JP2014095703A - トルク測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来トルク測定装置の性能を維持すると共に、サイズを最小化することができるトルク測定装置を提供すること。
【解決手段】本発明は、突出片が形成された第１環状リングと第２環状リングによって内部に空間部が形成されたステータと、前記空間部に配置されるリング形状のマグネットと、磁気素子が配置される少なくとも１つ以上の挿入空間を形成する第１コレクター部材および第２コレクター部材とを含むコレクター組立体を含み、前記挿入空間は、前記第１コレクター部材の終端と前記第２コレクター部材の終端が前記空間部に向けて折り曲げられて形成されるトルク測定装置を開示する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ステアリングシステムのトルクを測定することができるトルク測定装置に関する。

一般的に、自動車は、車輪と連結されたステアリングホイール（Ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｗｈｅｅｌ）を操作し、走行方向を操作する。しかし、車輪と路面との抵抗が大きいか、またはステアリングの障害要因発生時に、操作力が弱化し、迅速な操作が困難である場合があり、これを解決するために、パワーステアリング装置が使用される。このようなパワーステアリング装置は、ステアリングホイールの操作に動力装置を介入して操作の力を軽減させるようにする装置である。

このような動力装置がステアリングホイールを操作する力に介入するためには、操舵軸に作用するトルクを測定する必要性がある。したがって、ステアリングホイールのトルクを測定する装置として様々な方式の装置が使用され、特に操舵軸に結合されたマグネットとの相互磁場を測定し、トルクを検出する方式が、経済性に優れていて、多く使用されている。

一般的なステアリングシステムは、ステアリングホイールが結合される入力軸と、車輪側のラックバーと噛合するピニオンに結合される出力軸と、前記入力軸と出力軸を連結するトーションバー（ｔｏｒｓｈｉｏｎ ｂａｒ）及びトルク測定装置とで構成される。

ステアリングホイールを回転すれば、出力軸に回転力が伝達され、ピニオンとラックバーの作用によって車輪の方向が変化する。この場合、抵抗が大きく作用する場合に入力軸がさらに多く回転するようになるので、トーションバーがねじれるようになり、このようなトーションバーのねじれ程度を磁場方式のトルク測定装置が測定する。

最近、トルク測定装置で発生するフラックスの漏洩（Ｌｅａｋａｇｅ Ｆｌｕｘ）を最大限抑制すると共に、サイズを最小化するための構造に対する研究が活発に行われている。

本発明の様々な実施形態により、従来トルク測定装置の性能を維持すると共に、サイズを最小化することができるトルク測定装置を提供する。

本発明の一実施形態によるトルク測定装置は、突出片が形成された第１環状リングと第２環状リングによって内部に空間部が形成されたステータと；前記空間部に配置されるリング形状のマグネットと；磁気素子が配置される少なくとも１つ以上の挿入空間を形成する第１コレクター部材と第２コレクター部材を含むコレクター組立体と；を含み、前記挿入空間は、前記第１コレクター部材の終端と前記第２コレクター部材の終端が前記第１環状リングと第２環状リングとの間の空間部に向けて折り曲げられて形成される。

本発明の一実施形態によるトルク測定装置において、前記第１コレクター部材は、前記第１環状リングの外面に隣接配置され、前記第２コレクター部材は、前記第２環状リングの外面に隣接配置されることができる。

本発明の一実施形態によるトルク測定装置において、前記第１コレクター部材は、前記第１環状リングの内面に隣接配置され、前記第２コレクター部材は、前記第２環状リングの内面に隣接配置されることができる。

本発明の一実施形態によるトルク測定装置において、前記第１コレクター部材と第２コレクター部材は、
前記第１または第２環状リングと隣接配置されるフラックス伝達面と；前記フラックス伝達面と連結され、前記互いに対向する方向に折り曲げられた対向面と；前記対向面と連結され、前記第１環状リングと第２環状リングとの間の空間部に向けて折り曲げられ、磁気素子が配置される挿入面と；を含む。

