KR200287950Y1 - 토크센서 - Google Patents

Abstract

본 고안은 축에 작용하는 토크를 검출하는 토크센서에 관한 것이다. 본 고안은 구동축(2)과 피구동축(3)의 단부에 상호 대향되도록 설치된 검출링(6)(7)의 톱니부(6a)(7a) 폭을 이들 사이에 형성된 오목부(6b)(7b)의 폭보다 넓게 형성하고, 토션 바아(4)에 토크가 작용하지 않은 중립의 경우에는 상기 2개의 검출링(6)(7)의 톱니부(6a)(7a)의 톱니폭의 2/3부분(7도)이 서로 대향하고, 구동축(2)은 상기 2개의 검출링(6)(7)의 톱니부(6a)(7a)가 상기한 2/3부분(7도)의 대향위치를 기준으로 좌우로 5도의 각도 범위로 그 회전범위가 규제되는 것을 특징으로 하는 토크센서를 제공한다.

따라서, 종래의 토크센서에 비하여 출력값이 크고(넓고), 선형성이 향상되게 되므로 토션 바아에 작용하는 토크를 보다 정확하게 검출할 수 있게 된다.

Description

토크센서{TORQUE SENSOR}

본 고안은 축에 작용하는 토크(torque)를 검출하는 토크센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자기저항 검출코일조립체의 코일단전압의 출력값을 크게 하고, 선형성을 향상시킬 수 있도록 한 토크센서(torque sensor)에 관한 것이다.

도 1은 종래의 토크센서를 개략적으로 도시한 일부절제 단면도로서, 내부에 개재된 토션 바아(4)에 의해서 동축으로 연결된 구동축(2)과 피구동축(3)의 단부에 3개의 검출링(5)(6)(7)이 축방향으로 소정간격을 둔채 설치되고, 이들 3개의 검출링(5)(6)(7)의 단부에는 톱니부(5a)(6a)(7a)가 형성되어 있다.

그리고 센서 하우징(8)의 내부에는 이들 3개의 검출링(5)(6)(7)의 상호 대향되는 톱니부(5a)(6a)(7a)를 감싸는 상태로 이들과 각각 자기회로를 형성하는 온도보상 검출코일조립체(9)와 자기저항 검출코일조립체(10)가 각각 설치되어 있다.

그리고 도 2에 도시된 바와같이 구동축(2)의 단부에 설치된 검출링(6)과 이와 대향되는 피구동축(3)의 단부에 설치된 검출링(7)은, 토크가 작용하고 있지 않은 중립의 경우에는, 이들에 형성된 톱니부(6a)(7a)의 톱니폭(W)이 1/2부분이 서로 대향하고(도 2b), 구동축(2)은 양쪽 검출링(6)(7)의 톱니부(6a)(7a)가 1/2부분의 대향위치로부터 완전하게 대향하기 전의 위치까지의 회전범위(도 2a)와, 1/2부분의 대향위치로부터 완전하게 비대향으로 되기 전의 위치까지의 회전범위(도 2c)로 규제되어 있으며, 톱니부(6a)(7a)의 폭이 톱니부(6a)(7a)와 톱니부(6a)(7a) 사이의 오목부(6b)(7b)의 폭보다 좁게 형성되어 있다.

이와같이 구성된 종래의 토크센서는, 토션 바아(4)에 비틀림이 발생되면, 피구동축(3)의 단부에 설치된 검출링(7)의 톱니부(7a)와 이와 대응되는 구동축(2)의 단부에 설치된 검출링(6)의 톱니부(6a) 사이에서 대향면적의 변화가 발생되고, 이 변화에 의하여 자기저항 검출코일조립체(10)의 인덕턴스값이 변화되는 원리에 의해서 토션 바아(4)에 작용한 토크를 검출하게 된다.

그러나 이와같이 구성된 종래의 토크센서는 본 출원인의 실험결과, 자기저항 검출코일조립체(10)의 코일단전압은, 검출링(6)의 톱니부(6a)와 검출링(7)의 톱니부(7a)가 완전히 대향하기 전의 상태 또는 완전히 비대향하기 전의 상태로 되는 근방에서 그 출력값이 도 3에 도시된 바와같이 만곡선을 그리고 있어 선형성이 떨어지는 것을 알 수 있었다.

따라서 종래의 토크센서는 선형성이 떨어짐으로 인해 상대회전각도에 따라 자기저항검출코일조립체의 코일단전압의 변화율이 작고 불균일하여 토크를 정확하게 검출할 수 없는 문제점이 있었다.

본 고안은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 자기저항 검출코일조립체의 코일단전압의 출력값을 크게 하고 선형성을 향상시킴으로써 토크를 정확하게 검출할 수 있도록 한 토크센서를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 바와같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안은, 내부에 개재된 토션 바아에 의해서 동축으로 연결된 구동축 및 피구동축과, 상기 구동축과 피구동축의 단부에 상호 대향되도록 설치되며 상호 대향되는 단부에 톱니부가 형성되어 자기저항 검출코일조립체와 자기회로를 형성하는 2개의 검출링을 구비하는 토크센서에 있어서, 상기 2개의 검출링에 형성되는 톱니부는 볼록부의 폭이 이들 사이에 형성된 오목부의 폭보다 넓게 형성되고, 상기 토션 바아에 토크가 작용하지 않은 경우에는 상기 2개의 검출링에 형성된 톱니부 폭의 2/3 부분이 서로 대향하고, 상기 구동축은 상기 2개의 검출링에 형성된 톱니부가 상기한 2/3 부분의 대향위치를 기준으로 좌우로 5도의 각도 범위로 그 회전범위가 규제되는 것을 특징으로 하는 토크센서를 제공한다.

도 1은 종래 토크센서를 도시한 단면도.

