KR20240064302A - 엠디피에스용 토크센서 장치 및 그의 측정값 보정 방법 - Google Patents

엠디피에스용 토크센서 장치 및 그의 측정값 보정 방법 Download PDF

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정선영
이석원
백순호
김광윤
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현대모비스 주식회사
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Abstract

본 발명은 엠디피에스용 토크센서 장치에 관한 것으로, 입력축과 출력축 중 어느 하나에 연결되어 회전하는 로터부; 상기 로터부와 마주보게 배치되고, 상기 입력축과 상기 출력축 중 나머지 하나에 연결되어 회전하는 스테이터부; 상기 로터부와 상기 스테이터부의 상대 회전 변위에 따른 자기장의 변화량을 측정하는 제1측정부; 상기 제1측정부의 외측에 배치되어 외부자계로부터 상기 제1측정부를 차폐하고, 상기 로터부와 상기 스테이터부의 상대 회전 변위에 따른 자기장의 변화량을 측정하는 제2측정부; 및 상기 제1측정부와 상기 제2측정부를 통해 측정한 자기장의 변화량을 측정한 측정값에 외부자계로 인해 차이가 발생할 경우, 계산된 토크 오프셋 값을 이용하여 외부자계에 의한 컬럼 토크값을 보상하는 제어부;를 포함한다.

Description

엠디피에스용 토크센서 장치 및 그의 측정값 보정 방법{TORQUE SENSOR APPARATUS FOR MDPS AND METHOD FOR CORRECTING SENSING VALUE THEREOF}
본 발명은 엠디피에스용 토크센서 장치 및 그의 측정값 보정 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외부자계로 인해 토크센서의 토크신호에 차이가 발생할 경우, 계산된 토크 오프셋 값을 이용하여 외부자계에 의한 컬럼 토크값을 보상할 수 있도록 하는, 엠디피에스용 토크센서 장치 및 그의 측정값 보정 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차는 바퀴와 연결된 스티어링 휠을 조작하여 주행 방향을 조작할 수 있도록 되어 있다. 그러나 바퀴와 노면과의 저항이 크거나 스티어링의 장애요인 발생 시 조작력이 약화되어 신속한 조작이 어려운 경우가 있고, 이를 해결하기 위해 파워스티어링 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 토크(즉, 컬럼 토크)를 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.
이러한 토크센서는 마그네틱 타입의 구조로서, 콜렉터가 스테이터 투스의 외측에 배치되는 구조로 제공될 수 있다.
그러나 종래의 토크센서는 외부의 자기장이 생성될 때, 콜렉터가 외부 자기장의 통로 역할을 수행하기 때문에, 홀 센서(Hall IC)에 의해 감지되는 자기장의 측정값에 영향을 주는 문제가 있다. 이에 따라, 상기 토크센서의 출력값에 변화가 발생하여 토션바의 비틀림 정도를 정확히 측정할 수 없는 문제가 발생한다.
이에 따라 외부자계로 인해 토크센서의 토크신호에 차이가 발생할 경우, 외부자계에 의한 컬럼 토크값을 보상함으로써, 정확한 토크값(즉 컬럼 토크값)을 검출하기 위한 방법의 개선이 필요한 상황이다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-0983963호(2010.09.16 등록, 발명의 명칭: 전동식 파워 스티어링 장치용 토크센서)에 개시되어 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 외부자계로 인해 토크센서의 토크신호에 차이가 발생할 경우, 계산된 토크 오프셋 값을 이용하여 외부자계에 의한 컬럼 토크값을 보상할 수 있도록 하는, 엠디피에스용 토크센서 장치 및 그의 측정값 보정 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 엠디피에스용 토크센서 장치는, 입력축과 출력축 중 어느 하나에 연결되어 회전하는 로터부; 상기 로터부와 마주보게 배치되고, 상기 입력축과 상기 출력축 중 나머지 하나에 연결되어 회전하는 스테이터부; 상기 로터부와 상기 스테이터부의 상대 회전 변위에 따른 자기장의 변화량을 측정하는 제1측정부; 상기 제1측정부의 외측에 배치되어 외부자계로부터 상기 제1측정부를 차폐하고, 상기 로터부와 상기 스테이터부의 상대 회전 변위에 따른 자기장의 변화량을 측정하는 제2측정부; 및 상기 제1측정부와 상기 제2측정부를 통해 측정한 자기장의 변화량을 측정한 측정값에 외부자계로 인해 차이가 발생할 경우, 계산된 토크 오프셋 값을 이용하여 외부자계에 의한 컬럼 토크값을 보상하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제1측정부에 형성된 상측 제1자기집중부(T1)와 하측 제1자기집중부(T2), 및 상기 제2측정부에 형성된 상측 제2자기집중부(T3)와 하측 제2자기집중부(T4)를 통해 각기 검출된 측정값의 차이에 대한 평균값을 산출하여, 제1 방향의 토크값(T) 및 제2 방향의 토크값(Tr)으로 설정하고, 상기 제1 및 제2 방향의 토크값(T, Tr)의 절대 차이값(예 : )이 테스트를 통해 미리 설정된 토크센서 신호 보상여부 판단 기준 값(k)보다 크지 않을 경우, 외부자계의 영향을 받지 않는 것으로 판단하여, 지정된 상수 값을 이용하여 제1 방향의 토크값(토크1=T)과 제2 방향의 토크값(토크2=Tr)을 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 방향의 토크값(토크1=T)은 ‘T*(지정된 상수값)’이고, 상기 제2 방향의 토크값(토크2=Tr)은 ‘Tr*(지정된 상수값)’으로 산출되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제1 및 제2 방향의 토크값(T, Tr)의 절대 차이값(예 : )이 테스트를 통해 미리 설정된 토크센서 신호 보상여부 판단 기준 값(k)보다 큰 경우, 상기 제2 방향의 토크값(Tr)이 상기 제1 방향의 토크값(T)보다 큰 경우, 미리 설정된 제1 산술식()에 의해 오프셋(offset) 값을 산출하고, 상기 제2 방향의 토크값(Tr)이 제1 방향의 토크값(T)보다 크지 않은 경우, 미리 설정된 제2 산술식()에 의해 오프셋(offset) 값을 산출하되, 상기 a는 보상계수(콜렉터 간극에 따른 설계 factor)를 의미하며, 상기 K는 컬럼토크 미보상 값을 의미하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제1 방향의 토크값(T)과 상기 제2 방향의 토크값(Tr)의 상대적인 크기를 바탕으로 해당하는 오프셋 값이 산출되면, 상기 산출된 오프셋 값을 적용하여, 산술식‘T*(2.8/0.444)-Offset’에 의해 제1 방향의 토크값(토크1=T)을 산출하고, 산술식‘Tr*(2.8/0.444)-Offset’에 의해 제2 방향의 토크값(토크2=Tr)을 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1측정부와 상기 제2측정부는, 외부자계가 인가됨에 따라 서로 다른 측정값을 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1측정부와 상기 제2측정부의 측정값의 차이는, 외부자계의 크기에 비례하여 증가하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1측정부와 상기 제2측정부는, 상기 스테이터부의 축 방향을 따라 적층 되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1측정부는, 상기 스테이터부의 상측면으로부터 자기장을 수집하는 제1상부콜렉터; 상기 스테이터부의 하측면으로부터 자기장을 수집하는 제1하부콜렉터; 상기 제1상부콜렉터와 상기 제1하부콜렉터로부터 서로 대향하는 방향으로 연장되는 한 쌍의 제1자기집중부; 및 한 쌍의 상기 제1자기집중부 사이에 설치되고, 상기 제1상부콜렉터와 상기 제1하부콜렉터로 수집된 자기장의 변화량을 전기신호로 변환하여 출력하는 제1측정부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1측정부재는, 복수개로 구비되어 상기 스테이터부의 원주 방향을 따라 소정 간격 이격되게 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제2측정부는, 