KR101258183B1 - 조향축용 인덕턴스방식 토크 및 앵글센서 - Google Patents

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Abstract

구조가 간단하고 소형화가 가능하도록, 조향축과 결합되어 함께 회전하는 구동기어와, 상기 구동기어와 결합되어 회전하며 회전력을 감속하여 전달하는 변속기어와, 상기 변속기어와 결합되어 회전하며 상기 구동기어보다 감속된 상태로 회전하고 각각 커플러가 설치되는 한쌍의 종동기어를 포함하고, 변속기어는 동축상에 설치되는 2단 기어의 구조로 형성하고, 구동기어와 결합되는 제1기어와 종동기어와 결합되는 제2기어의 기어비가 1.2:1~10:1의 범위에서 설정되어 형성되고, 한쌍의 종동기어 중에서 하나의 종동기어는 핸들쪽 조향축과 함께 회전하도록 설치하고, 다른 하나의 종동기어는 바퀴쪽 조향축과 함께 회전하도록 설치하는 조향축용 인덕턴스방식 토크 및 앵글센서를 제공한다.

Description

조향축용 인덕턴스방식 토크 및 앵글센서 {Inductive Torque and Angle Sensor for Steering}
본 발명은 조향축용 인덕턴스방식 토크 및 앵글센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 변속기어를 사용하여 기어비를 통해 와이드앵글의 구현이 가능하고 조향축에 대한 앵글센서의 기능과 토크센서의 기능을 함께 구현하는 것이 가능한 조향축용 인덕턴스방식 토크 및 앵글센서에 관한 것이다.
자동차에는 진행방향을 바꾸기 위해 바퀴의 회전축 방향을 바꾸는 장치인 조향장치가 설치되고, 자동차 조향장치의 조향축에는 회전각을 감지하기 위한 앵글센서와 토크센서가 설치된다.
상기 앵글센서는 조향축(핸들)이 회전되는 회전각을 측정하기 위한 기능을 수행한다.
상기 토크센서는 핸들쪽에 연결되는 조향축의 회전각과 바퀴쪽에 연결되는 조향축의 회전각 사이의 편차(바퀴와 노면 사이에 마찰력이 발생하여 전달되는 동력의 손실이 발생하여 운전자가 행하는 핸들의 회전각과 방향전환을 위한 바퀴의 실제 조향각 사이에 일어나는 차이)를 측정하여 이를 보상해주기 위한 센서이며, 산출되는 편차만큼 별도의 동력수단으로부터 바퀴의 방향전환에 필요한 구동력을 제공되도록 하여 운전자가 원하는 방향으로 자동차를 안정적으로 운행할 수 있도록 하는 기능을 수행한다.
상기에서 핸들쪽에 연결되는 조향축과 바퀴쪽에 연결되는 조향축은 토션바를 통하여 서로 연결된다.
또 상기 토크센서는 핸들의 토크를 측정하여 고속 주행시나 저속 주행시에 운전자가 안전 운전을 할 수 있도록 핸들에 동력을 전달하는 MDPS(Motor Driven Power Steering System) 등에도 사용된다.
상기 앵글센서 및 토크센서는 각각 조향축과 함께 회전하는 부재에 커플러를 설치하고, 인접된 위치에 커플러가 회전하면서 차폐하는 면적에 따라 인던턱스의 변화를 나타내는 수신코일과 여자코일 등으로 구성되는 감지회로 기판을 설치하여 이루어진다.
즉 상기 앵글센서 및 토크센서는 상기 수신코일로부터 측정되는 커플러의 차폐면적에 따른 인덕턴스 값의 변화를 이용하여 조향축의 회전각을 측정하도록 이루어진다.
