KR20030031611A - 토크센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 파워스티어링장치 등에 적용되는 토크센서에 관한 것으로, 제조가 용이할 뿐 아니라 주변조건의 변화와 무관하게 항상 정확한 토크의 검출이 가능하도록 한 것이다.

이를 위한 본 발명은 하우징 내에 회전 가능하게 설치되며 하우징의 외부로 연장되는 일단이 조향핸들과 연결되는 입력축과, 입력축과 토션바를 매개로 동축상에 연결되는 출력축과, 입력축과 함께 회전하도록 입력축 외주부에 축방향으로 상호 이격된 상태에서 고정되며 그 재질이 자속의 흐름을 차단하는 비자성체로 된 원판형의 제1검출링 및 제2검출링과, 제1검출링에 양면이 관통하도록 형성되며 상호 등간격을 이루도록 방사상으로 배치된 다수의 제1검출홈과, 제1검출홈과 동일한 형태로 제2검출링에 형성되되 제1검출홈의 위치와 소정의 위상차를 갖도록 배치되며 제1검출홈과 동수(同數)로 구성되는 제2검출홈과, 제1검출링과 제2검출링의 사이에 배치되되 자성체로 된 다수의 검출바가 방사상으로 연장되도록 마련되며 그 중심부가 출력축과 함께 회전하도록 연결되는 검출부재와, 제1검출홈을 통하는 자속의 변화를 검출하도록 제1검출링과 근접하여 설치되는 제1검출코일조립체와, 제2검출홈을 통하는 자속의 변화를 검출하도록 제2검출링과 근접하여 설치되는 제2검출코일조립체를 포함하는 것이다.

Description

토크센서{Torque Sensor}

본 발명은 차량의 파워스티어링장치 등에 적용되는 토크센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 검출코일의 인덕턴스 변화를 이용해 토크를 검출할 수 있도록 한 토크센서에 관한 것이다.

차량용 파워스티어링장치로는 전자제어식 유압 파워스티어링장치와 전동(電動)식 파워스티어링장치가 있다. 전자는 조향토크를 검출한 후 유압발생수단을 통해 차속과 조향각도 등을 고려한 조향보조력이 발생되도록 하는 장치이고, 후자는 조향토크를 검출한 후 전동기의 구동을 통해 조향토크에 대응하는 조향보조력이 발생되도록 하는 장치이다. 이러한 파워스티어링장치에는 모두 조향토크를 검출하기 위한 토크센서가 채용된다.

파워스티어링장치에 사용되는 종래 토크센서는 도 1에 도시된 바와 같이, 조향핸들(미도시)과 연결되는 입력축(1)과, 바퀴측의 조향장치(미도시)와 연결되는 출력축(2), 그리고 입력축(1)과 출력축(2)을 동축상으로 연결하는 토션바(3)를 구비한다. 그리고 이러한 축들은 원통형으로 된 외측의 하우징(4) 및 도시하지 않은 별도의 지지수단을 통해 회전 가능한 상태로 지지된다.

입력축(1)의 외주부에는 입력축(1)과 함께 회전하는 것으로 자성체로 된 원통형의 제1검출코어(5)과 제2검출코어(6)가 축방향으로 이격되어 설치되고, 출력축(2) 단부에는 출력축(2)과 함께 회전하는 것으로 자성체로 된 원통형의 제3검출코어(7)가 제2검출코어(6)의 단부와 소정간격 이격된 상태로 설치된다. 그리고 제1검출코어(5)의 단부 및 제2검출코어(6)와 제3검출코어(7)가 상호 마주하는 단부에는 원주방향으로 상호 등 간격을 이루도록 형성된 다수의 치부(5a,6a,7a)가 마련된다.

또 하우징(4)의 내측에는 보빈에 코일이 권선된 형태로 된 온도보상 검출코일조립체(8)와 자기저항 검출코일조립체(9)가 설치된다. 이때 온도보상 검출코일조립체(8)는 제1검출코어(5)와 제2검출코어(6)의 이격된 부분 외측을 감싸는 형태로 설치되고, 자기저항 검출코일조립체(9)는 제2검출코어(6)와 제3검출코어(7)의 이격된 부분 외측을 감싸는 형태로 설치된다. 그리고 두 검출코일조립체(8,9) 사이에는 상호 간격이 유지되도록 하는 이격부재(10)가 개재되며, 하우징(4)의 하부에는 두 검출코일조립체(8,9)를 고정하기 위한 고정링(11)이 체결된다.

