KR101098117B1 - 토크 센서 및 이를 구비한 전동식 파워 스티어링 장치 - Google Patents

토크 센서 및 이를 구비한 전동식 파워 스티어링 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 토크 센서 및 이를 구비한 전동식 파워 스티어링 장치에 관한 것이다.
본 발명은 제 1 자성체가 외주면을 따라 구비되어 있는 몸체부와 상기 몸체부의 중앙에 형성되어 있는 입력축 삽입공과 상기 입력축 삽입공의 둘레를 따라 돌출되어 수개 형성되는 압착부 및 상기 압착부에 끼워지는 압착링을 포함하여 구성되는 토크 로터; 중앙에 토크 로터 삽입부와 출력축 결합부가 형성되어 있고 상부 스테이터와 연결되는 제 2 자성체와 하부 스테이터와 연결되는 3 자성체가 상기 토크 로터 삽입부의 둘레를 따라 교대로 반복하여 배열되어 있는 포지션 로터; 상기 포지션 로터의 외주면 일측에 끼워지고 상기 포지션 로터의 상, 하부 스테이터 사이에 상, 하로 구비되는 컨센트레이터를 포함하여 구성되는 자기량 검출부; 상기 자기량 검출부에 끼워지면서 제 1 및 제 2 홀 IC 칩이 상기 상, 하로 구비되는 컨센트레이터 사이에 위치하도록 배열되는 기판; 상기 제 1 및 제 2 홀 IC 칩의 출력값을 연산하는 ECU; 및 상기 포지션 로터와 상기 자기량 검출부을 감싸고 상부 하우징과 하부 하우징으로 분리되어 구성되는 하우징을 포함하여 구성되는 토크 센서에 있어서, 상기 기판에 제 3 홀 IC 칩이 추가로 구비되어 상기 ECU가 상기 제 3 홀 IC 칩의 출력값을 이용하여 상기 제 1 및 제 2 홀 IC 칩의 출력값을 보정하는 것을 특징으로 하는 토크 센서를 제공한다.
또한, 본 발명은 구동 모터; 상기 구동 모터에 형성된 웜 기어; 상기 웜 기 어와 치합하는 웜휠 기어; 상기 웜휠 기어의 일측에 마련되는 토크 센서를 포함하여 구성되는 전동식 파워 스티어링 장치에 있어서, 상기 토크 센서는 제 1 자성체가 외주면을 따라 구비되어 있는 몸체부와 상기 몸체부의 중앙에 형성되어 있는 입력축 삽입공과 상기 입력축 삽입공의 둘레를 따라 돌출되어 수개 형성되는 압착부 및 상기 압착부에 끼워지는 압착링을 포함하여 구성되는 토크 로터; 중앙에 토크 로터 삽입부와 출력축 결합부가 형성되어 있고 상부 스테이터와 연결되는 제 2 자성체와 하부 스테이터와 연결되는 3 자성체가 상기 토크 로터 삽입부의 둘레를 따라 교대로 반복하여 배열되어 있는 포지션 로터; 상기 포지션 로터의 외주면 일측에 끼워지고 상기 포지션 로터의 상, 하부 스테이터 사이에 상, 하로 구비되는 컨센트레이터를 포함하여 구성되는 자기량 검출부; 상기 자기량 검출부에 끼워지면서 제 1 및 제 2 홀 IC 칩은 상기 상, 하로 구비되는 컨센트레이터 사이에 위치하도록 배열되며 제 3 홀 IC 칩은 상기 제 1 및 제 2 홀 IC 칩으로부터 일정거리 이격되어 위치하도록 배열되는 기판; 상기 제 1 및 제 2 홀 IC 칩의 출력값을 연산하는 ECU; 및 상기 포지션 로터와 상기 자기량 검출부을 감싸고 상부 하우징과 하부 하우징으로 분리되어 구성되는 하우징을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 장치를 제공한다.