종래 대부분의 조향축에는 앵글센서와 토크센서가 별도로 구성되어 설치되고 있다. 따라서 전체적인 구조가 복잡하게 이루어지며, 조향축의 회전각을 감지하는 회로 및 이를 전달받아 제어하는 회로 등이 복잡하게 구성된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 변속기어를 사용하여 기어비를 통해 조향축의 토크와 회전각을 함께 검출하는 것이 가능하며, 조향축에 대한 토크센서의 기능과 앵글센서의 기능을 함께 구현하는 것이 가능하므로 구조가 간단하고 소형화가 가능한 조향축용 인덕턴스방식 토크 및 앵글센서를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 조향축용 인덕턴스방식 토크 및 앵글센서는 조향축과 결합되어 함께 회전하는 구동기어와, 상기 구동기어와 결합되어 회전하며 회전력을 감속하여 전달하는 변속기어와, 상기 변속기어와 결합되어 회전하며 상기 구동기어보다 감속된 상태로 회전하고 각각 커플러가 설치되는 한쌍의 종동기어를 포함하여 이루어진다.
상기 변속기어는 동축상에 설치되는 2단 기어의 구조로 형성하고, 상기 구동기어와 결합되는 제1기어와 상기 종동기어와 결합되는 제2기어의 기어비가 1.2:1~10:1의 범위에서 설정되어 형성된다.
상기 구동기어는 베벨기어로 형성하는 것도 가능하고, 스퍼어기어로 형성하는 것도 가능하다.
상기 한쌍의 종동기어 중에서 하나의 종동기어는 핸들쪽 조향축과 함께 회전하도록 설치하고, 다른 하나의 종동기어는 바퀴쪽 조향축과 함께 회전하도록 설치하는 것도 가능하다.
상기와 같이 한쌍의 종동기어를 구성하게 되면, 종동기어에 설치된 커플러를 이용하여 토크센서의 기능과 앵글센서의 기능을 동시에 구현하는 것이 가능하다.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 조향축용 인덕턴스방식 토크 및 앵글센서는 조향축과 결합되어 함께 회전하며 하나의 커플러가 설치되는 구동기어와, 상기 구동기어와 결합되어 회전하며 회전력을 감속하여 전달하는 변속기어와, 상기 변속기어와 결합되어 회전하며 상기 구동기어보다 감속된 상태로 회전하고 다른 하나의 커플러가 설치되는 종동기어를 포함하여 이루어지는 것도 가능하다.
상기 구동기어와 종동기어에 설치되는 커플러를 이용하여 앵글센서의 기능을 구현한다.
상기 구동기어를 동축상에 설치되며 서로 분리되어 회전하는 2단 기어의 구조로 형성하고, 상단의 구동기어는 핸들쪽 조향축과 함께 회전하도록 설치하고, 하단의 구동기어는 바퀴쪽 조향축과 함께 회전하도록 설치하고, 상기 상단의 구동기어 및 하단의 구동기어에는 각각 커플러를 설치하는 것도 가능하다.
상기와 같이 구동기어를 2단 기어의 구조로 형성하게 되면, 구동기어에 설치되는 한쌍의 커플러를 이용하여 토크센서의 기능을 구현하는 것이 가능하다.
본 발명의 실시예에 따른 조향축용 인덕턴스방식 토크 및 앵글센서에 의하면, 토크센서의 기능과 앵글센서의 기능을 하나의 시스템 내에서 모두 동시에 구현하는 것이 가능하다.
따라서 본 발명의 실시예에 따른 조향축용 인덕턴스방식 토크 및 앵글센서에 의하면, 전체적인 구조가 간단해지고, 소형화가 가능하다.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 조향축용 인덕턴스방식 토크 및 앵글센서에 있어서도, 기존에 개발되어 인덕턴스방식 토크센서 및 앵글센서에서 사용하는 신호처리회로기판(ASIC)을 공용으로 사용하는 것도 가능하므로, 별도의 개발비가 추가되지 않아 원가부담이 적다.
나아가 본 발명의 실시예에 따른 조향축용 인덕턴스방식 토크 및 앵글센서에 의하면, 변속기어의 제1기어와 제2기어의 기어비를 1.2:1~10:1의 범위에서 설정하여 구현하므로, 와이드앵글(wide angle)을 용이하게 구현하는 것이 가능하며, 간단히기어비를 변경하여 구현하는 것을 통하여 다양한 각도의 규격에 맞추어 응용하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 조향축용 인덕턴스방식 토크 및 앵글센서를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 조향축용 인덕턴스방식 토크 및 앵글센서를 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 조향축용 인덕턴스방식 토크 및 앵글센서를 나타내는 조립단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 조향축용 인덕턴스방식 토크 및 앵글센서의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 조향축용 인덕턴스방식 토크 및 앵글센서를 나타내는 조립단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 조향축용 인덕턴스방식 토크 및 앵글센서의 평면도이다.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 조향축용 인덕턴스방식 토크 및 앵글센서를 나타내는 평면도이다.
