KR20180062447A - Torque Index Sensor - Google Patents

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KR20180062447A
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    • G01L3/24—Devices for determining the value of power, e.g. by measuring and simultaneously multiplying the values of torque and revolutions per unit of time, by multiplying the values of tractive or propulsive force and velocity

Abstract

According to the present invention, a torque sensor comprises: a housing; a stator arranged inside the housing; a printed circuit board arranged on the housing; a first magnetic element arranged on the printed circuit board; and an upper collector arranged on the upper side of the stator. The housing includes a first fixing boss and a second fixing boss protruding from the inner surface. The upper collector includes a first hole and a first groove. The first fixing boss penetrates through the first hole. The second fixing boss is arranged on the first groove. The surface of the upper collector is in contact with the inner surface of the housing.

Description

토크 센서{Torque Index Sensor}Torque Index Sensor [0002]

본 발명은 토크 센서에 관한 것이다.The present invention relates to a torque sensor.

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 Steering System}가 사용된다.Generally, a separate power assisted steering device is used as a device for ensuring the stability of steering of a vehicle. Conventionally, such an auxiliary steering device is used as a device using hydraulic pressure, but recently, an electronic power steering system having less power loss and excellent accuracy is used.

상기와 같은 전동식 조향장치(EPS)는 차속센서, 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.The electric steering system (EPS) operates the motor in the electronic control unit according to the driving condition sensed by the vehicle speed sensor, the angle sensor, the torque sensor, etc. to ensure the turning stability and provide the quick restoring force, Thereby enabling safe driving.

그런데, 이러한 동력장치가 스티어링 휠을 조작하는 힘에 개입하기 위해서는 조향축에 걸리는 토크나 조향각 뿐만 아니라, 조향각속도를 측정할 필요성이 있다. 일반적으로 조향축의 회전 각도를 측정하기 위해서는 앵글센서를 사용하고, 조향 토크를 측정하기 위해서는 토크센서를 사용하지만, 최근에는 토크와 회전 각도를 하나의 센서에서 감지할 수 있는 토크 앵글 센서(TAS)가 많이 사용된다. 그러나, 이러한 조향각이나 조향각속도를 검출하는 토크 앵글 센서는 제조 공정이 복잡하고 고장이나 오작동의 확률이 높아, 인덱스 센서(Index Sensor) 방식의 토크 인덱스 센서(Torque Index Sensor: TIS)가 사용되기도 한다.However, in order for this power unit to intervene in the force for operating the steering wheel, it is necessary to measure the steering angle velocity as well as the torque and the steering angle applied to the steering shaft. In general, an angle sensor is used to measure the rotation angle of the steering shaft, and a torque sensor is used to measure the steering torque. Recently, a torque angle sensor (TAS) It is widely used. However, the torque angle sensor for detecting the steering angle and the steering angle velocity is complicated in manufacturing process, and the probability of failure or malfunction is high, and a torque index sensor (TIS) of the index sensor type is also used.

토크 센서의 일반적인 구성은 한국 공개특허 제2011-0041468호(2011. 04. 21. 공개)에 기재된 바 있다. 상기 선행기술에서는 제1축에 작용하는 토크를 측정하기 위한 토크 센서를 포함하는 센서 장치로서, 규정된 회전 각 및/또는 규정된 회전 각 범위에 관하여 제1축의 각 위치를 검출 및/또는 확인할 수 있도록 구성되는 회전 각 인덱스 유닛을 구비하는 센서 장치의 일 예가 개시된 바 있다.A general configuration of the torque sensor is disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 2011-0041468 (published on Mar. 21, 2011). In the prior art, a sensor device comprising a torque sensor for measuring a torque acting on a first shaft, comprising: means for detecting and / or identifying angular position of the first axis with respect to a prescribed rotation angle and / An example of a sensor device including a rotation angle index unit configured to be a rotation angle index unit is disclosed.

