KR20170024396A - 조향 장치용 토크 센서 - Google Patents

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Abstract

구성 부품의 수가 적고 자기력의 유도 과정에서 자기력 손실을 최소화한 조향 장치용 비접촉식 토크 센서가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른, 차량의 조향 장치용 토크 센서는, N극과 S극이 번갈아 원형으로 배치되어 있고 토션바의 일단에 설치되는 자석에 대향하는 오픈 영역과 오픈되지 않은 영역이, 원형의 연결 부재의 둘레를 따라 번갈아 배치되어 있고, 상기 토션바의 타단에 연결되는 제 1 자성체; 상기 제 1 자성체를 사이에 두고 상기 자석의 외주를 따라 상기 자석에 대향하여 배치되어 있는 제 2 자성체; 상기 자석과 대향하지 않으면서 상기 제 1 자성체에 대향하여 배치되어 있는 제 3 자성체; 및 상기 제 2 자성체와 상기 제 3 자성체 사이에 배치되는 자기 감지 부재;를 포함하는 토크 센서.

Description

조향 장치용 토크 센서{TORQUE SENSOR FOR STEERING SYSTEM}
본 발명은 조향 장치용 토크 센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 조향 핸들의 조작에 의해 입력축이 회전될 때, 바퀴와 연결된 출력축이 상기 입력축과 동일하게 회전될 수 있도록 하여 조향력을 향상시키는 조향 장치용 비접촉식 토크 센서에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 주행 또는 정지시에 조향 핸들을 회전시킴에 따라 노면과 접촉하고 있는 바퀴도 회전하게 된다. 즉, 조향 핸들을 좌측 방향 또는 우측 방향으로 회전시키게 되면 이와 동일한 방향으로 바퀴가 회전하게 된다. 그런데, 바퀴는 노면과 접촉된 상태이기 때문에 노면과의 사이에 발생하는 마찰력에 의해 조향 핸들과 바퀴의 회전량이 서로 상이하게 되는 문제가 발생할 수 있다.
이러한 문제에 대하여, 조향 핸들과 바퀴의 회전각 편차를 측정 및 보상하기 위한 토크 센서(Torque sensor)가 구비된다. 토크 센서는 조향 핸들과 바퀴의 회전각 편차를 측정하고, 이 측정된 편차만큼 별개의 동력수단을 이용하여 바퀴를 추가로 회전시킴으로써 차량을 진행하고자 하는 방향으로 안전하고 정확하게 조향할 수 있도록 하여 조향 편의성을 높이고 있다.
토크 센서는 크게 접촉 방식과 비접촉식 방식으로 구분되는데, 접촉 방식은 소음과 내구성의 저하문제로 인해 최근에는 비접촉식 방식의 토크 센서가 채택되고 있다. 비접촉식 방식의 토크 센서는 크게 자기저항 검출 방식, 자기변형 검출 방식, 정전용량 검출 방식 그리고 광학식 검출 방식으로 구분된다.
전기식 동력 조향장치에 구비되는 종래의 자기저항 검출 방식의 토크 센서는, 운전자가 조작하게 되는 조향 핸들이 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 토크 센서 및 동력 수단이 마련된다. 대표적으로, 한국공개특허 제10-2007-0043000호와 미국등록특허 제8327722호를 예로 들 수 있다. 그러나, 이러한 종래의 토크 센서는 구성 부품의 수가 많고 복잡하고, 자기력의 유도 과정에서 손실이 많다.
한국공개특허 제10-2007-0043000호(2007.04.24) 미국등록특허 제8327722호
본 발명은, 구성 부품의 수가 적고 자기력의 유도 과정에서 자기력 손실을 최소화한 조향 장치용 비접촉식 토크 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른, 차량의 조향 장치용 토크 센서는, N극과 S극이 번갈아 원형으로 배치되어 있고 토션바의 일단에 설치되는 자석에 대향하는 오픈 영역과 오픈되지 않은 영역이, 원형의 연결 부재의 둘레를 따라 번갈아 배치되어 있고, 상기 토션바의 타단에 연결되는 제 1 자성체; 상기 제 1 자성체를 사이에 두고 상기 자석의 외주를 따라 상기 자석에 대향하여 배치되어 있는 제 2 자성체; 상기 자석과 대향하지 않으면서 상기 제 1 자성체에 대향하여 배치되어 있는 제 3 자성체; 및 상기 제 2 자성체와 상기 제 3 자성체 사이에 배치되는 자기 감지 부재;를 포함한다.
상기 제 2 자성체는, 상기 오픈 영역 및 상기 오픈되지 않은 영역을 사이에 두고 상기 자석과 면적 대향하는 자기 유도면; 및 상기 자기 유도면으로부터 바깥 방향으로 연장되어 있는 자기 집중부;를 포함할 수 있다.
상기 제 3 자성체는, 상기 제 1 자성체의 상기 연결 부재와 면적 대향하는 자기 유도면; 및 상기 제 3 자성체의 자기 유도면으로부터 바깥 방향으로 연장되어 있는 자기 집중부;를 포함할 수 있다.
상기 자기 감지 부재는, 상기 제 2 자성체의 자기 집중부와 상기 제 3 자성체의 자기 집중부 사이의 공극에 설치될 수 있다.
상기 제 1 자성체의 상기 연결 부재와 상기 제 3 자성체의 상기 자기 유도면은, 축의 길이 방향으로 면적 대향할 수 있다.
상기 제 2 자성체 및 상기 제 3 자성체는, 활꼴 형상일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 차량의 조향 장치용 토크 센서는, N극과 S극이 번갈아 원형으로 배치되어 자기력선을 발생시키고 흡수하며 토션바의 일단에 연결되는 자석에 대향하는 오픈 영역과 오픈되지 않은 영역을 구비하여, 상기 오픈 영역을 통해 자기력선을 통과시키고, 상기 오픈되지 않은 영역을 통해 자기력선을 유도하며, 상기 토션바의 타단에 연결되는 제 1 자성체; 상기 오픈 영역을 통과한 자기력선을 유도하고, 자기력선을 상기 오픈 영역 또는 상기 오픈되지 않은 영역으로 전달하는 제 2 자성체; 상기 제 2 자성체에서 유도되어 전달되는 자기력선을 상기 제 1 자성체로 전달하고, 상기 제 1 자성체에서 유도되어 전달되는 자기력선을 상기 제 2 자성체로 전달하는 제 3 자성체; 및 상기 제 2 자성체와 상기 제 3 자성체 사이에 배치되어 자기력선의 변화를 감지하는 자기 감지 부재;를 포함한다.
