KR20060130331A

KR20060130331A - Torque sensor of the steering system

Info

Publication number: KR20060130331A
Application number: KR1020050050948A
Authority: KR
Inventors: 진종학
Original assignee: 주식회사 만도
Priority date: 2005-06-14
Filing date: 2005-06-14
Publication date: 2006-12-19

Abstract

본 발명은 스티어링 시스템의 토크센서에 대한 것으로, 더 상세하게는 본원 출원인의 선 출원 발명인 특허출원제 2002-56413호(스티어링 시스템의 토크센서-이하 "선 발명"이라 함)을 개량하여 토크센서로서의 기능을 향상시킨 것이다. The present invention relates to a torque sensor of a steering system, and more particularly, to the patent application No. 2002-56413 (Applicant No. 2002-56413 of the steering system of the steering system-hereinafter referred to as "invention") to improve the torque sensor as This is an improvement.

발명의 특징적인 실시수단은 코일을 감싸도록 마련되는 보빈과, 상기 보빈과 마주하도록 배치되는 검출링을 구비한 토크센서에 있어서, 상기 보빈과 검출링은 비투자율이 공기보다 크지 않은 비자성 재료로 마련되어 기계적 접촉이 일어나지 않도록 이격되게 설치하되, 상기한 보빈은 자속에 대한 흐름에 저항을 줄이기 위해 자성체로 구성하는 것이다. A characteristic embodiment of the invention is a torque sensor having a bobbin provided to surround a coil and a detection ring disposed to face the bobbin, wherein the bobbin and the detection ring are made of a nonmagnetic material whose relative permeability is not greater than air. It is provided to be spaced apart so that no mechanical contact occurs, the bobbin is composed of a magnetic material to reduce the resistance to the flow to the magnetic flux.

Description

Torque sensor of steering system {TORQUE SENSOR OF STEERING SYSTEM}

도 1은 선 발명에 따른 토크센서를 보인 부분 절개 사시도이다. 1 is a partial cutaway perspective view showing a torque sensor according to the invention.

도 2는 본 발명에 따른 토크센서의 구성으로서 중립상태를 보인 도면이다. 2 is a view showing a neutral state as a configuration of a torque sensor according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 토크센서의 입력축이 우회전된 상태의 도면이다. 3 is a view of a state in which the input shaft of the torque sensor according to the present invention is turned right.

도 4는 본 발명에 따른 토크센서의 입력축이 좌회전된 상태의 도면이다. 4 is a view of a state in which the input shaft of the torque sensor according to the present invention is rotated left.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

1: 입력축 2: 출력축1: input shaft 2: output shaft

3: 토션바 4: 하우징3: torsion bar 4: housing

5a,5b: 베어링 6a, 6b: 보빈5a, 5b: bearing 6a, 6b: bobbin

7a,7b: 코일1,2 9a,9b,9c,9d: 검출링1,2,3,47a, 7b: coil 1,2 9a, 9b, 9c, 9d: detection rings 1,2,3,4

본 발명은 스티어링 시스템의 토크센서에 대한 것으로, 더 상세하게는 본원 출원인의 선 출원 발명인 특허출원제 2002-56413호(스티어링 시스템의 토크센서-이 하 "선 발명"이라 함)을 개량하여 토크센서로서의 기능을 향상시킨 것이다. The present invention relates to a torque sensor of a steering system, and more particularly, to improve the torque sensor by improving the patent application No. 2002-56413 (the torque sensor of the steering system-hereinafter referred to as the "invention") of the present applicant. It is to improve the function as.

일반적으로 스티어링 시스템은 스티어링휠을 회전시켜 바퀴를 조향시키는 것으로서, 바퀴와 노면 사이에 작용하는 마찰력에 의해 스티어링휠과 바퀴 사이의 회전비가 다르게 나타난다. In general, the steering system rotates the steering wheel to steer the wheels, and the rotation ratio between the steering wheel and the wheels is different due to the friction force acting between the wheels and the road surface.

따라서, 이를 측정하여 보상하기 위해 토크센서를 구비하는데, 이 토크센서는 스티어링휠과 바퀴의 회전각도 편차를 측정하여, 측정된 편차만큼 다른 동력수단으로 바퀴를 회전시켜 차량의 안전성을 높이게 된다. Therefore, a torque sensor is provided to compensate for this. The torque sensor measures a deviation of the rotation angle of the steering wheel and the wheel, thereby increasing the safety of the vehicle by rotating the wheel by another power means by the measured deviation.