그런데, 이와 같은 토크 센서에는 마그네트의 자기 플럭스(flux)를 집중시키기 위한 부품으로 콜렉터(collector)가 마련된다. 이 콜렉터는 하우징에 고정되는데, 만일 콜렉터와 하우징 사이의 결합이 느슨하게 되면, 콜렉터와 스테이터 사이의 거리가 불균일해지면서, 센서의 측정값에 오차가 발생할 수 있다. 특히, 전동식 조향장치(EPS)에 적용되는 토크센서의 경우, 상온에 비해 상대적으로 고온인 80 내지 125℃에서 동작하므로, 양면테이프나, 접착제 등을 이용하여 콜렉터를 고정하는 것이 불가능하다. 따라서, 고온에서도 신뢰성이 보장되는 콜렉터 고정구조의 필요성이 제기되고 있다.[0003] In such a torque sensor, a collector is provided as a component for concentrating the magnetic flux of the magnet. The collector is fixed to the housing. If the coupling between the collector and the housing is loosened, the distance between the collector and the stator becomes uneven, and errors may occur in the measured value of the sensor. In particular, in the case of a torque sensor applied to an electric power steering system (EPS), the collector operates at 80 to 125 ° C, which is relatively high compared with a normal temperature, so that it is impossible to fix the collector using a double-sided tape or an adhesive. Therefore, there is a need for a collector fixing structure that ensures reliability even at a high temperature.

대한민국 공개특허 제2011-0041468호(2011.04.21.)Korean Patent Publication No. 2011-0041468 (2011.04.21.)

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 고온에서도 콜렉터가 이탈됨 없이 단단히 고정될 수 있도록 구조가 개선된 토크 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a torque sensor improved in structure so that the collector can be firmly fixed without detaching even at a high temperature.

본 발명에 의한 토크 센서는 하우징; 상기 하우징 내에 배치되는 스테이터; 상기 하우징에 배치되는 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판에 배치되는 제 1 자기소자; 및 상기 스테이터 상측에 배치되는 상부 콜렉터를 포함하고, 상기 하우징은 내면에서 돌출된 제 1 고정 보스 및 제 2 고정 보스를 포함하고, 상기 상부 콜렉터는 제 1 홀 및 제 1 홈을 포함하고, 상기 제 1 고정 보스는 상기 제 1 홀을 관통하고, 상기 제 2 고정 보스는 상기 제 1 홈에 배치되고, 상기 상부 콜렉터는 상기 하우징 내면에 면 접촉한다. A torque sensor according to the present invention includes: a housing; A stator disposed in the housing; A printed circuit board disposed in the housing; A first magnetic element disposed on the printed circuit board; And an upper collector disposed above the stator, wherein the housing includes a first fixing boss and a second fixing boss protruding from the inner surface, the upper collector includes a first hole and a first groove, 1 fixing boss is passed through the first hole, the second fixing boss is disposed in the first groove, and the upper collector is in surface contact with the inner surface of the housing.

본 발명은 하우징의 내측에 돌출 형성된 고정용 보스가 콜렉터에 형성된 통공을 통과한 후 열 융착 되므로, 토크 센서가 장기간 고온 상태에서 동작하더라도, 콜렉터가 이탈됨 없이 단단히 고정될 수 있어, 제품 신뢰성을 향상시킬 수 있다.Since the fixing boss protruding from the inside of the housing is thermally welded after passing through the through hole formed in the collector, even when the torque sensor operates at a high temperature for a long period of time, the collector can be firmly fixed without detaching, .

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 토크 센서의 주요 구성부의 일 예를 도시한 사시도,
도 2는 도 1의 평면도, 그리고,
도 3은 도 2의 요부 확대도 이다.FIG. 1 is a perspective view showing an example of a main constituent part of a torque sensor according to a preferred embodiment of the present invention, FIG.
Fig. 2 is a plan view of Fig. 1,
3 is an enlarged view of the main part of Fig.

