KR20120069870A - 토크앵글센서와 하우징의 결합구조 - Google Patents

토크앵글센서와 하우징의 결합구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하우징과의 조립시 조립 공차를 최소화할 수 있고 작동중의 흔들림에 의한 성능저하를 방지할 수 있는 구조를 가지는 토크앵글센서와 하우징의 결합구조에 관한 것으로, 조향 입력축과 출력축 사이에 배치되는 토크앵글센서 및 상기 토크앵글센서의 상측에 결합되는 하우징의 결합구조로서, 상기 토크앵글센서의 상면에서 상측으로 돌출되어 형성되는 돌부, 상기 하우징의 저면에서 상기 돌부의 형상에 대응되는 홈 형상으로 형성되는 안착부, 상기 돌부의 일측에서 원주방향으로 돌출된 형상으로 이루어지고, 상기 돌부가 상기 안착부에 삽입시 탄성변형되어 상기 돌부와 상기 안착부의 원주방향으로의 밀착력을 제공하는 탄성부를 포함하는 토크앵글센서와 하우징의 결합구조를 제공한다. 따라서, 하우징과 토크앵글센서의 원주방향 유동이 방지될 수 있어 조립 및 작동의 신뢰성이 향상된다.

Description

토크앵글센서와 하우징의 결합구조{JOINT STRUCTURE OF TORQUE ANGLE SENSOR AND HOUSING}
본 발명은 토크앵글센서에 관한 것으로 보다 구체적으로는, 하우징과의 조립시 조립 공차를 최소화할 수 있고 작동중의 흔들림에 의한 성능저하를 방지할 수 있는 구조를 가지는 토크앵글센서와 하우징의 결합구조에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 조향의 안정성을 보장하기 위한 장치로 별도의 동력으로 보조하는 조향장치가 사용된다. 기존에는 이와 같은 보조 조향장치를 유압을 이용한 장치로 사용하였으나, 최근에는 동력의 손실이 적고 정확성이 우수한 전동식 조향장치(Electronic Power Streeing System}가 사용된다.
상기와 같은 전동식 조향장치(EPS)는 차속센서, 토크 앵글센서 및 토크센서 등에서 감지한 운행조건에 따라 전자제어장치(Electronic Control Unit)에서 모터를 구동하여 선회 안정성을 보장하고 신속한 복원력을 제공함으로써 운전자로 하여금 안전한 주행이 가능하도록 한다.
토크앵글센서(Torque Angle Sensor)는 조향축에 가해지는 토크를 감지하고 감지된 토크에 비례하는 전기신호를 출력하고, 조향축의 회전각에 비례하는 전기신호를 출력하는 장치이다. 도 1은 이와 같은 종래의 토크앵글센서를 나타내는 사시도이다.
토크앵글센서는 외관상 상부로부터 상부케이스(10), 미들케이스(20) 그리고 하부케이스(30)로 구성되고, 로터, 스테이터, 기어 및 PCB는 상기 케이스(10, 20, 30) 내부에 수용된다.
상기 미들케이스(20)를 기준으로 상측에서는 토크센서의 센싱역할을 하게 되는 로터와 스테이터(60)가 배치되고, 하측에는 앵글센서 역할을 하는 기어가 배치되는 것이 일반적이다.
상기 토크앵글센서는 상부케이스(10)의 상측에서 하우징(40)과 결합한다.
상기 상부케이스(10)는 내부에 스테이터(60)를 수용하는 공간을 형성하기 위해 링 형상으로 상측으로 돌출된 부위가 형성되며, 상기 돌출부위로부터 일측 외주방향으로는 소정 면적을 가진 돌부(11)가 형성된다. 상기 돌부(11)의 내부에는 PCB와 홀 센서 등이 배치된다.
하우징(40)의 상기 돌부(11)에 대응되는 부위에는 홈 형상의 안착부(41)가 형성되는데, 도 2에 더욱 상세하게 도시된다.
도 2는 상부케이스의 돌부와 하우징의 안착부의 결합관계를 나타내는 측단면도이다.
상부케이스(10)는 하우징(40)에 축방향으로 삽입되는 방식으로 결합되는데, 상기 안착부(41)와 돌부(11) 사이에는 축방향 및 원주방향으로 유격이 존재한다.
특히 상기 원주방향 즉, 돌부(11)의 측면과 안착부(41)의 내벽면 사이의 유격으로 인해, 토크앵글센서 전체가 하우징에 대해 상기 유격만큼 회동이 가능하고, 조향장치의 회동시 상기 유격만큼의 백래쉬(backlash)가 존재하여, 작동오차의 원인이 된다.
