KR20170126859A

KR20170126859A - 토크 센서의 개선

Info

Publication number: KR20170126859A
Application number: KR1020177019968A
Authority: KR
Inventors: 로버트 힐; 앤드루 폴 스미스; 제임스 스테판 아이언사이드; 매튜 라너
Original assignee: 티알더블유 리미티드
Priority date: 2015-01-19
Filing date: 2016-01-19
Publication date: 2017-11-20
Also published as: US20180010971A1; EP3247985A1; US10323994B2; CN107406102A; EP3247985B1; CN107406102B; GB201500876D0; WO2016116742A1

Abstract

제1샤프트 및 제2샤프트와 제1샤프트를 제2샤프트에 연결하는 토션 바와, 제1샤프트에 대해 고정되고 토션 바를 따라 연장되어 제2샤프트와 적어도 부분적으로 축 방향으로 중첩되는 중공의 슬리브와, 토션 바를 비틀리게하는 토크가 토크 센서에 인가됨에 따라 제2샤프트에 대한 제1샤프트의 각 편향에 따르는 신호를 생성하는 각 편향 표시 수단과, 슬리브에 고정된 적어도 하나의 구동 도그와 제2샤프트에 고정된 적어도 하나의 대응하는 구동 도그로서 상기 적어도 하나의 구동 도그 및 상기 적어도 하나의 대응하는 구동 도그는 정상 동작시에는 토션 바의 정의된 범위의 각 편향을 허용하도록 오프셋되지만 토션 바의 고장시에는 토크가 제1샤프트로부터 제2샤프트로 전달되는 경로를 제공하도록 서로 체결하는 적어도 하나의 구동 도그 및 적어도 하나의 대응하는 구동 도그와, 제2샤프트 및 슬리브 중 하나의 보어 내에 고정된 제1부분을 갖는 연결 요소로서 상기 연결 요소는 제2샤프트 및 슬리브 중 다른 하나의 구조 내로 연장되되 토크 센서에서의 제로 토크에서 상기 연결 요소는 상기 구동 도그들 사이의 간극보다 더 큰 각 거리만큼 상기 구조로부터 원주 방향으로 이격되고 토션 바의 고장시에는 제1샤프트 및 제2샤프트가 서로 이격되는 것을 방지하기 위해 제1샤프트 및 제2샤프트의 축선 방향에서 상기 구동 도그들의 중첩부분보다 작은 상기 구조로부터 상기 축선 방향으로 이격되되 그렇지 않으면 상기 구동 도그들이 체결되는 것을 막을 양만큼 이격되는 연결 요소를 포함하는 전동식 파워 스티어링 장치용 토크 센서가 개시된다.

Description

토크 센서의 개선 {IMPROVEMENTS IN TORQUE SENSORS}

본 발명은 토크 센서, 특히 전동식 파워 스티어링 장치(electric power assisted steering system)에 사용하기위한 토크 센서의 개선에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 토크 센서가 포함된 전동식 파워 스티어링 시스템에 관한 것이다.

전동식 파워 스티어링 장치를 제공하여 전기 모터가 운전자가 휠을 돌리는 것을 돕는 장치에 토크를 인가하는 것이 알려져있다. 통상적인 컬럼 구동 장치에서 이는 슈라우드(shroud) 내에서 지지되는 스티어링 컬럼 샤프트를 포함한다. 샤프트는 일단부가 스티어링 휠에 연결되고 타단부가 기어박스와 체결된다. 기어박스는 샤프트를 전기모터와 또한 차량의 스티어링 휠에 연결한다. 전기모터는 토크를 인가하기 위해 적절한 구동회로에 의해 구동되고, 구동회로는 제어기에 의해 생성된 토크 요구신호에 응답한다. 토크센서가 제공되고 이는 운전자가 컬럼 축에 가하는 토크를 측정하거나 또는 생산된 장치의 유형에 따라 장치의 일부 다른 지점에서 토크를 측정한다. 이러한 토크 측정은 제어기에 공급되어 토크 요구신호를 생성하기위한 기초로 사용된다. 일반적으로, 측정된 토크가 높을수록 보조 토크의 값은 커진다.

모터에 의해 인가되는 보조 토크는 또한 차량 속도의 함수 또는 다른 차량 작동 파라미터의 함수로서 변화할 수 있다. 실제로 모터는 또한 차량 제어에 도움이 될 수 있는 기타 토크를 적용하는데 사용될 수도 있다.

여러 토크 센서가 사용가능하지만, 일반적으로 토크 센서는 컬럼 샤프트와 기어박스 사이에 횡대로 연결되어있는 토션 바의 두 종단부 간의 미분 각도 변위를 측정하여 작동한다. 상기 각도 변위는 비교적 낮은 생산 비용 덕택에 일반적으로 된 자기형 센서 또는 유도형 센서와 함께 다양한 범위의 센서를 사용하여 측정할 수 있다. 이러한 센서들은 잘 알려져 있기 때문에, 여기서는 상세한 설명을 생략한다.

토크 센서는 일반적으로 기어박스 안에 수납된다. 모터를 기어박스 하우징에 고정시킴으로써 스티어링 장치의 전기 보조 부품 모두를 단일의 소형 유닛으로 제조할 수 있다.

토션 바는 스티어링 휠과 로드 휠 사이의 기계적 연결을 제공한다. 과도한 비틀림 하중이 가해진 경우(아마도 차량 로드 휠이 고속으로 장애물에 부딪힐 경우) 토션 바가 손상되는 것을 방지하기 위해, 맞물려 토션 바가 겪을 비틀림의 양을 제한하는 구동 도그들(drive dogs)을 제공하는 것이 알려져 있다. 이는 또한 비록 약간의 존재하는 자유로운 작동이 있겠으나 토션 바가 고장나는 가능성이 매우 낮은 경우에도 연속된 기계적 연결을 제공한다.

