KR20180088114A - 토크 센서 및 이를 포함하는 조향 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로터; 상기 로터의 외측에 배치되는 스테이터;및 상기 로터와 상기 스테이터 사이에서 발생한 자기장을 측정하는 센서 조립체를 포함하고, 상기 센서 조립체는 하우징을 포함하고, 상기 로터 및 상기 스테이터는 상기 하우징의 외부에 배치되고, 상기 하우징은 콜렉터와 백요크를 포함하고, 상기 로터 및 상기 스테이터는 상기 콜렉터의 전방에 배치되고, 상기 백요크는 상기 콜렉터의 후방에 배치되는 토크 센서를 제공하여, 센서 조립체와 전자 제어 장치의 간격을 좁혀 제품 전체의 크기를 줄이는 유리한 효과를 제공한다.

Description

토크 센서 및 이를 포함하는 조향 장치{Torque sensor and apparatus for steering}

실시예는 토크 센서 및 이를 포함하는 조향 장치에 관한 것이다.

파워 스티어링 시스템(Electronic Power System 이하, EPS라 한다.)은 운행조건에 따라 전자제어장치(Electronic Control Unit)에서 모터를 구동하여 선회 안정성을 보장하고 신속한 복원력을 제공함으로써, 운전자로 하여금 안전한 주행이 가능하도록 한다.

EPS는 적절한 토크를 제공하기 위하여, 조향축의 토크를 측정하는 토크 센서를 포함한다. 조향축은 핸들에 연결되는 입력축과 바퀴측의 동력전달구성과 연결되는 출력축과, 입력축과 출력축을 연결하는 토션바를 포함할 수 있다.

토크 센서는 토션바의 비틀림 정도를 측정하여 조향축에 걸리는 토크를 측정한다. 이러한 토크 센서는 로터와, 스테이터와, 센서 조립체를 포함할 수 있다, 센서 조립체는 스테이터의 자화량을 측정하는 콜렉터를 포함할 수 있다.

한편, 센서 조립체와 스테이터가 별물로 구성되는 축소형 토크 센서가 있다. 센서 조립체는 별도의 하우징에 포함된다. 하우징에는 스테이터의 자기장을 수집하는 콜렉터가 포함된다. 이러한 센서 조립체는 차량의 전자 제어 장치(ECU)와 연결될 수 있다. 이때. 차량의 전자 제어 장치의 대전류는 센서 조립체의 성능에 악영향을 미칠 수 있다. 따라서, 전자 제어 장치의 대전류를 회피하기 위하여, 센서 조립체와 차량의 전자 제어 장치는 서로 거리를 두고 와이어 하네스(wire harness)로 연결된다. 그러나 이러한 구성은 제품의 크기를 증가시키는 문제점이 있다.

이에, 실시예는 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 차량의 전자 제어 장치의 대전류를 회피하면서도, 제품의 크기를 줄일 수 있는 토크 센서 및 이를 포함하는 조향 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

실시예는, 로터와, 상기 로터의 외측에 배치되는 스테이터 및 상기 로터와 상기 스테이터 사이에서 발생한 자기장을 측정하는 센서 조립체를 포함하고, 상기 센서 조립체는 하우징을 포함하고, 상기 로터 및 상기 스테이터는 상기 하우징의 외부에 배치되고, 상기 하우징은 콜렉터와 백요크를 포함하고, 상기 로터 및 상기 스테이터는 상기 콜렉터의 전방에 배치되고, 상기 백요크는 상기 콜렉터의 후방에 배치되는 토크 센서를 제공할 수 있다.

바람직하게는, 상기 하우징은 상기 스테이터를 향하는 전면과 상기 전면의 반대에 위치하는 후면을 포함하고, 상기 하우징은 상기 후면에서 상기 전면을 관통하여, 상기 센서 조립체의 기판이 삽입되는 슬롯을 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 백요크는 상기 하우징의 후면에 배치될 수 있다.

