KR102536972B1 - 복수의 센싱부를 갖는 휠속도 센서를 구비하는 휠베어링 - Google Patents

복수의 센싱부를 갖는 휠속도 센서를 구비하는 휠베어링 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 차량의 차륜을 차체에 회전 가능하게 장착하여 지지하는 휠베어링이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 휠베어링은 차륜에 장착되어 차륜과 함께 회전하는 회전요소와, 차체에 장착되어 고정되는 비회전요소와, 회전요소와 비회전요소 사이에 개재되는 하나 이상의 전동체와, 회전요소에 장착되어 회전요소와 함께 회전하는 센서타겟과, 센서타겟에 인접하게 배치되어 회전요소의 회전속도를 감지하는 휠속도 센서를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 휠속도 센서는 센서타겟의 회전에 의한 자기장의 변화를 감지하는 제1 센싱부 및 제2 센싱부를 포함하고, 제2 센싱부는 제1 센싱부로부터 휠속도 센서의 길이방향 및 폭방향으로 이격되어 배치되도록 구성될 수 있다.

Description

복수의 센싱부를 갖는 휠속도 센서를 구비하는 휠베어링{WHEEL BEARING PROVIDED WITH WHEEL SPEED SENSOR HAVING A PLURALITY OF SENSING UNITS}
본 발명은 차륜의 회전속도를 검출하는 휠속도 센서가 구비된 휠베어링에 관한 것으로, 보다 상세하게는 휠속도 센서에 복수의 센싱부를 장착해 센서의 작동 안정성 및/또는 기능성을 향상시킬 수 있도록 구성된 휠베어링에 관한 것이다.
최근의 차량들은 주행성 및 안정성을 향상시키기 위해 다양한 제어 시스템들을 구비하고 있으며, 이러한 제어 시스템에 차량의 작동상태에 관한 정보를 제공하기 위해 다양한 센서들이 장착되어 이용되고 있다.
차량에 구비되는 센서의 일례로 차량의 차륜을 지지하는 휠베어링에는 차륜의 회전속도를 검출하는 휠속도 센서(WSS; Wheel Speed Sensor)가 장착되어 이용되고 있으며, 휠속도 센서에서 검출된 차륜의 회전속도 정보는 ECU 등으로 전달되어 ABS(Anti-locking Brake System)나 ECS(Electronic Control System) 등의 제어 시스템을 작동하는데 이용되고 있다.
도 1을 참조하면, 차륜의 회전속도를 검출하는 휠속도 센서가 구비된 차량용 휠베어링이 예시적으로 도시되어 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 휠베어링(10)은 회전요소(20)가 비회전요소(30)에 전동체(40)를 통해 연결되어 회전요소(20)에 장착된 차륜이 비회전요소(30)가 결합되는 차체에 회전 가능하게 지지되도록 구성될 수 있으며, 휠베어링(10)의 일측에는 휠속도 센서(50)가 구비되어 차륜의 회전속도를 검출하도록 구성될 수 있다.
통상적으로, 휠속도 센서(50)는 휠베어링(10)의 회전요소(20)에 장착되어 차륜과 함께 회전하는 센서타겟(60; 예컨대, 엔코더)에 인접하게 배치되어 휠속도 센서(50)에 구비된 센싱부를 통해 센서타겟(60)에 의해 발생되는 자기장의 변화를 감지해 차륜의 회전속도를 검출하도록 구성될 수 있으며, 휠속도 센서(50)를 통해 검출된 차륜의 회전속도 정보는 차량의 ECU 등으로 전달되어 ABS나 ECS 등의 제어 시스템을 작동하는데 이용될 수 있게 된다.
그런데, 휠베어링(10)에 장착되어 이용되는 휠속도 센서(50)는 일반적으로 하나의 센싱부를 이용해 차륜의 회전속도를 검출하도록 구성되기 때문에, 휠속도 센서(50)의 센싱부나 센싱부에 연결된 단자부 등에 문제가 발생하게 되면 휠속도 센서(50)로부터 차륜의 정확한 회전속도 정보가 제공되지 못하게 되고, 이로 인해 ABS 등과 같은 차량의 제어 시스템이 안정적으로 제어되지 못하는 문제가 발생할 수 있다.
특히, 최근 주목받고 있는 자율주행차 등의 경우에는 차량 구동의 많은 부분이 제어 시스템에 의해 수행되기 때문에 차량 작동에 문제가 발생할 경우 이에 대한 즉각적인 대처가 어렵고, 따라서 휠속도 센서 등에서 발생된 문제는 더욱 심각한 위험을 초래할 가능성이 있다.
이러한 문제를 해소하기 위한 방안으로, 휠속도 센서에 복수의 센싱부를 구비해 리던던시(redundancy) 등을 확보하는 방안이 고려되고 있다. 그러나, 휠속도 센서에 복수의 센싱부를 장착하는 경우에는 복수의 센싱부를 센서타겟과 적절한 에어갭(air gap)으로 배치하기 어려워 복수의 센싱부에서 제공되는 출력 신호에 차이가 발생하거나 복수의 센싱부에서 제공되는 출력 신호들 사이의 신호 지연 문제로 신뢰성 있는 리던던시 확보가 쉽지 않은 문제가 있다.
