KR102693762B1 - 토크 센서 및 이를 포함하는 조향 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로터; 상기 로터 외측에 배치되는 스테이터;및 상기 로터와 상기 스테이터 사이에서 발생한 자기장을 측정하는 센서 장치; 하우징을 포함하고, 상기 로터 및 상기 스테이터는 상기 하우징의 외부에 배치되고, 상기 센서 장치는 상기 하우징의 내부에 배치되며, 상기 로터의 축 방향을 기준으로, 상기 하우징과 상기 스테이터의 위치를 정렬하는 정렬수단을 포함하고, 상기 정렬수단은 상기 하우징 및 상기 스테이터 중 적어도 어느 하나에 배치되는 토크 센서를 제공하여, 스테이터 투스와 콜렉터간 정렬 위치를 확보하여, 토크 성능을 높일 수 있는 유리한 효과를 제공한다.

Description

토크 센서 및 이를 포함하는 조향 장치{Torque sensor and apparatus for steering}

실시예는 토크 센서 및 이를 포함하는 조향 장치에 관한 것이다.

파워 스티어링 시스템(Electronic Power System 이하, EPS라 한다.)은 운행조건에 따라 전자제어장치(Electronic Control Unit)에서 모터를 구동하여 선회 안정성을 보장하고 신속한 복원력을 제공함으로써, 운전자로 하여금 안전한 주행이 가능하도록 한다.

EPS는 적절한 토크를 제공하기 위하여, 조향축의 토크를 측정하는 토크 센서를 포함한다. 조향축은 핸들에 연결되는 입력축과 바퀴측의 동력전달구성과 연결되는 출력축과, 입력축과 출력축을 연결하는 토션바를 포함할 수 있다.

토크 센서는 토션바의 비틀림 정도를 측정하여 조향축에 걸리는 토크를 측정한다. 이러한 토크 센서는 로터와 스테이터와 센서 장치를 포함할 수 있다, 센서 장치는 스테이터의 자화량을 측정하는 콜렉터를 포함할 수 있다.

한편, 센서 장치와 스테이터가 별물로 구성되는 축소형 토크 센서가 있다. 그러나 이러한 토크 센서는 센서 장치와 스테이터가 별물로 구성되기 때문에 스테이터와 콜렉터간 정렬 위치에 오차가 발생하여, 정확하게 토크를 측정할 수 없는 문제점이 있다.

이에, 실시예는 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 센서 장치와 스테이터가 별물로 구성되는 토크 센서에서, 스테이터와 콜렉터간 정렬 위치를 확보할 수 있는 토크 센서와 이를 포함하는 조향 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

실시예가 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제에 국한되지 않으며 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

실시예는, 로터와, 상기 로터 외측에 배치되는 스테이터 및 상기 로터와 상기 스테이터 사이에서 발생한 자기장을 측정하는 센서 장치와, 하우징을 포함하고, 상기 로터 및 상기 스테이터는 상기 하우징의 외부에 배치되고, 상기 센서 장치는 상기 하우징의 내부에 배치되며, 상기 로터의 축 방향을 기준으로, 상기 하우징과 상기 스테이터의 위치를 정렬하는 정렬수단을 포함하고, 상기 정렬수단은 상기 하우징 및 상기 스테이터 중 적어도 어느 하나에 배치되는 토크 센서를 제공할 수 있다.

바람직하게는, 상기 정렬수단은, 상기 스테이터에 배치되는 홈과, 상기 하우징에 배치되어 상기 홈에 위치하는 돌기를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 스테이터는 몰드부재와 상기 몰드부재에 고정되는 스테이터 투스를 포함하고, 상기 홈은 상기 몰드부재에 배치돨 수 있다.

바람직하게는, 상기 홈은 상기 몰드부재의 외주면을 따라 환형으로 배치될 수 있다.

바람직하게는, 상기 하우징은 상기 스테이터를 향하는 전면을 포함하고, 상기 돌기는 상기 전면에서 돌출될 수 있다.

바람직하게는, 상기 하우징은 상기 스테이터를 향하는 전면을 포함하고, 상기 전면은 곡면부를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 곡면부는 상기 스테이터의 스테이터 투스의 곡률 반경보다 적어도 클 수 있다.

