KR101040640B1 - 이물질로부터 센서를 보호하는 구조를 포함하는 구동기 - Google Patents

이물질로부터 센서를 보호하는 구조를 포함하는 구동기 Download PDF

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Abstract

자동차 엔진의 흡기부에서 공기의 흐름을 조절하는 밸브의 개폐를 조절하는 구동기에서, 밸브의 움직임을 조절하는 구동축에 연결된 웜휠의 회전각을 감지하는 센서를 이물질로부터 보호하기 위한 개선된 구조를 가지는 구동기를 제공한다.
상기 이물질로부터 센서를 보호하는 구조를 포함하는 구동기는, 모터와 연결되어 회전하는 웜휠의 움직임을 감지하는 센서가 설치되어 있는 하부커버와, 웜휠의 회전에 연동하여 움직이는 밸브 구동축을 지지하는 구멍이 설치되어있고, 하부커버와 센서 및 웜휠을 내부에 포함하는 구조로 연결되는 상부커버를 포함하며, 웜휠은, 원형으로 설치된 복수의 리브 또는 홈을 가지고, 상부 및 하부커버는, 웜휠에 설치된 상기 복수의 리브 또는 홈에 밀착 삽입되는 복수의 리브 또는 홈을 가지는 것을 특징으로 한다.

Description

이물질로부터 센서를 보호하는 구조를 포함하는 구동기{ACTUATOR INCLUDING A STRUCTURE WHICH PROTECTS A SENSOR FROM DUST}
본 발명은, 센서를 포함하는 구동기에 있어서 센서부에 이물질이 유입되거나 접촉하는 것을 방지하기 위한 구조에 관한 기술로서, 더욱 자세하게는, 구동기의 필수적인 구성 요소인 상하부 커버, 센서, 밸브 구동축, 및 웜휠만을 이용하여 센서에 이물질이 유입 또는 접촉하는 것을 방지하기 위한 구조를 형성하여, 비용 절감, 구조의 단순화, 및 이물질 차단률 증가를 달성하는 기술에 관한 것이다.
자동차 엔진의 흡기부에서 공기의 흐름을 조절하는 기술에 대한 연구가 진행되어 왔다. 상기 기술은 엔진 연소 시에 흡기부의 유입되는 공기의 흐름을 조절함으로써, 엔진에 공급되는 연료와 공기의 혼합기 형성을 최대화시켜 엔진의 연소 시에 발생하는 배출 가스를 저감시키는 기술이다. 따라서, 공기의 흐름을 ECU(Engine Control Unit)에서 조절하기 위하여 흡기부 내부에 공기 유입을 조정하는 밸브를 설치하고, 밸브의 개폐 상태 또는 열린 정도를 감지하여 연산을 통하여 최적의 공기 흐름을 제어하게 되는 것이다.
따라서 밸브의 개폐상태 또는 열린 정도를 감지하는 기술에 대한 연구가 진 행되어 왔으며, 대표적으로는 흡기부의 밸브를 회동하는 구동축에 웜휠을 연결하여 웜휠의 회전에 따라서 밸브 구동축이 연동하는 구성을 취하고, 상기 웜휠의 회전량을 회전각 측정 센서에 의해 측정하는 구성을 취하고 있다. 이러한 구성에서는 센서가 노출되어 있는 상태가 되기 때문에, 상기 센서를 포함하는 공간에 먼지 등의 이물질이 유입 또는 접촉하게 된다면 회전각 측정의 정확도에 나쁜 영향을 줄 수 있다. 그리고 센서의 수명에도 영향을 주기 때문에 구동기 전체의 동작 특성 및 수명에 문제를 야기할 수 있다.