본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 휠베어링에 장착되어 이용되는 휠속도 센서에 복수의 센싱부를 구비해 센서의 리던던시 및 작동 신뢰성을 향상시키거나 센서의 기능성을 향상시킬 수 있도록 구성하면서, 휠속도 센서 내에 구비되는 복수의 센싱부가 모두 적절한 에어갭으로 센서 내에 용이하게 배치되며 복수의 센싱부에서 신호 지연 없이 신뢰성 있는 신호 검출이 수행될 수 있도록 구성된 차량용 휠베어링을 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 대표적인 구성은 다음과 같다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 차량의 차륜을 차체에 회전 가능하게 장착하여 지지하는 휠베어링이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 휠베어링은 차륜에 장착되어 차륜과 함께 회전하는 회전요소와, 차체에 장착되어 고정되는 비회전요소와, 회전요소와 비회전요소 사이에 개재되는 하나 이상의 전동체와, 회전요소에 장착되어 회전요소와 함께 회전하는 센서타겟과, 센서타겟에 인접하게 배치되어 회전요소의 회전속도를 감지하는 휠속도 센서를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 휠속도 센서는 센서타겟의 회전에 의한 자기장의 변화를 감지하는 제1 센싱부 및 제2 센싱부를 포함하고, 제2 센싱부는 제1 센싱부로부터 휠속도 센서의 길이방향 및 폭방향으로 이격되어 배치되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 센싱부 및 제2 센싱부는 차륜의 회전속도를 검출하는 휠속도 검출용 센서로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 센싱부 및 제2 센싱부는 홀(Hall) 센서, 이방성 자기 저항(AMR) 센서, 거대 자기 저항(GMR) 센서 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 센서타겟은 N극과 S극으로 구성된 자극쌍이 원주방향을 따라 하나 이상 배치된 구조로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 센싱부와 제2 센싱부는 동일한 시점에 센서타겟에 형성된 동일한 극성의 자극을 감지하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 센서타겟은 반경방향 내측에 위치하는 제1 센서트랙과 반경방향 외측에 위치하는 제2 센서트랙을 포함하고, 제1 센싱부는 제1 센서트랙에 대향하여 배치되어 제1 센서트랙에 의해 발생되는 자기장의 변화를 감지하도록 구성되고, 제2 센싱부는 제2 센서트랙에 대향하여 배치되어 제2 센서트랙에 의해 발생되는 자기장의 변화를 감지하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 센서트랙과 제2 센서트랙은 동일한 수의 자극쌍을 갖도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 센서트랙과 제2 센서트랙은 자극이 반경방향으로 서로 정렬되지 않도록 교차되어 배치되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 센서트랙은 반경방향 중심에서 제1 센서트랙에 구비되는 1개의 자극의 원주방향 길이가 제2 센서트랙의 반경방향 중심에서 제2 센서트랙에 구비되는 1개의 자극의 원주방향 길이에 비해 90% 이상의 길이를 갖도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 센서타겟은 N극과 S극의 경계면이 반경방향에 대해 비슷하게 경사진 구조로 배치되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 센싱부에 전기적으로 연결되는 제1 단자부와, 제2 센싱부에 전기적으로 연결되는 제2 단자부가 더 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 단자부 및 제2 단자부는 각각 외부의 전원장치와 전기적으로 연결되는 전원단자 및 외부의 제어장치와 전기적으로 연결되는 신호단자를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 휠속도 센서는 차체에 대해 고정되어 장착될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 회전요소는 차륜이 장착되는 휠허브와 휠허브에 압입되어 장착되는 하나 이상의 내륜을 포함하고, 비회전요소는 차체의 샤시 부품에 결합되는 외륜으로 구성될 수 있다.
