WO2015099339A1 - 토크 앵글 센서 - Google Patents

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WO2015099339A1
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최호민
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엘지이노텍 주식회사
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    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/22—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers
    • G01L5/221—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers to steering wheels, e.g. for power assisted steering

Definitions

  • the present invention relates to a torque angle sensor used in a steering apparatus.
  • an auxiliary steering apparatus assisted by a separate power is used as a device for ensuring the stability of steering of the vehicle.
  • an auxiliary steering device was used as a hydraulic device, but recently, an electric steering device (EPS, Electronic Power Steering System) having low power loss and high accuracy is used.
  • EPS Electronic Power Steering System
  • the electric steering system drives the motor in the electronic control unit according to the driving conditions and driver's operation information detected by the vehicle speed sensor, torque sensor and angle sensor to ensure turning stability and provide fast resilience. Make it possible to drive.
  • the vehicle speed sensor detects the running speed of the vehicle in operation
  • the torque sensor detects the torque applied to the steering shaft and outputs an electrical signal proportional to the detected torque
  • the angle sensor is configured to It is a device that outputs an electrical signal proportional to the rotation angle.
  • TAS torque angle sensor
  • the torque sensor detects a magnetic field according to the torsional difference between the rotor and the stator and transmits the magnetic field to the electronic controller.
  • the angle sensor causes a difference in the rotation angle as the main gear attached to the steering shaft rotates in association with it.
  • the magnetic element recognizes the rotation direction and transmits the signal to the electronic controller.
  • the torque angle sensor cannot be separated into a torque sensor and an angle sensor, the torque sensor, the angle sensor, and the torque angle sensor are assembled in different lines. Therefore, there is a problem that a large number of personnel is required and manufacturing cost increases.
  • the present invention provides a torque angle sensor in which the number of parts is reduced and the manufacturing cost is reduced.
  • Torque angle sensor connected to the first axis and the second axis, the first case; A second case coupled to the first case; A third case coupled to the second case; A torque sensor module disposed between the first case and the second case and connected to the first and second shafts; And an angle sensor module disposed between the second case and the third case, wherein the second case includes a first fixing part formed on an outer circumferential surface, and the first fixing part is rotationally symmetric about a longitudinal axis. do.
  • Torque angle sensor connected to the first and second shaft, the first case; A second case coupled to the first case; A third case coupled to the second case; A torque sensor module disposed between the first case and the second case and connected to the first and second shafts; And an angle sensor module disposed between the second case and the third case, wherein the second case is formed on an outer circumferential surface and coupled to the first case, and coupled to the third case.
  • the torque sensor module includes a first printed circuit board disposed between the first case and the second case, the angle sensor module is disposed between the second case and the third case. And a second printed circuit board.
  • the first fixing part includes a screw hole.
  • the torque sensor module the rotor portion connected to the first shaft;
  • a stator part connected to the second shaft and including a first stator ring, a second stator ring, and a holder disposed axially spaced apart from each other;
  • a torque magnetic element for detecting a magnetic field generated between the rotor portion and the stator portion;
  • a first printed circuit board electrically connected to the torque magnetic element;
  • a collector portion disposed between the torque magnetic element and the stator portion.
  • the collector unit includes a first collector disposed on the first staging side and a second collector disposed on the second staging side, wherein the first collector comprises the first case.
  • the second collector is mounted to the second case.
  • the angle sensor module includes a main gear that rotates integrally with the second axis; At least one subgear gear coupled to the main gear; An angle magnet which rotates integrally with the sub gear; An angle magnetic element for detecting rotation of the angle magnet; And a second printed circuit board electrically connected to the angle magnetic element.
  • the third case includes a mounting portion to which the sub gear is rotatably mounted.
  • the connector comprises: a connector housing; A first wire connected to the first printed circuit board; A second wire connected to the second printed circuit board; A first interface connected to the first wire; And a second interface connected to the second wire.
  • the torque sensor is connected to the first and second shaft, the first case; A second case coupled to the first case; A stator unit coupled to the first shaft and disposed between the first case and the second case; A rotor unit coupled to the second shaft and rotatably disposed with the stator unit; A torque magnetic element for detecting a magnetic field generated between the stator portion and the rotor portion; A collector unit disposed between the stator unit and the torque magnetic element; And a first printed circuit board electrically connected to the torque magnetic element, wherein the second case includes a first fixing part formed on an outer circumferential surface thereof and coupled to the first case.
  • the first fixing portion is rotationally symmetric about the longitudinal axis.
  • the second case includes a second fixing portion formed on the outer peripheral surface.
  • An angle sensor connected to the first or second axis, the second case; A third case coupled to the second case; A main gear interlocked with the first shaft or the second shaft and disposed between the second case and the third case; At least one subgear gear coupled to the main gear; An angle magnet which rotates integrally with the sub gear; An angle magnetic element for detecting rotation of the angle magnet; And a second printed circuit board electrically connected to the angle magnetic element, wherein the second case includes a first fixing part protruding from an outer circumferential surface thereof.
  • the first fixing portion is coupled to the third case and is rotationally symmetric about a longitudinal axis.
  • the second case includes a second fixing portion protruding on the outer peripheral surface, the second fixing portion is coupled to the third case.