따라서, 센서를 이물질로부터 보호하기 위한 구조 및 장치에 대한 연구가 많이 진행되어 왔다. 종래의 이물질로부터 센서를 보호하기 위한 구조를 포함하는 구동기에 대한 대표적인 구조가 도 1에 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 종래의 이물질로부터 센서를 보호하는 구조를 포함하는 구동기는, 밸브 구동축(103), 밸브 구동축(103)과 연동하는 웜휠, 그리고 웜휠과 연결되어 웜휠을 구동시키는 모터등이 포함된 공간을 제공하는 커버(104)와, 구동축의 움직임을 감지하는 센서(101)가 설치된 센서측 플레이트(100)를 포함하며, 이물질로부터 센서를 보호하기 위해, 커버(104)측의 밸브 구동축(103), 밸브 구동축(103)과 연동하는 웜휠, 그리고 웜휠과 연결되어 웜휠을 구동시키는 모터 등이 포함된 공간과 센서(101) 측을 분리하기 위하여 그 사이에 보호용 보드(102)가 설치된 것을 특징으로 한다. 따라서, 상기 웜휠, 모터 등의 구동에 의해 발생하는 먼지 등의 이물질이 보호용 보드(102)에 의해 차단됨으로써, 상기의 목적을 달성하게 되는 것이다.
하지만, 보호용 보드(102)는 구동기에 필수적으로 포함되어야 하는 요소가 아니어서 추가적으로 보호용 보드(102)를 생산하여 구동기 내부에 연결시켜야 한다. 따라서, 보호용 보드(102)을 생산함으로써, 추가적인 비용이 들어가는 문제점이 있고, 구조가 비교적 복잡해지며, 밸브 구동축(103)과 보호용 보드(102)사이의 마찰로 인한 또는 원래 존재하는 간격으로 이물질이 유입될 수 있어, 완벽하게 이물질의 유입 및 접촉을 방지하는 데에는 한계가 있는 문제점이 지적되어 왔다.
또한, 밸브 구동축 및 웜휠 사이의 연결에 있어서도, 종래에는 용접, 접합 등의 공정을 사용하여 접합하여 왔는데, 이러한 경우, 용접 및 접합의 특성상 밸브 구동축 및 웜휠이 변형될 확률이 높으며, 그 조립에 있어서도 다른 공정을 추가적으로 거쳐야 했기 때문에 불편한 문제점이 지적되어 왔다.
상기 언급한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 이물질로부터 센서를 보호하는 구조를 포함하는 구동기는, 추가적인 부품의 제작을 피하고, 복잡한 구성 대신 필수적인 구동기의 요소만을 포함하는 단순한 구성을 통하여 구동기 제작의 효율성을 증대시키며, 이물질이 센서로 유입되어 접촉되는 것을 보다 높은 확률로 방지하는 구동기를 제공하며, 추가적으로 웜휠과 밸브 구동축의 결합구조를 제공하여, 웜휠과 밸브 구동축의 연결을 간편하고 효율적으로 조립할 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.
상기 언급한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 이물질로부터 센서를 보호하는 구조를 포함하는 구동기는, 모터와 연결되어 회전하는 웜휠의 움직임을 감지하는 센서가 설치되어 있는 하부커버와, 웜휠의 회전에 연동하여 움직이는 밸브 구동축을 지지하는 구멍이 설치되어 있고, 하부커버와 센서 및 웜휠을 내부에 포함하는 구조로 연결되는 상부커버를 포함하며, 웜휠은, 원형으로 설치된 복수의 리브 또는 홈을 가지고, 상부 및 하부커버는, 웜휠에 설치된 상기 복수의 리브 또는 홈에 밀착 삽입되는 복수의 리브 또는 홈을 가지는 것을 특징으로 한다. 더욱 자세하게는, 웜휠은 센서와 접촉하여 웜휠의 회전각을 센서가 측정 가능하도록 하는 프로브를 가지고 있으며, 프로브의 외곽을 둘러싸는 형상으로 하부 커버측에 리브가, 그리고 하부 커버측의 리브와 밀착하는 형상으로 웜휠에 리브가 형성되 어 있고, 프로브의 외곽을 둘러싸는 측의 반대측, 즉 센서가 위치하지 않은 부분에 대응하는 상부 커버 부분에 리브가, 그리고 상부 커버의 리브가 밀착 삽입되도록 웜휠에 홈이 형성된 것을 특징으로 한다. 또한 밸브 구동축과 웜휠의 연결에 효율성을 높이기 위하여 후크 구조로 삽입 연결되는 것을 추가적인 특징으로 한다.