이러한 경우, 스티어링 컬럼 샤프트가 축 방향으로 이동하여 토크 센서의 두 단부를 분리시킬 수 있고 이리하여 스티어링 휠이 회전할 때 상기 구동 도그들이 체결하지않게 될 위험이 있다. 이것은 출원인의 이전의 장치에서는 스티어링 컬럼 샤프트에 숄더를 제공함으로써 방지되는데, 여기서 이는 기어박스 하우징에 인입하여 기어박스 상에서 또는 스티어링 샤프트를 지지하는 슈라우드 내에서 대응하는 숄더와 체결하게 된다. 이것은 잘 작동하지만, 기어박스 또는 슈라우드의 설계에 추가적인 제약이 추가된다는 점에서 어셈블리의 단점이 있다.

본 발명의 제1측면에 따르면, 본 발명은 다음을 포함하는 전동식 파워 스티어링 장치용 토크 센서를 제공한다:

제1샤프트 및 제2샤프트와 상기 제1샤프트를 상기 제2샤프트에 연결하는 토션 바;

상기 제1샤프트에 대한 제1위치에 고정되고 상기 토션 바를 따라 연장되어 상기 제2샤프트와 적어도 부분적으로 축 방향으로 중첩되는 중공의 슬리브;

상기 토션 바를 비틀리게하는 토크가 상기 토크 센서에 인가됨에 따라 상기 제2샤프트에 대한 상기 제1샤프트의 각 편향에 따르는 신호를 생성하는 각 편향 표시 수단;

상기 슬리브에 고정된 적어도 하나의 구동 도그와 상기 제2샤프트에 고정된 적어도 하나의 대응하는 구동 도그로서, 상기 적어도 하나의 구동 도그 및 상기 적어도 하나의 대응하는 구동 도그는 정상 동작시에는 상기 토션 바의 정의된 범위의 각 편향을 허용하도록 오프셋되지만, 상기 토션 바의 고장시에는 토크가 상기 제1샤프트로부터 상기 제2샤프트로 전달되는 경로를 제공하도록 서로 체결하는 적어도 하나의 구동 도그 및 적어도 하나의 대응하는 구동 도그; 및

상기 제2샤프트 및 상기 슬리브 중 하나의 보어 내에 고정된 제1부분을 갖는 연결 요소로서, 상기 연결 요소는 상기 제2샤프트 및 상기 슬리브 중 다른 하나의 구조 내로 연장되되, 토크 센서에서의 제로 토크에서 상기 연결 요소는 상기 구동 도그들 사이의 간극보다 더 큰 각 거리만큼 상기 구조로부터 원주 방향으로 이격되고 상기 토션 바의 고장시에는 상기 제1샤프트 및 제2샤프트가 서로 이격되는 것을 방지하기 위해 상기 제1샤프트 및 제2샤프트의 축선 방향에서 상기 구동 도그들의 중첩부분보다 작은 상기 구조로부터 상기 축선 방향으로 이격되되 그렇지 않으면 상기 구동 도그들이 체결되는 것을 막을 양만큼 이격되는 연결 요소.

상기 연결 요소는 핀을 포함할 수 있고, 이는 길이의 전부 또는 대부분을 따라 일반적으로 원형인 단면을 갖는 길이연장된 요소를 포함할 수 있다. 이는 양쪽 단부에서 중심을 향하여 테이퍼져서 통(barrel)과 같은 모양을 갖거나, 또는 한쪽 단부에서 다른 쪽 단부로 테이퍼지거나, 또는 길이의 전부 또는 대부분을 따라 일반적으로 균일한 직경을 가질 수 있다.

상기 연결 요소는 길이를 따라 이격된 위치에서 하나 이상의 외주의 홈을 포함할 수 있어 상기 연결 요소가 이것이 고정되어있는 보어 상으로 밀착하는 것을 도울 수 있다.

상기 연결 요소가 돌출하는 상기 구조는 상기 연결 요소의 일부가 연장되는 과대형 보어를 포함할 수 있다.

상기 구조는 상기 슬리브의 내면 또는 상기 제2샤프트의 외면을 가로질러 접선 방향으로 연장되는 슬롯을 포함할 수 있다. 대안으로는, 상기 구조는 상기 연결 요소가 내부에 돌출되는 과대형 보어를 포함할 수 있다.

보어인 상기 구조는 토션 바의 축에 직교하는 평면 내에서 연장될 수 있고, 가장 바람직하게는 토션 바의 축선 내로 또는 상기 축선으로 멀어지게 방사상으로 연장된다.

상기 연결 요소는 억지 끼워맞춤(interference fit)과 같이 고정되어있는 보어 내로 압입 끼워맞춤(press fit) 될 수 있다. 이리하면 접착제나 기타 고정구가 불필요하면서도 보어로부터 확실하게 빠지지 않는다. 다른 방식, 예컨대 나사산 체결 등으로 확실히 고정될 수 있다.

제1의 바람직한 배치구조에서, 상기 연결 요소의 일 부분은 상기 슬리브의 보어 내에 고정되고, 다른 부분은 상기 제2샤프트의 과대형 보어의 형태로 구조 내로 삽입된다. 각 보어는 상기 샤프트들의 축선을 향해 방사상으로 연장될 수 있다.

이는 내부 샤프트의 보어 내로 돌출될 때까지 연결 요소가 외부 샤프트의 보어 내로 쉽게 내려질 수 있기 때문에 간단한 조립을 제공한다.

