KR100957151B1 - 클러치 액츄에이터 - Google Patents

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KR100957151B1
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Abstract

본 발명은 모터에 의하여 웜 휠이 회전하는 경우 클러치 포크에 작용하는 클러치 작용력을 변화시키는 클러치 액츄에이터에 관한 것이다.
본 발명에 따른 클러치 액츄에이터는, 회전 가능한 웜 축이 장착되어 있으며, 상기 웜 축의 외주면에는 나사산이 형성되어 있는 모터; 원판 형상이고, 상기 나사산에 기어 결합하는 웜기어가 형성되어 있으며 제1,2가이딩 홀이 형성되어 있는 웜 휠; 상기 제1,2가이딩 홀에 장착되어 상기 웜 휠의 반경방향으로 움직이는 작동 수단; 그리고 포크가 구비되어 있으며, 상기 작동 수단의 움직임에 의하여 상기 포크가 상하 방향으로 움직이며 클러치를 결합 또는 해방하는 몸체;를 포함할 수 있다.
클러치 액츄에이터, 클러치 커버, 클러치 디스크, 포크

Description

클러치 액츄에이터{CLUTCH ACTUATOR}
본 발명은 클러치 액츄에이터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 모터에 의하여 웜 휠이 회전하는 경우 클러치 포크에 작용하는 클러치 작용력을 변화시키는 클러치 액츄에이터에 관한 것이다.
일반적으로 클러치 액츄에이터(clutch actuator)는 유압에 의하여 작용하며 클러치의 계합 또는 해방을 제어한다.
종래의 클러치 액츄에이터는 클러치 디스크(clutch disk), 클러치 커버(clutch cover), 클러치 포크(clutch fork), 작동 실린더(operation cylinder), 마스터 실린더(master cylinder), 그리고 클러치 페달(clutch pedal)을 포함한다.
클러치 디스크와 클러치 커버는 마찰에 의하여 계합하며, 클러치 커버에 작용하는 회전력을 클러치 디스크에 전달한다. 즉, 클러치 디스크와 클러치 커버가 밀착되는 경우 마찰력에 의하여 클러치 커버의 회전력이 클러치 디스크에 전달되고, 클러치 디스크와 클러치 커버가 떨어지는 경우 상기 클러치 디스크와 클러치 커버는 상대 회전을 한다.
클러치 포크는 클러치 커버를 클러치 디스크에 밀착시키거나 클러치 커버를 클러치 디스크로부터 떨어뜨려 클러치를 계합 또는 해방시킨다. 이러한 클러치 포크는 작동 실린더에 의하여 작동한다.
마스터 실린더는 작동 실린더에 공급하는 유압을 형성하며 클러치 페달과 작동 실린더 사이에 장착되어 있다. 따라서, 운전자가 클러치 페달을 밟는 경우 마스터 실린더는 유압을 형성하여 이 유압을 작동 실린더에 공급한다.
종래의 클러치 액츄에이터는 수동 변속기(manual transmission)에서 주로 사용되었다. 그러나, 수동 변속기는 그 조작의 어려움 때문에 그 사용이 점차 줄어들고 있는 추세이며, 현재에는 더블 클러치 변속기(double clutch transmission; DCT) 또는 자동화된 수동 변속기(automated manual transmission; AMT)의 사용이 늘어나고 있는 추세이다.
더블 클러치 변속기와 자동화된 수동 변속기에서는 클러치의 조작이 제어 유닛의 전기적인 신호에 의하여 제어되며, 이에 따라 유압에 의하여 작용하는 종래의 클러치 액츄에이터는 그 적용에 불리함이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 작은 출력을 가진 모터에 의하여도 클러치의 계합 및 해방을 제어할 수 있는 클러치 액츄에이터를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 클러치 액츄에이터는, 회전 가능한 웜 축이 장착되어 있으며, 상기 웜 축의 외주면에는 나사산이 형성되어 있는 모터; 원판 형상이고, 상기 나사산에 기어 결합하는 웜기어가 형성되어 있으며 제1,2가이딩 홀이 형성되어 있는 웜 휠; 상기 제1,2가이딩 홀에 장착되어 상기 웜 휠의 반경방향으로 움직이는 작동 수단; 그리고 포크가 구비되어 있으며, 상기 작동 수단의 움직임에 의하여 상기 포크가 상하 방향으로 움직이며 클러치를 결합 또는 해방하는 몸체;를 포함할 수 있다.
