KR20050026419A - 전동 파워스티어링 장치 - Google Patents

전동 파워스티어링 장치 Download PDF

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KR20050026419A
KR20050026419A KR1020047021535A KR20047021535A KR20050026419A KR 20050026419 A KR20050026419 A KR 20050026419A KR 1020047021535 A KR1020047021535 A KR 1020047021535A KR 20047021535 A KR20047021535 A KR 20047021535A KR 20050026419 A KR20050026419 A KR 20050026419A
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sensor circuit
electric power
power steering
sensor
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KR1020047021535A
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지카라이시가즈오
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닛본 세이고 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은 전자(電磁) 요크 내에 배치된 코일권선을 이용하여 토크를 검출하기 위한 토크 센서를 구비한 전동 파워스티어링 장치에 관한 것이다. 그리고, 상기 전자 요크 내에 수납되는 코일 보빈과, 상기 코일 보빈의 일부를 외측으로 돌출시키는 단자대와, 상기 단자대에 돌출되어 설치된 연결핀을 설치했다. 또, 연결핀은 센서 회로 기판에 연결하기 위한 연결 부재를 구비하고, 상기 연결핀이 상기 센서 회로 기판에 의해서 덮여 은폐되지 않도록 했다.

Description

전동 파워스티어링 장치 {ELECTRIC POWER STEERING DEVICE}
본 발명은 회전샤프트에 발생하는 토크를 검출하는 전동 파워스티어링 장치의 토크 센서에 관한 것으로, 코일권선과 센서 회로 기판을 접속하기 위한 연결 부재의 개량에 관한 것이다.
차량에는 운전자의 피로를 경감시키고 안전하게 운전하도록 전동 파워스티어링 장치가 탑재된다. 이 전동 파워스티어링 장치는 모터의 구동력을 감속기를 통하여 기어 등의 전달기구에 의해 전달하여, 스티어링 샤프트를 보조하여 부하가 편향되도록 되어 있다.
여기에서, 전동 파워스티어링 장치의 스티어링 시스템의 개략적인 구조를 예를 들어 도 12에 나타낸다. 이 도면에 있어서, 스티어링 샤프트(51)는 스티어링 칼럼(52) 내에서 회전 가능하게 지지되고, 그 기단 측(도 12의 좌측)에는 토션바(torsion bar)(53)를 통하여, 입력샤프트(54)와 대략 원통형의 출력샤프트(55)가 연결되어 있다.
이 토션바(53)는 출력샤프트(55) 내에 관통하는 상태로 위치하고, 그 일단이 입력샤프트(54)에 압입 고정되고, 타단이 핀(56)에 의해서 출력샤프트(55)에 고정되어 있다.
또, 출력샤프트(55)의 외주에는 감속기 유닛(57)이 한 쌍의 볼 베어링(58, 58)에 의해 지지되어 있다. 이 감속기 유닛(57)은 출력샤프트(55)의 외주에 장착된 웜 휠(59)과, 상기 웜 휠(59)에 맞물리는 웜(60)과, 상기 웜(60)을 로터샤프트(61)에 장착한 모터로 이루어지고, 모터의 회전을 감속하여 토크를 전달하도록 되어 있다.
또, 감속기 유닛(57)의 선단 측(도 12의 우측)에는 토션바(53)에 생기는 비틀림 각도로 토크를 검출하는 토크 센서(62)가 배치되고, 상기 토크 센서(62)는 출력샤프트(55)의 선단에 형성된 스플라인홈(63)의 외주에, 입력샤프트(54)에 접촉한 대략 원통형의 슬립(64)이 배치되고, 그 외주에 전자(電磁) 요크(65)와 상기 전자 요크(65) 내에 코일권선(66)이 감긴 코일 보빈(67)이 배치되어 있다.
이 코일 보빈(67)에는 반경 방향 및 축 방향의 외측에 단자대(68)가 연장되어 있어, 상기 단자대(68)에는 금속제의 연결핀(69)이 돌출 설치되도록 되어 있다. 여기에서, 연결핀(69)에는 코일권선(66)의 단부를 얽히게 한 후, 연결핀(69)을 땜납조에 담가 코일권선(66)의 단부의 피복재를 용해시킴으로써, 코일권선(66)과 연결핀(69)을 도통시키도록 되어 있다.
