KR20230059762A - 스트레인 센서 조립체 - Google Patents

Abstract

물체 내의 스트레인의 양을 감지하기 위한 조립체는 제1 단부, 제2 단부, 제1 단부와 제2 단부 사이에서 연장되는 원통형 측벽, 및 제1 컵의 제1 단부에 배치되는 단부벽을 갖는 제1 컵, 및 단부벽의 외부 표면과 내부 표면 중 하나에 배치되는 스트레인 웨이퍼를 포함한다.

Description

스트레인 센서 조립체{STRAIN SENSOR ASSEMBLY}

우선권 주장

본 출원은 2021년 10월 26일자로 출원된 미국 가특허 출원 제63/271,820호에 대한 우선권을 향유하고, 그 전체 개시내용은 본 명세서에 원용된다.

발명의 분야

본 발명은 일반적으로 센서에 관한 것이며, 더 구체적으로는 물체 내의 스트레인의 양을 측정하기 위한 조립체에 관한 것이다.

더 높은 레벨의 자동화가 이행됨에 따라, 통상적으로 인간 요소에 의해 처리되는 신호 및 입력을 컴퓨터에 의해 처리되도록 교체할 필요가 존재하게 되었다. 이는, 요즘의 기기에 의해 현재는 모니터링되지 않는 구성요소, 예를 들어 브레이크, 조향 타이-로드, 서스펜션 아암 등을 모니터링하기 위한 센서를 필요로 한다. 사용 중에 이들 구조체 내에서 발생되는 하중을 측정하고 그 신호를 컴퓨터로 보내기 위해, 스트레인(센서) 웨이퍼가 사용될 수 있다. 이러한 요소에서 경험되는 일부 문제는 그 취성, 장착, 교정, 보호 등의 어려움이다.

본 발명은 종래 기술의 구성과 방법에 대한 고려사항을 인지하여 처리하는 것이다.

본 개시내용의 일 실시예는, 제1 단부, 제2 단부, 제1 단부와 제2 단부 사이에서 연장되는 원통형 측벽, 및 제1 컵의 제1 단부에 배치되는 단부벽을 갖는 제1 컵, 및 단부벽의 외부 표면 및 내부 표면 중 하나 상에 배치되는 스트레인 웨이퍼를 포함하는, 물체 내의 스트레인의 양을 감지하기 위한 스트레인 센서 조립체를 제공한다.

본 개시내용의 다른 실시예는, 제1 단부, 제2 단부, 제1 단부와 제2 단부 사이에서 연장되는 원통형 측벽, 및 제1 컵의 제1 단부에 배치되는 내부 표면 및 외부 표면을 포함하는 단부벽을 갖는 제1 컵으로서, 단부벽은 아치형 또는 돔형 중 하나고 볼록 표면 및 오목 표면을 갖는, 제1 컵, 및 단부벽의 외부 표면 및 내부 표면 중 하나 상에 배치되는 스트레인 웨이퍼를 갖는, 물체 내의 스트레인의 양을 감지하기 위한 스트레인 센서 조립체를 제공한다.

본 명세서에 통합되어 그 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 발명의 하나 이상의 실시예를 도시하며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.

본 기술분야의 통상의 기술자에게 전달되는, 본 발명의 최상 모드를 포함하는 본 발명의 전체적 및 실시가능 개시내용이 첨부 도면을 참조하는 본 명세서에 개시되어 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 개시내용에 따른 스트레인 센서 조립체의 실시예의 사시도 및 단면도이다.
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 도 1a에 도시되는 스트레인 센서 조립체의 사시도, 평면도 및 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 개시내용에 따른 스트레인 센서 조립체의 대안적인 실시예의 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 각각 도 1a에 도시되는 스트레인 센서 조립체 및 대안적인 실시예의 사시도이다.
도 5는 스트레인이 측정될 물체의 대응 개구에 삽입된 본 개시내용의 일 실시예에 따른 스트레인 센서 조립체의 사시도이다.
도 6a 및 도 6b는 스트레인 센서 조립체의 종축 및 스트레인 센서 조립체에 대해 원통축에 수직인 축을 따르는 방향에서 측정된 스트레인의 양을 나타내는 그래프이다.
본 명세서 및 도면에서의 참조 부호의 반복 사용은 본 개시내용에 따른 본 발병의 동일한 또는 유사한 특징 또는 요소를 나타내고자 하는 의도이다.

