상을 감소시킬 수 있다.
또한, 가공공정에서 상기 자성체를 회전기어에 접착하는 공정이 생략되므로 가공공정이 감소되며, 이로 인해, 상기 차량용 조향휠 각도 감지장치의 전체 가공시간 및 생산비용 역시 감소될 수 있다.
또한, 메인기어와 회전기어간의 백래쉬현상을 감소시켜서 기어회전시 발생하는 소음이 감소될 수 있고, 백래쉬로부터 발생할 수 있는 기어 파손을 방지할 수 있으며, 또한, 기어들간의 동력전달이 원활해질 수 있다.
또한, 자성체를 사다리꼴 형상으로 마련하여 회전기어의 하부에 다른 고정수단 없이도 본 자성체의 미끄럼을 방지함으로써, 본 자성체와 감지부와의 거리를 감소시킬수 있으며, 이로 인해, 감지성능이 향상될 수 있을 뿐만 아니라, 자기력이 낮은 자성체의 사용이 가능해져 생산비용을 감소시킬 수 있다.

Claims (15)

  1. 차륜에 조작력을 전달하는 조향샤프트에 연동하여 회전하는 로터와;
    상기 로터에 고정되어 일체로 회전하는 메인기어와;
    상기 메인기어에 연동되어 회전하는 제 1 회전기어 및 제 2 회전기어와;
    육면체 형상으로 마련되되, 상면이 반대편인 저면보다 면적이 넓은 형상이며, 상기 제 1 회전기어 및 제 2 회전기어에 각각 고정되어 본 제 1 회전기어 및 제 2 회전기어와 동일한 회전비로 회전하는 제 1 자성체 및 제 2 자성체와;
    상기 제 1 자성체 및 제 2 자성체의 회전에 의한 극성(N극, S극)의 위상변화를 각각 감지하는 제 1 감지부 및 제 2 감지부와;
    각종 단자와 핀이 마련되며, 상기 제 1 감지부 및 제 2 감지부를 포함하는 PCB 기판과;
    하우징;을 포함하는 차량용 조향휠 각도 감지장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 자성체 및 제 2 자성체는 수직단면이 사다리꼴 형상인 것을 특징으로 하는 차량용 조향휠 각도 감지장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    제 1 자성체 및 제 2 자성체는 두 개의 수직단면 중 하나는 사다리꼴 형상이며, 다른 하나는 사각형 형상인 것을 특징으로 하는 차량용 조향휠 각도 감지장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 회전기어 및 제 2 회전기어는 미끄럼을 방지할 수 있도록 상기 수직단면이 사다리꼴 형상인 제 1 자성체 및 제 2 자성체가 안착되는 자성체안착부를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 조향휠 각도 감지장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 회전기어 및 제 2 회전기어는 상기 제 1 자성체 및 제 2 자성체가 결합되어 고정될 수 있도록 돌기형상의 고정부를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 조향휠 각도 감지장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 차량용 조향휠 각도 감지장치는 상기 메인기어와, 상기 제 1 회전기어와, 상기 제 2 회전기어를 안착시키기 위한 기어안착부를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 조향휠 각도 감지장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 하우징은 상부하우징과 하부하우징으로 마련되는 것을 특징으로 하는 차량용 조향휠 각도 감지장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 상부하우징은 상기 제 1 자성체 및 상기 제 2 자성체의 유동을 방지하기 위한 유동방지부를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 조향휠 각도 감지장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 메인기어 축과 상기 제 1 회전기어 축의 연결선 상에서 본 메인기어의 기어치가 본 제 1 회전기어의 기어골과 결합되는 경우, 상기 메인기어 축과 상기 제 2 회전기어 축의 연결선 상에서 본 메인기어의 기어골이 본 제 2 회전기어의 기어치와 결합되는 것을 특징으로 하는 차량용 조향휠 각도 감지장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 PCB 기판은 상기 제 1 감지부와 상기 제 2 감지부에서 감지된 제 1 자성체 및 제 2 자성체의 회전에 의한 극성(N극, S극)의 위상변화에 기초하여 상기 조향휠의 총 회전각도를 연산하는 것을 특징으로 하는 차량용 조향휠 각도 감지장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 감지부 및 제 2 감지부는 AMR(Anisotropic Magnetic Resistor)센 서로 마련되는 것을 특징으로 하는 차량용 조향휠 각도 감지장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 감지부 및 제 2 감지부는 GMR(Giant Magnetic Resistor)센서로 마련되는 것을 특징으로 하는 차량용 조향휠 각도 감지장치.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 감지부 및 제 2 감지부는 상기 제 1 자성체 및 제 2 자성체로부터 0 밀리미터(mm)를 초과하여 20 밀리미터(mm) 이하로 이격되게 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 조향휠 각도 감지장치.
  14. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 회전기어 및 제 2 회전기어는 상호 상이한 반경을 가지며, 상기 메인기어와 연동되어 회전시 서로 주기가 다른 사인파형의 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 차량용 조향휠 각도 감지장치.
  15. 삭제
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