상기 언급한 본 발명의 실시 예에 따른 이물질로부터 센서를 보호하는 구조를 포함하는 구동기에 의하면, 보호용 보드의 필요 없이 상하부 커버 및 웜휠의 구조를 개선함으로써 이물질의 센서로의 유입을 간단하게 방지할 수 있어 경제상, 공정상의 효과가 있으며, 상기 언급한 이중 구조를 통하여 더욱 높은 확률로 이물질의 유입을 방지할 수 있는 효과가 있다. 또한, 추가적인 공정 없이 후크 구조를 통해 웜휠과 밸브 구동축을 결합할 수 있어, 간단하게 구동기의 조립을 실현할 수 있는 효과가 있다.
이하 도 2 내지 4를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 이물질로부터 센서를 보호하는 구조를 포함하는 구동기에 대하여 설명하기로 한다.
먼저 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 이물질로부터 센서를 보호하는 구조를 포함하는 구동기의 단면도를 도시하고 있다.
도 2를 참조하면, 상부의 커버에 포함된 원형의 중심에 구멍이 형성되어 있으며, 구멍에는 밸브 구동기(201)가 밀착하여 회전하도록 되어 있다. 따라서, 밸브 구동기(201)는 상기 구동기 내부의 작동에 의해서 일정 각도의 범위로 회전운동을 하게 되는 것이다. 상기 밸브 구동기(201)의 운동은 도 2에 도시된 바와 같이 웜휠의 움직임에 의해서 이루어지게 되며, 상기 웜휠 및 상하부 커버의 형태는 도 2에 도시된 바와 같을 것이다. 본 발명의 목적은 도 2에 도시된 내부 구조(200)에 관한 특징을 제공하는 것으로서, 상기 목적에서 언급한 바와 같이 하부 커버측에 설치된 센서에 이물질이 유입되거나 접촉하는 것을 방지하기 위한 것이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 이물질로부터 센서를 보호하는 구조를 포함하는 구동기의 분해도가 도시되어 있다.
먼저 가장 상부에 위치한 상부 커버(302)가 도시되어 있다. 상부 커버(302)는 엔진의 공기 흡입량을 조절하는 밸브 측에 위치할 수 있으며, 엔진과 조립되기 위하여 필요한(예를 들어 볼트 등으로) 복수의 구멍이 형성되어 있을 수 있다. 또한 상부 커버(302)에는 밸브 구동축(301)이 밀착되어 삽입되어 있을 수 있으며, 밸브 구동축(301)은 구동기 내부의 웜휠(303)과 결합되어 있어야 하므로, 상부 커버(302)에는 밸브 구동축(301)을 밀착 삽입할 수 있는 구멍이 형성되어 있어야 한다. 또한 모터 등의 웜휠을 구동할 수 있는 전동기를 설치할 수 있는 공간이 형성된 형태를 가질 수 있을 것이다.
밸브 구동축(301)은 상부 커버(302)에 형성된 구멍을 통하여 웜휠(303)과 결합될 수 있다. 밸브 구동축(301)과 상부 커버(302)의 구멍은 밀착 삽입되어 있는 동시에, 밸브 구동축(301)이 부드럽게 회전운동을 할 수 있도록 밸브 구동축(301)과 상부 커버(302)의 구멍의 접촉면은 본 발명의 실시 예에서는 베어링으로 연결되어 회전운동이 가능하도록 하고 있으나 상기 구성 외에도 기름 소재 등 회전운동을 보조할 수 있는 소재라면 어느 것이나 상기 접촉면을 구성하고 있을 수 있을 것이다.
