KR20220087012A

KR20220087012A - 센싱 장치

Info

Publication number: KR20220087012A
Application number: KR1020200177312A
Authority: KR
Inventors: 양종엽
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2020-12-17
Filing date: 2020-12-17
Publication date: 2022-06-24

Abstract

실시예는 마그넷을 포함하는 로터; 상기 로터와 대응되도록 배치되는 스테이터; 상기 스테이터와 대응되도록 배치되는 콜렉터; 상기 콜렉터에 대응되도록 배치되는 센서; 및 상기 센서가 배치되는 기판을 포함하고, 상기 콜렉터는 플레이트부, 및 상기 플레이트부에서 돌출되게 형성된 제1 레그와 제2 레그를 포함하고, 상기 플레이트부는 바디부, 및 상기 바디부에서 돌출되게 형성된 돌출부를 포함하고, 상기 제1 레그는 상기 돌출부의 일측에서 축 방향으로 연장되고, 상기 제2 레그는 상기 돌출부의 타측에서 축 방향으로 연장되는 센싱 장치를 개시한다. 이에 따라, 상기 센싱 장치는 두 개의 센서에 전달되는 마그넷 플럭스의 경로를 최적화하도록 형성된 콜렉터를 이용하여 토크에 대한 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.

Description

센싱 장치{APPARATUS FOR SENSING}

실시예는 센싱 장치에 관한 것이다.

차량의 조향 안정성을 확보하기 위해 별도의 동력을 이용하여 조향을 보조하는 조향장치가 차량에 사용될 수 있다. 특히, 동력의 손실이 적고 정확성이 우수한 전동식 조향장치(EPS, Electronic Power Steering System}가 차량에 사용된다.

상기 전동식 조향장치는 차속센서, 토크센서 및 앵글센서 등에서 감지한 운행조건 및 운전자 조작정보를 기반으로 전자제어장치(Electronic Control Unit)를 통해 모터를 구동하여 선회 안정성을 보장하고 신속한 복원력을 제공할 수 있다. 그에 따라, 상기 전동식 조향장치는 운전자로 하여금 안전한 주행을 가능하게 한다.

상기 토크 센서는 토션바의 비틀림 정도를 측정하여 조향축에 걸리는 토크를 측정한다. 그리고 인덱스 센서는 출력축의 회전을 감지하여, 조향축의 각가속도를 측정한다. 여기서, 상기 토크 센서와 인덱스 센서는 함께 배치되어 일체로 구성될 수도 있다.

또한, 상기 앵글센서는 로터의 회전에 연동하여 회전하는 메인 기어 및 상기 메인 기어에 치합하여 회동하는 서브 기어, 상기 서브 기어에 결합된 서브 마그넷 및 상기 서브 마그넷의 자력 변화를 감지하는 홀 아이씨(Hall IC) 등을 이용하여 조향 핸들의 조향각도를 측정한다.

상기 토크 센서는 하우징, 링 형상의 마그넷을 포함하는 로터, 스테이터, 한 쌍의 콜렉터 및 상기 콜렉터 사이에 배치되는 센서를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 토크 센서는 상기 마그넷의 회전에 따라 변화하는 마그넷 플럭스를 감지하고, 전기적인 신호를 출력함으로써, 토크를 측정할 수 있다. 여기서, 상기 센서로는 홀 아이씨(Hall IC)가 사용될 수 있다.

상기 콜렉터는 판 형상의 소재를 재단 및 절곡하여 형성할 수 있다. 그에 따라, 상기 콜렉터의 형상을 고려한 판형 소재의 재단에 의해 원자재 손실이 발생할 수 있다.

또한, 상기 콜렉터는 형상에 따라 상기 센서에 인가되는 마그넷 플럭스의 경로 차이를 유발할 수 있으며, 이러한 차이는 센서에서 감지되는 측정 정밀도에 영향을 미치게 된다.

따라서, 측정 정밀도를 향상시킴과 동시에 원자재 손실을 최소화하도록 제작된 콜렉터를 포함하는 센싱 장치의 개발이 요청되고 있는 실정이다.

실시예는 콜렉터의 형상을 통해 토크에 대한 측정 정밀도의 향상 및 생산 단가를 감소시킬 수 있는 센싱 장치를 제공한다.

실시예가 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제에 국한되지 않으며 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제는 마그넷을 포함하는 로터; 상기 로터와 대응되도록 배치되는 스테이터; 상기 스테이터와 대응되도록 배치되는 콜렉터; 상기 콜렉터에 대응되도록 배치되는 센서; 및 상기 센서가 배치되는 기판을 포함하고, 상기 콜렉터는 플레이트부, 및 상기 플레이트부에서 돌출되게 형성된 제1 레그와 제2 레그를 포함하고, 상기 플레이트부는 바디부, 및 상기 바디부에서 돌출되게 형성된 돌출부를 포함하고, 상기 제1 레그는 상기 돌출부의 일측에서 축 방향으로 연장되고, 상기 제2 레그는 상기 돌출부의 타측에서 축 방향으로 연장되는 센싱 장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 돌출부는 상기 바디부의 외측에서 반경 방향으로 돌출되게 하나가 형성되며, 상기 스테이터의 중심(C)과 상기 바디부의 중심(C1)을 지나는 가상의 선(L1) 상에 배치될 수 있다.

그리고, 상기 제1 레그 및 상기 제2 레그 각각은 상기 돌출부에서 축 방향으로 연장된 제1 영역, 상기 제1 영역의 단부에서 원주 방향 측으로 연장된 제2 영역을 포함하고, 상기 제2 영역은 상기 센서와 마주보게 배치될 수 있다.

그리고, 상기 제1 레그의 제2 영역과 상기 제2 레그의 제2 영역은 서로 다른 방향으로 연장될 수 있다.