상기 제1상부콜렉터와 이격되어 마주보게 배치되고, 상기 스테이터부의 상측면으로부터 자기장을 수집하는 제2상부콜렉터; 상기 제1하부콜렉터와 이격되어 마주보게 배치되고, 상기 스테이터부의 하측면으로부터 자기장을 수집하는 제2하부콜렉터; 상기 제1상부콜렉터와 상기 제2하부콜렉터로부터 서로 대향하는 방향으로 연장되는 한 쌍의 제2자기집중부; 및 한 쌍의 상기 제2자기집중부 사이에 설치되고, 상기 제2상부콜렉터와 상기 제2하부콜렉터로 수집된 자기장의 변화량을 전기신호로 변환하여 출력하는 제2측정부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제2상부콜렉터 및 상기 제2하부콜렉터의 내측 단부는 각각 상기 제1상부콜렉터 및 상기 제1하부콜렉터의 내측 단부보다 상기 스테이터부의 중심축을 향해 더 길게 연장되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 엠디피에스용 토크센서 장치의 측정값 보정 방법은, 엠디피에스용 토크센서 장치의 제어부가 제1측정부와 제2측정부를 통해 자기장의 변화량을 측정하는 단계; 및 상기 제어부가 상기 제1측정부와 상기 제2측정부를 통해 측정한 자기장의 변화량을 측정한 측정값에 외부자계로 인해 차이가 발생할 경우, 계산된 토크 오프셋 값을 이용하여 외부자계에 의한 컬럼 토크값을 보상하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 외부자계에 의한 컬럼 토크값을 보상하는 단계에서, 상기 제어부는, 상기 제1측정부에 형성된 상측 제1자기집중부(T1)와 하측 제1자기집중부(T2), 및 상기 제2측정부에 형성된 상측 제2자기집중부(T3)와 하측 제2자기집중부(T4)를 통해 각기 검출된 측정값의 차이에 대한 평균값을 산출하여, 제1 방향의 토크값(T) 및 제2 방향의 토크값(Tr)으로 설정하고, 상기 제1 및 제2 방향의 토크값(T, Tr)의 절대 차이값(예 : )이 테스트를 통해 미리 설정된 토크센서 신호 보상여부 판단 기준 값(k)보다 크지 않을 경우, 외부자계의 영향을 받지 않는 것으로 판단하여, 지정된 상수 값을 이용하여 제1 방향의 토크값(토크1=T)과 제2 방향의 토크값(토크2=Tr)을 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 방향의 토크값(토크1=T)은 ‘T*(지정된 상수값)’이고, 상기 제2 방향의 토크값(토크2=Tr)은 ‘Tr*(지정된 상수값)’으로 산출되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 및 제2 방향의 토크값(T, Tr)의 절대 차이값(예 : )이 테스트를 통해 미리 설정된 토크센서 신호 보상여부 판단 기준 값(k)보다 큰 경우, 상기 제어부는, 상기 제2 방향의 토크값(Tr)이 상기 제1 방향의 토크값(T)보다 큰 경우, 미리 설정된 제1 산술식()에 의해 오프셋(offset) 값을 산출하고, 상기 제2 방향의 토크값(Tr)이 제1 방향의 토크값(T)보다 크지 않은 경우, 미리 설정된 제2 산술식()에 의해 오프셋(offset) 값을 산출하되, 상기 a는 보상계수(콜렉터 간극에 따른 설계 factor)를 의미하며, 상기 K는 컬럼토크 미보상 값을 의미하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 방향의 토크값(T)과 상기 제2 방향의 토크값(Tr)의 상대적인 크기를 바탕으로 해당하는 오프셋 값이 산출되면, 상기 제어부는, 상기 산출된 오프셋 값을 적용하여, 산술식‘T*(2.8/0.444)-Offset’에 의해 제1 방향의 토크값(토크1=T)을 산출하고, 산술식‘Tr*(2.8/0.444)-Offset’에 의해 제2 방향의 토크값(토크2=Tr)을 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 엠디피에스용 토크센서 장치는 외부자계로 인해 토크센서의 토크신호에 차이가 발생할 경우, 계산된 토크 오프셋 값을 이용하여 외부자계에 의한 컬럼 토크값을 보상할 수 있다.
한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 효과들이 포함될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 엠디피에스용 토크센서 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 엠디피에스용 토크센서 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 엠디피에스용 토크센서 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 엠디피에스용 토크센서 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 엠디피에스용 토크센서 장치의 구성을 도 4와 다른 시점에서 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1상부콜렉터와 제2상부콜렉터의 배치 상태를 개략적으로 나타내는 확대도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어부의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 엠디피에스용 토크센서 장치의 측정값 보정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 9는 상기 도 8에 있어서, 자기장의 변화량을 측정하기 위한 자기집중부의 특성을 설명하기 위한 예시도이다.
도 10은 상기 도 9에 있어서, 외부자계의 유무에 따라 자기집중부를 통해 측정되는 측정값에 오차가 발생하는 것을 설명하기 위하여 보인 예시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 엠디피에스용 토크센서 장치 및 그의 측정값 보정 방법의 일 실시 예를 설명한다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(또는 접속)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결(또는 접속)"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결(또는 접속)"되어 있는 경우도 포함한다. 본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함(또는 구비)"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 "포함(또는 구비)"할 수 있다는 것을 의미한다.
또한, 본 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지칭할 수 있다. 동일한 참조 부호 또는 유사한 참조 부호들은 특정 도면에서 언급 또는 설명되지 않았더라도, 그 부호들은 다른 도면을 토대로 설명될 수 있다. 또한, 특정 도면에 참조 부호가 표시되지 않은 부분이 있더라도, 그 부분은 다른 도면들을 토대로 설명될 수 있다. 또한, 본 출원의 도면들에 포함된 세부 구성요소들의 개수, 형상, 크기 및 크기의 상대적인 차이 등은 이해의 편의를 위해 설정된 것으로서, 실시 예들을 제한하지 않으며 다양한 형태로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 엠디피에스용 토크센서 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 엠디피에스용 토크센서 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 분해사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 엠디피에스용 토크센서 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 평면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 엠디피에스용 토크센서 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 엠디피에스용 토크센서 장치의 구성을 도 4와 다른 시점에서 나타내는 단면도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 엠디피에스용 토크센서 장치(1)는 로터부(100), 스테이터부(200), 제1측정부(300), 제2측정부(400)를 포함한다.
