KR101223069B1

KR101223069B1 - 능동타입 에코페달장치

Info

Publication number: KR101223069B1
Application number: KR1020110051582A
Authority: KR
Inventors: 노종상; 안정열; 이종만; 차종근; 김모세
Original assignee: (주) 디에이치홀딩스
Priority date: 2011-05-30
Filing date: 2011-05-30
Publication date: 2013-01-17
Also published as: JP2012248196A; JP5463383B2; KR20120133082A; US20120304799A1; DE102012104591A1; US8820190B2

Abstract

본 발명의 능동타입 에코페달장치에 적용된 액추에이터(20)가 서로 반대방향으로 전류가 흐르는 한쌍의 제1/2코일(24a,24b)에 형성되는 전기장과 작용하는 한쌍의 제1/2마그네트(25a,25b)로 구성된 VCM(Voice Coil Motor)으로 이루어져, 전류공급된 VCM에서 기본추력(Fa,Fb)에 부가되는 별도의 척력(Fc)을 형성하여 페달(1)을 밀어내는 추력(Fr)을 높여줌으로써 에코모드(Eco Mode) 구현 효율성을 크게 높이고, 특히 단상드라이버 칩으로 단상제어됨으로써 에러(Error)위험성이 높은 홀센서가 적용되지 않아 작동신뢰성 향상으로 상품성도 크게 높이면서 FET 수량도 줄여 보다 컴팩트(Compact)하게 구성함은 물론 비용도 크게 낮출 수 있는 특징을 갖는다.

Description

능동타입 에코페달장치{Activity Operation type Eco Pedal Apparatus}

본 발명은 차량의 가속페달이나 또는 브레이크페달에 관한 것으로, 특히 단상제어방식으로 온오프제어됨으로써 비용상승요인을 제거하고, 특히 코깅토크(Cogging Torque)를 없애줌으로써 에코모드 구현시 페달감을 저하시키지 않는 능동타입 에코페달장치에 관한 것이다.

일반적으로 차량연비를 개선할 수 있는 다양한 방법중 불필요한 가속페달조작을 줄이는 방식이 있다.

이러한 방식이 적용된 한 예로 주행조건에 따라 운전자에게 가속페달 답력을 다르게 느끼게 하는 작동모드가 구현됨으로써, 가속페달을 밟고 있는 운전자에게 전혀 다른 페달반력을 느끼도록 하여 가속페달 조작횟수를 줄이게 하는 방식이 있다.

이러한 작동모드 구현 방식을 통상 에코모드(Eco Mode)라 부르며, 이를 적용한 페달을 에코페달이라 칭하여 준다.

즉, 일반모드(Normal Mode)에서는 운전자가 느끼는 페달반력이 스프링의 탄성변형을 통해 제공되는데 반해, 에코모드에서는 특정한 차량의 주행조건이 충족될 때 페달을 밟은 운전자에게 별도의 동력으로 또 다른 반력을 제공해 주게 된다.

이로 인해 에코모드에서는 스프링을 통한 페달반력과 다르게 느끼는 운전자의 인식을 통해 불필요한 가속페달 조작횟수를 줄여줌으로써 연비를 개선할 수 있게 된다.

이와 같이 별도의 반력을 느끼게 하는 한 예로서 액추에이터를 적용한 동력방식이 있는데, 이 경우 통상 PMDC 타입 모터가 사용됨으로써 웜기어와 웜휠을 구비한 감속기를 통해 변환된 모터동력으로 에코모드가 구현되어진다.

하지만, PMDC 타입 모터에서는 동력전달시 모터와 페달사이에 감속기가 필연적으로 적용됨으로써, PMDC 타입 모터의 비교적 높은 동력전달 손실율로 인한 품질문제와 더불어 특히 복잡한 동력전달경로로 인한 작동소음문제도 제기될 수밖에 없다.

한편, 액추에이터에 리니어 타입 모터가 적용되면, 상기와 같은 PMDC 타입 모터의 높은 동력전달 손실율과 비교적 큰 작동소음 문제를 크게 개선할 수 있게 된다.

이는, 리니어 타입 모터에서는 자기장을 이용해 동력이 전달됨으로써 감속기의 연결로 인한 동력전달 손실율이 없고 감속기의 작동으로 인한 작동소음도 전혀 생성되지 않기 때문이다.

이와 같이 PMDC 타입 모터에 비해 리니어 타입 모터는 작동의 정확성 향상은 물론 품질 향상도 도모하면서 동시에 소음에 따른 품질 만족의 저하도 없게 된다.

전술된 바와 같이 에코모드에서는 운전자가 누르는 페달 답력에 대항하여 이를 이겨내고 역으로 페달을 밀어낼 때 페달반력이 제공되는 방식이다.

이를 위해, 리니어 타입 모터에서는 전류공급시 형성되는 전기장을 이용해 고정자에 대하여 리니어(linear)하게 이동되는 이송자가 페달을 밀어냄으로써, 페달을 밟고 있는 운전자에게 또 다른 반력을 느끼도록 하여 불필요하게 밟고 있는 가속페달에서 발을 뗄 수 있는 기회를 제공하게 된다.

통상, 모터가 3상 제어방식으로 제어되면, 모터구동을 위한 3상 드라이버 칩과, 모터의 인가 전류에 대한 과부하를 인지하기 위한 전계 효과 트랜지스터인 FET(Field Effect Transistor)이 필수적으로 필요하게 되고, 특히 모터의 스트로크를 검출하도록 홀소자를 구비한 홀센서(Hall sensor)가 반드시 사용되어져야 한다.