바람직하게는, 상기 돌기는 상기 곡면부에 배치될 수 있다.

바람직하게는, 상기 전면은 상기 곡면부의 양 단부에 배치되는 평면부를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 센서장치는, 상기 자기장을 수집하는 콜렉터와, 상기 콜렉터에서 수집된 상기 자기장을 측정하는 센서를 포함하는 기판을 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 하우징은 상기 기판이 삽입되는 슬롯을 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 하우징은 상기 스테이터를 향하는 전면과 상기 전면의 반대에 위치하는 후면을 포함하고, 상기 슬롯은 상기 후면에서 상기 전면을 관통할 수 있다.

바람직하게는, 상기 기판은 커넥터를 포함하고, 상기 기판은 상기 커넥터가 외부로 노출되도록 상기 하우징에 수용될 수 있다.

바람직하게는, 상기 하우징은 제1 결합부를 포함하고, 상기 콜렉터는 상기 제1 결합부와 결합하는 제2 결합부를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1 결합부는 돌출된 핀이고, 상기 제2 결합부는 상기 핀이 관통하는 홀일 수 있다.

바람직하게는, 상기 콜렉터는 상부 콜렉터와 하부 콜렉터를 포함하고, 상기 정렬수단은 상기 로터의 축 방향을 기준으로, 상기 상부 콜렉터와 상기 하부 콜렉터 사이에 배치될 수 있다.

바람직하게는, 상기 하우징은 상기 기판이 삽입되는 슬롯을 포함하고, 상기 콜렉터는 상부 콜렉터와 하부 콜렉터를 포함하고, 상기 슬롯은, 상기 로터의 축 방향을 기준으로, 상기 상부 콜렉터와 상기 하부 콜렉터 사이에 배치될 수 있다.

바람직하게는, 상기 하우징은 체결부재가 삽입되는 체결부를 포함할 수 있다.

다른 실시예는, 토크 센서 및 상기 토크 센서와 연결되는 전자 제어 장치를 포함하고, 상기 토크 센서는, 로터와, 상기 로터 외측에 배치되는 스테이터 및 상기 로터와 상기 스테이터 사이에서 발생한 자기장을 측정하는 센서 장치와, 하우징을 포함하고, 상기 로터 및 상기 스테이터는 상기 하우징의 외부에 배치되고, 상기 센서 장치는 상기 하우징의 내부에 배치되며, 상기 로터의 축 방향을 기준으로, 상기 하우징과 상기 스테이터의 위치를 정렬하는 정렬수단을 포함하고, 상기 정렬수단은 상기 하우징 및 상기 스테이터 중 적어도 어느 하나에 배치되는 조향 장치를 제공할 수 있다.

바람직하게는, 상기 하우징은 상기 전자 제어 장치의 하우징에 결합할 수 있다.

실시예에 따르면, 하우징과 스테이터의 위치를 정렬하는 정렬수단을 통해, 스테이터 투스와 콜렉터간 정렬 위치를 확보하여, 토크 성능을 높일 수 있는 유리한 효과를 제공한다.

도 1은 실시예에 따른 토크 센서를 도시한 도면,
도 2는 도 1에서 도시한 토크 센서의 분해도,
도 3은 하우징을 도시한 도면,
도 4는 하우징의 전면에 배치된 곡면부를 도시한 도면,
도 5는 정렬 수단의 돌기를 포함하는 하우징을 도시한 도면,
도 6은 정렬수단의 홈을 포함하는 스테이터를 도시한 도면,
도 7은 스테이터와 콜렉터가 정렬되는 위치를 도시한 도면,
도 8은 스테이터의 홈에 하우징의 돌기가 결합된 상태를 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 그리고 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.

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.

도 1은 실시예에 따른 토크 센서를 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에서 도시한 토크 센서의 분해도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 토크 센서(10)는, 로터(100)와, 스테이터(200)와, 센서 장치(300)와, 하우징(400)을 포함할 수 있다.

