KR102055800B1

KR102055800B1 - 토크센서

Info

Publication number: KR102055800B1
Application number: KR1020130115020A
Authority: KR
Inventors: 손호찬
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2013-09-27
Filing date: 2013-09-27
Publication date: 2019-12-13
Also published as: CN105593106B; US20160238471A1; KR20150034983A; EP3050778B1; CN105593106A; EP3050778A1; US10267692B2; EP3050778A4; WO2015046771A1

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 토크센서는 제1 하우징와 제2 하우징 및 제1 하우징와 제2 하우징의 내부에 배치되며, 스테이터 홀더 및 스테이터 홀더에 고정되는 적어도 하나의 스테이터 투스를 구비하는 스테이터를 포함하되, 스테이터에는 제1 하우징와 제2 하우징에 형성된 관통홀 중 적어도 하나의 내주면을 지지하는 돌출부가 형성되며, 본 실시예에 따르면 스테이터가 하우징 내에서 수평방향으로 흔들리는 것을 방지하여 토크센서의 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Description

토크센서{TORQUE SENSOR}

본 발명은 토크센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량에 탑재되어 조향축의 토크를 측정하는 토크센서에 관한 것이다.

일반적으로, 전동식 동력 조향장치(Electronic Power Steering System, EPS)는 차량의 조향 안정성을 보장하기 위한 장치로 모터를 이용하여 운전자가 조향하는 방향으로 토크를 제공함으로써 핸들링이 가벼워지게 하는 것이다.

이러한 전동식 동력 조향장치는 기존의 유압식 조향 보조장치(Hydraulic Power Steering, HPS)와 달리 주행 조건에 따라 모터의 동작을 제어하여 조타성능과 조타감을 향상시킬 수 있다.

이러한 전동식 동력 조향장치가 적절한 토크를 제공하기 위해서는 조향축에 걸리는 토크, 조향각 및 조향각속도를 측정할 필요가 있다.

일반적인 스티어링 구조는, 스티어링 휠이 결합되는 입력축, 바퀴측의 랙바와 치합되는 피니언에 결합되는 출력축 및 상기 입력축과 출력축를 연결하는 토션바(torshion bar)로 이루어진다.

스티어링 휠이 회전하면 출력축으로 회전력이 전달되고, 피니언과 랙바의 작용에 의해 바퀴의 방향이 변화한다. 이때, 저항이 크게 작용하면 입력축이 더 많이 회전하게 되어 토션바가 비틀리게 되는데, 이러한 토션바의 비틀림 정도를 측정하는 것이 자기장 방식의 토크센서이다.

토크센서는 로터와 스테이터가 콜렉터와 회로기판과 함께 제1 하우징 및 제2 하우징에 수용되어 제공되며, 이와 같이 제공된 토크센서는 하우징에 수용되어 입력축 및 출력축과 연결된다. 이때, 스테이터 홀더는 제1,2 하우징의 결합에 의해 축방향으로 고정된다.

하지만, 스테이터 홀더가 하우징 내에서 축방향과 수직한 방향, 즉 수평방향으로는 고정되지 않아 흔들림이 발생하는 문제점이 있다. 이와 같이, 스테이터 홀더가 흔들리는 경우 자력을 전달하는 스테이터 투스(tooth)의 유격이 변화하여 토크센서의 동작 신뢰성이 저해되는 문제점이 있다.

본 발명은 스테이터가 하우징 내에서 축방향과 수직한 수평방향으로 흔들리는 것을 방지하여 토크센서의 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있는 토크센서를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 하우징와 제2 하우징; 및 상기 제1 하우징와 제2 하우징의 내부에 배치되며, 스테이터 홀더 및 스테이터 홀더에 고정되는 적어도 하나의 스테이터 투스를 구비하는 스테이터를 포함하되, 상기 스테이터에는 상기 제1 하우징와 제2 하우징에 형성된 관통홀 중 적어도 하나의 내주면을 지지하는 돌출부가 형성된 토크센서가 제공된다.

상기 돌출부는 상기 스테이터 투스가 상측 또는 하측으로 연장될 수 있다.

상기 돌출부는 상기 스테이터 홀더의 상측 또는 하측으로 돌출될 수 있다.

