KR20100001526A - 고정밀의 조향각도 검출장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 조향각도 검출장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 마그네트 디스크의 양측에 스테이터를 형성하여 조향각을 측정함으로써, 백래쉬 현상으로 발생하는 히스테리시스 오차를 제거하여 고정밀의 조향각을 측정할 수 있는 고정밀의 조향각도 검출장치에 관한 것이다.
본 발명의 고정밀의 조향각도 검출장치는 조향축과 연결되도록 중심부가 형성되고, 일정 주기를 갖는 자석이 양면에 형성된 마그네트 디스크; 상기 자석의 주기에 맞게 위치시켜 자속의 세기를 평활하고, 홀센서를 위치시키기 위한 돌출부가 형성되어 있는 스테이터; 및 상기 스테이터의 돌출부에 위치하고, 상기 자속의 세기를 이용하여 각도를 측정하는 홀센서를 포함함에 기술적 특징이 있다.
스테이터, 조향각, 센서, 백래쉬, 마그네트 디스크
Description
본 발명은 조향각도 검출장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 마그네트 디스크의 양측에 스테이터를 형성하여 조향각을 측정함으로써, 백래쉬 현상으로 발생하는 히스테리시스 오차를 제거하여 고정밀의 조향각을 측정할 수 있는 고정밀의 조향각도 검출장치에 관한 것이다.
조향각 센서는 자동차의 조향축(steering column)에 부착되어 차량의 조향각을 판별하기 위한 센서로서, 최근 자동차의 부가적 기능이 확대됨에 따라 전동식 동력 조향장치(Electric Power Steering, EPS), 무인 주차 시스템(Auto Parking System), 오토 라이트 시스템(Auto Light System) 등에 사용되고 있다.
조향각 센서는 상대 조향각 센서(relative angle sensor)와 절대 조향각 센서(absolute angle sensor)로 구분되며, 상대 조향각 센서는 조향축의 절대각이 아닌 좌우로 얼마만큼 회전했는가를 측정하고 절대 조향각 센서는 0° 기준점으로부 터 좌우 회전각도를 측정하는 센서이다.
이 중 절대 조향각 센서의 비중이 점차 커지고 있으며, 감지방식은 접촉방식인 저항방식(resistive)과 전기용량방식(capacitive)에서 비접촉방식인 광학방식(optical)과 자기방식(magnetic)으로 바뀌는 추세이다. 이 중 광학방식은 먼지나 기름 등의 오염에 약하고 시간이 지남에 따라 발광 다이오드의 광량이 저하되는 문제점으로 인해, 소형화에 유리하고 오염 방지가 용이한 자기방식이 각광받고 있다.
한편 종래의 일반적인 조향각 센서는 조향축의 상단부에 조향 핸들(steering wheel)이 연동되게 체결되고 조향축의 하단부에 조인트가 연결되어, 조인트 바퀴에 연결되는 링크가 연동되게 연결되어 있다.
이러한 조향각 센서는 차량의 운전자가 핸들을 회전시킴에 따라 변화하는 조향장치의 움직임을 감지하여 조향장치의 회전각이나 회전 각속도에 관한 조향각 검출 신호를 통해 차량의 자세를 인식하여 ABS(Anti-lock Brake System), ESP(Electronics Stability Program), EPS 등의 제어 신호로 사용할 수 있다.
이러한 종래의 조향각 센서 중 광학방식 센서는 긴 수명, 디자인의 간소화, 다양한 능력, 높은 정확도, 높은 분해능(resolution) 때문에 엔코딩 방법들 중에 가장 일반적으로 사용되었으나, 대부분의 광학식 회전측정은 LED가 시간적 광량 저하 특성을 가지고 있기 때문에 효과적으로 측정할 수 없는 단점이 있다.
또한, 주기가 서로 다른 두 개의 다른 기어를 이용한 종래의 조향각 센서는 맞물리는 두 톱니바퀴의 톱니와 톱니 사이의 간격에 의해 발생하는 백래쉬(backlash) 때문에 히스테리시스(hysteresis) 오차가 발생하며, 조향각 센서 의 톱니바퀴의 마모 정도에 따라 백래쉬 현상으로 인한 히스테리시스 오차 범위가 증가하는 문제점이 있었다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 마그네트 디스크의 양측에 스테이터를 형성하여 조향각을 측정함으로써, 백래쉬 현상으로 발생하는 히스테리시스 오차를 제거하여 고정밀의 조향각을 측정하는 검출장치를 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 자성체를 이용하여 자속을 모아주는 스테이터를 사용함으로써, 마그네트 디스크의 자석과 일치될 때 세기가 달라지거나 자석간의 세기 오차를 평활하는 고정밀의 조향각도 검출장치를 제공함에 다른 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 조향축과 연결되도록 중심부가 형성되고, 일정 주기를 갖는 자석이 양면에 형성된 마그네트 디스크; 상기 자석의 주기에 맞게 위치시켜 자속의 세기를 평활하고, 홀센서를 위치시키기 위한 돌출부가 형성되어 있는 스테이터; 및 상기 스테이터의 돌출부에 위치하고, 상기 자속의 세기를 이용하여 각도를 측정하는 홀센서를 포함하는 고정밀의 조향각도 검출장치에 의해 달성된다.