이러한 구성의 종래 토크센서는 입력축(1)에 회전력이 인가되어 토션바(3)의 비틀림이 발생하면 제2검출코어(6)와 제3검출코어(7)의 상대회전이 생긴다. 그리고 이러한 상대회전을 통해 제2검출코어(6) 치부(6a)와 제3검출코어(7) 치부(7a)의 대향면적이 변하면서 자기저항 검출코일조립체(9)의 인덕턴스가 변화하므로, 자기저항 검출코일조립체(9)에는 상대회전에 따라 변화하는 유도전압이 생성된다. 그리고 이러한 동작이 이루어질 때 토크센서는 상부의 제1검출코어(5)와 제2검출코어(6) 사이에 상대회전이 발생하지 않는 상태에서 회전이 되므로, 온도보상 검출코일조립체(8)를 통해서도 소정의 유도전압이 생기는데, 온도보상 검출코일조립체(8)를 통해 유도되는 전압과 자기저항 검출코일조립체(9)를 통해 유도되는 전압의 차이를 구하여 토션바(3)에 가해지는 토크를 검출한다. 이는 주변온도의 변화에 따라 검출코일조립체(8,9)에 유도되는 전압이 변하더라도 두 검출코일조립체(8,9)의 전압편차를 통해 토크를 검출함으로써 온도변화에 따른 검출오차를 줄일 수 있게 한 것이다.

그러나 이러한 구성의 종래 토크센서는 제1, 제2, 제3검출코어(5,6.7)가 원통형부재의 단부에 치형(5a,6a,7a)이 형성된 구조로 마련되기 때문에, 구조가 복잡하여 이를 제조하기 어려운 문제가 있을 뿐 아니라 제조비용이 비싼 결점이 있었다.

또한 종래 토크센서는 온도보상 검출코일조립체(8)를 통해 주변조건(온도 등)의 변화에 따른 검출오차를 줄일 수 있도록 한 것이기는 하지만, 자기저항 검출코일조립체(9)를 통해 유도되는 전압의 변화정도와 온도보상 검출코일조립체(8)를 통해 유도되는 전압의 변화정도가 일정하지 않기 때문에 주변조건 변화에 따른 검출오차가 생겨 토크를 정확하게 검출할 수 없는 결점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 제조가 용이할 뿐 아니라 주변조건의 변화와 무관하게 항상 정확한 토크를 검출할 수 있도록 하는 토크센서를 제공하는 것이다.

도 1은 종래 토크센서의 구성을 보인 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 토크센서의 구성을 보인 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 토크센서의 요부 분해 사시도이다.

도 4는 도 2의 'Ⅳ'부 상세도이다.

도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ'선에 따른 단면도로, 상대회전이 생기지 않은 상태를 도시한 것이다.

도 6과 도 7은 도 4의 Ⅴ-Ⅴ'선에 따른 단면도로, 검출바에 대하여 검출링이 A 또는 B방향으로 회전된 상태를 도시한 것이다.

도 8은 본 발명에 따른 토크센서의 제1검출코일조립체와 제2검출코일조립체 인덕턴스변화를 보인 그래프이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

