KR20120061468A - 차량용 로터리 포지션 센서 - Google Patents

차량용 로터리 포지션 센서 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량용 로터리 포지션 센서에 관한 것으로, 특정 회전축과 함께 회전하는 로터 블록과 스테이터 하우징에 고정 장착된 PCB 기판에 각각 장착되는 신호 발생 수단을 통해 회전축의 회전 위치를 정확하게 감지할 수 있도록 함으로써, 차량 가속 페달의 회전 위치를 감지하는 가속 페달 포지션 센서 또는 스로틀 밸브의 회전 위치를 감지하는 스로틀 포지션 센서 등의 기능을 안정적으로 수행할 수 있고, 신호 발생 수단에 대한 고장이나 오작동 여부를 자체적으로 판단할 수 있도록 구성함으로써, 잘못된 출력 신호에 의한 비정상적 스로틀 제어를 방지하여 더욱 정확하고 안전한 주행 성능을 제공할 수 있으며, 신호 발생 수단에 대한 구성을 접촉식, 비접촉식, 접촉 및 비접촉 혼용 방식 등으로 다양하게 구성함으로써, 사용자의 필요에 따라 신호 발생 수단에 대한 구성을 다양하게 선택 적용할 수 있는 차량용 로터리 포지션 센서를 제공한다.

Description

차량용 로터리 포지션 센서{Rotary Position Sensor for Vehicle}
본 발명은 차량용 로터리 포지션 센서에 관한 것이다. 보다 상세하게는 특정 회전축과 함께 회전하는 로터 블록과 스테이터 하우징에 고정 장착된 PCB 기판에 각각 장착되는 신호 발생 수단을 통해 회전축의 회전 위치를 정확하게 감지할 수 있도록 함으로써, 차량 가속 페달의 회전 위치를 감지하는 가속 페달 포지션 센서 또는 스로틀 밸브의 회전 위치를 감지하는 스로틀 포지션 센서 등의 기능을 안정적으로 수행할 수 있고, 신호 발생 수단에 대한 고장이나 오작동 여부를 자체적으로 판단할 수 있도록 구성함으로써, 잘못된 출력 신호에 의한 비정상적 스로틀 제어를 방지하여 더욱 정확하고 안전한 주행 성능을 제공할 수 있으며, 신호 발생 수단에 대한 구성을 접촉식, 비접촉식, 접촉 및 비접촉 혼용 방식 등으로 다양하게 구성함으로써, 사용자의 필요에 따라 신호 발생 수단에 대한 구성을 다양하게 선택 적용할 수 있는 차량용 로터리 포지션 센서에 관한 것이다.
차량의 전자 제어 시스템에 있어서 모듈화 및 정밀 제어 시스템이 발전하면서 기계식 스로틀 바디(mechanical throttle body)는 사라지고 전자식 스로틀 바디(electric throttle body)의 적용이 점차적으로 확대되어 가고 있다. 현재는 대형차량 및 고급차량에서 사용하고 있으나, 점차 전 차종으로 확대되어 가고 있는 실정이다.
기계식 스로틀 바디를 이용하는 시스템은 기계식 스로틀 바디와 엑셀 페달을 와이어로 연결하여 운전자가 요구하는 가속을 단순 기계적으로 수행한다. 그에 반해, 전자식 스로틀 바디를 이용하는 전자제어 스로틀 시스템(ETS;Electric Throttle System)은 가속 페달 개도량을 감지할 수 있는 가속 페달 포지션 센서(APS;Accelerator pedal Position Sensor)를 가속 페달에 장착하여 가속 페달 개도량을 전자 제어 유닛(ECU;Electric Control Unit)에 전달하고, 전자 제어 유닛은 모터가 장착된 전자식 스로틀 바디에서 스로틀 개도량을 조절하여 운전자가 요구하는 가속을 제어한다.
이와 같이 최근의 전자 제어 스로틀 시스템에서는 가속 페달 포지션 센서(APS)가 중요한 역할을 하고 있기 때문에, 매우 정밀하게 제작되어야 한다. 그러나, 현재 사용되고 있는 일반적인 가속 페달 포지션 센서는 차량의 가속 페달에 적용되는 전용 포지션 센서가 아니라 종래 사용하던 단순한 일반 포지션 센서들을 그대로 적용하는 등 그 정밀도가 상대적으로 낮아서 정확한 스로틀 제어를 하지 못하는 등의 문제가 있었다.
특히, 가속 페달 포지션 센서가 고장에 의해 오작동하는 경우에도 이를 판단할 수가 없어 정확한 스로틀 제어가 이루어지지 못하고 있으며, 이에 따라 차량의 아이들(idle) 운전 상태에서 시동 꺼짐 및 이상 RPM 상승 등의 현상이 발생하는 문제가 있었다.
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 본 발명의 목적은 회전 위치 감지 대상인 특정 회전축과 함께 회전하는 로터 블록과 스테이터 하우징에 고정 장착된 PCB 기판에 각각 장착되는 신호 발생 수단을 통해 특정 회전축의 회전 위치를 정확하게 감지할 수 있도록 구성함으로써, 차량 가속 페달의 회전 위치를 감지하는 가속 페달 포지션 센서 또는 스로틀 밸브의 회전 위치를 감지하는 스로틀 포지션 센서 등의 기능을 안정적으로 수행할 수 있는 차량용 로터리 포지션 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 회전축의 회전 위치에 대한 출력 신호를 생성하는 신호 발생 수단에 대해 고장이나 오작동 여부를 자체적으로 판단할 수 있도록 구성함으로써, 가속 페달 포지션 센서로 기능하는 경우 잘못된 출력 신호에 의한 비정상적 스로틀 제어를 방지하여 더욱 정확하고 안전한 주행 성능을 제공할 수 있는 차량용 로터리 포지션 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 신호 발생 수단에 대한 구성을 단순한 구조의 접촉식 신호 발생 수단, 더욱 정확한 측정이 가능한 비접촉식 신호 발생 수단, 또는 이 둘의 장점을 조합한 접촉 및 비접촉 혼용 방식 신호 발생 수단으로 다양하게 구성함으로써, 사용자의 필요에 따라 신호 발생 수단에 대한 구성을 다양하게 선택 적용할 수 있는 차량용 로터리 포지션 센서를 제공하는 것이다.
