KR100976701B1 - Non-contacting type torque sensor for steering system - Google Patents

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KR100976701B1
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KR1020090118236A
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장학수
홍은철
박건호
장문규
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대성전기공업 주식회사
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Abstract

PURPOSE: A contactless torque sensor for a steering system is provided to precisely sense a difference of rotation angle between both shafts and to enable a driver to conveniently and stably steer a vehicle. CONSTITUTION: A contactless torque sensor for a steering system comprises a rotor part, a stator part(120), and a collector part(130). The rotor part has a rotor body(126) and magnets. The rotor body is rotated with an input shaft and has a cylindrical shape. The magnets are arranged along the outer surface of the rotor body. The stator part has a stator body and magnetism detecting teeth(128). The stator body is rotated with an output shaft. The magnetism detecting teeth are separated from the stator body. The collector part has a magnetism collecting part(132) and a sensor inserting part(134).

Description

조향장치용 비접촉식 토크센서{NON-CONTACTING TYPE TORQUE SENSOR FOR STEERING SYSTEM}Non-contact torque sensor for steering system {NON-CONTACTING TYPE TORQUE SENSOR FOR STEERING SYSTEM}

본 발명은 조향장치용 비접촉식 토크센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 조향핸들의 조작에 의해 입력축이 회전될 때, 바퀴와 연결된 출력축이 상기 입력축과 동일하게 회전될 수 있도록 하여 조향력을 향상시키기 위한 조향장치용 비접촉식 토크센서에 관한 것이다.The present invention relates to a non-contact torque sensor for a steering apparatus, and more particularly, when the input shaft is rotated by the steering wheel, the output shaft connected to the wheel can be rotated in the same manner as the input shaft to improve steering force. A non-contact torque sensor for an apparatus.

일반적으로 차량의 주행 또는 정지시에 조향핸들을 회전시킴에 따라 노면과 접촉하고 있는 바퀴도 회전하게 된다. 즉, 상기 조향핸들을 좌측 방향 또는 우측 방향으로 회전시키게 되면 이와 동일한 방향으로 바퀴가 회전하게 된다. 그런데, 상기 바퀴는 노면과 접촉된 상태이기 때문에 상기 바퀴와 상기 노면 사이의 마찰력에 의해서 상기 조향핸들과 상기 바퀴의 회전각은 서로 상이하게 되어 운전자는 상기 조향핸들을 조작함에 있어 큰 힘을 필요로 하게 된다.In general, as the steering wheel is rotated when the vehicle is driven or stopped, the wheels in contact with the road surface are also rotated. That is, when the steering wheel is rotated in the left direction or the right direction, the wheel rotates in the same direction. However, since the wheel is in contact with the road surface, the rotation angles of the steering wheel and the wheel are different from each other due to the friction force between the wheel and the road surface, so that the driver needs a large force to operate the steering wheel. Done.

따라서, 상기 조향핸들과 상기 바퀴의 회전각 편차를 측정하고, 이를 보상하기 위해 토크센서(Torque sensor)가 구비된다. 즉, 상기 토크센서는 상기 조향핸들과 상기 바퀴의 회전각 편차를 측정하고, 이 측정된 편차만큼 별개의 동력수단을 이용하여 상기 바퀴를 회전시킴으로써 차량을 진행하고자 하는 방향으로 안전하고 정확하게 조향할 수 있도록 조향 편의성을 높이기 위한 장치이다.Accordingly, a torque sensor is provided to measure a rotation angle deviation between the steering wheel and the wheel and compensate for the deviation. That is, the torque sensor may measure the angle of rotation of the steering wheel and the wheel, and may safely and accurately steer the vehicle in the desired direction by rotating the wheel by using a separate power means by the measured deviation. It is a device for enhancing steering convenience.

상기 토크센서는 접촉방식과 비접촉식방식으로 크게 구분되는데, 접촉방식은 소음과 내구성의 저하문제로 인해 최근에는 비접촉식방식의 토크센서를 채택하고 있다. 또한, 비접촉식방식의 토크센서는 크게 자기저항 검출방식, 자기변형 검출방식, 정전용량 검출방식, 그리고 광학식 검출방식으로 구분된다.The torque sensor is largely classified into a contact method and a non-contact method, and the contact method has recently adopted a non-contact torque sensor due to noise and deterioration of durability. In addition, the non-contact torque sensor is largely divided into a magnetoresistance detection method, a magnetostriction detection method, a capacitance detection method, and an optical detection method.

그런데, 운전자가 안정감 있고 편리하게 스티어링을 하기 위해서는 조향장치용 비접촉식 토크센서의 센싱 감도가 향상되어야 한다.However, in order for the driver to feel stable and convenient steering, the sensing sensitivity of the non-contact torque sensor for steering apparatus should be improved.

