KR101428302B1

KR101428302B1 - 액티브 에어플랩 장치용 액추에이터

Info

Publication number: KR101428302B1
Application number: KR1020120150329A
Authority: KR
Inventors: 정필중; 이복철; 차동은; 김현경; 이승목; 오영섭; 김인철
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사; 현대모비스 주식회사
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2014-08-07
Also published as: CN103883777B; US20190054820A1; US20140174220A1; CN103883777A; KR20140081034A; DE102013213043A1

Abstract

본 발명은 액티브 에어플랩 장치용 액추에이터에 관한 것으로, 고장 발생시 수동으로 에어플랩(6)을 개방시킬 수 있게 되고, 개방된 에어플랩(6)이 주행풍 등에 의해 다시 닫히는 동작을 방지할 수 있도록 된 것이다.

Description

액티브 에어플랩 장치용 액추에이터{ACTUATOR FOR ACTIVE AIR FLAP APPARATUS}

본 발명은 액티브 에어플랩 장치용 액추에이터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고장 발생시 에어플랩의 수동 개방이 가능하고, 개방된 에어플랩이 주행풍에 의해 닫히는 것을 방지할 수 있는 액티브 에어플랩 장치용 액추에이터에 관한 기술이다.

차량용 액티브 에어 플랩 장치는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 차량의 프론트 엔드 모듈에 고정 설치되는 덕트하우징(1), 상기 덕트하우징(1)의 중앙부에 고정 설치된 액추에이터(2), 상기 액추에이터(2)와 액추에이터로더(3)를 통해 연결되어서 상기 액추에이터(2)의 동력으로 상하로 이동할 수 있게 덕트하우징(1)에 설치된 에이치(H)형 가이드프레임(4), 상기 가이드프레임(4)과 플랩로더(5)를 매개로 연결되고 상기 덕트하우징(1)에 회전 가능하게 설치된 에어플랩(6)을 포함한 구성이다.

상기 에어플랩(6)의 일측면은 상기 플랩로더(5)를 매개로 상기 가이드프레임(4)과 연결된 구조이고, 상기 에어플랩(6)의 타측면은 다수개의 힌지핀(7)을 매개로 상기 덕트하우징(1)에 회전 가능하게 결합된 구조인 것이다.

그리고, 상기 액추에이터(2)는 PCB(11), 모터(12), 웜기어(13), 다수개의 평기어(14)를 구비한 구성으로 되어 있다.

따라서, 외부조건(엔진 온도, 냉각수 온도 등)에 의해 액추에이터(2)가 작동을 하면, 상기 액추에이터(2)의 동력이 액추에이터로더(3)를 통해 가이드프레임(4)으로 전달되고, 상기 가이드프레임(4)이 도시 상태에서 상하로 이동함에 따라 플랩로더(5)가 회전하고, 상기 플랩로더(5)의 회전력이 에어플랩(6)에 전달되어 상기 에어플랩(6)이 회전함에 따라 덕트하우징(1)의 공기구멍(1a)이 개방되거나 또는 밀폐되는 것이다.

그런데, 상기와 같이 웜기어(13)와 평기어(14)를 사용하는 종래의 액추에이터(2)는 고장이 발생하면 에어플랩(6)을 수동으로 작동시키기가 어려운 단점이 있으며, 특히 에어플랩(6)이 닫혀진 상태이면 엔진 온도 및 기타 열교환기들의 온도가 상승하게 됨에 따라 차량에 심각한 문제가 발생하게 된다.

즉, 종래의 액추에이터(2)는 도 4 내지 도 5에 도시된 바와 같이 웜기어치(13a)의 양쪽면(13b)이 웜기어(13) 축의 길이방향에 대해 직각에 가까운 각도로 형성되고, 또한 평기어치(14a)의 양쪽면(14b)도 평기어(14)의 접선방향에 대해 직각에 가까운 각도로 형성된 구조인 바, 상기와 같은 각도로 형성된 웜기어치(13a)와 평기어치(14a)는 회전력(F1)보다는 마찰력(F2)이 훨씬 크기 때문에 고장 발생시 평기어(14)의 회전이 불가하게 되고, 이로 인해 평기어(14)와 연결된 에어플랩(6)의 수동작동이 불가한 단점이 있었던 것이다.