그러므로, 3상 제어되는 리니어 타입 모터를 사용한 에코페달에서는 3상 드라이버 칩과 함께 다수의 FET 및 다수의 홀센서가 더 갖춰져야 함으로써 비용측면에서 불리할 수밖에 없다.

특히 비용측면에서, 모터제어를 위해 필수적인 3상 드라이버 칩의 높은 단가로 인한 불리함에 더해 최소한 6개가 적용되어야 하는 FET 수량으로 인한 비용상승은 불리함을 더욱 촉진하는 원인이 될 수밖에 없다.

이와 함께 최소한 3곳의 위치에 홀센서가 사용됨으로써 에러(Error)위험성을 높이는 불리한 측면도 더욱 가중되는데, 이는 전기적 신호를 발생하는 홀센서의 작동안정성이 다소 불안하고 전기적 고장(Fail)시엔 모터의 구동이 근본적으로 불가능하기 때문이다.

한편, 리니어 타입 모터에서는 홀센서를 이용한 스트로크 기반 전류제어 및 연속적인 N,S,N,S 자석의 교차배열에 의해 추력이 가변됨으로써, 도 8(가)와 같이 떨림을 일으키는 약한 진동과 같은 힘인 코깅토크(Cogging Torque)가 상대적으로 높아질 수밖에 없게 된다.

그러므로, 상기와 같이 코깅토크가 상대적으로 높은 리니어 타입 모터를 적용한 에코페달에서는 에코모드 구현시 히스테리시스(Hysterisis)로 인해 반발답력이 형성될 때 상대적으로 높은 코깅토크(Cogging Torque)가 전구간에 걸쳐 운전자의 페달감(Feeling)을 저하시키므로 페달감 제공 측면에서도 불리할 수밖에 없다

이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명은 한쌍의 영구자석과 전류흐름방향을 서로 달리하는 한쌍의 코일에 의한 전기장 작용으로 기본적인 추력에 별도의 척력이 부가되어 페달을 밀어내는 추력을 크게 높인 VCM(Voice Coil Motor)타입 액추에이터를 이용함으로써, 에코모드를 보다 효과적으로 구현할 수 있는 능동타입 에코페달장치를 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 단상제어방식으로 VCM(Voice Coil Motor)타입 액추에이터를 온오프제어함으로써, 에러(Error)위험성이 높은 홀센서가 요구되지 않고 전계 효과 트랜지스터인 FET(Field Effect Transistor)의 수량도 줄여 더욱 컴팩트(Compact)한 구성이 가능하면서 특히 상대적으로 저가인 단상 드라이버 칩 적용으로 비용절감에도 크게 기여할 수 있는 능동타입 에코페달장치를 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 홀센서 없는 코어리스타입(Coreless type)의 단상제어방식 VCM(Voice Coil Motor) 액추에이터로 코깅토크(Cogging Torque)의 발생을 없애줌으로써, 에코모드 구현시 전 구간에서 운전자의 페달감이 저하되지 않아 상품성도 크게 높일 수 있는 능동타입 에코페달장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 능동타입 에코페달장치는 외부에서 공급되는 전류가 흘러 전기장을 형성하는 한쌍의 코일과,

N극과 S극을 이용해 상기 한쌍의 코일에 형성되는 전기장과 작용하여 움직이기 위한 동일방향의 서로 다른 2개의 기본추력(Fa,Fb)이 만들어지고 더불어 상기 한쌍의 코일의 전류흐름이 서로 반대방향일 때 전기장과 작용하여 형성되는 동일 극성에 의한 1개의 척력(Fc)으로 상기 기본추력(Fa,Fb)을 높여주는 한쌍의 마그네트로 이루어진 VCM(Voice Coil Motor)를 갖춘

액추에이터가 포함된 것을 특징으로 한다.

상기 한쌍의 코일은 중간에 간격을 두고 추력방향으로 직렬 배열되어지고, 상기 한쌍의 코일의 안쪽으로는 각각의 코일의 위치에 맞추어 상기 한쌍의 마그네트가 직렬 배열되며, 상기 한쌍의 마그네트의 안쪽으로는 상기 추력을 받아 움직이는 이송자가 위치되어진다.

직렬 배열되어진 상기 한쌍의 코일은 그 권선방향을 서로 반대방향으로 하고 그 중간부위를 서로 연결시킨 제1코일과 제2코일로 구성되며, 상기 제1코일의 안쪽으로 위치된 제1마그네트는 N극을 상기 제1코일쪽으로 노출시키는 반면 상기 제2코일의 안쪽으로 위치된 제2마그네트는 S극을 상기 제1코일쪽으로 노출시켜준다.

상기 한쌍의 코일은 인슐레이터로 감싸이고, 상기 인슐레이터는 고정자로 감싸이며, 상기 고정자는 모터하우징에 수용되고, 상기 이송자에는 상기 모터하우징의 외부로 빠져나온 푸시축이 연결되어진다.

상기 한쌍의 코일에 공급되는 전류흐름방향은 상기 액추에이터의 전류량을 제어하는 컨트롤러를 이용해 변화되어진다.

상기 이송자는 상기 모터하우징에 고정된 적어도 1개 이상의 가이드핀으로 움직임이 안내되어진다.

