KR20060118697A - 자동차용 조향장치의 토크센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 조향장치의 토크센서에 대한 것으로, 발명의 주된 목적은 비접촉식 토크센서를 구성하되, 입력축 및 출력축에 의해 회전하는 마그네트 원판의 회전을 감지하도록 자기저항소자를 각각 구비하여 비접촉식이면서 제작이 용이하고, 중량이 작으며, 토크 측정오차를 줄일 수 있도록 하는데 목적이 있는 것이다.

상기 목적하는 바를 달성하기 위한 본 발명의 특징적인 구성은 하우징(10), 상기 하우징의 내부에서 핸들의 회전력을 전달받도록 내장된 입력축(11), 상기 입력축의 중단에 축착한 원동치차1(21)과, 상기 원동치차1에 치접하여 피동적으로 회전하도록 상기 하우징 내부에 구비된 마그네트 원판1(22)과, 상기 마그네트 원판1의 회전을 감지하는 자기저항소자1(24)을 구비한 입력측 감지수단(20), 상기 하우징의 내부에서 상기 입력축과 중앙의 토션바(13)로써 연결된 출력축(12), 상기 출력축의 중단에 축착한 원동치차2(31)와, 상기 원동치차2에 치접하여 피동적으로 회전하도록 상기 하우징 내부에 구비된 마그네트 원판2(32)와, 상기 마그네트 원판2(32)의 회전을 감지하는 자기저항소자2(34)를 구비한 출력측 감지수단(30)을 포함하여 이루어지는 것이다.

Description

자동차용 조향장치의 토크센서{TORQUE SENSOR OF STEERING SYSTEM FOR VEHICLE}

도 1은 본 발명의 토크센서를 보인 구성도

도 2는 도 1의 A-A선 단면도

도 3은 본 발명의 작동상태를 설명하는 도표

<도면의 주요 부분에 대한 부호설명>

10 : 하우징 11 : 입력축

12 : 출력축 13 : 토션바

20 : 입력측 감지수단 21 : 원동치차1

22 : 마그네트 원판1 23 : 마그네트 원판3

24 : 자기저항소자1 25 : 자기저항소자3

30 : 출력측 감지수단 31 : 원동치차2

32 : 마그네트 원판2 33 : 마그네트 원판4

34 : 자기저항소자2 35 : 자기저항소자4

40 : 차단판체

본 발명은 자동차용 조향장치의 토크센서에 대한 것으로, 더 상세하게는 입력축과 출력축에 각각의 회전 마그네트와 그 마그네트의 움직임을 감지하는 자기저항소자를 구비하여 입력축과 출력축간의 회전 토크를 비접촉식으로 감지하고자 하는데 특징이 있는 것이다.

일반적으로 스티어링 시스템은 스티어링휠을 회전시켜 바퀴를 조향시키는 것으로서, 바퀴와 노면 사이에 작용하는 마찰력에 의해 스티어링휠과 바퀴 사이의 회전비가 다르게 나타난다.

따라서, 이를 측정하여 보상하기 위해 토크센서를 구비하는데, 이 토크센서는 스티어링휠과 바퀴의 회전각도 편차를 측정하여, 측정된 편차만큼 다른 동력수단으로 바퀴를 회전시켜 차량의 안전성을 높이게 된다.

이러한 토크센서는 스티어링휠과 연결되는 입력축과, 바퀴측에 연결되는 출력축의 외측에 다수개의 검출링을 설치하고 그 외측에 코일이 권선된 보빈을 설치하여 검출링 사이의 대향 면적과 자속 변화로 인한 인덕턴스 값을 측정한다.

이때, 토션바의 비틀림 정도를 검출하기 위해서는 히스테리시스(Hysteresis)가 작은 연자석재료를 사용하여 AC 전압으로 가진되는 코일을 감싸는 자기 회로를 구성해야한다.

그러나, 이러한 구성의 토크센서는 비투자율이 높은 재료를 사용해야하므로 재료비의 증가로 인해 제작원가가 높아지고, 재료특성의 산포에 의한 오차를 동반하므로 신뢰성이 저하되는 문제점이 있었다.

아울러, 이와는 달리 구성된 토크센서로서, 토션바의 비틀림 정도를 검출하기 위해 AC 전압으로 가진되는 코일을 감싸는 자기회로가 공기와 같은 비투자율을 가지는 재료 및 비자성전도성재료(알루미늄)로 이루어진 토크센서가 있다.

이때, 비틀림각 검출은 회전체 내의 두개의 부품이 캠구조로 서로 연동되어 토션바의 비틀림에 따라 두 개의 부품간의 축방향 거리가 변하면서 그 중에 하나의 부품에 부착된 비자성전동성재료(알루미늄)가 자기회로에 작용하는 정도가 달라지면서 발생하는 자기회로의 인덕턴스의 변화를 전기신호로 바꾸어서 얻는다.