상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 센싱 감도를 향상시킬 수 있는 조향장치용 비접촉식 토크센서를 제공하는 데 있다.An object of the present invention for solving the above problems is to provide a non-contact torque sensor for a steering apparatus that can improve the sensing sensitivity.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 조향장치용 비접촉식 토크센서는 입력축과 출력축 사이에 개재하여 상기 입력축과 상기 출력축 간의 회전각 차이를 감지하는 조향장치용 비접촉식 토크센서에 있어서, 상기 입력축과 일체로 회전하는 원통상의 로터본체와, 상기 로터본체의 외주면을 따라 교호적으로 N극과 S극을 갖도록 배치되는 복수의 마그네트를 구비하는 로터부; 상기 출력축과 일체로 회전하며 상기 로터부를 내포하는 링상의 스테이터본체와, 상기 스테이터본체로부터 소정의 티스 간격만큼 서로 이격되도록 연장되어 상기 마그네트의 자기를 검출하는 복수의 자기검출티스를 구비하는 스테이터부; 및 상기 스테이터본체로부터 소정의 스테이터 간극 만큼 이격되어 상기 자력검출티스가 검출한 자기를 수집하는 집자부와, 상기 집자부로부터 연장되어 사이에 자기 변화를 감지하는 자기센서가 개재하도록 소정의 콜렉터 간극 만큼 이격되는 센서개재부를 각각 구비하는 한 쌍의 콜렉터부를 포함하며, 상기 티스 간격, 상기 스테이터 간극 및 상기 콜렉터 간극은 다음의 수식을 만족한다: T > S, T > C; 여기서 T는 상기 티스 간격, S는 상기 스테이터 간극, C는 상기 콜렉터 간극이다.In the non-contact torque sensor for steering apparatus of the present invention for achieving the above object, in the non-contact torque sensor for steering apparatus for detecting a difference in rotation angle between the input shaft and the output shaft interposed between the input shaft and the output shaft, A rotor unit having a cylindrical rotor body which rotates integrally and a plurality of magnets arranged alternately along the outer circumferential surface of the rotor body to have an N pole and an S pole; A stator part integrally rotating with the output shaft and having a ring-shaped stator body spaced apart from each other by a predetermined tooth interval from the stator body and having a plurality of magnetic detection teeth detecting magnetism of the magnet; And a collector part spaced apart from the stator body by a predetermined stator gap and collecting a magnet detected by the magnetic force detection teeth, and a magnetic collector extending from the house part to detect a magnetic change therebetween. And a pair of collector portions each having a spaced sensor inclusion portion, wherein the tooth gap, the stator gap, and the collector gap satisfy the following formula: T> S, T> C; Where T is the tooth gap, S is the stator gap, and C is the collector gap.

상기 자력검출티스는 상기 마그네트와 대향하는 자력검출대향면을 구비하며, 상기 자력검출대향면은 상기 로터부가 상기 스테이터부에 대하여 상대적으로 회전함에 따라 상기 마그네트와 상기 자력검출대향면의 겹침 면적의 변화량인 자석면적변화량은 다음의 수식을 만족할 수 있다: A = 2 sin(θ/2) × R × H, 여기서 A는 자석면적변화량, R은 자기검출티스의 외경, H는 자기검출티스의 높이이다.The magnetic force detecting tooth has a magnetic force detection opposing face facing the magnet, and the magnetic force detection opposing face is a change amount of the overlapping area between the magnet and the magnetic force detection opposing face as the rotor part rotates relative to the stator part. The amount of change in magnet area can satisfy the following equation: A = 2 sin (θ / 2) × R × H, where A is the magnet area change, R is the outer diameter of the magnetic detection tooth, and H is the height of the magnetic detection tooth. .

상기 스테이터부와 상기 콜렉터부 중 적어도 하나는 니켈(Ni)과 철(Fe)의 합금을 열처리하여 형성할 수 있다.At least one of the stator part and the collector part may be formed by heat-treating an alloy of nickel (Ni) and iron (Fe).

상기 스테이터부와 상기 콜렉터부 중 적어도 하나는 니켈 함유량이 46% ~ 50%, 바람직하게는 48%일 수 있다.At least one of the stator portion and the collector portion may have a nickel content of 46% to 50%, preferably 48%.

상기 스테이터부와 상기 콜렉터부는 단위 면적당 단일 그레이드의 크기가 70 ~ 320 마이크로미터가 되도록 열처리할 수 있다.The stator unit and the collector unit may be heat-treated so that the size of a single grade per unit area is 70 to 320 micrometers.

