WO2015046771A1 - 토크센서 - Google Patents

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WO2015046771A1
WO2015046771A1 PCT/KR2014/008209 KR2014008209W WO2015046771A1 WO 2015046771 A1 WO2015046771 A1 WO 2015046771A1 KR 2014008209 W KR2014008209 W KR 2014008209W WO 2015046771 A1 WO2015046771 A1 WO 2015046771A1
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stator
case
opening
diameter
torque sensor
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PCT/KR2014/008209
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English (en)
French (fr)
Inventor
손호찬
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엘지이노텍 주식회사
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    • G—PHYSICS
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    • G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
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    • G01L3/101—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
    • B62D6/08—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to driver input torque
    • B62D6/10—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to driver input torque characterised by means for sensing or determining torque
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • G01L3/101—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
    • G01L3/104—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means involving permanent magnets

Definitions

  • the present invention relates to a torque sensor, and more particularly to a torque sensor mounted on a vehicle for measuring the torque of the steering shaft.
  • an electric power steering system is a device for ensuring steering stability of a vehicle, thereby providing a torque in a direction in which a driver steers using a motor to make the handling lighter.
  • the electric power steering device can improve steering performance and steering by controlling the operation of the motor according to driving conditions.
  • the electric power steering apparatus needs to measure the torque, the steering angle, and the steering angular velocity of the steering shaft.
  • a general steering structure includes an input shaft coupled with a steering wheel, an output shaft coupled to a pinion engaged with a rack bar on a wheel side, and a torsion bar connecting the input shaft and the output shaft.
  • the torque sensor is provided with the rotor and the stator accommodated in the upper case and the lower case together with the collector and the circuit board, and the torque sensor thus provided is accommodated in the housing and connected to the input shaft and the output shaft.
  • the stator holder is fixed in the axial direction by the combination of the upper and lower cases.
  • stator holder is not fixed in a direction perpendicular to the axial direction, that is, in the horizontal direction, in the case, causing shaking.
  • the stator holder is shaken, there is a problem in that the playability of the torque sensor is impaired by changing the play of the stator tooth that transmits the magnetic force.
  • the present invention provides a torque sensor that can improve the operation reliability of the torque sensor by preventing the stator from shaking in the horizontal direction perpendicular to the axial direction in the case.
  • the first case including a first opening;
  • a second case including a second opening;
  • a stator including a stator holder disposed inside the first case and the second case, and at least one stator tooth fixed to the stator holder; And a rotor rotatably disposed on the stator, wherein the stator includes a protrusion facing an inner circumferential surface of the first opening.
  • the diameter of the first opening may be greater than that of the second opening.
  • a plurality of protrusions may be formed along the first virtual circle, and the diameter of the first virtual circle may be the same as or smaller than the diameter of the first opening.
  • the diameter of the first opening may be greater than the diameter of the outer circumferential surface of the rotor.
  • the diameter of the first virtual circle may be formed larger than the diameter of the outer peripheral surface of the rotor.
  • the outer peripheral surface diameter of the stator may be formed larger than the diameter of the first opening and the diameter of the first virtual circle.
  • the protrusion may protrude in the axial direction from the stator tooth.
  • the protrusion may protrude in the axial direction from the stator holder.
  • the collector is connected to the stator tooth; And a magnetic element for detecting the magnetization amount collected in the collector.
  • the first opening is formed first case; A second case having a second opening; A stator having a stator holder disposed inside the first case and the second case, and at least one stator tooth fixed to the stator holder; And a rotor rotatably disposed in the stator, wherein the first case includes a first guide groove formed on an inner side thereof, and the stator includes a first protrusion rotatably coupled to the first guide groove. do.
  • a plurality of first protrusions may be formed along the first virtual circle, and the diameter of the first virtual circle may be larger than the diameter of the first opening.
  • the first protrusion may be formed protruding in the axial direction from the stator holder.
  • the second case includes a second guide groove formed on the inner side
  • the stator includes a second projection rotatably coupled to the second guide groove
  • the collector is connected to the stator tooth; And a magnetic element for detecting the magnetization amount collected in the collector.
  • the first opening is formed first case; A second case having a second opening; A stator having a stator holder disposed inside the first case and the second case, and at least one stator tooth fixed to the stator holder; And a rotor rotatably disposed in the stator, wherein the stator protrudes in an axial direction and is rotatably coupled to a guide groove formed in the first protrusion and the second case facing the inner circumferential surface of the first opening. It includes a protrusion.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a torque sensor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a torque sensor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of a torque sensor according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of a torque sensor according to another embodiment of the present invention.
