KR20100061877A - 조향장치용 비접촉식 토크센서 - Google Patents

조향장치용 비접촉식 토크센서 Download PDF

Info

Publication number
KR20100061877A
KR20100061877A KR1020080120235A KR20080120235A KR20100061877A KR 20100061877 A KR20100061877 A KR 20100061877A KR 1020080120235 A KR1020080120235 A KR 1020080120235A KR 20080120235 A KR20080120235 A KR 20080120235A KR 20100061877 A KR20100061877 A KR 20100061877A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
magnetic
dust collector
ring
flange
magnetic flux
Prior art date
Application number
KR1020080120235A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100986017B1 (ko
Inventor
이석우
전창남
Original Assignee
대성전기공업 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 대성전기공업 주식회사 filed Critical 대성전기공업 주식회사
Priority to KR1020080120235A priority Critical patent/KR100986017B1/ko
Priority to US12/919,445 priority patent/US8393230B2/en
Priority to CN200980110867.XA priority patent/CN101980915B/zh
Priority to EP09770338.3A priority patent/EP2295310B1/en
Priority to PCT/KR2009/003229 priority patent/WO2009157666A2/ko
Priority to JP2010545815A priority patent/JP5221679B2/ja
Publication of KR20100061877A publication Critical patent/KR20100061877A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100986017B1 publication Critical patent/KR100986017B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
    • B62D6/08—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to driver input torque
    • B62D6/10—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to driver input torque characterised by means for sensing or determining torque
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • G01L3/101—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
    • G01L3/104—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means involving permanent magnets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2400/00—Special features of vehicle units
    • B60Y2400/30—Sensors
    • B60Y2400/307—Torque sensors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Steering Mechanism (AREA)

Abstract

본 발명은 차량의 조향장치용 비접촉식 토크센서에 관한 것으로서, 자력발생부의 반경방향 외측에 배치되는 단일의 원통으로서 N극 자석과 S극 자석 중 어느 하나와 동일한 간격으로 복수의 상부 관통홀이 형성되는 상부 차폐면과 N극 자석과 S극 자석 중 다른 하나와 동일한 간격으로 복수의 하부 관통홀이 형성되는 하부 차폐면으로 이루어진 자기차폐링과; 상부 자속 수집링과 하부 자속 수집링 사이의 간격과 상부 집자로 플랜지와 하부 집자로 플랜지 사이의 간격이 상부 집자 터미널과 하부 집자 터미널 사이의 간격보다 더 크게 형성되는 자기검출부를 갖는 것을 특징적으로 포함한다. 이에 의해, 2차에 걸친 자기유도 과정을 거치지 않고 한 번의 자기유도만으로도 출력축의 비틀림 각을 감지할 수 있다.
조향장치, 비틀림 각도 검출, 토크센서