상기 토크 센서는, 상기 토션바의 비틀림이 없을 때, 상기 자석에서 발생한 자기력선이 상기 오픈되지 않은 영역으로 유도된 후 상기 자석으로 되돌아 가는 제 1 폐루프; 및 상기 자석에서 발생한 자기력선이 상기 오픈 영역을 통과하여 상기 제 2 자성체에 유도된 후 다시 상기 오픈 영역을 통과하여 상기 자석으로 되돌아 가는 제 2 폐루프;를 형성할 수 있다.
상기 토크 센서는, 상기 토션바의 비틀림이 양(+)의 값일 때, 상기 자석에서 발생한 자기력선이 상기 오픈되지 않은 영역으로 유도된 후 상기 자석으로 되돌아 가는 제 1 폐루프; 상기 자석에서 발생한 자기력선이 상기 오픈 영역을 통과하여 상기 제 2 자성체에 유도된 후 상기 오픈되지 않은 영역을 통과하여 상기 자석으로 되돌아 가는 제 2 폐루프; 및 상기 자석에서 발생한 자기력선이 상기 오픈 영역을 통과하여 순차적으로 상기 제 2 자성체, 상기 제 3 자성체 및 상기 오픈되지 않은 영역으로 유도된 후 상기 자석으로 전달되는 제 3 폐루프;를 형성할 수 있다.
상기 토크 센서는, 상기 토션바의 비틀림이 음(-)의 값일 때, 상기 자석에서 발생한 자기력선이 상기 오픈되지 않은 영역으로 유도된 후 상기 자석으로 되돌아 가는 제 1 폐루프; 상기 자석에서 발생한 자기력선이 순차적으로 상기 오픈되지 않은 영역 및 상기 제 2 자성체에 유도된 후 상기 오픈되지 않은 영역을 통과하여 상기 자석으로 되돌아 가는 제 2 폐루프; 및 상기 자석에서 발생한 자기력선이 순차적으로 상기 오픈되지 않은 영역, 상기 제 3 자성체 및 상기 제 2 자성체로 유도된 후 상기 오픈 영역을 통과하여 상기 자석으로 전달되는 제 3 폐루프;를 형성할 수 있다.
상기 제 1 자성체, 상기 제 2 자성체는 상기 자석과 면적 대향하고, 상기 제 3 자성체는, 상기 자석과 대향하지 않으면서 상기 제 1 자성체에 면적 대향할 수 있다.
상기 제 2 자성체 및 상기 제 3 자성체는, 활꼴 형상일 수 있다.
본 발명은, 종래 기술과 비교하여, 자기 회로 구성이 심플하여, 전체적인 구성 부품의 수가 적다. 이로 인해 자성 재료의 사용량이 종래 기술보다 적다.
또한, 본 발명은, 종래 기술과 비교하여, 자기력선의 흐름 및 자속 밀도를 저하시키는 공극(자기 저항)의 수가 적고, 가변 자기 저항 부재의 수량 역시 적어, 자석에서 발생하는 자기력의 유도 과정에서 손실을 적게 하고, 자기 유도 효율을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 센서의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 토크 센서의 결합 사시도이다.
도 3은 도 2의 A-A' 선에 따른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 센서의 자기력선의 방향을 나타낸 부분 평면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 토크 센서의 자기력선의 방향을 나타낸 부분 평면도이다.
도 6은 도 5의 전체 사시도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 토크 센서의 자기력선의 방향을 나타낸 부분 평면도이다.
도 8은 도 7의 전체 사시도이다.
도 9는 도 1 및 도 2에 도시된 토크 센서의 자기 등가 회로를 나타낸 회로도이다.
도 10 내지 도 12는, 토크 센서의 비틀림 각도에 따른 폐루프를 도 9의 자기 등가 회로에 나타낸 도면이다.
도 13 내지 도 15는, 종래 기술의 자기 등가 회로 및 폐루프를 나타낸 도면이다.
도 16 내지 도 18은, 다른 종래 기술의 자기 등가 회로 및 폐루프를 나타낸 도면이다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 센서의 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 토크 센서의 결합 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 토크 센서는, 자석(10), 제 1 자성체(20), 제 2 자성체(30), 제 3 자성체(40) 및 자기 감지 부재(50)를 포함한다.
상기 자석(10)은 원형으로 배치된다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 자석(10)은 좌우로 자극이 다른 N극과 S극이 번갈아가며 배치되고, 상하 2열이 아닌, 1열로 구성된 영구 자석이다. 상기 자석(10)에서 N극과 S극의 합은 짝수이다. 예를 들어 N극이 8개이면 S극도 8개이다. 이러한 자석(10)은, 차량의 핸들에 연결된 입력축에 연결되어, 핸들의 회전시 입력축과 함께 자석(10)도 회전을 할 수 있으나, 여기에 제한되는 것은 아니며, 자석(10)은 바퀴에 연결된 출력축에 연결되어, 바퀴의 회전시 출력축과 함께 회전을 할 수 있다.
제 1 자성체(20)는, 상기 자석(10)의 외주면을 따라 상기 자석(10)에 면적 대향하는 오픈 영역(23)과 오픈되지 않은 영역(21)을 구비하고, 오픈 영역(23)과 오픈되지 않은 영역(21)을 연결하는 링 형태의 연결 부재(22)를 포함한다. 상기 오픈 영역(23)과 오픈되지 않은 영역(21)은 상기 자석(10)을 중심으로 소정의 각도 간격으로 연결 부재(22)를 따라 자석(10)에 대향하여 배열된다. 즉 제 1 자성체(20)는 연결 부재(22)의 둘레를 따라 소정의 각도 간격으로 상기 자석(10)에 면적 대향하는 복수의 이빨이 축의 길이 방향으로 돌출되어 있는 크라운 구조이다. 이러한 제 1 자성체(20)는 차량의 바퀴에 연결된 출력축에 연결되어, 바퀴의 회전시 출력축과 함께 제 1 자성체(20)도 회전을 할 수 있으나, 여기에 제한되는 것은 아니며, 제 1 자성체(20)는, 차량의 핸들에 연결된 입력축에 연결되어, 핸들의 회전시 입력축과 함께 회전을 할 수 있다.