한편, 상기 바디부는 축 방향으로 관통되게 형성된 제1 홀을 포함하며, 상기 제1 홀은 반경 방향으로 상기 돌출부와 오버랩되게 배치될 수 있다. 여기서, 상기 선(L1) 상에 상기 돌출부의 중심(C2)이 배치될 수 있다.

또한, 상기 바디부의 내주면은 곡면으로 형성되고, 상기 제1 홀에 접하게 배치되는 가상의 접선 중 상기 곡면의 일측 단부를 지나는 가상의 접선(L2) 상에 상기 제1 레그와 상기 돌출부의 모서리가 배치될 수 있다. 여기서, 상기 접선(L2) 상에 상기 모서리의 내측 꼭짓점(P2)이 배치될 수 있다.

또한, 상기 곡면은 소정의 곡률을 갖도록 형성될 수 있으며, 상기 곡률의 중심은 상기 로터의 회전 중심일 수 있다.

또한, 상기 바디부는 축 방향으로 관통되게 형성된 짝수 개의 제2 홀을 포함하며, 상기 제2 홀은 상기 제1 홀을 기준으로 회전 대칭되게 배치될 수 있다. 여기서, 상기 중심(C)을 기준으로 상기 제1 홀과 상기 제2 홀은 소정의 중심각(θ)을 형성하고, 반경 방향을 기준으로 상기 중심각(θ) 내에 상기 제1 레그가 배치될 수 있다.

한편, 상기 스테이터는 스테이터 홀더, 상기 스테이터 홀더의 외주면에 배치되는 스테이터 바디, 및 상기 스테이터 바디에 배치되는 한 쌍의 스테이터 투스를 포함하고, 상기 스테이터 투스는 링 형상의 스테이터 투스 바디, 및 상기 스테이터 투스 바디에서 축 방향으로 상호 이격되어 돌출되는 복수 개의 투스를 포함하며, 상기 스테이터 투스 바디는 상기 바디부와 마주보게 배치될 수 있다.

실시예는 두 개의 센서에 전달되는 마그넷 플럭스의 경로를 최적화하도록 형성된 콜렉터를 이용하여 토크에 대한 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다. 상세하게, 상기 마그넷 플럭스가 분기되는 지점까지의 거리를 최대한 연장하면서도 상기 마그넷 플럭스가 이동하는 거리를 최소화하도록 형성된 콜렉터를 이용하여 토크에 대한 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또한, 실시예는 원자재 손실을 최소화하도록 설계된 콜렉터를 이용함으로써, 모터의 생산성을 향상시킬 수 있다.

실시예의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 실시예의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 실시예에 따른 센싱 장치를 나타내는 사시도이고,
도 2는 실시예에 따른 센싱 장치를 나타내는 저면사시도이고,
도 3은 실시예에 따른 센싱 장치를 나타내는 분해사시도이고,
도 4는 실시예에 따른 센싱 장치를 나타내는 평면도이고,
도 5는 실시예에 따른 센싱 장치의 콜렉터를 나타내는 사시도이고,
도 6은 실시예에 따른 센싱 장치의 콜렉터를 나타내는 평면도이고,
도 7은 실시예에 따른 센싱 장치의 콜렉터를 나타내는 정면도이고,
도 8은 비교예에 따른 콜렉터를 나타내는 사시도이고,
도 9는 비교예에 따른 콜렉터를 나타내는 평면도이고,
도 10은 실시예에 따른 센싱 장치의 콜렉터에 의해 감지되는 와블(Wobble)과 비교예에 따른 콜렉터에 의해 감지되는 와블(Wobble)을 비교하는 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속'되는 경우도 포함할 수 있다.

또한, 각 구성 요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위) 또는 하(아래)"로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.

실시예에 따른 센싱 장치는 조향축의 출력축(미도시)과 입력축(미도시) 사이에 배치될 수 있다. 여기서, 상기 입력축은 제1 축이라 불릴 수 있고, 상기 출력축은 제2 축이라 불릴 수 있다.

도 1은 실시예에 따른 센싱 장치를 나타내는 사시도이고, 도 2는 실시예에 따른 센싱 장치를 나타내는 저면사시도이고, 도 3은 실시예에 따른 센싱 장치를 나타내는 분해사시도이고, 도 4는 실시예에 따른 센싱 장치를 나타내는 평면도이다. 도 1 내지 도 3에 도시된 Y 방향은 축 방향을 의미할 수 있으며, X 방향은 반경 방향을 의미할 수 있다. 그리고, 상기 축 방향과 반경 방향은 서로 수직할 수 있다. 또한, 도 1 내지 도 4에 도시된 도면 부호 'C'는 로터(100)와 스테이터(200)의 회전 중심을 나타낼 수 있다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 실시예에 따른 센싱 장치는 상기 입력축인 제1 축에 연결되는 로터(100), 상기 출력축인 제2 축에 연결되는 스테이터(200), 스테이터(200)에 대응되게 배치되는 한 쌍의 콜렉터(300), 상기 콜렉터(300)에 대응되게 배치되는 센서(400), 및 상기 센서(400)가 실장되는 회로기판(500)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제1 축에 연동하여 상기 로터(100)의 마그넷(130)이 회전함에 따라 마그넷 플럭스의 흐름이 변환될 수 있다. 그리고, 상기 스테이터(200)에 배치되는 스테이터 투스(230)와 상기 콜렉터(300)를 통해 상기 센서(400)는 방향과 세기가 달라진 마그넷 플럭스를 감지한 후, 이를 이용하여 전기적 신호를 출력할 수 있다. 이때, 상기 로터(100)의 마그넷(130)은 메인 마그넷 또는 드라이브 마그넷이라 불릴 수 있다.