본 발명에 의하면 종래 토크 센서의 자기량 검출부에 끼워지면서 제 1 및 제 2 홀 IC 칩이 자기량 검출부의 상, 하로 구비되는 컨센트레이터 사이에 위치하도록 배열되는 기판에 제 3 홀 IC 칩을 추가하되 제 3 홀 IC 칩은 제 1 및 제 2 홀 IC 칩이 위치하는 반대쪽 끝단에 위치하도록 함으로써 제 3 홀 IC 칩이 외부 자기장의 양을 측정할 수 있도록 하여 종래 제 1 및 제 2 홀 IC 칩의 출력값과 추가된 제 3 홀 IC 칩의 출력값을 연산함으로써 토크 센서에 가해지는 외부 자기장의 영향을 최소화할 수 있어 정밀한 토크 측정값을 얻을 수 있다.
조향컬럼, 토크 센서, 홀 IC 칩, 자기량 검출부

Description

토크 센서 및 이를 구비한 전동식 파워 스티어링 장치{Torque Sensor and Electronic Power Steering Apparatus Having Same}
본 발명은 토크 센서 및 이를 구비한 전동식 파워 스티어링 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 종래 토크 센서의 자기량 검출부에 끼워지면서 제 1 및 제 2 홀 IC 칩이 자기량 검출부의 상, 하로 구비되는 컨센트레이터 사이에 위치하도록 배열되는 기판에 제 3 홀 IC 칩을 추가하되 제 3 홀 IC 칩은 제 1 및 제 2 홀 IC 칩이 위치하는 반대쪽 끝단에 위치하도록 함으로써 제 3 홀 IC 칩이 외부 자기장의 양을 측정할 수 있도록 하여 종래 제 1 및 제 2 홀 IC 칩의 출력값과 추가된 제 3 홀 IC 칩의 출력값을 연산함으로써 토크 센서에 가해지는 외부 자기장의 영향을 최소화할 수 있어 정밀한 토크 측정값을 얻을 수 있는 토크 센서 및 이를 구비한 전동식 파워 스티어링 장치에 관한 것이다.
일반적으로 차량에는 스티어링 휠(핸들)의 조향력을 경감하여 조향 상태의 안정성을 보장하기 위한 수단으로서 파워 스티어링 장치가 적용되는 바, 이와 같은 파워 스티어링 장치는 기존에 유압을 이용한 유압식 파워 스티어링 장치(HPS; Hydraulic Power Steering System)가 차량에 널리 이용되었으나, 최근에는 유압을 사용하던 기존의 방식과는 달리 모터의 회전력을 이용하여 운전자의 조향력을 쉽게 해주며 환경친화적인 전동식 파워 스티어링 장치(EPS; Electric Power Steering System)가 차량에 보편적으로 설치되고 있다.
이와 같은 전동식 파워 스티어링 장치(EPS)는, 차속센서 및 조향토크센서 등에서 감지한 차량의 운행조건에 따라 ECU(Electronic Control Unit)에서 모터를 구동시켜 저속 운행시에는 가볍고 편안한 조향감을 부여하고, 고속 운행시에는 무거운 조향감과 더불어 양호한 방향 안정성을 부여하며, 비상 상황에서는 급속한 조향이 이루어지도록 하여 운전자에게 최적의 조향 조건을 제공하게 된다.
한편, 상기와 같은 전동식 파워 스티어링 장치는 조향 보조력을 제공하는 모터의 설치위치에 따라 다양하게 구분되는데, 그 중 컬럼타입 전동식 파워 스티어링 장치(Coulmn assist type Electric Power Steering System: 이하, "C-EPS"라 약칭)는, 운전자의 스티어링 휠 회전력을 하측으로 전달할 수 있도록 스티어링 휠과 기어박스의 사이에 배치되는 조향컬럼의 외부에 모터가 설치되어 그 내부의 스티어링 샤프트를 회전시킬 수 있도록 구성되어 스티어링 휠 조타에 따른 운전자의 조향력을 보조하게 된다.
도 1a는 종래 전동식 파워 스티어링 장치의 개략 구성상태를 보인 사시도로서, 도 1a에서 도시된 바와 같이 종래의 C-EPS에는 중공으로 마련된 조향컬럼(160)의 내부에 회전 가능하도록 입력축(180)이 설치되는데, 이 입력축(180)은 일단이 운전석에 마련되는 스티어링 휠(미도시)에 결합되고, 타단은 출력축(140)과 연결되어 기어박스 측에 설치되는 유니버셜 조인트(미도시)와 연결된다.
