KR940006597B1 - 전동장치 속도 감지기 - Google Patents

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KR940006597B1 KR1019900009306A KR900009306A KR940006597B1 KR 940006597 B1 KR940006597 B1 KR 940006597B1 KR 1019900009306 A KR1019900009306 A KR 1019900009306A KR 900009306 A KR900009306 A KR 900009306A KR 940006597 B1 KR940006597 B1 KR 940006597B1
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Abstract

내용 없음.

Description

전동장치 속도 감지기
제1도는 본 발명에 따른 홀 효과(Hall-effect) 검출기에 의해 검출되는 자장을 발생시키기 위한 수단을 가진 드러스트 베어링 조립체를 포함하는 전동장치의 개략 단면도.
제2도는 가변 자기저항 검출기에 의해 검출되는 자장의 변화를 유도하는 드러스트 베어링 조립체의 슬롯을 갖는 드러스트 판을 포함하는 본 발명의 다른 실시예의 개략 단면도.
제3도는 슬롯을 갖는 드러스트 판이 굽혀진 톱니들을 포함하는 본 발명에 따른 또 다른 실시예의 개략단면도.
제4도는 가변 자기저항 검출기 및 슬롯을 갖는 드러스트 판을 나타내는 제2도의 A 부분의 확대도.
제5도는 제4도의 슬롯을 갖는 드러스트 판의 측면도.
제6도는 가변 자기저항 검출기 및 굽혀진 톱니들이 형성된 슬롯을 갖는 드러스트 판을 나타내는 제3도의 A' 부분의 확대도.
제7도는 제6도의 굽혀진 톱니들이 형성된 슬롯을 갖는 드러스트 판의 평면도, 및
제8도는 제7도의 굽혀진 톱니가 형성된 슬롯을 간는 드러스트 판의 측면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 전동장치 2 : 전동축
3 : 차동 부재 4 : 차동 기어
5 : 차동장치 케이싱 6 : 전동장치 하우징
7 : 드러스트 베어링 8, 20 : 제1드러스트 판
9, 21, 30 : 제2드러스트 판 10 : 자장 제공 수단
11, 22 : 검출기 12, 23 : 감지기 탐침
40 : 슬롯 41 : 톱니
50 : 굽혀진 톱니
본 발명은, 전동장치에 신뢰성 있는 출력 속도 감지기를 포함시키도록 통상적인 자동차의 전동장치의 재구성을 최소화하기 위한 시도로서, 전동장치 하우징 내의 여분의 공간을 거의 또는 전혀 필요로하지 않는 새로운 전동장치 속도 감지기에 관한 것이다.
엔진, 차대 버팀 장치, 및 구동 트레인 기술에서 중요한 기계적인 개선이 있었지만, 지난 수십년간에서는 자동차 산업에서의 전자적인 혁명을 특징으로 할수 있다.
오늘날의 자동차에 있어서, 전자 제어 유닛(ECU)은 감지기로부터 정보를 축척하여 여러가지 중요한 기능들의 작용을 명링한다. 전자 제어가 큰 비중을 차지하는 범주들에는 (1)엔진, (2)전동장치, (3)차대버팀장치, 및 (4)안티-록(anti-lock) 제동/견인 제어의 4개의 주요 범주가 있다. 이 모든 경우에, 부품들의 위치변화 또는 회전운동 신호들이 ECU로 공급되어, 그 ECU에서 신호들을 작동 조건에 대한 이상적인 계산값 또는 계획값과 비교한다. 그다음, 이상적인 조건에서의 이탈을 최소화하도록 ECU가 제어되는 기능을 변경시키기 시작한다. 이러한 계획을 효과적으로 실행하기 위해서는 높은 신뢰성, 양호한 해결책, 및 경제적인 감지기 시스템이 필요해진다.
자동차에서 운동/위치를 감지하기 위해, 4개의 다른 시스템들, 즉 (1) 수동 또는 가변 자기저항 감지기들, (2) 홀-효과(Hall-effect) 감지기와 같은 능동 감지기를, (3) 광학적 감지기들, 및 (4) 가속도계들이 개발되어 왔다. 가변 자기저항 감지기는 휘일 속도 감지를 위한 안티-록 제동 시스템(ABS)과 자동적인 전동장치 출력 속도 감지에 주로 사용되어 왔다. 홀 효과 감지기는 주로 점화 시스템에 사용된 반면, 광학적 감지기와 가속도계는 차대 버팀장치 제어 시스템에 사용되고 있다.