Description

조향장치용 비접촉식 토크센서{NON-CONTACTING TYPE TORQUE SENSOR FOR STEERING SYSTEM}
본 발명은 조향장치용 비접촉식 토크센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 조향핸들의 조작에 의해 입력축이 회전될 때, 바퀴와 연결된 출력축이 상기 입력축과 동일하게 회전될 수 있도록 하여 조향력을 향상시키기 위한 조향장치용 비접촉식 토크센서에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 주행 또는 정지시에 조향핸들을 회전시킴에 따라 노면과 접촉하고 있는 바퀴도 회전하게 된다. 즉, 상기 조향핸들을 좌측 방향 또는 우측 방향으로 회전시키게 되면 이와 동일한 방향으로 바퀴가 회전하게 된다. 그런데, 상기 바퀴는 노면과 접촉된 상태이기 때문에 상기 노면과의 사이에 발생하는 마찰력에 의해 상기 조향핸들과 상기 바퀴의 회전량이 서로 상이하게 된다는 문제가 발생할 수 있다.
이러한 문제에 대하여, 조향핸들과 바퀴의 회전각 편차를 측정 및 보상하기 위한 토크센서(Torque sensor)가 구비된다. 즉, 토크센서는 조향핸들과 바퀴의 회전각 편차를 측정하고, 이 측정된 편차만큼 별개의 동력수단을 이용하여 바퀴를 회 전시킴으로써 차량을 진행하고자 하는 방향으로 안전하고 정확하게 조향할 수 있도록 하여 조향 편의성을 높이기 위한 장치이다.
토크센서는 크게 접촉방식과 비접촉식방식으로 구분되는데, 접촉방식은 소음과 내구성의 저하문제로 인해 최근에는 비접촉식방식의 토크센서가 채택되고 있다. 비접촉식방식의 토크센서는 크게 자기저항 검출방식, 자기변형 검출방식, 정전용량 검출방식 그리고 광학식 검출방식으로 구분된다.
전기식 동력 조향장치에 구비되는 종래의 자기저항 검출방식의 토크센서는, 운전자가 조작하게 되는 조향핸들이 입력축의 상단에 결합되고, 상기 입력축의 하단은 토션바(Torsion bar)에 의해 출력축의 상단과 연결된다. 그리고, 상기 출력축의 하단은 바퀴와 연결되고, 상기 토션바를 포함하는 상기 입력축의 하단과 상기 출력축의 상단은 그 외부가 하우징에 의해 보호된다. 이 하우징의 내부에는 앞서 언급한 토크센서 및 동력수단이 마련된다.
여기서, 상기 입력축에는 일정한 간격마다 극성이 교차하는 영구자석이 구비된다.
그리고, 상기 입력축에 구비된 영구자석에 의해 자기 유도 발생이 가능한 강자성체의 물질로 영구자석의 극수에 상응하는 치차 구조물의 검출링이 출력축에 설치된다. 그리고, 상기 검출링에는 자기를 검출하는 센서가 연결되는 구조로 이루어진다.
따라서, 운전자가 조향핸들을 조작할 때 상기 입력축에 회전력이 전달되고, 이 입력축의 회전에 의해 토션바가 회전하게 된다. 그리고, 이 토션바는 출력축과 도 연결되어 있기 때문에, 출력축으로 회전력을 전달하게 되어 바퀴가 조향핸들이 조작하는 방향으로 회전된다.
이때, 입력축에 설치된 영구자석과 출력축에 설치된 치차 구조물의 검출링 사이에서 상대적인 비틀림에 의해 서로 대응하는 면적에 있어서 변화가 발생하게 된다. 따라서, 상기 검출링에는 자속의 변화가 발생되고, 이 자속의 변화를 상기 센서를 통해 검출함으로써 출력축의 입력축에 대한 비틀림 각을 감지하게 된다.
그러나, 상기한 바와 같이 이루어진 종래의 토크센서는 센서의 주변으로 검출링이 계속적으로 회전 운동하는 구조로서 영구자석으로부터 형성된 자기력의 변화가 심하고, 회전 시 검출링과 자기검출소자의 간섭을 피하기 위해 고정형 검출링을 추가로 설치해야만 하였다.
그런데, 이와 같이 고정형 검출링을 추가로 설치할 경우 영구자석에서 발생된 자속은 검출링을 통해 1차로 자기유도된 후, 고정형 검출링을 통해 2차로 자기유도되기 때문에 2번의 자기유도를 거치면서 자속이 감소 및 왜곡되어 입력축과 출력축의 정확한 비틀림을 검출할 수가 없다는 문제가 있다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 2차에 걸친 자기유도 과정을 거치지 않고 한 번의 자기유도만으로도 출력축의 비틀림 각을 감지할 수 있는 조향장치용 비접촉식 토크센서를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 차량의 핸들에 연결된 입력축과 차량의 바퀴에 연결된 출력축 사이에 설치되어 상기 핸들의 회전 조작 시 상기 입력축과 상기 출력축 사이에 발생되는 비틀림을 검출하기 위한 조향장치용 비접촉식 토크센서에 있어서, 상기 입력축에 결합되고, 중심에서 동일한 반경을 갖도록 외주면을 따라 복수의 N극 자석과 S극 자석이 서로 이웃하도록 교대로 배치되는 자력발생부와; 상기 자력발생부의 반경방향 외측에 배치되는 단일의 원통으로서 상기 N극 자석과 상기 S극 자석 중 어느 하나와 동일한 간격으로 복수의 상부 관통홀이 형성되는 상부 차폐면과 상기 N극 자석과 상기 S극 자석 중 다른 하나와 동일한 간격으로 복수의 하부 관통홀이 형성되는 하부 차폐면으로 이루어진 자기차폐링을 구비하고, 상기 출력축에 결합되는 자기차폐부와; 상기 상부 차폐면을 통과하는 자속을 수집하는 상부 자속 수집링과 상기 상부 자속 수집링의 상단 둘레로부터 반경방향으로 소정 폭으로 연장 형성되는 상부 집자로 플랜지 및 상기 상부 집자로 플랜지의 일측으로부터 굴곡 형성되는 상부 집자 터미널을 구비하는 상부 집자 부재와, 상기 하부 차폐면을 통과하는 자속을 수집하는 하부 자속 수집링과 상기 하부 자속 수집링의 하단 둘레로부터 반경방향으로 소정 폭으로 연장 형성되는 하부 집자로 플랜지 및 상기 하부 집자로 플랜지의 일측으로부터 굴곡 형성되는 하부 집자 터미널을 구비하는 하부 집자 부재를 포함하되, 상기 상부 자속 수집링과 상기 하부 자속 수집링 사이의 간격과 상기 상부 집자로 플랜지와 상기 하부 집자로 플랜지 사이의 간격은 상기 상부 집자 터미널과 상기 하부 집자 터미널 사이의 간격보다 더 크게 형성되는 자기검출부; 및 상기 자기검출부의 상부 집자 터미널과 하부 집자 터미널 사이에 위치되어 자속의 세기를 검출하는 자기검출 센서부를 포함하는 것을 특징으로 하는 조향장치용 비접촉식 토크센서를 제공한다.
여기서, 상기 자기검출부는, 상기 상부 집자로 플랜지가 상기 상부 자속 수집링의 상단 둘레에 연장 형성되고, 상기 하부 집자로 플랜지가 상기 하부 자속 수집링의 하단 둘레에 연장 형성되며, 상기 상부 집자 터미널은 상기 상부 집자로 플랜지로부터 하방향으로 연장되어 상기 상부 자속 수집링의 하단을 지나 반경 방향으로 굴곡되어 연장되며, 상기 하부 집자 터미널은 상기 하부 집자로 플랜지로부터 상방향으로 연장되어 상기 하부 자속 수집링의 상단을 지나 상기 상부 집자 터미널에 대응하여 반경 방향으로 굴곡되어 연장될 수 있다.
이때, 상기 자기검출부는, 상면을 통해 상기 상부 집자 부재가 결합되고 하면을 통해 상기 하부 집자 부재가 결합되는 원통 형상의 비자성체인 집자 부재 홀더를 더 포함할 수 있다.
그리고 이때, 상기 집자 부재 홀더는, 상기 상부 집자로 플랜지와 결합하는 상부 홀더 플랜지와, 상기 하부 집자 플랜지와 결합하는 하부 홀더 플랜지가 상,하 면에 각각 형성될 수도 있다.
또한, 상기 상부 집자 부재와 상기 하부 집자 부재는 인서트 사출에 의해 상기 집자 부재 홀더에 결합될 수도 있다.
또한, 상기 상부 집자로 플랜지와 상기 하부 집자로 플랜지는 각각 서로 크기가 다른 2개의 결합홀이 복수 개소에 형성되되 상기 상부 집자로 플랜지와 상기 하부 집자로 플랜지 사이에는 서로 회전 대칭되게 형성되며, 상기 상부 홀더 플랜지와 상기 하부 홀더 플랜지는 각각 상기 상부 집자로 플랜지와 상기 하부 집자로 플랜지에 형성된 각 결합홀과 대응하도록 다수의 관통홀이 상하로 연장 형성될 수도 있다.
한편, 상기 자력발생부는, 상기 복수의 N극 자석과 S극 자석으로 이루어진 마그넷 링과; 외주면으로 상기 마그넷 링이 수용 및 고정되는 안착부와, 상기 안착부의 상부에 마련되고 내측에 상기 입력축을 수용하기 위해 축방향으로 연장 형성되는 복수의 제1 결합편을 구비한 비자성체의 마그넷 홀더를 포함할 수도 있다.
이때, 상기 자력발생부는, 상기 마그넷 링과 상기 마그넷 홀더 사이에 구비되어, 상기 마그넷 링이 부착되는 외주면과 상기 마그넷 홀더의 안착부에 고정 부착되는 내주면을 갖는 링 형상의 자성체인 백요크(back yoke)를 더 포함할 수도 있다.