또한, 본 발명의 상기 자석은 N극과 S극이 연속적으로 형성되어 있음이 바람직하다.
또한, 본 발명의 상기 마그네트 디스크는 양면에 서로 주기가 다른 자석이 연속적으로 형성됨이 바람직하다.
또한, 본 발명의 상기 자석은 네오디뮴(Nd) 자석을 이용함이 바람직하다.
또한, 본 발명의 상기 마그네트 디스크는 강자성체 디스크를 사용함이 바람직하다.
또한, 본 발명의 상기 홀센서는 적어도 하나 이상임이 바람직하다.
또한, 본 발명의 상기 자석과 마그네트 디스크는 접착제 또는 플라스틱 몰드로 고정됨이 바람직하다.
또한, 본 발명의 상기 스테이터는 상기 마그네트 디스크의 상부에 이격되어 형성됨이 바람직하다.
또한, 본 발명의 상기 스테이터는 상부 스테이터와 하부 스테이터로 구분되고 서로 겹치지 않도록 이격되는 톱날형상임이 바람직하다.
또한, 본 발명의 상기 상부 스테이터와 하부 스테이터는 마그네트 디스크의 회전에 의해 자석의 N극과 S극에 위치하면 자속의 세기는 최대값 또는 최소값이 되고, N극과 S극에 위치하지 못하면 자속의 세기는 0이 됨이 바람직하다.
따라서, 본 발명의 고정밀의 조향각도 검출장치는 기어를 사용하지 않고 마그네트 디스크의 양측에 스테이터를 형성하여 조향각을 측정함으로써, 백래쉬 현상으로 발생하는 히스테리시스 오차를 제거할 수 있으며, 자성체를 이용하여 자속을 모아주는 스테이터를 사용함으로써, 마그네트 디스크의 자석과 일치될 때 세기가 달라지거나 자석간의 세기 오차를 평활할 수 있는 현저하고도 유리한 효과가 있다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 마그네트 디스크를 나타내는 도면이다. 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 도 1a는 6주기를 갖는 마그네트 디스크(102)이고, 도 1b는 5주기를 갖는 마그네트 디스크(104)이다. 즉, 하나의 마그네트 디스크(100)를 이용하여 6주기를 갖는 마그네트 디스크는 상부를 사용하고, 5주기를 갖는 마그네트 디스크는 하부를 사용한다.
상기 마그네트 디스크는 도우넛 모양으로 부피감소를 위해 강자성체 디스크를 사용하고, 조향축 회전에 따른 자기장 변화를 측정하므로 자력이 강한 네오디뮴(Neodymium, Nd) 자석(110, 160)을 사용한다. 상기 자석(110, 160)은 서로 주기 가 1 이상 차이가 남이 바람직하다.
6주기를 갖는 마그네트 디스크(102)와 5주기를 갖는 마그네트 디스크(104)로 구성된 마그네트 디스크(100) 양면에 상부 자석(110)과 하부 자석(160)을 각각 부착하는데, 마그네트 디스크(100)는 강자성체이기 때문에 자기장을 차폐하므로 마그네트 디스크(100)의 양면에 상부 자석(110)과 하부 자석(160)을 각각 부착하여도 일면에 부착한 상부 자석(110)과 하부 자석(160)에 의해 타면의 홀센서에 영향을 주지 않으며, 타면에 부착한 상부 자석(110)과 하부 자석(160)에 의해 일면의 홀센서에 영향을 주지 않는다.
또한, 상기 마그네트 디스크(100)에는 주기가 다른 상부 자석(110)과 하부 자석(160)이 각각 형성되어 있어 상부 자석(110)과 하부 자석(160)의 주기는 1주기가 차이나게 구성하고, 상기 마그네트 디스크(100)를 각각 상부 자석(110)과 하부 자석(160)에 고정하기 위해 접착제나 플라스틱 몰드를 사용한다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 스테이터를 나타내는 도면이다. 도 2a 내지 도 2d를 참조하면, 도 2a 및 도 2b는 6주기를 갖는 제1 상부 스테이터(122)와 제1 하부 스테이터(124)를 포함하는 제1 스테이터(120)이고, 도 2c 및 도 2d는 5주기를 갖는 제2 상부 스테이터(172)와 제2 하부 스테이터(174)를 포함하는 제2 스테이터(170)이다.
