KR20200077557A - 기계적 마찰 결합을 이용한 회전 요소용 토크 센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 회전 요소(2)에 장착되도록 의도된 토크 센서(1)에 관한 것으로, 상기 토크 센서(1)는 접착제 재료층(4) 상에 배치된 적어도 하나의 스트레인 게이지(3)를 포함한다. 상기 유리층(4)은 기판(5)의 면에 놓이고, 상기 기판은 상기 유리층(4)을 지지하는 면과 반대쪽 면에 의해 상기 회전 요소(2)에 대해 마찰 상태의 유지를 보장할 수 있는 강성 재료로 만들어지고, 상기 토크 센서(1)는 상기 유리층(4)과 상기 기판(5)을 둘러싸는 분리 가능하고 조절 가능한 압력 수단(6a, 6b)을 포함하고, 상기 분리 가능하고 조절 가능한 압력 수단(6a, 6b)은 상기 회전 요소(2)를 둘러싸고 상기 기판(5)과 반대쪽 면을 상기 회전 요소(2)로 가압하도록 의도된다.

Description

기계적 마찰 결합을 이용한 회전 요소용 토크 센서

본 발명은 기계적 마찰 결합을 이용하여 회전 요소의 토크를 측정하기 위한 토크 센서에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 토크 센서와 회전 요소의 조립체, 및 회전 요소 상에 토크 센서를 장착하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 토크 센서는 접착제 재료층 상에 배치된 적어도 하나의 스트레인 게이지(strain gauge)를 포함한다. 상기 적어도 하나의 스트레인 게이지는 힘 토크의 영향 하에서 회전 요소에 의해 경험되는 비틀림의 함수로서 전기 신호를 전송한다. 전자적 수단에 의해 전기 신호를 수신 및 전송하면 회전 요소의 토크를 측정할 수 있다.

회전 요소의 일례인 것으로 고려되지만 이로 제한되지 않는 구동 샤프트의 비틀림 토크를 측정하는 것은 다양한 방식으로 수행될 수 있다.

가장 일반적인 방법 중 하나는 종종 금속 선형 유형인 변형 게이지를 관련 샤프트에 직접 부착 및/또는 접착하는 것을 수반한다. 이때 변형 게이지는 비틀림에서 유래된 변형에 민감하도록 하기 위해 샤프트 축에 대해 +/- 45°의 각도로 배치된다. 이 게이지는 구동 샤프트인 회전 요소에 부과되는 토크를 나타내는 신호를 복구하기 위해 적절한 전자 처리 유닛에 간단히 연결될 필요가 있다.

도출된 방법은 게이지가 토크에서 유래된 변형을 측정할 수 있도록 하기 위해 이 게이지를 샤프트에 접착하는 것이 아니라 게이지를 샤프트로 강제로 누르는 것을 수반한다. 이러한 변형은 마찰 효과를 통해 게이지로 전달된다.

접착식 게이지의 경우 이러한 유형의 조립체에는 일반적으로 접착제가 있는 것으로 인해 정밀도의 손실이 동반된다. 대부분의 경우 이 접착제는 상당히 유연한 재료이며 비선형 방식으로 변형되어 탄성 한계를 빠르게 초과하여 상당한 히스테리시스 오류가 발생한다.

관련 접착제는 또한 일반적으로 시간이 지남에 따라 상당히 불안정하고 열화, 건조, 탄성 손실되어 종종 그리고 점차적으로 약화되고 부서지는 경향이 있는 화합물이다.

마지막으로, 전달 오일과 같은 다른 화학 성분이 존재해서 접착제 또는 게이지와 접촉하는 경우 이 접착제 또는 게이지 자체가 손상되거나 적어도 노화가 가속될 수 있다.

가압식 게이지와 관련하여 이 경우 접착제가 필요하지 않기 때문에 이 원리는 접착제의 사용으로 인한 문제를 해결하지만 공격적인 오일과 전달 액체로 인해 게이지가 손상될 수 있다. 그러나 스트레인 게이지는 쉽게 손상될 수 있는 요소이므로 마찰을 받지 않는 것이 권장된다.

이 원리로 구현된 마찰은 일반적으로 스트레인 게이지의 점진적인 열화, 이 경우에 기계적 열화로 이어진다.

종래 기술의 방법에서 나타나는 문제는 주로 접착제로 인한 측정 효율의 저하, 측정 시스템의 불충분한 수명, 및 공격적인 환경에 대한 낮은 저항성이다.

본 발명의 근본적인 문제는 하나 이상의 스트레인 게이지와 회전 요소가 최적으로 접촉하여, 이 접촉에 의해 내구성 저항을 제공하고, 외부 공격으로부터 하나 이상의 스트레인 게이지를 보호하는 것을 보장할 수 있는 회전 요소에 대한 토크를 측정하기 위한 적어도 하나의 스트레인 게이지를 통합하는 토크 센서를 설계하는 것이다.

이를 위해, 본 발명은 자동차의 회전 요소에 장착되도록 의도된 토 크 센서로서, 상기 토크 센서는 접착제 재료층 상에 배치된 적어도 하나의 스트레인 게이지를 포함하고, 상기 적어도 하나의 스트레인 게이지는 힘 토크의 영향 하에서 상기 회전 요소에 의해 경험되는 비틀림의 함수로서 전기 신호를 전송하고, 상기 전기 신호를 수신 및 전송하는 것을 통해 전송 수단에 의해 처리된 후 상기 회전 요소의 토크를 측정할 수 있고, 상기 접착제 재료층은 기판의 면에 놓이고, 상기 기판은 상기 접착제 재료층을 지지하는 면과 반대쪽 면을 통해 상기 회전 요소와 마찰 상태의 유지를 보장할 수 있는 강성 재료로 만들어지고, 상기 토크 센서는 상기 접착제 재료층과 상기 기판을 둘러싸는 분리 가능하고 조절 가능한 압력 수단을 포함하고, 상기 분리 가능하고 조절 가능한 압력 수단은 상기 회전 요소를 둘러싸고 상기 기판의 반대쪽 면을 상기 회전 요소로 가압하도록 의도된, 토크 센서에 관한 것이다.

하나 이상의 접착식 스트레인 게이지의 종래 기술에 비해, 본 발명은 이러한 접착으로 인한 문제, 즉 하나 이상의 스트레인 게이지의 접합 해제 문제, 접착제 노화 문제, 및 각 스트레인 게이지가 접착제 층이 삽입되는 것으로 인해 회전 요소에 가해지는 비틀림을 수신할 수 없는 문제를 피할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따르면, 접착제 또는 임의의 접착제 고정 요소가 사용되지 않아서, 다음과 같은 장점, 즉 신호에 추가되는 히스테리시스 없음, 노화 저하, 또는 더 나은 노화 제어를 수행하여 시간이 지남에 따라 더 나은 성능을 유지할 수 있다는 장점을 제공한다. 또한, 분리 가능하고 조절 가능한 압력 수단으로 인해, 예를 들어 고장 시 센서를 용이하게 제거하고 교체할 수 있다.

하나 이상의 스트레인 게이지가 회전 요소와 직접 접촉하여 배치되는 종래 기술에 비해, 본 발명은 이 회전 요소와 직접 접촉하는 것을 통해 회전 요소의 비틀림을 직접 경험하는 스트레인 게이지의 손상을 수반하는 마모를 방지할 수 있다. 하나 이상의 스트레인 게이지는 회전 요소와 직접 접촉하지 않게 배치되어서 마찰 마모를 경험하지 않기 때문에 하나 이상의 게이지의 수명을 증가시킬 수 있다.

기판은 한편으로는 하나 이상의 스트레인 게이지와 다른 한편으로는 회전 요소 사이에 삽입 기능을 수행한다. 기판은 회전 요소와의 마찰을 견디고 비틀림을 스트레인 게이지로 전달하기 위해 상당히 강성이다. 따라서, 기판은 회전 요소와의 마찰로 인한 마모로부터 스트레인 게이지를 보호한다. 이는 본 발명에 따른 토크 센서에서 얻어지는 제1 효과를 구성한다.