또한, 상기 복수의 제1 결합편은 각각 상단부에 내측으로 돌출 형성되는 걸림단부를 구비하여 이를 통해 상기 입력축에 결합되고, 상기 자력발생부는 각 걸림단부가 상기 입력축에 결합 시 외측으로 벌어지는 것을 방지하기 위한 제1 스냅링 을 더 구비할 수도 있다.
한편, 상기 자기차폐부는, 내주면으로 상기 자기차폐링을 수용 지지하는 원통 형상의 홀딩부와, 상기 홀딩부의 하부에 마련되고 내측에 상기 출력축을 수용하기 위해 축방향으로 연장 형성되는 복수의 제2 결합편을 구비한 비자성체의 차폐링 홀더를 더 포함할 수도 있다.
이때, 상기 홀딩부는 그 내주면에 돌출 형성되어 상기 자기차폐링의 상부 관통홀과 하부 관통홀에 각각 일치되게 삽입 결합되는 다수의 결합돌기를 구비할 수도 있다.
또한 이때, 상기 자기차폐링은 인서트 사출에 의해 상기 차폐링 홀더에 결합될 수도 있다.
또한, 상기 복수의 제2 결합편은 각각 하단부에 내측으로 돌출 형성되는 걸림단부를 구비하여 이를 통해 상기 출력축에 결합되고, 상기 자기차폐부는 각 걸림단부가 상기 출력축에 결합 시 외측으로 벌어지는 것을 방지하기 위한 제2 스냅링을 더 구비할 수도 있다.
한편, 상기 조향장치용 비접촉식 토크센서는 서로 상하로 마련되어 내측으로 상기 자력발생부, 자기차폐부, 자기검출부 및 자기검출 센서부를 수용 및 지지하는 상부커버와 하부커버를 더 포함할 수도 있다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 차량의 핸들에 연결된 입력축과 차량의 바퀴에 연결된 출력축 사이에 설치되어 상기 핸들의 회전 조작 시 상기 입력축과 상기 출력축 사이에 발생되는 비틀림을 검출하기 위한 조향장치용 비접촉 식 토크센서에 있어서, 상기 입력축에 결합되고, 중심에서 동일한 반경을 갖도록 외주면을 따라 복수의 N극 자석과 S극 자석이 상부 및 하부에서 각각 원주 방향으로 서로 이웃하도록 교대로 배치되되 상부 자석과 하부 자석 간에는 서로 다른 극이 이웃하도록 배치되는 자력발생부; 상기 자력발생부의 반경방향 외측에 배치되는 단일의 원통으로서, 상기 상부 자석과 하부 자석을 하나씩 수용하는 크기를 가지며 원주 방향으로 서로 상기 상부 자석 또는 상기 하부 자석과 동일한 간격으로 형성되는 복수의 관통홀을 갖는 자기차폐링을 구비하고, 상기 출력축에 결합되는 자기차폐부; 상기 상부 차폐면을 통과하는 자속을 수집하는 상부 자속 수집링과 상기 상부 자속 수집링의 상단 둘레로부터 반경방향으로 소정 폭으로 연장 형성되는 상부 집자로 플랜지 및 상기 상부 집자로 플랜지의 일측으로부터 굴곡 형성되는 상부 집자 터미널을 구비하는 상부 집자 부재와, 상기 하부 차폐면을 통과하는 자속을 수집하는 하부 자속 수집링과 상기 하부 자속 수집링의 하단 둘레로부터 반경방향으로 소정 폭으로 연장 형성되는 하부 집자로 플랜지 및 상기 하부 집자로 플랜지의 일측으로부터 굴곡 형성되는 하부 집자 터미널을 구비하는 하부 집자 부재를 포함하되, 상기 상부 자속 수집링과 상기 하부 자속 수집링 사이의 간격과 상기 상부 집자로 플랜지와 상기 하부 집자로 플랜지 사이의 간격은 상기 상부 집자 터미널과 상기 하부 집자 터미널 사이의 간격보다 더 크게 형성되는 자기검출부; 및 상기 자기검출부의 상부 집자 터미널과 하부 집자 터미널 사이에 위치되어 자속의 세기를 검출하는 자기검출 센서부를 포함하는 것을 특징으로 하는 조향장치용 비접촉식 토크센서를 제공한다.
여기서, 상기 자기검출부는, 상기 상부 집자로 플랜지가 상기 상부 자속 수집링의 상단 둘레에 연장 형성되고, 상기 하부 집자로 플랜지가 상기 하부 자속 수집링의 하단 둘레에 연장 형성되며, 상기 상부 집자 터미널은 상기 상부 집자로 플랜지로부터 하방향으로 연장되어 상기 상부 자속 수집링의 하단을 지나 반경 방향으로 굴곡되어 연장되며, 상기 하부 집자 터미널은 상기 하부 집자로 플랜지로부터 상방향으로 연장되어 상기 하부 자속 수집링의 상단을 지나 상기 상부 집자 터미널에 대응하여 반경 방향으로 굴곡되어 연장될 수도 있다.
이때, 상기 자기검출부는, 상면을 통해 상기 상부 집자 부재가 결합되고 하면을 통해 상기 하부 집자 부재가 결합되는 원통 형상의 비자성체로서 인서트 사출에 의해 상기 상부 집자 부재와 상기 하부 집자 부재와 결합하는 집자 부재 홀더를 더 포함할 수도 있다.
그리고, 상기 자력발생부는, 상기 상부 자석과 하부 자석으로 이루어진 마그넷 링과; 외주면으로 상기 마그넷 링이 수용 및 고정되는 안착부와, 상기 안착부의 상부에 마련되고 내측에 상기 입력축을 수용하기 위해 축방향으로 연장 형성되는 복수의 제1 결합편을 구비한 비자성체의 마그넷 홀더를 포함할 수도 있다.
이때, 상기 자력발생부는, 상기 마그넷 링과 상기 마그넷 홀더 사이에 구비되어, 상기 마그넷 링이 부착되는 외주면과 상기 마그넷 홀더의 안착부에 고정 부착되는 내주면을 갖는 링 형상의 자성체인 백요크(back yoke)를 더 포함할 수도 있다.
또한, 상기 자기차폐부는, 내주면으로 상기 자기차폐링을 수용 지지하는 원 통 형상의 홀딩부와, 상기 홀딩부의 하부에 마련되고 내측에 상기 출력축을 수용하기 위해 축방향으로 연장 형성되는 복수의 제2 결합편을 구비한 비자성체로서 인서트 사출에 상기 자기차폐링과 결합하는 차폐링 홀더를 더 포함할 수도 있다.
이상과 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 조향장치용 비접촉식 토크센서에 의하면, 입력축에 결합되는 자력발생부에 N극 및 S극의 자석이 배치되고 출력축에 결합되는 자기차폐부에 각각 복수 개의 상부 및 하부 관통홀이 형성됨에 따라, 상기 출력축이 입력축에 대하여 비틀림이 발생할 경우 상기 자력발생부의 자속이 상기 자기차폐부에 형성된 상기 복수의 상부 및 하부 관통홀을 통과하여 외측의 자기검출부로 전달됨으로써 자기검출 센서부에서 비틀림의 신호로서 감지된다.
즉, 입력축과 출력축의 비틀림 각에 따라 N극과 S극의 자속이 복수개의 홀을 통과하는 정도에 따라 그 세기가 달라지게 전달되고, 이를 자기검출부를 통해 자기검출 센서부에서 감지하게 되는 것이다.
따라서, 자기차폐부의 영구자석에서 발생된 자속은 자기차폐부의 자기차폐링을 통해 직접 자기검출부로 전달되므로 자속이 감소 내지 왜곡될 염려가 없으며, 이에 따라 입력축과 출력축의 정확한 비틀림을 검출할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 조향장치용 비접촉식 토크센서에 의하면, 자기검출부에서 상부 자속 수집링과 하부 자속 수집링 사이의 간격과 상부 집자로 플랜지와 하부 집자로 플랜지 사이의 간격이 상부 집자 터미널과 하부 집자 터미널 사이의 간격보다 더 크게 형성됨에 따라 수집 및 검출되는 자속의 세기가 감소되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 조향장치용 비접촉식 토크센서(100, 이하 줄여서 "토크센서"라 한다)는 도 1에 도시된 바와 같이 자동차의 핸들 축에 해당하는 입력축(10)과 차륜 구동축과 직접 연결되는 출력축(20)의 사이에 마련되어 상기 입력축(10)과 출력축(20) 사이의 비틀림 각도를 측정하는 기능을 담당한다.
입력축(10)과 출력축(20)은 서로 직접 연결되지 않고, 도 2에 도시된 바와 같이, 토션바(torsion bar, 30)를 매개로 하여 서로 연결된다. 즉, 토션바(30)는 상단부가 입력축(10)에 삽입되어 관통공(31)이 상기 입력축(10)의 체결공(12)에 일치되면 결합핀(도면 미도시)이 삽입됨으로서 입력축(10)과의 체결이 이루어진다. 또한, 토션바(30)의 하단부에도 마찬가지로 관통공(32)이 형성되어 출력축(20)에 삽입 시 체결공(22)에 일치되면 결합핀(도면 미도시)이 삽입됨으로서 체결이 이루어진다.
한편, 토크센서(100)는 상기 토션바(30)에 의해 삽입된 상태에서 상기 입력축(10)과 출력축(20)에 각각 결합된다.
토크센서(100)의 구성을 살펴보면, 도 3에 도시된 바와 같이, 크게 입력축(10)에 결합되는 자력발생부(110), 이 자력발생부(110)의 외측에 마련되어 출력축(20)에 결합되는 자기차폐부(120), 이 자기차폐부(120)의 외측에 고정되게 마련되는 자기검출부(130), 이 자기검출부(130)와 일정한 위치관계를 이루는 자기검출 센서부(140) 기타 상부커버(151)와 하부커버(152)가 포함된다.
