KR102547572B1 - 회전 센싱 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로터; 상기 로터의 외측에 배치되는 스테이터;및 상기 로터와 상기 스테이터 사이에서 발생한 자기장을 측정하는 센싱부를 포함하고, 상기 센싱부는 회로기판과 콜렉터를 포함하고, 상기 콜렉터는 상기 회로기판에 결합하고, 상기 콜렉터는 상기 회로기판의 상측에 배치되는 상부 콜렉터와, 상기 회로기판의 하측에 배치되는 하부 콜렉터를 포함하고, 상기 상부 콜렉터의 형상과 상기 하부 콜렉터의 형상은 상이한 회전 센싱 장치를 제공할 수 있다.

Description

회전 센싱 장치{Roating sensing apparatus}

실시예는 회전 센싱 장치에 관한 것이다.

파워 스티어링 시스템(Electronic Power System 이하, EPS라 한다.)은 운행조건에 따라 전자제어장치(Electronic Control Unit)에서 모터를 구동하여 선회 안정성을 보장하고 신속한 복원력을 제공함으로써, 운전자로 하여금 안전한 주행이 가능하도록 한다.

EPS는 적절한 토크를 제공하기 위하여, 조향축의 토크를 측정하는 회전 센싱 장치를 포함한다. 조향축은 핸들에 연결되는 입력축과 바퀴측의 동력전달구성과 연결되는 출력축과, 입력축과 출력축을 연결하는 토션바를 포함할 수 있다.

회전 센싱 장치는 토션바의 비틀림 정도를 측정하여 조향축에 걸리는 토크를 측정한다. 이러한 회전 센싱 장치는 로터와, 스테이터와, 콜렉터와, 홀센서를 포함할 수 있다. 콜렉터는 스테이터의 자화량을 측정한다. 콜렉터는 박판 형태의 금속 소재로 이루어진다. 그리고 콜렉터는 상부콜렉터와 하부콜렉터를 포함한다. 상부콜렉터와 하부콜렉터는 각각 하우징에 고정된다. 이때, 상부콜렉터와 하부콜렉터 사이에는 일정한 간극을 유지된다. 콜렉터는 열융착 또는 초음파 융착 등과 같은 작업으로 하우징에 고정된다. 그러나 콜렉터를 하우징에 융착하는 공정은 제조 공정이 복잡하고 시간 소요가 큰 문제점이 있다. 특히, 콜렉터가 하우징에 융착되어 고정되는 과정에서, 콜렉터에 변형이 발생할 수 있다. 콜렉터에 변형이 발생하면, 콜렉터의 자화량 측정 성능이 크게 떨어지는 문제점이 있다.

또한, 이러한 구성은 콜렉터와 하우징 사이에서 공차가 발생하며, 간극에 누적 공차가 발생하는 문제점이 있다.

이에, 실시예는 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 제조 비용 및 제조 시간을 줄이고, 상부콜렉터와 하부콜렉터 사이의 간극에 누적 공차가 발생하는 것을 방지하는 회전 센싱 장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 삼는다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제에 국한되지 않으며 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

실시예는, 로터와, 상기 로터의 외측에 배치되는 스테이터 및 상기 로터와 상기 스테이터 사이에서 발생한 자기장을 측정하는 센싱부를 포함하고, 상기 센싱부는 회로기판과 콜렉터를 포함하고, 상기 콜렉터는 상기 회로기판에 결합하고, 상기 콜렉터는 상기 회로기판의 상측에 배치되는 상부 콜렉터와, 상기 회로기판의 하측에 배치되는 하부 콜렉터를 포함하고, 상기 상부 콜렉터의 형상과 상기 하부 콜렉터의 형상은 상이한 회전 센싱 장치를 제공할 수 있다.

바람직하게는, 상기 콜렉터는 바디와 상기 바디에서 연장된 브릿지를 포함하고, 상기 브릿지는 상기 회로기판에 결합할 수 있다.

바람직하게는, 상기 브릿지는 상기 바디의 양측 단부에서 각각 하향하여 연장될 수 있다.

바람직하게는, 상기 바디는 곡면 형태의 제1 바디와, 상기 제1 바디의 양측에 각각 배치되는 평면 형태의 제2 바디를 포함하고, 상기 브릿지는 상기 제2 바디에서 연장될 수 있다.

