WO2021162248A1 - 조향 각도 감지 장치 - Google Patents

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WO2021162248A1
WO2021162248A1 PCT/KR2021/000408 KR2021000408W WO2021162248A1 WO 2021162248 A1 WO2021162248 A1 WO 2021162248A1 KR 2021000408 W KR2021000408 W KR 2021000408W WO 2021162248 A1 WO2021162248 A1 WO 2021162248A1
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sensing device
steering angle
angle sensing
pinion shaft
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PCT/KR2021/000408
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김진환
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주식회사 만도
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Definitions

  • the present invention relates to a steering angle sensing device, and more particularly, to a steering angle sensing device for detecting a rotation angle of a steering wheel of a vehicle.
  • a steering device that is essentially applied to a vehicle is a device that converts a route and a traveling direction of the vehicle according to a driver's request.
  • a power-assisted steering device is used in a vehicle as a means for reducing the steering force of the steering wheel (handle) to ensure the stability of the steering state.
  • a hydraulic steering system using hydraulic pressure HPS: Hydraulic Power Steering System
  • R-EPS rack assist type Electric Power Steering
  • Such an electric steering device may include a device for measuring a steering angle. That is, it is to measure the steering angle of the vehicle to assist the steering force.
  • a device for measuring a steering angle is disclosed in Korean Patent Publication No. 10-2018-0073970. Referring to the disclosed literature, it includes a main gear installed on a pinion shaft connected to a rack bar, two sub gears, and two sensors. Magnets are installed in each of the two sub-gears, and the sensor measures the magnetic field change during rotation while meshing with the main gear to calculate the rotation angle of the steering wheel.
  • the steering angle sensing device can reduce manufacturing cost through a simple structure and easily detect a steering angle.
  • the pinion shaft is coupled to the rack housing to which the rack bar is installed, the pinion gear meshing with the rack gear is formed; a magnet disposed at one end of the pinion shaft and provided to rotate together with the pinion shaft; a printed circuit board (PCB) spaced apart from the magnet and having a magnetic sensor for detecting a rotation angle of a steering wheel connected to the pinion shaft; and a connector connected to the printed circuit board to transmit the sensed value measured by the magnetic sensor to the controller.
  • PCB printed circuit board
  • the magnet and the magnetic sensor may be disposed coaxially with the central axis of the pinion shaft.
  • a magnet holder provided in a cylindrical shape with one side open to receive and fix the magnet and coupled to the pinion shaft may be further provided.
  • the magnet holder may include a locking jaw protruding from an inner circumferential surface, and at least one locking jaw may be provided along the inner circumferential surface of the magnet holder.
  • the locking jaw is formed to have a predetermined length from the inner bottom of the magnet holder, the length of the locking jaw may be provided to have a length longer than the thickness of the magnet.
  • the pinion shaft has a coupling portion having a smaller diameter than the diameter of the body in which the pinion gear is formed at one end, and the coupling portion is press-fitted through an open portion of the magnet holder and supported by the locking jaw, the coupling portion
  • the end and the magnet may be provided to be spaced apart from each other by a predetermined interval.
  • a plane having a shape corresponding to the locking protrusion may be formed on the outer circumferential surface of the magnet to be press-fitted to the magnet holder.
  • the magnet may be fixed to the magnet holder by an adhesive.
  • the magnet may be provided integrally with the magnet holder by insert injection.
  • a lower side of the rack housing is opened coaxially with the pinion shaft to provide a sensor accommodating part, and may further include a plug coupled to close the opening of the sensor accommodating part.
  • the connector may be coupled such that a portion of the connector is exposed so as to be connected to the control unit through the plug.
  • a sealing portion may be provided to block the inflow of foreign substances between the connector and the plug exposed from the connector and the plug.
  • the steering angle sensing device is configured to detect the steering angle through a simple structure by eliminating the conventional main gear, two sub gears, magnets and sensors, thereby reducing manufacturing costs.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing an electric steering device provided with a steering angle sensing device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating a steering angle sensing device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a partially coupled perspective view of FIG. 2 .
  • FIG. 4 is a partially cut-away perspective view illustrating a magnet holder of a steering angle sensing device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a state in which a magnet holder and a pinion shaft of a steering angle sensing device according to an embodiment of the present invention are coupled.
  • FIG. 6 is a perspective view illustrating a state in which the steering angle sensing device according to an embodiment of the present invention is coupled to the rack housing.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a state in which the steering angle sensing device according to an embodiment of the present invention is coupled to the rack housing.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a steering angle sensing device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing an electric steering device provided with a steering angle sensing device according to an embodiment of the present invention.