또한, 상기 센싱 장치는 상기 스테이터(200)에 연동하여 회전하는 제1 기어(600), 상기 제1 기어(600)에 연동하여 회전하는 제2 기어(700), 상기 제2 기어(700)와 결합하는 마그넷(800), 및 상기 마그넷(800)과 대응되도록 배치되는 자기소자(900)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 자기소자(900)는 회로기판(500)에 배치될 수 있으며, 서브 마그넷 센싱 소자라 불릴 수 있다. 그리고, 상기 제1 기어(600)는 메인 기어라 불릴 수 있으며, 상기 제2 기어(700)는 서브 기어라 불릴 수 있다. 그리고, 상기 제2 기어(700)와 결합하는 마그넷(800)은 서브 마그넷이라 불릴 수 있다.

한편, 상기 센싱 장치는 하우징(미도시)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 하우징은 상기 센싱 장치의 외형을 형성하며, 각 구성 요소를 지지 및 보호할 수 있다.

상기 로터(100)는 상기 조향축 중 입력축인 제1 축과 연결될 수 있다. 여기서, 상기 입력축은 차량의 핸들과 연결된 조향축일 수 있다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 로터(100)는 스테이터(200)의 내측에 회전 가능하게 배치될 수 있다. 이때, 반경 방향을 기준으로 상기 로터(100)는 에어 갭(Air Gap)이 형성되게 상기 스테이터(200)와 이격되게 배치될 수 있다. 여기서, 상기 내측이라 함은 반경 방향을 기준으로 중심(C)을 향하는 방향을 의미할 수 있고, 외측이라 함은 상기 내측에 반대되는 방향을 의미할 수 있다.

상기 로터(100)는 원통형의 로터 홀더(110), 상기 로터 홀더(110)의 외주면 일측에 배치되는 로터 바디(120), 및 로터 바디(120)에 결합된 마그넷(130)을 포함할 수 있다.

상기 로터 홀더(110)는 상기 제1 축과 결합할 수 있다. 그에 따라, 상기 로터 홀더(110)는 제1 축의 회전에 연동하여 회전할 수 있다.

상기 로터 홀더(110)는 원통 형상 또는 관 형상으로 형성될 수 있다. 그리고, 상기 로터 홀더(110)의 하부측 단부는 상기 로터 바디(120)와 결합할 수 있다. 여기서, 로터 홀더(110)는 금속 재질로 형성될 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 제1 축이 끼움 고정될 수 있도록 일정 이상의 강도를 고려한 다른 재질이 이용될 수 있음은 물론이다.

상기 로터 바디(120)는 링 형상으로 형성될 수 있다. 그리고, 로터 바디(120)의 상면에는 세레이션이 형성될 수 있다. 여기서, 상기 세레이션은 원점 세팅을 위한 외부 장치와 맞물릴 수 있으며, 요철 형상으로 원주 방향을 따라 형성될 수 있다.

또한, 상기 로터 바디(120)는 레진과 같은 합성 수지 재질로 형성될 수 있다. 그에 따라, 로터 홀더(110)와 마그넷(130)은 사출 방식을 통해 형성되는 로터 바디(120)에 결합될 수 있다. 즉, 상기 로터 홀더(110)와 마그넷(130)은 상기 로터 바디(120)를 매개로 결합할 수 있으며, 상기 제1 축의 회전에 연동할 수 있다.

상기 마그넷(130)은 로터 바디(120)에 결합되며, 로터 홀더(110)의 회전에 연동되어 회전할 수 있다.

또한, 상기 마그넷(130)은 상기 로터 홀더(110)의 하부측에 배치될 수 있다. 그리고, 상기 마그넷(130)은 스테이터(200)의 투스(232)에 대응되게 배치될 수 있다. 예컨데, 반경 방향을 기준으로 상기 마그넷(130)은 스테이터(200)의 투스(232)의 내측에 마주보게 배치될 수 있다. 이때, 상기 마그넷(130)과 스테이터(200)의 투스(232) 사이에는 상기 에어 갭이 형성될 수 있다.

상기 스테이터(200)는 로터(100)의 외측에 회전 가능하게 배치될 수 있다. 그리고, 상기 스테이터(200)는 출력축인 제2 축과 연결될 수 있다.

상기 스테이터(200)는 스테이터 홀더(210), 스테이터 바디(220), 스테이터 바디(220)의 상부와 하부에 각각 배치되는 한 쌍의 스테이터 투스(230)를 포함할 수 있다.

상기 스테이터 홀더(210)는 조향축 중 출력축인 제2 축에 연결될 수 있다. 그에 따라, 상기 스테이터 홀더(210)는 상기 제2 축의 회전에 연동하여 회전할 수 있다. 여기서, 상기 스테이터 홀더(210)는 금속 재질로 형성될 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨데, 상기 스테이터 홀더(210)는 상기 제2 축이 끼움 고정될 수 있도록 일정 이상의 강도를 갖는 다른 재질이 이용될 수도 있다.

상기 스테이터 바디(220)는 스테이터 홀더(210)의 일측 단부에 배치될 수 있다. 예컨데, 상기 스테이터 바디(220)는 레진과 같은 합성수지를 이용한 인서트 사출 방식에 의해 스테이터 홀더(210)의 일측 단부에 배치될 수 있다. 그리고, 상기 스테이터 바디(220)의 내부에는 로터(100)의 마그넷(130)이 배치될 수 있다.

그리고, 상기 스테이터 바디(220)는 상기 스테이터 투스(230)와의 결합을 위해 형성된 홀을 포함할 수 있다.