상기 모터하우징은 체결볼트로 결합되어 서로 연결되는 프론트하우징과 리어하우징으로 이루어진다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 능동타입 에코페달장치는 운전자가 밟고 조작하도록 힌지결합되고 탄성력으로 초기 위치로 복귀되는 페달과;

외부에서 공급되는 전류가 흘러 전기장을 형성하는 한쌍의 코일과, N극과 S극을 이용해 상기 한쌍의 코일에 형성되는 전기장과 작용하여 움직이기 위한 동일방향의 서로 다른 2개의 기본추력(Fa,Fb)이 만들어지고 더불어 상기 한쌍의 코일의 전류흐름이 서로 반대방향일 때 전기장과 작용하여 형성되는 동일 극성에 의한 1개의 척력(Fc)으로 상기 기본추력(Fa,Fb)을 높여주는 한쌍의 마그네트로 이루어진 VCM(Voice Coil Motor)를 갖춘 액추에이터와;

에코모드가 구현되지 않을 때 탄성력을 가해 상기 액추에이터의 예기치 않은 움직임을 구속하는 홀더;

를 포함해 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 액추에이터는 상기 한쌍의 코일이 감싸인 인슐레이터를 안쪽으로 결합한 고정자가 모터하우징에 내장되고, 상기 한쌍의 코일은 그 권선방향을 서로 반대방향으로 하고 그 중간부위를 서로 연결시킨 제1코일과 제2코일로 이루어져 추력방향으로 직렬 배열되며, 상기 제1코일의 안쪽에는 N극을 상기 제1코일쪽으로 노출시킨 제1마그네트가 위치되고 상기 제2코일의 안쪽에는 S극을 상기 제1코일쪽으로 노출시킨 제2마그네트가 위치되고, 상기 제1마그네트와 상기 제2마그네트의 안쪽으로는 상기 추력을 받아 움직여 상기 페달의 눌림방향과 반대방향으로 밀어내는 푸시축을 갖춘 이송자가 위치고, 상기 이송자의 움직임을 안내하도록 상기 모터하우징에 고정된 적어도 1개 이상의 가이드핀이 관통되어진 구조로 이루어진다.

상기 페달에는 모터 동력을 이용해 운전자로부터 멀어지거나 가깝게 이동되어 운전자에 대한 상기 페달의 간격을 조정하는 어저스터가 더 구비되고, 상기 모터 동력을 회전식 구동케이블로 전달받아 상기 페달과 함께 간격조정되는 브레이크페달이 더 구비되어진다.

이러한 본 발명은 VCM(Voice Coil Motor)타입 액추에이터의 공급전력대비 강화된 추력을 이용한 보다 효과적인 에코모드 구현은 물론, 단상제어방식으로 에러(Error)위험성이 높은 홀센서를 적용하지 않아 작동 안정성을 크게 강화할 수 있어 상품성 향상에도 기여할 수 있는 효과가 있게 된다.

또한, 본 발명은 단상제어방식으로 VCM(Voice Coil Motor)타입 액추에이터를 제어함으로써, 홀센서 삭제와 함께 FET(Field Effect Transistor)의 수량도 6개에서 4개로 줄여 더욱 컴팩트(Compact)한 구성이 가능하고 특히 상대적으로 저가인 단상 드라이버 칩 적용으로 비용절감에도 크게 기여할 수 있는 효과도 있게 된다.

또한, 본 발명은 코어리스타입(Coreless type)의 VCM(Voice Coil Motor) 액추에이터로 코깅토크(Cogging Torque)를 발생시키지 않음으로써, 전구간에서 코깅토크(Cogging Torque)로 인한 운전자의 페달감 저하 없이 에코모드를 구현할 수 있어 상품성을 더욱 높일 수 있는 효과도 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 액추에이터를 갖춘 능동타입 에코페달장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 액추에이터의 분해사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 VCM(Voice Coil Motor)의 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 VCM(Voice Coil Motor)의 작동원리도이며, 도 5(가),(나)는 본 발명에 따른 액추에이터의 내부단면 및 사시도이며, 도 6은 에코모드(Eco Mode)가 구현되지 않을 때 본 발명에 따른 액추에이터를 구속하기 위한 홀더의 구성도이고, 도 7은 에코모드가 구현될 때 본 발명에 따른 능동타입 에코페달장치에서 페달 반력을 가하는 액추에이터의 작동도이며, 도 8은 에코모드 구현시 액추에이터 타입에 따른 코깅토크(Cogging Torque)로 인한 운전자 페달감 차이를 나타내는 답력선도이다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 실시예에 따른 액추에이터를 갖춘 능동타입 에코페달장치의 구성도를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 능동타입 에코페달장치는 운전자가 밟을 수 있는 페달판(1a)을 갖춘 페달(1)과, 운전자로부터 멀어지거나 가깝게 이동되어 운전자에 대한 페달(1)의 간격을 조정하는 어저스터(7)와, 스위치 조작으로 구동되어 어저스터(7)를 움직여주는 어저스터모터(10)와, 컨트롤러의 전류제어에 의한 에코모드 구현시 페달(1)을 밀어내는 반력을 가하는 액추에이터(20)와, 에코모드가 구현되지 않을 때 액추에이터(20)의 예기치 않은 움직임을 구속하는 홀더(50)로 이루어진다.

본 실시예와 같이 능동타입 에코페달장치에 페달(1)과 함께 페달의 운전자에 대한 위치이동이 가능한 어저스터(7)를 갖춘 경우는 펜던트타입으로 불리우는데, 통상적으로 페달(1)과 어저스터(7)의 결합방식에 따라 펜던트타입을 기본으로 펜던트형 오르간타입이나, 또는 박스형 오르간타입이나, 또는 에코 오르간타입으로 구성될 수 있다.