본 발명은, 회전 작동하는 회전축의 회전 위치를 감지하는 차량용 로터리 포지션 센서에 있어서, 내부에 PCB 기판이 장착되는 스테이터 하우징; 상기 스테이터 하우징에 회전 가능하게 결합되며 상기 회전축과 일체로 회전하는 로터 블록; 및 상기 로터 블록과 상기 PCB 기판에 각각 장착되어 상기 로터 블록의 회전 위치에 따라 서로 다른 출력 신호를 생성하는 신호 발생 수단을 포함하고, 상기 신호 발생 수단을 통해 생성된 출력 신호가 상기 PCB 기판에 결합된 커넥터 단자를 통해 출력되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 로터리 포지션 센서를 제공한다.
이때, 상기 스테이터 하우징은 내부에 수용 공간이 형성되도록 일면이 개방된 하우징 본체와, 상기 하우징 본체의 개방된 일면에 결합되는 하우징 커버를 포함하고, 상기 하우징 본체와 하우징 커버는 초음파 융착 공정을 통해 일체로 결합될 수 있다.
또한, 상기 하우징 커버에는 함몰된 원통 형상의 로터 블록 결합부가 형성되고, 상기 로터 블록은 일단부가 상기 로터 블록 결합부에 회전 가능하게 삽입 결합될 수 있다.
또한, 상기 로터 블록 결합부의 상단 가장자리 외주면에는 지지 돌기가 돌출 형성되고, 상기 로터 블록에는 상기 로터 블록 결합부의 상단 가장자리 부위를 감싸며 상기 지지 돌기와 맞물림되도록 결합 돌기가 돌출 형성될 수 있다.
또한, 상기 신호 발생 수단은 상기 로터 블록에 결합되어 상기 로터 블록과 일체로 회전하는 가동 접점; 및 상기 가동 접점과 접촉하며 상기 가동 접점의 회전 경로를 따라 저항값이 변화하도록 상기 PCB 기판에 형성되는 가변 저항을 포함하고, 상기 가동 접점과의 접촉 위치에 따라 상기 가변 저항으로부터 서로 다른 출력 신호가 생성되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 스테이터 하우징과 상기 로터 블록의 결합 부위에는 상기 로터 블록에 일측 방향으로 탄성 회전력을 가하는 토션 스프링이 장착될 수 있다.
또한, 상기 스테이터 하우징과 상기 로터 블록의 결합 부위에는 상기 스테이터 하우징의 내부로 수분이 유입되지 않도록 별도의 실링 부재가 삽입 개재될 수 있다.
한편, 상기 신호 발생 수단은 상기 로터 블록과 결합되어 상기 로터 블록과 일체로 회전하는 자석; 및 상기 자석과 일정 간격 이격되게 상기 PCB 기판에 장착되며 상기 자석의 회전에 의해 발생하는 자기장 변화에 따라 서로 다른 출력 신호를 생성하는 홀 센서를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 신호 발생 수단은 상기 로터 블록과 결합되어 상기 로터 블록과 일체로 회전하는 자석과, 상기 자석과 일정 간격 이격되게 상기 PCB 기판에 장착되며 상기 자석의 회전에 의해 발생하는 자기장 변화에 따라 서로 다른 출력 신호를 생성하는 홀 센서를 포함하는 메인 신호 발생 유닛; 및 상기 로터 블록에 결합되어 상기 로터 블록과 일체로 회전하는 가동 접점과, 상기 가동 접점과 접촉하며 상기 가동 접점의 회전 경로를 따라 저항값이 변화하도록 상기 PCB 기판에 형성되는 가변 저항을 포함하고, 상기 가동 접점과의 접촉 위치에 따라 상기 가변 저항으로부터 서로 다른 출력 신호가 생성되는 서브 신호 발생 유닛을 포함하고, 상기 메인 신호 발생 유닛과 서브 신호 발생 유닛의 출력 신호 중 어느 하나의 출력 신호만 상기 커넥터 단자를 통해 출력되도록 형성될 수 있다.
이때, 상기 PCB 기판에는 상기 메인 신호 발생 유닛의 출력 신호가 정상 상태인지 여부를 판단하는 메인 제어칩이 장착되고, 상기 메인 제어칩에 의해 상기 메인 신호 발생 유닛의 출력 신호가 정상 상태로 판단된 경우에만 상기 메인 신호 발생 유닛의 출력 신호가 상기 커넥터 단자를 통해 출력되도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 PCB 기판에는 상기 메인 신호 발생 유닛과 서브 신호 발생 유닛의 출력 신호를 비교할 수 있는 비교 제어칩이 장착되고, 상기 비교 제어칩에 의해 상기 메인 신호 발생 유닛과 서브 신호 발생 유닛의 출력 신호가 서로 대응되는 일정한 오차 범위 내의 값을 갖는다고 판단된 경우에만 어느 하나의 출력 신호가 출력되도록 형성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 특정 회전축과 함께 회전하는 로터 블록과 스테이터 하우징에 고정 장착된 PCB 기판에 각각 장착되는 신호 발생 수단을 통해 특정 회전축의 회전 위치를 정확하게 감지할 수 있도록 함으로써, 차량용 가속 페달의 회전 위치를 감지하는 가속 페달 포지션 센서 또는 스로틀 밸브의 회전 위치를 감지하는 스로틀 포지션 센서 등의 기능을 안정적으로 수행할 수 있는 효과가 있다.
