KR102050724B1 - 토크 앵글 센서용 기판 및 이를 갖는 토크 앵글 센서 - Google Patents

토크 앵글 센서용 기판 및 이를 갖는 토크 앵글 센서 Download PDF

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Abstract

토크 앵글 센서용 기판 및 이를 갖는 토크 앵글 센서에 의하면, 입력축의 토크를 센싱 하기 위한 제1 홀 소자가 배치되며, 측면으로부터 복수개가 돌출된 제1 접속 단자들을 포함하는 제1 회로 기판; 및 상기 제1 회로 기판과 수직 하게 배치되고, 상기 입력축의 회전각도를 센싱 하기 위한 제2 홀 소자가 배치되며, 상기 제1 접속 단자들이 각각 삽입되어 접속되는 홀 형상의 제2 접속 단자들을 포함하는 제2 회로 기판을 포함하며, 상기 제2 접속 단자의 일부에는 상기 제2 접속 단자의 바깥쪽으로 확장되어 상기 제1 및 제2 접속 단자들을 전기적으로 접속하는 솔더의 충진량을 증가시키는 솔더 보강부가 형성된다.

Description

토크 앵글 센서용 기판 및 이를 갖는 토크 앵글 센서{SUBSTRATE FOR TORQUE ANGLE SENSOR AND TORQUE ANGLE SENSOR HAVING THE SAME}
본 발명은 높은 내충격성을 갖는 토크 앵글 센서용 기판 및 이를 갖는 토크 앵글 센서에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 조향의 안정성을 확보하기 위한 장치로서 별도의 동력을 이용하여 조향을 보조하는 조향 장치가 널리 사용되고 있다.
최근에는 조향 동력의 손실이 적고 높은 조향 정밀도를 갖는 전동식 조향 장치가 널리 사용되고 있다.
전동식 조향 장치는 차속 센서, 토크 앵글 센서 및 토크 센서로부터 감지된 운행 조건에 따라 전자 제어 장치(ECU)에서 모터를 구동하여 선회 안정성을 보장하고 신속한 복원력을 제공하여 운전자가 안전 운행을 할 수 있도록 한다.
전동식 조향 장치를 이루는 하나의 구성인 토크 앵글 센서는 조향축에 가해지는 토크를 감지하고 조향축의 회전각에 비례하는 전기 신호를 출력한다.
토크 앵글 센서는 조향축의 토크를 감지하기 위해서 토크 앵글 센서의 로터 및 스테이터의 상대 운동에 따른 자기장 변화를 감지하는 토크 센서가 배치된 토크 센서 기판 및 조향축의 회전각을 센싱 하기 위해 토크 센서 기판에 대하여 수평하게 배치되고 토크 센서 기판과 전기적으로 연결되는 앵글 센서 기판을 포함한다.
앵글 센서 기판에는 조향축의 회전각을 센싱 하는 앵글 센서가 배치된다.
일반적으로 토크 센서 기판은 앵글 센서 기판에 납땜 등이 방법으로 결합 되는데, 외부로부터 충격 및 진동이 빈번하게 인가되는 차량에 적용된 토크 앵글 센서의 토크 센서 기판과 앵글 센서 기판을 일반적인 방법으로 납땜할 경우 충격 및 진동에 의하여 토크 센서 기판이 앵글 센서 기판으로부터 쉽게 분리되는 문제점을 갖는다.
본 발명은 차량의 핸들의 조향력을 보조하는 전동 스티어링 장치에 포함되는 토크 앵글 센서에 장착되는 회로 기판들이 외부로부터 인가된 충격 또는 진동에 의하여 쉽게 분리되는 것을 방지한 토크 앵글 센서용 기판 및 이를 갖는 토크 앵글 센서를 제공한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
일실시예로서, 본 발명에 따른 토크 앵글 센서용 기판 및 이를 갖는 토크 앵글 센서에 의하면, 입력축의 토크를 센싱 하기 위한 제1 홀 소자가 배치되며, 측면으로부터 복수개가 돌출된 제1 접속 단자들을 포함하는 제1 회로 기판; 및 상기 제1 회로 기판과 수직 하게 배치되고, 상기 입력축의 회전각도를 센싱 하기 위한 제2 홀 소자가 배치되며, 상기 제1 접속 단자들이 각각 삽입되어 접속되는 홀 형상의 제2 접속 단자들을 포함하는 제2 회로 기판을 포함하며, 상기 제2 접속 단자의 일부에는 상기 제2 접속 단자의 바깥쪽으로 확장되어 상기 제1 및 제2 접속 단자들을 전기적으로 접속하는 솔더의 충진량을 증가시키는 솔더 보강부가 형성된다.
