KR101746312B1

KR101746312B1 - 자동차용 토크 감지 장치 및 조향각 감지 장치를 구비한 장치, 자동차, 및 상기 장치를 제조하는 방법

Info

Publication number: KR101746312B1
Application number: KR1020157015359A
Authority: KR
Inventors: 로만 쇼페; 옌스 톰; 에케하트 프로에리크; 더크 라츄이; 카탈린 하도바스-로셀
Original assignee: 발레오 샬터 운트 센소렌 게엠베아
Priority date: 2012-12-13
Filing date: 2013-12-13
Publication date: 2017-06-12
Also published as: DE102012024383A1; CN104870958B; EP2932217A1; KR20150079982A; US20160214648A1; EP2932217B2; WO2014090977A1; US9821846B2; EP2932217B1; CN104870958A

Abstract

본 발명은, 자동차의 조향축에 가해진 토크를 감지하는 토크 감지 장치와, 조향축의 현재 조향각을 감지하는 조향각 감지 장치를 구비하는 자동차용 장치(1)에 관한 것으로서, 상기 토크 감지 장치는, 자속을 자석으로부터 적어도 하나의 자속 전도체(32, 33)로 전도하고 그 자속 전도체를 통해 상기 토크 감지 장치의 적어도 하나의 자기 센서(27)와 축 방향에서 서로에 대하여 변위되도록 배치된 두 개의 고정자 부품(10, 17)으로 전도하도록 설계된 자성 고정자(11)를 포함하고, 상기 두 개의 고정자 부품 각각은 반경 방향으로 연장되는 환형 엣지 요소(18, 19)를 포함하고, 상기 조향각 감지 장치는 영구 자석(49)을 구비한 적어도 하나의 회전 전동 요소(38, 39, 40)와, 상기 회전 전동 요소(38, 39, 40)의 회전 운동을 감지하는 자기장 검출기(29, 30)를 포함하고, 상기 영구 자석(49)을 구비한 상기 적어도 하나의 회전 전동 요소(38, 39 40)는 상기 엣지 요소(18, 19)들 사이에 축 방향으로 배치된다.

Description

자동차용 토크 감지 장치 및 조향각 감지 장치를 구비한 장치, 자동차, 및 상기 장치를 제조하는 방법{DEVICE WITH A TORQUE SENSOR ARRANGEMENT AND A STEERING ANGLE SENSOR ARRANGEMENT FOR A MOTOR VEHICLE, MOTOR VEHICLE AND METHOD FOR THE PRODUCTION OF SUCH DEVICE}

본 발명은 자동차의 조향축에 가해진 토크를 감지하는 토크 감지 장치와 조향축의 현재 조향각을 감지하는 조향각 감지 장치를 구비하는, 자동차용 장치에 관한 것이다. 토크 감지 장치(torque sensor device)는, 자속을 자석으로부터 적어도 하나의 자속 전도체로 전도하고 그 자속 전도체를 통해 적어도 하나의 자기 센서와 축 방향에서 서로에 대하여 변위되도록 배치된 두 개의 고정자 부품으로 전도하도록 설계된 자성 고정자를 포함하고, 상기 두 개의 고정자 부품 각각은 반경 방향으로 연장되는 환형 엣지 요소를 포함한다. 이와 대조적으로, 조향각 감지 장치(steering angle sensor device)는 영구 자석을 구비하는 적어도 하나의 회전 전동 요소(예를 들어 기어 휠)와, 상기 회전 전동 요소의 회전 운동을 감지하는 자기장 검출기를 포함한다.

자동차의 조향축에 가해진 토크를 감지하는 토크 감지 장치는 이미 종래의 기술이다. 이러한 토크 감지 장치는 예컨대 전기식 조향 시스템과 함께 사용될 수 있다. 토크 감지 장치는 예를 들어 독일 공개 특허 공보 DE 102 40 049 A1호 문서뿐만 아니라 미국 특허 출원 공개 US 2004/0194560 A1호 문서에 공지되어 있다. 이 사례의 토크 감지 장치는 축 방향으로 서로 대향하며 토션 로드에 의해 서로 결합되어 있는 조향축의 두 개의 축 세그먼트 또는 부분 축에 부착되어 있다. 자석, 예를 들어 링 자석은, 작은 에어 갭을 가로질러 반경 방향으로 영구 자석에 대향된 제 1 축 세그먼트 상에 배치되는 반면에, 자성 고정자를 구비한 홀더는 다른 축 세그먼트 상에 부착된다. 일반적으로 두 개의 별도의 고정자 부품으로 구성되는 고정자에 의해서, 자석의 자속이 제 1 및 제 2 자속 전도체(flux conductor)를 통과하고, 이어서 이 자속 전도체가 자속을 자기 센서, 예컨대, 홀 센서 쪽으로 통과시킨다. 이 사례에서, 상기 미국 특허 출원 공개 US 2004/0194560 A1호의 예컨대 도 7 및 도 8에서 명백히 알 수 있는 바와 같이, 자기 센서는 두 개의 자속 전도체 사이에 배치된다.

이러한 토크 감지 장치는 독일 공개 특허 공보 DE 10 2007 043 502 A1호에도 공지되어 있다.

또한, 조향축의 현재 조향각 검출에 사용되는 조향각 감지 장치도 종래 기술에서 공지되어 있다. 이러한 장치는 예를 들면 독일 공개 특허 공보 DE 10 2008 011 448 A1호에서 공지되어 있음을 알 수 있다. 조향축의 회전 운동은 전동 장치(transmission)에 의해서 자석을 보유한 작은 기어 휠로 전달된다. 그 다음 상기 작은 기어 휠의 회전은 자기 센서를 이용하여 검출된다.

한편으로는 토크 감지 장치가, 그리고 다른 한편으로는 조향각 감지 장치가, 하나의 공통 조립체로서 일체로 형성된 장치에 주로 관심을 보이고 있다. 토크 센서 및 회전 각 센서를 구비한 위와 같은 장치는 예를 들어 독일 공개 특허 공보 DE 10 2010 033 769 A1호로부터 공지되어 있다.

종래 기술에서 공지되어 있는 것과 같은 결합형 장치에 있어서는, 장치의 축 방향에서의 전체 높이 또는 범위를 최소화하려고 하는 대단한 도전이 있다. 특히, 이 사례에서, 조향각 감지 수단의 기어 휠(토크 전달 요소)은 축 방향의 비교적 큰 설치 공간을 차지하고 있다.

본 발명의 목적은 축 방향 설치 높이가 전술한 유형의 장치에 있어서의 종래 기술에 비해 감소될 수 있도록 한 방안을 개시하는 것이다.

이러한 목적은 각 독립 청구항에 따른 특징을 가진 장치, 자동차, 및 방법에 의해 달성된다. 본 발명의 유리한 실시예들은 종속 청구항, 발명의 상세한 설명 및 도면에서의 주제가 된다.

본 발명에 따른 자동차용 장치는 조향축에 가해진 토크를 감지하도록 설계된 토크 감지 장치와, 조향축의 현재 조향각을 감지하도록 설계된 조향각 감지 장치를 포함한다. 상기 토크 감지 장치는, 자속을 자석으로부터 적어도 하나의 자속 전도체로 전도하고 그 자속 전도체를 통해 적어도 하나의 자기 센서로 전도하도록 설계된 자성 고정자를 포함한다. 상기 고정자는 축 방향에서 서로에 대하여 변위되도록 배치된 두 개의 고정자 부품을 포함하고, 고정자 부품 각각은 반경 방향으로 연장되는 환형 엣지 요소(edge element)를 포함한다. 조향각 감지 장치(steering angle sensor device)는 영구 자석을 구비하는 적어도 하나의 회전 전동 요소(rotation transmission element)(예, 기어 휠)와, 상기 회전 전동 요소의 회전 운동을 감지하는 자기장 검출기를 포함한다. 조향축의 회전 운동은 회전 전동 요소로 전달될 수 있다. 영구 자석을 구비한 상기 적어도 하나의 회전 전동 요소는 축 방향에서 상기 엣지 요소들 사이에 배치된다.

본 발명에 따르면, 조향각 감지 장치의 필수 구성 요소, 즉 영구 자석을 구비한 상기 적어도 하나의 회전 전동 요소를, 고정자의 외부에서 축 방향으로 배치하지 않고, 축 방향에서 두 개의 고정자 부품들 사이에, 또는 각 엣지 요소들 사이에 배치하는 것이 제안된다. 고정자 부품들 사이의 축 방향 거리를 일정하게 함으로써, 장치 전체의 축 방향 설치 높이 또는 축 방향의 범위는 종래 기술에 비해서나 혹은 영구 자석을 구비한 회전 전동 요소가 고정자에 대해 축 방향으로 변위되도록 배치한 실시예에 비해서 감소된다. 따라서 토크를 검출하고 아울러 조향각도 검출하도록 설계된 장치 전체가 축 방향으로 매우 콤팩트하고 공간이 절약되게 통합되어서 제공된다.