이러한 토크센서는 스티어링휠과 연결되는 입력축과, 바퀴측에 연결되는 출력축의 외측에 다수개의 검출링을 설치하고 그 외측에 코일이 권선된 보빈을 설치하여 검출링 사이의 대향 면적과 자속 변화로 인한 인덕턴스 값을 측정한다. The torque sensor is provided with a plurality of detection rings on the outer side of the input shaft connected to the steering wheel and the output shaft connected to the wheel side, and a bobbin with coils wound on the outer side thereof, which is caused by a change in the opposing area and magnetic flux between the detection rings. Measure the inductance value.

이때, 토션바의 비틀림 정도를 검출하기 위해서는 히스테리시스(Hysteresis)가 작은 연자석재료를 사용하여 AC 전압으로 가진되는 코일을 감싸는 자기 회로를 구성해야한다. At this time, in order to detect the degree of twist of the torsion bar, a magnetic circuit having a low hysteresis (soft hysteresis) should be used to form a magnetic circuit that surrounds a coil excited with an AC voltage.

그러나, 이러한 구성의 토크센서는 비투자율이 높은 재료를 사용해야하므로 재료비의 증가로 인해 제작원가가 높아지고, 재료특성의 산포에 의한 오차를 동반하므로 신뢰성이 저하되는 문제점이 있었다. However, the torque sensor of such a configuration has to use a material with a high relative permeability, so the manufacturing cost is increased due to the increase in the material cost, and there is a problem in that reliability is lowered because it is accompanied by an error due to the distribution of material properties.

아울러, 이와는 달리 구성된 토크센서로서, 토션바의 비틀림 정도를 검출하기 위해 AC 전압으로 가진되는 코일을 감싸는 자기회로가 공기와 같은 비투자율을 가지는 재료 및 비자성전도성재료(알루미늄)로 이루어진 토크센서가 있다. In addition, as a torque sensor configured differently, a torque sensor composed of a material having a specific permeability such as air and a nonmagnetic conductive material (aluminum) has a magnetic circuit surrounding the coil with an AC voltage to detect the degree of torsion of the torsion bar. have.

이때, 비틀림각 검출은 회전체 내의 두개의 부품이 캠구조로 서로 연동되어 토션바의 비틀림에 따라 두 개의 부품간의 축방향 거리가 변하면서 그 중에 하나의 부품에 부착된 비자성전동성재료(알루미늄)가 자기회로에 작용하는 정도가 달라지면서 발생하는 자기회로의 인덕턴스의 변화를 전기신호로 바꾸어서 얻는다. At this time, the torsion angle detection is a non-magnetic material (aluminum) attached to one of the components while the axial distance between the two components in accordance with the twist of the torsion bar is interlocked with each other in the cam structure Is obtained by changing the inductance of the magnetic circuit generated by changing the degree of action on the magnetic circuit into an electrical signal.

그러나, 이러한 토크센서는 회전축내의 두 개 부품의 접촉에 의한 이동구조(캠구조)가 있으므로, 회전방향이 전환될 때 캠의 백래쉬(Backlash)에 의한 신호의 데드존(DEAD ZONE)이 존재하며 기계적인 접촉에 의한 내구성의 문제점이 있었다.However, such a torque sensor has a moving structure (cam structure) caused by the contact of two parts in the rotating shaft, so a dead zone of the signal due to the backlash of the cam exists when the rotation direction is changed, and the machine There was a problem of durability due to contact.

선 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위해 안출했던 것으로, 그 요지는 도 1에서 보는 바와 같이 코일을 감싸도록 마련되는 보빈과, 상기 보빈과 마주하도록 마련되는 검출링을 구비한 토크센서에 있어서, 상기 보빈과 검출링은 비투자율이 공기보다 크지 않은 비자성 재료로 마련되어 기계적 접촉이 일어나지 않도록 이격되어 설치된 것을 특징으로 한다. The present invention has been made to improve the above-described conventional problems, the gist of the present invention is a torque sensor having a bobbin provided to surround the coil, and a detection ring provided to face the bobbin as shown in FIG. The bobbin and the detection ring are made of a nonmagnetic material having a specific permeability not greater than air, and are spaced apart from each other so that mechanical contact does not occur.

그러나 이와 같은 선 발명에서는 도 1에서 보는 보빈이 비자성체로 되어 있기 때문에 코일들에서 발생되는 자기장의 흐름에 저항이 크고, 저항이 큰 만큼 자속의 절대치가 적게 감지되어 기능이 떨어지는 단점이 있었다. However, in this invention, since the bobbin shown in FIG. 1 is made of a nonmagnetic material, the resistance of the magnetic field generated by the coils is large, and the resistance is large, so that the absolute value of the magnetic flux is less and the function is reduced.