또한 구동기는 하부 커버(304)를 포함하고 있는데, 하부 커버(304)는 도시된 바와 같이 상부 커버(302)와 접촉제 또는 접촉 소재(볼트 등)으로 연결되어 있을 수 있으며, 연결시에는 상부 커버(302)와의 사이에 고무 등의 접촉 소재를 삽입하여 이물질의 유입을 방지하는 구성을 취할 수 있을 것이다. 이러한 구성을 통해 본 발명의 특징적인 구성을 보조하여 이물질이 센서가 설치된 공간으로 유입되는 것을 방지할 수도 있을 것이다.
하부 커버(304)에는 내부의 소정 공간에 센서(305)를 포함하고 있을 수 있다. 상기 소정 공간은, 센서(305)와 웜휠(303)이 접촉하여 웜휠(303)의 움직임을 센서(305)가 감지할 수 있는 공간을 의미하며, 본 발명의 실시 예에서는 웜휠(303) 및 밸브 구동축(301)의 연결 중심 축과 일직선 상에 센서(305)가 위치할 수 있도록 하는 구성을 취하고 있으며, 원형의 공간을 가지고 있다. 하지만, 본 발명의 실시 예 이외에도, 상기 센서가 웜휠의 회전을 측정할 수 있는 형태라면 어느 것이나 가능할 것이다.
본 발명의 실시 예에서의 센서(305)는, 저항 센서를 의미하고 있다. 또한 웜휠(303)에는 센서(305)가 웜휠(303)의 회전 정보를 측정할 수 있도록 보조하는 프로브(도시되지 않음)가 저항 센서의 설치에 따라 추가적으로 포함될 수 있으며, 센서(305)는 웜휠(303)에 설치된 프로브와 센서(305)의 접촉점이 웜휠(303)의 움직임에 따라 변하게 되고, 접촉점의 변화에 따라 센서(305)에서 측정되는 저항의 변화 를 감지하고 이를 연산하여 웜휠(303)의 회전각을 측정하게 되는 것이다.
하부 커버(304)에는 또한 상기 센서에서 감지한 웜휠(303) 및 밸브 구동축(301)의 회전 정보 데이터를 전달하기 위한 전기 선을 연결하기 위한 공간이 형성되어 있을 수 있으며, 상부 커버(302)와 연동하여 모터를 내부에 설치하기 위한 공간이 형성되어 있을 수 있다. 본 발명의 실시 예에서 모터는 모터의 회전에 따라서 웜휠이 일정 각도로 회전하는 도 3에 도시된 바와 같은 구성을 취하고 있어, 상부 커버(302)및 하부 커버(304)에 형성된 모터를 설치하기 위한 공간 역시 도 3에 도시된 바와 같이 형성되어야 할 것이나, 웜휠을 일정 각도 범위에서 회전운동이 가능하도록 할 수 있는 형태라면 어느 것이나 가능할 것이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 이물질로부터 센서를 보호하는 구조를 포함하는 구동기의 이물질 차단 구조에 대해서 상세하게 도시한 단면도이다. 도 2의 200에 해당하는 구성을 구체적으로 표현한 것이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 이물질로부터 센서를 보호하는 구조를 포함하는 구동기의 구성이 도시되어 있으며, 도 3에서 언급한 바와 같이 밸브 구동축이 상부 커버(403)에 형성된 구멍을 통해 웜휠(402)과 연결되어 있으며, 상부 커버(403)와 밸브 구동축의 접촉접에는 베어링(식별번호 없음)이 설치되어 있어, 밸브 구동축의 회전 운동을 돕고 있다. 또한 웜휠(402)의 중심 부분에는 원형의 공간이 있어, 이하 설명할 밸브 구동축과의 결합 구조를 형성하고 있으며, 원형의 공간을 형성하고 상기 원형의 공간을 둘러싸고 있는 리브(식별번호 없음)가 존재하여, 상기 언급한 상부 커버(403)에 형성된 구멍 내에 밸브 구동축을 받치고 있 는 형상으로 밀착 삽입되어 있다.