  • the torque sensor, the angle sensor, and the torque angle sensor can be manufactured in one line, thereby reducing manufacturing costs.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a torque angle sensor according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating a state in which a torque angle sensor is coupled to a steering input shaft and an output side according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of a torque angle sensor according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a plan view showing one side and the other side of the second case according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of a torque sensor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a rear view of a torque sensor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is an exploded perspective view of an angle sensor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a conceptual view illustrating a process in which a torque sensor and an angle sensor are coupled according to an embodiment of the present invention.
  • the terms "comprises” or “having” are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a torque angle sensor according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a conceptual diagram showing a state in which the torque angle sensor is coupled to the steering input shaft and the output side according to an embodiment of the present invention.
  • the torque angle sensor includes a case, a torque sensor module, and an angle sensor module.
  • the case includes a first case 110, a second case 120, and a third case 130.
  • a torque sensor module may be disposed between the first case 110 and the second case 120, and an angle sensor module may be disposed between the second case 120 and the third case 130.
  • the second case 120 includes a first fixing part 121 coupled to the first case 110, and a second fixing part 122 coupled to the second fastening part 132 of the third case 130. Include. Accordingly, the second case 120 may be a lower case of the torque sensor when the torque sensor is separately assembled, and may be an upper case of the angle sensor when the angle sensor is assembled.
  • the torque sensor module includes a rotor unit 200 connected to the first shaft P1, a stator unit 300 connected to the second shaft P2, and between the rotor unit 200 and the stator unit 300.
  • first shaft P1 and the second shaft P2 defined herein may be a steering input shaft connected to a steering wheel of the vehicle, and the other may be an output shaft connected to the wheels of the vehicle.
  • the torque sensor module detects a magnetic field generated by the twist of the first axis P1 and the second axis P2.
  • the rotor part 200 includes a rotor core 210 to which the first shaft P1 is coupled, and a rotor magnet 220 attached to an outer circumferential surface of the rotor core 210.
  • the rotor magnet 220 may be made of an annular magnet.
  • the rotor part 200 is rotatably disposed inside the stator part 300.
  • the stator unit 300 includes a first stator ring 310, a second stator ring 320, and a holder 330.
  • the first stator ring 310 and the second stator ring 320 are spaced apart in the axial direction and have a segment (not shown) that is bent in an opposite direction.
  • the holder 330 is injection molded to fix the first stator ring 310 and the second stator ring 320.
  • One end of the holder 330 is formed with a protrusion 331 to which the second shaft P2 is coupled.
  • the collector unit 340 includes a first collector 341 disposed adjacent to the first staging ring 310 and a second collector 342 disposed adjacent to the second staging ring 320. The ends of the first collector 341 and the second collector 342 are bent outwardly to insert the magnetic element 360.
  • the torque magnetic element 360 measures the magnetic field generated by the relative rotation of the rotor unit 200 and the stator unit 300.
  • the torque magnetic element 360 may be any one of a magnetoresistive element (AMR IC) and a Hall element (Hall IC).
  • the torque magnetic element 360 may be electrically connected to the first printed circuit board 350.
  • the angle sensor module may include a main gear 410 rotating in coordination with the first shaft P1 or the second shaft P2, a first sub gear 420 and a second sub gear geared to the main gear 410. 430).
  • the main gear 410 may be integrally rotated with the second shaft P2 by being inserted into and fixed to the protrusion 331 of the holder 330.
  • the sub gears 420 and 430 are rotated according to the rotation of the main gear 410.
  • An angle magnet 450 is mounted to the first sub gear 420 and the second sub gear 430, respectively.
  • the diameters of the first sub gear 420 and the second sub gear 430 may be different from each other.
  • the angle magnetic element 460 detects the relative rotation of the angle magnet 450.
  • the angle magnetic element 460 may be any one of a magnetoresistive element (AMR IC) and a Hall element (Hall IC).
  • AMR IC magnetoresistive element
  • Hall IC Hall element
  • the angle magnetic element 460 is electrically connected to the second printed circuit board 470.
  • the connector 500 may include a connector housing 510, a first wire 521 connected to the first printed circuit board 350, a second wire 531 connected to the second printed circuit board 470, and A first interface 520 connected to the first wire 521 and a second interface 530 connected to the second wire 531 are included.
  • the first interface 520 and the second interface 530 include a plurality of contact pins.
  • the output value of the torque sensor module and the output value of the angle sensor module are different from each other. Can be made.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of a torque angle sensor according to another embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a plan view showing one side and the other side of the second case according to another embodiment of the present invention
  • the torque angle sensor structure of FIG. 3 is the same as described above, and thus, further detailed description thereof will be omitted and the characteristic parts of the present structure will be described in detail.
  • the torque angle sensor of the present invention may fix the first to third cases 110, 120, and 130 by using the first fixing part 121 formed on the outer circumferential surface of the second case 120.
  • a bolt (not shown) inserted into the first fastening part 131 of the third case 130 penetrates through the first fixing part 121 and is coupled with the first case 110 to thereby be first to first.
  • Three cases can be fixed.
  • a collector fixing part 123 is provided on one surface of the second case 120.
  • the collector fixing part 123 may be a pair of protrusions into which the collector 342 is fitted. Alternatively, it may be a flat surface to which the collector 342 can attach.