  • the electric steering device 1 includes a steering wheel (handle: not shown) disposed on the driver's seat, a steering shaft 11 connected to the steering wheel, and the steering shaft 11 can be fixed to the vehicle body.
  • Steering column 12 to make it possible, an intermediate shaft 13 connected to the steering column 12 to rotate together with the steering wheel and provided with a pair of universal joints, a pinion shaft 110 connected to the intermediate shaft 13, and and an auxiliary power mechanism 30 for supplying steering assistance power.
  • the pinion shaft 110 is connected to the rack bar (refer to '21' in FIG. 5) accommodated in the rack housing 20, and both ends of the rack bar 21 are connected to the vehicle through the tie rod 23 and the knuckle 24. connected to the wheel That is, the wheel is rotated as the rack bar 21 moves left and right by the rotation of the pinion shaft 110 to enable steering of the vehicle.
  • the auxiliary power mechanism 30 senses a steering torque applied by the driver to the steering wheel, and generates a control signal based on an electric signal transmitted from the sensed steering torque. It includes a motor 31 for generating steering assistance power based on the transmitted control signal, and a gear unit for transmitting auxiliary power generated from the motor 31 to the rack bar 21 via a belt.
  • the auxiliary power mechanism 30 is provided with a motor position sensor (MPS) to detect the angle of the steering wheel together with the steering angle sensing device 100 .
  • MPS motor position sensor
  • the structure of the electric steering device 1 has a well-known configuration, a detailed description thereof will be omitted.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view showing a steering angle sensing device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a partially coupled perspective view of FIG. 2
  • FIG. 4 is a magnet holder of the steering angle sensing device according to an embodiment of the present invention
  • 5 is a cross-sectional view showing a state in which a magnet holder and a pinion shaft of a steering angle sensing device according to an embodiment of the present invention are coupled
  • FIG. 6 is a steering angle sensing device according to an embodiment of the present invention 7 is a perspective view illustrating a state coupled to the rack housing
  • FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a state in which the steering angle sensing device according to an embodiment of the present invention is coupled to the rack housing
  • FIG. 8 is steering angle sensing according to an embodiment of the present invention A cross-sectional view showing the device.
  • the steering angle sensing device 100 includes a pinion shaft 110 and a magnet coupled to one end of the pinion shaft 110 and provided with a magnet 122 .
  • ECU control unit
  • the pinion shaft 110 has a predetermined length and is provided to rotate together with the steering wheel, and a pinion gear 111 is formed on an outer circumferential surface.
  • the other end of the pinion shaft 110 is connected to the intermediate shaft (refer to '13' in FIG. 1), and a coupling part 112 having a diameter smaller than the diameter of the body in which the pinion gear 111 is formed is provided at one end.
  • the coupling part 112 may be coupled to a magnet holder 120 to be described later. A structure in which the coupling part 112 and the magnet holder 120 are coupled will be described again below.
  • the pinion shaft 110 is coupled to the rack housing 20 to engage the rack gear 22 of the rack bar 21 .
  • an undescribed reference numeral '115' denotes a bearing that rotatably supports the pinion shaft 110 in the rack housing 20 so that the pinion shaft 110 rotates stably.
  • the undescribed reference numeral '40' denotes a rack bar support device, which elastically supports the rack bar 21 toward the pinion shaft 110 so that the rack gear 22 and the pinion gear 111 can be maintained in a closely meshed state. perform the role
  • the magnet holder 120 is coupled to the coupling part 112 , and a magnet 122 is provided therein.
  • the magnet holder 120 may be provided to have a cylindrical shape with one side open to accommodate the magnet 122 .
  • the magnet holder 120 may be provided with a locking jaw 124 protruding from the inner circumferential surface. At least one locking jaw 124 may be provided along the inner circumferential surface of the magnet holder 120 . More specifically, the locking protrusion 124 is formed to have a predetermined length from the inner bottom of the magnet holder 120 and may be provided to have a flat surface.
  • the magnet 122 may be fixed to the inner bottom of the magnet holder 120 through the open portion of the magnet holder 120 .
  • a plane 122a having a shape corresponding to the flat surface of the locking jaw 124 may be formed on the outer circumferential surface of the magnet 122. . Accordingly, after the flat surface 122a of the magnet 122 is disposed to correspond to the locking jaw 124 , the magnet 122 is press-fitted to the magnet holder 120 . This is to prevent the magnet 122 from spinning in the magnet holder 120 when the magnet holder 120 is coupled with the coupling portion 112 of the pinion shaft 110 and rotates together.
  • the magnet 122 may be fixed to the magnet holder 120 by an adhesive.
