KR20080041270A - 토크 센서 패키징 장치 - Google Patents

토크 센서 패키징 장치 Download PDF

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KR20080041270A
KR20080041270A KR1020087007107A KR20087007107A KR20080041270A KR 20080041270 A KR20080041270 A KR 20080041270A KR 1020087007107 A KR1020087007107 A KR 1020087007107A KR 20087007107 A KR20087007107 A KR 20087007107A KR 20080041270 A KR20080041270 A KR 20080041270A
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스코트 엘. 버니어
프레드 더블유. 힌츠
스티븐 제이. 메기
랜달 제이. 하스켄
제임스 제트티. 리우
게리 알. 오｀브라이언
제임스 디. 쿡
리차드 엠. 앤드류스
스테픈 알. 쉬퍼
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허니웰 인터내셔널 인코포레이티드
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Abstract

토크 센서 패키징 장치와 방법은 감지부재와 관련된 하나 이상의 각 패스너를 수용하기 위해서 형성된 하나 이상의 구멍을 포함한다. 감지부재는 이의 토크 감지 작동을 위해서 토크부재와 관련된 토크를 감지부재에 전달하기 위해서 토크부재에 연결될 수 있다.

Description

토크 센서 패키징 장치{TORQUE SENSOR PACKAGING SYSTEMS AND METHODS}
본 발명의 실시예들은 일반적으로 센싱 방법과 센싱 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명의 실시예들은 토크 센서에 관한 것이다. 더불어, 본 발명의 실시예들은 토크 감지용 응용장치를 위해서 토크 센서를 패키징(packaging)하기 위한 장치에 관한 것이다.
회전하는 구동 샤프트가 포함된 장치에서, 이와 같은 샤프트나, 회전가능한 샤프트와 연계된 다른 장치를 제어하기 위해서 샤프트의 토크나 속도를 아는 것이 흔히 필요하다. 따라서, 정확하고 신뢰성이 있으며 저렴한 방법으로 토크를 감지하여 측정하는 것이 요구된다.
이에는 한정되지 않으나, 자동차의 샤프트와 같은 회전하는 샤프트에 부가된 토크를 측정하기 위한 센서가 많은 응용장치에서 사용된다. 예컨대, 당해 분야에서 알려진 다양한 목적을 위해서, 자동차의 변속기나, 자동차의 엔진(예컨대 크랭크샤프트), 또는 자동차의 자동제동장치(ABS;Automatic Braking System)에서의 회전하는 샤프트에 작용하는 토크를 측정하는 것이 요구된다.
토크 측정의 이러한 형태의 한 응용장치는, 전기모터가 자동차 핸들의 작동이나 조작에 응하여 구동되는 전동조향장치(electric power steering system)이다. 그러므로, 관련 정보를 자동차 핸들의 작동수단을 위한 적절한 명령으로 변형하기 위해, 상기와 같은 장치는 핸들과 이에 연결된 샤프트에 작용되는 토크나 회전의 양을 판단한다.
상기와 같은 장치에서 토크를 측정하기 위한 종래의 기술은 회전하는 샤프트에 직접 부착된 접촉형 센서의 사용을 통해서 달성되었다. 예컨대, 이와 같은 형태의 한 센서는 '스트레인 게이지(strain gauge)' 형태의 토크 감지 장치이며, 이 장치에는 하나 이상의 스트레인 게이지가 샤프트의 외주면에 부착되고, 작용된 토크는 저항의 변화를 감지하여 측정되며, 저항의 변화는 작용된 스트레인(strain) 즉, 변형율에 의해서 발생하고, 브릿지 회로(bridge circuit)나 다른 알려진 수단에 의해서 측정된다.
사용되는 다른 형태의 센서는 자기변형성(magnetorestrictive) 재료가 회전하는 샤프트에 배치되어 자기변형성 재료에 작용된 토크의 결과인 외부 자속(external flux)의 존재를 감지하기 위해서 센서가 위치하는 비접촉 토크 센서이다.
이러한 자기변형성 재료는 내부 자기장을 필요로 하며, 이 내부 자기장은 시계방향 또는 반시계방향으로(예컨대 압축 또는 인장) 작용된 힘을 사용하여 자기변형성 재료를 프리-스트레싱(pre-stressing)하여서 일반적으로 발생되거나 제공되며, 필요한 자기장을 제공하기 위해서 프리-스트레스된(pre-stressed) 코팅층을 자 화(磁化;magnetization)시키기 전에 코팅층을 프리-스트레싱한다. 또한, 외부자성체(external magnet)나 자성체가 상기와 같거나 유사한 효과를 자기변형성 재료에 발생시키기 위해서 제공될 수 있다. 그리고, 이와는 다른 것에서 토크는 자기-탄성 현상(magneto-elastic)으로 알려진 것을 사용하여서, 즉 공명 센서(resonate sensor)와 관련된 이러한 현상의 장점을 얻도록 측정될 수 있다. 이와 같은 상황에서, 독립형 자기-탄성 센서의 공명기 주파수는 변형율에 따라 변한다.