로터부(100)는 스티어링 휠과 연결되는 입력축과, 차륜측의 랙바와 치합되는 피니언에 결합되고 토션바를 매개로 입력축과 상대 회전 가능하게 연결되는 출력축 중 어느 하나에 연결되어 회전한다. 이하에서는 로터부(100)가 입력축에 연결되어 회전하는 것을 예로 들어 설명하겠으나, 이와 달리 로터부(100)는 출력축에 연결되어 회전하는 것도 가능하다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 로터부(100)는 로터바디(110), 마그넷유닛(120)을 포함한다.
로터바디(110)는 대략 원통 형상을 갖도록 형성되어 입력축을 감싸도록 배치된다. 로터바디(110)는 내주면이 입력축의 외주면에 일체로 결합되어 입력축의 회전 시, 입력축과 함께 중심축을 축으로 회전된다. 로터바디(110)는 금속 재질로 형성될 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 입력축과 일체로 고정될 수 있도록 일정 이상의 강도를 고려한 다른 재질이 이용될 수 있음은 물론이다.
마그넷유닛(120)은 중공이 형성된 링 형태를 갖도록 형성되고, N극과 S극이 원주방향을 따라 상호 교번적으로 배열된다. 즉, 마그넷유닛(120)은 N극 또는 S극을 갖는 호 형상의 단위체가 원주 방향을 따라 서로 번갈아 배치되는 형태로 형성된다. 마그넷유닛(120)은 내주면이 로터바디(110)의 외주면에 부착되어 지지될 수 있다. 마그넷유닛(120)은 로터바디(110)의 회전 시 로터바디(110)와 함께 중심축을 축으로 회전된다.
스테이터부(200)는 입력축과 출력축 중 나머지 하나에 연결되어 회전한다. 이하에서는 로터부(100)가 입력축에 연결되는 것에 대응하여 스테이터부(200)가 출력축에 연결되어 회전하는 것을 예로 들어 설명하도록 한다. 스테이터부(200)는 내주면이 로터부(100)의 외주면, 보다 구체적으로 마그넷유닛(120)과 마주보게 배치된다.
스테이터부(200)는 마그넷유닛(120)에 의한 자기 유도가 가능한 강자성체의 재질로 구비된다. 스테이터부(200)는 차륜과 노면 사이의 마찰력으로 인해 입력축과 출력축에 비틀림이 발생함에 따라 로터부(100)에 대해 상대 회전된다. 스테이터부(200)는 이러한 로터부(100)와의 상대 회전 변위에 의해 마그넷유닛(120)의 N극 또는 S극과 대향하는 면적이 가변되고, 마그넷유닛(120)에 의해 유도되는 자화량이 변화됨으로써 자기장의 변화를 발생시킨다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 스테이터부(200)는 제1스테이터(210), 제2스테이터(220)를 포함한다.
제1스테이터(210), 제2스테이터(220)는 스테이터부(200)의 상측 및 하측 외관을 각각 형성한다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1스테이터(210) 및 제2스테이터(220)는 중공이 형성된 원형의 링 형태를 갖도록 형성되어 로터부(100)의 축 방향으로 소정 간격 이격되어 마주보게 배치될 수 있다.
제1스테이터(210) 및 제2스테이터(220)에는 각각 제1 스테이터 투스(211) 및 제2 스테이터 투스(221)가 구비된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 스테이터 투스(211) 및 제2 스테이터 투스(221)는 각각 제1스테이터(210) 및 제2스테이터(220) 내주면으로부터 절곡되어 연장되는 치형의 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 제1 스테이터 투스(211) 및 제2 스테이터 투스(221)는 로터부(100)의 축 방향을 따라 서로 대향하는 방향으로 연장된다. 제1 스테이터 투스(211)와 제2 스테이터 투스(221)는 복수개로 구비되어 제1스테이터(210) 및 제2스테이터(220)의 원주 방향을 따라 소정 간격 이격되어 배치된다.
제1 스테이터 투스(211)와 제2 스테이터 투스(221)는 마그넷유닛(120)의 원주 방향을 따라 상호 교번적으로 배치된다. 즉, 제1 스테이터 투스(211)와 제2 스테이터 투스(221)는 마그넷유닛(120)의 원주 방향을 따라 소정 간격을 두고 서로 맞물리는 형태로 배치된다.
제1 스테이터 투스(211)와 제2 스테이터 투스(221)는 내주면이 마그넷유닛(120)의 외주면과 마주보게 배치된다. 제1 스테이터 투스(211)와 제2 스테이터 투스(221)는 로터부(100)와 스테이터부(200)의 상대 회전 변위가 발생하지 않은 경우, 마그넷유닛(120)의 N극과 S극에 대향하는 면적 비율이 50 대 50으로 동일하게 설정된다. 제1 스테이터 투스(211)와 제2 스테이터 투스(221)는 로터부(100)와 스테이터부(200)의 상대 회전 변위가 발생됨에 따라, 마그넷유닛(120)의 N극과 S극에 대향하는 면적 비율이 가변되며 제1스테이터(210) 및 제2스테이터(220)의 자화값을 변화시킨다. 이 경우, 제1스테이터(210) 및 제2스테이터(220)는 제1 스테이터 투스(211)와 제2 스테이터 투스(221)가 마그넷유닛(120)의 원주 방향을 따라 상호 교번적으로 배치됨에 따라 서로 반대의 극성으로 자화될 수 있다.
제1측정부(300)는 로터부(100)와 스테이터부(200)의 상대 회전 변위에 따른 자기장의 변화량을 측정한다. 보다 구체적으로, 제1측정부(300)는 제1스테이터(210) 및 제2스테이터(220)와 자기적으로 연결되는 자기 회로를 형성하고, 로터부(100)와 스테이터부(200)의 상대 회전 시 제1스테이터(210) 및 제2스테이터(220)에 형성되는 자기장을 수집하여 자기장의 변화량을 측정한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 제1측정부(300)는 제1상부콜렉터(310), 제1하부콜렉터(320), 제1자기집중부(330), 제1측정부재(340)를 포함한다.