또한, 선택된 기판 재료를 통해 기판과 회전 요소 사이의 마찰 접촉은 기판에 미니 표면 증폭기의 역할을 부여하고 비틀림의 검출을 향상시킨다. 회전 요소와 기판의 접촉 표면은 회전 요소와 하나 이상의 스트레인 게이지의 접촉 표면보다 더 크다. 그러나, 이 가장 작은 가능한 표면을 가지면 압력이 증가될 수 있고 따라서 마찰이 개선될 수 있으며, 그 결과 회전 요소의 비틀림이 보다 잘 검출될 수 있다.

기판이 기판과 회전 요소 사이에 더 나은 마찰을 제공하는 표면 처리와 특정 재료를 갖도록 선택할 수 있지만, 이러한 가능성은 스트레인 게이지 제조업체에 의해 미리 정해진 하나 이상의 스트레인 게이지의 재료에 대해서는 존재하지 않는다. 이는 본 발명에 따른 토크 센서에서 얻어지는 제2 효과를 구성한다.

접착제 재료층과 기판을 결합시킬 뿐만 아니라 분리 가능하고 조절 가능한 압력 수단이 하나 이상의 스트레인 게이지에 의해 형성된 검출 부분을 적어도 부분적으로 둘러쌈으로써 하나 이상의 스트레인 게이지가 오일 스프레이와 같은 외부 공격으로부터 보호받을 수 있다. 이는 본 발명에 따른 토크 센서에서 얻어지는 제3 효과를 구성한다.

기판과 회전 요소 사이의 마찰은 분리 가능하고 조절 가능한 압력 수단에 의해 유리하게 조절 가능한데, 특히 두 부분의 압력 수단을 서로 클램핑함으로써 유리하게 조절될 수 있다. 따라서 이 마찰을 조절할 수 있는 상당한 자유가 있다. 분리 가능하고 조절 가능한 압력 수단은 제거될 수 있어, 토크 센서의 장착 및 제거가 용이하며, 이는 접착식 스트레인 게이지로는 얻을 수 없다. 기판과 접착제 재료층을 적어도 부분적으로 둘러싸는 압력 수단은 접착제 재료층 상에 배치된 하나 이상의 스트레인 게이지를 보호하는 것을 도와준다.

본 발명에 있어서, 접착제 재료층 상에 배치된 하나 이상의 스트레인 게이지, 회전 요소와 마찰하는 기판, 및 압력 수단 사이에 강한 시너지가 존재하여 토크 센서 및 특히 하나 이상의 스트레인 게이지 내부를 최대한 보호하면서 회전 요소와 토크 센서 사이의 마찰을 최적으로 조절하는 것을 도와줄 수 있게 된다.

일견 양립되지 않는, 하나 이상의 스트레인 게이지의 내구성 향상, 제조 동안 하나 이상의 스트레인 게이지에의 접근성 개선, 하나 이상의 스트레인 게이지의 보호 향상이 함께 달성된다.

환경에 해로운 성분을 포함할 수 있는 접착제를 제거하는 것으로 인해 환경적 장점을 얻을 수 있다.

기판과 기판을 수용하는 회전 요소 부분 사이에 최적의 마찰을 제공하기 위한 조절 가능한 압력 수단에 의해 그리고 특정 기판을 선택하는 것에 의해, 기판의 구성 및 특히 그 두께 및 압력 수단에 의해 기판에 가해지는 압력을 수정함으로써, 하나 이상의 게이지에 의해 관찰된 스트레인의 레벨을 조절하는 것으로 인해 센서를 측정하기 위한 광범위한 토크 값에 적응시키기 위한 많은 가능성이 존재한다.

유리하게는, 분리 가능하고 조절 가능한 압력 수단은 완전한 쉘을 형성하기 위해 서로 연장되는 2개의 쉘 부분에 의해 형성되고, 나사산 형성된 로드 유형의 고정 수단은 2개의 쉘 부분을 함께 고정하고, 기판과 접착제 재료층은 2개의 쉘 부분의 내부에 수용된다.

"쉘 부분"이라는 명칭은 2개의 부분이 동일하다는 것을 반드시 의미하는 것은 아니고, 이들이 단 대 단(end-to-end)으로 맞대어 배치될 때 완전한 쉘을 형성하도록 상보적 형상을 갖는다는 것을 의미한다. 쉘 부분은 기판과 접착제 재료층을 둘러싸서 이들을 보호한다. 회전 요소와 나머지 토크 센서 둘레에 쉘 부분을 도입하는 것은 쉘 부분이 형성하는 압력 수단이 회전 요소에 대해 대칭적으로 배치되는 2개의 쉘 부분의 형태인 것으로 인해 용이해진다.

유리하게는, 2개의 쉘 부분은 상이한 치수를 가지며, 기판과 접착제 재료층은 가장 큰 쉘 부분에 수용된다. 또한 쉘 부분은 180°의 각도를 가져서 클램핑 나사가 유효 축에 배치될 수 있게 할 수 있다.

이는 하나 이상의 스트레인 게이지를 지지하는 기판과 접착제 재료층이 가장 큰 부분을 갖는 쉘 부분에 수용될 수 있게 한다. 재료를 절약하기 위해, 2개의 쉘 부분 중 다른 하나는 나머지 토크 센서를 수용하기 위한 쉘 부분만큼 클 필요는 없다.

유리하게는, 함께 고정된 2개의 쉘 부분은 원형 외주를 가지며, 불완전하거나 완전한 제1 링이 원형 외주에 고정되고, 원형 외주는 2개의 쉘 부분의 외주보다 크거나 크지 않을 수 있는 상부 외부 직경을 가지고, 쉘 부분 및 제1 불완전하거나 완전한 링은 회전 요소와 함께 회전되도록 의도된다.

제1 링은 링 부분의 형태일 수 있지만, 예를 들어 쉘 부분들 중 하나의 쉘 부분의 원형 외주만을 둘러싸기 위해 폐쇄되어 있지 않기 때문에 불완전한 것이다.

유리하게는, 이 제1 링은, 조립체가, 전달 요소들 중 하나를 샤프트에 반드시 연결하는 것을 요구하는, 샤프트의 길이 방향 단부들 중 하나를 통해 장착되는 것이 아니라 회전 샤프트에 대해 측방으로 장착될 수 있도록 하기 위해 폐쇄되어 있지 않다.

제1 링은 쉘 부분을 완전히 둘러싸는 것에 의해 완전한 것일 수도 있다. 이 제1 링은 하나 이상의 스트레인 게이지 부근에서 토크 센서의 전송 수단에 배선되고, 토크 센서로부터 거리를 두고 배치된 신호를 처리하기 위해 나머지 전자적 수단과 전자기적으로 통신하는 데 유리하게 사용된다.

제1 링, 전송 수단 및 하나 이상의 스트레인 게이지는 회전 가능하게 고정되어서, 이들 사이에 유선 연결이 가능하다.

유리하게는, 제1 불완전하거나 완전한 링은 리브(rib)에 의해 적어도 하나의 쉘 부분에 연결된 외부 림을 포함하고, 각각의 리브는 외주에 대해 적어도 부분적으로 적용되고 적어도 하나의 연결 요소에 의해 외주에 고정되기 위해 상기 적어도 하나의 쉘 부분을 향하는 만곡된 단부를 가지고, 상기 제1 링은 상기 전송 수단에 의해 와이어를 통해 전송된 신호를 수신하는 수단 및 상기 신호를 전자기적으로 전송하는 수단을 구비한다.

각각의 만곡된 에지를 갖는 리브는 제1 불완전하거나 완전한 링이 적어도 하나의 쉘 부분 상의 여러 지점에 고정될 수 있게 하며, 이 쉘 부분은 2개의 쉘 부분 중 가장 큰 것이다.