  • the other surface of the second case 120 is provided with a seating portion 124, the sub-gear is rotatably supported.
  • the seating part 124 may be a groove into which the sub gear is inserted.
  • a plurality of first fixing parts 121 protrude from the outer circumferential surface of the second case 120.
  • the first fixing part 121 is disposed to be symmetrically rotated 180 degrees along the longitudinal axis L1. Accordingly, the second case 120 may be used as a lower case of the torque sensor, and may be used as an upper case of the angle sensor by inverting it.
  • the first fixing part 121 is formed with a screw hole to which the bolt is fastened.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of a torque sensor according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a rear view of the torque sensor according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is an angle sensor according to an embodiment of the present invention. Exploded perspective view.
  • the torque sensor is rotatably disposed with the first case 110, the second case 120 coupled with the first case 110, the stator unit 300, and the stator unit 300.
  • Torque magnetic element 360 for detecting the magnetic field generated between the rotor portion 200, the stator portion 300 and the rotor portion 200, the collector disposed between the stator portion 300 and the torque magnetic element 360
  • the unit 340 includes a first printed circuit board 350 electrically connected to the torque magnetic element 360.
  • the torque sensor of this structure is the same structure as the torque sensor module of the above-mentioned torque angle sensor, so further detailed description thereof will be omitted.
  • the second case 120 has a plurality of first fixing parts 121 and second fixing parts 122 protruding from the outer circumferential surface thereof.
  • the first fixing part 121 may have a screw hole and may be screwed to the first case 110.
  • the second fixing part 122 may protrude to the outer circumferential surface of the second case 120 to function as an alignment mark when combined with the first case 110.
  • only the first fixing part 121 disposed in the rotational symmetry may be formed in the second case 120.
  • the angle sensor may include a main body disposed between the second case 120, the third case 130 coupled to the second case 120, and the second case 120 and the third case 130.
  • Gear 410 at least one or more sub-gear (420, 430) coupled to the main gear 410, the angle magnet 450 that rotates integrally with the sub-gear (420, 430), for detecting the rotation of the angle magnet
  • the second case 120 of the angle sensor is manufactured in the same manner as the second case 120 of the torque sensor described with reference to FIG. 5. That is, the second case 120 may be used as the lower case of the torque sensor or may be used as the upper case of the angle sensor.
  • any one of the lower case of the torque sensor and the upper case of the angle sensor may be removed and combined, thereby simplifying the manufacture of the torque angle sensor.
  • FIG. 8 is a conceptual view illustrating a process in which a torque sensor and an angle sensor are coupled according to an embodiment of the present invention.
  • one second case 120 may be used as the lower case of the torque sensor and the upper case of the angle sensor, respectively. That is, the torque sensor 1 may be manufactured by arranging a torque sensor module between the first upper case 110 and the first lower case 120, and the angle sensor 2 may be connected to the second upper case 120. An angle sensor module may be disposed between the second lower cases 130 to be manufactured.
  • the torque angle sensor 3 may be manufactured by combining the torque sensor 1 and the angle sensor 2.
  • the torque angle sensor is manufactured, either the first lower case 120 of the torque sensor or the first upper case 120 of the angle sensor may be omitted and manufactured, but the first lower case 120 and the angle sensor of the torque sensor may be omitted.
  • the second upper case 120 may be bonded as it is to manufacture a torque angle sensor.
  • the torque angle sensor 3 may connect the wire 351 connected to the torque sensor and the wire 471 connected to the angle sensor with one connector 500. Therefore, the output of the torque sensor and the output of the angle sensor may be manufactured differently.
  • the connector may use a 4-pin connector when the torque sensor and the angle sensor are manufactured separately, and an 8-pin connector may be used when the torque angle sensor is manufactured.

Abstract

본 발명은 제1축 및 제2축과 연결되는 토크 앵글 센서에 있어서, 제1케이스; 상기 제1케이스와 결합되는 제2케이스; 상기 제2케이스와 결합되는 제3케이스; 상기 제1케이스와 제2케이스 사이에 배치되고, 상기 제1축 및 제2축이 연결되는 토크 센서 모듈; 및 상기 제2케이스와 제3케이스 사이에 배치되는 앵글 센서 모듈;을 포함하고, 상기 제2케이스는 외주면에 형성되는 제1고정부를 포함하고, 상기 제1고정부는 길이방향 축에 대해 회전 대칭되는 토크 앵글 센서를 개시한다.

Description

토크 앵글 센서
본 발명은 조향장치에 사용되는 토크 앵글 센서에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 조향의 안정성을 보장하기 위한 장치로 별도의 동력으로 보조하는 보조 조향장치가 사용된다. 기존에는 이와 같은 보조 조향장치를 유압을 이용한 장치로 사용하였으나, 최근에는 동력의 손실이 적고 정확성이 우수한 전동식 조향장치(EPS, Electronic Power Steering System}가 사용된다.
전동식 조향장치는 차속센서, 토크센서 및 앵글센서 등에서 감지한 운행조건 및 운전자 조작정보에 따라 전자제어장치(Electronic Control Unit)에서 모터를 구동하여 선회 안정성을 보장하고 신속한 복원력을 제공함으로써 운전자로 하여금 안전한 주행이 가능하도록 한다.