토크 앵글 센서용 기판은 상기 제1 접속 단자의 표면에는 제1 도금막이 형성되며, 상기 제2 접속 단자의 표면에는 제2 도금막이 형성된다.
토크 앵글 센서용 기판은 상기 솔더의 일부는 상기 솔더 보강부의 바깥쪽에 배치된 상기 제1 접속 단자에 배치된다.
토크 앵글 센서용 기판의 상기 솔더 보강부는 상기 제1 접속 단자의 일측면과 마주하는 제2 접속 단자에 형성된다.
일실시예로서, 토크 앵글 센서는 입력축이 관통되는 상부 케이스; 상기 입력축과 연결되며 외주면에 마그네트가 배치된 로터; 상기 로터를 감싸며 출력축과 연결되는 스테이터; 상기 스테이터의 하부에 결합되어 상기 스테이터와 함께 회동하는 메인 기어 및 상기 메인기어에 치차 결합되며 마그네트를 포함하는 서브 기어를 포함하는 기어; 상기 상부 케이스와 결합되는 하부 케이스; 및 상기 스테이터의 회동을 센싱 하기 위한 제1 홀 소자가 배치되며, 측면으로부터 복수개가 돌출된 제1 접속 단자들을 포함하는 제1 회로 기판 및 상기 제1 회로 기판과 수직 하게 배치되고, 상기 마그네트의 자속 변화를 센싱 하는 제2 홀 소자가 배치되며, 상기 제1 접속 단자들이 각각 삽입되어 접속되는 홀 형상의 제2 접속 단자들을 포함하는 제2 회로 기판을 포함하는 토크 앵글 센서용 기판을 포함하며, 상기 제2 접속 단자의 일부에는 상기 제2 접속 단자의 바깥쪽으로 확장되어 상기 제1 및 제2 접속 단자들을 전기적으로 접속하는 솔더의 충진량을 증가시키는 솔더 보강부가 형성된다.
본 발명에 의하면, 핸들과 연결된 입력축의 회동 각도를 센싱 하는 제1 홀 소자를 갖는 제1 회로 기판의 제1 접속 단자 및 출력축의 회동 각도를 센싱 하는 제2 홀 소자를 갖는 제2 회로 기판의 제2 접속 단자를 솔더에 의하여 상호 결합할 때 제2 접속 단자에 제1 접속 단자와의 접속력을 향상시키는 솔더 보강부를 형성하여 제1 및 제2 회로 기판들이 외부의 충격 및 진동에 의하여 상호 분리되지 않도록 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 토크 앵글 센서의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 토크 앵글 센서용 회로 기판을 발췌 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 토크 앵글 센서의 제1 회로 기판 및 제2 회로 기판의 분해 단면도이다.
도 4는 도 2의 'A' 부분 확대도이다.
도 5는 도 2의 조립 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 토크 앵글 센서의 분해 사시도이다. 도 2는 도 1의 토크 앵글 센서용 회로 기판을 발췌 도시한 분해 사시도이다. 도 3은 도 1의 토크 앵글 센서의 제1 회로 기판 및 제2 회로 기판의 분해 단면도이다. 도 4는 도 2의 'A' 부분 확대도이다. 도 5는 도 2의 조립 단면도이다.
토크 앵글 센서(800)는 비틀림이 가능한 토션바(미도시)를 이용하여 상호 연결된 입력축(미도시) 및 출력축(미도시)의 주변에 배치된다.
입력축은 운전자가 핸들을 회전시키는 토크에 의하여 회전되며, 토션바는 핸들의 회전에 의하여 발생된 토크에 의하여 비틀리게 된다. 출력축은 차량의 전륜 또는 후륜과 연결되며 입력축으로부터 힘을 전달받아 회전된다.
이와 같은 작용을 수행하는 토크 앵글 센서(800)는 상부 케이스(100), 로터(200), 스테이터(300), 센싱용 기어(400), 하부 케이스(500) 및 토크 앵글 센서용 기판(600)을 포함한다. 이에 더하여 토크 앵글 센서(500)는 상부 케이스(100) 및 하부 케이스(500) 사이에 개재된 미들 케이스(550)를 더 포함할 수 있다.
