KR101033156B1 - 자동차용 조향장치의 토크센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 조향장치의 토크센서에 대한 것으로, 발명의 주된 목적은 입력축이 회전하는데 따라서 승강하는 승강체를 마련한 후, 상기 승강체에 부착한 마그네트의 이동상태를 자기저항소자가 감지하도록하여 토크를 감지할 수 있도록하되, N, S극이 축의 길이 방향으로 반복되도록 착자하여 토크 감지 기능을 향상시키고자 하는데 특징이 있는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징적인 구성은 하우징(110)과, 이 하우징의 내부에서 핸들의 회전력을 전달받는 입력축(120)과, 상기 입력축과 연결하되 그 중공부 속에서 토션바(140)로써 연결되는 출력축(130)과, 상기한 입력축(120)의 하단과 상기한 출력축(130)의 상단에 이들 하, 상단을 감싸는 원통형 승강체(200)를 구비한 자동차용 조향장치의 토크센서에 있어서, 상기한 원통형 승강체(200)의 외주면에 축의 길이 방향으로 극성이 반복되는 마그네트(210)를 구비하고, 상기한 하우징(110)의 내주면에 상기 마그네트의 상, 하 이동에 따른 자기저항을 검출할 수 있는 자기저항소자(220)를 구비하여 토크를 감지할 수 있도록 하는 것이다.

Description

자동차용 조향장치의 토크센서{TORQUE SENSOR OF STEERING SYSTEM FOR VEHICLE}

도 1은 본 발명의 전체 구성을 보인 단면도

도 2는 본 발명의 요부 구성을 보인 단면도

도 3은 본 발명의 좌회전시의 작동 상태를 보인 단면도

도 4는 본 발명의 우회전시의 작동 상태를 보인 단면도

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예의 구성을 보인 단면도

<도면의 주요 부호에 대한 부호설명>

110 : 하우징 120 : 입력축

121 : 회동핀 122 : 숫나사

130 : 출력축 131 : 고정핀

140 : 토션바 200 : 원통형 승강체

201 : 세로홈 202 : 캠홈

203 : 암나사 210 : 마그네트

220 : 자기저항소자

본 발명은 자동차용 조향장치의 토크센서에 대한 것으로, 더 상세하게는 입력축이 회전하는데 따라서 승강하는 승강체를 마련한 후, 상기 승강체에 부착한 마그네트의 이동상태를 자기저항소자가 감지하도록하여 토크를 감지할 수 있도록 하는데 특징이 있는 것이다.

일반적으로 스티어링 시스템은 스티어링휠을 회전시켜 바퀴를 조향시키는 것으로서, 바퀴와 노면 사이에 작용하는 마찰력에 의해 스티어링휠과 바퀴 사이의 회전비가 다르게 나타난다.

따라서, 이를 측정하여 보상하기 위해 토크센서를 구비하는데, 이 토크센서는 스티어링휠과 바퀴의 회전각도 편차를 측정하여, 측정된 편차만큼 다른 동력수단으로 바퀴를 회전시켜 차량의 안전성을 높이게 된다.

이러한 토크센서는 스티어링휠과 연결되는 입력축과, 바퀴측에 연결되는 출력축의 외측에 다수개의 검출링을 설치하고 그 외측에 코일이 권선된 보빈을 설치하여 검출링 사이의 대향 면적과 자속 변화로 인한 인덕턴스 값을 측정한다.

이때, 토션바의 비틀림 정도를 검출하기 위해서는 히스테리시스(Hysteresis)가 작은 연자석재료를 사용하여 AC 전압으로 가진되는 코일을 감싸는 자기 회로를 구성해야한다.

그러나, 이러한 구성의 토크센서는 비투자율이 높은 재료를 사용해야하므로 재료비의 증가로 인해 제작원가가 높아지고, 재료특성의 산포에 의한 오차를 동반하므로 신뢰성이 저하되는 문제점이 있었다.

아울러, 이와는 달리 구성된 토크센서로서, 토션바의 비틀림 정도를 검출하기 위해 AC 전압으로 가진되는 코일을 감싸는 자기회로가 공기와 같은 비투자율을 가지는 재료 및 비자성전도성재료(알루미늄)로 이루어진 토크센서가 있다.

이때, 비틀림각 검출은 회전체 내의 두개의 부품이 캠구조로 서로 연동되어 토션바의 비틀림에 따라 두 개의 부품간의 축방향 거리가 변하면서 그 중에 하나의 부품에 부착된 비자성전동성재료(알루미늄)가 자기회로에 작용하는 정도가 달라지면서 발생하는 자기회로의 인덕턴스의 변화를 전기신호로 바꾸어서 얻는다.