차속센서는 운행중인 자동차의 운행 속도를 감지하고, 토크센서(Torque Sensor)는 조향축에 가해지는 토크를 감지하여 감지된 토크에 비례하는 전기신호를 출력하고, 앵글센서(Angle Sensor)는 조향축의 회전각에 비례하는 전기신호를 출력하는 장치이다.
최근에는 이들 센서들 중, 운전자의 스티어링 휠 조작정보를 감지하는 토크센서와 앵글센서를 하나의 센서로 구성하는 장치로서 토크 앵글 센서(TAS)가 제안되어 그 사용이 증가하고 있다.
토크 센서는 로터와 스테이터의 비틀림 차이에 따른 자기장을 검출하여 전자 제어장치로 전송한다.
앵글센서는 운전자가 조향휠을 회전시킴에 따라 조향축에 부착된 메인 기어가 이에 연동하여 회전하면서 회전각도의 차이가 발생하게 되고, 이때 메인 기어에 치합된 서브 기어들에 부착된 마그넷의 자기장과 회전방향을 자기소자가 인식하여 신호를 전자제어장치로 전송한다.
그러나, 토크 앵글 센서는 토크 센서와 앵글 센서로 분리될 수 없는 구조이므로, 토크 센서와 앵글 센서 및 토크 앵글 센서는 서로 다른 라인에서 조립된다. 따라서, 많은 인원이 필요하고 제조 비용이 증가하는 문제가 있다.
본 발명은 부품수가 감소하여 제조 비용이 절감되는 토크 앵글 센서를 제공한다.
본 발명의 일 특징에 따른 토크 앵글 센서는, 제1축 및 제2축과 연결되는 토크 앵글 센서에 있어서, 제1케이스; 상기 제1케이스와 결합되는 제2케이스; 상기 제2케이스와 결합되는 제3케이스; 상기 제1케이스와 제2케이스 사이에 배치되고, 상기 제1축 및 제2축이 연결되는 토크 센서 모듈; 및 상기 제2케이스와 제3케이스 사이에 배치되는 앵글 센서 모듈;을 포함하고, 상기 제2케이스는 외주면에 형성되는 제1고정부를 포함하고, 상기 제1고정부는 길이방향 축에 대해 회전 대칭된다.
본 발명의 다른 특징에 따른 토크 앵글 센서는, 제1축 및 제2축과 연결되는 토크 앵글 센서에 있어서, 제1케이스; 상기 제1케이스와 결합되는 제2케이스; 상기 제2케이스와 결합되는 제3케이스; 상기 제1케이스와 제2케이스 사이에 배치되고, 상기 제1축 및 제2축이 연결되는 토크 센서 모듈; 및 상기 제2케이스와 제3케이스 사이에 배치되는 앵글 센서 모듈;을 포함하고, 상기 제2케이스는 외주면에 형성되어 상기 제1케이스에 결합되는 제1고정부, 및 상기 제3케이스에 결합되는 제2고정부를 포함한다.
본 발명의 토크 앵글 센서에서, 상기 토크 센서 모듈은 상기 제1케이스와 제2케이스 사이에 배치되는 제1인쇄회로기판을 포함하고, 상기 앵글 센서 모듈은 상기 제2케이스와 제3케이스 사이에 배치되는 제2인쇄회로기판을 포함한다.
본 발명의 토크 앵글 센서에서, 상기 제1고정부는 나사홀을 포함한다.
본 발명의 토크 앵글 센서에서, 상기 토크 센서 모듈은, 상기 제1축과 연결되는 로터부; 상기 제2축과 연결되고, 축방향으로 이격 배치된 제1스테이터링과, 제2스테이터링, 및 홀더를 포함하는 스테이터부; 상기 로터부와 상기 스테이터부 사이에서 발생된 자기장을 감지하는 토크 자기소자; 상기 토크 자기소자와 전기적으로 연결된 제1인쇄회로기판; 및 상기 토크 자기소자와 스테이터부 사이에 배치된 콜렉터부를 포함한다.
본 발명의 토크 앵글 센서에서, 상기 콜렉터부는 상기 제1스테이터링 측에 배치되는 제1콜렉터, 및 상기 제2스테이터링 측에 배치되는 제2콜렉터를 포함하고, 상기 제1콜렉터는 상기 제1케이스에 장착되고, 상기 제2콜렉터는 상기 제2케이스에 장착된다.
본 발명의 토크 앵글 센서에서, 상기 앵글 센서 모듈은 상기 제2축과 일체로 회전하는 메인 기어; 상기 메인 기어에 기어 결합되는 적어도 하나 이상의 서브 기어; 상기 서브 기어와 일체로 회전하는 앵글 마그넷; 상기 앵글 마그넷의 회전을 감지하는 앵글 자기소자; 및 상기 앵글 자기소자와 전기적으로 연결되는 제2인쇄회로기판을 포함한다.
본 발명의 토크 앵글 센서에서, 상기 제3케이스는 상기 서브 기어가 회전 가능하게 장착되는 안착부를 포함한다.