이상과 같은 특징을 갖는 본 발명의 조향장치용 비접촉식 토크센서는, 상기 입력축이 상기 출력축에 대해 상대적으로 회전하여 양 축간의 회전각 차이가 발생할 때 자기 변화의 센싱 감도를 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 조향장치용 비접촉식 토크센서는 양 축간의 회전각 차이를 신뢰성 있고 정밀하게 감지할 수 있으며, 운전자는 안정감 있고 편리하게 스티어링할 수 있게 된다.The non-contact torque sensor for a steering apparatus of the present invention having the above characteristics can improve the sensing sensitivity of the magnetic change when the input shaft rotates relative to the output shaft and a difference in rotation angles between the two shafts occurs. Accordingly, the non-contact torque sensor for the steering apparatus of the present invention can detect the rotation angle difference between the two axes reliably and precisely, and the driver can stably and conveniently steer.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 조향장치용 비접촉식 토크센서(100)의 구성 및 작용을 설명하도록 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings to explain the configuration and operation of the non-contact torque sensor 100 for the steering apparatus of the present invention.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 조향장치용 비접촉식 토크센서(100)는 로터부(110), 스테이터부(120), 콜렉터부(130), 자기센서부(140), 어퍼하우징(150) 및 로우어하우징(160)을 포함한다. 로터부(110)는 차량의 핸들에 연결된 입력축(미도시)과 연결되고, 스테이터부(120)는 차량의 바퀴에 연결된 출력축(미도시)과 연결된다. 입력축(미도시)과 출력축(미도시)은 토션바(미도시)에 의해 연결된다.As shown in FIGS. 1 to 3, the non-contact torque sensor 100 for the steering apparatus according to the embodiment of the present invention includes a rotor unit 110, a stator unit 120, a collector unit 130, and a magnetic sensor unit ( 140, the upper housing 150, and the lower housing 160. The rotor unit 110 is connected to an input shaft (not shown) connected to the steering wheel of the vehicle, and the stator unit 120 is connected to an output shaft (not shown) connected to the wheel of the vehicle. The input shaft (not shown) and the output shaft (not shown) are connected by a torsion bar (not shown).

로터부(110)는 입력축(미도시)과 일체로 회전하는 원통상의 로터본체(112)와, 로터본체(112)의 외주면을 따라 교호적으로 N극과 S극을 갖도록 배치되는 복수의 마그네트(114)를 구비한다.The rotor unit 110 includes a plurality of magnets arranged to have an N pole and an S pole alternately along the outer circumferential surface of the rotor body 112 and the cylindrical rotor body 112 which rotates integrally with the input shaft (not shown). 114 is provided.

로터본체(112)는 입력축(미도시)과 일체로 회전하도록 입력축(미도시)과 결합된다. 로터본체(112)는 입력축(미도시)와 핀 결합 또는 홈과 돌기에 의한 결합 등 다양한 결합 방법에 의해 결합될 수 있다. 로터본체(112)는 외주면에 마그네트(112)가 안착되는 마그네트 안착부(112a)를 구비하며, 마그네트(114)는 마그네트 안착부(112a)에 배치된다.The rotor body 112 is coupled to the input shaft (not shown) to rotate integrally with the input shaft (not shown). The rotor body 112 may be coupled by various coupling methods such as pin coupling with an input shaft (not shown) or coupling with grooves and protrusions. The rotor body 112 has a magnet seating portion 112a on which the magnet 112 is seated on an outer circumferential surface, and the magnet 114 is disposed at the magnet seating portion 112a.

마그네트(114)는 복수개의 N극자석(114a)과 S극자석(114b)을 포함한다. N극자석(114a)과 S극자석(114b)은 서로 엇갈리게 배치되며, 두 자석을 합한 개수는 반드시 짝수로 이루어진다. 즉, N극자석(114a)이 8개일 경우에는 S극자석(114b)도 8개이고, N극자석(114a)이 9개일 경우 S극자석(114b)도 9개이다. 또한, N극자석(114a)과 S극자석(114b)이 각각 분리된 상태에서 마그네트 안착부(112a)에 부착되어 결합될 수 있으나, 극성이 없는 상태의 강자성체를 마그네트 안착부(112a)에 부착시킨 후, 착자할 때 N극의 자력과 S극의 극성을 갖도록 영역을 구분하여 N극자 석(114a)과 S극자석(114b)을 구성시킬 수도 있다.The magnet 114 includes a plurality of N-pole magnets 114a and S-pole magnets 114b. The N pole magnets 114a and the S pole magnets 114b are staggered from each other, and the sum of the two magnets is necessarily made even. That is, when there are eight N pole magnets 114a, there are eight S pole magnets 114b, and when there are nine N pole magnets 114a, there are nine S pole magnets 114b. In addition, the N pole magnet 114a and the S pole magnet 114b may be attached to the magnet seating portion 112a while being separated from each other, but the ferromagnetic material having no polarity may be attached to the magnet seating portion 112a. After the magnetization, the N-pole magnet 114a and the S-pole magnet 114b may be configured by dividing the regions so as to have the magnetic force of the N pole and the polarity of the S pole when magnetizing.

스테이터부(120)는 출력축(미도시)과 일체로 회전하며 로터부(110)를 내포하는 링상의 스테이터본체(122)와, 스테이터본체(122)로부터 소정의 티스 간격(T)만큼 서로 이격되도록 연장되어 마그네트(114)의 자기를 검출하는 복수의 자기검출티스(128)를 구비한다.The stator unit 120 rotates integrally with the output shaft (not shown) and is spaced apart from each other by a predetermined tooth spacing T from the stator body 122 and the ring-shaped stator body 122 containing the rotor unit 110. It is provided with a plurality of magnetic detection teeth 128 extending to detect the magnet of the magnet (114).