바람직하게는, 상기 상부콜렉터의 상기 제2 바디의 폭과 상기 하부콜렉터의 상기 제2 바디의 폭은 서로 상이할 수 있다.

바람직하게는, 상기 상부콜렉터의 상기 브릿지의 길이와 상기 하부콜렉터의 상기 브릿지의 길이는 서로 상이할 수 있다.

바람직하게는, 상기 브릿지의 하단은 절곡된 형태일 수 있다.

바람직하게는, 상기 상부 콜렉터와 상기 하부 콜렉터가 상기 회로 기판에 각각 결합할 때, 상기 상부콜렉터의 브릿지와 상기 하부 콜렉터의 브릿지는 서로 어긋나게 위치할 수 있다.

바람직하게는, 상기 회로기판은 상기 상부 콜렉터의 브릿지가 관통하는 제1 홀과, 상기 하부 콜렉터의 브릿지가 관통하는 제2 홀을 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 회로기판은 곡면을 포함하고, 상기 곡면은 상기 스테이터를 마주보고 배치될 수 있다.

바람직하게는, 상기 회로기판은 상기 상부 콜렉터의 브릿지가 관통하는 제1 홀과, 상기 하부 콜렉터의 브릿지가 관통하는 제2 홀을 포함하고, 2개의 상기 제1 홀은 상기 곡면을 사이에 두고 배치되고, 2개의 상기 제2 홀은 상기 곡면을 사이에 두고 배치될 수 있다.

실시예에 따르면, 제조 비용 및 제조 시간을 줄이고, 상부콜렉터와 하부콜렉터 사이의 간극에 누적 공차가 발생하는 것을 방지하는 유리한 효과를 제공한다.

도 1은 실시예에 따른 토크 센서를 도시한 도면,
도 2는 도 1에서 도시한 콜렉터가 결합된 회로기판을 도시한 도면,
도 3은 상부콜렉터와 하부콜렉터를 도시한 평면도,
도 4는 상부콜렉터와 하부콜렉터를 도시한 정면도,
도 5는 회로기판을 도시한 도면,
도 6은 기판과 콜렉터의 측면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 그리고 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.

제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

도 1은 실시예에 따른 토크 센서를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 실시예에 따른 토크 센서는, 로터(100)와, 스테이터(200)와, 센싱부(300)를 포함할 수 있다.

로터(100)는 스테이터(200)의 내측에 배치된다. 로터(100)는 조향축의 입력축과 연결된다, 여기서, 입력축이란, 차향의 핸들과 연결된 조향축일 수 있다. 로터(100)는 원통형의 요크(110)와 요크(110)에 배치되는 마그넷(120)을 포함할 수 있다. 요크(110)의 내측으로 입력축이 삽입된다. 그리고 요크(110)의 외측으로 마그넷(120)이 배치될 수 있다. 마그넷(120)에 요크(110)의 외주면에 접착 고정되거나 압입 고정될 수 있다.

스테이터(200)는 로터(100)의 외측에 배치된다. 스테이터(200)는 환형의 스테이터 투스(210)과, 몰드부재(220)와, 홀더(230)를 포함할 수 있다. 스테이터 투스(210)은 마주보는 형태로 한 쌍이 떨어져 배치될 수 있다. 그리고, 2개의 스테이터 투스(210)는 몰드부재(220)의 상측 및 하측에 각각 고정될 수 있다. 홀더(230)는 몰드부재(220)에 결합된다. 홀더(230)는 조향축의 출력축과 연결될 수 있다. 여기서, 출력축이란, 바퀴측의 동력전달구성과 연결되는 조향축일 수 있다. 따라서, 스테이터(200)는 출력축과 연결되어 출력축과 함께 회전한다.

센싱부(300)는 회로기판(310)과 콜렉터(320)를 포함할 수 있다.

회로기판(310)은 홀센서(311)를 포함한다. 홀센서(311)는 로터(100)의 마그넷(120)과 스테이터(200)의 전기적 상호 작용에 의해 발생하는 스테이터(200)의 자화량을 검출한다. 회로기판(310)은 별도의 센서 하우징이나, 외부 장치의 하우징등에 체결되어 고정될 수 있다.

