KR20190138763A

KR20190138763A - 토크 측정장치

Info

Publication number: KR20190138763A
Application number: KR1020190156999A
Authority: KR
Inventors: 이창환
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2019-11-29
Filing date: 2019-11-29
Publication date: 2019-12-16
Also published as: KR102182978B1

Abstract

본 발명은, 서로 마주보고 이격 배치된 제1환형링과 제2환형링을 포함하고, 상기 제1환형링과 제2환형링은 서로 마주보는 방향으로 돌출편이 형성되어 내부에 공간부를 형성하는 스테이터와, 상기 공간부에 배치되는 링 형상의 마그네트, 및 상기 제1환형링측에 배치되는 제1콜렉터부재 및 제2환형링측에 배치되는 제2콜렉터부재를 포함하고, 상기 제1콜렉터부재와 제2콜렉터부재 사이에는 자기소자가 삽입되는 적어도 하나 이상의 삽입공간이 형성된 콜렉터 조립체;를 포함하되,
상기 삽입공간은 상기 제1콜렉터부재의 끝단과 상기 제2콜렉터부재의 끝단이 상기 제1환형링과 제2환형링 사이의 공간부를 향해 절곡되어 형성된 토크 측정장치를 개시한다.

Description

토크 측정장치{Torque Measurement Device}

본 발명은 스티어링 시스템의 토크를 측정할 수 있는 토크 측정장치에 관한 것이다.

일반적으로 자동차는 바퀴와 연결된 스티어링 휠(Steering wheel)을 조작하여 주행 방향을 조작한다. 그러나, 바퀴와 노면과의 저항이 크거나 스티어링의 장애요인 발생시 조작력이 약화되어 신속한 조작이 어려운 경우가 있고, 이를 해결하기 위해 파워 스티어링 장치가 사용된다. 이러한 파워스티어링 장치는 스티어링 휠의 조작에 동력장치를 개입하여 조작의 힘을 경감시키도록 하는 장치이다.

이러한 동력장치가 스티어링 휠을 조작하는 힘에 개입하기 위해서는 조향축에 걸리는 토크를 측정할 필요성이 있다. 따라서, 스티어링 휠의 토크를 측정하는 장치로 여러가지 방식의 장치가 사용되는데, 특히 조향축에 결합된 마그네트와의 상호 자기장을 측정하여 토크를 검출하는 방식이 경제성이 우수하여 많이 사용되고 있다.

일반적인 스티어링 구조는, 스티어링 휠이 결합되는 입력축, 바퀴측의 랙바와 치합되는 피니언에 결합되는 출력축 및 상기 입력축과 출력축를 연결하는 토션바(torshion bar)로 이루어진다.

스티어링 휠을 회전하면 출력축으로 회전력이 전달되고 피니언과 랙바의 작용에 의해 바퀴의 방향이 변화한다. 이 경우, 저항이 크게 작용하는 경우에 입력축이 더 많이 회전하게 되므로, 토션바가 비틀리게 되는데, 이러한 토션바의 비틀림 정도를 측정하는 것이 자기장 방식의 토크 측정장치이다.

최근에는 토크 측정장치에서 발생하는 플럭스의 누설(Leakage Flux)를 최대한 억제하면서 사이즈를 최소화하기 위한 구조에 대한 연구가 활발하다.

본 발명은 기존 토크 측정장치의 성능은 유지하면서 사이즈를 최소화할 수 있는 토크 측정장치를 제공한다.

본 발명에 따른 토크 측정장치는, 서로 마주보고 이격 배치된 제1환형링과 제2환형링을 포함하고, 상기 제1환형링과 제2환형링은 서로 마주보는 방향으로 돌출편이 형성되어 내부에 공간부를 형성하는 스테이터; 상기 공간부에 배치되는 링 형상의 마그네트; 및 상기 제1환형링측에 배치되는 제1콜렉터부재 및 제2환형링측에 배치되는 제2콜렉터부재를 포함하고, 상기 제1콜렉터부재와 제2콜렉터부재 사이에는 자기소자가 삽입되는 적어도 하나 이상의 삽입공간이 형성된 콜렉터 조립체;를 포함하되, 상기 삽입공간은 상기 제1콜렉터부재의 끝단과 상기 제2콜렉터부재의 끝단이 상기 제1환형링과 제2환형링 사이의 공간부를 향해 절곡되어 형성된다.