상부 케이스(100)는 하부가 개구 된 통 형상으로 형성되며, 하부 케이스(500)는 상부가 개구 된 통 형상으로 형성된다.
상부 케이스(100) 및 하부 케이스(500)는 상호 마주하게 배치되며, 상부 케이스(100) 및 하부 케이스(500)는 상호 결합 되고 이로 인해 상부 케이스(100) 및 하부 케이스(500)의 내부에는 로터(200), 스테이터(300), 센싱용 기어(400) 및 토크 앵글 센서용 기판(600)을 수납하기 위한 공간이 형성된다.
상부 케이스(100) 및 하부 케이스(500)의 사이에는 로터(200)와 스테이터(300)가 배치된다.
로터(200)는 입력축과 결합되어 입력축과 함께 회전되는 몸체(210) 및 몸체(210)의 외주면에 배치된 마그네트(220)들을 포함한다.
스테이터(300)는 로터(200)를 수납하며, 스테이터(300)는 출력축에 결합되어 출력축과 함께 회전된다.
스테이터(300)는 로터(200)의 외주면에 배치된 각 마그네트의 자기장의 변화를 감지하기 위해 각 마그네트와 대향하는 돌출편(미도시)을 포함한다.
운전자가 핸들을 조작하여 입력축이 회전될 경우 토션바에 의하여 상호 연결된 입력축 및 출력축 사이에는 입력축 및 출력축의 부하의 차이가 생기고 부하의 차이에 대응하여 토션바는 비틀리게 된다.
토션바의 비틀림 정도에 따라서 로터(200)와 스테이터(300)는 서로 다른 각도로 회전되고 이때 로터(200)의 마그네트(220)의 자속 변화는 후술 될 토크 앵글 센서용 기판(600)에 연결 된 제1 홀 소자에 의하여 검출 된다.
스테이터(300)의 하부에는 센싱용 기어(400)가 배치된다. 센싱용 기어(400)는 출력축의 회전 각도를 센싱 하는 역할을 한다.
센싱용 기어(400)는 메인 기어(410) 및 서브 기어(420)를 포함한다.
메인 기어(410)는 링 기어 형상으로 형성되며, 메인 기어(410)는 출력축의 외주면에 결합 되며, 메인 기어(410)는 출력축과 함께 회전되며, 메인 기어(410)의 외주면에는 치열이 형성된다.
서브 기어(420)는 메인 기어(410)의 외주면에 형성된 치열과 치차 결합 되는 치열을 가지며, 서브 기어(420)의 회전 중심에는 마그네트(425)가 배치된다.
본 발명의 일실시예에서, 메인 기어(410) 및 서브 기어(420)는 서로 다른 기어비를 가지며 서브 기어(420)는, 예를 들어, 복수개가 메인 기어(410)에 치차 결합될 수 있다. 예를 들어, 서브 기어(420)는 하부 케이스(500)의 내측면에 회전 가능하게 배치될 수 있다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 토크 앵글 센서용 기판(600)은 제1 회로 기판(650) 및 제2 회로 기판(690)을 포함한다.
제1 회로 기판(650)은 스테이터(300)의 외측면에 스테이터(300)와 마주하게 배치되며, 제1 회로 기판(650)에는 스테이터(300)를 통해 로터(200)의 마그네트(220)로부터 발생 된 자기장의 변화를 디텍팅
하는 제1 홀 소자(610)가 연결된다.
한편, 도시되지는 않았으나 스테이터(300)를 통해 로터(200)의 마그네트(220)로부터 발생 된 자기장의 변화를 집약하여 디텍팅 하기 위해 스테이터(300) 및 제1 홀 소자(610)의 사이에는 콜렉터가 배치될 수 있다.
플레이트 형상을 갖는 제1 회로 기판(650)의 측면들 중 어느 하나로부터는 제1 홀 소자(610)로부터 발생 된 센싱 신호가 출력되는 제1 접속 단자(620)들이 돌출된다.
각 제1 접속 단자(620)들은 복수개가 제1 회로 기판(650)의 측면으로부터 돌출되며, 본 발명의 일실시예에서 제1 회로 기판(650)의 측면으로부터는 4 개의 제1 접속 단자(620)들이 돌출된다.
각 제1 접속 단자(620)의 표면에는 후술 될 제2 회로 기판(690)의 제2 접속 단자와의 솔더링 특성을 향상시키기 위한 제1 도금막(625)이 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 각 제1 접속 단자(620)는, 예를 들어, 직육면체 형상으로 제1 회로 기판(650)의 측면으로부터 돌출될 수 있다.