상기 돌출부는 상기 스테이터 홀더의 수평방향으로 돌출될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1 하우징와 제2 하우징; 및 상기 제1 하우징와 제2 하우징의 내부에 배치되며, 스테이터 홀더 및 스테이터 홀더에 고정되는 적어도 하나의 스테이터 투스를 구비하는 스테이터를 포함하되, 상기 스테이터에는 돌출부가 형성되고, 상기 제1 하우징와 제2 하우징 중 적어도 하나에는 제1 홈이 형성된 토크센서가 제공된다.

상기 돌출부가 회전하는 경로의 직경이 상기 제1 하우징와 제2 하우징에 형성된 관통홀의 직경보다 클 수 있다.

상기 돌출부는 상기 스테이터 홀더에 상측 또는 하측으로 돌출될 수 있다.

상기 제1 홈은 상기 제1 하우징와 제2 하우징의 내측면에 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 스테이터가 하우징 내에서 축방향과 수직한 수평방향으로 흔들리는 것을 방지할 수 있어 토크센서의 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크센서의 분해사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 토크센서의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 토크센서의 분해사시도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 토크센서의 분해사시도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 토크센서의 분해사시도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 토크센서의 단면도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크센서의 분해사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 토크센서의 단면도이다. 한편, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 토크센서의 분해사시도이다.
도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 토크센서는 제1 하우징(110), 제2 하우징(120), 스테이터(200), 및 로터(300)를 포함한다.
제1 하우징(110)와 제2 하우징(120)는 서로 결합되어 토크센서의 외형을 형성하고, 그 내부에는 스테이터(200) 및 로터(300)가 배치된다. 이때, 제1 하우징(110)과 제2 하우징(120)은 일측에 형성된 결합부(112,122)를 통해 서로 결합될 수 있다.
제1 하우징(110)에는 제1관통홀(111)이 형성된다. 제2 하우징(120)에는 제2관통홀(121)이 형성된다. 제1 하우징(110)의 제1관통홀(111)를 통해 입력축(미도시)이 로터(300)에 연결되고, 제2 하우징(120)의 제2관통홀(121)를 통해 출력축(미도시)이 스테이터(200)에 연결된다.
이때, 제1 하우징(110)제1 관통홀(111)의 직경(도 2의 R1) 및 제 2관통홀(121)의 직경(도 2의 R2)은 스테이터(200)의 외경(도 2의 R4)보다 작을 수 있다. 따라서, 스테이터(200)는 제1 하우징(110)와 제2 하우징(120)의 결합에 의해 축방향(z)으로 고정될 수 있다.
스테이터(200)는 제1 하우징(110)와 제2 하우징(120)의 내부에 배치되고, 출력축과 연동하여 회전한다.
스테이터(200)는 스테이터 홀더(210) 및 스테이터 투스(220)를 포함한다.. 스테이터 투스(220)는 한 쌍으로 형성(221, 222)되어 스테이터 홀더(210)의 상부와 하부에 각각 고정된다. 스테이터 투스(220)는 로터(300)의 외주면에 배치된 마그네트(310)와 대향하게 배치된다.
스테이터 홀더(210)는 스테이터(200)의 몸체를 형성하고, 출력축과 결합된다. 스테이터 홀더(210)는 사출 성형 방식으로 제작되어 스테이터 투스(220)를 고정할 수 있다. 스테이터 투스(220)와 스테이터 홀더(210)의 결합 방식은 종래 토크센서의 구성이 모두 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스테이터(200)는 제1 하우징(110)에 형성된 제1관통홀(111)의 내주면에 지지되는 돌출부(230)를 포함한다. 그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 돌출부(230)는 제2 하우징(120)에 형성된 제 2관통홀(121)에 지지될 수도 있다.
돌출부(230)는 임의의 제1가상원(C1)을 따라 축방향(z)으로 복수 개가 돌출 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 하우징(110) 또는 제2 하우징(120)에 형성된 제1,2관통홀(111,121)의 직경은 돌출부(230)의 회전 직경(제1가상원의 직경)과 동일하거나 작을 수 있다.
제1 관통홀(111)의 직경(R1)와 제2 관통홀(121)의 직경(R2)은 돌출부(230)의 회전을 지지할 수 있는 오차범위 내에서 다양하게 선택될 수 있다. 예를 들면, 돌출부(230)는 회전시 제1 관통홀(111)의 내주면과 접촉하거나 또는 소정 간격으로 이격될 수 있다.
