KR20230049999A - 센싱 장치 - Google Patents

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Abstract

실시예는, 로터; 상기 로터와 대응되도록 배치되는 스테이터; 상기 스테이터 상측에 배치된 제1 콜렉터와 상기 스테이터 하측에 배치된 제2 콜렉터;및 상기 제1 콜렉터와 상기 제2 콜렉터 사이에 배치되는 제1 센서와 제2 센서를 포함하고, 상기 제1 콜렉터는 제1 단위 콜렉터와 제2 단위 콜렉터를 포함하고, 상기 제1 단위 콜렉터로 전달되는 상기 제1 센서의 센싱값과 상기 제2 단위 콜렉터로 전달되는 상기 제2 센서의 센싱값의 차이값에 보상계수를 곱한 오프셋에 기초하여 상기 제1 센서와 상기 제2 센서 중 적어도 하나의 센싱값을 보상하되, 순차적으로 입력되는 복수 개의 상기 오프셋의 평균값에 기초하여, 상기 제1 센서와 상기 제2 센서 중 적어도 하나의 센싱값을 보상하는 센싱 장치를 제공할 수 있다.

Description

센싱 장치{APPARATUS FOR SENSING}
실시예는 센싱 장치에 관한 것이다.
파워 스티어링 시스템(Electronic Power System, 이하, 'EPS'라 한다.)은 운행조건에 따라 전자제어장치(Electronic Control Unit)에서 모터를 구동하여 선회 안정성을 보장하고 신속한 복원력을 제공함으로써, 운전자로 하여금 안전한 주행을 가능하게 한다.
EPS는 적절한 토크를 제공하기 위하여, 조향축의 토크, 조향각 등을 측정하는 센서 장치를 포함한다. 센서 장치는 토션바의 비틀림 정도를 측정하는 장치이다. 토션바는 조향축은 핸들에 연결되는 입력축, 바퀴측의 동력전달구성과 연결되는 출력축 및 입력축과 출력축을 연결하는 부재이다.
센서 장치는 하우징, 로터, 스테이터 투스를 포함하는 스테이터 및 콜렉터를 포함한다. 이때, 콜렉터는 스테이터 투스의 외측에 배치된다. 때문에 외부의 자기장이 생성될 때, 콜렉터가 외부 자기장의 통로 역할을 수행하여, 센서의 자속 값에 영향을 주는 문제가 있다. 이렇게 센서가 영향을 받으면, 센서 장치의 출력값에 변화가 발생하여 토션바의 비틀림 정도를 정확히 측정할 수 없는 문제가 발생한다.
실시예는 외부 자기에 의한 센서의 출력값의 변화량을 보상할 수 있는 센싱 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
실시예는, 로터와, 상기 로터와 대응되도록 배치되는 스테이터와, 상기 스테이터 상측에 배치된 제1 콜렉터와 상기 스테이터 하측에 배치된 제2 콜렉터 및 상기 제1 콜렉터와 상기 제2 콜렉터 사이에 배치되는 제1 센서와 제2 센서를 포함하고, 상기 제1 콜렉터는 제1 단위 콜렉터와 제2 단위 콜렉터를 포함하고, 상기 제1 단위 콜렉터로 전달되는 상기 제1 센서의 센싱값과 상기 제2 단위 콜렉터로 전달되는 상기 제2 센서의 센싱값의 차이값에 보상계수를 곱한 오프셋에 기초하여 상기 제1 센서와 상기 제2 센서 중 적어도 하나의 센싱값을 보상하되, 순차적으로 입력되는 복수 개의 상기 오프셋의 평균값에 기초하여, 상기 제1 센서와 상기 제2 센서 중 적어도 하나의 센싱값을 보상하는 센싱 장치를 제공할 수 있다.
실시예는, 콜렉터의 자기 저항을 다르게 하여, 외부 자기에 의한 출력값의 변화량을 보상함으로써, 센서 장치의 성능을 확보할 수 있는 이점이 있다.
실시예는, 외부 자기가 크게 증가하여도, 콜렉터 간 자속값의 차이값을 활용하기 때문에 보상값의 크기를 줄이는 이점이 있다.
실시예는, 기존의 콜렉터 구조를 크게 변경하지 않고, 외부 자기에 의한 출력값의 변화량을 보상할 수 있는 이점이 있다.
실시예는, 외부 자기에 의한 출력값의 변화량을 보상하는 과정에서 발생하는 노이즈를 제거하는 이점이 있다.