스테이터본체(122)는 출력축(미도시)과 일체로 회전하도록 출력축(미도시)와 결합된다. 스테이터본체(122)는 출력축(미도시)와 핀 결합 또는 홈과 돌기에 의한 결합 등 다양한 결합 방법에 의해 결합될 수 있다. The stator body 122 is coupled to the output shaft (not shown) to rotate integrally with the output shaft (not shown). The stator body 122 may be coupled by various coupling methods such as pin coupling with the output shaft (not shown) or coupling with grooves and protrusions.

스테이터본체(122)는 중공의 링상으로 형성되어 로터부(110)가 스테이터본체(122) 내에서 자유로이 회전 가능하도록 로터부(110)를 내포한다. 스테이터본체(122)는 어퍼본체(124)와 로우어본체(126)를 구비하며, 어퍼본체(124)는 제1어퍼부재(124a)와 제2어퍼부재(124b)를 구비하며, 로우어본체(126)는 제1로우어부재(126a)와 제2로우어부재(126b)를 구비한다. 제1어퍼부재(124a), 제2어퍼부재(124b), 제1로우어부재(126a) 및 제2로우어부재(126b)는 각각 링 상으로 형성되고 동일한 재질로 형성될 수 있다. 제1어퍼부재(124a), 제2어퍼부재(124b), 제1로우어부재(126a) 및 제2로우어부재(126b)는 서로 서로간에 일정한 간극을 유지하도록 스페이서(미도시)에 의해 이격된다.The stator body 122 is formed in a hollow ring shape to include the rotor part 110 so that the rotor part 110 can be freely rotated in the stator body 122. The stator body 122 includes an upper body 124 and a lower body 126, and the upper body 124 includes a first upper member 124a and a second upper member 124b. 126 includes a first lower member 126a and a second lower member 126b. The first upper member 124a, the second upper member 124b, the first lower member 126a and the second lower member 126b may each be formed in a ring shape and made of the same material. The first upper member 124a, the second upper member 124b, the first lower member 126a, and the second lower member 126b are spaced apart by spacers (not shown) to maintain a constant gap therebetween. do.

자기검출티스(128)는 스테이터본체(122)로부터 연장되고 축방향으로 절곡되어 마그네트(114)와 마주보는 대향면인 자기검출대향면(128a)을 구비한다. 자기검출티스(128)는 스테이터본체(122)의 원주를 따라 일정한 간격으로 배치되어 있다. 자기검출티스(128)는 제1어퍼본체(124a)로부터 90도 간격으로 4개가 구비되고, 제2어퍼본체(124b)로부터 90도 간격으로 4개가 구비되고, 제1로우어본체(126a)로부터 90도 간격으로 4개가 구비되고, 제2로우어본체(126b)로부터 90도 간격으로 4개가 구비되며, 총 16개가 서로서로 사이에 배치되도록 구성되어 있다.The self-detecting tooth 128 includes a self-detecting opposing surface 128a which is an opposing surface extending from the stator body 122 and axially bent to face the magnet 114. The magnetic detection teeth 128 are arranged at regular intervals along the circumference of the stator body 122. Four self-detection teeth 128 are provided at intervals of 90 degrees from the first upper body 124a, and four are provided at intervals of 90 degrees from the second upper body 124b, and are provided from the first lower body 126a. Four are provided at intervals of 90 degrees, and four are provided at intervals of 90 degrees from the second lower body 126b, and a total of 16 are arranged between each other.

자기검출티스(128)는 서로 이웃하는 자기검출티스(128)의 단부와 단부와의 이격 거리인 티스 간격(T)이 일정하도록 일정한 폭(W)을 구비한다.The self-detecting teeth 128 have a constant width W such that the teeth spacing T, which is a distance between the ends and the ends of the adjacent self-detecting teeth 128, is constant.

자기검출티스(128)는 강자성체로 형성되어 마그네트(114)로부터 발생하는 자기 변화를 검출한다. 입력축(미도시)이 출력축(미도시)에 대해 상대적으로 회전하여 로터부(110)가 스테이터부(120)에 대해 상대적으로 회전하면, 자기검출티스(128)와 대향하는 마그네트(114)의 겹침 위치가 변화하여 자기검출티스(128)에 검출되는 마그네트(114)의 극성 분포가 변화된다. 자기검출티스(128)에 검출된 마그네트(114)의 극성 분포의 변화는 콜렉터부(130)에 집자되어 자기센서(142)에 의해 감지된다.The magnetic detection teeth 128 are formed of a ferromagnetic material to detect a magnetic change generated from the magnet 114. When the input shaft (not shown) rotates relative to the output shaft (not shown) so that the rotor unit 110 rotates relative to the stator unit 120, the magnet 114 facing the magnetic detection teeth 128 overlaps. As the position is changed, the polarity distribution of the magnet 114 detected by the magnetic detection teeth 128 is changed. The change in the polarity distribution of the magnet 114 detected by the magnetic detection teeth 128 is collected by the collector 130 and sensed by the magnetic sensor 142.