상기 연결 요소의 단부는 사용 위치에 있을 때 상기 제2샤프트의 인접한 외면과 동일 평면을 이루거나 상기 제2샤프트 내로 리세스되거나 약간 자립(stand slightly proud) 할 수 있다

제2의 바람직한 배치구조에서, 상기 연결 요소는 상기 제2샤프트의 보어 내에 압입 끼워맞춤부일 수 있고 상기 연결 요소의 일 부분은 상기 슬리브의 과대형 보어 내에 위치될 수 있다.

제3의 바람직한 배치구조에서, 상기 연결 요소의 일 부분은 상기 슬리브의 보어 내에 고정될 수 있고 다른 부분은 상기 제2샤프트의 외주의 일 부분을 가로질러 선형으로 연장되는 슬롯 형태의 구조 내로 삽입될 수 있다. 이는 상기 제2샤프트의 축에 수직으로 연장되고 상기 축으로부터 방사상으로 이격된 드릴 비트(drill bit)를 사용하여 상기 제2샤프트의 일부분을 드릴링함으로써 형성될 수 있다.

제4의 바람직한 배치구조에서, 상기 슬롯의 기부는 선형 슬롯보다는 만곡되고 휘어진 홈(groove)일 수 있다. 상기 연결 요소는 슬리브 내로 압입 끼워맞춤되어 상기 홈 내로 느슨하게 돌출 될 수 있다.

상기 슬리브 및 제2샤프트 각각 상에 하나의 구동 도그가 있을 수 있고, 그러나 바람직하게는 상기 슬리브와 관계된 복수의 구동 도그와 상기 제2샤프트와 관계된 복수의 구동 도그가 있고 상기 슬리브 및 제2샤프트의 외주 주위로 이격된 치부들(teeth)로서 배치된다.

가장 바람직한 배치에서, 상기 구동 도그들은 상기 제2샤프트의 외면 내로 형성된 평탄부와 상기 슬리브의 내면 내로 형성된 평탄부를 포함하고, 정지위치에서의 상기 평탄부들은 서로 대향하지만 서로 이격되고, 과도한 토크가 인가되면 상기 평탄부들은 접촉하여 과도한 상대 회전을 방지한다.

상기 제1샤프트, 제2샤프트 및 토션 바는 모두 공통 축선을 공유할 수 있다.

상기 제1샤프트는 출력 샤프트와 입력 샤프트인 제2샤프트, 상기 입력 샤프트로부터 상기 출력 샤프트로 인가된 토크를 표시하는 각 편향수단을 포함할 수 있다. 사용시, 상기 입력 샤프트는 스티어링 컬럼 샤프트를 통해 차량의 스티어링 휠에 연결될 수 있고, 상기 출력 샤프트는 스티어링 기어의 다른 부분을 통해 로드 휠에 연결될 수있다.

상기 토크 센서는 기어 박스의 하우징 내에 위치할 수 있다. 기어 박스 하우징은 또한 기어 박스 하우징 내의 기어 세트를 통해 토크 센서의 출력 샤프트에 연결되는 로터를 갖는 전기 모터를 지지할 수있다.

상기 슬리브는 상기 토션 바 주위에 끼워지는 대체로 원통형상의 튜브를 포함할 수 있다. 이는 제1샤프트의 일체 부분일 수 있는데, 예를 들어 상기 토션 바가 내부로 수용되는 보어를 형성하기위해 상기 제1샤프트의 단부를 파냄으로써 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 제2샤프트의 단부는 상기 보어의 저부에서 대응하는 스플라인과 체결하도록 스플라인될 수 있다.

대안으로, 상기 슬리브는 상기 제1샤프트에 대해 축선 방향으로 회전하지 않도록 적절한 커넥터 조립체에 의해 상기 제1샤프트에 고정된 별도의 요소일 수 있다.

상기 슬리브는 상기 토션 바를 완전히 둘러쌀 필요가 없다. 예를 들어, 상기 제1샤프트로부터 상기 제2샤프트와 중첩되는 위치로 축선 방향으로 돌출하는 하나 이상의 길이연장된 핑거일 수 있다.

상기 제1 및 제2 샤프트는 토크가 인가되는 하나 이상의 샤프트에 상기 토크 센서의 연결을 허용하기 위해 상기 토션 바로부터 가장 먼 단부 주위로 연장되는 축선 방향으로 연장된 스플라인이 구비될 수 있다.

강성 연결은 일체로 형성되거나 그렇지 않으면 단단히 연결되어있는 상기 샤프트와 출력 연결 부분에 의할 수 있다.

상기 토크 센서는 각 편향 수단의 출력으로부터 토크를 결정하는 처리 수단을 포함할 수 있다.

상기 각 편향 표시 수단은 상기 제1샤프트, 제2샤프트 및 상기 제2샤프트에 대한 입력 샤프트의 각 편향 중에서 적어도 하나의 각 위치를 측정하는 하나 이상의 각 위치 센서를 포함할 수 있다.

본 발명의 제2측면에 따르면, 본 발명은 스티어링 컬럼 샤프트와, 기어 박스와, 상기 기어 박스를 통해 상기 스티어링 컬럼 샤프트에 연결된 전기 모터와, 상기 본 발명의 제1측면에 따라 상기 토크 센서의 상기 제1 및 제2 샤프트 중의 하나는 상기 기어 박스에 연결되고 상기 제1 및 제2 샤프트 중의 다른 하나는 상기 스티어링 컬럼 샤프트에 연결되는 토크 센서와, 상기 토크 센서의 출력을 수신하고 상기 출력으로부터 상기 전기 모터에 의해 상기 기어 박스를 통해 인가될 보조 토크를 나타내는 토크 요구 신호를 유도하되 상기 보조 토크는 운전자 인가 토크와 동일한 차원으로 작동하여 스티어링을 동작하는데 필요한 노력을 줄이는 처리 회로를 포함하는 전동식 파워 스티어링 장치를 제공한다.