적어도 하나의 회전 전동 요소는 바람직하기로는 축 세그먼트들 중 하나에 연결된 회전자에 상호 작동하는 연결부를 갖는다. 조향축의 회전 운동은 회전자에 의해서 소직경의 회전 전동 요소로 전달될 수 있고, 이 회전 전동 요소의 회전 운동은 자기장 검출기에 의해 검출될 수 있고, 조향각은 이들로부터 결정될 수 있다. 적어도 하나의 회전 전동 요소는, 조향축에 회전 가능하게 고정식으로 결합되며 주위부에 치형 구조를 갖는 회전자에 맞물리는, 주위부에 치형 구조를 갖는 기어 휠의 형태가 바람직하다. 회전자는 자성 고정자도 부착되는 홀더 상에 배치될 수 있다.

자석은 예컨대 조향축의 제 1 축 세그먼트에 연결될 수 있는데, 상기 자석의 자속은 고정자에 의해서 자속 전도체로 전도되고 이 자속 전도체를 통해 자기 센서로 전도된다. 이와 대조적으로, 자성 고정자는 상기 홀더 상에 배치되고, 상기 홀더에 회전 가능하게 고정식으로 연결되어서, 조향축의 제 2 축 세그먼트에 연결될 수 있다. 두 개의 샤프트 세그먼트는 특히 토션 로드에 의해 함께 결합될 수 있다. 선택적으로, 상기 적어도 하나의 자속 전도체를 유지하도록 설계된 슬라이딩 부재가 상기 홀더용으로 사용될 수 있고, 이 경우, 고정자를 구비한 상기 홀더는 상기 슬라이딩 부재에 대해 회전 가능하게 배치되고, 그래서 자속 도전체에 대해서도 회전 가능하게 배치된다.

일 실시예에서, 영구 자석을 구비한 상기 적어도 하나의 회전 전동 요소는 고정자 부품들의 엣지 요소들과 적어도 부분적으로 축 방향으로 상호 겹쳐지게 배치해서 마련된다. 이것은 회전 전동 요소가 두 엣지 요소들 상에서 축 방향으로 돌출한다는 것을 의미한다. 적어도 하나의 회전 전동 요소의 이러한 배치 구성에 의해, 장치의 반경 방향에서의 범위도 감소된다.

추가적으로 또는 대안적으로, 적어도 하나의 회전 전동 요소는 이와 관련된 영구 자석과 함께 엣지 요소들에 대해 반경 방향으로 변위 가능하도록 배치될 수 있다. 이것은 결과적으로 회전 전동 요소가 고정자 부품들의 두 엣지 요소들 상에서 축 방향으로 돌출하지 않는다는 것을 의미한다. 상기 실시예는 영구 자석과 토크 감지 장치의 자기 센서 사이의 크로스토크가 자성 고정자에 의해서 방지될 수 있는 장점을 갖는다. 따라서, 토크 검출 오류도 방지할 수 있다.

자기장 검출기가 두 개의 엣지 요소들 사이에 축 방향으로 배치되거나, 또는 고정자 부품들 사이에 축 방향으로 배치되고 또한 특히 엣지 요소들에 평행하게 배치된 경우, 축 방향 설치 높이는 더욱 감소된다.

따라서, 두 개의 고정자 부품들 각각은, 반경 방향으로 연장되거나 혹은 반경 방향에서 외향으로 향하며 특히 플랜지가 형성되어 있을 뿐만 아니라 각 고정자 부품의 축 방향 엣지를 형성하는 환형 엣지 요소를 포함한다. 따라서, 상기 엣지 요소들은 조향축 또는 장치의 회전 축선에 대해 수직을 이루며 서로 평행하다. 주위 방향으로 분산되게 배치된 복수의 치형 요소들 각각은 각 엣지 요소들로부터 축 방향으로 돌출될 수 있다. 하나의 고정자 부품의 치형 요소들이 다른 고정자 부품의 치형 요소들과 주위 방향으로 번갈아서 분산되게 배치되고, 이에 따라 하나의 고정자 부품의 치형 요소들이 다른 고정자 부품의 치형 요소들 사이의 각 간극 내로 축 방향으로 연장된다. 이 경우, 플랜지가 형성된 엣지 요소들은 축 방향으로 서로 겹쳐지는 것이 바람직하고, 각 치형 요소들은 축 방향에서 반대 방향을 향하는 것이 바람직하다. 환형 엣지 요소들은 이 경우에서는 자속을 각각의 자속 전도체로 전달하는 데 사용된다. 자속 전도체의 판형 수용 영역은 이 목적을 위해서는 각 고정자 부품의 플랜지가 형성된 엣지 요소로부터 매우 짧은 거리에 배치되는 것이 바람직하다. 대조적으로, 치형 요소는 축 세그먼트들 중 하나에 부착되는 자석으로부터 자속을 받는 데에 사용된다.

일 실시예에서, 회전 전동 요소의 영구 자석은 두 엣지 요소들 사이에서 축 방향에서 중심을 벗어나게 배치된다. 바람직하기로는, 이 경우에서, 토크 감지 장치의 적어도 하나의 자기 센서는 두 개의 고정자 부품들 또는 각 엣지 요소들 사이에서 축 방향으로 중심을 맞추어 배치되는 것이 좋다. 이것은 적어도 하나의 자기 센서가 두 개의 엣지 요소들로부터 동일한 축 방향 거리에 놓여 있다는 것을 의미한다. 이 실시예에서, 회전 전동 요소의 영구 자석은 바람직하기로는 고정자 부품들의 각 엣지 요소들에 동일한 자기장 강도의 자기장이 제공될 수 있도록 설계되거나 표면 자화되는 것이 좋다. 따라서, 두 엣지 요소들 각각의 축 방향 높이에서 자기장의 크기가 동일하고, 이에 따라 양 측면의 엣지 요소들에 있는 영구 자석의 자기장은 서로 상쇄된다. 고정자에 의해 자기 센서로 전도되는 자속의 영향은 이러한 방식으로 방지된다. 따라서, 토크를 검출하는 동안의 오류가 방지될 수 있다.

대안적 실시예에 따르면, 회전 전동 요소의 자석은 두 개의 고정자 부품들 또는 각 엣지 요소들 사이에서 축 방향으로 중심을 맞추어 배치될 수 있고, 이에 따라 토크 감지 장치의 자기 센서와 조향각 감지 장치의 자기장 검출기는 축 방향에서 중심을 벗어나게 놓인다. 상기 실시예에서, 두 개의 자속 전도체는 양 측면의 고정자 부품들의 엣지 요소들 사이의 중심 평면 또는 대칭 평면에 대해 비대칭으로 배치되는 것이 바람직하다. 하나의 자속 전도체는 완전히 고정자 안에 축 방향으로 놓이고, 그래서 엣지 요소들 사이에 축 방향으로 놓이는 반면에, 다른 자속 전도체는 적어도 그의 수용 영역과 함께 고정자 외측에서 축 방향으로 배치되거나 고정자에 대해 축 방향으로 배치될 수 있다. 영구 자석을 엣지 요소들 사이의 중심에 축 방향으로 배치하는 위와 같은 배치 구성은, 두 개의 엣지 요소에서의 자기장의 자기장 강도가 특수한 표면 자화 없는 "보통"의 영구 자석의 경우와 동일하고, 그래서 두 가지 유형의 센서 사이에서 크로스토크(crosstalk)가 발생하지 않는다는 장점을 갖는다.

일반적으로 두 개의 자속 전도체는 동일한 구성 요소일 수 있거나, 심지어는 다른 디자인일 수도 있다.

선택적으로, 자기장 차폐 수단(screening means)이 한편으로는 회전 전동 요소의 영구 자석과 다른 한편으로는 엣지 요소들 중 적어도 하나의 엣지 요소 사이에 축 방향으로 배치될 수도 있다. 이러한 차폐 수단은 특히 회로 기판에 평행하게 연장되는 차폐 판의 형태로 제공될 수 있다. 차폐 수단은 두 개의 센서 부품들 간의 크로스토크가 고정자에 의해 효과적으로 최소화될 수 있는 장점을 갖는다. 또한, 그 차폐 수단은 회로 기판 자체의 금속화에 의해 형성될 수 있거나, 회로 기판과는 별개의 구성 요소일 수 있다.