  • ordinal numbers such as second and first
  • first and second components may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • second component may be referred to as the first component, and similarly, the first component may also be referred to as the second component.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a torque sensor according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a cross-sectional view of the torque sensor according to an embodiment of the present invention
  • Figure 3 is an exploded perspective view of a torque sensor according to another embodiment of the present invention.
  • a torque sensor includes a first case 110, a second case 120, a stator 200, and a rotor 300.
  • the first case 110 may be an upper case
  • the second case 120 may be a lower case, but is not limited thereto.
  • the first case 110 and the second case 120 are coupled to each other to form an external shape of the torque sensor, and the stator 200 and the rotor 300 are disposed therein.
  • the first case 110 and the second case 120 may be coupled to each other through the coupling parts 112 and 122 formed on one side.
  • the first opening 111 and the second opening 121 are formed in the first case 110 and the second case 120, respectively.
  • An input shaft (not shown) is connected to the rotor 300 through the first opening 111 of the first case 110, and an output shaft (not shown) is connected through the second opening 121 of the second case 120. It is connected to the stator 200.
  • the diameters of the first opening 111 and the second opening 121 formed in the first case 110 and the second case 120 may be smaller than the outer diameter of the stator 200. Therefore, the stator 200 may be fixed in the axial direction z by the combination of the first case 110 and the second case 120.
  • the stator 200 is disposed inside the first case 110 and the second case 120 and rotates in association with the output shaft.
  • the stator 200 includes a stator holder 210 and a stator tooth 220.
  • the stator tooth 220 is formed as a pair (221, 222) and fixed to the upper and lower portions of the stator holder 210, respectively. .
  • the stator tooth 220 is disposed to face the magnet 310 disposed on the outer circumferential surface of the rotor 300.
  • the stator holder 210 forms the body of the stator 200 and is coupled to the output shaft.
  • the stator holder 210 may be manufactured by injection molding to fix the stator tooth 220.
  • the coupling method of the stator tooth 220 and the stator holder 210 may be applied to the configuration of the conventional torque sensor.
  • the stator 200 includes a protrusion 230 supported on an inner circumferential surface of the first opening 111 formed in the first case 110.
  • the present invention is not limited thereto, and the protrusion 230 may be supported by the second opening 121 formed in the second case 120.
  • a plurality of protrusions 230 may be formed to protrude in the axial direction z along an arbitrary first virtual circle C1.
  • the diameters of the openings 111 and 121 formed in the first case 110 or the second case 120 may be the same as or smaller than the rotation diameter (the diameter of the first virtual circle) of the protrusion 230.
  • the diameters of the first opening 111 and the second opening 121 may be variously selected within an error range capable of supporting the rotation of the protrusion 230.
  • the protrusions 230 may be in contact with the inner circumferential surface of the first opening 111 or spaced at predetermined intervals during rotation.
  • the rotor 300 is disposed inside the stator 200 and rotates in association with the input shaft.
  • a ring-shaped magnet 310 is attached to the outer circumferential surface of the rotor 300, and a stator tooth 220 is disposed outside the magnet 310.
  • the torque can be measured by detecting the change in the magnetization amount of the stator 200.
  • the torque sensor is disposed at least one collector (not shown) coupled to the stator tooth 220 to collect flux and a magnetic device (not shown) and a magnetic device for detecting the amount of magnetization collected in the collector. It may further include a circuit board (not shown).
  • the diameter R1 of the first opening is greater than the diameter R3 of the second opening, and the diameter R2 of the first virtual circle is equal to or smaller than the diameter R1 of the first opening.
  • the protrusion 230 disposed along the first virtual circle may face the inner circumferential surface 111a of the first opening so as to support rotation of the stator.
  • the stator is stably restrained by the first case 110 and the second case 120. Can be.
  • the diameter R1 of the first opening may be larger than the outer diameter R5 of the rotor 300.
  • This structure has the advantage that the rotor 300 is not constrained by the first case 110 and the second case 120 and is easily separated from the stator, thereby making it easy to manufacture and repair.
  • the rotor 300 and the stator 200 are constrained in the axial direction by the steering shaft (the input shaft and the output shaft) when mounted on the vehicle, the performance of the sensor does not decrease.
