KR102114125B1 - 조향 장치용 토크 센서 - Google Patents

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KR102114125B1
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collector unit
magnetic
unit
collector
torque sensor
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KR1020180146796A
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연승환
최연묵
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엘에스오토모티브테크놀로지스 주식회사
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Abstract

본 발명은 부품의 제작 정밀도를 높이지 않은 상태에서 유격에 의해 부품이 흔들리더라도 자기력의 변화를 줄여 안정성을 높이고 자기 노이즈 영향을 줄인 토크 센서를 제공한다. 본 발명에 따른 조향 장치용 토크 센서는, N극과 S극이 번갈아 원형으로 배치되고 제 1 회전축에 연결되어 회전하는 마그네트 유닛; 상기 마그네트 유닛을 내측으로 마주하고 제 2 회전축에 연결되어 회전하는 내부 컬렉터 유닛; 상기 내부 컬렉터 유닛의 외측에 배치되고 축 방향으로 상기 내부 컬렉터 유닛과 적어도 일부 면적이 중첩되는 외부 컬렉터 유닛; 및 상기 제 1 회전축과 상기 제 2 회전축 간의 상대 회전 변위에 따라 상기 내부 컬렉터 유닛을 통해 상기 외부 컬렉터 유닛에 수집되는 자기력을 감지하는 자기 감지 부재;를 포함하고, 상기 내부 컬렉터 유닛과 상기 외부 컬렉터 유닛의 축 방향 중첩 면적은, 60 ~ 160㎟이다.

Description

조향 장치용 토크 센서{TORQUE SENSOR FOR STEERING SYSTEM}
본 발명은 조향 장치용 토크 센서에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 주행 또는 정지시에 스티어링 휠을 회전시킴에 따라 노면과 접촉하고 있는 바퀴도 회전하게 된다. 즉, 상기 스티어링 휠을 좌측 방향 또는 우측 방향으로 회전시키게 되면 이와 동일한 방향으로 바퀴가 회전하게 된다. 그런데 바퀴는 노면과 접촉된 상태이기 때문에 바퀴와 노면 사이의 마찰력에 의해서 상기 스티어링 휠과 상기 바퀴의 회전비는 서로 상이하게 되어 운전자는 상기 스티어링 휠을 조작함에 있어 큰 힘을 필요로 하게 된다. 이와 같은 조향력을 보조하는 장치로서 파워 스티어링 시스템(PS;Power Steering System)이 구비된다.
파워 스티어링 시스템 중에서도 전동 모터를 이용하는 EPS(Electronic Power Steering System) 방식이 실생활에서 사용되는 차량 등에서 적용 범위를 넓혀 가고 있다. 이와 같은 파워 스티어링 시스템에 있어서 스티어링 휠과 연결되는 입력축 측과 바퀴와 연동하는 출력축 측 간의 상대 회동 변위를 측정하는 토크 센서(Torque sensor)가 구비된다. 토크 센서는 크게 접촉 방식과 비접촉식 방식으로 구분되는데, 접촉 방식은 소음과 내구성의 저하 문제로 인해 최근에는 비접촉식 방식의 토크 센서를 채택하고 있다.
비접촉식 방식의 토크 센서는 마그네트 유닛과 컬렉터 유닛 그리고 자기 감지 부재를 포함한다. 마그네트 유닛은 N극와 S극의 마그네트가 교대로 배열된다. 컬렉터 유닛은 크라운 구조의 두 개의 컬렉터가 맞물려 설치되고 그 두 개의 컬렉터의 이빨들은 마그네트 유닛에 대향하도록 배치된다. 마그네트 유닛은 스티어링 휠에 연결되는 입력축에 연결되어 입력축과 함께 회전하고, 컬렉터 유닛은 바퀴에 연결되는 출력축에 연결되어 출력축과 함께 회전한다. 만약 입력축과 출력축의 회전 각도에 차이가 발생하면, 이에 따라 마그네트 유닛에서 발생하는 자기력은 컬렉터 유닛으로 유도되고 컬렉터 유닛을 구성하는 두 개의 컬렉터 사이에 위치하는 자기 감지 부재가 자기력의 변화를 감지한다.
