KR101339246B1 - 변속 모터 및 이를 이용한 액추에이터 - Google Patents

변속 모터 및 이를 이용한 액추에이터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 변속 모터 및 액추에이터를 개시한다. 본 발명의 실시예에 따른 다상 권선이 제공된 환형의 고정자와, 상기 고정자 내에 제공되고, 회전축과 상기 회전축의 외주면에 제공되어 영구 자석이 삽입된 회전자 코어를 포함하는 회전자에 의해 발생되는 회전력을 직선 운동으로 변환시키는 변속 모터에 있어서, 상기 회전축에 삽입되어 상기 회전력을 길이 방향을 따라 직선 운동으로 변환시키는 리드 스크류 및 상기 회전축과 상기 리드 스크류 사이에 제공되어 상기 회전축의 회전력을 감소시키는 감속기를 포함한다.

Description

변속 모터 및 이를 이용한 액추에이터{variable speed motor and actuator thereof}
본 발명은 변속 모터 및 이를 이용한 액추에이터에 관한 것으로, 더 상세하게는 변속기 클러치를 작동시키는 변속 모터 및 이를 이용한 액추에이터에 관한 것이다.
일반적으로, 액추에이터는 전기 에너지, 유체 에너지 및 압축 공기 등을 기계적인 에너지로 변환시키는 기구를 말한다. 또한, 변속기에는 클러치를 작동시키는 액추에이터가 구비된다.
수동변속기(Manual Transmission)의 경우에는, 클러치 릴리스 실린더(Clutch Release Cylinder) 또는 컨센트릭 슬리브 실린더(Concentric Sleeve Cylinder) 타입의 클러치 컨트롤 시스템이 사용된다.
클러치 릴리스 실린더(Clutch Release Cylinder) 타입은 운전자가 클러치 페달(Clutch pedal)을 밟으면, 클러치 마스터 실린더(Clutch Master Cylinder)에서 발생한 유압에 의해 클러치 릴리스 실린더의 태핏(Tappet)이 작동하여 힘이 발생된다. 또한, 상기 발생된 힘이 클러치 릴리스 포크(Clutch Release Fork)를 밀어 클러치 릴리스 베어링(Clutch Release Bearing)을 축방향으로 이동시킨다. 나아가, 축방향으로 이동된 클러치 릴리스 베어링이 클러치 다이어프램 스프링(Clutch Diaphragm Spring)을 작동시킨다.
자동변속기(automatic transmission)의 경우에는, 클러치를 자동으로 결합 및 해제시키는 클러치 액추에이터가 적용된다. 또한, 자동변속기의 클러치 액추에이터는 ECU로부터 신호를 전달받아 클러치를 구동시킨다. 이러한 클러치 액추에이터는 모터의 회전력을 윔휠과 윔으로 이루어진 윔기어에 전달한다. 나아가 윔에 전달된 회전력을 로드에 전달하여 마스터 실린더와 슬레이브실린더에 전달하여 릴리스기루르 구동시킴으로 클러치를 작동시킨다.
그러나, 종래의 클러치 액추에이터들은 구성부품의 수가 많아 원가가 상승되고, 공간의 활용도가 저하된다. 이를 해결하고자 모터의 회전축에 리드스크류를 결합시킬 수 있으나, 리드스크류에 모터의 회전력이 직접적으로 전달되어 시간당 리드 스크류의 길이 변화가 커진다. 이에, 액추에이터의 정밀 스트로크 제어를 위해 리니어 포지션 센서와 같은 위치 센서를 별도로 설치하여야 한다.
본 발명은 모터의 회전축에 연결된 리드 스크류의 길이 변화량을 효과적으로 정밀 제어하는 변속 모터 및 이를 이용한 액추에이터를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 다상 권선이 제공된 환형의 고정자와, 상기 고정자 내에 제공되고, 회전축과 상기 회전축의 외주면에 제공되어 영구 자석이 삽입된 회전자 코어를 포함하는 회전자에 의해 발생되는 회전력을 직선 운동으로 변환시키는 변속 모터에 있어서, 상기 회전축에 삽입되어 상기 회전력을 길이 방향을 따라 직선 운동으로 변환시키는 리드 스크류 및 상기 회전축과 상기 리드 스크류 사이에 제공되어 상기 회전축의 회전력을 감소시키는 감속기를 포함한다.
또한, 상기 감속기는 상기 회전축에 결합되어 상기 회전축의 회전력을 전달받는 선기어와, 상기 선기어의 외주면에 기어 결합되어, 기어축이 고정된 채로 상기 선기어의 회전력에 의해 회전되는 복수 개의 유성기어 및 상기 리드 스크류와 상기 유성 기어의 둘레를 감싸도록 제공되되, 상기 유성기어의 회전력을 전달받아 상기 리드 스크류에 전달하는 링 기어를 포함할 수 있다.