바람직하게는, 상기 하우징은 상기 후면에서 오목하게 배치되어 상기 백요크를 수용하는 백요크 수용부를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 백요크는 테두리에서 돌출되는 돌기부를 포함하고, 상기 백요크 수용부는 상기 돌기가 위치하는 홈부를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 싱기 백요크는, 상기 슬롯과 정렬 배치되어 상기 기판이 관통하는 제1 홀을 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 슬롯의 입구의 양 측에 배치되어, 상기 기판이 삽입되는 가이드를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 백요크는 상기 가이드가 관통하는 제2 홀을 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 기판은 커넥터를 포함하고, 상기 제1 걸림부와 상기 제2 걸림부가 상호 걸린 상태에서, 상기 커넥터는 상기 하우징의 외부에 배치될 수 있다.

바람직하게는, 상기 콜렉터는 상부 콜렉터와 하부 콜렉터를 포함하고, 상기 슬롯은, 상기 로터의 축 방향을 기준으로, 상기 상부 콜렉터와 상기 하부 콜렉터 사이에 배치될 수 있다.

바람직하게는, 상기 기판은 상기 콜렉터에서 수집된 상기 자기장을 측정하는 센서를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 하우징은 체결부재가 삽입되는 체결부를 포함할 수 있다.

다른 실시예는, 토크 센서 및 상기 토크 센서와 연결되는 전자 제어 장치를 포함하고, 상기 토크 센서는, 로터와, 상기 로터의 외측에 배치되는 스테이터 및 상기 로터와 상기 스테이터 사이에서 발생한 자기장을 측정하는 센서 조립체를 포함하고, 상기 센서 조립체는 하우징을 포함하고, 상기 로터 및 상기 스테이터는 상기 하우징의 외부에 배치되고, 상기 하우징은 콜렉터와 백요크를 포함하고, 상기 로터 및 상기 스테이터는 상기 콜렉터의 전방에 배치되고, 상기 백요크는 상기 콜렉터의 후방에 배치되는 조향 장치를 제공할 수 있다.

바람직하게는, 상기 하우징은 상기 전자 제어 장치의 하우징에 결합할 수 있다.

실시예에 따르면, 백요크를 통해 전자 제어 장치의 대전류를 차단함으로써, 센서 조립체와 전자 제어 장치의 간격을 좁혀 제품 전체의 크기를 줄이는 유리한 효과를 제공한다.

실시예에 따르면, 센서 조립체와 전자 제어 장치를 연결하기 위한 와이어 하네스를 제거하여, 제조 비용을 줄이는 유리한 효과를 제공한다.

도 1은 실시예에 따른 토크 센서를 도시한 도면,
도 2는 도 1에서 도시한 토크 센서의 분해도,
도 3은 전자 제어 장치에 결합하는 토크 센서를 도시한 도면,
도 4는 하우징과 백요크를 도시한 도면,
도 5는 도 4에서 도시한 백요크의 평면도,
도 6은 도 4의 A부분의 확대도,
도 7은 도 1에서 도시한 토크 센서의 측단면도,
도 8은 백요크가 배치된 센서 조립체의 콜렉터의 자속 밀도와 백요크가 없는 센서 조립체의 콜렉터의 자속 밀도를 비교한 그림이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 그리고 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.

제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

도 1은 실시예에 따른 토크 센서를 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에서 도시한 토크 센서의 분해도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 토크 센서(10)는, 로터(100)와, 스테이터(200)와, 센서 조립체(300)와, 하우징(400)을 포함할 수 있다.

로터(100)는 스테이터(200)의 내측에 배치된다. 로터(100)는 조향축의 입력축과 연결된다, 여기서, 입력축이란, 차향의 핸들과 연결된 조향축일 수 있다. 로터(100)는 원통형의 요크(110)와 요크(110)에 배치되는 마그넷(120)을 포함할 수 있다. 요크(110)의 내측으로 입력축이 삽입된다. 그리고 요크(110)의 외측으로 마그넷(120)이 배치될 수 있다. 마그넷(120)에 요크(110)의 외주면에 접착 고정되거나 압입 고정될 수 있다.