자석(10)이 입력축에 연결될 경우 제 1 자성체(20)는 출력축에 연결되고, 또는 자석(10)이 출력축에 연결될 경우 제 1 자성체(20)는 입력축에 연결된다. 이때, 입력축과 출력축은 토션바에 연결된다. 따라서, 자석(10)과 제 1 자성체(20)는 토션바를 기준으로 상호 반대쪽에 설치되는 것이다. 입력축과 출력축의 회전 각도가 다를 경우 상기 토션바에 비틀림이 발생하게 되고, 따라서 자석(10)과 제 1 자성체(20)의 위치 변화가 발생한다.
상기 제 1 자성체(20)의 상기 오픈되지 않은 영역(21), 즉 이빨들은 상기 자석(10)에서 발생하여 나오거나 상기 자석(10)으로 되돌아 들어가는 자기력선을 유도하는 자기 유도 영역이며, 상기 자석(10)의 극의 개수의 절반의 개수를 갖는다. 예를 들어 자석(10)이 16개의 극, 즉 8개의 자극쌍(Pole pair)을 갖는다면, 상기 자기 유도 영역은, 8개로 구성된다.
상기 제 1 자성체(20)의 연결 부재(22)는, 상기 자석(10)으로부터 발생하여 상기 오픈되지 않은 영역(21), 즉 이빨에 유도된 자기력선을 이웃한 이빨에 전달하거나, 후술하는 제 3 자성체(40)에 전달한다. 또한 상기 제 1 자성체(20)의 연결 부재(22)는, 상기 제 3 자성체(40)로부터 전달되는 자기력선을 이빨(21)로 전달한다. 상기 제 1 자성체(20)의 연결 부재(22)는, 상기 제 3 자성체(40)로 자기력선을 전달하거나 또는 상기 제 3 자성체(40)로부터 자기력선을 전달받기 위해, 일정한 공극(air gap)을 두고 상기 제 3 자성체(40)에 이격하여 면적 대향한다. 이를 위해 상기 연결 부재(22)는, 상기 오픈 영역(23) 및 상기 오픈되지 않은 영역(21)과 대략 수직한 면을 갖는다. 즉 상기 연결 부재(22)는 축의 반지름 방향으로 면적을 갖고, 후술하는 바와 같이, 제 3 자성체(40)는 축의 길이 방향으로 상기 연결 부재(22)에 대향한다.
제 2 자성체(30)는, 상기 제 1 자성체(20)를 사이에 두고 상기 자석(10)의 외주면을 따라 상기 자석(10)으로부터 일정한 거리만큼 이격되어 상기 자석(10)의 외주면을 면적 대향하도록 배치되는 자기 유도 부재이다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제 2 자성체(30)는 활꼴(segment of a circle) 형상으로 상기 자석(10)의 외주면을 면적 대향하면서 제 1 자성체(20)와 일정한 공극(air gap)을 두고 이격되는 자기 유도면(31)과 그 자기 유도면(31)에서 상기 자석(10)을 향하는 방향과 반대 방향, 즉 바깥 방향으로 연장된 자기 집중부(32)를 포함한다.
상기 제 2 자성체(30)의 자기 유도면(31)은, 상기 자석(10)에서 발생하여 상기 제 1 자성체(20)의 오픈 영역(23)을 통과하여 나오는 자기력선을 유도하여 다시 상기 오픈 영역(23) 또는 상기 제 1 자성체(20)의 이빨(21)로 전달하거나 일부 자기력선을 상기 자기 집중부(32)로 전달한다. 또한 상기 제 2 자성체(30)의 자기 유도면(31)은, 상기 자기 집중부(32)로부터 전달되는 자기력선을 상기 오픈 영역(23)을 통과하여 상기 자석(10)으로 전달하거나 상기 제 1 자성체(20)의 이빨(21)로 전달한다. 상기 자기 집중부(32)는 상기 제 2 자성체(30)의 자기 유도면(31)에서 유도하여 전달되는 자기력선을 집중시켜 제 3 자성체(40)로 전달하거나, 제 3 자성체(40)로부터 전달되는 자기력선을 상기 자기 유도면(31)으로 전달한다.
제 3 자성체(40)는, 상기 자석(10)과 면적 대향하지 않으면서 상기 제 1 자성체(20)와는 일정한 거리만큼 이격되어 상기 제 1 자성체(20)에 면적 대향하도록 배치되는 자기 유도 부재이다. 즉, 제 3 자성체는, 자석(10)의 상하 폭을 벗어난 위치에 존재함으로써, 자석(10)과 면적 대향하지 않는다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제 3 자성체(40)는 활꼴 형상으로 상기 제 1 자성체(20)의 연결 부재(22)에 면적 대향하면서 일정한 공극(air gap)을 두고 이격되는 자기 유도면(41)과 그 자기 유도면(41)에서 상기 자석(10)을 향하는 방향과 반대 방향, 즉 바깥 방향으로 연장된 자기 집중부(42)를 포함한다.
상기 제 3 자성체(40)의 자기 유도면(41)은, 상기 자석(10)에서 발생하여 상기 제 1 자성체(20)로부터 나오거나 상기 제 1 자성체(20)로 들어가는 자기력선을 유도한다. 상기 제 3 자성체(40)의 자기 집중부(42)는 상기 제 1 자성체(20)로부터 나와 상기 제 3 자성체(40)의 자기 유도면(41)에 유도된 자기력선을 집중시켜 상기 제 2 자성체(30)의 자기 집중부(32)로 전달하거나, 상기 제 2 자성체(30)의 자기 집중부(32)로부터 자기력선을 전달받아 상기 제 3 자성체(40)의 자기 유도면(41)으로 전달한다. 상기 제 3 자성체(40)의 자기 집중부(42)와 상기 제 2 자성체(30)의 자기 집중부(32)는 일정한 공극(air gap)을 두고 이격되어 서로 면적 대향한다.