또한, 상기 링 기어가 내경이 서로 다른 다단의 링 형상으로 제공되어 내주면의 일면은 상기 리드 스크류와 나사 결합되고, 타면은 상기 복수 개의 유성 기어와 결합될 수 있다.
또한, 상기 리드 스크류와 결합된 상기 링 기어의 외주면에 제공되는 링 형상의 제 1 베어링을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 유성 기어와 결합된 상기 링 기어의 외주면에 제공되는 링 형상의 제 2 베어링을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 모터의 구동에 따라 변속기의 클러치를 작동시키는 클러치용 엑추에이터에 있어서, 다상 권선이 제공된 환형의 고정자와, 상기 고정자 내에 제공되고, 회전축과 상기 회전축의 외주면에 제공되어 영구 자석이 삽입된 회전자 코어를 포함하는 회전자와, 상기 회전축에 삽입되어 상기 회전력을 길이 방향의 직선 운동으로 변환시키는 리드 스크류와, 상기 회전축과 상기 리드 스크류 사이에 제공되어 상기 회전축의 회전력을 감소시키는 감속기를 포함하는 변속 모터와, 상기 리드 스크류와 함께 길이 방향으로 직선운동하는 로드와, 상기 르드 스크류와 상기 로드의 직선운동을 가이드하는 가이드 레일과, 상기 리드 스크류와 상기 로드를 연결하며, 상기 가이드 레일을 따라 슬라이딩되는 슬라이더를 포함하되, 상기 감속기는 상기 회전축에 결합되어 상기 회전축의 회전력을 전달받는 선기어와, 상기 선기어의 외주면에 기어 결합되어, 기어축이 고정된 채로 상기 선기어의 회전력에 의해 회전되는 복수 개의 유성기어 및 상기 리드 스크류와 상기 유성 기어의 둘레를 감싸도록 제공되되, 내경이 서로 다른 다단의 링 형상으로 제공되어 내주면의 일면은 상기 리드 스크류와 나사 결합되고, 타면은 상기 복수 개의 유성 기어와 결합되는 링 기어를 포함한다.
또한, 상기 리드 스크류와 결합된 상기 링 기어의 외주면에 제공되는 링 형상의 제 1 베어링을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 유성 기어와 결합된 상기 링 기어의 외주면에 제공되는 링 형상의 제 2 베어링을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예는 회전수를 감소시켜 리드 스크류의 길이 변화량을 효과적으로 정밀 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예는 온도 변화에 따른 리드 스크류의 누적 공차 변화를 최소화하여 정밀 제어를 효과적으로 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액추에이터를 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 변속 모터를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 위주로 설명한다.
이러한 실시예는 본 발명에 따른 일실시예로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현할 수 있으므로, 본 발명의 권리범위는 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액추에이터를 나타낸 도면이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 변속 모터를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 액추에이터(1)는 변속기의 클러치를 작동시키며, 변속 모터(100), 케이스(10), 로드(40), 가이드 레일(30), 슬라이더(20)를 포함한다.
변속 모터(100)는 액추에이터(1)의 작동에 필요한 동력을 발생시킨다. 특히, 변속 모터(100)는 고정자(120)와 회전자(130)에 의해 발생되는 회전력을 직선 운동으로 변환시킨다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 변속 모터(100)는 고정자(120), 회전자(130), 리드 스크류, 그리고 감속기(200)를 포함하며, 고정자(120), 회전자(130), 리드 스크류, 그리고 감속기(200)를 지지 및 보호하는 몸체(110)를 제공한다.
변속 모터(100)는 일반적인 모터와 같이, 다상 권선이 제공된 환형의 고정자(120)와, 고정자(120) 내에 제공되고, 회전축(134)과 회전축(134)의 외주면에 제공되어 영구 자석이 삽입된 회전자(130) 코어를 포함하는 회전자(130)에 의해 회전력을 발생시킨다.
리드 스크류는 고정자(120)와 회전자(130)에 의해 발생되는 회전력을 길이 방향을 따라 직선 운동으로 변화시킨다. 리드 스크류는 그 일단이 회전축(134)에 삽입되고, 그 타단이 몸체(110)의 외부에 제공된다. 리드 스크류는 관형상으로 외주면에 스크류가 형성된다. 리드 스크류는 그 외경이 회전축(134)의 내경보다 작게 제공된다.