이 외에도, 본 발명에 따른 차량용 휠베어링에는 본 발명의 기술적 사상을 해치지 않는 범위에서 다른 부가적인 구성이 더 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 휠베어링은 휠속도 센서에 복수의 센싱부가 구비되어 어느 하나의 센싱부에 문제가 발생하더라도 다른 센싱부를 통해 차륜의 회전속도를 측정할 수 있기 때문에, 센서의 작동 신뢰성 및 리던던시를 향상시킬 수 있고 이를 기초로 작동되는 제어 시스템들의 작동 안정성을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 휠베어링은 휠속도 센서 내에 복수의 센싱부가 휠속도 센서의 길이방향 및 폭방향으로 이격되어 배치되도록 구성되어 있기 때문에, 각각의 센싱부의 에어갭(air gap)을 용이하게 조정하면서 복수의 센싱부를 휠속도 센서 내에 배치할 수 있고, 이로 인해 보다 신뢰성 있게 차륜의 회전속도를 측정할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 휠베어링은 복수의 센싱부가 동일한 시점에 센서타겟에 형성된 동일한 극성의 자극을 감지해 동일한 종류의 신호를 출력하도록 구성되어 있어, 일측 센싱부에 문제가 발생해 다른 센싱부를 이용하여 차륜의 회전속도를 측정하는 경우에도 신호 지연 없이 신뢰성 있게 연속된 속도 측정이 수행될 수 있고, 이로 인해 휠속도 센서의 리던던시를 보다 안정적으로 확보할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 휠베어링은 회전요소와 함께 회전하면서 자기장 변화를 발생시키는 센서타겟을 반경방향 내측 및 외측에 각각 별도의 센서트랙이 배치된 구조(예컨대, 듀얼 트랙)로 형성한 다음 휠속도 센서의 복수의 센싱부가 각각 서로 다른 센서트랙에 대향하여 배치되도록 구성하거나 센서타겟을 자극 사이의 경계면이 반경방향에 대해 경사진 방향으로 형성되도록 구성하고 있어, 서로 이격되어 배치되는 복수의 센싱부를 동일한 극성의 자극 상에 보다 용이하게 배치할 수 있게 된다.
도 1은 휠속도 센서를 구비한 종래의 휠베어링을 예시적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 휠속도 센서를 구비한 휠베어링을 예시적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 휠속도 센서를 구비한 휠베어링의 단면구조를 예시적으로 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 휠속도 센서를 예시적으로 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 휠속도 센서의 내부구조를 예시적으로 도시한다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 휠속도 센서에 구비되는 복수의 센싱부와 센서타겟 사이의 배치관계를 예시적으로 도시한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명한다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 본 발명과 관계없는 부분에 대한 구체적인 설명은 생략하고, 명세서 전체를 통하여 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙여 설명하도록 한다. 또한, 도면에 도시된 각 구성요소들의 형상 및 크기는 설명의 편의를 위해 임의로 도시된 것이므로, 본 발명이 반드시 도시된 형상 및 크기로 한정되는 것은 아니다. 즉, 명세서에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 일 실시예로부터 다른 실시예로 변형되어 구현될 수 있으며, 개별 구성요소의 위치 또는 배치도 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 따라서 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로 행하여지는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 특허청구범위의 청구항들이 청구하는 범위 및 그와 균등한 모든 범위를 포괄하는 것으로 받아들여져야 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 휠속도 센서 및 휠베어링
도 2 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 휠속도 센서 및 이러한 휠속도 센서를 구비하는 휠베어링이 예시적으로 도시되어 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 휠속도 센서 및 이를 구비하는 휠베어링은 전술한 종래의 휠속도 센서 및 휠베어링과 전체적으로 유사한 구조로 형성될 수 있으며, 후술하는 바와 같이 휠속도 센서 내에 복수의 센싱부를 구비해 센서의 작동 신뢰성 및/또는 기능성을 향상시키도록 구성된 것을 특징으로 한다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따라 형성된 휠베어링(100)의 구조를 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 휠베어링(100)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 통상의 휠베어링과 전체적으로 유사한 구조로 형성될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 일 실시예에 따른 휠베어링(100)은 통상의 휠베어링과 같이 회전요소(110)가 비회전요소(140)에 대해 전동체(150)를 통해 회전 가능하게 장착되어, 회전요소(110)에 장착된 차륜이 차체에 고정되는 비회전요소(140)에 회전 가능하게 장착되어 지지되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 회전요소(110)는 차륜의 휠이 장착되는 휠허브(120)와 휠허브(120)에 압입되어 장착되는 내륜(130)을 포함하여 구성될 수 있으며, 비회전요소(140)는 차량의 샤시 부품에 결합되어 차체에 고정되는 외륜 등으로 구성될 수 있다. 다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 휠베어링은 이러한 구조로 한정되어야 하는 것은 아니고 통상의 휠베어링에 적용될 수 있는 다른 다양한 구조로 변형되어 형성되어도 무방하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 회전요소(110)를 구성하는 휠허브(120)는 축방향을 따라 연장하는 대략 원통형의 형상으로 형성될 수 있으며, 휠허브(120)의 일측 외주면에는 차륜 장착 플랜지(122; 허브 플랜지)가 구비될 수 있다. 차륜 장착 플랜지(122)는 휠허브(120)의 반경방향 외측으로 연장된 형상으로 형성되어 볼트부재 등을 통해 차륜의 휠 및/또는 브레이크 디스크를 장착하는데 이용될 수 있다. 한편, 휠허브(120)의 차체측 단부에는 내륜(130)이 장착되도록 구성될 수 있으며, 휠허브(120)의 외주면 일부에는 궤도면(내측 궤도면)이 형성되어 전동체(150)를 반경방향 내측에서 지지하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 내륜(130)은 휠허브(120)의 외주면에 하나 이상 압입되어 장착되도록 구성될 수 있다. 예컨대, 내륜(130)은 휠허브(120)의 차체측 단부에 압입되어 장착된 상태에서 휠허브(120)의 단부를 도 3에 도시된 바와 같이 소성변형시키거나 휠허브(120)의 차체측 단부에 너트 등을 체결해 휠허브(120)에 안착되어 유지되도록 구성될 수 있다. 또한, 내륜(130)의 외주면에는 전동체(150)가 접촉하는 궤도면(내측 궤도면)이 구비되어 전동체를 반경방향 내측에서 지지하도록 구성될 수 있다.
