KR20120004032A - 스티어링 시스템의 토크 센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마그네트를 상하방향으로 착자하고 스테이터의 돌출편을 수평방향으로 배치함으로써 컬렉터를 생략할 수 있어 단순한 구조를 가지면서도 작동신뢰성이 우수한 스티어링 시스템의 토크 센서에 관한 것으로, 입력축 및 출력축을 포함하는 스티어링 시스템의 토크센서로서, 상호 반대의 극성을 가진 두 개의 자성체가 나란하게 배열된 자성체 세그먼트, 상기 입력축과 상기 출력축 중의 어느 하나에 연결되고, 상기 자성체 세그먼트가 원주방향을 따라 일정한 간격으로 이격되어 배치된 마그네트 그리고, 상기 입력축과 상기 출력축 중의 다른 하나에 연결되고, 상기 자성체 세그먼트의 배열에 대응하는 돌출편이 원주방향을 따라 일정한 간격으로 형성된 단일의 스테이터를 포함하는 스티어링 시스템의 토크센서를 제공한다. 따라서, 각각의 자성체들이 한쌍으로 세그먼트를 이루고 자화량을 검출하기 위한 부재에 필요한 재료를 절감할 수 있는 스티어링 시스템의 토크센서가 제공된다.

Description

스티어링 시스템의 토크 센서{TORQUE SENSOR OF STEERING SYSTEM}

본 발명은 스티어링 시스템의 토크 센서에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 마그네트를 상하방향으로 착자하고 스테이터의 돌출편을 수평방향으로 배치함으로써 컬렉터를 생략할 수 있어 단순한 구조를 가지면서도 작동신뢰성이 우수한 스티어링 시스템의 토크 센서에 관한 것이다.

일반적으로 자동차는 바퀴와 연결된 스티어링 휠을 조작하여 주행 방향을 조작할 수 있도록 되어 있다. 그러나, 바퀴와 노면과의 저항이 크거나 스티어링의 장애요인 발생시 조작력이 약화되어 신속한 조작이 어려운 경우가 있고, 이를 해결하기 위해 파워스티어링 장치가 사용된다. 이러한 파워스티어링 장치는 스티어링 휠의 조작에 동력장치를 개입하여 조작의 힘을 경감시키도록 하는 장치이다.

이러한 동력장치가 스티어링 휠을 조작하는 힘에 개입하기 위해서는 조향축에 걸리는 토크를 측정할 필요성이 있다. 따라서, 스티어링 휠의 토크를 측정하는 장치로 여러가지 방식의 장치가 사용되는데, 특히 조향축에 결합된 마그네트와의 상호 자기장을 측정하여 토크를 검출하는 방식이 경제성이 우수하여 많이 사용되고 있다.

일반적인 스티어링 구조는, 스티어링 휠이 결합되는 입력축, 바퀴측의 랙바와 치합되는 피니언에 결합되는 출력축 및 상기 입력축과 출력축를 연결하는 토션바(torshion bar)로 이루어진다.

스티어링 휠을 회전하면 출력축으로 회전력이 전달되고 피니언과 랙바의 작용에 의해 바퀴의 방향이 변화한다. 이 경우, 저항이 크게 작용하는 경우에 입력축이 더 많이 회전하게 되므로, 토션바가 비틀리게 되는데, 이러한 토션바의 비틀림 정도를 측정하는 것이 자기장 방식의 토크센서이다.

도 1은 종래기술에 따른 토크센서를 도시한 사시도이다. 입력축에는 마그네트(10)가 결합되고, 상기 마그네트(10)는 따라서 링 형상을 하게 된다. 출력축에는 스테이터(20, 30)가 배치되는데, 상기 스테이터(20, 30)는 마그네트(10)의 외주면에서 이격되어 배치되며 축방향으로 절곡된 수직돌출편(21, 31)을 포함한다.

마그네트(10)에 결합된 입력축과 스테이터(20, 30)에 결합된 출력축의 회전량 차이에 의하여 토션바에 비틀림이 발생하면, 마그네트(10)와 스테이터(20, 30)가 상대적으로 회전하게 되고, 이 때 마그네트(10)의 외주면과 수직돌출편(21, 31) 사이의 대향면이 변화하게 되어 자화값이 변화하게 되므로 이를 활용하면 토크를 측정할 수 있다.

이러한 자화값을 집중하기 위해 컬렉터(40)가 배치되고, 자기소자(50)가 컬렉터(40)에 의해 집중된 자기값을 검출하게 되는 것이다.

이러한, 자기의 변화를 집약하기 위해 사용되는 부품이 스테이터(20, 30)와 컬렉터(40)인데, 상기 부품들에서 집약된 자기값은 자기소자(50)에 집중되어 검출되는 것이다.

일반적으로 이렇게 자기의 변화를 집약하기 위해 사용되는 부품은 철손(Iron loss)이 낮은 재질을 선정하게 되는데, 순철계나 니켈합금(Ni-Alloy)의 재료를 사용한다.