바람직한 배치구조에서, 상기 제1샤프트는 스티어링 컬럼 샤프트에 연결되고 상기 제2샤프트는 기어 박스에 연결된다.

상기 토크 센서는 기어 박스의 일체 부분일 수 있다. 이들 둘은 공동의 하우징을 공유할 수 있다.

상기 기어 박스는 스티어링 컬럼 샤프트를 차량의 로드 휠에 연결할 수 있다.

이하, 아래의 첨부도면들을 참조하여 본 발명의 4가지 실시예들을 단지 예시로서만 기술한다:
도 1은 슈라우드 내에 지지되는 스티어링 컬럼 샤프트를 포함하는 자동차 또는 소형 밴 등의 차량용 조향장치를 보인다.
도 2는 도 1의 조향장치의 토크 센서를 보다 상세히 보인다.
도 3은 도 1의 토크 센서 및 제2샤프트의 구동 도그를 보인다.
도 4는 토크 센서의 축선을 포함하는 평면에서의 단면도로서, 본 발명 범위 내의 토크 센서의 제1실시예에 따른 연결 요소의 위치를 보인다
도 5는 원으로 나타낸 도 4 부분의 확대도이다.
도 6은 조립 전의 도 4의 토크 센서 부분의 사시도이다.
도 7은 도 4의 토크 센서의 슬리브의 단부의 사시도이다.
도 8은 토크 센서의 축선을 포함하는 평면에서의 단면도로서, 본 발명 범위 내의 토크 센서의 제2실시예에 따른 연결 요소의 위치를 보인다.
도 9는 원으로 나타낸 도 8 부분의 확대도이다.
도 10은 도 8의 토크 센서의 슬리브의 단부의 사시도이다.
도 11은 도 8의 토크 센서의 슬리브의 단부의 사시도이다.
도 12는 토크 센서의 축선을 포함하는 평면에서의 단면도로서, 본 발명 범위 내의 토크 센서의 제3실시예에 따른 연결 요소의 위치를 보인다.
도 13은 원으로 나타낸 도 12 부분의 확대도이다.
도 14는 도 12의 토크 센서의 슬리브의 단부의 사시도이다.
도 15는 도 12의 토크 센서의 슬리브의 단부의 사시도이다.
도 16은 토크 센서의 축선을 포함하는 평면에서의 단면도로서, 본 발명 범위 내의 토크 센서의 제4실시예에 따른 연결 요소의 위치를 보인다.
도 17은 원으로 나타낸 도 8 부분의 확대도이다.
도 18은 도 16의 토크 센서의 슬리브의 단부의 사시도이다.
도 19는 도 16의 토크 센서의 슬리브의 단부의 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 자동차나 소형 밴(light van)과 같은 차량용 조향장치(101)는 슈라우드(도시되지 않음) 내에서 지지되는 스티어링 컬럼 샤프트 (102)를 포함한다. 일반적으로 두 부분의 신축형 샤프트인 샤프트(102)는 일 단부가 스티어링 휠(103)에 연결되고 타단부가 운전자의 발쪽 아래로 기어박스(104)와 체결된다. 기어박스(104)는 차량의 고정된 부분에 연결되고, 기어박스(104)와 스티어링 휠(103) 사이에 위치하는 지지 브래킷(도시하지 않음)은 벌크 헤드(도시되지 않음)와 같은 차량의 다른 고정된 부분에 고정된다. 스티어링 컬럼 샤프트(102)는 운전자가 스티어링 휠을 돌림에 따라 회전할 수 있도록 하는 베어링에 의해 슈라우드 내에서 지지된다.

기어박스(104)는 상기 샤프트를 전기모터(105)의 로터에 연결시키는 웜 휠(worm and wheel)을 포함하는 감속 기어세트를 포함한다. 기어박스(104)는 또한 상기 샤프트를 차량의 로드 휠(109)에 연결하는데 보통 래크 피니언 어셈블리(117)를 통해 연결한다. 상기 스티어링 컬럼 샤프트가 회전함에 따라, 래크 피니언 어셈블리(117)는 차량의 휠들을 회전시킨다.

전기 모터(105)는 구동회로(110)에 의해 구동되어 스티어링 컬럼 샤프트에 토크를 인가한다. 이 예에서 모터(105)는 3상 모터이고 구동회로(110)는 각각의 위상을 양의 공급 전압에 연결하는 상부 스위치와, 폐쇄될 때 위상을 음의 공급 전압이나 접지에 연결하는 하부 스위치를 갖는 브리지를 포함한다. 펄스폭 변조된 구동신호에 응답하여 상기 스위치들을 개방 및 폐쇄함으로써, 모터의 전류 및 그에 따른 토크는 정확하게 제어될 수 있다.

구동회로(110)에 대한 PWM 제어 신호는 제어기(108)에 의해 발생된다. 토크 센서(107)가 제공되어 운전자에 의해 컬럼 샤프트에 인가되는 토크를 측정한다. 이는 기어박스(104) 입력측 상의 기어박스 하우징(106) 내에 위치한다(스티어링 컬럼 샤프트(102)에 연결되는 측부를 의미한다). 이리하여, 측정된 토크는 운전자가 스티어링 휠(103)을 돌림에 의해 컬럼 샤프트(102)에 인가되는 토크를 나타낼 것이다.

이러한 토크 측정값은 제어기(108)에 공급되고 토크 요구 신호를 생성하기위한 기반으로서 사용된다. 일반적으로 말하자면, 토크 측정값이 높을수록 토크 요구 신호의 값이 커진다. 그러면, 제어기(108)는 이 요구 신호를 모터(105)에 대해 적절한 PWM 제어 신호로 변환한다. 이러한 제어기(107)의 예는 본 출원인의 이전 특허 출원 공개공보 WO/2003/105329호에 교시되어있다.