자력발생부(110)는 N극 자석(111a)과 S극 자석(111b)이 원주방향으로 서로 이웃하도록 교대로 배치되어 이루어지는 마그넷 링(magnet ring, 111)을 구비한다.
이 마그넷 링(111)은 자성체인 링 형상의 백요크(back yoke, 112)의 외주면에 부착되고, 이 백요크(112)는 그 내주면이 마그넷 홀더(113)의 안착부(113a)에 고정 부착된다.
백요크(112)는 강철(steel) 재질로 이루어질 수 있으며, 후술하는 바와 같이 마그넷 링(111)으로부터 발생되는 자속이 외측 방향으로 더욱 집중될 수 있도록 한다.
마그넷 홀더(113)는 엔지니어링 플라스틱과 같이 비자성체로 이루어지며, 상기한 바와 같이 외주면으로 마그넷 링(111)이 수용 및 고정되는 안착부(113a)가 형성된다.
또한, 마그넷 홀더(113)는 상기 안착부(113a)의 상부 축방향으로는 원주 방향으로 복수의 제1 결합편(113b)이 소정 간격 이격되게 연장 형성된다.
이들 제1 결합편들(113b)의 내측으로는 상기한 입력축(10)이 수용 결합된다.
이를 위해, 각 제1 결합편(113b)의 상단부에는 내측으로 걸림단부(도 4 및 도 5의 113c)가 돌출 형성되어, 수용되는 입력축(10)에 원주방향으로 복수 개소에 함입 형성되는 요홈부(11)에 걸려 삽입된다.
이와 같이 복수의 제1 결합편(113b)이 입력축(10)에 결합되면, 그 공통되는 외주연으로는 제1 스냅링(114)이 끼워져 각 결합편(113b)이 외측으로 벌어지는 것을 방지하도록 한다.
제1 스냅링(114)이 끼워진 모습은 도 1, 도 4 및 도 5 등에서 확인할 수 있다.
자기차폐부(120)는 자기차폐링(121)과 차폐링 홀더(125)를 구비한다.
자기차폐링(121)은 자성체로 이루어진 단일의 원통으로서 상하로 1/2되는 지점을 기준으로 상부에 위치하는 상부 차폐면(122)과 하부에 위치하는 하부 차폐면(123)으로 나뉜다.
상부 차폐면(122)과 하부 차폐면(123)에는 각각 원주 방향으로 일정 간격을 이루는 관통홀(122h, 123h)이 다수개로 형성되되, 상부 관통홀(122h)과 하부 관통홀(123h)은 서로 어긋나게 지그재그로 형성된다.
이를 구체적으로 살펴보면, 각 관통홀(122h, 123h)은 그 내측으로 위치하게될 마그넷 링(111)을 이루는 하나의 자석(111a 또는 111b)의 범위 내에 존재하는 좌우 폭을 갖는다(도 9 참조).
그리고, 각 차폐면(122, 123) 상에서, 좌우로 인접하게 위치되는 관통홀(122h) 사이에는 자석(111a 또는 111b) 하나의 좌우 폭에 해당하는 만큼의 간격을 갖는다.
따라서, 예를 들어, 어느 하나의 상부 관통홀(122h)이 그 내측의 N극 자석(111a)과 일치하도록 위치하게 되는 경우에는 모든 상부 관통홀들(122h)이 각각 N극 자석(111a)과 일치하도록 위치하게 되고, 이때 모든 하부 관통홀들(123h)은 각각 S극 자석(111b)과 일치 대응하게 된다.
비자성체인 차폐링 홀더(125)는 원통 형상을 갖는 홀딩부(126)를 가지며, 이 홀딩부(126)의 하부로는 상기한 출력축(20)에 결합되는 제2 결합편(도 4의 128)을 갖는다.
홀딩부(126)는 내측면에 자기차폐링(121)을 수용 및 지지하되, 특히 내측면에 다수의 결합돌기(127)가 자기차폐링(121)의 상부 관통홀(122h)과 하부 관통홀(123h)에 일치되게 돌출 형성되어 상기 자기차폐링(121)과의 결합 시 서로 일치하여 삽입된다.
또한, 차폐링 홀더(125)는 상기 홀딩부(126)의 하부 축방향으로 돌출 형성되되 서로 원주 방향으로 소정 간격 이격되게 형성되는 복수의 제2 결합편(128)을 구비한다(도 4 참조). 제2 결합편(128)의 구성 및 기능은 상기한 제1 결합편(113b)과 대동소이하다.
즉, 이들 제2 결합편들(128)의 내측으로는 상기한 출력축(20)이 수용 결합되며, 이를 위해 각각의 제2 결합편(128)의 내주면에는 하단부에 걸림단부(128a)가 돌출 형성되어 출력축(20)과의 결합 시 요홈부(도 2의 21)에 삽입 결합된다.
또한, 제2 결합편(128)의 결합 시 그 외주연으로는 제2 스냅링(129)이 끼워져 출력축(20)과 분리되는 것을 방지하도록 한다.
자기차폐링(121)과 차폐링 홀더(125)는 상기 자기차폐링(121)을 금형 내에 삽입하여 엔지니어링 플라스틱과 일체로 성형하는 인서트 사출 방식에 의해 서로 결합될 수 있다. 인서트 사출된 모습은 도 4에서 확인할 수 있다.
자기검출부(130)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 자성체인 상부 집자 부재(131)와 하부 집자 부재(132), 그리고 이들 집자 부재(131, 132) 간의 간격을 일 정하게 유지하기 위해 이들을 지지하는 비자성체인 집자 부재 홀더(133)를 포함한다.
도 3에는 상부 집자 부재(131)와 하부 집자 부재(132)가 집자 부재 홀더(133)와 독립적으로 존재하여 서로 결합되는 것처럼 보이나, 실제로는 도 4에 도시된 바와 같이 상부 집자 부재(131)와 하부 집자 부재(132)가 집자 부재 홀더(133) 내에 파묻힌 채로 존재한다. 따라서, 이를 위해서는 상부 집자 부재(131)와 하부 집자 부재(132)가 인서트 사출에 의해 집자 부재 홀더(133)와 일체로 성형된다.
도 7 및 도 8은 이러한 상부 집자 부재(131)와 하부 집자 부재(132)의 위치관계를 설명하기 위해 해당 부분만을 분리하여 도시한 사시도 및 측면도이다.
도시된 바와 같이, 상부 집자 부재(131)는 상하 폭이 좁은 원통 형상의 상부 자속 수집링(131a), 이 상부 자속 수집링(131a)의 상단 둘레로 소정 폭으로 연장 형성되는 상부 집자로 플랜지(131b), 이 상부 집자로 플랜지(131b)의 우측 단부로부터 하방향으로 굴곡 형성되는 상부 집자 터미널(131c)을 갖는다.
하부 집자 부재(132)는 상기 상부 집자 부재(131)와 상하 대칭을 이루도록 형성된다. 즉, 하부 집자 부재(132)는 상하 폭이 좁은 원통 형상의 하부 자속 수집링(132a), 이 하부 자속 수집링(132a)의 하단 둘레로 소정 폭으로 연장 형성되는 하부 집자로 플랜지(132b), 이 하부 집자로 플랜지(132b)의 우측 단부로부터 상방향으로 굴곡 형성되는 하부 집자 터미널(132c)을 갖는다.
이러한 상부 집자 부재(131)와 하부 집자 부재(132)는 서로 상하로 배치되되 각각 상기한 자기차폐링(121)의 외측으로 소정 간격 이격되게 배치된다.
이때, 상부 집자 부재(131)의 상부 자속 수집링(131a)은 상기한 자기차폐링(121)의 상부 차폐면(122)과 마주 보게 위치되며, 내측의 마그넷 링(111)으로부터 발생되어 상부 차폐면(122)의 관통홀(122h)을 통과하여 나오는 자속을 수집하는 기능을 담당한다.
이와 같이 수집된 자속은 상부 자속 수집링(131a)의 상단 둘레로 위치하는 상부 집자 플랜지(131b)로 전달되고, 다시 상부 집자 플랜지(131b)의 우측 일단부에 위치한 상부 집자 터미널(131c)로 집중된다.
마찬가지로, 하부 집자 부재(132)의 하부 자속 수집링(132a)은 상기한 자기차폐링(121)의 하부 차폐면(123)과 마주 보게 위치되며, 내측의 마그넷 링(111)으로부터 발생되어 하부 차폐면(123)의 관통홀(123h)을 통과하여 나오는 자속을 수집하는 기능을 담당한다.
수집된 자속은 하부 자속 수집링(132a)의 하단 둘레로 위치하는 하부 집자 플랜지(132b)로 전달되고, 다시 하부 집자 플랜지(132b)의 우측 일단부에 위치한 하부 집자 터미널(132c)로 집중된다.
자기검출부(130)는 이상과 같이 수집된 자속을 일 개소에 집중시키는 기능을 담당하게 되는데, 이를 위해서는 도 8에 도시된 바와 같이 상부 자속 수집링(131a)과 하부 자속 수집링(132a) 사이의 간격(Y)과 상부 집자로 플랜지(131b)와 하부 집자로 플랜지(132b) 사이의 간격(Z)은 각각 상부 집자 터미널(131c)과 하부 집자 터미널(132c) 사이의 간격(X)보다 더 크게 형성될 필요가 있다.
이에 의해, 자기 검출부(130)에서 수집되는 자속은 상부 집자 터미널(131c)과 하부 집자 터미널(132c)로 집중될 수 있다.