상기 클러치 액츄에이터는, 상기 웜 휠을 회전 가능하도록 지지하는 지지체를 더 포함할 수 있다.
상기 작동 수단은, 상기 제1가이딩 홀에 장착되는 볼 힌지; 그리고 상기 제2가이딩 홀에 장착되는 탄성 부재;를 포함할 수 있다.
상기 웜 휠이 회전하는 경우, 상기 볼 힌지가 상기 웜 휠의 반경 방향으로 움직이며 상기 몸체를 상하 방향으로 움직이도록 하는 캠 홈이 상기 몸체에 형성되어 있으며 상기 탄성 부재가 상기 웜 휠의 반경 방향으로 움직이며 상기 몸체를 상 하 방향으로 움직이도록 하는 캠 홀이 상기 지지체에 형성되어 있을 수 있다.
상기 탄성 부재는 슬라이딩 로드의 하단에 장착되어 있으며, 상기 슬라이딩 로드의 상단은 상기 몸체를 관통하여 상기 몸체의 상향 움직임을 제한하는 헤드와 연결되고 상기 탄성부재의 하단에는 상기 캠 홀을 관통하여 상기 캠 홀의 하단면에서 슬라이딩되는 슬라이딩 볼이 장착되어 있을 수 있다.
상기 캠 홈의 내면은 경사면이고 상기 캠 홈을 마주보는 지지체의 상면은 평면으로 되어 있을 수 있다.
상기 캠 홀의 하단면은 경사면이고 상기 캠 홀을 마주보는 몸체의 하면은 평면으로 되어 있을 수 있다.
상기 제1,2가이딩 홀은 상기 웜 휠의 반경방향에 대해 비스듬하게 형성되어 있으며, 서로 평행하게 형성되어 있을 수 있다.
상기 캠 홈과 캠 홀은 서로 반대 방향으로 경사져 있을 수 있다.
상기 캠 홈과 캠 홀은 상기 웜 휠의 반경 방향으로 형성되어 있을 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 클러치 액츄에이터에 의하면, 모터에 의하여 클러치의 작동이 제어되므로 더블 클러치 변속기 또는 자동화된 수동 변속기에 적용하기 용이하다.
또한, 모터의 동력은 볼 힌지와 탄성 부재를 움직이는 데에만 사용되고 클러치의 작동은 탄성 부재의 탄성력에 의하여 작동되므로 적은 출력의 모터를 사용하 여도 작동에 무리가 없다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 클러치 액츄에이터의 투시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 클러치 액츄에이터에서 웜 휠이 제거된 모습을 보인 사시도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 클러치 액츄에이터에서 웜 휠이 제거된 모습을 보인 단면도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 클러치 액츄에이터는 모터(10), 웜 휠(30), 몸체(40), 지지체(50), 그리고 작동 수단을 포함한다.
모터(10)는 제어 유닛(도시하지 않음)으로부터 전기 신호를 입력 받아 웜 축(20)을 회전시킨다. 웜 축(20)의 외주면에는 기어 결합을 위한 나사산이 형성되어 있다. 또한, 상기 제어 유닛은 차속, 엔진 회전수 등의 차량의 운행 조건을 기초로 클러치의 작동을 제어하기 위한 전기 신호를 생성하고, 이 전기 신호를 모터의 작동을 위한 제어 신호로 모터에 전달한다. 상기 모터는 DC모터, 스텝 모터 등이 사용될 수 있다.
웜 휠(30)은 원판 형상이며 그 외주면에는 웜기어가 형성되어 상기 웜 축(20)의 나사산과 기어 결합한다. 따라서, 상기 모터(10)가 회전하는 경우 웜 축(20)과 수직인 축을 중심으로 상기 웜 휠(30)은 회전한다. 또한, 상기 웜 휠(30)에는 상기 웜 휠(30)의 반경 방향과 비스듬하게 제1,2가이딩 홀(160, 100)이 형성되어 있다.