다만, 도면에 도시된 실시예의 경우에는 전술한 바와 같이 휠허브의 외주면 일부에 전동체를 지지하기 위한 일측 궤도면이 직접 형성되도록 구성되어 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 휠베어링은 이와 달리 휠허브에 2개의 내륜을 장착해 2개의 내륜을 통해 전동체의 궤도면(내측 궤도면)이 형성되도록 구성되어도 무방하며, 휠허브의 내측에 내륜이 장착되도록 구성되는 등 임의의 다른 구조로 변형되어 형성되어도 무방하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 비회전요소(140)를 구성하는 외륜은 외주면에 차체에 연결되는 차체측 장착 플랜지(142)를 구비하고 내주면에 전동체(150)가 접촉하는 궤도면(외측 궤도면)을 구비하도록 구성될 수 있다. 외륜의 내주면에 형성된 궤도면(외측 궤도면)은 회전요소[예컨대, 휠허브(120) 및/또는 내륜(130)]에 형성된 궤도면(내측 궤도면)과 협력해 궤도면 사이에 구름요소인 전동체(150)를 수용하여 지지하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전동체(150)는 회전요소(110)와 비회전요소(140) 사이에 배치되어, 회전요소(110)에 장착된 차륜을 비회전요소(140)가 결합되는 차체에 대해 회전 가능하게 지지하는 기능을 수행할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 휠베어링(100)의 일측에는 휠속도 센서(200)가 구비되어 휠베어링에 장착된 차륜의 회전속도[휠베어링(100)을 구성하는 회전요소(110)의 회전속도]를 검출하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 휠속도 센서(200)는 종래의 휠속도 센서와 같이 휠베어링의 일측에 배치되어 차륜과 함께 회전하는 센서타겟(160; 엔코더, 톤휠 등)에 의해 발생되는 자기장의 변화를 감지해 차륜의 회전속도(및/또는 회전각도, 회전방향 등)를 검출하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 휠속도 센서(200)는 내부의 바디부(210)에 복수의 센싱부(220, 230)가 장착된 구조로 형성될 수 있으며, 복수의 센싱부(220, 230)는 단자부 및/또는 케이블을 통해 외부의 전원장치 및 제어장치와 전기적으로 연결되도록 구성되고, 이들 부재는 하우징(250)에 의해 에워싸여 보호되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 바디부(210)는 휠속도 센서(200)의 내부 몸체를 형성하는 부분으로, 도 5에 도시된 바와 같이 전체적으로 일측 방향으로 연장된 대략 막대형상의 구조로 형성될 수 있으며, 일측에 후술하는 센싱부 및/또는 이에 전기적으로 연결되는 도전성 단자부 등이 장착되어 이를 지지하는 기능을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 바디부(210)는 일측면(예컨대, 상부면)에 차량의 작동상태를 측정하는 복수의 센싱부[제1 센싱부(220) 및 제2 센싱부(230)]가 장착되어 지지되도록 구성될 수 있으며, 이들 복수의 센싱부[제1 센싱부(220) 및 제2 센싱부(230)]는 센서타겟(160)의 회전에 의해 발생하는 자기장 변화를 감지해 회전속도를 검출할 수 있도록 홀(Hall) 센서, 이방성 자기 저항(AMR; Anisotropic Magneto Resistance) 센서, 거대 자기 저항(GMR; Giant Magneto Resistance) 센서 등으로 구성될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 휠속도 센서(200)에 구비되는 복수의 센싱부[제1 센싱부(220) 및 제2 센싱부(230)]는 도 5에 도시된 바와 같이 바디부(210)의 길이방향 및 폭방향을 따라(즉, 휠속도 센서의 길이방향 및 폭방향을 따라) 이격된 위치에 배치되도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도면에 도시된 실시형태의 경우에는 휠속도 센서(200)의 바디부(210)에 구비되는 제1 센싱부(220)가 바디부(210)의 전방단부 부근에 장착되고, 이로부터 길이방향으로 후방으로 이격되고 폭방향으로 일측으로 이격된 위치에 제2 센싱부(230)가 장착되도록 구성되어 있다.
이와 같이 복수의 센싱부[제1 센싱부(220) 및 제2 센싱부(230)]를 휠속도 센서의 길이방향 및 폭방향으로 이격시켜 배치하게 되면 복수의 센싱부를 각각 센서타겟(160)에 대해 원하는 에어갭(air gap)을 갖도록 용이하게 배치할 수 있게 되고, 이로 인해 복수의 센싱부를 통해 보다 신뢰성 있는 차량의 작동상태 검출이 가능해지게 된다.