  • the protrusion 230 may protrude from the stator holder 210 or the stator tooth 220.
  • the protrusion 230 may be formed in the axial direction (z) or in the horizontal direction (x, y) to be supported on the inner circumferential surface of the first case 110 or the second case 120.
  • the stator 200 may be fixed in the horizontal direction (x, y) perpendicular to the axial direction z in the first case 110 and the second case 120. That is, the stator 200 may rotate while being supported on the inner circumferential surface of the first case 110 or the second case 120, thereby preventing the stator 200 from shaking in the horizontal direction (x, y) during rotation. can do. Accordingly, the operation reliability of the torque sensor can be improved.
  • the protrusion 230 may protrude toward the second case 120. Therefore, the protrusion 230 may be supported on the inner circumferential surface of the second opening 121.
  • Figure 4 is an exploded perspective view of a torque sensor according to another embodiment of the present invention
  • Figure 5 is a modification of the torque sensor according to another embodiment of the present invention.
  • the configuration of the case and the configuration in which a plurality of protrusions are formed along the first virtual circle are the same as described above, except that only the structure supporting the protrusions is different, and thus it will be described in detail.
  • a ring-shaped first guide groove 113 for guiding rotation of the first protrusion 231 is formed on an inner side surface of the first case 110, and a first protrusion formed in the stator 200. 231 may be rotatably supported by the first guide groove 113.
  • the protrusion 231 may be formed to protrude in the axial direction (z) to the stator holder 210, the diameter of the opening 111 formed in the first case 110 is the path of the protrusion 231 rotates. It may be smaller than the diameter (diameter of the first virtual source).
  • the stator 200 can rotate while being supported by the guide groove 113 formed on the inner surface of the first case 110, so that the stator 200 in the horizontal direction (x, y) during rotation. It can be prevented from shaking. Accordingly, the operation reliability of the torque sensor can be improved.
  • the support structure of the protrusion is not necessarily limited thereto.
  • the second guide groove 123 may be formed on the inner surface of the second case 120 to guide the second protrusion 232.
  • first protrusion 231 and the second protrusion 232 are formed in the stator 200, and the first guide groove 113 of the first case 110 and the second guide groove of the second case 120 are formed. It may be configured to be supported by (123).
  • first protrusion 231 formed on the stator 200 is disposed to face the inner circumferential surface of the first opening 111 of the first case 110 (see FIG. 1), and the second protrusion (formed on the stator 200).
  • the 232 may be disposed to be rotatably coupled to the guide groove 123 formed in the second case 120. According to this structure, the horizontal shake of the stator can be more effectively controlled.

Abstract

본 발명은 제1개구부를 포함하는 제1케이스와, 제2개구부를 포함하는 제2케이스와, 상기 제1케이스와 제2케이스의 내부에 배치되는 스테이터 홀더, 및 스테이터 홀더에 고정되는 적어도 하나의 스테이터 투스를 포함하는 스테이터, 및 상기 스테이터에 회전 가능하게 배치되는 로터를 포함하되, 상기 스테이터는 상기 제1개구부의 내주면과 마주보는 돌출부를 포함하는 토크센서를 개시한다.

Description

토크센서
본 발명은 토크센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량에 탑재되어 조향축의 토크를 측정하는 토크센서에 관한 것이다.
일반적으로, 전동식 동력 조향장치(Electronic Power Steering System, EPS)는 차량의 조향 안정성을 보장하기 위한 장치로 모터를 이용하여 운전자가 조향하는 방향으로 토크를 제공함으로써 핸들링이 가벼워지게 하는 것이다.
이러한 전동식 동력 조향장치는 기존의 유압식 조향 보조장치(Hydraulic Power Steering, HPS)와 달리 주행 조건에 따라 모터의 동작을 제어하여 조타성능과 조타감을 향상시킬 수 있다.
이러한 전동식 동력 조향장치가 적절한 토크를 제공하기 위해서는 조향축에 걸리는 토크, 조향각 및 조향각속도를 측정할 필요가 있다.
일반적인 스티어링 구조는, 스티어링 휠이 결합되는 입력축, 바퀴측의 랙바와 치합되는 피니언에 결합되는 출력축 및 상기 입력축과 출력축을 연결하는 토션바(torshion bar)로 이루어진다.
