KR20170073511A

KR20170073511A - 토크 검출 디바이스

Info

Publication number: KR20170073511A
Application number: KR1020160171649A
Authority: KR
Inventors: 후-흐시엔 선; 흐시엔-유 큐오
Original assignee: 오토모티브 리서치 앤드 테스팅 센터
Priority date: 2015-12-18
Filing date: 2016-12-15
Publication date: 2017-06-28
Also published as: KR101932820B1; DE102016225337A1; DE102016225337B4; JP6280980B2; TWI579546B; TW201723449A; JP2017111151A

Abstract

토크 검출 디바이스(200)는 토크 전달 디바이스(8)에 장착되도록 되어 있다. 토크 전달 디바이스(200)는 회전 가능한 입력과 출력 샤프트(81, 82)를 포함한다. 토크 검출 디바이스(200)는, 입력 및 출력 샤프트(81, 82) 상에 각각 슬리브 연결되기 위한 입력 및 출력 기어(2, 3)와, 입력 기어(2), 링 기어(41)에 배열되는 태양 기어(42), 출력 기어(3)와 맞물리는 캐리어 기어(43), 및 복수의 유성 기어(44)를 포함하는 유성 기어 유닛(4)을 포함한다. 유성 기어(44)는 캐리어 기어(43)와 회전 가능하게 결합되고, 태양 기어(42)와 링 기어(41) 사이에 배열되며 링 기어(41) 및 태양 기어(42)와 맞물려서, 입력 기어(2)가 출력 기어(3)에 대해 일정 각도만큼 회전할 때, 태양 기어(42)는 더 큰 각도만큼 역방향으로 회전하도록 구동된다.

Description

토크 검출 디바이스{TORQUE DETECTING DEVICE}

본 발명은 토크 검출 디바이스에 관한 것이며, 더욱 구체적으로는 토션 바(torsion bar)의 회전각을 선형 증폭할 수 있는 토크 검출 디바이스에 관한 것이다.

도 1을 참조하면, 운전자가 차량을 더욱 용이하게 제어하게 할 수 있기 위해, 차량 조향 시스템에는 동력 보조 기능이 제공된다. 기존의 시장에서, 보통의 차량에는 일반적으로 전기 동력 조향 시스템(91)(약어로 EPS 시스템)이 제공된다.

EPS 시스템의 핵심 구성요소인 토크 검출기(92)의 주된 기능은 조향 바퀴(93)를 회전시킬 때 운전자가 가하는 조향 토크를 검출하는 것이다. 그러한 목적은 토션 샤프트(미도시) 상에 토크 검출기(92)를 장착하여 토션 바의 각도 변화를 검출하여 각도 변화에 대응하는 출력 신호를 생성함으로써 달성한다.

현재 시장에서 이용 가능한 토크 검출 디바이스는 보통 홀 효과(Hall effect) 원리 하에서 동작한다. 도 2를 참조하면, 종래의 토크 검출 디바이스에는 홀 유도 시스템이 구비되며, 회전자(95), 고정자(96) 쌍, 및 홀 요소(97)를 포함한다. 회전자(95)는, 토션 바가 배열되는 토크 전송 디바이스(미도시)의 단부에 고정되며 앞뒤로 배치된 N-S 극을 갖는 복수의 자석이 장착된 외부 링을 갖는다. 고정자(96) 각각은 복수의 클로(claw)를 가지고, 토크 전송 디바이스의 다른 단부에 고정되며, 투자율을 갖는 소재로 만든다. 홀 요소(97)는 종래의 토크 검출 디바이스의 하우징에 고정되어 자속을 감지한다. 출력 샤프트에 대해 입력 샤프트가 회전하면, 회전자(95)는 고정자(96)에 대해 움직여서, 자속의 변화를 초래한다. 이런 식으로, 홀 요소(97)는 자속의 변화를 감지할 수 있어서 토크 값을 결정할 수 있다.

홀 요소(97)는, 토크 전송 디바이스의 출력 샤프트와 입력 샤프트 사이에 생성된 상대각에 따라 토크 값을 결정하는데 사용할 수 있다. 그러나 출력 샤프트에 대한 입력 샤프트의 회전이 상대적으로 작기 때문에, 홀 요소(97) 및 기타 관련 요소의 구조에는 고 정밀도가 필요하다.

