차량용 가속도계

차량용 가속도계

제1도는 본 발명에 따른 차량용 가속도계의 정면도.

제2도는 접점빔을 제거하고 자기감지체가 스토파에 근접하여 통로내의 초기위치에 있으며 밧데리가 입력단자 사이에 전환 가능하게 연결되어 있는 것을 보인 제1도 가속도계의 AA선 단면도.

제3도는 가속도계 하우징에 대한 가속입력에 의하여 제2위치에 근접한 위치의 통로내에 이동된 자기감지체를 보인 제1도의 3-3선 부분단면도.

제4도는 제3도의 4-4선 부분단면도.

제5도는 제3도의 5-5선 부분단면도.

제6도는 종축선이 통로의 종축선에 대하여 벗어난 상태에서 평행한 자기차폐관으로 싸여 있어 감지체에 대한 중력 및 외부 자장의 효과를 최소화한 것을 보인 가속도계를 보인 일부절개 표시 측면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 가속도계 12 : 하우징

32 : 제1링 34 : 제2링

50 : 통로 64 : 전도체 빔

70 : 감지체 80 : 제1코일

82 : 제2코일 96 : 스위치

98 : 자기차폐관

본 발명은 차량과 같은 물체의 가속도를 감지하기 위한 차량용 가속도계에 관한 것이다.

종래 원통형 통로내에 관성체, 즉 감지체가 내장되어 통로의 제1단부를 향하여 적당한 탄지수단에 의하여 탄지된 하우징으로 구성되는 가속도감지기, 즉 가속도계가 알려진 바 있다. 하우징이 탄지수단의 한계탄력을 능가하는 가속력을 받을 때에 감지체는 통로를 따라서 그 제1단부로부터 타측단부의 제2위치로 이동하며, 이러한 운동은 적당한 감쇄수단에 의하여 감속된다. 가속도입력이 감지체를 통로내에서 제2위치로 이동시키는데 충분한 크기의 시간을 갖는 경우, 감지체는 한쌍의 전기적인 접점을 연결시켜 감지기의 스위치 수단을 트리거시킬 것이며, 이에 따라 승객보호시스템과 같은 스위치 수단에 연결된 장치가 작동된다. 이와 같이 감지기는 가속도입력을 하우징에 기계적으로 결합시킨다.

종래기술에 있어서는 감지체를 통로의 제1단부측으로 탄지되게 하고 감지기에 결합된 스위치 수단으로 멀리 떨어지도록 하는 다양한 스프링과 자기편중수단을 교시하고 있다. 그러나 스프링은 파손에 의한 고장가능성으로 장애가 될 수 있는 바, 이러한 경우에 하우징이 극히 작은 가속력을 받을 때에도 감지체가 무단히 스위치 수단을 트리거시킨다.

자기편중수단을 이용한 가속도계가 미국특허 제4,329,549호에 기술된 바 있는데, 이 특허문헌에서는 통로의 제1단부에 근접하여 하우징에 고정된 자석이 자성체인 감지체에 자기편중력을 가하게 되어 있고 감지체의 운동은 통로내에 채워진 가스에 의하여 감쇄될 수 있게 되어 있다. 감지체의 이러한 자기편중작용은 감지체가 통로의 제1단부에 근접한 그 초기 위치에 있을 때에 이 감지체에 최대의 편중력을 가하는 잇점을 준다. 그러나, 감지체가 통로를 따라 그 초기 위치로부터 제2위치로 이동함에 따라서 가스감쇄력은 감지체의 운동에 신속히 제동을 가하게 된다. 따라서, 통로내에 가스가 새지 않도록 하는 씨일의 손상으로 감쇄가스의 손실이 있게 되면 초기의 자기편중한계치를 능가하는 가속이 있는 경우 감지체가 통로내에서 완전히 제2위치로 이동되게 하여 감지기의 스위치 수단을 트리거시킨다. 환원컨데, 상기 미국특허 제4,329,549호에 따라 구성된 가속도계는 감쇄가스가 없는 경우 이에 가속입력을 정확히 기계적으로 적응시킬 수 없다. 또한 가스감쇄방식의 이용은 통로의 벽과 감지체사이에 형성되는 간극이 매우 정밀하게 제한되어야 하므로 제조비용이 상승하는 원인이 된다.

이와같이 공지된 가속도계의 스위치 수단에 연결하는 전기적인 회로는 전형적으로 회로진단가능성을 부여하기 위하여 부하로 분로된 저항을 이용한다. 그러나 이러한 회로진단은 "오픈"상태에서, 예를 들어 감지체가 통로내의 제2위치로 이동될 수 없거나 감지기의 감쇄특성에 변화가 있을 때에 분로저항은 감지기의 기능이 완전함을 나타내게 될 것이므로 이러한 감지기의 고장을 탐지하는 것이 불가능하다. 따라서 감지기의 작동을 시험하기 위한 가능성은 작동가능성과, 나아가서 이러한 감지기에 결합된 장치의 신뢰성을 확증하는데 한계가 있게 된다.