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 조향축용 인덕턴스방식 토크 및 앵글센서를 나타내는 도 7의 A-A선 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 조향축용 인덕턴스방식 토크 및 앵글센서를 나타내는 도 7의 B-B선 단면도이다.
다음으로 본 발명의 조향축용 인덕턴스방식 토크 및 앵글센서의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
먼저 본 발명의 제1실시예에 따른 조향축용 인덕턴스방식 토크 및 앵글센서는 도 1 내지 도 4에 나타낸 바와 같이, 구동기어(30)와, 변속기어(40), 종동기어(50)를 포함하여 이루어진다.
도면에 있어서 부호 10은 하케이스(11)와 상케이스(12)로 구성되는 케이스를 나타낸다.
상기 구동기어(30)와 변속기어(40), 종동기어(50)는 케이스(10) 내부에 각각 회전가능하게 설치된다.
상기 케이스(10) 내부에는 여자코일과 수신코일 등이 설치된 회로기판(20)이 설치된다.
상기 구동기어(30)는 조향축(2), (4)과 결합되어 함께 회전하도록 설치된다.
상기 구동기어(30)는 동축상에 설치되며 서로 분리되어 회전하는 2단 기어의 구조로 형성한다.
예를 들면, 상단의 구동기어(32)는 핸들쪽 조향축(2)과 함께 회전하도록 설치하고, 하단의 구동기어(34)는 바퀴쪽 조향축(4)과 함께 회전하도록 설치한다.
상기 상단의 구동기어(32) 및 하단의 구동기어(34)에는 각각 커플러(60)를 설치한다.
상기 커플러(60)는 각각 반원의 고리형상이나 반원형상, 풍차형상 등으로 형성하여 설치하는 것이 가능하다.
상기와 같이 구동기어(30)를 2단 기어의 구조로 형성하게 되면, 상단의 구동기어(32) 및 하단의 구동기어(34)에 설치된 한쌍의 커플러(60)를 이용하여 토크센서의 기능을 구현하는 것이 가능하다.
상기에서 상단의 구동기어(32)의 경우에는 맞물려 회전하는 기어요소가 없으므로, 원주면에 기어를 형성하지 않는 것도 가능하다.
상기 변속기어(40)는 상기 구동기어(30)와 결합되어 회전하며 회전력을 감속하여 전달한다.
상기에서 변속기어(40)는 상기 구동기어(30) 중에서 하단의 구동기어(34)와 맞물려 회전하도록 설치한다.
상기 변속기어(40)는 동축상에 설치되는 2단 기어의 구조로 형성한다.
예를 들면, 상기 변속기어(40)는 상기 하단의 구동기어(34)와 맞물리는 제1기어(41)와, 상기 종동기어(50)와 맞물리는 제2기어(42)의 2단 기어의 구조로 형성한다.
상기 제1기어(41)와 제2기어(42)는 기어비가 1.2:1~10:1의 범위에서 설정되도록 형성한다.
상기에서 제1기어(41)와 제2기어(42)의 기어비를 크게 설정하게 되면, 상기 조향축(2), (4)의 회전수(상기 제1기어(41)와 맞물리는 상기 하단의 구동기어(34)의 회전수)에 비하여 상기 제2기어(42)와 맞물려 회전하는 종동기어(50)의 회전수가 작아지므로, 와이드앵글(wide angle)이 가능한 앵글센서를 구현하는 것이 가능하다.
그리고 상기에서 제1기어(41)와 제2기어(42)의 기어비를 1.2:1보다 작게 설정하는 경우에는, 회전각의 확대효과(와이드앵글 효과)가 충분하게 얻어지지 않는다. 즉 기어비를 1.2:1로 설정하는 경우에는 회전각이 20% 확대되는 효과가 얻어지지만, 1.2:1 미만으로 설정하는 경우에는 회전각의 확대가 20% 미만이므로, 충분한 와이드앵글을 구현할 수 없다는 단점이 있다.