상기 스테이터 투스(230)는 스테이터 바디(220)에 결합하여 고정될 수 있다. 이때, 상기 스테이터 투스(230)는 상기 스테이터 바디(220)의 상부와 하부에 각각 배치되도록, 한 쌍으로 구성될 수 있다. 여기서, 상기 스테이터 투스(230)는 상기 스테이터 바디(220)의 상부에 배치되는 제1 스테이터 투스와 상기 스테이터 바디(220)의 하부에 배치되는 제2 스테이터 투스로 구분될 수 있다.

상기 스테이터 투스(230)는 스테이터 투스 바디(231), 및 스테이터 투스 바디(231)의 내주면을 따라 서로 이격되어 배치되는 복수 개의 투스(232)를 포함할 수 있다.

또한, 상기 스테이터 투스(230)는 스테이터 투스 바디(231)의 외주면을 따라 서로 이격되어 배치되는 돌기부(233)를 포함할 수 있다. 여기서, 투스(232)와 돌기부(233)는 동일한 방향으로 돌출되게 형성될 수 있다. 그리고, 스테이터 투스 바디(231), 투스(232) 및 돌기부(233)는 일체로 형성될 수 있다.

상기 스테이터 투스 바디(231)는 링 형상으로 형성될 수 있다. 그리고, 상기 스테이터 투스 바디(231)는 콜렉터(300)의 바디부(311)와 일부가 축 방향으로 오버랩될 수 있다.

상기 투스(232)는 스테이터 투스 바디(231)의 내주면에서 축 방향을 향해 돌출되게 형성될 수 있다. 그리고, 상기 투스(232)는 스테이터 바디(220)의 내주면의 원주 방향을 따라 서로 이격되어 배치될 수 있다.

또한, 상기 투스(232)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 일정 간격을 두고 상호 맞물리는 형태로 배치될 수 있다.

또한, 상기 투스(232)는 상기 마그넷(130)에 대응되게 배치될 수 있다.

상기 돌기부(233)는 스테이터 투스 바디(231)의 외주면에서 축 방향을 향해 돌출되게 형성될 수 있다.

상기 돌기부(233)는 코킹에 의해 스테이터 바디(220)의 외면에 고정될 수 있다. 예컨데, 상기 돌기부(233)의 일측을 가압하여 절곡시키는 코킹 방식으로 상기 돌기부(233)가 스테이터 바디(220)의 외면에 결합되기 때문에, 조립 공차가 발생하지 않는다.

상기 돌기부(233)는 스테이터 바디(220)의 외주면에서 반경 방향으로 돌출된 플랜지부에 코킹에 의해 고정될 수 있다. 그에 따라, 스테이터 바디(220)에 대한 돌기부(233)의 결합력이 향상될 수 있다.

한편, 하나의 스테이터 투스(230)에 있어서, 상기 반경 방향을 기준으로 투스(232)와 돌기부(233)는 오버랩되지 않게 배치될 수 있다. 여기서, 상기 돌기부(233)의 축 방향 돌출 높이는 투스(232)의 돌출 높이보다 작을 수 있다.

즉, 상기 반경 방향에서 바라볼 때, 상기 돌기부(233)는 투스(232) 사이에 배치될 수 있다. 만일, 상기 반경 방향에서 바라볼 때, 상기 돌기부(233)가 투스(232)와 오버랩되게 배치된다면 자계에 영향을 줄 수 있기 때문에, 반경 방향상 상기 돌기부(233)를 투스(232) 사이에 배치하여 자계에 대한 영향을 방지할 수 있다.

또한, 돌기부(233)는 서로 이격되어 배치되는 적어도 둘의 돌기로 제공될 수 있다. 적어도 둘의 돌기를 포함하는 돌기부(233)는 더블 코킹 구조를 구현할 수 있기 때문에, 스테이터 바디(220)에 대한 돌기부(233)의 결합력은 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 더블 코킹 구조는 스테이터 바디(220)와의 접촉면적을 증가시키기 때문에, 돌기부(233)의 회전방향에 대한 코킹력을 증대시킬 수 있다.

상기 콜렉터(300)는 센서(400)가 상기 입력축과 상기 출력축의 비틀림에 따른 회전 차이에 의해 발생하는 마그넷 플럭스(Magnet Flux)의 변화를 감지할 수 있게 한다. 여기서, 콜렉터(300)는 금속 재질로 형성될 수 있다.

실시예에 따른 센싱 장치는 상기 콜렉터(300)의 형상을 통해 상기 센서(400)에 인가되는 마그넷 플럭스를 최적화할 수 있다. 예컨데, 상기 센싱 장치는 상기 마그넷 플럭스가 분기되는 지점까지의 거리를 최대화하도록 설계된 콜렉터(300)를 이용하여 토크에 대한 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.

상기 콜렉터(300)는 마그넷 플럭스를 수집할 수 있도록 한 쌍의 스테이터 투스(230) 각각에 대응되게 두 개가 배치될 수 있다. 여기서, 상기 콜렉터(300)는 배치 위치에 의해 상부 콜렉터(300a)와 하부 콜렉터(300b)로 구분될 수 있다. 그리고, 상기 상부 콜렉터(300a)는 제1 콜렉터라 불릴 수 있다. 그리고, 상기 하부 콜렉터(300b)는 제2 콜렉터라 불릴 수 있다.

상기 콜렉터(300)는 스테이터 투스(230)와 인접하게 배치될 수 있다. 여기서, 상기 인접이라 함은 접촉 또는 소정의 간격으로 이격되게 배치되는 것을 의미할 수 있다.