이 때문에 자기변형성 토크 센서가 샤프트가 센서에 닿지 않고 회전될 수 있도록 센서와 샤프트 사이에 공기 간극이 만들어진 상태에서, 센서가 회전하는 샤프트 주위에 위치되도록 제공된다. 전기회로가 센서의 여자코일(excitation coil)을 통과하도록 하여 센서에 자기장이 발생한다. 이 자기장은 샤프트를 투과하여 센서의 픽업 코일(pick-up coil)로 되돌아 간다.
픽업 코일의 출력은 전술된 루프(loop)에서의 전체 자기저항(reluctance)에 따른 전기신호이다. 샤프트의 자기저항이 샤프트에 작용된 토크의 함수로 변화하는 상태에서, 전체 자기저항의 일부는 공기 간극에 의해서 만들어지고, 일부는 샤프트 자체에 의해서 만들어진다. 그러므로, 픽업 코일의 출력에서의 변화는 샤프트가 겪는 토크와 상호관련될 수 있다.
사용되는 토크 센서의 특정형태와 관계없이, 토크를 감지하는 것은 엔진이나 변속 제어 유니트에 직접 토크 측정값을 제공하기 위해서 자동차에서 필요로 한다. 종래기술의 토크 센서가 가지는 문제 중 하나는 이와 같은 장치는 일반적으로 엔진과 변속 제어 유니트에 토크 측정값을 직접 제공하는 능력이 제한된다는 것이다. 최근의 종래기술에서, 예컨대 토크 센서 패키지는 패키징 설계의 어려움 때문에 회전하는 부재나 토크부재와 직접 연결되지 않는다. 그러므로, 이러한 문제를 해결하기 위한 해결책은 본 명세세에서 매우 상세하게 설명되는 바와 같이 개선된 패키징 장치와 방법의 설계와 실시에 있다고 믿어진다.
아래의 설명은 실시예에 독특한 몇가지 혁신적인 특징을 이해하는 것이 용이하도록 제공되어지며, 전체를 설명하기 위한 것은 아니다. 게재된 실시예의 여러 가지 양상의 완전한 이해는 전체 명세서와, 청구항, 도면 및, 요약서 전체를 통해서 얻어질 수 있다.
그러므로, 개선된 센싱 방법과 장치를 제공하는 것이 본 발명의 일실시예이다.
또한, 토크 센서를 위한 개선된 패키징 장치와 방법을 제공하는 것이 본 발명의 다른 실시예이다.
본 발명의 전술된 실시예와 다른 목적 및 장점은 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 달성될 수 있다. 토크 센서 패키징 장치와 방법이 게재된다. 일반적으로, 감지부재와 연계된, 하나 이상인 각각의 패스너(fastener)를 수용하기 위해서 이에 형성된 하나 이상의 구멍을 포함하는 토크부재가 제공될 수 있다. 감지부재의 토크 감지 작동을 위해서 토크부재와 관련된 토크를 감지부재로 전달하기 위해서 감지부재는 토크부재와 연결될 수 있다.
감지부재는 변환기(transducer)로서 제공될 수 있다. 토크 센서 패키지가 감지부재와 통합될 수 있고, 여기에서 토크 센서 패키지는 토크 센서 패키지를 토크부재에 연결시키기 위해서 각 패스너를 수용하기 위한 구멍을 포함하도록 형성된다. 패스너가 예컨대, 각 구멍을 통해서 토크 센서 패키지를 토크부재에 연결시키기 위해서 다수의 리벳(rivet)으로서 제공될 수 있다. 패스너는 또한 각 구멍을 통해서 토크 센서 패키지를 토크부재에 연결하기 위해서 다수의 스크류로서 제공될 수 있다. 패스너는 또한 토크부재로부터 형성되고 암나사산이 형성된(tapped) 구멍을 통해서 토크 센서 패키지를 토크부재에 연결시키기 위해서, 토크 센서 패키지로부터 그리고 그 위에 형성된 다수의 수나사산과 관련되어 형성될 수 있다.
또한, 토크 센서 패키지는 감지부재와 연결된 플랜지와, 플랜지를 안정되게 고정시켜서 토크 센서 패키지를 토크부재에 안정되게 고정시키기 위한 접착제를 포함하도록 형성될 수 있다. 감지부재는 예컨대 탄성표면파(SAW;Surface Acoustic Wave) 다이(die)와 관련되어 실시될 수 있고, SAW 다이는 토크부재에 발생된 토크에 비례하는 전기적인 출력을 발생시킨다. 토크에 대한 정보의 최대량이 이용가능한 토크부재의 위치에 SAW 다이를 직접 토크부재에 안정되게 고정시키기 위해서 접착제가 사용될 수 있기 때문에, 접착제는 SAW 다이를 토크부재에 장착하기 위해서 사용되는 환경을 견딘다.
본 명세서에서 사용된 용어 'SAW'는 일반적으로 탄성표면파 감지 기술을 언급한다. SAW 토크 감지는 자동차와 수송기관, 철도 및, 예컨대 전동기구(powertrain) 및 새시 응용장치에 있는 다른 이와 유사한 구성품에 사용하기 위해서 적용될 수 있는 기술이다. SAW 장치는 변형되었을 때 이의 공진 주파수가 변하는 공진기이다. 무선 주파수에서 작동한다면, 이와 같은 SAW 장치는 변형율이 계산될 수 있도록 하는, 조회 펄스(interrogation pulse)와 측정된 공명 응답에 의해서 무선 여자(wirelessly excited)될 수 있다. 토크는 되돌아온 신호로부터 감지된 특성값을 추정하기 위해서 적절한 패키징과 알고리즘을 사용하여서 SAW 다이와 같은 감지부재를 사용하여 감지될 수 있다.