몸체(40)는 상기 웜 휠(30)의 위에 장착되어 있다. 상기 몸체(40)의 일측은 클러치 커버(도시하지 않음)에 결합하여 클러치 커버를 클러치 디스크(도시하지 않음)에 밀착시키거나 클러치 디스크로부터 떨어뜨리는 포크(60)가 형성되어 있다. 또한, 상기 제1가이딩 홀(160)에 대응하는 몸체(40)의 하면에는 캠 홈(90)이 형성되어 있으며, 상기 제2가이딩 홀(100)에 대응하도록 상기 몸체(40)에는 관통홀(150)이 형성되어 있다. 상기 캠 홈(90)과 상기 관통홀(150)은 상기 웜 휠(30)의 반경 방향으로 형성되어 있다. 또한, 상기 캠 홈(90)의 내면은 경사면으로 되어 있고, 상기 관통홀(150) 근처의 몸체(40)의 하면은 평면으로 되어 있다.
지지체(50)는 상기 웜 휠(30)의 아래에 장착되어 있으며 상기 웜 휠(30)을 회전 가능하게 지지한다. 상기 지지체(50)에는 상기 웜 휠(30)의 제2가이딩 홀(100)에 대응하여 캠 홀(120)이 형성되어 있다. 상기 캠 홀(210)의 하단면은 경사면으로 되어 있고, 상기 캠 홈(90)에 대응하는 상기 지지체(50)의 상면은 평면으로 되어 있다. 또한, 상기 캠 홀(120)은 상기 웜 휠(30)의 반경 방향으로 형성되어 있다.
작동 수단은 상기 캠 홈(90)과 상기 제1가이딩 홀(160)에 장착되어 그 움직임이 가이드되는 볼 힌지(70)와 상기 캠 홀(120), 상기 제2가이딩 홀(100), 그리고 상기 관통홀(150)에 장착되어 그 움직임이 가이드되는 탄성 부재(130)를 포함한다.
볼 힌지(70)의 상, 하단에는 각각 볼이 장착되어 있으며, 상기 상측 볼은 캠 홈(90)에 삽입되어 상기 캠 홈(90)을 따라 슬라이딩되고, 상기 하측 볼은 지지체(50)의 평평한 면 상에서 슬라이딩 된다. 또한, 상기 볼 힌지(70)의 중간부는 상기 상, 하측의 볼을 연결하며, 상기 제1가이딩 홀(160)을 관통한다. 앞에서 언급한 바와 같이, 상기 제1가이딩 홀(160)은 웜 휠(30)의 반경 방향에 비스듬하게 형성되어 있으므로, 웜 휠(30)이 회전하는 경우 상기 볼 힌지(70)의 중간부는 상기 제1가이딩 홀(160)을 따라 이동하게 되고, 그 이동 방향은 웜 휠(30)의 반경방향이 된다. 또한, 상기 캠 홈(90)의 내면은 경사면이므로 상기 볼 힌지(70)는 웜 휠(30)의 반경 방향으로 움직이는 것과 함께 상하로 움직이게 된다. 따라서, 이러한 볼 힌지(70)의 상하 움직임에 의하여 몸체(40) 역시 상하로 움직이며 클러치를 계합 또는 해방한다.