그러나, 만약 상부 자속 수집링(131a)과 하부 자속 수집링(132a) 사이의 간격(Y)이 상부 집자 터미널(131c)과 하부 집자 터미널(132c) 사이의 간격(X)보다 더 작다면, 자기 검출부(130)에서 수집되는 자속은 상부 집자로 플랜지(131a)와 하부 집자로 플랜지(132b) 간에 발생하게 되어서 상부 집자 터미널(131c)과 하부 집자 터미널(132c) 사이에서 발생되는 자속의 세기가 약해지고, 결과적으로 측정값의 오차를 가져오게 되므로 토크센서(100)의 성능이 저하된다는 문제가 발생하게 된다.
이는, 상부 집자로 플랜지(131b)와 하부 집자로 플랜지(132b) 사이의 간격(Z)이 상부 집자 터미널(131c)과 하부 집자 터미널(132c) 사이의 간격(X)보다 더 작은 경우에도 마찬가지로 문제된다.
도 8의 확대도에서, 상부 집자 터미널(131c)은 상부 집자로 플랜지(131b)로부터 하방향으로 연장되어 상부 자속 수집링(131a)의 하단을 지나 반경 방향으로 굴곡되어 우측으로 연장되며, 하부 집자 터미널(132c)은 하부 집자로 플랜지(132b)로부터 상방향으로 연장되어 하부 자속 수집링(132a)의 상단을 지나 상부 집자 터미널(131c)에 대응하여 반경 방향으로 굴곡되어 우측으로 연장된다.
집자 부재 홀더(133)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 내측 상하 부분에 각각 상부 집자 부재(131)와 하부 집자 부재(132)를 각각 인서트 성형에 의해 수용한다.
나아가, 집자 부재 홀더(133)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상,하단부에 각각 상부 홀더 플랜지(133a)와 하부 홀더 플랜지(133b)가 형성된다.
상부 홀더 플랜지(133a)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 내측에 상부 집자 부재(131)의 상부 집자 플랜지(131a)가 인서트 결합되며, 하부 홀더 플랜지(133b)는 내측에 하부 집자 부재(132)의 하부 집자 플랜지(132a)가 인서트 결합된다.
상부 홀더 플랜지(133a)와 하부 홀더 플랜지(133b) 간에는 원주 방향으로 일정 간격으로 다수의 관통홀(133h)이 형성된다. 각 관통홀(133h)은 상하 방향으로 연장 형성된다.
한편, 상기 관통홀(133h)에 대응하여, 도 7에 도시된 바와 같이, 상부 집자로 플랜지(131b)와 하부 집자로 플랜지(132b)에는 각각 서로 크기가 다른 2개의 결합홀(h1, h2)이 복수 개소에 형성된다.
이때, 상부 집자로 플랜지(131b)에 형성되는 결합홀들(h1, h2)은 하부 집자로 플랜지(132b)에 형성되는 것들과 서로 상하 회전 대칭되게 형성되도록 한다.
이에 따라, 상부 집자 부재(131)와 하부 집자 부재(132)는 서로 형상 및 모양이 완전 동일한 것을 사용할 수 있게 되어 제작시 효율성을 높일 수 있다.
이 결합홀들(h1, h2)은 자기검출부(130)의 인서트 사출 성형 시 금형 내에서 상,하부 집자 부재(131, 132)의 위치를 고정시키기 위한 용도이다.
즉, 도 7을 참조하면, 크기가 큰 결합홀(h1)을 통과하되 크기가 작은 결합홀(h2)은 통과할 수 없는 지지핀(도면 미도시)을 금형 내의 상,하부 집자 부재(131, 132) 사이에 개재시키면, 상부 집자 부재(131)와 하부 집자 부재(132)는 각각 크기가 작은 결합홀(h2)이 상기 지지핀에 의해 상방향 및 하방향으로 가압 지지되므로 서로 일정한 위치관계를 유지한 상태에서 사출 성형이 이루어지게 되는 것이다.
자기검출부(130)는 자속의 수집, 전달 및 집중의 기능을 수행하기 위해서는 도 8에서 살펴본 위치관계(X, Y, Z)의 정밀도가 큰 영향을 미치게 되므로 상기와 같은 사출성형 과정을 통해 정밀도를 높일 수 있도록 한다.
도 7에서 h3는 금형 내에서 상부 집자 부재(131)와 하부 집자 부재(132)의 위치를 정렬하기 위한 용도이다.
상부 집자 터미널(131c)과 하부 집자 터미널(132c) 사이에는 자기검출 센서부(도 3의 140)가 개재되어 양 터미널(131c, 132c) 간에 발생하는 자속의 세기를 검출한다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 토크센서(100)는 상부커버(151)와 하부커버(152)를 상하로 구비하여 그 내측으로 자력발생부(110), 자기차폐부(120), 자기검출부(130) 및 자기검출 센서부(140)를 수용 및 지지한다.
도 3의 분해된 상태의 토크센서(100)에 대하여, 도 5는 상기 토크센서(100)의 조립된 상태를 도시한 사시도이고, 도 6은 조립된 토크센서(100)의 평면도이다.
도 3, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 자력발생부(110)는 외형상 집자 부재 홀더(133)로 대표되는 자기검출부(130)의 내측에 위치하며, 자력발생부(110)와 자기검출부(130)의 사이에는 외형상 차폐링 홀더(125)로 대표되는 자기차폐부(120)가 위치한다.
이하에서는 이상과 같은 구성을 갖는 조향장치용 비접촉식 토크센서(100)의 작용에 대하여 설명하기로 한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 토크센서(100)의 주요부의 구조 관계를 설명하기 위한 가상의 개략도로서, 원형의 구성을 평면적으로 펼쳐서 나타낸 것이다.
자기 차폐링(121)의 상부 관통홀(122h)과 하부 관통홀(123h)은 각각 마그넷 링(111)의 해당 자극의 자석 내측에 대응되게 위치한다.
마그넷 링(111)으로부터 발생되는 자속은 자기 차폐링(121)의 관통홀(122h, 123h)을 지나 반대측 상부 집자 부재(131)와 하부 집자 부재(132)에 각각 도달한다.
정상상태, 즉 중립상태에서의 위치관계는, 도 10에 도시된 바와 같이, 자기 차폐링(121)의 상부 관통홀(122h) 및 하부 관통홀(123h)이 모두 N극 자석과 S극 자석의 경계에 1/2씩 걸쳐져 있다.
따라서, 각 관통홀(122h, 123h)을 통과하여 나오는 자속은 N극과 S극이 절반씩 차지하게 되므로 상부 집자 부재(131)와 하부 집자 부재(132)에 수집 및 집자되는 자속은 각각 0이 된다.
결과적으로, 검출되는 자속은 0으로서, 이는 입력축(10)가 출력축(20)의 회전 각도가 서로 일치함을 의미한다.
이에 비해, 도 11a는 입력축(10)이 출력축(20)에 비해 좌측 방향으로 비틀림이 발생한 경우를 나타내며, 도 11b는 입력축(10)이 출력축(20)에 비해 좌측 방향으로 최대의 비틀림이 발생한 경우를 나타낸다.
도시된 바와 같이, 도 11a의 상태에서는 상기 입력축(10)에 고정되는 마그넷 링(111)이 상기 출력축(20)에 고정되는 자기 차폐링(121)에 비해 다소 좌측으로 치 우치게 되므로, 상부 관통홀(122h)을 통과하는 자속은 S극이 더 많이 차지하게 되고, 하부 관통홀(123h)을 통과하는 자속은 반대로 N극 자속이 더 많아지게 된다.
따라서, 상부 집자 부재(131)와 하부 집자 부재(132)에는 각각 서로 다른 자속이 일정한 크기로 수집 및 집자되므로, 검출되는 자속 또한 그에 상응하는 값으로 나타나게 된다.
최대의 비틀림을 도시한 도 11b의 상태에서는, 모든 상부 관통홀(122h)로는 S극의 자속만이 통과하고, 모든 하부 관통홀(123h)로는 N극의 자속만이 통과함으로써 검출되는 자속 또한 최대값으로 나타나게 된다.
이때 유의할 점은, 도 10의 중립상태의 경우에나 도 11a 또는 도 11b의 비틀림 상태의 경우에나, 자기차폐링(121)에 유도되는 자속은 항상 0이라는 점이다.
즉, 자기차폐링(121)은 상부 차폐면(122)에 유도되는 자속은 하부 차폐면(123)에 유도되는 자속과 항상 정반대로 같은 크기를 가지며, 이들 상부 차폐면(122)과 하부 차폐면(123)은 서로 일체로 이루어져 있으므로 자속의 합은 항상 0이 되는 것이다.
그러므로, 상부 집자 부재(131)와 하부 집자 부재(132)는 상기 자기차폐링(121)에 의한 2차 자기유도 현상이 발생하지 않게 된다.
도 12a는 입력축(10)이 출력축(20)에 비해 우측 방향으로 비틀림이 발생한 경우를 나타내며, 도 12b는 입력축(10)이 출력축(20)에 비해 우측 방향으로 최대의 비틀림이 발생한 경우를 나타낸다.