또한, 상기와 같이 어저스터(7)가 페달(1)을 위치이동 시켜줄 때 어저스터모터(10)를 이용한 구조일 경우, 통상적으로 페달(1)의 움직임과 연동되도록 회전식 구동케이블(11)이 인접된 페달(일례로, 브레이크페달)쪽으로 연결됨으로써 가속페달과 브레이크페달이 하나의 일체화된 모듈단위로 구성되어진다.

한편, 본 실시예에 적용된 페달(1)은 차체쪽으로 장착된 페달하우징(2)에 힌지축(3)을 매개로 결합되고, 운전자의 누름해제시 페달(1)을 원위치로 복귀시키기 위한 리턴부재(4)를 더 갖추어 구성되어진다.

상기 리턴부재(4)는 페달(1)의 움직임과 연동된 스프링시트(5)와, 스프링시트(5)를 탄발지지하면서 압축변형되고 탄성복원력을 페달(1)쪽으로 가해주는 리턴스프링(6)으로 구성되어진다.

상기 리턴스프링(6)은 코일스프링타입이 적용되어진다.

또한, 본 실시예의 경우 상기 어저스터(7)는 밟혀지는 페달(1)의 이동을 간섭하지 않는 간격을 유지한 상태로 페달(1)과 함께 전후방향으로 슬라이딩(Sliding)됨으로써, 운전자에 대해 페달(1)이 갖는 간격조정을 위한 움직임이 구현될 수 있다.

이를 위해 어저스터(7)는 페달(1)의 뒤쪽으로 위치되어 어저스터모터(10)로 움직이는 슬라이더(8)와, 슬라이더(15)의 슬라이딩 움직임을 안내하는 가이드블록(9)으로 구성되어진다.

상기 슬라이더(8)의 전후방향 이동은 어저스터모터(10)의 회전을 웜기어와 웜 및 리드스크류를 이용해 직선이동력으로 전환시킴으로써 구현될 수 있으며, 이는 통상적으로 적용되는 방식이다.

한편, 본 실시예에 따른 액추에이터(20)는 VCM(Voice Coil Motor)타입이 적용되는데, 통상 VCM은 안쪽이나 바깥쪽으로 위치된 영구자석에 의한 자기장과 코일에 만들어지는 자기 모우멘트의 상호 작용으로 코일이나 영구자석이 움직임으로써 추력을 발생시켜주는 방식을 의미한다.

하지만, 본 실시예에 적용되는 VCM(Voice Coil Motor)은 추력방향으로 직렬 배열된 적어도 2개의 영구자석과 2개의 코일에 의한 전기장 작용으로 기본적인 추력에 별도의 척력이 부가되는 시너지작용을 이용하여 공급전력대비 추력을 크게 높여줌으로써, 에코모드를 보다 안정적이면서 효율적으로 구현할 수 있게 된다.

이를 위해, 액추에이터(20)는 모터하우징(21)의 내부로 수용된 고정자(22)와, 추력방향으로 동일하게 배열된 한쌍의 코일(24)과 이와 함께 전기장을 형성하는 한쌍의 마그네트(25)를 갖춘 VCM과, 푸시축(27)이 페달(1)부위를 밀어내도록 추력을 받아 이동되는 이송자(26)를 포함해 구성되어진다.

도 2는 본 실시예에 따른 액추에이터(20)의 분해사시도를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 모터하우징(21)은 체결볼트(31)로 서로 결합되는 프론트하우징(21a)과 리어하우징(21b)으로 구성되며, 상기 프론트하우징(21a)과 리어하우징(21b)의 내부공간에는 액추에이터(20)를 구성하는 모든 부품들이 위치되어 조립될 수 있는 구조가 형성되어진다.

상기 프론트하우징(21a)과 리어하우징(21b)에 형성된 내부공간의 최외곽으로는 고정자(22)가 위치되고, 고정자(22)의 안쪽으로는 인슐레이터(23)가 위치되며, 인슐레이터(23)의 안쪽으로는 컨트롤러의 제어로 전류가 공급되는 VCM이 위치되고, VCM의 안쪽으로는 VCM으로부터 추력을 받아 이동되는 이송자(26)가 위치되며, 이송자(26)에는 모터하우징(21)을 빠져나온 푸시축(27)이 연결되어진다.

여기서, 상기 고정자(22)와 상기 인슐레이터(23)사이에는 커버링(36)이 더 구비되어진다.

그리고, 상기 VCM은 공급된 전류가 상이한 방향으로 흐르는 적어도 2개 이상으로 이루어진 한쌍의 코일(24)과, 코일(24)의 안쪽에서 코일(24)과 동일한 개수로 이루어진 한쌍의 마그네트(25)로 구성되어진다.

상기 코일(24)은 전류가 흐르고 원형으로 감겨진 제1코일(24a)과 제2코일(24b)로 구성되고, 상기 제1코일(24a)과 제2코일(24b)은 푸시축(27)의 이동방향인 추력방향으로 직렬 배열되어진다.

상기 마그네트(25)는 N극과 S극을 가진 영구자석인 중공의 링타입 제1마그네트(25a)와 제2마그네트(25b)로 구성되고, 제1마그네트(25a)는 제1코일(24a)의 안쪽으로 제2마그네트(25b)는 제2코일(24b)의 안쪽으로 위치됨으로써 푸시축(27)의 이동방향인 추력방향으로 직렬 배열되어진다.