토크 센서(107)는 도 2에 보다 상세히 도시되어있다. 토크 센서(107)는 토션 바(116)에 의해 함께 연결된 제1샤프트(102a)와 제2샤프트(102b) 간의 각 편향(angular deflection)을 측정함으로써 기능하는 기계적 센서이다. 토크 센서(107)는 기어박스 하우징(106) 내부에 위치하되, 제1샤프트(102a)는 스플라인 연결을 통해 웜 휠 기어에 결합되고, 제2샤프트(102b)는 스플라인 연결을 통해 스티어링 컬럼 샤프트에 결합된다.

토션 바(116)는 제1위치에서 제1샤프트(102a)에 고정되고 토션 바(116)를 따라 연장되어 제2샤프트(102b)와 적어도 부분적으로 축 방향으로 중첩되는 중공 슬리브(112)에 의해 둘러싸여있다. 슬리브(112)의 중첩 단부(113)에는 각 편향 표시수단(114)의 제1부분이 연결되는 반면, 제2부분(115)은 제2샤프트(102b)에 연결된다. 수많은 각 편향 표시수단이 해당 기술분야에 공지되어 있으며 임의의 것이 본 발명의 일부로서 사용될 수 있다. 그러나, 유도형 각 편향 표시 수단이 바람직하다.

각 편향(114, 115)의 출력은 토션 바(116)에서의 토크를 나타내는 신호를 의미한다.

또한, 제2샤프트(102b)와 중첩되는 슬리브(112)의 단부(113)에는 일 세트의 구동 도그들(118a)이 제공되며, 이는 본 예에서는 축 슬리브의 직경 방향으로 대향된 측부상에 2개의 내부 평판 형상이다. 제2샤프트(102b)에는 또한 직경 방향으로 대향된 샤프트(102b)의 외부 표면상의 평판 형상으로 된 대응하는 구동 도그들 (118b)이 제공된다. 정상 동작에서, 2쌍의 평판(118a, 118b)은 토션 바(116)의 정의된 각 편향을 허용하지만 토션 바(116)의 고장시 서로를 체결하여 토크가 제1샤프트(102a)에서 제2샤프트(102b)로 전달되는 경로를 제공하도록 이격되어있다.

토션 바(116)의 고장시에 제2샤프트(102b)가 기어박스(104)로부터 인출되는 것을 방지하기 위해, 본 발명의 토크 센서(107)는 또한 연결 요소(119)를 포함하는데, 이는 제2샤프트(102b) 및 슬리브(113) 중의 하나에서 보어 내에서 고정된 제1부분을 갖는다. 이 예에서, 상기 연결 요소는 제2샤프트(102b) 및 슬리브(112) 중의 다른 하나의 구조 내로 연장된 제2부분을 갖는 핀(119)이고, 토크 센서(107)에서의 제로 토크에서 상기 핀(119)은 구동 도그들(118a, 118b) 사이의 간극보다 더 큰 각 거리만큼 상기 구조로부터 원주 방향으로 이격되고, 토션 바(116)의 고장시에는 입력 샤프트(102a) 및 출력 샤프트(102b)가 이격되는 것을 방지하기 위해 샤프트(102a, 102b)의 축선 방향에서 구동 도그들(118a, 118b)의 중첩부분보다 작은 상기 구조로부터 상기 축선 방향으로 이격되되, 그렇지 않으면 구동 도그들(118a, 118b)이 체결되는 것을 막을 양만큼 이격된다.

도 4 내지 도 19는 4개의 대안적 실시예들을 보다 상세하게 도시하며, 각각은 상기 연결 요소, 보어 및 구조에 대한 상이한 배치를 포함한다.

실시예 1

도 4는 토크 센서(207)의 축을 포함하는 평면에서의 단면도로서, 본 발명 범위 내의 토크 센서(207)의 제1실시예에서 연결 요소(219)의 배치를 보이고, 도 5는 원으로 보인 도 4 부분의 확대도이다. 도 6은 조립 전에 토크 센서(207) 부분의 사시도이다. 도 7은 토크 센서(207)의 슬리브(212)의 단부를 사시도로 보인다.

연결 요소(219)는 일반적으로 균일한 원형 단면을 갖는 길이 연장된 금속 핀의 형태로서, 제2샤프트(202b)와 중첩되는 슬리브(212)의 단부에서 보어(220) 내로 압입 끼워맞춤(press fit)된다. 보어(220)는 슬리브(212)의 축선을 향해 슬리브(212)의 외면으로부터 슬리브(212)를 관통하게 방사상으로 연장된다. 이 보어(220)와 함께 정렬되는 것은 제2샤프트(202b) 단부의 구조이다. 이것은 또한 제2샤프트(202b)의 축선을 향해 연장하지만 슬리브(212)에서의 보어(220)보다 더 큰 직경을 갖는 보어(221)이다. 이는 핀(219)이 보어(221)에서 헐거운 맞춤(loose fit)임을 의미한다. 보어들(220, 221)은 핀(219)이 제2샤프트(202b)의 보어(221)의 측벽과 접촉하지 않도록 제로 토크가 토션 바(216)에 인가될 때 정렬되고, 핀(219)으로 하여금 제2샤프트(202b)의 보어(221) 내에서 측방향으로 이동하게 하는 비틀림이 인가될 때는(슬리브가 제2샤프트의 축을 중심으로 회전함에 따라) 핀(219)은 측부와 접촉하지 않게 된다. 왜냐면, 그것이 발생하기 전에 구동 도그(도시된 웅(雄)형 구동 도그(218b))가 체결되기 때문이다. 이는 정상적인 사용중에 핀(219)이 어떠한 측부 하중도 지지하지 않고 구동 도그(도시된 웅형 구동 도그(218b))가 확실히 올바르게 기능할 수 있게 한다.