그리고, 상기 조향컬럼(160)의 외부에는 이와 직교하는 방향으로 조향보조력을 위한 구동모터(150)가 설치되되, 상기 구동모터(150)의 회전축 단부 및 출력축의 일단에는 한쌍의 구동기어와 종동기어로 이루어진 감속기부가 마련되어 상호 치합됨으로써 구동모터의 구동력이 출력축으로 전달될 수 있도록 이루어져 있다.
이때, 상기 C-EPS에 사용되는 감속기부는 두 축이 엇갈린 상태에서 동력전달이 이루어져야 하기 때문에 통상 웜과 웜휠 기어를 한 쌍으로 사용하고 있다.
도 1b는 종래 전동식 파워 스티어링 장치에 사용되는 감속기부를 도시한 부분단면도로서, 도 1b에서 도시된 바와 같이, 출력축(140)의 일단에 구비되는 윔휠 기어(120)에는 구동모터(150)의 회전축에 결합되는 윔 기어(110)가 치합되어 구동모터(150)로부터 발생된 동력을 출력축(140)으로 전달하게 된다.
그리고 출력축(140)과 입력축(180) 사이에는 토션바(미도시)가 구비되어 입력축(180)과 출력축(140)에 발생하는 비틀림 정도를 측정하게 된다.
웜휠 기어(120)의 일측에는 웜휠 기어(120)와 출력축(140)으로 연결되는 토크 센서(125)가 장착된다.
토크 센서(125)는 입력축(180)과 출력축(140)의 토크를 측정하여 ECU로 전송하고 이에 따라 ECU에서 구동 모터(150)를 작동시켜 조향 보조력을 제공하게 되는데, 최근에는 자기장의 변화량을 측정하여 토크의 변화를 측정하는 비접촉식이 많이 사용된다.
종래의 비접촉식 토크 센서(125)는 컨센트레이터(Concentrator)에서 모아진 자속(Flux)이 두 개의 홀 IC 칩을 통과하는 양으로 토크를 측정하는데 자속의 양을 측정할 때 주위에 형성되어 있는 자기장의 영향을 받게 된다.
특히, 토크 센서 내부에 존재하는 자석에 의해서도 영향을 받기 때문에 정밀한 토크의 측정이 어려운 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 종래 토크 센서의 자기량 검출부에 끼워지면서 제 1 및 제 2 홀 IC 칩이 자기량 검출부의 상, 하로 구비되는 컨센트레이터 사이에 위치하도록 배열되는 기판에 제 3 홀 IC 칩을 추가하되 제 3 홀 IC 칩은 제 1 및 제 2 홀 IC 칩이 위치하는 반대쪽 끝단에 위치하도록 함으로써 제 3 홀 IC 칩이 외부 자기장의 양을 측정할 수 있도록 하여 종래 제 1 및 제 2 홀 IC 칩의 출력값과 추가된 제 3 홀 IC 칩의 출력값을 연산함으로써 토크 센서에 가해지는 외부 자기장의 영향을 최소화할 수 있어 정밀한 토크 측정값을 얻을 수 있는 토크 센서 및 이를 구비한 전동식 파워 스티어링 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 의하면 종래 토크 센서의 자기량 검출부에 끼워지면서 제 1 및 제 2 홀 IC 칩이 자기량 검출부의 상, 하로 구비되는 컨센트레이터 사이에 위치하도록 배열되는 기판에 제 3 홀 IC 칩을 추가하되 제 3 홀 IC 칩은 제 1 및 제 2 홀 IC 칩이 위치하는 반대쪽 끝단에 위치하도록 함으로써 제 3 홀 IC 칩이 외부 자기장의 양을 측정할 수 있도록 하여 종래 제 1 및 제 2 홀 IC 칩의 출력값과 추가된 제 3 홀 IC 칩의 출력값을 연산함으로써 토크 센서에 가해지는 외부 자기장의 영향을 최소화할 수 있어 정밀한 토크 측정값을 얻을 수 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 제 1 자성체가 외주면을 따라 구비되어 있는 몸체부와 상기 몸체부의 중앙에 형성되어 있는 입력축 삽입공과 상기 입력축 삽입공의 둘레를 따라 돌출되어 수개 형성되는 압착부 및 상기 압착부에 끼 워지는 압착링을 포함하여 구성되는 토크 로터; 중앙에 토크 로터 삽입부와 출력축 결합부가 형성되어 있고 상부 스테이터와 연결되는 제 2 자성체와 하부 스테이터와 연결되는 3 자성체가 상기 토크 로터 삽입부의 둘레를 따라 교대로 반복하여 배열되어 있는 포지션 로터; 상기 포지션 로터의 외주면 일측에 끼워지고 상기 포지션 로터의 상, 하부 스테이터 사이에 상, 하로 구비되는 컨센트레이터를 포함하여 구성되는 자기량 검출부; 상기 자기량 검출부에 끼워지면서 제 1 및 제 2 홀 IC 칩이 상기 상, 하로 구비되는 컨센트레이터 사이에 위치하도록 배열되는 기판; 상기 제 1 및 제 2 홀 IC 칩의 출력값을 연산하는 ECU; 및 상기 포지션 로터와 상기 자기량 검출부을 감싸고 상부 하우징과 하부 하우징으로 분리되어 구성되는 하우징을 포함하여 구성되는 토크 센서에 있어서, 상기 기판에 제 3 홀 IC 칩이 추가로 구비되어 상기 ECU가 상기 제 3 홀 IC 칩의 출력값을 이용하여 상기 제 1 및 제 2 홀 IC 칩의 출력값을 보정하는 것을 특징으로 하는 토크 센서를 제공한다.