따라서 본 발명은 상기와 같은 선 발명의 미비점을 개선하고자 안출한 것으로, 발명의 주된 목적은 코일을 감싸고 있는 보빈의 재질을 자성체로하여 자속의 흐름에 저항이 없이 절대치가 크게 감지되도록 하는데 있으며, 더 나가서 토크센서의 기능을 향상시키고자 하는데 목적이 있는 것이다. Therefore, the present invention has been made to improve the above-mentioned shortcomings of the invention, the main object of the invention is that the material of the bobbin surrounding the coil as a magnetic material so that the absolute value is largely detected without resistance to the flow of magnetic flux, more The purpose is to go out and improve the function of the torque sensor.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징적인 실시수단은 코일을 감싸도록 마련되는 보빈과, 상기 보빈과 마주하도록 배치되는 검출링을 구비한 토크센서에 있어서, 상기 보빈과 검출링은 비투자율이 공기보다 크지 않은 비자성 재료로 마련되어 기계적 접촉이 일어나지 않도록 이격되게 설치하되, 상기한 보빈은 자속에 대한 흐름에 저항을 줄이기 위해 자성체로 구성하는 것이다. A characteristic embodiment of the present invention for achieving the above object is a torque sensor having a bobbin provided to surround a coil and a detection ring disposed to face the bobbin, wherein the bobbin and the detection ring have a specific permeability of air. It is provided with a non-magnetic material that is not larger than the above, so as to be spaced apart from each other so that mechanical contact does not occur. The bobbin is formed of a magnetic material to reduce the resistance to flow of magnetic flux.

이하 본 발명의 구성을 첨부 도면에 따라 상세히 설명한다. Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 따른 토크센서의 중립상태를 보인 도면이다. 2 is a view showing a neutral state of the torque sensor according to the present invention.

상기 도면에서 보듯이 비접촉식 토크센서의 구성은 중공으로 마련된 하우징(4)과, 상기 하우징의 내부에는 상,하측으로 끼워진 채 각각의 베어링으로 지지된 입력축(1)과 출력축(2), 상기 입력축과 출력축을 연결하는 토션바(3)를 필수로 가지며, 상기 입력축(1)과 출력축(2)에 각각의 검출링들을 구비한다. As shown in the drawing, the non-contact torque sensor is composed of a hollow housing 4, an input shaft 1 and an output shaft 2 supported by respective bearings, which are fitted up and down inside the housing, and the input shaft and A torsion bar (3) connecting the output shaft is essentially required, and the respective detection rings are provided on the input shaft (1) and the output shaft (2).

즉, 입력축(1)에 부착된 채 비자성 전도체로구성되며 외주면에 반경방향으로 다수의 치형이 구비된 검출링1(9a), 그리고 상기 출력축(2)에서 상기 검출링1(9a)에 근접되도록 축착하되, 역시 비자성 전도체로 구성되며 외주면에 다수의 치형이 구비된 검출링2(9b), 상기 출력축(2)에서 상기 검출링2(9b)의 아래에 축착하되, 역 시 비자성 전도체로 구성되며 외주면에 다수의 치형이 구비된 검출링3(9c)과 검출링4(9d)이 그것이다. That is, the detection ring 1 (9a) consisting of a non-magnetic conductor attached to the input shaft (1) and provided with a plurality of teeth in the radial direction on the outer peripheral surface, and close to the detection ring 1 (9a) on the output shaft (2) The detection ring 2 (9b), which is also composed of a non-magnetic conductor and provided with a plurality of teeth on the outer circumferential surface, and the output ring (2) under the detection ring 2 (9b), but also a non-magnetic conductor The detection ring 3 (9c) and the detection ring 4 (9d) is composed of a plurality of teeth on the outer peripheral surface.

그리고 상기 하우징(4)의 내주면에는 상기 검출링들을 이용한 검출코일들이 구비되는 바, 상측의 코일(7a)은 상기한 검출링1(9a) 및 검출링2(9b)의 둘레에 위치하고, 하측의 코일(7b)은 상기한 검출링3(9c) 및 검출링4(9d)의 둘레에 위치한다. In addition, detection coils using the detection rings are provided on an inner circumferential surface of the housing 4, and an upper coil 7a is positioned around the detection ring 1 (9a) and the detection ring 2 (9b). The coil 7b is located around the detection ring 3 (9c) and the detection ring 4 (9d) described above.