도 5는 실시예에 따른 센싱 장치의 콜렉터를 나타내는 사시도이고, 도 6은 실시예에 따른 센싱 장치의 콜렉터를 나타내는 평면도이고, 도 7은 실시예에 따른 센싱 장치의 콜렉터를 나타내는 정면도이고, 도 8은 비교예에 따른 콜렉터를 나타내는 사시도이고, 도 9는 비교예에 따른 콜렉터를 나타내는 평면도이다. 도 9에 도시된 화살표는 마그넷 플럭스의 흐름을 나타낼 수 있다. 여기서, 비교예에 따른 콜렉터(10)는 판형의 플레이트부(11)와 두 개의 레그(12)를 포함할 수 있다(도 8 및 도 9 참조). 그리고, 상기 플레이트부(11)는 바디부(11a)와 상기 바디부(11a)의 외측에서 돌출되게 형성된 두 개의 돌출부(11b)를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 레그(12) 각각은 돌출부(11b)에서 수직하게 돌출된 제1 영역(12a)과 상기 제1 영역(12a)의 단부에서 상기 돌출부(11b)의 돌출 방향과 동일한 방향으로 절곡된 제2 영역(12b)을 포함할 수 있다.

또한, 도 10은 실시예에 따른 센싱 장치의 콜렉터의 적용시 센서에 감지되는 와블(Wobble)과 비교예에 따른 콜렉터의 적용시 센서에 감지되는 와블(Wobble)을 비교하는 그래프이다.

도 5 내지 도 7을 참조하면, 상기 콜렉터(300)는 플레이트부(310), 및 상기 플레이트부(310)에서 축 방향으로 돌출되게 연장된 한 쌍의 레그(320)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 플레이트부(310)와 한 쌍의 레그(320)는 일체로 형성될 수 있으며, 판 형상의 판재를 재단한 후 절곡하여 형성할 수 있다. 그리고, 상기 레그(320)는 원주 방향측으로 상호 이격되게 배치되는 제1 레그(320a)와 제2 레그(320b)를 포함할 수 있다.

상기 플레이트부(310)는 판 형상으로 형성될 수 있다. 그리고, 상기 플레이트부(310)는 스테이터 투스 바디(231)와 인접하게 배치될 수 있다.

상기 플레이트부(310)는 내측에 곡면(311a)이 형성된 바디부(311), 및 상기 바디부(311)에서 외측으로 돌출되게 형성된 돌출부(312)를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 플레이트부(310)는 상기 바디부(311)에 축 방향으로 관통되게 형성된 제1 홀(313) 및 제2 홀(314)을 포함할 수 있다.

상기 바디부(311)와 상기 돌출부(312)는 동일 평면상에 배치될 수 있으며, 상기 회로기판(500)과 평행하게 배치될 수 있다.

상기 바디부(311)는 상기 스테이터 투스(230)의 스테이터 투스 바디(231)에 대응되게 배치될 수 있다. 예컨데, 상기 바디부(311)는 상기 스테이터 투스 바디(231)와 마주보게 배치될 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 스테이터 투스 바디(231)의 일부는 상기 바디부(311)의 일부와 축 방향으로 오버랩되게 배치될 수 있다.

또한, 상기 바디부(311)는 내측에 소정의 곡률을 갖도록 형성된 곡면(311a)을 포함할 수 있다. 즉, 상기 바디부(311)의 내주면은 소정의 곡률을 갖도록 형성된 곡면(311a)일 수 있으며, 호 형상으로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 곡률의 중심은 상기 로터(100) 또는 스테이터(200)의 회전 중심(C)일 수 있다.

상기 돌출부(312)는 상기 바디부(311)의 외측에서 반경 방향으로 돌출되게 하나가 형성될 수 있다. 여기서, 상기 돌출부(312)는 소정의 면적을 갖도록 형성될 수 있으며, 사각형 형상의 판으로 제공될 수 있다. 그에 따라, 상기 돌출부(312)는 상기 바디부(311)를 통해 두 개의 상기 레그(320)로 흐르는 마그넷 플럭스의 경로를 단일화함과 동시에 상기 마그넷 플럭스가 분기되는 지점까지의 거리를 최대화하여 토크에 대한 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.

여기서, 상기 돌출부(312)는 상기 스테이터의 중심(C)과 상기 바디부(311)의 중심(C1)을 지나는 가상의 선(L1) 상에 배치될 수 있다. 상세하게, 상기 선(L1) 상에 상기 돌출부(312)의 중심(C2)이 배치될 수 있다. 그에 따라, 상기 플레이트부(310)는 상기 선(L1)을 기준으로 대칭되게 형성될 수 있다.

도 8에 도시된 비교예에 따른 콜렉터(10)와 비교해 볼 때, 실시예에 따른 센싱 장치의 콜렉터(300)에는 하나의 돌출부(312)가 형성되기 때문에, 두 개의 돌출부(11b)를 포함하는 비교예의 콜렉터(10)보다 상기 마그넷 플럭스의 분기 시점이 늦어지게 된다.

나아가, 비교예의 콜렉터(10)는 두 개의 돌출부(11b)가 원주 방향을 따라 상호 이격되게 배치된다. 그에 따라, 상기 바디부(11a)에 상기 마그넷 플럭스가 형성되는 경우, 하나의 돌출부(11b)와 다른 하나의 돌출부(11b) 사이에는 상기 마그넷 플럭스의 이동 경로의 거리차가 발생하게 되며, 이러한 거리차는 센서에 인가되는 마그넷 플럭스에 영향을 미치게 된다.

도 9를 참조하면, 상기 바디부(11a)의 원주 방향의 일측 단부에서 유입된 마그넷 플럭스는 두 개의 돌출부(11b)의 위치에 의해 이동 경로의 거리차를 발생하게 되며, 그에 따라 비교예의 콜렉터(10)가 적용된 센싱 장치의 센서에서 감지되는 마그넷 플럭스에 영향을 미치게 된다. 이에 반하여, 실시예에 따른 콜렉터(300)는 하나의 상기 돌출부(312)를 이용하기 때문에, 레그(320)로 이동하는 마그넷 플럭스의 거리차를 최소화함으로써, 상기 거리차에 의한 마그넷 플럭스에 영향을 최소화할 수 있다.