센서(406)는 웜휠(402)과 하부 커버(404) 사이의 공간에 설치되어 있으며, 본 발명의 실시 예에서는 하부 커버(404)에 부착되어 있다. 센서(406)는 리드선(405)이 있고, 상기 리드선은 하부 커버(404) 내를 통과하여 도 3에서 언급한 공간을 통하여 전기적으로 ECU에 접속되게 된다. 따라서, 센서(406)가 웜휠(402)의 프로브(409)과 접촉하여 감지한 저항 변화 정보를 리드선(405)을 통해 ECU로 전달이 되며, 하부 커버(404)에서 리드선이 외부와 연결되는 공간은 전기적으로 ECU와 접촉할 수 있는 구성이 되어야 할 것이다.
상기 언급한 센서(406)가 차지하고 있는 웜휠(402)과 하부 커버(404) 사이의 공간에 이물질이 유입 또는 접촉하는 것을 방지하는 것이 본 발명의 목적이므로, 이하 상기 목적을 달성하기 위한 구성을 설명하기로 한다.
먼저 하부 커버(404) 및 웜휠(402)에 형성된 리브(407a, 407b)를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시 예에서는, 웜휠(402)과 하부 커버(404)가 형성하는 센서(406)를 포함하는 공간이 원형이다. 그리고 본 발명의 실시 예에서는, 도 3을 참조하면 웜휠(402)이 모터의 구동 기어와 접촉하여 웜휠(402)의 회전 운동을 하게 하는 웜휠(402)의 기어 부분을 포함하는 웜휠(402) 및 하부 커버(404)의 원호 부분에 상기 언급한 리브(407a, 407b)가 존재할 수 있다. 따라서, 웜휠(402)의 기어 측에는 리브끼리 밀착되어 회전하게 되는 것이다.
또한 이중의 구성으로 웜휠(402)의 홈(408)과 상부 커버(403)의 리브(407c)를 포함할 수 있다. 상기 홈(408)과 리브(407c)는, 상기 언급한 양 리브(407a, 407b)가 존재하는 부분을 제외한 부분에 존재할 수 있는데, 즉, 웜휠(402)이 모터와 접촉하는 기어 부분을 제외한 부분에 존재할 수 있는 것이다. 그 이유는, 상기 홈(408)과 리브(407c)가 밀착 삽입되어 회전하게 되고, 상기 홈(408) 부분의 부재가 상대적으로 도 4에 도시된 바와 같이 407a, 407b 리브의 밀착 구성에 비하여 얇은 면이 있기 때문에, 기어에 가해지는 모터 기어의 압력에 상대적으로 약하기 때문에, 기어가 존재하지 않는 부분에 대해서 홈(408)과 리브(407c)의 밀착 삽입 구성을 취하고 있는 것이다. 하지만 소재에 따라서, 상기 홈과 리브의 구성이 변할 수 있음은 당연할 것이다. 상기 언급한 구성을 통하여, 상기 종래의 기술에서 언급한 바와 같이 별도의 부품을 생산하지 않고도, 상기 리브 및 홈의 구성을 통하여 효과적으로 이물질이 센서를 포함한 공간에 유입되지 않도록 할 수 있는 효과를 얻을 수 있을 것이다.
본 발명의 실시 예에서는 추가적으로, 별도의 접착 부재나 용접이 필요 없는 웜휠과 밸브 구동축의 구성을 나타내고 있으며 이에 대해서 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.
도 5를 참조하면, 밸브 구동축과 웜휠의 결합이 후크(502) 구조로 되어 있음을 알 수 있다. 이렇게 될 경우, 별도의 접착 부재나 용접이 필요 없게 되며, 후크(502)에 대해서는 상부 커버에서의 압력이 가해지기 때문에, 후크(502)에 의해 결합된 밸브 구동축과 웜휠이 연동하는 구성이 가능해지고, 따라서 동작 특성에서도 용접 또는 접착을 하는 구성과 큰 차이가 없을 것이다. 또한 상기의 구조를 가질 경우, 접착 또는 용접의 경우보다 비교적 결합 및 분리가 쉬워, 구동기 전체 또 는 밸브 구동축의 유지 및 보수에 있어서도 효율적인 효과를 얻을 수 있을 것이다.