감속기(200)는 회전축(134)과 리드 스크류 사이에 제공되어 회전축(134)의 회전력을 감소시킨다. 감속기(200)는 선기어(210), 유성기어(220), 링 기어(230), 제 1 베어링(240)), 제 2 베어링(250)), 그리고 스냅링을 포함한다.
선기어(210)는 회전축(134)에 결합되어 회전축(134)의 회전력을 전달받는다. 선기어(210)는 회전 코어가 결합되지 않은 회전축(134)의 외주면에 삽입된다.
유성기어(220)는 선기어(210)의 외주면에 결합되어 선기어(210)의 회전력을 링 기어(230)에 전달한다. 유성기어(220)는 선기어(210)의 외주면과 링 기어(230)의 내주면 사이에 복수 개 제공되며, 일 예에 의하면, 유성 기어는 3 개 제공될 수 있다. 유성 기어 각각은 몸체(110)에 고정된 기어축을 중심으로 회전한다.
링 기어(230)는 리드 스크류와 유성 기어의 둘레에 링 형상으로 제공된다. 링 기어(230)의 내주면의 일면은 리드 스크류와 나사 결합된다. 구체적으로, 링 기어(230)는 리드 스크류의 둘레를 감싸면서 결합되는 일단부와, 선기어(210)와 결합된 유성기어(220)와 결합되는 타단부를 포함한다. 즉, 링 기어(230)는 내경이 서로 다른 다단으로 형성되며, 상기 타단부의 내경이 상기 일단부의 내경보다 크게 형성된다.
유성기어(220)는 선기어(210)의 회전 방향의 반대 방향으로 회전하며, 링 기어(230)는 복수 개의 유성기어(220)의 둘레를 감싸면서 선기어(210)의 회전방향과 동일한 방향으로 회전한다. 다만, 링 기어(230)와 선기어(210)의 기어비에 의해 링 기어(230)의 회전속도는 감속된다. 따라서, 회전축(134)의 회전속도는 선기어(210), 유성기어(220) 그리고 링 기어(230)를 거쳐 리드 스크류에 감속되어 전달된다.
제 1 베어링(240))은 링 기어(230)의 외주면에 결합되어 리드 스크류와 링 기어(230)를 회전가능하게 지지한다. 구체적으로, 제 1 베어링(240))은 링 기어(230)의 외주면 중 리드 스크류와 결합되는 부분의 외주면에 결합된다.
제 2 베어링(250))은 링 기어(230)의 외주면에 결합되어 선기어(210), 유성 기어 및 링 기어(230)를 회전가능하게 지지한다. 구체적으로, 제 2 베어링(250))은 링 기어(230)의 외주면 중 유성 기어와 결합되는 부분의 외주면에 결합된다.
스냅링은 링 기어(230)의 타단부에 삽입되어, 링 기어(230)의 일단부와 베어링 사이에 제공된다. 스냅링은 그 내주면이 링 기어(230)에 접하고, 그 외주면이 몸체(110)와 결합된다. 이에, 스냅링은 제 1 베어링(240)) 및 링 기어(230)의 이탈을 방지한다.
케이스(10)는 그 내부에 리드 스크류, 가이드 레일(30) 및 슬라이더(20) 등의 구성요소들이 배치된다. 또한, 케이스(10)는 변속 모터(100)와 결합되어 고정된다.
로드(40)는 리드 스크류와 함께 그 길이 방향으로 직선운동된다. 또한, 로드(40)의 일부분은 케이스(10)의 내부에 위치되고, 로드(40)의 다른 일부분은 케이스(10)의 외부로 노출된다. 한편, 케이스(10)의 외부로 노출되는 로드(40)를 보호하기 위해 부트(50)가 구비될 수 있다.
가이드 레일(30)은 리드 스크류 및 로드(40)의 직선운동이 용이하도록 가이드 한다. 또한, 가이드 레일(30)은 케이스(10)의 내측면에 고정적으로 구비된다.
슬라이더(20)는 가이드 레일(30)과 접촉되고, 가이드 레일(30)을 따라 슬라이딩된다. 따라서, 리드 스크류 및 로드(40)의 직선운동이 용이하도록 가이드 된다. 또한, 슬라이더(20)는 리드 스크류와 로드(40)의 사이에 구비된다. 나아가, 슬라이더(20)는 리드 스크류와 로드를 연결한다. 즉, 리드 스크류, 슬라이더(20) 및 로드는 일체로 직선운동된다.
리드 스크류에는 슬라이더(20)에서의 이탈이 방지되도록 걸림부가 구비된다. 또한, 리드 스크류는 회전되지 않는 슬라이더(20)와 결함됨으로써, 회전되지 않을 수 있다.