토션 바(216)의 고장, 그리고 제2샤프트(202b)의 축선을 따라 인가되는 하중이 제2샤프트(202b)를 제1샤프트(도시되지 않음)로부터 멀어지게하는 경향이 있는 경우, 핀(219)은 제2샤프트(202b)의 확대된 보어(221)의 측부와 접촉하게 된다. 그러면, 이것은 제1샤프트로부터 멀어지는 제2샤프트(202b)의 모든 추가적인 축방향 이동을 정지시키게 된다. 중요한 것은, 이 위치에서 구동 도그들은 여전히 중첩되고 웅형 구동 도그 및 자형 구동 도그를 이루는 평판들은 체결되지 않게 된다.

물론, 더 큰 보어(221)로 되기보다는, 제2샤프트(202b)의 보어(221) 내로 돌출하는 핀(219)의 부분을 감소된 직경으로 제조함으로써 동일한 결과가 달성될 수있다.

실시예 2

도 8 내지 도 11은 본 발명 범위 내의 토크 센서의 제2실시예에 대한 것으로 도 4 내지 도 7에 대응하는 도면이다. 본 실시예는 연결 요소(319)가 제2샤프트의 보어(321) 내로 압입 끼워맞춤되어있지만 토크 센서(307)의 슬리브(312)의 보어(320) 내에 헐거운 맞춤되어있는 점이 다르다.

도 8은 토크 센서(307)의 축선을 포함하는 평면에서의 단면도로서 본 발명 범위 내의 토크 센서(307)의 제1실시예에서의 연결 요소(319)의 위치를 보이고, 도 9는 도 8의 원으로 보인 부분을 확대한 도면이다. 도 10은 조립 전의 토크 센서 (307)의 부분의 사시도이다. 도 11은 토크 센서(307)의 슬리브(312)의 단부를 사시도로 보인다.

일반적으로 균일한 원형 단면을 갖는 길이 연장된 금속 핀의 형태인 연결 요소 (319)는 제2샤프트(302b)가 슬리브(312)와 중첩되는 종단에서 제2샤프트(302b) 외면의 보어(321) 내로 압입 끼워맞춤된다. 이 보어(321)와 함께 정렬되는 것은 슬리브(312)의 보어(320)이고 이는 슬리브(312)의 축선을 향해 슬리브(312)의 외면으로부터 슬리브(312)를 관통하게 방사상으로 연장되나, 이 보어(320)는 제2샤프트(302b)의 보어(321)보다 더 큰 직경을 갖는다. 이는 핀(319)은 보어(320)에서 헐거운 맞춤부임을 의미한다.

핀(319)이 슬리브(312) 내 보어(320)의 측벽과 접촉하지 않도록 토션 바 (316)에 제로 토크가 인가될 때 보어들(320, 321)이 정렬되며, 핀(319)으로 하여금 슬리브(312)의 보어(320) 내에서 측방향으로 이동하게 하는 비틀림이 인가될 때는(슬리브가 제2샤프트의 축을 중심으로 회전함에 따라) 핀(319)은 상기 측부와 접촉하지 않게 된다. 왜냐면, 그것이 발생하기 전에 구동 도그(도시된 웅형 구동 도그(318b))가 체결되기 때문이다. 이는 정상적인 사용중에 핀(319)이 어떠한 측부 하중도 지지하지 않고 구동 도그(도시된 웅형 구동 도그(318b))가 확실히 올바르게 기능할 수 있게 한다.

토션 바(316)의 고장, 그리고 제2샤프트(302b)의 축선을 따라 인가되는 하중이 제2샤프트(302b)로 하여금 제1샤프트(도시되지 않음)로부터 멀어지게하는 경향이 있는 경우, 핀(319)은 슬리브(312)의 확대된 보어(320)의 측부와 접촉하게 된다. 이는 그러면 제1샤프트로부터 멀어지는 제2샤프트(302b)의 모든 추가적인 축방향 이동을 정지시키게 된다. 중요한 것은, 이 위치에서 구동 도그들(도시된 웅형 구동 도그(318b))은 여전히 중첩된다.

물론, 더 큰 보어(320)이기보다는, 슬리브(312)의 보어(320) 내로 돌출하는 핀(319)의 부분을 감소된 직경으로 제조함으로써 동일한 결과가 달성될 수 있다.

실시예 3

도 12 내지 도 15는 본 발명 범위 내의 토크 센서의 제3실시예에 대한 도 4 내지 도 7에 대응하는 도면이다.

본 실시예에서, 연결 요소의 일 부분은 슬리브의 보어 내에 고정되고 다른 부분은 제2샤프트의 둘레의 일부를 가로질러 선형으로 연장되는 슬롯 형태의 구조 내로 삽입된다.

도 12는 토크 센서(407)의 축선을 포함하는 평면에서의 단면도로서 본 발명 범위 내의 토크 센서(407)의 제1실시예에서 연결 요소(419)의 위치를 보이고, 도 13은 도 12의 원으로 보인 부분을 확대한 도면이다. 도 14는 조립 전의 토크 센서 (407) 부분의 사시도이다. 도 15는 토크 센서(407)의 슬리브(412)의 단부를 사시도로 보인다.