20: 하우징, 21: 입력축,

22: 출력축, 23: 토션바,

27: 회로기판, 31: 제1검출링,

31b: 제1검출홈, 32: 제2검출링,

32b: 제2검출홈, 32d: 통과홈,

33: 검출부재, 33a: 검출바,

33c: 연결부, 34a,34b,34c,34d: 이격부재,

35: 제1검출코일조립체, 36: 제2검출코일조립체,

L1: 제1검출코일조립체의 인덕턴스변화선

L2: 제2검출코일조립체의 인덕턴스변화선

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 토크센서는, 하우징과, 상기 하우징 내에 회전 가능하게 설치되며 상기 하우징의 외부로 연장되는 일단이 조향핸들과 연결되는 입력축과, 상기 입력축과 토션바를 매개로 동축상에 연결되는 출력축과, 상기 입력축과 함께 회전하도록 상기 입력축 외주부에 축방향으로 상호 이격된 상태에서 고정되며 그 재질이 자속의 흐름을 차단하는 비자성체로 된 원판형의 제1검출링 및 제2검출링과, 상기 제1검출링에 양면이 관통하도록 형성되며 상호 등간격을 이루도록 방사상으로 배치된 다수의 제1검출홈과, 상기 제1검출홈과 동일한 형태로 상기 제2검출링에 형성되되 상기 제1검출홈의 위치와 소정의 위상차를 갖도록 배치되며 상기 제1검출홈과 동수(同數)로 구성되는 제2검출홈과, 상기 제1검출링과 제2검출링의 사이에 배치되되 자성체로 된 다수의 검출바가 방사상으로 연장되도록 마련되며 그 중심부가 상기 출력축과 함께 회전하도록 연결되는 검출부재와, 상기 제1검출홈을 통하는 자속의 변화를 검출하도록 상기 제1검출링과 근접하여 설치되는 제1검출코일조립체와, 상기 제2검출홈을 통하는 자속의 변화를 검출하도록 상기 제2검출링과 근접하여 설치되는 제2검출코일조립체를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제1검출링과 제2검출링이 상기 입력축에 결합될 때 상기 제1검출홈과 제2검출홈의 위치가 결정된 상태로 고정될 수 있도록 상기 입력축의 외면에는길이방향으로 길게 형성된 결합홈이 마련되고, 상기 제1검출링과 상기 제2검출링의 내주부에는 상기 결합홈에 대응하여 결합되는 돌기가 형성된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 입력축의 외면에는 상기 제2검출코일조립체, 제2검출링, 검출부재, 제1검출링, 제1검출코일조립체가 차례로 끼워져 결합되고, 각 구성요소 사이에는 상호간의 간격유지를 위한 이격수단과, 상기 제1검출코일조립체와 제2검출코일조립체를 고정하는 고정수단이 마련된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 이격수단은 자속이 통과하는 비자성체로 마련되되, 그 중앙에 상기 입력축이 관통하는 관통공이 형성되고 소정의 두께를 구비한 원판형상의 이격부재인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 고정수단은 상기 제2검출코일조립체가 걸려서 지지되도록 상기 입력축의 일단부 외면에 돌출하도록 마련된 지지턱과, 상기 제1검출코일조립체가 상기 입력축의 외면에 끼워진 상태에서 상기 제1검출코일조립체를 지지하도록 상기 입력축의 외면에 체결되는 고리형의 체결부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 검출부재는 방사상으로 배치된 상기 다수의 검출바와 일체로 구성되며 상기 입력축의 외측에 회전 가능하게 끼워지는 링형상의 지지부와, 상기 출력축과 연결되도록 상기 지지부로부터 상기 출력축 외면 쪽으로 연장되는 연결부를 구비하며, 상기 입력축에 고정되는 상기 제2검출링의 내주부에는 상기 연결부가 통과되도록 함과 동시에 상기 연결부의 회전을 소정각도 허용하도록 상기 연결부의 폭보다 크게 형성되는 통과홈이 마련된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 출력축의 외면에는 상기 연결부와의 결합을 위한 연결수단이 마련되되, 이 연결수단이 상기 연결부가 끼워지도록 상기 출력축의 외면에 형성된 연결홈인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제1검출코일조립체와 제2검출코일조립체는 외주부가 상기 하우징의 내면에 지지되고 내주부가 상기 입력축의 외면과 이격된 상태로 상기 입력축의 외측에 끼워지는 원형의 보빈과, 상기 보빈에 권선되는 코일을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 하우징의 외측에는 상기 제1검출코일 및 제2검출코일과의 접속을 위한 핀형상의 제1접속부와 제2접속부를 갖는 회로기판이 설치되며, 상기 회로기판이 설치될 때 상기 제1접속부와 제2접속부가 상기 하우징에 형성된 관통공을 통해 상기 하우징 내부로 진입되면서 상기 제1검출코일과 제2검출코일에 접속되도록 된 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 토크센서는 도 2에 도시된 바와 같이, 하우징(20)의 내부에 토션바(23)를 매개로 동축상에 연결된 입력축(21)과 출력축(22)을 구비하며, 입력축(21)과 출력축(22)은 하우징(20) 내에 설치되는 베어링(24,25)을 통해 회전 가능한 상태로 지지된다. 또 입력축(21)은 도시하지는 않았지만 통상적인 차량의 조향핸들과 연결되어 조향핸들과 함께 회전하도록 구성되고, 출력축(22)은 일측의 피니언기어부(22a)가 통상적인 파워스티어링장치의 랙바(26)와 치합되도록 구성된다. 따라서 운전자가 조향핸들을 회전시키는 동작에 의해 발생하는 조향력은입력축(21), 토션바(23), 출력축(22) 및 파워스티어링장치를 통해 차량의 바퀴 쪽으로 전해진다.