이미 언급한 바와 같이, 조향각 감지 장치는 치형 구조를 가진 회전자를 포함하는 것이 바람직하다. 회전 전동 요소는 회전자의 치형 구조와 맞물리게 될 수 있는 기어 휠의 형태일 수 있고, 상기 회전 전동 요소에 의하면, 회전자의 회전 운동 및 그에 따른 조향축의 회전 운동이 영구 자석의 회전 운동으로 바뀔 수 있다. 바람직하기로는, 주위부에 치형 구조를 갖는 회전자는 홀더에 바로 성형되는 것이 좋은데, 상기 홀더 상에는 고정자가 배치되고, 그리고 상기 홀더는 조향축의 축 세그먼트들 중 하나에 연결된다. 이것은 독립된 부품으로서의 추가적인 기어 휠을 제거할 뿐만 아니라 회전자를 홀더에 결합시키는 것과 관련된 공정도 제거한다. 더욱이, 회전자와 홀더를 단품으로 한 상기 실시예의 결과, 치형 요소들의 동심 유지 성도 향상된다.

바람직한 일 실시예에서, 토크 감지 장치의 적어도 하나의 자기 센서는, 회로 기판 상에, 즉 특히 토크 감지 장치 및 조향각 감지 장치를 위한 공통의 회로 기판이면서 조향각 감지 장치의 자기장 검출기도 또한 장착되는 회로 기판 상에 배치되는 SMD(Surface Mounted Device) 구성 요소(표면 실장 장치)의 형태이다. 이 경우 적어도 하나의 자속 전도체는 자기 센서와 상호 겹쳐지게 배치되는 탭을 포함하는 것이 바람직하다. 반면에 종래 기술에서 자기 센서는 자속 전도체의 형태로 인해 THT(Through Hole Technology) 구성 요소의 형태라야 하는데, 이 실시예에 있어서는, 자기 센서가 이 자기 센서와 상호 겹쳐지게 배치되고 특히 반경 방향으로 연장되는 탭을 포함하도록, 자기 센서를 SMD 구성 요소로서 설계하여 자속 전도체를 구성하도록 설계하는 것이 제안된다. 그 결과, 배선된 구성 요소의 장착 및 납땜이 이와 관련된 단점과 함께 제거된다. 모든 구성 요소들이 하나의 공통된 제조 공정에서 회로 기판 상에 SMD 구성 요소로서 장착될 수 있고, 그래서 총 생산 비용이 종래 기술에 비해 현저하게 감소된다. SMD 구성 요소들은 또한 특히 평탄하게 할 수 있으므로, 회로 기판에 수직한 방향, 특히 축 방향에서의 장치의 크기가 더 감소될 수 있다. 특히, 회로 기판이 축 방향에 수직하게 배치되거나 또는 반경 방향 평면에 놓이는 경우, 축 방향 설치 높이가 상당히 감소한다. 바람직하기로는, 이렇게 함에 있어서는, 회로 기판을 고정자 부품들의 두 개의 엣지 요소들 사이에 축 방향으로 배치하는 것이 좋다.

축 방향 설치 높이를 감소시키기 위해, 일 실시예에서는, 자속 전도체의 탭을, 축 방향 또는 반경 방향으로 향하거나 또는 자기 센서와 상호 축 방향으로 겹쳐지게 배치되는 반경 방향으로 향하는 탭으로 구성해서 제공한다.

따라서, 탭은 반경 방향으로 향하는 반경 반향 탭일 수 있다. 그러나, 대안적으로는, 탭이 본질적으로 축 방향으로 향하고 그래서 특별한 반경 방향 세그먼트 없이도 축 방향으로 향하도록 하는 구성이 제공될 수 있다. 여기서도, 탭과 자기 센서가 상호 겹쳐지는데, 다시 말하자면, 회로 기판의 배치 방향의 여하에 따라, 특히 축 방향으로 또는 대안적으로는 반경 방향으로 상호 겹쳐진다.

상기 적어도 하나의 자속 전도체는 고정자로부터 자속을 받는 판형 수용 영역을 포함하는 것이 바람직하고, 상기 수용 영역은 고정자와 축 방향으로 상호 겹쳐지게 배치된다. 그러면, 상기 수용 영역에 평행하게 연장되는 탭은 상기 수용 영역에 대해 축 방향으로 변위 가능하도록 배치될 수 있다. 이것이 의미하는 바는, 자속 전도체의 반경 방향 탭이 웹에 의해서 수용 영역에 연결되고, 이 경우, 상기 웹은 수용 영역과 탭 모두에 대해 소정의 각도로, 특히 수직하게 배치된다는 것이다. 이 경우, 자속 전도체는 전체가 단품으로 되는 것이 바람직하고, 이에 따라 한편으로는 웹뿐만 아니라 수신 영역과 다른 한편으로는 반경 방향 탭이 서로 단품으로 형성된다. 반경 방향 탭이 자속 전도체의 수용 영역에 대해 축 방향으로 변위될 수 있도록 배치된 결과, 한편으로는 수용 영역이 고정자로부터 아주 짧은 거리에 있게 되며 다른 한편으로는 탭이 자기 센서로부터 아주 짧은 거리에 있게 되고, 이에 따라 고정자로부터 자기 센서로의 신뢰성 있는 자속 전달이 보장된다.

상기 적어도 하나의 자속 전도체는, 마찬가지로 고정자도, 자성 재료, 예를 들어, 연자성 재료로 제조될 수 있다.

토크 감지 장치는 또한 상기 탭들 중 적어도 하나를 각각이 구비하고 있는 두 개의 자속 전도체도 포함할 수 있고, 상기 두 개의 자속 전도체는 회로 기판의 서로 반대되는 측면에 배치된다. 각각의 탭은 자기 센서와 상호 겹쳐지게, 특히 축 방향으로 상호 겹쳐지게 배치될 수 있다. 이렇게 해서 자기 센서는 한편으로는 한 자속 전도체의 탭과 다른 한편으로는 다른 자속 전도체의 탭 사이의 샌드위치 요소로서 효과적으로 배치되어서, 두 개의 탭들과 특히 축 방향으로 겹쳐진다. 따라서, 자기 센서로의 자속의 전달은 각각의 자속 전도체뿐만 아니라 두 개의 분리된 고정자 부품에 의해서 가능해지고, 이에 따라서 토크의 신뢰성 있는 검출이 보장된다.

유효 자속이 회로 기판의 배면 측에 배치되는 자속 전도체에서 자기 센서로 전달될 수 있도록 하기 위하여, 회로 기판은 자속 전도체의 탭을 위해 자기 센서 아래에 형성된 절결부를 포함할 수 있다. 상기 절결부는 회로 기판의 관통 구멍인 것이 바람직하다. 상기 자속 전도체의 탭은 회로 기판의 상기 절결부 안으로 특히 축 방향으로 연장될 수 있다. 이러한 방식으로, 한편으로는 자기 센서 또는 그의 후방 측과 다른 한편으로는 자속 전도체의 탭 사이의 축 방향 거리가 최소화될 수 있고, 전달 효과가 최적화될 수 있다. 또한, 그 결과, 축 방향 설치 높이도 더욱더 감소된다.

상기 절결부의 대안으로서, 회로 기판은 또한 소위 가요성 회로 기판으로서 얇은 필름 형태로도 만들어질 수 있다. 이 때, 상기 회로 기판은 자속이 특별하게 마련되는 관통 개구 없이도 상기 필름을 통해 전달될 수 있도록 0.2mm 미만의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 유효 자속이 회로 기판의 배면 측에 배치되는 자속 전도체에서 자기 센서로 전달될 수 있다.

따라서 자속은 고정자의 각 엣지 요소에 있는 총 두 개의 자속 전도체에서 배출되어서, 각각의 좁은 탭에 의해서 자기 센서로 전도되어, 그곳에 집중될 수 있다. 이 경우에서, 탭은 매우 좁은 에어 갭이 얻어질 수 있도록 하기 위해 자기 센서의 상부 및 저부에 가능한 한 근접하게 도달하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 회로 기판에 관통 개구로서 설계되는 것이 바람직한 상기 절결부가 자기 센서 아래에서 회로 기판에 제공될 수 있다.

토크 감지 장치는 또한 자속을 검출하기 위한 SMD 구성 요소 형태의 두 개의 자기 센서도 포함할 수 있고, 적어도 하나의 자속 전도체는, 특히 공통의 반경 방향 평면에 배치되며 각각이 자기 센서들 중 하나와 서로 겹쳐지게, 특히 축 방향으로 서로 겹쳐지게 배치되는, 두 개의 탭, 바람직하기로는 두 개의 반경 방향 탭을 포함한다. 자속을 각각의 자기 센서로 전도하기 위해 두 개의 별도의 자기 센서뿐만 아니라 두 개의 탭을 마련함으로써, 자속을 중복해서 검출할 수 있고, 그래서 조향축 상의 토크를 중복해서 판정할 수 있고, 이에 따라 상기와 같이 특정된 중복성에 의해 토크 판정 오차가 배제될 수 있다.

