KR20140145492A

KR20140145492A - 토크 센서와 조향축의 결합 구조

Info

Publication number: KR20140145492A
Application number: KR20130068002A
Authority: KR
Inventors: 이창환
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2013-06-13
Filing date: 2013-06-13
Publication date: 2014-12-23
Also published as: KR102124898B1

Abstract

본 발명은 조향축, 및 상기 조향축이 삽입되는 홀더를 포함하는 토크센서를 포함하되, 상기 홀더는 상기 조향축이 삽입되는 관통홀을 포함하고, 상기 관통홀의 내주면이 상기 조향축의 외주면과 접합된, 토크센서와 조향축의 결합구조를 개시한다.

Description

토크 센서와 조향축의 결합 구조 {CONNECTING STRUCTURE BETWEEN TORQUE SENSOR AND STERING COLUMM}

본 발명은 토크 센서와 조향축의 결합구조에 관한 것이다.

일반적으로 자동차는 바퀴와 연결된 스티어링 휠(Steering wheel)을 조작하여 주행 방향을 조작한다. 그러나, 바퀴와 노면과의 저항이 크거나 스티어링의 장애요인 발생시 조작력이 약화되어 신속한 조작이 어려운 경우가 있고, 이를 해결하기 위해 파워 스티어링 시스템(EPS)이 사용된다. 이러한 파워 스티어링 장치는 스티어링 휠의 조작에 동력장치를 개입하여 조작의 힘을 경감시키도록 하는 장치이다.

이러한 파워 스티어링 시스템(EPS)은 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.

이 중, 토크센서는 조향 핸들축(입력축)이 로터부에 결합되고 조향 바퀴축(출력축)이 스테이터부에 각각 결합됨으로써, 조향 핸들의 회전시 발생하는 입력축과 출력축 사이의 토크를 측정한다.

그러나, 종래 토크센서는 스테이터 홀더에 금속 재질의 링 부재를 결합한 후, 금속링 부재와 조향축을 강제 압입(Press fit)하여 결합하는 구조이므로 제조 비용이 상승하는 문제가 있다.

본 발명은 스테이터 홀더에 직접 조향축이 삽입됨으로써 금속링 부재가 생략되어 가격 경쟁력이 높고 제작이 간편해지는 토크 센서와 조향축의 결합구조를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 토크 센서와 조향축의 결합구조는, 조향축; 및 상기 조향축이 삽입되는 홀더를 포함하는 토크센서를 포함하되, 상기 홀더는 상기 조향축이 삽입되는 관통홀을 포함하고, 상기 관통홀의 내주면이 상기 조향축의 외주면과 접합된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 토크 센서와 조향축의 결합구조에서, 상기 홀더는 플라스틱 재질이고, 상기 홀더의 외면이 융착되어 상기 관통홀의 내주면이 상기 조향축의 외주면과 접합된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 토크 센서와 조향축의 결합구조에서, 상기 삽입되는 조향축의 외주면에는 제1패턴이 형성된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 토크 센서와 조향축의 결합구조에서, 상기 제1패턴은 상기 조향축의 외주면을 따라 형성되는 돌출부를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 토크 센서와 조향축의 결합구조에서, 상기 돌출부는 복수 개가 형성되고 상기 복수의 돌출부 사이에는 그루브가 형성되며, 상기 돌출부의 외면에는 요철패턴이 형성된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 토크 센서와 조향축의 결합구조에서, 상기 홀더의 내주면은 적어도 일부분에 상기 제1패턴과 대응되는 제2패턴이 형성된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 토크 센서와 조향축의 결합구조에서, 상기 토크 센서는, 마그네트를 포함하는 로터부; 상기 조향축과 결합되는 홀더를 포함하는 스테이터부; 및 상기 마그네트와 상기 스테이터부 사이의 자기장을 검출하는 자기소자;를 포함한다.

본 발명에 따르면, 스테이터 홀더에 직접 조향축이 삽입됨으로써 금속링 부재가 생략되므로 제조 비용이 감소하고 제작이 간편해진다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 센서의 분해 사시도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 센서의 스테이터와 조향축의 결합을 보여주는 사시도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 센서의 스테이터와 조향축의 결합된 상태를 보여주는 단면도이고,
도 4는 도 3의 A부분 확대도이고,
도 5는 도 3의 B-B 부분에서 본 단면도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이제 본 발명에 대하여 도면을 참고하여 상세하게 설명하고, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 센서의 분해 사시도이다.

도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 토크 센서(1)는 마그네트(32)를 포함하는 로터부(30)와, 출력축에 연결되는 스테이터부(40), 마그네트(32)와 스테이터부(40) 사이의 자기장을 검출하는 자기소자(50), 및 제1, 2 케이스(10, 20)를 포함한다.

로터부(30)는 원통형상의 로터 코어(31)와, 로터 코어(31)의 외주면에 부착된 로터 마그네트(32)를 포함한다. 로터부(30)는 입력축(도시되지 않음)과 연결되어 입력축의 회전시 함께 회전하게 된다. 도시되지는 않았지만 로터 코어(31)에는 입력축과 결합될 수 있는 결합구조(예: 돌기 또는 요홈)가 형성될 수 있다.