본 발명은 주로 자동차 전동장치의 출력 속도를 검출하도록 사용되는 감지기들에 관한 것이다. 최근에는, 가변 자기저항 감지기들이 전동장치 출력 속도를 감지하도륵 사용된다. 이 감지기들은 일반적으로 강자성 여자 링(exciter ring) 또는 치차가 검출기를 통과할 때 자장 가도의 변화를 측정한다. 즉, 여자 링의 이동하는 톱니들이 가변 자기저항 검출기, 즉 코일 및 자석 근처의 자장을 변화시키게 되어, 전류의 펄스가 유도된다. 코일에서의 출력은 사인 곡선이며, 진폭은 여자 링의 속도에 비례한다. 검출기 신호의 주파수는 전동장치의 회전 속도를 계산하는데 이용된다.
니시다(Nishida)의 미합중국 특허 제3,716,788호는 차축 속도를 측정하도륵 휘일 베어링 조립체에 부착되는 통상의 가변 자기저항 감지기를 개시한다. 톱니형 회전자는 고정된 바깥쪽 베어링 링에 부착된 톱니형 고정자와 마주보는 회전가능한 안쪽 베어링 링에 형성되어 있다. 또한, 베어링 바깥쪽 링은 회전중에 회전자와 고정자 톱니들이 일치됨에 의해 유도되는 자장의 변화에 따라 전압을 발생시키는 자기 코일 픽업 또는 검출기를 지지한다. 발생된 교류의 주파수는 차축의 회전속도에 비례한다.
유사한 형태의 속도 감지기나 안셀미노(Anselmino)의 미합중국 특허 제3,826,933호에 개시되어 있다. 이 속도 감지기는 베어링의 고정된 링에 보유된 자기 코일 픽업 또는 검출기를 갖는 한편 강자성 톱니들을 갖는 휘일이 로울러 베어링의 회전가능한 링에 보유된다.
가변 자기저항 감지기를 사용하여 전동장치의 출력 속도를 측정하는 것에 관련된 문제에는 전동장치 출력 축상에 배치된 다수의 톱니들과 더불어 별도의 여자 링 또는 치차를 제공해야하는 현재의 실행예가 포함된다. 그 가변 자기저항 감지기들은 전동장치에 대해 별도의 여자 링을 추가로 필요로 하며, 그로인해 여자 링이 상당한 공간을 차지하고, 제조비와 전동장치의 전체 중량을 증가시킨다. 일반적으로, 종래의 가변 자기저항 감지기 시스템들에 요구되는 공간은, 감지기가 완전히 새로운 전동장치내에 설치되게끔 특별히 구성되지 않으면 쓸모없는 공간이 된다.
예컨대, 일반적인 후툰 구동 승용차에서, 전동장치안에 감지기를 설치하기 위해서는 전체 크기와 같은 일부 다른 중요한 설계 고려 요소들을 희생시키고 여자 링에 대해 추가의 공간을 허용해야 하는가를 고려하여야 한다.
별도의 여자 링들을 사용하는 가변 자기저항 감지기와 관련된 다른 문제는 여자 링에 의한 이동으로 인해 부정확한 자장 측정값이 얻어질 수 있다는 것이다.
시스템의 기계적인 재구성을 최소화하고, 성능 요건, 신뢰성, 및 가격 요건과 부합되는 감지기가 자동차 설계자들에게 매우 필요하리라 생각된다. 이에 따라, 본 발명자는 전동장치에서 여분의 공간을 거의 또는 전혀 필요로하지 않고, 매우 신뢰성이 있으며 비용이 절감되는 전동장치 출력 속도 감지기의 개발작업을 수행하였다.
본 발명은 가변 자기저항 감지기를 갖는 재구성된 일체형 드러스트 베어링 조립체 및 홀 효과 감지기를 갖는 드러스트 베어링 조립체를 포함한다. 산토스(Santos)등의 미합중국 특허 제4,875,785호에서 개시된 바와 같이, 드러스트 베어링 조립체들은 홀 효과 및 가변 자기저항 감지기를 이용하는 것으로 알려져 있지만, 본 발명에서는 자동차 전동장치의 드러스트 베어링 조립체가 홀 효과 또는 일체형 가변 자기저항 감지기를 포함하도록 새롭게 재구성하였다.
새로운 전동장치 출력 속도 감지기는 자동차 전동장치의 드러스트 베어링 조립체 주위에 배치된 홀 효과 감지기 또는 가변 자기저항 감지기를 포함한다.