  • the magnet holder 120 and the magnet 122 may be provided integrally by insert injection.
  • the locking jaw 124 has a predetermined length in the longitudinal direction of the magnet holder 120, in this case, the length (l2) of the locking jaw 124 is provided to have a longer length than the thickness (l1) of the magnet 122.
  • the coupling portion 112 may be press-fitted through the open portion of the magnet holder 120 as described above. At this time, the end of the coupling portion 112 is provided to be caught on the engaging projection (124). That is, when the coupling part 112 is press-fitted to the magnet holder 120 , the coupling part 122 is caught by the locking jaw 124 and movement is restricted, so that the end of the coupling part 112 and the magnet 122 are spaced apart from each other. are spaced apart Accordingly, it is possible to prevent the magnet 122 from being damaged by preventing excessive press-fitting of the coupling portion 112 .
  • the coupling portion 112 is supported by the locking jaw 124 so as to be spaced apart from the magnet 122 at a predetermined distance and has been illustrated and described as being coupled to the magnet holder 120, but is not limited thereto.
  • the length may be provided to have a length that does not come into contact with the magnet 122 coupled to the magnet holder 120 to be coupled to the magnet holder 120 .
  • the printed circuit board 130 includes a magnetic sensor 132 for detecting the rotation angle of the steering wheel.
  • the printed circuit board 130 is spaced apart from the magnet holder 120 by a predetermined interval.
  • various electrical elements and circuit wiring are disposed on the printed circuit board 130 , and a magnetic sensor 132 is installed on a surface facing the magnet 122 . That is, the magnetic sensor 132 installed on the printed circuit board 130 is provided to face the magnet 122 , and the magnet 122 and the magnetic sensor 132 are spaced apart from each other by a predetermined interval.
  • the magnetic sensor 132 is installed at a position facing the magnet 122 fixed to the magnet holder 120 .
  • the magnetic sensor 132 may be, for example, an AMR (Anisotropic Magneto Resistive) sensor, a GMR (Giant Magneto Resistance) sensor, or a Hall sensor.
  • the magnetic sensor 132 detects a magnetic field change of the magnet 122 according to the rotation of the piner shaft 110 , and the printed circuit board 130 processes a detection signal of the magnetic field change of the magnetic sensor 132 .
  • the magnet 122 and the magnetic sensor 132 may be disposed coaxially with the central axis of the pinion shaft 110 .
  • the connector 140 is connected to the printed circuit board 130 and may be provided to transmit a sensed value measured by the magnetic sensor 132 of the printed circuit board 130 to the control unit ECU.
  • the connector 140 may be connected to the printed circuit board 130 through a connection terminal 143 in a press fit method, or may be electrically connected through soldering.
  • One end of the connector 140 may be connected to the printed circuit board 130 , and the other end may be connected to an electronic control unit or control unit (ECU) of the auxiliary power mechanism 30 through a separate socket or the like. Accordingly, the sensing signal measured from the magnetic sensor 132 is transmitted to the control unit (ECU) through the connector 140, and the rotation angle of the steering wheel is calculated and controlled through a separate algorithm.
  • This connector 140 may be coupled to a plug 150 to be described later.
  • the plug 150 is coupled to close the open lower side of the rack housing 20 located coaxially with the pinion shaft 110 .
  • the lower side of the rack housing 20 is opened so as to have a sensor accommodating part in which the connector 140 coupled to the printed circuit board 130 is accommodated. Accordingly, the plug 150 coupled to the connector 140 may be coupled to close the lower opening of the rack housing 20 .
  • the magnetic sensor 132 and the magnet holder 120 may be press-fitted so that there is a predetermined interval therebetween. This is to smoothly detect a change in the magnetic field of the magnet 122 through the magnetic sensor 132 .
  • the plug 150 may be provided to be screwed to the rack housing (20). That is, the plug 150 is screwed to the rack housing 20 so that the distance between the magnetic sensor 132 and the magnet holder 120 can be adjusted by adjusting the position of the magnetic sensor 132 according to the screwed degree. do.
  • the connector 140 may be coupled such that a part of the connector 140 is exposed so as to be connected to the control unit ECU through the plug 150 .
  • the connector 140 is coupled to and fixed to the plug 150 , and the lower part thereof is exposed from the plug 150 to be connected to an electronic control unit or control unit (ECU) provided in the auxiliary power unit 30 .
  • ECU electronice control unit or control unit
  • a sealing part (not shown) may be provided to prevent foreign substances from entering the connector 140 and between the connector 140 and the plug 150 .