콜렉터부(130)는 어퍼콜렉터(130a)와 로우어콜렉터(130b)를 구비하여 한 쌍으로 마련된다. 어퍼콜렉터(130a)와 로우어콜렉터(130b)는 각각 스테이터본체(122)로부터 소정의 스테이터 간극(S) 만큼 이격되어 자력검출티스(128)가 검출한 자기를 수집하는 집자부(132)와, 집자부(132)로부터 연장되어 사이에 자기 변화를 감지하는 자기센서(142)가 개재하도록 소정의 콜렉터(C) 간극 만큼 이격되는 센서개재부(134)를 구비한다.The collector unit 130 is provided in a pair including an upper collector 130a and a lower collector 130b. The upper collector 130a and the lower collector 130b are respectively spaced apart from the stator main body 122 by a predetermined stator gap S to collect the magnets detected by the magnetic force detection teeth 128, and It is provided with a sensor interposition portion 134 extending from the collector 132 and spaced apart by a predetermined collector (C) gap so that a magnetic sensor 142 for detecting a magnetic change therebetween.

어퍼콜렉터(130a)의 집자부(132)는 제1 및 제2어퍼본체(124a, 124b) 사이에 스테이터 간극(S) 만큼 이격되도록 개재되어 있으며, 로우어코렉터(130b)의 집자부(132)는 제1 및 제2로우어본체(126a, 126b) 사이에 스테이터 간극(S) 만큼 이격되도록 개재되어 있다.The collector part 132 of the upper collector 130a is interposed so as to be spaced apart by the stator gap S between the first and second upper bodies 124a and 124b, and the collector part 132 of the lower collector 130b. Is interposed so as to be spaced apart by the stator gap S between the first and second lower bodies 126a and 126b.

자기센서부(140)는 한 쌍의 센서개재부(134) 사이에 개재하여 콜렉터부(130)에 집자된 자기의 변화를 센싱하는 자기센서(142)를 구비한다. 자기센서부(142)는 콜렉터부(130)에 집자되는 자기의 변화를 감지하여 로터부(110)와 스테이터부(120) 간의 회전각 차이를 산출한다. 자기센서부(140)는 기계 산업 분야에서 널리 사용되고 있는 센서이므로, 자세한 설명은 생략하기로 한다.The magnetic sensor unit 140 includes a magnetic sensor 142 that senses a change in magnetic force collected in the collector unit 130, interposed between the pair of sensor interposing units 134. The magnetic sensor unit 142 detects a change in the magnetic force collected in the collector unit 130 and calculates a difference in rotation angle between the rotor unit 110 and the stator unit 120. Since the magnetic sensor unit 140 is a sensor widely used in the mechanical industry, a detailed description thereof will be omitted.

어퍼하우징(150)과 로우어하우징(160)은 로터부(110), 스테이터부(120), 콜렉터부(130) 및 자기센서부(140)를 수용하도록 상호 결합하여 로터부(110), 스테이터부(120), 콜렉터부(130) 및 자기센서부(140)를 보호한다.The upper housing 150 and the lower housing 160 are coupled to each other to accommodate the rotor unit 110, the stator unit 120, the collector unit 130, and the magnetic sensor unit 140, and the rotor unit 110 and the stator. The part 120, the collector part 130, and the magnetic sensor part 140 are protected.

티스 간격(T), 스테이터 간극(S) 및 콜렉터 간극(C)은 다음의 수식을 만족한다. The tooth gap T, the stator gap S and the collector gap C satisfy the following equation.

T > S 및 T > CT> S and T> C

즉 티스 간격(T)은 스테이터 간극(S) 및 콜렉터 간극(C) 보다 크도록 스테이터부(120) 및 콜렉터부(130)가 배치되어 있다. 일예로 티스 간격(T) = 3.4mm, 스테이터 간극(S) = 0.25mm, 콜렉터 간극(C) = 1.62mm일 수 있다.That is, the stator part 120 and the collector part 130 are arrange | positioned so that the tooth gap T may be larger than the stator gap S and the collector gap C. As shown in FIG. For example, the tooth gap T may be 3.4 mm, the stator gap S may be 0.25 mm, and the collector gap C may be 1.62 mm.