토크 감지 장치의 적어도 하나의 자기 센서는 SMD 구성 요소 내에 집적되어서 자속을 개별적으로 검출할 수 있는 두 개의 집적된 센서 소자를 구비한 듀얼 센서의 형태일 수 있다. 이러한 듀얼 자기 센서에 의하면, 토크를 검출하는 것과 관련하여 추가적인 반복성을 실현할 수 있고, 그리고/또는 토크 감지 장치는 두 개의 집적된 센서 소자를 포함하는 단일형 자기 센서만을 가지고 관리할 수 있다.

총 두 개의 별도의 자기 센서가 SMD 구성 요소로서 제공되는 경우, 상기 자기 센서들 중 적어도 하나는 두 개의 센서 소자를 구비한 듀얼 센서의 형태일 수 있다. 선택적으로, 심지어는 두 개의 자기 센서 모두가 듀얼 센서의 형태일 수 있다.

토크 감지 장치가 단지 하나의 자기 센서를 포함하는 경우, 이 토크 감지 장치는 자속을 개별적으로 검출하기 위한 두 개의 센서 소자를 구비한 듀얼 센서 형태로 할 수 있다.

바람직하게 사용되는 자기 센서의 수는 하나의 자속 전도체와 함께 사용되는 탭의 수에 대응한다. 따라서, 적어도 하나의 자속 전도체의 각각의 탭은 각각의 자기 센서에 부속된다.

또한, 본 발명은 본 발명에 따른 장치를 구비한 자동차에 관한 것이다.

본 발명에 따른 방법은 본 발명에 따른 장치를 제조하는 데 사용된다.

본 발명에 따른 장치를 참조하여 제시된 바람직한 실시예들과 이들의 장점들은 본 발명에 따른 방법뿐만 아니라 본 발명에 따른 자동차에 대응해서 적용된다.

본 발명의 또 다른 특징은 청구범위, 도면 및 도면의 설명으로부터 나타난다. 발명의 설명에서 위에 언급된 모든 특징들과 그 특징들의 조합뿐만 아니라 아래의 도면의 설명에서 언급되고 그리고/또는 도면에만 도시된 특징들과 그 특징들의 조합은 각각의 특정된 조합에 사용될 수 있을 뿐만 아니라 다른 조합 또는 심지어는 그 조합 자체에 사용될 수 있다.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조할 뿐만 아니라 바람직한 예시적 실시예를 사용하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도면에서:
도 1은 토크 감지 장치 및 조향각 감지 장치를 구비한 자동차용 통합된 장치를 개략적 분해도로 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1에 따른 장치의 한 영역을 확대도로 도시하는 도면이다.
도 3은 도 1에 따른 장치의 또 다른 영역을 확대도로 도시하는 도면이다.
도 4 및 도 5는 자속 전도체의 각기 다른 실시예를 도시하는 도면이다.
도 6은 도 1에 따른 장치의 조립된 상태를 개략적인 사시도로 도시하는 도면이다.
도 7은 장치의 전자 구성 요소들의 제 1 축 방향 배치를 개략적인 부분 단면도로 도시한 도면이다.
도 8 및 도 9는 장치의 전자 구성 요소들의 제 2 축 방향 배치를 개략적인 부분 단면도로 도시하는 것으로, 회로 기판의 단면도들을 두 개의 다른 절단면을 따라 도시한 도면이다.
도 10은 장치의 전자 구성 요소들의 또 다른 배치를 개략적인 부분 단면도로 도시하는 것으로, 가요성 회로 기판이 회로 기판으로 사용된 경우를 도시하는 도면이다.
도 11은 장치의 전자 구성 요소들의 또 다른 배치를 개략적인 부분 단면도로 도시하는 것으로, 각기 다른 자속 전도체들이 사용된 경우를 도시하는 도면이다.
도 12는 장치의 전자 구성 요소들의 또 다른 배치를 개략적인 부분 단면도로 도시하는 것으로, 회로 기판이 축 방향으로 평행하게 연장된 경우를 도시하는 도면이다.
도 13은 예시적인 자속 전도체를 개략도로 도시하는 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 장치가 도 1에 도시되어 있고, 일반적으로 도면부호 1로 나타내고 있는 상기 장치는 토크 감지 장치와 조향각 감지 장치를 포함한다. 토크 감지 장치는 자동차의 조향축에 가해진 토크를 측정하기 위해 사용된다. 조향각 감지 장치는 조향축의 현재 조향각을 검출하기 위해 사용된다. 장치(1)는 조향각을 측정할 뿐만 아니라 토크를 검출하도록 설계된 일체형 감지 장치가 제공될 수 있도록 한 일체형 유닛 형태이다.

차량의 조향축은 도면에 도시되지 않은 토션 로드에 의해 서로 결합된 두 개의 축 세그먼트를 포함한다. 홀더(2)가 축 세그먼트들 중 하나에 회전 가능하게 고정식으로 부착되고, 반면에 도면에 도시되지 않은 자석, 즉 예컨대 링 자석 형태의 영구 자석은 다른 축 세그먼트에 회전 가능하게 고정식으로 장착된다. 홀더(2)는 단품의 플라스틱 부품 및/또는 단일의 주조 구성 요소의 형태일 수 있다. 선택적으로, 상기 홀더(2)에는 또한, 홀더(2)를 관련된 축 세그먼트에 부착시킬 수 있도록 하기 위해, 예컨대 금속으로 제조된 슬리브(47)나, 혹은 심지어는 탭, 후크, 클립 등과 같은 그 밖의 다른 부착 요소들도 제공될 수 있다.

토크 감지 장치의 다음 구성 요소들, 즉 상기 영구 자석, 두 개의 동일한 고정자 부품(10, 17)을 구비한 자성 고정자(11), 두 자속 전도체(32, 33), 그리고 회로 기판(28) 상에 위치되는 자기 센서(27)는 필수적이다. 이와 대조적으로, 조향각 감지 장치는 두 개의 자기장 검출기 또는 자기 센서(29, 30), 기어 휠(38, 39, 40)의 형태인 회전 전동 요소들을 구비한 전동 장치(37), 그리고 홀더(2) 상에 성형된 회전자(15)를 포함한다.

특히 도 2에서 명백한 바와 같이, 홀더(2)는 한편으로는 두 개의 축 방향으로 인접하게 배치된 원통형 영역, 즉 제 1 원통형 축 방향 영역(3)을 포함하며, 이뿐만 아니라 축 방향으로 변위 가능하도록 배치되고 상기 제 1 영역(3)과 동심을 이루도록 배치되며 다소 작은 직경을 갖는 제 2 축 방향 영역(4)을 포함한다. 제 1 축 방향 영역(3)은 주위 방향으로 분포되도록 배치된 복수의 스트럿(strut) 형태 또는 스포크(spoke) 형태의 연결 요소(5)에 의해 제 2 축 방향 영역(4)에 연결된다. 상기 연결 요소(5)들 사이에는 관통 개구 형태의 반경 방향 절결부(6)가 형성된다.

제 1 축 방향 영역(3)은 두 개의 축 방향 주위부 엣지, 즉 한편으로는 제 1 외주부 엣지(7)를, 다른 한편으로는 제 2 축 방향 영역(4)과 대면하는 제 2 축 방향 주위부 엣지(8)를 구비한다.

복수의 축 방향 핀 또는 볼트(9)들이 제 1 축 방향 주위부 엣지(7) 상에 형성되어, 상기 엣지(7)로부터 축 방향으로 서로 평행하게 축 방향 돌출부로서 돌출된다. 홀더(2)는 전체적으로 도면부호 11로 나타낸 고정자의 제 1 고정자 부품(10)에 상기 핀(9)들에 의해 연결된다.

또한, 장치(1)는 슬라이딩 부재의 기능을 추가적으로 갖는 하우징(12)을 포함한다. 하우징(12)은, 주위부가 환형 형태이고 상기 홀더(2)의 제 1 축 방향 영역(3)을 안에 수용하는 내부 슬리브(13)를 구비하고, 이에 따라 홀더(2)의 제 1 축 방향 영역(3)의 외주부가 상기 슬리브(13)의 내부에서 미끄럼 운동할 수 있다. 이 경우, 홀더(2)의 제 1 축 방향 영역(3)은 치형 구조(16)를 갖는 회전자(15)에 의해 형성된 홀더(2)의 플랜지(14)까지 슬리브(13) 안으로 삽입된다. 치형 구조(16)를 갖는 회전자(15)는 이 경우에서는 제 1 축 방향 영역(3) 상에 성형된다.