본 발명에 따른 토크 측정장치에서, 상기 제1콜렉터부재는 상기 제1환형링의 외면에 인접 배치되고, 상기 제2콜렉터부재는 상기 제2환형링의 외면에 인접 배치될 수 있다.

본 발명에 따른 토크 측정장치에서, 상기 제1콜렉터부재는 상기 제1환형링의 내면에 인접 배치되고, 상기 제2콜렉터부재는 상기 제2환형링의 내면에 인접 배치될 수 있다.

본 발명에 따른 토크 측정장치에서, 상기 제1콜렉터부재와 제2콜렉터부재는,

상기 제1 또는 제2환형링과 인접배치되는 플럭스 전달면; 상기 플럭스 전달면과 연결되고, 상기 서로 마주보는 방향으로 절곡된 대향면; 및 상기 대향면과 연결되고, 상기 제1환형링과 제2환형링 사이의 공간부를 향해 절곡된 삽입면을 포함하되, 상기 제1콜렉터부재와 제2콜렉터부재의 삽입면 사이의 삽입공간에 상기 자기소자가 삽입될 수 있다.

본 발명에 따른 토크 측정장치에서, 상기 제1콜렉터부재와 제2콜렉터부재의 삽입면 끝단에는 서로 마주보는 방향으로 돌출편이 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 토크 측정장치에서, 상기 삽입면의 끝단은 상기 제1환형링의 끝단과 상기 제2환형링의 끝단을 연장한 가상선 보다 내측으로 돌출될 수 있다.

본 발명에 따른 토크 측정장치에서, 상기 삽입면의 끝단은 상기 제1환형링의 끝단과 상기 제2환형링의 끝단을 연장한 가상선과 일치할 수 있다.

본 발명에 따른 토크 측정장치에서, 상기 제1콜렉터부재와 제2콜렉터부재의 돌출편은 서로 엇갈리게 형성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 기존 토크 측정장치의 성능은 유지하면서 사이즈를 최소화할 수 있다.

또한, 토크 측정장치의 내부에서 플럭스가 누설되는 것을 방지하여 정확한 토크를 검출할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 측정장치의 분해 사시도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 측정장치의 사시도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 측정장치의 측면도이고,
도 4는 도 3의 일부 확대도이고,
도 5는 도 4의 변형예이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한 본 발명에서 첨부된 도면은 설명의 편의를 위하여 확대 또는 축소하여 도시된 것으로 이해되어야 한다.

이제 본 발명에 대하여 도면을 참고하여 상세하게 설명하고, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 측정장치의 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 측정장치의 사시도이다.

도 1과 도 2를 참고하면 본 발명에 따른 토크 측정장치는, 서로 마주보고 이격 배치된 제1환형링(111)과 제2환형링(121)을 포함하고, 상기 제1환형링(111)과 제2환형링(121)은 서로 마주보는 방향으로 돌출편이 형성되어 내부에 공간부(G)를 형성하는 스테이터(100)와, 상기 공간부(G)에 배치되는 링 형상의 마그네트(210), 및 상기 제1환형링(111)과 인접 배치되는 제1콜렉터부재(310) 및 제2환형링(121)에 인접 배치되는 제2콜렉터부재(320)를 포함하는 콜렉터 조립체(300)를 포함한다.

스테이터(100)는 서로 이격 배치된 제1스테이터 부재(110)와 제2스테이터 부재(120)를 포함한다. 구체적으로 제1환형링(111)과 제2환형링(121)이 축방향으로 이격 배치되며, 환형링의 내측면에 복수 개의 돌출편(112, 122)이 형성된다. 제1환형링(111)과 제2환형링(121)의 돌출편(112, 122)은 서로 마주보는 방향으로 서로 엇갈리게 형성되어 내부 공간부(G)를 형성한다. 구체적으로 돌출편(112, 122)은 링에 가까운 쪽에서 끝단으로 갈수록 폭이 좁아지도록 형성될 수 있다.

환형의 마그네트(200)는 돌출편(112, 122)에 의해 정의되는 내측 공간부(G)에 삽입되며, 환형의 마그네트 홀더(220)에 복수 개의 마그네트 블록(210)이 부착되어 형성될 수 있다.