본 실시예에서는, 제 3 자성체(40)의 자기 유도면(41)이, 제 1 자성체(20)의 연결 부재(22)의 하부, 즉 출력축 방향에 위치하여 제 1 자성체(20)의 연결 부재(22)와 면적 대향하는 것으로 설명하나, 여기에 제한되는 것은 아니며, 제 3 자성체(40)의 자기 유도면(41)은, 제 1 자성체(20)의 연결 부재(22)의 상부, 즉 입력축 방향에 위치하여 제 1 자성체(20)의 연결 부재(22)와 면적 대향할 수 있다. 이때 제 3 자성체(40)의 자기 유도면(41)이 제 1 자성체(20)의 연결 부재(22)의 상부에 있더라도, 자석(10)과 대향하지 않으면 된다. 여기서 대향하지 않는다는 것은, 축의 길이 방향 그리고 반경 방향으로 마주보지 않는다는 것을 의미하는 것으로, 제 3 자성체(40)의 자기 유도면(41)은 자석(10)의 상하 폭을 벗어나 위치하는 것을 의미한다.
자기 감지 부재(50)는 상기 제 2 자성체(30)의 자기 집중부(32)와 상기 제 3 자성체(40)의 자기 집중부(42)의 사이에 형성된 공극에 설치된다. 자기 감지 부재(50)는, 두 자기 집중부(32, 42) 사이에 형성되는 자기력선의 크기 및 방향의 변화를 감지한다. 자기 감지 부재(50)로 예를 들어, 홀 센서, AMR 센서 또는 GMR 센서 등을 이용할 수 있다.
도 3은 도 2의 A-A' 선에 따른 단면도이다. 도 3을 참조하면, 자석(10)과 제 1 자성체(20)의 이빨(21)은 일정한 공극(110)을 두고 면적 대향한다. 그리고 제 2 자성체(30)의 자기 유도면(31)은 상기 제 1 자성체(20)를 사이에 두고 상기 자석(10)과 면적 대향한다. 이때 제 2 자성체(30)의 자기 유도면(31)은 제 1 자성체(20)의 이빨(21)과 일정한 공극(120)을 두고 면적 대향한다. 그리고 제 3 자성체(40)의 자기 유도면(41)은, 상기 제 1 자성체(20)의 연결 부재(22)와 일정한 공극(140)을 두고 면적 대향한다. 제 2 자성체(30)의 자기 집중부(32)와 제 3 자성체(40)의 자기 집중부(42)는, 일정한 공극(100)을 두고 면적 대향한다. 이러한 공극들(100, 110, 120, 140)은, 자기 저항(Reluctance)이 상대적으로 큰 매질로서 역할을 하고, 제 1 자성체(20), 제 2 자성체(30) 및 제 3 자성체(40)는 연자성 재료로 만들어진 것으로서 상대적으로 작은 자기 저항을 갖는 매질로서 역할을 한다.
운전자가 조향 핸들을 조작할 때 상기 입력축에 회전력이 전달되고, 이 입력축의 회전에 의해 토션바가 회전하게 된다. 그리고, 이 토션바는 출력축과도 연결되어 있기 때문에, 출력축으로 회전력을 전달하게 되어 바퀴가 조향 핸들이 조작하는 방향으로 방향이 전환된다. 이때, 차량의 바퀴가 조향 핸들의 회전각만큼 회전하지 않을 경우, 토션바에 비틀림이 발생하고, 따라서 입력축에 연결된 자석(10)과 출력축에 연결된 제 1 자성체(20) 간의 상대적 위치 변화가 발생한다. 이와 같은 상대적인 위치 변화는, 제 1 자성체(20)의 오픈되지 않은 영역(21), 즉 이빨이 자석(10)의 N극 및 S극에 대향하는 면적의 변화를 발생시키고, 또한 제 1 자성체(20)의 오픈 영역(23)이 자석(10)의 N극 및 S극에 대향하는 면적의 변화를 발생시킨다. 이에 따라 자기 집중부(32, 42) 사이에 자력 세기와 자기력선의 방향이 변화되고, 이를 자기 감지 부재(50)가 감지한다. 구체적으로, 이하에서 비틀림 각도에 따른 본 실시예의 토크 센서의 동작을 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 센서의 자기력선의 방향을 나타낸 부분 평면도로서, 비틀림 각도가 0도일 때의 자기력선의 방향을 나타낸다.
도 4를 참조하면, 비틀림 각도가 0도일 경우, 제 1 자성체(20)의 이빨(21)과, 자석(10)의 N극 및 S극의 대향 면적 비율은 50 대 50이다. 그러므로 자석의 N극에서 발생하는 자기력선은 ①과 같이 폐루프(이하, 1번 폐루프)를 형성한다. 즉, N극에서 나온 자기력선은 제 1 자성체(20)의 이빨(21)로 유도된 후 다시 S극으로 들어간다. 그리고 제 1 자성체(20)의 오픈 영역(23)을 통해, 제 2 자성체(30)의 자기 유도면(31)과 자석(10)의 N극 및 S극이 대향하는 면적 비율은 역시 50 대 50이다. 그러므로 자석(10)의 N극에서 발생하여 제 1 자성체(20)의 오픈 영역(23)으로 나온 자기력선은 ②와 같이 폐루프(이하, 2번 폐루프)를 형성한다. 즉 N극에서 발생하여 오픈 영역(23)을 통과하여 나온 자기력선은 제 2 자성체(30)의 자기 유도면(31)으로 유도된 후 다시 오픈 영역(23)을 통해 S극으로 되돌아간다. 이 경우 제 2 자성체(30)의 자기 집중부(32)와 제 3 자성체(40)의 자기 집중부(42)에 N극 자장이 유도될 수 있으나, 각 자기 집중부(32, 42)에 유도된 N극 자장의 유도 비율이 5 대 5로 동일하기 때문에, 자기 감지 부재(50)가 설치된 공극(100)으로 자기력선이 흐르지는 않는다. 그러므로 자기 감지 부재(50)에서의 자속 밀도(Magnetic Flux Density)는 0 Gasuss라 할 수 있다.