또한, 신호 발생 수단에 대한 구성을 단순한 구조의 접촉식 신호 발생 수단, 더욱 정확한 측정이 가능한 비접촉식 신호 발생 수단, 또는 이 둘의 장점을 조합한 접촉 및 비접촉 혼용 방식 신호 발생 수단으로 다양하게 구성함으로써, 사용자의 필요에 따라 신호 발생 수단에 대한 구성을 다양하게 선택 적용할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 가속 페달의 회전 위치에 대한 출력 신호를 생성하는 신호 발생 수단에 대해 고장이나 오작동 여부를 자체적으로 판단할 수 있도록 구성함으로써, 가속 페달 포지션 센서로 기능하는 경우, 잘못된 출력 신호에 의한 비정상적 스로틀 제어를 방지하여 더욱 정확하고 안전한 주행 성능을 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 로터리 포지션 센서의 조립 형상을 개략적으로 도시한 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 로터리 포지션 센서의 구성을 개략적으로 도시한 분해 사시도,
도 3은 도 2에 도시된 차량용 로터리 포지션 센서의 내부 구조를 개략적으로 도시한 절개 사시도,
도 4는 도 2에 도시된 차량용 로터리 포지션 센서의 신호 발생 수단에 대한 구성을 개략적으로 도시한 사시도,
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 차량용 로터리 포지션 센서의 구성을 개략적으로 도시한 분해 사시도,
도 6은 도 5에 도시된 차량용 로터리 포지션 센서의 내부 구조를 개략적으로 도시한 절개 사시도,
도 7은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 차량용 로터리 포지션 센서의 구성을 개략적으로 도시한 분해 사시도,
도 8은 도 7에 도시된 차량용 로터리 포지션 센서의 내부 구조를 개략적으로 도시한 절개 사시도,
도 9는 도 7에 도시된 차량용 로터리 포지션 센서의 신호 발생 수단에 대한 구성을 개략적으로 도시한 사시도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 로터리 포지션 센서의 조립 형상을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 로터리 포지션 센서의 구성을 개략적으로 도시한 분해 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 차량용 로터리 포지션 센서의 내부 구조를 개략적으로 도시한 절개 사시도이고, 도 4는 도 2에 도시된 차량용 로터리 포지션 센서의 신호 발생 수단에 대한 구성을 개략적으로 도시한 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 로터리 포지션 센서는 사용자에 의해 또는 전자 제어를 통해 회전 조작되는 특정 회전축의 회전 위치를 감지하는 센서로서, 차량 가속 페달의 회전 위치를 감지하는 가속 페달 포지션 센서 또는 스로틀 밸브의 회전 위치를 감지하는 스로틀 포지션 센서 등으로 적용될 수 있다. 이러한 로터리 포지션 센서는 내부에 PCB 기판(300)이 장착되는 스테이터 하우징(100)과, 로터 블록(200)과, 신호 발생 수단(400)을 포함하여 구성되며, 이하에서는 이러한 로터리 포지션 센서가 본 발명의 일 실시예에 따라 가속 페달 포지션 센서로 적용되는 경우를 중심으로 설명한다.
스테이터 하우징(100)은 내부에 수용 공간이 형성되도록 하우징 본체(110)와 하우징 커버(120)를 포함하여 구성된다. 하우징 본체(110)는 내부에 PCB 기판(300) 및 로터 블록(200)의 일부가 수용될 수 있도록 일면이 개방된 용기 형태로 형성되고, 하우징 커버(120)는 하우징 본체(110)의 개방된 일면에 결합된다. 하우징 본체(110)의 일측에는 외부 전자 기기와 연결될 수 있도록 별도의 커넥터부(111)가 형성되며, PCB 기판(300)을 통해 생성된 전기적 신호는 커넥터부(111)를 통해 외부 전자 기기, 예를 들면, 차량 전자 제어 유닛인 ECU와 전기적으로 연결된다. 또한, 하우징 커버(120)에는 도 2에 도시된 바와 같이 중심부에 함몰된 원통 모양의 로터 블록 결합부(121)가 형성되며, 이러한 로터 블록 결합부(121)에 후술할 로터 블록(200)이 회전 가능하게 삽입 결합된다.
이때, 하우징 본체(110)와 하우징 커버(120)는 초음파 융착 공정을 통해 일체로 결합된다. 즉, 하우징 본체(110)의 개방된 일면의 가장자리 부위에는 도 3에 도시된 바와 같이 융착 돌기(112)가 형성되고, 이에 대응하여 하우징 커버(120)의 외주면 가장자리 부위에는 융착홈(202)이 형성되며, 이러한 융착 돌기(112) 및 융착홈(202)이 서로 맞물림된 상태에서 초음파를 이용한 융착 공정을 통해 하우징 본체(110)와 하우징 커버(120)가 일체로 결합된다. 물론, 하우징 본체(110)와 하우징 커버(120)는 이러한 초음파 융착 공정 이외에도 별도의 결합 후크(미도시) 및 결합홈(미도시)를 통해 상호 분리 가능하게 결합될 수도 있는 등 다양한 방식으로 결합될 수 있으나, 내부 부품이 조립된 이후에는 좀 더 안정적이고 단단한 구조를 이룰 수 있도록 본 발명의 일 실시예에 따라 초음파 융착 공정을 통해 일체로 결합되는 것이 바람직하다.