상기 고정자(11)는 제 1 고정자 부품(10) 외에 제 2 고정자 부품(17)도 추가로 포함한다. 각 고정자 부품(10, 17)은 단품으로 만들어지고, 반경 방향에서 외측으로 연장하는 환형 플랜지형 엣지 요소(18 또는 19)와, 복수의 치형 요소(20 또는 21)를 포함한다. 상기 치형 요소(20, 21)는 각각의 엣지 요소(18, 19)로부터 축 방향으로 돌출하고, 실제로 홀더(2)의 제 1 축 방향 영역(3)을 향해 돌출한다. 따라서, 상기 치형 요소(20, 21)는 조향축의 회전 축선에 대략 평행한 축 방향으로 연장된다. 이 경우에서, 두 개의 고정자 부품(10, 17)은 동일한 형태로 구성되고, 이에 따라 제 1 고정자 부품(10)의 치형 요소(20)들의 개수는 제 2 고정자 부품(17)의 치형 요소(21)들의 개수와 동일하다.

고정자(11)를 홀더(2)에 부착하기 위해, 한편으로는, 고정자 부품(17)이 홀더(2)의 제 2 축 방향 영역(4)에 삽착되고, 이에 따라 치형 요소(21)가 연결 요소(5)들 사이에 절결부(6)를 통해 축 방향으로 삽착되어 홀더(2)의 제 1 축 방향 영역(3)의 내주부 상에 지지된다. 고정자 부품(17)이 홀더(2)의 제 2 영역(4)에 삽착된 후, 치형 요소(21)가 홀더(2)의 제 1 축 방향 영역(3)의 내부에 배치되고, 이에 따라 엣지 요소(19)만 반경 방향에서 외측으로 돌출하여 홀더(2)의 제 1 축 방향 영역(3)의 축 방향 주위부 엣지(8)에 지지된다.

고정자 부품(17)이 홀더(2)의 제 2 축 방향 영역(4)에 삽착될 때, 주위부 엣지(8) 영역의 연결 요소(5) 상에 형성된 제 1 축 방향 영역(3)의 핀(22)들은 고정자 부품(17)의 엣지 요소(19)에 형성된 대응하는 관통 개구(23)들에 수용되어서 그 관통 개구(23)들을 통해 삽입된다. 상기 관통 개구(23)들은 중심을 향해 고정자(11)의 중심 쪽 방향으로 또는 그 중심을 향하는 방향에서 반경 방향 내측으로 돌출되는 각각의 탭(24)에 형성된다. 이 경우에서, 관통 개구(23)가 있는 상기 탭(24) 각각은 두 개의 인접한 치형 요소(21)들 사이에 각각 제공된다.

홀더(2)의 제 2 축 방향 영역(4) 상에 고정자 부품(17)이 삽착되고 이어서 핀(22)들이 관통 개구(23)들 안에 수용된 것에 이어서, 핀(22)들의 자유 단부들은 고정자 부품(17)이 홀더(2) 상에 견고하게 안착될 수 있도록 하기 위해 재성형되어서 리벳 머리를 형성하게끔 가공될 수 있다.

다른 고정자 부품(10)은 홀더(2)에 부착되되, 치형 요소(20)들이 고정자 부품(17)의 반대측의 홀더(2)의 축 방향 단부로부터 혹은 주위부 엣지(7)의 측면으로부터 홀더(2)의 제 1 축 방향 영역(3)의 내부에 삽입되도록, 홀더(2)에 부착된다. 이 동안에, 치형 요소(20)들은 원통형 영역(3)의 내주부 상에서 미끄럼 운동을 한다. 조립된 상태에서, 치형 요소(20)들은 각각 다른 고정자 부품(17)의 두 개의 인접한 치형 요소(21)들 사이에 배치되어, 상기 영역(3)의 내주부와 접촉한다. 고정자 부품(10)은 또한 관통 개구(26)가 각각 형성되어 있는 복수의 탭(25)도 포함한다. 상기 홀더(2)의 주위부 엣지(7) 상에 형성된 대응하는 핀(9)들은 상기 관통 개구(26)를 통해 삽입된다. 상기 핀(9)들의 자유 단부들은 리벳 머리를 형성하도록 재성형되고, 따라서 고정자 부품이 홀더(2)에 견고하게 부착되는 것이 보장된다.

원칙적으로, 두 개의 고정자 부품(10, 17)들은 홀더(2)에 다양한 방식으로 고정될 수 있다. 핀(9 또는 22)들과 관통 개구(26 또는 23)들의 조합은 단지 예시적인 실시예를 구성할 뿐이다. 예를 들어, 고정자 부품(10, 17)을, 레이저 용접 또는 초음파 용접에 의해 상기 홀더(2)에 고정되는 유지 링들에 의해서, 홀더(2)에 고정시키는 것도 가능하다.

토크 감지 장치는 회로 기판(28) 상에 배치된 자기 센서(27)를 포함한다. 자기 센서(27)는 납땜 가능한 연결 표면에 의해 회로 기판(28)에 직접 납땜되는 전자 SMD 구성 요소의 형태이다. 그 적절한 기술을 "표면 실장"(표면 실장 기술)이라고 칭하고 있다. 회로 기판(28)은 토크 감지 장치의 자기 센서(27)와 조향각 감지 장치의 구성 요소들 모두를 위한 공통 회로 기판이다. 즉, SMD 구성 요소의 형태이기도 한 조향각 감지 장치의 센서 소자(29, 30) 또는 자기장 검출기도 또한 회로 기판(28)에 배치된다.

장치(1)는 하우징(12)을 폐쇄하기 위한 커버(31)를 포함한다.

또한, 예시적인 실시예에서, 장치(1)는 토크 감지 장치의 일부인 두 개의 자속 전도체(32, 33)를 포함한다. 두 개의 자속 전도체(32, 33)는 한편으로는 커버(31)에, 다른 한편으로는 하우징(12)에 부착된다. 커버(31)는 자속 전도체(32)의 대응하는 관통 개구(35)를 관통해서 삽입할 목적의 두 개의 핀(34)을 포함한다. 또한 대응하는 핀들이 제 2 자속 전도체(33)를 위해서 하우징(12)의 측면에도 제공된다. 자속 전도체(32, 33)를 커버(31) 또는 하우징(12)에 효율적이고 신뢰성 있게 고정할 수 있도록 하는 리벳 헤드들은 핀(34)을 재성형함으로써 형성될 수 있다.

하우징(12)은 구성 요소(27, 29, 30)들을 갖춘 회로 기판(28)과 조향각 감지 장치의 기어 휠 전동 장치(37)를 수용하는 수용 수단(36)을 포함한다. 기어 휠 전동 장치(37)는 두 개의 기어 휠(38, 39)을 구비하고, 상기 기어 휠의 치는 회전자(15)의 치와 맞물리고 이런 방식으로 회전자(15) 또는 홀더(2)에 회전 가능하게 결합된다. 기어 휠(38)에 영구 자석이 배치된다. 이 경우에서, 기어 휠(38)의 회전 축선은 조향축의 회전 축선에 평행하다. 조향각 감지 장치의 제 2 부분 센서 시스템은 구동 기어 휠 또는 피니언(40)에 중간 기어 휠로서 회전 가능하게 결합되는 기어 휠(39)을 포함한다. 구동 기어 휠(40)도 영구 자석을 포함한다. 상기 기어 휠(38, 39, 40)들은 하우징(12)의 수용 수단(36) 안에 장착되어서 그 안에 회전 가능하게 지지된다. 수용 수단(36) 내에는 내부 치가 있고, 이 위에서 구동 기어 휠(40)이 사이클로이드를 따라 구를 수 있다. 기어 휠(39)의 보어는 이 목적을 위해 편심 형태로 되어 있다. 회로 기판(28)과 커버(31)는 수용 수단(36)과 짝을 이루는 부재로서 형성되어, 전동 장치(37)를 위에서부터 둘러싼다. 자기장 검출기(29, 30)는 이 예시적 실시예에서는 홀 센서이다. 자기장 검출기(29, 30)는 기어 휠(40, 38)의 영구 자석에 대향되게 놓인다. 상기 검출기들은, 이 경우에서는, 기어 휠(38, 39)의 회전 축선에 수직하게 세워진다. 자기장 검출기(29)는 기어 휠(39)의 회전 축선 상에 놓이는 반면, 자기장 검출기(30)는 기어 휠(38)의 회전 축선에 대해 수직하게 놓인다.