스티어링 휠이 회전하면 출력축으로 회전력이 전달되고, 피니언과 랙바의 작용에 의해 바퀴의 방향이 변화한다. 이때, 저항이 크게 작용하면 입력축이 더 많이 회전하게 되어 토션바가 비틀리게 되는데, 이러한 토션바의 비틀림 정도를 측정하는 것이 자기장 방식의 토크센서이다.
토크센서는 로터와 스테이터가 콜렉터와 회로기판과 함께 상부 케이스 및 하부 케이스에 수용되어 제공되며, 이와 같이 제공된 토크센서는 하우징에 수용되어 입력축 및 출력축과 연결된다. 이때, 스테이터 홀더는 상, 하부 케이스의 결합에 의해 축방향으로 고정된다.
하지만, 스테이터 홀더가 케이스 내에서 축방향과 수직한 방향, 즉 수평방향으로는 고정되지 않아 흔들림이 발생하는 문제점이 있다. 이와 같이, 스테이터 홀더가 흔들리는 경우 자력을 전달하는 스테이터 투스(tooth)의 유격이 변화하여 토크센서의 동작 신뢰성이 저해되는 문제점이 있다.
본 발명은 스테이터가 케이스 내에서 축방향과 수직한 수평방향으로 흔들리는 것을 방지하여 토크센서의 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있는 토크센서를 제공한다.
본 발명의 일 특징에 따른 토크센서는, 제1개구부를 포함하는 제1케이스; 제2개구부를 포함하는 제2케이스; 상기 제1케이스와 제2케이스의 내부에 배치되는 스테이터 홀더, 및 스테이터 홀더에 고정되는 적어도 하나의 스테이터 투스를 포함하는 스테이터; 및 상기 스테이터에 회전 가능하게 배치되는 로터를 포함하되, 상기 스테이터는 상기 제1개구부의 내주면과 마주보는 돌출부를 포함한다.
본 발명의 일 특징에 따른 토크센서에서, 제1개구부의 직경은 상기 제2개구부의 직경보다 크게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 특징에 따른 토크센서에서, 상기 돌출부는 제1가상원을 따라 복수 개 형성되고, 상기 제1가상원의 직경은 상기 제1개구부의 직경과 동일하거나 작게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 특징에 따른 토크센서에서, 상기 제1개구부의 직경은 상기 로터의 외주면 직경보다 크게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 특징에 따른 토크센서에서, 상기 제1가상원의 직경은 상기 로터의 외주면 직경보다 크게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 특징에 따른 토크센서에서, 상기 스테이터의 외주면 직경은 상기 제1개구부의 직경 및 제1가상원의 직경보다 크게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 특징에 따른 토크센서에서, 상기 돌출부는 상기 스테이터 투스에서 축방향으로 돌출 형성될 수 있다.
본 발명의 일 특징에 따른 토크센서에서, 상기 돌출부는 상기 스테이터 홀더에서 축방향으로 돌출 형성될 수 있다.
본 발명의 일 특징에 따른 토크센서에서, 상기 스테이터 투스에 연결되는 콜렉터; 및 상기 콜렉터에 수집된 자화량을 검출하는 자기소자를 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따른 토크센서는, 제1개구부가 형성된 제1케이스; 제2개구부가 형성된 제2케이스; 상기 제1케이스와 제2케이스의 내부에 배치되는 스테이터 홀더, 및 상기 스테이터 홀더에 고정되는 적어도 하나의 스테이터 투스를 구비하는 스테이터; 및 상기 스테이터에 회전 가능하게 배치되는 로터를 포함하되, 상기 제1케이스는 내측면에 형성된 제1가이드홈을 포함하고, 상기 스테이터는 상기 제1가이드홈에 회전 가능하게 결합되는 제1돌출부를 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따른 토크센서에서, 상기 제1돌출부는 제1가상원을 따라 복수 개 형성되고, 상기 제1가상원의 직경은 상기 제1개구부의 직경보다 크게 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따른 토크센서에서, 상기 제1돌출부는 상기 스테이터 홀더에서 축방향으로 돌출 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따른 토크센서에서, 상기 제2케이스는 내측면에 형성된 제2가이드홈을 포함하고, 상기 스테이터는 상기 제2가이드홈에 회전 가능하게 결합되는 제2돌출부를 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따른 토크센서에서, 상기 스테이터 투스에 연결되는 콜렉터; 및 상기 콜렉터에 수집된 자화량을 검출하는 자기소자를 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 토크센서는, 제1개구부가 형성된 제1케이스; 제2개구부가 형성된 제2케이스; 상기 제1케이스와 제2케이스의 내부에 배치되는 스테이터 홀더, 및 상기 스테이터 홀더에 고정되는 적어도 하나의 스테이터 투스를 구비하는 스테이터; 및 상기 스테이터에 회전 가능하게 배치되는 로터를 포함하되, 상기 스테이터는 축방향으로 돌출되어 상기 제1개구부의 내주면과 마주보는 제1돌출부 및 제2케이스에 형성된 가이드 홈에 회전 가능하게 결합되는 제2돌출부를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 스테이터가 케이스 내에서 축방향과 수직한 수평방향으로 흔들리는 것을 방지할 수 있어 토크센서의 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크센서의 분해사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 토크센서의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 토크센서의 분해사시도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 토크센서의 분해사시도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 토크센서의 변형예이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크센서의 분해사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 토크센서의 단면도이다. 한편, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 토크센서의 분해사시도이다.