제1상부콜렉터(310)는 제1측정부(300)의 상측 외관을 형성하고, 스테이터부(200)의 상측면, 보다 구체적으로 제1스테이터(210)로부터 자기장을 수집한다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1상부콜렉터(310)는 양단부가 호 형상으로 연장되는 판의 형태를 갖도록 형성되어 제1스테이터(210)의 상측면과 마주보게 배치될 수 있다. 제1상부콜렉터(310)는 하측면이 제1스테이터(210)의 상측면으로부터 소정 간격 이격되게 배치된다. 제1상부콜렉터(310)는 제1스테이터(210)로부터 발생되는 자기장을 수집할 수 있도록 자화가 가능한 자성체의 재질로 구비된다. 제1상부콜렉터(310)는 제1스테이터(210)의 상측면에 별도로 마련된 몰드(미도시)에 볼팅 결합되어 지지될 수 있다.
제1하부콜렉터(320)는 제1측정부(300)의 하측 외관을 형성하고, 스테이터부(200)의 하측면 보다 구체적으로, 제2스테이터(220)로부터 자기장을 수집한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 제1하부콜렉터(320)는 양단부가 호 형상으로 연장되는 판의 형태를 갖도록 형성되어 제2스테이터(220)의 하측면과 마주보게 배치될 수 있다. 제1하부콜렉터(320)는 하측면이 제2스테이터(220)의 하측면으로부터 소정 간격 이격되게 배치된다. 제1하부콜렉터(320)는 제1스테이터(210) 및 제2스테이터(220)를 사이에 두고 제1상부콜렉터(310)와 평행하게 마주보도록 배치된다. 제1하부콜렉터(320)는 제2스테이터(220)로부터 발생되는 자기장을 수집할 수 있도록 자화가 가능한 자성체의 재질로 구비된다. 제1하부콜렉터(320)는 제2스테이터(220)의 하측면에 별도로 마련된 몰드(미도시)에 볼팅 결합되어 지지될 수 있다.
제1자기집중부(330)는 제1상부콜렉터(310)와 제1하부콜렉터(320)로부터 수집된 자기장을 집속시켜 후술하는 제1측정부재(340)로 전달한다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1자기집중부(330)는 제1상부콜렉터(310)와 제1하부콜렉터(320)의 외측 단부로부터 서로 대향하는 방향으로 절곡되어 연장되는 한 쌍의 막대 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 제1자기집중부(330)는 길이 방향이 스테이터부(200)의 축 방향과 나란하게 배치된다. 제1자기집중부(330)는 제1상부콜렉터(310)와 제1하부콜렉터(320)로부터 수집된 자기장이 손실없이 후술하는 제1측정부재(340)로 전달될 수 있도록 제1상부콜렉터(310)와 제1하부콜렉터(320)보다 좁은 폭을 갖도록 형성된다. 한 쌍의 제1자기집중부(330)는 후술하는 제1측정부재(340)가 설치될 수 있는 공간을 마련할 수 있도록 단부가 소정 간격 이격되어 마주보게 배치된다.
제1측정부재(340)는 한 쌍의 제1자기집중부(330) 사이에 설치되고, 제1상부콜렉터(310)와 제1하부콜렉터(320)로 수집된 자기장의 변화량을 전기신호로 변환하여 출력한다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1측정부재(340)는 자기장의 변화량을 전기신호로 변환하여 출력할 수 있는 자기저항소자(AMR IC) 및 홀 소자(Hall IC) 등으로 예시될 수 있다.
제1측정부재(340)는 복수개로 구비되어 스테이터부(200)의 원주 방향을 따라 소정 간격 이격되게 배치될 수 있다. 이 경우, 제1측정부재(340)로 자기장을 전달하는 한 쌍의 제1자기집중부(330) 또한 제1측정부재(340)에 대응되는 개수로 구비되어 스테이터부(200)의 원주 방향을 따라 소정 간격 이격되게 배치될 수 있다. 복수개의 제1측정부재(340)는 제1상부콜렉터(310)와 제1하부콜렉터(320)로 수집된 자기장의 변화량을 독립적으로 측정한다. 이에 따라 복수개의 제1측정부재(340)는 각각을 통해 출력된 측정값의 평균치를 이용하여 데이터의 신뢰성을 높일 수 있고, 어느 하나의 고장 시 나머지의 측정값을 통한 페일 세이프 기능을 구현 할 수 있다.
제2측정부(400)는 제1측정부(300)의 외측에 배치되어 외부자계로부터 제1측정부(300)를 차폐한다. 보다 구체적으로, 제2측정부(400)는 제1측정부(300)와 스테이터부(200)의 축 방향을 따라 순차적으로 적층됨으로써 스테이터부(200)의 축 방향으로 인가되는 외부자계로부터 제1측정부(300)를 차폐한다.
제2측정부(400)는 제1측정부(300)와 함께 로터부(100)와 스테이터부(200)의 상대 회전 변위에 따른 자기장의 변화량을 측정한다. 상술한 바와 같이 제2측정부(400)는 제1측정부(300)의 외측에 배치됨에 따라 스테이터부(200)의 축 방향으로 인가되는 외부자계는 제2측정부(400)에 우선적으로 유입된다. 이에 따라, 제2측정부(400)는 외부자계의 인가 시 제1측정부(300)와 서로 다른 측정값을 출력하고, 이러한 제1측정부(300)와 제2측정부(400)의 측정값의 차이는 외부자계의 크기에 비례하여 증가한다. 이에 따라, 제2측정부(400)는 후술하는 제어부(500)로 하여금 외부자계로 인한 측정값의 오차를 보정하는 동작을 수행하도록 할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 제2측정부(400)는 제2상부콜렉터(410), 제2하부콜렉터(420), 제2자기집중부(430), 제2측정부재(440)를 포함한다.
제2상부콜렉터(410)는 제2측정부(400)의 상측 외관을 형성하고, 스테이터부(200)의 상측면, 보다 구체적으로 제1스테이터(210)로부터 자기장을 수집한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 제2상부콜렉터(410)는 양단부가 호 형상으로 연장되는 판의 형태를 갖도록 형성되어 제1상부콜렉터(310)의 상측면과 마주보게 배치될 수 있다. 제2상부콜렉터(410)는 하측면이 제1상부콜렉터(310)의 상측면으로부터 소정 간격 이격되게 배치된다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1상부콜렉터와 제2상부콜렉터의 배치 상태를 개략적으로 나타내는 확대도이다.
도 6을 참조하면, 제2상부콜렉터(410)의 내측 단부는 제1상부콜렉터(310)의 내측 단부보다 스테이터부(200)의 중심축을 향해 더 길게 연장된다. 이에 따라 제2상부콜렉터(410)는 내측 단부의 하측면이 제1상부콜렉터(310)와 간섭되지 않고 제1스테이터(210)의 상측면과 직접 마주보게 배치되어 제1스테이터(210)에 형성되는 자기장을 수집할 수 있다. 제2상부콜렉터(410)는 자화가 가능한 자성체의 재질로 구비된다. 제2상부콜렉터(410)는 제1스테이터(210)의 상측면에 별도로 마련된 몰드(미도시)에 볼팅 결합되어 지지될 수 있다.