本発明の一実施形態によるトルク測定装置において、前記第１コレクター部材と第２コレクター部材の挿入面の終端には、互いに対向する方向に突起が形成されることができる。

本発明の一実施形態によるトルク測定装置において、前記挿入面の終端は、前記第１環状リングの終端と前記第２環状リングの終端を連結する仮想線よりも内側に突出することができる。

本発明の一実施形態によるトルク測定装置において、前記挿入面の終端は、前記第１環状リングの終端と前記第２環状リングの終端を連結する仮想線と一致することができる。

本発明の一実施形態によるトルク測定装置において、前記第１環状リングと第２環状リングの突出片は、互いにずれて形成されることができる。

本発明の様々な実施形態によれば、従来トルク測定装置の性能を維持することができると共に、サイズを最小化することができる。

また、トルク測定装置の内部でフラックスが漏洩することを防止し、正確なトルクを検出することができる。したがって、このようなトルク測定装置を利用する場合、ステアリングシステムの精密度が高くなって、車両の安定性を向上させることができる。

図１は、本発明の一実施形態によるトルク測定装置の分解斜視図である。 図２は、本発明の一実施形態によるトルク測定装置の斜視図である。 図３は、本発明の一実施形態によるトルク測定装置の側面図である。 図４は、図３の一部拡大図である。 図５は、図４の変形例である。

本発明は、多様な変更を行うことができ、さまざまな実施形態を有することができるところ、特定の実施形態を図面に例示し、以下、詳細に説明する。

しかし、これは、本発明を特定の実施形態に対して限定しようとするものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるすべての変更、均等物乃至代替物を含むものと理解されなければならない。

本発明において、“含む”または“有する”などの用語は、明細書上に記載した特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであって、１つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものの存在または付加可能性をあらかじめ排除しないものと理解されなければならない。

また、本発明において添付の図面は、説明の便宜のために拡大または縮小して図示されたものと理解されなければならない。

以下、本発明の様々な実施形態について図面を参照して詳細に説明し、参照符号に関係なく、同一または対応の構成要素は、同一の参照番号を付与し、これに対する重複する説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態によるトルク測定装置の分解斜視図であり、図２は、本発明の一実施形態によるトルク測定装置の斜視図である。

図１および図２を参照すれば、本発明によるトルク測定装置は、互いに対向して離隔配置された第１環状リング１１１と第２環状リング１２１とを含み、前記第１環状リング１１１と第２環状リング１２１は、互いに対向する方向に突出片１１２、１２２が形成され、内部に空間部Ｇを形成するステータ１００と、前記空間部Ｇに配置されるリング形状のマグネット２１０を含むローター２００と、前記第１環状リング１１１と隣接配置される第１コレクター部材３１０および第２環状リング１２１に隣接配置される第２コレクター部材３２０を含むコレクター組立体３００とを含む。

ステータ１００は、互いに離隔配置された第１ステータ部材１１０と第２ステータ部材１２０を含む。具体的に第１環状リング１１１と第２環状リング１２１が軸方向に離隔配置され、環状リングの内側面に複数個の突出片１１２、１２２が形成される。第１環状リング１１１と第２環状リング１２１の突出片１１２、１２２は、互いに対向する方向に互いにずれて形成され、内部空間部Ｇを形成する。具体的に、突出片１１２、１２２は、リングに近い側から終端に行くほど幅が細くなるように形成されることができる。

ローター２００は、ストイトの突出片１１２、１２２によって定義される内部空間部Ｇに配置され、入力軸または出力軸に嵌着し、回転するように構成される。ローター２０は、環状のマグネットホルダー２２０にリング形状のマグネット２１０が付着する。

環状のマグネット２１０に結合された入力軸（または出力軸）とステータ１００に結合された出力軸（または入力軸）との回転量の差異によってトーションバーにねじれが発生すれば、環状のマグネット２１０とステータ１００が相対的に回転するようになり、この際、マグネット２１０の外周面と突出片１１２、１２２との間の対向面が変化するようになり、磁化値が変化するようになる。