  • the sealing part may be made of a sealing member or silicone, etc., and by closing the gap between the connector and the plug through the sealing part, it is possible to block the inflow of foreign substances.
  • the steering angle sensing device 100 as described above can use the pinion shaft 110, the magnet 112, the printed circuit board 130, the connector 140, and the plug 150 as existing components, and a magnet holder ( Since only 120) is separately manufactured and used, the assembly of the electric steering device 1 becomes simpler, and the effect of reducing the manufacturing cost according to the reduction in the number of parts can be obtained.

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Abstract

조향 각도 감지 장치가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 랙바가 설치되는 랙하우징에 결합되며, 랙기어와 맞물리는 피니언기어가 형성되는 피니언 샤프트; 상기 피니언 샤프트의 일단에 배치되어 상기 피니언 샤프트와 함께 회전하도록 마련되는 자석; 상기 자석으로부터 일정간격 이격되게 배치되어 상기 피니언 샤프트와 연결되는 조향휠의 회전각도를 감지하는 자기센서를 구비하는 인쇄회로기판(PCB); 및 상기 인쇄회로기판과 연결되어 자기센서에서 측정된 센싱값을 제어부로 전달하는 커넥터;를 포함하는 조향 각도 감지 장치가 제공될 수 있다.

Description

조향 각도 감지 장치
본 발명은 조향 각도 감지 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량의 조향휠의 회전 각도를 감지하는 조향 각도 감지 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차에 필수적으로 적용되는 스티어링 장치는 자동차의 경로 및 진행 방향을 운전자의 요구에 따라 전환하는 장치이다. 또한, 차량에는 조향휠(핸들)의 조향력을 경감하여 조향 상태의 안정성을 보장하기 위한 수단으로서 동력 보조 조향장치가 사용되는데, 이와 같은 동력보조 조향장치로서 종래에는 유압을 이용한 유압식 조향 시스템(HPS: Hydraulic Power Steering System)이 이용되었으나, 최근에는 전동 모터의 회전력을 이용하여 운전자의 조향을 보조하는 전동식 조향 장치(R-EPS: Rack assist type Electric Power Steering)가 차량에 설치되고 있다.
이러한 전동식 조향 장치에는 조향각(steering angle)을 측정하기 위한 장치를 포함할 수 있다. 즉, 차량의 조향각을 측정하여 조향력을 보조하기 위함이다. 조향각을 측정하기 위한 장치는 공개특허 10-2018-0073970호에 개시되어 있다. 개시된 문헌을 참조하면, 랙바와 연결되는 피니언 샤프트에 설치되는 메인 기어와, 2개의 서브기어 및 2개의 센서를 포함한다. 2개의 서브기어에는 각각 자석이 설치되고, 메인기어와 맞물려 회전 시 센서가 자기장 변화를 측정하여 스티어링 휠의 회전 각도를 계산한다.
그러나, 이러한 전동식 조향 장치는 서브기어와, 자석 및 센서가 각각 2개가 필요하기 때문에 제조비용이 증가함은 물론, 구조가 복잡하고, 설치공간이 한정적이라는 문제점이 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 조향 각도 감지 장치는 간단한 구조를 통해 제조비용을 줄일 수 있음은 물론, 조향각을 용이하게 검출할 수 있도록 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 랙바가 설치되는 랙하우징에 결합되며, 랙기어와 맞물리는 피니언기어가 형성되는 피니언 샤프트; 상기 피니언 샤프트의 일단에 배치되어 상기 피니언 샤프트와 함께 회전하도록 마련되는 자석; 상기 자석으로부터 일정간격 이격되게 배치되어 상기 피니언 샤프트와 연결되는 조향휠의 회전각도를 감지하는 자기센서를 구비하는 인쇄회로기판(PCB); 및 상기 인쇄회로기판과 연결되어 자기센서에서 측정된 센싱값을 제어부로 전달하는 커넥터;를 포함하는 조향 각도 감지 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 자석 및 자기센서는 상기 피니언 샤프트의 중심축과 동축상으로 배치될 수 있다.
또한, 상기 자석을 수용하여 고정하도록 일측이 개방되게 형성된 원통 형상으로 마련되어 상기 피니언 샤프트에 결합되는 마그넷 홀더를 더 구비할 수 있다.
또한, 상기 마그넷 홀더는 내주면에 돌출 형성된 걸림턱을 구비하고, 상기 걸림턱은 상기 마그넷 홀더의 내주면을 따라 적어도 하나 이상 마련될 수 있다.
또한, 상기 걸림턱은 상기 마그넷 홀더의 내측 바닥으로부터 소정 길이를 갖도록 형성되며, 상기 걸림턱의 길이는 상기 자석의 두께보다 긴 길이를 갖도록 마련될 수 있다.