중국 특허 제 CN101825425B호는 다른 샤프트에 대한 샤프트의 회전각을 감지하는 다른 종래의 토크 검출 디바이스를 개시한다. 종래의 토크 검출 디바이스는 두 개의 유성 기어 유닛을 포함한다. 각 유성 기어 유닛은 샤프트 중 각 하나에 결합되는 태양 기어와, 태양 기어에 결합되는 검출 기어를 갖는다. 다른 샤프트에 대한 샤프트의 회전은 두 개의 유성 기어 유닛의 태양 기어 사이의 상대적인 움직임을 초래한다. 두 개의 유성 기어 유닛의 검출 기어의 투쓰의 개수는 상이하므로, 두 개의 유성 기어 유닛의 검출 기어는 상이한 회전각으로 회전한다. 이처럼, 조향 토크는 두 개의 유성 기어 유닛의 검출 기어의 투쓰의 개수와 회전각의 데이터를 사용하여 계산할 수 있다.

그러나 두 개의 유성 기어 유닛이 사용되는 구성은 앞서 언급한 종래의 토크 검출 디바이스와 관련된 상대적으로 복잡한 구조와 고비용을 초래한다. 게다가, 조향 토크를 얻을 때의 계산 방법은 상당히 복잡하다.

그러므로, 본 발명의 목적은, 편리하게 동작할 수 있으며, 검출 범위의 선형 증폭을 가능케 하여 검출 정확도를 증가시킬 수 있는 토크 검출 디바이스를 제공하는 것이다.

따라서, 토크 검출 디바이스는 토크 전송 디바이스에 장착되게 된다. 토크 전송 디바이스는 회전 가능한 입력 및 출력 샤프트를 포함한다. 토크 검출 디바이스는 입력 샤프트 상에 슬리브 연결되게 되는 입력 기어, 출력 샤프트 상에 슬리브 연결되게 되는 출력 기어, 및 유성 기어 유닛을 포함한다.

유성 기어 유닛은 입력 기어와 맞물리는 링 기어, 링 기어에 배열되는 태양 기어, 출력 기어와 맞물리는 반송 기어, 및 복수의 유성 기어를 포함한다. 유성 기어는 반송 기어에 회전 가능하게 결합되고, 태양 기어와 링 기어 사이에 배치되며, 링 기어 및 태양 기어와 맞물려서, 입력 기어가 제1 각도만큼 출력 기어에 대해 회전 방향으로 회전할 때, 태양 기어는, 제1 각도보다 큰 제2 각도만큼 반대 회전 방향으로 회전하도록 구동된다.

유성 기어 유닛의 존재와, 링 기어, 태양 기어, 유성 기어, 반송 기어, 입력 기어 및 출력 기어의 내부 투쓰 사이의 배치 덕분에, 입력 샤프트와 출력 샤프트 사이의 추가 회전각이 태양 기어를 통해 확대될 수 있어서, 토크 계산을 용이하게 할 수 있으며 검출 범위의 선형 증폭이 가능하여 검출 정확도를 증가시킬 수 있다.

본 개시의 다른 특성과 장점은 수반하는 도면을 참조한 실시예에 대한 다음의 상세한 설명에서 분명하게 될 것이다.
도 1은 EPS 시스템의 사시도이다.
도 2는, 홀 유도 시스템이 구비된 종래의 토크 검출 디바이스의 분해 사시도이다.
도 3은, 토크 전송 디바이스에 장착된 본 발명에 따른 토크 검출 디바이스의 실시예의 단면도이다.
도 4는 이 실시예의 사시도이다.
도 5는 이 실시예의 분해 사시도이다.
도 6은 이 실시예의 부분적인 평면도이다.
도 7은 이 실시예의 단면도이다.
도 8은, 이 실시예의 제1 기어, 제2 기어, 출력 기어 및 반송 기어 사이의 구조적 관계를 예시하는 개략도이다.