이때, 제1마그네트(25a)는 바깥쪽으로 N극이 형성되고 안쪽으로 S극이 형성되는데 반해, 제2마그네트(25b)는 바깥쪽으로 S극이 형성되고 안쪽으로 N극이 형성되어진다.

또한, 상기 이송자(26)는 VCM으로부터 추력을 받아 이동될 때 그 움직임이 안내되도록 가이드핀(28)과 함께 결합되는데, 이를 위해 상기 가이드핀(28)은 이송자(26)를 관통하고 그 양단을 프론트하우징(21a)과 리어하우징(21b)에 각각 고정하여준다.

상기 가이드핀(28)은 적어도 1개 이상으로 구성되는데, 본 실시예에서는 90도 간격으로 4개를 한쌍으로 구성함으로써 VCM으로부터 추력을 받아 이동되는 이송자(26)의 움직임을 보다 안정적으로 구현하게 된다.

상기 가이드핀(28)이 관통되는 이송자(26)의 앞쪽과 뒤쪽부위로는 각각 부시(32,33)가 구비되어진다.

또한, 상기 가이드핀(28)이 고정되는 리어하우징(21b)부위에는 부시(34)를 프론트하우징(21a)부위에는 E-링(35)을 각각 끼워주는데, 이는 액추에이터(20)에 대한 방수기능을 강화하기 위함이다.

도 3은 본 실시예에 따른 VCM(Voice Coil Motor)의 구성도를 나타낸다.

도시된 바와 같이, VCM은 푸시축(27)을 이동시키는 이송자(26)가 안쪽으로 위치되어진 한쌍의 제1마그네트(25a)와 제2마그네트(25b)에는 제1코일(24a)과 제2코일(24b)이 각각 감겨진 구조를 이루는데, 상기 제1코일(24a)과 제2코일(24b)은 서로 반대방향으로 권선되어진다.

일례로, 제1코일(24a)이 반시계방향(a)으로 제1마그네트(25a)에 감겨지면, 제2코일(24b)은 시계방향(b)으로 제2마그네트(25b)에 감겨지고, 상기 제1코일(24a)과 제2코일(24b)이 서로 만나 연결되는 중간부분에는 방향이 전환되는 코일꼬임부(24c)가 형성되어진다.

도 4는 본 실시예에 따른 VCM(Voice Coil Motor)의 전류공급시 작동원리를 나타낸다.

도시된 바와 같이 코일(24)에 전류가 공급되면, 제1코일(24a)이 감겨진 제1마그네트(25a)와 제2코일(24b)이 감겨진 제2마그네트(25b)에는 푸시축(27)의 이동방향으로 이송자(26)를 밀어내는 기본적인 힘인 이동력(Fa,Fb)이 각각 발생되어진다.

하지만, 본 실시예에서는 상기와 같은 기본적인 이동력(Fa,Fb)에 더해 이송자(26)를 밀어내려는 강한 척력(Fc)이 더 형성되는데, 이는 제1코일(24a)과 제2코일(24b)을 흐르는 전류가 반대방향으로 흐르는 VCM의 구조적 특징에 기인되어진다.

즉, 바깥쪽으로 N극이 형성되고 안쪽으로 S극이 형성된 제1마그네트(25a)에 감겨진 제1코일(24a)에 흐르는 반시계방향(a)의 전류는 우측에서 들어와 좌측으로 빠져나가는 자기장흐름을 형성하는 반면, 바깥쪽으로 S극이 형성되고 안쪽으로 N극이 형성된 제2마그네트(25b)에 감겨진 제2코일(24b)에 흐르는 시계방향(b)의 전류는 좌측에서 들어와 우측으로 빠져나가는 자기장흐름을 형성함에 기인되어진다.

상기와 같은 자기장 흐름으로 인해, 제1코일(24a)과 제1마그네트(25a)에서는 자기장이 들어가는 부위에 S극이 형성되고 자기장이 빠져나오는 부위에 N극이 형성되며, 또한 제2코일(24b)과 제2마그네트(25b)에서도 자기장이 들어가는 부위에 S극이 형성되고 자기장이 빠져나오는 부위에 N극이 형성될 수 있게 된다.

이에 따라, 제1코일(24a)과 제2코일(24b)의 서로 마주보는 대향부위에는 동일한 N극에 의한 척력(Fc)이 형성되고, 형성된 척력(Fc)은 푸시축(27)의 이동방향으로 이송자(26)를 밀어내는 힘으로 작용되어진다.

그러므로, 이송자(26)는 동일방향을 갖는 이동력(Fa,Fb)과 척력(Fc)이 합쳐진 추력(Fr = Fa+Fb+Fc)을 받아 밀려나고, 이러한 추력(Fr)으로 이송자(26)에 고정된 푸시축(27)이 페달(1)쪽으로 밀어남으로써 운전자가 밟고 있는 페달(1)에 반력을 가해는 에코모드가 구현되어진다.

통상, 상기 추력(Fr)은 컨트롤러가 VCM에 공급되는 전류방향을 역전시킴으로써 그 이동방향이 역으로 전환되며, 컨트롤러는 제1코일(24a)과 제2코일(24b)의 전류흐름을 각각 제어함으로써 제1코일(24a)과 제2코일(24b)의 전류흐름방향을 동일하게 형성할 수 있게 된다.