제2하부콜렉터(420)는 제2측정부(400)의 하측 외관을 형성하고, 스테이터부(200)의 하측면 보다 구체적으로, 제2스테이터(220)로부터 자기장을 수집한다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 제2하부콜렉터(420)는 양단부가 호 형상으로 연장되는 판의 형태를 갖도록 형성되어 제1하부콜렉터(320)의 하측면과 마주보게 배치될 수 있다. 제2하부콜렉터(420)는 하측면이 제1하부콜렉터(320)의 하측면으로부터 소정 간격 이격되게 배치된다. 제2하부콜렉터(420)는 제1스테이터(210) 및 제2스테이터(220)를 사이에 두고 제2상부콜렉터(410)와 평행하게 마주보도록 배치된다.
제2하부콜렉터(420)의 내측 단부는 제1하부콜렉터(320)의 내측 단부보다 스테이터부(200)의 중심축을 향해 더 길게 연장된다. 이에 따라 제2하부콜렉터(420)는 내측 단부의 상측면이 제1하부콜렉터(320)와 간섭되지 않고 제2스테이터(220)의 하측면과 직접 마주보게 배치되어 제2스테이터(220)에 형성되는 자기장을 수집할 수 있다. 제2하부콜렉터(420)는 자화가 가능한 자성체의 재질로 구비된다. 제2하부콜렉터(420)는 제2스테이터(220)의 하측면에 별도로 마련된 몰드(미도시)에 볼팅 결합되어 지지될 수 있다.
제2자기집중부(430)는 제2상부콜렉터(410)와 제2하부콜렉터(420)로부터 수집된 자기장을 집속시켜 후술하는 제2측정부재(440)로 전달한다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 제2자기집중부(430)는 제2상부콜렉터(410)와 제2하부콜렉터(420)의 외측 단부로부터 서로 대향하는 방향으로 절곡되어 연장되는 한 쌍의 막대 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 제2자기집중부(430)는 길이 방향이 스테이터부(200)의 축 방향과 나란하게 배치된다. 제2자기집중부(430)는 제2상부콜렉터(410)와 제2하부콜렉터(420)에 수집된 자기장이 손실없이 후술하는 제2측정부재(440)로 전달될 수 있도록 제2상부콜렉터(410)와 제2하부콜렉터(420)보다 좁은 폭을 갖도록 형성된다. 한 쌍의 제2자기집중부(430)는 후술하는 제2측정부재(440)가 설치될 수 있는 공간을 마련할 수 있도록 단부가 소정 간격 이격되어 마주보게 배치된다.
제2측정부재(440)는 한 쌍의 제2자기집중부(430) 사이에 설치되고, 제2상부콜렉터(410)와 제2하부콜렉터(420)로 수집된 자기장의 변화량을 전기신호로 변환하여 출력한다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 제2측정부재(440)는 자기장의 변화량을 전기신호로 변환하여 출력할 수 있는 자기저항소자(AMR IC) 및 홀 소자(Hall IC) 등으로 예시될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어부의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 엠디피에스용 토크센서 장치(1)는 제어부(500)를 더 포함할 수 있다.
제어부(500)는 제1측정부(300)와 제2측정부(400)의 측정값을 통해 출력축의 회전을 보조하기 위한 모터 토크를 산출한다. 이 경우, 제어부(500)는 제1측정부(300)와 제2측정부(400)로부터 측정된 측정값을 기입력된 다양한 방식의 제어로직에 대입하여 모터 토크를 산출할 수 있다.
한편, 여러 요인으로 인해 제1측정부(300)와 제2측정부(400)에 외부자계가 인가되는 경우, 제1측정부(300)와 제2측정부(400) 측정값을 통해 산출된 모터 토크에는 외부자계로 인한 오프셋 토크가 포함될 수 있다.
상술한 바와 같이 제1측정부(300)와 제2측정부(400) 측정값의 차이가 외부자계의 크기에 비례하여 증가함에 따라, 오프셋 토크 또한 외부자계의 크기에 비례하여 증가한다.
제1측정부(300)와 제2측정부(400)의 측정값의 차이가 설정 크기 이하인 경우, 스테이터부(200)의 축 방향으로 인가되는 외부자계는 1차적으로 제2측정부(400)에 의해 차폐되므로, 제어부(500)는 제1측정부(300)와 제2측정부(400)의 측정값을 통해 산출된 모터 토크를 실제 모터 토크로 추정한다.
제어부(500)는 제1측정부(300)와 제2측정부(400)의 측정값의 차이가 설정 크기 이상인 경우, 외부자계에 의한 오프셋 토크의 보상이 필요하다고 판단하고, 제1측정부(300)와 제2측정부(400)의 측정값을 통해 산출된 모터 토크로부터 오프셋 토크를 상쇄시킨 실제 모터 토크를 산출한다.
여기서, 제어부(500)가 외부자계에 의한 오프셋 토크의 보상이 필요하다고 판단하는 제1측정부(300)와 제2측정부(400)의 측정값의 차이는 토션바의 토크 상수, 제1측정부재(340) 및 제2측정부재(440)의 민감도에 따라 다양하게 설계 변경이 가능하다.
이에 따라 제어부(500)는 외부자계의 인가 시 외부자계로 인한 제1측정부(300)와 제2측정부(400)의 측정값의 오차를 제거함으로써 보다 정확한 조향 제어를 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 제어부(500)는 제1측정부재(340) 및 제2측정부재(440)와 무선 또는 유선으로 연결되어 제1측정부재(340) 및 제2측정부재(440)로부터 측정값을 전달받는 통신모듈과, 통신모듈로 전달된 데이터를 바탕으로 모터 토크 산출하고, 산출된 모터 토크를 통해 조향 모터의 동작을 제어하는 제어모듈을 포함하여 구성될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시 예에 따른 엠디피에스용 토크센서 장치(1)의 동작을 상세하게 설명하도록 한다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 운전자가 스티어링 휠을 조작함에 따라, 스티어링 휠의 회전력은 입력축을 통해 출력축으로 전달되고, 피니언과 랙바의 작용에 의해 차륜의 방향이 변화된다.
이 경우, 차륜과 노면 사이의 저항에 의해 입력축과 출력축은 서로 다른 회전량으로 회전되고, 이러한 회전량의 차이로 인해 로터부(100)와 스테이터부(200)에는 상대 회전 변위가 발생한다.
제1 스테이터 투스(211)와 제2 스테이터 투스(221)는 로터부(100)와 스테이터부(200)의 상대 회전 변위가 발생됨에 따라, 마그넷유닛(120)의 N극과 S극에 대향하는 면적 비율이 가변되고, 제1스테이터(210) 및 제2스테이터(220)에 자기장을 형성한다.
제1스테이터(210) 및 제2스테이터(220)에 형성된 자기장은 제1측정부(300)와 제2측정부(400)로 수집되고, 제1측정부재(340) 및 제2측정부재(440)는 제1측정부(300)와 제2측정부(400)로 수집된 자기장의 변화량을 측정한다.