도 12a 및 도 12b의 상황은 상기한 도 11a와 도 11b의 상황과는 정반대로서 이에 대한 설명은 상기한 바로부터 충분히 유추되어지므로 생략하기로 한다.
한편, 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 토크센서의 주요부의 변형례를 나타내는 가상의 개략도로서, 도 9에서와 같이 원형의 구성을 평면적으로 펼쳐서 나타낸 것이다.
본 변형례에서, 자력발생부의 마그넷 링(211)은 N극 자석(211a)과 S극 자석(211b)이 원주 방향으로 서로 이웃하도록 교대 배치되는 상부 자석과, 마찬가지로 N극 자석(211c)과 S극 자석(211d)이 원주 방향으로 서로 이웃하도록 교대 배치되는 하부 자석을 포함한다.
이때, 상부 자석(211a, 211b)과 하부 자석(211c, 211d)의 서로 이웃하는 자석 간에는 서로 다른 극이 이웃하도록 배치된다. 즉 N극 자석과 S극 자석은 좌우로 이웃하는 자석뿐 아니라 상하로 이웃하는 자석 간에도 서로 다른 극을 가지게 된다.
이상과 같은 자력발생부에 대하여, 자기차폐부는 도시된 바와 같이 상부 자석(211a, 211b)의 하나와 이와 이웃하는 하부 자석(211c, 211d)의 하나를 합한 크기를 갖도록 상하 길이 방향으로 연장 형성되는 관통홀(221h)을 갖는 자기차폐링(221)을 구비한다.
관통홀(221h)은 하나의 N극 또는 S극 자석의 폭에 해당하는 간격으로 원주 방향으로 복수 개 형성된다.
이러한 상태에서, 마그넷 링(211)으로부터 발생되는 자속은 자기 차폐링(221)의 관통홀(221h)을 지나 반대측의 상부 집자 부재(231)와 하부 집자 부 재(232)에 각각 도달한다.
이때, 정상상태, 즉 중립상태에서의 위치관계는, 도 14에 도시된 바와 같이, 자기 차폐링(221)의 관통홀(221h)은 모두 상부 및 하부 자석의 각 부분에서 N극 자석과 S극 자석의 경계에 1/2씩 걸쳐져 있다.
따라서, 각 관통홀(221h)을 통과하여 나오는 자속은 N극과 S극이 절반씩 차지하게 되므로 상기한 상부 집자 부재(도 13의 231)와 하부 집자 부재(232)에 수집 및 집자되는 자속은 각각 0이 된다.
결과적으로, 검출되는 자속 또한 0으로서, 이는 입력축과 출력축의 회전 각도가 서로 일치함을 의미한다.
이에 비해, 도 15a는 입력축(10)이 출력축(20)에 비해 좌측 방향으로 비틀림이 발생한 경우를 나타내며, 도 15b는 입력축(10)이 출력축(20)에 비해 좌측 방향으로 최대의 비틀림이 발생한 경우를 나타낸다.
도시된 바와 같이, 도 15a의 상태에서는 상기 입력축(10)에 고정되는 마그넷 링(211)이 상기 출력축(20)에 고정되는 자기 차폐링(221)에 비해 다소 좌측으로 치우치게 된다.
이때, 관통홀(221h)을 상하로 2등분하여 보면, 관통홀(221h)의 상부를 통과하는 자속은 S극이 더 많이 차지하게 되고, 상기 관통홀(221h)의 하부를 통과하는 자속은 반대로 N극이 더 많아지게 된다.
따라서, 상부 집자 부재(131)와 하부 집자 부재(132)에는 각각 서로 다른 자속이 일정한 크기로 수집 및 집자되므로, 검출되는 자속 또한 그에 상응하는 값으 로 나타나게 된다.
최대의 비틀림을 도시한 도 15b의 상태에서는, 관통홀(221h)의 상부로는 S극의 자속만이 통과하고, 상기 관통홀(221h)의 하부로는 N극의 자속만이 통과한다. 따라서, 검출되는 자속 또한 최대값으로 나타나게 된다.
본 변형례에서도 상기한 실시예의 경우와 마찬가지로, 도 14의 중립상태의 경우에나 도 15a 또는 도 15b의 비틀림 상태의 경우에나, 자기차폐링(221)에 유도되는 자속은 항상 0이라는 점이다.
즉, 자기차폐링(221)을 상하로 2등분하여 보면, 상부에 유도되는 자속은 하부에 유도되는 자속과 항상 정반대로 같은 크기를 가지며, 이들 상,하부는 모두 일체로 이루어진 자기차폐링(221)을 형성하므로 상기 자기차폐링(221)의 전체 자속은 항상 0이 되는 것이다.
그러므로, 상부 집자 부재(231)와 하부 집자 부재(232)는 상기 자기차폐링(221)에 의한 2차 자기유도 현상이 발생하지 않게 된다.
도 16a는 입력축(10)이 출력축(20)에 비해 우측 방향으로 비틀림이 발생한 경우를 나타내며, 도 16b는 입력축(10)이 출력축(20)에 비해 우측 방향으로 최대의 비틀림이 발생한 경우를 나타낸다.
도 16a 및 도 16b의 상황은 상기한 도 15a와 도 15b의 상황과는 정반대로서 이에 대한 설명은 상기한 바로부터 충분히 유추되어지므로 생략하기로 한다.
이상에서 설명된 조향장치용 비접촉식 토크센서는 본 발명의 이해를 돕기 위한 실시예에 불과하므로 본 발명의 권리범위 내지 기술적 범위가 이에 한정되는 것 으로 이해되어서는 안 된다.
본 발명의 권리범위 내지 기술적 범위는 후술하는 특허청구범위 및 그 균등범위에 의해 정의된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 조향장치용 비접촉식 토크센서의 설치 상태를 도시한 사시도,
도 2는 도 1의 설치 상태를 분해하여 도시한 분해 사시도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 조향장치용 비접촉식 토크센서를 나타내는 분해 사시도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 조향장치용 비접촉식 토크센서의 결합 상태를 도시한 측단면도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 조향장치용 비접촉식 토크센서의 결합 상태를 도시한 사시도,
도 6은 도 5의 조향장치용 비접촉식 토크센서의 평면도(도 4의 측단면도는 도 6의 A-A선을 따라 절단한 단면임),
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 조향장치용 비접촉식 토크센서의 주요부를 도시한 확대 사시도,
도 8은 도 7의 조향장치용 비접촉식 토크센서의 주요부에 대한 측단면도,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 조향장치용 비접촉식 토크센서의 주요 구성 관계를 설명하기 위한 개략 분해도,
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 조향장치용 비접촉식 토크센서가 중립 위치일 때의 주요 구성 관계를 도시한 개략도,
도 11a와 도 11b 그리고 도 12a와 도 12b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 조향장치용 비접촉식 토크센서가 비틀림 상태일 때의 주요 구성 관계를 도시한 개략도,
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 조향장치용 비접촉식 토크센서의 주요 구성의 변형례를 설명하기 위한 개략 분해도,
도 14는 도 13의 변형례의 경우 조향장치용 비접촉식 토크센서가 중립 위치일 때의 주요 구성 관계를 도시한 개략도,
도 15a와 도 15b 그리고 도 16a와 도 16b는 각각 도 13의 변형례의 경우 조향장치용 비접촉식 토크센서가 비틀림 상태일 때의 주요 구성 관계를 도시한 개략도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 입력축 11, 21: 요홈부
12, 22: 체결공 20: 출력축
30: 토션바 100: 토크센서
110: 자력발생부 111: 마그넷 링
111a: N극 자석 111b: S극 자석
112: 백요크 113: 마그넷 홀더
113a: 안착부 113b: 제1 결합편
113c: 걸림단부 114: 제1 스냅링
120: 자기차폐부 121: 자기차폐링
122: 상부 차폐면 122h: 상부 관통홀
123: 하부 차폐면 123h: 하부 관통홀
125: 차폐링 홀더 126: 홀딩부
127: 결합돌기 128: 제2 결합편
129: 제2 스냅링 130: 자기검출부
131: 상부 집자 부재 131a: 상부 자속 수집링
131b: 상부 집자로 플랜지 131c: 상부 집자 터미널
132: 하부 집자 부재 132a: 하부 자속 수집링
132b: 하부 집자로 플랜지 132c: 하부 집자 터미널
133: 집자 부재 홀더 133a: 상부 홀더 플랜지
133b: 하부 홀더 플랜지 140: 자기검출 센서부
151: 상부커버 152: 하부커버