본 실시예와 같이 강화된 추력(Fr)을 이용하게 되면, 공급전력대비 에코모드성능을 보다 강화시킨 에코페달로 사양을 높이거나 동일 성능 에코페달의 작동을 보다 효율적으로 구현할 수 있게 된다.

도 5는 본 실시예에 따른 액추에이터의 조립상태를 나타내는데, 도 5(가)와 같이 액추에이터(20)가 조립되면, 이송자(26)는 가이드핀(28)으로 결합되어 동력원인 VCM의 안쪽공간으로 위치되고, 푸시축(27)은 이송자(26)와 함께 이동되도록 일단을 이송자(26)에 고정하고 타단은 모터하우징(21)의 외부로 빠져나온 상태가 된다.

그리고, 도 5(나)와 같이 액추에이터(20)가 조립되면, 동력원인 VCM은 모터하우징(21)의 안쪽 공간에서 인슐레이터(23)를 이용해 절연된 상태로 수용되고, 상기 모터하우징(21)은 체결볼트로 결합된 프론트하우징(21a)과 리어하우징(21b)으로 이루어짐으로써 조립과 분해시 편리하고 효율적인 작업성을 제공할 수 있게 된다.

도면에 도시되지 않았지만, 본 실시예에 따른 VCM 타입 액추에이터(20)는 단상 제어방식으로 온오프제어됨으로써 비교적 저가인 단상드라이버 칩이 적용될 수 있고, 모터의 인가 전류에 대한 과부하를 인지하기 위한 전계 효과 트랜지스터인 FET(Field Effect Transistor)도 그 적용수량을 크게 줄일 수 있으며 특히 모터의 스트로크를 검출하기 위한 홀센서(Hall sensor)가 사용되지 않게 된다.

모터 제어시 홀센서가 사용되지 않으면, 전기적 고장(Fail)에 의한 에러(Error)위험성이 크게 감소될 수 있으므로 VCM 타입 액추에이터(20)는 전술한 종래의 리니어 타입 모터에 비해 작동안정성과 신뢰성을 크게 높일 수 있게 된다.

한편, 도 6은 에코모드가 구현되지 않을 때 본 실시예에 따른 액추에이터의 이동을 구속하기 위한 홀더(50)를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 홀더(50)는 페달하우징(2)의 안쪽공간에서 푸시축(27)의 이동경로에 구비된 케이스(51)와, 케이스(51)의 안쪽에서 탄성부재(53)로 탄발지지되어 푸시축(27)의 둘레를 따라 파여진 걸림홈(27a)을 가압하는 홀더핀(52)으로 구성되어진다.

상기 탄성부재(53)는 액추에이터(20)의 작동시 푸시축(27)을 이동시키는 추력(Fr)에 비해 상대적으로 적은 탄성율을 가지며, 통상 코일스프링으로 이루어진다.

도 7은 에코모드가 구현될 때 본 실시예에 따른 능동타입 에코페달장치에서 페달 반력을 가하는 액추에이터의 작동을 나타낸다.

도시된 바와 같이, 액추에이터(20)는 컨트롤러로 제어되고, 컨트롤러는 액추에이터(20)의 작동시 VCM에 공급되는 전류량을 제어하는데, 통상 ECU(Engine Control Unit)를 적용한다.

상기 ECU는 연비를 나쁘게 하는 페달(1)의 빈번한 조작 또는 급격한 조작이나 또는 차량의 주행상태(차선이탈, 위험한 차간거리, 위험한 곡선주행 등)에 따른 신호를 각종 센서를 통해 전달받음으로써 에코모드 구현을 위한 액추에이터(20)의 작동여부를 판단하여 준다.

차량 주행시 페달(1)을 밟게 되면, 페달(1)은 페달하우징(2)의 힌지축(3)을 기준으로 그 아래쪽 부위는 운전자에 의해 눌려(Pa)지고 그 위쪽 부위는 힌지축(3)을 중심으로 회전(Ma)되어 액추에이터(20)쪽으로 밀려난 상태로 전환되어진다.

이러한 상태에서 에코모드가 구현되면, 컨트롤러에 의해 전류가 공급된 VCM에서는 전기장작용으로 강한 추력(Fr)이 발생되는데, 이러한 강력한 추력(Fr)은 기본적인 힘인 이동력(Fa,Fb)을 받는 이송자(26)에 가해져 모든 힘이 추력(Fr = Fa+Fb+Fc)으로 합쳐짐으로써, 이송자(26)를 통해 밀려나는 푸시축(27)은 강한 힘으로 페달(1)쪽에 반력을 제공할 수 있게 된다.

이러한 작용은 전술된 바와 같이, 서로 반대방향으로 전류가 흐르는 한쌍의 제1/2코일(24a,24b)과 서로 밀어내는 척력을 발생시키는 한쌍의 제1/2마그네트(25a,25b)로 이루어진 VCM의 구조적 특성에 기인되어진다.

이때, 페달(1)쪽으로 밀려나는 푸시축(27)은 홀더핀(52)으로부터 저항을 받게 되지만, 홀더핀(52)을 누르는 탄성부재(53)의 탄성가압력에 비해 푸시축(27)을 페달(1)쪽으로 밀어주는 추력(Fr)이 더 크게 작용함으로써 푸시축(27)은 이동에 제한을 받지 않게 된다.