제어부(500)는 제1측정부(300)와 제2측정부(400)의 측정값을 통해 출력축의 회전을 보조하기 위한 모터 토크를 산출한다.
여러 요인으로 인해 제1측정부(300)와 제2측정부(400)에 외부자계가 인가되는 경우, 제1측정부(300)와 제2측정부(400) 측정값을 통해 산출된 모터 토크에는 외부자계로 인한 오프셋 토크가 포함될 수 있다.
보다 구체적으로, 제2측정부(400)는 제1측정부(300)의 외측에 배치됨에 따라 스테이터부(200)의 축 방향으로 인가되는 외부자계는 제2측정부(400)에 우선적으로 유입된다.
이에 따라 제2측정부(400)는 외부자계의 인가 시 제1측정부(300)와 서로 다른 측정값을 출력하고, 이러한 제1측정부(300)와 제2측정부(400)의 측정값의 차이는 외부자계의 크기에 비례하여 증가한다.
제1측정부(300)와 제2측정부(400)의 측정값의 차이가 설정 크기 이하인 경우, 스테이터부(200)의 축 방향으로 인가되는 외부자계는 1차적으로 제2측정부(400)에 의해 차폐되므로, 제어부(500)는 제1측정부(300)와 제2측정부(400)의 측정값으로부터 산출된 모터 토크를 실제 모터 토크로 추정할 수 있다.
제어부(500)는 제1측정부(300)와 제2측정부(400)의 측정값의 차이가 설정 크기 이상인 경우, 외부자계에 의한 오프셋 토크의 보상이 필요하다고 판단하고, 제1측정부(300)와 제2측정부(400) 측정값을 통해 산출된 모터 토크로부터 오프셋 토크를 상쇄시킨 실제 모터 토크를 산출한다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 엠디피에스용 토크센서 장치의 측정값 보정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 실시 예는 일시적인 외부자계(예 : 에어컨 On시 솔레노이드 컴프레서 작동으로 외부자계가 발생하고, 에어컨 미작동시 외부자계가 미발생한다) 영향으로 발생된 컬럼 토크 옵셋을 보정하는 것으로, 이중 콜럭터간의 간격(air gap)에 따른 외부자계에 의해 차이나는 자속(flux)값을 활용하여, 외부자계 유무를 판단하여 각기 컬럼 토크 연산을 수행하도록 한다.
도 8을 참조하면, 상기 제어부(500)는 제1측정부(300)와 제2측정부(400)의 각 자기집중부(T1 ~ T4)에서 자기장의 변화량(즉, 제1 측정값, 제2 측정값)을 측정한다(S101).
참고로 도 9는 상기 도 8에 있어서, 자기장의 변화량을 측정하기 위한 자기집중부의 특성을 설명하기 위한 예시도로서, 상기 제1측정부(300)에 형성된 제1자기집중부(330)는 상측 제1자기집중부(T1)와 하측 제1자기집중부(T2)로 구분할 수 있으며, 상기 제2측정부(400)에 형성된 제2자기집중부(430)는 상측 제2자기집중부(T3)와 하측 제2자기집중부(T4)로 구분할 수 있다.
이 때 본 실시 예에서 상기 제1측정부(300)가 좌우에 두 쌍으로 형성되어 있는 경우에는 각기 동일한 측정값을 측정하므로, 두 쌍 중 어느 하나(한 쌍)의 제1측정부(300)를 선택하여 상측 제1자기집중부(T1)와 하측 제1자기집중부(T2)로 구분(또는 설정)하며, 만약 상기 제1측정부(300)가 하나(또는 한 쌍)만 형성되어 있는 경우, 그 하나(또는 한 쌍)의 제1측정부(300)에서 상측 제1자기집중부(T1)와 하측 제1자기집중부(T2)로 구분할 수 있다.
또한 상기 제1측정부(300)는 상기 제2측정부(400)에 의해 차폐되어 외부자계로부터의 영향을 받지 않는다. 반면 상기 제2측정부(400)는 상기 제1측정부(300)의 외측에 형성되기 때문에 외부자계의 영향을 받아 자기장의 변화량 값이 변동하게 된다.
도 10은 상기 도 9에 있어서, 외부자계의 유무에 따라 자기집중부를 통해 측정되는 측정값에 오차가 발생하는 것을 설명하기 위하여 보인 예시도이다.
도 10의 (a)를 참조하면, 외부자계의 영향이 없을 경우, 상기 제1측정부(300)에 형성된 제1자기집중부(예 : 상측 제1자기집중부(T1), 하측 제1자기집중부(T2))를 통해 각도(Deg)에 따라 측정된 자기장의 변화량(즉, 제1 측정값), 및 상기 제2측정부(400)에 형성된 제2자기집중부(예 : 상측 제2자기집중부(T3), 하측 제2자기집중부(T4))를 통해 각도(Deg)에 따라 측정된 자기장의 변화량(즉, 제2 측정값)이 동일하게 측정된다(예 : T1 = T3, T2 = T4).
여기서 상기 상측 제1자기집중부(T1)와 상기 하측 제1자기집중부(T2)는 상하로 형성되는 위치적 특성으로 인해 각도(Deg)에 따라 측정되는 자기장의 변화량(즉, 제1 측정값)이 반비례하는 특성을 갖는다(예 : -4도 일 때 T1의 측정값이 가장 작은 반면 T2의 측정값은 가장 크고, 4도 일 때 T1의 측정값이 가장 큰 반면 T2의 측정값은 가장 작다).
이와 마찬가지로 상기 상측 제2자기집중부(T3)와 상기 하측 제2자기집중부(T4)는 상하로 형성되는 위치적 특성으로 인해 각도(Deg)에 따라 측정되는 자기장의 변화량(즉, 제2 측정값)이 반비례하는 특성을 갖는다(예 : -4도 일 때 T3의 측정값이 가장 작은 반면 T4의 측정값은 가장 크고, 4도 일 때 T3의 측정값이 가장 큰 반면 T4의 측정값은 가장 작다).
한편 도 10의 (b)를 참조하면, 외부자계(특히 Z축 방향의 외부자계)의 영향이 있을 경우, 상기 제1측정부(300)는 상기 제2측정부(400)에 의해 차폐되어 외부자계로부터의 영향을 받지 않는 반면, 상기 제2측정부(400)는 외부자계의 영향을 받아 자기장의 변화량(즉, 제2 측정값)이 변동하는 오차가 발생하게 된다.
다시 도 8을 참조하면, 상기 제어부(500)는 상기 제1측정부(300)에 형성된 제1자기집중부(예 : 상측 제1자기집중부(T1), 하측 제1자기집중부(T2))와 상기 제2측정부(400)에 형성된 제2자기집중부(예 : 상측 제2자기집중부(T3), 하측 제2자기집중부(T4))를 통해 각기 검출된 측정값의 차이에 대한 평균값을 산출하여(예 : (T1-T2)/2, (T3-T4)/2), 제1 방향의 토크값(T) 및 제2 방향의 토크값(Tr)으로 설정한다(예 : T=(T1-T2)/2, Tr=(T3-T4)/2)(S102).