이러한 조건을 가지도록 스테이터부(120) 및 콜렉터부(130)가 배치될 때, 자기검출티스(128)에 검출된 자기 변화가 자기센서(142)에 감지되는 자기 센싱 감도가 극대화되는 것으로 실험에 의해 확인되었다. 이에 따라, 본 발명에 따른 조향장 치용 비접촉식 토크센서(100)는 자기 센싱 감도를 향상시킬 수 있으며, 입력축(미도시)과 출력축(미도시) 사이의 비틀림 각도를 신뢰성 있고 정밀하게 측정할 수 있으며, 스티어링을 안정되고 편리하게 할 수 있다.When the stator unit 120 and the collector unit 130 are disposed to have such a condition, the magnetic sensing sensitivity detected by the magnetic sensor 142 is detected by the magnetic sensor 142 is maximized. It was confirmed by Accordingly, the non-contact torque sensor 100 for steering apparatus according to the present invention can improve the magnetic sensing sensitivity, and can measure the torsion angle between the input shaft (not shown) and the output shaft (not shown) reliably and precisely. The steering can be stable and convenient.

본 발명의 실시예에서는 스테이터부(120)가 4개의 자기검출링과 16개의 자기검출티스로 구성되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 스테이터부(120)는 1개의 자기검출링을 구비하고 1개의 자기검출링에 16개 또는 다른 개수의 자기검출티스가 일정한 티스 간격(T)을 가지도록 형성될 수 있다. 또는 스테이터부(120)는 2개 또는 기타 다른 개수의 자기검출링을 구비할 수 있으며, 자기검출티스가 일정한 티스 간격(T)을 가지도록 각각의 자기검출링에 복수개 형성될 수 있다.In the exemplary embodiment of the present invention, the stator 120 includes four magnetic detection rings and sixteen magnetic detection teeth, but the present invention is not limited thereto. The stator unit 120 may include one magnetic detection ring, and 16 or other number of magnetic detection teeth may have a predetermined tooth spacing T in one magnetic detection ring. Alternatively, the stator unit 120 may include two or other numbers of magnetic detection rings, and a plurality of stator parts may be formed in each magnetic detection ring such that the magnetic detection teeth have a predetermined tooth interval T.

이하, 자력검출티스(128)의 자력검출대향면(128a)의 형상에 대해 설명한다. 자력검출대향면(128a)은 로터부(110)가 스테이터부(120)에 대하여 상대적으로 회전함에 따라 마그네트(114)와 자력검출대향면(128a)의 겹침 면적의 변화량인 자석면적변화량은 다음의 수식을 만족한다.Hereinafter, the shape of the magnetic force detection opposing surface 128a of the magnetic force detection teeth 128 will be described. As the magnetic force detecting surface 128a rotates relative to the stator portion 120, the magnet area change amount, which is the amount of change in the overlapping area of the magnet 114 and the magnetic force detecting surface 128a, is as follows. Satisfies the formula.

A = 2 sin(θ/2) × R × H,A = 2 sin (θ / 2) × R × H,

여기서 A는 자석면적변화량, R은 자기검출티스의 외경, H는 자기검출티스의 높이이다.Where A is the magnet area change, R is the outer diameter of the magnetic detection teeth, and H is the height of the magnetic detection teeth.

일예로 R이 17.5mm이고 H가 5mm일 때, 자력검출대향면(128a)은 자석면적변화량(A)이 2 sin(θ/2) × 17.5 × 5를 만족하도록 형성될 수 있다.For example, when R is 17.5 mm and H is 5 mm, the magnetic force detection counter surface 128a may be formed such that the magnet area change amount A satisfies 2 sin (θ / 2) × 17.5 × 5.

이러한 조건에서, 자력검출티스(128)는 로터부(110)의 회전에 따른 마그네트(114)의 극성 분포의 변화를 보다 정밀하게 검출할 수 있음이 실험에 의해 증명 되었다. 또한, 마그네트(114)의 위치가 변화함에 따라 마그네트(114)와 자력검출대향면(128a)의 겹침 면적의 변화, 즉 자석면적변화량이 상기 수식을 만족하지 않는 경우, 자력검출티스(128)가 마그네트(114)의 극성 분포 변화를 검출하는 것이 불안정하게 되고 정밀도가 저하되는 것으로 실험에 의해 증명되었다.Under these conditions, it has been proved by the experiment that the magnetic force detecting teeth 128 can more accurately detect the change in the polarity distribution of the magnet 114 according to the rotation of the rotor part 110. In addition, when the position of the magnet 114 changes, when the change of the overlapping area of the magnet 114 and the magnetic force detection opposing surface 128a, that is, the magnet area change does not satisfy the above formula, the magnetic force detection tooth 128 is Experiments have shown that detecting changes in the polarity distribution of the magnet 114 becomes unstable and degrades in precision.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 자력검출대향면(128a)은 이등변 사다리꼴 형상을 가지도록 도시되어 있으나, 로터부(110)가 스테이터부(120)에 대하여 상대적으로 회전함에 따라 마그네트(114)와 자력검출대향면(128a)의 겹침 면적의 변화, 즉 자석면적변화량이 상기 수식을 만족하는 한, 자력검출대향면(128a)은 직사각형, 삼각형, 곡선형 기타 다른 형상을 가지도록 형성될 수 있다.As shown in Figures 1 to 3, the magnetic force detection facing surface 128a according to the embodiment of the present invention is shown to have an isosceles trapezoidal shape, the rotor portion 110 relative to the stator portion 120 As long as the magnet 114 and the magnetic force detection opposing surface 128a change in the overlapping area, that is, the magnet area change amount satisfies the above formula, the magnetic force detection opposing surface 128a is rectangular, triangular, curved or the like. It may be formed to have a shape.