환형의 마그네트(200)에 결합된 입력축과 스테이터(100)에 결합된 출력축의 회전량 차이에 의해 토션바에 비틀림이 발생하면, 환형의 마그네트(200)와 스테이터(100)가 상대적으로 회전하게 되고, 이때 마스네트 블록(210)의 외주면과 돌출편(112, 122) 사이의 대향면이 변화하게 되어 자화값이 변화하게 된다.

콜렉터 조립체(300)는 제1 스테이터 부재(110)의 제1환형링(111)측에 인접 배치되어 플럭스(flux)를 수집하는 제1콜렉터부재(310)와 제2환형링(121)측에 인접 배치되어 플럭스(flux)를 수집하는 제2콜렉터부재(320)를 포함한다.

제1콜렉터부재(310)와 제2콜렉터부재(320) 사이에 삽입되는 자기소자(400)는 수집된 플럭스가 집중되어 자화된 스테이터(100)의 자화량을 검출한다. 이러한 자기소자는 자기장의 세기를 감지할 수 있는 홀소자(Hall IC)가 선택될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 측정장치의 측면도이고, 도 4는 도 3의 일부 확대도이다.

본 발명의 주요 특징을 도 3과 도 4를 참조하여 살펴보면, 콜렉터 조립체(300)는 제1콜렉터부재(310)와 제2콜렉터부재(320) 사이에 자기소자(400)가 삽입되는 적어도 하나 이상의 삽입공간(P)이 형성된다. 따라서, 제1콜렉터부재(310)와 제2콜렉터부재(320)에서 수집된 플럭스가 삽입공간(P)에 집중되므로, 자기소자(400)는 자기장의 세기를 정확하게 검출할 수 있다.

이러한 삽입공간(P)은 상기 제1콜렉터부재(310)의 끝단과 상기 제2콜렉터부재(320)의 끝단이 상기 제1환형링(111)과 제2환형링(121) 사이의 공간부(G)를 향해 D 방향으로 절곡되어 형성될 수 있다.

구체적으로, 제1콜렉터부재(310)와 제2콜렉터부재(320)는 제1 또는 제2환형링(121)에 인접 배치되는 플럭스 전달면(311, 321)과, 플럭스 전달면(311, 321)과 연결되고 상기 서로 마주보는 방향으로 절곡된 대향면(312, 322), 및 대향면과 연결되고 제1환형링(111)과 제2환형링(121) 사이의 공간부(G)를 향해 D 방향으로 절곡된 삽입면(313, 323)을 포함한다.

플럭스 전달면(311, 321)은 제1 또는 제2환형링(121)의 원주면에 대응되게 형성되어 플럭스가 유효하게 수집된다. 대향면(312, 322)은 수집된 플럭스를 삽입면(313, 323)에 집중시킨다.

구체적으로 대향면(312, 322)은 서로 마주보는 방향으로 형성되므로 제1콜렉터부재(310)의 대향면(312)은 제2환형링(121)을 향해 절곡될 수 있으며 제2콜렉터부재(320)의 대향면(322)은 제1환형링(111)을 향해 절곡될 수 있다.

제1콜렉터부재(310)의 삽입면(313)과 제2콜렉터부재(320)의 삽입면(323)은 전술한 제1환형링(111)과 제2환형링(121) 사이의 공간부(G)를 향해 절곡된다. 따라서, 삽입면 사이의 간격은 자기소자(400)가 삽입될 수 있는 정도의 간격을 갖게 된다. 이때, 삽입면(313, 323)은 외측을 향해 절곡되는 것이 아니라 공간부(G)를 향해 D 방향으로 절곡되므로 토크 측정장치의 외형 사이즈를 최소화할 수 있다.

제1콜렉터부재(310)가 제1환형링(111)의 외면(111a)에 인접 배치되고, 제2콜렉터부재(320)가 제2환형링(121)의 외면에 인접 배치되는 경우에는 제1콜렉터부재(310)와 제2콜렉터부재(320) 사이에 발생하는 플럭스의 누설이 최대한 방지되면서도 제품의 사이즈를 최소화할 수 있는 장점이 있다.

또한, 삽입면(313, 323)의 끝단에는 서로 마주보는 방향으로 돌출편(314, 324)이 형성되어 자기소자(400)의 삽입 깊이를 제어하는 스토퍼 역할을 수행할 수 있다. 이 경우 조립이 용이해지는 장점이 있다.