또한, 상기 피니언 샤프트는 일단부에 상기 피니언 기어가 형성된 몸체의 직경보다 작은 직경을 갖는 결합부를 갖추고, 상기 결합부는 상기 마그넷 홀더의 개방된 부분을 통해 압입 결합되며 상기 걸림턱에 지지되어 상기 결합부의 끝단과 상기 자석이 일정 간격 이격되도록 마련될 수 있다.
또한, 상기 자석의 외주면에는 상기 걸림턱과 대응되는 형상을 갖는 평면이 형성되어 상기 마그넷 홀더에 압입 결합될 수 있다.
또한, 상기 자석은 상기 마그넷 홀더에 접착제에 의해 고정될 수 있다.
또한, 상기 자석은 상기 마그넷 홀더와 인서트 사출에 의해 일체로 마련될 수 있다.
또한, 상기 피니언 샤프트와 동축상으로 상기 랙하우징의 하측은 개구되어 센서 수용부가 마련되고, 상기 센서 수용부의 개구를 폐쇄하도록 결합되는 플러그를 더 구비할 수 있다.
또한, 상기 커넥터는 상기 플러그를 관통하여 상기 제어부와 연결되도록 일부가 노출되게 결합될 수 있다.
또한, 상기 커넥터 및 플러그로부터 노출되는 커넥터와 플러그 사이로 이물질의 유입을 차단하도록 밀봉부가 마련될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 조향 각도 감지 장치는 종래의 메인기어, 2개의 서브기어와 자석 및 센서를 삭제하고 간단한 구조를 통해 조향각을 검출할 수 있도록 구성됨으로써 제조비용을 절감할 수 있는 효과를 가진다.
또한, 기존 전동식 조향 장치에 적용할 수 있어 실용적이며, 간단한 구조로 이루어져 설치공간 확보 및 설계자유도를 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 조향 각도 감지 장치가 마련된 전동식 조향 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 조향 각도 감지 장치를 나태는 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 부분 결합 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 조향 각도 감지 장치의 마그넷 홀더를 나타내는 부분 절개 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 조향 각도 감지 장치의 마그넷 홀더와 피니언 샤프트가 결합된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 조향 각도 감지 장치가 랙하우징에 결합되는 상태를 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 조향 각도 감지 장치가 랙하우징에 결합되는 상태를 나타내는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 조향 각도 감지 장치를 나타내는 단면도이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 조향 각도 감지 장치가 마련된 전동식 조향 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 전동식 조향 장치(1)는 운전석에 배치되는 조향휠(핸들 : 미도시)과, 조향휠과 연결되는 조향축(11)과, 조향축(11)을 차체에 고정할 수 있도록 하는 조향 컬럼(12), 상기 조향 컬럼(12)과 연결되어 조향휠과 함께 회전하며 한 쌍의 유니버셜 조인트가 마련된 중간축(13), 중간축(13)과 연결되는 피니언 샤프트(110) 및 조향 보조 동력을 공급하는 보조 동력 기구(30)를 포함한다. 또한, 피니언 샤프트(110)는 랙하우징(20)에 수용된 랙바(도 5의 '21' 참조)와 연결되고, 랙바(21)의 양단은 타이로드(23) 및 너클(24)을 통해 자동차의 바퀴에 연결된다. 즉, 피니언 샤프트(110)의 회전에 의해 랙바(21)가 좌우로 이동함에 따라 바퀴가 회전되도록 함으로써 차량의 조향을 가능하게 한다.
보조 동력 기구(30)는 운전자가 조향휠에 가하는 조향 토크를 감지하고, 감지된 조향 토크로부터 전해지는 전기 신호에 기초하여 제어 신호를 발생하는 제어부(ECU : 전자 제어 장치), 제어부(ECU)로부터 전해지는 제어 신호에 기초하여 조향 보조 동력을 발생시키는 모터(31)와, 벨트를 매개로 모터(31)에서 발생한 보조 동력을 랙바(21)에 전달하는 기어부를 포함한다. 이러한 보조 동력 기구(30)에는 모터 포지션 센서(MPS : Motor Positoin Sensor)가 마련되어 조향 각도 감지 장치(100)와 함께 조향휠의 각도를 검출하도록 마련된다.