또한, 길이방향 및 폭방향으로 이격되어 배치되는 제1 센싱부(220) 및 제2 센싱부(230)의 배치구조로 인해 본 발명의 일 실시예에 따른 휠속도 센서(200)는 후술하는 바와 같이 복수의 센싱부가 동일한 극성의 자극을 감지하도록 용이하게 배치될 수 있고, 이로 인해 복수의 센싱부에서 출력되는 출력 신호 사이에서 신호 지연 문제를 발생시키지 않고 높은 신뢰성으로 휠속도 센서의 리던던시를 확보할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 휠속도 센서에 구비되는 복수의 센싱부[제1 센싱부(220) 및 제2 센싱부(230)]는 동일한 타입의 IP-Chip을 이용해 구성되거나 서로 상이한 타입의 IP-Chip을 이용해 구성될 수도 있으며, 상이한 타입의 IP-Chip을 이용할 경우에는 복수의 센싱부에서 측정되는 정보를 이용해 멀티 기능을 구현하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 휠속도 센서에 구비되는 센싱부[제1 센싱부(220) 및 제2 센싱부(230)]는 일측 단부에 일측으로 연장하는 리드단자를 구비해 외부의 전원장치 및 제어장치에 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있으며, 센싱부에 구비되는 리드단자는 전원을 공급하는 전원단자 및 신호를 전달하는 신호단자를 포함해 복수의 단자로 구성될 수 있다.
예컨대, 휠속도 센서(200)는 도 5에 도시된 바와 같이 제1 센싱부(220)에 일측으로 연장하는 한쌍의 제1 리드단자(222)가 구비되고 제2 센싱부(230)에 일측으로 연장하는 한쌍의 제2 리드단자(232)가 구비된 형태로 형성될 수 있으며, 센싱부에 구비되는 이러한 리드단자는 각각 도전성 단자부[제1 단자부(224) 및 제2 단자부(234)]에 전기적으로 연결되어, 도전성 단자부에 연결되는 케이블(240)을 통해 센싱부를 외부의 전원장치 및/또는 제어장치와 전기적으로 연결하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 도전성 단자부[제1 단자부(224) 및 제2 단자부(234)]는 도면에 도시된 바와 같이 길이방향을 따라 연장하는 얇은 금속판 형태로 형성될 수 있으며, 센싱부에 구비되는 리드단자의 단자수에 대응해 복수의 단자를 포함하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 도전성 단자부[제1 단자부(224) 및 제2 단자부(234)]는 도면에 도시된 바와 같이 전원을 전달하는 전원단자 및 신호를 전달하는 신호단자를 포함해 복수의 단자로 구성될 수 있다.
다만, 도면에 도시된 실시형태에서는 센싱부의 리드단자와 도전성 단자부를 별도로 형성한 다음 이들을 서로 접촉시켜 센싱부를 케이블(240)에 전기적으로 연결하도록 구성되어 있으나 본 발명의 일 실시예에 따른 휠속도 센서는 반드시 이러한 구조로 형성되어야 하는 것은 아니고, 센싱부의 리드단자에 케이블이 직접 연결되어 별도의 도전성 단자부 없이 휠속도 센서가 형성될 수 있도록(즉, 센싱부의 리드단자와 도전성 단자부가 일체로 형성되도록) 구성되어도 무방하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 휠속도 센서(200)는 전술한 바디부, 센싱부, 도전성 단자부, 케이블 등의 전부 또는 일부가 하우징(250)에 의해 둘러싸이도록 구성되어, 하우징(250)에 의해 내부의 센서나 단자 등이 보호되도록 구성될 수 있다. 예컨대, 하우징(250)은 바디부에 센싱부, 단자부, 케이블 등을 장착한 상태에서 플라스틱 사출 성형을 통해 형성되어, 이들 부재의 전부 또는 일부가 하우징(250)에 의해 에워싸여지도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 휠속도 센서(200)의 하우징(250)은 일측에 결합부(252)가 구비되어 결합부(252)에 형성된 장착공(254) 등을 통해 차체 측에 고정되어 장착되도록 구성될 수 있다. 예컨대, 휠속도 센서(200)는 본 발명의 일 실시예에 따른 휠베어링(100)의 비회전요소(140; 예컨대 외륜)에 고정되어 장착되거나, 비회전요소(140)가 결합되는 너클(미도시) 등에 고정되어 장착되도록 구성되어, 차체에 대해 고정된 상태로 휠베어링 근방에 배치되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 휠속도 센서(200)에 구비되는 복수의 센싱부[제1 센싱부(220) 및 제2 센싱부(230)]는 휠베어링의 회전요소에 장착된 센서타겟(160)의 서로 다른 위치에 대향하여 배치되도록 구성될 수 있으며, 바람직하게는 제1 센싱부(220)와 제2 센싱부(230)가 동일한 시점에 센서타겟(160)에 형성된 동일한 극성의 자극을 감지하도록 구성될 수 있다.