다시 말해서, 정상상태에서는 모터(12)의 동력으로 회전하는 웜기어(13)가 구동기어가 되고, 에어플랩(6)과 연결된 평기어(14)가 피동기어가 되지만, 고장이 발생하고 에어플랩(6)을 수동을 작동시킬 때에는 반대로 평기어(14)가 구동기어가 되고 웜기어(13)가 수동기어가 된다.

그런데, 종래의 구조는 웜기어치(13a)와 평기어치(14a)가 직각에 가까운 면으로 양쪽면이 형성된 구조여서, 평기어(14)의 회전력(F1)보다는 웜기어(13)와 접촉하고 있는 마찰력(F2)이 훨씬 크기 때문에 평기어(14)의 회전이 불가하며, 이로 인해 평기어(14)와 연결된 에어플랩(6)을 수동으로 조작해서 개방시키기가 어려운 단점이 있었던 것이다.

도 5에서 미설명 도면부호 F3은 회전력(F1)과 마찰력(F2)의 분력으로 평기어(14)가 웜기어(13)를 누르는 힘이 된다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

대한민국공개특허공보 10-2011-0080037호.

이에 본 발명은 상기한 단점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 고장 발생시 에어플랩의 수동 개방을 가능하게 하고, 특히 수동으로 개방된 에어플랩이 주행풍에 의해 다시 닫히는 것을 방지할 수 있는 액티브 에어플랩 장치용 액추에이터를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명 액티브 에어플랩 장치용 액추에이터는, 모터의 동력으로 회전하는 웜기어 및 웜기어의 회전력을 에어플랩쪽으로 전달하는 평기어를 포함하는 액티브 에어플랩 장치용 액추에이터에 있어서, 상기 웜기어에 형성된 웜기어치의 양쪽면은 웜기어 축의 길이방향에 대해 서로 비대칭 각도로 형성되고; 상기 웜기어치와 접촉하는 평기어치의 양쪽면은 평기어의 접선방향에 대해 서로 비대칭 각도로 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 웜기어치의 양쪽면 중 어느 한쪽 면은 웜기어 축의 길이방향에 대해 직각에 가까운 제1경사면으로 형성되고; 나머지 한쪽 면은 상기 제1경사면보다 경사각도가 큰 제2경사면으로 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 평기어치의 양쪽면은 상기 웜기어치의 제1경사면 및 제2경사면과 각각 평행을 이루도록 동일각도로 형성된 제1경사면과 제2경사면으로 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 웜기어치의 제1경사면과 상기 평기어치의 제1경사면은 수동조작으로 에어플랩이 닫히는 방향으로 회전할 때에 서로 접촉해서 상기 에어플랩의 닫힘 동작을 방지할 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 모터의 동력으로 회전하는 웜기어 및 웜기어의 회전력을 에어플랩쪽으로 전달하는 평기어를 포함하는 액티브 에어플랩 장치용 액추에이터에 있어서, 상기 웜기어에 형성된 웜기어치의 양쪽면은 웜기어 축의 길이방향에 대해 서로 대칭을 이루는 경사면으로 형성되고; 상기 웜기어치와 접촉하는 평기어치의 양쪽면은 평기어의 접선방향에 대해 서로 대칭을 이루면서 상기 웜기어치의 경사면과 각도가 동일한 경사면으로 형성되며; 상기 웜기어의 일 방향 이동을 구속하는 스토퍼가 액추에이터 하우징내에 구비된 것을 특징으로 한다.

상기 스토퍼는 수동조작으로 에어플랩이 닫히는 동작을 할 때에만 상기 웜기어의 일방향 이동을 구속할 수 있도록 상기 웜기어와 접촉하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 액티브 에어플랩 장치용 액추에이터에 의하면, 고장 발생시 수동으로 에어플랩을 개방시킬 수 있게 되고, 또한 개방된 에어플랩이 주행풍 등에 의해 다시 닫히는 동작을 방지할 수 있게 됨으로써, 차량 부품의 안정성을 한층 더 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1 내지 도 3은 차량용 액티브 에어플랩 장치를 설명하기 위한 도면,
도 4와 도 5는 종래 액추에이터의 웜기어와 평기어를 설명하기 위한 도면,
도 6과 도 7은 본 발명 일 실시예에 따른 액추에이터의 웜기어와 평기어를 설명하기 위한 도면,
도 8과 도 9는 본 발명 다른 실시예에 따른 액추에이터의 웜기어와 평기어 및 스토퍼를 설명하기 위한 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 액티브 에어플랩 장치용 액추에이터에 대해 살펴보기로 한다.