본 발명의 토크 앵글 센서에서, 상기 제1인쇄회로기판 및 제2인쇄회로기판과 전기적으로 연결되는 커넥터를 포함하고, 상기 커넥터는, 커넥터 하우징; 상기 제1인쇄회로기판과 연결되는 제1와이어; 상기 제2인쇄회로기판과 연결되는 제2와이어; 상기 제1와이어와 연결된 제1인터페이스; 및 상기 제2와이어와 연결된 제2인터페이스;를 포함한다.
본 발명의 일 특징에 따른 토크 센서는, 제1축과 제2축에 연결되는 토크 센서에 있어서, 제1케이스; 상기 제1케이스와 결합하는 제2케이스; 상기 제1축에 결합되고, 상기 제1케이스와 제2케이스 사이에 배치되는 스테이터부; 상기 제2축에 결합되고, 상기 스테이터부와 회전 가능하게 배치되는 로터부; 상기 스테이터부와 로터부 사이에서 발생된 자기장을 검출하는 토크 자기소자; 상기 스테이터부와 상기 토크 자기소자 사이에 배치되는 콜렉터부; 상기 토크 자기소자와 전기적으로 연결되는 제1인쇄회로기판;을 포함하고, 상기 제2케이스는 외주면에 형성되어 상기 제1케이스와 결합되는 제1고정부를 포함한다.
본 발명의 일 특징에 따른 토크 센서는, 상기 제1고정부는 길이방향 축에 대해 회전 대칭된다.
본 발명의 일 특징에 따른 토크 센서는, 상기 제2케이스는 외주면에 형성되는 제2고정부를 포함한다.
본 발명의 일 특징에 따른 앵글 센서는, 제1축 또는 제2축과 연결되는 앵글 센서에 있어서, 제2케이스; 상기 제2케이스와 결합되는 제3케이스; 상기 제1축 또는 제2축과 연동 회전하고, 상기 제2케이스와 제3케이스 사이에 배치되는 메인 기어; 상기 메인 기어에 기어 결합되는 적어도 하나 이상의 서브 기어; 상기 서브 기어와 일체로 회전하는 앵글 마그넷; 상기 앵글 마그넷의 회전을 감지하는 앵글 자기소자; 및 상기 앵글 자기소자와 전기적으로 연결되는 제2인쇄회로기판;을 포함하고, 상기 제2케이스는 외주면에 돌출 형성되는 제1고정부를 포함한다.
본 발명의 일 특징에 따른 앵글 센서는, 상기 제1고정부는 상기 제3케이스와 결합되고, 길이방향 축에 대해 회전 대칭된다.
본 발명의 일 특징에 따른 앵글 센서는, 상기 제2케이스는 외주면에 돌출 형성된 제2고정부를 포함하고, 상기 제2고정부는 상기 제3케이스와 결합된다.
본 발명에 따르면, 토크 센서와, 앵글 센서, 및 토크 앵글 센서가 하나의 라인에서 제작 가능하여 제조 비용이 절감된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 앵글 센서의 분해 사시도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 앵글 센서가 조향 입력축과 출력측에 결합된 상태를 보여주는 개념도이고,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 토크 앵글 센서의 분해 사시도이고,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제2케이스의 일면과 타면을 보여주는 평면도이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 센서의 분해 사시도이고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 센서의 배면도이고,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 앵글 센서의 분해 사시도이고,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 센서와 앵글 센서가 결합되는 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 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.
본 발명에서, "포함한다" 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.
이제 본 발명에 대하여 도면을 참고하여 상세하게 설명하고, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 앵글 센서의 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 앵글 센서가 조향 입력축과 출력측에 결합된 상태를 보여주는 개념도이다.
도 1과 도 2를 참고하면, 토크 앵글 센서는, 케이스와 토크 센서 모듈, 및 앵글 센서 모듈을 포함한다.
케이스는 제1케이스(110)와, 제2케이스(120), 및 제3케이스(130)를 포함한다. 제1케이스(110)와 제2케이스(120) 사이에는 토크 센서 모듈이 배치되고, 제2케이스(120)와 제3케이스(130) 사이에는 앵글 센서 모듈이 배치될 수 있다.
제2케이스(120)는 제1케이스(110)와 결합되는 제1고정부(121), 및 제3케이스(130)의 제2체결부(132)에 결합되는 제2고정부(122)를 포함한다. 따라서, 제2케이스(120)는 토크 센서를 별도로 조립하는 경우에는 토크 센서의 하부 케이스가 될 수 있고, 앵글 센서 조립시에는 앵글센서의 상부 케이스가 될 수 있다.
토크 센서 모듈은 제1축(P1)과 연결되는 로터부(200)와, 제2축(P2)과 연결되는 스테이터부(300)와, 로터부(200)와 스테이터부(300)의 사이에서 발생한 자기장을 측정하는 자기소자(360), 및 자기소자(360)와 스테이터부(300) 사이에 배치된 콜렉터부(340)를 포함한다.
본 명세서에서 정의하는 제1축(P1)과 제2축(P2) 중 어느 하나는 차량의 핸들과 연결된 조향 입력축일 수 있고, 나머지 하나는 차량의 바퀴와 연결된 출력축일 수 있다. 토크 센서 모듈은 제1축(P1)과 제2축(P2)의 비틀림에 따라 발생하는 자기장을 검출한다.