그러나, 이러한 토크센서는 회전축내의 두 개 부품의 접촉에 의한 이동구조(캠구조)가 있으므로, 회전방향이 전환될 때 캠의 백래쉬(Backlash)에 의한 신호의 데드존(DEAD ZONE)이 존재하며 기계적인 접촉에 의한 내구성의 문제점이 있었다.

한편, 또 다른 비접촉식 토크센서로 입력축과 출력축의 각각에 원주방향으로 극이 배치된 다극 영구자석과 자속의 방향에 따라 출력값이 가변하는 자기저항소자(MR소자)를 배치하여, 상기 토션바가 비틀릴 때 자기저항소자가 이 비틀림에 따라 변하는 자속을 계측하여 출력값을 얻을 수 있고, 이 출력값의 변화량을 ECU로 전달하도록 구성한 것이 있다.

그러나 상기와 같은 종래의 영구자석이 원주방향으로(N, S극이 축의 반경방향으로) 착자되어 있어서 자속의 방향에 따른 출력값이 충분하지 못한 단점이 있 다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 감안하여 이를 해결 보완하고자 안출한 것으로, 발명의 주된 목적은 입력축이 회전하는데 따라서 승강하는 승강체를 마련한 후, 상기 승강체에 부착한 마그네트의 이동상태를 자기저항소자가 감지하도록하여 토크를 감지할 수 있도록하되, N, S극이 축의 길이 방향으로 반복되도록 착자하여 토크 감지 기능을 향상시키고자 하는데 특징이 있는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징적인 구성은 하우징과, 이 하우징의 내부에서 핸들의 회전력을 전달받는 입력축과, 상기 입력축과 연결하되 그 중공부 속에서 토션바로써 연결되는 출력축과, 상기한 입력축의 하단과 상기한 출력축의 상단에 이들 하, 상단을 감싸는 원통형 승강체를 구비한 자동차용 조향장치의 토크센서에 있어서, 상기한 원통형 승강체의 외주면에 축의 길이 방향으로 극성이 반복되는 마그네트를 구비하고, 상기한 하우징의 내주면에 상기 마그네트의 상, 하 이동에 따른 자기저항을 검출할 수 있는 자기저항소자를 구비하여 토크를 감지할 수 있도록 하는 것이다.

이때, 상기한 원통형 승강체는 그 하단에 세로홈을 형성한 후, 출력축에 고정한 고정핀이 끼워지게 하여 상, 하 이동만 허락되도록 하고, 그 중단에 경사진 캠홈을 형성한 후, 입력축에 고정된 회동핀이 끼워지게 하여 상, 하 이동 되도록 할 수 있다.

또, 상기한 원통형 승강체는 그 하단에 세로홈을 형성한 후, 출력축에 고정한 고정핀이 끼워지게 하여 상, 하 이동만 허락되도록 하고, 그 상반부 내경에 암나사를 형성한 후, 상기 입력축(120)에 형성된 숫나사의 회전에 의해 상, 하 이동 되도록 할 수 있다.

그리고 또, 상기한 자기저항소자는 상기 하우징의 내주면에 부착고정하되 서로 대향되는 반대쪽에 복수로 구비하여 상호 검증이 가능하도록 한다.

이하 본 발명의 구성 및 작동을 첨부 도면에 따라 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 전체 구성을 보인 단면도이고, 도 2는 상세한 설명을 위한 요부 구성을 보인 단면도이다.

먼저, 토크센서는 도 1에서 보는 바와 같이 하우징(110)과, 이 하우징의 내부에서 핸들의 회전력을 전달받는 입력축(120)과, 상기 입력축과 연결하되 그 중공부 속에서 토션바(140)로써 연결되는 출력축(130)으로 이루어진다.

이때, 본 발며의 구성을 보면, 상기한 입력축(120)의 하단과 상기한 출력축(130)의 상단에 이들 하, 상단을 감싸는 원통형 승강체(200)를 구비한 후, 상기한 원통형 승강체(200)의 외주면에 축의 길이 방향으로 극성이 반복되는 마그네트(210)를 구비하고, 상기한 하우징(110)의 내주면에 상기 마그네트의 상, 하 이동에 따른 자기저항을 검출할 수 있는 자기저항소자(220)를 구비한다.

즉, 상기한 원통형 승강체(200)의 마그네트(210)는 도 2에서 보는 바와 같이 상, 하 길이 방향으로 반복하여 N-S극이나 S-N극 또는 그 이상 반복되도록 하고, 그 둘레의 하우징(110) 내벽에 구비하는 자기저항소자(220)는 상기한 마그네트의 N-S극성 경계선에 중심이 위치하도록 구비한다.