도 3, 도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 토크 검출 디바이스(200)의 실시예가 토크 전송 디바이스(8)에 장착되게 된다. 토크 전송 디바이스(8)는, 회전 가능한 입력 샤프트(81), 입력 샤프트(81)에 대해 회전 가능한 출력 샤프트(82), 및 입력 샤프트(81)와 출력 샤프트(82) 사이에 연결되는 토션 바(83)를 포함한다. 입력 샤프트(81)는, 제1 가이드 홈(812) 쌍이 형성된 제1 샤프트 본체(811)를 갖는다. 출력 샤프트(82)는, 제2 가이드 홈(822) 쌍이 형성된 제2 샤프트 본체(821)를 갖는다.

토션 바(83)는 토션 스프링과 동일한 물리적 특징을 갖는다. 즉, 토션 바(83)의 토션은 토션 바(83)의 강도와 토션 바(83)가 받게 되는 꼬임각의 곱과 같다. 스토퍼 메커니즘(미도시)이 입력 샤프트(81)와 출력 샤프트(82) 사이에 배열되어, 토션 바(83)의 꼬임각을 일반적으로 +/-5°사이인 범위로 제한한다.

출력 샤프트(82)가 언로딩되면, 출력 샤프트(82)는 입력 샤프트(81)와 함께 회전 가능하다. 즉, 조향 힘이 인가될 때 입력 샤프트(81)의 회전은 토션 바(83)의 변형을 초래하지 않는다.

출력 샤프트(82)가 제한될 때, 조향 힘이 인가될 때의 입력 샤프트(81)의 회전은 토션 바(83)의 변형을 초래하며, 입력 샤프트(81)의 추가 회전각과, 출력 샤프트(82)에 대한 입력 샤프트(81)의 토크는 선형 비례 관계에 있다.

토크 검출 디바이스(200)는 입력 기어(2), 출력 기어(3), 유성 기어 유닛(4), 제1 각도 감지 유닛(5), 계산 유닛(6) 및 제2 각도 감지 유닛(7)을 포함한다.

입력 기어(2)는 입력 샤프트(81) 상에 슬리브 연결되게 되며, 입력 샤프트(81)의 제1 샤프트 본체(811)의 관통 연장을 위한 제1 연장 구멍(21)과, 제1 연장 구멍(21) 내로 내부로 돌출하며 제1 가이드 홈(812)과 각각 체결하게 되는 제1 돌출부(22)의 쌍을 갖는다.

출력 기어(3)는 출력 샤프트(82) 상에 슬리브 연결되게 되며, 입력 샤프트(81)의 제2 샤프트 본체(821)의 관통 연장을 위한 제2 연장 구멍(31)과, 제2 연장 구멍(31) 내로 내부로 돌출하며 제2 가이드 홈(822)과 각각 체결하게 되는 제2 돌출부(32)의 쌍을 갖는다.

도 5, 도 6 및 도 7을 참조하면, 유성 기어 유닛(4)은 입력 기어(2)와 맞물리는 링 기어(41), 링 기어(41)에 배열되는 태양 기어(42), 출력 기어(3)와 맞물리는 반송 기어(43), 및 반송 기어(43)에 의해 회전 가능하게 결합되고 태양 기어(42)와 링 기어(41) 사이에 배열되며 링 기어(41) 및 태양 기어(42)와 맞물리는 복수의 유성 기어(44)를 포함한다.

링 기어(41)는 입력 기어(2)와 맞물리는 복수의 외부 투쓰(411)와, 유성 기어(44)와 맞물리는 복수의 내부 투쓰(412)를 갖는다.

링 기어(41)의 외부 투쓰(411)의 개수는 입력 기어(2)의 투쓰의 개수와 동일하다. 즉, T_(E) = T_(I)의 관계를 만족하며, 여기서, T_(E)는 링 기어(41)의 외부 투쓰(411)의 개수를 나타내며, T_(I)는 입력 기어(2)의 투쓰의 개수를 나타낸다. 이 실시예에서, 링 기어(41)의 외부 투쓰(411)와, 입력 기어(2)의 투쓰의 개수 각각은 62개이다.

링 기어(41)의 내부 투쓰(412)의 개수는 1보다 큰 미리 결정된 상수 곱하기 태양 기어(42)의 투쓰의 개수이다. 즉, T_(R) = T_(S) × K의 관계를 만족하며, 여기서 T_(R)은 링 기어(41)의 내부 투쓰(412)의 개수를 나타내고, T_(S)는 태양 기어(42)의 투쓰의 개수를 나타내며, (K)는 미리 결정된 상수를 나타낸다. 이 실시예에서, 태양 기어(42)의 투쓰의 개수는 6개이고, 미리 결정된 상수는 15이며, 링 기어(41)의 내부 투쓰(412)의 개수는 90개이다.