도 1은 실시예에 따른 센싱 장치를 나타내는 사시도,
도 2는 도 1에서 도시한 센싱 장치의 분해도,
도 3은 도 1에서 도시한 센싱 장치의 정면도,
도 4는 제1 단위 콜렉터를 도시한 사시도,
도 5는 제2 단위 콜렉터를 도시한 사시도,
도 6은 제3 단위 콜렉터를 도시한 사시도,
도 7은 제4 단위 콜렉터를 도시한 사시도,
도 8 및 도 9는 제1 단위 콜렉터와, 제2 단위 콜렉터와, 제3 단위 콜렉터 및 제4 단위 콜렉터를 도시한 도면,
도 10은 제1 단위 콜렉터와 제2 단위 콜렉터를 도시한 도면,
도 11은 다른 실시예에 따른 센싱 장치를 도시한 도면,
도 12는 도 11에서 도시한 제1 단위 콜렉터와 제2 단위 콜렉터와 제3 단위 콜렉터를 도시한 도면,
도 13은 외부 자기가 없는 조건에서 제1 센서의 민감도와 제2 센서의 민감도를 보상하는 과정을 도시한 그래프,
도 14는 외부 자기가 있는 조건에서 제1 센서의 민감도와 제2 센서의 민감도를 보상하는 과정을 도시한 그래프,
도 15는 외부 자기가 없는 경우, 제1 센서의 센싱값과 제2 센서의 센싱값을 비교한 그래프,
도 16는 외부 자기(1500A/m)가 있는 경우, 제1 센서의 센싱값과 제2 센서의 센싱값을 비교한 그래프,
도 17는 상대적으로 강한 외부 자기(4500A/m)가 있는 경우, 제1 센서의 센싱값과 제2 센서의 센싱값을 비교한 그래프,
도 18은 제3 갭의 변화와 콜렉터의 형상에 대응한 보상계수를 나타낸 도면,
도 19는 외부 자기에 의한 출력값의 변화량을 보상하는 과정에서 발생하는 노이즈를 제거하는 과정을 도시한 도면,
도 20은 오프셋의 평균값을 나타낸 표,
도 21은 비교예에 따른 센싱 장치의 출력전압과 실시예에 따른 센싱 장치의 출력전압을 비교한 그래프이다.
이하, 센싱 장치의 축 방향과 수직한 방향을 반경 방향이라 하고, 축중심으로 반경 방향의 반지름을 갖는 원을 따라가는 방향을 원주 방향이라 부른다.
도 1은 실시예에 따른 센싱 장치를 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1에서 도시한 센싱 장치의 분해도이고, 도 3은 도 1에서 도시한 센싱 장치의 정면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 실시예에 따른 센싱 장치는 스테이터(100), 스테이터(100)에 일부가 배치되는 로터(200), 제1 콜렉터(300)와, 제2 콜렉터(400)와 제1 센서(T1)와 제2 센서(T2)를 포함할 수 있다.
여기서, 스테이터(100)는 출력축(미도시)과 연결되고, 스테이터(100)에 적어도 일부가 회전 가능하게 배치되는 로터(200)는 입력축(미도시)과 연결될 수 있으나 반드시 이에 한정되지 않는다. 이때, 상기 로터(200)는 스테이터(100)에 대해 회전 가능하게 배치될 수 있다. 이하, 내측이라 함은 상기 반경방향을 기준으로 중심을 향하여 배치되는 방향을 의미하고, 외측이라 함은 내측과 반대되는 방향을 의미할 수 있다.
스테이터(100)와 제1 콜렉터(300)와, 제2 콜렉터(400)는 별도의 홀더나 하우징에 고정될 수 있다.
스테이터(100)는 제1 스테이터 투스(110)와 제2 스테이터 투스(120)를 포함할 수 있다.
로터(200)는 마그넷(210)을 포함할 수 있다. 마그넷(210)은 스테이터(100)의 내측에 배치될 수 있다. 마그넷(210은 별도의 홀더를 통해 입력축과 연결될 수 있다.
제1 센서(T1)와 제2 센서(T2)는 각각 스테이터(100)와 로터(200) 사이에 발생한 자기장의 변화를 검출한다. 제1 센서(T1) 및 제2 센서(T2)는 Hall IC일 수 있다. 검출된 자기장의 변화를 기반으로 센싱 장치는 토크를 측정한다.
제1 콜렉터(300)는 스테이터(100)의 상측에 배치될 수 있다. 제2 콜렉터(400)는 스테이터(100)의 하측에 배치될 수 있다. 제1 센서(T1)는 제1 콜렉터(300) 및 제2 콜렉터(400)와 대응되게 배치된다. 제2 센서(T2)도 제1 콜렉터(300) 및 제2 콜렉터(400)에 대응되게 배치된다.
제1 콜렉터(300)는 제1 단위 콜렉터(310)와 제2 단위 콜렉터(320)를 포함할 수 있다. 제1 단위 콜렉터(310)는 외부 자기에 영향을 상대적으로 덜 받는 콜렉터이며, 제2 단위 콜렉터(320)는 외부 자기에 영향을 상대적으로 더 받는 콜렉터이다. 이러한 제1 단위 콜렉터(310)와 제2 단위 콜렉터(420)에 의한 센싱값의 차이는 외부 자기장에 의한 센싱값의 변화량을 보상하는데 사용된다.
제1 단위 콜렉터(310)는 제1 플레이트(311)와 제1 레그(312)를 포함할 수 있다. 제1 레그(312)는 제1 플레이트(311)에서 돌출되어 제1 콜렉터(300)를 향하는 방향으로 연장되어 배치된다. 제1 레그(312)는 제1 센서(T1)와 대응되게 배치된다.
제2 단위 콜렉터(320)는 제2 플레이트(321)와 제2 레그(322)를 포함할 수 있다. 제2 플레이트(321)는 축방향으로 제1 플레이트(311)와 오버랩되게 배치된다. 제2 플레이트(321)는 제1 플레이트(311)의 상측에 배치될 수 있다. 제2 레그(322)는 제2 플레이트(321)에서 돌출되어 제2 콜렉터(400)를 향하는 방향으로 연장되어 배치된다. 제2 레그(322)는 제2 센서(T2)와 대응되게 배치된다.
제2 콜렉터(400)는 제3 단위 콜렉터(410)와 제4 단위 콜렉터(420)를 포함할 수 있다. 제3 단위 콜렉터(410)는 외부 자기에 영향을 상대적으로 덜 받는 콜렉터이며, 제4 단위 콜렉터(420)는 외부 자기에 영향을 상대적으로 더 받는 콜렉터이다. 이러한 제3 단위 콜렉터(410)와 제4 단위 콜렉터(420)에 의한 센싱값의 차이는 외부 자기장에 의한 센싱값의 변화량을 보상하는데 사용된다.