또한, 본 발명은 구동 모터; 상기 구동 모터에 형성된 웜 기어; 상기 웜 기어와 치합하는 웜휠 기어; 상기 웜휠 기어의 일측에 마련되는 토크 센서를 포함하여 구성되는 전동식 파워 스티어링 장치에 있어서, 상기 토크 센서는 제 1 자성체가 외주면을 따라 구비되어 있는 몸체부와 상기 몸체부의 중앙에 형성되어 있는 입력축 삽입공과 상기 입력축 삽입공의 둘레를 따라 돌출되어 수개 형성되는 압착부 및 상기 압착부에 끼워지는 압착링을 포함하여 구성되는 토크 로터; 중앙에 토크 로터 삽입부와 출력축 결합부가 형성되어 있고 상부 스테이터와 연결되는 제 2 자성체와 하부 스테이터와 연결되는 3 자성체가 상기 토크 로터 삽입부의 둘레를 따 라 교대로 반복하여 배열되어 있는 포지션 로터; 상기 포지션 로터의 외주면 일측에 끼워지고 상기 포지션 로터의 상, 하부 스테이터 사이에 상, 하로 구비되는 컨센트레이터를 포함하여 구성되는 자기량 검출부; 상기 자기량 검출부에 끼워지면서 제 1 및 제 2 홀 IC 칩은 상기 상, 하로 구비되는 컨센트레이터 사이에 위치하도록 배열되며 제 3 홀 IC 칩은 상기 제 1 및 제 2 홀 IC 칩으로부터 일정거리 이격되어 위치하도록 배열되는 기판; 상기 제 1 및 제 2 홀 IC 칩의 출력값을 연산하는 ECU; 및 상기 포지션 로터와 상기 자기량 검출부을 감싸고 상부 하우징과 하부 하우징으로 분리되어 구성되는 하우징을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 장치를 제공한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 토크 센서의 조립 사시도로서, 도 2에서 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 토크 센서는 자기량 검출부(240)에 끼워지면서 제 1 및 제 2 홀 IC 칩(243, 245)이 상, 하로 구비되는 컨센트레이터(242) 사이에 위치하도록 배열되는 기판(241)에 제 3 홀 IC 칩(247)이 추가로 구비되는 것을 특징으로 한다.
토크 로터(220)는 제 1 자성체(225)가 외주면을 따라 구비되어 있는 몸체부(224)와 몸체부(224)의 중앙에 형성되어 있는 입력축 삽입공(221)과 입력축 삽입공(221)의 둘레를 따라 돌출되어 수개 형성되는 압착부(222) 및 압착부(222)에 끼워지는 압착링(223)을 포함하여 구성된다.
몸체부(224)는 통상 환형 고리 형상의 요크(미도시)에 플라스틱 등을 사출 성형하여 만드는데, 그 외주면에는 둘레를 따라 N극과 S극이 교대로 반복되는 제 1 자성체(225)가 구비되어 있다.