상기 언급한 본 발명의 실시 예에 따른 이물질로부터 센서를 보호하는 구조를 포함하는 구동기에 대한 설명은 설명적인 용도로만 사용되어야 할 것이며, 본 발명의 특허 청구범위를 한정하는 데 사용되어서는 안될 것이다. 또한, 본 발명의 권리범위에는 상기 언급한 본 발명의 실시 예에 따른 발명 이외에도 이와 비슷한 기능을 가지는 균등한 발명 역시 포함될 것이다.
도 1은 종래의 이물질로부터 센서를 보호하는 구조를 포함하는 구동기에 대한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 이물질로부터 센서를 보호하는 구조를 포함하는 구동기의 전체적인 사시도 및 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 이물질로부터 센서를 보호하는 구조를 포함하는 구동기의 분해도 및 각 부품에 대한 사시도 및 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 구동기의 이물질로부터 센서를 보호하는 구조에 대한 구체적인 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 밸브 구동축과 웜휠의 결합 구조를 나타낸 단면도이다.

Claims (9)

  1. 모터와 연결되어 회전하는 웜휠의 움직임을 감지하는 센서가 설치되어 있는 하부커버와, 웜휠의 회전에 연동하여 움직이는 밸브 구동축이 삽입되는 구멍이 설치되어있고, 하부커버와 센서 및 웜휠을 내부에 포함하는 구조로 연결되는 상부커버를 포함하는 이물질로부터 센서를 보호하는 구조를 포함하는 구동기에 있어서,
    상기 웜휠은,
    원형으로 설치된 복수의 리브 또는 홈을 가지고,
    상기 상부 및 하부커버는,
    웜휠에 설치된 상기 복수의 리브 또는 홈에 밀착 삽입되는 복수의 리브 또는 홈을 가지는 것을 특징으로 하는 이물질로부터 센서를 보호하는 구조를 포함하는 구동기.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 밸브 구동축은,
    상기 웜휠에 후크 구조로 삽입 설치되어 웜휠과 연동하여 회전하는 것을 특징으로 하는 이물질로부터 센서를 보호하는 구조를 포함하는 구동기.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 웜휠은,
    상기 웜휠의 하부커버 측에 설치되어 상기 하부커버에 설치된 센서와 접촉하여 웜휠의 회전각을 센서가 측정 가능하도록 하는 프로브를 더 포함하는 것을 특징 으로 하는 물질로부터 센서를 보호하는 구조를 포함하는 구동기.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 센서는,
    웜휠의 회전각을 측정하는 저항 센서인 것을 특징으로 하는 이물질로부터 센서를 보호하는 구조를 포함하는 구동기.
  5. 청구항 3에 있어서, 상기 웜휠은,
    상기 프로브의 외곽에 상기 복수의 리브 또는 홈을 가지는 것을 특징으로 하는, 이물질로부터 센서를 보호하는 구조를 포함하는 구동기.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 하부 커버는,
    모터의 기어에 접촉되어 웜휠을 회전하기 위해 웜휠에 형성된 기어 측의 원호에 대응하는 부분에 원호형의 리브를 가지는 것을 특징으로 하는 이물질로부터 센서를 보호하는 구조를 포함하는 구동기.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 상부 커버는,
    모터의 기어에 접촉되어 웜휠을 회전하기 위해 웜휠에 형성된 기어 측의 원호에 대응하는 하부 커버의 부분을 제외한 부분에 대응하는 원호 측에 원호형의 리브를 가지는 것을 특징으로 하는 이물질로부터 센서를 보호하는 구조를 포함하는 구동기.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 웜휠은,
    상기 하부커버의 리브에 밀착되어 회동할 수 있도록 하부 커버의 리브 측에 리브를 가지는 것을 특징으로 하는 이물질로부터 센서를 보호하는 구조를 포함하는 구동기.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 웜휠은,
    상기 상부커버의 리브를 밀착 삽입하여 회동할 수 있도록 상부 커버의 리브 측에 홈을 가지는 것을 특징으로 하는 이물질로부터 센서를 보호하는 구조를 포함하는 구동기.
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