콜렉터(320)는 스테이터(200)의 플럭스(flux)을 수집한다. 이러한 콜렉터(320)는 상부콜렉터(320A)와. 하부콜렉터(320B)를 포함할 수 있다. 상부콜렉터(320A)와. 하부콜렉터(320B)는 로터(100)의 축 방향을 기준으로 떨어져 배치될 수 있다. 그리고 홀센서(311)는 로터(100)의 축 방향을 기준으로, 상부콜렉터(320A)와. 하부콜렉터(320B) 사이에 배치된다.

도 2는 도 1에서 도시한 콜렉터가 결합된 회로기판을 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 콜렉터(320)는 회로기판(310)에 직접 결합한다. 따라서, 콜렉터(320)가 하우징에 융착되거나 다른 체결부재를 통해서 결합되는 과정에서 발생하는 변형이나 누적 공차가 발생하는 문제가 원천적으로 제거된다. 특히, 콜렉터(320)와 케이스의 결합 과정을 배제함으로써, 제조 공정 및 제조 시간을 크게 줄이는 이점이 있다.

콜렉터(320)는 상부콜렉터(320A)와 하부콜렉터(320B)를 포함한다. 상부콜렉터(320A)는 회로기판(310)의 상측에 배치된다. 하부콜렉터(320B)는 회로기판(310)의 하측에 배치된다.

이러한 콜렉터(320)는 바디(321)와 브릿지(322)를 포함할 수 있다. 바디(321)와 브릿지(322)는 그 형상 및 기능적 특성에 따라 구분되어 설명될 수 있을 뿐, 서로 연결된 하나의 수단일 수 있다.

도 3은 상부콜렉터와 하부콜렉터를 도시한 평면도이고, 도 4는 상부콜렉터와 하부콜렉터를 도시한 정면도이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 바디(321)는 곡면 형태의 제1 바디(321a)와 평면 형태의 제2 바디(321b)로 구분될 수 있다.

제1 바디(321a)는 내측(A)으로는 오목한 형태이며 외측(B)으로 볼록한 형태이다. 여기서, “내측”이라 함은 콜렉터(320)가 회로기판(310)에 배치되었을 때, 스테이터(200)를 향하는 방향을 나타내고, “외측”이라 함은 스테이터(200)를 향하는 방향의 반대 방향을 나타낸다. 제1 바디(321a)는 콜렉터(320)가 회로기판(310)에 고정되었을 때, 스테이터(200)의 둘레를 따라 위치하여 스테이터 투스(210)와 마주보고 배치된다. 스테이터 투스(210)의 자기장은 제1 바디(321a)에 의해 수집된다.

제1 바디(321a)는 제1 연장부(321c)와 제2 연장부(321d)를 포함한다. 제1 연장부(321c)는 제1 바디(321a)의 하면에서 분기된다. 제1 연장부(321c)는 제1 바디(321a)에서 수집된 자기장을 제2 연장부(321d)을 통해 홀센서(311)에 전달한다. 제1 연장부(321c)는 끝단이 절곡되어 제2 연장부(321d)와 연결된다. 이는 상부콜렉터(320A)의 제2 연장부(321d)와, 하부콜렉터(320B)의 제2 연장부(321d) 사이의 간극(도 6의 G1)을 줄여 자속 손실을 줄이기 위함이다. 제2 연장부(321d)는 간극(G1)을 사이에 두고 홀센서(311)와 마주보고 배치된다. 간극(G1)은 회전 센싱 장치의 성능에 큰 영향을 미치는 요소로서, 그 크기가 일정하게 유지되는 것이 중요하다.

제2 바디(321b)는 제1 바디(321a)의 양 측에 각각 배치된다. 브릿지(322)는 제2 바디(321b)에서 연장된다. 제2 바디(321b)는 제1 바디(321a)와 브릿지(322)를 연결한다.