본 발명의 목적은 종래 가스감쇄형 가속도계의 전형적인 제조상의 초정밀성을 피할 수 있는 자기감쇄방식을 이용한 자기편중형의 가속도계를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 그 작동가능성을 시험하기 위한 수단이 결합된 가속도계를 제공하는데 있다.

본 발명의 가속도계는 내부에 형성된 원통형 통로와, 이 통로에 근접하여 하우징에 고정된 스틸와샤와 같은 자성체 소자를 갖는 하우징으로 구성된다. 통로내에서 자기감지체는 자기편중이 하우징의 가속에 의하여 극복되어 감지체가 이러한 가속에 응답하여 통로내의 제2위치를 향하여 이동될 때까지 와샤에 근접한 통로내의 초기 위치에 머물러 있도록 와샤측을 향하여 전기적으로 편중된다. 이러한 자기편중은 하우징에 대한 가속입력이 감소되는 경우 감지체가 제2위치에 근접한 위치로부터 통로내의 제1위치로 충분히 복귀될 수 있도록 한다.

또한 본 발명의 가속도계는 단일방향 전류펄스를 공급하기 위하여 하우징과 전환수단을 둘러싸도록 감긴 전기 코일과 같이 하우징의 가속에 관계없이 감지체를 통로내의 제2위치로 이동시키기 위한 전환형 자기편중수단과, 통로를 둘러싸고 있는 다수의 축방향으로 간격을 둔 전도체 링과 같이 통로내에서 감지체의 이동을 제어하기 위한 자기 감쇄수단으로 구성된다. 통로내에서 감지수단의 이동은 링에 대한 감지체의 이러한 이동속도와 이 링으로부터 감지체의 거리에 따라 변화하는 전류가 각 링에 유도된다. 각 링에 유도된 전류는 감지체의 이동을 방해하도록 이 감지체와 상호 작용하는 자기장을 형성한다.

상기 하우징의 스위치 수단은 감지체가 통로의 제2위치로 이동될 때에 감지체에 의하여 작동된다. 예를 들어 본 발명 가속도계의 우선실시형태에 있어서, 이 스위치 수단은 감지체가 통로의 제2위치로 이동시에 감지체의 전도면에 접하도록 통로측으로 돌출되게 하우징에 고정된 한쌍의 전도체 빔으로 구성된다. 이들 빔은 감지기 온도의 변화에 응답하여 그 단부가 통로의 축방향으로 이동하는 바이메탈로 구성되므로서 통로 내의 초기위치로부터 제2위치까지의 거리가 감지체에 의하여 발생된 자속밀도의 자기감쇄링의 저항에 대한 온도효과에 의한 자기 제동력의 변화를 보상토록 조절될 수 있게 되어 있다.

본 발명을 첨부도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도면에서, 본 발명에 따라 구성된 차량용 가속도계(10)는 동체(14)가 비자성체 스텐레스스틸이나 플라스틱과 같은 비자성물질로 되어 있는 하우징(12)으로 구성된다. 이 하우징 동체(14)는 내부에 단부(18)로부터 길이방향으로 연장된 원통형 내부(16)를 갖는다. 또한 하우징(12)은 적당한 접착제로 접착되어 하우징 내부(16)가 가속도계(10)의 최종조립과정에서 밀폐되게 하우징 동체(14)의 단부(18)에 고정되는 플라스틱 절연물질로 된 캡(20)이 구성되어 있다. 캡(20)과 하우징 동체(14)사이에 형성된 씨일의 완벽성은 본 발명 가속도계(10)의 계속된 작동에 대하여 제한적인 것은 아니다. 하우징 동체(14)의 외부나선(22)과 외부플랜지(24)는 차량(도시하지 않았음)에 가속도계(10)를 설치하는 것을 용이하게 한다.

원통형 절연플러그(28)와 자성체 스틸와샤(30)로 구성된 스토파(26)는 하우징 내부(16)에 강제삽입방식으로 구성된다. 구리와 같이 비자성체이나 전도체인 물질로 구성되고 외경이 하우징 내부(16)의 내경보다 작은 제1링(32)이 스토파(26)에 접하도록 내부에 배치된다. 내외경이 제1링(32)과 같은 제2의 구리 링(34)이 하우징 내부(16)내에 제1환상 스페이서(36)에 의하여 제1링(32)으로부터 축방향으로 간격을 두고 배치되어 있다. 링(32), (34)과 동일한 내경을 가지며 강제삽입방식으로 하우징 내부(16)내에 고정된 제1스페이서(36)는 이후 상세히 설명되는 이유로 제2링(34)으로부터 제1링(32)을 전기적으로 격리한다. 링(32), (34)과 동일한 내경을 갖는 제2절연 스페이서(38)는 하우징 내부(16)내에서 제2링(34)에 접하도록 이 하우징내부(16)에 배치되고 강제삽입방식으로 하우징 내부(16)내에 고정된다. 가속도계(10)의 최종조립시에 제2스페이서(38)는 하우징(12)의 캡(20)에 접속하여 부가적인 지지효과가 부여된다.