상기와 같이 강한 추력(Fr)으로 푸시축(27)이 페달(1)부위를 다시 밀어내면, 페달(1)은 힌지축(3)을 중심으로 역회전(Mb)됨으로써 페달(1)의 위쪽부위는 액추에이터(20)로부터 멀어지는 반면 페달(1)의 아래쪽부위는 운전자에게 반력(Pb)을 가하게 된다.

이로 인해, 페달(1)을 밟은 상태에서 자신의 의지와 상관없이 페달(1)로부터 전달되는 반력(Pb)을 느낀 운전자는 페달(1)의 조작을 멈출 수 있고, 이러한 운전자의 행동으로 불필요한 페달(1)의 조작횟수가 크게 줄어 그에 따른 연비 절감이 달성될 수 있게 된다.

이러한 에코모드는 액추에에이터(20)를 통해 페달(1)에 가하는 반력(Pb)이 단속적으로 이루어져 운전자의 인식율을 보다 높여줄 수 있는데, 이러한 기능은 통상적으로 컨트롤러가 엑추에이터(20)로 공급되는 전류의 방향을 역전함으로써 구현되어진다.

즉, 페달(1)을 밀어내도록 푸시축(27)이 엑추에이터(20)로부터 빠져나오는 전류공급방향을 정방향이라고 정의하고, 페달(1)을 밀어내지 못하도록 푸시축(27)이 엑추에이터(20)로 들어가는 전류공급방향을 역방향이라고 정의할 때, 엑추에이터(20)에 공급되는 전류방향이 컨트롤러에 의해 정방향과 역방향으로 반복됨으로써 간단하게 구현될 수 있다.

상기와 같은 컨트롤러에 의한 엑추에이터(20)의 제어는 에코모드이외에 진동모드와 같은 보다 다양한 모드가 본 실시예에선 단지 컨트롤러의 제어로직을 이용해 구현될 수 있음을 의미한다.

특히, 본 실시예와 같이 컨트롤러가 VCM 타입 액추에이터(20)를 단상 제어방식으로 온오프제어하게 되면, 액추에이터(20)를 이용해 에코모드나 그 외 부가적인 다양한 모드를 구현할 때도 컨트롤러의 제어로직이 극히 단순해짐으로써 설계효율성을 크게 높일 수 있게 된다.

한편, 본 실시예와 같이 VCM타입 액추에이터를 적용한 에코 페달장치에서는 코깅토크(Cogging Torque)로 인한 운전자의 페달감(Feeling)저하가 없어, 운전자의 만족도와 상품성을 크게 높일 수 있게 된다.

도 8은 페달장치의 답력선도로서, 에코모드 구현시 액추에이터 타입에 따른 코깅토크(Cogging Torque)로 인한 운전자 페달감 차이를 나타낸다.

도 8(가)는 전술한 종래의 리니어 타입 모터가 3상제어방식으로 에코모드 구현시 히스테리시스(Hysterisis)로 인해 반발답력이 형성될 때 상대적으로 높은 코깅토크(Cogging Torque)가 전구간에 걸쳐 운전자의 페달감(Feeling)을 저하시킴을 나타내는데 반해, 도 8(나)는 본 실시예와 같이 VCM 타입 액추에이터(20)가 단상제어방식으로 에코모드 구현시 히스테리시스(Hysterisis)로 인해 반발답력이 형성될 때 코깅토크(Cogging Torque)가 거의 발생되지 않는 상태를 나타낸다.

도시된 바와 같이, VCM 타입 액추에이터(20)에서는 에코모드가 구현되더라도 코깅토크(Cogging Torque)가 거의 없어 전구간에 걸쳐 운전자의 페달감도 크게 향상될 수 있게 된다.

이상 설명된 바와 같이 본 실시예에 따른 능동타입 에코페달장치에 적용된 액추에이터(20)가 서로 반대방향으로 전류가 흐르는 한쌍의 제1/2코일(24a,24b)에 형성되는 전기장과 작용하는 한쌍의 제1/2마그네트(25a,25b)로 구성된 VCM(Voice Coil Motor)으로 이루어져, 전류공급된 VCM에서 기본추력(Fa,Fb)에 부가되는 별도의 척력(Fc)을 형성하여 페달(1)을 밀어내는 추력(Fr)을 높여줌으로써 에코모드(Eco Mode) 구현 효율성을 크게 높이고, 특히 단상드라이버 칩으로 단상제어됨으로써 에러(Error)위험성이 높은 홀센서가 적용되지 않아 작동신뢰성 향상으로 상품성도 크게 높이면서 FET 수량도 줄여 보다 컴팩트(Compact)하게 구성함은 물론 비용도 크게 낮출 수 있게 된다.

1 : 페달 1a : 페달판
2 : 페달하우징 3 : 힌지축
4 : 리턴부재 5 : 스프링시트
6 : 리턴스프링 7 : 어저스터
8 : 슬라이더 9 : 가이드블록
10 : 어저스터모터 11 : 구동케이블
20 : 액추에이터 21 : 모터하우징
21a : 프론트하우징 21b : 리어하우징
22 : 고정자 23 : 인슐레이터
24 : 코일 24a : 제1코일
24b : 제2코일 24c : 코일꼬임부
25 : 마그네트 25a : 제1마그네트
25b : 제2마그네트
26 : 이송자 27 : 푸시축
27a : 걸림홈 28 : 가이드핀
31 : 체결볼트 32,33,34 : 부시
35 : E-링 36 : 커버링
50 : 홀더
51 : 케이스 52 : 홀더핀
53 : 탄성부재