스테이터(200)는 로터(100)의 외측에 배치된다. 스테이터(200)는 환형의 스테이터 투스(210)과, 몰드부재(220)와, 홀더(230)를 포함할 수 있다. 스테이터 투스(210)은 마주보는 형태로 한 쌍이 떨어져 배치될 수 있다. 그리고, 2개의 스테이터 투스(210)는 몰드부재(220)의 상측 및 하측에 각각 고정될 수 있다. 홀더(230)는 몰드부재(220)에 결합된다. 홀더(230)는 조향축의 출력축과 연결될 수 있다. 여기서, 출력축이란, 바퀴측의 동력전달구성과 연결되는 조향축일 수 있다. 따라서, 스테이터(200)는 출력축과 연결되어 출력축과 함께 회전한다.

센서 조립체(300)는 로터(100)와 스테이터(200) 사이에 발생한 자기장을 측정한다. 이러한 센서 조립체(300)는 조향력을 보조하는 모터의 전자 제어 자치(ECU)와 연결되어 측정된 자기장의 변화에 기초하여 토크를 산출하여 전달한다.

센서 조립체(300)는 콜렉터(310)와, 센서(321)를 포함하는 기판(320)을 포함할 수 있다.

콜렉터(310)는 스테이터(200)의 플럭스(flux)을 수집한다. 콜렉터(310)는 상부 콜렉터(311)와. 하부 콜렉터(312)를 포함할 수 있다. 상부 콜렉터(311)와. 하부 콜렉터(312)는 로터(100)의 축 방향을 기준으로 떨어져 배치될 수 있다.

기판(320)은 센서(321)를 포함한다. 센서(321)는 자기장의 변화를 검출하는 Hall IC일 수 있다. 센서(321)는 로터(100)의 마그넷(120)과 스테이터(200)의 전기적 상호 작용에 의해 발생하는 스테이터(200)의 자화량을 검출한다. 센서(321)는 로터(100)의 축 방향을 기준으로, 상부 콜렉터(311)와. 하부 콜렉터(312) 사이에 배치된다. 기판(320)은 커넥터(322)를 포함한다. 커넥터(322)는 전자 제어 장치(ECU)와 연결된다.

하우징(400)은 콜렉터(310)와, 기판(320)을 고정한다. 그리고 하우징(400)은 로터(100)와 스테이터(200)의 외부에 배치된다. 하우징(400)은 전자 제어 장치의 하우징(미도시)에 결합될 수 있다. 이러한 하우징(400)은 기판(320)이 삽입되는 슬롯(410)을 포함할 수 있다. 슬롯(410)은 하우징(400)의 전면(400A)과 후면(400B)을 관통하여 배치된다.

하우징(400)의 전면(400A)이라 함은, 하우징(400)이 전자 제어 장치의 하우징에 결합될 때, 스테이터(200)와 마주보는 면을 의미하며, 하우징(400)의 후면(400B)은 전면(400A)의 반대방향에 위치하며, 기판(320)이 삽입되는 슬롯(410)의 입구가 위치한다. 슬롯(410)의 입구의 양 측에는 가이드(411)가 각각 배치될 수 있다. 가이드(411)에는 기판(320)의 양 측 에지가 삽입된다. 기판(320)은 가이드(411)를 따라 슬롯(410)에 삽입된다. 기판(320)이 슬롯(410)에 삽입된 상태에서, 커넥터(322)는 하우징(400)의 외부에 위치한다. 하우징(400)에는 전자 제어 장치의 하우징과 결합하는 복수 개의 체결부(412)가 마련될 수 있다.

도 3은 전자 제어 장치에 결합하는 토크 센서를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 토크 센서(10)는 전자 제어 장치(20)에 인접하여 연결될 수 있다. 이때 전자 제어 장치(20)에서 발생한 대전류가 토크 센서(10)에 영향을 미칠 수 있다.

도 4는 하우징과 백요크를 도시한 도면이다.