또 하우징(20) 내부의 입력축(21) 외면에는 입력축(21)이 회전할 때 함께 회전하도록 입력축(21)의 외면에 고정되며 상호 축방향으로 이격된 위치에 배치되는 제1검출링(31)과 제2검출링(32)이 각각 설치되고, 제1검출링(31)과 제2검출링(32) 사이에 출력축(22)과 함께 회전하도록 검출부재(33)가 설치된다. 또한 하우징(20) 내에는 제1검출링(31)과 인접하는 입력축(21)의 일측 외주부에 교류전원의 인가시 자장을 형성하는 제1검출코일조립체(35)가 설치되고, 제2검출링(32)과 인접하는 입력축(21)의 타측 외주부(출력축 쪽)에 제1검출코일조립체(35)와 동일한 형태의 제2검출코일조립체(36)가 설치된다.

제1검출링(31)과 제2검출링(32)은 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 소정의 두께를 갖는 원판형상으로 마련되며, 입력축(21)의 외면에 끼워져 결합될 수 있도록 중앙에 관통공(31a,32a)이 형성된다. 또 원판형으로 된 제1검출링(31)과 제2검출링(32)의 표면에는 양면이 관통하도록 형성되며 상호 등 간격을 이루도록 방사상으로 배치된 다수의 제1검출홈(31b)과 제2검출홈(32b)이 각각 형성된다. 제1검출홈(31b)과 제2검출홈(32b)의 크기 및 수량은 동일하게 구성된다. 여기서 본 발명에 따른 토크센서는 상술한 입력축(21)과 출력축(22)을 통한 자속의 흐름이 가능하도록 입력축(21)과 출력축(22)이 철(Fe) 등의 자성체로 이루어지는 반면에, 제1검출링(31)과 제2검출링(32)이 자속의 흐름을 차단하는 도전성 비자성체(알루미늄 등)로 구성된다. 이러한 구성은 제1검출코일조립체(35)와제2검출코일조립체(36)로부터 생기는 자속의 흐름이 제1검출링(31)과 제2검출링(32)에 형성된 제1검출홈(31b)과 제2검출홈(32b)을 통해서 흐를 수 있도록 한 것이다.

또 제1검출링(31)과 제2검출링(32)이 회전이 제한된 상태로 입력축(21)에 끼워져 결합될 수 있도록 입력축(21) 외면에는 길이방향으로 길게 형성되는 복수의 결합홈(41)이 마련되고, 제1검출링(31)과 제2검출링(32)의 관통공(31a,32a) 내주부에는 결합홈(41)의 형상에 대응하는 복수의 돌기(31c,32c)가 각각 형성된다. 이때 제1검출링(31)과 제2검출링(32)은 도 5에 도시된 바와 같이, 제1검출홈(31b)의 위치와 제2검출홈(32b)의 위치가 소정의 위상차를 갖도록 배치된다. 이를 위해서는 제1검출링(31)과 제2검출링(32)의 각 검출홈(31b,32b)의 형성위치를 다르게 하거나, 돌기(31c,32c)의 형성위치를 다르게 하면된다.

제1검출링(31)과 제2검출링(32) 사이에 배치되는 검출부재(33)는 제1검출홈(31b)과 제2검출홈(32b)에 근접하도록 방사상으로 배치된 다수의 검출바(33a)와, 검출바(33a)와 일체로 구성되며 입력축(21)의 외측에 회전 가능하게 끼워지는 지지부(33b), 그리고 출력축(22)과의 연결을 위해 지지부(33b)로부터 출력축(22)의 외면 쪽으로 연장되는 복수의 연결부(33c)를 구비한다. 이때 검출바(33a)는 자속의 흐름이 가능한 자성체로 구성되며, 제1검출홈(31b) 및 제2검출홈(32b)의 수량과 동일한 수량으로 마련된다. 이러한 검출부재(33) 및 상술한 제1검출링(31)과 제2검출링(32)은 판형부재를 프레스가공을 통해 절단하거나 절곡시키는 방법으로 용이하게 제조할 수 있다.