로터부(200)는 제1축(P1)이 결합되는 로터 코어(210)와 로터 코어(210)의 외주면에 부착된 로터 마그넷(220)을 포함한다. 로터 마그넷(220)은 환형 마그넷으로 제작될 수 있다. 로터부(200)는 스테이터부(300)의 내부에 회전 가능하게 배치된다.
스테이터부(300)는 제1스테이터링(310)과, 제2스테이터링(320), 및 홀더(330)를 포함한다. 제1스테이터링(310)과 제2스테이터링(320)은 축방향으로 이격 배치되고 마주보는 방향으로 절곡된 절편(도시되지 않음)을 갖는다. 홀더(330)는 사출 성형되어 제1스테이터링(310) 및 제2스테이터링(320)을 고정한다. 홀더(330)의 일단에는 제2축(P2)이 결합되는 돌출부(331)가 형성된다.
콜렉터부(340)는 제1스테이터링(310)에 인접 배치된 제1콜렉터(341)와, 제2스테이터링(320)에 인접 배치된 제2콜렉터(342)를 포함한다. 제1콜렉터(341)와 제2콜렉터(342)의 끝단은 외측으로 절곡되어 자기소자(360)가 삽입된다.
토크 자기소자(360)는 로터부(200)와 스테이터부(300)의 상대적 회전에 의해 발생한 자기장을 측정한다. 토크 자기소자(360)는 자기저항소자(AMR IC) 및 홀 소자(Hall IC) 중 어느 하나일 수 있다. 토크 자기소자(360)는 제1인쇄회로기판(350)에 전기적으로 연결될 수 있다.
앵글 센서 모듈은 제1축(P1) 또는 제2축(P2)과 연동 회전하는 메인 기어(410)와, 메인 기어(410)와 기어 결합되는 제1서브 기어(420) 및 제2서브 기어(430)를 포함한다.
메인 기어(410)는 홀더(330)의 돌출부(331)에 삽입 고정됨으로써 제2축(P2)과 일체로 회전될 수 있다. 서브 기어(420, 430)는 메인 기어(410)의 회전에 따라 회전된다. 제1서브 기어(420)와 제2서브 기어(430)에는 앵글 마그넷(450)이 각각 장착된다. 제1서브 기어(420)와 제2서브 기어(430)의 직경은 서로 다를 수 있다.
앵글 자기소자(460)는 앵글 마그넷(450)의 상대적인 회전을 검출한다. 앵글 자기소자(460)는 자기저항소자(AMR IC) 및 홀 소자(Hall IC) 중 어느 하나일 수 있다. 앵글 자기소자(460)는 제2인쇄회로기판(470)에 전기적으로 연결된다.
커넥터(500)는 커넥터 하우징(510)과, 제1인쇄회로기판(350)과 연결되는 제1와이어(521)와, 제2인쇄회로기판(470)과 연결되는 제2와이어(531)와, 제1와이어(521)와 연결된 제1인터페이스(520), 및 제2와이어(531)와 연결된 제2인터페이스(530)를 포함한다. 제1인터페이스(520)와 제2인터페이스(530)는 복수의 접촉핀을 포함한다.
제1와이어(521)와 제2와이어(531)가 각각 제1인쇄회로기판(350)과 제2인쇄회로기판(470)에 연결되므로, 토크 센서 모듈의 출력과 앵글 센서 모듈의 출력값은 서로 다르게 제작될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 토크 앵글 센서의 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제2케이스의 일면과 타면을 보여주는 평면도이고,
도 3의 토크 앵글 센서 구조는 전술한 바와 동일하므로 더 이상의 자세한 설명은 생략하며, 본 구조의 특징적인 부분을 자세히 설명한다.
본 발명의 토크 앵글 센서는 제2케이스(120)의 외주면에 형성된 제1고정부(121)를 이용하여 제1 내지 제3케이스(110, 120, 130)를 고정할 수 있다. 일 예로, 제3케이스(130)의 제1체결부(131)로 삽입되는 볼트(도시되지 않음)가 제1고정부(121)를 관통하여 제1케이스(110)와 결합됨으로써 제1 내지 제3케이스는 고정될 수 있다.
도 4의 (a)를 참고하면, 제2케이스(120)의 일면에는 콜렉터 고정부(123)가 마련된다. 콜렉터 고정부(123)는 콜렉터(342)가 끼워지는 한 쌍의 돌기일 수 있다. 또는 콜렉터(342)가 부착할 수 있는 평탄면일 수도 있다.
도 4의 (b)와 같이 제2케이스(120)의 타면에는 서브 기어가 회전 가능하게 지지되는 안착부(124)가 마련된다. 안착부(124)는 서브 기어가 삽입되는 홈일 수 있다.
제2케이스(120)의 외주면에는 복수 개의 제1고정부(121)가 돌출 형성된다. 제1고정부(121)는 길이방향 축(L1)으로 180도 회전 대칭되게 배치된다. 따라서, 제2케이스(120)는 토크 센서의 하부 케이스로 사용될 수 있고, 이를 뒤집어서 앵글 센서의 상부 케이스로 활용할 수도 있다. 제1고정부(121)는 볼트가 체결되는 나사홀이 형성된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 센서의 분해 사시도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 센서의 배면도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 앵글 센서의 분해 사시도이다.