PCB 기판(300)은 스테이터 하우징(100)의 내부 공간에 배치되는데, 후술하는 신호 발생 수단(400)을 통해 필요한 전기적 신호가 생성되도록 일면에 패턴 회로가 형성되며, 이러한 패턴 회로는 신호 발생 수단(400)의 종류에 따라 또는 설계 방식에 따라 다양하게 형성될 수 있다. PCB 기판(300)의 일측 가장자리에는 도 2에 도시된 바와 같이 커넥터 단자홀(310)이 형성되고, 이러한 커넥터 단자홀(310)에 커넥터 단자(320)가 삽입된 후 솔더링 공정을 통해 솔더링 접합된다. 이때, 커넥터 단자(320)는 PCB 기판(300)에 솔더링 접합된 상태에서 하우징 본체(110)의 커넥터부(111)에 배치되며, 외부 전자 기기에 연결된 별도의 커넥터 단자(미도시)와 체결 접속되어 외부 전자 기기와 전기적으로 연결된다. 한편, PCB 기판(300)은 별도의 체결 나사(S)를 통해 하우징 본체(110)에 결합되며, 이를 위해 하우징 본체(110)에는 체결 나사(S)가 삽입 체결될 수 있도록 별도의 나사 체결부(113)가 형성된다.
로터 블록(200)은 스테이터 하우징(100)의 하우징 커버(120)에 형성된 로터 블록 결합부(121)에 일부 삽입되는 방식으로 스테이터 하우징(100)에 회전 가능하게 결합된다. 로터 블록(200)의 일측에는 가속 페달의 회전축과 같이 회전 작동하는 특정 회전축(미도시)과 결합하여 일체로 회전할 수 있도록 페달 결합부(210)가 형성된다. 즉, 스테이터 하우징(100)은 차체에 위치 고정되게 장착되고, 로터 블록(200)은 스테이터 하우징(100)에 회전 가능하게 결합되어 가속 페달의 회전량에 따라 가속 페달의 회전축과 연동하여 회전하도록 구성된다.
한편, 하우징 커버(120)의 로터 블록 결합부(121) 상단 가장자리 외주면에는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 직경 방향을 따라 외측 방향으로 돌출되도록 지지 돌기(124)가 형성되고, 로터 블록(200)에는 로터 블록 결합부(121)의 상단 가장자리 부위를 감싸며 지지 돌기(124)와 맞물림될 수 있도록 결합 돌기(201)가 형성된다. 따라서, 로터 블록(200)은 하우징 커버(120)의 로터 블록 결합부(121)에 삽입되는 과정에서 결합 돌기(201)가 하우징 커버(120)의 지지 돌기(124)에 맞물림되며, 이를 통해 하우징 커버(120)에 회전 가능하게 결합되고, 이와 동시에 로터 블록(200)이 하우징 커버(120)로부터 이탈 방지된다. 또한, 이러한 구조를 통해 로터 블록(200)이 로터 블록 결합부(121)의 가장자리 부위를 감싸는 형태로 하우징 커버(120)에 결합되기 때문에, 외부의 수분이 스테이터 하우징(100) 내부로 유입되지 않고 로터 블록(200)의 외주면을 따라 흘러내리게 되므로, 스테이터 하우징(100) 내부에 장착된 PCB 기판(300)과 같은 전자 부품이 보호될 수 있다.
신호 발생 수단(400)은 로터 블록(200)과 PCB 기판(300)에 각각 장착되어 로터 블록(200)의 회전 위치에 따라 서로 다른 출력 신호를 생성하도록 구성된다. 이때, 신호 발생 수단(400)을 통해 생성된 출력 신호는 PCB 기판(300)에 결합된 커넥터 단자를 통해 출력되도록 형성된다. 즉, 신호 발생 수단(400)은 로터 블록(200)과 PCB 기판(300)에 각각 장착되는 적어도 2개 이상의 구성 요소를 포함하여 구성되고, PCB 기판(300)에 장착되는 신호 발생 수단(400)의 구성 요소는 위치 고정된 상태로 유지되고, 로터 블록(200)에 장착되는 신호 발생 수단(400)의 구성 요소는 로터 블록(200)과 함께 회전 이동하게 된다. 따라서, 이러한 적어도 2개 이상의 구성 요소로 구성된 신호 발생 수단(400)을 통해 현재 로터 블록(200)의 회전 위치를 파악할 수 있고, 이에 따라 로터 블록(200)과 연동하여 회전하는 가속 페달의 회전 위치를 파악할 수 있다.
이러한 신호 발생 수단(400)으로서 이하에서는 접촉식 신호 발생 수단과, 비접촉식 신호 발생 수단과, 접촉 및 비접촉 혼용 방식 신호 발생 수단의 3가지 실시예를 예시적으로 설명하는데, 이는 예시적인 것으로 각각 이와 다른 다양한 형태로 변경 가능할 것이다. 접촉식 신호 발생 수단(400: 410,420)은 도 2 내지 도 4에 도시되어 있고, 비접촉식 신호 발생 수단(400: 430,440)은 도 5 및 도 6에 도시되어 있으며, 접촉 및 비접촉 혼용 방식 신호 발생 수단(400: 410,420,430,440)은 접촉식 신호 발생 수단의 구성 요소와 비접촉식 신호 발생 수단의 구성 요소를 모두 포함하여 구성되는 것으로 도 7 내지 도 9에 도시된다.