コレクター組立体３００は、第１ステータ部材１１０の第１環状リング１１１側に隣接配置され、フラックス（ｆｌｕｘ）を収集する第１コレクター部材３１０と、第２環状リング１２１側に隣接配置され、フラックス（ｆｌｕｘ）を収集する第２コレクター部材３２０とを含む。

第１コレクター部材３１０と第２コレクター部材３２０との間に挿入される磁気素子４００は、収集されたフラックスが集中し、磁化されたステータ１００の磁化量を検出する。このような磁気素子は、磁場の強度を感知することができるホール素子（Ｈａｌｌ ＩＣ）が選択されることができる。

図３は、本発明の一実施形態によるトルク測定装置の側面図であり、図４は、図３の一部拡大図である。

本発明の１つの特徴を図３と図４を参照して説明すれば、コレクター組立体３００は、第１コレクター部材３１０と第２コレクター部材３２０との間に磁気素子４００が挿入される少なくとも１つ以上の挿入空間Ｐが形成される。したがって、第１コレクター部材３１０と第２コレクター部材３２０で収集されたフラックスが挿入空間Ｐに集中するので、磁気素子４００は、磁場の強度を正確に検出することができる。

このような挿入空間Ｐは、前記第１コレクター部材３１０の終端と前記第２コレクター部材３２０の終端が前記第１環状リング１１１と第２環状リング１２１との間の空間部Ｇに向けて（図３のＤ方向）折り曲げられて形成されることができる。

具体的に、第１コレクター部材３１０と第２コレクター部材３２０は、第１または第２環状リング１２１に隣接配置されるフラックス伝達面３１１、３２１と、フラックス伝達面３１１、３２１と連結され、前記互いに対向する方向に折り曲げられた対向面３１２、３２２と、対向面と連結され、第１環状リング１１１と第２環状リング１２１との間の空間部に向けてＤ方向に折り曲げられた挿入面３１３、３２３とを含む。

フラックス伝達面３１１、３２１は、第１または第２環状リング１２１の円周面に対応するように形成され、フラックスが有効に収集される。対向面３１２、３２２は、収集されたフラックスを挿入面３１３、３２３に集中させる。

具体的に、対向面３１２、３２２は、互いに対向する方向に形成されるので、第１コレクター部材３１０の対向面３１２は、第２環状リング１２１に向けて折り曲げられ、第２コレクター部材３２０の対向面３２２は、第１環状リング１１１に向けて折り曲げられる。しかし、前記対向面３１２、３２２は、必ずフラックス伝達面３１１、３２１に垂直に折り曲げられなくてもよい。

第１コレクター部材３１０の挿入面３１３と第２コレクター部材３２０の挿入面３２３は、前述した第１環状リング１１１と第２環状リング１２１との間の空間部に向けて（Ｄ方向に）折り曲げられる。したがって、両挿入面３１３、３２３間の間隔Ｐは、磁気素子４００が挿入され得る程度の間隔を有するようになる。この際、挿入面３１３、３２３は、外側に向けて折り曲げられるものではなく、空間部に向けてＤ方向に折り曲げられるので、トルク測定装置の外形サイズを最小化することができる。

図４を参照すれば、第１コレクター部材３１０が第１環状リング１１１の外面１１１ａに隣接配置され、第２コレクター部材３２０が第２環状リング１２１の外面に隣接配置される場合には、第１コレクター部材３１０と第２コレクター部材３２０との間に発生するフラックスの漏洩を最大限防止することができると共に、製品のサイズを最小化することができるという長所がある。

また、挿入面３１３、３２３の終端には、互いに対向する方向に突起３１４、３２４が形成され、磁気素子４００の挿入深さを制御するストッパーの役目を行うことができる。この場合、組み立てが容易になるという長所がある。この際、前記突起３１４、３２４は、互いに接触する程度に延長し、磁気素子４００を空間部から隔離させることができ、突起３１４、３２４の外側面（空間部と対向する面）には、フラックス遮蔽膜が形成され、フラックス漏水を防止することもできる。

