KR101821320B1 - 로터 및 이를 포함하는 토크 센서 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시 예는 제1외주면을 갖는 슬리브; 상기 슬리브의 하부에 배치되고, 상기 제1외주면보다 큰 제2외주면을 갖는 요크; 복수 개의 세레이션이 배치되는 제1면 및 상기 요크에 접촉하는 제2면을 포함하는 세레이션부; 및 상기 요크의 제2외주면에 배치되는 마그네트를 포함하고, 상기 세레이션부는 제3외주면을 갖고, 상기 마그네트는 상기 세레이션부의 상기 제3외주면보다 큰 제4외주면을 갖는 토크 센서의 로터 및 이를 포함하는 토크 센서를 개시한다.

Description

로터 및 이를 포함하는 토크 센서{ROTOR AND TORQUE SENSOR INCLUDING THE SAME}

본 발명은 토크 센서의 로터에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 토크 중점의 조정 과정에서 지그와의 기계적 결합력이 향상되어 정밀한 조정이 가능한 구조를 갖는 토크센서의 로터에 관한 것이다.

일반적으로 자동차는 바퀴와 연결된 스티어링 휠을 조작하여 주행 방향을 조작할 수 있도록 되어 있다. 그러나, 바퀴와 노면과의 저항이 크거나 스티어링의 장애요인 발생시 조작력이 약화되어 신속한 조작이 어려운 경우가 있고, 이를 해결하기 위해 파워스티어링 장치가 사용된다. 이러한 파워스티어링 장치는 스티어링 휠의 조작에 동력장치를 개입하여 조작의 힘을 경감시키도록 하는 장치이다.

이러한 동력장치가 스티어링 휠을 조작하는 힘에 개입하기 위해서는 조향축에 걸리는 토크를 측정할 필요성이 있다. 따라서, 스티어링 휠의 토크를 측정하는 장치로 여러가지 방식의 장치가 사용되는데, 특히 조향축에 결합된 마그네트와의 상호 자기장을 측정하여 토크를 검출하는 방식이 경제성이 우수하여 많이 사용되고 있다.

일반적인 스티어링 구조는, 스티어링 휠이 결합되는 입력축, 바퀴측의 랙바와 치합되는 피니언에 결합되는 출력축 및 상기 입력축와 출력축를 연결하는 토션바(torshion bar)로 이루어진다.

스티어링 휠을 회전하면 출력축으로 회전력이 전달되고 피니언과 랙바의 작용에 의해 바퀴의 방향이 변화한다. 이 경우, 저항이 크게 작용하는 경우에 입력축이 더 많이 회전하게 되므로, 토션바가 비틀리게 되는데, 이러한 토션바의 비틀림 정도를 측정하는 것이 자기장 방식의 토크센서이다.

상기 토크센서는 핸들 조작이 없는 경우 중점위치를 나타내게 되는데, 중점이 잘못 설정된 경우에는 핸들의 조작시 좌우의 조향 보조력의 차이가 발생하게 된다. 따라서, 파워스티어링 장치에 있어서, 토크센서의 중점을 맞추는 작업의 중요도는 매우 높다.

도 1은 종래기술에 따른 토크센서의 로터를 도시한 사시도이다.

조향 입력축에는 마그네트(2)를 포함하는 로터(1)가 결합되고, 출력축에는 스테이터(미도시)가 결합된다.

상기 로터(1)에 결합된 입력축과 스테이터에 결합된 출력축의 회전량 차이에 의하여 토션바에 비틀림이 발생하면, 마그네트(2)와 스테이터가 상대적으로 회전하게 되고, 이때 마그네트와 스테이터 사이의 대향면이 변화하게 되어 자화값이 변화하게 되므로 이를 활용하면 토크를 측정할 수 있다.

상기 로터(1)는 입력축의 외주면에 결합하는 슬리브(4), 상기 슬리브(4)와 결합하여 외주면에 마그네트(2)를 고정하는 요크(3)로 이루어진다.

토크센서의 중점을 맞추기 위해 상기 슬리브(4)의 외주면의 소정 부위를 지그(Jig)가 고정하여 마찰력에 의하여 로터(1)를 회전하는 방식을 사용하였다.

그런데, 이러한 방식은 지그가 상기 슬리브의 외면을 마찰력에 의하여 회전시키므로, 상대적으로 슬립의 가능성이 높고, 미세 중점 조정의 어려움이 존재하였다.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 중점의 조정 작업이 더욱 정확하게 이루어질 수 있도록 할 수 있는 구조를 가진 토크센서의 로터에 관한 것이다.