그리고, 토크 센서(62)의 상방에는 센서 하우징(70)이 형성되어 있고, 이 센서 하우징(70) 내에 센서 회로 기판(71)을 수납하도록 되어 있다. 이 센서 회로 기판(71)에는 도 13에 도시한 바와 같이 관통공(72)이 4개 형성되어 있고, 상기 관통공(72)에 각각의 연결핀(69)을 관통시켜서, 납땜에 의해 연결핀(69)을 통하여 코일권선(66)과 센서 회로 기판(71)의 제어회로를 연결시키도록 되어 있다.
그러나, 상기 종래의 것에서는 센서 회로 기판(71)이 센서 하우징(70) 내에 조립되면, 연결핀(69)의 상방에 센서 회로 기판(71)이 배치됨으로써, 센서 회로 기판(71)의 뒤편에서의 연결핀(69)의 납땜 부분이 전혀 보이지 않는 상태로 되어 버린다.
따라서, 납땜의 평가는 각종 조건 하에서 납땜을 행하고, 그 데이터에 따라 미리 평가기준을 작성하고, 이 평가기준에 따라서, 실제의 납땜의 평가가 행하여진다. 예를 들면, 납땜의 상태를 평가하기 위해, 센서 하우징(70)을 잘라내고, 확인된 표면의 납땜의 상태(필릿 형상 등)로부터 평가기준에 따라서 실제의 납땜의 상태가 평가된다.
그러나, 납땜의 평가기준을 미리 작성해 두더라도, 센서 회로 기판(71)의 뒤편의 납땜 부분이 보이지 않으면 납땜의 상태를 정확하게 판단할 수 없다. 이에 따라, 납땜이 불충분하게 될 우려가 있어, 납땜의 신뢰성이 낮고, 예를 들면 연결핀(69)이 쓰러지거나, 관통공(72)과의 중심 어긋남이 생겨 도통 불량을 초래할 우려가 있었다. 즉, 실제로 작업하는 사람이 납땜 부분을 볼 수 없기 때문에, 납땜의 신뢰성에 있어서 소정의 허용 레벨을 확보하는 것이 어렵다고 하는 문제가 있었다. 이로 인하여, 납땜이 완료된 전체 물품에 대해 소정의 가진(加振) 시험과 히트사이클 시험을 제조 공정 내에서 실시하여, 도통을 체크해야 하기 때문에 비용의 상승을 초래하고 있었다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 관한 전동 파워스티어링 장치의 토크 센서 주위의 개략 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1에서 A-A 방향으로 바라본 도면이다.
도 3은 코일 유닛의 개략 구조를 나타내는 단면도이다.
도 4는 연결핀과 센서 회로 기판을 연결하는 연결 부재의 장착 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 도 4의 화살표방향으로 바라본 연결 부재를 나타내는 평면도이다.
도 6은 정상적인 납땜의 상태를 설명하는 도면이다.
도 7은 불충분한 납땜의 상태를 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 관한 전동 파워스티어링 장치의 센서 회로 기판의 장착 상태를 도시한 도면이다.
도 9는 도 8에서 B-B 방향으로 바라본 도면이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 관한 전동 파워스티어링 장치의 토크 센서 주위의 개략 구조를 나타내는 단면도이다.
도 11은 제3 실시예에 있어서, 연결핀과 센서 회로 기판을 연결하는 연결 부재의 장착 상태를 도시한 도면이다.
도 12는 종래의 전동 파워스티어링 장치의 토크 센서 주위의 개략 구조를 나타내는 단면도이다.
도 13은 도 12의 센서 하우징부를 상방으로부터 바라본 평면도이다.
따라서, 본 발명의 목적은 연결 부재를 이용하여, 연결핀과 센서 회로 기판을 연결함으로써, 연결핀이나 센서 회로 기판의 납땜 부분의 상태를 용이하게 확인할 수 있도록 하여, 납땜의 신뢰성을 향상시키고, 또 제조비용의 저감을 도모하는 것에 있다.
본 발명의 상기 목적은 전자(電磁) 요크 내에 배치된 코일권선을 이용하여 토크를 검출하기 위한 토크 센서를 구비한 전동 파워스티어링(power steering) 장치로서, 상기 전자 요크 내에 수납되는 코일 보빈과, 상기 코일 보빈의 일부를 외측으로 돌출시키는 단자대와, 상기 단자대에 돌출되어 설치된 연결핀을 구비하고, 또한 상기 연결핀을 센서 회로 기판에 연결하기 위한 연결 부재를 구비하고, 상기 연결핀이 상기 센서 회로 기판에 의해서 덮여 은폐되지 않도록 한 것에 의해 달성된다.
또, 상기 목적은 센서 회로 기판을 상기 코일 보빈의 축선에 대하여 평행이 아닌 각도로 배치함으로써 효과적으로 달성된다.