드러스트 베어링 조립체는 전동장치 출력축과 같은 속도로 회전하는 차동장치 케이싱 주위에 설치되어, 제1드러스트 판과 제2드러스트 판 사이에 배치된 드러스트 베어링을 포함한다. 제2드러스트 판은 제1드러스트 판에 대해 상대적으로 회전가능하다. 또한, 제2드러스트 판은 반경방향으로 연장되어 드러스트 베어링에 대한 궤도를 제공함과 동시에 그의 반경방향 부분에서 영구적으로 자장을 제공하는 수단을 지지한다. 감지 요소 또는 검출기는 자장을 검출하도록 자장 제공 수단과 마주보게 배치된다. 자장 제공 수단은 제2드러스트 판의 반경방향의 전체원주 둘레에 배치된 다수의 영구 자화된 자극 부분들이다. 이 바람직한 실시예에 따르면 자장을 검출하도록 사용되는 감지 요소 또는 검출기는 홀 효과 검출기이다.
이와 다르게, 제2드러스트 판이 반경방향으로 연장되고 그의 반경방향 부분 주위에 동간격으로 떨어져 배치된 슬롯들을 가질 수도 있다. 슬롯들을 갓는 드러스트 판은 그 드러스트 판에 의해 유도된 자장의 변화를 검출할 수 있는 감지 요소 또는 검출기와 대향하게 배치됨으로써, 별도의 치차를 사용해야 할 필요가 없어진다. 제2드러스트 판은 강자성 재료로 구성된다. 감지 요소 또는 검출기는 가변 자기저항 검출기 또는 와전류 검출기이다.
필요에 따라, 제2드러스트 판의 슬롯이 형성된 단부 주위에 배치된 톱니들이 자장의 검출을 향상시키도륵 검출기에서 떨어져 굽혀질 수 있다.
본 발명에 따른 새로운 전동장치 출력 속도 감지기는 적절한 검출기를 삽입하고, 자장을 발생시키는 수단을 자동차 전동장치의 차동장치 케이싱 주위에 배치된 니이들 로울러 드러스트 베어링 조립체 안으로 일체화시킴으로써, 전동장치 자체의 구조를 개조할 필요가 없어진다.
전동장치의 출력 속도를 측정하기 위해 홀 효과 검출기를 사용하려면 다극 자석을 수용하도록 드러스트 베어링 조립체의 회전하는 드러스트 판 또는 내륜을 개조하여야 한다. 그 다음, 감지기 탐침이 전동장치 하우징내에 교체가능하게 장착된다. 감지기 탐침은 "공기 갭"에 대한 양호한 치수 공차를 유지할 수 있게 설계된다. 감지기 탐침은 "거의 제로(near zero)"상태의 속도 감지 능력과 디지탈 출력을 제공하는 홀(Hall)칩을 수용한다. 많은 경우에, 니이들 로울러 드러스트 베어링 조립체들은 자동 전동장치의 표준 부품들이므로, 홀 효과 감지기를 설치하기 위해서는 전동장치의 최소한의 재구성을 필요로하며 길이방향 축선상의 치수변경은 전혀 필요없다.
홀 효과 감지기는 다음과 같이 작동한다. 각각의 교번하는 극성 부분이 감지 요소 또는 검출기를 통과할 때, 자장의 강도 및 극성으로 인해 검출기가 전기 신호들을 발생하게 된다. 이 전압신호는 각 변위의 증분 유닛을 나타내는 출력 신호를 발생시키도록 회로들에 의해 더 처리될 수 있다. 각 변위 증분 유닛은 각 자극 부분에서의 전호의 각도 등급의 갯수와 동일하다.
검출기의 신호 조절 전기 회로에 따라, 출력 신호는 아날로그 또는 디지탈 신호로 될 수 있다. 출력 신호의 크기 변화는 각 변위 증분을 나타낸다. 각 변위 출력신호는 위치신호, 속도신호 또는 가속도신호를 발생시키도록 검출기의 집적회로에 의해 더 처리될 수 있다.
필요에 따라, 본 발명은 가변 자기저항 감지기를 사용하여 전동장치의 출력속도를 측정한다. 본 발명에 따라 가변 자기저항 감지기를 사용하려면, 드러스트 베어링 조립체의 회전하는 드러스트 판 또는 내륜이 그의 반경방향 부분 주위에 배치된 슬롯들을 포함하도록 개조되어야 한다. 슬롯들을 갖는 드러스트 판이 강자성 재료로 형성됨으로써 영구적으로 자장을 변경시킬 수 있다. 가변 자기저항 검출기, 즉 자석 및 코일은 전동장치 하우징안에 교체가능하게 설치된다. 또한, 드러스트 베어링 조립체는 출력위치에 있는 자동 전동장치의 표준 부품이므로, 슬롯들을 갖는 드러스트 판과 가변 자기저항 검출기를 설치하기 위해서는 전동장치의 최소한의 재구성만을 필요로하며 길이방향 축선상의 치수 변경은 필요없게 된다.