도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 토크센서는 제1케이스(110), 제2케이스(120), 스테이터(200), 및 로터(300)를 포함한다. 여기서 제1케이스(110)는 상부 케이스일 수 있고, 제2케이스(120)는 하부 케이스일 수 있으나 반드시 이에 한정되지 않는다.
제1케이스(110)와 제2케이스(120)는 서로 결합되어 토크센서의 외형을 형성하고, 그 내부에는 스테이터(200) 및 로터(300)가 배치된다. 이때, 제1케이스(110)와 제2케이스(120)는 일측에 형성된 결합부(112,122)를 통해 서로 결합될 수 있다.
제1케이스(110)와 제2케이스(120)에는 제1개구부(111)와 제2개구부(121)가 각각 형성된다. 제1케이스(110)의 제1개구부(111)를 통해 입력축(미도시)이 로터(300)에 연결되고, 제2케이스(120)의 제2개구부(121)를 통해 출력축(미도시)이 스테이터(200)에 연결된다.
이때, 제1케이스(110)와 제2케이스(120)에 형성된 제1개구부(111) 및 제2개구부(121)의 직경은 스테이터(200)의 외경보다 작을 수 있다. 따라서, 스테이터(200)는 제1케이스(110)와 제2케이스(120)의 결합에 의해 축방향(z)으로 고정될 수 있다.
스테이터(200)는 제1케이스(110)와 제2케이스(120)의 내부에 배치되고, 출력축과 연동하여 회전한다.
스테이터(200)는 스테이터 홀더(210) 및 스테이터 투스(220)를 포함한다.. 스테이터 투스(220)는 한 쌍으로 형성(221, 222)되어 스테이터 홀더(210)의 상부와 하부에 각각 고정된다. 스테이터 투스(220)는 로터(300)의 외주면에 배치된 마그네트(310)와 대향하게 배치된다.
스테이터 홀더(210)는 스테이터(200)의 몸체를 형성하고, 출력축과 결합된다. 스테이터 홀더(210)는 사출 성형 방식으로 제작되어 스테이터 투스(220)를 고정할 수 있다. 스테이터 투스(220)와 스테이터 홀더(210)의 결합 방식은 종래 토크센서의 구성이 모두 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스테이터(200)는 제1케이스(110)에 형성된 제1개구부(111)의 내주면에 지지되는 돌출부(230)를 포함한다. 그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 돌출부(230)는 제2케이스(120)에 형성된 제2개구부(121)에 지지될 수도 있다.
돌출부(230)는 임의의 제1가상원(C1)을 따라 축방향(z)으로 복수 개가 돌출 형성될 수 있다. 이 경우, 제1케이스(110) 또는 제2케이스(120)에 형성된 개구부(111,121)의 직경은 돌출부(230)의 회전 직경(제1가상원의 직경)과 동일하거나 작을 수 있다.
제1개구부(111)와 제2개구부(121)의 직경은 돌출부(230)의 회전을 지지할 수 있는 오차범위 내에서 다양하게 선택될 수 있다. 예를 들면, 돌출부(230)는 회전시 제1개구부(111)의 내주면과 접촉하거나 또는 소정 간격으로 이격될 수 있다.