그런데, 이와 같은 재료는 원재료 값이 상당히 고가여서 비용절감에 대한 요청이 있었다.

또한, 마그네트(10)의 상하방향에 각각의 스테이터(20, 30)과 컬렉터(40)가 배치되어야 하고, 각각의 스테이터(20, 30)는 수직돌출편(21, 31)을 마그네트의 극에 대응되게 포함하고 있어야 하므로 구조적으로도 복잡한 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 마그네트의 배열을 개선하여 스테이터와 컬렉터에 필요한 재료를 현저히 절감할 수 있고, 구조적으로도 단순하여 동작의 신뢰성이 있는 스티어링 시스템의 토크센서를 제공하는 데 목적이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 스티어링 시스템의 토크센서는 입력축 및 출력축을 포함하는 스티어링 시스템의 토크센서로서, 상호 반대의 극성을 가진 두 개의 자성체가 나란하게 배열된 자성체 세그먼트, 상기 입력축과 상기 출력축 중의 어느 하나에 연결되고, 상기 자성체 세그먼트가 원주방향을 따라 일정한 간격으로 이격되어 배치된 마그네트 그리고, 상기 입력축과 상기 출력축 중의 다른 하나에 연결되고, 상기 자성체 세그먼트의 배열에 대응하는 돌출편이 원주방향을 따라 일정한 간격으로 형성된 단일의 스테이터를 포함하는 스티어링 시스템의 토크센서를 제공한다. 따라서, 각각의 자성체들이 한쌍으로 세그먼트를 이루고 자화량을 검출하기 위한 부재에 필요한 재료를 절감할 수 있는 스티어링 시스템의 토크센서가 제공된다.

또한, 본 발명에 따른 스티어링 시스템의 토크센서는, 상기 스테이터의 일측에 결합하고 자화량을 집중하는 단일의 컬렉터 그리고, 상기 컬렉터와 결합하고 상기 스테이터의 자화량을 검출하는 자기소자를 더 포함하는 스티어링 시스템의 토크센서를 제공한다. 따라서, 컬렉터와 자기소자의 구조가 더욱 단순해지므로 경제성과 생산성이 향상되는 스티어링 시스템의 토크센서가 제공된다.

또한, 본 발명에 따른 스티어링 시스템의 토크센서는, 상기 자기소자의 상기 컬렉터에 대향하는 부위에 결합하는 자성체를 더 포함하는 스티어링 시스템의 토크센서를 제공한다. 따라서, 단일의 스테이터만으로도 자속이 원활하게 순환할 수 있는 스티어링 시스템의 토크센서가 제공된다.

또한, 본 발명에 따른 스티어링 시스템의 토크센서는, 상기 자기소자는 홀 아이씨인 스티어링 시스템의 토크센서를 제공한다.

전술한 내용과 같이 구성된 본 발명에 따른 스티어링 시스템의 토크센서는 각각의 자성체들이 한쌍으로 세그먼트를 이루고 자화량을 검출하기 위한 부재에 필요한 재료를 절감할 수 있는 이점을 가진 스티어링 시스템의 토크센서가 제공된다.

또한, 구조적으로 단순해지므로 작동에 따른 신뢰성과 구조적인 안정성이 제공되는 이점이 있다.

도 1은 종래기술에 따른 토크센서를 나타내는 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 토크센서를 나타내는 사시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스티어링 시스템의 토크센서를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 스티어링 시스템의 토크센서를 나타내는 사시도이다.

토크센서는 일반적으로 링 형상의 로터(100), 상기 로터(100)의 외주면에 결합되는 마그네트, 상기 로터(100)의 외주면에 이격되어 배치되는 스테이터(200), 스테이터(200)의 일측에 결합되어 자기변화를 집약하는 컬렉터(400) 및 컬렉터(400)에 연결되어 자기변화를 검출하는 자기소자(500)로 구성된다.

로터(100)는 링 형상으로 형성되는데, 일반적으로 입력축의 외주면에 배치되어 함께 회전하도록 결합된다. 또한, 스테이터(200)는 출력축에 연결되어 함께 회전하도록 결합된다. 바퀴의 저항으로 인해 입력축과 출력축의 회전량이 다른 경우 토션이 발생한 것으로 이해할 수 있고, 이 차이를 자기장으로 측정하게 됨은 상기한 바와 같다. 다만, 로터(100)가 출력축에 연결되고 스테이터(200)가 입력축에 연결될 수 있음은 물론이다.

본 발명의 개념에 따라, 마그네트가 로터(100)의 외주면에서 연장되어 형성되지 않고 소정 간격 이격되어 형성된다. 상기 마그네트는 서로 반대의 극성을 가진 자성체 2개가 연결되는 자성체 세그먼트(110)를 이루게 된다. 따라서, 로터(100)의 외주면 상에 복수의 자성체 세그먼트(110)가 소정 간격 이격되어 배열되는 것이다. 이 경우, 자력선은 축방향으로 형성된다.