상기와 같은 액추에이터(1)는 고정자와 회전자에 의해 회전력을 발생시키고, 이에 의한 회전 속도를 감속기를 통해 감속시켜 리드 스크류에 전달한다. 따라서, 시간당 리드 스크류의 길이 변화량이 감소되어, 위치센서없이도 정밀제어가 가능하다.
본 발명의 변속 모터는 상기의 실시예의 액추에이터(1)에 국한되지 않고, 모터의 회전축에 리드 스크류가 연결된 액추에이터(1) 모두에 적용될 수 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.
1: 액추에이터
10: 케이스
20: 슬라이더
30: 가이드 레일
40: 로드
50: 부트
100: 변속 모터
110: 몸체
120: 고정자
130: 회전자
132: 회전자 코어
134: 회전축
200: 감속기
210: 선기어
220: 유성기어
230: 링 기어
240: 제 1 베어링
250: 제 2 베어링
260: 스냅링(260)

Claims (8)

  1. 다상 권선이 제공된 환형의 고정자와, 상기 고정자 내에 제공되고, 회전축과 상기 회전축의 외주면에 제공되어 영구 자석이 삽입된 회전자 코어를 포함하는 회전자에 의해 발생되는 회전력을 직선 운동으로 변환시키는 변속 모터에 있어서,
    상기 회전축에 삽입되어 상기 회전력을 길이 방향을 따라 직선 운동으로 변환시키는 리드 스크류; 및
    상기 회전축과 상기 리드 스크류 사이에 제공되어 상기 회전축의 회전력을 감소시키는 감속기;
    를 포함하며,
    상기 감속기는
    상기 회전축에 결합되어 상기 회전축의 회전력을 전달받는 선기어;
    상기 선기어의 외주면에 기어 결합되어, 기어축이 고정된 채로 상기 선기어의 회전력에 의해 회전되는 복수 개의 유성기어; 및
    상기 리드 스크류와 상기 유성 기어의 둘레를 감싸도록 제공되되, 상기 유성기어의 회전력을 전달받아 상기 리드 스크류에 전달하는 링 기어;
    를 포함하는 변속 모터.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 링 기어가
    내경이 서로 다른 다단의 링 형상으로 제공되어 내주면의 일면은 상기 리드 스크류와 나사 결합되고, 타면은 상기 복수 개의 유성 기어와 결합되는 변속 모터.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 리드 스크류와 결합된 상기 링 기어의 외주면에 제공되는 링 형상의 제 1 베어링을 더 포함하는 변속 모터.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 유성 기어와 결합된 상기 링 기어의 외주면에 제공되는 링 형상의 제 2 베어링을 더 포함하는 변속 모터.
  6. 모터의 구동에 따라 변속기의 클러치를 작동시키는 클러치용 엑추에이터에 있어서,
    다상 권선이 제공된 환형의 고정자와, 상기 고정자 내에 제공되고, 회전축과 상기 회전축의 외주면에 제공되어 영구 자석이 삽입된 회전자 코어를 포함하는 회전자와, 상기 회전축에 삽입되어 상기 회전자에 의해 발생되는 회전력을 길이 방향의 직선 운동으로 변환시키는 리드 스크류와, 상기 회전축과 상기 리드 스크류 사이에 제공되어 상기 회전축의 회전력을 감소시키는 감속기를 포함하는 변속 모터;
    상기 리드 스크류와 함께 길이 방향으로 직선운동하는 로드;
    상기 리드 스크류와 상기 로드의 직선운동을 가이드하는 가이드 레일;
    상기 리드 스크류와 상기 로드를 연결하며, 상기 가이드 레일을 따라 슬라이딩되는 슬라이더;를 포함하되,
    상기 감속기는
    상기 회전축에 결합되어 상기 회전축의 회전력을 전달받는 선기어;
    상기 선기어의 외주면에 기어 결합되어, 기어축이 고정된 채로 상기 선기어의 회전력에 의해 회전되는 복수 개의 유성기어; 및
    상기 리드 스크류와 상기 유성 기어의 둘레를 감싸도록 제공되되, 내경이 서로 다른 다단의 링 형상으로 제공되어 내주면의 일면은 상기 리드 스크류와 나사 결합되고, 타면은 상기 복수 개의 유성 기어와 결합되는 링 기어;
    를 포함하는 액추에이터.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 리드 스크류와 결합된 상기 링 기어의 외주면에 제공되는 링 형상의 제 1 베어링을 더 포함하는 액추에이터.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 유성 기어와 결합된 상기 링 기어의 외주면에 제공되는 링 형상의 제 2 베어링을 더 포함하는 액추에이터.
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