이러한 토크 센서는 센서로서의 역할을 하기 위해 마그네트 유닛 및 컬렉터 유닛이 회전할 때 동일한 위치에서 동일한 자기력이 자기 감지 부재에 나타나야 신뢰성을 가질 수 있다. 이에 따라 각 부품이 조립되어 회전할 때 각 부품의 유격(공차)을 최소화하여 부품 회전시 부품이 흔들리지 않도록 설계하거나 부품에 유격이 있더라도 유격에 따른 자기력 변화량이 작도록 설계하는 것이 중요하다. 그러나 부품의 유격을 최소화하는 경우 각 부품의 제작 정밀도를 높여야 하므로 부품 가격의 상승으로 이어지고 제조 원가가 높아진다.
또한, 토크 센서는 앞서 설명한 바와 같이 입력축과 출력축 간의 비틀림이 발생할 때 마그네트 유닛에서 발생하는 자기력을 컬렉터 유닛으로 수집한 후 자기 감지 부재로 측정함으로써 비틀림 각도를 측정한다. 이상적인 상황이라면 자기 감지 부재에는 컬렉터 유닛에서 수집되는 자기력만이 감지되어야 하는데, 실제로는 마그네트 유닛에서 발생하여 컬렉터 유닛의 이빨 사이를 통과하는 자기력도 자기 감지 부재에서 감지된다. 이와 같이 감지되는 자기력은 노이즈로서 토크 센서의 성능을 저하시킨다. 따라서 이러한 자기 노이즈를 줄일 수 있는 방안이 필요하다. 대부분의 경우 이러한 자기 노이즈를 줄이기 위해 차폐 수단을 활용하는데 이는 부품 개수를 증가시키고 제조 원가를 높인다.
본 발명은 부품의 제작 정밀도를 높이지 않은 상태에서 유격에 의해 부품이 흔들리더라도 자기력의 변화량을 줄여 안정성을 높인 토크 센서를 제공하는 데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 부품의 제작 정밀도를 높이지 않고 차폐 수단과 같은 부품을 사용하지 않으면서도 자기 노이즈 영향을 줄인 토크 센서를 제공하는데 다른 목적이 있다.
일 측면에 따른 조향 장치용 토크 센서는, N극과 S극이 번갈아 원형으로 배치되고 제 1 회전축에 연결되어 회전하는 마그네트 유닛; 상기 마그네트 유닛을 내측으로 마주하고 제 2 회전축에 연결되어 회전하는 내부 컬렉터 유닛; 상기 내부 컬렉터 유닛의 외측에 배치되고 축 방향으로 상기 내부 컬렉터 유닛과 적어도 일부 면적이 중첩되는 외부 컬렉터 유닛; 및 상기 제 1 회전축과 상기 제 2 회전축 간의 상대 회전 변위에 따라 상기 내부 컬렉터 유닛을 통해 상기 외부 컬렉터 유닛에 수집되는 자기력을 감지하는 자기 감지 부재;를 포함하고, 상기 내부 컬렉터 유닛과 상기 외부 컬렉터 유닛의 축 방향 중첩 면적은, 60 ~ 160㎟이다.
상기 내부 컬렉터 유닛은 두 개의 내부 컬렉터를 포함하고, 각 내부 컬렉터는, 면적을 갖는 원형의 본체와 그 본체의 원주를 따라 일정한 간격으로 축 방향으로 돌출된 이빨들을 포함할 수 있다.
상기 외부 컬렉터 유닛은, 두 개의 외부 컬렉터를 포함하고, 각 외부 컬렉터는, 면적을 갖는 원호 형상의 자기 유도면과 그 자기 유도면에서 상기 마그네트 유닛을 향하는 방향과 반대 방향으로 연장되어 돌출된 자기 집중부를 포함할 수 있다.
상기 중첩 면적은, 상기 내부 컬렉터의 원형의 본체와 상기 외부 컬렉터의 원호 현상의 자기 유도면의 축 방향의 중첩 면적일 수 있다.
상기 자기 감지 부재는, 상기 두 개의 외부 컬렉터의 자기 집중부 사이에 배치될 수 있다.
일 실시예에 따른 토크 센서는 부품의 제작 정밀도를 높이지 않은 상태에서 유격에 의해 부품이 흔들리더라도 자기력의 변화량을 줄여 센서로서의 신뢰성을 높인다.