로터(100)는 스테이터(200)의 내측에 배치된다. 로터(100)는 조향축의 입력축과 연결된다, 여기서, 입력축이란, 차향의 핸들과 연결된 조향축일 수 있다. 로터(100)는 원통형의 요크(110)와 요크(110)에 배치되는 마그넷(120)을 포함할 수 있다. 요크(110)의 내측으로 입력축이 삽입된다. 그리고 요크(110)의 외측으로 마그넷(120)이 배치될 수 있다. 마그넷(120)에 요크(110)의 외주면에 접착 고정되거나 압입 고정될 수 있다.

스테이터(200)는 로터(100)의 외측에 배치된다. 스테이터(200)는 환형의 스테이터 투스(210)과, 몰드부재(220)와, 홀더(230)를 포함할 수 있다. 스테이터 투스(210)은 마주보는 형태로 한 쌍이 떨어져 배치될 수 있다. 그리고, 2개의 스테이터 투스(210)은 몰드부재(220)의 상측 및 하측에 각각 고정될 수 있다. 홀더(230)는 몰드부재(220)에 결합된다. 홀더(230)는 조향축의 출력축과 연결될 수 있다. 여기서, 출력축이란, 바퀴측의 동력전달구성과 연결되는 조향축일 수 있다. 따라서, 스테이터(200)는 출력축과 연결되어 출력축과 함께 회전한다.

센서 장치(300)는 로터(100)와 스테이터(200) 사이에 발생한 자기장을 측정한다. 이러한 센서 장치(300)는 조향적으로 보조하는 모터의 전자 제어 자치(ECU)와 연결되어 측정된 자기장의 변화에 기초하여 토크를 산출하여 전달한다.

센서 장치(300)는 콜렉터(310)와, 센서(321)를 포함하는 기판(320)을 포함할 수 있다.

콜렉터(310)는 스테이터(200)의 플럭스(flux)을 수집한다. 콜렉터(310)는 상부 콜렉터(311)와. 하부 콜렉터(312)를 포함할 수 있다. 상부 콜렉터(311)와. 하부 콜렉터(312)는 로터(100)의 축 방향을 기준으로 떨어져 배치될 수 있다.

기판(320)은 센서(321)를 포함한다. 센서(321)는 자기장의 변화를 검출하는 Hall IC일 수 있다. 센서(321)는 로터(100)의 마그넷(120)과 스테이터(200)의 전기적 상호 작용에 의해 발생하는 스테이터(200)의 자화량을 검출한다. 센서(321)는 로터(100)의 축 방향을 기준으로, 상부 콜렉터(311)와. 하부 콜렉터(312) 사이에 배치된다. 기판(320)은 커넥터(322)를 포함한다. 커넥터(322)는 전자 제어 장치(ECU)와 연결된다.

도 3은 하우징을 도시한 도면이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 하우징(400)은 콜렉터(310)와, 기판(320)을 고정한다. 그리고 하우징(400)은 로터(100)와 스테이터(200)의 외부에 배치된다. 하우징(400)은 전자 제어 장치의 하우징(미도시)에 배치될 수 있다. 이러한 하우징(400)은 기판(320)이 삽입되는 슬롯(410)을 포함할 수 있다. 슬롯(410)은 하우징(400)의 전면(400A)과 후면(400B)을 관통하여 배치된다.

하우징(400)의 전면(400A)이라 함은 하우징(400)이 전자 제어 장치의 하우징에 배치될 때, 스테이터(200)와 마주보는 면을 의미하며, 하우징(400)의 후면(400B)은 전면(400A)의 반대방향에 위치하며, 기판(320)이 삽입되는 슬롯(410)의 입구가 위치한다. 슬롯(410)의 입구의 양 측에는 가이드(411)가 각각 배치될 수 있다. 가이드(411)에는 기판(320)의 양 측 에지가 삽입된다. 기판(320)은 가이드(411)를 따라 슬롯(410)에 삽입된다. 기판(320)에 슬롯(410)된 상태에서 커넥터(322)는 하우징(400)의 외부에 위치한다. 하우징(400)에는 전자 제어 장치의 하우징과 결합하는 복수 개의 체결부(412)가 마련될 수 있다.