제3 단위 콜렉터(410)는 제3 플레이트(411)와 제3 레그(412)를 포함할 수 있다. 제3 레그(412)는 제3 플레이트(411)에서 돌출되어 제1 콜렉터(300)를 향하는 방향으로 연장되어 배치된다. 제3 레그(412)는 제1 센서(T1)와 대응되게 배치된다.
제4 단위 콜렉터(420)는 제4 플레이트(421)와 제4 레그(422)를 포함할 수 있다. 제4 플레이트(421)는 축방향으로 제3 플레이트(411)와 오버랩되게 배치된다. 제3 플레이트(411)는 제4 플레이트(421)의 하측에 배치될 수 있다. 제4 레그(422)는 제4 플레이트(421)에서 돌출되어 제1 콜렉터(300)를 향하는 방향으로 연장되어 배치된다. 제4 레그(422)는 제2 센서(T2)와 대응되게 배치된다.
도 4는 제1 단위 콜렉터(310)를 도시한 사시도이다.
도 4를 참조하면, 제1 단위 콜렉터(310)는, 제1 플레이트(311)와 제1 레그(312)를 포함할 수 있다. 제1 플레이트(311)는 평판형 부재로서, 제1 바디(311a)와 제1 연장부(311b)를 포함할 수 있다. 제1 바디(311a)는 내면이 곡면일 수 있다. 제1 바디(311a)는 제1 단위 콜렉터(310)를 고정하기 위한 복수 개의 체결홀(H1)을 포함할 수 있다. 제1 연장부(311b)는 제1 바디(311a)에서 외측으로 연장되어 배치된다. 이러한 제1 플레이트(311)는 별도의 하우징에 고정될 수 있다. 제1 레그(312)는 제1 연장부(311b)에서 밴딩되어 형성될 수 있다. 제1 레그(312)는 제1 레그바디(312a)와, 제1 팁(312b)을 포함할 수 있다. 제1 레그바디(312a)는 제1 연장부(311b)에서 하향하여 절곡되어 배치된다. 그리고 제1 팁(312b)은 제1 레그바디(312a)에 원주방향으로 절곡되어 제1 센서(T1)와 대향하여 배치된다.
도 5는 제2 단위 콜렉터(320)를 도시한 사시도이다.
도 5를 참조하면, 제2 단위 콜렉터(320)는, 제2 플레이트(321)와 제2 레그(322)를 포함할 수 있다. 제2 플레이트(321)는 평판형 부재로서, 제2 바디(321a)와 제2 연장부(322b)를 포함할 수 있다. 제2 바디(321a)는 내면이 곡면일 수 있다. 제2 바디(321a)는 제2 단위 콜렉터(320)를 고정하기 위한 복수 개의 체결홀(H2)을 포함할 수 있다. 제2 연장부(322b)는 제2 바디(321a)에서 외측으로 연장되어 배치된다. 이러한 제2 플레이트(321)는 별도의 하우징에 고정될 수 있다. 제2 레그(322)는 제2 연장부(322b)에서 밴딩되어 형성될 수 있다. 제2 레그(322)는 제2 레그바디(322a)와, 제2 팁(322b)을 포함할 수 있다. 제2 레그바디(322a)는 제2 연장부(322b)에서 하향하여 절곡되어 배치된다. 그리고 제2 팁(322b)은 제2 레그바디(322a)에 절곡되어 제2 센서(T2)와 대향하여 배치된다.
도 6은 제3 단위 콜렉터(410)를 도시한 사시도이다.
도 6을 참조하면, 제3 단위 콜렉터(410)는, 제3 플레이트(411)와 제3 레그(412)를 포함할 수 있다. 제3 플레이트(411)는 평판형 부재로서, 제3 바디(411a)와 제3 연장부(411b)를 포함할 수 있다. 제3 바디(411a)는 내면이 곡면일 수 있다. 제3 바디(411a)는 제3 단위 콜렉터(410)를 고정하기 위한 복수 개의 체결홀(H3)을 포함할 수 있다. 제3 연장부(411b)는 제3 바디(411a)에서 외측으로 연장되어 배치된다. 이러한 제3 플레이트(411)는 별도의 하우징에 고정될 수 있다. 제3 레그(412)는 제3 연장부(411b)에서 밴딩되어 형성될 수 있다. 제3 레그(412)는 제3 레그바디(412a)와, 제3 팁(412b)을 포함할 수 있다. 제3 레그바디(412a)는 제3 연장부(411b)에서 상향하여 절곡되어 배치된다. 그리고 제3 팁(412b)은 제3 레그바디(412a)에 원주방향으로 절곡되어 제1 센서(T1)와 대향하여 배치된다. 이러한 제3 단위 콜렉터(410)는 제1 단위 콜렉터(310)와 형상과 크기가 동일할 수 있다.
도 7은 제4 단위 콜렉터(420)를 도시한 사시도이다.