반송 기어(43)는 복수의 외부 투쓰를 가지며, T_(P) × K = T_(O) × (K+1)의 관계를 만족하며, 여기서, T_(P)는 반송 기어(43)의 외부 투쓰의 개수를 나타내며, T_(O)는 출력 기어(3)의 투쓰의 개수를 나타낸다. 이 실시예에서, 반송 기어(43)의 외부 투쓰의 개수는 64개이며, 출력 기어(3)의 투쓰의 개수는 60개이다.

제1 각도 감지 유닛(5)은 태양 기어(42) 상에 배열되는 제1 자석(51)과, 태양 기어(42)의 회전 동안 제1 자석(51)이 회전하는 각도를 감지하기 위해 배열되는 제1 자기 유도 모듈(52)을 포함한다.

계산 유닛(6)은 제1 각도 감지 유닛(5)에 전기적으로 연결되며, 제1 각도 감지 유닛(5)에 의해 감지된 각도를 참조하여 출력 샤프트(82)에 대한 입력 샤프트(81)의 토크를 계산하기 위해 배열된다.

도 5, 도 6 및 도 8을 참조하면, 제2 각도 감지 유닛(7)은 반송 기어(43)와 맞물리는 제1 및 제2 기어(71, 72), 제1 기어(71) 상에 배열되는 제2 자석(73), 제2 기어(72) 상에 배열되는 제3 자석(74), 계산 유닛(6)에 전기적으로 연결되며 제1 기어(71)의 회전 동안 제2 자석(73)이 회전하는 각도를 감지하기 위해 배열되는 제2 자기 유도 모듈(75), 및 계산 유닛(6)에 전기적으로 연결되며 제2 기어(72)의 회전 동안 제3 자석(74)이 회전하는 각도를 감지하기 위해 배열되는 제3 자기 유도 모듈(76)을 포함한다.

제1 기어(71)의 투쓰의 개수는 제2 기어(72)의 투쓰의 개수와 상이하다. 이 예에서, 제1 기어(71)의 투쓰의 개수는 19개이며, 제2 기어(72)의 투쓰의 개수는 17개이다.

도 5, 도 6 및 도 7을 참조하면, 계산 유닛(6)은, 제2 및 제3 자석(73, 74)이 각각 회전하는 각도 - 제2 자기 유도 모듈(75) 및 제3 자기 유도 모듈(76)에 의해 각각 감지됨 - 를 참조하여 토크 전송 디바이스(8)의 회전각을 계산한다.

도 3, 도 5 및 도 6을 참조하면, 토크 전송 디바이스(8)가 사용 중일 때, 입력 샤프트(81)는 차량의 조향 바퀴(미도시)에 보통 연결되며, 출력 샤프트(82)는 차량의 조향 박스(미도시)에 보통 연결된다. 출력 샤프트(82)가 언로딩되면, 조향 바퀴의 회전은 입력 샤프트(81) 및 출력 샤프트(82)가 함께 회전하게 할 것이며, 입력 샤프트(81)과 출력 샤프트(82) 사이의 상대 회전각은 존재하지 않을 것이다. 출력 샤프트(82)가 제한되며, 입력 샤프트(81)에 조향력이 인가되며, 토션 바(83)의 꼬임각인, 출력 샤프트(82)에 대한 입력 샤프트(81)의 추가 회전각이 감지되면, 토션 바(83)의 토크는, 토션 바(83)의 토션이 토션 바(83)가 받게 되는 꼬임각과 토션 바(83)의 강도의 곱과 같다는 관계 하에서 계산할 수 있다.

입력 기어(2)와 입력 샤프트(81) 사이의 체결과, 출력 기어(3)와 출력 샤프트(82) 사이의 체결로, 입력 및 출력 기어(2, 3)는 입력 및 출력 샤프트(81, 82)에 용이하게 결합될 수 있다. 게다가, 입력 기어(2)의 제1 돌출부(22)와 출력 기어(3)의 제2 돌출부(32)의 간단한 구조로 인해 입력 및 출력 기어(2, 3)의 제조 비용이 감소하게 된다.