일반적으로 균일한 원형 단면을 갖는 길이 연장된 금속 핀의 형태인 연결 요소 (419)는 제2샤프트(402b)와 중첩되는 슬리브(412)의 종단에서 보어(421) 내로 압입 끼워맞춤된다. 보어(420)는 슬리브(412)의 외면으로부터 슬리브(412)의 축선을 향하여 슬리브(412)를 관통하게 방사상으로 연장된다. 이러한 보어(420)와 함께 정렬되는 것은 제2샤프트(402b) 단부의 구조이다. 이 구조는 제2샤프트(402b) 둘레의 일부를 가로질러 선형으로 연장되는 슬롯(421)이다. 이것은 제2샤프트의 축선에 수직으로 연장되고 축선으로부터 방사상으로 이격된 드릴 비트를 사용하여 제2샤프트의 일부를 드릴링함으로써 형성될 수 있다. 핀(419)은 슬롯(421) 내에 헐거운 맞춤된다. 핀(419)이 제2샤프트(402b)의 슬롯(421)에 접촉하지 않도록 토션 바 (416)에 제로 토크가 인가될 때 보어(420)와 슬롯(421)이 정렬되며, 핀(419)으로 하여금 제2샤프트(402b)의 슬롯(421) 내에서 측방향으로 이동하게 하는 비틀림이 인가될 때는(슬리브가 제2샤프트의 축을 중심으로 회전함에 따라) 핀(419)은 또한 상기 슬롯(421)과 접촉하지 않게 된다. 왜냐면, 그것이 발생하기 전에 구동 도그(도시된 웅형 구동 도그(418b))가 체결되기 때문이다. 이는 정상적인 사용중에 핀(419)이 어떠한 측부 하중도 지지하지 않고 구동 도그(도시된 웅형 구동 도그(418b))가 확실히 올바르게 기능할 수 있게 한다.

토션 바(416)의 고장, 그리고 제2샤프트(402b)의 축선을 따라 인가되는 하중이 제2샤프트(402b)로 하여금 제1샤프트(도시되지 않음)로부터 멀어지게하는 경향이 있는 경우, 핀(419)은 제2샤프트(402b)의 슬롯(421)의 측부와 접촉하게 된다. 그러면 이는 제1샤프트로부터 멀어지는 제2샤프트(402b)의 어떠한 추가적인 축방향 이동도 모두 정지시키게 된다. 중요한 것은, 이 위치에서 구동 도그들은 여전히 중첩된다.

물론, 이러한 배치는 상기 핀이 제2샤프트 내에 압입 끼워맞춤되도록 반전될 수 있으며 여기서 슬리브의 내면은 토션 바가 고장인 경우에만 상기 핀에 접촉하는 슬롯을 포함한다.

실시예 4

도 16 내지 도 19는 본 발명 범위 내의 토크 센서의 제4실시예에 대한 도 4 내지 도 7에 대응하는 도면이다.

본 실시예에서, 제2샤프트는 선형의 슬롯보다는 굴곡되고 휘어진 홈(groove)의 슬롯을 포함한다. 연결 요소는 슬리브에 압입 끼워맞춤되어 슬롯 내로 헐겁게 돌출된다.

도 16은 토크 센서(507)의 축선을 포함하는 평면에서의 단면도로서 본 발명 범위 내의 토크 센서(507)의 제1실시예에서 연결 요소(519)의 위치를 보이고, 도 17은 도 16의 원으로 보인 부분을 확대한 도면이다. 도 18은 조립 전의 토크 센서 (507) 부분의 사시도이다. 도 19는 토크 센서(507)의 슬리브(512)의 단부를 사시도로 도시한다.

일반적으로 균일한 원형 단면을 갖는 길이 연장된 금속 핀의 형태인 연결 요소(519)는 제2샤프트(502b)와 중첩되는 슬리브(512)의 종단에서 보어(520) 내로 압입 끼워맞춤된다. 보어(520)는 슬리브(512)의 외면으로부터 슬리브(512)의 축선을 향하여 슬리브(512)를 관통하게 방사상으로 연장된다. 이러한 보어(520)와 함께 정렬되는 것은 제2샤프트(502b) 단부의 구조이다. 이러한 구조는 선형의 슬롯이라기 보다는 굴곡되고 휘어진 홈의 슬롯(521)이다. 핀(519)은 슬롯(521) 내에 헐거운 맞춤된다. 핀(519)이 제2샤프트(502b)의 슬롯(521)에 접촉하지 않도록 토션 바 (516)에 제로 토크가 인가될 때 보어(520)와 슬롯(521)이 정렬되며, 핀(519)으로 하여금 제2샤프트(502b)의 슬롯(521) 내에서 측방향으로 이동하게 하는 비틀림이 인가될 때는(슬리브가 제2샤프트의 축을 중심으로 회전함에 따라) 핀(519)은 또한 상기 슬롯(521)과 접촉하지 않게 된다. 왜냐면, 그것이 발생하기 전에 구동 도그(도시된 웅형 구동 도그(518b))가 체결되기 때문이다. 이는 정상적인 사용중에 핀(519)이 어떠한 측부 하중도 지지하지 않고 구동 도그(도시된 웅형 구동 도그(518b))가 확실히 올바르게 기능할 수 있게 한다.

토션 바(516)의 고장, 그리고 제2샤프트(502b)의 축선을 따라 인가되는 하중이 제2샤프트(502b)로 하여금 제1샤프트(도시되지 않음)로부터 멀어지게하는 경향이 있는 경우, 핀(519)은 제2샤프트(502b)의 슬롯(521)의 측부와 접촉하게 된다. 그러면 이는 제1샤프트로부터 멀어지는 제2샤프트(502b)의 어떠한 추가적인 축방향 이동도 모두 정지시키게 된다. 중요한 것은, 이 위치에서 구동 도그들(웅형 구동 도그(518b))은 여전히 중첩된다.

물론, 이러한 배치는 상기 핀이 제2샤프트 내에 압입 끼워맞춤되도록 반전될 수 있으며 여기서 슬리브의 내면은 토션 바가 고장인 경우에만 상기 핀에 접촉하는 홈이 형성된 슬롯을 포함한다.