따라서, 상기한 바와 같은 상부케이스와 하우징의 결합시의 조립공차에 의해 토크앵글센서의 작동시 흔들림에 축방향 또는 원주방향의 흔들림에 의한 작동오차가 발생할 수 있고, 조향각 토크가 과도하거나 충격이 가해지는 경우 파손의 우려도 존재하였다.
이에 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 토크앵글센서와 하우징의 결합구조를 개선함으로써 조립공차를 최소화하여 작동신뢰성이 향상되는 토크앵글센서와 하우징의 결합구조를 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명에 따른 토크앵글센서와 하우징의 결합구조는, 조향 입력축과 출력축 사이에 배치되는 토크앵글센서 및 상기 토크앵글센서의 상측에 결합되는 하우징의 결합구조로서, 상기 토크앵글센서의 상면에서 상측으로 돌출되어 형성되는 돌부, 상기 하우징의 저면에서 상기 돌부의 형상에 대응되는 홈 형상으로 형성되는 안착부, 상기 돌부의 일측에서 원주방향으로 돌출된 형상으로 이루어지고, 상기 돌부가 상기 안착부에 삽입시 탄성변형되어 상기 돌부와 상기 안착부의 원주방향으로의 밀착력을 제공하는 탄성부를 포함하는 토크앵글센서와 하우징의 결합구조를 제공한다. 따라서, 하우징과 토크앵글센서의 원주방향 유동이 방지될 수 있어 조립 및 작동의 신뢰성이 향상된다.
또한, 본 발명에 따른 토크앵글센서와 하우징의 결합구조는, 상기 탄성부는, 상기 돌부의 일측 상단부에서 연장되어 하향 경사진 형상으로 이루어진 토크앵글센서와 하우징의 결합구조를 제공한다. 따라서, 탄성부가 효과적으로 안착부의 내벽면에 지지될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 토크앵글센서와 하우징의 결합구조는, 상기 돌부의 상면에 상측으로 돌출되어 형성되고 상단부가 상기 안착부의 저면에 밀착하는 높이로 이루어진 융기부를 더 포함하는 토크앵글센서와 하우징의 결합구조를 제공한다. 따라서, 하우징과 토크앵글센서 간에 축방향으로 결합력도 강화된다.
또한, 본 발명에 따른 토크앵글센서와 하우징의 결합구조는, 상기 탄성부는 상기 융기부의 일측 상단부에서 연장되어 하향 경사진 형상으로 이루어진 토크앵글센서와 하우징의 결합구조를 제공한다. 따라서, 탄성부가 효과적으로 안착부의 내벽면에 지지될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 토크앵글센서와 하우징의 결합구조는, 상기 융기부는 상기 돌부의 상면의 양측에 각각 형성되고, 상기 융기부의 양측면은 상기 돌부의 양측으로부터 평행하게 연장되는 형상으로 이루어진 토크앵글센서와 하우징의 결합구조를 제공한다. 따라서, 토크앵글센서와 하우징의 간에 원주방향으로 밀착력이 강화된다.
또한, 본 발명에 따른 토크앵글센서와 하우징의 결합구조는, 상기 안착부의 상기 탄성부와 접하는 내벽면에 홈 형상으로 형성되고, 하측으로 갈수록 깊이가 깊게 형성된 걸림홈을 더 포함하는 토크앵글센서와 하우징의 결합구조를 제공한다. 따라서, 안착부가 탄성부와 효과적으로 밀착될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 토크앵글센서와 하우징의 결합구조는, 상기 탄성부의 하단부는 상기 걸림홈의 하측의 단턱부위에 걸림되어 축방향의 이탈이 방지되는 토크앵글센서와 하우징의 결합구조를 제공한다. 따라서, 축방향으로의 결합력이 강화된다.
한편, 본 발명에 따른 토크앵글센서와 하우징의 결합구조는, 토크앵글센서의 상측을 덮도록 형성되는 상부케이스, 상기 상부케이스의 상면에 결합되는 하우징, 상기 상부케이스의 상면으로부터 상측으로 돌출되고 외주방향으로 길게 형성된 돌부, 상기 하우징의 상기 돌부와 결합되는 부위에 형성되는 홈 형상의 안착부 및 상기 돌부의 일측과 상기 안착부의 일측 내벽면 사이의 이격 공간에 개재되고, 상기 돌부와 상기 안착부 사이에서 원주방향으로 밀착력을 제공하는 탄성부를 포함하는 토크앵글센서와 하우징의 결합구조를 제공한다. 따라서, 하우징과 토크앵글센서의 원주방향 유동이 방지될 수 있어 조립 및 작동의 신뢰성이 향상된다.