도 5를 참고하면, 토크 센서는 제1케이스(110)와, 제1케이스(110)와 결합하는 제2케이스(120), 스테이터부(300), 스테이터부(300)와 회전 가능하게 배치되는 로터부(200), 스테이터부(300)와 로터부(200) 사이에서 발생된 자기장을 검출하는 토크 자기소자(360), 스테이터부(300)와 상기 토크 자기소자(360) 사이에 배치되는 콜렉터부(340), 및 토크 자기소자(360)와 전기적으로 연결되는 제1인쇄회로기판(350)을 포함한다. 이러한 구조의 토크 센서는 전술한 토크 앵글 센서의 토크 센서 모듈과 동일한 구조이므로 더 이상의 자세한 설명은 생략한다.
제2케이스(120)는 외주면에는 복수 개의 제1고정부(121)와 제2고정부(122)가 돌출 형성된다. 제1고정부(121)는 나사홀이 형성되어 제1케이스(110)와 나사 결합될 수 있다. 제2고정부(122)는 제2케이스(120)의 외주면으로 돌출되어 제1케이스(110)와 결합시 얼라인 마크로서 기능할 수 있다. 또는, 도 4에서 설명한 바와 같이 제2케이스(120)에는 회전 대칭으로 배치된 제1고정부(121)만이 형성될 수도 있다.
도 7을 참고하면, 앵글 센서는 제2케이스(120), 제2케이스(120)와 결합되는 제3케이스(130), 제2케이스(120)와 제3케이스(130) 사이에 배치되는 메인 기어(410), 메인 기어(410)에 기어 결합되는 적어도 하나 이상의 서브 기어(420, 430), 서브 기어(420, 430)와 일체로 회전하는 앵글 마그넷(450), 앵글 마그넷의 회전을 감지하는 앵글 자기소자(460), 및 앵글 자기소자와 전기적으로 연결되는 제2인쇄회로기판(470)을 포함한다. 이러한 구조의 앵글 센서는 전술한 토크 앵글 센서의 앵글 센서 모듈과 동일한 구조이므로 더 이상의 자세한 설명은 생략한다.
앵글 센서의 제2케이스(120)는 도 5에서 설명한 토크 센서의 제2케이스(120)와 동일하게 제작된다. 즉, 제2케이스(120)는 토크 센서의 하부 케이스로 사용할 수도 있고 앵글 센서의 상부 케이스로 사용할 수도 있는 것이다.
따라서, 부품 개수가 줄어들어 제조 원가가 절감되며 하나의 조립 라인에서 토크 센서, 앵글 센서, 및 토크 앵글 센서가 모두 조립될 수 있다. 토크 앵글 센서 조립시에는 토크 센서의 하부 케이스 또는 앵글 센서의 상부 케이스 중 어느 하나를 삭제하고 결합하면 되므로 토크 앵글 센서의 제작도 간편해진다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 센서와 앵글 센서가 결합되는 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 8의 (a) 및 도 8의 (b)와 같이 하나의 제2케이스(120)를 토크 센서의 하부 케이스와 앵글 센서의 상부 케이스로 각각 사용할 수 있다. 즉, 토크 센서(1)는 제1상부 케이스(110)와 제1하부 케이스(120) 사이에 토크 센서 모듈이 배치되어 제작될 수 있으며, 앵글 센서(2)는 제2상부 케이스(120)와 제2하부 케이스(130) 사이에 앵글 센서 모듈이 배치되어 제작될 수 있다.
또한, 도 8의 (c)와 같이 토크 센서(1)와 앵글 센서(2)를 결합하여 토크 앵글 센서(3)를 제작할 수 있다. 토크 앵글 센서 제작시, 토크 센서의 제1하부 케이스(120) 또는 앵글 센서의 제1상부 케이스(120) 중 어느 하나는 생략하여 제작할 수도 있으나, 토크 센서의 제1하부 케이스(120)와 앵글 센서의 제2상부 케이스(120)를 그대로 접합하여 토크 앵글 센서를 제작할 수도 있다.
토크 앵글 센서(3)는 토크 센서에 연결된 와이어(351)와 앵글 센서에 연결된 와이어(471)를 하나의 커넥터(500)로 연결할 수 있다. 따라서, 토크 센서의 출력과 앵글 센서의 출력을 서로 다르게 제작할 수도 있다. 일 예로, 커넥터는 토크 센서와 앵글 센서를 각각 따로 제작할 때는 4핀 커넥터를 사용할 수 있으며, 토크 앵글 센서를 제작할 때는 8핀 커넥터를 사용할 수 있다.

Claims (15)

  1. 제1축 및 제2축과 연결되는 토크 앵글 센서에 있어서,
    제1케이스;
    상기 제1케이스와 결합되는 제2케이스;
    상기 제2케이스와 결합되는 제3케이스;
    상기 제1케이스와 제2케이스 사이에 배치되고, 상기 제1축 및 제2축과 연결되는 토크 센서 모듈; 및
    상기 제2케이스와 제3케이스 사이에 배치되는 앵글 센서 모듈;을 포함하고,
    상기 제2케이스는 외주면에 형성되는 제1고정부를 포함하고, 상기 제1고정부는 길이방향 축을 기준으로 회전 대칭되는 토크 앵글 센서.