또한, 금속 패치(patch)가 제공될 수 있고, 토크부재 내에 블라인드 구멍(blind hole)으로서 형성된 구멍이 제공될 수 있어서, 금속 패치가 블라인드 구멍을 덮는다. 이와 같은 시나리오(scenario)에서 감지부재가 블라인드 구멍 내에 위치되고 토크부재에 연결되며 금속 패치에 의해서 덮여지는 SAW 다이로서 제공될 수 있다. 그리고, 변환기 패키지는 1/2 버튼 변환기 패키지 커버의 사용을 포함할 수 있다.
저 마찰 스페이서(spacer)가 또한 제공되며, 이 스페이서는 제2 커플러와 접촉을 유지하는 평평한 저 마찰 표면을 포함한다. 그러므로 감지부재는 감지부재로부터 데이터의 무선 전송을 위한 커플러와 관련될 수 있다. 커플러는 인쇄회로기판(PCB; Printed Circuit Board)이나, 다수의 각각의 패스너가 토크부재로 구동되는 다수의 구멍을 포함하는 함침(含浸;impregnated) 플라스틱 구성부와 관련하여 실시될 수 있다.
다른 관점 전체에서 같은 참조부호는 같거나 기능적으로 유사한 구성요소를 언급하며 명세서에 통합되어 명세서의 일부를 이루는 첨부도면은 상세한 설명과 함께 실시예를 더 설명하고 게재된 실시예의 원리를 설명하는 것을 돕는다.
도1은 바람직한 한 실시예와 관련하여 실시될 수 있는, 토크 센서 장치의 사시도이다.
도2는 다른 실시예와 관련하여 실시될 수 있는, 토크 센서 장치의 사시도이다.
도3은 또 다른 실시예와 관련하여 실시될 수 있는, 토크 센서 장치의 사시도이다.
도4는 또 다른 실시예와 관련하여 실시될 수 있는, 토크 센서 장치의 사시도이다.
도5는 또 다른 실시예와 관련하여 실시될 수 있는, 토크 센서 장치의 단면도이다.
도6은 또 다른 실시예와 관련하여 실시될 수 있는, 토크 센서 장치의 단면도이다.
도7은 또 다른 실시예와 관련하여 실시될 수 있는, 토크 센서 장치의 단면도이다.
도8은 또 다른 실시예와 관련하여 실시될 수 있는, 토크 센서 장치의 단면도이다.
도9는 또 다른 실시예와 관련하여 실시될 수 있는, 토크 센서 장치의 단면도이다.
도10은 또 다른 실시예와 관련하여 실시될 수 있는, 토크 센서 장치의 평면도이다.
도11은 또 다른 실시예와 관련되는, 도10에 도시된 토크 센서 장치의 측면도이다.
도12는 또 다른 실시예와 관련되는, 도10과 도11에 도시된 토크 센서 장치의 저면도이다.
제한되지 않는 본 실시예에서 설명된 특별한 값과 형상은 변경될 수 있고 적어도 하나의 실시예를 설명하기 위해 단지 인용되며 본 발명의 관점을 제한하려는 것은 아니다.
도1은 토크 센서 장치(100)의 사시도이며, 바람직한 한 실시예와 관련하여 실시될 수 있다. 도1 내지 도9에서 같거나 유사한 부분이나 구성요소는 일반적으로 같은 참조부호로 표시된다. 토크 센서 장치(100)는 엔진 및/또는 변속기 제어 유니트에 직접 토크 측정값을 제공하기 위한 자동차 적용에서의 필요성을 해결하도록 사용될 수 있다. 토크 센서 장치(100)는 일반적으로 토크부재(106)를 포함하며, 이 토크부재는 에컨대 바아나, 샤프트, 플랜지 또는 도1에 도시된 토크(118)와 같은 토크가 작용된 어떤 메카니즘일 수 있다.
토크부재(106)는 일반적으로 고정 단부(116)를 포함하고, 이 고정 단부는 다른 메카니즘이나 물체에 고정된다. 토크 센서 변환기 패키지(109)는 커넥터(102, 104)를 사용하여 토크부재(106)에 위치될 수 있거나 연결될 수 있으며, 이 커넥터는 설계 고려사항에 따라 예컨대 스크류나 리벳으로서 제공될 수 있다. 변환기나 감지부재(110)가 토크 센서 변환기 패키지(109)에 통합되거나 부착된다. 토크 센서 변환기 패키지(109)는 구멍(112, 114)을 포함하도록 형성될 수 있으며, 이 구멍들은 각각 각 패스너(fastener)나 커넥터(102, 104)를 수용하고, 이 커넥터는 이어서 구멍(112, 114)을 통해 토크부재(106)에 직접 연결된다.