또한, 일 실시예에 따른 토크 센서는 부품의 제작 정밀도를 높이지 않고 차폐 수단과 같은 부품을 사용하지 않으면서도 자기 노이즈 영향을 줄여 센서로서의 신뢰성을 높인다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 센서의 사시도이다.
도 2는 도 1의 토크 센서의 측면도이다.
도 3은 도 1의 토크 센서의 평면도이다.
도 4는 도 1의 토크 센서의 원리를 설명하는 측면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 내부 컬렉터 유닛과 외부 컬렉터 유닛의 중첩 면적에 따라 측정된 홀 IC의 자기력 변화량 및 자기 리플(Ripple) 크기를 나타낸 테이블이다.
도 6은 도 5의 홀 IC의 자기력 변화량을 나타낸 그래프이다.
도 7은 도 5의 자기 리플 크기를 나타낸 그래프이다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 센서의 사시도이고, 도 2는 도 1의 토크 센서의 측면도이며, 도 3은 도 1의 토크 센서의 평면도이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 토크 센서는 마그네트 유닛(10), 내부 컬렉터 유닛(20), 외부 컬렉터 유닛(30) 및 자기 감지 부재(40)를 포함한다.
마그네트 유닛(10)은, 마그네트가 원형으로 배치된다. 마그네트 유닛(10)은 N극 마그네트와 S극 마그네크가 번갈아가며 배치되고, 1열로 구성된다. 마그네트 유닛(10)은 N극과 S극의 합은 짝수이다. 예를 들어 N극이 8개이면 S극도 8개이다. 이러한 마그네트 유닛(10)은, 차량의 스티어링 휠에 연결된 입력축에 연결되어, 스티어링 휠의 회전시 입력축과 함께 마그네트 유닛(10)도 회전을 할 수 있으나, 여기에 제한되는 것은 아니며, 마그네트 유닛(10)은 바퀴에 연결된 출력축에 연결되어, 바퀴의 회전시 출력축과 함께 회전을 할 수 있다.
내부 컬렉터 유닛(20)은, 회전 축의 길이 방향(z 축)을 따라 적층되는 한 쌍의 자성체인 내부 컬렉터(21, 22)를 포함한다. 내부 컬렉터 유닛(20)은, 상기 마그네트 유닛(10)이 회전 축에 연결될 경우, 출력축에 연결되어 출력축과 함께 회전할 수 있고, 마그네트 유닛(10)이 출력축에 연결될 경우, 입력축에 연결되어 입력축과 함께 회전할 수 있다. 한 쌍의 내부 컬렉터(21, 22) 각각은, 면적을 갖는 원형의 본체(21a, 22a)와 그 본체(21a, 22a)의 원주를 따라 일정한 간격으로 돌출된 이빨들(21b, 22b)을 포함한다. 한 쌍의 내부 컬렉터(21, 22)는 회전 축의 길이 방향으로 이빨들(21b, 22b)이 맞물리도록 결합된다.
외부 컬렉터 유닛(30)은, 회전 축의 길이 방향(z 축)을 따라 적층되는 한 쌍의 자성체인 외부 컬렉터(31, 32)를 포함한다. 외부 컬렉터 유닛(30)은 고정되어도 되고 내부 컬렉터 유닛(20)과 함께 회전할 수도 있다. 한 쌍의 외부 컬렉터(31, 32) 각각은, 면적을 갖는 원호 형상의 자기 유도면(31a, 32a)과 그 자기 유도면(31a, 32a)에서 마그네트 유닛(10)을 향하는 방향과 반대 방향, 즉 바깥 방향으로 연장되어 돌출되며 절곡된 자기 집중부(31b, 32b)를 포함한다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 외부 컬렉터(31, 32)의 자기 유도면(31a, 32a)은 내부 컬렉터(21, 22)의 원형의 본체(21a, 22a)에 면적 대향하면서 그 본체(21a, 22a)와 일정한 공극(ari gap)을 두고 이격된다. 따라서, 회전 축의 길이 방향(z 축)에서 보았을 때, 도 3에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 외부 컬렉터(31, 32)의 자기 유도면(31a, 32a)과 내부 컬렉터(21, 22)의 원형의 본체(21a, 22a)의 면적은 일부 중첩된다. 본 실시예에서는 외부 컬렉터(31, 32)의 자기 유도면(31a, 32a)은 원호 형상을 갖는 것으로 설명하였으나 여기에 제한되는 것은 아니며 원형이어도 되고 또는 다각형 형상을 가져도 된다.