스테이터부(40)는 서로 마주보고 이격 배치된 제1 스테이터링(41)과 제2 스테이터링(42), 및 이들이 수용되는 스테이터 홀더(43)를 포함한다.

제1 스테이터링(41)과 제2 스테이터링(42)은 서로 마주보는 방향으로 절곡된 돌출편이 형성되고, 돌출편은 스테이터 홀더(43)의 내주면에 고정된다. 이때, 돌출편은 마그네트(32)의 자력 변화를 감지할 수 있도록 마그네트(32)에 대향되게 배치된다.

스테이터 홀더(43)는 사출 성형에 의해 제작되어 스테이터 링(41, 42)을 커버한다. 또한, 스테이터 홀더(43)는 조향 출력측과 결합되도록 돌출 형성된 결합부(44)를 갖는다. 결합부(44)에 출력축이 삽입 고정됨으로써 스테이터부(40)는 출력측과 일체로 회전하게 된다.

입력축은 운전자의 스티어링 휠을 회전시키는 힘에 의해 회전하게 되고, 출력축은 차량의 전륜과 연결되어 상기 입력축으로부터 힘을 전달받아 회전하게 된다.

조향 핸들의 회전시 입력축과 출력축 사이에 따라 비틀림이 발생하게 되면, 로터부(30)와 스테이터부(40) 사이의 회전 차이가 발생하게 되고, 그에 따라 발생한 자기력의 변화는 콜렉터에 배치된 자기소자(50)에 의해 검출된다.

이때, 스테이터부(40)가 출력축과 결합되는 것으로 설명하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 스테이터부(40)가 입력축과 결합되고 로터부(30)가 출력축과 결합될 수도 있다. 이하에서 설명하는 조향축(100)은 입력축일 수도 있고 출력축일 수도 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 센서의 스테이터와 조향축의 결합을 보여주는 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 센서의 스테이터와 조향축의 결합된 상태를 보여주는 단면도이고, 도 4는 도 3의 A부분 확대도이고, 도 5는 도 3의 B-B 부분에서 본 단면도이다.

도 2를 참조하면, 스테이터 홀더의 결합부(44)에는 조향축(100)이 삽입된다. 결합부(44)는 사출 성형시 스테이터 홀더와 일체로 형성되나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 별도의 부재로 제작되어 결합될 수도 있다.

결합부(44)는 조향축(100)이 삽입 고정되는 관통홀(444)이 형성되며 관통홀(444)의 직경은 조향축의 삽입부(P) 직경과 같거나 작게 설계될 수 있다. 따라서, 조향축 삽입부(P)가 관통홀(444)에 억지 끼움 방식으로 끼워져 결합력이 높아진다. 결합부의 외면(441)에는 보강부(443)가 원주를 따라 형성될 수 있다.

결합부(44)는 조향축(100)이 삽입된 후 융착됨으로써 조향축(100)과 접합된다. 이때 융착이란 수지가 사출 성형된 결합부(44)가 용융될 수 있는 소정의 에너지를 가하는 동시에 가압하는 것으로 정의할 수 있으며, 융착의 종류는 초음파 융착과 열융착과 같은 공지의 방법이 모두 선택될 수 있다.

초음파 또는 열이 가해진 경우, 수지 재질인 결합부(44)는 용융되며 가압에 의해 내주면(442)이 조향축(100)의 외주면과 접합된다. 이후 결합부(44)가 다시 굳게되면 스테이터부(40)와 조향축(100)은 일체로 결합된다.

이때, 조향축 삽입부(P)에는 외주면을 따라 복수의 환형 돌출부(110)가 형성되며 환형 돌출부(110) 사이에는 환형 그루브(120)가 형성된 패턴을 갖는다. 또한, 환형 돌출부(110)의 외면에는 복수의 볼록부(111)와 오목부(112)를 갖는 요철패턴(111, 112)이 형성된다.

이러한 패턴은 조향축(100)에 축방향으로 복수의 장홈을 형성하여 요철패턴을 형성한 뒤, 원주 방향으로 절삭하여 환형 그루브(120)를 형성함으로써 제작할 수 있다.

이때, 제1환형 돌출부(110a)에 형성된 요철패턴(111, 112)와 제2환형 돌출부(110b)에 형성된 요철패턴(111, 112)은 서로 오프셋(Offset) 되도록 형성될 수 있다. 예를 들면, 제1환형 돌출부(110a)에 형성된 돌출부(111)는 제2환형 돌출부(110b)에 형성된 돌출부(111)와 서로 엇갈리게 형성될 수 있다. 이러한 오프셋 패턴은 융착시 관통홀의 내주면(442)과의 결합력을 향상시킬 수 있다.

도 3과 도 4를 참고하면, 결합부(44)와 조향축(100)이 융착되면서 관통홀의 내주면에는 환형 돌출부(110)에 대응되는 삽입홈(442a)과 환형 그루브(120)에 대응되는 돌기(442b)가 형성될 수 있다.