상기 상부 스테이터(122, 172)와 하부 스테이터(124, 174)는 톱날형상으로 형성되어 있고, 서로 톱날형상이 겹치지 않게 이격되어 위치하고 있다.
상기 제1 스테이터(120)와 제2 스테이터(170)는 자성체를 사용하여 자속을 모아주는 역할을 하는 수단으로, 자기패턴에 있는 자석이 일치될 때 세기가 달라져 발생하는 오차를 평활하게 한다.
상기 제1 스테이터(120)와 제2 스테이터(170)는 상부 스테이터(122, 172)를 하부 스테이터(124, 174)와 오버랩되는 부분을 올려서 제작하고, 상기 제1 스테이터(120)와 제2 스테이터(170)의 일측에 홀센서를 위치시키기 위한 돌출부가 형성되어 있다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 상부 마그네트 디스크 상에 제1 스테이터와 센서를 정렬시키는 도면이다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 상부 마그네트 디스크(100) 상에 제1 하부 스테이터(124)를 일정거리를 이격시켜 위치시킨 후, 도 3b에 도시된 바와 같이, 제1 상부 스테이터(122)를 위치시킨다.
이후, 도 3c와 같이 제1 상부 스테이터(122)와 제1 하부 스테이터(124) 사이에 센서(140)를 삽입한다. 여기서 센서(140)는 자기장의 세기를 측정하기 위한 홀센서를 이용함이 바람직하다.
도 4는 본 발명에 따른 조향각도 검출장치를 나타내는 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 조향각도 검출장치는 마그네트 디스크(100), 상부 자석(110), 제1 스테이터(120), 조향축(130), 제1 홀센서(142), 제2 홀센서(144), 하부 자석(160) 및 제2 스테이터(170)를 포함한다.
상기 마그네트 디스크(100)는 조향축(130)과 연결되도록 중심부가 형성되어 있고, 상부 자석(110)과 하부 자석(160)이 양면에 형성되어 있고, 상기 홀센서(142, 144)는 자석(110, 160)에 의해 형성되는 자기장을 측정하기 위한 수단으 로, 상기 스테이터(120, 170)의 돌출부에 위치하고, 자속의 세기를 이용하여 각도를 측정한다.
스테이터(120, 170)는 상기 홀센서(142, 144)를 위치시키기 위한 돌출부가 형성되어 있고, 상기 자석(110, 160)의 주기에 맞게 형성되어 자속의 세기를 평활한다.
본 발명의 조향각도 검출장치는 백래쉬 현상을 제거하기 위해 기어를 사용하지 않고 조향축(130)의 회전에 따라 주기가 다른 두 파형을 생성하는 방법을 이용하며, 이를 위해 조향축(130)과 연결된 마그네트 디스크(100)에 파형의 주기 수만큼 자석(110, 160)을 일정한 간격으로 N극과 S극을 부착한다.
6주기를 갖는 마그네트 디스크(100)를 기준으로 설명하면, 제1 스테이터(120)의 제1 상부 스테이터(122)가 상부 자석(110)의 S극에 위치하고, 제1 하부 스테이터(124)가 상부 자석(110)의 N극에 위치하게 한다.
좀 더 상세한 설명은 도 5a 내지 도 5d에서 설명한다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따른 조향각도 검출장치의 작동방법을 나타내는 도면이다. 도 5a를 참조하면, 마그네트 디스크(100)의 자석(110)과 제1 스테이터(120)의 제1 상부 스테이터(122), 제1 하부 스테이터(124)가 어긋난 경우 제1 홀센서(142)의 자속의 세기는 '영'이 됨을 나타내고, 도 5b를 참조하면, 마그네트 디스크(100)가 회전하여 자석(110)과 제1 스테이터(120)의 제1 상부 스테이터(122)는 N극의 위치, 제1 하부 스테이터(124)는 S극의 위치일 경우 제1 홀센서(142)의 자속의 세기는 (+) 최대값이 됨을 나타낸다.