여기서 N극과 S극은 N극이 6회, S극이 6회 교대로 반복되거나 또는 N극이 8회, S극이 8회 교대로 반복되는 등의 구성으로 이루어져 있다.
입력축 삽입공(221)은 몸체부(224)의 중앙에 형성되어 있는데, 입력축 삽입공(221)에는 입력축(180)이 끼워지게 된다.
입력축 삽입공(221)의 지름은 입력축(180)의 일측이 끼워져 토크 로터(220)가 입력축(180)과 함께 회전할 수 있도록 입력축(180)의 지름보다 다소 작게 형성되어 입력축 삽입공(221)에 입력축(180)이 압입/고정된다.
압착부(222)는 입력축 삽입공(221)의 둘레를 따라 돌출되어 수개 형성되어 있는데, 도 2에서는 압착부(222)가 4개 돌출되어 형성되어 있는 것을 도시하였으나, 3개 이하 도는 5개 이상도 가능할 것이다.
압착링(223)은 압착부(222)에 끼워지는데, 압착링(223)은 환형 고리 형상이되, 일정 부분이 절개되어 있는 형상으로써 압착부(222)와 함께 입력축(180)을 고정하는 역할을 한다.
즉, 입력축(180)을 입력축 삽입공(221)에 끼운 후 압착부(222)에 끼워져 있던 압착링(223)을 조이면 압착링(223)의 절개부분이 좁혀지면서 압착부(222)를 중심방향으로 밀어주어 압착부(222)가 입력축(180)의 외주면을 압착하게 되므로 입력축(180)과 토크 로터(220)가 단단히 고정될 수 있게 되는 것이다.
포지션 로터(230)는 중앙에 토크 로터 삽입부(239)와 출력축 결합부(237)가 형성되어 있고 상부 스테이터(231)와 연결되는 제 2 자성체(236)와 하부 스테이터(232)와 연결되는 제 3 자성체(235)가 토크 로터 삽입부(239)의 둘레를 따라 교대로 반복하여 배열되어 있다.
포지션 로터(230)의 중앙에는 토크 로터(220)가 내주하는 토크 로터 삽입부(239)와 출력축(140)의 일단이 끼워지는 출력축 결합부(237)가 형성되어 있는데, 토크 로터 삽입부(239)의 직경이 출력축 결합부(237)의 직경보다 크게 형성되어 있다.
또한, 토크 로터 삽입부(239)의 상측면에는 제 2 자성체(236)와 연결되는 상부 스테이터(231)가 형성되어 있고 제 3 자성체(235)와 연결되는 하부 스테이터(232)는 상부 스테이터(231)로부터 일정길이만큼 떨어져서 형성되며 상부 스테이터(231)와 하부 스테이터(232)는 그보다 직경이 작은 포지션 로터 몸체부(233)로 연결되어 있다.
상부 스테이터(231)와 이에 연결되어 있는 제 2 자성체(236)는 N극으로 자화된 철판이고 하부 스테이터(232)와 이에 연결되어 있는 제 3 자성체(235)는 S극으로 자화되어 있는 철판이다.
여기서 N극과 S극의 위치는 바뀔 수 있을 것이다.
즉, 상부 스테이터(231)와 이에 연결되어 있는 제 2 자성체(236)는 S극으로 자화되고 하부 스테이터(232)와 이에 연결되어 있는 제 3 자성체(235)는 N극으로 자화될 수도 있을 것이다.
제 2 자성체(236)와 제 3 자성체(235)는 토크 로터 삽입부(239)의 둘레를 따라 교대로 반복하여 배열되어 토크 로터 삽입부(239)에 끼워지는 토크 로터(220)의 외주면을 따라 구비되어 있는 제 1 자성체(225)와의 사이에서 자기장을 형성하게 된다.
토크 로터 삽입부(239)는 중공의 원통 형상으로 마련되고 그 지름이 토크 로터(220)의 지름보다 다소 크게 형성되어 토크 로터(220)가 토크 로터 삽입부(239)에 삽입된 상태에서 회전 가능하게 마련된다.
출력축 결합부(237)는 출력축(140)의 일측이 압입되어 고정될 수 있도록 출력축(140) 일측의 지름보다 적절히 작게 형성된다.
포지션 로터(230)의 출력축 결합부(237)에 끼워지는 출력축(140)과 토크 로터(220)에 끼워지는 입력축(180)은 토션바(미도시)로 연결된다.