통상적으로, 휠베어링의 휠속도 센서에 구비되는 센싱부는 센서타겟(160)의 회전에 의해 유도된 자기장의 세기를 감지해 그에 대응하는 신호를 생성하도록 작동할 수 있다. 예컨대, 센싱부는 센서타겟(160)의 N극에 인접한 경우에는 (+) 전기 신호를 출력하고 S극에 인접한 경우에는 (-) 전기 신호를 출력하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 센싱부는 센서타겟(160)이 회전하는 동안 N-S극의 경계에서는 전기 신호 값이 0으로 출력되고, N극 및 S극 각각의 중간에서는 자기장의 세기 값이 최대의 (+) 및 (-) 전기 신호로 각각 출력되어, 센싱부가 센서타겟에 구비된 한쌍의 전극쌍을 통과하면서 1주기의 사인파 신호가 출력되도록 작동할 수 있다.
그런데, 본 발명의 일 실시예에 따른 휠속도 센서(200)와 같이 휠속도 센서 내에 복수의 센싱부[제1 센싱부(220) 및 제2 센싱부(230)]가 구비된 경우, 각각의 센싱부에서 서로 다른 자극을 감지해 전기 신호를 출력하게 되면 복수의 센싱부로부터 출력되는 전기 신호들 사이에 위상차 및 신호 지연이 발생해 일측 센싱부에 문제가 생겨 타측 센싱부를 이용하려고 할 때 바로 타측 센싱부로부터의 신호 정보를 이용할 수 없게 되고, 이로 인해 정확하고 신뢰성 있는 속도 측정이 수행되지 못할 우려가 있다.
이에 반해, 본 발명의 일 실시예에 따른 휠속도 센서(200)는 휠속도 센서 내에 구비되는 복수의 센싱부가 동일한 시점에 센서타겟(160)에 구비된 동일한 극성의 자극을 감지할 수 있도록 센서타겟(160)에 대해 배치되기 때문에[즉, 제1 센싱부(220)가 N극을 감지할 때 제2 센싱부(230)도 N극을 감지하고, 제2 센싱부(230)가 S극을 감지할 때 제2 센싱부(230)도 S극을 감지하도록 구성], 휠속도 센서(200) 내에 구비되는 복수의 센싱부로부터의 출력 신호가 동일한 극성을 감지하여 발생된 동일 위상의 신호로 구성될 수 있고, 이로 인해 일측 센싱부에 문제가 발생할 경우 바로 타측 센싱부를 이용해 차륜의 회전속도 측정을 안정적으로 수행할 수 있게 된다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 휠속도 센서(200)는 상호 작용하는 센서타겟(160)과 다음과 같이 배치되어 차륜의 회전속도를 측정하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 휠베어링(100)의 회전요소에 장착되어 자기장의 변화를 발생시키는 센서타겟(160)은 반경방향 내측에 위치하는 제1 센서트랙(162)과 반경방향 외측에 위치하는 제2 센서트랙(164)을 포함하여 구성될 수 있고(예컨대, 듀얼트랙), 각각의 센서트랙은 통상의 휠베어링용 센서트랙과 유사하게 N극과 S극으로 구성된 자극쌍이 원주방향을 따라 반복되어 차량의 회전요소와 함께 회전하면서 주위에 자기장의 변화를 발생시키도록 구성될 수 있다.
또한, 센서타겟(160)에 인접하게 배치되어 센서타겟(160)에 의해 발생되는 자기장의 변화를 감지하는 휠속도 센서(200)는 제1 센싱부(220)가 제1 센서트랙(162) 상에 배치되어 제1 센서트랙(162)에 형성된 자극쌍에 의해 발생되는 자기장의 변화를 감지하고 제2 센싱부(230)가 제2 센서트랙(164) 상에 배치되어 제2 센서트랙(164)에 형성된 자극쌍에 의해 발생되는 자기장의 변화를 감지하도록 구성될 수 있다.
이 때, 센서타겟(160)을 형성하는 제1 센서트랙(162) 및 제2 센서트랙(164)은 동일한 수의 자극쌍을 갖도록 형성되어 제1 센싱부(220)와 제2 센싱부(230)가 계속 동일한 자극을 감지하도록 구성될 수 있으며, 제1 센싱부(220)와 제2 센싱부(230)의 용이한 배치를 위해 자극이 반경방향으로 서로 정렬되지 않고 교차되어 배치되도록 구성될 수 있다(도 2 및 도 6 참조). 참고로, 본 명세서에서 제1 센싱부(220)와 제2 센싱부(230)의 자극이 정렬되지 않고 교차되어 배치된다는 것은 제1 센싱부(220)와 제2 센싱부(230)의 자극 경계면이 서로 정렬되어 있지 않고 원주방향으로 phase shift되어 배치되어 있음을 의미한다.