도 4는 하우징의 전면에 배치된 곡면부를 도시한 도면이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 하우징(400)의 전면(400A)은 곡면부(420)와 평면부(430)를 포함할 수 있다. 곡면부(420)의 곡률 반경(R1)은 스테이터 투스(210)의 반경 방향(R2)보다 적어도 클 수 있다. 곡면부(420)의 양 측에는 각각 평면부(430)가 배치된다. 평면부(430)가 복수 개의 체결돌기(440)가 배치될 수 있다. 체결돌기(440)는 콜렉터(310)와 결합한다.

도 5는 정렬 수단의 돌기를 포함하는 하우징을 도시한 도면이고, 도 6은 정렬수단의 홈을 포함하는 스테이터를 도시한 도면이고, 도 7은 스테이터와 콜렉터가 정렬되는 위치를 도시한 도면이다.

도 5 내지 도 7을 참조하면, 정렬수단(500)은 로터(100)의 축 방향을 기준으로, 스테이터 투스(210)의 위치와 콜렉터(310)의 위치를 정렬하는 역할을 한다. 스테이터 투스(210)가 포함된 스테이터(200)는 조향축에 연결되며, 콜렉터(310)가 포함된 하우징(400)은 전자 제어 장치의 하우징에 연결되기 때문에, 스테이터 투스(210)의 위치와 콜렉터(310)의 위치에 정렬 오차가 발생할 위험이 크다. 정렬수단(500)은 스테이터(200)와 하우징(400)을 물리적으로 연결하여, 이러한 정렬 오차를 줄인다.

정렬수단(500)으로서, 하우징(400)에 돌기(450)가 마련되며, 스테이터(200)의 몰드부재(220)에 홈(221)이 마련된다.

돌기(450)는 하우징(400)의 전면(400A)에 배치된다. 구체적으로, 돌기(450)는 하우징(400)의 곡면부(420)에 배치될 수 있다. 로터(100)의 축 방향을 기준으로, 돌기(450)는 상부 콜렉터(311)와 하부 콜렉터(312) 사이에 배치될 수 있다. 그리고 돌기(450)의 전면(451)은 곡면으로 형성될 수 있다.

홈(221)은 몰드부재(220)의 외주면을 따라 배치된다. 홈(221)은 몰드부재(220)의 외주면에서 오목하게 형성된다. 그리고 홈(221)은 전체 형상이 환형이 될 수 있다.

로터(100)의 축 방향을 기준으로, 홈(221)과 돌기(450)가 정렬되면, 스테이터 투스(210)와 콜렉터(310)가 정렬된다.

도 8은 스테이터의 홈에 하우징의 돌기가 결합된 상태를 도시한 도면이다.

도 8을 참조하면, 홈(221)에 돌기(450)가 결합되면, 로터(100)의 축 방향을 기준으로, 스테이터 투스(210)와 콜렉터(310)가 정렬된다. 따라서, 스테이터(200)와 센서 장치(300)가 별물로 배치되는 토크 센서에서, 실시예에 따른 토크 센서는 성능을 토크 성능을 높일 수 있는 이점이 있다.

이상으로 본 발명의 바람직한 하나의 실시예에 따른 토크 센서 및 이를 포함하는 조향 장치에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 살펴보았다.

전술된 본 발명의 일 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 이 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 로터
200: 스테이터
210: 스테이터 투스
220: 몰드부재
230: 홀더
300: 센서 장치
400: 하우징
410: 슬롯
420: 곡면부
430: 평면부
440: 체결돌기
450: 돌기

Claims (20)