전술한 내용과 같이 구성된 본 발명에 따른 토크앵글센서와 하우징의 결합구조는, 상부케이스의 돌부에 상측으로 돌출된 융기부와 원주방향의 밀착력을 강화할 수 있는 탄성부가 배치되어, 하우징의 안착부에 정확하게 결합될 수 있는 구조가 제공되므로, 토크앵글센서와 하우징간의 결합에 있어 조립의 신뢰성이 우수해지고, 작동간의 센싱 능력이 극대화될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 토크앵글센서와 하우징을 나타내는 사시도.
도 2는 종래기술에 따른 토크앵글센서와 하우징의 결합부위를 나타내는 측단면도.
도 3은 본 발명에 따른 토크앵글센서를 나타내는 측면도.
도 4는 본 발명에 따른 토크앵글센서와 하우징의 결합부위를 나타내는 측단면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 토크앵글센서와 하우징의 결합구조를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 토크앵글센서를 나타내는 측면도이다.
토크앵글센서는 토션바(미도시)를 매개로 하여 상호 연결된 입력축(미도시)과 출력축(미도시)의 주변에 배치된다. 상기 입력축은 운전자의 스티어링휠을 회전시키는 힘에 의해 회전하게 된다. 출력축은 차량의 전륜과 연결되어 상기 입력축으로부터 힘을 전달받아 회전하게 된다.
본 발명에 따른 토크앵글센서는 외관을 형성하는 케이스는 상부케이스(110), 미들케이스(120) 및 하부케이스(130)가 상측으로부터 순차적으로 배치된다. 상기 상부케이스(110), 미들케이스(120) 및 하부케이스(130)는 상호간에 결합하여 내부에 토크나 앵글을 센싱할 수 있는 센싱수단들 배치될 수 있도록 수용공간을 형성하게 된다.
상기 상부케이스(110), 미들케이스(120) 및 하부케이스(130)는 중심부과 관통되는 중공의 형상으로 이루어져 내부에 배치되는 스테이터와 로터에 각각 입력축과 출력축이 결합되어 상대적으로 회전할 수 있도록 배치된다.
상기 상부케이스(110)의 상면은 하우징(도 4의 140)과 결합하게 되는데, 상부케이스(110)의 상면에서는 중심부에 원기둥 형상의 돌출부위가 형성된다. 상기 돌출부위는 내부에 스테이터(도 1의 60)가 배치되어 조향축과 연결됨은 상기한 바와 같다.
상기 돌출부위로부터 외주방향으로 연장되는 형상으로 상부케이스(110)에서 상측으로 돌출된 돌부(111)가 형성되는데, 상기 돌부(111)는 내부에 PCB와 홀센서와 같이 자계를 감지하고 신호를 입출력할 수 있는 부품들이 수용된다.
상기 돌부(111)는 돌출부위와 함께 하우징(도 4의 140) 저면에 형성된 소정 부위에 삽입되는 방식으로 결합하게 된다.
상기 돌부(111)는 하우징과의 결합을 더욱 견고하게 하면서 토크앵글센서의 원주방향의 유동을 방지하는 역할을 하게 되고, 조립시의 오차 및 공차로 인하여 작동간 흔들림이 발생할 수 있는 문제가 있음은 상기한 바와 같다.
본 발명의 개념에 따라, 상기한 돌부(111)에는 유동 방지수단이 구비된다.
도 4는 본 발명에 따른 토크앵글센서와 하우징의 결합부위를 도시한 측단면도로서, 상부케이스의 돌부가 형성된 부위를 확대하여 나타낸다.
도 3을 참고하여 본 발명의 개념에 따른 토크앵글센서와 하우징의 결합구조를 더욱 상세하게 살펴보면, 돌부(111)의 상면에는 상측으로 돌출된 융기부(150)가 형성된다.
상기 융기부(150)는 단일로 형성될 수도 있지만, 상기 돌부(111)의 상면의 양측에 형성되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 상기 융기부(150)의 양측면은 돌부(111)의 양측면과 수평하게 이루어진다.