도 2 및 도 4를 참조하면, 하우징(400)은 백요크(back yoke)를 포함할 수 있다. 백요크(420)는 전자 제어 장치(20)의 대전류가 센서 조립체(300) 내부로 유입되는 것을 차단하는 역할을 한다. 스테이터(200)가 콜렉터(310)의 전방에 배치될 때, 이러한 백요크(420)는 콜렉터(310)의 후방에 배치될 수 있다. 이는 전자 제어 장치(20)의 대전류가 콜렉터(310)에 영향을 미치는 것을 차단하기 위함이다.

예를 들어, 백요크(420)는 하우징(400)의 후면(400B)에 배치될 수 있다. 하우징(400)은 후면(400B)에는 백요크 수용부(430)가 마련될 수 있다. 백요크 수용부(430)는 하우징(400)의 후면(400B)에 오목하게 배치될 수 있다. 백요크(420)는 백요크 수용부(430)에 안착된다. 백요크(420)의 형상은 사각 플레이트 형상일 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 하우징(400)의 후면(400B)의 형상을 고려하여 다양하게 변경 실시가 가능하다.

백요크(420)는 기판(320)이 관통하는 제1 홀(421)을 포함할 수 있다. 제1 홀(421)은 수평하게 배치된 장공 형상을 갖는다. 제1 홀(421)은 백요크 수용부(430)에 백요크(420)가 장착될 때, 슬롯(410)과 정렬된다. 그리고, 백요크(420)는 가이드(411)가 관통하는 제2 홀(422)을 포함할 수 있다. 제2 홀(422)은 가이드(411)의 형상을 고려하여 수직하게 배치된 장공 형상을 갖는다. 제1 홀(421)과 제2 홀(422)은 연결될 수 있다.

도 5는 도 4에서 도시한 백요크의 평면도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 백요크(420)는 제1 홀(421)과 제2 홀(422)을 포함하는 주판(420A)과 주판(420A)의 양측에서 꺽여 배치되는 측판(420B)을 포함할 수 있다. 측판(420B)은 돌기(423)를 포함할 수 있다.

도 6은 도 4의 A부분의 확대도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 백요크 수용부(430)의 양 측벽에는 각각 홈부(431)가 마련될 수 있다. 홈부(431)에는 백요크(420)의 돌기(423)가 삽입된다. 홈부(431)와 돌기(423)는 백요크(420)가 백요크 수용부(430)에서 이탈되는 것을 방지한다.

도 7은 도 1에서 도시한 토크 센서의 측단면도이다.

도 7의 B에서 도시한 바와 같이, 센서(321)를 사이에 두고, 상부 콜렉터(311)와 하부 콜렉터(312)가 배치된다. 전자 제어 장치(도 3의 20)에서 대전류가 유입되면, 센서(321)를 마주보는 콜렉터(310) 부위에 자속의 변화가 발생한다. 외란으로 인하여, 콜렉터(310) 부위에 자속의 변화가 발생하면, 토크를 정확하게 측정할 수 없는 치명적인 문제가 발생한다. 콜렉터(310)의 후방에 배치되는 백요크(420)는 전자 제어 장치(도 3의 20)에서 유입되는 대전류를 차단하여, 외란으로 인하여 콜렉터(310) 부위에 자속의 변화가 발생하는 것을 방지한다.

도 8은 백요크가 배치된 센서 조립체의 콜렉터의 자속 밀도와 백요크가 없는 센서 조립체의 콜렉터의 자속 밀도를 비교한 그림이다.

도 8의 (a)는 백요크가 없는 센서 조립체(300)의 콜렉터(310)의 자속 밀도를 나타낸 것으로, 측정된 자속 밀도는 0.2987mT이다. 도 8의 (b)는 백요크(420)가 배치된 상태에서 센서 조립체의 콜렉터의 자속 밀도를 나타낸 것으로, 측정된 자속 밀도는 0.2078mT이다.