토션바(미도시)는 입력축(180)과 출력축(140) 사이에서 일종의 스프링 역할을 하여 입력축(180)과 출력축(140) 사이의 회전 거리 차이를 검출할 수 있게 한다.
자기량 검출부(240)는 포지션 로터(230)의 외주면 일측에 끼워지고 포지션 로터(230)의 상, 하부 스테이터(231, 232) 사이에 상, 하로 구비되는 컨센트레이 터(242)를 포함하여 구성된다.
자기량 검출부(240)는 포지션 로터(230)의 외주면 일측에 끼워지되 자기량 검출부(240)와 포지션 로터(230)는 상대회전이 가능하게 구성된다.
컨센트레이터(242)는 자기량 검출부(240) 중 포지션 로터(230)의 상부 스테이터(231)와 하부 스테이터(232) 사이에 위치하는 부분에 마련되는데, 컨센트레이터(242)는 상, 하로 구비되어 그 사이에 기판(241)의 제 1 홀 IC 칩(243)과 제 2 홀 IC 칩(245)이 위치하게 된다.(도 3a 참조)
컨센트레이터(242)는 상부 스테이터(231)와 하부 스테이터(232) 사이에 발생하는 자속(Flux)을 모아주는 역할을 한다.
기판(241)은 자기량 검출부(240)에 끼워지면서 제 1 및 제 2 홀 IC 칩(243, 245)이 포지션 로터(230)의 상, 하부 스테이터(231, 232) 사이에 위치하도록 배열된다.
여기서, 본 발명의 특징인 제 3 홀 IC 칩(247)이 기판(241)에 추가로 구비되는데, 도 2에서는 제 3 홀 IC 칩(247)이 제 1 및 제 2 홀 IC 칩(243, 245)이 위치하는 반대쪽 끝단에 위치하는 경우를 도시하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 제 3 홀 IC 칩(247)은 제 1 및 제 2 홀 IC 칩(243, 245)으로부터 일정거리 이격되어 위치하게 할 수 있다.(즉, 제 3 홀 IC 칩(247)은 컨센트레이터(242) 사이와 상, 하부 스테이터(231, 232) 사이를 제외한 부분에 위치하게 할 수 있다.)
이 때, 제 3 홀 IC 칩(247)이 제 1 및 제 2 홀 IC 칩(243, 245)으로부터 이격되는 거리는 컨센트레이터(242)를 통과하는 자속(Flux)의 영향을 최소화할 수 있 도록 적절히 정해지는 것이 바람직할 것이다.
ECU(미도시)는 제 1 홀 IC 칩(243)과 제 2 홀 IC 칩(245)의 출력값을 연산하는데, 제 3 홀 IC 칩(247)을 추가함으로써 ECU(미도시)는 제 3 홀 IC 칩(247)의 출력값을 이용하여 제 1 및 제 2 홀 IC 칩(243, 245)의 출력값을 보정하게 된다.
하우징(255)은 상부 하우징(210)과 하부 하우징(250)으로 분리되어 구성되어 포지션 로터(230)와 자기량 검출부(240)를 감싸게 된다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 토크 센서 중 제 1, 제 2 ,제 3 홀 IC 칩의 배열상태를 개략적으로 도시한 도면, 도 3b는 플럭스가 제 1 및 제 2 홀 IC 칩을 통과하는 것을 간략히 도시한 도면이다.
도 2와 도 3a 및 도 3b를 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 토크 센서에서 토크를 측정하는 과정을 간략히 설명하면 다음과 같다.
운전자가 조향휠을 회전시킴에 따라 조향휠과 연결되는 입력축(180)이 회전하게 되고, 입력축(180)과 토션바를 매개로 연결되는 출력축(140)이 연동하여 회전하게 된다.
이 때, 입력축(180)과 출력축(140) 사이에 비틀림이 발생하게 되면 출력축(140)에 압입/고정된 포지션 로터(230)와 입력축(180)에 압입/고정된 토크 로터(220) 사이에 회전각도의 차이가 발생하게 된다.
위와 같이 포지션 로터(230)와 토크 로터(220) 사이에 회전 각도의 차이가 발생하게 되면 토크 로터 삽입부(239)의 원주를 따라 교대로 반복하여 구비되어 있는 제 2 및 제 3 자성체(236, 235)와 토크 로터(220)의 외주면을 따라 형성된 제 1 자성체(225)와의 사이에 형성되어 있던 자기장이 변화하게 된다.