  2. 제1축 및 제2축과 연결되는 토크 앵글 센서에 있어서,
    제1케이스;
    상기 제1케이스와 결합되는 제2케이스;
    상기 제2케이스와 결합되는 제3케이스;
    상기 제1케이스와 제2케이스 사이에 배치되고, 상기 제1축 및 제2축과 연결되는 토크 센서 모듈; 및
    상기 제2케이스와 제3케이스 사이에 배치되는 앵글 센서 모듈;을 포함하고,
    상기 제2케이스는 외주면에 형성되어 상기 제1케이스에 결합되는 제1고정부, 및 상기 제3케이스에 결합되는 제2고정부를 포함하는 토크 앵글 센서.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 토크 센서 모듈은 상기 제1케이스와 제2케이스 사이에 배치되는 제1인쇄회로기판을 포함하고,
    상기 앵글 센서 모듈은 상기 제2케이스와 제3케이스 사이에 배치되는 제2인쇄회로기판을 포함하는 토크 앵글 센서.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1고정부는 나사홀을 포함하는 토크 앵글 센서.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 토크 센서 모듈은,
    상기 제1축과 연결되는 로터부;
    상기 제2축과 연결되고, 제1스테이터링과 제2스테이터링을 고정하는 홀더를 포함하는 스테이터부;
    상기 로터부와 상기 스테이터부 사이에서 발생된 자기장을 감지하는 토크 자기소자;
    상기 토크 자기소자와 전기적으로 연결된 제1인쇄회로기판; 및
    상기 토크 자기소자와 스테이터부 사이에 배치된 콜렉터부를 포함하는 토크 앵글 센서.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 콜렉터부는 상기 제1스테이터링 측에 배치되는 제1콜렉터, 및 상기 제2스테이터링 측에 배치되는 제2콜렉터를 포함하고,
    상기 제1콜렉터는 상기 제1케이스에 배치되고, 상기 제2콜렉터는 상기 제2케이스에 배치되는 토크 앵글 센서.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 앵글 센서 모듈은
    상기 제2축과 일체로 회전하는 메인 기어;
    상기 메인 기어에 기어 결합되는 적어도 하나 이상의 서브 기어;
    상기 서브 기어와 일체로 회전하는 앵글 마그넷;
    상기 앵글 마그넷의 회전을 감지하는 앵글 자기소자; 및
    상기 앵글 자기소자와 전기적으로 연결되는 제2인쇄회로기판을 포함하는 토크 앵글 센서.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2케이스는 상기 서브 기어가 회전 가능하게 배치되는 안착부를 포함하는 토크 앵글 센서.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 제1인쇄회로기판 및 제2인쇄회로기판과 전기적으로 연결되는 커넥터를 포함하고,
    상기 커넥터는,
    커넥터 하우징;
    상기 제1인쇄회로기판과 연결되는 제1와이어;
    상기 제2인쇄회로기판과 연결되는 제2와이어;
    상기 제1와이어와 연결된 제1인터페이스; 및
    상기 제2와이어와 연결된 제2인터페이스;를 포함하는 토크 앵글 센서.
  10. 제1축과 제2축에 연결되는 토크 센서에 있어서,
    제1케이스;
    상기 제1케이스와 결합하는 제2케이스;
    상기 제1축에 결합되고, 상기 제1케이스와 제2케이스 사이에 배치되는 스테이터부;
    상기 제2축에 결합되는 로터부;
    상기 스테이터부와 로터부 사이에서 발생한 자기장을 검출하는 토크 자기소자;
    상기 스테이터부와 상기 토크 자기소자 사이에 배치되는 콜렉터부; 및
    상기 토크 자기소자와 전기적으로 연결되는 제1인쇄회로기판;을 포함하고,
    상기 제2케이스는 외주면에 형성되어 상기 제1케이스와 결합되는 제1고정부를 포함하는 토크 센서.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1고정부는 길이방향 축에 대해 회전 대칭되는 토크 센서.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제2케이스는 외주면에 형성되는 제2고정부를 포함하는 토크 센서.
  13. 제1축 또는 제2축과 연결되는 앵글 센서에 있어서,
    제2케이스;
    상기 제2케이스와 결합되는 제3케이스;
    상기 제1축 및 제2축 중 어느 하나와 연동하여 회전하고, 상기 제2케이스와 제3케이스 사이에 배치되는 메인 기어;
    상기 메인 기어에 기어 결합되는 적어도 하나 이상의 서브 기어;
    상기 서브 기어와 일체로 회전하는 앵글 마그넷;
    상기 앵글 마그넷의 회전을 감지하는 앵글 자기소자; 및
    상기 앵글 자기소자와 전기적으로 연결되는 제2인쇄회로기판;을 포함하고,
    상기 제2케이스는 외주면에 돌출 형성되는 제1고정부를 포함하는 앵글 센서.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1고정부는 상기 제3케이스와 결합되고, 길이방향 축에 대해 회전 대칭되는 앵글 센서.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제2케이스는 외주면에 돌출 형성된 제2고정부를 포함하고, 상기 제2고정부는 상기 제3케이스와 결합되는 앵글 센서.
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