먼저, 도 2 내지 도 4를 중심으로 접촉식 신호 발생 수단에 대해 살펴보면, 여기서의 신호 발생 수단(400)은 로터 블록(200)에 결합되어 로터 블록(200)과 일체로 회전하는 가동 접점(410)과, 가동 접점(410)과 접촉하도록 가동 접점(410)의 회전 경로를 따라 PCB 기판(300)에 형성되며 가동 접점(410)의 회전 경로를 따라 저항값이 변화하도록 형성되는 가변 저항(420)을 포함하여 구성된다.
가동 접점(410)은 도 2에 도시된 바와 같이 로터 블록(200)에 체결 나사(S)를 통해 결합되는데, 로터 블록(200)에는 가동 접점(410)이 하향 돌출되게 결합될 수 있도록 별도의 돌출 결합부(220)가 형성되고, 가동 접점(410)은 이러한 돌출 결합부(220)에 체결 나사(S)를 통해 결합된다. 따라서, 가동 접점(410)은 로터 블록(200)보다 하향 돌출되게 위치하므로, 로터 블록(200)이 하우징 커버(120)에 결합된 상태에서 PCB 기판(300)에 형성된 가변 저항(420)과 가동 접점(410)이 상호 접촉할 수 있다. 이때, 하우징 커버(120)에는 도 2에 도시된 바와 같이 가동 접점(410)이 하우징 커버(120)를 관통하여 하부의 가변 저항(420)에 접촉할 수 있도록 관통 슬롯(123)이 형성된다. 이러한 관통 슬롯(123)은 가동 접점(410)의 회전 경로를 따라 원주 방향으로 길게 형성된다.
가변 저항(420)은 PCB 기판(300)의 일면에 가동 접점(410)과 상시 접촉하도록 가동 접점(410)의 회전 경로를 따라 형성되며, 가동 접점(410)의 회전 경로를 따라 저항값이 연속적으로 변화하도록 형성된다. 따라서, 가동 접점(410)과의 접촉 위치에 따라 가변 저항(420)으로부터 연속적으로 변화하는 서로 다른 출력 신호가 생성된다.
즉, 가동 접점(410)은 로터 블록(200)과 함께 일정 구간을 회전 이동하는데, 이러한 가동 접점(410)과 접촉하도록 가변 저항(420)이 PCB 기판(300)에 형성되고, 가변 저항(420)에서는 가동 접점(410)과의 접촉 위치에 따라 서로 다른 출력 신호가 생성되므로, 이러한 출력 신호를 통해 현재 가동 접점(410)의 회전 상태, 즉, 로터 블록(200) 및 가속 페달의 회전 위치를 파악할 수 있게 된다.
이와 같은 가동 접점(410)과 가변 저항(420)의 접촉 배치 상태는 도 4에 도시되는데, 도 4에 도시된 바와 같이 가동 접점(410)과 접촉하며 전기적 신호를 생성하는 가변 저항(420)은 PCB 기판(300)의 패턴 회로를 통해 커넥터 단자(320)와 연결되고, 이를 통해 생성된 전기 신호가 외부 전자 기기로 송수신된다.
한편, 가속 페달은 일정 구간 범위에서만 회전 동작하므로, 로터 블록(200) 또한 일정 회전 구간만을 왕복 회전하게 되는데, 가속 페달에 답력이 작용하여 로터 블록(200)이 일정 각도 회전한 상태에서 가속 페달에 답력이 해제되면, 로터 블록(200)이 좀더 원활하게 원상 복귀할 수 있도록 별도의 토션 스프링(T)이 장착될 수 있다. 즉, 토션 스프링(T)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 스테이터 하우징(100)의 하우징 커버(120)와 로터 블록(200)의 결합 부위에 장착되며, 로터 블록(200)에 일측 방향으로 탄성 회전력을 가하도록 구성된다. 이러한 토션 스프링(T)이 안정적으로 장착될 수 있도록 하우징 커버(120)의 로터 블록 결합부(121)에는 스프링 가이드(122)가 형성될 수 있다.
또한, 스테이터 하우징(100)의 하우징 커버(120)와 로터 블록(200)의 결합 부위에는 스테이터 하우징(100)의 내부로 수분이 유입되지 않도록 별도의 실링 부재(R)가 장착될 수 있으며, 이를 통해 스테이터 하우징(100) 내부의 PCB 기판(300)과 같은 전기 부품을 보호할 수 있어서 더욱 안정적으로 출력 신호가 생성될 수 있다.
다음으로, 비접촉식 신호 발생 수단에 대해서 도 5 및 도 6을 중심으로 살펴본다. 여기서는 도 1 내지 도 4에서 설명한 구성과 동일한 부분에 대해서는 중복 방지를 위해 간략하게 설명하고 상이한 구성을 중심으로 상세하게 설명한다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 차량용 로터리 포지션 센서의 구성을 개략적으로 도시한 분해 사시도이고, 도 6은 도 5에 도시된 차량용 로터리 포지션 센서의 내부 구조를 개략적으로 도시한 절개 사시도이다.