자기 감지 부재(40)는 상기 한 쌍의 외부 컬렉터(31, 32)의 자기 집중부(31b, 32b)들의 사이에 형성된 공극에 설치된다. 자기 감지 부재(40)는, 두 자기 집중부(31b, 32b) 사이에 형성되는 자기력의 크기 및 방향의 변화를 감지한다. 자기 감지 부재(40)로 예를 들어, 홀 센서, AMR 센서 또는 GMR 센서 등을 이용할 수 있다.
도 4는 도 1의 토크 센서의 원리를 설명하는 측면도이다. 마그네트 유닛(10)에 연결된 입력축과 내부 컬렉터 유닛(20)에 연결된 출력축 간의 비틀림이 없다면, 도 4에 도시된 바와 같이, 내부 컬렉터(21, 22)의 각 이빨(21b, 22b)이 마그네트 유닛(10)의 N극과 S극에 대향하는 면적 비율은 50 대 50이다. 마그네트 유닛(10)과 내부 컬레터 유닛(20)의 회전 각도는 동일하기 때문이다. 따라서, 마그네트 유닛(10)의 N극에서 발행하는 자기력은 이빨(21b, 22b)을 통해 그대로 S극으로 되돌아간다. 반면, 마그네트 유닛(10)에 연결된 입력축과 내부 컬렉터 유닛(20)에 연결된 출력축 간의 비틀림이 발생하면, 내부 컬렉터(21, 22)의 각 이빨(21b, 22b)이 마그네트 유닛(10)의 N극과 S극에 대향하는 면적 비율은 50 대 50이 아닌 N극과 S극 중 어느 한 극에 대향하는 면적이 더 많아진다. 예를 들어, 제 1 내부 컬렉터(21)의 이빨(21b)이 마그네트 유닛(10)의 N극과 S극에 대향하는 면적 비율은 70 대 30이 될 수 있다. 이 경우, 마그네트 유닛(10)의 N극에서 발생하는 자기력은 제 1 내부 컬렉터(21)의 이빨(21b)을 거쳐 제 1 내부 컬렉터(21)의 본체(21a)로 유도되고 이어서 한 쌍의 외부 컬렉터(31, 32) 중 제 1 외부 컬렉터(21)에 유도된다. 제 1 외부 컬렉터(31)에 유도된 자기력은 자기 감지 부재(40)를 거쳐 제 2 외부 컬렉터(32)로 유도되고, 제 2 외부 컬렉터(32)에 유도된 자기력은 제 2 내부 컬렉터(22)의 본체(22a) 및 이빨(22b)을 거쳐 마그네트 유닛(10)의 S극으로 유도된다. 따라서, 내부 컬렉터(21,22)의 각 이빨(21b, 22b)이 마그네트 유닛(10)의 N극과 S극에 대향하는 면적 비율이 50 대 50일 경우에는 자기 감지 부재(40)에 자기력의 변화가 발생하지 않지만, 비틀림이 발생하여 그렇지 않은 경우에는 자기 감지 부재(40)에 자기력의 변화가 발생한다.
또는, 마그네트 유닛(10)에 연결된 입력축과 내부 컬렉터 유닛(20)에 연결된 출력축 간의 비틀림이 없을 때, 제 1 내부 컬렉터(21)의 이빨(21b)에는 마그네트 유닛(10)의 N극이 대향하고, 제 2 내부 컬렉터(22)의 이빨(22b)에는 마그네트 유닛(10)의 S극이 대향하고, 비틀림이 발생할 때 내부 컬렉터(21, 22)의 각 이빨(21b, 22b)이 마그네트 유닛(10)의 N극과 S극에 대향하는 면적 비율은 50 대 50에 가까워지도록 할 수도 있다. 이 경우, 비틀림이 없을 때는 자기 감지 부재(40)에 최대의 자기력이 감지되고, 최대의 비틀림이 발생할 때 자기 감지 부재(40)에 최소의 자기력이 감지된다.