Claims (20)

  1. 차량의 핸들에 연결된 입력축과 차량의 바퀴에 연결된 출력축 사이에 설치되어 상기 핸들의 회전 조작 시 상기 입력축과 상기 출력축 사이에 발생되는 비틀림을 검출하기 위한 조향장치용 비접촉식 토크센서에 있어서,
    상기 입력축에 결합되고, 중심에서 동일한 반경을 갖도록 외주면을 따라 복수의 N극 자석과 S극 자석이 원주방향으로 서로 이웃하도록 교대로 배치되는 자력발생부;
    상기 자력발생부의 반경방향 외측에 배치되는 단일의 원통으로서 상기 N극 자석과 상기 S극 자석 중 어느 하나와 동일한 간격으로 복수의 상부 관통홀이 형성되는 상부 차폐면과 상기 N극 자석과 상기 S극 자석 중 다른 하나와 동일한 간격으로 복수의 하부 관통홀이 형성되는 하부 차폐면으로 이루어진 자기차폐링을 구비하고, 상기 출력축에 결합되는 자기차폐부;
    상기 상부 차폐면을 통과하는 자속을 수집하는 상부 자속 수집링과 상기 상부 자속 수집링의 상단 둘레로부터 반경방향으로 소정 폭으로 연장 형성되는 상부 집자로 플랜지 및 상기 상부 집자로 플랜지의 일측으로부터 굴곡 형성되는 상부 집자 터미널을 구비하는 상부 집자 부재와, 상기 하부 차폐면을 통과하는 자속을 수집하는 하부 자속 수집링과 상기 하부 자속 수집링의 하단 둘레로부터 반경방향으로 소정 폭으로 연장 형성되는 하부 집자로 플랜지 및 상기 하부 집자로 플랜지의 일측으로부터 굴곡 형성되는 하부 집자 터미널을 구비하는 하부 집자 부재를 포함 하되, 상기 상부 자속 수집링과 상기 하부 자속 수집링 사이의 간격과 상기 상부 집자로 플랜지와 상기 하부 집자로 플랜지 사이의 간격은 상기 상부 집자 터미널과 상기 하부 집자 터미널 사이의 간격보다 더 크게 형성되는 자기검출부; 및
    상기 자기검출부의 상부 집자 터미널과 하부 집자 터미널 사이에 위치되어 자속의 세기를 검출하는 자기검출 센서부를 포함하는 것을 특징으로 하는 조향장치용 비접촉식 토크센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자기검출부는,
    상기 상부 집자로 플랜지가 상기 상부 자속 수집링의 상단 둘레에 연장 형성되고, 상기 하부 집자로 플랜지가 상기 하부 자속 수집링의 하단 둘레에 연장 형성되며,
    상기 상부 집자 터미널은 상기 상부 집자로 플랜지로부터 하방향으로 연장되어 상기 상부 자속 수집링의 하단을 지나 반경 방향으로 굴곡되어 연장되며, 상기 하부 집자 터미널은 상기 하부 집자로 플랜지로부터 상방향으로 연장되어 상기 하부 자속 수집링의 상단을 지나 상기 상부 집자 터미널에 대응하여 반경 방향으로 굴곡되어 연장되는 것을 특징으로 하는 조향장치용 비접촉식 토크센서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 자기검출부는,
    상면을 통해 상기 상부 집자 부재가 결합되고 하면을 통해 상기 하부 집자 부재가 결합되는 원통 형상의 비자성체인 집자 부재 홀더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조향장치용 비접촉식 토크센서.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 집자 부재 홀더는,
    상기 상부 집자로 플랜지와 결합하는 상부 홀더 플랜지와, 상기 하부 집자 플랜지와 결합하는 하부 홀더 플랜지가 상,하면에 각각 형성된 것을 특징으로 하는 조향장치용 비접촉식 토크센서.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 상부 집자 부재와 상기 하부 집자 부재는 인서트 사출에 의해 상기 집자 부재 홀더에 결합되는 것을 특징으로 하는 조향장치용 비접촉식 토크센서.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 상부 집자로 플랜지와 상기 하부 집자로 플랜지는 각각 서로 크기가 다른 2개의 결합홀이 복수 개소에 형성되되 상기 상부 집자로 플랜지와 상기 하부 집자로 플랜지 사이에는 서로 회전 대칭되게 형성되며,
    상기 상부 홀더 플랜지와 상기 하부 홀더 플랜지는 각각 상기 상부 집자로 플랜지와 상기 하부 집자로 플랜지에 형성된 각 결합홀과 대응하도록 다수의 관통 홀이 상하로 연장 형성된 것을 특징으로 하는 조향장치용 비접촉식 토크센서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 자력발생부는,
    상기 복수의 N극 자석과 S극 자석으로 이루어진 마그넷 링과;
    외주면으로 상기 마그넷 링이 수용 및 고정되는 안착부와, 상기 안착부의 상부에 마련되고 내측에 상기 입력축을 수용하기 위해 축방향으로 연장 형성되는 복수의 제1 결합편을 구비한 비자성체의 마그넷 홀더를 포함하는 것을 특징으로 하는 조향장치용 비접촉식 토크센서.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 자력발생부는,
    상기 마그넷 링과 상기 마그넷 홀더 사이에 구비되어, 상기 마그넷 링이 부착되는 외주면과 상기 마그넷 홀더의 안착부에 고정 부착되는 내주면을 갖는 링 형상의 자성체인 백요크(back yoke)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조향장치용 비접촉식 토크센서.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 복수의 제1 결합편은 각각 상단부에 내측으로 돌출 형성되는 걸림단부를 구비하여 이를 통해 상기 입력축에 결합되고,
    상기 자력발생부는 각 걸림단부가 상기 입력축에 결합 시 외측으로 벌어지는 것을 방지하기 위한 제1 스냅링을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 조향장치용 비접촉식 토크센서.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 자기차폐부는,
    내주면으로 상기 자기차폐링을 수용 지지하는 원통 형상의 홀딩부와, 상기 홀딩부의 하부에 마련되고 내측에 상기 출력축을 수용하기 위해 축방향으로 연장 형성되는 복수의 제2 결합편을 구비한 비자성체의 차폐링 홀더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조향장치용 비접촉식 토크센서.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 홀딩부는 그 내주면에 돌출 형성되어 상기 자기차폐링의 상부 관통홀과 하부 관통홀에 각각 일치되게 삽입 결합되는 다수의 결합돌기를 구비하는 것을 특징으로 하는 조향장치용 비접촉식 토크센서.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 자기차폐링은 인서트 사출에 의해 상기 차폐링 홀더에 결합되는 것을 특징으로 하는 조향장치용 비접촉식 토크센서.
  13. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 복수의 제2 결합편은 각각 하단부에 내측으로 돌출 형성되는 걸림단부를 구비하여 이를 통해 상기 출력축에 결합되고,
    상기 자기차폐부는 각 걸림단부가 상기 출력축에 결합 시 외측으로 벌어지는 것을 방지하기 위한 제2 스냅링을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 조향장치용 비접촉식 토크센서.
  14. 제1항에 있어서,
    서로 상하로 마련되어 내측으로 상기 자력발생부, 자기차폐부, 자기검출부 및 자기검출 센서부를 수용 및 지지하는 상부커버와 하부커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조향장치용 비접촉식 토크센서.
  15. 차량의 핸들에 연결된 입력축과 차량의 바퀴에 연결된 출력축 사이에 설치되어 상기 핸들의 회전 조작 시 상기 입력축과 상기 출력축 사이에 발생되는 비틀림을 검출하기 위한 조향장치용 비접촉식 토크센서에 있어서,
    상기 입력축에 결합되고, 중심에서 동일한 반경을 갖도록 외주면을 따라 복수의 N극 자석과 S극 자석이 상부 및 하부에서 각각 원주 방향으로 서로 이웃하도록 교대로 배치되되 상부 자석과 하부 자석 간에는 서로 다른 극이 이웃하도록 배치되는 자력발생부;
    상기 자력발생부의 반경방향 외측에 배치되는 단일의 원통으로서, 상기 상부 자석과 하부 자석을 하나씩 수용하는 크기를 가지며 원주 방향으로 서로 상기 상부 자석 또는 상기 하부 자석과 동일한 간격으로 형성되는 복수의 관통홀을 갖는 자기차폐링을 구비하고, 상기 출력축에 결합되는 자기차폐부;
    상기 상부 차폐면을 통과하는 자속을 수집하는 상부 자속 수집링과 상기 상부 자속 수집링의 상단 둘레로부터 반경방향으로 소정 폭으로 연장 형성되는 상부 집자로 플랜지 및 상기 상부 집자로 플랜지의 일측으로부터 굴곡 형성되는 상부 집자 터미널을 구비하는 상부 집자 부재와, 상기 하부 차폐면을 통과하는 자속을 수집하는 하부 자속 수집링과 상기 하부 자속 수집링의 하단 둘레로부터 반경방향으로 소정 폭으로 연장 형성되는 하부 집자로 플랜지 및 상기 하부 집자로 플랜지의 일측으로부터 굴곡 형성되는 하부 집자 터미널을 구비하는 하부 집자 부재를 포함하되, 상기 상부 자속 수집링과 상기 하부 자속 수집링 사이의 간격과 상기 상부 집자로 플랜지와 상기 하부 집자로 플랜지 사이의 간격은 상기 상부 집자 터미널과 상기 하부 집자 터미널 사이의 간격보다 더 크게 형성되는 자기검출부; 및
    상기 자기검출부의 상부 집자 터미널과 하부 집자 터미널 사이에 위치되어 자속의 세기를 검출하는 자기검출 센서부를 포함하는 것을 특징으로 하는 조향장치용 비접촉식 토크센서.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 자기검출부는,
    상기 상부 집자로 플랜지가 상기 상부 자속 수집링의 상단 둘레에 연장 형성 되고, 상기 하부 집자로 플랜지가 상기 하부 자속 수집링의 하단 둘레에 연장 형성되며,
    상기 상부 집자 터미널은 상기 상부 집자로 플랜지로부터 하방향으로 연장되어 상기 상부 자속 수집링의 하단을 지나 반경 방향으로 굴곡되어 연장되며, 상기 하부 집자 터미널은 상기 하부 집자로 플랜지로부터 상방향으로 연장되어 상기 하부 자속 수집링의 상단을 지나 상기 상부 집자 터미널에 대응하여 반경 방향으로 굴곡되어 연장되는 것을 특징으로 하는 조향장치용 비접촉식 토크센서.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 자기검출부는,
    상면을 통해 상기 상부 집자 부재가 결합되고 하면을 통해 상기 하부 집자 부재가 결합되는 원통 형상의 비자성체로서 인서트 사출에 의해 상기 상부 집자 부재와 상기 하부 집자 부재와 결합하는 집자 부재 홀더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조향장치용 비접촉식 토크센서.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 자력발생부는,
    상기 상부 자석과 하부 자석으로 이루어진 마그넷 링과;
    외주면으로 상기 마그넷 링이 수용 및 고정되는 안착부와, 상기 안착부의 상부에 마련되고 내측에 상기 입력축을 수용하기 위해 축방향으로 연장 형성되는 복 수의 제1 결합편을 구비한 비자성체의 마그넷 홀더를 포함하는 것을 특징으로 하는 조향장치용 비접촉식 토크센서.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 자력발생부는,
    상기 마그넷 링과 상기 마그넷 홀더 사이에 구비되어, 상기 마그넷 링이 부착되는 외주면과 상기 마그넷 홀더의 안착부에 고정 부착되는 내주면을 갖는 링 형상의 자성체인 백요크(back yoke)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조향장치용 비접촉식 토크센서.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 자기차폐부는,
    내주면으로 상기 자기차폐링을 수용 지지하는 원통 형상의 홀딩부와, 상기 홀딩부의 하부에 마련되고 내측에 상기 출력축을 수용하기 위해 축방향으로 연장 형성되는 복수의 제2 결합편을 구비한 비자성체로서 인서트 사출에 상기 자기차폐링과 결합하는 차폐링 홀더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조향장치용 비접촉식 토크센서.
KR1020080120235A 2008-06-26 2008-12-01 조향장치용 비접촉식 토크센서 KR100986017B1 (ko)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080120235A KR100986017B1 (ko) 2008-12-01 2008-12-01 조향장치용 비접촉식 토크센서
US12/919,445 US8393230B2 (en) 2008-06-26 2009-06-16 Contactless torque sensor for steering system
CN200980110867.XA CN101980915B (zh) 2008-06-26 2009-06-16 用于转向系统的非接触式扭矩传感器
EP09770338.3A EP2295310B1 (en) 2008-06-26 2009-06-16 Contactless torque sensor for steering mechanism
PCT/KR2009/003229 WO2009157666A2 (ko) 2008-06-26 2009-06-16 조향장치용 비접촉식 토크센서
JP2010545815A JP5221679B2 (ja) 2008-06-26 2009-06-16 操舵装置用非接触式トルクセンサー

