WO2016108492A1 - 토크센서모듈 및 이를 포함하는 조향각 센싱장치 - Google Patents

토크센서모듈 및 이를 포함하는 조향각 센싱장치 Download PDF

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rotor holder
yoke member
torque sensor
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우명철
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엘지이노텍 주식회사
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    • B60W2510/20—Steering systems
    • B60W2510/202—Steering torque

Definitions

  • Embodiments of the present invention are directed to the structure of a torque sensor and an angle sensor applied to a steering angle sensing device of a vehicle.
  • a steering device assisted by a separate power is used as a device to ensure the stability of steering of the vehicle.
  • an auxiliary steering device was used as a hydraulic device, but recently, an electric power steering system with low power loss and high accuracy is used.
  • the electric steering device drives the motor in an electronic control unit according to the driving conditions detected by the vehicle speed sensor, the torque angle sensor, the torque sensor, etc., thereby ensuring turning stability and providing fast resilience.
  • a magnet is arranged along the outer circumferential surface of the rotor and a stator having a protruding piece corresponding to the polarity of the magnet is disposed on the outer circumferential surface of the electric steering device.
  • Torque is detected and transmitted to the electronic controller.
  • the torque angle sensor (Torque Angle Sensor) is configured to detect the torque applied to the steering shaft, output an electrical signal proportional to the detected torque, and outputs an electrical signal proportional to the rotation angle of the steering shaft.
  • a yoke member is inserted between the magnets disposed on the outer circumferential surface of the rotor to efficiently enhance and control the magnetic force, and the magnet and the yoke member are combined by using an adhesive to form a single module.
  • an adhesive to form a single module.
  • Embodiments of the present invention have been devised to solve the above-mentioned problems, in particular, the yoke member and the magnet to be coupled to the rotor holder by binding to the upper by using a support coupling portion without using the adhesive due to the adhesive deterioration and desorption It is possible to provide a torque sensor module that can improve the performance of the torque sensor by eliminating the deviation of the magnet.
  • the embodiment of the present invention includes a rotor holder and a yoke member coupled along the outer circumferential surface of the rotor holder and a first magnet in contact with the outer circumferential surface of the yoke member. And, it extends from the upper surface of the rotor holder, to provide a torque sensor module including a support coupling portion in contact with the upper surface of the yoke member and the first magnet.
  • the rotor is coupled to the outer circumferential surface of the rotor and the rotor coupled to the yoke member and the first magnet, the output shaft and Steering sensing that includes a stator connected to the stator and a gear module coupled to a lower side of the stator, the main gear rotating with the stator, and a gear module including a plurality of sub gears interlocked with the main gear and including a second magnet and a third magnet. Allows you to implement the device.
  • the support coupling portion is formed by fusion bonding the portion extending from the rotor holder, and further formed to cover the upper portion of the boundary coupling portion of the yoke member and the magnet, the efficiency of the manufacturing process as well as the effect that can further improve the binding properties have.
  • FIG. 1 to 3 is a view for explaining the structure of the torque sensor module according to an embodiment of the present invention
  • Figure 1 is a conceptual diagram of the yoke member and the rotor holder
  • Figure 2 and Figure 3 is a rotor holder coupled to the yoke member
  • a conceptual diagram illustrating the combination of the magnet members is shown.
  • FIG. 4 and 5 illustrate an embodiment of the support coupling portion in the torque sensor module according to the embodiment of the present invention shown in FIG.
  • FIG. 6 is an exploded view of an embodiment of a steering angle sensing device to which the torque sensor module according to the embodiment of the present invention described above with reference to FIGS. 1 to 5 is applied.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating main parts of the gear module of FIG. 6.
  • FIG. 1 to 3 is a view for explaining the structure of the torque sensor module according to an embodiment of the present invention
  • Figure 1 is a conceptual diagram of the yoke member and the rotor holder
  • Figure 2 and Figure 3 is a rotor holder coupled to the yoke member
  • a conceptual diagram illustrating the combination of the magnet members is shown.
  • the torque sensor module includes a rotor holder 110 having a hollow inside and a yoke member 120 coupled along an outer circumferential surface of the rotor holder, and the yoke member 120. And a first magnet 130 in contact with and coupled to an outer circumferential surface, and in particular, extending from an upper surface of the rotor holder 110 and supporting the yoke member and the support coupling portion 140 in contact with an upper surface of the first magnet. It can be configured to include.
  • the rotor holder 110 has a structure in which the inside is hollow, the outer peripheral surface has a predetermined width and has a structure implemented in a cylindrical shape.
  • the rotor holder 110 has an outer circumferential surface of the body 111 and an upper support portion 112 that is bent outward from the upper end of the body 111, and a lower support portion 113 that protrudes outward from the lower end. It may be formed into a structure that is implemented.
  • the upper support portion 112 and the lower support portion 113 as shown in Figures 1 and 2 so that the yoke member 120 to be in close contact with the outer circumferential surface of the body 111 can be seated and supported, the upper and lower parts Stable support will be implemented to prevent deviations.
  • the hollow portion of the inside of the rotor holder 110 is later connected to the input shaft (see Fig. 6) to rotate together.
  • the width (diameter) of the upper support portion 112 and the lower support portion 113 may be implemented in a structure that is formed larger than the diameter of the body 111, this structure provides a seating area of the magnet more rotational movement There is an advantage that can be implemented in an efficient structure.
  • the yoke member 120 has a structure that can be in close contact with the outer peripheral surface of the body 111 of the rotor holder 110 is generally implemented in a ring shape, the manufacturing process may be implemented by an insert injection process.
  • the protrusions P1, P2, and P3 for forming a support coupling part on the upper surface of the outer circumference of the rotor holder 110 before implementing the structure of FIG. 3, which is the final coupling structure. ) Is implemented in a structure that is provided.
  • the protruding structures (P1, P2, P3) when manufacturing the rotor holder 110, it can be formed in advance in the injection process, or alternatively to implement a structure in which the protruding structure is attached using a separate member. Can be.