이러한 전동식 조향 장치(1)의 구조는 이미 널리 알려진 공지의 구성을 갖추고 있으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 조향 각도 감지 장치를 나태는 분해 사시도이고, 도 3은 도 2의 부분 결합 사시도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 조향 각도 감지 장치의 마그넷 홀더를 나타내는 부분 절개 사시도이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 조향 각도 감지 장치의 마그넷 홀더와 피니언 샤프트가 결합된 상태를 나타내는 단면도이고, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 조향 각도 감지 장치가 랙하우징에 결합되는 상태를 나타내는 사시도이고, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 조향 각도 감지 장치가 랙하우징에 결합되는 상태를 나타내는 단면도이며, 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 조향 각도 감지 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 측면에 따른 조향 각도 감지 장치(100)는 피니언 샤프트(110)와, 상기 피니언 샤프트(110)의 일단에 결합되며 자석(122)이 마련되는 마그넷 홀더(120)와, 자기센서(132)를 구비하는 인쇄회로기판(130)과, 상기 인쇄회로기판(130)과 연결되어 센싱값을 제어부(ECU)로 전달하는 커넥터(140) 및 상기 커넥터(140)와 결합되는 플러그(150)를 포함한다.
피니언 샤프트(110)는 소정 길이를 가지며 조향휠과 함께 회전하도록 마련되며, 외주면에 피니언기어(111)가 형성된다. 이러한 피니언 샤프트(110)의 타단은 중간축(도 1의 '13' 참조)과 연결되고, 일단에는 피니언기어(111)가 형성된 몸체의 직경보다 작은 직경을 갖는 결합부(112)가 마련된다. 상기 결합부(112)는 후술할 마그넷 홀더(120)와 결합될 수 있다. 상기 결합부(112)와 마그넷 홀더(120)가 결합되는 구조에 대해서는 아래에서 다시 설명하기로 한다. 이러한 피니언 샤프트(110)는 랙바(21)의 랙기어(22)와 맞물리도록 랙하우징(20)에 결합된다.
한편, 미설명된 참조부호 '115'는 피니언 샤프트(110)가 안정적으로 회전하도록 랙하우징(20)에 피니언 샤프트(110)를 회전 가능하게 지지하는 베어링이다.
또한, 미설명된 참조부호 '40'은 랙바 지지장치로서, 랙바(21)를 피니언 샤프트(110) 측으로 탄성 지지하여 랙기어(22)와 피니언기어(111)가 긴밀하게 맞물린 상태를 유지할 수 있도록 하는 역할을 수행한다.
마그넷 홀더(120)는 결합부(112)와 결합되며, 내부에 자석(122)이 마련된다. 마그넷 홀더(120)는 자석(122)을 수용할 수 있도록 일측이 개방된 원통형상을 갖도록 마련될 수 있다. 또한, 마그넷 홀더(120)는 내주면에 돌출 형성된 걸림턱(124)을 구비할 수 있다. 걸림턱(124)은 마그넷 홀더(120)의 내주면을 따라 적어도 하나 이상 마련될 수 있다. 보다 구체적으로, 걸림턱(124)은 마그넷 홀더(120)의 내측 바닥으로부터 소정 길이를 갖도록 형성되며, 평평한 면을 갖도록 마련될 수 있다.
이러한 마그넷 홀더(120)의 개방된 부분을 통해 자석(122)이 마그넷 홀더(120)의 내측 바닥부에 고정될 수 있다. 도시된 바에 따르면, 마그넷 홀더(120)에 걸림턱(124)이 형성됨에 따라 자석(122)의 외주면에는 걸림턱(124)의 평평한 면과 대응되는 형상을 갖는 평면(122a)이 형성될 수 있다. 이에, 자석(122)의 평면(122a)이 걸림턱(124)과 대응되게 배치한 후 자석(122)을 마그넷 홀더(120)에 압입 결합하게 된다. 이는 마그넷 홀더(120)가 피니언 샤프트(110)의 결합부(112)와 결합되어 함께 회전할 때 자석(122)이 마그넷 홀더(120) 내에서 헛도는 것을 방지하기 위함이다. 한편, 자석(122)에 평면(122a)을 형성하여 걸림턱(124)에 의해 지지되는 것으로 도시되고 설명되었으나, 이에 한정되지 않으며, 자석(122)을 마그넷 홀더(120)에 긴밀히 고정시킬 수 있다면 어떠한 조립 구조를 갖더라도 무방하다. 예컨대, 자석(122)은 접착제에 의해 마그넷 홀더(120)에 고정될 수 있다. 또한, 마그넷 홀더(120)와 자석(122)은 인서트 사출에 의해 일체로 마련될 수 있다.
한편, 걸림턱(124)은 마그넷 홀더(120)의 길이방향으로 소정 길이를 갖는데, 이때 걸림턱(124)의 길이(ℓ2)는 자석(122)의 두께(ℓ1)보다 긴 길이를 갖도록 마련될 수 있다.