한편, 본 발명의 원통형 승강체(200)는 도 2에서 보는 바와 같이 그 하단에 세로홈(201)을 형성한 후, 출력축(130)에 고정한 고정핀(131)이 끼워지게 하여 상, 하 이동만 허락되도록 하고, 그 중단에 경사진 캠홈(202)을 형성한 후, 입력축(120)에 고정된 회동핀(121)이 끼워지게 하여 상, 하 이동 되도록 할 수 있다.

또, 다른 방법으로는 도 5에서 보는 바와 같이 그 하단에 세로홈(201)을 형성한 후, 출력축(130)에 고정한 고정핀(131)이 끼워지게 하여 상, 하 이동만 허락되도록 하고, 그 상반부 내경에 암나사(203)를 형성한 후, 상기 입력축(120)에 형성된 숫나사(122)의 회전에 의해 상, 하 이동 되도록 할 수 있는 것이다.

이와 같은 원통형 승강체(200)의 상, 하 이동 수단은 도 2 및 도 5에서 표현한 구조 이외에도 다른 방법으로 실시할 수 있으며, 본 발명의 기술 범위에 포함된다 할 것이다.

상기와 같이 구비된 본 발명의 토크센서는 운전자가 스티어링 휠을 돌려서 좌회전 하고자 할 때는 도 3에서 보는 바와 같이 원통형 승강체(200)를 위로 이동시키기 때문에 자기저항소자(220)가 그 상향이동에 따른 값을 감지하여 토크를 검 출한다.

즉, 입력축(120)이 우회전 방향(시계방향)으로 회전하게 되면 입력축(120)에 고정된 회동핀(121)이 원통형 승강체(200)의 캠홈(202) 윗면을 밀어 상향 이동시키게 되고, 그 상향 이동에 따른 마그네트(210)의 자기장 변화를 자기저항소자(220)가 검출하게 된다.

반대로 입력축(120)이 좌회전 방향(반 시계방향)으로 회전하게 되면 입력축(120)에 고정된 회동핀(121)이 원통형 승강체(200)의 캠홈(202) 아랫면을 밀어 하향 이동시키게 되고, 그 하향 이동에 따른 마그네트(210)의 자기장 변화를 자기저항소자(220)가 검출하게 된다.

또 한, 도 5에서 보인 실시예의 경우에도 스티어링 휠의 회전 방향에 따라 원통형 승강체(200)의 상, 하 이동이 발생하므로 도 2의 작동과 동일하다.

그리고 본 발명에서는 상기한 상, 하 배열된 원통형 마그네트 하나에 대하여 복수의 자기저항소자(220)를 구비하여 이중으로 감지값을 측정하고, 그 측정된 각각의 값을 서로 대비하여 오차를 줄일 수 있다.

위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명은 입력축이 회전하는데 따라서 승강하는 원통형 승강체를 마련한 후, 이 승강체에 착자 상태가 상, 하로 배열되는 마그네트를 마련하였기 때문에 종래의 자기저항 검출식 토크센서와 달리 이동상태를 더욱 민감하게 검출할 수 있게 되는 장점이 있다.

뿐만 아니라 둘 이상의 자기저항소자로 자기저항 변화를 감지하고 서로 대비하도록 하였기 때문에 측정 오차를 크게 줄일 수 있는 장점이 있다.

Claims (4)

1. 하우징과, 이 하우징의 내부에서 핸들의 회전력을 전달받는 입력축과, 상기 입력축과 연결하되 상기 입력축의 중공부 속에 위치하는 토션바로써 연결되는 출력축과, 상기한 입력축의 하단과 상기한 출력축의 상단에 이들 하, 상단을 감싸는 원통형 승강체를 구비한 자동차용 조향장치의 토크센서에 있어서,

   상기한 원통형 승강체의 외주면에 축의 길이 방향으로 극성이 반복되는 원통형 마그네트를 구비하고, 상기한 하우징의 내주면에 상기 마그네트의 상, 하 이동에 따른 자기저항을 검출할 수 있는 자기저항소자를 구비하여 토크를 감지할 수 있도록 하며,

   상기 자기저항소자는 상기한 마그네트의 N-S극성 경계선에 중심이 위치하고,

   상기한 원통형 승강체는 그 하단에 세로홈을 형성한 후, 출력축에 고정한 고정핀이 끼워지게 하여 상, 하 이동만 허락되도록 하고, 그 상반부 내경에 암나사를 형성한 후, 상기 입력축에 형성된 숫나사의 회전에 의해 상, 하 이동 되도록 하여서 된 것을 특징으로 하는 자동차용 조향장치의 토오크센서.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,

   상기한 자기저항소자는 상기 하우징의 내주면에 부착고정하되 서로 대향되는 반대쪽에 복수로 구비하여 상호 검증이 가능하도록 하여서 된 것을 특징으로 하는 자동차용 조향장치의 토오크센서.

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