  • the rotor holder 110 and the protruding structure may be made of the same material.
  • the fusion characteristics are higher and then more stable coupling is possible.
  • the characteristics of the motor to rotate the rotation structure of the protrusion structure may be arranged to have the same distance with respect to the center of the rotor holder.
  • the spacing between the protrusion structures may be divided and disposed at an angle of 120 degrees about the rotor holder at the same interval. This is advantageous in that the area supported by the fusion is evenly distributed so that stable support can be realized.
  • the protruding structures P1, P2, and P3 have the yoke member 120 and the first magnet 130 coupled therewith, and as shown in FIG. 3 through a fusion process, strongly binding the yoke member and the first magnet from above. It will be implemented in the structure of the support coupling portion (141, 142).
  • FIG. 4 and 5 illustrate an embodiment of the support coupling portion in the torque sensor module according to the embodiment of the present invention shown in FIG.
  • the support coupling parts 141, 142, 143 are formed to extend from the outer peripheral surface of the upper portion of the rotor holder 110 to project outward and mutually It may be implemented in a structure including two or more unit support coupling portions (141, 142, 143) spaced apart.
  • the unit support coupling portion may be one, but it is more efficient to implement two or more to implement a stable structure.
  • the outer circumferential surface of the yoke member 120 and the inner circumferential surface of the first magnet 130 are contacted with each other without a mutual adhesive (hereinafter, referred to as a non-adhesive coupling structure). And, even in such a non-adhesive coupling structure it is possible to form a stable coupling force in the upper and lower direction due to the configuration of the above-mentioned support coupling portion.
  • the support coupling portion is formed to cover the upper portion of the boundary surface in direct contact with the outer circumferential surface of the yoke member and the inner circumferential surface of the first magnet can realize a more stable effect in terms of improving the bonding force.
  • the unit support coupling portion (141, 142, 143), may have a protrusion width (d3) less than the sum (d1 + d2) of the thickness of the yoke member 120 and the first magnet 130.
  • the length of the unit support coupling portion (141, 142, 143), the length (d3) extending from the outer circumferential surface of the rotor holder 110 is the interface between the yoke member 120 and the first magnet 130 It is desirable to be able to extend to the point beyond, so as to strengthen the bonding force.
  • FIG. 4 Another embodiment of such a support coupling portion may be implemented as the structure shown in FIG. That is, the structure of implementing a plurality of support coupling portions spaced apart from each other in FIG. 4 may be implemented in a ring-shaped structure protruding outward along the outer circumferential surface of the rotor holder 110. .
  • the length d3 extending from the outer circumferential surface of the rotor holder 110 may be extended to a point beyond the boundary between the yoke member 120 and the first magnet 130 so as to reinforce the coupling force. It can be implemented as described above.
  • Torque sensor module according to an embodiment of the present invention described above in the coupling of the yoke member and the magnet coupled to the rotor holder by using a support coupling portion without using an adhesive, the binder is separated from the top due to deterioration of the adhesive and desorption
  • the advantage of resolving the defect is implemented to implement a more reliable steering angle sensing device.
  • FIG. 6 is an exploded view of an embodiment of a steering angle sensing device to which the torque sensor module according to the embodiment of the present invention described above with reference to FIGS. 1 to 5 is applied.
  • the structure of the steering angle sensing device to which the torque sensor module according to the embodiment of the present invention is applied will be described with reference to FIG. 6.
  • the yoke member 120 and the first magnet are coupled to the outer circumferential surface of the rotor holder 110 connected to the input shaft 10 through a hollow.
  • the rotor 100 is provided.
  • the rotor 100 may be applied as it is, the structure described above in the torque sensor module described above with reference to FIGS.
  • stator 20 is spaced apart from the outer circumferential surface of the rotor 100, and coupled to the output shaft 11, the main gear 32 and coupled to the lower side of the stator 20, and rotates together with the stator It may be configured to include a gear module (30) including a plurality of sub-gear (34, 36) including the second magnet 40 and the third magnet 50 in conjunction with the main gear (32).
  • the rotor 100 and the stator 20 constitute a torque sensor module.
  • the first magnet 130 is disposed along the outer circumferential surface of the rotor 100, and the stator 20 having a protruding piece corresponding to the polarity of the magnet is disposed on the outer circumferential surface thereof so that the mutual rotation amount is different.
  • the magnetic force is detected, and the torque of the input shaft 10 and the output shaft 11 is detected and transmitted to the electronic controller.
  • the rotor 100 extends from the upper surface of the rotor holder, as described above with reference to FIGS. 1 to 5, and does not use an adhesive through a support coupling portion contacting the upper surface of the yoke member and the first magnet.
  • the input shaft 10 is coupled to an inner surface of the first magnet 130 having a ring shape included in the rotor 100 according to the embodiment of the present invention.
  • the input shaft 10 is connected to a steering wheel (not shown) of the vehicle and as the driver rotates the steering wheel by manipulating the steering wheel, the first magnet 130 is rotated in conjunction with the input shaft 10.
  • the first magnet 130 may be coupled to the outer circumferential surface of the input shaft 10 by the rotor holder 110.
  • the above-described yoke member may be further included.
  • the cover C of the upper side of the steering angle sensing device and the first case 80 and the second case 90 of the lower side may be implemented to accommodate a stator and an angle sensor module. .
  • the stator 20 is installed at the lower end facing the upper and upper ends of the stator holder 22, respectively.
  • the stator holder 22 may have a cylindrical shape, for example, and the stator 20 may have a ring shape, for example.
  • the coupling part 24 may protrude from the lower end of the stator 20.
  • the coupling part 24 may have a cylindrical shape, and the output shaft 11 may be coupled to the coupling part 24.
  • the output shaft 11 is connected to the front wheel of the vehicle in contact with the road, the output shaft 11 and the input shaft 10 is connected by a torsion bar (not shown).
  • the ECU electric control unit
  • the ECU calculates the steering torque by comparing the strength of the preset reference magnetic field with the strength of the magnetic field received from the magnetic field sensor 84, and based on the calculated steering torque, EPS calculates an auxiliary operation force necessary for the user to operate the steering wheel.