본 발명에 따른 가변 자기저항 감지기는 다음과 같이 작동한다. 감지기 요소 또는 검출기는 슬롯들을 갖는 강자성 드러스트 판이 검출기를 통과할 때 자장 강도의 변화를 측정한다. 즉, 슬롯들을 갖는 드러스트판의 형상으로 인해 그 슬롯에서는 낮은 자장 강도가 발생되고 톱니에서는 높은 자장 강도가 발생된다. 검출기 신호의 주파수는 전동장치 축에 부착된 슬롯들을 갖는 드러스트 판의 회전속도를 계산하는데 이용된다.
다른 실시예에서는 슬롯들을 갖는 드러스트 판 주위의 톱니들을 굽혀지게 한다. 이로써, 슬롯들을 갖는 드러스트 판에 의해 발생되는 자장 강도가 향상됨으로써, 검출의 정확도가 높아지게 된다.
첨부 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다. 도면들에서, 같은 부분들은 같은 참조부호로 나타낸다.
제1도를 참조하면, 전동축(2), 차동부재(3), 차동기어(4), 차동장치 케이싱(5), 전동장치 하우징(6), 및 차동장치 케이싱(5) 주위에 배치된 드러스트 베어링 조립체를 포함하는 드러스트 베어링 감지기가 전동장치(1)의 출력속도를 검출하도록 사용된다. 드러스트 베어링 조립체는 제1드러스트 판(8) 및 그 제1드러스트판(8)에 대해 상대적으로 회전가능한 제2드러스트 판(9) 사이에 배치된 니이들 로울러 드러스트 베어링(7)을 포함한다. 제2드러스트 판(9)은 반경방향으로 연장되어 드러스트 베어링(7)에 대한 궤도를 제공함과 동시에, 그의 반경방향 부분에서 영구적으로 자장을 제공하는 수단(10)을 지지할 수 있다. 교체가능한 감지기탐침(12) 안에 내장됨 검출기(11)는 자장 제공 수단(10)과 대향하게 배치되어 자장 제공 수단(10)이 검출기(11)를 통과할때 발생되는 자장을 검출한다.
검출기(11)로는 홀 효과(Hall-effect) 검출기가 바람직하다. 홀 효과 검출기(11)는 자장 제공 수단(10)에 의해 발생되는 자장내에 위치하도록 감지기 탐침(12)안에 내장된다.
영구적으로 자장을 제공하는 자장 제공 수단(10)은 통상 제2드러스트 판(9)의 반경방향 부분의 전체 원주 둘레에 배치된 다수의 영구 자화된 자극 부분들이다. 자극 부분들은 각각 N극과 S극을 가지며, 각 자극이 반대 극성의 두 자극들 사이에 있도록 배열된다. 자장 제공 수단(10)은 제2드러스트 판(9)안에 끼워지는 강자성 재료로 형성된 링의 형태로서, 별도의 자장 제공 수단을 설치할 필요가 없고 전동장치(1)를 재구성할 필요도 없어진다.
또한, 전동장치(1)는 시일(13)과 슬리이브 베어링(14)을 포함한다. 감지기 탐침(12)은 고정수단 또는 나사(15)에 의해 전동장치 하우징(6)안에 교체가능하게 설치된다.
제2도는 전동장치(1)의 출력 속도를 검출하도록 가변 자기저항 드러스트 베어링 감지기가 사용되는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸다. 전동장치(1)는 전동장치 출력축(2), 차동부재(3), 차동기어(4), 차동장치 케이싱(5), 변속장치 하우징(6), 및 차동장치 케이싱(5) 주위에 배치된 드러스트 베어링 조립체를 포함한다. 드러스트 베어링 조립체는 제l드러스트 판(20) 및 그 제1드러스트 판(20)에 대해 상대적으로 회전가능한 제2드러스트 판(21) 사이에 배치된 드러스트 베어링(7)을 포함한다. 제드러스트 판(21)은 반경방향으로 연장되어, 그의 반경방향 부분 주위에 배치된 슬롯들을 가진다. 감지 요소 또는 검출기(22)가 제2드러스트 판(21)의 슬롯들과 대향하게 감지기 탐침(23) 상에 배치되어 그 슬롯들에서 발생되는 자장을 검출함으로써, 별도의 치차를 사용할 필요가 없어진다.