더욱이, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 비교예의 콜렉터(10)에 형성된 홀은 상기 마그넷 플럭스를 간섭하기 때문에, 두 개의 돌출부(11b)에 의한 상기 거리차는 더욱 증가하게 된다. 예컨데, 상기 홀은 상기 마그넷 플럭스의 흐름에 대한 배리어로써의 역할을 수행할 수 있기 때문에, 상기 마그넷 플럭스의 흐름은 상기 홀을 우회하게 된다. 그에 따라, 상기 거리차는 더욱 증가하여 센서에 인가되는 마그넷 플럭스에 영향을 더욱 증가시키게 된다.

따라서, 실시예에 따른 콜렉터(300)는 제1 홀(313)과의 배치 관계를 고려하여, 하나의 상기 돌출부(312)를 상기 선(L1) 상에 배치함으로써, 센서(400)의 센싱력을 향상시킬 수 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 콜렉터(300)가 적용된 상기 센싱 장치의 와블은 비교예에 따른 콜렉터(10)가 적용된 센싱 장치보다 약 10%정도 향상됨을 확인할 수 있다.

상기 제1 홀(313)은 상기 바디부(311)에 배치될 수 있다. 여기서, 상기 제1 홀(313)은 원형으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 제1 홀(313)은 반경 방향으로 상기 돌출부(312)와 오버랩되게 배치될 수 있다. 상세하게, 상기 제1 홀(313)은 상기 선(L1) 상에 배치될 수 있다.

또한, 바디부(311)를 따라 돌출부(312)로 이동하는 마그넷 플럭스에 대한 간섭이 최소화되도록, 상기 제1 홀(313)은 상기 바디부(311)에 형성될 수 있다. 예컨데, 상기 바디부(311)의 원주 방향의 일측 단부에서 유입되어 상기 모서리(315)로 마그넷 플럭스의 흐름이 형성될 때, 상기 흐름은 직선 또는 직선에 가까운 선형으로 형성되는 것이 바람직하다. 그에 따라, 상기 흐름에서 이격되게 상기 제1 홀(313)은 상기 바디부(311)에 형성되어야 한다.

따라서, 상기 제1 홀(313)에 접하게 배치되는 가상의 접선 중 상기 곡면(311a)의 일측 단부를 지나는 가상의 접선(L2) 상에 상기 레그(320)와 상기 돌출부의 모서리(315)가 배치될 수 있다. 또는, 상기 제1 홀(313)에 접하게 배치되는 가상의 접선 중 상기 곡면(311a)의 일측 단부를 지나는 상기 접선(L2)과 인접하게 상기 레그(320)와 상기 돌출부의 모서리(315)가 배치될 수 있다.

예컨데, 상기 곡면(311a)의 일측 단부에 형성된 가상의 일점(P1)을 통과하는 상기 접선(L2)은 상기 모서리(315)의 내측 꼭짓점(P2)을 통과할 수 있다. 즉, 상기 곡면(311a)의 일측 단부에 형성된 가상의 일점(P1)과 상기 모서리(315)의 내측 꼭짓점(P2)을 잇는 가상의 선은 상기 제1 홀(313)에 접하게 배치되는 가상의 접선(L2)일 수 있다. 또는, 상기 제1 홀(313)의 외경은 상기 접선(L2)와 소정의 간격을 갖도록 인접하게 배치될 수 있다.

상기 제2 홀(314)은 상기 바디부(311)에 배치될 수 있다. 여기서, 상기 제1 홀(313)은 원형으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 제2 홀(314)은 짝수 개로 형성되며, 상기 선(L1)을 기준으로 대칭되게 상기 바디부(311)에 형성될 수 있다. 그리고, 상기 제2 홀(314)은 제1 홀(313)과 동일 반경 상에 배치될 수 있다. 그에 따라, 상기 제2 홀(314)은 상기 제1 홀(313)을 기준으로 회전 대칭되게 배치될 수 있다.

한편, 상기 중심(C)을 기준으로 상기 제1 홀(313)과 상기 제2 홀(314)은 소정의 중심각(θ)을 형성할 수 있다. 그에 따라, 반경 방향을 기준으로 상기 중심각(θ) 내에 상기 제1 레그(320a) 또는 제2 레그(320b)가 배치될 수 있다.

상기 모서리(315)는 돌출부(312)에서 레그(320)로 상기 마그넷 플럭스가 흐르는 통로로 제공될 수 있다. 그에 따라, 상기 제1 홀(313)과의 관계에서 상기 모서리(315)의 배치 위치는 상기 마그넷 플럭스의 이동 경로를 고려할 때, 상기 센싱 장치의 측정 정밀도를 결정하는 주요 인자 중 하나로 영향을 미칠 수 있다.

따라서, 상기 제1 홀(313)에 접하게 배치되는 가상의 접선 중 상기 곡면(311a)의 일측 단부를 지나는 가상의 접선(L2) 상에 상기 모서리(315)를 배치함으로써, 상기 마그넷 플럭스가 이동하는 거리를 최소화할 수 있다. 상세하게, 상기 곡면(311a)의 일측 단부에 형성된 가상의 일점(P1)과 상기 모서리(315)의 내측 꼭짓점(P2)을 잇는 가상의 선은 상기 제1 홀(313)에 접하게 배치되는 가상의 접선(L2)으로 제공하여 상기 제1 홀(313)에 의한 마그넷 플럭스의 간섭을 최소화하면서도 마그넷 플럭스의 흐름에 대한 최단 거리를 확보할 수 있게 한다.