링(32), (34)은 제2도에서 보인 바와같이 각각 스토파(26)와 제1스페이서(36)와, 제1 및 제2스페이서(36), (38)에 의하여 하우징 내부(16)에 대하여 축방향으로 고정되어 있다. 또한 스토파(26)와 제1스페이서(36)는 각각 제1링(32)의 내측면(44)와 제2링(34)의 외측면(46)에 접속되는 턱이 진 외측 및 내측면(40), (42)을 가지며, 이로써 링(32), (34)이 하우징 내부(16)와 동심원이 유지된다.

하우징(12)내에는 각각 제1링(32)의 내측면(44), (52), (54), (56), 제2링(34)와 제2스페이서(38)에 의하여 정원의 원통형 통로(50)가 형성되어 있다. 이 통로(50)의 제1단부(58)는 스토파(26)에 의하여 형성되어 있고 이에 근접하여 와샤(30)가 전기적으로 절연된 상태로 통로(50)에 배치되어 있다.

제3도-제5도에서, 제1쌍의 단자(62)는 한쌍의 전도체 빔, 즉 접점(64)을 위한 도선을 구성토록 캡(20)을 통하여 연장되고, 이들 빔(64)의 단부(66)는 캡(20)을 통하여 통로(50)의 제2단부(60)측으로 돌출되어 있다. 이들 빔(64)은 예를 들어 구리와 스텐레스 스틸로 된 바이메탈 스트립으로 구성되는 것이 좋다. 따라서 이들 빔(64)은 통로내의 온도변화에 응답하여 통로(50)의 축방향으로 이동가능하며, 본 발명 가속계의 응답이 이후 상세히 설명되는 바와 같이 그 온도효과에 대하여 조절된다.

예를 들어 네오디뮴, 철 및 보론으로 구성된 자성물질로 된 정원의 원통형 감지체(70)가 하우징(12)의 통로(50)내에 장설된다. 감지체(70)는 길이방향으로 자화되어 그 자극(72), (76)이 종방향 단부측에 각각 배치된다. 이 감지체(70)는 이 감지체(70)와 와샤(30)사이의 자기인력으로 스토파(26)와 와샤(30)에 인접하여 통로(50)내의 초기위치에 놓인다. 감치체(70)의 이러한 자기 편중은 하우징(12)이 한계치를 능가하는 가속력을 받을 때에 극복되어 감지체(70)가 이러한 가속에 응답하여 제2단부(60)측에 근접한 통로(50)의 제2위치를 향하여 이동된다. 특히 통로(50)내에서 감지체(70)의 제2위치는 감지체(7)의 전도면인 자극(72)이 빔(64)에 접하게 되는 위치이므로 빔(64)은 감지체(70)에 의하여 전기적으로 연결된다. 빔(64)이 온도변화에 응답하여 통로(50)의 축방향으로 이동하므로 감지기(70)의 "스트로크", 즉 감지체(70)가 통로(50)내의 초기위치로부터 제2위치로 이동되어야하는 거리는 빔(64)에 의하여 자동적으로 조절되어 감지체(70)의 자기특성과 링(32), (34)의 저항에 대한 온도효과가 보상된다.

감지체(70)의 자기편중, 즉 감지체(70)와 와샤(30)사이의 자기인력은 하우징(12)에 대한 가속입력이 감소되었을 때에 제2위치인 통로(50)내의 다른 위치로부터 스토파(26)에 인접한 초기위치로 감지체(70)가 충분히 복귀될 수 있도록 한다.

가속도계(10)의 링(32), (34)은 감지체(70)에 대하여 이 감지체(70)의 이러한 이동속도에 비례하여 변화하는 자기감쇄를 부여한다. 특히 링(32), (34)은 감지체(70)의 자기장에 의한 전류의 유도를 통하여 이러한 감지체(70)의 이동에 반하는 자기장을 형성한다.

본 발명 가속도계의 우선 실시형태에 있어서, 제1링(32)이 감지체(70)가 통로(50)내의 초기위치에 있을 때에 감지체(70)의 자극(72)에 근접하도록 통로(50)에 길이방향으로 배치된다. 마찬가지로 제2링(34)이 감지체(70)가 초기위치에 있을 때에 이 감지체(70)의 타측 자극(76)에 근접하게 통로(50)를 둘러싸고 있다.

