KR200245262Y1 - 홀 소자를 이용한 차량용 속도센서 - Google Patents

Abstract

본 고안은 홀 소자(Hall IC)를 이용한 차량용 속도센서에 관한 것으로, 변속기 내에 회전하는 기어와 일정거리 내에 홀 속도센서를 부착시켜 회전수 또는 회전속도를 측정하는 홀 소자(Hall IC)를 이용한 차량용 속도센서에 관한 것이다.

본 고안의 홀 소자를 이용한 차량용 속도센서는 차량용 변속기 내에 기어의 회전 속도를 감지하는 홀 소자를 인쇄회로 기판에 장착하고, 변속기 내의 회전체와 일정한 거리에서 발생되는 거리차를 감지하여 회전체의 회전수 또는 회전 속도를 감지하는 것을 특징으로 한다.

또한 홀 소자가 부착된 인쇄회로 기판을 에폭시 몰딩하고 금속물체로 된 캔과 인서트(insert) 사출된 하우징을 결합하여 외부로부터의 충격에서 본 고안의 속도 센서를 보호할 수 있도록 구성된다.

Description

홀 소자를 이용한 차량용 속도센서{Vehicle speed sensor in use of hall effect IC}

본 고안은 홀 소자(Hall IC)를 이용한 차량용 속도센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자동차의 변속기 내에 속도센서를 구비하여 회전수 및 회전속도를 측정하는 홀 소자를 이용한 차량용 속도센서에 관한 것이다.

일반적으로 홀 속도센서(Hall speed sensor)는 홀 효과 소자(Hall effect IC)가 내장되어 있으며, 상기 소자(IC)에 전류가 흐르는 상태에서 자계를 인가하면 전압이 변하는 원리로 작동된다.

도 1은 종래 차량용 속도센서의 종단면도이다.

먼저, 하우징(140)과 캡(100)이 결합된 원통본체 내의 측면에는 S극과 N극이 일정한 간격으로 착자된 원통형 자석(110)이 환착된 로터(120) 그리고 회전체의 고정을 위해 회전체와 맞물려 돌아가도록 샤프트(130)가 착설되어 있다.

상기 원통본체의 바깥쪽에는 상기 원통형 자석(110)에 마주보게 와이어(180)가 부착된 인쇄회로 기판(150)과 상기 인쇄회로 기판(150)에 홀 소자(160)를 착설하고 커버(170)를 씌워 홀 속도센서(1a)를 구성하였다. 상기 인쇄회로 기판(150)에 구성된 홀 소자(160)는 NS로 착자된 영구자석의 회전으로 인한 극성의 변화에 따라 회전체의 회전을 감지하여 차량의 속도를 측정할 수 있다.

따라서 변속기(2)내에 회전체의 회전속도를 상기 홀 소자(160)에 착자된 영구자석의 극성 변환을 통해 감지하게 된다. 즉 상기 홀 소자(160)의 극성이 바뀌면서 자기장에 흐르는 전류의 양이 변화하게 된다. 따라서 변화하는 전류의 양을 측정하여 회전체의 회전 속도를 측정하게 된다.

그러나 상기 속도센서(1)는 원통형 영구자석(110)에 일정한 간격으로 S극과 N극을 착자시켜야 하기 때문에 착자에 어려움이 있고, 홀 속도센서(1a) 내에 로터(120)를 지탱하는 샤프트(130)와 기계적 마모 방지를 위한 부싱(190, 190')이 장착된 아주 복잡한 구조를 지닌다.

따라서 종래 차량용 속도센서(1)는 기계적 부품인 회전체와 맞물려 돌아가도록 샤프트(130)가 연결되어 있어 기계적인 마모, 즉 내구성에 문제를 야기시킨다.

또한, 종래의 속도센서의 구성은 홀 소자(160)가 장착된 인쇄회로 기판(150), 샤프트(130), 로터(120), 2개의 부싱(190,190'), 하우징(140), 캡(100), 와이어(180)등이 복잡하게 장착되어 있다. 따라서 이로 인해 공정상에 소요되는 비용이 증가되고, 부피와 무게가 커지는 단점을 가지고 있다.

따라서 본 고안은 홀 IC를 이용한 속도센서의 복잡한 내부구조와 상기 NS가 일정간격으로 착자된 원통형 자석이 환착된 로터와 로터의 회전을 지탱하는 샤프트가 함께 회전하는 복잡한 내부구조를 개선하여 단순하게 NS 극을 가진 영구자석이 자장을 제공하고 홀 IC가 부착된 인쇄회로 기판을 통해 회전체의 회전속도를 전기적 신호로 제공하는 간단한 내부구조를 가지면서 기계적 마모가 전혀 없는 차량용속도 센서를 제공함에 있다.

도 1은 종래 차량용 속도센서의 종단면도.