제2 회로 기판(690)은 중앙부에 스테이터(300)가 통과하기에 적합한 개구가 형성되며, 제2 회로 기판(690)은 하부 케이스(500)의 바닥판 상에 배치될 수 있다.
제2 회로 기판(690) 중 센싱용 기어(400)의 서브 기어(420)의 마그네트(425)와 마주하는 하면에는 제2 홀 소자(660)가 배치되며, 제2 홀 소자(660)는 서브 기어(420)의 마그네트(545)의 회전에 의한 자기장의 변화를 디텍팅 한다.
제2 홀 소자(660)는 서브 기어(420)의 개수와 대응하는 개수로 형성된다.
한편, 제2 홀 소자(660)가 형성된 제2 회로 기판(690)에는 제2 접속 단자(670)가 형성된다.
제2 접속 단자(670)는 제1 회로 기판(650)의 각 제1 접속 단자(620)의 형상과 대응하는 형상 및 제1 접속 단자(620)의 위치와 대응하는 위치에 형성되며 각 제1 접속 단자(620)는 제2 접속 단자(670)에 꼭 맞게 삽입된다.
제2 접속 단자(670)의 표면에는 제1 회로 기판(650)의 제1 접속 단자(620)와의 솔더링 특성을 향상시키기 위한 제2 도금막(675)이 형성된다.
제1 회로 기판(650)의 제1 접속 단자(620) 및 제2 회로 기판(690)의 제2 접속 단자(670)는 상호 솔더(695)에 의하여 솔더링 되는데, 제1 접속 단자(620)가 제2 접속 단자(670)에 꼭 맞게 삽입될 경우 솔더(695)에 의하여 상호 결합 된 제1 및 제2 접속 단자(620,670)들 사이의 결합력이 약해질 수 있다.
이와 같이 솔더에 의하여 상호 결합 된 제1 및 제2 접속 단자(620,670)들 사이의 결합력이 약해질 경우, 차량에서 제공된 진동 및 충격 등에 의하여 제1 접속 단자(620)가 제2 접속 단자(670)로부터 분리될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서는 제1 접속 단자(620)가 제2 접속 단자(670)로부터 분리되는 것을 방지하기 위해서, 제2 접속 단자(670)에는 솔더 보강부(680)가 형성된다.
솔더 보강부(680)는 제1 접속 단자(620) 및 제2 접속 단자(670) 사이에 솔더가 보다 많이 충진되도록 하여 제1 및 제2 접속 단자(620,670)들 사이의 결합력을 크게 향상시켜 차량으로 제공된 충격 또는 진동으로부터 제1 접속 단자(620)가 제2 접속 단자(670)로부터 분리되는 것을 방지한다.
솔더 보강부(680)는, 예를 들어, 제2 접속 단자(670)의 일부를 바깥쪽으로 확장시켜 솔더(695)가 솔더 보강부(680)로 보다 많은 양이 충진 될 수 있도록 한다.
솔더 보강부(680)는, 평면 상에서 보았을 때, 반원형 형상, 사각형 형상, 다각형 형상 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
물론 솔더(695)는 솔더 보강부(680) 이외의 부분에도 형성되어 제1 접속 단자(620) 및 제2 접속 단자(670)를 견고하게 접속한다.
또한, 솔더 보강부(680)에 충진 된 솔더(695)는 솔더 보강부(680) 내측 뿐만 아니라 제2 접속 단자(670)의 상부로도 돌출되게 형성되고, 이로 인해 제1 및 제2 접속 단자(620,670)들 사이의 접속 강도를 보다 향상시킬 수 있다.