1. 로터;
   상기 로터 외측에 배치되는 스테이터;및
   상기 로터와 상기 스테이터 사이에서 발생한 자기장을 측정하는 센서 장치;
   하우징을 포함하고,
   상기 로터 및 상기 스테이터는 상기 하우징의 외부에 배치되고,
   상기 센서 장치는 상기 하우징의 내부에 배치되며,
   상기 로터의 축 방향을 기준으로, 상기 하우징과 상기 스테이터의 위치를 정렬하는 정렬수단을 포함하고,
   상기 정렬수단은 상기 하우징 및 상기 스테이터 중 적어도 어느 하나에 배치되고, 상기 하우징은 상기 스테이터를 향하는 전면을 포함하고, 상기 전면은 곡면부를 포함하고,
   상기 곡면부는 상기 스테이터의 스테이터 투스의 곡률 반경보다 적어도 큰 토크 센서.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 정렬수단은,
   상기 스테이터에 배치되는 홈과, 상기 하우징에 배치되어 상기 홈에 위치하는 돌기를 포함하는 토크 센서.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 스테이터는 몰드부재와 상기 몰드부재에 고정되는 스테이터 투스를 포함하고,
   상기 홈은 상기 몰드부재에 배치되는 토크 센서.
4. 제3 항에 있어서,
   상기 홈은 상기 몰드부재의 외주면을 따라 환형으로 배치되는 토크 센서.
5. 제2 항에 있어서,
   상기 하우징은 상기 스테이터를 향하는 전면을 포함하고,
   상기 돌기는 상기 전면에서 돌출되는 토크 센서.
6. 삭제
7. 삭제
8. 제2 항에 있어서,
   상기 돌기는 상기 곡면부에 배치되는 토크 센서.
9. 제1 항에 있어서,
   상기 전면은 상기 곡면부의 양 단부에 배치되는 평면부를 포함하는 토크 센서.
10. 제1 항에 있어서,
    상기 센서장치는,
    상기 자기장을 수집하는 콜렉터와, 상기 콜렉터에서 수집된 상기 자기장을 측정하는 센서를 포함하는 기판을 포함하는 토크 센서.
11. 제10 항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 기판이 삽입되는 슬롯을 포함하는 토크 센서.
12. 제11 항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 스테이터를 향하는 전면과 상기 전면의 반대에 위치하는 후면을 포함하고,
    상기 슬롯은 상기 후면에서 상기 전면을 관통하는 토크 센서.
13. 제10 항에 있어서,
    상기 기판은 커넥터를 포함하고,
    상기 기판은 상기 커넥터가 외부로 노출되도록 상기 하우징에 수용되는 토크 센서.
14. 제10 항에 있어서,
    상기 하우징은 제1 결합부를 포함하고,
    상기 콜렉터는 상기 제1 결합부와 결합하는 제2 결합부를 포함하는 토크 센서.
15. 제14 항에 있어서,
    상기 제1 결합부는 돌출된 핀이고,
    상기 제2 결합부는 상기 핀이 관통하는 홀인 토크 센서.
16. 제10 항에 있어서,
    상기 콜렉터는 상부 콜렉터와 하부 콜렉터를 포함하고,
    상기 정렬수단은 상기 로터의 축 방향을 기준으로, 상기 상부 콜렉터와 상기 하부 콜렉터 사이에 배치되는 토크 센서.
17. 제10 항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 기판이 삽입되는 슬롯을 포함하고,
    상기 콜렉터는 상부 콜렉터와 하부 콜렉터를 포함하고,
    상기 슬롯은, 상기 로터의 축 방향을 기준으로, 상기 상부 콜렉터와 상기 하부 콜렉터 사이에 배치되는 토크 센서.
18. 제1 항에 있어서,
    상기 하우징은 체결부재가 삽입되는 체결부를 포함하는 토크 센서.
19. 토크 센서;및
    상기 토크 센서와 연결되는 전자 제어 장치를 포함하고,
    상기 토크 센서는,
    로터;
    상기 로터 외측에 배치되는 스테이터;및
    상기 로터와 상기 스테이터 사이에서 발생한 자기장을 측정하는 센서 장치;
    하우징을 포함하고,
    상기 로터 및 상기 스테이터는 상기 하우징의 외부에 배치되고,
    상기 센서 장치는 상기 하우징의 내부에 배치되며,
    상기 로터의 축 방향을 기준으로, 상기 하우징과 상기 스테이터의 위치를 정렬하는 정렬수단을 포함하고,
    상기 정렬수단은 상기 하우징 및 상기 스테이터 중 적어도 어느 하나에 배치되고,
    상기 하우징은 상기 스테이터를 향하는 전면을 포함하고, 상기 전면은 곡면부를 포함하고, 상기 곡면부는 상기 스테이터의 스테이터 투스의 곡률 반경보다 적어도 큰 조향 장치.
20. 제19 항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 전자 제어 장치의 하우징에 결합하는 조향 장치.

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