그러므로, 토크 센서 변환기 패키지(109)가 토크부재(106)에 안정되게 고정되어서 토크(118)나 비틀림(twist)이 토크부재(106)로부터 변환기나 감지부재(110)로 전달된다. 따라서, 패스너나 커넥터(102, 104)가 토크 센서 변환기 패키지(109)를 토크부재(106)에 부착시키기 위해서 사용된다. 토크 센서 변환기 패키지(109)가 이의 양 측에 플랜지부(111, 113)를 포함하도록 장치(100)의 형상이 수정될 수 있다. 이와 같은 플랜지부(111, 113)는 함께 타원-모양의 플랜지(108)를 형성하고, 이 타원-모양의 플랜지는 이 위에 변환기나 감지부재(110)가 위치될 수 있는 베이스로서 또한 기능할 수 있다. 각 플랜지부(111, 113)는 각 구멍(112, 114)을 포함하거나 통합하도록 형성될 수 있어서, 예컨대 각각의 스크류나 리벳(102, 104)과 같은 각 스크류나 리벳이 토크부재(106)로 구동될 수 있다. 이와 같은 패스너(102, 104)는 이와 같은 패스너가 느슨해지지 않도록 하기 위해서 이들의 나사산에 접착제가 구비될 수 있거나 구비되지 않을 수 있다. 결과적으로, 장치(100)는 토크 센서 변환기 패키지(109)를 토크 부재(106)에 안정되게 부착시킨다.
토크 센서 변환기 패키지(109)는 다양한 재료로부터 형성될 수 있다. 예컨 대, 토크 센서 변환기 패키지(109)는 스탬핑(stamped)되거나 선삭(turned)되거나 주조되거나 몰드성형 등이 될 수 있다. 플랜지부(111, 113)의 구멍(112, 114)은 토크 센서 변환기 패키지(109)의 제1 제조 동안에 형성될 수 있거나 제2 작동에서 플랜지부에 위치될 수 있다. 따라서, 토크 센서 변환기 패키지(109)는 스크류나 리벳(102, 104)으로 토크부재(106)에 부착될 수 있다.
도2는 토크 센서 장치(200)의 사시도이고, 또 다른 실시예와 관련하여 실시될 수 있다. 토크 센서 장치(200)는 도1에 도시된 토크 센서 장치(100)의 다른 실시예를 나타낸다. 일반적인 토크 센서 장치(100)는 토크부재(106)를 포함하고, 이 토크부재는 토크(118)를 받는다. 암나사산이 형성된 구멍(210)이 토크부재(106)에 형성될 수 있다. 따라서, 수나사산(209)이 구비된 토크 센서 변환기 패키지(208)가 암나사산이 형성된 구멍(210)에 위치되고 안정되게 고정될 수 있으며, 이 구멍은 패키지(208)의 수나사산(209)과 맞물리고 이를 수용하도록 형성된다.
따라서, 토크 센서 변환기 패키지(208)가 토크부재(106)에 안정되게 고정될 수 있어서 토크(118)나 비틀림이 토크부재(106)로부터 변환기나 변환기 패키지(208)로 전달된다. 그러므로, 변환기(208)는 나사산이 형성되어 있어서 토크부재(106)의 암나사산이 형성된 구멍(210)에 나사결합된다. 변환기나 변환기 패키지(208)의 나사산(208)은 패키지(208)가 느슨해지지 않도록 접착제를 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. 변환기 패키지(208)는 다양한 재료로부터 형성될 수 있고 형성되는 동안에 스탬핑되거나 선삭되거나 주조되거나 몰드성형 등이 될 수 있다. 나사산(209)은 패키지(208)의 제1 제조단계 동안이나 제2 작동 동안에 형성될 수 있다. 따라서, 패키지(208)는 패키지(208)를 토크부재(106)에 나사결합함으로써 토크부재(106)에 부착될 수 있다.
도3은 토크 센서 장치(300)의 사시도이고, 또 다른 실시예와 관련하여 실시될 수 있다. 토크 센서 장치(300)는 도1에 도시된 토크 센서 장치(100) 및/또는 도2에 도시된 토크 센서 장치(200)의 또 다른 실시예를 나타낸다. 다시, 상기시키기 위해서 같거나 유사한 부분이나 구성요소는 도1 내지 도9에서 같은 참조부호로 표시된다. 토크 센서 장치(300)는 토크부재(106)를 포함하고, 이 토크부재는 토크(118)를 받는다. 토크부재(116)는 고정 단부(116)를 포함한다. 토크 센서 변환기 패키지(309)는 일반적으로 감지부재(110)가 위치하는 베이스나 플랜지(308)를 포함하도록 형성된다. 도3에 도시된 베이스나 플랜지(308)는 도1에 도시된 베이스나 플랜지(108)와 유사하고 플랜지부(311, 313)를 포함하며, 이 플랜지부는 도1에 도시된 각 플랜지부(111, 113)와 유사하다.
전술된 바와 같이, 토크(118)나 비틀림이 토크부재(106)로부터 변환기나 감지부재(110)로 전달되도록 하기 위해서 변환기 패키지(309)가 토크부재(106)에 안정되게 고정되어야만 한다. 그러므로, 변환기 패키지(309)는 플랜지(308)의 베이스의 양 측에 있는 플랜지부(311, 313)를 구비하는 베이스나 플랜지(308)를 포함하도록 형성될 수 있다. 그러므로, 각 플랜지부(311, 313)는 변환기 패키지(309)를 토크부재(106)에 안정되게 고정되도록 접착제(310)를 위한 각각의 표면을 제공할 수 있다.