Claims

전동식 파워 스티어링 장치용 토크 센서에 있어서,
제1샤프트 및 제2샤프트와 상기 제1샤프트를 상기 제2샤프트에 연결하는 토션 바;
상기 제1샤프트에 대한 제1위치에 고정되고 상기 토션 바를 따라 연장되어 상기 제2샤프트와 적어도 부분적으로 축 방향으로 중첩되는 중공의 슬리브;
상기 토션 바를 비틀리게하는 토크가 상기 토크 센서에 인가됨에 따라 상기 제2샤프트에 대한 상기 제1샤프트의 각 편향에 따르는 신호를 생성하는 각 편향 표시 수단;
상기 슬리브에 고정된 적어도 하나의 구동 도그와 상기 제2샤프트에 고정된 적어도 하나의 대응하는 구동 도그로서, 상기 적어도 하나의 구동 도그 및 상기 적어도 하나의 대응하는 구동 도그는 정상 동작시에는 상기 토션 바의 정의된 범위의 각 편향을 허용하도록 오프셋되지만, 상기 토션 바의 고장시에는 토크가 상기 제1샤프트로부터 상기 제2샤프트로 전달되는 경로를 제공하도록 서로 체결하는 적어도 하나의 구동 도그 및 적어도 하나의 대응하는 구동 도그; 및
상기 제2샤프트 및 상기 슬리브 중 하나의 보어 내에 고정된 제1부분을 갖는 연결 요소로서, 상기 연결 요소는 상기 제2샤프트 및 상기 슬리브 중 다른 하나의 구조 내로 연장되되, 토크 센서에서의 제로 토크에서 상기 연결 요소는 상기 구동 도그들 사이의 간극보다 더 큰 각 거리만큼 상기 구조로부터 원주 방향으로 이격되고 상기 토션 바의 고장시에는 상기 제1샤프트 및 제2샤프트가 서로 이격되는 것을 방지하기 위해 상기 제1샤프트 및 제2샤프트의 축선 방향에서 상기 구동 도그들의 중첩부분보다 작은 상기 구조로부터 상기 축선 방향으로 이격되되 그렇지 않으면 상기 구동 도그들이 체결되는 것을 막을 양만큼 이격되는 연결 요소를 포함하는 토크 센서.
제1항에 있어서,
상기 연결 요소는 핀을 포함하는 토크 센서.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 연결 요소는 길이의 전부 또는 대부분을 따라 일반적으로 원형인 단면을 갖는 길이연장된 요소를 포함하는 토크 센서.
제1항 또는 제2 항에 있어서,
상기 연결 요소는 길이를 따라 이격된 위치에서 하나 이상의 외주의 홈을 포함하여 상기 연결 요소가 고정되어있는 보어 상으로 상기 연결 요소가 밀착하는 것을 돕는 토크 센서.
전항들 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 연결 요소가 돌출하는 상기 구조는 상기 연결 요소의 일부가 연장되는 과대형 보어를 포함하는 토크 센서.
제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 구조는 상기 슬리브의 외면 또는 상기 제2샤프트의 내면을 가로질러 접선 방향으로 연장되는 슬롯을 포함하는 토크 센서.
전항들 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 연결 요소는 억지 끼워맞춤(interference fit)과 같이 고정되는 보어 내로의 압입 끼워맞춤부(press fit)인 토크 센서.
전항들 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 연결 요소의 일 부분은 상기 슬리브의 보어 내에 고정되고, 다른 부분은 상기 제2샤프트의 과대형 보어의 형태로 구조 내로 삽입되는 토크 센서.
제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 연결 요소는 상기 제2샤프트의 보어 내에 압입 끼워맞춤부이고 상기 연결 요소의 일 부분은 상기 슬리브의 과대형 보어 내에 위치될 수 있는 토크 센서.
제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 연결 요소의 일 부분은 상기 슬리브의 보어 내에 고정되고 다른 부분은 상기 제2샤프트의 외주의 일 부분을 가로질러 선형으로 연장되는 슬롯 형태의 구조 내로 삽입되는 토크 센서.
제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 슬롯의 기부는 선형 슬롯이 아닌 만곡되고 휘어진 홈인 토크 센서.
제1항에 있어서,
상기 구동 도그는 상기 제2샤프트의 외면 내로 형성된 평탄부와 상기 슬리브의 내면 내로 형성된 평탄부를 포함하고, 정지위치에서의 상기 평탄부들은 서로 대향하지만 서로 이격되고, 과도한 토크가 인가되면 상기 평탄부들은 과도한 상대 회전을 방지하도록 접촉하는 토크 센서.
제1항 내지 제12항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 슬리브와 관계된 복수의 구동 도그와 상기 제2샤프트와 관계된 복수의 구동 도그가 있고 상기 슬리브 및 제2샤프트의 외주 주위로 이격된 치부들(teeth)로서 배치되는 토크 센서.
스티어링 컬럼 샤프트;
기어 박스;
상기 기어 박스를 통해 상기 스티어링 컬럼 샤프트에 연결된 전기 모터;
제1항 내지 제13항 중의 어느 한 항에 의한 토크 센서로서, 상기 토크 센서의 상기 제1샤프트 및 제2샤프트 중의 하나는 상기 기어 박스에 연결되고 상기 제1샤프트 및 제2샤프트 중의 다른 하나는 상기 스티어링 컬럼 샤프트에 연결되는 토크 센서; 및
상기 토크 센서의 출력을 수신하고 상기 출력으로부터 상기 전기 모터에 의해 상기 기어 박스를 통해 인가될 보조 토크를 나타내는 토크 요구 신호를 유도하되, 상기 보조 토크는 운전자 인가 토크와 동일한 차원으로 작동하여 스티어링을 동작하는데 필요한 노력을 줄이는 처리 회로를 포함하는 전동식 파워 스티어링 장치.