삽입면(313, 323)의 끝단은 제1환형링(111)의 끝단과 제2환형링(121)의 끝단을 연장한 가상선(L1)과 일치하도록 구성될 수 있다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 삽입면(313, 323)의 끝단이 가상선(L1)의 내측으로 돌출되어 형성될 수도 있다. 삽입면(313, 323)의 끝단이 가상선(L1)의 내측으로 돌출 형성되는 경우 제1환형링(111)과 제2환형링(121) 사이에 발생하는 플럭스의 누설을 최대한 억제할 수 있는 장점이 있다.

도 5를 참조하면, 제1콜렉터부재(310)가 제1환형링(111)의 내면(111b)에 인접 배치되고, 제2콜렉터부재(320)가 제2환형링(121)의 내면(121b)에 인접 배치될 수 있다. 이러한 구조에 의하면 콜렉터 조립체(300)의 높이를 낮출 수 있어 제품의 사이즈를 최소화할 수 있다.

또한, 제1환형링(111)과 제2환형링(121) 사이에 발생하는 플럭스의 누설이 방지되는 장점이 있다. 그러나, 제1콜렉터부재(310)와 제2콜렉터부재(320) 사이에서 플럭스가 누설될 수 있다. 따라서, 제1콜렉터부재(310)와 제2콜렉터 부재가 서로 마주보는 면에는 차폐 부재가 형성되는 것이 바람직하다.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100: 스테이터 110: 제1스테이터 부재
111: 제1환형링 112, 122: 돌출편
121: 제2환형링 200: 환형 마그네트
300: 콜렉터 조립체 310: 제1콜렉터 부재
320: 제2콜렉터 부재 P: 삽입공간

Claims

제1링부재와 상기 제1링부재와 이격된 제2링부재를 포함하는 스테이터;
상기 스테이터의 내부에 배치되는 마그네트;
상기 제1링부재측에 배치되는 제1콜렉터 및 제2링부재측에 배치되는 제2콜렉터를 포함하는 콜렉터 조립체; 및
상기 제1콜렉터와 제2콜렉터 사이에 배치되는 홀센서를 포함하고,
상기 제1링부재와 상기 제2링부재는 축방향으로 연장된 돌출편을 각각 포함하고,
상기 제1콜렉터 및 상기 제2콜렉터는 끝단이 상기 돌출편을 향해 연장된 삽입면을 각각 포함하고,
상기 삽입면 사이에 홀센서가 배치되는 토크 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 홀센서는 상기 제1링부재 및 제2링부재와 축방향으로 중첩되지 않는 토크 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 스테이터는 상기 제1링부재와 제2링부재가 서로 마주보는 방향으로 돌출편이 연장되어 내부에 공간부를 형성하고,
상기 제1콜렉터의 삽입면과 상기 제2콜렉터의 삽입면은 상기 공간부를 향해 절곡된 토크 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1콜렉터는 상기 제1링부재의 외면에 인접 배치되고, 상기 제2콜렉터는 상기 제2링부재의 외면에 인접 배치되는 토크 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1콜렉터는 상기 제1링부재의 내면에 인접 배치되고, 상기 제2콜렉터는 상기 제2링부재의 내면에 인접 배치되는 토크 측정 장치.
제5항에 있어서,
상기 제1콜렉터와 제2콜렉터가 서로 마주보는 면에 배치되는 차폐 부재를 포함하는 토크 측정 장치.
제3항에 있어서,
상기 제1콜렉터와 제2콜렉터는,
상기 제1 또는 제2링부재와 인접 배치되는 플럭스 전달면;
상기 플럭스 전달면과 연결되고, 서로 마주보는 방향으로 절곡된 대향면; 및
상기 대향면과 연결되고, 상기 제1링부재와 제2링부재 사이의 공간부를 향해 절곡된 삽입면을 포함하고,
상기 제1콜렉터와 제2콜렉터의 삽입면 사이에 상기 홀센서가 삽입되는 토크 측정 장치.
제7항에 있어서,
상기 제1콜렉터와 제2콜렉터의 삽입면 끝단에는 서로 마주보는 방향으로 돌출편이 형성된 토크 측정 장치.
제7항에 있어서,
상기 삽입면의 끝단은 상기 제1링부재의 끝단과 상기 제2링부재의 끝단을 연장한 가상선 보다 내측으로 돌출된 토크 측정 장치.
제7항에 있어서,
상기 삽입면의 끝단은 상기 제1링부재의 끝단과 상기 제2링부재의 끝단을 연장한 가상선과 일치하는 토크 측정 장치.