탄성 부재(130)는 그 상단에 슬라이딩 로드(110)가 장착되어 있으며 그 하단에 슬라이딩 볼(140)이 장착되어 있다. 상기 탄성 부재(130)의 상단은 상기 몸체(40)의 하단에 밀착되어 탄성력을 제공하도록 되어 있으며, 상기 탄성 부재(130)가 밀착되는 몸체(40)의 하단은 평평한 면으로 되어 있다. 슬라이딩 로드(110)는 상기 관통홀(150)을 관통하여 헤드(80)에 연결되고, 상기 헤드(80)의 너비는 관통홀(150)의 너비보다 넓어 몸체(40)의 상측 움직임을 제한한다. 또한, 상기 탄성 부재(130)의 중간부는 상기 제2가이딩 홀(100)을 관통하며, 상기 슬라이딩 볼(140)은 상기 캠 홀(120)의 하단에 위치한다. 상기 슬라이딩 볼(140)의 너비는 상기 캠 홀(120)의 너비보다 크게 형성되어 상기 슬라이딩 볼(140)은 상기 캠 홀(120)의 하 단면을 따라 슬라이딩 된다. 앞에서 언급한 바와 같이, 상기 제2가이딩 홀(100)은 웜 휠(30)의 반경 방향에 비스듬하게 형성되어 있으므로, 웜 휠(30)이 회전하는 경우 상기 탄성 부재(130)는 상기 제2가이딩 홀(100)을 따라 이동하게 되고, 그 이동 방향은 웜 휠(30)의 반경방향이 된다. 또한, 상기 캠 홀(120)의 하단면은 경사면이므로 상기 탄성 부재(130)는 웜 휠(30)의 반경 방향으로 움직이는 것과 함께 상하로 움직이게 된다. 따라서, 이러한 탄성 부재(130)의 상하 움직임에 의하여 몸체(40) 역시 상하로 움직이며 클러치를 계합 또는 해방한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 클러치 액츄에이터에서는 상기 제1,2가이딩 홀(160, 100)이 서로 평행하고 상기 캠 홈(90)과 캠 홀(120)이 반대 방향으로 경사져 있는 것을 예시하고 있으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않는다. 즉, 웜 휠(30)이 회전하는 경우 볼 힌지(70)와 탄성 부재(130)가 웜 휠(30)의 반경 반대 방향으로 움직일 수 있는 구성이라면 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.
이하, 도 4를 참조로, 본 발명의 실시예에 따른 클러치 액츄에이터의 작동에 대하여 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 클러치 액츄에이터의 작동을 설명하기 위한 개략도이다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 초기 상태에서 볼 힌지(70)에서 포크(60)까지의 거리를 a1, 볼 힌지(70)에서 탄성 부재(130)까지의 거리를 b1, 탄성 부재(130)의 탄성력을 Fs이라고 하면, 포크(60)가 클러치 커버에 작용하는 힘 Fr은 [식 1]에 의 하여 표현된다.
[식 1]
Fr = Fs * (b1/a1)
이와 같은 상태에서, 모터(10)가 작동하여 웜 휠(30)이 회전하면 볼 힌지(70)는 제1가이딩 홀(160)을 따라 움직이게 되고 탄성 부재(130)는 제2가이딩 홀(100)을 따라 움직이게 된다. 따라서, 볼 힌지(70)는 도 4b에서 좌측으로 움직이고 탄성 부재(130)는 도 4b에서 우측으로 움직인다.
또한, 볼 힌지(70)를 가이드하는 상기 캠 홈(90)은 그 내면이 좌측으로 하향 경사져 있으므로 볼 힌지(70)는 좌측으로 움직이며 몸체(40)를 위로 밀어올리게 된다. 마찬가지로, 탄성 부재(130)를 가이드하는 상기 캠 홀(90)의 하단면은 우측으로 하향 경사져 있으므로 탄성 부재(130)는 우측으로 움직이며 몸체(40)를 아래로 끌어내리게 된다. 이 경우, 탄성부재(130)의 길이가 증가하게 되고 탄성력의 크기 역시 증가하게 된다. 그러나, 탄성력의 크기는 설정된 범위(탄성력의 크기 변화가 적은 범위) 내에서 변화하도록 설계된다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 작동 상태에서 볼 힌지(70)에서 포크(60)까지의 거리를 a2, 볼 힌지(70)에서 탄성 부재(130)까지의 거리를 b2, 탄성 부재(130)의 탄성력을 Fs라고 하면, 포크(60)가 클러치 커버에 작용하는 힘 Fr은 [식 2]에 의하여 표현된다.
