KR20090035846A - 조향용 복합센싱장치 - Google Patents

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Abstract

조향용 복합센싱장치가 개시된다. 상기 조향용 복합센싱장치는 조향각 센싱장치의 마그네트에서 발생되는 자속이 조향토크 센싱장치의 마그네트에서 발생되는 자속의 간섭을 받지 않으므로, 조향각 센싱장치의 마그네트에서 발생되는 자속의 양을 정확하게 센싱할 수 있다. 따라서, 측정된 조향각에 상대적으로 오차가 없으므로 제품의 신뢰성이 향상된다.

Description

조향용 복합센싱장치 {MANIFOLD SENSING APPARATUS FOR STEERING}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조향용 복합센싱장치의 사시도.
도 2는 도 1의 일부 결합 저면 사시도.
도 3a 및 도 3b는 조향각 센싱장치의 제 1 및 제 2 마그네트의 자속변화를 보인 도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
110,210 : 제 1,2 케이스 130 : 스테이터
140,241,245 : 제 1,2,3 마그네트
220 : 메인기어 231,235 : 제 1,2 보조기어
310 : 마이컴 320 : 입력축
330 : 출력축
본 발명은 조향용 복합센싱장치에 관한 것이다.
차량용 파워 스티어링 시스템은 주행중인 차량의 진행방향을 전환하기 위하여 조향륜의 방향을 전환시키는 장치이다. 주행중인 차량의 조향 정도는 차량을 제 어하기 위한 데이터로 활용되므로, 조향토크 및 조향각을 센싱하여 차량의 조향 정도를 검출한다.
조향용 복합센싱장치란 차량 등의 조향각 및 조향토크를 센싱하는 장치를 말한다.
종래의 조향용 복합센싱장치의 조향각 센싱장치와 조향토크 센싱장치는 각각 마그네트의 회전에 따른 자속의 변화를 감지하여 조향각과 조향토크를 센싱한다. 이때, 상대적으로 크기가 작은 조향각 센싱장치의 마그네트에서 발생되는 자속이 상대적으로 크기가 큰 조향토크 센싱장치의 마그네트에서 발생되는 자속에 의하여 간섭을 받는데, 이로인해 조향각 센싱장치의 마그네트에서 발생되는 자속의 양을 정확하게 센싱할 수 없다. 따라서, 측정된 조향각에 오차가 발생하여 제품의 신뢰성이 저하되는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 마그네트에서 발생되는 자속간의 간섭을 억제함으로써, 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 조향용 복합센싱장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 조향용 복합센싱장치는, 제 1 케이스, 상기 제 1 케이스의 내부에 설치되며 입력축에 결합되어 상기 입력축과 동일하게 회전하는 제 1 마그네트, 상기 제 1 마그네트를 감싸는 형태로 상기 제 1 케이스의 내부에 설치되고 토션바를 매체로 상기 입력축과 연결된 출력축에 결합되어 상기 출력축과 동일하게 회전하며 상기 마그네트와의 사이에서 자기장의 변화를 야기하는 스테이터를 가지는 조향토크 센싱장치; 상기 출력축과 함께 회전하는 메인기어, 상기 메인기어와 연동하여 회전하는 상호 다른 기어비를 가지는 제 1 및 제 2 보조기어, 상기 제 1 및 제 2 보조기어에 각각 결합되어 상기 제 1 및 제 2 보조기어와 각각 함께 회전하는 제 2 및 제 3 마그네트를 가지는 조향각 센싱장치; 상기 제 1 마그네트에서 발생된 자속에 의하여 상기 제 2 및 제 3 마그네트에서 발생된 자속이 간섭받는 것을 방지하는 수단을 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 조향용 복합센싱장치를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조향용 복합센싱장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 일부 결합 저면 사시도이다.
도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 조향용 복합센싱장치는 조향토크 센싱장치(100)와 조향각 센싱장치(200)를 포함한다.
조향토크 센싱장치(100)는 내부에 소정 공간이 형성된 제 1 케이스(110)를 가진다. 제 1 케이스(110)는 가상의 수직선에 대하여 상대적으로 상측에 위치된 커버(111)와 하측에 위치되며 상판이 개방된 하부케이스(115)를 가진다. 커버(111) 및 하부케이스(115)의 하판에는 상호 대응되게 제 1 및 제 2 관통공(112,116)이 각각 형성된다.
이하, 구성요소들의 면을 지칭함에 있어서, 상기 가상의 수직선을 기준으로, 상측을 향하는 면을 상면이라 하고, 하측을 향하는 면을 하면이라 한다.
하부케이스(115)의 내부에는 원통형상의 스테이터홀더(120)가 설치되고, 스테이터홀더(120)의 상단면(上端面) 및 하단면(下端面)에는 스테이터(130)가 각각 결합된다.
스테이터(130)의 내측에는 복수의 극을 갖는 링형상의 제 1 마그네트(140)가 배치된다. 제 1 마그네트(140)는 내주면이 원통형상의 마그네트홀더(150)의 외주면에 결합되고, 외주면이 스테이터(130)의 치(133)와 소정 간격을 가지면서 대향한다.
마그네트홀더(150)의 내주면에는 커버(111)의 제 1 관통공(112)을 관통한 조향축측인 입력축(320)이 결합되고, 스테이터홀더(120)의 하부측에 형성된 결합관(123)에는 조향 바퀴인 차량의 전륜측와 연결된 출력축(330)이 결합된다. 결합관(123)은 하부케이스(115)의 제 2 관통공(116)을 통과하여 제 1 케이스(110)의 하측으로 노출된다. 그리고, 입력축(320)측에는 조향 핸들이 연결되고, 입력축(320)과 출력축(330)은 토션바(미도시)를 매체로 연결된다.
그리하여, 상기 조향 핸들에 외력을 가하여 상기 조향 핸들을 회전시키면 입력축(320)이 회전되고, 입력축(320)과 동일하게 마그네트홀더(150) 및 제 1 마그네트(140)도 회전한다. 그리고, 출력축(330)은 상기 토션바를 통하여 입력축(320)의 회전력을 전달받아 회전하고, 출력축(330)과 동일하게 스테이터홀더(120) 및 스테이터(130)도 회전한다.
그런데, 출력축(330)은 도로와 접촉된 전륜과 연결되어 있으므로, 도로와 전륜과의 마찰저항에 의하여 상기 토션바에는 토크가 발생한다. 상기 토션바의 토크 에 의하여 제 1 마그네트(140)와 스테이터(130)의 회전각도는 상이하고, 제 1 마그네트(140)의 회전각도와 스테이터(130)의 회전각도 차이에 따라 제 1 마그네트(140)와 스테이터(130) 사이에 야기되는 자기장은 다르다.