불완전하거나 완전한 이 제1 링은 회전 요소에 의해 회전되도록 의도된 것이라고 고려하면, 제1 링을 적어도 하나의 쉘 부분에 고정시키는 것은 회전 동안 제1 링에 가해질 원심력을 극복하기에 충분해야 한다. 따라서, 여러 지점에서 고정하는 것은 적어도 하나의 쉘 부분에 제1 불완전하거나 완전한 링을 유지하는 데 매우 유리하다.

제1 링이 센서에 고정되고 센서와 함께 회전하기 때문에 전송 수단과 제1 링 사이의 통신은 유선이다. 그러나, 신호를 전자기적으로 전송하기 위한 수단을 포함하는, 제1 링에 포함된 유닛은 유리하게는 고정된 제2 링의 외부 신호 처리 유닛과 전자기적으로 통신하는 것으로서 작용한다.

유리하게는, 제1 링의 전자기 전송 수단에 의해 전송된 신호를 수신하고 처리하기 위한 전자적 수단은 제1 불완전하거나 완전한 링을 향하는 제2 링에 수용되며, 이 2개의 링은 갭에 의해 서로 이격되어 유사하거나 유사하지 않을 수 있는 직경을 갖는다. 제1 링과 제2 링 사이의 전송은 전자기적이며 유선이 아니기 때문에, 제2 링은 고정될 수 있지만, 제1 링은 회전한다.

다른 대안적인 실시예에서, 2개의 링은 또한 상이한 직경을 가질 수 있고, 제2 링은 제1 링을 둘러싼다. 이어서, 향하는 배열은 더 이상 축 방향이 아니라 방사 방향이다. 이 경우, 전송 또는 여기 코일은 링의 면이 아니라 그 둘레에 위치된다. 제2 링에 수용된 전자적 수단의 일부는 인쇄 회로 보드의 형태일 수 있다. 인쇄 회로 보드는 더 콤팩트하여 제2 링에 통합하는 데 도움이 된다.

유리하게는, 접착제 재료층은 소결 유리층(sintered glass layer)이다.

유리하게는, 상기 적어도 하나의 스트레인 게이지는 압전 저항 셀을 갖는 마이크로 전기 기계 시스템의 형태이다.

유리하게는, 기판은 이러한 압력 수단으로 단일 부품을 형성하면서 압력 수단에 분리 가능하지 않게 고정된다.

또한, 본 발명은 자동차의 회전 요소와 토크 센서로 구성된 조립체로서, 분리 가능하고 조절 가능한 압력 수단이 회전 요소의 일부를 둘러싸고, 기판의 반대쪽 면과 둘러싸인 부분 사이에 마찰 상태의 유지를 수립하기 위해 접착제 재료층을 지지하는 면과 반대편 기판의 면을 회전 요소의 둘러싸인 부분으로 가압하는 것을 특징으로 하는 회전 요소와 토크 센서로 구성된 조립체에 관한 것이다.

종래 기술에 따르면, 회전 요소, 예를 들어, 접착 또는 마찰에 적합해야 하는 재료, 예를 들어, 특정 유형의 강철과 관련하여 규정이 준수되어야 했다. 이러한 규정은 회전 요소에 대해 더 넓은 공차를 갖고 압력 수단이 원하는 마찰을 얻기 위해 조절될 수 있는 본 발명의 범위 내에 더 이상 존재하지 않는다.

또한, 회전 요소 상에 토크 센서를 위치시키고 배치하기 위한 요구 사항은 불필요하게 되는데, 이러한 위치 요구 사항은 특히 자기 변형을 이용한 토크 검출의 상황에서 토크 센서의 회전 요소 상의 활성 자화된 구역에 대해 중심 위치를 필요로 했기 때문이다.

유리하게는, 둘러싸인 부분은 기판의 반대쪽 면을 수용하는 편평한 표면을 포함하고, 상기 적어도 하나의 스트레인 게이지는 스트레인 게이지의 평면에서 회전 요소의 중앙 회전축에 평행한 라인에 대해 45°로 연장된다.

편평한 표면은 접착제 재료층을 지지하는 면과 반대쪽 면을 회전 요소에 적용하는 것을 통해 기판을 수용하는 데 사용되어, 편평한 표면과 기판의 반대쪽 면 사이의 마찰 접촉을 개선시킨다.

유리하게는, 회전 요소는 샤프트 또는 플라이휠이다.

마지막으로, 본 발명은 이러한 조립체를 형성하기 위해 자동차의 회전 요소에 토크 센서를 장착하는 방법으로서,

상기 적어도 하나의 스트레인 게이지가 배치된 상기 접착제 재료층의 면에 놓인 상기 지지 기판을 상기 회전 요소의 부분으로 위치시키는 단계로서, 상기 기판은 상기 접착제 재료층을 지지하는 면과 반대쪽 면이 상기 회전 요소의 부분에 적용되는, 상기 지지 기판을 위치시키는 단계;

상기 기판과 상기 회전 요소 둘레에 압력 수단을 위치시키는 단계; 및

상기 압력 수단을 작용시켜 상기 기판의 반대쪽 면이 상기 부분과 마찰 상태를 유지하도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 회전 요소에 토크 센서를 장착하는 방법에 관한 것이다.

회전 요소의 부분에 기판을 위치시키는 것에 대한 대안으로서, 압력 수단에, 유리하게 압력 수단의 부분을 형성하는 쉘 부분에 기판을 수용함으로써 회전 요소에 대해 기판을 위치시키는 것이 제공될 수 있다. 이 실시예가 바람직하다.

기판과 회전 요소 둘레에 압력 수단을 위치시키기 위해, 회전 요소는 유리하게는 압력 수단을 2개의 부분, 예를 들어, 2개의 추가 쉘 부분으로 분리함으로써 압력 수단으로 도입될 수 있다. 다른 대안에서, 회전 요소는 압력 수단을 통해 슬라이딩함으로써 도입될 수 있다.

압력 수단을 작용시키는 것을 통해 기판의 반대쪽 면과 회전 요소를 향하는 부분 사이의 마찰을 정밀하게 조절할 수 있다. 클램핑 동작은 측정하기 쉽기 때문에 선호된다. 클램핑 작용은 얻어지는 마찰에 의존하기 때문에, 예를 들어 토크 렌치를 사용하여 주어진 측정된 클램핑 힘을 가하면 원하는 마찰이 얻어질 수 있다.

본 발명의 추가의 특징, 목적 및 장점은 비-제한적인 예로서 제공된 첨부 도면을 참조하여 다음의 상세한 설명을 읽을 때 명백해질 것이다.