링(32), (34)은 상이한 진폭의 직류전류가 유도되도록 제1스페이서(36)에 의하여 상호 전기적으로 격리되어 있으며, 감지체(70)의 이동시에 제1링(32)에 유도된 전류가 제2링(34)에 유도된 전류의 방향과 반대방향으로 흐르도록 되어 있다. 온도변화에 따른 링(32), (34)의 저항과 감지체(70)에 의하여 발생된 자속밀도의 변화에 의한 자기감쇄장의 변화는 상기 언급된 바와 같이 빔(64)의 축방향 운동에 의하여 감지체(70)의 스트로크조절을 통하여 보상된다. 따라서 가속도계(10)는 그 작동온도의 변화에 관계없이 하우징(12)에 대하여 가속입력이 계속하여 정확히 전달되도록 한다.

링(32), (34)과 감지체(70)사이의 상호작용으로 발생된 전자기 감쇄효과는 감지체(70)와, 통로(50)를 형성하는 면(42), (52), (54), (56)사이의 캡(78)에 관한 정밀한 제조허용공차를 필요로 하지 않는다. 예를 들어 자기감지체(70)와 통로(50)를 형성하는 면 사이의 캡(78)은 종래 가스감쇄형 감지기에서 전형적으로 요구된 20미크론 정도의 캡에 비하여 10/1000-20/1000인치정도이면 될 수 있다. 더우기 본 발명 가속도계(10)에 사용된 자기감쇄방식은 하우징 동체(14)와 캡(20)사이에 형성된 씨일의 파손에 의하여서 영향을 받지 않으므로 종래 기술의 가스감쇄형 감지기와 같은 고장이 있을 수가 없다.

한쌍의 전기적인 제1 및 제2코일(80), (82)이 링(32), (34)의 외측면과 하우징 내부(16)사이의 환상공간(84)에 배치되도록 각각 제1 및 제2링(32), (34)의 둘레에 반대방향으로 감겨 있다. 따라서 제1코일(80)은 통로(50)내에서 감지체(70)의 초기위치에 근접한 통로(50)을 감싸게 되고, 제2코일(82)은 감지체(70)의 제2위치에 근접한 통로(50)를 감싼다. 제2쌍의 전기단자(86)가 제2도에서 보인 바와같이 와이어(88), (90)로 제1 및 제2코일(80), (82)에 연결토록 캡(20)을 통하여 제2스페이서(38)측으로 연장되어 있다. 제1코일(80)의 출력측은 와이어(92)로 제2코일(82)의 입력측에 연결되어 제2쌍의 단자(86)사이에 회로가 완성된다.

제2도에서, 가속도계의 작동가능성이 스위치(96)에 의하여 밧데리(94)를 연결하는 것과 같이 제2쌍의 단자(86)에 전압을 전환가능하게 인가하므로서 코일(80), (82)를 통해 단일방향의 전류펄스를 공급하여 시험되었다. 이로써 형성된 자기장은 와샤(30)에 대한 감지체(70)의 자기인력으로 인하여 감지체(70)에 자기편중력이 나타나도록 하므로서, 감지체(70)가 통로(50)의 초기위치, 또는 이 초기위치와 제2위치사이의 한 위치로부터 제2위치로 이동된다. 제2위치에 이르렀을 때에 감지체(70)의 전도면(72)이 빔(64)의 단부(66)사이를 연결하므로서 감지기능이 완벽하게 수행되었음이 확인된다.

코일을 통하여 흐르는 전류의 방향은 통로내에서 초기 위치를 향하여 감지체를 편중되게 하는 힘을 증가시키도록 역전될 수 있다.

제6도는 자기차폐관(98)으로 둘러싸인 본 발명 가속도계(10)의 하우징 동체(14)를 보인 것이다. 이 차폐관(98)은 자장과 가속도계(10)의 외부물질로부터 감지체(70)를 보호하도록 작용한다. 차폐관(98)이 통로(50)를 형성하는 내측면(44), (52), (54), (56)에 감지체(70)가 강제로 접하도록 감지체(70)와 자기적으로 상호작용하는 동안 이러한 접촉은 외부자장과 외부물질에 의해 감지기의 응답에 좋지 않는 효과를 주지 않도록 할 것이다. 더우기 차폐관(98)은 제6도에서 보인 바와같이 하우징(12)의 둘레에 비대칭형으로 배치되어 차폐관(98)과 감지체(70)사이의 자기상호작용은 중력이 감지체(70)에서 반대방향으로 작용토록 하므로서 중력에 의하여 감지체(70)와 통로의 내측면(44), (52), (54), (56)사이의 접촉은 최소가 된다.

이상 설명한 내용은 본 발명의 우선 실시형태에 관한 것이었으나, 본 발명은 본 발명의 기술사상이나 첨부된 청구범위의 범위를 벗어남이 없이 수정이 가능한 것이다.