  • the first case 80 houses the stator 20.
  • the first case 80 has a structure in which an upper end thereof is opened to accommodate the stator 20, and a through hole 82 suitable for penetrating the coupling part 24 protruding from the stator 20 is formed at the lower end of the first case 80. do.
  • angle sensor module interworking with the torque sensor module will be described below with reference to FIG. 6.
  • the angle sensor module in general, as the driver rotates the steering wheel, the main gear 32 attached to the steering shaft rotates in association with each other, and a difference in rotation angle occurs. At this time, the angle sensor module is attached to the main gear 32.
  • the Hall IC recognizes the magnetic field and rotation direction of the magnets 40 and 50 attached to the sub-gear 34 and 36 to transfer a signal to the electronic controller.
  • the gear module 30 and the second magnet 40 and the third magnet 50 (see FIG. 7) of the steering angle sensing device enable sensing the steering angle of the steering wheel of the user.
  • the gear module 30 may include a main gear 32, a first sub gear 34, and a second sub gear 36.
  • the main gear 32 is fitted to the outer surface of the engaging portion 24 protruding from the stator 20, the teeth are formed on the outer peripheral surface of the main gear 32.
  • the main gear 32 is coupled to the coupling portion 24 and the coupling portion 24 is coupled to the output shaft 11, the main gear 32 is rotated in conjunction with the rotation of the output shaft 11. .
  • engaging grooves (not shown) or engaging grooves coupled to the engaging projections, respectively. (Not shown) can be formed.
  • the first sub gear 34 included in the gear module may have a disc shape, for example, and may have a structure in which teeth are formed on an outer circumferential surface of the first sub gear 34.
  • the first sub gear 34 is directly coupled to the teeth of the main gear 32, the first sub gear 34 and the main gear 32 are arranged in parallel to each other.
  • the main gear 32 and the first sub gear 34 have, for example, a first gear ratio.
  • the second sub gear 36 has a disc shape, for example, teeth are formed on an outer circumferential surface of the second sub gear 36, and the second sub gear 36 includes a first sub gear ( Similarly to 34, the gears are directly coupled to the teeth of the main gear 32, and the second sub gear 36 and the main gear 32 have, for example, a second gear ratio.
  • the first sub gear 34 and the second sub gear 36 are directly geared with the main gear 32, respectively.
  • the first and second sub gears 34 and 36 are directly geared to the main gear 32, the first sub gear 34 is directly geared to the main gear 32 and the first sub gear 34 is disposed.
  • a backlash can be greatly reduced as compared to when the second sub-gear 34 is directly toothed.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating main parts of the gear module of FIG. 6.
  • the second magnet 40 is disposed at the rotation center of the first sub gear 34, and the third magnet 50 is disposed at the rotation center of the second sub gear 36.
  • the second case 90 is coupled to the lower portion of the first case 80, the second case 90 has an upper end opening and a through hole 92 through which the output shaft 11 passes.
  • the first magnet sensor 60 is disposed on the upper surface of the printed circuit board 210 to be described later facing the second magnet 40 fixed to the rotation center of the first sub gear 34.
  • the first magnet sensor 60 measures the rotation angle of the second magnet 40 and transmits a signal generated to the ECU.
  • the second magnet sensor 70 faces the upper surface of the printed circuit board 210 to be described later facing the third magnet 50 fixed to the rotation center of the second sub gear 36. Is disposed on.
  • the second magnet sensor 70 transmits a signal generated by measuring the rotation angle of the third magnet 50 to the ECU. Thereafter, the ECU calculates signals output from the first magnet sensor 60 and the second magnet sensor 70, and as a result, the rotation angle of the steering wheel can be calculated.
  • the rotation angle of the steering wheel calculated from the ECU is disposed at the center of rotation of the first and second sub gears 34 and 36 geared to the main gear 32 of the gear module 30.
  • the rotation of the second and third magnets 40 and 50 is calculated by the first and second magnet sensors 60 and 70, respectively.
  • the main gear 32 and the first sub it is possible to reduce the backlash generated between the gear 34 and the second sub gear 34, and as the backlash is reduced, the actual rotation angle of the output shaft 11 and the first and second magnet sensors 60 and 70. It is possible to greatly reduce the deviation between the sensed rotation angle.
  • the steering angle sensing device 200 may further include a printed circuit board 210.
  • the printed circuit board 210 may have, for example, a donut shape having an opening, and the first sub gear 34 and the second sub gear 36 may rotate on both sides of the printed circuit board 210. Are combined.
  • the printed circuit board 210 may be disposed in parallel with, for example, the main gear 32, the first sub gear 34, and the second sub gear 36.
  • the gears 34 and 36 may be geared directly with the main gear 32.
  • First and second magnet sensors 60 and 70 are disposed on an upper surface of the printed circuit board 210 and a lower surface of the printed circuit board 210 that face the upper surface.
  • the first magnet sensor 60 disposed on the upper surface of the printed circuit board 210 senses the rotation angle of the second magnet 40 to transmit a sensing signal to the ECU
  • the ECU calculates a steering angle by calculating sensing signals transmitted from the first and second magnet sensors 60 and 70.
  • the first sub gear 34, the second magnet 40, the second sub gear 36, and the third magnet 50 are disposed on both sides of the printed circuit board 210, the second magnet ( Magnetic fields generated from the 40 and the third magnet 50 may cause mutual interference, and the first and second magnet sensors 60 and 70 may cause mutual interference.
  • the magnetic shielding film 95 may be disposed and / or formed on at least one of both surfaces of the printed circuit board 210 corresponding to the first and second sub gears 34 and 36. .
  • the magnetic shielding layer 95 may prevent interference of magnetic fields generated from the second and third magnets 40 and 50, respectively.