입력 샤프트(81)와 출력 샤프트(82)가 회전할 때, 링 기어(41)와 반송 기어(43)는 입력 샤프트(81)와 출력 샤프트(82)에 의해 회전하도록 각각 구동되어, 유성 기어(44)를 통해 태양 기어(42)의 회전을 구동한다.

유성 기어 유닛(4)에 대한 제1 수학식에 따르면:

ψ_(S)= ((T_(R)/T_(s)) + 1)ψ_(P)- (T_(R)/T_(s))ψ_(R)

여기서, T_(s)는 앞서 언급한 바와 같이 태양 기어(42)의 투쓰의 개수이고, T_(R)은 앞서 언급한 바와 같이 링 기어(41)의 내부 투쓰(412)의 개수이고, ψ_(S)는 태양 기어(42)의 회전각이고, ψ_(P)는 반송 기어(43)의 회전각이며, ψ_(R)은 링 기어(41)의 회전각이다.

출력 샤프트(82)가 입력 샤프트(81)와 함께 회전 가능할 때, 태양 기어(42)의 투쓰의 개수는 6개이며, 링 기어(41)의 내부 투쓰(412)의 개수는 90개이므로, ψ_(S)= 16ψ_(P)- 15ψ_(R)인 제2 수학식을 얻는다.

반송 기어(43)의 회전각과 링 기어(41)의 회전각은 ψ_(P)/ψ_(R)= 15/16인 제3 수학식을 만족하도록 설계된다. 그러므로, 관계를 제2 수학식으로 대체할 때, 태양 기어(42)의 회전각은 0°로 유도될 수 있으며, 이것이 의미하는 점은 태양 기어(42)는 회전하지 않으며, 그에 따라, 태양 기어(42) 상에 배열된 제1 자석(51)이 회전하지 않는다는 점이다. 제1 자석(51)이 회전하는 각도에 따라 제1 자기 유도 모듈(52)에 의해 감지되는, 출력 샤프트(82)에 대한 입력 샤프트(81)의 토크는 결국 계산 유닛(6)에 의해 0인 것으로 계산된다.

출력 샤프트(82)가 제한되며, 입력 샤프트(81)에 조향력이 인가되어 출력 샤프트(82)에 대해 추가 회전각(C)만큼 회전될 때, 입력 기어(2)는 출력 기어(3)에 대해 추가 회전각(C)만큼 또한 회전하며, 결국 링 기어(41)는 반송 기어(43)에 대해 추가 회전각(C)만큼 회전하여, 제1 수학식으로부터 ψ_(S)= 16ψ_(P)- 15(ψ_(R)+ C)인 제4 수학식을 유도할 수 있다. 제3 수학식을 제4 수학식으로 대체함으로써, ψ_(S)= -15C인 제5 수학식을 얻을 수 있으며, 이것이 의미하는 점은, 태양 기어(42)의 회전각은 추가 회전각(C)의 15배이며, 태양 기어(42)의 회전 방향은 입력 샤프트(81)의 회전 방향과 반대라는 점이다. 이처럼, 입력 샤프트(81)와 출력 샤프트(82) 사이의 상대 회전각(C)은 태양 기어(42)의 회전각을 통해 확대된다. 이 순간에, 제1 자석(51)은 태양 기어(42)의 회전 동안 회전하며, 제1 자기 유도 모듈(52)이 제1 자석(51)의 회전각을 검출할 때, 출력 샤프트(82)에 대한 입력 샤프트(81)의 토크는 계산 유닛(6)에 의해 계산할 수 있다. 이 실시예에서, 태양 기어(42)의 회전 범위는 +/-120°이도록 설계되며, 이것이 의미하는 점은 추가 회전각(C)의 범위가 +/-8°라는 점이다. 토션 바(83)의 앞서 언급한 꼬임각은 +/-5°사이로 제한되므로, 추가 회전각(C)의 범위 한계를 초과하지 않는다.