로터(300)는 스테이터(200)의 내측에 배치되고, 입력축과 연동하여 회전한다. 로터(300)의 외주면에는 링 형상의 마그네트(310)가 부착되고, 마그네트(310)의 외측에는 스테이터 투스(220)가 배치된다.
입력축과 출력축의 회전량 차이에 의해 토션바에 비틀림이 발생하면, 로터(300)에 부착된 마그네트(310)와 스테이터(200)의 회전량이 달라져, 마그네트(310)와 스테이터 투스(220)의 사이의 대향면이 변화한다. 따라서, 스테이터(200)의 자화량 변화를 검출하여 토크를 측정할 수 있다.
이를 위해, 토크센서는 스테이터 투스(220)에 결합되어 플럭스(flux)를 수집하는 적어도 하나의 콜렉터(미도시)와 콜렉터에 수집된 자화량을 검출하는 자기소자(미도시) 및 자기소자가 배치되는 회로기판(미도시)를 더 포함할 수 있다.
도 2를 참고하면, 제1개구부의 직경(R1)은 제2개구부의 직경(R3)보다 크고, 제1가상원의 직경(R2)은 제1개구부의 직경(R1)과 동일하거나 작게 형성될 수 있다. 이러한 구성에 의하며, 제1가상원을 따라 배치된 돌출부(230)는 제1개구부의 내주면(111a)과 마주보게 배치되어 스테이터의 회전을 지지할 수 있다.
이때, 스테이터의 외주면 직경(R4)은 제1개구부의 직경(R1) 및 제2개구부의 직경(R3)보다 크게 제작되므로 스테이터가 제1케이스(110)와 제2케이스(120)에 안정적으로 구속될 수 있다.
또한, 제1개구부의 직경(R1)은 로터(300)의 외주면 직경(R5)보다 클 수 있다. 이러한 구조는, 로터(300)가 제1케이스(110)와 제2케이스(120)에 의해 구속되지 않고 손쉽게 스테이터로부터 분리되므로 제작 및 보수가 용이한 장점이 있다. 또한, 차량에 장착시에는 조향축(입력축 및 출력축)에 의해 로터(300)와 스테이터(200)가 축방향으로 구속되므로 센서의 성능은 저하되지 않는다.
돌출부(230)는 스테이터 홀더(210) 또는 스테이터 투스(220)에서 돌출 형성될 수 있다. 이때, 돌출부(230)는 축방향(z)으로 형성되거나 수평방향(x,y)으로 형성되어 제1케이스(110) 또는 제2케이스(120)의 내주면에 지지될 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 스테이터(200)가 제1케이스(110)와 제2케이스(120) 내에서 축방향(z)과 수직한 수평방향(x,y)으로 고정될 수 있다. 즉, 스테이터(200)가 제1케이스(110) 또는 제2케이스(120)의 내주면에 지지된 상태로 회전할 수 있어, 회전시 스테이터(200)가 수평방향(x,y)으로 흔들리는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 토크센서의 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 3을 참고하면, 돌출부(230)는 제2케이스(120)를 향해 돌출될 수도 있다. 따라서, 돌출부(230)는 제2개구부(121)의 내주면에 지지될 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 토크센서의 분해사시도이고, 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 토크센서의 변형예이다.
본 실시예에서 케이스의 구성, 및 돌출부가 제1가상원을 따라 복수개 형성되는 구성은 전술한 바와 동일하고, 다만, 돌출부를 지지하는 구조만이 상이하므로 이에 대해 자세히 설명한다.
도 4를 참고하면, 제1케이스(110)의 내측면에 제1돌출부(231)의 회전을 안내하는 링 형상의 제1가이드홈(113)이 형성되고, 스테이터(200)에 형성된 제1돌출부(231)가 제1가이드홈(113)에 의해 회전 지지될 수도 있다.
이때, 돌출부(231)는 스테이터 홀더(210)에 축방향(z)으로 돌출되어 형성될 수 있고, 제1케이스(110)에 형성된 개구부(111)의 직경은 돌출부(231)가 회전하는 경로의 직경(제1가상원의 직경)보다 작을 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 스테이터(200)가 제1케이스(110)의 내측면에 형성된 가이드홈(113)에 지지된 채로 회전할 수 있어, 회전시 스테이터(200)가 수평방향(x,y)으로 흔들리는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 토크센서의 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
그러나, 돌출부의 지지구조는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 도 5와 같이 제2케이스(120)의 내측면에 제2가이드홈(123)이 형성되어 제2돌출부(232)를 가이드할 수도 있다.