따라서, 도 4에 도시된 바와 같이 돌부(111)의 일측면에는 제조시의 오차 및 조립 공차에 의해 이격된 공간이 형성되되, 타측면과 융기부(150)의 타측면은 안착부(141)의 내측면에 완전히 밀착하게 된다.
한편, 상기 안착부(141)는 하우징(140)의 저면에 형성된 홈 형상으로 이루어지며, 상기 돌부(111)의 형상에 대응되는 형상으로 형성된다.
상기 융기부(150)의 상단부는 토크앵글센서의 상부케이스(110)가 하우징(140)과 완전히 결합되었을 때, 안착부(141)의 저면과 접할 수 있는 높이로 형성되는 것이 바람직하다.
따라서, 융기부(150)의 상단부가 안착부(141)의 저면에 완전히 밀착되게 되므로, 종래기술에서 돌부와 안착부가 축방향으로 이격된 형상을 가진 것과 비교하여, 결합력이 향상될 수 있는 이점이 있음에 유의하여야 한다.
또한, 상기 융기부(150)의 일측에는 원주방향으로 밀착력을 제공할 수 있는 탄성부(151)가 더 구비된다.
상기 탄성부(151)는 돌부(111)의 상측 타측에 형성된 융기부(150)의 상단부측으로부터 하방으로 절곡된 판재 형상으로 이루어지고, 바람직하게는 돌부(111)와 탄성부(151) 및 상부케이스(110)는 사출물로서 일체로 형성된다. 다만, 상기 탄성부(151)는 원주방향으로 탄성력을 제공할 수 있다면 돌기 형상 및 다양한 형상으로 이루어질 수 있고, 스프링과 같이 별도의 부재가 돌부(111)와 안착부(141)의 이격 공간 사이에 개재되는 방식으로 배치될 수 있음은 물론이다.
상기 탄성부(151)는 하방으로 소정 각도 경사진 형상으로 이루어지는데, 융기부(150) 또는 돌부(111)의 일측면으로부터 이격된 정도는 안착부(141)의 일측 내벽면과의 이격 거리를 고려하여 형성된다.
구체적으로, 하측에서 상측으로 돌부(111)가 안착부(141)에 삽입되는 과정에서, 일측의 융기부(150)의 면이 안착부(141)의 일측 내벽면에 밀착된 상태로 삽입되면, 상기 탄성부(151)는 안착부(141)의 일측 내벽면에 의해 탄성변형되면서 압입되는 방식으로 삽입된다.
돌부(111)의 상단부가 안착부(141)의 저면에 완전히 밀착된 상태에서, 상기 탄성부(151)는 소정 각도 변형되어 안착부(141)의 일측 내벽면으로 탄성력을 제공하게 되므로, 결국 돌부(111)의 양측면과 안착부(141)의 양측 내벽면 사이의 밀착력이 강화된다.
이러한, 탄성부(151)의 배치에 의해 돌부(111)와 하우징(140)의 안착부(141)의 제조상의 오차는 탄성부(151)의 변형 및 탄성복원력에 의해 보완될 수 있어, 결합의 신뢰성이 향상되는 이점이 있음에 유의하여야 한다.
한편, 상기 탄성부(151)는 융기부(150)의 일측에서 하방 절곡된 형상으로 이루어지는데, 하단부는 안착부(141)의 내벽면의 높이를 고려하여 형성된다. 바람직하게는 안착부(141)의 하단부측에 인접한 길이로 형성되는 것이 밀착력 강화를 위해 바람직하나, 후술할 바와 같은 걸림홈(142)의 구조를 고려하여 형성된다.
또한, 하우징(140) 안착부(141)의 내벽면에는 상기 탄성부(151)를 지지할 수 있는 구조가 형성되는 것이 바람직하다.
따라서, 상기 안착부(141) 내벽면의 상기 탄성부(151)와 접하는 부위에는 홈 형상의 걸림홈(142)이 형성된다.
상기 걸림홈(142)은 상기 탄성부(151)의 외면의 형상에 대응되는 홈 형상으로 이루어지는데, 탄성부(151)가 적절한 탄성력을 가지고 변형되었을 때의 형상을 고려하여 이루어진다. 따라서, 상기 걸림홈(142)은 탄성부(151)의 형상에 대응되도록 이루어지되, 하방으로 갈수록 깊은 홈 형상 즉, 하향 경사를 가지도록 이루어진다.