전형적인 차량 조향 수단에서, 조향축의 5회 내지 7회 범위의 완전한 회전이 독특하게 검출된다. 또한 조향축의 1회 초과한 완전한 회전을 위한 절대 회전 각도를 역시 독특하게 결정하기 위해, 두 개의 조립체가 사용된다. 한 조립체는 회전 센서를 형성하고, 상기 기어 휠(39, 40)과 자기장 검출기(29)를 포함한다. 기어 휠(40)에 대한 회전자(15)의 전동비(transmission ratio)는 예를 들면 6:1로 선택된다. 다른 조립체는 회전 각도를 정교하게 결정하기 위한 것(각도 센서)으로 사용되고, 영구 자석을 갖춘 기어 휠(38)과, 자기장 검출기(30)를 본질적으로 포함한다. 기어 휠(38)에 대한 회전자(15)의 전동비는 예를 들면 1:3의 값으로 선택된다. 조향축의 회전 각도는 노니우스(Nonius) 원리에 의해 공지된 방식으로 자기장 검출기(29, 30)로 측정된 두 개의 기어 휠 각도로부터 직접 계산될 수 있다. 이를 위한 적절한 계산 방법은 종래 기술로부터 알려져 있고, 일례로, 독일 공개 특허 공보 DE 195 06 938 A1호 및 DE 199 62 241 A1호에 개시되어 있다.

대안적으로, 현재의 조향 각도를 결정할 수 있도록 하기 위해서, "작은 노니우스"가 전동비를 위해 선택될 수도 있다. 이 경우에서, 기어 휠(40)은 생략될 수 있고, 두 개의 기어 휠(38, 39) 각각에는 자석이 구비될 수 있다. 이 때, 기어 휠(38, 39)은 각기 다른 개수의 치를 포함하고, 이에 따라, 예를 들어 기어 휠(39)은 조향 칼럼의 5회 내지 7회 회전의 전체 조향 각도 범위에 걸쳐서 기어 휠(38)보다 다시 한 번 더 회전한다. 따라서, 실제 조향 각도도 도출될 수 있다.

플러그(41)도 상기 커버(31)에 통합될 수 있는데, 상기 플러그에 의하면 요소(27, 29, 30)들이 외부 제어기에 전기적으로 접속될 수 있다. 따라서, 한쪽의 장치(1)와 다른 한쪽의 제어기 사이의 전기적 접속이 상기 플러그(41)에 의해 제공된다.

자속 전도체(32, 33)들이 커버(31) 또는 하우징(12)에 부착되면, 자속 전도체(32, 33)는 엣지 요소(18, 19)에 평행하게 반경 방향으로 연장된다. 이 경우에서, 두 개의 자속 전도체(32, 33)는 회로 기판(28)의 축 방향에서 서로 반대되는 측면들에 배치되고, 이 때, 자속 전도체(32, 33) 중 적어도 하나도 엣지 요소(18, 19)들 사이에 축 방향으로 놓인다. 이 경우에서, 자속 전도체(32)는 엣지 요소(18)로부터 짧은 거리에 놓이는 반면, 자속 전도체(33)는 엣지 요소(19)로부터 짧은 거리에 놓인다.

이제부터는 자속 전도체(32, 33)의 구성에 대해서 도 4 및 도 5를 참조하여 자세히 설명한다. 자속 전도체(33)는 일 실시예에 따른 도 4에 도시되어 있는데, 자속 전도체(32)는 그에 대응해서 동일하게 설계되어 있다. 자속 전도체(33)는 관통 개구(35)가 형성되어 있는, 판형이며 본질적으로 직사각형인 수용 영역(42)을 갖는다. 웹(43)이 수용 영역(42)으로부터 직각으로 돌출하고, 그 결과, 반경 방향 탭(44)이 상기 웹(43)으로부터 직각으로 돌출하여 수용 영역(42)에 평행하게 연장된다. 탭(44)은 수용 영역(42)보다 상당히 작고, 판상 형태이기도 하다. 탭은 상기 수용 영역(42)에 대해 축 방향으로 변위 가능하도록 배치될 수 있다. 탭(44)은 토크 감지 장치의 자기 센서(27)와 상호 축 방향으로 겹쳐지고, 이와 동시에, 자기 센서(27)로부터 매우 짧은 축 방향 거리에 배치된다.

제 1 자속 전도체(32)는 또한 자속의 신뢰성 있는 전달이 보장될 수 있도록 하기 위해 자기 센서(27) 아래에서 회로 기판(28)에 형성된 절결부 안으로 축 방향으로 연장되는 대응하는 탭(44)을 갖는다. 따라서, 제 1 자속 전도체(32)의 탭(44)도 또한 자기 센서(27)와 축 방향으로 겹쳐지고, 이에 따라 자기 센서(27)가 두 개의 탭(44)들 사이에 축 방향으로 배치된다.

도 4에 따른 실시예에서, 하나의 자기 센서(27)가 하나의 센서로 또는 심지어는 듀얼 센서로 구현될 수 있다. 듀얼 자기 센서의 경우, 자속을 개별적으로 검출하도록 설계되고 각각이 별개의 센서 신호를 제공하는 총 두 개의 센서 소자들이 단일 SMD 구성 요소 내에 통합된다.

도 5에 따른 실시예에서, 자속 전도체(33)는 웹(43a, 43b) 각각에 의해 수용 영역(42)에 연결되는 총 두 개의 탭(44a, 44b)을 포함한다. 지금의 예에서는 관통 개구(35)가 웹(43a, 43b)들 사이에 형성된다. 이 경우에서, 상기 두 개의 탭(44a, 44b)은 하나의 공통 평면에 놓이며 수용 영역(42)에 평행하게 연장된다. 각각의 탭(44a, 44b)은 회로 기판(28) 상에 SMD 구성 요소로서 장착된 개별적인 자기 센서(27a, 27b)와 축 방향으로 겹쳐지도록 배치된다. 자기 센서(27a, 27b)는 단일 센서이거나 또는 듀얼 센서일 수 있다.

도 5에 따른 예시적인 실시예에서, 제 1 자속 전도체(32)도 또한 당해 실시예에 따라서 두 개의 개별적인 탭을 포함하는데, 이 탭들은 각각의 자기 센서(27a, 27b)와 축 방향으로 겹쳐지도록 배치되며, 이 경우에서는 예를 들면 회로 기판(28)의 각 절결부 안에 놓인다.

자속 전도체(33)의 두 개의 또 다른 예가 도 13a 내지 도 13d에 도시되어 있다. 도 13a 및 도 13b에 따른 자속 전도체(33)도 본질적으로 축 방향으로 배향되고 축 방향으로 지향되는 탭(44)을 갖는다. 탭(44)은 수용 영역(42)을 두 개의 부분(42a, 42b)으로 분할하는 슬롯(142)이 수용 영역(42)의 대략 중앙에 형성되도록 설계된다. 축 방향 돌출부(144, 145)가 이 경우에서는 각 부분(42a, 42b)으로부터 수직하게 돌출되고, 이 때, 상기 돌출부(144, 145)들은 이들의 단부에서 서로 병합되어서 서로 함께 축 방향 탭(44)을 형성한다. 상기 탭(44)의 선단은 자기 센서(27)와 축 방향으로 겹쳐진다.

추가적인 예가 도 13c 및 도 13d에 도시되어 있다. 자속 전도체(33)는 도 4에 따른 것에 본질적으로 대응하는데, 상기 탭(44)은 지금의 예에서는 접선 방향으로 연장된다. 상기 탭은 웹(43)에 의해서 수용 영역(42)에 연결된다. 따라서, 단지 웹(43)의 배향 및 이에 따른 탭(44)의 배향만이 도 4에 따른 실시예와 다르다.

도 1 내지 도 3을 다시 참조하면, 하우징(12)은 커버(31)의 대응하는 관통 개구(46) 안에 수용되거나 수용될 수 있는 핀 또는 저널(45)들을 포함한다. 그 다음, 하우징(12)으로의 커버(31) 부착은 상기 핀(45)들을 재성형하여 리벳 머리 형성함으로써 실행된다.

도 6에 장치(1)가 조립된 상태로 도시되어 있다. 이 도면은 축 방향에서 하우징(12) 밖으로 돌출하는 홀더(2)의 제 2 축 방향 영역(4)을 보여주고 있다. 홀더(2)를 이와 관련된 축 세그먼트에 연결시키는 슬리브(47)가 축 방향에서 상기 영역(4)에 바로 인접해 있다. 또한, 핀(22)들에 의해서 홀더(2)에 고정되는, 엣지 요소(19)를 구비한 고정자 부품(17)이 도 6에 도시되어 있다. 자속 전도체(32, 33)와, 구성 요소(27, 29, 30)를 구비한 회로 기판(28)과, 전동 장치(37)는 하우징(12)의 내부에 있으므로 보이지 않는다. 하우징(12)이 커버(31)와 함께 차량의 일부에 부착되고, 장치(1)는 플러그(41)에 의해 전기적으로 연결된다. 따라서, 하우징(12)은 조향축에 대해 고정된다. 이 경우에서, 고정자 부품(10, 17)을 갖춘 홀더(2)는 하우징(12)과 자속 전도체(32, 33)에 대하여, 즉 조향축과 함께, 회전할 수 있다. 더욱이, 도 6에서는 양 측면 상의 고정자 부품(10, 17)의 각 치형 요소(20, 21)를 확인할 수 있다. 치형 요소(20, 21)는, 예를 들면, 홀더(2)의 제 1 축 방향 영역(3)의 내주부에 형성된 만입부(indentation)에 배치될 수 있다.