이하, 스테이터부(120)와 콜렉터부(130)의 재질에 대하여 설명한다. 스테이터부(120)와 콜렉터부(130)는 니켈(Ni)과 철(Fe)의 합금을 열처리하여 형성된다. 이에 따라, 강자성체로서 스테이터부(120) 및 콜렉터부(130)의 자기 검출 능력 및 자기 수집 능력이 극대화되어 토크센서(100)의 자기 센싱 감도가 향상될 수 있다.Hereinafter, the material of the stator part 120 and the collector part 130 is demonstrated. The stator unit 120 and the collector unit 130 are formed by heat-treating an alloy of nickel (Ni) and iron (Fe). Accordingly, as the ferromagnetic material, the magnetic detection capability and the magnetic collection capability of the stator 120 and the collector 130 may be maximized, and thus the magnetic sensing sensitivity of the torque sensor 100 may be improved.

스테이터부(120)와 콜렉터부(130)는 단위 면적당 단일 그레이드의 크기가 70 ~ 320 마이크로미터가 되도록 니켈과 철의 합금을 열처리하는 것이 바람직하다.The stator unit 120 and the collector unit 130 are preferably heat-treated an alloy of nickel and iron so that the size of a single grade per unit area is 70 ~ 320 micrometers.

또한 스테이터부(120)와 콜렉터부(130)는 니켈 함유량이 46% ~ 50%가 되도록 형성된다. 바람직하게는 스테이터부(120)와 콜렉터부(130)는 니켈 함유량이 48%가 되도록 형성된다. 니켈 함유량이 많을수록 자성 전도 특성이 양호해지나, 강도가 약해지고 비용이 증가하는 문제점이 있다. 니켈 함유량이 46% ~ 50%가 될 때 비용 및 강도 대비 자성 전도 특성이 극대화됨이 실험에 의해 증명되었다. 이에 따라, 스테이터부(120) 및 콜렉터부(130)의 자기 검출 능력 및 자기 수집 능력이 극대화되어 토크센서(100)의 자기 센싱 감도가 향상될 수 있다.In addition, the stator 120 and the collector 130 are formed so that the nickel content is 46% to 50%. Preferably, the stator portion 120 and the collector portion 130 are formed so that the nickel content is 48%. The higher the nickel content, the better the magnetic conduction characteristics, but the weaker the strength and the higher the cost. Experiments have demonstrated that the magnetic conduction properties are maximized in terms of cost and strength when the nickel content is between 46% and 50%. Accordingly, the magnetic detection capability and the magnetic collection capability of the stator unit 120 and the collector unit 130 may be maximized to improve the magnetic sensing sensitivity of the torque sensor 100.

본 발명의 실시예에서는 스테이터부(120)와 콜렉터부(130)가 동일한 재질로 형성되는 것으로 설명하였으나, 스테이터부(120)와 콜렉터부(130)는 서로 다른 재질로 형성될 수도 있다. 스테이터부(120)와 콜렉터부(130) 중 어느 하나만 니켈과 철의 합금을 열처리하여 형성되거나, 니켈 함유량이 46% ~ 50%가 되도록 형성될 수 있다.In the exemplary embodiment of the present invention, the stator unit 120 and the collector unit 130 are described as being formed of the same material. However, the stator unit 120 and the collector unit 130 may be formed of different materials. Only one of the stator unit 120 and the collector unit 130 may be formed by heat-treating an alloy of nickel and iron, or may be formed so that the nickel content is 46% to 50%.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 조향장치용 비접촉식 토크센서를 도시한 분해사시도이고,1 is an exploded perspective view showing a non-contact torque sensor for a steering apparatus according to an embodiment of the present invention,

도 2는 도 1의 조향장치용 비접촉식 토크센서의 스테이터부 및 콜렉터부를 도시한 사시도이고,FIG. 2 is a perspective view illustrating a stator part and a collector part of the non-contact torque sensor for the steering device of FIG. 1;

도 3은 도 1의 조향장치용 비접촉식 토크센서의 스테이터부 및 콜렉터부를 도시한 측면도이다.3 is a side view illustrating a stator part and a collector part of the non-contact torque sensor for the steering apparatus of FIG. 1.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

100 : 조향장치용 비접촉식 토크센서 110 : 로터부100: non-contact torque sensor for steering device 110: rotor part