자석(10)에서 발생하는 자기력선은 모두 1번 폐루프와 2번 폐루프를 통해 이동한다 할 수 있다. 이때 1번 폐루프와 2번 폐루프에 흐르는 자기력선의 비율, 즉 자속 밀도는, 자석(10)과 제 1 자성체(20)의 이빨(21) 사이의 공극(110)의 거리와, 그 이빨(21)과 제 2 자성체(30)의 자기 유도면(31) 사이의 공극(120)의 거리, 그리고 제 1 자성체(20) 및 제 2 자성체(30)의 자성 물성(Magnetic Material)이 갖는 투자율 특성에 따라 달라지기 때문에 별도로 언급하지는 않는다. 그러나 공극(110, 120)의 거리나, 제 1, 2 자성체(20, 30)의 재질의 투자율 특성이 달라진다고 해도, 앞서 설명한 자기 감지 부재(50)가 설치되는 자기 집중부(32, 42) 사이에 유도되는 자기 특성은 동일하게 설명할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 토크 센서의 자기력선의 방향을 나타낸 부분 평면도이고, 도 6은 도 5의 전체 사시도로서, 비틀림 각도가 + 최대(Max)일 때의 자기력선의 방향을 나타낸다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 비틀림 각도가 + 최대일 경우, 제 1 자성체(20)의 이빨(21)이, 자석(10)의 N극 및 S극과 대향하는 면적 비율은 0 대 100이다. 그러므로 자석(10)의 N극에서 발생하는 자기력선 중 일부는 ①과 같이 N극에 인접한 제 1 자성체(20)의 이빨(21)로 유도된 후 자석(10)의 S극으로 되돌아 들어가는 폐루프(이하, 1번 폐루프)를 형성한다. 그리고 제 1 자성체(20)의 오픈 영역(23)을 통해, 제 2 자성체(30)의 자기 유도면(31)이 자석(10)의 N극 및 S극과 대향하는 면적 비율은 역시 100 대 0이다. 그러므로 자석(10)의 N극에서 발생하여 상기 오픈 영역(23)을 통과한 자기력선은 ②와 같이 제 2 자성체(30)의 자기 유도면(31)으로 유도된 후 제 1 자성체(20)의 이빨(21)을 통해 자석(10)의 S극으로 되돌아 들어가는 폐루프(이하, 2번 폐루프)를 형성한다. 이 경우 제 2 자성체(30)의 자기 집중부(32)에는 N극 자장이 유도되고 제 3 자성체(40)의 자기 집중부(42)에는 S극 자장이 유도된다. 따라서 자석(10)의 N극에서 발생한 자기력선의 일부가 제 2 자성체(30)의 자기 집중부(32)를 거쳐 제 3 자성체(40)의 자기 집중부(42)로 유도되는 ③과 같은 폐루프(이하, 3번 폐루프)가 형성된다. 이러한 3번 폐루프에 의해 형성되는 자기력선은 자기 집중부(32, 42) 사이에 설치된 자기 감지 부재(50)를 지나가고, 따라서 자기 감지 부재(50)는 자기력선에 의해 생성되는 자속 밀도를 검출할 수 있다.
자석(10)에서 발생하는 자기력선은 모두 1번, 2번, 3번 폐루프를 통해 이동한다 할 수 있다. 이때 1번, 2번, 3번 폐루프에 흐르는 자기력선의 비율, 즉 자속 밀도는, 자석(10)과 제 1 자성체(20)의 이빨(21) 사이의 공극(110)의 거리와, 그 이빨(21)과 제 2 자성체(30)의 자기 유도면(31) 사이의 공극(120)의 거리, 제 3 자성체(40)의 자기 유도면(41)과 제 1 자성체(20)의 연결 부재(22) 사이의 공극(140)의 거리, 자기 집중부(32, 42) 사이의 공극(100)의 거리, 그리고 제 1 자성체(20), 제 2 자성체(30) 및 제 3 자성체(40)의 자성 물성(Magnetic Material)이 갖는 투자율 특성에 따라 달라지기 때문에 별도로 언급하지는 않는다. 그러나 공극(110, 120, 100, 140)의 거리나, 제 1, 2, 3 자성체(20, 30, 40)의 재질의 투자율 특성이 달라진다고 해도, 앞서 설명한 자기 감지 부재(50)가 설치되는 자기 집중부(32, 42) 사이에 유도되는 자기 특성은 동일하게 설명할 수 있다. 즉, 공극(110, 120, 100, 140)의 거리나, 제 1, 2, 3 자성체(20, 30, 40)의 재질의 투자율 특성이 달라질 경우, 자기장 세기 및 변화량의 상대적 변화만 있을 뿐, 형성되는 폐루프, 자기력선의 경로, 그리고 비틀림 각도가 양(+)의 값일 때 자기 집중부(32, 42) 사이에 형성되는 자속 밀도는 비틀림 각도가 + 최대일 때 최대인 것은 동일하다.