검출부재(33)의 연결부(33c)는 입력축(21)의 외면에 고정되는 제2검출링(32)을 통과하도록 연장되어 출력축(22)의 외면에 고정되는데, 이러한 구성이 가능하도록 제2검출링(32)의 내주부에는 연결부(33c)가 통과되도록 함과 동시에 연결부(33c)의 회전을 소정각도 허용하도록 연결부(33c)의 폭보다 크게 형성되는 복수의 통과홈(32d)이 형성된다. 또 출력축(22)의 단부 외면에는 통과홈(32d)을 통해 출력축(22) 쪽으로 연장된 연결부(33c)가 대응하여 고정될 수 있도록 소정깊이 함몰된 복수의 연결홈(22b)이 형성된다.

이러한 검출부재(33)의 검출바(33a)는 도 5에 도시된 바와 같이, 제1검출링(31)과 제2검출링(32)의 상하 중앙에 배치되며, 양측이 제1검출홈(31b)과 제2검출홈(32b)에 겹친 상태가 되도록 배치된다. 좀더 상세히 설명하면, 제1검출홈(31b)의 폭(W1), 제2검출홈(32b)의 폭(W2), 검출바(33a)의 폭(W3)을 모두 동일한 크기로 한 상태에서 제1검출홈(31b)의 일측 단부로부터 제2검출홈(32b)의 타측 단부까지의 폭을 'W'라 할 때, W = W1 + W2 가 되도록 하고, W/2의 위치에, 즉 제1검출홈(31b)과 제2검출홈(32b)의 경계부에 검출바(33a)의 중심부가 위치되도록 한다. 이러한 배치구조는 입력축(21)의 회전으로 제1검출링(31)과 제2검출링(32)이 도면상의 좌측 또는 우측으로 회전하는 동작에 의해 두 검출링(31,32)과 검출바(33a)의 상대적인 회전이 발생할 때, 두 검출홈(31b,32b)과 검출바(33a)의 겹침이 변하고, 겹침의 정도에 따라 자기저항이 변하면서 제1검출코일조립체(35)와 제2검출코일조립체(36)에 유도되는 전압이 변화할 수 있도록 한 것이고, 이러한 전압변화의 검출을 통해 토크를 검출할 수 있도록 한 것이다. 보다상세한 내용은 전체적인 동작설명과 아울러 후술한다.

제1검출코일조립체(35)와 제2검출코일조립체(36)는 도 2와 도 4에 도시된 바와 같이, 통상적인 원형의 보빈(35a,36a)에 코일(35b,36b)이 권선되는 형태로 구성되며, 코일(35b,36b)이 권선된 부분이 각각 제1검출링(31)과 제2검출링(32)을 향하도록 배치된다. 이때 두 검출코일조립체(35,36)의 보빈(35a,36a) 내주부는 입력축(21)의 외면과 이격된 상태가 되도록 내경이 입력축(21)보다 크게 형성된다. 그리고 보빈(35a,36a)의 외주부는 하우징(20)의 내면에 지지되는데, 보빈(35a,36a)의 외주부 일측에는 그 외경보다 크게 마련되는 턱부(35c,36c)가 구비됨으로써 이 턱부(35c,36c)를 제외한 대부분이 하우징(20)의 내면으로부터 이격되도록 설치된다.

또한 본 발명에 따른 토크센서는 제1검출코일조립체(35)와 제2검출코일조립체(36), 제1검출링(31)과 제2검출링(32), 그리고 검출부재(33)가 입력축(21)의 외면에 결합된 상태에서 하우징(20)의 내부에 결합되는데, 이러한 각 구성요소 사이에는 상호간의 간격이 유지된 상태로 결합될 수 있도록 소정의 두께를 갖는 원판형상의 이격부재(34a,34b,34c,34d)가 개재된다. 그리고 입력축(21)에는 조립이 완료된 상태에서 제1검출코일조립체(35)와 제2검출코일조립체(36)가 축방향으로 이동하지 않도록 고정하기 위한 고정수단이 마련된다.