112 : 로터본체 112a : 마그네트 안착부112: rotor body 112a: magnet seating portion

114 : 마그네트 114a : N극자석114: magnet 114a: N pole magnet

114b : S극자석 120 : 스테이터부114b: S pole magnet 120: Stator part

122 : 스테이터본체 124 : 어퍼본체122: stator body 124: upper body

126 : 로우어본체 128 : 자기검출티스126: lower body 128: self-detection teeth

128a : 자기검출대향면 130 : 콜렉터부128a: self-detection facing surface 130: collector portion

132 : 집자부 134 : 센서개재부132: house part 134: sensor intervening part

140 : 자기센서부 142 : 자기센서140: magnetic sensor unit 142: magnetic sensor

150 : 어퍼하우징 160 : 로우어하우징150: upper housing 160: lower housing

Claims (5)

입력축과 출력축 사이에 개재하여 상기 입력축과 상기 출력축 간의 회전각 차이를 감지하는 조향장치용 비접촉식 토크센서에 있어서,In the non-contact torque sensor for steering apparatus for detecting a difference in the rotation angle between the input shaft and the output shaft interposed between the input shaft and the output shaft, 상기 입력축과 일체로 회전하는 원통상의 로터본체와, 상기 로터본체의 외주면을 따라 교호적으로 N극과 S극을 갖도록 배치되는 복수의 마그네트를 구비하는 로터부;A rotor unit having a cylindrical rotor body which is integrally rotated with the input shaft, and a plurality of magnets arranged alternately along the outer circumferential surface of the rotor body to have an N pole and an S pole; 상기 출력축과 일체로 회전하며 상기 로터부를 내포하는 링상의 스테이터본체와, 상기 스테이터본체로부터 티스 간격(T)만큼 서로 이격되도록 연장되어 상기 마그네트의 자기를 검출하는 복수의 자기검출티스를 구비하는 스테이터부; 및A stator part which is integrally rotated with the output shaft and extends to be spaced apart from each other by a tooth gap T from the stator body, and has a plurality of magnetic detection teeth detecting magnetism of the magnet. ; And 상기 스테이터본체로부터 스테이터 간극(S) 만큼 이격되어 상기 자기검출티스가 검출한 자기를 수집하는 집자부와, 상기 집자부로부터 연장되어 사이에 자기 변화를 감지하는 자기센서가 개재하도록 콜렉터 간극(C) 만큼 이격되는 센서개재부를 각각 구비하는 한 쌍의 콜렉터부를 포함하되,The collector gap C is spaced apart from the stator body by a stator gap S to collect a magnet detected by the magnetic detection teeth, and a magnetic sensor extending from the house part to detect a magnetic change therebetween. Including a pair of collector portions each having a sensor interposition portion spaced apart by, 상기 티스 간격(T), 상기 스테이터 간극(S) 및 상기 콜렉터 간극(C)은 다음의 수식을 만족하고,The tooth gap T, the stator gap S and the collector gap C satisfy the following equation, T > S,T> S, T > C;T> C; (여기서, T는 상기 티스 간격, S는 상기 스테이터 간극, C는 상기 콜렉터 간극)(Where T is the tooth gap, S is the stator gap, and C is the collector gap) 상기 자력검출티스는 상기 마그네트와 대향하는 자력검출대향면을 구비하며,The magnetic force detection tooth has a magnetic force detection opposing surface facing the magnet, 상기 자력검출대향면은 상기 로터부가 상기 스테이터부에 대하여 상대적으로 회전함에 따라 상기 마그네트와 상기 자력검출대향면의 겹침 면적의 변화량인 자석면적변화량은 다음의 수식을 만족하며,As the magnetic force detecting surface is rotated relative to the stator portion, the magnet area change amount, which is the amount of change in the overlapping area of the magnet and the magnetic force detecting surface, satisfies the following equation. A = 2 sin(θ/2) × R × H,A = 2 sin (θ / 2) × R × H, (여기서, A는 자석면적변화량, R은 자기검출티스의 외경, H는 자기검출티스의 높이)(Where A is the magnet area change amount, R is the outer diameter of the magnetic detection teeth, and H is the height of the magnetic detection teeth) 상기 스테이터부와 상기 콜렉터부는 모두 강자성체로서 니켈(Ni)과 철(Fe)의 합금을 열처리하여 형성된 것을 특징으로 하는 조향장치용 비접촉식 토크센서.The stator part and the collector part are both ferromagnetic materials and are formed by heat-treating an alloy of nickel (Ni) and iron (Fe). 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 스테이터부와 상기 콜렉터부는 각각 니켈 함유량이 46% ~ 50%인 것을 특징으로 하는 조향장치용 비접촉식 토크센서.And said stator portion and said collector portion each have a nickel content of 46% to 50%. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 스테이터부와 상기 콜렉터부는 단위 면적당 단일 그레이드의 크기가 70 ~ 320 마이크로미터가 되도록 열처리하는 것을 특징으로 하는 조향장치용 비접촉식 토크센서.The stator unit and the collector unit is a non-contact torque sensor for steering, characterized in that the heat treatment so that the size of a single grade per unit area is 70 ~ 320 micrometers.
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