즉, 상기 제어부(500)는 상기 제1측정부(300) 및 상기 제2측정부(400)를 통해 검출된 토크신호의 전처리를 수행한다.
이 때 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향은 반대의 회전 방향을 의미한다.
또한 상기 제어부(500)는 상기 제1 및 제2 방향의 토크값(T, Tr)의 절대 차이값(예 : )이 테스트를 통해 미리 설정된 토크센서 신호 보상여부 판단 기준 값(예 : k=0.02)보다 크지 않을 경우(S103의 아니오), 외부자계의 영향을 받지 않는 것으로 판단하여, 제1 방향의 토크값(토크1=T)과 제2 방향의 토크값(토크2=Tr)을 각각 산출한다(S104).
이 때 상기 제1 방향의 토크값(토크1=T)과 상기 제2 방향의 토크값(토크2=Tr)은 같은 값을 갖는다.
즉, 제1 방향의 토크값(토크1=T)은 ‘T*(2.8/0.444)’이고, 제2 방향의 토크값(토크2=Tr)은 ‘Tr*(2.8/0.444)’이 된다. 여기서 상기 ‘2.8/0.444’는 미리 설정된 상수값이다.
한편 외부자계의 영향이 있을 경우, 즉, 상기 제1 및 제2 방향의 토크값(T, Tr)의 절대 차이값(예 : )이 미리 설정된 토크센서 신호 보상여부 판단 기준 값(예 : k=0.02)보다 큰 경우(S103의 예), 제2 방향의 토크값(Tr)이 제1 방향의 토크값(T)보다 큰 경우(예 : Tr-T>0의 예), 상기 제어부(500)는 미리 설정된 제1 산술식()에 의해 오프셋(offset) 값을 산출하고(S106), 제2 방향의 토크값(Tr)이 제1 방향의 토크값(T)보다 크지 않은 경우(예 : Tr-T>0의 아니오), 상기 제어부(500)는 미리 설정된 제2 산술식()에 의해 오프셋(offset) 값을 산출한다(S107).
여기서, a는 보상계수(콜렉터 간극에 따른 설계 factor)를 의미하는 것으로, a=1.5로 설정할 수 있으나 이를 한정하는 것은 아니며, K는 컬럼토크 미보상 값을 의미하는 것으로, K=0.08로 설정할 수 있으나 이를 한정하는 것은 아니다.
상기와 같이 제1 방향의 토크값(T)과 제2 방향의 토크값(Tr)의 상대적인 크기를 바탕으로 해당하는 오프셋 값이 산출되면, 상기 산출된 오프셋 값을 적용하여, 제1 방향의 토크값(토크1=T)과 제2 방향의 토크값(토크2=Tr)을 각각 산출한다(S108).
즉, 제1 방향의 토크값(토크1=T)은 ‘T*(2.8/0.444)-Offset’이고, 제2 방향의 토크값(토크2=Tr)은 ‘Tr*(2.8/0.444)-Offset’이 된다.
상기와 같이 본 실시 예는 외부자계로 인해 토크센서의 토크신호에 차이가 발생할 경우, 계산된 토크 오프셋 값을 이용하여 외부자계에 의한 컬럼 토크값을 보상할 수 있도록 함으로써, 정상적인 자기장 변화량을 출력할 수 있도록 하는 효과가 있다.
이상으로 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다. 또한 본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍 가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.
1 : 엠디피에스용 토크센서 장치 100 : 로터부
110 : 로터바디 120 : 마그넷유닛
200 : 스테이터부 210 : 제1스테이터
211 : 제1 스테이터 투스 220 : 제2스테이터
221 : 제2 스테이터 투스 300 : 제1측정부
310 : 제1상부콜렉터 320 : 제1하부콜렉터
330 : 제1자기집중부 340 : 제1측정부재
400 : 제2측정부 410 : 제2상부콜렉터
420 : 제2하부콜렉터 430 : 제2자기집중부
440 : 제2측정부재 500 : 제어부

Claims (17)

  1. 입력축과 출력축 중 어느 하나에 연결되어 회전하는 로터부;
    상기 로터부와 마주보게 배치되고, 상기 입력축과 상기 출력축 중 나머지 하나에 연결되어 회전하는 스테이터부;
    상기 로터부와 상기 스테이터부의 상대 회전 변위에 따른 자기장의 변화량을 측정하는 제1측정부;
    상기 제1측정부의 외측에 배치되어 외부자계로부터 상기 제1측정부를 차폐하고, 상기 로터부와 상기 스테이터부의 상대 회전 변위에 따른 자기장의 변화량을 측정하는 제2측정부; 및
    상기 제1측정부와 상기 제2측정부를 통해 측정한 자기장의 변화량을 측정한 측정값에 외부자계로 인해 차이가 발생할 경우, 계산된 토크 오프셋 값을 이용하여 외부자계에 의한 컬럼 토크값을 보상하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 엠디피에스용 토크센서 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제1측정부에 형성된 상측 제1자기집중부(T1)와 하측 제1자기집중부(T2), 및 상기 제2측정부에 형성된 상측 제2자기집중부(T3)와 하측 제2자기집중부(T4)를 통해 각기 검출된 측정값의 차이에 대한 평균값을 산출하여, 제1 방향의 토크값(T) 및 제2 방향의 토크값(Tr)으로 설정하고,
    상기 제1 및 제2 방향의 토크값(T, Tr)의 절대 차이값(예 : )이 테스트를 통해 미리 설정된 토크센서 신호 보상여부 판단 기준 값(k)보다 크지 않을 경우, 외부자계의 영향을 받지 않는 것으로 판단하여, 지정된 상수 값을 이용하여 제1 방향의 토크값(토크1=T)과 제2 방향의 토크값(토크2=Tr)을 산출하는 것을 특징으로 하는 엠디피에스용 토크센서 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제1 방향의 토크값(토크1=T)은 ‘T*(지정된 상수값)’이고,
    상기 제2 방향의 토크값(토크2=Tr)은 ‘Tr*(지정된 상수값)’으로 산출되는 것을 특징으로 하는 엠디피에스용 토크센서 장치.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제1 및 제2 방향의 토크값(T, Tr)의 절대 차이값(예 : )이 테스트를 통해 미리 설정된 토크센서 신호 보상여부 판단 기준 값(k)보다 큰 경우,
    상기 제2 방향의 토크값(Tr)이 상기 제1 방향의 토크값(T)보다 큰 경우, 미리 설정된 제1 산술식()에 의해 오프셋(offset) 값을 산출하고, 상기 제2 방향의 토크값(Tr)이 제1 방향의 토크값(T)보다 크지 않은 경우, 미리 설정된 제2 산술식()에 의해 오프셋(offset) 값을 산출하되, 상기 a는 보상계수(콜렉터 간극에 따른 설계 factor)를 의미하며, 상기 K는 컬럼토크 미보상 값을 의미하는 것을 특징으로 하는 엠디피에스용 토크센서 장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제1 방향의 토크값(T)과 상기 제2 방향의 토크값(Tr)의 상대적인 크기를 바탕으로 해당하는 오프셋 값이 산출되면,