백요크가 없는 센서 조립체(300)의 콜렉터(310)에서 상대적으로 자속 밀도가 높게 나타남을 알 수 있다. 전자 제어 장치(도 3의 20)에서 유입되는 대전류에 영향을 받기 때문이다. 그러나, 백요크(420)가 배치된 상태는, 외란으로 유입되는 대전류를 백요크(420)가 차단하기 때문에 정상적인 자속 밀도가 측정됨을 알 수 있다.

이상으로 본 발명의 바람직한 하나의 실시예에 따른 토크 센서 및 이를 포함하는 조향 장치에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 살펴보았다.

전술된 본 발명의 일 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 이 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 로터
200: 스테이터
210: 스테이터 투스
220: 몰드부재
230: 홀더
300: 센서 조립체
310: 콜렉터
320: 기판
321: 센서
322: 터미널
323: 제2 걸림부
400: 하우징
410: 슬롯
411: 가이드
412: 체결부
420: 백요크
421: 제1 홀
422: 제2 홀
423: 돌기
430: 백요크 수용부
431: 홈부

Claims (10)

1. 로터;
   상기 로터의 외측에 배치되는 스테이터;및
   상기 로터와 상기 스테이터 사이에서 발생한 자기장을 측정하는 센서 조립체를 포함하고,
   상기 센서 조립체는 하우징을 포함하고,
   상기 로터 및 상기 스테이터는 상기 하우징의 외부에 배치되고,
   상기 하우징은 콜렉터와 백요크를 포함하고,
   상기 로터 및 상기 스테이터는 상기 콜렉터의 전방에 배치되고, 상기 백요크는 상기 콜렉터의 후방에 배치되는 토크 센서.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 하우징은 상기 스테이터를 향하는 전면과 상기 전면의 반대에 위치하는 후면을 포함하고, 상기 하우징은 상기 후면에서 상기 전면을 관통하여, 상기 센서 조립체의 기판이 삽입되는 슬롯을 포함하는 토크 센서.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 백요크는 상기 하우징의 후면에 배치되며,
   상기 하우징은 상기 후면에서 오목하게 배치되어 상기 백요크를 수용하는 백요크 수용부를 포함하는 토크 센서.
4. 제3 항에 있어서,
   상기 백요크는 테두리에서 돌출되는 돌기부를 포함하고,
   상기 백요크 수용부는 상기 돌기가 위치하는 홈부를 포함하는 토크 센서.
5. 제3 항에 있어서,
   싱기 백요크는, 상기 슬롯과 정렬 배치되어 상기 기판이 관통하는 제1 홀을 포함하는 토크 센서.
6. 제2 항에 있어서.
   상기 슬롯의 입구의 양 측에 배치되어, 상기 기판이 삽입되는 가이드를 포함하는 토크 센서.
7. 제6 항에 있어서,
   상기 백요크는 상기 가이드가 관통하는 제2 홀을 포함하는 토크 센서.
8. 제1 항에 있어서,
   상기 기판은 커넥터를 포함하고, 상기 제1 걸림부와 상기 제2 걸림부가 상호 걸린 상태에서, 상기 커넥터는 상기 하우징의 외부에 배치되는 토크 센서.
9. 제2 항에 있어서,
   상기 콜렉터는 상부 콜렉터와 하부 콜렉터를 포함하고,
   상기 슬롯은, 상기 로터의 축 방향을 기준으로, 상기 상부 콜렉터와 상기 하부 콜렉터 사이에 배치되는 토크 센서.
10. 토크 센서;및
    상기 토크 센서와 연결되는 전자 제어 장치를 포함하고,
    상기 토크 센서는,
    로터;
    상기 로터의 외측에 배치되는 스테이터;및
    상기 로터와 상기 스테이터 사이에서 발생한 자기장을 측정하는 센서 조립체를 포함하고,
    상기 센서 조립체는 하우징을 포함하고,
    상기 로터 및 상기 스테이터는 상기 하우징의 외부에 배치되고,
    상기 하우징은 콜렉터와 백요크를 포함하고,
    상기 로터 및 상기 스테이터는 상기 콜렉터의 전방에 배치되고, 상기 백요크는 상기 콜렉터의 후방에 배치되는 조향 장치.

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