도 2는 본 고안에 따른 홀 소자를 이용한 차량용 속도센서.

도 3은 본 고안에 의한 실시예를 나타낸 홀 속도센서의 구조도.

도 4는 본 고안에 따른 차량용 홀 속도센서의 펄스파형.

도 5는 본 고안의 홀 속도센서를 포함하는 자동차 동력전달 장치들의 구성도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1,1a : 홀 속도센서 2 : 변속기

3 : 엔진부 4 : ECU

10 : 절연체 11,150 : 인쇄회로 기판

12 : 영구자석 13,13' : 터미널

14, 190,190' : 부싱 15,140 : 하우징

16 : 캔 17,160 : 홀 소자

20 : 기어 21 : 기어의 톱니

100 : 캡 110 : 원통형 자석

120 : 로터 130 : 샤프트(shaft)

170 : 커버 180 : 와이어

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 홀 소자를 이용한 차량용 속도센서는 차량용 변속기내에 회전체와의 일정거리에서 발생되는 거리차에 따라 회전체의 회전 속도를 감지하기 위해 인쇄회로 기판에 장착된 홀 소자와, 상기 홀 소자와 회전체 사이의 거리차에 따라 변화하는 자속을 형성시키는 영구자석과, 상기 홀 소자가 감지한 신호를 출력하기 위한 터미널을 포함하여 구성되고, 상기 구성요소들을 보호하기 위한 하우징이 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 홀 소자를 이용한 차량용 속도센서에 관한 것이다.

이하 첨부도면을 참조하여 본 고안에 따른 홀 소자를 이용한 차량용 속도센서에 대해서 자세히 설명한다.

도 2는 본 고안에 따른 자동차용 홀 속도센서를 나타낸다.

자동차용 홀 속도센서(1)는 회전체의 회전수를 감지하는 홀 소자(17)가 인쇄회로기판(11)의 정 중앙에 부착되어 있다. 상기 인쇄회로 기판(11)에 부착된 홀 소자(17)는 외부의 잡음이나 전기적 충격 등 외부 요인으로부터 보호하기 위해 인쇄회로 기판(11)과 함께 몰딩(molding) 처리하여 구성한다. 상기 인쇄회로 기판(11)의 뒤에는 자장을 형성하는 일정크기의 자속을 가진 영구자석(12)과 2개의 터미널(13,13')이 부착된다. 상기 터미널(13,13')은 홀 소자(17)가 동작할 수 있도록 전원을 공급하는 터미널(13)과 회전하는 기어의 속도를 측정하여 이하 설명되는 ECU(4)가 인식할 수 있는 전기적 신호인 펄스를 제공하기 위한 터미널(13')로 구성된다.

상기 인쇄회로 기판(11)과 홀 소자(17)는 외적 요인으로부터 보호받기 위해 같이 몰딩되어 지고, 상기 인쇄회로 기판(11)뒤에 부착된 영구자석(12)을 고정하기 위해 인서트 사출물을 금속물질로 된 캔(16)을 사용하여 전 부품을 다시 몰딩 처리하게 된다.

또한, 상기 홀 소자(17)와 인쇄회로 기판(11)이 몰딩된 부분의 앞쪽에는 금속으로 된 캔(16)과 홀 소자(17)를 분리시키기 위해 절연체(10)가 삽입된다. 상기 공정은 누수 및 외부 잡음으로부터 센서(1)를 보호하는 역할을 담당한다.

도 3은 본 고안에 의한 실시 예를 나타낸 홀 속도센서의 구조도이다.

먼저, 변속기내에 톱니(21)를 가진 회전하는 기어(20)가 위치하고, 상기 기어(20)와 일정간격을 두고 홀 속도센서(1)가 설치된다. 그리고 상기 홀 속도센서(1)는 한 개의 부싱(14)에 의해 변속기내에서 움직이지 않도록 부착된다.

상기 홀 속도센서(1)는 회전하는 기어(20)와 인쇄회로 기판(11)에 장착된 홀 소자(17)와의 일정 거리(air-gap)에서 발생되는 거리차에 따라 자속의 변화를 감지하여 On/Off함으로써 회전속도에 따라 주파수가 바뀌는 전기적 신호를 홀 속도센서(1)의 터미널(13')를 통해 ECU(도시하지 않음)에 전달함으로써 회전체의 회전수를 제어할 수 있도록 구성된다.

다음은 상기 홀 속도센서(1)에 의해 기어(20)의 회전속도를 검출하는 과정을 설명한다.

상기 홀 속도센서(1)는 영구자석이 일정한 크기의 자장을 공급하고 있고, 일정간격의 톱니(21)를 가지고 회전하는 기어(20)와 일정거리(air-gap)를 유지하고 있다. 따라서 상기 기어(20)와 일정거리 내에서 기어(20)의 톱니(21)와 홀 속도센서(1)가 마주보게 되면 인쇄회로 기판(11)위에 장착된 홀 IC(17)가 가진 일정 이상의 자기장이 형성된다. 이때 홀 속도센서(1)의 터미널(13')통해 하이(HIGH)신호를 출력하게 된다.