여기서 이격부재(34a,34b,34c,34d)는 각 구성요소가 회전을 하더라도 상호간의 간격을 유지한 상태에서 결합될 수 있도록 한 것으로 자속의 통과를 허용하는 수지재 등의 비자성체로 마련된다. 그리고 고정수단은 제2검출코일조립체(36)가 걸려서 지지되도록 출력축(22)과 인접하는 입력축(21)의 단부 외면에 돌출하도록 일체로 마련된 복수의 지지턱(42)과, 입력축(21) 외면에 상기 구성들이 결합된 상태에서 제1검출코일조립체(35)를 지지하도록 입력축(21) 외면에 형성된 결합홈(44)에 체결되는 고리형의 체결부재(43, 통상의 스냅링)로 구성된다.

이러한 고정수단의 구성은 도 3에 도시한 바와 같이, 입력축(21)의 외주부에 결합되는 각 구성요소들을 도면상의 입력축(21) 상부로부터 차례로 끼운 후, 제1검출코일조립체(35)가 체결부재(43)를 통해 고정됨으로써 상호간의 간격이 일정하게 유지되고, 축방향의 이동이 제한된 상태로 결합될 수 있게 한 것이다. 이러한 결합방법을 좀더 상세히 설명하면, 입력축(21)의 상부(지지턱이 형성되지 않은 쪽)로부터 차례로 제2검출코일조립체(36), 이격부재(34d), 제2검출링(32), 이격부재(34c), 검출부재(33), 이격부재(34b), 제1검출링(31), 이격부재(34a), 제1검출코일조립체(35)를 끼우고 마지막으로 체결부재(43)를 체결한다.

이러한 조립이 완료된 후에는 입력축(21)과 출력축(22)을 하우징(20) 내에 진입시켜 설치한다. 그리고 하우징(20)의 외부 일측에는 회로기판(27)이 수용되도록 설치되는데, 이 회로기판(27)은 제1검출코일조립체(35) 및 제2검출코일조립체(36)와 전기적인 접속을 이루는 핀형상의 제1접속부(28a)와 제2접속부(28b)가 마련된다. 이는 회로기판(27)이 설치될 때 제1접속부(28a)와 제2접속부(28b)가 하우징(20)에 형성된 관통공(29)을 통해 하우징(20) 내부로 진입되면서 제1검출코일조립체(35)와 제2검출코일조립체(36)에 직접 끼워지면서 전기적인 접속이 이루어지도록 한 것이다.

다음은 이러한 구성의 본 발명에 따른 토크센서의 동작을 설명한다.

운전자가 조향핸들을 조작하지 않아 입력축(21)이 회전하지 않을 때에는 입력축(21)과 출력축(22) 사이의 상대회전은 발생하지 않는다. 따라서 이때는 도 5에 도시된 바와 같이, 제1검출링(31) 및 제2검출링(32)과 검출부재(33) 사이에도 상대회전이 발생하지 않아 검출바(33a)의 양측이 두 검출홈(31b,32b)에 각각 절반씩 걸쳐진 상태로 유지된다.

운전자가 조향핸들을 조작하여 입력축(21)에 회전력이 가해지면, 이 회전력은 토션바(23)를 통해 출력축(22)에 전해진다. 이때 출력축(22)에는 차량바퀴의 노면 마찰력 등으로 인해 저항력이 생기기 때문에 토션바(23)가 소정각도 비틀리면서 입력축(21)과 출력축(22) 사이에 상대회전이 생기고, 입력축(21)에 의해 함께 회전하는 두 검출링(31,32)과 검출바(33a) 사이에도 상대회전이 생긴다.