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Abstract

차량의 조향각 센싱장치용 토크센서 및 앵글센서의 구조가 개시된다. 본 발명의 실시예에서는 내부가 중공되는 로터홀더와 상기 로터홀더의 외주면을 따라 결합되는 요크부재 및 상기 요크부재의 외주면과 접촉하며 결합하는 제1마그네트를 포함하며, 상기 로터홀더의 상면에서 연장되며, 상기 요크부재 및 상기 제1마그네트의 상면에 접촉하는 지지결합부를 포함하는 토크센서모듈을 제공할 수 있도록 한다.

Description

토크센서모듈 및 이를 포함하는 조향각 센싱장치
본 발명의 실시예들은 차량의 조향각 센싱장치에 적용되는 토크센서 및 앵글센서의 구조에 대한 것이다.
일반적으로 자동차의 조향의 안정성을 보장하기 위한 장치로 별도의 동력으로 보조하는 조향장치가 사용된다. 기존에는 이와 같은 보조 조향장치를 유압을 이용한 장치로 사용하였으나, 최근에는 동력의 손실이 적고 정확성 이 우수한 전동식 조향장치(Electronic Power Streeing System)가 사용된다.
상기와 같은 전동식 조향장치(EPS)는 차속센서, 토크 앵글센서 및 토크센서 등에서 감지한 운행조건에 따라 전자제어장치(Electronic Control Unit)에서 모터를 구동하여 선회 안정성을 보장하고 신속한 복원력을 제공함으로써 운전자로 하여금 안전한 주행이 가능하도록 한다. 이러한 전동식 조향장치에서 토크센서의 경우 로터의 외주면을 따라 마그네트가 배치되고 그 외주면에 마그네트의 극성에 대응하는 돌출 편을 가진 스테이터가 배치됨으로써 상호 회전량의 차이에 따라 자기량을 검출하여 입력축과 출력축의 토크를 검출하여 전자 제어장치로 전송하게 된다. 아울러, 토크앵글센서(Torque Angle Sensor)는 조향축에 가해지는 토크를 감지하고 감지된 토크에 비례하는 전기신호를 출력하고, 조향축의 회전각에 비례하는 전기신호를 출력하는 구성이다.
이러한 구성에서 로터의 외주면에 배치되는 마그네트 사이에는 자력을 효율적으로 증강 및 제어하기 위한 요크부재가 삽입되며, 마그네트와 요크부재는 접착제를 이용하여 결합하게 되어, 하나의 모듈로 구성되게 된다. 그러나 이러한 접착제의 사용으로 인한 결합구조는 접착불량으로 인해 마그네트의 이탈을 가져오게 하는 문제를 발생하고 있다.
본 발명의 실시예들은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 특히 로터홀더에 결합하는 요크부재와 마그네트의 결합을 접착제를 사용하지 않고 지지결합부를 사용하여 상부에서 결착하여 접착제 변질과 탈루로 인한 마그네트의 이탈불량을 해소하여 토크센서의 성능을 향상시킬 수 있는 토크센서모듈을 제공할 수 있도록 한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 실시예에서는 내부가 중공되는 로터홀더와 상기 로터홀더의 외주면을 따라 결합되는 요크부재 및 상기 요크부재의 외주면과 접촉하며 결합하는 제1마그네트를 포함하며, 상기 로터홀더의 상면에서 연장되며, 상기 요크부재 및 상기 제1마그네트의 상면에 접촉하는 지지결합부를 포함하는 토크센서모듈을 제공할 수 있도록 한다.
나아가, 본 발명의 다른 실시예에서는 상술한 토크센서모듈을 적용하여 중공을 통해 입력축과 연결되며, 외주면에 요크부재와 제1마그네트가 결합하는 로터와 상기 로터의 외주면에 이격되어 배치되며, 출력축과 연결되는 스테이터, 그리고 상기 스테이터 하측에 결합하며, 상기 스테이터와 함께 회동하는 메인기어 및 상기 메인기어와 연동하며 제2마그네트 및 제3마그네트를 포함하는 복수 개의 서브기어를 포함하는 기어모듈를 포함하는 조향 센싱장치를 구현할 수 있도록 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 로터홀더에 결합하는 요크부재와 마그네트의 결합을 접착제를 사용하지 않고 지지결합부를 사용하여 상부에서 결착하여 접착제 변질과 탈루로 인한 마그네트의 이탈불량을 해소하여 토크센서의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
아울러, 지지결합부를 로터홀더에서 연장되는 부분을 융착하여 형성하고, 나아가 요크부재와 마그네트의 경계 결합부 상부를 덮는 구조로 형성하는 경우 제조공정의 효율성은 물론 결착성을 더욱 향상할 수 있는 효과도 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 토크센서모듈의 구조를 설명하기 위한 도면으로, 도 1은 요크부재와 로터홀더의 분리개념도, 도 2 및 도 3은 요크부재가 결합한 로터홀더에 마그네트 부재를 결합하는 개념도를 도시한 것이다.
도 4 및 도 5는 도 3에서 도시한 본 발명의 실시예에 따른 토크센서모듈에서 지지결합부의 형성 실시예를 도시한 것이다.
도 6은, 도 1 내지 도 5에서 상술한 본 발명의 실시예에 따른 토크센서모듈을 적용한 조향각 센싱장치의 일 구현예의 분리도면을 도시한 것이다.