그 하나 이상의 예가 첨부 도면에 도시되어 있는 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 참조가 지금부터 상세하게 수행될 것이다. 각각의 예는 본 발명에 대한 비제한적인 설명으로서 제공된다. 사실상, 변형 및 변화가 그 범주 및 사상을 벗어나지 않으면서 본 발명에서 수행될 수 있다는 것이 본 기술분야의 통상의 기술자에게 명확할 것이다. 예를 들어, 일 실시예의 일부로서 예시되거나 설명되는 특징은 다른 실시예에서 사용되어 또 다른 실시예를 얻을 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위 및 그 등가물의 범주 내에 있는 이러한 변형 및 변화를 망라하는 것이 의도된다.

본 명세서에 사용된 바와 같이, "수직", "수평", "상부", "하부", "위", 또는 "아래"와 같은 하지만 이에 한정되지 않는 태핏 조립체(tappet assembly)의 배향에 관한 방향 또는 위치를 언급하는 용어는 본 명세서의 도면에 나타내는 바와 같이 정상적인 의도된 동작에서의 조립체의 배향에 대한 방향 및 상대적인 위치를 지칭한다. 따라서, 예를 들어, "수직" 및 "상부"라는 용어는 도면의 관점에서 수직 방향 및 상대적인 상부 위치를 나타내며, 다른 배향으로 배치될 수 있는 태핏 조립체에 대해서도 그러한 맥락으로 이해되어야 한다.

또한, 본 개시내용 및 첨부된 청구범위에서 사용된 바와 같은 "또는"이라는 용어는 배타적인 "또는"이 아닌 포괄적인 "또는"을 의미하기 위한 것이다. 즉, 달리 구체화되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않은 경우, "X가 A 또는 B를 채용한다"라는 문구는 임의의 자연적인 포괄적인 치환을 의미하기 위한 것이다. 즉, "X가 A 또는 B를 채용한다"라는 문구는 다음의 경우 중 임의의 것에 의해 충족된다: X가 A를 채용한다; X가 B를 채용한다; 또는 X가 A 및 B 양자 모두를 채용한다. 부가적으로, 본 출원 및 첨부된 청구범위에서 사용되는 바와 같은 단수 용어는 달리 구체화되거나 문맥으로부터 단수 형태에 관한 것임이 명백하지 않는 한 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다. 명세서 및 청구범위 전체에 걸쳐, 다음 용어는 문맥상 달리 지시되지 않는 한 적어도 본 명세서에서 명시적으로 관련된 의미를 취한다. 이하에서 식별되는 의미는 용어를 반드시 제한하는 것이 아니라, 단지 해당 용어에 대한 예시적인 예를 제공한다. 단수 용어의 의미는 복수의 참조를 포함할 수 있으며, "내(in)"의 의미는 "내(in)" 및 "상(on)"을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같은 문구 "일 실시예에서"라는 어구는 반드시 동일한 실시예를 지칭하지 않지만 그러할 수도 있다.

이제 도면, 구체적으로 도 3a, 도 3b, 및 도 5를 참조하면, 본 개시내용은 모니터링될 대응 물체(14)에 형성된 개구(12) 내로 활주가능하게 삽입될 수 있는 스트레인(하중) 센서 조립체(10)를 구성하기 위해 드로잉 컵 기술(drawn cup technology)을 이용하는 스트레인 센서 조립체(10)에 관한 것이다. 바람직하게는, 스트레인 측정은 컵(16), 바람직하게는 드로잉 컵의 단부벽(18)에서 실행된다. 도 1b에 도시되는 바와 같이, 이러한 경우에 측정을 위해 사용되는 컵(16)은 내부 컵(16)이고, 내부 컵은 다른 컵(30) 또는 외부 컵 내에 가압되고, 컵들의 단부벽들 사이에 형성된 체적은 일단 장비되고 배선되면 강건한 패키지를 생성하도록 실리콘(23) 등으로 충전된다.