도 7을 참조하면, 제4 단위 콜렉터(420)는, 제4 플레이트(421)와 제4 레그(422)를 포함할 수 있다. 제4 플레이트(421)는 평판형 부재로서, 제4 바디(421a)와 제4 연장부(421b)를 포함할 수 있다. 제4 바디(421a)는 내면이 곡면일 수 있다. 제4 바디(421a)는 제4 단위 콜렉터(420)를 고정하기 위한 복수 개의 체결홀(H4)을 포함할 수 있다. 제4 연장부(421b)는 제4 바디(421a)에서 외측으로 연장되어 배치된다. 이러한 제4 플레이트(421)는 별도의 하우징에 고정될 수 있다. 제4 레그(422)는 제4 연장부(421b)에서 밴딩되어 형성될 수 있다. 제4 레그(422)는 제4 레그바디(422a)와, 제4 팁(422b)을 포함할 수 있다. 제4 레그바디(422a)는 제4 연장부(421b)에서 상향하여 절곡되어 배치된다. 그리고 제4 팁(422b)은 제4 레그바디(422a)에 원주방향으로 절곡되어 제2 센서(T2)와 대향하여 배치된다. 이러한 제4 단위 콜렉터(420)는 제2 단위 콜렉터(320)와 형상과 크기가 동일할 수 있다.
도 8 및 도 9는 제1 단위 콜렉터(310)와, 제2 단위 콜렉터(320)와, 제3 단위 콜렉터(410) 및 제4 단위 콜렉터(420)를 도시한 도면이다.
도 1, 도 8 및 도 9를 참조하면, 축방향으로, 제1 콜렉터(300)는 제1 센서(T1) 및 제2 센서(T2)의 일측에 배치될 수 있다. 제2 콜렉터(400)는 제1 센서(T1) 및 제2 센서(T2)의 타측에 배치될 수 있다. 축??향으로, 제1 콜렉터(300)의 제1 레그(312)와 제2 콜렉터(400)의 제3 레그(412) 사이는 제1 갭(G1)을 두고 배치된다. 제1 레그(312)와 제3 레그(412)는 축방향으로 오버랩되게 배치된다. 그리고 축방향으로 제1 콜렉터(300)의 제2 레그(322)와 제2 콜렉터(400)의 제4 레그(422) 사이는 제2 갭(G2)을 두고 배치된다. 제2 레그(322)와 제4 레그(422)는 축방향으로 오버랩되게 배치된다. 제1 갭(G1)과 제2 갭(G2)은 각각 자기 저항으로 작용한다.
제1 단위 콜렉터(310)의 제1 플레이트(311)와 제2 단위 콜렉터(320)의 제2 플레이트(321)는 축방향으로 오버랩 영역(A1)을 형성한다. 제2 플레이트(321)는 제1 플레이트(311)의 상측에 배치되어 외부 자기가 제1 플레이트(311) 측으로 흐르는 것을 차단하고, 외부 자기를 제1 레그(312)로 안내한다. 제1 플레이트(311)와 제2 플레이트(321)는 축방향으로 제3 갭(G3)을 두고 배치된다. 이러한 갭은 제1 단위 콜렉터(310)에서는 자기 저항으로 작용한다.
제3 단위 콜렉터(410)의 제3 플레이트(411)와 제4 단위 콜렉터(420)의 제4 플레이트(421)는 축방향으로 오버랩 영역(A2)을 형성할 수 있다. 제4 플레이트(421)는 제3 플레이트(411)의 하측에 배치되어 외부 자기가 제3 플레이트(411) 측으로 흐르는 것을 차단하고, 외부 자기를 제4 레그(422)로 안내한다. 제3 플레이트(411)와 제4 플레이트(421)는 축방향으로 제4 갭(G4)을 두고 배치된다. 이러한 갭은 제3 단위 콜렉터(410)에서는 자기 저항으로 작용한다.
외부 자기가 발생하면, 제2 플레이트(321), 제2 레그(322), 제2 센서(T2), 제4 레그(422)를 거치는 제1 경로(P1)를 따라 외부 자기가 흐른다. 또한. 제2 플레이트(321), 제1 플레이트(311), 제1 레그(312), 제1 센서(T1), 제3 레그(412)를 거치는 제2 경로(P2)를 따라 외부 자기가 흐른다.
제1 경로(P1)는 제2 갭(G2)에 의한 자기 저항만이 있는 반면에, 제2 경로(P2)는 제1 갭(G1)과 더불어 제3 갭(G3)에 의한 자기 저항이 추가적으로 존재한다. 때문에, 상대적으로 제1 경로(P1)를 통해 많은 자속이 흐르게 된다. 따라서, 외부 자기에 대응하여, 제1 센서(T1)에서 측정된 센싱값과 제2 센서(T2)에서 측정된 센싱값에 차이가 발생한다.
도면에는 도시하진 않았으나, 외부 자기가 제2 콜렉터(400) 측에서 흐르는 경우, 제1 콜렉터(300)측에서 흐르는 경우와 동일하게. 자속의 흐름이 형성되어, 제1 센서(T1)에서 측정된 센싱값과 제2 센서(T2)에서 측정된 센싱값에 차이가 발생한다.
이러한 제1 콜렉터(300)는 첫째로 제2 플레이트(321)가 제1 플레이트(311)를 덮어, 제1 레그(312) 측으로 흐르는 외부 자기를 제2 레그(322)측으로 흐르도록 유도하고, 둘째로, 제1 플레이트(311)와 제2 플레이트(321) 사이에 형성되는 제3 갭(G3)을 통해, 외부 자기에 대한 저항을 형성함으로써, 제1 센서(T1)에서 측정된 센싱값과 제2 센서(T2)에서 측정된 센싱값의 차이를 만든다. 이는 제2 콜렉터(400)도 동일하다.