전동 장치(37)를 위한 수용 수단(36)은 슬리브(13)와 동일한 축 방향 높이로 형성되고, 슬리브(13)에 대하여 반경 방향으로 변위 가능하게 배치된다. 조립된 상태에서, 회로 기판(28)은 고정자 부품(10, 17)들의 각 엣지 요소(18, 19)들 사이에 축 방향으로 배치된다. 이제부터는 구성 요소(27, 29, 30)의 축 방향 배치를 위한 상이한 실시예들이 제공될 것이다.

제 1 구성 예에 따르면, 구성 요소(27, 29, 30)는 축 방향에서 엣지 요소(18, 19)들 사이에 중앙에 배치될 수 있다. 이러한 배치는 도 7에 도시되어 있는데, 이 도면은 회로 기판(28)과 자기장 검출기(30)를 관통한 부분 단면도로 도시되어 있다. 각각의 엣지 요소(18, 19)를 구비하는 두 개의 고정자 부품(10, 17)은 사시도로 도시되어 있다. 치형 요소(20)들은 치형 요소(21)들 사이에 맞물린다. 엣지 요소(18, 19)들 사이에서 정확히 축 방향 중앙에서 연장하는 중심면은 도면부호 48로 나타내었는데, 이는 고정자(11)의 대칭면을 구성한다. 이 예시적인 실시예에서, 구성 요소(27, 29, 30)들은 대칭면 또는 중심면(48)에 축 방향으로 중앙에 놓인다. 따라서, 상기 기어 휠(38, 39, 40)들은 필연적으로 중심면(48)에 대해서 축 방향으로 변위되므로, 비대칭으로 배치된다. 이것은 영구 자석(49)을 구비한 기어 휠(38)을 이용하는 도 7에 도시되어 있다.

도 7에 따른 실시예에서, 두 개의 자속 전도체(32, 33)들은 중심면(48)에 대해서 거울면 대칭을 이루게 배치된다. 자속 전도체(32, 33) 각각의 수용 영역(42)은, 웹(43)의 길이 여하에 따라, 상기 고정자(11) 내에 축 방향으로 놓여서 엣지 요소(18, 19)들 사이에 축 방향으로 놓이거나, 혹은 상기 고정자(11) 밖에 축 방향으로 놓인다. 기어 휠(38, 40)들의 영구 자석(49)은 표면이 자화될 수 있는데, 이는 두 개의 엣지 요소(18, 19)의 축 방향 높이에서의 자기장의 크기가 동일해져서 그 자기장이 상쇄될 수 있도록 하기 위한 것이다. 따라서, 두 가지 유형의 센서들 사이의 크로스토크가 방지된다. 크로스토크가 더 감소될 수 있도록 하기 위해, 선택적으로 기어 휠(38, 39, 40)들을 반경 방향으로 약간 더 멀리 장착시킬 수도 있다.

제 2 구성 예에 따르면, 구성 요소(27, 29, 30)들은 엣지 요소(18, 19)들 사이에 축 방향에서 중심을 벗어나게 배치될 수 있고, 기어 휠(38, 40)의 영구 자석(49)들은 상기 엣지 요소(18, 19)들 사이에서 축 방향 중앙에 배치될 수 있다. 이 때, 영구 자석과 엣지 요소(18) 사이의 축 방향 거리는 영구 자석과 다른 엣지 요소(19) 사이의 축 방향 거리에 대응한다. 회로 기판(28)과 전동 장치(37)의 이러한 배치는 도 8 및 도 9에 도시되어 있다. 도 8에는 자기 검출기(30)의 위치에서 회로 기판(28)을 관통한 단면도가 도시되어 있는 반면, 도 9에는 자기 센서(27)의 높이에서 회로 기판(28)을 관통한 단면도가 도시되어 있다. 고정자(11)는 각각의 경우에서 사시도로 도시되어 있다. 도 8로부터 명백한 바와 같이, 영구 자석(49)은 정확히 중심면(48)에 놓여 있다. 전통적이지만 특별하지 않게 표면 자화된 자석(49)에 있어서조차도, 각각의 엣지 요소(18, 19)들에서의 자기장은 본질적으로 동일하다.

도 9에 따르면, 두 개의 자속 전도체(32, 33)들이 중심 축선(48)에 대해서 비대칭으로 배치되어 있다. 자속 전도체(32, 33)들 중 한 자속 전도체의 수용 영역(42)은 이 경우에서는 고정자 외측에 축 방향으로 놓이거나 고정자(11)에 대해 축 방향으로 변위되는 반면, 다른 자속 전도체(32, 33)의 수용 영역(42)은 고정자(11) 내에 축 방향으로 놓인다. 또한, 도 9에서는 자기 센서(27) 아래쪽으로 회로 기판(28)에 형성된 관통 절결부(50)를 볼 수 있다. 배면측 회로 기판(28) 상에 배치된 자속 전도체(32)의 탭(44)은 상기 절결부(50) 안에 배치된다. 따라서, 자기 센서(27)는 샌드위치 구조에서처럼 자속 전도체(32, 33)의 탭(44)들에 의해 아주 단단히 봉입되거나, 두 개의 탭(44)들 사이에 축 방향으로 놓인다.

도 10에 따르면, 가요성 회로 기판(28), 즉 두께가 바람직하게는 0.2mm 미만인 얇은 필름 형태의 회로 기판(28)이 사용된다. 도 10에서 명백한 바와 같이, 자속이 상기 필름을 통해서 전달될 수 있으므로 자기 센서(27) 아래의 절결부는 생략될 수 있다. 두 개의 자속 전도체(32, 33)들은 중심면(48)에 대해서 거울면 대칭을 이루게 배치된다. 자속 전도체(32, 33) 각각의 수용 영역(42)은 이 예에서는 상기 고정자(11) 내에 축 방향으로 놓여서 엣지 요소(18, 19)들 사이에 축 방향으로 놓이고, 이에 따라 상기 두 개의 자속 전도체(32, 33)들은 완전히 엣지 요소(18, 19)들 사이에 축 방향으로 놓인다.

또 다른 예가 도 11에 도시되어 있다. 상기 배치 구성은 도 9에 따른 배치 구성과 본질적으로 대응하지만, 차이점은, 자속 전도체(32, 33)들이 비대칭으로 형성되고, 그 자속 전도체(32, 33) 모두가 고정자(11) 내에 축 방향으로 배치되어서 엣지 요소(18, 19)들 사이에 축 방향으로 배치되는 것이다. 이것은 자속 전도체(33)에 비해서 더 짧은 웹(43)이 형성된 자속 전도체(32)에 의해 가능해진다. 이에 따라, 축 방향 설치 높이가 더욱 감소된다.

또 다른 예가 도 12a 및 도 12b에 도시된다. 이 경우에서, 회로 기판(28)은 축 방향으로 연장되고, 이에 따라 축 방향 축선에 평행하게 배치된다. 따라서, 자기 센서(27)도 축 방향을 따라 연장되고, 이에 따라 자기 센서(27)와 탭(44)이 반경 방향으로 상호 겹치게 된다. 이를 위해, 탭(44)들은 이 예에서는 축 방향으로 연장되고, 그래서 회로 기판(28)과 평행을 이룬다. 상기 탭들은 예를 들어 그 각각의 수용 영역(42)으로부터 바로 시작해서 각각의 자속 전도체(32, 33)를 향해서 돌출될 수 있다. 자속 전도체(32, 33)들 모두가 고정자(11) 내에 축 방향으로 배치되어서 엣지 요소(18, 19)들 사이에 축 방향으로 배치되지만, 비대칭 형태를 이룬다. 이 예에서도 역시 회로 기판(28)에 절결부(50)가 마련되는데, 그 절결부는 여기서는 회로 기판(28)의 가장자리까지 연장되어서 만입부를 형성한다. 이 경우에서, 자속 전도체(32)의 수용 영역(42)은, 자속 전도체(32)의 탭(44)이 자기 센서(27)의 후방 측에 배치될 수 있도록 하기 위해, 상기 만입부 안으로 축 방향으로 연장된다. 도 12a 및 도 12b에 따른 예는 조향각 감지 장치가 생략된 경우에 특히 순수한 토크 센서에 있어서의 이점을 입증하고 있다. 회로 기판의 축 방향 배치는 조향 장치 하우징의 기하학적 제한에 유리할 수 있다. 따라서, 반경 방향 내측에서뿐만 아니라 반경 방향 외측에서도 자기 센서(27)에 도달할 수 있도록 하기 위해, 여기에서는 두 개의 다른 형태의 자속 전도체(32, 33)가 사용된다. 이 예에서도 역시 절결부(50)를 구비한 표준형 회로 기판(28) 대신에 얇은 가요성 회로 기판이 사용될 수 있다.