로터(300)는 스테이터(200)의 내측에 배치되고, 입력축과 연동하여 회전한다. 로터(300)의 외주면에는 링 형상의 마그네트(310)가 부착되고, 마그네트(310)의 외측에는 스테이터 투스(220)가 배치된다.
입력축과 출력축의 회전량 차이에 의해 토션바에 비틀림이 발생하면, 로터(300)에 부착된 마그네트(310)와 스테이터(200)의 회전량이 달라져, 마그네트(310)와 스테이터 투스(220)의 사이의 대향면이 변화한다. 따라서, 스테이터(200)의 자화량 변화를 검출하여 토크를 측정할 수 있다.
이를 위해, 토크센서는 스테이터 투스(220)에 결합되어 플럭스(flux)를 수집하는 적어도 하나의 콜렉터(미도시)와 콜렉터에 수집된 자화량을 검출하는 자기소자(미도시) 및 자기소자가 배치되는 회로기판(미도시)를 더 포함할 수 있다.
도 2를 참고하면, 제1 관통홀의 직경(R1)은 제2 관통홀의 직경(R3)보다 크고, 제1 가상원의 직경(R2)은 제1 관통홀의 직경(R1)과 동일하거나 작게 형성될 수 있다. 이러한 구성에 의하며, 제1 가상원을 따라 배치된 돌출부(230)는 제1 관통홀의 내주면(111a)과 마주보게 배치되어 스테이터의 회전을 지지할 수 있다.
이때, 스테이터의 외주면 직경(R4)은 제1 관통홀의 직경(R1) 및 제2 관통홀의 직경(R3)보다 크게 제작되므로 스테이터가 제1 하우징(110)와 제2 하우징(120)에 안정적으로 구속될 수 있다.
또한, 제1관통홀의 직경(R1)은 로터(300)의 외주면 직경(R5)보다 클 수 있다. 이러한 구조는, 로터(300)가 제1 하우징(110)와 제2 하우징(120)에 의해 구속되지 않고 손쉽게 스테이터로부터 분리되므로 제작 및 보수가 용이한 장점이 있다. 또한, 차량에 장착시에는 조향축(입력축 및 출력축)에 의해 로터(300)와 스테이터(200)가 축방향으로 구속되므로 센서의 성능은 저하되지 않는다.
돌출부(230)는 스테이터 홀더(210) 또는 스테이터 투스(220)에서 돌출 형성될 수 있다. 이때, 돌출부(230)는 축방향(z)으로 형성되거나 수평방향(x,y)으로 형성되어 제1 하우징(110) 또는 제2 하우징(120)의 내주면에 지지될 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 스테이터(200)가 제1 하우징(110)과 제2 하우징(120) 내에서 축방향(z)과 수직한 수평방향(x,y)으로 고정될 수 있다. 즉, 스테이터(200)가 제1 하우징(110) 또는 제2 하우징(120)의 내주면에 지지된 상태로 회전할 수 있어, 회전시 스테이터(200)가 수평방향(x,y)으로 흔들리는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 토크센서의 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 3을 참고하면, 돌출부(230)는 제2 하우징(120)를 향해 돌출될 수도 있다. 따라서, 돌출부(230)는 제2 관통홀(121)의 내주면에 지지될 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 토크센서의 분해사시도이고, 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 토크센서의 변형예이다.
본 실시예에서 하우징의 구성, 및 돌출부가 제1 가상원을 따라 복수개 형성되는 구성은 전술한 바와 동일하고, 다만, 돌출부를 지지하는 구조만이 상이하므로 이에 대해 자세히 설명한다.
도 4를 참고하면, 제1 하우징(110)의 내측면에 제1 돌기(231)의 회전을 안내하는 링 형상의 홈(113)이 형성되고, 스테이터(200)에 형성된 제1 돌기(231)가 제1홈(113)에 의해 회전 지지될 수도 있다.
이때, 제1 돌기(231)는 스테이터 홀더(210)에 축방향(z)으로 돌출되어 형성될 수 있고, 제1 하우징(110)에 형성된 제1 관통홀(111)의 직경(R1)은 제1 돌기(231)가 회전하는 경로의 직경(제1가상원의 직경)보다 작을 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 스테이터(200)가 제1 하우징(110)의 내측면에 형성된 제1 홈(113)에 지지된 채로 회전할 수 있어, 회전시 스테이터(200)가 수평방향(x,y)으로 흔들리는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 토크센서의 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
그러나, 돌출부의 지지구조는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 도 5와 같이 제2 하우징(120)의 내측면에 제2 홈(123)이 형성되어 제2 돌기32)를 가이드할 수도 있다.
또한, 스테이터(200)에 제1 돌기(231) 및 제2 돌기(232)를 형성하고, 제1 하우징(110)의 제1 홈(113)과 제2 하우징(120)의 제2 홈(123)에 지지되도록 구성할 수도 있다.