또, 상기 목적은 상기 연결 부재를 상기 연결핀과 상기 센서 회로 기판을 연결하는 도전 플레이트와 수지로 일체화한 것에 의해 효과적으로 달성된다.
또, 상기 목적은 상기 연결 부재를 상기 센서 회로 기판의 일부를 암(arm) 형상으로 돌출시키도록 한 것에 의해 효과적으로 달성된다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 관한 전동 파워스티어링 장치의 개략 구조를 나타내고, 스티어링 샤프트(1)는 스티어링 칼럼(2)에 의해서 회전 가능하게 지지되어 있다. 스티어링 샤프트(1)의 기단 측(도 1의 우측)에는 토션바(torsion bar)(3)에 의해서 연결된 대략 원통형의 입력샤프트(4)와 출력샤프트(5)가 설치되어 있다.
이 출력샤프트(5)의 외주에는 감속기 유닛(6)이 한 쌍의 볼 베어링(7, 7)에 의해 지지되어 있다. 이 감속기 유닛(6)은 출력샤프트(5)의 외주에 압입에 의해 고정적으로 장착된 웜 휠(8)과, 상기 웜 휠(8)에 맞물리는 웜(9)과, 상기 웜(9)을 로터샤프트(10)에 장착한 전동 모터(11)로 이루어지고, 전동 모터(11)의 구동에 의해, 웜(9) 및 웜 휠(8)을 통하여, 전동 모터(11)의 회전을 감속하여 토크를 전달하도록 되어 있다.
또, 감속기 유닛(6)의 선단 측(도 1의 좌측)에는 토크 센서(12)가 배치되고, 상기 토크 센서(12)는 토션바(3)와, 입력샤프트(4)에 형성된 스플라인홈(13)의 외주에 배치되고 출력샤프트(5)에 접촉한 대략 원통형의 슬립(14)과, 그 외주에 배치된 코일 유닛(15)으로 이루어지고, 토션바(3)가 비틀어져 생기는 스플라인홈(13)과 슬립(14)에 설치된 창과의 위상차에 따른 자기적 변화를 코일 유닛(15)의 코일에 의해서 검출하도록 되어 있다.
이 코일 유닛(15)은 도 3에 도시한 바와 같이 한 쌍의 전자 요크(16, 16)와, 각 전자 요크(16) 내에 수용된 코일 보빈(17)을 구비하고 있다. 각 전자 요크 (16)는 반경 방향의 내측이 개구되는 단면 C자형의 대략 원통형 부재로 이루어지고, 그 둘레면 및 한 쪽 측면을 형성하는 단면 L자형의 요크 부재(16a)와, 다른 쪽의 측면을 형성하는 요크 부재(16b)로 구성되어 있다.
또, 코일 보빈(17)은 수지제의 사출 성형에 의해, 반경 방향의 외측이 개구된 단면 C자형의 대략 원통형 부재로 형성되고, 상기 코일 보빈(17)에 대략 직육면체 형상의 단자대(18)가 반경 방향의 외측 및 축 방향의 외측으로 연장되어 있다. 또, 이 단자대(18)에는 한 쌍의 금속제의 연결핀(19, 19)이 고정되고, 상기 각 연결핀(19)에, 코일 보빈(17)에 감긴 코일권선(20)의 각 단부를 얽히게 하여 고정하도록 되어 있다.
또, 이 연결핀(19)의 상방에는 감속기 유닛(6)에 인접하여, 센서 하우징(21)이 형성되고, 상기 센서 하우징(2J) 내에는 센서 회로 기판(22)을 수납하도록 되어 있다. 이 때, 코일 유닛(15)은 축 방향을 따라 하우징(23) 내에 장착되고, 상기 하우징(23)에 형성된 노치(24)를 통하여, 연결핀(19)은 센서 하우징(21) 내에 돌출하도록 되어 있다.