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080120235A KR100986017B1 (ko) 2008-12-01 2008-12-01 조향장치용 비접촉식 토크센서

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100061877A true KR20100061877A (ko) 2010-06-10
KR100986017B1 KR100986017B1 (ko) 2010-10-06

Family

ID=42362238

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080120235A KR100986017B1 (ko) 2008-06-26 2008-12-01 조향장치용 비접촉식 토크센서

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100986017B1 (ko)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101020420B1 (ko) * 2009-03-23 2011-03-08 대성전기공업 주식회사 조향장치용 비접촉식 토크센서
KR20120010695A (ko) * 2010-07-27 2012-02-06 엘지이노텍 주식회사 자계차폐구조를 가진 토크 인덱스 센서
KR20140078208A (ko) * 2012-12-17 2014-06-25 엘지이노텍 주식회사 토크센서
WO2016032237A1 (ko) * 2014-08-28 2016-03-03 대성전기공업 주식회사 토크 센서 장치
KR20160027367A (ko) * 2014-08-29 2016-03-10 엘지이노텍 주식회사 스테이터 및 이를 포함하는 토크센서모듈
KR20180061953A (ko) * 2016-11-30 2018-06-08 엘지이노텍 주식회사 토크 인덱스 센서 및 이를 포함하는 조향 장치
US10067015B2 (en) 2014-08-28 2018-09-04 Ls Automotive Technologies Co., Ltd. Torque sensor device
KR20190138762A (ko) * 2019-11-29 2019-12-16 엘지이노텍 주식회사 토크센서
EP3516759B1 (en) * 2016-09-23 2022-11-16 Suzhou Littelfuse OVS Co., Ltd. Rotary position sensor with dual magnet arrangement

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003114103A (ja) 2001-10-02 2003-04-18 Koyo Seiko Co Ltd 回転角検出装置、トルク検出装置及び舵取装置
JP2005241579A (ja) 2004-02-27 2005-09-08 Hitachi Ltd トルクセンサ
FR2872896B1 (fr) 2004-07-09 2008-01-11 Moving Magnet Tech Capteur de position, notamment destine a la mesure de la torsion d'une colonne de direction
JP2007121149A (ja) 2005-10-28 2007-05-17 Jtekt Corp トルク検出装置

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101020420B1 (ko) * 2009-03-23 2011-03-08 대성전기공업 주식회사 조향장치용 비접촉식 토크센서
KR20120010695A (ko) * 2010-07-27 2012-02-06 엘지이노텍 주식회사 자계차폐구조를 가진 토크 인덱스 센서
KR20140078208A (ko) * 2012-12-17 2014-06-25 엘지이노텍 주식회사 토크센서
WO2016032237A1 (ko) * 2014-08-28 2016-03-03 대성전기공업 주식회사 토크 센서 장치
US10067015B2 (en) 2014-08-28 2018-09-04 Ls Automotive Technologies Co., Ltd. Torque sensor device
US10088377B2 (en) 2014-08-28 2018-10-02 Ls Automotive Technologies Co., Ltd. Torque sensor device
KR20160027367A (ko) * 2014-08-29 2016-03-10 엘지이노텍 주식회사 스테이터 및 이를 포함하는 토크센서모듈
EP3516759B1 (en) * 2016-09-23 2022-11-16 Suzhou Littelfuse OVS Co., Ltd. Rotary position sensor with dual magnet arrangement
KR20180061953A (ko) * 2016-11-30 2018-06-08 엘지이노텍 주식회사 토크 인덱스 센서 및 이를 포함하는 조향 장치
KR20190138762A (ko) * 2019-11-29 2019-12-16 엘지이노텍 주식회사 토크센서

Also Published As

Publication number Publication date
KR100986017B1 (ko) 2010-10-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100986017B1 (ko) 조향장치용 비접촉식 토크센서
KR101020420B1 (ko) 조향장치용 비접촉식 토크센서
US8393230B2 (en) Contactless torque sensor for steering system
US10067015B2 (en) Torque sensor device
CN103162886B (zh) 扭矩传感器装置
US20120285266A1 (en) Torque sensor
JP2004020527A (ja) トルクセンサ
US10088377B2 (en) Torque sensor device
US10094722B2 (en) Torque sensor device
JP2011089783A (ja) トルクセンサ
KR101034113B1 (ko) 조향장치용 비접촉식 토크센서
KR100987896B1 (ko) 조향장치용 비접촉식 토크센서
KR101020447B1 (ko) 조향장치용 비접촉식 토크센서
KR101020478B1 (ko) 조향장치용 비접촉식 토크센서
CN111556955B (zh) 感测装置
US20140076656A1 (en) Relative rotational angular displacement detection device, torque detection device, torque control device, and vehicle
US20150137798A1 (en) Relative rotational angular displacement detection device, torque detection device, torque control device, and vehicle
KR20100092243A (ko) 토크센서
KR101992277B1 (ko) 토크 센서
KR20110025265A (ko) 조향장치용 비접촉식 토크센서
JP4878746B2 (ja) トルクセンサ
JP2009063316A (ja) 回転角度検出装置及びシフト装置
JP2018059741A (ja) トルクセンサの製造方法
KR20150135595A (ko) 파워 스티어링 토크 센서
KR20170045447A (ko) 파워 스티어링 토크 센서

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130926

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140912

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150817

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160819

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170817

Year of fee payment: 8