- 도 1a 및 도 1b는 각각 2개의 쉘 부분이 적어도 부분적으로 제1 링으로 둘러싸인 것으로 형성된 프로파일을 보여주는 본 발명에 따른 토크 센서의 일 실시예의 개략 정면도; 및 특히 기판, 접착제 재료층 및 스트레인 게이지가 적층된 것을 보여주는 본 발명에 따른 토크 센서의 일 실시예의 개략 단면도;
- 도 2 내지 4는 각각 상부 쉘 부분뿐만 아니라 이 상부 쉘 부분에 고정된 제1 링의 개략 사시도; 하부 쉘 부분의 개략 사시도; 및 2개의 쉘 부분을 서로 고정하기 위한 수단의 개략 사시도로서, 상기 쉘 부분들은 본 발명에 따른 토크 센서용 압력 수단의 일 실시예를 형성하는 것을 도시하는 도면;
- 도 5는 본 발명에 따른 토크 센서의 일부를 형성할 수 있는 제2 링의 개략도로서, 제2 링은 유리하게 고정되고, 나머지 토크 센서는 이 도면에 도시되어 있지 않은 도면;
- 도 6은 토크를 측정하기 위한 회전 요소, 기판 및 스트레인 게이지뿐만 아니라 회전 요소와 연관된 것으로 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 센서의 일부를 형성하고 압력 수단의 일부로서 쉘 부분의 개략도로서, 나머지 토크 센서는 이 도면에 도시되어 있지 않은 도면;
- 도 7은 토크를 측정하기 위한 회전 요소의 일부에 위치된 것으로 도시된 적어도 하나의 스트레인 게이지를 지지하는 기판을 다른 도면과 달리 분해하여 도시하는 개략도로서, 기판과 스트레인 게이지는 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 센서의 일부를 형성하고, 나머지 토크 센서는 이 도면에 도시되어 있지 않은 도면;
- 도 8은 토크를 측정하기 위한 회전 요소와 토크 센서의 조립체를 도시하는 개략도로서, 이 조립체는 본 발명의 일 실시예에 따른 조립체인 것을 도시하는 도면;
- 도 9는 토크를 측정하기 회전 요소와 2개의 쉘 부분 형태의 토크 센서의 압력 수단의 조립체를 도시하는 개략도로서, 나머지 토크 센서는 이 도면에 도시되어 있지 않고, 조립체는 본 발명의 일 실시예에 따른 조립체인 것을 도시하는 도면;
- 도 10은 토크를 측정하기 위한 회전 요소와 제1 불완전한 링을 지지하는 2개의 쉘 부분 형태의 토크 센서의 압력 수단의 조립체를 도시하는 개략도로서, 조립체는 본 발명의 일 실시예에 따른 조립체인 것을 도시하는 도면; 및
- 도 11은 회전 요소에 부과된 토크의 함수로서 스트레인 게이지의 2개의 출력 신호 곡선을 보여주는 도면으로서, 실선 곡선은 최소 마찰이 달성된 최적의 마찰을 나타내고, 파선 곡선은 본 발명에 따른 조립체의 토크 센서와 회전 요소 사이의 히스테리시스를 보여주는 과도하게 낮은 마찰을 도시하는 도면.

본 명세서의 나머지 부분에서, 스트레인 게이지 또는 변형 게이지라는 용어는 기계적 스트레인 또는 기계적 변형을 전기적 크기의 변화, 보다 일반적으로 전기 저항의 변화로 변환시키는 복수의 구성 요소를 포함하는 임의의 단일 요소 또는 임의의 요소인 것으로 이해된다. 압전 저항 셀을 갖는 마이크로 전기 기계 시스템 "MEMS"는 본 발명의 의미 내에서 스트레인 게이지인 것으로 고려될 수 있다.

모든 도면을 참조하면, 본 발명은 회전 요소(2)에 가해지는 토크를 측정하기 위해 자동차의 회전 요소(2)에 장착되도록 의도된 토크 센서(1)에 관한 것이다. 본 발명의 범위에서 토크 센서(1)는 또한 회전 요소(2)에 대한 힘 또는 압력 센서로서 작용할 수 있다. 본 발명은 이 회전 요소(2)의 표면 상의 스트레인을 측정함으로써 회전 요소(2)가 경험하는 힘 또는 심지어 토크를 측정하는 것을 포함한다.

도면에서, 회전 요소(2)는 샤프트 또는 전달 요소의 형태이지만, 이로 제한되는 것은 아니며, 이 회전 요소(2)는 예를 들어 플라이휠의 형태와 같은 다른 형태를 취할 수 있다.

도 1b에서 특히 명백한 바와 같이, 토크 센서(1)는 접착제 재료층(4) 상에 배치된 적어도 하나의 스트레인 게이지(3)를 포함한다. 이 접착제 재료층(4)은 유리하지만 비-제한적인 방식으로 소결 유리층일 수 있다. 소결은 유리 입자들을 함께 결합시켜, 이 유리 입자들을 하나 이상의 스트레인 게이지에 접착시킨다. 에폭시 또는 시아노-아크릴레이트 접착제는 비-제한적인 방식으로 접착제 재료로서 이용될 수 있다.

도 7은, 이후에 보다 구체적으로 설명될 기판(5)과, 와이어 연결 브레이징 블록과 상호 연결되기 위한 인쇄 회로 보드를 다른 도면과 달리 분해하여 도시한다. 도 7에서, 접점을 갖는 디스크(14)는 브레이징 연결 와이어용 러그(lug)로 신호를 전송하기 위한 수단을 나타낸다. 따라서, 제공되는 통신은 유선으로 이루어지며, 후술하는 바와 같이 제1 링(12)으로 구현된다.

종래에는, 하나 이상의 정확히 바이어스된 스트레인 게이지(3)가 토크 력의 영향 하에서 회전 요소(2)가 경험하는 비틀림의 함수로서 전기 신호를 전송하고, 전기 신호의 수신 및 전송은 신호를 전송하는 수단으로서 작용하는 상호 연결 인쇄 회로 보드(14)를 통해 지나가고, 이 인쇄 회로 보드는 브레이징에 의해 설치된 연결 와이어(13)와 초음파 용접에 의해 설치된 마이크로 전기 기계 시스템(3)을 연결하는 것을 수용하는 유일한 목적을 갖는다. 전송 수단의 제1 추가 유선 수신 수단은 제1 링(12) 내 인쇄 회로 보드 상에 위치될 수 있다.

본 발명에 따른 도 1a, 도 1b 및 도 7을 보다 구체적으로 참조하면, 접착제 재료층(4)은 기판(5) 면에 놓이고, 기판은 접착제 재료층(4)을 지지하는 면과 반대쪽 면을 통해 회전 요소(2)와 마찰 상태의 유지를 보장할 수 있는 강성 재료로 만들어진다. 마찰을 적용하고 조절하기 위해, 토크 센서(1)는 접착제 재료층(4)과 기판(5)을 둘러싸는 분리 가능하고 조절 가능한 압력 수단(6a, 6b)을 포함한다. 분리 가능하다는 것은 압력 수단(6a, 6b)이 제거될 수 있다는 것을 의미하고, 조절 가능하다는 것은 이러한 수단(6a, 6b)이 가하는 압력이 조절될 수 있다는 것을 의미한다.

이러한 분리 가능하고 조절 가능한 압력 수단(6a, 6b)은 회전 요소(2)를 둘러싸고 원하는 마찰을 얻기 위해 기판(5)의 반대쪽 면을 회전 요소(2)로 가압하도록 의도된다. 이는 기판(5)과 회전 요소(2) 둘레에 압력 수단(6a, 6b)이 작용하는 것을 통해 달성될 수 있다. 압력 수단(6a, 6b)은 토크 센서(1)를 회전 요소(2)에 장착하고 회전 요소로부터 토크 센서를 제거하는 것을 용이하게 보장하기 위해 분리 가능하고 조절 가능하다.

따라서, 본 발명은 매우 민감한 요소인 스트레인 게이지 또는 변형 게이지 중 하나 이상을 기판(5)의 편평한 표면 상에 배치하는 것을 제안한다. 기판(5)은 유리하게는 높은 내마모성을 갖는 예를 들어 스테인리스강과 같은 금속 재료로 형성된 얇지만 강성인 요소이다.

반드시 편평한 것이어야 하는 것은 아닌 하나 이상의 스트레인 게이지(3)와 접착제 재료층(4)을 지지하는 면과 반대쪽 기판(5)의 면은 회전 요소(2)와 검출 인터페이스로서 작용한다. 반대쪽 면은 회전 요소가 편평한 표면(2a)을 가질 때 편평한 것에 의해 회전 요소(2)의 프로파일에 유리하게는 순응하지만, 이 면은 토크를 측정하기 위한 회전 요소(2)에 적합한 다른 형태를 취할 수도 있다.

하나 이상의 스트레인 게이지(3)가 배치되는, 접착제 재료층(4)을 지지하는 기판(5)의 면 측에서 사용되지 않는 편평한 표면, 그리하여 자유로 남아 있는 편평한 표면은 압력 수단(6a, 6b)과 접촉되어 압력 수단(6a, 6b)이 기판(5)에 압력을 가하도록 할 수 있다.