제3 갭(G3)의 크기는 2.0mm 내지 3.5mm일 수 있다. 제3 갭(G3)의 크기가 2.0mm 이내인 경우, 제3 갭(G3)에 대한 자기 저항이 충분하지 않고, 제3 갭(G3)의 크기가 3.5mm 보다 큰 경우, 보상계수에 한계가 있으며, 센싱 장치의 축방향 길이가 증가하는 문제가 있다.
한편, 제2 레그(322)의 축방향 길이(L2)는 제1 레그(312)의 축방향 길이(L1)보다 길다. 그리고 제3 레그(412)의 축방향 길이(L3)는 제4 레그(422)의 축방향 길이(L4)보다 길다. 예를 들어, 제1 레그(312)의 축방향 길이(L1)와 제2 레그(322)의 축방향 길이(L2)의 비는 1:1.1 내지 1:1.2 일 수 있다. 그리고 축방향으로 제3 길이와 제4 레그(422)의 길이의 비도 1:1.1 내지 1:1.2 일 수 있다.
도 10은 제1 단위 콜렉터(310)와 제2 단위 콜렉터(320)를 도시한 도면이다.
도 10을 참조하면, 제1 단위 콜렉터(310)의 크기는 제2 단위 콜렉터(320)와의 오버랩 영역 및 위치를 고려하여 설정된다. 예를 들어, 축방향에서 바라보았을 때, 제1 플레이트(311)와 제2 플레이트(321)의 오버랩 영역(A1)의 면적은 제1 플레이트(311)의 면적의 50% 내지 100% 이내일 수 있다. 제1 플레이트(311)와 제2 플레이트(321)의 오버랩 영역(A1)이 제1 플레이트(311)의 면적의 적어도 50% 이상이 되어야 제1 센서(T1)에서 측정된 센싱값과 제2 센서(T2)에서 측정된 센싱값의 의미 있는 차이값을 도출할 수 있다. 도면에서 도시하진 않았으나, 축방향에서 바라보았을 때, 제3 플레이트(411)와 제4 플레이트(421)의 오버랩 영역의 면적도 제3 플레이트(411)의 면적의 50% 내지 100% 이내일 수 있다.
한편, 제1 플레이트(311)의 내면의 원주방향 길이(K1)와 제2 플레이트(321)의 내면의 원주방향 길이(K2)의 비는 1:1.3 내지 1:1.7 이내일 수 있다. 그리고 도면에는 도시하진 않았으나, 제3 플레이트(411)의 내면의 원주방향 길이와 제4 플레이트(421)의 내면의 원주방향 길이의 비도 1:1.3 내지 1:1.7 이내일 수 있다.
도 11은 다른 실시예에 따른 센싱 장치를 도시한 도면이고, 도 12는 도 11에서 도시한 제1 단위 콜렉터(310)와 제2 단위 콜렉터(320)와 제3 단위 콜렉터(410)를 도시한 도면이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 다른 실시예에 따른 센싱 장치는 제1 콜렉터(300)로서, 제1 단위 콜렉터(310)와 제2 단위 콜렉터(320)를 포함하고, 제2 콜렉터(400)로서, 제3 단위 콜렉터(410)만을 포함할 수 있다. 즉, 외부 자기에 대응한 콜렉터가 스테이터(100)의 일측에만 배치되어 실시될 수 있다.
예를 들어, 스테이터(100)의 하측에는 제3 단위 콜렉터(410)만이 배치되고, 제3 단위 콜렉터(410)는 제3 플레이트(411)와, 제3 레그(412)와 제5 레그(413)를 포함할 수 있다. 제3 레그(412)는 제3 플레이트(411)의 일측에서 연장되고, 제5 레그(413)는 제3 플레이트(411)의 타측에서 연장된다.
축??향으로 제1 콜렉터(300)의 제2 레그(322)와 제2 콜렉터(400)의 제5 레그(413) 사이는 제2 갭(G2)을 두고 배치된다. 제2 레그(322)와 제5 레그(413)는 축방향으로 오버랩되게 배치된다.
외부 자기가 발생하면, 제2 플레이트(321), 제2 레그(322), 제2 센서(T2), 제5 레그(413)를 거치는 제1 경로(P1)를 따라 외부 자기가 흐른다. 또한. 제2 플레이트(321), 제1 플레이트(311), 제1 레그(312), 제1 센서(T1), 제3 레그(412)를 거치는 제2 경로(P2)를 따라 외부 자기가 흐른다.
이러한 센싱 장치에서, 외부 자기에 대응한 제1 센서(T1)의 센싱값과 제2 센서(T2)의 센싱값을 보상하는 과정은 다음과 같다.
제1 센서(T1)의 센싱값은 하기 수학식 1에 의해 보상된다.
Figure pat00001
여기서, T1c는 제1 센서(T1)의 보상된 센싱값이며, T1o은 제1 센서(T1)의 보상전 센싱값이며, T2o는 제2 센서(T2)의 보상전 센싱값이며, a는 제1 센서(T1)에서 상기 제1 단위 콜렉터(310)와 상기 제2 단위 콜렉터(320)의 축방향 이격 거리(제3 갭(G3))에 대응한 보상계수다.
그리고 제2 센서(T2)의 센싱값은 하기 수학식 2에 의해 보상된다.
Figure pat00002
여기서, T2c는 상기 제2 센서(T2)의 보상된 센싱값이며, T1o는 제2 센서(T2)의 보상전 센싱값이며, T2o는 제2 센서(T2)의 보상전 센싱값이며, b는 제2 센서(T2)에서 상기 제1 단위 콜렉터(310)와 상기 제2 단위 콜렉터(320)의 축방향 이격 거리(제3 갭(G3))에 대응한 보상계수다.
a와, b는 제3 갭(G3)에 대응하여, 미리 설정된 값일 수 있다. a와, b는 제2 단위 콜렉터(320)나 제3 단위 콜렉터(410)의 형상에 따라서도 달라질 수 있다.