이와 같이 자기 감지 부재(40)에 발생하는 자기력의 변화량 및 방향을 분석함으로써, 입력축과 출력축 간의 비틀림 정도를 측정할 수 있다.
이상의 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 토크 센서는 센서로서의 역할을 하기 위해 마그네트 유닛(10) 및 내부 컬렉터 유닛(20)이 회전할 때 동일한 위치에서 동일한 자기력이 자기 감지 부재(40)에 나타나야 신뢰성을 가질 수 있다. 즉, 자기력 변화량의 안정성이 있어야 한다. 이에 따라 각 부품이 조립되어 회전할 때 각 부품의 유격을 최소화하여 부품 회전시 부품이 흔들리지 않도록 설계하거나 부품에 유격이 있더라도 유격에 따른 자기력 변화량이 작도록 설계하는 것이 중요하다. 그러나 부품의 유격을 최소화하는 경우 각 부품의 제작 정밀도를 높여야 하므로 부품 가격의 상승으로 이어지고 제조 원가가 높아진다.
또한, 토크 센서는 앞서 설명한 바와 같이 입력축과 출력축 간의 비틀림이 발생할 때 마그네트 유닛(10)에서 발생하는 자기력을 컬렉터 유닛(20, 30)으로 수집한 후 자기 감지 부재(40)로 측정함으로써 비틀림 각도를 측정한다. 이상적인 상황이라면 자기 감지 부재(40)에는 컬렉터 유닛(20, 30)에서 수집되는 자기력만이 감지되어야 하는데, 실제로는 마그네트 유닛(10)에서 발생하여 내부 컬렉터 유닛(20)의 이빨들(21b, 22b) 사이를 통과하는 자기력도 자기 감지 부재(40)에서 감지된다. 이와 같이 감지되는 자기력은 노이즈로서 토크 센서의 성능을 저하시킨다. 따라서 이러한 자기 노이즈를 줄일 수 있는 방안이 필요하다. 대부분의 경우 이러한 자기 노이즈를 줄이기 위해 차폐 수단을 활용하는데 이는 부품 개수를 증가시키고 제조 원가를 높인다.
본 발명의 발명자들은 내부 컬렉터(21, 22)의 본체(21a, 22b)와 외부 컬렉터(31, 32)의 자기 유도면(31a, 32a)이 회전 축의 길이 방향에서 중첩되는 면적이, 토크 센서의 자기력 변화량의 안정성과 자기 노이즈 영향에 중요한 팩터임을 확인하였다. 자기력 변화량의 안정성을 위해서는, 내부 컬렉터(21, 22)의 본체(21a, 22b)와 외부 컬렉터(31, 32)의 자기 유도면(31a, 32a) 간의 중첩 면적은 커져야 한다. 중첩 면적이 커질수록 자기력이 증가하다 포화되므로 자기력 변화량의 안정성을 높일 수 있다. 반면, 자기 노이즈의 영향을 줄이기 위해서는, 내부 컬렉터(21, 22)의 본체(21a, 22b)와 외부 컬렉터(31, 32)의 자기 유도면(31a, 32a) 간의 중첩 면적은 작아져야 한다. 본 발명에서 토크 센서의 자기력 변화량의 안정성을 높이면서 자기 노이즈의 영향을 최소화하는, 내부 컬렉터(21, 22)의 본체(21a, 22b)와 외부 컬렉터(31, 32)의 자기 유도면(31a, 32a)이 회전 축의 길이 방향에서 중첩되는 면적은, 60 ~ 160㎟인 것이 바람직하다. 중첩 면적은, 두 개의 내부 컬렉터(21, 22)와 두 개의 외부 컬렉터(31, 32)의 전체 중첩 면적이 아닌, 하나의 내부 컬렉터(21)와 이에 대응하는 하나의 외부 컬렉터(31) 간의 중첩 면적을 의미한다. 이하에서 실시예를 설명한다.
토크 센서 샘플 제작
마그네트 유닛(10)의 N극과 S극은 각각 8개이고 마그네트 유닛(10)의 직경은 33mm이며, 내부 컬렉터 유닛(20)의 직경은 50mm이고, 내부 컬렉터 유닛(20)의 이빨들(21b, 22b)의 개수는 16개이며, 외부 컬렉터 유닛(30)은 원호 형상이고, 자기 감지 부재(40)는 홀(Hall) IC인 토크 센서를 제작하였다.