이러한 압력 수단은 유리하게는 나사산 형성된 로드(7)가 제공된 2개의 상부 및 하부 쉘 부분(6a, 6b)으로 구성된 칼라 형태일 수 있다. 압력 수단(6a, 6b)의 목적은 토크 측정이 수행되어야 하는 회전 요소(2)에 토크 센서(1)의 조립체를 장착 및 고정하는 것을 보장하는 것이지만, 특히 접착제 재료층(4)을 지지하는 면과 반대쪽 기판 면을 회전 요소(2)와 접촉하게 함으로써 회전 요소(2)와 접촉하게 기판(5)에 압력을 가하는 것을 보장하는 것이다.

따라서, 기판(5)은 압력 수단(6a, 6b)과 회전 요소(2) 사이에 위치된다. 압력 수단(6a, 6b)이 기판(5)에 적절히 압력을 가하는 것을 보장하기 위해, 압력 수단(6a, 6b)과 회전 요소(2) 사이에는 국부적으로 거리를 두는 것이 권장된다.

회전 요소(2)와 접촉하게 기판(5)에 가해지는 압력은 특히 예를 들어 클램핑에 의해 압력 수단(6a, 6b)에 수행되는 조절 작용을 통해 직접 제공된다. 이러한 작용은 예를 들어 나사 또는 볼트 형태의 나사산 형성된 로드(7)를 사용하여 압력 수단(6a, 6b)으로 사용되는 칼라에 가해지는 클램핑 토크를 제어함으로써 제어될 수 있다.

인가되는 압력 값은 2개의 극값 이내에 있어야 한다. 인가되는 최대 압력은 조립체의 기계적 저항과 연결된 것이고, 최소값은 회전 요소(2)와 기판(5) 사이에 최소 마찰 및 그리하여 스트레인의 전달을 보장하기 위해 정해진 것이다.

이러한 방식으로, 기판(5)은 회전 요소(2)가 경험하는 스트레인을 수신하고, 접착제 재료층(4)을 통해 기판(5)에 장착된 하나 이상의 변형 게이지가 이 스트레인을 검출할 수 있다. 인가되는 이러한 최소 압력은 그리하여 기판(5)과 회전 요소(2) 사이의 마찰 계수에 의존한다.

본 발명을 제한하는 것이 아니라 예시하는 것으로서, 회전 요소(2)로서 작용하는 강철 구동 샤프트 상의 강철 기판(5)에 인가되는 전형적인 압력 값은 대략 100 MPa이다. 이러한 압력 레벨은 기판(5)과 회전 요소(2) 사이의 전체 인터페이스 표면에 걸쳐 인가되어야 한다. 이런 점에서, 이 압력 분포는 균일한 것이 바람직하다.

마지막으로, 센서(1)를 완성하기 위해, 하나 이상의 스트레인 게이지(3)가 전도성 와이어를 통해 적절한 전자 신호 처리 유닛에 연결될 수 있다. 이 유닛은, 예를 들어, 출력 신호의 이동 및 이득에 영향을 줄 수 있는 클램핑으로 인해 특히 압력이 변하는 것과 같은, 제조 및 장착 공차와 관련된 교정 및 보상 측정을 수행할 수 있다.

일부 선택적 실시예는 기판(5)과 관련될 수 있다. 제1 선택적 실시예에서, 회전 요소(2)와 인터페이스하는 기판(5)의 면은 유리하게는 적어도 최소 거칠기를 보장하여 마찰 계수를 증가시키기 위해 표면 마무리 처리될 수 있다.

제2 선택적 실시예에서, 회전 요소(2)와 인터페이스하는 기판(5)의 면은 유리하게는 회전 요소(2)의 재료와 더 나은 마찰을 허용하는 얇은 재료층을 도포함으로써 표면 처리될 수 있다.

제3 선택적 실시예에서, 회전 요소(2)와 인터페이스하는 기판(5)의 면은 기판(5)을 수용하는 편평한 표면(2a)이 제공되지 않는, 회전 요소(2), 예를 들어 구동 샤프트의 프로파일에 순응하기 위해 실질적으로 원통형일 수 있다. 기판(5)은 더 이상 단순한 판의 형태를 취하지 않고 회전 요소(2)의 프로파일에 순응한다.

제4 선택적 실시예에서, 기판(5)은 더 나은 압력 분포를 위해 디스크 형태를 취할 수 있다.

제5 선택적 실시예에서, 더 높은 토크, 또는 반대로 더 낮은 토크를 측정하기 위해 기판(5)의 두께가 증가될 수 있다.

압력 수단(6a, 6b)과 관련하여, 바람직한 실시예에서, 분리 가능하고 조절 가능한 압력 수단은 완전한 쉘을 형성하기 위해 서로 연장되는 2개의 쉘 부분(6a, 6b)으로 형성될 수 있다. 나사산 형성된 로드 유형의 고정 수단(7)은 2개의 쉘 부분(6a, 6b)을 함께 고정할 수 있고, 2개의 쉘 부분(6a, 6b)은 기판(5)과 접착제 재료층(4)뿐만 아니라 그 안에 있는 회전 요소(2)의 부분(2a)을 둘러싼다.

예를 들어, 특히 도 2에는 쉘 부분(6a)이 도시되어 있는데, 이 쉘 부분(6a)은 회전 요소(2) 위에 위치되기 때문에 상부 부분이라고 불리고, 특히 도 3은 쉘 부분(6b)을 도시하는데, 이 쉘 부분(6b)은 회전 요소(2) 아래에 위치되기 때문에 하부 부분이라고 불리며, 하부 쉘 부분(6b)은 상부 쉘 부분(6a)보다 더 작다.

도 4는 예를 들어, 2개의 나사산 형성된 로드 형태의 고정 수단(7)을 도시한다. 나사산 형성된 로드(7)는 리세스를 통해 하부 쉘 부분(6b)에 먼저 진입한 후, 더 큰 상부 쉘 부분(6a)에 진입할 수 있다. 상부 및 하부 쉘 부분(6a, 6b)은 특히 도 9에 도시된 바와 같이 완전한 쉘을 형성하기 위해 상보적으로 형성된다. 나사산 형성된 로드는 회전 요소(2)의 회전축에 수직으로 연장될 수 있다.

따라서, 적용 가능한 경우 제1 불완전하거나 완전한 링(12)을 갖는, 기본적으로 압력 수단(6a, 6b)으로 형성된, 센서(1)의 외부 몸체는 2개의 강철 쉘 부분(6a, 6b)으로 이루어진 칼라의 형태를 취할 수 있다.

이들 쉘 부분(6a, 6b)은 각각 C의 형태를 취할 수 있다. 쉘 부분(6a, 6b)은 동일한 쉘 부분의 양측에 위치된 나사산 형성된 로드(7)로서 2개의 M6 클램핑 나사를 사용하여 함께 조립되고 함께 클램핑될 수 있다. 쉘 부분(6a, 6b) 중 하나는 내부 면에 위치된 중심 편평한 표면(15)을 가질 수 있다. 이 쉘 부분은 상부 쉘 부분(6a)일 수 있다.

보다 구체적으로 도 9를 참조하면, 상부 쉘 부분(6a)은 편평한 표면(15)을 통과하여 상부 쉘 부분(6a)의 외주에서 나타나는 구멍(11)을 더 가질 수 있는데, 이에 따라 구멍은 토크 센서(1)가 회전 요소(2)에 장착될 때 회전 요소(2)의 회전 축에 수직으로 연장됨으로써 내부 면으로부터 외부 면까지 상부 쉘 부분(6a)을 관통한다. 이후 기판(5)은 유리하게는 회전 요소(2) 상의 편평한 표면(2a)과 반대쪽 면에 쉘 부분(6a)이 적용되는 것에 의해 이 편평한 표면(15) 상에 조립된다.

전술한 바와 같이, 2개의 쉘 부분(6a, 6b)의 치수는 상이하며, 기판(5)과 접착제 재료층(4)은 도면에서 상부 쉘 부분(6a)인 가장 큰 쉘 부분에 수용된다.

특히 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 하부 쉘 부분(6b)은 회전 요소(2)의 하부 절반부를 덮을 수 있고, 하나 이상의 스트레인 게이지(3)를 지지하는 접착제 재료층(4)과 기판(5)을 통합하지 않을 수 있다. 나사산 형성된 로드(7)는 도 6에 도시되지 않은 상부 쉘 부분(6a)을 향한다.