도 4를 참조하여 설명한 실시예는, 자석(10)과 제 1 자성체(20)의 상대적인 비틀림 각도가 0도일 때이다. 그리고 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한 실시예는, 자석(10)과 제 1 자성체(20)의 상대적인 비틀림 각도가 + 최대일 때이다. 자석(10)과 제 1 자성체(20)의 비틀림 각도가 0도에서 + 최대까지 점차 증가할 경우, 앞서 설명한 3번 폐루프를 통해 자기 감지 부재(50)가 설치된 공극(100)으로 유도되는 자속 밀도 역시 점차 증가한다. 자기 감지 부재(50)는 이와 같은 자속 밀도의 선형적 변화를 감지하여 핸들에 연결된 입력축과 바퀴에 연결된 출력축 간에 설치된 토션바의 비틀림 정도를 파악할 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 토크 센서의 자기력선의 방향을 나타낸 부분 평면도이고, 도 8은 도 7의 전체 사시도로서, 비틀림 각도가 - 최대(Max)일 때의 자기력선의 방향을 나타낸다. 도 7 및 도 8에 도시된 비틀림 각도가 - 최대일 때의 폐루프는, 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한 비틀림 각도가 + 최대일 때의 폐루프와 비교하여, 자기력선의 방향이 반대일 뿐이다. 즉, 비틀림 각도가 + 최대일 때, 3번 폐루프의 자기력선의 이동 경로는, 자석(10)의 N극 -> 제 2 자성체(30)의 자기 유도면(31) -> 제 2 자성체(30)의 자기 집중부(32) -> 제 3 자성체(40)의 자기 집중부(42) -> 제 3 자성체(40)의 자기 유도면(41) -> 제 1 자성체(20)의 연결 부재(22) -> 제 1 자성체(20)의 이빨(21) -> 자석(10)의 S극이다. 반면, 비틀림 각도가 - 최대일 때, 3번 폐루프의 자기력선의 이동 경로는, 자석(10)의 N극 -> 제 1 자성체(20)의 이빨(21) -> 제 1 자성체(20)의 연결 부재(22) -> 제 3 자성체(40)의 자기 유도면(41) -> 제 3 자성체(40)의 자기 집중부(42) -> 제 2 자성체(30)의 자기 집중부(32) -> 제 2 자성체(30)의 자기 유도면(31) -> 자석(10)의 S극이다. 자석(10)과 제 1 자성체(20)의 비틀림 각도가 0도에서 - 최대까지 점차 증가할 경우, 3번 폐루프를 통해 자기 감지 부재(50)가 설치된 공극(100)으로 유도되는 자속 밀도 역시 점차 증가한다. 자기 감지 부재(50)는 이와 같은 자속 밀도의 선형적 변화를 감지하여 핸들에 연결된 입력축과 바퀴에 연결된 출력축 간에 설치된 토션바의 비틀림 정도를 파악할 수 있다.
이상의 설명에서 비틀림 각도가 + 최대일 때 그리고 - 최대일 때의 (+)와 (-)는 상대적인 것으로 이해되어야 한다. 즉 비틀림의 어느 한 방향을 (+) 방향으로 정한 경우, 그 반대의 비틀림은, (-) 방향인 것이다.
이상의 비틀림 각도에 따른, 제 1 자성체(20)의 이빨(21)과 제 2 자성체(30)의 자기 유도면(31)이, 자석(10)의 N극 및 S극과 대향하는 면적의 변화, 그리고 자기 집중부(32, 42)들에 유도되는 극성의 변화 그리고 자기 감지 부재(50)에 유도되는 자속 밀도의 변화를 정리하면, 다음 [표 1]과 같다.
[표 1]
Figure pat00001
도 9는 도 1 및 도 2에 도시된 토크 센서의 자기 등가 회로를 나타낸 회로도이다. 도 9의 자기 등가 회로에서 도 1 및 도 2와 동일한 참조부호는 도 1 및 도 2의 구성 부품에 대응한다.
맥스웰 방정식에 따르면, 자속(Magnetic Flux)는 항상 폐루프(Closed loop)를 형성한다. 그러나, 폐루프가 형성되는 길(Path)은 주변 매질의 자기 저항(reluctance)에 의하여 결정된다. 즉 자속은 자기 저항이 작은 쪽으로 집중된다. 따라서 자속은 공기나 진공과 같은 자기 저항이 큰 매질보다는 연자성 재료(Soft magnetic material)와 같이 자기 저항이 작은 쪽으로 집중되어 폐루프를 형성한다. 자기 저항은 자기력에 대하여 전기 저항과 유사한 물리량이며, 자기 회로 원소가 자기 위치 에너지를 저장하는 능력이며, 자성 재료뿐만 아니라, 공기나 진공에서도 존재한다. 그러므로 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예의 토크 센서에서의 공극(100, 110, 120, 140)은 자기 등가 회로에서 자기 저항으로 표기될 수 있다. 홉킨스 법칙에서 유도된 자기 저항(Reluctance)(R)에 대한 공식은 아래와 같으며, 자기 회로의 길이(l)에 비례하고 투자율(μ)과 단면적(A)에 반비례한다.
Figure pat00002
, 여기서 μ0는 진공의 투자율이고, μR은 자성 재질의 비투자율이다.
앞에서 설명한 이론에 의하면 자성 재료를 사용하는 제 1, 2, 3 자성체(20, 30, 40) 역시 도 9의 자기 등가 회로 상에서 자기 저항 성분으로 표기해야 하지만 자성 재료의 비투자율이 공기/진공에 비해 상대적으로 크기 때문에 자성 재료의 자기 저항 값은 매우 작아진다. 예를 들어, 진공/공기의 비투자율 1이라면, 자성재료인, 철/규소강/퍼멀로이의 비투자율은 각각 5000/7000/10,000~100,0000이다. 이는 자기 등가 회로에서 도선(Wire)에 미세한 저항이 존재하지만 저항 성분으로 표기하지 않고 실선으로 표기하는 이치와 같다.
다만, 제 1 자성체(20)의 이빨(21)과 오픈 영역(23)은, 가변 저항으로 표기한다. 이는 토크 센서에서 비틀림 변화가 발생할 때, 제 1 자성체(20)의 이빨(21) 및 오픈 영역(23)과, 자석(10)의 N극 및 S극의 대향 면적 비율 변화가 발생하므로 자기 저항 값이 변하고 또한 이 같은 변화에 의하여 자속의 이동 경로가 변하기 때문이다. 한편, 제 2 자성체(30) 및 제 3 자성체(40) 역시 토크 센서에서 비틀림 변화의 발생시 자속의 변화가 발생하나(즉, 자기 집중부(32, 42)로의 자속 이동), 제 2, 3 자성체(30, 40)는 고정형 구조물로서, 자석(10)과 제 1 자성체(20)의 상대적 위치 변화에 의해 변경되는 자속의 이동 경로를 단순히 연결해 주는 것으로서 도 9의 자기 등가 회로에서 전선이 전류를 이동시켜 주는 것과 같은 역할이므로 자기 등가 회로에서 저항 성분으로 표기하지 않는다.