挿入面３１３、３２３の終端は、第１環状リング１１１の終端と第２環状リング１２１の終端を連結する仮想線Ｌ１と一致するように構成されることができる。しかし、必ずこれに限定されるものではなく、挿入面３１３、３２３の終端が仮想線Ｌ１の内側に突出して形成されることもできる。挿入面３１３、３２３の終端が仮想線Ｌ１の内側に突出して形成される場合、第１環状リング１１１と第２環状リング１２１との間に発生するフラックスの漏洩を最大限抑制することがあるという長所がある。

図５を参照すれば、第１コレクター部材３１０は、第１環状リング１１１の内面１１１ｂに隣接配置され、第２コレクター部材３２０は、第２環状リング１２１の内面１２１ｂに隣接配置されることができる。このような構造によれば、コレクター組立体３００の高さを低めることができ、製品のサイズを最小化することができる。

また、第１環状リング１１１と第２環状リング１２１との間に発生するフラックスの漏洩が防止されるという長所がある。しかし、第１コレクター部材３１０と第２コレクター部材３２０との間でフラックスが漏洩することができるので、第１コレクター部材３１０と第２コレクター部材３２０が互いに対向する面には、遮蔽部材が形成されることが好ましい。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲は、これに限定されるものではなく、特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の様々な変形及び改良形態をも本発明の権利範囲に属するものである。

１００ ステータ
１１０ 第１ステータ部材
１１１ 第１環状リング
１１２、１２２ 突出片
１２１ 第２環状リング
２００ 環形マグネット
３００ コレクター組立体
３１０ 第１コレクター部材
３２０ 第２コレクター部材
Ｐ 挿入空間

Claims (10)

1. 突出片が形成された第１環状リングおよび第２環状リングによって内部に空間部が形成されたステータと；
   前記空間部に配置されるリング形状のマグネットと；
   磁気素子が配置される少なくとも１つ以上の挿入空間を形成する第１コレクター部材および第２コレクター部材を含むコレクター組立体と；を含み、
   前記挿入空間は、前記第１コレクター部材の前記空間部に向かって延びる終端及び前記第２コレクター部材の前記空間部に向かって延びる終端によって定められることを特徴とするトルク測定装置。
2. 前記第１コレクター部材は、前記第１環状リングの外面の近くに配置され、前記第２コレクター部材は、前記第２環状リングの外面の近くに配置されることを特徴とする請求項１に記載のトルク測定装置。
3. 前記第１コレクター部材は、前記第１環状リングの内面の近くに配置され、前記第２コレクター部材は、前記第２環状リングの内面の近くに配置されることを特徴とする請求項１に記載のトルク測定装置。
4. 前記第１コレクター部材および前記第２コレクター部材は、
   前記第１環状リングまたは前記第２環状リングの近くに配置されるフラックス伝達面と；
   前記フラックス伝達面と連結され、互いに対向する方向に折り曲げられた対向面と；
   前記対向面と連結され、前記第１の環状リンクと前記第２の環状リングとの間に前記磁気素子を配置するように構成された前記空間部に向けて折り曲げられた挿入面と；を含むことを特徴とする請求項１に記載のトルク測定装置。
5. 前記第１コレクター部材と前記第２コレクター部材の挿入面の終端には、互いに対向する方向に突起が形成されることを特徴とする請求項４に記載のトルク測定装置。
6. 前記挿入面の終端は、前記第１環状リングの終端と前記第２環状リングの終端を連結する仮想線よりも内側に突出することを特徴とする請求項４に記載のトルク測定装置。
7. 前記挿入面の終端は、前記第１環状リングの終端と前記第２環状リングの終端を連結する仮想線と一致することを特徴とする請求項４に記載のトルク測定装置。
8. 前記第１環状リングと前記第２環状リングの突出片は、互いにずれて形成されることを特徴とする請求項１に記載のトルク測定装置。
9. 請求項１に記載のトルク測定装置を含むステアリング装置。
10. 請求項１に記載のトルク測定装置を含む車両。

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