이하, a가 2.72이고, b가 3.72일 때 기준으로 설명한다.
도 13은 외부 자기가 없는 조건에서 제1 센서(T1)의 민감도와 제2 센서(T2)의 민감도를 보상하는 과정을 도시한 그래프이다. 도 13에서 (a)와 같이, 외부 자기가 없는 조건에서 제1 센서(T1)와 제2 센서(T2)는 자속에 대응한 민감도(sensitivity)에 차이가 있다. 제2 센서(T2)의 민감도가 제1 센서(T1)의 민감도보다 낮다. 외부 자기가 없는 조건에서는 제1 센서(T1)의 민감도와 제2 센서(T2)의 민감도를 도 13에서 (b)와 같이, 제1 센서(T1)의 센싱값(출력 각도)과 제2 센서(T2)의 센싱값(출력 각도)을 출력하는 과정에서 바로 보상할 수 있다.
도 14는 외부 자기가 있는 조건에서 제1 센서(T1)의 민감도와 제2 센서(T2)의 민감도를 보상하는 과정을 도시한 그래프이다.
도 14에서 (a)와 같이, 외부 자기가 있는 경우, 제1 센서(T1)와 제2 센서(T2)가 외부 자기에 영향을 받는다. 이에 제1 센서(T1)에 옵셋(G1)이 발생하고, 제2 센서(T2)에서 상대적으로 큰 옵셋(G2)이 발생한다. 따라서, 외부 자기가 있는 조건에서는 도 14에서 (b)와 같이, 제1 센서(T1)의 민감도와 제2 센서(T2)의 민감도를 보상 한 후에도 제1 센서(T1)의 센싱값(T1o)과 제2 센서(T2)의 센싱값(T2o)에 각각 옵셋이 발생한다.
이러하 옵셋에 의해, 각도의 전 구간에서 제1 센서(T1)의 센싱값(T1o)과 제2 센서(T2)의 센싱값(T2o)은 일정한 차이값(T1o-T2o)을 가진다.
도 15는 외부 자기가 없는 경우, 제1 센서(T1)의 센싱값과 제2 센서(T2)의 센싱값을 비교한 그래프이다. 도 15에서 (a)는 보상 전 제1 센서(T1)의 센싱값과 제2 센서(T2)의 센싱값을 도시한 것이고, 도 15에서 (b)는 보상 후 제1 센서(T1)의 센싱값과 제2 센서(T2)의 센싱값을 도시한 것이다.
외부 자기가 없는 경우, 수학식1,2에서 확인할 수 있듯이, 제1 센서(T1)의 센싱값과 제2 센서(T2)의 센싱값이 같기 때문에, 즉, T2o-T1o가 0이 되어, 보상 전 제1 센서(T1)의 센싱값과 보상 후 제1 센서(T1)의 센싱값이 동일하다. 그리고 보상 전 제2 센서(T2)의 센싱값과 보상 후 제2 센서(T2)의 센싱값이 동일하다.
도 16는 외부 자기(1500A/m)가 있는 경우, 제1 센서(T1)의 센싱값과 제2 센서(T2)의 센싱값을 비교한 그래프이다. 도 16에서 (a)는 보상 전 제1 센서(T1)의 센싱값과 제2 센서(T2)의 센싱값을 도시한 것이고, 도 16에서 (b)는 보상 후 제1 센서(T1)의 센싱값과 제2 센서(T2)의 센싱값을 도시한 것이다. 외부 자기(1500A/m)가 있는 경우, 제1 센서(T1)의 센싱값과 제2 센서(T2)의 센싱값의 차이값(T2o-T1o)이 0.54로 검출된다. a가 2.72이고, b:3.72인 경우, 수학식1을 통해, 제1 센서(T1)의 보상된 센싱값을 구하고, 수학식2를 통해 제2 센서(T2)의 보상된 센싱값을 구하면 도 16에서 (b)와 같이, 제1 센서(T1)의 보상된 센싱값과 제2 센서(T2)의 보상된 센싱값이 일치하여 옵셋이 발생하지 않고 보상됨을 확인할 수 있다.
도 17은 상대적으로 강한 외부 자기(4500A/m)가 있는 경우, 제1 센서(T1)의 센싱값과 제2 센서(T2)의 센싱값을 비교한 그래프이다. 도 17에서 (a)는 보상 전 제1 센서(T1)의 센싱값과 제2 센서(T2)의 센싱값을 도시한 것이고, 도 17에서 (b)는 보상 후 제1 센서(T1)의 센싱값과 제2 센서(T2)의 센싱값을 도시한 것이다.
상대적으로 강한 외부 자기(4500A/m)가 있는 경우, 제1 센서(T1)의 센싱값과 제2 센서(T2)의 센싱값의 차이값(T2o-T1o)이 1.62로 검출된다. a가 2.72이고, b:3.72인 경우, 수학식1을 통해, 제1 센서(T1)의 보상된 센싱값을 구하고, 수학식2를 통해 제2 센서(T2)의 보상된 센싱값을 구하면 도 17에서 (b)와 같이, 작은 옵셋(0.002deg)이 발생하지만. 제1 센서(T1)의 보상된 센싱값과 제2 센서(T2)의 보상된 센싱값이 거의 일치함을 수 있다.