게다가, 토크 전송 디바이스(8)의 앞서 언급한 움직임 동안, 반송 기어(43)의 회전이 제1 기어(71)와 제2 기어(72)의 회전을 구동하므로, 그리고 제1 기어(71)와 제2 기어(72) 사이의 투쓰의 개수가 동일하지 않으므로, 제2 자석(73)과 제3 자석(74)의 회전각은 동일하지 않다. 제2 자석(73)과 제3 자석(74)의 회전각은 각각 제2 자기 유도 모듈(75)과 제3 자기 유도 모듈(76)에 의해 감지되어, 계산 유닛(6)은, 제2 자석(73)과 제3 자석(74)에 의해 감지된 각도와, 제1 기어(71)와 제2 기어(72) 사이의 투쓰의 개수를 참조하여, 토크 전송 디바이스(8)가 회전하는 각도를 계산할 수 있다.

간단히 말해, 제1 기어(71)의 투쓰의 개수가 19개이고, 제2 기어(72)의 투쓰의 개수가 17개이므로, 제1 기어(71)가 17번 회전 동안 회전할 때, 제2 기어(72)는 19번 회전 동안 회전하게 된다. 이 순간, 제1 기어(71)와 제2 기어(72)는 각각 그 원래의 위치로 움직인다. 그러므로, 제2 자석(73)과 제3 자석(74) 사이의 회전각 차이를 감지함에 따라, 토크 전송 디바이스(8)가 회전하는 각도를 계산할 수 있다.

이 실시예에서, 반송 기어(43)와 출력 기어(3) 사이의 투쓰의 개수의 비가 64/60이므로, 회전 속도의 비는 60/64, 즉 0.9375이다. 출력 기어(3)의 회전각이 적어도 800°에서부터 -800°까지의 범위이며(즉, 출력 기어(3)의 회전각의 범위가 적어도 1600°임), 이 실시예에서 출력 기어(3)가 그에 따라 1900°와 3000°사이의 회전각의 범위를 갖는 것으로 예시되도록 구성될 때, 반송 기어(43)의 회전각의 범위는 (1900 × 0.9375)°와 (3000 × 0.9375)° 사이, 즉 1781°과 2812° 사이일 것이며, 이것은 다시, 회전수로 나타내면, 반송 기어(43)가 회전하는 회전은 1781/360과 2812/360 사이, 즉 4.9 내지 7.8의 범위이다.

이처럼, 제1 기어(71)와 제2 기어(72)의 투쓰의 개수의 최소 공배수는 (4.9 × 64)와 (7.8 × 64) 사이, 즉 314와 499 사이이어야 한다. 323의 최소 공배수를 참조하면, 제1 기어(71)의 투쓰의 개수는 17개로 설정되며, 제2 기어(72)의 투쓰의 개수는 19개로 설정된다.

이 실시예에서 처럼 기어로 실현되는 것과는 별도로, 입력 기어(2)와 링 기어(41) 사이의 통합과 출력 기어(3)와 유성 기어(44) 사이의 통합은 풀리와 벨트에 의해 또는 사슬톱니바퀴와 사슬에 의해 실현할 수 도 있음을 본 명세서에서 주목해야 하며, 이들 실현은 유사한 효과를 산출할 수 있다.

게다가, 통합된 기어 쌍에 할당된 투쓰의 개수에 대해 이 실시예에서 개시한 것과는 별도로, 유사한 효과를 달성하는 한, 다른 개수 세트를 할당할 수 있다. 더 나아가, 이 실시예에서, 모든 기어는 플라스틱 소재로 만들지만, 본 명세서에서 개시한 것이 구현의 한계로서 부과되지는 않아야 한다.

실제 응용에서, 토크 검출 디바이스는 전기 자전거, 전기 휠체어 등과 같은 여러 전기 동력 차량에 적용할 수 있다.

앞선 내용으로부터, 본 발명에 따른 토크 검출 디바이스는 다음의 장점을 제공한다:

(1) 토크 검출 디바이스는 15의 팩터만큼 감지되는 추가 회전각(C)을 확대할 수 있어서, 검출 범위가 확대되며, 감지 정확도가 종래 기술에서 개시한 종래의 홀 요소 타입 토크 검출 디바이스와 비교하여 상당히 개선된다.