그리고, 센서 회로 기판(22)은 도 4에 도시한 바와 같이 코일 보빈(17)의 축선에 대하여 수직으로, 단자대(18)로부터 돌출되는 4개의 연결핀(19)에 평행하게 배치되고, 상기 연결핀(19)과 센서 회로 기판(22)을 연결 부재(25)로 연결하도록 되어 있다. 이 연결 부재(25)는 도 5에 도시한 바와 같이 센서 회로 기판(22)의 하단부에 장착된 단면 L자형의 브래킷(26)과 상기 브래킷(26)으로부터 연장되는 4개의 도전 플레이트(27)로 이루어지고, 상기 도전 플레이트(27)는 브래킷(26)과 수지로 일체화되어 있다. 또, 각 도전 플레이트(27)의 일단에는 각각 작은 구멍(27a)이 형성되고, 상기 작은 구멍(27a)에 연결핀(19)을 관통시켜, 도 6에 도시한 바와 같이 연결핀(19)을 납땜에 의해 도전 플레이트(27)에 고정하도록 되어 있다. 이에 따라, 연결핀(19)이 도전 플레이트(27)를 통하여 센서 회로 기판(22)에 연결되고, 코일권선(20)으로부터, 연결핀(19) 및 연결 부재(25)를 통하여 센서 회로 기판(22)에 도통하도록 되어 있다.
따라서, 상기 제1 실시예에 의하면, 센서 회로 기판(22)은 코일 보빈(17)의 축선에 대하여 평행이 아닌 각도로 배치되어 있어, 연결핀(19)의 납땜 부분이 센서 회로 기판(22)에 의해서 덮여서 숨겨지지 않는 위치에 배치된다. 이로 인해, 납땜의 작업자는 납땜의 상태를 도전 플레이트(27)의 상측 뿐 아니라, 하측도 바라볼 수 있다. 따라서, 예를 들면, 도 7에 도시한 바와 같이 연결핀(19)과 도전 플레이트(27)의 납땜이 불충분하면, 작업자나 검사자는 실제로 육안으로 확인할 수 있어, 그 제품을 불량품으로서 취급할 수 있다. 그 결과, 납땜의 신뢰성이 향상되고, 또한, 제조 과정에서 가진(加振) 시험이나 히트사이클 시험 등의 도통성 체크가 불필요해지기 때문에 제조비용이 저감된다.
다음에, 도 8 및 도 9는 본 발명의 제2 실시예를 나타내며, 제1 실시예와 동일한 부재에는 동일한 부호가 부여하고 그 설명을 생략한다. 이들 도면에서, 센서 회로 기판(22)은 센서 하우징(21)의 바닥면에 2개의 나사(31)로 체결되어 고정되어 있다. 이 센서 회로 기판(22)의 일부는 암 형상으로 돌출되는 암형 부재(32)를 형성하고, 상기 암형 부재(32)에는 회로 기판(22)과 마찬가지로 수지제의 기판에 도전체가 일체로 부착되어 있다. 그리고, 암형 부재(32)의 선단에는 4개의 작은 구멍(33)이 형성되고, 각각의 작은 구멍(33)에는 각각 연결핀(19)을 관통시켜, 작은 구멍(33) 부분에서 납땜이 행하여진다. 이에 따라, 연결 부재로서의 암형 부재(32)를 통하여, 연결핀(19)과 센서 회로 기판(22)이 연결되어, 코일권선(20)으로부터, 연결핀(19) 및 암형 부재(32)를 통하여 센서 회로 기판(22)에 도통하도록 되어 있다.
따라서, 이 제2 실시예에서도, 연결핀(19)의 납땜 부분은 센서 회로 기판(22)에 의해서 덮여서 숨겨지지 않는 위치에 배치되기 때문에, 상기 제1 실시예와 동일한 작용 및 효과를 얻을 수 있다.
또, 도 10은 본 발명의 제3 실시예를 나타내며, 제1 실시예와 동일한 부재에는 동일한 부호를 부여하고 그 설명을 생략한다. 이 도면에 있어서, 센서 회로 기판(22)은 코일 보빈(17)의 축선에 대하여 평행하고, 단자대(18)로부터 돌출되는 4개의 연결핀(19)에 수직으로 배치되고, 상기 연결핀(19)과 센서 회로 기판(22)을 연결 부재(25)로 연결하도록 되어 있다. 이 연결 부재(25)는 도 11에 도시한 바와 같이 센서 회로 기판(22)의 하면에 장착된 단면 L자형의 브래킷(26)과, 상기 브래킷(26)으로부터 연장되는 4개의 도전 플레이트(27)로 이루어지고, 상기 도전 플레이트(27)는 브래킷(26)과 수지로 일체화되어 있다. 이 도전 플레이트(27)는 L자형 박판의 하단을 구부려, 연결핀(19)에 대하여 수직방향으로 연장하도록 형성되어 있다. 이 절곡부 각각에는 작은 구멍(27a)이 형성되어 있고, 상기 작은 구멍(27a)에 연결핀(19)을 관통시켜, 납땜으로 도전 플레이트(27)에 고정하도록 되어 있다. 이에 따라, 연결핀(19)이 도전 플레이트(27)를 통하여 센서 회로 기판(22)에 연결되고, 코일권선(20)으로부터, 연결핀(19) 및 연결 부재(25)를 통하여, 센서 회로 기판(22)에 도통하도록 되어 있다.