실험 조건
실험 조건은 실험 온도 23도, 자기력 변화량 측정시는 회전 속도가 없으며, 자기 리플 측정시 회전 속도 100 degree/sec로 설정하였다. 그리고 토크 센서의 부품들의 공차를 감안하여 중첩 면적의 오차는 5%로 적용하였다.
중첩 면적에 따른 홀 IC의 자기력 변화량( % ) 및 자기 리플 ( Ripple ) 크기(°) 측정
위와 같이 제작한 토크 센서에서 외부 컬렉터(31, 32)를 이동시킴으로써, 내부 컬렉터(21, 22)의 본체(21a, 22b)와 외부 컬렉터(31, 32)의 자기 유도면(31a, 32a)이 회전 축의 길이 방향에서 중첩되는 면적을 0부터 200㎟까지 20㎟ 단위로 변경하였다. 각 중첩 면적마다, 중첩 면적의 오차가 없을 때와 부품들의 공차를 감안한 ±5% 오차에서 각각 자기 감지 부재(40)인 홀 IC의 자기력 변화량(%)을 측정하였다. 자기력 변화량은 마그네트 유닛(10)과 내부 컬렉터(21, 22) 간의 위치를 동일한 위치로 유지시켜 고정한 상태로 중첩 면적만을 변화시키면서 측정하였다. 마찬가지로 각 중첩 면적마다, 중첩 면적의 오차가 없을 때와 부품들의 공차를 감안한 ±5% 오차에서 각각 자기 리플(Ripple) 크기(°)를 측정하였다. 자기 리플(Ripple)은 각 중첩 면적마다 마그네트 유닛(10)과 내부 컬렉터(21, 22) 간의 상대적 위치를 유지한 채로 회전시키면서 측정하였다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 내부 컬렉터 유닛과 외부 컬렉터 유닛의 중첩 면적에 따라 측정된 홀 IC의 자기력 변화량 및 자기 리플(Ripple) 크기를 나타낸 테이블이고, 도 6은 도 5의 홀 IC의 자기력 변화량을 나타낸 그래프이며, 도 7은 도 5의 자기 리플 크기를 나타낸 그래프이다.
토크 센서는 센서로서의 역할을 하기 위해 마그네트 유닛(10) 및 내부 컬렉터 유닛(20)이 회전할 때 동일한 위치에서 동일한 자기력이 자기 감지 부재(40)에 나타나야 신뢰성을 가질 수 있다. 즉, 자기력 변화량의 안정성이 있어야 한다. 자기력 변화량은 부품들의 공차가 없을 때와 대비하여 0.1% 이하의 값을 나타내는 것이 바람직하다. 그리고 자기 리플은 토크 센서의 요구 사항인 0.06°이하인 것이 바람직하다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 내부 컬렉터(21, 22)의 본체(21a, 22b)와 외부 컬렉터(31, 32)의 자기 유도면(31a, 32a)이 회전 축의 길이 방향에서 중첩되는 면적이 60㎟ 이상이면, 부품들의 공차가 있더라도 토크 센서의 자기력 변화량은 0.1% 이하의 값을 나타낸다. 그리고 내부 컬렉터(21, 22)의 본체(21a, 22b)와 외부 컬렉터(31, 32)의 자기 유도면(31a, 32a)이 회전 축의 길이 방향에서 중첩되는 면적이 160㎟ 이하이면, 부품들의 공차가 있더라도 토크 센서의 자기 리플은 0.06°이하의 값을 나타낸다. 따라서, 이를 종합하면, 토크 센서의 자기력 변화량을 안정화하면서 동시에 자기 노이즈를 줄일 수 있는, 내부 컬렉터(21, 22)의 본체(21a, 22b)와 외부 컬렉터(31, 32)의 자기 유도면(31a, 32a)이 회전 축의 길이 방향에서 중첩되는 면적의 최적 범위는, 60 ~ 160㎟이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 토크 센서는 부품의 제작 정밀도를 높이지 않은 상태에서 유격에 의해 부품이 흔들리더라도 자기력 변화량을 줄여 센서로서의 신뢰성을 높인다. 또한, 일 실시예에 따른 토크 센서는 부품의 제작 정밀도를 높이지 않고 차폐 수단과 같은 부품을 사용하지 않으면서도 자기 노이즈 영향을 줄여 센서로서의 신뢰성을 높인다.