도 7은 도 6의 기어모듈의 부분을 도시한 요부 단면도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성요소는 동일한 참조부여를 부여하고, 이에 대한 중복설명은 생략하기로 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 토크센서모듈의 구조를 설명하기 위한 도면으로, 도 1은 요크부재와 로터홀더의 분리개념도, 도 2 및 도 3은 요크부재가 결합한 로터홀더에 마그네트 부재를 결합하는 개념도를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 토크센서모듈은 내부가 중공되는 로터홀더(110)와 상기 로터홀더의 외주면을 따라 결합되는 요크부재(120), 그리고 상기 요크부재(120)의 외주면과 접촉하며 결합하는 제1마그네트(130)를 포함하며, 특히, 상기 로터홀더(110)의 상면에서 연장되며, 상기 요크부재 및 상기 제1마그네트의 상면에 접촉하는 지지결합부(140)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 로터홀더(110)는 도시된 것과 같이, 내부가 중공되는 구조를 가지며, 외주면이 일정한 폭을 가지고 원통형상으로 구현되는 구조를 가진다. 이 경우 상기 로터홀더(110)는 외주면인 몸체(111)와 상기 몸체(111)의 상단부에서 외부 방향으로 절곡되는 상부지지부(112) 및, 하단부에서 외부 방향으로 돌출되어 절곡되는 하부지지부(113)가 구현되는 구조로 형성될 수 있다. 상기 상부 지지부(112)와 하부 지지부(113)는 도 1 및 도 2에서 도시된 것과 같이 상기 몸체(111)의 외주면에 밀착하여 결합하는 요크부재(120)이 안착하여 지지할 수 있도록 하며, 상하부의 이탈을 방지할 수 있도록 안정적인 지지력을 구현하게 된다. 아울러, 상기 로터홀더(110)의 내부의 중공부는 추후 입력축(도 6참조)에 연결되어 함께 회전하게 된다. 이 경우, 상부 지지부(112)과 하부 지지부(113)의 폭(직경)이 몸체(111)의 직경보다 크게 형성되는 구조로 구현될 수 있으며, 이러한 구조는 마그넷의 안착영역을 마련하여 보다 회전운동에 효율적인 구조로 구현될 수 있도록 하는 장점이 있다.
상기 요크부재(120)는 상기 로터홀더(110)의 몸체(111)의 외주면에 밀착할 수 있는 구조로 링형상으로 구현됨이 일반적이며, 제조공정은 인서트 사출 공정에 의해 구현될 수 있다.
또한, 도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이, 최종 결합구조인 도 3의 구조를 구현하기 이전의 로터홀더(110)의 외주부 상부면에는 지지결합부를 형성하기 위한 돌출구조물(P1, P2, P3)이 마련되는 구조로 구현된다. 상기 돌출구조물(P1, P2, P3)의 경우, 상기 로터홀더(110)를 제조할 때, 사출공정에서 미리 형성할 수 있으며, 또는 이와는 달리 별도의 부재를 이용하여 돌출구조물이 부착되는 구조로 구현할 수 있다. 사출공정에서 미리 형성하는 경우에는 상기 로터홀더(110)와 상기 돌출구조물이 동일재질로 구현될 수 있다. 이러한 경우, 이후 융착 특성이 높아져 보다 안정적인 결합이 가능하게 되는 장점이 있다. 아울러, 회전운동을 하는 모터의 특성을 고려하여 상기 돌출구조물의 배치 구조는 로터홀더의 중심을 기준으로 동일한 간격을 가지도록 배치할 수 있다. 이를테면, 도 1에 도시된 것과 같이, 각 돌출구조물 간의 간격은 동일한 간격으로 로터홀더를 중심으로 120도의 각도로 분할배치할 수 있다. 이는 융착부가 지지하는 영역이 고르게 분배되어 안정적인 지지력이 구현될 수 있도록 하는 장점이 구현되는다.
상기 돌출구조물(P1, P2, P3)은 요크부재(120)와 제1마그네트(130)가 결합한 이후, 융착 공정을 통해 도 3에 도시된 것과 같이, 요크부재와 제1마그네트를 상부에서 강하게 결착할 수 있는 지지결합부(141, 142)의 구조로 구현되게 된다.
도 4 및 도 5는 도 3에서 도시한 본 발명의 실시예에 따른 토크센서모듈에서 지지결합부의 형성 실시예를 도시한 것이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 토크센서모듈에서 지지결합부(141, 142, 143)는 로터홀더(110)의 상부의 외주면에서 연장형성되어 외부방향으로 돌출되며 상호 이격되는 2 개 이상의 단위 지지결합부(141, 142, 143)를 포함하는 구조로 구현될 수 있다. 물론, 단위 지지결합부는 1개일 수도 있으나, 안정적인 구조를 구현하기 위해서는 2개 이상으로 구현되는 것이 더욱 효율적이다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 요크부재(120)의 외주면과 제1마그네트(130)의 내주면이 상호 접착제를 사용하지 않고 결착하는 구조(이하, '비점착결합구조'라한다.)로 접촉하게 되며, 이러한 비점착결합구조임에도 상술한 지지결합부의 구성으로 인해 상하부 방향에 안정적인 결합력을 형성할 수 있게 된다.
아울러, 상기 지지결합부는 상기 요크부재의 외주면과 상기 제1마그네트의 내주면이 직접 접촉하는 경계면의 상부를 덮을 수 있도록 형성되는 것이 결합력을 향상할 수 있게 하는 점에서 더욱 안정적인 효과를 구현할 수 있게 된다. 이를 위해, 상기 단위 지지결합부(141, 142, 143)는, 상기 요크부재(120) 및 상기 제1 마그네트(130)의 두께의 합(d1+d2) 이하의 돌출 폭(d3)을 가질 수 있도록 한다. 즉, 상기 단위 지지결합부(141, 142, 143)의 길이는, 상기 로터홀더(110)의 외주면에서 연장되는 길이(d3)가 상기 요크부재(120)과 제1마그네트(130)의 경계면을 넘어서는 지점까지 연장될 수 있도록 하여 결합력을 강화할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
이러한 지지결합부의 다른 구현예는 도 5에 도시된 구조와 같이 구현될 수 있다. 즉, 도 4에서 서로 이격되는 다수의 지지결합부를 구현하는 구조가 아니라, 지지결합부(140) 자체를 상기 로터홀더(110)의 외주면을 따라서 외부방향으로 돌출되는 링형상의 구조로 구현할 수도 있다. 물론, 이 경우에도 상기 로터홀더(110)의 외주면에서 연장되는 길이(d3)가 상기 요크부재(120)과 제1마그네트(130)의 경계면을 넘어서는 지점까지 연장될 수 있도록 하여 결합력을 강화할 수 있도록 구현할 수 있음은 상술한 바와 같다.