상기에서 제1기어(41)와 제2기어(42)의 기어비를 10:1보다 크게 설정하는 경우에는 제1기어(41)의 크기가 커져서 전체적인 구조가 커지므로 설치공간이 부족할 우려가 있고, 제조비용이 효과에 비하여 크게 상승한다는 단점이 있다.
상기 종동기어(50)는 상기 변속기어(40)의 제2기어(42)와 맞물려 회전한다.
상기 종동기어(50)는 상기 변속기어(40)에 의하여 상기 구동기어(30)보다 감속된 상태로 회전하게 된다.
상기 종동기어(50)에는 다른 하나의 커플러(60)가 설치된다.
상기 구동기어(30) 중에서 하단의 구동기어(34)에 설치되는 커플러(60)와 상기 종동기어(50)에 설치되는 커플러(60)를 이용하여 앵글센서의 기능을 구현한다.
그리고 본 발명의 제2실시예에 따른 조향축용 인덕턴스방식 토크 및 앵글센서는 도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 조향축(2), (4)과 결합되어 함께 회전하는 구동기어(30)와, 상기 구동기어(30)와 결합되어 회전하며 회전력을 감속하여 전달하는 변속기어(40)와, 상기 변속기어(40)와 결합되어 회전하며 상기 구동기어(30)보다 감속된 상태로 회전하고 각각 커플러(60)가 설치되는 한쌍의 종동기어(50)를 포함하여 이루어진다.
상기 구동기어(30)는 상기한 제1실시예와 마찬가지로, 동축상에 설치되며 서로 분리되어 회전하는 2단 기어의 구조로 형성하며, 상단의 구동기어(36)는 핸들쪽 조향축(2)과 함께 회전하도록 설치하고, 하단의 구동기어(38)는 바퀴쪽 조향축(4)과 함께 회전하도록 설치한다.
상기 상단의 구동기어(36) 및 하단의 구동기어(38)는 베벨기어로 형성하고, 맞물리는 변속기어(40)도 베벨기어로 형성한다.
상기와 같이 상단의 구동기어(36)와 하단의 구동기어(38) 및 맞물리는 변속기어(40)를 베벨기어로 형성하게 되면, 조향축(2), (4)과 평행한 상태로 변속기어(40)와 종동기어(50)를 설치하는 것이 가능하다.
따라서 상기한 제2실시예는 조향축(2), (4) 주위에 조향축(2), (4)과 수직한 방향으로의 공간이 부족하고 평행한 방향으로의 공간이 충분한 경우에 적합하다.
상기 변속기어(40)는 상기 상단의 구동기어(36) 및 하단의 구동기어(38)와 각각 맞물리도록 상하 한쌍으로 구성한다.
예를 들면, 상기 상단의 구동기어(36)에는 상기 변속기어(40) 중 위쪽의 변속기어(40)의 제1기어(43)가 맞물리고, 하단의 구동기어(38)에는 상기 변속기어(40) 중 아래쪽의 변속기어(40)의 제1기어(45)가 맞물리도록 구성한다.
상기 한쌍의 종동기어(50) 중에서 하나의 종동기어(52)는 핸들쪽 조향축(2)과 함께 회전하도록 설치하고, 다른 하나의 종동기어(54)는 바퀴쪽 조향축(4)과 함께 회전하도록 설치한다.
예를 들면, 상기 위쪽의 제1기어(43)와 동축상에 설치되는 위쪽의 변속기어(40)의 제2기어(44)에는 위쪽의 종동기어(52)가 맞물려 회전하도록 구성하고, 상기 아래쪽의 제1기어(45)와 동축상에 설치되는 아래쪽의 변속기어(40)의 제2기어(46)에는 아래쪽의 종동기어(54)가 맞물려 회전하도록 구성한다.
상기와 같이 한쌍의 종동기어(50)를 구성하게 되면, 종동기어(50)에 설치된 커플러(60)를 이용하여 토크센서의 기능과 앵글센서의 기능을 동시에 구현하는 것이 가능하다.