또, 이 제3 실시예에서는 도 10에 도시한 바와 같이 래크 및 피니언 방식의 전동 파워스티어링 장치 중, 전동 모터의 회전을 도시하지 않은 별도의 래크 및 피니언 기구, 또는 볼 나사 기구 등에 의해 전동(傳動)시키고, 스티어링 조타력을 보조하도록 한 방식을 예시한 것이다. 여기에서, 참조부호 41은 피니언샤프트이며, 42는 래크샤프트로서, 피니언샤프트(41) 및 래크샤프트(42)에 의해 회전 운동을 직선왕복운동으로 변환하는 래크 및 피니언 기구(43)를 구성하고 있다.
따라서, 이 제3 실시예와 같이 토크 센서와 어시스트 기구가 일체로 되어 있지 않은 경우에도, 연결핀(19)의 납땜 부분은 센서 회로 기판(22)에 의해서 덮여서 숨겨지지 않는 위치에 배치되기 때문에, 상기 제1 실시예와 동일한 작용 및 효과가 얻어질 수 있다.
또, 상기 각 실시예에서는 연결 부재로서, 도전 플레이트(27)나 암형 부재(32)를 이용했지만, 이것에 한정되지 않고, 납땜의 상태가 덮여 은폐되지 않는 위치에 센서 회로 기판(22)을 배치할 수 있으면 된다.
이상과 같이 본 발명에 관한 전동 파워스티어링 장치에 의하면, 전자 요크 내에 배치된 코일권선을 이용하여 토크를 검출하기 위한 토크 센서로서, 상기 전자 요크 내에 코일 보빈을 수납하고, 상기 코일 보빈의 일부를 외측으로 돌출시키는 단자대를 구비하고, 상기 단자대에 돌출되는 연결핀을 구비하고, 상기 연결핀을 통하여, 코일권선을 센서 회로 기판에 도통하기 위해, 연결핀을 센서 회로 기판에 연결하기 위한 연결 부재에 의해, 연결핀의 납땜 부분을 센서 회로 기판으로 덮여 은폐되지 않는 위치에서 관찰 가능한 위치에 배치하도록 했다. 이에 따라, 연결 부재에 의해, 연결핀을 센서 회로 기판에 납땜으로 연결한 경우에도 센서 회로 기판을 사이에 끼워 상측 및 하측에서, 연결핀의 땜납 부분이 양호한 필릿으로 형성되어 있는지 여부를 육안으로 확인할 수 있다. 그 결과, 납땜의 상태가 불충분한 경우, 그 제품을 제거할 수 있어 납땜의 신뢰성이 향상된다. 또한, 제조 과정에서 납땜의 상태를 확인하기 위한 시험을 생략할 수 있어, 제조비용의 저감화를 도모할 수 있다. 또, 센서 회로 기판은 코일 보빈의 축선에 대하여, 평행하게 오프셋시켜도 되고, 적절하게 각도를 이루어도 되며, 요컨대, 연결핀을 센서 회로 기판이 덮어 은폐하지 않는 위치이면 되고, 납땜의 상태를 확실하게 검사할 수 있으면, 납땜의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Claims (4)

  1. 전자(電磁) 요크 내에 배치된 코일권선을 이용하여 토크를 검출하기 위한 토크 센서를 구비한 전동 파워스티어링(electric power steering) 장치로서,
    상기 전자 요크 내에 수납되는 코일 보빈과, 상기 코일 보빈의 일부를 외측으로 돌출시키는 단자대와, 상기 단자대에 돌출되어 설치된 연결핀과 상기 연결핀을 센서 회로 기판에 연결하기 위한 연결 부재를 구비하고, 상기 연결핀이 상기 센서 회로 기판에 의해서 덮여 은폐되지 않도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 전동 파워스티어링 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센서 회로 기판은 상기 코일 보빈의 축선에 대하여 평행이 아닌 각도로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전동 파워스티어링 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 연결 부재는 상기 연결핀과 상기 센서 회로 기판을 연결하는 도전 플레이트를 수지로 일체화한 것임을 특징으로 하는 전동 파워스티어링 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 연결 부재는 상기 센서 회로 기판의 일부를 암(arm) 형상으로 돌출시킨 것임을 특징으로 하는 전동 파워스티어링 장치.
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