도 5 및 도 6에 도시된 차량용 로터리 포지션 센서는 비접촉식 신호 발생 수단을 갖는 구조로, 전술한 바와 마찬가지로 하우징 본체(110)와 하우징 커버(120)로 형성된 스테이터 하우징(100) 내부에 PCB 기판(300)이 장착되고, 하우징 커버(120)에 로터 블록(200)이 회전 가능하게 결합되며, 로터 블록(200)과 PCB 기판(300)에 각각 장착되는 비접촉식 신호 발생 수단(400)을 통해 로터 블록(200)의 회전 위치에 대한 신호를 생성하는 방식으로 구성된다.
이때, 신호 발생 수단(400)은 비접촉 방식으로 구성되는데, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 로터 블록(200)과 결합되어 로터 블록(200)과 일체로 회전하는 자석(430)과, 자석(430)과 일정 간격 이격되게 PCB 기판(300)에 장착되며 자석(430)의 회전에 의해 발생하는 자기장 변화에 따라 서로 다른 출력 신호를 생성하는 홀 센서(440)를 포함하여 구성된다.
자석(430)은 로터 블록(200)과 일체로 원활하게 회전할 수 있도록 원통형으로 형성되며, 직경 방향을 따라 분할되어 각각 N극(431), S극(432)이 착자되는 형태로 형성된다. 이와 같이 형성된 자석(430)은 로터 블록(200)의 회전 중심을 이루는 회전축 상에 배치되어 회전에 따라 자기장 변화를 발생시키도록 구성되는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성되는 경우, 자석(430)이 로터 블록(200)의 회전축을 중심으로 공전하는 형태로 회전하지 않고 자전하는 형태로 회전하게 되므로, 실질적으로 자석(430)의 회전 이동 경로를 위한 공간이 불필요하여 전체 구성을 더욱 컴팩트하고 단순한 구조로 제작할 수 있다.
홀 센서(440)는 PCB 기판(300)에 장착되며, 자석(430)의 자기장 변화를 감지할 수 있도록 자석(430)과 일정 간격 이격되게 상하 방향으로 일렬 배치된다. 이러한 홀 센서(440)는 자석(430)의 자기장 변화에 따라 연속적으로 변화하는 출력 신호를 생성하는 리니어 홀 센서가 적용될 수 있다.
이러한 구조에 따라 로터 블록(200)이 회전하게 되면, 그 회전축 상에 위치한 자석(430)이 회전하며 N극(431), S극(432)의 배치상태가 변화하여 자기장 변화를 유도하게 된다. 홀 센서(440)는 이러한 자기장 변화를 감지하여 연속적으로 서로 다른 출력 신호를 생성하므로, 홀 센서(440)의 출력 값에 따라 로터 블록(200)의 회전 위치, 즉 가속 페달의 회전 위치를 파악할 수 있다.
이러한 방식의 신호 발생 수단(400)은 자석(430)과 홀 센서(440)가 서로 접촉하지 않고 이격되게 위치하는 비접촉 방식으로, 접촉 방식과 달리 접촉에 따른 마찰 현상이 발생되지 않아 고장이나 오작동에 대한 위험성이 감소하고 내구성이 향상되는 구조이다.
다음으로, 접촉 및 비접촉 혼용 방식 신호 발생 수단에 대해서 도 7 내지 도 9를 중심으로 살펴본다. 여기서도 마찬가지로 도 1 내지 도 6에서 설명한 구성과 동일한 부분에 대해서는 중복 방지를 위해 간략하게 설명하고 상이한 구성을 중심으로 상세하게 설명한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 차량용 로터리 포지션 센서의 구성을 개략적으로 도시한 분해 사시도이고, 도 8은 도 7에 도시된 차량용 로터리 포지션 센서의 내부 구조를 개략적으로 도시한 절개 사시도이고, 도 9는 도 7에 도시된 차량용 로터리 포지션 센서의 신호 발생 수단에 대한 구성을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 7 내지 도 9에 도시된 차량용 로터리 포지션 센서는 접촉 및 비접촉 혼용 방식 신호 발생 수단을 갖는 구조로, 전술한 바와 마찬가지로 하우징 본체(110)와 하우징 커버(120)로 형성된 스테이터 하우징(100) 내부에 PCB 기판(300)이 장착되고, 하우징 커버(120)에 로터 블록(200)이 회전 가능하게 결합되며, 로터 블록(200)과 PCB 기판(300)에 각각 장착되는 접촉 및 비접촉 혼용 방식 신호 발생 수단(400)을 통해 로터 블록(200)의 회전 위치에 대한 신호를 생성하는 방식으로 구성된다.
이때, 신호 발생 수단(400)은 비접촉 방식으로 로터 블록(200)의 회전 위치에 대한 신호를 생성하는 메인 신호 발생 유닛(400a)과, 접촉 방식으로 로터 블록(200)의 회전 위치에 대한 신호를 생성하는 서브 신호 발생 유닛(400b)을 포함하여 구성된다.
여기서 메인 신호 발생 유닛(400a)은 도 5 및 도 6에 도시된 비접촉 신호 발생 수단과 동일한 구성을 가지며, 서브 신호 발생 유닛(400b)은 도 2 내지 도 4에 도시된 접촉 신호 발생 수단과 동일한 구성을 갖는다. 즉, 도 7 내지 도 9에 도시된 접촉 및 비접촉 신호 발생 수단(400)은 전술한 2가지 타입의 신호 발생 수단을 동시에 적용한 구조이다.