도 18은 제3 갭(G3)의 변화와 콜렉터의 형상에 대응한 보상계수를 나타낸 도면이다.
도 18에서 (a)는 제3 갭(G3)을 3.15mm로 설정한 센싱 장치를 나타낸 것이고, 도 18에서 (b)는 제3 갭(G3)을 2.15mm로 설정한 센싱 장치를 나타낸 것이다. 도 18에서 (c)는 제3 갭(G3)을 2.15mm로 하여 (b)와 동일하게 설정하고, (c)의 M과 같이 콜렉터의 일부를 제거하여 콜렉터의 크기를 (a)나 (b)보다 작게 설정한 것이다.
(b)와 (c)를 비교해 보면, 보상계수의 차이가 거의 없어, 콜렉터의 형상은 보상계수에 영향을 크게 영향을 미치지 않음을 확인할 수 있다. 그러나, (a)와 (b)를 비교해 보면, 보상계수의 차이가 커, 제3 갭(G3)의 차이가 보상계수에 크게 영향을 미치는 것을 확인할 수 있다.
한편, 제1 센서(T1)의 자체 노이즈 또는 제2 센서(T2)의 자체 노이즈로 인하여, 이와 같이, 보상된 제1 센서(T1)의 센싱값의 노이즈 또는 보상된 제2 센서(T2)의 센싱값의 노이즈가 크게 증가할 수 있다.
도 19는 외부 자기에 의한 출력값의 변화량을 보상하는 과정에서 발생하는 노이즈를 제거하는 과정을 도시한 도면이고, 도 20은 오프셋의 평균값을 나타낸 표이다.
도 19 및 도 20을 참조하면, 실시예에 따른 센싱 장치는, 이러한 노이즈를 제거하기 위하여, 순차적으로 입력되는 복수 개의 오프셋의 평균값에 기초하여, 제1 센서(T1)의 센싱값 또는 제2 센서(T2)의 센싱값을 보상할 수 있다.
오프셋이란. 제1 단위 콜렉터(310)로 전달되는 제1 센서(T1)의 센싱값과, 제2 단위 콜렉터(320)로 전달되는 제2 센서(T2)의 센싱값의 차이값에 보상계수를 곱한 값으로서, 수학식 1의 a*(T2o-T1o) 또는 수학식 2의 b*(T2o-T1o)가 각각 나타내는 값이다.
이러한 오프셋은 일정한 주기로 산출될 수 있다. 예를 들어, 도 20에서 도시한 바와 같이, 입력되는 제1 센서(T1)의 센싱값과 제2 센서(T2)의 센싱값에 기초하여, 순서1,2,3??. 대로 일정한 주기로 오프셋들이 산출될 수 있다. 순서1의 오프셋은 0.003V이고, 순서2의 오프셋은 0.0051V이고, 순서3의 오프셋은 0.0051V일 수 있다.
노이즈를 제거하기 위하여, n번째 오프셋에서, n-(m-1)번째 오프셋까지의 평균값에 기초하여, 제1 센서(T1)의 센싱값 또는 제2 센서(T2)의 센싱값을 보상할 수 있다. m은 1보다 큰 양의 정수이다. n은 m보다 큰 양의 정수이다. 예를 들어, 복수 개의 오프셋 중 가장 최신의 m개의 오프셋의 평균값에 기초하여, 제1 센서(T1)의 센싱값 또는 제2 센서(T2)의 센싱값을 보상할 수 있다.
노이즈를 제거하기 위한 구체적인 과정은 다음과 같다.
오프셋이 순차적으로 산출되어 입력된다.(S10)
오프셋의 개수가 m보다 큰지 확인한다.(S20)
오프셋의 개수가 m보다 크면, 예를 들어, m이 4이면, 오프셋 개수가 4가 되면, 가장 최신의 4개의 오프셋의 평균값을 산출한다.(S30) 예를 들어, 현재 오프셋이 순서4의 오프셋이면, 순서1의 오프셋, 순서2의 오프셋, 순서3의 오프셋, 순서4의 오프셋의 평균값인 0.0047V를 오프셋으로 선정할 수 있다.
그리고 현재 오프셋이 순서5의 오프셋이면, 순서2의 오프셋, 순서3의 오프셋, 순서4의 오프셋, 순서5의 오프셋의 평균값인 0.0051V를 오프셋으로 선정할 수 있다.
이처럼 평균값으로 산출된 (예를 들어, 0.0047V, 0.0051V)을 오프셋으로 하여 수학식 1 또는 수학식 2를 통해, 각각 제1 센서(T1)의 센서값을 보상하고 제2 센서(T2)의 센서값을 보상할 수 있다.(S40)
도 21은 비교예에 따른 센싱 장치의 출력전압과 실시예에 따른 센싱 장치의 출력전압을 비교한 그래프이다.
도 21을 참조하면, 비교예에 따른 센싱 장치의 출력전압은, 평균값을 적용하지 않고, 제1 센서(T1)의 센서값과 제2 센서(T2)의 센서값을 보상한 것이며, 실시예에 따른 센싱 장치의 출력전압은, 최신의 4개의 오프셋의 평균값을 적용한 오프셋을 통해 제1 센서(T1)의 센서값과 제2 센서(T2)의 센서값을 보상한 것이다.
5000개 정도의 오프셋에 측정한 결과, 비교예의 경우, 수학식 1, 수학식 2를 통해 각각 제1 센서(T1)의 센서값과 제2 센서(T2)의 센서값이 보상되는 과정에는 보상계수가 곱해지는 상태에서, 오프셋이 수학식 1, 수학식 2에 그대로 적용하기 때문에 출력전압의 진폭이 크게 나타나 노이즈가 증폭됨을 확인할 수 있다.