변환기 패키지(309)는 다양한 재료로부터 형성될 수 있고 이의 성형동안에 스탬핑되거나 선삭되거나 주조되거나 몰드성형 등이 될 수 있다. 접착제(310)가 플랜지(308) 및/또는 토크부재(106)에 도포될 수 있다. 이와 같은 접착제(310)는 제조과정의 필요나 고려사항에 따라 열경화나 RF(Radio Frequency; 무선 주파수)경화, 또는 시간 경화 등을 필요로 할 수 있다.
도4는 토크 센서 장치(400)의 사시도이고, 또 다른 실시예와 관련하여 실시될 수 있다. 토크 센서 장치(400)는 도1 내지 도3에 각각 도시된 토크 센서 장치(100 내지 300)의 또 따른 실시예를 나타낸다. 장치(400)는 토크부재(106)를 포함하고, 이 토크부재는 토크(118)를 받는다. 감지부재(402), 이 경우에는 탄성표면파(SAW) 칩은 토크부재(106)에 연결될 수 있다. 감지부재(402)는 칩이나 감지다이(sensing die)로서 형성될 수 있어서 감지부재나 다이(402)는 직접 토크부재(106)에 부착된다.
토크부재(106)는 설계 고려사항과 이의 응용장치에 따라 예컨대 플라이휠(fly wheel)이나 가요성 플레이트(flex plate)일 수 있다. 그러므로, 장치(400)는 감지다이나 감지부재(402)를 토크부재(106)에 부착하여서 토크부재(106; 예컨대 플라이휠, 가요성 플레이트 등)에 발생된 토크(118)를 직접 측정하는 방법을 설명한다. 또한, 커버(408)가 감지부재(402)를 둘러싸고 유지하고 보호하기 위해서 제공될 수 있다.
감지부재(402)는 SAW 토크 센서로서 기능할 수 있다. 이와 같은 SAW 토크 센서의 응용장치는 토크부재(106)에 형성되거나 발생된 토크(118)에 비례하는 전기적인 출력을 제공한다. 토크 정보를 감지부재(402; 예컨대 감지용 집적회로)에 전달 하는 것은 감지다이나 감지부재(402)를 토크나 정보가 사용가능한 토크부재(106)의 면에 접착하여서 달성될 수 있다. 다이(402)는 다이가 장착되는 환경에 견디는 접착제(예컨대 접착제(310))를 사용하여 토크부재(106)에 부착될 수 있다. 이와 같은 환경은 변속기유(transmission oil), 모터유(motor oil), 그리스(grease), 염수(salt water), 진동 및/또는 기계적인 충격을 포함할 수 있으나, 이에는 한정되지 않는다. 커버(408)의 사용은 SAW 장치나 사용된 감지부재(402)가 일반적으로 이의 표면에 작용하는 어떠한 부하에도 매우 민감하기 때문에 중요하다. 심지어 습도의 변화가 여기에서 설명된 감지용 형상을 사용하여서 검출될 수 있다. 따라서, 커버(408)는 예컨대 밀봉환경을 제공하는 커버로서 실시될 수 있다.
도5는 토크 센서 장치(500)의 단면도이고, 또 다른 실시예와 관련하여 실시될 수 있다. 토크 센서 장치(500)는 도1 내지 도4에 각각 도시된 토크 센서 장치(100 내지 400)의 또 다른 실시예를 나타낸다. 토크 센서 장치(500)는 일반적으로 전술된 바와 같은 고정 단부(116)를 구비한 토크부재(106)를 포함한다. 토크부재(106)는 또한 전에 도시되고 설명된 바와 같이 발생된 토크(118)를 받을 수 있다. 토크 센서 장치(500)는 감지부재(402)가 위치하는 간극(502)을 포함하도록 형성된다. 전술된 바와 같이, 감지부재(402)는 SAW 칩이나 SAW 다이로서 실시될 수 있다. 금속 패치가 일반적으로 간극(502) 위에 위치된다. 간극(502)은 일반적으로 장치(500)를 위한 카운터 싱크(counter sink)로서 기능한다.
감지부재(402)는 그 자신이 변환기 패키지로서 기능할 수 있고, 이 감지부재는 토크부재(106)에 안정되게 고정되어서, 토크(118)나 비틀림이 토크부재(106)로 부터 변환기나 감지부재(402)로 전달된다. 그러므로, 변환기 패키지나 감지부재(402)는 간극(502)에 위치되고, 이 간극은 토크부재(106)에 블라인드 구멍(blind hole)으로서 형성된다. 변환기 패키지나 감지부재(402)는 금속 패치(506)가 그 위에 위치된 상태로 구멍이나 간극(502)에 고정될 수 있다. 금속 패치(506)는 레이저 용접이나 에폭시 또는 다른 적절한 연결 방법이나 연결 메카니즘에 의해서 고정될 수 있다.