이제 도 1a 및 도 4a를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스트레인 센서 조립체(10)는 원통형 측벽(17) 및 단부벽(18)을 포함하는 드로잉 컵(16)을 포함한다. 단부벽(18)은 그 위에 스트레인 웨이퍼(22)를 수용하도록 구성되는 내부 표면(19) 및 외부 표면(21)을 갖는다. 도시되는 바와 같이, 단부벽(18)은 바람직하게는 각각 다른 슬롯(30)의 대응하는 측벽(32)에 평행한 측벽(32)을 갖는 한 쌍의 세장형 슬롯(30)을 포함한다. 이와 같이, 단부벽(18)은, 도 4b에 도시되는 바와 같이, 단부벽(18)의 종방향 중심축(34)을 따른 스트레인 레이트(strain rate)에 대한 스트레인 센서 조립체의 민감도를 최대화하기 위해 슬롯(30)에 의해 형성된 한 쌍의 평행한 측벽(32)을 포함한다. 도 4a에 가장 잘 도시되는 바와 같이, 각각의 단부 슬롯(30)은 실질적으로 직선 측부 에지(32) 및 원통형 측벽의 윤곽을 따르는 만곡된 에지(33)에 의해 형성되어, 반달 형상을 형성한다.

도 4b의 실시예에 도시되는 것과 같은 슬롯(30a)의 다른 형상이 이용될 수 있다. 예를 들어, 도 4b에 도시되는 슬롯(30a)은 한 쌍의 평행한 측벽(32a)을 갖는 각각의 슬롯(30a)을 포함하고, 슬롯(30a)은 서로 평행하다. 도 4a 및 도 4b에 도시되는 실시예에서, 스트레인 웨이퍼(22)는 단부벽(18)의 외부 표면(21)에 부착된다는 것에 유의한다. 또한, 도 3b를 추가적으로 참조하면, 단부벽(18) 부분은 단부벽(18)의 종방향 중심축(34)을 따르는 응력 측정에 대한 민감도를 증가시키기 위해 아치형 또는 돔형일 수 있다. 도 3b에 도시되는 바와 같이, 스트레인 웨이퍼(22)는, 도 4a 및 4b에 도시되는 바와 같이 외부 표면(21)에 부착되는 것이 아니라, 단부벽(18)의 내부 표면(19)에 부착될 수 있을 것이다. 또한, 도 1b 및 도 2a 내지 도 2c에 도시되는 바와 같이, 단부벽(18)은 컵(16)의 단부벽(18)의 외부 표면(21)이 도 3b에 도시되는 바와 같이 볼록하기보다는 오목하도록 내부 컵(16) 내로 내향으로 아치형화될 수 있다.

컵 면(18)은 바람직하게는 단부벽(18)의 종축(34)을 따른, 특정 스트레인 레이트 및 방향에 초점을 맞추기 위해 다양한 형상으로 스탬핑 또는 형성될 수 있다. 도 3a 및 도 3b에 도시되는 바와 같이, 센서(40)는 대응하는 물체(14) 내의 토크를 감지하기 위해 컵(16)의 원통형 벽(17) 주위에 배열될 수 있다. 다른 센서(50)가 온도, 가속도, 진동 등과 같은 그러나 이에 한정되지 않는 시스템에 대한 추가 정보를 제공하기 위해 내부 컵(16)과 외부 컵(30) 사이에 형성된 체적(51) 내에 배치될 수 있다. 또한, 공극은 강건한 조립체를 제공하기 위해 배선, 구성요소 등을 고정하는 것을 돕도록 실리콘 또는 유사한 재료로 충전될 수 있다. 스트레인의 양의 측정은 다수의 방식으로 달성될 수 있는데, 예를 들어 스트레인 웨이퍼를 단부 면의 내측 또는 외측에 직접 부착하고, 컵 및/또는 컵 면의 저항 변화를 직접 측정하고, 컵의 자기 변화를 직접 측정한다(자기장 감지).

도 6a 및 도 6b에 도시되는 바와 같이, 본 개시내용의 스트레인 센서 조립체(10)는, 물체(14) 내의 스트레인의 측정이 스트레인 웨이퍼(22)의 종축(34)을 따르는, 희망 방향을 따라서 초점이 맞춰지도록 구성된다.

본 발명의 하나 이상의 바람직한 실시예가 상술되었지만, 다양한 변형과 변경이 본 발명의 범주 및 사상을 벗어나지 않고 이루어질 수 있다는 것을 통상의 기술자는 알아야 한다. 본 발명은 첨부된 청구범위 및 그 등가물의 범주 및 사상 내에 있는 이러한 변형과 변경을 망라하는 것이 의도된다.