본 발명의 일 특징에 따른 토크센서의 로터는, 제1외주면을 갖는 슬리브; 상기 슬리브의 하부에 배치되고, 상기 제1외주면보다 큰 제2외주면을 갖는 요크; 복수 개의 세레이션이 배치되는 제1면 및 상기 요크에 접촉하는 제2면을 포함하는 세레이션부; 및 상기 요크의 제2외주면에 배치되는 마그네트를 포함하고, 상기 세레이션부는 제3외주면을 갖고, 상기 마그네트는 상기 세레이션부의 상기 제3외주면보다 큰 제4외주면을 갖는다.
상기 슬리브, 요크, 세레이션부, 및 마그네트는 원통 형상을 갖고, 상기 슬리브, 요크, 세레이션부 및 마그네트의 중심은 제1방향으로 정렬될 수 있다.
상기 제1방향은 상기 슬리브 및 요크의 내주면에 결합하는 회전축의 연장 방향일 수 있다.
상기 슬리브의 측면에 배치되는 적어도 하나의 홀을 포함하고, 상기 제1외주면은 상기 슬리브의 측면에 의해 정의될 수 있다.
상기 제2외주면과 제3외주면의 직경은 동일할 수 있다.
상기 마그네트는 상기 요크의 외주면에 접촉할 수 있다.
상기 슬리브의 제1외주면과 상기 요크의 제2외주면 사이에 배치되는 단턱을 포함하고, 상기 세레이션부는 상기 단턱에 배치될 수 있다.
상기 요크는 상기 슬리브의 하단부에서 연장될 수 있다.
상기 요크는 상기 슬리브와 일체로 형성될 수 있다.
상기 마그네트는 원호 형상을 갖는 복수 개의 마그네트 조각을 포함할 수 있다.
상기 세레이션부의 제1면은 상부면이고 상기 세레이션부의 제2면은 하부면일 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 토크 센서의 로터는, 제1외주면을 갖는 슬리브; 상기 슬리브의 하부에 배치되고, 상기 제1외주면보다 큰 제2외주면을 갖는 요크; 상기 요크의 제2외주면에 배치되는 마그네트를 포함하고, 상기 마그네트는 상기 제2외주면보다 큰 제4외주면을 갖고, 상기 슬리브는 상기 제1외주면에 배치되어 지그와 결합하는 역할을 수행하는 적어도 하나의 홀을 포함한다.
상기 슬리브, 요크, 세레이션부, 및 마그네트는 원통 형상을 갖고, 상기 슬리브, 요크, 세레이션부 및 마그네트의 중심은 제1방향으로 정렬될 수 있다.
상기 제1방향은 상기 슬리브 및 요크의 내주면에 결합하는 회전축의 연장 방향일 수 있다.
상기 마그네트는 상기 요크의 외주면에 접촉할 수 있다.
상기 요크는 상기 슬리브의 하부에서 연장될 수 있다.
상기 요크는 상기 슬리브와 일체로 형성될 수 있다.
상기 마그네트는 상기 마그네트는 원호 형상을 갖는 복수 개의 마그네트 조각을 포함할 수 있다.

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전술한 내용과 같이 구성된 본 발명에 따른 토크센서는, 로터의 중점 조정시 지그와의 결합부위에 마찰력을 향상하여 정확한 회전력의 전달이 가능한 다양한 구조를 제공하므로, 미세한 토크 중점의 조정이 가능하고 따라서, 스티어링 시스템의 작동 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 토크센서의 로터를 나타내는 사시도.
도 2는 본 발명의 토크센서의 로터를 나타내는 사시도.
도 3은 본 발명의 토크센서의 로터가 지그와 결합되는 일실시예를 나타내는 사시도.
도 4는 본 발명의 토크센서의 로터가 지그와 결합되는 또 다른 실시예를 나타내는 사시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 토크센서의 로터를 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 토크센서의 로터를 나타내는 사시도이다.

마그네트(20)는 링 형상으로 형성되는데, 일반적으로 스티어링 시스템의 입력축의 외주면에 배치되어 함께 회전하도록 결합된다.

또한, 스테이터(미도시)는 출력축에 연결되어 출력축과 함께 회전하도록 결합된다.

바퀴의 저항으로 인해 입력축과 출력축의 회전량이 다른 경우 토션이 발생한 것으로 이해할 수 있고, 이 차이를 자기장으로 측정하게 됨은 상기한 바와 같다. 다만, 마그네트(20)가 출력축에 연결되고 스테이터가 입력축에 연결될 수 있음은 물론이다.