그리고 상기한 검출코일(7a)(7b)들은 각각의 상, 하측 보빈(6a)(6b) 속에 구비되는데, 이들 보빈은 자속의 흐름에 저항을 주지 않는 자성체 금속(철)으로 형성하는 것이 중요하다. In addition, the detection coils 7a and 7b are provided in the upper and lower bobbins 6a and 6b, respectively, and these bobbins are formed of magnetic metal (iron) that does not resist the flow of magnetic flux. .

다음은 상기와 같은 본 발명의 작동 상태를 설명한다. The following describes the operating state of the present invention as described above.

먼저, 입력축(1)과 출력축(2)의 그 끝단이 토션바(3)의 양끝단에 고정되므로, 입력축(1)이 회전하였을 때, 토션바(3)가 비틀리고 토션바(3)가 비틀렸을 때 이에 고정된 부품들의 회전위치가 변동된다. First, since the ends of the input shaft 1 and the output shaft 2 are fixed to both ends of the torsion bar 3, when the input shaft 1 is rotated, the torsion bar 3 is twisted and the torsion bar 3 is When twisted, the rotational positions of the parts fixed thereto are varied.

도 3에 보는 바와 같이, 중립상태에서는 토션바(3)가 비틀리지 않고 검출링1(9a), 검출링2(9b)는 상측 코일(7a)에 의해 발생하는 자기력의 통로를 절반은 열어주고 절반은 검출링에 발생하는 와전류에 의한 자기차폐효과를 통해 막는다. As shown in FIG. 3, in the neutral state, the torsion bar 3 is not twisted, and the detection ring 1 (9a) and the detection ring 2 (9b) open half the path of the magnetic force generated by the upper coil 7a. Half is blocked by the self-shielding effect of eddy currents in the detection ring.

그리고 도 4에 도시된 바와 같이, 입력축(1)을 출력축(2)에 대해 오른쪽으로 비틀면 검출링1(9a), 검출링2(9b)가 중첩되는 면적이 줄어들어 코일1(7a)의 자기회로의 인덕턴스를 증가시킨다. As shown in FIG. 4, when the input shaft 1 is twisted to the right with respect to the output shaft 2, the area where the detection ring 1 (9a) and the detection ring 2 (9b) overlap is reduced, and the magnetic circuit of the coil 1 (7a) is reduced. To increase the inductance.

아울러, 도 4에 도시된 바와 같이, 입력축(1)을 출력축(2)에 대해 왼쪽으로 비틀면 역시 검출링1(9a), 검출링2(9b)가 중첩되는 면적이 늘어나서 코일1(7a)의 자기회로의 인덕턴스를 감소시키는 것이다. In addition, as shown in FIG. 4, when the input shaft 1 is twisted to the left with respect to the output shaft 2, an area in which the detection rings 1 (9a) and the detection rings 2 (9b) overlap with each other is increased. It is to reduce the inductance of the magnetic circuit.

이와 같이 작동하는데 있어서, 본 발명에서는 상, 하측 보빈(6a)(6b)이 자성체로 되어 있기 때문에 상, 하측 코일(7a)(7b)에서 발생하는 자기장의 흐름에 저항을 주지 않게 되며, 아울러 검출효과가 향상된다. In this operation, in the present invention, since the upper and lower bobbins 6a and 6b are made of a magnetic material, the magnetic field generated in the upper and lower coils 7a and 7b is not subjected to resistance, and the detection is also performed. The effect is improved.

위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명은 선 발명에서와 달리 코일을 감싸고 있는 보빈의 재질을 자성체로하여 자속의 흐름에 저항이 없는 장점이 있다. The present invention as described in detail above has the advantage that there is no resistance to the flow of magnetic flux by using the material of the bobbin surrounding the coil as a magnetic material, unlike in the prior invention.

따라서, 자속절대치가 선 발명에 비하여 크게 감지되며, 더 나가서 토크센서의 기능이 크게 향상되는 것이다. Therefore, the magnetic flux absolute value is greatly sensed compared to the invention, and further, the function of the torque sensor is greatly improved.

Claims

In the torque sensor having a bobbin provided to surround the coil and a detection ring disposed to face the bobbin,

The bobbin and the detection ring are made of a nonmagnetic material having a specific permeability not greater than air, and are installed to be spaced apart from each other so that mechanical contact does not occur. Torque sensor.