상기 레그(320)는 플레이트부(310)의 돌출부(312)에서 축 방향으로 돌출되게 두 개가 형성될 수 있다. 이때, 상기 레그(320)의 단부는 상기 센서(400)에 대응되게 원주 방향으로 절곡될 수 있다.

상기 레그(320)는 상기 돌출부(312)의 일측에서 축 방향으로 연장되는 제1 레그(320a)와 상기 돌출부(312)의 타측에서 축 방향으로 연장되는 제2 레그(320a)를 포함할 수 있다. 예컨데, 상기 제1 레그(320a)는 상기 돌출부(312)의 원주 방향 측 측면 중 시계 방향 측에서 축 방향으로 돌출되게 형성될 수 있다. 그리고, 상기 제2 레그(320a)는 상기 돌출부(312)의 원주 방향 측 측면 중 반시계 방향 측에서 축 방향으로 돌출되게 형성될 수 있다. 그에 따라, 상기 제1 레그(320a)와 제2 레그(320a)는 원주 방향을 기준으로 상호 이격되게 배치될 수 있다.

상기 레그(320)는 상기 돌출부(312)의 원주 방향측 측면에서 축 방향으로 연장된 제1 영역(321), 상기 제1 영역(321)의 단부에서 원주 방향 측으로 연장된 제2 영역(322)을 포함할 수 있다. 예컨데, 상기 제1 레그(320a)와 제2 레그(320a) 각각은 상기 제1 영역(321)과 제2 영역(322)을 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 레그(320a)의 제2 영역(322)과 제2 레그(320a)의 제2 영역(322)은 서로 다른 방향으로 형성될 수 있다. 예컨데, 상기 제1 레그(320a)의 제2 영역(322)은 제1 영역(321)의 단부에서 시계 방향측으로 돌출되게 형성될 수 있다. 그리고, 제2 레그(320a)의 제2 영역(322)은 제1 영역(321)의 단부에서 반시계 방향측으로 돌출되게 형성될 수 있다.

상기 제1 영역(321)은 상기 돌출부(312)의 원주 방향측 측면에서 축 방향으로 절곡되어 형성될 수 있다. 그에 따라, 상기 제1 영역(321)과 돌출부(312)가 만나는 선형의 모서리(315)가 형성될 수 있다.

상기 제2 영역(322)은 상기 제1 영역(321)의 단부를 원주 방향 측으로 절곡하여 형성할 수 있다. 그리고, 상기 제2 영역(322)은 상기 센서(400)에 마주보게 배치될 수 있다. 그에 따라, 상기 상부 콜렉터(300a)와 하부 콜렉터(300b) 각각의 레그(320) 사이에는 상기 센서(400)가 배치될 수 있다.

한편, 상기 제2 영역(322)은 상기 제1 영역(321)의 단부를 원주 방향 측으로 절곡하여 형성되기 때문에, 판형 상의 소재를 재단시 상기 소재에서 버려지는 영역을 최소화할 수 있다.

비교예에 따른 콜렉터(10)의 경우 제2 영역(12b)이 제1 영역(12a)의 단부에서 축 방향측으로 절곡됨을 고려할 때, 상기 레그(12)가 판형 상의 소재에서 차지하는 비중이 실시예에 따른 콜렉터(300)보다 크다. 그에 따라, 비교예에 따른 콜렉터(10)를 판형의 소재에서 재단할 때, 상기 소재에서 버려지는 영역이 실시예에 따른 콜렉터(300)보다 많다. 따라서, 실시예에 따른 콜렉터(300)는 상기 제1 영역(321)의 단부를 원주 방향 측으로 절곡되어 형성되는 상기 제2 영역(322)을 통해 원자재 손실을 최소화하여 생산 단가를 감소시킬 수 있다.

상기 센서(400)는 회로기판(500)에 배치될 수 있다. 여기서, 상기 센서(400)는 콜렉터(300)의 레그(320)에 대응되게 두 개가 배치될 수 있다. 그리고, 상기 센서(400)는 제1 센서라 불릴 수 있다.

상기 입력축과 출력축 사이에 비틀림이 발생됨에 따라, 상기 로터(100)와 스테이터(200) 사이의 회전 차이가 발생할 수 있다. 그리고, 이러한 회전 차이는 스테이터 투스(230), 콜렉터(300) 및 센서(400)를 통해 마그넷 플럭스의 변화로 감지된다. 그에 따라, 센서(400)는 조향 핸들을 원활하게 조절할 수 있는 토크를 측정할 수 있다. 여기서, 상기 센서(400)로는 홀 아이씨(Hall IC)가 제공될 수 있다.

상기 회로기판(500)에는 상기 마그넷 플럭스를 센싱하는 센서(400)가 배치될 수 있다. 여기서, 상기 회로기판(500)은 인쇄회로기판일 수 있다.

또한, 상기 회로기판(500)의 내측에는 상기 스테이터(200)의 스테이터 바디(220)에 대응되게 형성된 곡면을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 회로기판(500)은 반경 방향을 기준으로 상기 스테이터 바디(220)의 외측에 배치될 수 있다.

상기 제1 기어(600)는 링 형상으로 형성될 수 있으며, 외주면상에 복수의 기어치가 형성될 수 있다. 그리고, 상기 제1 기어(600)의 기어치는 상기 제2 기어(700)의 기어치와 치합할 수 있다.

상기 제2 기어(700)는 제1 기어(600)의 회전에 연동하여 회전할 수 있다. 예컨데, 상기 제2 기어(700)는 제1 기어(600)와 치합할 수 있다. 이때, 상기 제2 기어(700)는 제1 기어(600)와 다른 회전 중심을 갖도록 배치될 수 있다. 그리고, 조향각의 측정 정밀도를 향상시키기 위해 상기 제2 기어(700)는 2 개가 배치될 수 있다.