이러한 구조에 의하면, 반경방향 내외측에 위치하는 센서트랙[제1 센서트랙(162) 및 제2 센서트랙(164)] 및 휠속도 센서의 길이방향 및 폭방향으로 이격되어 배치된 복수의 센싱부[제1 센싱부(220) 및 제2 센싱부(230)]를 통해, 복수의 센싱부[제1 센싱부(220) 및 제2 센싱부(230)]가 동일 시점에 센서타겟(160)에 구비된 동일한 극성의 자극을 용이하게 감지할 수 있게 되고[예컨대, 제1 센싱부(220)가 제1 센서트랙(162)의 N극(162a)을 감지할 때 제2 센싱부(230)는 제2 센서트랙(164)의 N극(164a)을 감지하고, 제1 센싱부(220)가 제1 센서트랙(162)의 S극(162b)을 감지할 때 제2 센싱부(230)는 제2 센서트랙(164)의 S극(164b)을 감지하게 됨], 이로 인해 신뢰성 있는 리던던시를 확보하면서 차륜의 회전속도를 측정할 수 있는 휠속도 센서를 제공할 수 있게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 반경방향 내외측에 위치하는 센서트랙[제1 센서트랙(162) 및 제2 센서트랙(164)]은 반경방향 내측에 위치하는 제1 센서트랙(162)의 반경방향 중심에서 제1 센서트랙(162)에 구비되는 1개의 자극의 원주방향 길이가 반경방향 외측에 위치하는 제2 센서트랙(164)의 반경방향 중심에서 제2 센서트랙(164)에 구비되는 1개의 자극의 원주방향 길이에 비해 90% 이상이 되도록 구성될 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 반경방향 내측에 상대적으로 작은 면적으로 형성되는 제1 센서트랙(162)에 의해서도 센싱부를 통해 자기장의 변화가 원활히 감지될 수 있을 정도의 충분한 자기밀도(flux density)를 갖는 자기장이 형성되어, 차륜의 회전속도가 안정적으로 검출될 수 있게 된다.
한편, 센서타겟(160)은 제1 센싱부(220)와 제2 센싱부(230)가 동일한 자극을 감지하도록 센서타겟(160) 상에 배치될 수 있다면, 전술한 실시형태와 다른 방식으로 형성/배치되어도 좋다.
예컨대, 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 휠속도 센서(200)와 상호작용할 수 있는 센서타겟(160)의 변형례가 예시적으로 도시되어 있다. 도 7에 도시된 실시형태의 경우에는 센서타겟(160)에 N극(160a)과 S극(160b)으로 구성된 자극쌍이 원주방향을 따라 복수로 배치된 구조로 형성되어 있으며, 자극 사이의 경계면이 반경방향(방사상 방향)에 대해 비스듬하게 경사진 구조로 배치되도록 구성되어 있다.
이러한 구조에 의하면, 센서타겟(160)의 자극들 사이에 형성되는 경사진 경계면 구조로 인해 길이방향 및 폭방향으로 이격되어 배치되는 복수의 센싱부[제1 센싱부(220) 및 제2 센싱부(230)]를 센서타겟(160)에 형성된 동일한 극성의 자극 상에 보다 용이하게 위치시켜 동일 시점에 동일한 위상의 측정 신호를 출력하도록 구성할 수 있게 되고, 이로 인해 신호 지연 등의 문제없이 신뢰성 높은 리던던시가 확보된 휠속도 센서를 구현하는 것이 가능해질 수 있다.
한편, 전술한 실시예에서는 휠속도 센서(200)의 제1 센싱부(220)와 제2 센싱부(230)가 모두 차륜의 회전속도를 검출하는 휠속도 검출용 센서로 구현되는 실시형태를 기초로 본 발명의 일 실시예에 따른 휠속도 센서를 설명하였으나, 본 발명의 일 실시에에 따른 휠속도 센서는 제1 센싱부(220)와 제2 센싱부(230)를 서로 다른 물리적 특성을 검출하는 센서를 이용해 형성하도록 구성될 수도 있으며, 전술한 제1 센싱부(220)와 제2 센싱부(230)에 추가해 회전속도 이외의 물리적 특성을 검출하는 센서가 더 구비되도록 구성될 수도 있다.
예컨대, 본 발명의 일 실시예에 따른 휠속도 센서(200)는 제1 센싱부(220)를 차륜의 회전속도를 검출하는 휠속도 검출용 센서를 이용해 형성하고 제2 센싱부(230)를 차륜의 가속도를 측정하는 가속도 센서, 휠베어링 내부의 온도를 측정하는 온도 센서, 고분해능 신호용 HR 센서, 엔코더 검사용 리니어 센서, 하중 센서, 진동 센서, 고장진당용 센서 등 차량의 다른 작동상태를 검출하는 센서를 이용해 형성할 수도 있다. 이와 같이, 제1 센싱부(220) 및 제2 센싱부(230)에 구비되는 센서를 서로 다른 물리적 특성을 검출하는 센서로 형성하거나 제1 센싱부(220) 및 제2 센싱부(230)에 더하여 회전속도 이외의 다른 물리적 특성을 검출하는 센서를 추가하게 되면, 하나의 휠속도 센서(200)를 이용해 차량의 작동상태에 관한 복수의 정보를 동시에 검출할 수 있게 되어 휠속도 센서의 기능성이 보다 향상될 수 있게 된다.