결국 자속은 자기 저항(Reluctance)(R)의 변화에 따라서 이동 경로 및 세기가 변화하는 것을 알 수 있으며, 자기 저항은 자기 회로의 길이(l)에 비례하고 투자율(μ)와 단면적(A)에 반비례하는 관계가 있음을 확인할 수 있다.
도 10 내지 도 12는, 토크 센서의 비틀림 각도에 따른 폐루프를 도 9의 자기 등가 회로에 나타낸 도면이다. 도 10은, 비틀림 각도가 + 최대일 때이고, 도 11은 비틀림 각도가 0도일 때이며, 도 12는 비틀림 각도가 - 최대일 때이다. 도 10 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 비틀림 각도가 0도일 때, 1번 폐루프(①)와 2번 폐루프(②)가 형성되고, 자기 집중부(32, 42)를 경유하는 3번 폐루프(③)는 형성되지 않는다. 그리고 비틀림 각도가 + 최대일 때와 - 최대일 때 3번 폐루프(③)가 형성되는데 자기력선의 방향이 서로 반대이다.
도 13 내지 도 15는, 종래 기술의 자기 등가 회로 및 폐루프를 나타낸 도면으로, 한국공개특허 제10-2007-0043000호의 토크 센서이다. 도 13 내지 도 15의 참조부호는, 한국공개특허 제10-2007-0043000호의 명세서에 기재된 참조부호와 동일하다. 도 13은, 비틀림 각도가 + 최대일 때이고, 도 14는 비틀림 각도가 0도일 때이며, 도 15는 비틀림 각도가 - 최대일 때이다. 도 13 내지 도 15에 도시된 바와 같이, 비틀림 각도가 0도일 때, 2개의 폐루프(①, ②)가 형성되지만 콜렉팅 섹터(33, 34) 사이(즉, HALL SENSOR)를 경유하는 폐루프는 형성되지 않는다. 그리고 비틀림 각도가 + 최대일 때와 - 최대일 때 3개의 폐루프(①, ②, ③)가 형성되는데 이때 3번 폐루프(③)의 자기력선의 방향은 서로 반대이다. 도 10 내지 도 12의 본 발명의 실시예와 도 13 내지 도 15의 한국공개특허 제10-2007-0043000호의 자기 등가 회로를 비교하면, 본 발명의 실시예에서는 가변 저항이 하나인 반면, 한국공개특허 제10-2007-0043000호에서는 가변 저항이 두 개이다.
도 16 내지 도 18은, 다른 종래 기술의 자기 등가 회로 및 폐루프를 나타낸 도면으로, 미국등록특허 제8327722호의 토크 센서이다. 도 16 내지 도 18의 참조부호는 미국등록특허 제8327722호의 명세서에 기재된 참조부호와 동일하다. 도 16은, 비틀림 각도가 + 최대일 때이고, 도 17은 비틀림 각도가 0도일 때이며, 도 18는 비틀림 각도가 - 최대일 때이다. 도 16 내지 도 18에 도시된 바와 같이, 비틀림 각도가 0도일 때, 5개의 폐루프(①, ②, ③, ④, ⑤)가 형성되지만 자기 검출 부재(즉, HALL SENSOR)(9)를 경유하는 폐루프는 형성되지 않는다. 그리고 비틀림 각도가 + , 최대일 때와 - 최대일 때 6개의 폐루프(①, ②, ③, ④, ⑤, ⑥)가 형성되는데 이때 6번 폐루프(⑥)의 자기력선의 방향은 서로 반대이다. 도 10 내지 도 12의 본 발명의 실시예와 도 16 내지 도 18의 미국등록특허 제8327722호의 자기 등가 회로를 비교하면, 본 발명의 실시예에서는 가변 저항이 하나이고 폐루프가 최대 3개인 반면, 미국등록특허 제8327722호에서는 가변 저항이 두 개이면서 폐루프는 6개이다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 토크 센서는 종래 기술의 토크 센서와 비교하여, 자기 회로 구성이 심플하여, 전체적인 구성 부품의 수가 적다. 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
한국공개특허 제10-2007-0043000호의 토크 센서와 비교하여 본 발명의 실시예에 따른 토크 센서는, 크라운 구조가 하나인 반면, 한국공개특허 제10-2007-0043000호의 토크 센서는 크라운 구조가 두 개로 구성된다.
미국등록특허 제8327722호의 토크 센서는, 제 1 자성체(20)(25)와 제 2 자성체(30)(26)가, 자석(10)(22)과 서로 면적 대향을 해야 하는 반면, 본 발명의 실시예에 따른 토크 센서는, 미국등록특허 제8327722호의 토크 센서의 제 2 자성체(30)(26)에 대응할 수 있는 제 3 자성체(40)가 자석(10)과 직접적으로 면적 대향을 하지 않아도 된다. 이로 인해 본 발명의 실시예에 따른 토크 센서는 자석(10)의 높이가 종래 기술보다 작아진다. 아울러, 본 발명의 실시예의 토크 센서는 제 2, 3 자성체(30, 40)가 활꼴 형상으로서 자성 재료의 사용량이 적다. 반면, 미국등록특허 제8327722호의 토크 센서는, 제 1, 2 자성체(25, 26)가 원형으로서 자성 재료의 사용량이 많아진다.
아울러, 본 발명의 실시예에 따른 토크 센서는, 전체 자기 회로 중에서 자기력선의 흐름 및 자속 밀도를 저하시키는 공극(자기 저항)의 수가 종래 기술보다 적다. 또한 가변 저항 부재의 수량 역시 종래 기술보다 적다. 이는 자석에서 발생하는 자기력의 유도 과정에서 손실이 적다는 것을 의미하여 종래 기술들보다 자기 유도 효율이 높다고 할 수 있다.