이상에서 상술한 본 발명의 실시예에 따른 토크센서모듈은 로터홀더에 결합하는 요크부재와 마그네트의 결합을 접착제를 사용하지 않고 지지결합부를 사용하여 상부에서 결착하여 접착제 변질과 탈루로 인한 마그네트의 이탈불량을 해소할 수 있는 장점이 구현되어 더욱 신뢰성 있는 조향각 센싱장치를 구현할 수 있게 된다.
도 6은, 도 1 내지 도 5에서 상술한 본 발명의 실시예에 따른 토크센서모듈을 적용한 조향각 센싱장치의 일 구현예의 분리도면을 도시한 것이다. 이하에서는 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 토크센서모듈을 적용한 조향각 센싱장치의 구조를 설명하기로 한다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 조향각 센싱장치(200)는, 중공을 통해 입력축(10)과 연결되는 로터홀더(110)의 외주면에 요크부재(120)와 제1마그네트가 결합하는 로터(100)가 구비된다. 상기 로터(100)는 상술한 도 1 내지 도 5에서 상술한 토크센서모듈에서 상술한 구조가 그대로 적용될 수 있음은 물론이다.
아울러, 상기 로터(100)의 외주면에 이격되어 배치되며, 출력축(11)과 연결되는 스테이터(20)와, 상기 스테이터(20) 하측에 결합하며, 상기 스테이터와 함께 회동하는 메인기어(32) 및 상기 메인기어(32)와 연동하며 제2마그네트(40) 및 제3마그네트(50)를 포함하는 복수 개의 서브기어(34, 36)를 포함하는 기어모듈(30)를 포함하여 구성될 수 있다.
이 경우, 상기 로터(100)와 스테이터(20)는 토크센서모듈을 구성하게 된다.
구체적으로, 토크센서모듈의 경우 로터(100)의 외주면을 따라 제1마그네트(130)가 배치되고 그 외주면에 마그네트의 극성에 대응하는 돌출편을 가진 스테이터(20)가 배치됨으로써 상호 회전량의 차이에 따라 자기량을 검출하여 입력축(10)과 출력축(11)의 토크를 검출하여 전자 제어장치로 전송하게 하는 기능을 수행한다. 이 경우 특히 상기 로터(100)는 도 1 내지 도 5에서 상술한 것과 같이, 상기 로터홀더의 상면에서 연장되며, 상기 요크부재 및 상기 제1마그네트의 상면에 접촉하는 지지결합부를 통해 접착제를 사용하지 않는 결착구조를 구현할 수 있도록 하여 안정적인 기능을 수행하는 조향 센싱장치를 제공할 수 있게 함은 상술한 바와 같다.
또한, 도 6의 구조와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 로터(100)에 포함되는 링 형상을 갖는 제1 마그네트(130)의 내측면에는 입력축(10)이 결합 된다. 입력축(10)은, 차량의 스티어링 휠(미도시)과 연결되고 운전자가 스티어링 휠을 조작하여 스티어링 휠을 회전시킴에 따라 제1 마그네트(130)는 입력축(10)과 연동하여 회전된다. 제1 마그네트(130)는 로터홀더(110)에 의하여 입력축(10)의 외주면에 결합 될 수 있다. 이 경우 상술한 요크부재가 더 포함될 수 있다. 또한, 조향각 센싱장치의 상부 쪽의 커버(C)와 하부 쪽의 제1 케이스(80) 및 제2 케이스(90)를 구비하여 스테이터 및 앵글센서모듈 등을 수용할 수 있는 구조로 구현될 수 있다.
상기 스테이터(20)는 스테이터 홀더(22)의 상단 및 상단과 대향 하는 하단에 각각 설치된다. 스테이터 홀더(22)는, 예를 들어, 원통 형상을 가질 수 있고 스테이터(20)는, 예를 들어, 링 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 스테이터(20)의 하단부로부터는 결합부(24)가 돌출될 수 있다. 상기 결합부(24)는, 예를 들어, 원통 형상을 갖고 결합부(24)에는 출력축(11)이 결합될 수 있다. 이 경우 상기 출력축(11)은 도로와 접촉되는 차량의 전륜과 연결되며, 상기 출력축(11) 및 입력축(10)은 토션바(미도시)에 의하여 연결된다. 이를 통해, 운전자가 스티어링 휠을 회전시킬 경우, 도로와 전륜과의 마찰저항에 의하여 출력축(11) 및 입력축(10)을 연결하는 토션바에는 비틀림 토크가 발생 된다. 토션바에 비틀림 토크가 발생될 경우, 입력축(10)에 연결된 제1 마그네트(130) 및 출력축(11)에 연결된 스테이터(20)의 회전 각도는 비틀림 토크에 의하여 서로 다르게 되고, 이로 인해 스테이터(20) 및 제1 마그네트(130)는 상대 운동을 하게 된다.
이 경우, 스테이터(20) 및 제1 마그네트(130)의 회전 각도가 서로 다를 경우, 제1 마그네트(130) 및 스테이터(20)의 회전각의 차이에 따라 제1 마그네트(130)와 스테이터(20) 사이에서 자기장이 발생 된다. 제1 마그네트(130) 및 스테이터(20) 사이에서 발생 된 자기장은 자기장 센서(84)에 의하여 감지되고, 자기장 센서(84)로부터 감지된 자기장의 세기는 차량의 ECU(Electric Control Unit)로 전송되게 된다. 이 경우 ECU는 기 설정된 기준 자기장의 세기와 자기장 센서(84)로부터 수신된 자기장의 세기를 비교하여 조향 토크를 산출하고, 산출된 조향 토크에 근거하여 사용자가 스티어링 휠을 조작하는데 필요한 보조 조작력을 EPS(Electric Power Steering) 모터 등으로부터 발생시킬 수 있게 된다. 도 6에 도시된 구조에서, 제1 케이스(80)는 스테이터(20)를 수납한다. 제1 케이스(80)는 스테이터(20)를 수납하기 위해 상단이 개구되고, 하단에는 스테이터(20)로부터 돌출된 결합부(24)가 관통하기에 적합한 관통홀(82)이 형성되는 구조를 구비한다.