그리고, 이와 같이 변화된 자기장으로 인해 상부 스테이터(231)와 하부 스테이터(232) 사이에 형성되어 있던 자속(Flux)의 양이 변화하게 되고, 따라서 컨센트레이터(242) 사이에 위치하는 제 1 및 제 2 홀 IC 칩(243, 245)을 통과하는 자속의 양이 변화하게 된다.
그러면 제 1 및 제 2 홀 IC 칩(243, 245)은 자속의 변화량을 출력신호로 생성하여 ECU에 보내게 되고 ECU는 제 1 홀 IC 칩(243)에서 발생한 출력값(T1)과 제 2 홀 IC 칩(245)에서 발생한 출력값(T2)를 이용하여 토크값을 계산하고 그에 따라 구동 모터(150)를 작동시켜 구동 모터(150)에 구비된 웜 기어(110)에 회전 보조력을 제공하도록 함으로써 웜휠 기어(120)를 회전시켜 운전자의 조향력을 보조하게 된다.
여기서 제 1 홀 IC 칩(243)의 출력값(T1)과 제 2 홀 IC 칩(245)의 출력값(T2)은 동일하다.
즉, 제 2 홀 IC 칩(245)은 제 1 홀 IC 칩(243)의 백업 용도로 사용되어 제 1 홀 IC 칩(243)이 고장 등으로 작동이 불능인 경우 제 2 홀 IC 칩(245)의 출력값(T2)을 이용하여 토크값을 계산하고, 평상시에도 T1과 T2값을 비교하여 T1과 T2값에 차이가 발생하면 제 1 홀 IC 칩(243)이나 제 2 홀 IC 칩(245)에 문제가 발생한 것이므로 사용자가 조치를 취할 수 있게 된다.
제 3 홀 IC 칩(247)은 외부 자기장의 양을 측정하기 위해 기판(241)에 추가되는데, 제 3 홀 IC 칩(247)의 출력값을 T3으로 하여 ECU에 제공하게 된다.
이 때, 제 3 홀 IC 칩(247)은 컨센트레이터(242)를 통과하는 자속의 변화량에 영향을 받지 않도록 제 1 및 제 2 홀 IC 칩(243, 245)으로부터 일정거리 이격되도록 위치시킨다.(도 3a 참조)
여기서 외부 자기장은 제 1, 제 2 및 제 3 홀 IC 칩 모두를 통과하게 되므로 T1과 T2에도 외부 자기장에 의한 값이 포함되어 있다.
따라서, ECU에서는 T1 값에서 T3 값을 뺀 출력값으로 토크값을 계산함으로써 외부 자기장에 의한 영향을 최소화할 수 있는 것이다.
물론 제 1 홀 IC 칩(243)과 제 2 홀 IC 칩(245)이 정상적으로 작동하면 ECU는 동일한 T1 값과 T2 값 중 선택하여 T3 값과의 차이를 계산할 것이다.
그리고 제 2 홀 IC 칩(245)이 제 1 홀 IC 칩(243)의 백업 용도로 사용되듯이 제 3 홀 IC 칩(247)의 백업 용도로 제 4 홀 IC 칩을 추가할 수도 있을 것이다.