따라서, 메인 신호 발생 유닛(400a)은 전술한 바와 같이 로터 블록(200)과 결합되어 로터 블록(200)과 일체로 회전하는 자석(430)과, 자석(430)과 일정 간격 이격되게 PCB 기판(300)에 장착되며 자석(430)의 회전에 의해 발생하는 자기장 변화에 따라 서로 다른 출력 신호를 생성하는 홀 센서(440)를 포함하여 구성되고, 서브 신호 발생 유닛(400b) 또한 전술한 바와 같이 로터 블록(200)에 결합되어 로터 블록(200)과 일체로 회전하는 가동 접점(410)과, 가동 접점(410)과 접촉하도록 가동 접점(410)의 회전 경로를 따라 PCB 기판(300)에 형성되며 가동 접점(410)의 회전 경로를 따라 저항값이 변화하도록 형성되는 가변 저항(420)을 포함하여 구성된다.
이와 같이 구성된 접촉 및 비접촉 혼용 방식 신호 발생 수단(400)은 메인 신호 발생 유닛(400a) 및 서브 신호 발생 유닛(400b)을 통해 생성된 출력 신호 중 어느 하나의 출력 신호만 커넥터 단자(320)를 통해 출력되도록 구성되는데, 예를 들면, 메인 신호 발생 유닛(400a)의 출력 신호가 우선적으로 출력되도록 구성되고, 메인 신호 발생 유닛(400a)의 출력 신호에 오류가 있는 경우 서브 신호 발생 유닛(400b)의 출력 신호가 출력되도록 구성될 수 있다.
즉, 도 7 및 도 9에 도시된 바와 같이 PCB 기판(300)에는 메인 신호 발생 유닛(400a)의 출력 신호가 정상 상태인지 여부를 판단하는 메인 제어칩(450)이 장착되고, 메인 제어칩(450)에 의해 메인 신호 발생 유닛(400a)의 출력 신호가 정상 상태로 판단된 경우에만 메인 신호 발생 유닛(400a)의 출력 신호가 커넥터 단자(320)를 통해 출력되도록 구성될 수 있다. 만약, 메인 제어칩(450)에 의해 메인 신호 발생 유닛(400a)의 출력 신호가 정상 상태가 아닌 것으로 판단된 경우에는 오류 신호를 출력하지 않고 서브 신호 발생 유닛(400b)의 출력 신호가 출력되도록 구성되는 것이 바람직하다.
이때, 메인 제어칩(450)에 의해 메인 신호 발생 유닛(400a)의 출력 신호가 정상 상태인지 여부를 판단하는 방법은 다양한 방식으로 구성될 수 있는데, 예를 들면, 메인 신호 발생 유닛(400a)의 출력 신호가 선형적으로 연속 변화하는 것이 아니고 급격한 변화를 나타내는 경우에는 메인 신호 발생 유닛(400a)의 출력 신호가 정상 상태가 아니라고 판단할 수 있다.
이와 같은 구조에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 로터리 포지션 센서는 1차적으로 메인 신호 발생 유닛(400a)을 통해 출력 신호를 생성하고, 메인 신호 발생 유닛(400a)이 고장난 경우에도 서브 신호 발생 유닛(400b)을 통해 출력 신호를 생성할 수 있으므로, 전체적으로 더욱 안정적인 출력 신호를 생성할 수 있으며, 이에 따라 가속 페달의 회전 위치에 대한 감지를 더욱 안정적이고 정확하게 수행할 수 있다.
한편, 전술한 메인 제어칩(450)을 통한 메인 신호 발생 유닛(400a)의 정상 상태 여부를 판단하는 방식 이외에도 별도의 비교 제어칩(미도시)을 통해 메인 신호 발생 유닛(400a)과 서브 신호 발생 유닛(400b)의 출력 신호를 비교하여 양 출력 신호에 대한 정상 상태 여부를 판단할 수도 있다.
예를 들면, PCB 기판(300)에 메인 신호 발생 유닛(400a)과 서브 신호 발생 유닛(400b)의 출력 신호를 비교할 수 있는 별도의 비교 제어칩(미도시)이 장착되고, 이러한 비교 제어칩에 의해 양 출력 신호를 비교한 후, 양 출력 신호가 서로 대응되는 일정한 오차 범위 내의 값을 갖는 경우에는 메인 신호 발생 유닛(400a) 및 서브 신호 발생 유닛(400b)의 출력 신호 중 어느 하나가 출력되도록 구성되고, 양 출력 신호가 서로 대응되는 일정한 오차 범위를 벗어난 값을 갖는 경우에는 양 출력 신호 모두 출력되지 않고, 오류 신호가 출력되도록 구성될 수 있다.
즉, 메인 신호 발생 유닛(400a)과 서브 신호 발생 유닛(400b)에 의해 측정된 가속 페달의 회전 위치는 항상 일정한 오차 범위 내에서 동일하게 나타나야 하는데, 양 출력 신호의 값이 이러한 오차 범위를 벗어난 경우에는 둘 중 어느 하나의 출력 신호가 정상 상태가 아니라는 것을 의미하므로, 이 경우 오류 신호가 출력되도록 함으로써 비정상적인 스로틀 제어에 따른 위험을 방지할 수 있다.