로터(10)는 중공의 원기둥 형상의 슬리브(40)의 하단부측에 외주방향으로 돌출된 링 형상의 요크(30)로 이루어진 로터 몸체와, 상기 로터 몸체의 외주에 결합하는 링 형상의 마그네트(20)로 이루어진다. 더욱 구체적으로는 상기 마그네트(20)는 상기 요크(30)의 외주면에 결합한다.

상기 슬리브(40)의 내주측은 상기한 바와 같이 조향 회전축과 연결되어 함께 회전하도록 결합한다.

또한, 상기 요크(30)는 마그네트(20)를 고정하여 슬리브(40)와 함께 회전하도록 결합하지만, 슬리브(40)와 일체로서 이루어질 수도 있다.

상기 마그네트(20)는 바람직하게는 2개 이상의 마그네트 조각이 연결되고, 더욱 구체적으로는 복수개의 호 형상의 마그네트 조각들이 링 형상의 마그네트(20)를 이루게 된다.

상기 로터(10)는 슬리브(40)의 하측으로부터 스티어링의 회전축에 삽입되는 방식으로 결합하고, 별도의 장치인 지그(Jig)에 의해 토크 중점이 조정된다.

본 발명은 상기 지그와 로터(10) 사이의 회전동력의 전달을 확실하게 할 수 있는 형상을 로터 몸체에 형성함으로써, 토크 중점 조정시의 로터 몸체와 지그 사이의 슬립을 방지하여 회전 조절을 정확하게 할 수 있는 구조를 제공한다. 상기 형상은 톱니 또는 미세홈과 같은 접촉 부위의 마찰력을 강화하는 형상 또는 홀이나 홈과 같은 기계적인 결합력을 제공하는 다양한 실시예의 슬립방지구조로써 이루어질 수 있다.

따라서, 회전 마찰력을 증대시키기 위한 제1실시예로써 상기 요크(30)의 상단부에는 톱니부(세레이션부, 31)가 형성된다.

상기 톱니부(31)는 슬리브(40)의 하측에서 외주방향으로 돌출된 요크(30)의 상면에 원주방향으로 요철 형상을 형성함으로써 이루어지게 되는데, 상기 요철 형상은 지그와의 결합이 용이하도록 쐐기 형상(세레이션)으로 이루어지는 것이 바람직하다.

이 경우, 지그의 하단부가 요철부(43)의 상단부에 접촉함으로써 회전력을 전달하게 된다.

또한, 마찰력을 증대하기 위한 제2실시예로서 요크(30)의 상면에 요철이 형성될 수 있다.

상기 요철은 미세한 라인 형상의 홈에 의해 이루어질 수도 있고, 단수 또는 복수의 돌기가 형성될 수도 있다. 도 4에서는 빗금 형상의 복수의 홈이 요철부를 형성하는 예가 도시된다.

제2실시예에서는 제1실시예에서와 마찬가지로 지그의 하단부측이 요크(30)의 상면에 접촉될 때의 마찰력을 제공한다.

또한, 마찰력을 증대하기 위한 제3실시예로서 슬리브(40)의 측면에 홀(42)이 형성되는 개념이 제공된다.

상기 홀(42)은 슬리브(40)의 측면에서 지그가 접촉하는 부위에 형성되고, 지그의 접촉하는 부위는 상기 홀(42)에 삽입되어 고정될 수 있도록 돌기가 형성되는 것이 바람직하다.

상기 홀(42)은 슬리브(40)의 측면에 단일로 형성될 수도 있고, 지그의 형상에 따라 복수로 이루어질 수도 있음은 물론이다.

한편, 상기 홀(42)은 홈이나 미세한 라인 형상의 홈이나 단수 또는 복수의 돌기로 대체될 수 있음은 물론이다.

또한, 마찰력을 증대하기 위한 제4실시예로서 슬리브(40)의 상측 단부에 홈이 형성될 수 있다.

상기 홈은 슬리브(40)의 상단부에서 하측으로 함몰된 형상으로 이루어지고, 이 경우 지그는 상기 슬리브(40)의 상측 단부와 접촉하되 상기 홈에 삽입될 수 있는 돌기를 포함하여 마찰력을 극대화할 수 있다.

상기 마찰력을 증대하기 위한 실시예들은 선택적으로 적용될 수도 있지만, 두 개 이상의 구성들이 결합하여 구성될 수도 있음은 물론이다.

예를 들면, 요크(30)의 톱니부(31)와 슬리브(40)의 홀(42)이 함께 형성되고, 지그는 요크(30)의 상면과 슬리브(40)의 측면에 모두 접촉하도록 이루어질 수 있고, 이 경우 로터(10)와 지그의 접촉면 사이의 마찰력은 극대화되므로 중점 조정시 정확한 작업이 가능한 이점이 있다.