한편, 이상의 실시예에서 마그네트 유닛(10)은 N극과 S극이 1열로 배열되고, 두 개의 컬렉터(21, 22)는 원형의 본체(21a, 22a)의 원주를 따라 소정의 간격으로 축 방향으로 이빨들이 돌출되어 서로 맞물리는 구조인 것을 설명하였으나 여기에 제한되는 것은 아니다. 마그네트 유닛은 N극과 S극이 2열로 배열되고 원통의 수지 몰딩 부재의 둘레를 따라 2열로 일정한 간격으로 사각형의 자성체인 차폐 수단을 배치하고 그 외부에 내부 컬렉터 유닛과 외부 컬렉터 유닛을 배치할 수도 있다. 또는 마그네트 유닛은 N극과 S극이 1열로 배열되고 원통의 수지 몰딩 부재의 둘레를 따라 1열로 일정한 간격으로 사각형의 자성체인 차폐 수단을 배치하고 그 외부에 내부 컬렉터 유닛과 외부 컬렉터 유닛을 배치할 수도 있다.
본 명세서는 많은 특징을 포함하는 반면, 그러한 특징은 본 발명의 범위 또는 특허청구범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 개별적인 실시예에서 설명된 특징들은 단일 실시예에서 결합되어 구현될 수 있다. 반대로, 본 명세서에서 단일 실시예에서 설명된 다양한 특징들은 개별적으로 다양한 실시예에서 구현되거나, 적절히 결합되어 구현될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
10 : 마그네트 유닛
20 : 내부 컬렉터 유닛
21, 22 : 내부 컬렉터
21a, 22a : 본체
21b, 22b : 이빨
30 : 외부 컬렉터 유닛
31, 32 : 외부 컬렉터
31a, 32a : 자기 유도면
31b, 32b : 자기 집중부
40 : 자기 감지 부재

Claims (5)

  1. 조향 장치용 토크 센서에 있어서,
    N극과 S극이 번갈아 원형으로 배치되고 제 1 회전축에 연결되어 회전하는 마그네트 유닛;
    상기 마그네트 유닛을 내측으로 마주하고 제 2 회전축에 연결되어 회전하는 내부 컬렉터 유닛;
    상기 내부 컬렉터 유닛의 외측에 배치되고 축 방향으로 상기 내부 컬렉터 유닛과 적어도 일부 면적이 중첩되는 외부 컬렉터 유닛; 및
    상기 제 1 회전축과 상기 제 2 회전축 간의 상대 회전 변위에 따라 상기 내부 컬렉터 유닛을 통해 상기 외부 컬렉터 유닛에 수집되는 자기력을 감지하는 자기 감지 부재;를 포함하고,
    상기 내부 컬렉터 유닛과 상기 외부 컬렉터 유닛의 축 방향 중첩 면적은, 60 ~ 160㎟이며,
    상기 내부 컬렉터 유닛은 두 개의 내부 컬렉터를 포함하고,
    각 내부 컬렉터는,
    면적을 갖는 원형의 본체와 그 본체의 원주를 따라 일정한 간격으로 축 방향으로 돌출된 이빨들을 포함하며,
    상기 외부 컬렉터 유닛은, 두 개의 외부 컬렉터를 포함하고,
    각 외부 컬렉터는,
    면적을 갖는 원호 형상의 자기 유도면과 그 자기 유도면에서 상기 마그네트 유닛을 향하는 방향과 반대 방향으로 연장되어 돌출된 자기 집중부를 포함하며,
    상기 중첩 면적은,
    상기 내부 컬렉터의 원형의 본체와 상기 외부 컬렉터의 원호 현상의 자기 유도면의 축 방향의 중첩 면적인 것을 특징으로 하는 조향 장치용 토크 센서.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 자기 감지 부재는,
    상기 두 개의 외부 컬렉터의 자기 집중부 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 조향 장치용 토크 센서.
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