다시 말하면, 2개의 신호 발생 유닛을 통해 신호 발생 수단(400)의 고장이나 오작동 여부를 자체적으로 파악할 수 있으므로, 더욱 안전한 구조의 가속 페달 포지션 센서를 구성할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 로터리 포지션 센서가 가속 페달 포지션 센서로 적용되는 경우를 중심으로 설명하였으나, 이는 예시적인 것으로 이와 달리 차량용 로터리 포지션 센서는 전술한 바와 같이 스로틀 밸브의 개도량을 감지할 수 있는 스로틀 포지션 센서로도 마찬가지 방식으로 사용될 수 있으며, 이외에도 별도의 회전축에 대한 회전 위치를 감지하는 센서로 다양하게 활용될 수 있을 것이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 스테이터 하우징 110: 하우징 본체
120: 하우징 커버 200: 로터 블록
300: PCB 기판 400: 신호 발생 유닛
410: 가동 접점 420: 가변 저항
430: 자석 440: 홀 센서
450: 메인 제어칩

Claims (11)

  1. 회전 작동하는 회전축의 회전 위치를 감지하는 차량용 로터리 포지션 센서에 있어서,
    내부에 PCB 기판이 장착되는 스테이터 하우징;
    상기 스테이터 하우징에 회전 가능하게 결합되며 상기 회전축과 일체로 회전하는 로터 블록; 및
    상기 로터 블록과 상기 PCB 기판에 각각 장착되어 상기 로터 블록의 회전 위치에 따라 서로 다른 출력 신호를 생성하는 신호 발생 수단
    을 포함하고, 상기 신호 발생 수단을 통해 생성된 출력 신호가 상기 PCB 기판에 결합된 커넥터 단자를 통해 출력되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 로터리 포지션 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스테이터 하우징은
    내부에 수용 공간이 형성되도록 일면이 개방된 하우징 본체와, 상기 하우징 본체의 개방된 일면에 결합되는 하우징 커버를 포함하고, 상기 하우징 본체와 하우징 커버는 초음파 융착 공정을 통해 일체로 결합되는 것을 특징으로 하는 차량용 로터리 포지션 센서.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 하우징 커버에는 함몰된 원통 형상의 로터 블록 결합부가 형성되고, 상기 로터 블록은 일단부가 상기 로터 블록 결합부에 회전 가능하게 삽입 결합되는 것을 특징으로 하는 차량용 로터리 포지션 센서.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 로터 블록 결합부의 상단 가장자리 외주면에는 지지 돌기가 돌출 형성되고, 상기 로터 블록에는 상기 로터 블록 결합부의 상단 가장자리 부위를 감싸며 상기 지지 돌기와 맞물림되도록 결합 돌기가 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 로터리 포지션 센서.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 신호 발생 수단은
    상기 로터 블록에 결합되어 상기 로터 블록과 일체로 회전하는 가동 접점; 및
    상기 가동 접점과 접촉하며 상기 가동 접점의 회전 경로를 따라 저항값이 변화하도록 상기 PCB 기판에 형성되는 가변 저항
    을 포함하고, 상기 가동 접점과의 접촉 위치에 따라 상기 가변 저항으로부터 서로 다른 출력 신호가 생성되는 것을 특징으로 하는 차량용 로터리 포지션 센서.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 스테이터 하우징과 상기 로터 블록의 결합 부위에는 상기 로터 블록에 일측 방향으로 탄성 회전력을 가하는 토션 스프링이 장착되는 것을 특징으로 하는 차량용 로터리 포지션 센서.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 스테이터 하우징과 상기 로터 블록의 결합 부위에는 상기 스테이터 하우징의 내부로 수분이 유입되지 않도록 별도의 실링 부재가 삽입 개재되는 것을 특징으로 하는 차량용 로터리 포지션 센서.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 신호 발생 수단은
    상기 로터 블록과 결합되어 상기 로터 블록과 일체로 회전하는 자석; 및
    상기 자석과 일정 간격 이격되게 상기 PCB 기판에 장착되며 상기 자석의 회전에 의해 발생하는 자기장 변화에 따라 서로 다른 출력 신호를 생성하는 홀 센서
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 로터리 포지션 센서.
  9. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 신호 발생 수단은
    상기 로터 블록과 결합되어 상기 로터 블록과 일체로 회전하는 자석과, 상기 자석과 일정 간격 이격되게 상기 PCB 기판에 장착되며 상기 자석의 회전에 의해 발생하는 자기장 변화에 따라 서로 다른 출력 신호를 생성하는 홀 센서를 포함하는 메인 신호 발생 유닛; 및
    상기 로터 블록에 결합되어 상기 로터 블록과 일체로 회전하는 가동 접점과, 상기 가동 접점과 접촉하며 상기 가동 접점의 회전 경로를 따라 저항값이 변화하도록 상기 PCB 기판에 형성되는 가변 저항을 포함하고, 상기 가동 접점과의 접촉 위치에 따라 상기 가변 저항으로부터 서로 다른 출력 신호가 생성되는 서브 신호 발생 유닛
    을 포함하고, 상기 메인 신호 발생 유닛과 서브 신호 발생 유닛의 출력 신호 중 어느 하나의 출력 신호만 상기 커넥터 단자를 통해 출력되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 로터리 포지션 센서.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 PCB 기판에는 상기 메인 신호 발생 유닛의 출력 신호가 정상 상태인지 여부를 판단하는 메인 제어칩이 장착되고, 상기 메인 제어칩에 의해 상기 메인 신호 발생 유닛의 출력 신호가 정상 상태로 판단된 경우에만 상기 메인 신호 발생 유닛의 출력 신호가 상기 커넥터 단자를 통해 출력되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 로터리 포지션 센서.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 PCB 기판에는 상기 메인 신호 발생 유닛과 서브 신호 발생 유닛의 출력 신호를 비교할 수 있는 비교 제어칩이 장착되고, 상기 비교 제어칩에 의해 상기 메인 신호 발생 유닛과 서브 신호 발생 유닛의 출력 신호가 서로 대응되는 일정한 오차 범위 내의 값을 갖는다고 판단된 경우에만 어느 하나의 출력 신호가 출력되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 로터리 포지션 센서.
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