도 5c를 참조하면, 다시 마그네트 디스크(100)가 회전하여 자석(110)과 제1 스테이터(120)의 제1 상부 스테이터(122), 제1 하부 스테이터(124)가 어긋난 경우 제1 홀센서(142)의 자속의 세기는 '영'이 되고, 도 5d를 참조하면, 마그네트 디스크(100)가 회전하여 자석(110)과 제1 스테이터(120)의 제1 상부 스테이터(122)는 S극의 위치, 제1 하부 스테이터(124)는 N극의 위치일 경우 자속의 세기는 (-) 최대값이 된다.
따라서, 상기와 같이 본 발명의 조향각도 검출장치는 마그네트 디스크가 회전하면 홀센서에서는 자속의 세기에 따라 선형적으로 출력을 내기 때문에 각도를 계산할 수 있는 파형이 출력한다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 마그네트 디스크를 나타내는 도면이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 스테이터를 나타내는 도면이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 상부 마그네트 디스크 상에 제1 스테이터와 센서를 정렬시키는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 조향각도 검출장치를 나타내는 도면이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따른 조향각도 검출장치의 동작을 나타내는 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100, 102, 104 : 마그네트 디스크 110 : 상부 자석
120 : 제1 스테이터 122 : 제1 상부 스테이터
124 : 제1 하부 스테이터 130 : 조향축
140 : 센서 142 : 제1 홀센서
142 : 제2 홀센서 150 : 하부 마그네트 디스크
160 : 하부 자석 170 : 제2 스테이터
172 : 제2 상부 스테이터 174 : 제2 하부 스테이터
Claims (10)
- 조향각도 검출장치에 있어서,조향축과 연결되도록 중심부가 형성되고, 일정 주기를 갖는 자석이 양면에 형성된 마그네트 디스크;상기 자석의 주기에 맞게 위치시켜 자속의 세기를 평활하고, 홀센서를 위치시키기 위한 돌출부가 형성되어 있는 스테이터; 및상기 스테이터의 돌출부에 위치하고, 상기 자속의 세기를 이용하여 각도를 측정하는 홀센서를 포함하는 고정밀의 조향각도 검출장치.
- 제 1항에 있어서,상기 자석은 N극과 S극이 연속적으로 형성되어 있는 고정밀의 조향각도 검출장치.
- 제 1항에 있어서,상기 마그네트 디스크는 양면에 서로 주기가 다른 자석이 연속적으로 형성되는 고정밀의 조향각도 검출장치.
- 제 1항에 있어서,상기 자석은 네오디뮴(Nd) 자석을 이용하는 고정밀의 조향각도 검출장치.
- 제 1항에 있어서,상기 마그네트 디스크는 강자성체 디스크를 사용하는 고정밀의 조향각도 검출장치.
- 제 1항에 있어서,상기 홀센서는 적어도 하나 이상인 고정밀의 조향각도 검출장치.
- 제 1항에 있어서,상기 자석과 마그네트 디스크는 접착제 또는 플라스틱 몰드로 고정되는 고정밀의 조향각도 검출장치.
- 제 1항에 있어서,상기 스테이터는 상기 마그네트 디스크의 상부에 이격되어 형성되는 고정밀의 조향각도 검출장치.
- 제 1항에 있어서,상기 스테이터는 상부 스테이터와 하부 스테이터로 구분되고 서로 겹치지 않도록 이격되는 톱날형상인 고정밀의 조향각도 검출장치.
- 제 9항에 있어서,상기 상부 스테이터와 하부 스테이터는 마그네트 디스크의 회전에 의해 자석의 N극과 S극에 위치하면 자속의 세기는 최대값 또는 최소값이 되고, N극과 S극에 위치하지 못하면 자속의 세기는 0이 되는 고정밀의 조향각도 검출장치.
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KR1020080061462A KR20100001526A (ko) | 2008-06-27 | 2008-06-27 | 고정밀의 조향각도 검출장치 |
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KR1020080061462A KR20100001526A (ko) | 2008-06-27 | 2008-06-27 | 고정밀의 조향각도 검출장치 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20110088784A (ko) * | 2010-01-29 | 2011-08-04 | 엘지이노텍 주식회사 | 조향각 센싱 장치 |
KR20180061953A (ko) * | 2016-11-30 | 2018-06-08 | 엘지이노텍 주식회사 | 토크 인덱스 센서 및 이를 포함하는 조향 장치 |
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2008
- 2008-06-27 KR KR1020080061462A patent/KR20100001526A/ko not_active Application Discontinuation
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR20110088784A (ko) * | 2010-01-29 | 2011-08-04 | 엘지이노텍 주식회사 | 조향각 센싱 장치 |
KR20180061953A (ko) * | 2016-11-30 | 2018-06-08 | 엘지이노텍 주식회사 | 토크 인덱스 센서 및 이를 포함하는 조향 장치 |
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