특히 도 9 및 도 10에서 볼 수 있는 바와 같이, 함께 고정된 2개의 쉘 부분(6a, 6b)은 원형 외주를 갖는다. 특히, 도 10에서, 제1 불완전하거나 완전한 링(12)이 고정되는 이 원형 외주는 2개의 쉘 부분(6a, 6b)의 외주보다 크거나 크지 않을 수 있는 외부 직경을 갖는다.

제1 불완전하거나 완전한 링(12)은 제1 링(12)이 완전하지 않은 것으로 도시된 도 10의 경우에서와 같이 2개의 상부 및 하부 쉘 부분(6a, 6b)을 완전히 둘러싸지 않음으로써 제1 링(12)이 완료되지 않을 수 있는 것을 의미한다. 도 9에서, 제1 링(12)은 생략되어 있다. 제1 링(12)은 또한 완전한 것일 수 있다.

제1 불완전하거나 완전한 링(12)은 적어도 하나의 쉘 부분(6a)에 고정될 수 있고, 제1 링(12)과 쉘 부분(6a)은 회전 요소(2)와 함께 회전되도록 의도된다. 도 10에서, 제1 링(12)은 불완전한 것이며, 2개의 쉘(6a, 6b) 중 가장 큰 상부 쉘 부분(6a)에 연결된다.

제1 불완전하거나 완전한 링(12)은 리브에 의해 쉘 부분(6a, 6b) 중 적어도 하나에 연결된 외부 림(rim)을 포함할 수 있다. 리브들 중 하나만이 리브를 도시하는 도면에서 참조 부호 8을 사용하고, 이 리브(8)에 제공된 설명은 다른 모든 리브에 대해 동일하다. 이는 참조 부호 8a인 단일 만곡된 단부를 갖는 모든 만곡된 단부, 및 연결 요소(9)에 대해서도 마찬가지이다.

리브(8)는 회전 요소(2)의 중앙 축에 대해 실질적으로 반경 방향으로 연장될 수 있다. 각각의 리브(8)는 쉘 부분(6a, 6b)의 외주에 적어도 부분적으로 적용되어 적어도 하나의 연결 요소(9)에 의해 외주에 고정되도록 하기 위해 하나 이상의 쉘 부분(6a, 6b)을 향하는 만곡된 단부(8a)를 가질 수 있다. 리브(8)의 모든 만곡된 단부는, 예를 들어, 나사산 형성된 로드 유형의 연결 요소(9)에 의해 횡단된다.

제1 링(12)은 하나 이상의 스트레인 게이지(3) 부근에서 전송 수단(14)에 배선된다. 따라서, 제1 링(12)은 전송 수단(14)에 의해 전송된 신호를 수신하기 위한 유선 수신 수단, 유리하게는 연결 와이어를 납땜하기 위한 포트를 포함한다.

제1 링(12)은 또한 수신된 신호를 밖으로, 유리하게는 제2 고정된 링(10)으로 전자기적으로 전송하기 위한 수단을 포함한다.

예를 들어, 제1 링(12)은 증폭기, 하나 이상의 필터, 및 제2 링(10)으로 무선으로 전송하는데 필요한 자기장을 방출하는 코일 구동기와 같은 신호 처리 수단을 포함할 수 있다. 제2 링(10)은 전송기 전력을 이 코일에 전송하기 위해 제1 링(12)의 코일과 통신하는 코일을 갖는 전자적 수단뿐만 아니라, 제1 링(12)에 의해 전송된 신호를 수신하기 위한 수단 및 마이크로프로세서를 포함할 수 있다. 제2 링(12)은 고정되어 있기 때문에 유선을 통해 외부 컴퓨터로 정보를 전송할 수 있다.

도 1b에서 볼 수 있는, 기판 상의 하나 이상의 스트레인 게이지(3) 근처에 수용된 원형 인터페이스 인쇄 회로 보드 형태의 전송 수단(14)에 더하여, 하나 이상의 스트레인 게이지(3)에 의해 전송된 신호를 해석하기 위한 전자적 수단의 일부는 또한 유리하게는 인쇄 회로 보드의 형태로, 전송 수단(14)에 유선 연결로 연결된 제1 링(12) 내에 수용될 수 있다. 나머지 전자 신호 처리 수단은 제1 불완전하거나 완전한 링(12)을 향하는 제2 링(10) 내에 수용될 수 있고, 제1 링(12)과 제2 링(10)은 이들 간에 신호를 전자기적으로 송신 및 수신하기 위한 수단을 포함한다.

특히, 도 8에서, 유사하거나 유사하지 않을 수 있는 직경을 갖는 제1 링(12) 및 제2 링(10)은 제1 링(12)과 제2 링(10) 사이에 무선 연결을 허용하는 갭에 의해 서로 이격될 수 있다. 제2 링(10)은 도 5에서 회전 요소(2) 둘레에 분리된 상태로 도입된 것으로 도시되어 있다.

제2 링(10)의 목적은 시스템의 컴퓨터에 유선 연결로 연결되는 것인데, 이러한 이유로 이동하지 않는 것일 수 있다. 따라서, 제2 링(10)은 샤프트에 고정되어서는 안 되며, 대신 전달 시스템의 케이싱 또는 하우징에 고정되어야 한다.

제2 링에 수용된 전자적 수단의 일부는 인쇄 회로 보드 형태일 수 있다. 제2 링(10)은 인쇄 회로 보드를 유지하기 위한 수단을 내부에 포함할 수 있다.

특히 도 6 및 도 8 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명은 또한 자동차의 회전 요소(2)와 토크 센서(1)로 구성된 조립체에 관한 것이다. 이 조립체에서, 분리 가능하고 조절 가능한 압력 수단(6a, 6b)은 회전 요소(2)의 일부(2a)를 둘러싸고, 기판(5)의 반대쪽 면과 둘러싸인 부분(2a) 사이에 마찰력을 수립하기 위해 접착제 재료층(4)을 지지하는 면과 반대쪽 기판(5)의 면을 회전 요소(2)의 둘러싸인 부분(2a)으로 가압한다.

압력 수단에 의해 둘러싸이도록 의도된 부분은 도 6에 특히 명확히 도시되어 있으며, 여기서 압력 수단으로서 하부 쉘 부분(6b)만이 회전 요소(2)를 둘러싸는 것으로 도시되어 있다. 이 둘러싸인 부분은 기판(5)의 반대쪽 면을 수용하는 편평한 표면(2a) 형태일 수 있다. 도 6에서, 편평한 표면(2a)은 회전 요소(2)의 길이 방향으로 하부 쉘 부분(6b)보다 더 크다.

도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 도 6에는 하나만이 참조되는 하나 이상의 스트레인 게이지(3)는 하나 이상의 스트레인 게이지(3)의 평면에서 회전 요소(2)의 중앙 축, 즉 샤프트를 위한 길이 방향 중앙 축 또는 플라이휠을 위한 중앙 회전축과 평행한 선에 대해 45°로 연장될 수 있다.

본 발명을 제한함이 없이, 편평한 표면(2a)이 제공된 회전 요소(2)로서 구동 샤프트의 경우 기판(5)은 스테인리스 강으로 만들어진 1mm 두께의 정사각형 판의 형태를 취할 수 있다.

모든 도면을 참조하면, 특정 유형의 스트레인 게이지(3), 즉 압전-저항 셀을 갖는 "MEMS"라고도 알려진 마이크로 전기 기계 시스템(3)은 접착제 재료층(4)을 지지하는 기판(5)의 지지 면에 장착될 수 있다. 마이크로 전기 기계 시스템(3)은 4개의 셀을 포함할 수 있으며, 4개의 셀의 저항은 완전한 "휘스톤 브리지(Wheatstone bridge)"를 생성할 수 있게 한다. 셀은 정사각형을 형성함으로써 서로 90°로 위치될 수 있지만, 그럼에도 불구하고 이 조건은 휘스톤 브리지에서 요구되는 것은 아니다.