    상기 산출된 오프셋 값을 적용하여,
    산술식‘T*(2.8/0.444)-Offset’에 의해 제1 방향의 토크값(토크1=T)을 산출하고, 산술식‘Tr*(2.8/0.444)-Offset’에 의해 제2 방향의 토크값(토크2=Tr)을 산출하는 것을 특징으로 하는 엠디피에스용 토크센서 장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 제1측정부와 상기 제2측정부는,
    외부자계가 인가됨에 따라 서로 다른 측정값을 출력하는 것을 특징으로 하는 엠디피에스용 토크센서 장치.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 제1측정부와 상기 제2측정부의 측정값의 차이는,
    외부자계의 크기에 비례하여 증가하는 것을 특징으로 하는 엠디피에스용 토크센서 장치.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 제1측정부와 상기 제2측정부는,
    상기 스테이터부의 축 방향을 따라 적층 되는 것을 특징으로 하는 엠디피에스용 토크센서 장치.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 제1측정부는,
    상기 스테이터부의 상측면으로부터 자기장을 수집하는 제1상부콜렉터;
    상기 스테이터부의 하측면으로부터 자기장을 수집하는 제1하부콜렉터;
    상기 제1상부콜렉터와 상기 제1하부콜렉터로부터 서로 대향하는 방향으로 연장되는 한 쌍의 제1자기집중부; 및
    한 쌍의 상기 제1자기집중부 사이에 설치되고, 상기 제1상부콜렉터와 상기 제1하부콜렉터로 수집된 자기장의 변화량을 전기신호로 변환하여 출력하는 제1측정부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 엠디피에스용 토크센서 장치.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 제1측정부재는,
    복수개로 구비되어 상기 스테이터부의 원주 방향을 따라 소정 간격 이격되게 배치되는 것을 특징으로 하는 엠디피에스용 토크센서 장치.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 제2측정부는,
    상기 제1상부콜렉터와 이격되어 마주보게 배치되고, 상기 스테이터부의 상측면으로부터 자기장을 수집하는 제2상부콜렉터;
    상기 제1하부콜렉터와 이격되어 마주보게 배치되고, 상기 스테이터부의 하측면으로부터 자기장을 수집하는 제2하부콜렉터;
    상기 제1상부콜렉터와 상기 제2하부콜렉터로부터 서로 대향하는 방향으로 연장되는 한 쌍의 제2자기집중부; 및
    한 쌍의 상기 제2자기집중부 사이에 설치되고, 상기 제2상부콜렉터와 상기 제2하부콜렉터로 수집된 자기장의 변화량을 전기신호로 변환하여 출력하는 제2측정부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 엠디피에스용 토크센서 장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제2상부콜렉터 및 상기 제2하부콜렉터의 내측 단부는 각각 상기 제1상부콜렉터 및 상기 제1하부콜렉터의 내측 단부보다 상기 스테이터부의 중심축을 향해 더 길게 연장되는 것을 특징으로 하는 엠디피에스용 토크센서 장치.
  13. 엠디피에스용 토크센서 장치의 제어부가 제1측정부와 제2측정부를 통해 자기장의 변화량을 측정하는 단계; 및
    상기 제어부가 상기 제1측정부와 상기 제2측정부를 통해 측정한 자기장의 변화량을 측정한 측정값에 외부자계로 인해 차이가 발생할 경우, 계산된 토크 오프셋 값을 이용하여 외부자계에 의한 컬럼 토크값을 보상하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 엠디피에스용 토크센서 장치의 측정값 보정 방법.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 외부자계에 의한 컬럼 토크값을 보상하는 단계에서,
    상기 제어부는,
    상기 제1측정부에 형성된 상측 제1자기집중부(T1)와 하측 제1자기집중부(T2), 및 상기 제2측정부에 형성된 상측 제2자기집중부(T3)와 하측 제2자기집중부(T4)를 통해 각기 검출된 측정값의 차이에 대한 평균값을 산출하여, 제1 방향의 토크값(T) 및 제2 방향의 토크값(Tr)으로 설정하고,
    상기 제1 및 제2 방향의 토크값(T, Tr)의 절대 차이값(예 : )이 테스트를 통해 미리 설정된 토크센서 신호 보상여부 판단 기준 값(k)보다 크지 않을 경우, 외부자계의 영향을 받지 않는 것으로 판단하여, 지정된 상수 값을 이용하여 제1 방향의 토크값(토크1=T)과 제2 방향의 토크값(토크2=Tr)을 산출하는 것을 특징으로 하는 엠디피에스용 토크센서 장치의 측정값 보정 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 제1 방향의 토크값(토크1=T)은 ‘T*(지정된 상수값)’이고,
    상기 제2 방향의 토크값(토크2=Tr)은 ‘Tr*(지정된 상수값)’으로 산출되는 것을 특징으로 하는 엠디피에스용 토크센서 장치의 측정값 보정 방법.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 방향의 토크값(T, Tr)의 절대 차이값(예 : )이 테스트를 통해 미리 설정된 토크센서 신호 보상여부 판단 기준 값(k)보다 큰 경우,
    상기 제어부는,
    상기 제2 방향의 토크값(Tr)이 상기 제1 방향의 토크값(T)보다 큰 경우, 미리 설정된 제1 산술식()에 의해 오프셋(offset) 값을 산출하고, 상기 제2 방향의 토크값(Tr)이 제1 방향의 토크값(T)보다 크지 않은 경우, 미리 설정된 제2 산술식()에 의해 오프셋(offset) 값을 산출하되, 상기 a는 보상계수(콜렉터 간극에 따른 설계 factor)를 의미하며, 상기 K는 컬럼토크 미보상 값을 의미하는 것을 특징으로 하는 엠디피에스용 토크센서 장치의 측정값 보정 방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 제1 방향의 토크값(T)과 상기 제2 방향의 토크값(Tr)의 상대적인 크기를 바탕으로 해당하는 오프셋 값이 산출되면,
    상기 제어부는,
    상기 산출된 오프셋 값을 적용하여,
    산술식‘T*(2.8/0.444)-Offset’에 의해 제1 방향의 토크값(토크1=T)을 산출하고, 산술식‘Tr*(2.8/0.444)-Offset’에 의해 제2 방향의 토크값(토크2=Tr)을 산출하는 것을 특징으로 하는 엠디피에스용 토크센서 장치의 측정값 보정 방법.
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