도6은 토크 센서 장치(600)의 단면도이며, 또 다른 실시예와 관련하여 실시될 수 있다. 토크 센서 장치(600)는 도1 내지 도5에 각각 도시된 토크 센서 장치(100 내지 500)의 또 다른 실시예를 나타낸다. 토크 센서 장치(600)는 일반적으로 토크부재(106)와 이의 고정 단부(116)를 포함한다. 토크부재(106)는 발생된 토크(118)를 받을 수 있다. 감지부재(402; 예컨대 SAW 칩 이나 SAW 다이)는 간극(502)에 위치되고 일반적으로 토크부재(106)에 연결된다.
감지부재(402)는 일반적으로 변환기 패키지(601)의 일부로서 변환기로서 기능한다. 이와 같은 변환기 패키지(601)는 토크(118)나 비틀림이 토크부재(106)로부터 변환기나 감지부재(402)로 전달되도록 토크부재(106)에 안정되게 고정되어야만 한다. 변환기나 감지부재(402)는 1/2 버튼 변환기 패키지 커버나 구성부(602)에 의해서 토크부재(106) 내에 형성된 간극(502) 내에 보호될 수 있고 유지될 수 있다. 따라서, 감지부재(402)는 1/2 버튼 변환기 패키지 커버나 구성부(602)에 의해서 덮여진다. 그러므로, 간극(502)은 토크부재(106)로부터 블라인드 구멍으로서 형성된다. 변환기 패키지(601)를 위한 감지부재나 변환기(402)와 함께 1/2 버튼 변환기 패키지 커버나 구성부(602)는 구멍이나 간극(502)에 '뒤집어 지도록' 위치될 수 있어서 변환기나 감지부재(402)는 일측은 블라인드 구멍(502)에 의해서 보호되고 다른 측은 변환기 패키지(601) 자신에 의해서 보호된다. 변환기 패키지(602)는 예컨대 에폭시와 같은 연결수단으로 제자리에 고정될 수 있다.
도7은 토크 센서 장치(700)의 단면도이고, 또 다른 실시예와 관련하여 실시될 수 있다. 토크 센서 장치(700)는 전술되고 여기에서 도1 내지 도6과 관련하여 설명되고 도시된 토크 센서 장치(100 내지 600)와 함께 사용되는 데 적용될 수 있다. 장치(700)에서 저 마찰 스페이서(708)가 도시되어 있다. 저 마찰 스페이서(708)는 안테나나 커플러(710)에 연결될 수 있다. 저 마찰 스페이서(708)는 다른 커플러(702)의 표면(706)에 접촉되는 표면(704)을 포함할 수 있다. 저 마찰 스페이서(708)의 표면(704)은 코팅되거나 저 마찰 재료로부터 형성된 표면이 될 수 있다. 표면(704, 706)은 일반적으로 서로 접촉한다. 양 커플러(710, 702)는 설계 고려사항에 따라 정지해 있거나 회전될 수 있다. 저 마찰 스페이서(708)는 일반적으로 예컨대 커플러(710 및/또는 702)와 같은 정지해 있거나 회전하는 커플러 사이의 간극에 세팅되는 저 마찰 스페이서로서 기능한다.
저 마찰 스페이서(708)는 베어링이나, 로터나 스테이터의 하우징을 지지하도록 연결되고 커플러(710, 702)와 같은 2개의 커플러 사이의 전체 공간을 채우는 고체 디스크 형태의 재료로서 형성될 수 있다. 베어링이나 스페이서(708)는 각 커플러(710, 702) 사이에 위치된 2개의 트레이스(trace; 도7에 도시되지 않음) 사이의 커플링을 간섭하지 않도록 커플러(710, 702) 사이의 공간의 일부를 채우도록 또한 형성될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 스페이서(708)는 스테이터와 로터 커플러의 2개의 서포트 하우징(support housing) 사이에 스페이서를 제공하여서 커플러 트레이스 사이의 간극을 간접적으로 세팅하는 데에 사용될 수 있다. 커플러 사이의 매개물(medium)이 응용장치(예컨대, 변속기유의 공기방울, 가요성 플레이트 내에 물이 튀긴 것 등) 내에서 변경 가능한 몇 가지 상황에서, 고체 스페이서/베어링은 커플러(710, 702) 사이에 안정한 유전체를 제공하기 위해서 커플러 트레이스 사이의 전체 공간을 채워서 실시될 수 있다.
저 마찰 스페이서(708)는 간극이 시간에 대해서 두드러지게 변하지 않기 때문에 '무마찰'이나 상기와 같은 저 마찰로 고려된다. 스페이서/베어링(708)에 대해서 회전하고 정지한 구조를 함께 밀기 위한 메카니즘을 포함하는 장착용 장치가 선택적으로 제공될 수 있다. 이와 같은 메카니즘은 장착용 스크류에 스프링의 형태나 상기 양 구조에 함께 힘을 가하기 위해서 스프링으로 작용하는 커플러 서포트 하우징의 플라스틱 형상의 형태로 제공될 수 있다.