또한, 스테이터(200)에 제1돌출부(231) 및 제2돌출부(232)를 형성하고, 제1케이스(110)의 제1가이드홈(113)과 제2케이스(120)의 제2가이드홈(123)에 지지되도록 구성할 수도 있다.
또한, 스테이터(200)에 형성된 제1돌출부(231)가 제1케이스(110)의 제1개구부(111) 내주면과 마주보도록 배치(도 1 참고)하고, 스테이터(200)에 형성된 제2돌출부(232)는 제2케이스(120)에 형성된 가이드 홈(123)에 회전 가능하게 결합되도록 배치할 수도 있다. 이러한 구성에 의하면 보다 스테이터의 수평방향 흔들림을 보다 효과적으로 제어할 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.

Claims (15)

  1. 제1개구부를 포함하는 제1케이스;
    제2개구부를 포함하는 제2케이스;
    상기 제1케이스와 제2케이스의 내부에 배치되는 스테이터 홀더, 및 스테이터 홀더에 고정되는 적어도 하나의 스테이터 투스를 포함하는 스테이터; 및
    상기 스테이터에 회전 가능하게 배치되는 로터를 포함하되,
    상기 스테이터는 상기 제1개구부의 내주면과 마주보는 돌출부를 포함하는 토크센서.
  2. 제 1항에 있어서,
    제1개구부의 직경은 상기 제2개구부의 직경보다 큰 토크센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 돌출부는 제1가상원을 따라 복수 개 형성되고,
    상기 제1가상원의 직경은 상기 제1개구부의 직경과 동일하거나 작은 토크 센서.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1개구부의 직경은 상기 로터의 외주면 직경보다 큰 토크센서.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1가상원의 직경은 상기 로터의 외주면 직경보다 큰 토크센서.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 스테이터의 외주면 직경은 상기 제1개구부의 직경 및 제1가상원의 직경보다 큰 토크센서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 스테이터 투스에서 축방향으로 돌출되는 토크센서.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 스테이터 홀더에서 축방향으로 돌출되는 토크센서.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 스테이터 투스에 연결되는 콜렉터; 및
    상기 콜렉터에 수집된 자화량을 검출하는 자기소자를 포함하는 토크센서.
  10. 제1개구부가 형성된 제1케이스;
    제2개구부가 형성된 제2케이스;
    상기 제1케이스와 제2케이스의 내부에 배치되는 스테이터 홀더, 및 상기 스테이터 홀더에 고정되는 적어도 하나의 스테이터 투스를 구비하는 스테이터; 및
    상기 스테이터에 회전 가능하게 배치되는 로터를 포함하되,
    상기 제1케이스는 내측면에 형성된 제1가이드홈을 포함하고,
    상기 스테이터는 상기 제1가이드홈에 회전 가능하게 결합되는 제1돌출부를 포함하는 토크센서.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제1돌출부는 제1가상원을 따라 복수 개 형성되고,
    상기 제1가상원의 직경은 상기 제1개구부의 직경보다 큰 토크센서.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 제1돌출부는 상기 스테이터 홀더에서 축방향으로 돌출되는 토크센서.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 제2케이스는 내측면에 형성된 제2가이드홈을 포함하고,
    상기 스테이터는 상기 제2가이드홈에 회전 가능하게 결합되는 제2돌출부를 포함하는 토크센서.
  14. 제 10항에 있어서,
    상기 스테이터 투스에 연결되는 콜렉터; 및
    상기 콜렉터에 수집된 자화량을 검출하는 자기소자를 포함하는 토크센서.
  15. 제1개구부가 형성된 제1케이스;
    제2개구부가 형성된 제2케이스;
    상기 제1케이스와 제2케이스의 내부에 배치되는 스테이터 홀더, 및 상기 스테이터 홀더에 고정되는 적어도 하나의 스테이터 투스를 구비하는 스테이터; 및
    상기 스테이터에 회전 가능하게 배치되는 로터를 포함하되,
    상기 스테이터는 축방향으로 돌출되어 상기 제1개구부의 내주면과 마주보는 제1돌출부 및 제2케이스에 형성된 가이드 홈에 회전 가능하게 결합되는 제2돌출부를 포함하는 토크센서.
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