마이크로 전기 기계 시스템(3)은 기판(5)의 중심에 위치될 수 있으며, 마이크로 시스템(3)에 포함된 압전 저항 셀의 길이 방향 축은 회전 요소(2)의 샤프트의 축과 45° 각도를 형성한다.

마이크로 전기 기계 시스템(3)은 마이크로 전기 기계 시스템(3)과 기판(5) 사이의 비활성 유리층(4)을 고온 소결하는 것에 의해 기판(5) 상에 고정된다.

마이크로-전기 기계 시스템(3)은 이후 전선 형태의 전기적 연결에 의해 마이크로 전기 기계 시스템(3) 둘레에 위치된 원형 인터페이스 인쇄 회로 보드(14)에 전기적으로 연결되고, 회로 보드(14)는 마이크로 전기 기계 시스템(3)과 동일한 기판(5) 면에 놓이고, 도 1b에 도시된 기판(5)에 놓이는 전송 수단(14)을 형성한다.

이 인쇄 회로 보드(14)에는, 마이크로 전기 기계 시스템(3)의 접점에 전기적으로 연결될 수 있는 제1 세트의 접점, 유리하게는 4개의 접점, 및 제1 링(12)을 접합하도록 의도된 전도성 와이어(13)가 납땜되는 제2 세트의 접점이 제공될 수 있다.

도 9 및 특히 도 1b를 더 참조하면, 선택적 실시예에서, 상부 쉘 부분(6a)이 또한 구멍(11)을 갖고 이 구멍이 회전 요소(2)의 회전축에 수직인 상부 쉘 부분(6a)을 통과하여 상부 쉘 부분(6a)의 편평한 표면(15)까지 관통하는 경우, 마이크로 전기 기계 시스템(3) 및 인쇄 회로 보드(14)가 제공된 기판(5)의 면은 상부 쉘 부분(6a)에 의해 지지되는 편평한 평면(15)과 접촉하게 된다. 따라서 관통 구멍(11)은 마이크로 전기 기계 시스템(3) 및 인쇄 회로 보드(14)를 수용할 수 있다.

도 1b에 도시된 마이크로 전기 기계 시스템(3) 및 인쇄 회로 보드(14)는 상부 쉘 부분(6a)과 직접 접촉하지는 않는다. 인쇄 회로 보드(14)의 와이어는 특히 도 8에 도시된 제1 링(12)에 의해 유리하게 지지되는 전자적 수단의 상보적인 부분에 연결되도록 하기 위해 구멍(11)을 통과한다.

따라서, 측정된 정보는, 토크 센서 내에 있고 회전 요소(2)와 함께 회전하는 원형 인터페이스 인쇄 회로 보드(14)에 의해, 제1 링(12)에 포함되고 또한 회전하는 상보적인 전자 부품으로 전송되고, 이 상보적인 전자 부품은 제2 링(10)에 포함된 고정된 전자 부품으로 정보를 재전달할 수 있고, 제2 링(10)의 전자 부품은 유리하게는 인쇄 회로 보드의 형태이다.

고정된 제2 링(10)은 모든 수집 및 해석된 데이터를 유선을 통해 시스템의 컴퓨터, 특히 자동차의 중심 전자 유닛의 구동 컴퓨터에 전송할 수 있으며, 이 컴퓨터와 함께 제2 링(10)에 의해 지지되는 고정된 전자 부품은 유선 연결을 수립한다.

기판(5)과 상부 쉘 부분(6a)의 일 실시예에서, 편평한 접촉이 여전히 보장될 수 있는 한, 기판(5)은 상부 쉘 부분(6a)에 납땜될 수 있다. 또한, 더 나은 밀봉을 제공하기 위해, 구멍(11)은 가요성이며 분리성인 플라스틱 화합물로 채워질 수 있다. 토크 센서를 빠져나가는 와이어(13)는 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 알려진 바와 같이 마이크로 전기 기계 시스템(3)에 의해 생성된 휘스톤 브리지의 검출 변동을 검출하기 위해 차동 증폭기 및 전력 공급원에 연결될 수 있다.

이전 실시예에 대한 다른 대안적인 실시예에서, 기판(5)과 상부 쉘 부분(6a)은 하나의 동일한 부재일 수 있다. 상부 쉘 부분(6a)에 형성될 구멍(11)은 회전 요소(2)를 향해 회전된 측에는 나타나지 않는다. 마이크로-전기 기계 시스템(3)은 이 나타나지 않는 구멍(11)의 바닥에 장착된다. 구멍 형성 벽의 바닥에 있는 나머지 재료는 기판(5) 대신 막으로서 작용한다.

마지막으로, 본 발명은 이러한 조립체를 형성하기 위해 자동차의 회전 요소(2)에 토크 센서(1)를 장착하는 방법에 관한 것이다. 방법은 다음 단계를 포함한다.

제1 단계는 상기 적어도 하나의 스트레인 게이지(3)가 배치된 접착제 재료층(4)의 면에 놓인 지지 기판(5)을 회전 요소(2)의 부분(2a)에 위치시키는 것에 관한 것이다. 이 단계 동안, 기판(5)은 접착제 물질 층(4)을 지지하는 면과 반대쪽 면을 통해 회전 요소(2)의 부분(2a)에 적용된다. 이는 도 6 및 도 7에서 특히 명확히 볼 수 있는데, 도 6에서는 하부 쉘 부분(6b)이 회전 요소(2) 둘레에만 위치되고, 도 7에서는 회전 요소(2) 둘레에 위치된 쉘 부분이 존재하지 않는다.

제2 단계는 기판(5)과 회전 요소(2) 둘레에 압력 수단(6a, 6b)을 위치시키는 것에 관한 것이며, 이러한 압력 수단(6a, 6b)은 유리하게는 2개의 상부 및 하부 쉘 부분(6a, 6b)의 형태이다.

제3 단계는 압력 수단(6a, 6b)을 작용시켜 기판(5)과 반대쪽 면이 회전 요소(2)에 의해 지지되고 압력 수단(6a, 6b)에 의해 둘러싸인 부분(2a)과 마찰 상태를 유지하도록 하는 것을 수반한다. 이는 유리하게는 도 4에 도시된 나사산 형성된 로드(7)인 클램핑 수단에 의해 구현될 수 있고, 이 나사산 형성된 로드는 회전 요소(2)의 중앙 축과 수직으로 연장됨으로써 하부 쉘 부분(6b)을 완전히 횡단하고 상부 쉘 부분(6a)을 부분적으로 횡단한다.

상기 방법을 완료하는 것은 도 8 또는 도 10에 도시되어 있고, 여기서 압력 수단(6a, 6b)은 제1 불완전하거나 완전한 링(12)을 지지하고, 제2 링(10)은 제1 링(12)에 연결된다. 상부 및 하부 쉘 부분(6a, 6b) 형태의 압력 수단은 회전 요소(2) 둘레에 기밀 밀봉된 토크 센서(1)를 형성하는 접착제 재료층(4)과 기판(5)을 지지하는 회전 요소(2)의 부분(2a)을 완전히 둘러싼다.

2개의 쉘 부분(6a, 6b) 형태의 압력 수단(6a, 6b)의 경우, 2개의 쉘 부분(6a, 6b)은 회전 요소(2)의 부분(2a) 둘레에 배치될 수 있으며, 기판(5)은 접선 방향 및 축 방향으로 유리하게는 가능한 한 중심에 근접하여 회전 요소(2)의 이 부분에 존재하는 편평한 표면(2a)과 접촉하게 된다. 본 발명을 제한함이 없이, 2개의 쉘 부분(6a, 6b)은 각각 견인력의 +/- 5%의 범위 내에서 예를 들어 7 킬로뉴톤으로 클램핑될 수 있는데, 여기서 쉘 부분(6a, 6b)들 사이에 동일한 간격을 두고 회전 요소(2)의 축의 평면의 양측에서 동일한 클램핑으로 대칭적으로 클램핑될 수 있다.