토크 감지는 엔진이나 변속기 제어 유니트에 직접 토크 측정값을 제공하기 위해서 자동차 응용장치에서 흔히 필요로 한다는 것을 알 수 있다. 그러므로, 토크 센서 장치(100 내지 600)는 예컨대 토크부재(106)와 같은 토크부재에 부착된 변환기를 기초로 하여, 토크 감지 데이터의 무선 전송을 위한 무선 구성부를 포함하도록 수정될 수 있다. 전술된 변환기나 감지부재는 예컨대 커플러(710 및/또는 702)와 같은 안테나나 커플러에 부착될 수 있다. 정지된 안테나나 커플러는 회전하는 커플러로부터 짧은 거리(예컨대, 약 1.00mm)에 위치될 수 있다. 2개의 커플러(710, 702) 사이의 거리는 무선 토크 센서 장치의 성능에 중요하다. 2개의 커플러(710, 702) 사이에 축적되는 공차를 감소시키는 것을 돕기 위해서, 하나의 커플러가 평면과 접촉하여 위치될 수 있다. 커플러 중의 하나가 다른 것이 회전될 수 없는 동안에 회전하기 때문에, 이 평면(즉, 면(704))은 거의 마찰이 없는 재료로 코팅될 수 있다.
도8은 토크 센서 장치(800)의 단면도이고, 또 다른 실시예와 관련하여 실시될 수 있다. 토크 센서 장치(800)는 토크 센서 장치(700)와 유사하나, 이의 변경을 포함한다. 예컨대, 장치(800)는 2개의 커플러(803, 805)를 포함하고, 이 커플러들은 도8에 도시된 커플러(710, 702)에 각각 유사하다. 하나 이상의 패스너(802, 804)가 커플러(803)를 자동차 부재(814)에 연결하기 위해서 사용될 수 있다. 패스너(802, 804)는 예컨대 스크류나 리벳과 같은 연결용 메카니즘으로서 제공될 수 있다. 커플러(805)는 일반적으로 자동차 부재(812)에 연결되고 간극(817)은 커플러(803)와 커플러(805) 사이에 위치된다.
정지한 커플러/전기장치는 진동과 스트레스를 최소화하고 정지 커플러와 회전 커플러 사이의 공기 간극(817)을 일정하게 유지시키기 위해서 안정되게 고정되어야 한다. 따라서, 패스너(802, 804)는 예컨대 자동차부(814)와 같은 자동차의 일부에 정지된 부분(즉, 커플러(803))을 유지시키토록 사용될 수 있다. 도8에 도시된 형태에서, 커플러(803 및/또는 805)는 인쇄회로기판(Printed Circuit Board; PCB)이나, PCB에 구멍(820, 822)이 구비된 함침 플라스틱 구성부 또는, 패스 너(802, 804)가 커플러(803)를 토크부재(814)에 안정되게 고정되도록 자동차부나 토크부재(814)로 구동될 수 있는 함침 플라스틱 구성부와 관련하여 실시될 수 있다. 패스너(802, 804)는 설계 고려사항에 따라, 패스너(802, 804)를 토크부재나 자동차부(814)에 안정되게 고정시키는 것을 돕기 위해서 패스너(802, 804)의 나사산에 에폭시가 구비될 수 있다.
도9는 토크 센서 장치(900)의 단면도이고, 또 다른 실시예와 관련하여 실시될 수 있다. 토크 센서 장치(900)는 구조상 그리고 센서 부재상 일부 변경된, 도8에 도시된 토크 센서 장치(800)와 유사하다. 전술된 바와 같이 회전 부재(106)는 장치(900)와 관련된 사용을 위해서 수정되고 적용될 수 있다. 변환기 패키지(908)는 여기에서 전술된 연결 형태 중 어느 하나에 따라 회전 부재(106)에 연결될 수 있다. 회전 커플러(904)는 일반적으로 정지 커플러(902)의 반대쪽에 위치한다. 커플러(902, 904)는 도8에 도시된 커플러(803, 805)와 도7에 도시된 커플러(710, 802)와 유사하다. 패스너(802, 804)는 정지 커플러(902)를 자동차 부재나 자동차부(910)에 연결시키기 위해서 구멍(820, 822)을 통해서 각각 구동될 수 있다. 회전 토크부재(106)는 자동차부(910) 내에 배치되거나 이에 의해서 둘러싸여질 수 있다. 회전 커플러(904)는 직접 회전 부재(106)에 연결될 수 있고 전기적인 연결부(908)를 통해서 변환기 패키지(906)과 전기적으로 통신할 수 있다.
도10은 토크 센서 장치(1000)의 평면도이고, 또 다른 실시예와 관련하여 실시될 수 있다. 또한, 도11은 또 다른 실시예와 관련하여 도10에 도시된 토크 센서 장치(1000)의 측면도이다. 유사하게, 도12는 또 다른 실시예와 관련하여 도10과 도 11에 도시된 토크 센서 장치(1000)의 저면도이다. 도10과 도11에서 같거나 유사한 부분이나 구성요소는 일반적으로 같은 참조부호에 의해서 표시된다.