또한, 상기 걸림홈(142)은 하단부측에서 상기 탄성부(151)의 하단부가 축방향으로 걸림될 수 있도록 단턱이 형성된다. 상기 단턱은 걸림홈(142)의 하측 단부와 안착부(141)의 내벽면 사이의 높이 차이에 의하여 자연스럽게 형성되며, 토크앵글센서의 하우징으로부터 하방으로 이탈을 방지할 수 있는 역할을 할 수 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 돌부(111)의 상측으로 융기부(150)가 형성되고, 융기부로부터 탄성부(151)가 연장되어 형성되는 예가 설명되었지만, 상기 돌부(111)는 융기부(150)를 포함하지 않도록 이루어질 수 있음은 물론이다.
이 경우, 상기 탄성부(151)는 돌부(111)의 타측부위에서 하향 경사지도록 절곡된 형상으로 이루어지며, 상기 안착부(141)와의 결합과정 및 걸림홈(142)과의 결합구조는 동일하게 이루어진다.
상기한 바와 같이 본 발명의 개념에 따라, 상부케이스의 돌부에 상측으로 돌출된 융기부와 원주방향의 밀착력을 강화할 수 있는 탄성부가 배치되어, 하우징의 안착부에 정확하게 결합될 수 있는 구조가 제공되므로, 토크앵글센서와 하우징간의 결합에 있어 조립의 신뢰성이 우수해지고, 작동간의 센싱 능력이 극대화될 수 있는 이점이 있다.
다만, 본 발명에서는 토크앵글센서를 예로 하여 설명되었지만, 토크센서 또는 앵글센서가 별도로 하우징과 결합되는 구조에도 적용될 수 있음은 물론이다.
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.
110...상부케이스 111...돌부
120...미들케이스 130...하부케이스
140...하우징 141...안착부
142...걸림홈 150...융기부
151...탄성부

Claims (8)

  1. 조향 입력축과 출력축 사이에 배치되는 토크앵글센서 및 상기 토크앵글센서의 상측에 결합되는 하우징의 결합구조로서,
    상기 토크앵글센서의 상면에서 상측으로 돌출되어 형성되는 돌부;
    상기 하우징의 저면에서 상기 돌부의 형상에 대응되는 홈 형상으로 형성되는 안착부;
    상기 돌부의 일측에서 원주방향으로 돌출된 형상으로 이루어지고, 상기 돌부가 상기 안착부에 삽입시 탄성변형되어 상기 돌부와 상기 안착부 사이에 원주방향으로의 밀착력을 제공하는 탄성부;를 포함하는 토크앵글센서와 하우징의 결합구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탄성부는, 상기 돌부의 일측 상단부에서 연장되어 하향 경사진 형상으로 이루어진 토크앵글센서와 하우징의 결합구조.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 돌부의 상면에 상측으로 돌출되어 형성되고 상단부가 상기 안착부의 저면에 밀착하는 높이로 이루어진 융기부;를 더 포함하는 토크앵글센서와 하우징의 결합구조.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 탄성부는 상기 융기부의 일측 상단부에서 연장되어 하향 경사진 형상으로 이루어진 토크앵글센서와 하우징의 결합구조.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 융기부는 상기 돌부의 상면의 양측에 각각 형성되고, 상기 융기부의 양측면은 상기 돌부의 양측으로부터 평행하게 연장되는 형상으로 이루어진 토크앵글센서와 하우징의 결합구조.

  6. 제2항 또는 제4항에 있어서,
    상기 안착부의 상기 탄성부와 접하는 내벽면에 홈 형상으로 형성되고, 하측으로 갈수록 깊이가 깊게 형성된 걸림홈;을 더 포함하는 토크앵글센서와 하우징의 결합구조.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 탄성부의 하단부는 상기 걸림홈의 하측의 단턱부위에 걸림되어 축방향의 이탈이 방지되는 토크앵글센서와 하우징의 결합구조.
  8. 토크앵글센서의 상측을 덮도록 형성되는 상부케이스;
    상기 상부케이스의 상면에 결합되는 하우징;
    상기 상부케이스의 상면으로부터 상측으로 돌출되고 외주방향으로 길게 형성된 돌부;
    상기 하우징의 상기 돌부와 결합되는 부위에 형성되는 홈 형상의 안착부; 및
    상기 돌부의 일측과 상기 안착부의 일측 내벽면 사이의 이격 공간에 개재되고, 상기 돌부와 상기 안착부 사이에서 원주방향으로 밀착력을 제공하는 탄성부;를 포함하는 토크앵글센서와 하우징의 결합구조.
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