따라서, 융착에 의해 내주면에 형성된 돌기(442b)가 조향축(100)의 그루브(120)와 접착되므로 조향축(100) 회전시 축방향(도 3의 Y 방향)으로 유동이 방지된다.

또한, 도 5를 참고하면, 융착에 의해 결합부 내주면에 조향축(100)에 형성된 요철패턴의 오목부(112)에 대응되는 돌기(442c)가 형성되므로 조향축 회전시 축방향(도 3의 X 방향)으로 유동이 발생되는 것이 방지된다.

그러나, 도 3 내지 도 5는 이상적인 조향축(100)과 결합부(44)의 접합면을 도시한 것으로서, 실제 제작 공정상에서는 융착의 정도에 따라 결합부의 일부에만 조향축의 제1패턴과 대응되는 제2패턴이 형성될 수 있으며, 제2패턴의 형상(홈의 깊이 또는 돌기의 돌출 정도)도 용착 정도에 따라 상이해질 수 있다.

그러나, 조향축(100)과 결합부(44)가 견고히 결합되기 위해서는 결합부(44)가 조향축(100)에 충분히 융착되어야 하며, 충분한 융착이 가해지면 결합부(44)의 내주면에는 적어도 일부분에 조향축의 패턴에 대응되는 패턴이 형성될 수 있다.

본 발명에 따르면 스테이터 홀더에 직접 조향축이 삽입되어 결합되므로 금속링 부재가 생략될 수 있어 제조 비용이 감소하고 제작이 간편해진다. 또한, 조향축에 형성된 패턴이 형성됨으로써 조향축과 스테이터 홀더의 결합력이 증대된다.

이하에서는 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 센서(1)와 조향축(100)의 결합 방법에 대해 설명한다.

먼저, 스테이터 홀더(43)의 결합부(44)에 조향축(100)을 삽입한다. 이때 조향축(100) 삽입부의 외경이 결합부(44)에 형성된 관통홀(444)의 내경보다 크게 형성되면 결합력이 향상된다.

이후, 조향축(100)이 결합부(44)에 삽입된 상태에서 융착하면, 결합부(44)의 내주면이 조향축(100)의 외주면과 융착된다. 융착은 결합부(44)의 일부에만 할 수도 있으며 결합부(44)의 외면 전체에 가해질 수도 있다.

이때, 조향축(100)의 외면에 패턴이 형성된 경우, 융착 과정에서 결합부(44)의 내주면이 패턴 사이의 틈을 채우게 되어 더욱 결합력을 높일 수 있다.

그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 융착 방법 대신에 조향축(100)의 삽입부(P)를 가열한 후에 결합부(44)에 삽입할 수도 있다. 이 경우 관통홀(444) 내면이 용융되면서 결합되어 융착 방법과 동일한 효과를 얻을 수 있다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다. 예를 들면, 본 발명은 스테이터 홀더에 조향축을 결합하는 실시예로 설명하였으나, 이러한 기술적 사상을 이용하여 로터 코어에 조향축을 결합하는 구성 역시 본 발명의 권리범위에 속한다 할 것이다.

1: 토크 센서
10: 제1케이스
20: 제2케이스
30: 로터부
40: 스테이터부
43: 홀더
44: 결합부
100: 조향축

Claims

조향축; 및
상기 조향축이 삽입되는 홀더를 포함하는 토크센서;를 포함하되,
상기 홀더는 상기 조향축이 삽입되는 관통홀을 포함하고, 상기 관통홀의 내주면이 상기 조향축의 외주면과 접합된, 토크센서와 조향축의 결합구조.
제1항에 있어서,
상기 홀더는 플라스틱 재질이고,
상기 관통홀의 내주면이 상기 조향축의 외주면에 융착된, 토크센서와 조향축의 결합구조.
제1항에 있어서,
상기 삽입되는 조향축의 외주면에는 제1패턴이 형성된, 토크센서와 조향축의 결합구조.
제3항에 있어서,
상기 제1패턴은 상기 조향축의 외주면에 형성된 돌출부를 포함하는, 토크센서와 조향축의 결합구조.
제4항에 있어서,
상기 돌출부는 복수 개가 형성되고 상기 복수의 돌출부 사이에는 그루브가 형성된, 토크센서와 조향축의 결합구조.
제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 홀더의 내주면은 적어도 일부분에 상기 제1패턴과 대응되는 제2패턴이 형성된, 토크센서와 조향축의 결합구조.
제1항에 있어서,
상기 토크 센서는,
마그네트를 포함하는 로터부;
상기 조향축과 결합되는 홀더를 포함하는 스테이터부; 및
상기 마그네트와 상기 스테이터부 사이의 자기장을 검출하는 자기소자;를 포함하는, 토크센서와 조향축의 결합구조.
토크센서의 홀더에 결합되는 조향축에 있어서,
상기 홀더에 삽입되는 부분의 외주면에 형성되는 돌출부를 포함하는, 조향축.
제8항에 있어서,
상기 돌출부는 복수 개가 형성되고 상기 복수의 돌출부 사이에는 그루브가 형성된, 조향축.