도 2는 종래 토크센서의 검출링에 형성된 톱니부간의 대향상태를 도시한 일부발췌 확대도.

도 3은 종래 토크센서의 톱니부 대향각도와 출력값과의 관계를 나타내는 특성도.

도 4는 본 고안에 따른 토크센서의 톱니부간의 대향 상태를 도시한 일부발췌 확대도.

도 5는 본 고안에 따른 토크센서의 톱니부 대향각도와 출력값과의 관계를 나타내는 특성도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

2 : 구동축 3 : 피구동축

4 : 토션 바아 10 : 자기저항 검출코일 조립체

6,7 : 검출링 6a,7a : 톱니부

6b,7b : 오목부 W : 톱니부의 폭

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 고안에 따른 토크센서의 톱니부간의 대향 상태를 나타내는 개략도이고, 도 5는 본 고안에 따른 토크센서의 톱니부 대향각도와 출력값과의 관계를 나타낸 특성도이다.

먼저, 본 고안에 따른 토크센서는 도 1에 도시된 종래와 마찬가지로, 내부에 개재된 토션 바아(4)에 의해서 동축으로 연결된 구동축(2)과 피구동축(3)의 단부에 3개의 검출링(5)(6)(7)이 축방향으로 소정간격을 둔채 설치되고, 이들 검출링(5)(6)(7)의 단부에는 톱니부(5a)(6a)(7a)가 형성되며, 톱니부(5a)(6a)(7a)의 개수는 8개로 형성되어 있다.

그리고 본 고안의 특징에 따라서 3개의 검출링(5)(6)(7)에 형성된 톱니부(5a)(6a)(7a)의 폭(W)이 이들 사이에 형성된 오목부(5b)(6b)(7b)의 폭보다 넓게 형성된다.

이는 본 출원인이 구동축(2)과 피구동축(3)의 단부에 상호 대향되도록 설치된 검출링(6)(7)의 톱니부(6a)(7a)와 오목부(6b)(7b)의 폭의 비율을 달리하여 실험한 결과로서, 톱니부(6a)(7a)가 오목부(6b)(7b)보다 그 폭(W)이 넓어지면 출력값의 기울기가 증가함을 알 수 있었다. 이러한 기울기는 제어장치에서 각종 노이즈로부터 안정된 출력제어를 할 수 있도록 하는데 유리한 것으로서, 기울기가 높을수록 유리하다.

그리고, 구동축(2)과 피구동축(3)의 단부에 상호대향되게 설치되는 2개의 검출링(6)(7)은 도 4에 도시된 바와같이 톱니부(6a)(7a)가 소정각도로 대향되도록 설치된다.

즉, 토션 바아(4)에 토크가 작용하지 않은 중립의 경우에는, 도 4b에 도시된 바와같이 2개의 검출링(6)(7)에 형성된 톱니부(6a)(7a) 폭의 2/3 부분(7도)이 서로 대향하고, 상기 구동축(2)은 상기 2개의 검출링(6)(7)에 형성된 톱니부(6a)(7a)가 상기한 2/3부분(7도)의 대향위치를 기준으로 좌우로 5도의 각도 범위로 도 4a와 도 4c에 도시된 바와같이 그 회전범위가 규제되도록 설치된다.

이와같이 구성된 본 고안에 따른 토크센서의 작용을 도 5에 도시된 그래프를 통해 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 고안에 따른 토크센서에서는, 톱니부의 폭을 이들 사이에 형성된 오목부의 폭보다 넓게 형성한 것에 의해서 기울기가 도 3에 도시된 종래 토크센서에 비하여 크게 나타나는 것을 알 수 있으며, 이로 인하여 본 고안에서는 출력값이 크게(넓게) 됨으로써 외부 노이즈 및 분해능에서 유리한 이점을 가진다.

그리고 본 고안에서는 도 5에 도시된 바와같이 7도를 기준으로 좌우로 5도의 구간에서 거의 직선에 가까운 선형성이 나타나는 것을 알 수 있다.

따라서 본 고안에서는 이에 근거하여 토션 바아(4)에 토크가 작용하지 않은 중립의 경우를 7도(톱니부 폭의 2/3 부분이 대향)로 선정하고, 이 7도를 기준으로 좌우로 5도를 구동축(2)의 회전범위로 규제하였다.

따라서 본 고안에 따른 토크센서는 종래 방식에 비하여 출력값이 크고, 선형성이 향상되게 되어 토크를 보다 정확하게 검출할 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와같이 본 고안 토크센서에 의하면, 출력값의 크고(넓고), 선형성이 우수함으로써 토크를 보다 정확하게 검출할 수 있게 된다.

Claims (1)

1. 내부에 개재된 토션 바아에 의해서 동축으로 연결된 구동축 및 피구동축과, 상기 구동축과 피구동축의 단부에 상호 대향되도록 설치되며 상호 대향되는 단부에 복수개의 톱니부가 형성되어 자기저항 검출코일조립체와 자기회로를 형성하는 2개의 검출링을 구비하는 토크센서에 있어서,

   상기 검출링(6)(7)의 톱니부(6a)(7a) 폭을 이들 사이에 형성된 오목부(6b)(7b)의 폭보다 넓게 형성하고,

   상기 토션 바아(4)에 토크가 작용하지 않은 중립의 경우에는 상기 2개의 검출링(6)(7)의 톱니부(6a)(7a)의 톱니폭의 2/3부분이 서로 대향하고,

   상기 구동축(2)은 상기 2개의 검출링(6)(7)의 톱니부(6a)(7a)가 상기한 2/3부분의 대향위치를 기준으로 좌우로 5도의 각도 범위로 그 회전범위가 규제되는 것을 특징으로 하는 토크센서.