상기 토크센서모듈과 연동하는 앵글센서모듈을 이하에서 도 6을 참조하여 설명하기로 한다. 앵글센서모듈의 경우, 일반적으로 운전자가 조향휠을 회전함에 따라 조향축에 부착된 메인기어(32)가 연동하여 회전하면서 회전각도의 차이가 발생하게 되고, 이 때 메인기어(32)에 부착된 서브기어(34, 36)들에 부착된 마그네트(40, 50)의 자기장과 회전방향을 홀 아이씨(Hall IC)가 인식하여 신호를 전자제어장치로 이송하게 되는 것이다.
구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 조향각 센싱장치의 기어 모듈(30) 및 제2마그네트(40) 및 제3 마그네트(50;도 7참조)들은 사용자의 스티어링 휠의 조향각을 센싱할 수 있도록 한다. 따라서 상기 기어 모듈(30)은 메인 기어(32), 제1 서브 기어(34) 및 제2 서브 기어(36)를 포함하여 구성될 수 있다.
이 경우, 상기 메인 기어(32)는 상기 스테이터(20)로부터 돌출된 결합부(24)의 외측면에 끼워지고, 상기 메인 기어(32)의 외주면에는 치열이 형성되어 있다.
상기 메인 기어(32)가 상기 결합부(24)에 결합 되고, 상기 결합부(24)는 상기 출력축(11)과 결합 되기 때문에 메인 기어(32)는 출력축(11)의 회전에 연동하여 회전된다.
아울러, 상기 메인 기어(32)가 결합부(24)의 외측면으로부터 슬립되는 것을 방지하기 위하여 메인 기어(32) 및 결합부(24)에는 각각 걸림돌기(미도시) 또는 걸림 돌기와 결합되는 걸림홈(미도시)을 형성할 수 있다.
상기 기어모듈에 포함되는 상기 제1 서브 기어(34)는, 예를 들어, 원판 형상을 갖고, 제1 서브 기어(34)의 외주면에는 치열이 형성되는 구조로 형성될 수 있다. 이 경우 상기 제1 서브 기어(34)는 상기 메인 기어(32)의 치열과 직접 치차 결합 되고, 제1 서브 기어(34) 및 메인 기어(32)는 상호 평행하게 배치된다. 상기 메인 기어(32) 및 제1 서브 기어(34)는, 예를 들어, 제1 기어비를 갖는다. 또한, 상기 제2 서브 기어(36)는, 예를 들어, 원판 형상을 갖고, 제2 서브 기어(36)의 외주면에는 치열이 형성되며, 상기 제2 서브 기어(36)는 제1 서브 기어(34)와 마찬가지로 메인 기어(32)의 치열과 직접 치차 결합 되며, 제2 서브 기어(36) 및 메인 기어(32)는, 예를 들어, 제2 기어비를 갖는다.
즉, 기어모듈의 구조에서 상기 제1 서브 기어(34) 및 제2 서브 기어(36)는 각각 상기 메인 기어(32)와 직접 치차 결합 된다. 상기 제1 및 제2 서브 기어(34,36)들을 메인 기어(32)에 직접 치차 결합할 경우, 메인 기어(32)에 제1 서브기어(34)를 직접 치차 결합 및 제1 서브 기어(34)에 제2 서브 기어(34)를 직접 치차 결합할 때에 비하여 백래쉬(backlash)를 크게 감소시킬 수 있다.
도 7은 도 6의 기어모듈의 부분을 도시한 요부 단면도이다.
도 7 및 도 6을 참조하면, 제2 마그네트(40)는 제1 서브 기어(34)의 회전 중심에 배치되고, 제3 마그네트(50)는 제2 서브 기어(36)의 회전 중심에 배치된다. 제2 케이스(90)는 제1 케이스(80)의 하부에 결합 되며, 제2 케이스(90)는 상단이 개구 되고 하단에는 출력축(11)이 통과하는 관통홀(92)이 형성된다.
제1 마그네트 센서(60)는 상기 제1 서브 기어(34)의 회전 중심에 고정된 상기 제2 마그네트(40)와 마주하게 후술 될 인쇄회로기판(210)의 상면 상에 배치된다. 상기 제1 마그네트 센서(60)는 상기 제2 마그네트(40)의 회전 각도를 측정하여 발생된 신호를 ECU로 전송한다. 아울러, 상기 제2 마그네트 센서(70)는 상기 제2 서브 기어(36)의 회전 중심에 고정된 상기 제3 마그네트(50)와 마주하게 후술 될 인쇄회로기판(210)의 상기 상면과 대향하는 하면 상에 배치된다.
상술한 상기 제2 마그네트 센서(70)는 상기 제3 마그네트(50)의 회전각도를 측정하여 발생된 신호를 ECU로 전송한다. 이 후, 상기 ECU는 상기 제1 마그네트 센서(60) 및 제2 마그네트 센서(70)로부터 각각 출력된 신호를 연산하고 이 결과 조향륜의 회전각도가 산출할 수 있게 된다.
본 발명의 일실시예에서, ECU로부터 산출된 조향륜의 회전각도는 기어 모듈(30)의 메인 기어(32)와 치차 결합된 제1 및 제2 서브 기어(34,36)들의 회전 중심에 배치된 제2 및 제3 마그네트(40,50)들의 회전을 제1 및 제2 마그네트 센서(60,70)가 각각 센싱함으로써 산출된다.
아울러, 본 발명의 일실시예와 같이 기어 모듈(30)의 메인 기어(32)에 제1 및 제2 서브 기어(34,36)들을 직접 치차 결합할 경우, 메인 기어(32), 제1 서브 기어(34) 및 제2 서브 기어(34) 사이에서 발생되는 백래쉬를 감소시킬 수 있고, 백래쉬를 감소시킴에 따라 출력축(11)의 실제 회전 각도 및 제1 및 제2 마그네트 센서(60,70)에 의하여 센싱된 회전각도 사이의 편차를 크게 감소 시킬 수 있다.