상기와 같은 마그넷 홀더(120)의 개방된 부분을 통해 결합부(112)가 압입 결합될 수 있다. 이때, 결합부(112)의 끝단은 걸림턱(124)에 걸리도록 마련된다. 즉, 결합부(112)가 마그넷 홀더(120)에 압입 결합 시 결합부(122)가 걸림턱(124)에 걸려 이동이 제한됨에 따라 결합부(112)의 끝단과 자석(122)이 일정간격 이격된다. 이에, 결합부(112)의 과도한 압입 결합을 방지하여 자석(122)이 파손되는 것을 방지할 수 있게 된다.
한편, 결합부(112)가 자석(122)과 일정간격 이격되도록 걸림턱(124)에 지지되어 마그넷 홀더(120)와 결합되는 것으로 도시되고 설명되었으나, 이에 한정되지 않으며, 결합부(112)의 길이가 마그넷 홀더(120)에 결합된 자석(122)과 접촉되지 않는 길이를 갖도록 마련되어 마그넷 홀더(120)와 결합될 수도 있다.
인쇄회로기판(130)은 조향휠의 회전 각도를 감지하기 위한 자기센서(132)를 구비한다. 인쇄회로기판(130)은 마그넷 홀더(120)와 일정간격 이격된다. 구체적으로, 인쇄회로기판(130)에는 각종 전기 소자 및 회로 배선이 배치되고, 자석(122)을 향하는 면에 자기센서(132)가 설치된다. 즉, 인쇄회로기판(130)에 설치된 자기센서(132)는 자석(122)과 대향하도록 마련되며, 자석(122)과 자기센서(132)는 일정간격 이격된다. 이러한 자기센서(132)는 마그넷 홀더(120)에 고정된 자석(122)을 마주보는 위치에 설치된다. 자기센서(132)는 예들 들어 AMR(Anisotropic Magneto Resistive)센서, GMR(Giant Magneto Resistance)센서, 홀센서 등일 수 있다. 자기센서(132)는 피니어 샤프트(110)의 회전에 따른 자석(122)의 자기장 변화를 감지하고 인쇄회로기판(130)은 자기센서(132)의 자기장 변화의 감지 신호를 처리한다.
한편, 자석(122) 및 자기센서(132)는 피니언 샤프트(110)의 중심축과 동축상으로 배치될 수 있다.
커넥터(140)는 인쇄회로기판(130)과 연결되어 인쇄회로기판(130)의 자기센서(132)로부터 측정된 센싱값을 제어부(ECU)로 전달하도록 마련될 수 있다. 이 커넥터(140)는 접속 단자(143)를 통해 인쇄회로기판(130)과 프레스 핏(press fit) 방식으로 연결되거나, 솔더링을 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 커넥터(140)의 일단은 인쇄회로기판(130)과 연결되고, 타단은 별도의 소켓 등을 통해 보조 동력 기구(30)의 전자 제어 장치나 제어부(ECU)와 연결될 수 있다. 이에, 자기센서(132)로부터 측정된 감지 신호는 커넥터(140)를 통해 제어부(ECU)로 전송되어 별도의 알고리즘을 통해 조향휠의 회전 각도가 산출되어 제어된다. 이러한 커넥터(140)는 후술할 플러그(150)와 결합될 수 있다.
플러그(150)는 피니언 샤프트(110)와 동축상으로 위치된 랙하우징(20)의 개구된 하측을 폐쇄하도록 결합된다. 이 랙하우징(20)은 인쇄회로기판(130)과 결합된 커넥터(140)가 수용되는 센서 수용부를 갖추도록 하측이 개방된다. 이에, 커넥터(140)와 결합된 플러그(150)가 랙하우징(20)의 하측 개구를 폐쇄하도록 결합될 수 있다. 플러그(150)는 랙하우징(20)의 하측 개구에 압입 결합 시 자기센서(132)와 마그넷 홀더(120) 사이가 일정 간격을 갖도록 압입 결합될 수 있다. 이는 자기센서(132)를 통해 자석(122)의 자기장 변화를 원활히 감지하도록 하기 위함이다. 또한, 플러그(150)는 랙하우징(20)에 나사결합되도록 마련될 수 있다. 즉, 플러그(150)가 랙하우징(20)에 나사결합되어 나사결합된 정도에 따라 자기센서(132)의 위치를 조절함으로써 자기센서(132)와 마그넷 홀더(120) 사이의 간격을 조절할 수 있게 된다.