모든 구성 예에서, 선택적으로, 금속 차폐 수단(51), 특히 판형 차폐 수단도 한편으로는 기어 휠(38, 40)의 영구 자석(49)과 다른 한편으로는 적어도 하나의 엣지 요소(18, 19) 사이에서 축 방향으로 제공될 수 있다. 도 7 및 도 8에서, 이러한 차폐 수단(51)은 회로 기판(28)의 후방 측에 배치되어, 중심면(48)에 평행하게 연장된다. 그러나, 차폐 수단(51)도 추가로 또는 대안으로 회로 기판(28)의 다른 측면에 제공될 수 있다. 차폐 수단(51)은 회로 기판(28)의 배면 측 또는 정면 측 바로 위에서의 그 회로 기판(28)의 금속화로서 형성될 수도 있다. 각각의 차폐 판들이, 예를 들어, 기어 휠(38, 39, 40)의 축 방향 양 측면에 제공될 수 있고, 그래서 두 가지 유형의 센서들 사이의 크로스토크가 고정자(11)에 의해 방지된다. 이 경우에서, 영구 자석(49)은 직경 방향으로 자화될 수 있다.

Claims

자동차의 조향축에 가해진 토크를 감지하는 토크 감지 장치와, 조향축의 현재 조향각을 감지하는 조향각 감지 장치를 구비하는 자동차용 장치(1)로서,
상기 토크 감지 장치는, 자속을 자석으로부터 적어도 하나의 자속 전도체(32, 33)로 전도하고 그 자속 전도체를 통해 상기 토크 감지 장치의 적어도 하나의 자기 센서(27)와 축 방향에서 서로에 대하여 변위되도록 배치된 두 개의 고정자 부품(10, 17)으로 전도하도록 설계된 자성 고정자(11)를 포함하고, 상기 두 개의 고정자 부품 각각은 반경 방향으로 연장되는 환형 엣지 요소(18, 19)를 포함하고,
상기 조향각 감지 장치는 영구 자석(49)을 구비한 적어도 하나의 회전 전동 요소(38, 39, 40)와, 상기 회전 전동 요소(38, 39, 40)의 회전 운동을 감지하는 자기장 검출기(29, 30)를 포함하는, 자동차용 장치에 있어서,
상기 영구 자석(49)을 구비한 상기 적어도 하나의 회전 전동 요소(38, 39, 40)는 축 방향에서 상기 엣지 요소(18, 19)들 사이에 배치된 것을 특징으로 하는
자동차용 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 영구 자석(49)을 구비한 상기 적어도 하나의 회전 전동 요소(38, 39 40)는 상기 엣지 요소(18, 19)들과 적어도 일부가 축 방향에서 상호 겹쳐지게 배치된 것을 특징으로 하는
자동차용 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 영구 자석(49)을 구비한 상기 적어도 하나의 회전 전동 요소(38, 39 40)는 상기 엣지 요소(18, 19)들에 대해 반경 방향으로 변위되도록 배치된 것을 특징으로 하는
자동차용 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 자기장 검출기(29, 30)가 두 개의 엣지 요소(18, 19)들 사이에 축 방향으로 배치된 회로 기판(28) 상에 배치된 것을 특징으로 하는
자동차용 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 영구 자석(49)은 고정자 부품(10, 17)의 엣지 요소(18, 19)들 사이에서 축 방향으로 중심을 벗어나서 배치되고, 특히, 고정자 부품(10, 17) 각각의 엣지 요소(18, 19)들에 동일한 자기장 강도를 갖는 자기장을 제공하도록 설계된 것을 특징으로 하는
자동차용 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 영구 자석(49)은 고정자 부품(10, 17)의 엣지 요소(18, 19)들 사이에 축 방향에서 중앙에 배치되고,
적어도 하나의 자기 센서(27)는 엣지 요소(18, 19)들 사이에 축 방향에서 중심을 벗어나서 배치된 것을 특징으로 하는
자동차용 장치.
제 1 항에 있어서,
자기장 차폐 수단(51)이 한편으로는 영구 자석(49)과 다른 한편으로는 엣지 요소(18, 19)들 중 적어도 하나의 엣지 요소 사이에 축 방향으로 배치된 것을 특징으로 하는
자동차용 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 조향각 감지 장치가 치형 구조(16)를 갖는 회전자(15)를 포함하고,
상기 회전 전동 요소(38, 39, 40)는 상기 회전자(15)의 치형 구조(16)와 맞물리게 될 수 있는 기어 휠의 형태이고,
상기 회전 전동 요소에 의해, 회전자(15)의 회전 운동이 영구 자석(49)의 회전 운동으로 바뀔 수 있고,
상기 치형 구조(16)를 갖는 회전자(15)는 고정자(11)가 배치된 홀더(2) 상에 성형되는 것을 특징으로 하는
자동차용 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 자기 센서(27)는, 회로 기판 상에, 특히 토크 감지 장치 및 조향각 감지 장치를 위한 공통의 회로 기판(28) 상에 배치되는 SMD 구성 요소의 형태이고,
적어도 하나의 자속 전도체(32, 33)는 자기 센서(27)와 상호 겹쳐지도록 배치되는 탭(44)을 포함하는 것을 특징으로 하는
자동차용 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 탭(44)은 자기 센서(27)와 축 방향에서 상호 겹쳐지도록 배치되는 것을 특징으로 하는
자동차용 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 자속 전도체(32, 33)는 고정자(11)로부터 자속을 받는 판형 수용 영역(42)을 포함하고,
상기 수용 영역(42)은 고정자(11)와 축 방향에서 상호 겹쳐지도록 배치되고,
상기 수용 영역(42)에 평행하게 연장되는 탭(44)은 상기 수용 영역(42)에 대해 축 방향으로 변위 가능하도록 배치되는 것을 특징으로 하는
자동차용 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 장치(1)가 적어도 하나의 탭(44)을 각각이 구비하는 두 개의 자속 전도체(32, 33)를 포함하고,
상기 자속 전도체는 회로 기판(28)의 서로 반대되는 측면에 배치되고,
각각의 탭(44)은 자기 센서(27)와 상호 겹쳐지도록, 특히 축 방향에서 상호 겹쳐지도록 배치되는 것을 특징으로 하는
자동차용 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 회로 기판(28)이 자속 전도체(32, 33)들 중 한 자속 전도체의 탭(44)을 위한 절결부(50)를 포함하고,
상기 절결부는 자기 센서(27) 아래에 형성되는 것을 특징으로 하는
자동차용 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 회로 기판(28)은 적어도 자기 센서(27)의 영역에서는 필름의 형태인 것을 특징으로 하는
자동차용 장치.
제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 자동차용 장치(1)를 구비한 자동차.
자동차의 조향축에 가해진 토크를 감지하는 토크 감지 장치와, 조향축의 현재 조향각을 감지하는 조향각 감지 장치를 구비하는 장치를 제조하는 방법으로서,
자기 센서(27), 자속 전도체(32, 33), 및 자성 고정자(11)가 상기 토크 감지 장치를 위해 제공되고, 상기 고정자(11)는 자속을 자석으로부터 적어도 하나의 자속 전도체(32, 33)로 전도하고 그 자속 전도체를 통해 자기 센서(27)로 전도하도록 설계되며, 축 방향에서 서로에 대하여 변위되도록 배치된 두 개의 고정자 부품(10, 17)으로 구성되어 형성되고, 상기 고정자 부품 각각은 반경 방향으로 연장되는 환형 엣지 요소(18, 19)를 포함하고,
영구 자석(49)을 구비한 적어도 하나의 회전 전동 요소(38, 39, 40)와, 상기 회전 전동 요소(38, 39, 40)의 회전 운동을 감지하는 자기장 검출기(29, 30)가 상기 조향각 감지 장치를 위해 제공되는, 장치를 제조하는 방법에 있어서,
상기 영구 자석(49)을 구비한 상기 적어도 하나의 회전 전동 요소(38, 39, 40)는 축 방향에서 상기 엣지 요소(18, 19)들 사이에 배치된 것을 특징으로 하는
장치 제조 방법.