이하, 본 발명에 의한 토크 센서를 도면을 참고하여 설명한다.Hereinafter, a torque sensor according to the present invention will be described with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 토크 센서의 주요 구성부의 일 예를 도시한 사시도, 도 2는 도 1의 평면도, 그리고, 도 3은 도 2의 요부 확대도 이다.FIG. 1 is a perspective view showing an example of a main constituent part of a torque sensor according to a preferred embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view of FIG. 1, and FIG. 3 is an enlarged view of a main part of FIG.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 토크 센서는 하우징(1), 스테이터(10), 마그네트(20), 인쇄회로기판(30)를 포함하며, 상기 하우징(1)에는 적어도 하나 이상의 고정 보스(2)가 돌출 형성되고, 상기 스테이터(10)에는 상기 고정 보스(2)가 관통 결합하는 통공(12)을 가지는 콜렉터(11)가 마련된다.A torque sensor according to a preferred embodiment of the present invention includes a housing 1, a stator 10, a magnet 20 and a printed circuit board 30. The housing 1 is provided with at least one fixed boss 2 The stator 10 is provided with a collector 11 having a through hole 12 through which the fixing boss 2 is inserted.

하우징(1)은 토크 센서의 외곽을 구성하는 것으로, 수지재질로 형성하는 것이 좋으나, 이를 한정하는 것은 아니며, 필요에 따라 금속재질과 같이 내마모성이 좋은 재질을 사용하는 것도 좋다. 이와 같이 구성된 하우징(1)은 미도시된 스티어링 휠의 회전축 상에 장착할 수 있는 것으로서, 회전축의 회전에 장애를 발생하지 않으면서도 회전 여부에 관계없이 고정될 수 있도록 배치된다. The housing 1 constitutes the outer periphery of the torque sensor and is preferably formed of a resin material. However, the housing 1 is not limited thereto, and it is also possible to use a material having good wear resistance, such as a metal material, if necessary. The housing 1 thus constructed is mountable on the rotation shaft of a steering wheel (not shown), and is arranged to be able to be fixed irrespective of rotation, without causing any trouble in the rotation of the rotation shaft.

상기 하우징(1)의 내측면에는 도 2에 도시된 바와 같이, 복수 개의 고정 보스(2)가 돌출 형성된다. 상기 고정 보스(2)는 적어도 2개 이상 마련되며, 바람직하게는 도시된 바와 같이, 중앙에 1개와, 양단에 대칭으로 2개가 돌출 형성될 수 있다. As shown in FIG. 2, a plurality of fixing bosses 2 are protruded from the inner surface of the housing 1. At least two fixing bosses 2 are provided, and as shown in the drawing, one fixing protrusion may be formed at the center and two protrusions may be formed symmetrically at both ends.

스테이터(10)는 투스(tooth) 형상으로 마련되며, 일단에 상기 마그네트(20)의 자기장을 효과적으로 모을 수 있도록 콜렉터(11)가 마련된다. The stator 10 is provided in a tooth shape and a collector 11 is provided at one end to effectively collect the magnetic field of the magnet 20.

상기 콜렉터(11)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 스테이터(10)의 상측 및 하측에 대칭이 되도록 배치되어, 상기 마그네트(20)의 자기 플럭스를 가이드 하여 자기장을 집중시키는 역할을 수행한다. 또한, 상기 콜렉터(11)에는, 상기 고정 보스(2)와 대응되는 위치에 관통 형성되는 복수 개의 통공(12)이 형성된다. 1, the collector 11 is arranged symmetrically on the upper and lower sides of the stator 10, and guides the magnetic flux of the magnet 20 to concentrate the magnetic field. The collector 11 is formed with a plurality of through holes 12 formed at positions corresponding to the fixed bosses 2.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 통공(12)은 2개가 마련되되, 상기 하우징(1)과 면 접촉하는 위치에 복수 개가 형성되는 것이 좋으며, 상기 콜렉터(11)의 중심을 기준으로 좌우 대칭이 되는 것이 좋다.According to a preferred embodiment of the present invention, two through holes 12 are provided, and a plurality of through holes 12 may be formed at positions in surface contact with the housing 1, It is good to be symmetrical.