Claims

외부에서 공급되는 전류가 흘러 전기장을 형성하는 한쌍의 코일과,
N극과 S극을 이용해 상기 한쌍의 코일에 형성되는 전기장과 작용하여 움직이기 위한 동일방향의 서로 다른 2개의 기본추력(Fa,Fb)이 만들어지고 더불어 상기 한쌍의 코일의 전류흐름이 서로 반대방향일 때 전기장과 작용하여 형성되는 동일 극성에 의한 1개의 척력(Fc)으로 상기 기본추력(Fa,Fb)을 높여주는 한쌍의 마그네트로 이루어진 VCM(Voice Coil Motor)를 갖춘
액추에이터가 포함된 것을 특징으로 하는 능동타입 에코페달장치.
청구항 1에 있어서, 상기 한쌍의 코일은 중간에 간격을 두고 추력방향으로 직렬 배열되어지고, 상기 한쌍의 코일의 안쪽으로는 각각의 코일의 위치에 맞추어 상기 한쌍의 마그네트가 직렬 배열되며, 상기 한쌍의 마그네트의 안쪽으로는 상기 추력을 받아 움직이는 이송자가 위치되어진 것을 특징으로 하는 능동타입 에코페달장치.
청구항 2에 있어서, 직렬 배열되어진 상기 한쌍의 코일은 그 권선방향을 서로 반대방향으로 하고 그 중간부위를 서로 연결시킨 제1코일과 제2코일로 구성되며, 상기 제1코일의 안쪽으로 위치된 제1마그네트는 N극을 상기 제1코일쪽으로 노출시키는 반면 상기 제2코일의 안쪽으로 위치된 제2마그네트는 S극을 상기 제1코일쪽으로 노출시켜준 것을 특징으로 하는 능동타입 에코페달장치.
청구항 3에 있어서, 상기 한쌍의 코일은 인슐레이터로 감싸이고, 상기 인슐레이터는 고정자로 감싸이며, 상기 고정자는 모터하우징에 수용되고, 상기 이송자에는 상기 모터하우징의 외부로 빠져나온 푸시축이 연결되어진 것을 특징으로 하는 능동타입 에코페달장치.
청구항 1내지 청구항 4중 어느 한 항에 있어서, 상기 한쌍의 코일에 공급되는 전류흐름방향은 상기 액추에이터의 전류량을 제어하는 컨트롤러를 이용해 변화되는 것을 특징으로 하는 능동타입 에코페달장치.
청구항 4에 있어서, 상기 이송자는 상기 모터하우징에 고정된 적어도 1개 이상의 가이드핀으로 움직임이 안내되는 것을 특징으로 하는 능동타입 에코페달장치.
청구항 6에 있어서, 상기 모터하우징은 체결볼트로 결합되어 서로 연결되는 프론트하우징과 리어하우징으로 이루어진 것을 특징으로 하는 능동타입 에코페달장치.
운전자가 밟고 조작하도록 힌지결합되고 탄성력으로 초기 위치로 복귀되는 페달과;
외부에서 공급되는 전류가 흘러 전기장을 형성하는 한쌍의 코일과, N극과 S극을 이용해 상기 한쌍의 코일에 형성되는 전기장과 작용하여 움직이기 위한 동일방향의 서로 다른 2개의 기본추력(Fa,Fb)이 만들어지고 더불어 상기 한쌍의 코일의 전류흐름이 서로 반대방향일 때 전기장과 작용하여 형성되는 동일 극성에 의한 1개의 척력(Fc)으로 상기 기본추력(Fa,Fb)을 높여주는 한쌍의 마그네트로 이루어진 VCM(Voice Coil Motor)를 갖춘 액추에이터와;
에코모드가 구현되지 않을 때 탄성력을 가해 상기 액추에이터의 예기치 않은 움직임을 구속하는 홀더;
를 포함해 구성된 것을 특징으로 하는 능동타입 에코페달장치.
청구항 8에 있어서, 상기 액추에이터는 상기 한쌍의 코일이 감싸인 인슐레이터를 안쪽으로 결합한 고정자가 모터하우징에 내장되고,
상기 한쌍의 코일은 그 권선방향을 서로 반대방향으로 하고 그 중간부위를 서로 연결시킨 제1코일과 제2코일로 이루어져 추력방향으로 직렬 배열되며,
상기 제1코일의 안쪽에는 N극을 상기 제1코일쪽으로 노출시킨 제1마그네트가 위치되고 상기 제2코일의 안쪽에는 S극을 상기 제1코일쪽으로 노출시킨 제2마그네트가 위치되고,
상기 제1마그네트와 상기 제2마그네트의 안쪽으로는 상기 추력을 받아 움직여 상기 페달의 눌림방향과 반대방향으로 밀어내는 푸시축을 갖춘 이송자가 위치되며,
상기 이송자의 움직임을 안내하도록 상기 모터하우징에 고정된 적어도 1개 이상의 가이드핀이 관통되어진 것을 특징으로 하는 능동타입 에코페달장치.
청구항 8에 있어서, 상기 페달에는 모터 동력을 이용해 운전자로부터 멀어지거나 가깝게 이동되어 운전자에 대한 상기 페달의 간격을 조정하는 어저스터가 더 구비되고,
상기 모터 동력을 회전식 구동케이블로 전달받아 상기 페달과 함께 간격조정되는 브레이크페달이 더 구비되어진 것을 특징으로 하는 능동타입 에코페달장치.