Claims (17)

1. 물체 내의 스트레인의 양을 감지하기 위한 스트레인 센서 조립체이며,
   제1 단부, 제2 단부, 제1 단부와 제2 단부 사이에서 연장되는 원통형 측벽, 및 제1 컵의 제1 단부에 배치되는 내부 표면 및 외부 표면을 포함하는 단부벽을 갖는 제1 컵; 및
   단부벽의 외부 표면 및 내부 표면 중 하나 상에 배치되는 스트레인 웨이퍼를 포함하는 스트레인 센서 조립체.
2. 제1항에 있어서,
   제1 컵의 단부벽은 한 쌍의 평행한 측부 에지를 포함하고, 각각의 측부 에지는 제1 컵의 측벽과 함께 개구를 형성하는 스트레인 센서 조립체.
3. 제2항에 있어서,
   제1 컵의 단부벽은 볼록 표면 및 오목 표면을 갖는 아치에 의해 형성되는 스트레인 센서 조립체.
4. 제3항에 있어서,
   내부 컵의 단부벽의 외부 표면은 볼록 표면인 스트레인 센서 조립체.
5. 제4항에 있어서,
   제1 컵은 물체에 형성된 원통형 개구에 활주가능하게 수용되는 스트레인 센서 조립체.
6. 제5항에 있어서,
   제1 컵의 외경은 원통형 개구의 직경과 실질적으로 동일한 스트레인 센서 조립체.
7. 제4항에 있어서,
   중앙 보어를 형성하는 원통형 측벽을 갖는 제2 컵을 더 포함하며, 제1 컵은 제2 컵의 중앙 보어에 활주가능하게 수용되는 스트레인 센서 조립체.
8. 제1항에 있어서,
   제1 컵의 단부벽은 한 쌍의 평행한 슬롯을 형성하고, 각각의 슬롯은 한 쌍의 평행한 측벽을 포함하는 스트레인 센서 조립체.
9. 제8항에 있어서,
   제1 컵의 단부벽은 볼록 표면 및 오목 표면을 갖는 아치에 의해 형성되는 스트레인 센서 조립체.
10. 제9항에 있어서,
    내부 컵의 단부벽의 외부 표면은 볼록 표면인 스트레인 센서 조립체.
11. 제9항에 있어서,
    제1 컵은 물체에 형성된 원통형 개구에 활주가능하게 수용되며, 제1 컵의 외경은 원통형 개구의 직경과 실질적으로 동일한 스트레인 센서 조립체.
12. 물체 내의 스트레인의 양을 감지하기 위한 스트레인 센서 조립체이며,
    제1 단부, 제2 단부, 제1 단부와 제2 단부 사이에서 연장되는 원통형 측벽, 및 제1 컵의 제1 단부에 배치되는 내부 표면 및 외부 표면을 포함하는 단부벽을 갖는 제1 컵으로서, 단부벽은 아치형 또는 돔형 중 하나이고 볼록 표면 및 오목 표면을 갖는, 제1 컵; 및
    단부벽의 외부 표면 및 내부 표면 중 하나 상에 배치되는 스트레인 웨이퍼를 포함하는 스트레인 센서 조립체.
13. 제12항에 있어서,
    제1 컵의 단부벽은 한 쌍의 평행한 측부 에지를 포함하고, 각각의 측부 에지는 제1 컵의 측벽과 함께 개구를 형성하는 스트레인 센서 조립체.
14. 제12항에 있어서,
    내부 컵의 단부벽의 외부 표면은 볼록 표면인 스트레인 센서 조립체.
15. 제14항에 있어서,
    제1 컵은 물체에 형성된 원통형 개구에 활주가능하게 수용되고, 제1 컵의 외경은 원통형 개구의 직경과 실질적으로 동일한 스트레인 센서 조립체.
16. 제12항에 있어서,
    중앙 보어를 형성하는 원통형 측벽을 갖는 제2 컵을 더 포함하며, 제1 컵은 제2 컵의 중앙 보어에 활주가능하게 수용되고, 스트레인 센서 조립체는 물체에 의해 형성된 원통형 개구에 활주가능하게 수용되는 스트레인 센서 조립체.
17. 제12항에 있어서,
    제1 컵의 단부벽은 한 쌍의 평행한 슬롯을 형성하고, 각각의 슬롯은 한 쌍의 평행한 측벽을 포함하는 스트레인 센서 조립체.

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