슬롯들을 가진 제2드러스트 판(21)은 강자성 재료로 만들어지며 감지 요소 또는 검출기(22)에 의해 측정되는 자장의 변위를 유도한다. 바람직하게도 검출기(22)는 가변 자기저항 또는 와전류 검출기이다. 검출기(22) 및 제2드러스트 판(21) 사이의 관계가 제4도에 나타나있다. 제5도는 슬롯들을 가진 제2드러스트 판(21)의 부분 측면도로서 톱니들(41) 사이에 배치된 슬롯들(40)을 나타낸다.
제3도에 도시된 제2드러스트 판(30)은 필요에 따라 검출기(22)에서 떨어져 굽혀진 톱니들을 포함할 수있다. 이로써, 슬롯들을 가진 제2드러스트 판(30)이 검출기(22)를 통과할때의 자장의 검출을 향상시킬 수있다. 제6도는 검출기(22) 및 굽혀진 톱니들을 갖는 제2드러스트 판(30) 사이의 관계를 나타낸다. 제7도는 제6도의 슬롯들을 가진 제2드러스트 판(30)의 평면도로서, 굽혀진 톱니들(50)을 나타낸다. 제8도는 굽혀진 톱니들(50)을 나타내는 제7도의 슬롯들을 가진 제2드러스트 판(30)의 부분 측면도이다.
때로 드러스트 궤도륜이 최적의 강자성 재료로 만들어지지 않고, 그의 고유 치수들이 자장의 변화를 유도하는데 적합하지 않을 수도 있다. 드러스트 궤도륜의 감지 성능을 최적화하기 위해, 우수한 강자성 특성 및 치수들을 갖는 재료가 드러스트 판에 부착될 수 잇다.

Claims (8)

  1. 전동축, 전동장치 하우징, 및 상기 전동축 주위에 배치되어 제1드러스트 판 및 제1드러스트 판에 대해 상대적으로 회전가능한 제2드러스트 판과의 사이에 배치된 드러스트 베어링을 가지는 드러스트 베어링 조립체를 포함하는 전동장치의 축의 속도를 검출하는데 사용되는 전동장치 속도 감지기에 있어서, 상기 제2드러스트 판은 상기 드러스트 베어링에 대한 궤도를 제공함과 동시에 그의 반경방향 부분에서 영구적으로 자장을 제공하는 수단을 지지할 수 있도록 연장되어 있고, 영구적으로 자장을 제공하는 상기 수단의 맞은편에 그 자장을 검출하는 감지 요소가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전동장치의 축의 속도를 검출하는데 사용되는 전동장치 속도 감지기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 감지 요소가 홀 효과 검출기인 것을 특징으로 하는 전동장치 속도 감지기.
  3. 제1항에 있어서, 영구적으로 자장을 제공하는 상기 수단이 상검출기 제2드러스트 판의 반경방향 부분 주위에 배치된 다수의 영구 자화된 자극 부분들인 것을 특징으로 하는 전동장치 속도 감지기.
  4. 제3항에 있어서, 상기 각각의 자극 부분이 N극과 S극을 가지며, 상기 각 자극이 반대 극성의 두 자극들 사이에 있도록 배치되는 것을 특징으로 하는 전동장치 속도 감지기.
  5. 전동축, 차동부재, 차동기어들, 차동장치 케이싱, 전동장치 하우징, 및 상기 전동축 주위에 배치되어 제1드러스트 판 및 상기 제1드러스트 판에 대해 상대적으로 회전가능한 제2드러스트 판과의 사이에 배치된 드러스트 베어링을 가지는 드러스트 베어링 조립체를 포함하는 전동장치의 출력 속도를 검출하는데 사용되는 전동장치 속도 감지기에 있어서, 상기 제2드러스트 판은 상기 드러스트 베어링에 대한 궤도를 제공함과 동시에 그의 반경방향 부분에 영구적으로 자장을 제공하는 수단을 지지할 수 있도록 연장되어 있고, 영구적으로 자장을 제공하는 상기 수단의 맞은편에 그 자장을 검출하는 감지 요소가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전동장치의 출력 속도를 검출하는데 사용되는 전동장치 속도 감지기.
  6. 제5항에 있어서, 상기 감지 요소가 홀 효과 검출기인 것을 특징으로 하는 전동장치 속도 감지기.
  7. 제5항에 있어서, 영구적으로 자장을 제공하는 상기 수단이 상기 제2드러스트 판의 반경방향 부분 주위에 배치된 다수의 영구 자화된 자극 부분들인 것을 특징으로 하는 전동장치 속도 감지기.
  8. 제7항에 있어서, 상기 각각의 자극 부분이 N극과 S극을 가지며, 상기 각 자극이 반대 극성의 두 자극들 사이에 있도록 배치되는 것을 특징으로 하는 전동장치 속도 감지기.
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