따라서, 상기 고정 보스(2)는 상기 통공(12)을 통과한 후, 도 3에 도시된 바와 같이 열 융착되어 나사 머리 형상의 헤드(2a)를 형성할 수 있다. 상기 헤드(2a)는, 상기 콜렉터(11)를 상기 하우징(1)의 내면 측으로 가압하여, 상기 콜렉터(11)를 하우징(1)에 밀착 고정할 수 있다. 즉, 상기 통공(12)을 통과한 고정 보스(2)를 핫 프레스 하면, 수지재질로 형성되는 상기 고정 보스(2)는 납작하게 눌리면서 헤드(2a)를 형성하면서 상기 콜렉터(11)와 밀착된다. 상기 헤드(2a)는, 상기 콜렉터(11)를 상기 하우징(1)의 내측면으로 가압하여 면 접촉 상태로 고정한다.Therefore, the fixing boss 2 passes through the through hole 12 and is thermally fused as shown in FIG. 3 to form a head 2a having a screw head shape. The head 2a presses the collector 11 to the inner surface side of the housing 1 to closely fix the collector 11 to the housing 1. [ That is, when the fixing boss 2 passing through the through hole 12 is hot-pressed, the fixing boss 2 formed of a resin material is pressed flatly to be in close contact with the collector 11 while forming the head 2a . The head 2a presses the collector 11 to the inner surface of the housing 1 and fixes the collector 11 in a surface contact state.

마그네트(20)는 링 형상으로 마련되어, 상기 스테이터(10)의 내 벽면에 설치되고, 상기 스티어링 휠의 회전축(미도시)의 회전에 연동하여 회전한다.The magnet 20 is provided in a ring shape and is provided on the inner wall surface of the stator 10 and rotates in conjunction with rotation of the rotation shaft (not shown) of the steering wheel.

인쇄회로기판(30)에는 상기 마그네트(30)의 자기력을 감지하여, 상기 스티어링 휠의 회전에 연동하여 회전하는 회전축의 토크 시그널을 감지하는 제 1 자기소자(31)가 설치 된다. 상기 제 1 자기소자(31)는 일반적으로 한 쌍의 리니어 홀 소자(Linear Hall IC)를 사용한다. 상기 인쇄회로기판(30)은 도 1에 도시된 바와 같이, 토크 센서의 가장 바깥쪽 부분에 배치되는 것이 좋다. The printed circuit board 30 is provided with a first magnetic element 31 for detecting the magnetic force of the magnet 30 and detecting a torque signal of a rotating shaft rotating in conjunction with the rotation of the steering wheel. The first magnetic element 31 generally uses a pair of linear Hall ICs. The printed circuit board 30 may be disposed at the outermost portion of the torque sensor, as shown in FIG.

한편, 필요할 경우, 미도시된 회전축의 회전 시그널을 입력 받을 수 있는 인덱스 마그네트(40)가 도 1에 도시된 바와 같이 더 구비될 수도 있다. 인덱스 마그네트(40)는, 상기 회전축에 설치되는 마그네트 홀더에 설치되어, 상기 회전축의 회전에 따라 위치 변경된다. If necessary, an index magnet 40 may be further provided as shown in FIG. 1 to receive a rotation signal of a rotation axis (not shown). The index magnet 40 is provided in the magnet holder provided on the rotary shaft and is displaced according to the rotation of the rotary shaft.