또한, 스테이터(200)에 형성된 제1 돌기(231)가 제1 하우징(110)의 제1 관통홀(111) 내주면과 마주보도록 배치(도 1 참고)하고, 스테이터(200)에 형성된 제2 돌기(232)는 제2 하우징(120)에 형성된 제2 홈(123)에 회전 가능하게 결합되도록 배치할 수도 있다. 이러한 구성에 의하면 보다 스테이터의 수평방향 흔들림을 보다 효과적으로 제어할 수 있다.

삭제

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

110 : 제1 하우징 120 : 제2 하우징
111,121 : 관통홀 112,122 : 결합부
113: 제1 홈 123 : 제2 홈
200 : 스테이터
210 : 스테이터 홀더 220 : 스테이터 투스
230 : 돌출부 300 : 로터
310 : 마그네트

Claims

제1 관통홀을 포함하는 제1 하우징;
제2 관통홀을 포함하는 제2 하우징;
상기 제1 하우징과 상기 제2 하우징 사이에 배치되는 스테이터;및
상기 스테이터의 내측에 배치되고, 링형상의 마그네트를 포함하는 로터를 포함하고,
상기 스테이터는 스테이터 홀더와, 상기 스테이터 홀더에 고정되는 스테이터 투스를 포함하고,
상기 스테이터 투스는 상기 마그네트를 마주보고 배치되며,
상기 스테이터 홀더는 제1 돌기와 제2 돌기를 포함하고,
상기 제1 돌기는 상기 제1 관통홀를 관통하여 배치되고,
상기 제2 돌기는 상기 제2 하우징을 향하여 돌출되고,
상기 제1 돌기의 직경은 상기 제1 관통홀의 직경보다 작고,
상기 제2 하우징은, 상기 하우징의 내측면에 형성된 제1 홈을 포함하고,
상기 제2 돌기는 상기 제1 홈에 결합하는 토크센서.
제1 관통홀를 포함하는 제1 하우징;
제2 관통홀를 포함하는 제2 하우징;
상기 제1 하우징과 상기 제2 하우징 사이에 배치되는 스테이터;및
상기 스테이터의 내측에 배치되고, 링형상의 마그네트를 포함하는 로터를 포함하고,
상기 스테이터는 스테이터 홀더와, 상기 스테이터 홀더에 고정되는 스테이터 투스를 포함하고,
상기 스테이터 투스는 마그네트를 마주보고 배치되며,
상기 스테이터 홀더는 제1 돌기와 제2 돌기를 포함하고,
상기 제1 돌기는 상기 제1 하우징을 향하여 돌출되고,
상기 제2 돌기는 상기 제2 하우징을 향하여 돌출되고,
상기 제2 하우징은, 상기 하우징의 내측면에 형성된 제1 홈을 포함하고,
상기 제2 돌기는 상기 제1 홈에 결합하는 토크센서.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 제1 돌기는 복수 개 이고,
상기 제2 돌기는 복수 개인 토크센서.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 제1 돌기는 축방향으로 상기 스테이터 홀더에서 돌출되는 토크센서.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 스테이터와 연결되는 콜렉터와,
상기 콜렉터에서 수집된 자화량을 검출하는 자기소자를 포함하는 토크센서.
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