제 1 마그네트(140)와 스테이터(130) 사이에 발생된 자기장은 하부케이스(115)에 고정된 제 1 센서(160)에 의하여 감지된다. 그리하여, 제 1 센서(160)가 감지한 자기장의 세기를 마이컴(310)이 수신하여, 수신한 값과 설정된 기준 값을 비교하여 토크를 측정하고, 측정된 토크에 따라 차량의 조향에 필요한 보조 조작력을 결정하여 모터 등을 구동시킨다. 제 1 센서(160)는 Linear Hall IC로 마련된다.
제 1 센서(160)와 대응되는 케이스(110)의 부위에는 자기장을 집중하는 컬렉터(Collector)(170)가 설치된다.
조향각 센싱장치(200)는 상판이 개방되어 제 1 케이스(110)의 하부케이스(115)의 하판에 결합된 제 2 케이스(210)를 가진다. 제 2 케이스(210)의 하판에는 제 3 관통공(213)이 형성되는데, 제 3 관통공(213)을 통하여 출력축(330)이 결합관(123)의 내주면에 결합된다.
결합관(123)의 외주면에는 메인기어(220)가 결합되어 스테이터홀더(120)와 함께 회전한다. 메인기어(220)와 결합관(123)의 견고한 결합을 위하여 메인기어(220)의 내주면 및 결합관(123)의 외주면에는 상호 삽입되어 걸리는 돌기(223) 및 홈(123a)이 형성된다.
메인기어(220)에는 제 1 보조기어(231)가 맞물려 연동하고, 제 1 보조기어(231)는 제 2 보조기어(235)에 맞물려 연동된다. 이때, 제 1 보조기어(231)의 기 어비와 제 2 보조기어(235)의 기어비는 상호 다르게 형성되는데, 이하, 제 2 보조기어(235)의 기어비가 제 1 보조기어(231)의 기어비 보다 크다고 가정한다. 그러면, 메인기어(220)가 1바퀴 회전하면, 제 1 보조기어(231)는 제 2 보조기어(235) 보다 더 많이 회전한다. 그리고, 제 1 및 제 2 보조기어(231,235)는 제 1 케이스(110)의 하부케이스(115)에 결합되어 지지된다.
제 1 및 제 2 보조기어(231,235)의 중앙부측에는 제 2 및 제 3 마그네트(241,245)가 각각 결합되어, 제 1 및 제 2 보조기어(231,235)와 각각 동일하게 회전한다.
그리고, 제 2 케이스(210)에는 제 2 및 제 3 마그네트(241,245)와 대향되게 제 2 및 제 3 센서(251,555)가 설치된다. 제 2 및 제 3 센서(251,255)는 제 2 및 제 3 마그네트(241,245)의 회전각도를 센싱하여, 마이컴(310)으로 송신한다. 제 2 및 제 3 센서(251,255)는 Rotary Hall IC로 마련된다.
본 실시예에 따른 조향각 센싱장치를 이용하여 조항각을 측정하는 방법을 설명한다.
차량의 조향을 위하여, 상기 조향핸들을 회전시키면, 입력축(320)→상기 토션바→출력축(330)→스테이터홀더(120)가 회전하면서 메인기어(220)도 회전한다. 메인기어(220)가 회전하면, 메인기어(220)와 연동하여 회전하는 제 1 보조기어(231) 및 제 1 보조기어(231)와 연동하여 제 1 보조기어(231)와 다른 각속도로 회전하는 제 2 보조기어(235)도 회전하므로, 제 1 및 제 2 보조기어(231,235)에 결합된 제 2 및 제 3 마그네트(241,245)도 상호 다른 각속도로 회전한다.
그러면, 제 2 및 제 3 센서(251,255)가 제 2 및 제 3 마그네트(241,245)의 회전각도를 센싱하여 마이컴(310)으로 송신하고, 마이컴(310)은 적절한 조합 및 연산을 통하여 조향륜의 회전각도를 계산한다.
조향토크 센싱장치(100)의 제 1 마그네트(140)는 조향각 센싱장치(200)의 제 2 및 제 3 마그네트(241,245) 보다 그 크기가 크다. 그리고, 제 1 마그네트(140)는 스테이터홀더(120)의 내부에 위치되고, 제 2 및 제 3 마그네트(241,245)는 스테이터홀더(120)의 외측에 위치된다. 이로인해, 제 1 마그네트(140)에서 발생된 자속에 의하여 제 2 및 제 3 마그네트(241,245)에서 발생된 자속이 간섭을 받는다.
본 실시예에 따른 조향용 복합센싱장치에는 제 1 마그네트(140)에서 발생된 자속에 의하여 제 2 및 제 3 마그네트(241,245)에서 발생된 자속이 간섭을 받는 것을 방지하는 수단이 마련된다. 상기 수단은 제 2 및 제 3 마그네트(241,245)를 각각 감싸는 형태로 설치되어, 제 1 마그네트(140)에서 발생된 자속을 흡수하는 자성체의 보호링(350)으로 마련된다.
도 3a 및 도 3b는 조향각 센싱장치의 제 1 및 제 2 마그네트의 자속변화를 보인 도로서, 이를 설명한다.
도 3a 및 도 3b는 조향각 센싱장치(200)의 제 2 및 제 3 마그네트(241,245)를 고정시킨 상태에서 조향토크 센싱장치(100)의 제 1 마그네트(140)를 회전시켰을 때의 자속변화를 보인 것으로, 굵은선은 본 발명에 따른 조향용 복합센싱장치의 제 2 및 제 3 마그네트(241,245)의 자속변화이고, 가는선은 종래의 복합센싱장치의 마그네트의 자속변화이다.
도 3a 및 도 3b를 통하여 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 제 2 및 제 3 마그네트(241,245)의 자속밀도는 각각 5∼14 및 (-)3∼0으로 그 변화폭은 각각 9 및 3이고, 종래의 조향용 복합센싱장치의 마그네트의 자속밀도는 각각 (-)3∼10 및 2.5∼7.5로 그 변화폭은 각각 13 및 5이다. 그러므로, 본 발명에 따른 제 2 및 제 3 마그네트(241,245)의 자속밀도 변화폭이 종래의 마그네트에 비하여 각각 4 및 2 감소된 것을 알 수 있다. 이는 보호링(350)으로 인하여 제 2 및 제 3 마그네트(241,245)에서 발생되는 자속이 제 1 마그네트(140)에서 발생되는 자속의 간섭을 덜 받는 것을 의미한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 조향용 복합센싱장치는 조향각 센싱장치의 마그네트에서 발생되는 자속이 조향토크 센싱장치의 마그네트에서 발생되는 자속의 간섭을 받지 않으므로, 조향각 센싱장치의 마그네트에서 발생되는 자속의 양을 정확하게 센싱할 수 있다. 따라서, 측정된 조향각에 상대적으로 오차가 없으므로 제품의 신뢰성이 향상된다.
이상에서는, 본 발명의 일 실시예에 따라 본 발명을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 변경 및 변형한 것도 본 발명에 속함은 당연하다.