반면에, 실시예의 경우, 최신의 4개의 오프셋의 평균값을 적용한 오프셋을 수학식 1, 수학식 2에 적용하기 때문에 상대적으로 출력전압의 진폭이 작게 나타나 노이즈가 증폭이 방지되는 것을 확인할 수 있다.
전술된 실시예는 차량용 또는 가전용 등 다양한 기기에 이용할 수 있다
100: 스테이터
200: 로터
210: 마그넷
300: 제1 콜렉터
310: 제1 단위 콜렉터
311: 제1 플레이트
312: 제1 레그
320: 제2 단위 콜렉터
321: 제2 플레이트
322: 제2 레그
400: 제2 콜렉터
410: 제3 단위 콜렉터
411: 제3 플레이트
412: 제3 레그
420: 제4 단위 콜렉터
421: 제4 플레이트
422: 제4 레그
410: 제3 플레이트
420: 제3 단위 콜렉터
421: 제3 레그
430: 제4 플레이트
440: 제4 단위 콜렉터

Claims (10)

  1. 로터;
    상기 로터와 대응되도록 배치되는 스테이터;
    상기 스테이터 상측에 배치된 제1 콜렉터와 상기 스테이터 하측에 배치된 제2 콜렉터;및
    상기 제1 콜렉터와 상기 제2 콜렉터 사이에 배치되는 제1 센서와 제2 센서를 포함하고,
    상기 제1 콜렉터는 제1 단위 콜렉터와 제2 단위 콜렉터를 포함하고,
    상기 제1 단위 콜렉터로 전달되는 상기 제1 센서의 센싱값과 상기 제2 단위 콜렉터로 전달되는 상기 제2 센서의 센싱값의 차이값에 보상계수를 곱한 오프셋에 기초하여 상기 제1 센서와 상기 제2 센서 중 적어도 하나의 센싱값을 보상하되,
    순차적으로 입력되는 복수 개의 상기 오프셋의 평균값에 기초하여, 상기 제1 센서와 상기 제2 센서 중 적어도 하나의 센싱값을 보상하는 센싱 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    m개의 상기 오프셋의 평균값에 기초하여, 상기 제1 센서와 상기 제2 센서 중 적어도 하나의 센싱값을 보상하되,
    n번째 상기 오프셋에서, n-(m-1)번째 상기 오프셋까지의 평균값에 기초하여, 상기 제1 센서와 상기 제2 센서 중 적어도 하나의 센싱값을 보상하고, 상기 m은 1보다 큰 양의 정수이고, 상기 n은 상기 m보다 큰 양의 정수인 센싱 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    복수 개의 상기 오프셋 중 가장 최신의 m개의 상기 오프셋의 평균값에 기초하여, 상기 제1 센서와 상기 제2 센서 중 적어도 하나의 센싱값을 보상하고, 상기 m은 1보다 큰 양의 정수인 센싱 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 센서의 센싱값은 하기 수학식 1에 의해 산출되는 보상값으로 보상하는 센싱 장치.
    수학식1
    T1c= T1o-a*(T2o-T1o)
    여기서, T1c는 상기 제1 센서의 보상된 센싱값이며, T1o은 제1 센서의 보상전 센싱값이며, T2o는 제2 센서의 보상전 센싱값이며, a는 상기 제1 단위 콜렉터와 상기 제2 단위 콜렉터의 축방향 이격 거리에 대응한 보상계수다.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제2 센서의 센싱값은 하기 수학식 2에 의해 산출되는 보상값으로 보상하는 센싱 장치.
    수학식2
    T2c= T2o-b*(T2o-T1o)
    여기서, T2c는 상기 제2 센서의 보상된 센싱값이며, T1o는 제2 센서의 보상전 센싱값이며, T2o는 제2 센서의 보상전 센싱값이며, b는 상기 제1 단위 콜렉터와 상기 제2 단위 콜렉터의 축방향 이격 거리에 대응한 보상계수다.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 단위 콜렉터는 제1 플레이트와 상기 제1 플레이트에서 돌출되어 상기 제2 콜렉터를 향하는 방향으로 연장되는 제1 레그를 포함하고,
    상기 제2 단위 콜렉터는 제2 플레이트와 상기 제2 플레이트에서 돌출되어 상기 제2 콜렉터를 향하는 방향으로 연장되는 제2 레그를 포함하고,
    상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트는 서로 이격된 센싱 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 플레이트는 축 방향으로 상기 제2 플레이트와 이격되어 오버랩되는 센싱 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제2 레그의 축방향 길이는 상기 제1 레그의 축방향 길이보다 긴 센싱 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제2 콜렉터는 제3 단위 콜렉터와 제4 단위 콜렉터를 포함하고,
    상기 제3 단위 콜렉터는 제3 플레이트와 상기 제3 플레이트에서 돌출되어 상기 제1 콜렉터를 향하는 방향으로 연장되는 제3 레그를 포함하고,
    상기 제4 단위 콜렉터는 제4 플레이트와 상기 제4 플레이트에서 돌출되어 상기 제1 콜렉터를 향하는 방향으로 연장되는 제4 레그를 포함하고,
    상기 제3 플레이트와 상기 제4 플레이트는 서로 이격된 센싱 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제3 플레이트는 축 방향으로 상기 제4 플레이트와 이격되어 오버랩되는 센싱 장치.
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