도 11은 도 11에서 누락된 참조 부호에 대해 다른 도면을 참조함으로써, 뉴톤미터 단위로 검출할 토크(C)(N·m)의 함수로서 스트레인 게이지(3)의 볼트 단위의 출력 신호 S(V)를 보여준다. 파선 곡선은 마찰이 과도하게 낮은 경우에 얻어진 출력 신호를 나타낸다. 실선 곡선은 최소 마찰보다 큰 최적의 마찰을 달성하는 것에 대응한다.

기판(5)에 과도하게 낮은 압력이 가해져서 마찰이 과도하게 낮으면, 얻어진 곡선은 선형이 아니고 히스테리시스 현상이 발생한다. 실선 곡선으로 도시된 본 발명에 따른 토크 센서로 얻어질 수 있는 마찰이 충분히 높은 최적인 경우, 양호한 선형성이 얻어진다.

Claims (12)

1. 자동차의 회전 요소(2)에 장착되도록 의도된 토크 센서(1)로서,
   상기 토크 센서(1)는 접착제 재료층(4) 상에 배치된 적어도 하나의 스트레인 게이지(3)를 포함하고, 상기 적어도 하나의 스트레인 게이지(3)는 힘 토크의 영향 하에서 상기 회전 요소(2)에 의해 경험되는 비틀림의 함수로서 전기 신호를 전송하고, 상기 전기 신호를 수신 및 전송하는 것을 통해 전송 수단(14)에 의해 처리된 후 상기 회전 요소(2)의 토크를 측정할 수 있고, 상기 접착제 재료층(4)은 기판(5)의 면에 놓이고, 상기 기판은 상기 접착제 재료층(4)을 지지하는 면과 반대쪽 면을 통해 상기 회전 요소(2)와 마찰 상태의 유지를 보장할 수 있는 강성 재료로 만들어지고, 상기 토크 센서(1)는 상기 접착제 재료층(4)과 상기 기판(5)을 둘러싸는 분리 가능하고 조절 가능한 압력 수단(6a, 6b)을 포함하고, 상기 분리 가능하고 조절 가능한 압력 수단(6a, 6b)은 상기 회전 요소(2)를 둘러싸고 상기 기판(5)의 반대쪽 면을 상기 회전 요소(2)로 가압하도록 의도되고,
   상기 분리 가능하고 조절 가능한 압력 수단(6a, 6b)은 완전한 쉘을 형성하기 위해 서로 연장되는 2개의 쉘 부분(6a, 6b)으로 형성되고, 상기 나사산 형성된 로드 유형의 고정 수단(7)은 상기 2개의 쉘 부분(6a, 6b)을 함께 고정하고; 상기 2개의 쉘 부분(6a, 6b)의 내부는 상기 기판(5)과 상기 접착제 재료층(4)을 수용하는 것을 특징으로 하는 토크 센서(1).
2. 제1항에 있어서, 상기 2개의 쉘 부분(6a, 6b)은 상이한 크기이며, 상기 기판(5)과 상기 접착제 재료층(4)은 가장 큰 쉘 부분(6a)에 수용되는 것을 특징으로 하는 토크 센서(1).
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 함께 고정된 상기 2개의 쉘 부분(6a, 6b)은 원형 외주를 갖고, 상기 원형 외주에는 불완전하거나 완전한 제1 링(12)이 고정되고, 상기 원형 외주는 상기 2개의 쉘 부분(6a, 6b)의 외주보다 크거나 크지 않을 수 있는 상부 외부 직경을 가지며, 상기 쉘 부분(6a, 6b)과 상기 제1 불완전하거나 완전한 링(12)은 상기 회전 요소와 함께 회전되도록 의도된 것을 특징으로 하는 토크 센서(1).
4. 제3항에 있어서, 상기 제1 불완전하거나 완전한 링(12)은 리브(rib)(8)에 의해 상기 쉘 부분(6a, 6b) 중 적어도 하나에 연결된 외부 림을 포함하고, 상기 리브(8) 각각은, 상기 외주에 대해 적어도 부분적으로 적용되고 상기 적어도 하나의 연결 요소(9)에 의해 상기 외주에 적어도 고정되도록 하기 위해 상기 적어도 하나의 쉘 부분(6a, 6b)을 향하는 만곡된 단부(8a)를 갖고, 상기 제1 링(12)은 유선 전송 수단(14)에 의해 전송된 신호를 수신하기 위한 수단, 및 상기 신호를 전자기적으로 전송하기 위한 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 토크 센서(1).
5. 제4항에 있어서, 상기 제1 링(12)의 전자기 전송 수단에 의해 전송된 신호를 수신하고 처리하기 위한 전자적 수단은 상기 제1 불완전하거나 완전한 링(12)을 향하는 제2 링(10)에 수용되고, 상기 제1 링(12)과 제2 링(10)은 갭에 의해 서로 이격되는 것에 의해 유사하거나 유사하지 않을 수 있는 직경을 가지며, 상기 제2 링은 회전 가능하게 고정된 것을 특징으로 하는 토크 센서(1).
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접착제 재료층(4)은 소결 유리층(sintered glass layer)인 것을 특징으로 하는 토크 센서(1).
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 스트레인 게이지는 압전 저항 셀을 갖는 마이크로 전기 기계 시스템(3) 형태인 것을 특징으로 하는 토크 센서(1).
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판(5)은 상기 압력 수단(6a, 6b)을 갖는 단일 부품을 형성하면서 상기 압력 수단(6a, 6b)에 분리 가능하지 않게 고정되는 것을 특징으로 하는 토크 센서(1).
9. 자동차의 회전 요소(2)와 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 토크 센서(1)로 구성된 조립체로서,
   상기 분리 가능하고 조절 가능한 압력 수단(6a, 6b)은 상기 회전 요소(2)의 부분(2a)을 둘러싸고, 상기 접착제 재료층(4)을 지지하는 면과 반대쪽 상기 기판(5)의 면을 상기 회전 요소(2)의 둘러싸인 부분(2a)으로 가압하여 상기 기판(5)의 반대쪽 면과 상기 둘러싸인 부분(2a) 사이에 마찰 상태의 유지를 수립하는 것을 특징으로 하는 자동차의 회전 요소와 토크 센서로 이루어진 조립체.
10. 제9항에 있어서, 상기 둘러싸인 부분은 상기 기판(5)의 반대쪽 면을 수용하는 편평한 표면(2a)을 포함하고, 상기 적어도 하나의 스트레인 게이지(3)는 상기 스트레인 게이지(3)의 평면에서 상기 회전 요소(2)의 중앙 회전축과 평행한 선에 대해 45°로 연장되는 것을 특징으로 하는 자동차의 회전 요소와 토크 센서로 이루어진 조립체.
11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 회전 요소(2)는 샤프트 또는 플라이휠인 것을 특징으로 하는 자동차의 회전 요소와 토크 센서로 이루어진 조립체.
12. 제9 내지 제11항 중 어느 한 항의 조립체를 형성하기 위해 자동차의 회전 요소(2)에 토크 센서(1)를 장착하는 방법으로서,
    

    

    상기 적어도 하나의 스트레인 게이지(3)가 배치된 상기 접착제 재료층(4)의 면에 놓인 상기 지지 기판(5)을 상기 회전 요소(2)의 부분(2a)으로 위치시키는 단계로서, 상기 기판(5)은 상기 접착제 재료층(4)을 지지하는 면과 반대쪽 면이 상기 회전 요소(2)의 부분(2a)에 적용되는, 상기 지지 기판을 위치시키는 단계;
    

    

    상기 기판(5)과 상기 회전 요소(2) 둘레에 압력 수단(6a, 6b)을 위치시키는 단계; 및
    

    

    상기 압력 수단(6a, 6b)을 작용시켜 상기 기판(5)의 반대쪽 면이 상기 부분과 마찰 상태를 유지하도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 요소에 토크 센서를 장착하는 방법.

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