Claims (3)

  1. 제 1 케이스, 상기 제 1 케이스의 내부에 설치되며 입력축에 결합되어 상기 입력축과 동일하게 회전하는 제 1 마그네트, 상기 제 1 마그네트를 감싸는 형태로 상기 제 1 케이스의 내부에 설치되고 토션바를 매체로 상기 입력축과 연결된 출력축에 결합되어 상기 출력축과 동일하게 회전하며 상기 마그네트와의 사이에서 자기장의 변화를 야기하는 스테이터를 가지는 조향토크 센싱장치;
    상기 출력축과 함께 회전하는 메인기어, 상기 메인기어와 연동하여 회전하는 상호 다른 기어비를 가지는 제 1 및 제 2 보조기어, 상기 제 1 및 제 2 보조기어에 각각 결합되어 상기 제 1 및 제 2 보조기어와 각각 함께 회전하는 제 2 및 제 3 마그네트를 가지는 조향각 센싱장치;
    상기 제 1 마그네트에서 발생된 자속에 의하여 상기 제 2 및 제 3 마그네트에서 발생된 자속이 간섭받는 것을 방지하는 수단을 포함하는 조향용 복합센싱장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수단은 상기 제 2 및 제 3 마그네트를 각각 감싸는 형태로 설치되어, 상기 제 1 마그네트에서 발생된 자속을 흡수하는 보호링인 조향용 복합센싱장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 보호링은 자성체인 조향용 복합센싱장치.
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