브릿지(322)는 바디(321)를 회로기판(310)에 고정시키는 역할을 한다. 브릿지(322)는 제2 바디(321b)의 하면에서 하측으로 연장된다. 2개의 브릿지(322)가 바디(321)의 양 측에 각각 배치될 수 있다. 브릿지(322)의 수평 단면 형상은 직사각형일 수 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 상부콜렉터(320A)의 형상과 하부콜렉터(320B)의 형상은 상이하다. 상부콜렉터(320A)와 하부콜렉터(320B)를 대비하면, 제1 바디(321a)의 형상과 크기는 서로 동일하지만, 제2 바디(321b) 및 브릿지(322)의 크기 및 위치는 서로 상이하다. 예를 들어, 상부콜렉터(320A)의 제1 바디(321a)의 폭(W2)은 하부콜렉터(320B)의 제1 바디(321a)의 (W3)이 동일하나, 상부콜렉터(320A)의 제2 바디(321b)의 폭(W1)은 하부콜렉터(320B)의 제2 바디(321b)의 폭(W4)과 상이할 수 있다. 이는 회로기판(310)에 상부콜렉터(320A)와 하부콜렉터(320B)가 모두 결합하기 때문에, 브릿지(322)의 결합 위치를 각각 달리하기 위함이다.

회로기판(310)의 상측에서 바라볼 때, 상부콜렉터(320A)의 제1 바디(321a)와 하부콜렉터(320B)의 제1 바디(321a)는 정렬된다.

또한, 상부콜렉터(320A)의 브릿지(322)의 길이(L1)와 하부콜렉터(320B)의 브릿지(322)의 길이(L2)는 상이할 수 있다. 이는 상부콜렉터(320A)와 홀센서(311) 사이의 간극(도 6의 G2)과 하부콜렉터(320B)와 홀센서(311) 사이의 간극(도 6의 G3)을 동일하게 유지하기 위함이다. 한편, 상부콜렉터(320A)의 브릿지(322)의 길이(L1)와 하부콜렉터(320B)의 브릿지(322)의 길이(L2)는, 제1 바디(321a)의 하단에서 제2 연장부(321d)까지의 수직거리보다 커야 한다.

도 5는 회로기판을 도시한 도면이다.

회로기판(310)은 곡면(310a)을 포함한다. 곡면(310a)은 내측으로 오목하게 형성된다. 회로기판(310)은 스테이터(200)의 둘레에 인접하여 배치되어야 한다. 콜렉터(320)가 회로기판(310)에 직접 결합되기 때문이다. 곡면(310a)은 회로기판(310)을 스테이터(200)에 최대한 가깝게 배치하기 위한 구성이다.

그리고, 회로기판(310)은 제1 홀(312)과 제2 홀(313)을 포함할 수 있다. 상부콜렉터(320A)의 브릿지(322)가 제1 홀(312)에 삽입된다. 그리고 하부콜렉터(320B)의 브릿지(322)가 제2 홀(313)에 삽입된다. 제1 홀(312) 및 제2 홀(313)은 각각 2개가 배치된다. 2개의 제1 홀(312) 및 제2 홀(313)은 곡면(310a)의 양 측에 각각 배치될 수 있다. 제2 홀(313)이 제1 홀(312)보다 곡면(310a)에 가깝게 배치될 수 있다. 제1 홀(312) 및 제2 홀(313)의 형상은 직사각형일 수 있다. 이는 브릿지(322)의 수평 단면 형상과 대응된다.

도 6은 기판과 콜렉터의 측면도이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 상부콜렉터(320A)의 브릿지(322)는 제1 홀(312)을 관통한다. 제1 홀(312)을 관통하여 회로기판(310)의 하면(310d)으로 돌출된 브릿지(322)의 하단(322a)은 밴딩되어 회로기판(310)의 하면(310d)에 고정된다. 하부콜렉터(320B)의 브릿지(322)는 제2 홀(313)을 관통한다. 제2 홀(313)을 관통하여 회로기판(310)의 상면(310c)으로 돌출된 브릿지(322)의 하단은 밴딩되어 회로기판(310)의 하면(310c)에 고정된다.

이때, 상부콜렉터(320A)와 홀센서(311) 사이의 간극(G2)과 하부콜렉터(320B)와 홀센서(311) 사이의 간극(G3)은 동일하게 유지된다. 이는 상부콜렉터(320A)의 브릿지(322)의 길이(도 4의 L1)와 하부콜렉터(320B)의 브릿지(322)의 길이(도 4의 L2)를 달리하여 구현될 수 있다. 또한, 홀센서(311)의 위치에 회로기판(310)에 홀(310b)을 형성하여, 하부콜렉터(320B)의 제2 연장부(321d)를 회로기판(310)의 내측으로 삽입하는 구성을 통해 구현될 수 있다.