그러나, 이러한 토크센서는 회전축내의 두 개 부품의 접촉에 의한 이동구조(캠구조)가 있으므로, 회전방향이 전환될 때 캠의 백래쉬(Backlash)에 의한 신호의 데드존(DEAD ZONE)이 존재하며 기계적인 접촉에 의한 내구성의 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 개선하고자 안출한 것으로, 발명의 주된 목적은 비접촉식 토크센서를 구성하되, 입력축에 의해 회전하는 마그네트 원판과 상기 마그네트 원판의 회전을 감지하는 자기저항소자, 그리고 출력축에 의해 회전하는 마그네트 원판과 이 마그네트 원판의 회전을 감지하는 자기저항소자를 각각 구비하여 그 비교값으로 회전토크를 감지하도록 함으로 써 비접촉식이면서 제작 이 용이하고, 중량이 작으며, 토크 측정오차를 줄일 수 있도록 하는데 목적이 있는 것이다.

상기 목적하는 바를 달성하기 위한 본 발명의 특징적인 구성은 하우징, 상기 하우징의 내부에서 핸들의 회전력을 전달받도록 내장된 입력축, 상기 입력축의 중단에 축착한 원동치차1과, 상기 원동치차1에 치접하여 피동적으로 회전하도록 상기 하우징 내부에 구비된 마그네트 원판1과, 상기 마그네트 원판1의 회전을 감지하는 자기저항소자1을 구비한 입력측 감지수단, 상기 하우징의 내부에서 상기 입력축과 중앙의 토션바로써 연결된 출력축, 상기 출력축의 중단에 축착한 원동치차2와, 상기 원동치차2에 치접하여 피동적으로 회전하도록 상기 하우징 내부에 구비된 마그네트 원판2와, 상기 마그네트 원판2의 회전을 감지하는 자기저항소자2를 구비한 출력측 감지수단을 포함하여 이루어지는 것이다.

이때, 상기한 입력측 감지수단의 마그네트 원판1과 출력측 감지수단의 마그네트 원판2의 사이에는 자기저항의 간섭을 차단하기 위하여 비철금속체의 차단판체를 구비하는 것이다.

또, 상기한 마그네트 원판1과 자기저항소자1, 그리고 상기한 마그네트 원판2와 자기저항소자2는 감지 신뢰성을 높이기 위하여 각각 복수로 구비할 수 있다.

이하 본 발명의 구성 및 작동을 첨부 도면에 따라 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 토크센서를 보인 구성도, 도 2는 도 1의 A-A선 단면도이다.

상기 도면에서 보는 바와 같이 본 발명의 구성은 토크센서로서, 출력축(12)과 입력축(11)이 토션바(13)로써 연결되는 통상의 조향시스템에서 상기 하우징(10)의 내부에 마련된다.

즉, 하우징(10)을 형성한 후, 상기 하우징의 내부로 끼워진 상기 입력축(11)에는 그 중단에 축착한 원동치차1(21)과, 상기 원동치차1에 치접하여 피동적으로 회전하도록 상기 하우징 내부에 구비된 마그네트 원판1(22)과, 상기 마그네트 원판1의 회전을 감지하는 자기저항소자1(24)을 설치하여 입력측 감지수단(20)을 마련한다.

그리고 상기 하우징의 내부로 끼워진 채 상기 입력축과 중앙의 토션바(13)로써 연결된 출력축(12)에는 그 중단에 축착한 원동치차2(31)와, 상기 원동치차2에 치접하여 피동적으로 회전하도록 상기 하우징 내부에 구비된 마그네트 원판2(32)와, 상기 마그네트 원판2(32)의 회전을 감지하는 자기저항소자2(34)를 설치하여 출력측 감지수단(30)을 마련한다.

한편, 상기한 입력측 감지수단(20)의 마그네트 원판1(22)과 출력측 감지수단(30)의 마그네트 원판2(32)의 사이에는 자기저항의 간섭을 차단하기 위하여 비철금속체의 차단판체(40)를 구비할 필요가 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 운전자가 스티어링 휠을 회전시켜, 그 힘이 입력축(11)으로부터 출력축(12)으로 전달될 때, 입력측 감지수단(20)과 출력측 감지수단(30)이 각각 회전 토크를 감지하고, 이들을 대비판단하여 검증할 수 있게 된다.

즉, 스티어링 휠을 좌측이나 우측으로 돌리면 상기 입력축(11)이 회전하여 그 입력축(11)에 축착된 원동치차1(21)이 회전하며, 따라서 이 원동치차1(21)에 치합된 마그네트 원판1(22)이 회전하고, 이 마그네트 원판1(22)의 회전상태를 자기저항소자1(24)이 감지한다.