상기 제2 기어(700)는 원판 형상으로 형성된 제2 기어 바디와 상기 제2 기어 바디에서 축 방향으로 돌출된 보스를 포함할 수 있다.

상기 제2 기어 바디는 상기 제1 기어(600)의 기어치와 치합하도록 외주면에 형성된 기어치를 포함할 수 있다.

상기 보스는 원통 형상으로 형성될 수 있다. 그리고, 상기 보스의 내부에는 마그넷(800)이 배치될 수 있다. 그에 따라, 상기 제2 기어(700)의 회전에 연동하여 상기 마그넷(800) 또한 회전할 수 있다.

상기 마그넷(800)은 상기 제2 기어(700)와 결합될 수 있다. 그에 따라, 상기 마그넷(800)은 상기 제2 기어(700)와 회전 중심을 공유하고, 상기 제2 기어(700)의 회전에 연동하여 회전할 수 있다. 예컨데, 상기 마그넷(800)은 상기 제2 기어(700)의 상기 보스에 결합되어 상기 제2 기어(700)와 함께 회전할 수 있다. 여기서, 상기 마그넷(800)은 앵글 마그넷이라고 불릴 수도 있다.

상기 자기소자(900)는 마그넷(800)과 동일한 갯수로 상기 회로기판(500)에 배치될 수 있다. 여기서, 상기 자기소자(900)는 제2 센서라 불릴 수 있다.

그리고, 상기 자기소자(900)는 상기 마그넷(800)의 자화를 센싱할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

1: 센싱 장치
100: 로터
200: 스테이터
300: 콜렉터
310: 플레이트부 311: 바디부
312: 돌출부 313: 제1 홀
314: 제2 홀 320: 레그
321: 제1 영역 322: 제2 영역
400: 센서
500: 회로기판
600: 제1 기어
700: 제2 기어
800: 마그넷
900: 자기소자

Claims

마그넷을 포함하는 로터;
상기 로터와 대응되도록 배치되는 스테이터;
상기 스테이터와 대응되도록 배치되는 콜렉터;
상기 콜렉터에 대응되도록 배치되는 센서; 및
상기 센서가 배치되는 기판을 포함하고,
상기 콜렉터는 플레이트부, 및 상기 플레이트부에서 돌출되게 형성된 제1 레그와 제2 레그를 포함하고,
상기 플레이트부는 바디부, 및 상기 바디부에서 돌출되게 형성된 돌출부를 포함하고,
상기 제1 레그는 상기 돌출부의 일측에서 축 방향으로 연장되고,
상기 제2 레그는 상기 돌출부의 타측에서 축 방향으로 연장되는 센싱 장치.
제1항에 있어서,
상기 돌출부는 상기 바디부의 외측에서 반경 방향으로 돌출되게 하나가 형성되며, 상기 스테이터의 중심(C)과 상기 바디부의 중심(C1)을 지나는 가상의 선(L1) 상에 배치되는 센싱 장치.
제2항에 있어서,
상기 제1 레그 및 상기 제2 레그 각각은 상기 돌출부에서 축 방향으로 연장된 제1 영역, 상기 제1 영역의 단부에서 원주 방향 측으로 연장된 제2 영역을 포함하고,
상기 제2 영역은 상기 센서와 마주보게 배치되는 센싱 장치.
제3항에 있어서,
상기 제1 레그의 제2 영역과 상기 제2 레그의 제2 영역은 서로 다른 방향으로 연장된 센싱 장치.
제2항에 있어서,
상기 바디부는 축 방향으로 관통되게 형성된 제1 홀을 포함하며,
상기 제1 홀은 반경 방향으로 상기 돌출부와 오버랩되게 배치되는 센싱 장치.
제5항에 있어서,
상기 선(L1) 상에 상기 돌출부의 중심(C2)이 배치되는 센싱 장치.
제5항에 있어서,
상기 바디부의 내주면은 곡면으로 형성되고,
상기 제1 홀에 접하게 배치되는 가상의 접선 중 상기 곡면의 일측 단부를 지나는 가상의 접선(L2) 상에 상기 제1 레그와 상기 돌출부의 모서리가 배치되는 센싱 장치.
제7항에 있어서,
상기 접선(L2) 상에 상기 모서리의 내측 꼭짓점(P2)이 배치되는 센싱 장치.
제7항에 있어서,
상기 곡면은 소정의 곡률을 갖도록 형성될 수 있으며,
상기 곡률의 중심은 상기 로터의 회전 중심인 센싱 장치.
제5항에 있어서,
상기 바디부는 축 방향으로 관통되게 형성된 짝수 개의 제2 홀을 포함하며,
상기 제2 홀은 상기 제1 홀을 기준으로 회전 대칭되게 배치되는 센싱 장치.
제10항에 있어서,
상기 중심(C)을 기준으로 상기 제1 홀과 상기 제2 홀은 소정의 중심각(θ)을 형성하고,
반경 방향을 기준으로 상기 중심각(θ) 내에 상기 제1 레그가 배치되는 센싱 장치.
제1항에 있어서,
상기 스테이터는 스테이터 홀더, 상기 스테이터 홀더의 외주면에 배치되는 스테이터 바디, 및 상기 스테이터 바디에 배치되는 한 쌍의 스테이터 투스를 포함하고,
상기 스테이터 투스는 링 형상의 스테이터 투스 바디, 및 상기 스테이터 투스 바디에서 축 방향으로 상호 이격되어 돌출되는 복수 개의 투스를 포함하며,
상기 스테이터 투스 바디는 상기 바디부와 마주보게 배치되는 센싱 장치.