[식 2]
Fr = Fs * (b2/a2)
[식 2]를 [식 1]과 비교하면, a2는 a1보다 작고 b2는 b1보다 크므로 b2/a2은 b1/a1보다 크게 된다. 따라서, 포크(60)가 클러치 커버에 작용하는 힘 Fr이 커지게 되며, 이에 따라 포크(60)는 클러치 커버를 클러치 디스크로부터 떼어놓을 수 있게 된다.
또한, 모터(10)가 반대 방향으로 회전하게 되면 포크(60)가 클러치 커버에 작용하는 힘 Fr이 작아지므로, 포크(60)는 클러치 커버를 클러치 디스크에 밀착시키게 된다.
한편, 클러치 커버에는 상기 Fr의 방향과 반대 방향으로 탄성력을 제공하는 수단을 장착할 수도 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 클러치 액츄에이터의 투시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 클러치 액츄에이터에서 웜 휠이 제거된 모습을 보인 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 클러치 액츄에이터에서 웜 휠이 제거된 모습을 보인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 클러치 액츄에이터의 작동을 설명하기 위한 개략도이다.

Claims (10)

  1. 회전 가능한 웜 축이 장착되어 있으며, 상기 웜 축의 외주면에는 나사산이 형성되어 있는 모터;
    원판 형상이고, 상기 나사산에 기어 결합하는 웜기어가 형성되어 있으며 제1,2가이딩 홀이 형성되어 있는 웜 휠;
    상기 제1,2가이딩 홀에 장착되어 상기 웜 휠의 반경방향으로 움직이는 작동 수단;
    포크가 구비되어 있으며, 상기 작동 수단의 움직임에 의하여 상기 포크가 상하 방향으로 움직이며 클러치를 결합 또는 해방하는 몸체; 그리고
    상기 웜 휠을 회전 가능하도록 지지하는 지지체;
    를 포함하되,
    상기 모터에 의하여 웜 휠이 회전하면, 상기 제1,2가이딩 홀에 장착된 상기 작동 수단이 웜 휠의 반경방향으로 움직이며 상기 포크를 상하 방향으로 움직여 클러치를 결합 또는 해방하는 것을 특징으로 하는 클러치 액츄에이터.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 작동 수단은,
    상, 하단에 각각 볼이 장착되어 있으며, 상기 제1가이딩 홀에 장착되는 볼 힌지; 그리고
    상기 제2가이딩 홀에 장착되는 탄성 부재;
    를 포함하는 클러치 액츄에이터.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 웜 휠이 회전하는 경우, 상기 볼 힌지가 상기 웜 휠의 반경 방향으로 움직이며 상기 몸체를 상하 방향으로 움직이도록 하는 캠 홈이 상기 몸체에 형성되어 있으며 상기 탄성 부재가 상기 웜 휠의 반경 방향으로 움직이며 상기 몸체를 상하 방향으로 움직이도록 하는 캠 홀이 상기 지지체에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 클러치 액츄에이터.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 탄성 부재는 슬라이딩 로드의 하단에 장착되어 있으며, 상기 슬라이딩 로드의 상단은 상기 몸체를 관통하여 상기 몸체의 상향 움직임을 제한하는 헤드와 연결되고 상기 탄성부재의 하단에는 상기 캠 홀을 관통하여 상기 캠 홀의 하단면에서 슬라이딩되는 슬라이딩 볼이 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 클러치 액츄에이터.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 캠 홈의 내면은 경사면이고 상기 캠 홈을 마주보는 지지체의 상면은 평면으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 클러치 액츄에이터.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 캠 홀의 하단면은 경사면이고 상기 캠 홀을 마주보는 몸체의 하면은 평면으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 클러치 액츄에이터.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제1,2가이딩 홀은 상기 웜 휠의 반경방향에 대해 비스듬하게 형성되어 있으며, 서로 평행하게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 클러치 액츄에이터.
  9. 제 4항에 있어서,
    상기 캠 홈과 캠 홀은 서로 반대 방향으로 경사져 있는 것을 특징으로 하는 클러치 액츄에이터.
  10. 제 4항에 있어서,
    상기 캠 홈과 캠 홀은 상기 웜 휠의 반경 방향으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 클러치 액츄에이터.
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