상기한 제2실시예에 있어서도 상기한 구성 이외에는 상기한 제1실시예와 마찬가지의 구성으로 실시하는 것이 가능하므로, 상세한 설명은 생략한다.
그리고 본 발명의 제3실시예에 따른 조향축용 인덕턴스방식 토크 및 앵글센서는 도 7 내지 도 8에 나타낸 바와 같이, 상기한 제2실시예에 있어서 구동기어(30)를 베벨기어 대신에 스퍼어기어를 이용하여 구현한다.
예를 들면, 상단의 구동기어(32) 및 하단의 구동기어(34)를 스퍼어기어로 형성하고, 맞물리는 변속기어(40)의 위쪽의 제1기어(43) 및 아래쪽의 제1기어(45)도 스퍼어기어로 형성한다.
상기와 같이 상단의 구동기어(32)와 하단의 구동기어(34) 및 맞물리는 변속기어(40)를 스퍼어어로 형성하게 되면, 조향축(2), (4)과 평행한 상태로 변속기어(40)와 종동기어(50)를 설치하는 것이 가능하다.
따라서 상기한 제3실시예는 조향축(2), (4) 주위에 조향축(2), (4)과 수직한 방향으로의 공간이 충분하고 평행한 방향으로의 공간이 부족한 경우에 적합하다.
상기 종동기어(50) 중에서 하나의 종동기어(56)는 상단의 구동기어(32)와 맞물리는 위쪽의 변속기어(40)의 제2기어(44)와 맞물리도록 구성되고, 상기 종동기어(50) 중에서 다른 하나의 종동기어(58)는 하단의 구동기어(34)와 맞물리는 아래쪽의 변속기어(40)의 제2기어(46)와 맞물리도록 구성된다.
상기한 제3실시예에 있어서도 상기한 구성 이외에는 상기한 제2실시예와 마찬가지의 구성으로 실시하는 것이 가능하므로, 상세한 설명은 생략한다.
상기에서는 본 발명에 따른 조향축용 인덕턴스방식 토크 및 앵글센서의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 명세서 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.
10 - 케이스, 11 - 하케이스, 12 - 상케이스, 20 - 회로기판
30 - 구동기어, 32,36 - 상단의 구동기어, 34,38 - 하단의 구동기어
40 - 변속기어, 41,43,45 - 제1기어, 42,44,46 - 제2기어
50 - 종동기어, 52,56 - 상단의 종동기어, 54,58 - 하단의 종동기어
60 - 커플러

Claims (5)

  1. 조향축과 결합되어 함께 회전하는 구동기어와,
    상기 구동기어와 결합되어 회전하며 회전력을 감속하여 전달하는 변속기어와,
    상기 변속기어와 결합되어 회전하며 상기 구동기어보다 감속된 상태로 회전하고 각각 커플러가 설치되는 한쌍의 종동기어를 포함하며,
    상기 변속기어는 동축상에 설치되는 상기 구동기어와 맞물리는 제1기어 및 상기 종동기어와 맞물리는 제2기어의 2단 기어의 구조이고, 상기 제1기어와 상기 제2기어의 기어비는 1.2:1~10:1로 구비되는 조향축용 인덕턴스방식 토크 및 앵글센서.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동기어는 베벨기어 또는 스퍼어기어로 형성하는 조향축용 인덕턴스방식 토크 및 앵글센서.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 한쌍의 종동기어 중에서 하나의 종동기어는 핸들쪽 조향축과 함께 회전하도록 설치하고, 다른 하나의 종동기어는 바퀴쪽 조향축과 함께 회전하도록 설치하는 조향축용 인덕턴스방식 토크 및 앵글센서.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 종동기어를 하나로만 구성하고,
    상기 구동기어를 동축상에 설치되며 서로 분리되어 회전하는 2단 기어의 구조로 형성하고,
    상기 구동기어 중에서 상단의 구동기어는 핸들쪽 조향축과 함께 회전하도록 설치하고,
    상기 구동기어 중에서 하단의 구동기어는 바퀴쪽 조향축과 함께 회전하도록 설치하고,
    상기 상단의 구동기어 및 하단의 구동기어에는 각각 커플러를 설치하는 조향축용 인덕턴스방식 토크 및 앵글센서.
  5. 삭제
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