도 6에 도시된 바와 같이, 입력축(21)의 회전으로 제1검출링(31)과 제2검출링(32)이 도면상의 A방향으로 회전할 때는 제1검출홈(31b)과 검출바(33a)가 겹치는 면적은 작아지고 제2검출홈(32b)과 검출바(33a)가 겹치는 면적은 커진다. 이때 제1검출링(31)과 제2검출링(32)은 자속의 통과가 어려운 비자성체이고, 검출부재(33)의 검출바(33a)는 자성체이며 이격부재(34b,34b)는 자속이 통과하기 때문에 검출홈(31b,32b)과 검출바(33a)가 겹치는 면적의 증감에 따라 검출홈(31b,32b)을 통하는 자속흐름의 증감이 야기된다. 따라서 도 6에 도시한 경우처럼 제1검출링(31)과 제2검출링(32)이 A방향으로 회전하는 경우에는 제1검출홈(31b)을 통하는 자속의 흐름이 감소하고 제2검출홈(32b)을 통하는 자속의 흐름이 증가한다.결국 도 8에 도시한 바와 같이, 전자기 유도원리에 따라 제1검출코일조립체(35)에는 인덕턴스(L1)가 감소하여 유도되는 출력전압이 낮아지지만 제2검출코일조립체(36)에는 인덕턴스(L2)가 증가하여 유도되는 출력전압이 높아진다.

반대로, 도 7에 도시한 경우처럼 입력축(21)이 상술한 경우와 반대로 회전되어 제1검출링(31)과 제2검출링(32)이 B방향으로 회전할 때는 제1검출홈(31b)과 검출바(33a)가 겹치는 면적은 커지고 제2검출홈(32b)과 검출바(33a)가 겹치는 면적은 작아진다. 따라서 이때는 제1검출홈(31b)을 통하는 자속의 흐름이 증가하고 제2검출홈(32b)을 통하는 자속의 흐름이 감소하기 때문에, 제1검출코일조립체(35)에는 도 8에 도시한 바와 같이, 인덕턴스(L1)가 증가하여 유도되는 출력전압이 높아지지만 제2검출코일조립체(36)에는 인덕턴스(L2)가 감소하여 유도되는 출력전압이 낮아진다.

이처럼 입력축(21)과 출력축(22)이 소정각도 범위 내에서 상대 회전할 경우, 제1검출코일조립체(35)와 제1검출코일조립체(36)의 인덕턴스(L1,L2) 변화 및 그에 따른 출력전압의 변화는 상호 반대로 증감될 뿐 아니라 선형적으로 변화한다. 따라서 입력축(21)의 토크는 두 검출코일조립체(35,36)를 통해 유도되는 출력전압의 차이를 구하는 것을 통해 정확히 검출할 수 있다.

또한 본 발명은 주변의 조건(온도 등)이 변화하더라도 제1검출코일조립체(35)와 제2검출코일조립체(36)를 통해 유도되는 출력전압이 동일한 경향으로 증가하거나 감소되도록 변화하기 때문에, 두 검출코일조립체(35,36)에야기되는 유도전압의 차를 구하는 방식으로 토크를 검출하면 주변조건의 변화와 무관하게 항상 정확한 토크변화의 검출이 가능해진다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 토크센서는 토크의 검출을 위한 제1검출링, 제2검출링, 검출부재의 구성이 종래 토크센서의 원통형 검출코어의 구성에 비하여 크게 단순화되기 때문에, 전체적인 구조가 간단해져 제조가 용이할 뿐 아니라 제조비용이 크게 절감되는 효과가 있다.

또한 본 발명은 제1검출코일조립체와 제2검출코일조립체를 통해 유도되는 출력전압이 동일한 경향으로 증가하거나 감소되도록 변화하고, 두 검출코일조립체에 야기되는 유도전압의 차를 구하는 방식으로 토크를 검출하기 때문에, 온도 등의 주변조건의 변화와 무관하게 항상 일정하고 정확한 토크의 검출이 가능한 효과가 있다.

Claims (10)