또한, 상기 인쇄회로기판(30)에는 상기 인덱스 마그네트(40)의 자기장을 감지하는 제 2 자기소자(32)가 설치될 수 있다. 제 2 자기소자(32)는 상기 인덱스 마그네트(40)의 회전을 펄스 신호로 감지하여, 상기 회전축의 조향각 계산을 위해 인덱스 펄스 시그널을 출력한다. 일반적으로 상기 제 2 자기소자(32)는 홀 스위치로 마련되어, 인덱스 펄스 시그널을 출력한다. In addition, a second magnetic element 32 for sensing the magnetic field of the index magnet 40 may be installed on the printed circuit board 30. The second magnetic element 32 senses the rotation of the index magnet 40 as a pulse signal and outputs an index pulse signal for calculating the steering angle of the rotation axis. In general, the second magnetic element 32 is provided as a hall switch and outputs an index pulse signal.

이와 같은 본 발명에 따르면, 상기 콜렉터(11)를 하우징(1)에 고정 결합하기 위하여, 상기 하우징(1)에 일체로 마련된 고정 보스(2)를 콜렉터(11)에 관통 형성된 통공(12)을 통과시킨 후에 열 융착 하기 때문에, 고온 상태에서 장기간 동안 사용하더라도, 콜렉터(11)가 항상 하우징(1)에 밀착된 상태로 고정될 수 있다. 그러면 상기 콜렉터(11)와 마그네트(20)와 항상 일정간 거리를 유지할 수 있어, 센서 측정값의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. According to the present invention, in order to fix the collector 11 to the housing 1, the fixing boss 2 integrally provided in the housing 1 is inserted into the through hole 12 formed through the collector 11 The collector 11 can always be fixed in a state of being in close contact with the housing 1 even if it is used for a long period of time at a high temperature. Therefore, the distance between the collector 11 and the magnet 20 can always be maintained, and the reliability of the sensor measurement value can be improved.

또한, 통공(12)을 통과한 고정 보스(2)를 열 융착 하여, 도 3에 도시된 바와 같이 납작하게 눌려서 헤드(2a)를 형성하면, 상기 헤드(2a)와 콜렉터(11) 사이의 접촉 면적만큼의 압력으로 상기 콜렉터(11)를 하우징(1) 측으로 가압할 수 있기 때문에, 보다 단단하게 결합이 유지되는 것이 가능하다.When the fixed boss 2 having passed through the through hole 12 is thermally fused to be flatly pressed to form the head 2a as shown in Fig. 3, the contact between the head 2a and the collector 11 It is possible to press the collector 11 toward the housing 1 with a pressure equivalent to the area, so that it is possible to maintain the coupling more firmly.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.The embodiments of the present invention described above and shown in the drawings should not be construed as limiting the technical idea of the present invention. The scope of protection of the present invention is limited only by the matters described in the claims, and those skilled in the art will be able to modify the technical idea of the present invention in various forms. Accordingly, such improvements and modifications will fall within the scope of the present invention as long as they are obvious to those skilled in the art.

1; 하우징 2; 회전축
10; 스테이터 20; 마그네트
30; 인쇄회로기판 31; 제 1 자기센서
32; 제 2 자기센서 40; 인덱스 마그네트One; Housing 2; Rotating shaft
10; A stator 20; Magnet
30; A printed circuit board 31; The first magnetic sensor
32; A second magnetic sensor 40; Index magnet

Claims (10)