본 명세서는 많은 특징을 포함하는 반면, 그러한 특징은 본 발명의 범위 또는 특허청구범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 개별적인 실시예에서 설명된 특징들은 단일 실시예에서 결합되어 구현될 수 있다. 반대로, 본 명세서에서 단일 실시예에서 설명된 다양한 특징들은 개별적으로 다양한 실시예에서 구현되거나, 적절히 결합되어 구현될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
10 : 자석
20 : 제 1 자성체
30 : 제 2 자성체
40 : 제 3 자성체
21 : 이빨(오픈되지 않은 영역)
22 : 연결 부재
23 : 오픈 영역
31, 41 : 자기 유도면
32, 42 : 자기 집중부
50 : 자기 감지 부재

Claims (13)

  1. 차량의 조향 장치용 토크 센서에 있어서,
    N극과 S극이 번갈아 원형으로 배치되어 있고 토션바의 일단에 설치되는 자석에 대향하는 오픈 영역과 오픈되지 않은 영역이, 원형의 연결 부재의 둘레를 따라 번갈아 배치되어 있고, 상기 토션바의 타단에 연결되는 제 1 자성체;
    상기 제 1 자성체를 사이에 두고 상기 자석의 외주를 따라 상기 자석에 대향하여 배치되어 있는 제 2 자성체;
    상기 자석과 대향하지 않으면서 상기 제 1 자성체에 대향하여 배치되어 있는 제 3 자성체; 및
    상기 제 2 자성체와 상기 제 3 자성체 사이에 배치되는 자기 감지 부재;를 포함하는 토크 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 자성체는,
    상기 오픈 영역 및 상기 오픈되지 않은 영역을 사이에 두고 상기 자석과 면적 대향하는 자기 유도면; 및
    상기 자기 유도면으로부터 바깥 방향으로 연장되어 있는 자기 집중부;를 포함하는 토크 센서.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 3 자성체는,
    상기 제 1 자성체의 상기 연결 부재와 면적 대향하는 자기 유도면; 및
    상기 제 3 자성체의 자기 유도면으로부터 바깥 방향으로 연장되어 있는 자기 집중부;를 포함하는 토크 센서.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 자기 감지 부재는,
    상기 제 2 자성체의 자기 집중부와 상기 제 3 자성체의 자기 집중부 사이의 공극에 설치되는 것을 특징으로 하는 토크 센서.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 자성체의 상기 연결 부재와 상기 제 3 자성체의 상기 자기 유도면은,
    축의 길이 방향으로 면적 대향하는 것을 특징으로 하는 토크 센서.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 자성체 및 상기 제 3 자성체는, 활꼴 형상인 것을 특징으로 하는 토크 센서.
  7. 차량의 조향 장치용 토크 센서에 있어서,
    N극과 S극이 번갈아 원형으로 배치되어 자기력선을 발생시키고 흡수하며 토션바의 일단에 연결되는 자석에 대향하는 오픈 영역과 오픈되지 않은 영역을 구비하여, 상기 오픈 영역을 통해 자기력선을 통과시키고, 상기 오픈되지 않은 영역을 통해 자기력선을 유도하며, 상기 토션바의 타단에 연결되는 제 1 자성체;
    상기 오픈 영역을 통과한 자기력선을 유도하고, 자기력선을 상기 오픈 영역 또는 상기 오픈되지 않은 영역으로 전달하는 제 2 자성체;
    상기 제 2 자성체에서 유도되어 전달되는 자기력선을 상기 제 1 자성체로 전달하고, 상기 제 1 자성체에서 유도되어 전달되는 자기력선을 상기 제 2 자성체로 전달하는 제 3 자성체; 및
    상기 제 2 자성체와 상기 제 3 자성체 사이에 배치되어 자기력선의 변화를 감지하는 자기 감지 부재;를 포함하는 토크 센서.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 토션바의 비틀림이 없을 때,
    상기 자석에서 발생한 자기력선이 상기 오픈되지 않은 영역으로 유도된 후 상기 자석으로 되돌아 가는 제 1 폐루프; 및
    상기 자석에서 발생한 자기력선이 상기 오픈 영역을 통과하여 상기 제 2 자성체에 유도된 후 다시 상기 오픈 영역을 통과하여 상기 자석으로 되돌아 가는 제 2 폐루프;를 형성하는 것을 특징으로 하는 토크 센서.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 토션바의 비틀림이 양(+)의 값일 때,
    상기 자석에서 발생한 자기력선이 상기 오픈되지 않은 영역으로 유도된 후 상기 자석으로 되돌아 가는 제 1 폐루프;
    상기 자석에서 발생한 자기력선이 상기 오픈 영역을 통과하여 상기 제 2 자성체에 유도된 후 상기 오픈되지 않은 영역을 통과하여 상기 자석으로 되돌아 가는 제 2 폐루프; 및
    상기 자석에서 발생한 자기력선이 상기 오픈 영역을 통과하여 순차적으로 상기 제 2 자성체, 상기 제 3 자성체 및 상기 오픈되지 않은 영역으로 유도된 후 상기 자석으로 전달되는 제 3 폐루프;를 형성하는 것을 특징으로 하는 토크 센서.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 토션바의 비틀림이 음(-)의 값일 때,
    상기 자석에서 발생한 자기력선이 상기 오픈되지 않은 영역으로 유도된 후 상기 자석으로 되돌아 가는 제 1 폐루프;
    상기 자석에서 발생한 자기력선이 순차적으로 상기 오픈되지 않은 영역 및 상기 제 2 자성체에 유도된 후 상기 오픈되지 않은 영역을 통과하여 상기 자석으로 되돌아 가는 제 2 폐루프; 및
    상기 자석에서 발생한 자기력선이 순차적으로 상기 오픈되지 않은 영역, 상기 제 3 자성체 및 상기 제 2 자성체로 유도된 후 상기 오픈 영역을 통과하여 상기 자석으로 전달되는 제 3 폐루프;를 형성하는 것을 특징으로 하는 토크 센서.
  11. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 자성체, 상기 제 2 자성체는 상기 자석과 면적 대향하고,
    상기 제 3 자성체는, 상기 자석과 대향하지 않으면서 상기 제 1 자성체에 면적 대향하는 것을 특징으로 하는 토크 센서.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 2 자성체 및 상기 제 3 자성체는, 활꼴 형상인 것을 특징으로 하는 토크 센서.
  13. 제 1 항 내지 제 5 항, 제 7 항 내지 제 10 중 어느 한 항의 토크 센서를 포함하는 차량의 조향 장치.
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