(2) 토크 검출 디바이스는 기계 메커니즘을 통해 추가 회전각(C)을 확대하여, 종래의 홀 요소 타입 토크 검출 디바이스가 외부 전기 간섭으로 인해 오작동할 가능성을 회피할 수 있다.

(3) 감지된 종래의 홀 요소 타입 토크 검출 디바이스의 추가 회전각이 매우 작으므로, 홀 요소의 정밀도와 구조적 구성의 요건은 더 높다. 게다가, 클로-형상 고정자의 설계는 자기 회로 분석을 요구하며, 그러므로 제조 프로세스와 관련된 높은 난이도를 초래한다. 게다가, 클로-형상 고정자의 생산은 조립 동안 용이하게 변형되는 단점이 있다. 이와 대조적으로, 본 발명의 동작은 플라스틱 기어에 의해 실행되며, 플라스틱 기어의 제조는 매우 성숙한 기술이므로, 본 발명의 토크 검출 디바이스의 설계와 제조는 상대적으로 용이하다.

(4) 두 개의 유성 기어 유닛이 구비된 다른 종래의 토크 검출 디바이스와 비교하여, 단일 유성 기어 유닛을 갖는 본 발명의 토크 검출 디바이스는 더 간단한 구조를 가지며 더 용이하게 동작할 수 있다. 게다가, 조향 토크를 얻을 때의 계산 방법은 상대적으로 용이하다.

요약하면, 유성 기어 유닛(4)의 존재와, 내부 투쓰(412), 태양 기어(42), 유성 기어(44), 반송 기어(43), 입력 기어(2) 및 출력 기어(3) 사이의 배치 덕분에, 입력 샤프트(81)와 출력 샤프트(82) 사이의 추가 회전각(C)이 태양 기어(42)를 통해 확대될 수 있어서, 토크 계산을 용이하게 할 수 있으며, 홀 요소가 구비된 종래의 토크 검출 디바이스와 관련된 홀 요소의 정밀도와 구조적 구성의 높은 요건으로 인한 고비용의 단점을 회피할 수 있다. 게다가, 2개의 유성 기어 유닛이 구비된 다른 종래의 토크 검출 디바이스와 비교하여, 단일 유성 기어 유닛을 갖는 본 발명의 토크 검출 디바이스는 더 간단한 구조를 가지며, 더 용이하게 동작할 수 있다.

본 개시는 예시한 실시예로 고려된 것과 연계하여 설명하였지만, 본 발명은 개시된 실시예로 제한되기 보다는 가장 넓은 해석의 범위와 사상 내에 포함되는 여러 배치를 커버하여 그러한 모든 변경 및 등가의 배치를 포함하고자 함을 이해해야 한다.