아울러, 본 발명의 실싱예에 따른 조향각 센싱 장치(200)는 인쇄회로기판(210)을 더 포함할 수 있다. 상기 인쇄회로기판(210)은, 예를 들어, 개구를 갖는 도우넛 형상을 갖고, 상기 인쇄회로기판(210)의 양쪽 면에는 제1 서브기어(34) 및 제2 서브 기어(36)가 회전 가능하게 결합 된다. 또한, 상기 인쇄회로기판(210)은, 예를 들어, 메인 기어(32), 제1 서브 기어(34) 및 제2 서브 기어(36)와 평행하게 배치될 수 있고, 제1 및 제2 서브 기어(34,36)들은 메인 기어(32)와 직접 치차 결합 될 수 있다. 상기 인쇄회로기판(210)의 상면 및 상기 상면과 대향 하는 하면에는 제1 및 제2 마그네트 센서(60,70)들이 각각 배치된다.
이 경우 상기 인쇄회로기판(210)의 상면에 배치된 상기 제1 마그네트 센서(60)는 상기 제2 마그네트(40)의 회전각을 센싱하여 센싱 신호를 ECU로 전송하고, 상기 제2 마그네트 센서(70)는 상기 제3 마그네트(50)의 회전각을 센싱하여 센싱 신호를 ECU로 전송한다.
상기 ECU는 상기 제1 및 제2 마그네트 센서(60,70)들로부터 전송된 센싱 신호들을 연산하여 조향각을 산출한다. 한편, 상기 인쇄회로기판(210)의 양쪽에 제1 서브 기어(34)와 제2 마그네트(40) 및 제2 서브 기어(36)와 제3 마그네트(50)가 배치될 경우, 제2 마그네트(40) 및 제3 마그네트(50)로부터 각각 발생된 자기장들이 상호 간섭을 일으켜 제1 및 제2 마그네트 센서(60,70)들이 상호 간섭을 일으킬 수 있다. 이를 방지하기 위해서 제1 및 제2 서브 기어(34,36)들과 대응하는 인쇄회로기판(210)의 양쪽면들 중 적어도 하나의 면에 자기 차폐막(95)을 배치 및/또는 형성할 수 있다. 자기 차폐막(95)에 의하여 제2 및 제3 마그네트(40,50)들로부터 각각 발생 된 자기장의 간섭을 방지할 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 기술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (15)

  1. 내부가 중공되는 로터홀더;
    상기 로터홀더의 외주면에 결합되는 요크부재; 및
    상기 요크부재의 외주면과 접촉하며 결합하는 제1마그네트;를 포함하며,
    상기 로터홀더의 상면에서 연장되며, 상기 요크부재 및 상기 제1마그네트의 상면에 접촉하는 지지결합부;를 포함하는 토크센서모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 지지결합부는,
    상기 로터홀더의 상부의 외주면을 따라 외부방향으로 돌출되며 상호 이격되는 2 개 이상의 단위 지지결합부를 포함하는 토크센서모듈.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 지지결합부는,
    상기 로터홀더의 상부의 외주면을 따라 외부방향으로 돌출되는 링형상으로 마련되는 토크센서모듈.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 지지결합부는,
    상기 요크부재 및 상기 제1마그네트의 두께의 합 이하의 돌출 폭을 가지는 토크센서모듈.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 요크부재의 외주면과 상기 제1마그네트의 내주면이 직접 접촉하는 비점착결합구조인 토크센서모듈.
  6. 청구항 5항에 있어서,
    상기 로터홀더는,
    상기 로터홀더 몸체의 상단에서 외부로 연장되어 돌출되는 상부지지부와,
    상기 로터홀더 몸체의 하단에서 외부로 연장되어 돌출되는 하부 지지부가 마련되는 토크센서모듈.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 몸체의 직경이 상기 상부지지부 또는 상기 하부지지부의 직경보다 작은 토크센서모듈.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 요크부재의 외주면과 상기 제1마그네트의 내주면이 직접 접촉하는 비점착결합구조를 갖는 토크센서모듈.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 지지결합부와 상기 로터홀더가 동일재질인 토크센서모듈.
  10. 청구항 2에 있어서,
    상기 지지결합부와 상기 로터홀더의 중심을 기준으로 동일 간격으로 배치되는 토크센서모듈.
  11. 중공을 통해 입력축과 연결되는 로터홀더의 외주면에 요크부재와 제1마그네트가 결합하는 로터;
    상기 로터의 외주면에 이격되어 배치되며, 출력축과 연결되는 스테이터;
    상기 스테이터 하측에 결합하며, 상기 스테이터와 함께 회동하는 메인기어 및 상기 메인기어와 연동하며 제2마그네트 및 제3마그네트를 포함하는 복수 개의 서브기어를 포함하는 기어모듈;를 포함하며,
    상기 로터홀더의 상면에서 연장되며, 상기 요크부재 및 상기 제1마그네트의 상면에 접촉하는 지지결합부;
    를 더 포함하는 조향각 센싱장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 요크부재의 외주면과 상기 제1마그네트의 내주면이 직접 접촉하는 비점착결합구조인 조향각 센싱장치.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 지지결합부는,
    상기 로터홀더의 외주면에서 연장되며, 상기 요크부재와 상기 제1마그네트의 접촉 결합부분의 경계선 이상의 길이로 연장되는 조향각 센싱장치.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 복수 개의 서브기어는,
    상기 메인기어의 치열에 각각 치차결합하는 제1서브기어 및 제2서브기어를 포함하며,
    상기 제1서브기어 및 상기 제2서브기어의 회전의 중심에 상기 제2마그네트 및 상기 제3마그네트가 각각 배치되는 조향각 센싱장치.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 조향각센싱장치는,
    상기 제2마그네트와 대향하는 인쇄회로기판 상에 배치되는 제1마그네트 센서를 더 포함하는 조향각 센싱장치.
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