본 발명은 두 축 사이에 구비되어 두 축에 작용하는 토크의 크기를 측정하는 토크 센서에 적용될 수 있으며, 특히 구동 모터; 상기 구동 모터에 형성된 웜 기어; 상기 웜 기어와 치합하는 웜휠 기어, 상기 웜휠 기어의 일측에 마련되는 토크 센서를 포함하여 구성되는 전동식 파워 스티어링 장치에 효율적으로 적용할 수 있을 것이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위 한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1a는 종래 전동식 파워 스티어링 장치의 개략 구성상태를 보인 사시도;
도 1b는 종래 전동식 파워 스티어링 장치에 사용되는 감속기부를 도시한 부분단면도;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 토크 센서의 조립 사시도
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 토크 센서 중 제 1, 제 2 ,제 3 홀 IC 칩의 배열상태를 개략적으로 도시한 도면; 및
도 3b는 플럭스가 제 1 및 제 2 홀 IC 칩을 통과하는 것을 간략히 도시한 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110: 웜 기어 120: 웜휠 기어
125: 토크 센서 140: 출력축
150: 구동모터 160: 조향컬럼
180: 입력축 210: 상부 하우징
220: 토크 로터 230: 포지션 로터
240: 자기량 검출부 243: 제 1 홀 IC 칩
245: 제 2 홀 IC 칩 247: 제 3 홀 IC 칩
250: 하부 하우징

Claims (3)

  1. 제 1 자성체가 외주면을 따라 구비되어 있는 몸체부와 상기 몸체부의 중앙에 형성되어 있는 입력축 삽입공과 상기 입력축 삽입공의 둘레를 따라 돌출되어 수개 형성되는 압착부 및 상기 압착부에 끼워지는 압착링을 포함하여 구성되는 토크 로터;
    중앙에 토크 로터 삽입부와 출력축 결합부가 형성되어 있고 상부 스테이터와 연결되는 제 2 자성체와 하부 스테이터와 연결되는 3 자성체가 상기 토크 로터 삽입부의 둘레를 따라 교대로 반복하여 배열되어 있는 포지션 로터;
    상기 포지션 로터의 외주면 일측에 끼워지고 상기 포지션 로터의 상, 하부 스테이터 사이에 상, 하로 구비되는 컨센트레이터를 포함하여 구성되는 자기량 검출부;
    상기 자기량 검출부에 끼워지면서 제 1 및 제 2 홀 IC 칩이 상기 상, 하로 구비되는 컨센트레이터 사이에 위치하도록 배열되는 기판;
    상기 제 1 및 제 2 홀 IC 칩의 출력값을 연산하는 ECU; 및
    상기 포지션 로터와 상기 자기량 검출부을 감싸고 상부 하우징과 하부 하우징으로 분리되어 구성되는 하우징
    을 포함하여 구성되는 토크 센서에 있어서,
    상기 기판에 제 3 홀 IC 칩이 추가로 구비되어 상기 ECU가 상기 제 3 홀 IC 칩의 출력값을 이용하여 상기 제 1 및 제 2 홀 IC 칩의 출력값을 보정하는 것을 특 징으로 하는 토크 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 홀 IC 칩은 상기 제 1 및 제 2 홀 IC 칩으로부터 일정거리 이격되어 위치하는 것을 특징으로 하는 토크 센서.
  3. 구동 모터;
    상기 구동 모터에 형성된 웜 기어;
    상기 웜 기어와 치합하는 웜휠 기어;
    상기 웜휠 기어의 일측에 마련되는 토크 센서
    를 포함하여 구성되는 전동식 파워 스티어링 장치에 있어서,
    상기 토크 센서는
    제 1 자성체가 외주면을 따라 구비되어 있는 몸체부와 상기 몸체부의 중앙에 형성되어 있는 입력축 삽입공과 상기 입력축 삽입공의 둘레를 따라 돌출되어 수개 형성되는 압착부 및 상기 압착부에 끼워지는 압착링을 포함하여 구성되는 토크 로터;
    중앙에 토크 로터 삽입부와 출력축 결합부가 형성되어 있고 상부 스테이터와 연결되는 제 2 자성체와 하부 스테이터와 연결되는 3 자성체가 상기 토크 로터 삽입부의 둘레를 따라 교대로 반복하여 배열되어 있는 포지션 로터;
    상기 포지션 로터의 외주면 일측에 끼워지고 상기 포지션 로터의 상, 하부 스테이터 사이에 상, 하로 구비되는 컨센트레이터를 포함하여 구성되는 자기량 검출부;
    상기 자기량 검출부에 끼워지면서 제 1 및 제 2 홀 IC 칩은 상기 상, 하로 구비되는 컨센트레이터 사이에 위치하도록 배열되며 제 3 홀 IC 칩은 상기 제 1 및 제 2 홀 IC 칩으로부터 일정거리 이격되어 위치하도록 배열되는 기판;
    상기 제 1 및 제 2 홀 IC 칩의 출력값을 연산하는 ECU; 및
    상기 포지션 로터와 상기 자기량 검출부을 감싸고 상부 하우징과 하부 하우징으로 분리되어 구성되는 하우징
    을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 장치.
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