하우징;
상기 하우징 내에 배치되는 스테이터;
상기 하우징에 배치되는 인쇄회로기판;
상기 인쇄회로기판에 배치되는 제 1 자기소자; 및
상기 스테이터 상측에 배치되는 상부 콜렉터를 포함하고,
상기 하우징은 내면에서 돌출된 제 1 고정 보스 및 제 2 고정 보스를 포함하고,
상기 상부 콜렉터는 제 1 홀 및 제 1 홈을 포함하고,
상기 제 1 고정 보스는 상기 제 1 홀을 관통하고,
상기 제 2 고정 보스는 상기 제 1 홈에 배치되고,
상기 상부 콜렉터는 상기 하우징 내면에 면 접촉하는 토크 센서.
housing;
A stator disposed in the housing;
A printed circuit board disposed in the housing;
A first magnetic element disposed on the printed circuit board; And
And an upper collector disposed above the stator,
Wherein the housing includes a first fixing boss and a second fixing boss protruding from the inner surface,
Wherein the upper collector includes a first hole and a first groove,
The first fixing boss penetrates through the first hole,
The second fixing boss is disposed in the first groove,
And the upper collector is in surface contact with the inner surface of the housing.
제 1 항에 있어서,
상기 하우징은 제 3 고정 보스를 포함하고,
상기 상부 콜렉터는 제 2 홀을 포함하고,
상기 제 3 고정 보스는 상기 제 2 홀을 관통하는 토크 센서.
The method according to claim 1,
Wherein the housing includes a third fixing boss,
The upper collector includes a second hole,
And the third fixing boss penetrates through the second hole.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 고정 보스 및 상기 제 3 고정 보스는 상기 상부 콜렉터의 무게중심을 지나는 가상의 선을 기준으로 대칭으로 배치되는 토크 센서.
The method according to claim 1,
Wherein the first fixing boss and the third fixing boss are arranged symmetrically with respect to an imaginary line passing through the center of gravity of the upper collector.
제 3 항에 있어서,
상기 제 1 고정 보스와 상기 제 3 고정 보스는 상기 제 2 고정 보스를 기준으로 대칭하게 배치되는 토크 센서.
The method of claim 3,
Wherein the first fixing boss and the third fixing boss are disposed symmetrically with respect to the second fixing boss.
제 1 항에 있어서,
상기 하우징 내 인덱스 마그네트가 배치되고,
상기 인쇄회로기판에 제 2 자기소자가 배치되고,
상기 제 2 자기소자는 상기 인덱스 마그네트와 대향하여 배치되고,
상기 상부 콜렉터와 대향하는 상기 제1 자기소자의 일면은 상기 인덱스 마그네트와 대향하는 상기 제2 자기소자의 일면과 수직인 토크 센서.
The method according to claim 1,
An index magnet in the housing is disposed,
A second magnetic element is disposed on the printed circuit board,
The second magnetic element being disposed opposite to the index magnet,
And one surface of the first magnetic element facing the upper collector is perpendicular to one surface of the second magnetic element facing the index magnet.
제 1 항에 있어서,
상기 상부 콜렉터는 일측 끝단이 상기 제 1 자기소자와 접촉되도록 설치되는 토크 센서.
The method according to claim 1,
Wherein the upper collector is installed so that one end thereof is in contact with the first magnetic element.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 홈는 상기 상부 콜렉터의 무게중심을 지나는 가상의 선에 배치되는 토크 센서.
The method according to claim 1,
And the first groove is disposed on an imaginary line passing through the center of gravity of the upper collector.
제 2 항에 있어서,
상기 제 1 고정 보스 및 상기 제 2 고정 보스는 열 융착에 의하여 상기 상부 콜렉터의 일면과 접촉하도록 형성된 헤드를 포함하는 토크 센서.
3. The method of claim 2,
Wherein the first fixing boss and the second fixing boss include a head formed to be in contact with one surface of the upper collector by thermal fusion.
제 1 항에 있어서,
상기 하우징은 상부 하우징 및 하부 하우징을 포함하고,
상기 상부 하우징에 상기 상부 콜렉터가 면 접촉하고,
상기 하부 하우징에 상기 하부 콜렉터가 면 접촉하는 토크 센서.
The method according to claim 1,
The housing includes an upper housing and a lower housing,
The upper collector is in surface contact with the upper housing,
And the lower collector is in surface contact with the lower housing.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 홈은,
상기 상부 콜렉터의 상면 가장자리 영역에 형성되어, 내주면이 상기 제 2 고정 보스이 외주면을 가압하는 토크 센서. The method according to claim 1,
The first groove
And the inner circumferential surface presses the outer circumferential surface of the second fixed boss.
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