Claims

회전 가능한 입력 샤프트 및 출력 샤프트를 포함하는 토크 전송 디바이스에 장착되게 되는 토크 검출 디바이스로서, 상기 토크 검출 디바이스는:
상기 입력 샤프트 상에 슬리브 연결(sleeved)되게 되는 입력 기어;
상기 출력 샤프트 상에 슬리브 연결되게 되는 출력 기어; 및
유성 기어 유닛을 포함하며, 상기 유성 기어 유닛은
상기 입력 기어와 맞물리는 링 기어,
상기 링 기어에 배열되는 태양 기어,
상기 출력 기어와 맞물리는 반송 기어, 및
상기 반송 기어에 회전 가능하게 결합되고, 상기 태양 기어와 상기 링 기어 사이에 배열되며, 상기 링 기어 및 상기 태양 기어와 맞물리는 복수의 유성 기어로서, 상기 입력 기어가 제1 각도만큼 상기 출력 기어에 대해 회전 방향으로 회전할 때, 상기 태양 기어가 상기 제1 각도보다 큰 제2 각도만큼 반대 회전 방향으로 회전하도록 구동되게 하는, 상기 복수의 유성 기어를 포함하는, 토크 검출 디바이스.
청구항 1에 있어서, 상기 제2 각도는, 1보다 큰 미리 결정된 상수를 상기 제1 각도에 곱한 것이고;
상기 링 기어는 상기 입력 기어와 맞물리는 복수의 외부 투쓰와, 상기 유성 기어와 맞물리는 복수의 내부 투쓰를 가지며;
T_(E) = T_(I), T_(R) = T_(S) × K, 및 T_(P) × K = T_(O) × (K+1)의 관계를 만족하며, 여기서, T_(E)는 상기 링 기어의 상기 외부 투쓰의 개수를 나타내고, T_(I)는 상기 입력 기어의 투쓰의 개수를 나타내고, T_(R)은 상기 링 기어의 상기 내부 투쓰의 개수를 나타내고, T_(S)는 상기 태양 기어의 투쓰의 개수를 나타내고, (K)는 미리 결정된 상수를 나타내고, T_(P)는 상기 반송 기어의 투쓰의 개수를 나타내며, T_(O)는 상기 출력 기어의 투쓰의 개수를 나타내는, 토크 검출 디바이스.
청구항 2에 있어서, 상기 태양 기어 상에 배열되는 제1 자석과, 상기 태양 기어의 회전 동안 상기 제1 자석이 회전하는 각도를 감지하기 위해 배열되는 제1 자기 유도 모듈을 포함하는 제1 각도 감지 유닛; 및
상기 제1 각도 감지 유닛에 전기적으로 연결되며, 상기 제1 각도 감지 유닛에 의해 감지된 각도를 참조하여 상기 출력 샤프트에 대한 상기 입력 샤프트의 토크를 계산하기 위해 배열되는 계산 유닛을 더 포함하는, 토크 검출 디바이스.
청구항 3에 있어서, 상기 반송 기어와 맞물리는 제1 및 제2 기어를 포함하는 제2 각도 감지 유닛을 더 포함하며, 상기 제1 기어의 투쓰의 개수는 상기 제2 기어의 투쓰의 개수와 상이한, 토크 검출 디바이스.
청구항 4에 있어서, 상기 제2 각도 감지 유닛은:
상기 제1 기어 상에 배열되는 제2 자석;
상기 제2 기어 상에 배열되는 제3 자석;
상기 계산 유닛에 전기적으로 연결되며, 상기 제1 기어의 회전 동안 상기 제2 자석이 회전하는 각도를 감지하기 위해 배열되는 제2 자기 유도 모듈; 및
상기 계산 유닛에 전기적으로 연결되며, 상기 제2 기어의 회전 동안 상기 제3 자석이 회전하는 각도를 감지하기 위해 배열되는 제3 자기 유도 모듈을 더 포함하며,
상기 계산 유닛은, 상기 제2 및 제3 자기 유도 모듈에 의해 감지되는 각도를 참조하여 상기 출력 샤프트가 회전하는 각도를 계산하기 위해 배열되는, 토크 검출 디바이스.
청구항 4에 있어서, 상기 제1 기어의 투쓰의 개수는 19개이며;
상기 제2 기어의 투쓰의 개수는 17개인, 토크 검출 디바이스.
청구항 2에 있어서, 상기 미리 결정된 상수는 15인, 토크 검출 디바이스.
청구항 2에 있어서, 상기 링 기어의 상기 외부 투쓰의 개수와 상기 입력 기어의 투쓰의 개수 각각은 62개이고;
상기 태양 기어의 투쓰의 개수는 6개이고;
상기 링 기어의 상기 내부 투쓰의 개수는 90개이고;
상기 반송 기어의 투쓰의 개수는 64개이며;
상기 출력 기어의 투쓰의 개수는 60개인, 토크 검출 디바이스.
청구항 2에 있어서, 상기 입력 기어는, 상기 입력 샤프트의 제1 샤프트 본체의 관통 연장을 위한 제1 연장 구멍과, 상기 제1 연장 구멍 내로 내부로 돌출하며 상기 제1 샤프트 본체에 형성된 제1 가이드 홈과 체결하게 되는 제1 돌출부를 가지며;
상기 출력 기어는, 상기 입력 샤프트의 제2 샤프트 본체의 관통 연장을 위한 제2 연장 구멍과, 상기 제2 연장 구멍 내로 내부로 돌출하며 상기 제2 샤프트 본체에 형성된 제2 가이드 홈과 체결하게 되는 제2 돌출부를 갖는, 토크 검출 디바이스.
청구항 2에 있어서, 상기 반송 기어의 상기 투쓰는 상기 반송 기어의 외부 둘레 표면 상에 형성되는, 토크 검출 디바이스.