1. 하우징과, 상기 하우징 내에 회전 가능하게 설치되며 상기 하우징의 외부로 연장되는 일단이 조향핸들과 연결되는 입력축과, 상기 입력축과 토션바를 매개로 동축상에 연결되는 출력축과, 상기 입력축과 함께 회전하도록 상기 입력축 외주부에 축방향으로 상호 이격된 상태에서 고정되며 그 재질이 자속의 흐름을 차단하는 비자성체로 된 원판형의 제1검출링 및 제2검출링과, 상기 제1검출링에 양면이 관통하도록 형성되며 상호 등간격을 이루도록 방사상으로 배치된 다수의 제1검출홈과, 상기 제1검출홈과 동일한 형태로 상기 제2검출링에 형성되되 상기 제1검출홈의 위치와 소정의 위상차를 갖도록 배치되며 상기 제1검출홈과 동수(同數)로 구성되는 제2검출홈과, 상기 제1검출링과 제2검출링의 사이에 배치되되 자성체로 된 다수의 검출바가 방사상으로 연장되도록 마련되며 그 중심부가 상기 출력축과 함께 회전하도록 연결되는 검출부재와, 상기 제1검출홈을 통하는 자속의 변화를 검출하도록 상기 제1검출링과 근접하여 설치되는 제1검출코일조립체와, 상기 제2검출홈을 통하는 자속의 변화를 검출하도록 상기 제2검출링과 근접하여 설치되는 제2검출코일조립체를 포함하는 것을 특징으로 하는 토크센서.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1검출링과 제2검출링이 상기 입력축에 결합될 때 상기 제1검출홈과 제2검출홈의 위치가 결정된 상태로 고정될 수 있도록 상기 입력축의 외면에는 길이방향으로 길게 형성된 결합홈이 마련되고, 상기 제1검출링과 상기 제2검출링의 내주부에는 상기 결합홈에 대응하여 결합되는 돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 토크센서.
3. 제1항에 있어서,

   상기 입력축의 외면에는 상기 제2검출코일조립체, 제2검출링, 검출부재, 제1검출링, 제1검출코일조립체가 차례로 끼워져 결합되고, 각 구성요소 사이에는 상호간의 간격유지를 위한 이격수단과, 상기 제1검출코일조립체와 제2검출코일조립체를 고정하는 고정수단이 마련된 것을 특징으로 하는 토크센서.
4. 제3항에 있어서,

   상기 이격수단은 자속이 통과하는 비자성체로 마련되되, 그 중앙에 상기 입력축이 관통하는 관통공이 형성되고 소정의 두께를 구비한 원판형상의 이격부재인 것을 특징으로 하는 토크센서.
5. 제3항에 있어서,

   상기 고정수단은 상기 제2검출코일조립체가 걸려서 지지되도록 상기 입력축의 일단부 외면에 돌출하도록 마련된 지지턱과, 상기 제1검출코일조립체가 상기 입력축의 외면에 끼워진 상태에서 상기 제1검출코일조립체를 지지하도록 상기 입력축의 외면에 체결되는 고리형의 체결부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 토크센서.
6. 제1항에 있어서,

   상기 검출부재는 방사상으로 배치된 상기 다수의 검출바와 일체로 구성되며 상기 입력축의 외측에 회전 가능하게 끼워지는 링형상의 지지부와, 상기 출력축과 연결되도록 상기 지지부로부터 상기 출력축 외면 쪽으로 연장되는 연결부를 구비하며,

   상기 입력축에 고정되는 상기 제2검출링의 내주부에는 상기 연결부가 통과되도록 함과 동시에 상기 연결부의 회전을 소정각도 허용하도록 상기 연결부의 폭보다 크게 형성되는 통과홈이 마련된 것을 특징으로 하는 토크센서.
7. 제6항에 있어서,

   상기 출력축의 외면에는 상기 연결부와의 결합을 위한 연결수단이 마련된 것을 특징으로 하는 토크센서.
8. 제7항에 있어서,

   상기 연결수단은 상기 연결부가 끼워지도록 상기 출력축의 외면에 형성된 연결홈인 것을 특징으로 하는 토크센서.
9. 제1항에 있어서,

   상기 제1검출코일조립체와 제2검출코일조립체는 외주부가 상기 하우징의 내면에 지지되고 내주부가 상기 입력축의 외면과 이격된 상태로 상기 입력축의 외측에 끼워지는 원형의 보빈과, 상기 보빈에 권선되는 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 토크센서.
10. 제1항에 있어서,

    상기 하우징의 외측에는 상기 제1검출코일 및 제2검출코일과의 접속을 위한 핀형상의 제1접속부와 제2접속부를 갖는 회로기판이 설치되며,

    상기 회로기판이 설치될 때 상기 제1접속부와 제2접속부가 상기 하우징에 형성된 관통공을 통해 상기 하우징 내부로 진입되면서 상기 제1검출코일과 제2검출코일에 접속되도록 된 것을 특징으로 하는 토크센서.