이와 같이 복수의 자성체 세그먼트(110)가 이격되어 배치되는 경우, 종래와 같이 상호 연결되어 형성되는 경우에 비해 후술할 바와 같이 스테이터(200)의 배치에 여유가 생기는 이점이 있음에 유의하여야 한다.

또한, 상기 로터(100)의 외주면을 따라 스테이터(200)가 이격되어 배치된다. 종래기술과는 달리 스테이터(200)는 상기 로터(100)의 상부 또는 하부 측에 치우친 링형상의 단일의 몸체와 돌출편(210)으로 형성된다.

상기 돌출편(210)은 각각 상기 자성체 세그먼트(110)를 마주보도록 상기 로터(100)의 몸체에서 축방향으로 절곡되어 형성된다. 따라서, 로터(100)와 스테이터(200) 간의 회전량에 따라 자속의 변화값을 돌출편(210)이 직접적으로 감지하게 되는 것이다.

종래에는 스테이터가 로터(100)의 상부와 하부측에 각각 형성되고, 돌출편이 상호간에 이격된 부위를 채울 수 있도록 촘촘하게 형성되는데, 본 발명의 자성체 세그먼트(110)가 배열되는 개념에 따라 돌출편(210) 상호간에 이격되어 배치될 수 있고 따라서, 스테이터(200)가 단일로 배치될 수 있게 되는 것이다.

또한, 상기 스테이터(200)의 일측에는 컬렉터(400)가 배치된다. 컬렉터(400)는 상기한 바와 같이 스테이터(200)에 의해 감지된 자속의 변화를 집약하는 역할을 하게 되는데, 단일의 스테이터(200)가 배치되기 때문에 컬렉터(400) 역시 하나만 배치될 수 있게 되는 것이다.

또한, 상기 컬렉터(400)의 일부분에는 자기소자(500)가 배치된다. 상기 자기소자(500)는 컬렉터(400)에 전기적으로 접촉되고 자성체 세그먼트(110)와 상하부 돌출편(210)의 자기 상호 작용에 의해 자화된 스테이터(200)의 자화량을 검출한다.

상기 자기소자(500)는 바람직하게는 자기장의 세기를 감지할 수 있도록 홀소자(Hall IC)로 이루어진다.

그런데, 종래기술에서는 상기 자기소자(500)는 상측 스테이터와 하측스테이터에 결합하게 되므로 완전하게 자속을 순환할 수 있는 구조를 가질 수 있다. 하지만, 본 발명의 개념에 따라 스테이터(200)와 컬렉터(400)가 하나씩 배치되는 경우 자속 플럭스가 완전히 순환할 수 없는 구조를 가지기 때문에, 자기소자(500)의 컬렉터(400)와의 결합부위의 대향하는 부위에는 자성체가 배치되는 것이 바람직하다.

따라서, 컬렉터(400)에 집약된 자속의 변화량은 자기소자(500)에 의해서 검출되고 자성체를 따라 다시 순환할 수 있게 되는 것이다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 스티어링 시스템의 토크센서에 의해, 로터에 자성체 세그먼트가 상호간에 이격되어 형성되므로, 단일의 스테이터와 컬렉터가 사용될 수 있어 구조적으로 단순하면서도 경제성을 가지는 스티어링 시스템의 토크센서가 제공될 수 있다.

이상에서, 본 발명은 실시예 및 첨부도면에 기초하여 상세히 설명되었다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.

100...로터 110...자성체 세그먼트
200...스테이터 210...돌출편
400...컬렉터 500...자기소자

Claims (4)

1. 입력축 및 출력축을 포함하는 스티어링 시스템의 토크센서로서,
   상호 반대의 극성을 가진 두 개의 자성체가 나란하게 배열된 자성체 세그먼트;
   상기 입력축과 상기 출력축 중의 어느 하나에 연결되고, 상기 자성체 세그먼트가 원주방향을 따라 일정한 간격으로 이격되어 배치된 마그네트; 그리고,
   상기 입력축과 상기 출력축 중의 다른 하나에 연결되고, 상기 자성체 세그먼트의 배열에 대응하는 돌출편이 원주방향을 따라 일정한 간격으로 형성된 단일의 스테이터;를 포함하는 스티어링 시스템의 토크센서.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 스테이터의 일측에 결합하는 단일의 컬렉터; 그리고,
   상기 컬렉터와 결합하고 상기 스테이터의 자화량을 검출하는 자기소자;를 더 포함하는 스티어링 시스템의 토크센서.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 자기소자의 상기 컬렉터에 대향하는 부위에 결합하는 자성체;를 더 포함하는 스티어링 시스템의 토크센서.
   
4. 제2항에 있어서,
   상기 자기소자는 홀 아이씨인 스티어링 시스템의 토크센서.

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