일반적으로, 토크 센서 장치(1000)는 커플러(1009)에 고정된 디스크(1012)와 커플러(1011)에 고정된 디스크(1013)를 포함한다. 디스크(1012)는 커플러(1009)와 관련하여 커플러 전도성 트레이스(1008)를 보호 및/또는 유지할 수 있다. 디스크(1012)와 커플러(1009)는 장착용 패스너(1016, 1018, 1010 및, 1020)를 사용하여 함께 연결될 수 있다. 토크 센서 장치(1000)는 중앙에 위치된 샤프트(1006)를 포함하고, 이 샤프트는 전술된 토크부재(106)와 유사하다. 이와 같은 샤프트(1006)는 또한 전술된 토크(118)과 같은 토크를 받을 수 있다. 토크 센서 장치(100)는 커플러(1011)를 더 포함하고, 이 커플러는 디스크(1013)와 관련되거나 연결된다. 디스크(1013)는 장착용 패스너(1024, 1026, 1028 및, 1030)에 의해서 커플러(1011)에 연결될 수 있다. 커플러(1011)는 저 마찰 베어링 재료로부터 형성될 수 있고, 커플러(1011, 1009) 사이의 전체 간극의 공간을 채우는, 예컨대 디스크로서 형성될 수 있다. 그러나, 일반적으로 디스크(1012, 1013)는 베어링 표면과 같이 작동할 수 있다.
상기 게재된 것의 변경이나 다른 형상과 기능 또는 이의 다른 실시예가 바람직하게는 많은 다른 장치나 응용장치에 결합될 수 있다는 것을 알 수 있다. 또한, 이런 여러 가지 미리 예측되지 않거나 기재되지 않은, 다른 실시예나, 수정, 변경또는 개선이 다음의 청구항에 포함되도록 된 당해 분야의 당업자에 의해서 후에 만들어질 수도 있다.

Claims (10)

  1. 감지부재와 관련된 적어도 하나의 패스너를 수용하기 위해서 형성된 적어도 하나의 구멍을 구비한 토크부재; 및
    상기 토크부재와 관련된 토크를 토크 감지 작동을 위해서 상기 감지부재에 전달하도록 상기 토크부재를 상기 감지부재에 연결하는 상기 적어도 하나 이상의 패스너와 관련된 감지부재;
    를 포함하는 토크 센서 패키징 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 감지부재는 변환기를 포함하는 토크 센서 패키징 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 감지부재에 통합되는 토크 센서 패키지를 더 포함하며, 상기 토크 센서 패키지는 상기 토크부재를 상기 감지부재에 연결하는 상기 적어도 하나의 패스너를 수용하기 위한 상기 적어도 하나의 구멍을 포함하도록 형성된 토크 센서 패키징 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 적어도 하나의 패스너는 상기 적어도 하나의 구멍을 통해서 상기 토크 센서 패키지를 상기 토크부재에 연결하기 위한 복수개의 리벳을 포함하는 토크 센서 패키징 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 적어도 하나의 패스너는 상기 적어도 하나의 구멍을 통해서 상기 토크 센서 패키지를 상기 토크부재에 연결하기 위한 복수개의 스크류를 포함하는 토크 센서 패키징 장치.
  6. 감지부재와 관련된 적어도 하나의 패스너를 수용하기 위해서 형성된 적어도 하나의 구멍을 구비한 토크부재;
    토크 감지 동작을 위해서 상기 토크부재와 관련된 토크를 상기 감지부재로 전달하도록, 상기 토크부재를 상기 감지부재에 연결시키기 위해서 상기 적어도 하나의 패스너와 관련되며, 변환기를 포함하는 감지부재;
    상기 토크부재에 연결되기 위해서 상기 적어도 하나의 패스너를 수용하도록 상기 적어도 하나의 구멍을 포함하게 형성되기 위해서, 상기 감지부재를 유지하며, 상기 감지부재와 통합되는 토크 센서 패키지;
    상기 토크 센서 패키지의 일부를 형성하며, 상기 감지부재에 연결된 플랜지; 및
    상기 플랜지를 안정되게 고정시켜서 상기 토크 센서 패키지를 상기 토크부재에 안정되게 고정하는 접착제;
    를 포함하는 토크 센서 패키징 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 감지부재에 의해서 감지된 상기 토크의 토크 데이터 표시를 무선 전송하기 위해서 상기 감지부재와 관련된 적어도 하나의 커플러와 접촉을 유지하는 저 마찰 표면을 포함하는 저 마찰 스페이서를 더 포함하는 토크 센서 패키징 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 감지부재는 상기 감지부재로부터의 데이터의 무선 전송을 위한 커플러와 관련되고, 상기 커플러는 PCB나, 다수의 각 패스너가 상기 토크부재 내에서 구동되는 복수개의 구멍을 포함하는 함침(含浸;impregnated) 플라스틱 구성부를 포함하는 토크 센서 패키징 장치.
  9. 관련된 토크를 감지하기 위한 토크부재와, 상기 토크부재와 관련된 토크 데이터를 제공하는 감지부재;
    상기 감지부재가 그 중 하나에 고정되며, 상기 토크 데이터의 무선 전송을 제공하고, 상기 감지부재와 관련된 복수개의 커플러; 및
    저 마찰 표면을 포함하며, 상기 복수개의 커플러 사이에 일정한 간극을 세팅하는 저 마찰 스페이서;
    를 포함하는 토크 센서 패키징 장치
  10. 제9항에 있어서, 상기 복수개의 커플러는 회전 커플러와 정지 커플러를 포함하고, 상기 정지 커플러는 상기 회전 커플러로부터 가깝게 위치하는 토크 센서 패키징 장치.
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