즉, 상기 터미널(13')에서 출력되는 파형은 회전체의 톱니(21)와 홀 속도센서(1)가 마주보게 되면 도 4에서 도시하고 있는 하이파형의 높은 전압을 출력하게 된다.

또한, 상기 기어(20)의 톱니(21)와 홀 속도센서(1)가 멀어지게 되면 인쇄회로 기판(11)위에 장착된 홀 IC(17)가 가진 일정 이하의 자기장이 형성되어 상기 홀 속도센서(1)의 터미널(13')은 로우(LOW)신호를 출력하게 된다.

즉, 상기 회전체의 톱니(21)와 홀 속도센서(1)가 멀어지게 되면 도 4에서 도시하고 있는 로우파형의 낮은 전압값을 출력하게 된다.

이와 같이 본 고안은 상기 회전체와 홀 속도센서(1)와의 거리차에서 발생되는 자장의 변화를 감지하는 홀 IC에서 전기적 신호인 On/Off 신호를 출력함으로써 회전체의 속도를 검출하게 된다.

즉, 상기 홀 속도센서(1)의 터미널(13')은 홀 소자(17)가 감지한 회전체의 회전수 또는 회전 속도의 신호를 회전속도와 비례하는 주파수를 가지는 구형파를 발생한다. 따라서 상기 전압 출력 파형이 도 4에 도시하고 있는 바와 같이 주파수에 따라 연속적으로 형성됨으로써 회전체의 회전속도를 검출할 수 있다.

도 5는 본 고안의 홀 속도센서를 포함하는 자동차 동력전달 장치들의 구성도를 나타낸다.

상기 자동차 동력전달 장치의 구성도는 차량의 속도를 변화시킬 수 있는 변속기(2)와, 상기 차량의 변화된 속도를 측정하는 홀 속도센서(1)와, 상기 센서에 관한 모든 연산을 담당하는 ECU(4), 그리고 ECU(4)에서 출력한 신호에 따라 차량의 동력을 전달하는 엔진부(3)로 구성되어 진다.

상기 변속기(2) 내에 회전체가 움직이기 시작하면 상기 변속기내에 위치한 홀 속도센서(1)가 회전체의 회전 속도를 홀 소자를 이용하여 감지하고 전기적 신호를 상기 센서(1)내의 터미날(13')을 통해 ECU(4)로 출력하게 된다. 상기 ECU는 센서(1)로부터 입력받은 신호로 자동차의 엔진부(3)를 제어하게 된다. 따라서 상기 엔진부(3)는 ECU(4)에서 출력한 제어신호에 따라 자동차의 엔진을 구동시키게 된다. 또한 상기 엔진부(3)는 자동차 엔진의 동작에 따라 차량의 속도를 조절하는 변속기(2)로 제어신호를 다시 출력하게 된다.

따라서 본 고안의 홀 소자(Hall IC)를 이용한 차량용 속도센서는 부품의 수를 줄여 간단한 구조로 구성되었고, 변속기내에 있는 기어의 회전 속도에 정확하게 비례하는 주파수의 구형파를 발생시킴으로써 ECU에 정확한 신호를 제공하고, 크기와 부피를 줄여 공정에서 발생할 수 있는 비용 절감과 기계적 마모가 전혀없는 내구성 향상의 효과를 가져온다.

Claims (5)

1. 차량용 변속기내에 회전체와의 일정거리에서 발생되는 거리차에 따라 회전체의 회전 속도를 감지하기 위해 인쇄회로 기판에 장착된 홀 소자와;

   상기 홀 소자와 회전체 사이의 거리차에 따라 변화하는 자속을 형성시키는 영구자석과;

   상기 홀 소자가 감지한 신호를 출력하기 위한 터미널을 포함하여 구성되고;

   상기 구성요소들을 보호하기 위한 하우징이 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 홀 소자를 이용한 차량용 속도센서.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 회전체는, 금속체이고 톱니를 갖는 것을 포함하여 구성된 홀 소자를 이용한 차량용 속도센서.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 차량용 속도센서를 정확하게 고정시키기 위한 한 개의 부싱을 포함하여 구성된 홀 센서를 이용한 차량용 속도센서.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 하우징은,

   상기 인쇄회로 기판과 홀 소자를 보호하기 위한 금속체인 캔과,

   상기 영구자석과 터미널을 보호하기 위한 플라스틱 몰딩부를 포함하여 구성되는 홀 소자를 이용한 차량용 속도센서.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 인쇄회로 기판 및 홀 소자는 상기 캔과 절연되도록 절연체를 사이에 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 홀 소자를 이용한 차량용 속도센서.