도 3은 본 발명에 따른 토크센서의 로터가 지그와 결합된 일실시예를 나타내는 사시도이다.

토크센서의 로터의 토크 중점을 조정하는 과정에서 회전축의 외주면에 로터(10)가 결합된 상태에서, 지그(50)는 하단부에서 상기 요크(30)의 상면에 접촉하게 된다.

상기 요크(30)의 상면에는 톱니부(31)가 형성되고, 상기 지그(50)의 하단부에는 상기 톱니부(31)의 형상에 대응하는 톱니가 마찬가지로 형성되기 때문에, 상호간에 회전력이 정확하게 전달될 수 있는 이점이 있다.

도 4는 본 발명에 따른 토크센서의 로터가 지그와 결합된 또 다른 실시예를 나타내는 사시도이다.

지그(51)는 일실시예에서와는 달리 슬리브(40)의 측면에 접촉하게 된다.

상기 슬리브(40)의 측면에는 빗금 형상의 요철부(43)가 형성되는데, 상기 요철부(43)는 지그(51)와의 접촉부위에서 마찰력을 증가시켜 회전력의 전달을 정확하게 이룰 수 있도록 한다.

상기한 바와 같이 상기 요철부(43)는 홀(42)이나 돌기로 대체될 수도 있음은 물론이다.

상기한 지그는 본 발명의 실시예에서 두 개의 긴 막대형상으로 이루어진 예가 도시되었지만, 한 개의 막대 또는 링 형상 등 로터에 회전력을 전달하여 중점 조정을 할 수 있는 형태이면 다양한 형상이 선택적으로 적용될 수 있음은 물론이다.

본 발명의 개념에서는 토크센서의 로터의 중점 조정시 지그와의 결합부위에 마찰력을 향상하여 정확한 회전력의 전달이 가능한 다양한 실시예들을 제공한다. 따라서, 미세한 토크 중점의 조정이 가능하고 이는 스티어링 시스템의 작동 신뢰성 향상으로 이어지는 이점으로 이어진다.

이상에서, 본 발명은 실시예 및 첨부도면에 기초하여 상세히 설명되었다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.

10...로터 20...마그네트
30...요크 31...톱니부
40...슬리브 42...홀
43...요철부 50, 51...지그

Claims (19)

1. 제1외주면을 갖는 슬리브;
   상기 슬리브의 하부에 배치되고, 상기 제1외주면보다 큰 제2외주면을 갖는 요크;
   복수 개의 세레이션이 배치되는 제1면 및 상기 요크에 접촉하는 제2면을 포함하는 세레이션부; 및
   상기 요크의 제2외주면에 배치되는 마그네트를 포함하고,
   상기 세레이션부는 제3외주면을 갖고,
   상기 마그네트는 상기 세레이션부의 상기 제3외주면보다 큰 제4외주면을 갖는 토크 센서의 로터.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 슬리브, 요크, 세레이션부, 및 마그네트는 원통 형상을 갖고, 상기 슬리브, 요크, 세레이션부 및 마그네트의 중심은 제1방향으로 정렬된 토크 센서의 로터.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1방향은 상기 슬리브 및 요크의 내주면에 결합하는 회전축의 연장 방향인 토크 센서의 로터.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 슬리브의 측면에 배치되는 적어도 하나의 홀을 포함하고, 상기 제1외주면은 상기 슬리브의 측면에 의해 정의되는 토크 센서의 로터.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 제2외주면과 제3외주면의 직경은 동일한 토크 센서의 로터.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 마그네트는 상기 요크의 외주면에 접촉하는 토크 센서의 로터.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 슬리브의 제1외주면과 상기 요크의 제2외주면 사이에 배치되는 단턱을 포함하고, 상기 세레이션부는 상기 단턱에 배치되는 토크 센서의 로터.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 요크는 상기 슬리브의 하단부에서 연장된 토크 센서의 로터.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 요크는 상기 슬리브와 일체로 형성된 토크 센서의 로터.
   
10. 제1항에 있어서,
    상기 마그네트는 원호 형상을 갖는 복수 개의 마그네트 조각을 포함하는 토크 센서의 로터.
    
11. 제1항에 있어서,
    상기 세레이션부의 제1면은 상부면이고 상기 세레이션부의 제2면은 하부면인 토크 센서의 로터.
    
12. 제1항에 있어서,
    상기 슬리브는 상기 제1외주면에 배치되어 지그와 결합하는 역할을 수행하는 적어도 하나의 홀을 포함하는 토크 센서의 로터.
    
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 로터를 포함하는 토크 센서.
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