이상 본 발명을 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예들에 의해 설명하였으나, 이들 실시예들은 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 앞서 설명된 실시예들에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위에 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 휠베어링
110: 회전요소
120: 휠허브
130: 내륜
140: 비회전요소
150: 전동체
200: 휠속도 센서
210: 바디부
220: 제1 센싱부
222: 제1 리드단자
224: 제1 단자부
230: 제2 센싱부
232: 제2 리드단자
234: 제2 단자부
240: 케이블
250: 하우징
252: 결합부
254: 장착홀

Claims (14)

  1. 차량의 차륜을 차체에 회전 가능하게 장착하여 지지하는 휠베어링(100)이며,
    차륜에 장착되어 차륜과 함께 회전하는 회전요소(110)와,
    차체에 장착되어 고정되는 비회전요소(140)와,
    상기 회전요소(110)와 상기 비회전요소(140) 사이에 개재되는 하나 이상의 전동체(150)와,
    상기 회전요소(110)에 장착되어 회전요소(110)와 함께 회전하는 센서타겟(160)과,
    상기 센서타겟(160)에 인접하게 배치되어 상기 회전요소(110)의 회전속도를 감지하는 휠속도 센서(200)를 포함하고,
    상기 휠속도 센서(200)는 상기 센서타겟(160)의 회전에 의한 자기장의 변화를 감지하는 제1 센싱부(220) 및 제2 센싱부(230)를 포함하고,
    상기 제2 센싱부(230)는 상기 제1 센싱부(220)로부터 휠속도 센서의 길이방향 및 폭방향으로 이격되어 배치되며,
    상기 센서타겟(160)은 N극과 S극으로 구성된 자극쌍이 원주방향을 따라 하나 이상 배치된 구조로 형성되고,
    상기 센서타겟(160)은 반경방향 내측에 위치하는 제1 센서트랙(162)과 반경방향 외측에 위치하는 제2 센서트랙(164)을 포함하며,
    상기 제1 센서트랙(162)과 상기 제2 센서트랙(164)은 동일한 수의 자극쌍을 갖도록 형성되고,
    상기 제1 센싱부(220)는 상기 제1 센서트랙(162)에 대향하여 배치되어 상기 제1 센서트랙(162)에 의해 발생되는 자기장의 변화를 감지하도록 구성되고,
    상기 제2 센싱부(230)는 상기 제2 센서트랙(164)에 대향하여 배치되어 상기 제2 센서트랙(164)에 의해 발생되는 자기장의 변화를 감지하도록 구성되며,
    상기 제1 센싱부(220)와 상기 제2 센싱부(230)는, 상기 제1 센싱부(220)와 상기 제2 센싱부(230)에서 제공되는 출력 신호 사이에 차이가 없도록, 동일한 시점에 센서타겟(160)에 형성된 동일한 극성의 자극을 감지하도록 구성되는,
    휠베어링.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 센싱부(220) 및 상기 제2 센싱부(230)는 차륜의 회전속도를 검출하는 휠속도 검출용 센서로 구성되는,
    휠베어링.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 센싱부(220) 및 상기 제2 센싱부(230)는 홀(Hall) 센서, 이방성 자기 저항(AMR) 센서, 거대 자기 저항(GMR) 센서 중 어느 하나로 형성되는,
    휠베어링.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 센서트랙(162)과 제2 센서트랙(164)은 자극이 반경방향으로 서로 정렬되지 않도록 교차되어 배치되도록 구성되는,
    휠베어링.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 센서트랙(162)은 반경방향 중심에서 제1 센서트랙(162)에 구비되는 1개의 자극의 원주방향 길이가 상기 제2 센서트랙(164)의 반경방향 중심에서 제2 센서트랙(164)에 구비되는 1개의 자극의 원주방향 길이에 비해 90% 이상의 길이를 갖도록 구성되는,
    휠베어링.
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 센싱부(220)에 전기적으로 연결되는 제1 단자부(224)와,
    상기 제2 센싱부(230)에 전기적으로 연결되는 제2 단자부(234)가 더 포함되는,
    휠베어링.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 단자부(224) 및 상기 제2 단자부(234)는 각각 외부의 전원장치와 전기적으로 연결되는 전원단자 및 외부의 제어장치와 전기적으로 연결되는 신호단자를 포함하는,
    휠베어링.
  13. 제1항, 제3항, 제8항, 제9항, 제11항 및 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 휠속도 센서(200)는 차체에 대해 고정되어 장착되는,
    휠베어링.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 회전요소(110)는 차륜이 장착되는 휠허브(120)와 상기 휠허브에 압입되어 장착되는 하나 이상의 내륜(130)을 포함하고,
    상기 비회전요소(140)는 차체의 샤시 부품에 결합되는 외륜으로 구성되는,
    휠베어링.
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