이상에서 상세하게 설명한 바에 의하면, 핸들과 연결된 입력축의 회동 각도를 센싱 하는 제1 홀 소자를 갖는 제1 회로 기판의 제1 접속 단자 및 출력축의 회동 각도를 센싱 하는 제2 홀 소자를 갖는 제2 회로 기판의 제2 접속 단자를 솔더에 의하여 상호 결합할 때 제2 접속 단자에 제1 접속 단자와의 접속력을 향상시키는 솔더 보강부를 형성하여 제1 및 제2 회로 기판들이 외부의 충격 및 진동에 의하여 상호 분리되지 않도록 한다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
800...토크 앵글 센서 100...상부 케이스
200...로터 300...스테이터
400...센싱용 기어 500...하부 케이스
600...토크 앵글 센서용 기판

Claims (5)

  1. 입력축의 토크를 센싱 하기 위한 제1 홀 소자가 배치되며, 측면으로부터 복수개가 돌출된 제1 접속 단자들을 포함하는 제1 회로 기판; 및
    상기 제1 회로 기판과 수직 하게 배치되고, 상기 입력축의 회전각도를 센싱 하기 위한 제2 홀 소자가 배치되며, 상기 제1 접속 단자들이 각각 삽입되어 접속되는 홀 형상의 제2 접속 단자들을 포함하는 제2 회로 기판을 포함하며,
    상기 제2 접속 단자의 일부에는 상기 제2 접속 단자의 바깥쪽으로 확장되어 상기 제1 및 제2 접속 단자들을 전기적으로 접속하는 솔더의 충진량을 증가시키는 솔더 보강부가 형성되고,
    상기 제2 접속 단자의 홀 형상은 상기 제1 접속 단자와 대응되는 형상으로 형성되고,
    상기 제1 접속 단자는 상기 제2 접속 단자에 수직으로 삽입되고,
    상기 솔더 보강부는 상기 제1 접속 단자의 일측면과 마주하는 상기 제2 접속 단자의 내측면에서 오목하게 형성되고,
    상기 솔더 보강부의 내측면은 상기 제1 접속 단자와 이격되고,
    상기 솔더의 일부는 상기 솔더 보강부와 상기 제1 접속 단자의 사이의 영역에 배치되고, 상기 솔더의 일부는 상기 제2 접속 단자의 상부에서 상기 제1 회로 기판의 측면 사이의 영역에 배치되는 토크 앵글 센서용 회로 기판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 접속 단자의 표면에는 제1 도금막이 형성되며, 상기 제2 접속 단자의 표면에는 제2 도금막이 형성된 토크 앵글 센서용 회로 기판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 접속 단자는 직육면체 형상이고,
    상기 제2 접속 단자의 단면은 사각형 형상이고,
    상기 솔더 보강부의 단면은 반원 형상인 토크 앵글 센서용 회로 기판.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 솔더 보강부의 제1 방향 길이는 상기 제2 접속 단자의 제1 방향의 길이보다 짧고,
    상기 솔더 보강부는 상기 제2 접속 단자의 내측면의 중앙 영역에 형성되는 토크 앵글 센서용 회로 기판.
  5. 입력축이 관통되는 상부 케이스;
    상기 입력축과 연결되며 외주면에 마그네트가 배치된 로터;
    상기 로터를 감싸며 출력축과 연결되는 스테이터;
    상기 스테이터의 하부에 결합되어 상기 스테이터와 함께 회동하는 메인기어 및 상기 메인기어에 치차 결합되며 마그네트를 포함하는 서브 기어를 포함하는 기어;
    상기 상부 케이스와 결합되는 하부 케이스; 및
    상기 스테이터의 회동을 센싱 하기 위한 제1 홀 소자가 배치되며, 측면으로부터 복수개가 돌출된 제1 접속 단자들을 포함하는 제1 회로 기판 및 상기 제1 회로 기판과 수직 하게 배치되고, 상기 마그네트의 자속 변화를 센싱 하는 제2 홀 소자가 배치되며, 상기 제1 접속 단자들이 각각 삽입되어 접속되는 홀 형상의 제2 접속 단자들을 포함하는 제2 회로 기판을 포함하는 토크 앵글 센서용 기판을 포함하며,
    상기 제2 접속 단자의 일부에는 상기 제2 접속 단자의 바깥쪽으로 확장되어 상기 제1 및 제2 접속 단자들을 전기적으로 접속하는 솔더의 충진량을 증가시키는 솔더 보강부가 형성되고,
    상기 제2 접속 단자의 홀 형상은 상기 제1 접속 단자와 대응되는 형상으로 형성되고,
    상기 제1 접속 단자는 상기 제2 접속 단자에 수직으로 삽입되고,
    상기 솔더 보강부는 상기 제1 접속 단자의 일측면과 마주하는 상기 제2 접속 단자의 내측면에서 오목하게 형성되고,
    상기 솔더 보강부의 내측면은 상기 제1 접속 단자와 이격되고,
    상기 솔더의 일부는 상기 솔더 보강부와 상기 제1 접속 단자의 사이의 영역에 배치되고, 상기 솔더의 일부는 상기 제2 접속 단자의 상부에서 상기 제1 회로 기판의 측면 사이의 영역에 배치되는 토크 앵글 센서.
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