이와 같이 입력측 감지수단(20)에 의해 감지된 펄스값은 도 3의 (가)에서 보는 바와 같이 변화를 나타난다.

또 한, 상기 입력축(11)으로부터 토션바(13)를 통해 회전력을 전달받은 출력축(12)이 회전하면 그 출력축(12)에 축착된 원동치차2(31)가 회전하며, 따라서 이 원동치차2(31)에 치합된 마그네트 원판2(32)가 회전하고, 이 마그네트 원판2(32)의 회전상태를 자기저항소자2(34)가 감지한다.

그리고 이와 같이 출력측 감지수단(30)에 의해 감지된 펄스값은 도 3의 (나)에서 보는 바와 같이 변화를 나타난다.

따라서 상기한 도 3의 (가)와, (나)에서 보이는 펄스값을 대비하여 회전 토크를 측정할 수 있다.

한편, 상기한 마그네트 원판1(22)과 자기저항소자1(24), 그리고 상기한 마그네트 원판2(32)와 자기저항소자2(34)는 감지 신뢰성을 높이기 위하여 각각 복수로 구비할 수 있다.

즉, 도 1의 우측부분에서 보는 바와 같이 입력측 감지수단(20)에서는 상기 원동치차1(21)에 치합되는 마그네트 원판3(23)과, 이 마그네트 원판3(23)의 회전상태를 감지하는 자기저항소자3(25)을 마련하며, 출력측 감지수단(30)에서는 상기 원동치차2(31)에 치합되는 마그네트 원판4(33)와, 이 마그네트 원판4(33)의 회전상태를 감지하는 자기저항소자4(35)를 마련하는 것이다.

이와 같이 하면, 입력축(11)의 원동치차1(21)에 의해서 마그네트 원판1(22)이 회전할 때, 마그네트 원판3(23)이 같이 회전하여 자기저항소자3(25)이 도 3의 (다)에서 보는 바와 같은 펄스값을 측정하게 되고, 출력축(12)의 원동치차2(31)에 의해서 마그네트 원판2(32)가 회전할 때, 마그네트 원판4(33)가 같이 회전하여 자기저항소자4(35)가 도 3의 (라)에서 보는 바와 같은 펄스값을 측정하게 된다.

따라서 상기한 도 3의 (가), (나)의 대비에 따른 토크 측정값을 도 3의 (다), (라)의 대비에 따른 토크 측정값으로 검증할 수 있는 것이다.

위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명은 토크센서를 구성하되, 입력축에 의해 회전하는 마그네트 원판과 상기 마그네트 원판의 회전을 감지하는 자기저항소자로 입력측 감지수단과, 그리고 출력축에 의해 회전하는 마그네트 원판과 이 마그네트 원판의 회전을 감지하는 자기저항소자로 출력측 감지수단을 마련하여, 그 비교값으로 회전토크를 감지하도록 하였기 때문에 비접촉식이면서 제작이 용이하고, 중량이 작으며, 특히 마그네트 원판과 자기저항소자를 복수로 구비하였기 때문에 토크 측정에 따른 자체 검증이 가능한 장점이 있다.

Claims (3)

1. 하우징(10);

   상기 하우징의 내부에서 핸들의 회전력을 전달받도록 내장된 입력축(11);

   상기 입력축의 중단에 축착한 원동치차1(21)과, 상기 원동치차1에 치접하여 피동적으로 회전하도록 상기 하우징 내부에 구비된 마그네트 원판1(22)과, 상기 마그네트 원판1의 회전을 감지하는 자기저항소자1(24)을 구비한 입력측 감지수단(20);

   상기 하우징의 내부에서 상기 입력축과 중앙의 토션바(13)로써 연결된 출력축(12);

   상기 출력축의 중단에 축착한 원동치차2(31)와, 상기 원동치차2에 치접하여 피동적으로 회전하도록 상기 하우징 내부에 구비된 마그네트 원판2(32)와, 상기 마그네트 원판2(32)의 회전을 감지하는 자기저항소자2(34)를 구비한 출력측 감지수단(30); 을

   포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차용 조향장치의 토크센서.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기한 입력측 감지수단(20)의 마그네트 원판1(22)과 출력측 감지수단(30)의 마그네트 원판2(32)의 사이에는 자기저항의 간섭을 차단하기 위하여 비철금속체의 차단판체(40)를 구비하여서 된 것을 특징으로 하는 자동차용 조향장치의 토크센서.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기한 마그네트 원판1(22)과 자기저항소자1(24), 그리고 상기한 마그네트 원판2(32)와 자기저항소자2(34)는 감지 신뢰성을 높이기 위하여 각각 복수로 구비하는 것을 특징으로 하는 자동차용 조향장치의 토크센서.

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