홀센서(311)는 상부콜렉터(320A)의 제2 연장부(321d)와 하부콜렉터(320B)의 연장부(321d) 사이에 흐르는 자속을 감지한다. 이때, 상부콜렉터(320A)의 제2 연장부(321d)와 하부콜렉터(320B)의 연장부(321d) 사이의 간극(G1)은 회전 센싱 장치의 성능을 확보하는데 중요한 요소이다.

실시예에 따른 회전 센싱 장치의 경우, 상부콜렉터(320A)와 하부콜렉터(320B)가 각각 회로기판(310)에 직접 결합하기 때문에, 간극(G1)에 영향을 주는 누적 공차를 줄이는 이점이 있다. 또한, 상부콜렉터(320A)와 하부콜렉터(320B)를 케이스에 융착하여 고정하는 공정이 생략되어 제조 공정 및 제조 비용을 줄리는 이점이 있다.

이상으로 본 발명의 바람직한 하나의 실시예에 따른 회전 센싱 장치에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 살펴보았다.

전술된 본 발명의 일 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 이 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 로터
200: 스테이터
300: 센싱부
310: 회로기판
311: 홀센서
320: 콜렉터

Claims (11)

1. 로터;
   상기 로터의 외측에 배치되는 스테이터;및
   상기 로터와 상기 스테이터 사이에서 발생한 자기장을 측정하는 센싱부를 포함하고,
   상기 센싱부는 회로기판과 콜렉터를 포함하고,
   상기 콜렉터는 상기 회로기판에 결합하고,
   상기 콜렉터는 상기 회로기판의 상측에 배치되는 상부 콜렉터와, 상기 회로기판의 하측에 배치되는 하부 콜렉터를 포함하고,
   상기 상부 콜렉터의 형상과 상기 하부 콜렉터의 형상은 상이하고,
   상기 상부 콜렉터와 상기 하부 콜렉터가 상기 회로 기판에 각각 결합할 때,
   상기 상부콜렉터의 브릿지와 상기 하부 콜렉터의 브릿지는 서로 어긋나게 위치하고,
   상기 회로기판은 곡면을 포함하고,
   상기 회로기판은 상기 상부 콜렉터의 브릿지가 관통하는 제1 홀과, 상기 하부 콜렉터의 브릿지가 관통하는 제2 홀을 포함하고, 2개의 상기 제1 홀은 상기 곡면을 사이에 두고 배치되고, 2개의 상기 제2 홀은 상기 곡면을 사이에 두고 배치되는 회전 센싱 장치.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 콜렉터는 바디와 상기 바디에서 연장된 브릿지를 포함하고,
   상기 브릿지는 상기 회로기판에 결합하는 회전 센싱 장치.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 브릿지는 상기 바디의 양측 단부에서 각각 하향하여 연장되는 회전 센싱 장치.
4. 제3 항에 있어서,
   상기 바디는 곡면 형태의 제1 바디와, 상기 제1 바디의 양측에 각각 배치되는 평면 형태의 제2 바디를 포함하고,
   상기 브릿지는 상기 제2 바디에서 연장되는 회전 센싱 장치.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 상부콜렉터의 상기 제2 바디의 폭과 상기 하부콜렉터의 상기 제2 바디의 폭은 서로 상이한 회전 센싱 장치.
6. 제2 항에 있어서,
   상기 상부콜렉터의 상기 브릿지의 길이와 상기 하부콜렉터의 상기 브릿지의 길이는 서로 상이한 회전 센싱 장치.
7. 제2 항에 있어서,
   상기 브릿지의 하단은 절곡된 형태인 회전 센싱 장치.
8. 삭제
9. 제1 항에 있어서,
   상기 회로기판은 상기 상부 콜렉터의 브릿지가 관통하는 제1 홀과, 상기 하부 콜렉터의 브릿지가 관통하는 제2 홀을 포함하는 회전 센싱 장치.
10. 제1 항에 있어서,
    상기 곡면은 상기 스테이터를 마주보고 배치되는 회전 센싱 장치.
11. 삭제

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