한편, 커넥터(140)는 플러그(150)를 관통하여 제어부(ECU)와 연결되도록 일부가 노출되게 결합될 수 있다. 도시된 바에 따르면, 커넥터(140)는 플러그(150)에 결합되어 고정되되, 하부가 플러그(150)로부터 노출되어 보조 동력 장치(30)에 마련된 전자 제어 장치 또는 제어부(ECU)와 연결될 수 있다. 이에, 전술한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따른 자기센서(132)로부터 측정된 피니언 샤프트(110)의 회전각도 및 보조 동력 장치(30)에 마련된 MPS로부터 측정된 모터의 회전수를 통해 별도의 알고리즘으로 연산하여 정밀한 조향휠의 각도를 측정할 수 있게 된다.
또한, 커넥터(140)가 플러그(140)로부터 노출됨에 따라 커넥터(140) 및 커넥터(140)와 플러그(150) 사이로 이물질이 유입되는 것을 차단하도록 밀봉부(미도시)가 마련될 수 있다. 밀봉부는 실링부재 또는 실리콘 등으로 이루어질 수 있으며, 이러한 밀봉부를 통하여 커넥터와 플러그 사이의 틈을 마감처리 함으로써 이물질의 유입을 차단할 수 있게 된다.
상기와 같은 조향 각도 감지 장치(100)는 피니언 샤프트(110)와, 자석(112), 인쇄회로기판(130), 커넥터(140) 및 플러그(150)를 기존 구성품으로 사용할 수 있으며, 마그넷 홀더(120)만을 별도로 제작하여 사용되기 때문에, 전동식 조향 장치(1)의 조립이 보다 간편해지고, 부품수 감소에 따른 제조비용 절감의 효과를 얻을 수 있게 된다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (12)

  1. 랙바가 설치되는 랙하우징에 결합되며, 랙기어와 맞물리는 피니언기어가 형성되는 피니언 샤프트;
    상기 피니언 샤프트의 일단에 배치되어 상기 피니언 샤프트와 함께 회전하도록 마련되는 자석;
    상기 자석으로부터 일정간격 이격되게 배치되어 상기 피니언 샤프트와 연결되는 조향휠의 회전각도를 감지하는 자기센서를 구비하는 인쇄회로기판(PCB); 및
    상기 인쇄회로기판과 연결되어 자기센서에서 측정된 센싱값을 제어부로 전달하는 커넥터;를 포함하는 조향 각도 감지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자석 및 자기센서는 상기 피니언 샤프트의 중심축과 동축상으로 배치되는 조향 각도 감지 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 자석을 수용하여 고정하도록 일측이 개방되게 형성된 원통 형상으로 마련되어 상기 피니언 샤프트에 결합되는 마그넷 홀더를 더 구비하는 조향 각도 감지 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 마그넷 홀더는 내주면에 돌출 형성된 걸림턱을 구비하고,
    상기 걸림턱은 상기 마그넷 홀더의 내주면을 따라 적어도 하나 이상 마련되는 조향 각도 감지 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 걸림턱은 상기 마그넷 홀더의 내측 바닥으로부터 소정 길이를 갖도록 형성되며,
    상기 걸림턱의 길이는 상기 자석의 두께보다 긴 길이를 갖도록 마련되는 조향 각도 감지 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 피니언 샤프트는 일단부에 상기 피니언 기어가 형성된 몸체의 직경보다 작은 직경을 갖는 결합부를 갖추고,
    상기 결합부는 상기 마그넷 홀더의 개방된 부분을 통해 압입 결합되며 상기 걸림턱에 지지되어 상기 결합부의 끝단과 상기 자석이 일정 간격 이격되도록 마련되는 조향 각도 감지 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 자석의 외주면에는 상기 걸림턱과 대응되는 형상을 갖는 평면이 형성되어 상기 마그넷 홀더에 압입 결합되는 조향 각도 감지 장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 자석은 상기 마그넷 홀더에 접착제에 의해 고정되는 조향 각도 감지 장치.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 자석은 상기 마그넷 홀더와 인서트 사출에 의해 일체로 마련되는 조향 각도 감지 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 피니언 샤프트와 동축상으로 상기 랙하우징의 하측은 개구되어 센서 수용부가 마련되고,
    상기 센서 수용부의 개구를 폐쇄하도록 결합되는 플러그를 더 구비하는 조향 각도 감지 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 커넥터는 상기 플러그를 관통하여 상기 제어부와 연결되도록 일부가 노출되게 결합되는 조향 각도 감지 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 커넥터 및 플러그로부터 노출되는 커넥터와 플러그 사이로 이물질의 유입을 차단하도록 밀봉부가 마련되는 조향 각도 감지 장치.
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