차량용 액티브 에어플랩 장치는 도 1을 참조로 설명하였던 바와 같이 차량의 프론트 엔드 모듈에 고정 설치되는 덕트하우징(1), 상기 덕트하우징(1)의 중앙부에 고정 설치된 액추에이터(2), 상기 액추에이터(2)와 액추에이터로더(3)를 통해 연결되어서 상기 액추에이터(2)의 동력으로 상하로 이동할 수 있게 설치된 에이치(H)형 가이드프레임(4), 상기 가이드프레임(4)과 플랩로더(5)를 매개로 연결되고 상기 덕트하우징(1)에 회전 가능하게 설치된 에어플랩(6)을 포함한다.

상기 에어플랩(6)의 일측면은 상기 플랩로더(5)를 매개로 상기 가이드프레임(4)과 연결된 구조이고, 상기 에어플랩(6)의 타측면은 다수개의 힌지핀(7)을 매개로 상기 덕트하우징(1)에 회전 가능하게 결합된 구조이다.

상기 액추에이터(2)는 종래와 동일한 PCB(11) 및 모터(12)를 구비하고 있고, 상기 모터(12)에는 모터(12)의 동력으로 축 회전하는 웜기어가 구비되고, 상기 웜기어와 치합되고 에어플랩(6)쪽으로 동력을 전달하는 평기어가 구비된 구조이다.

여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터(2)의 웜기어(21)는 도 6 내지 도 7에 도시된 바와 같이 스파이럴 모양의 웜기어치(21a)가 형성되는데, 상기 웜기어치(21a)의 양쪽면은 웜기어(21) 축의 길이방향에 대해 서로 비대칭 각도로 형성된 구조이다.

그리고, 상기 웜기어치(21a)와 접촉하는 평기어치(22a)의 양쪽면은 평기어(22)의 접선방향에 대해 서로 비대칭 각도로 형성된 구조이다.

즉, 상기 웜기어치(21a)의 양쪽면 중 어느 한쪽 면은 웜기어(21) 축의 길이방향에 대해 직각에 가까운 제1경사면(21b)으로 형성되고, 나머지 한쪽 면은 상기 제1경사면(21b)보다 경사각도가 큰 제2경사면(21c)으로 형성된 구조이다.

또한, 상기 평기어치(22a)의 양쪽면은 상기 웜기어치(21a)의 제1경사면(21b) 및 제2경사면(21c)과 각각 평행을 이루도록 동일각도로 형성된 제1경사면(22b)과 제2경사면(22c)으로 형성된 구조이다.

여기서, 상기 웜기어치(21a)의 제1경사면(21b)과 상기 평기어치(22a)의 제1경사면(22b)은 수동조작으로 에어플랩(6)이 닫히는 방향으로 회전할 때에 서로 접촉해서 상기 에어플랩(6)의 닫힘 동작을 방지할 수 있게 된다.

고장이 발생하지 않은 정상 상태시 액추에이터(2)의 모터(12)가 동작하면, 웜기어(21)가 축 회전하고 웜기어치(21a)가 동력을 평기어치(22a)로 전달해서 평기어(22)가 회전하며, 평기어(22)의 회전력에 의해 에어플랩(6)은 정상적으로 개방 및 닫힘 동작을 하게 된다.

고장이 발생해서 액추에이터(2)가 정상적으로 작동하지 못하면, 작업자는 수동으로 에어플랩(6)을 개방시킬 수 있어야 하는 바, 이를 위해 작업자가 에어플랩(6)이 수동으로 개방되도록 회전시켜 주면, 에어플랩(6)과 연결된 평기어(22)는 도 6의 도시 상태에서 시계방향으로 회전하게 되고, 웜기어(21)는 원활하게 축 회전을 하게 되는 바, 이로 인해 고장 발생시 에어플랩(6)은 수동으로 개방이 된다.

즉, 평기어(22)가 도 6의 도시 상태에서 시계방향으로 회전을 할 때에 평기어치(22a)의 제2경사면(22c)과 웜기어치(21a)의 제2경사면(21c)이 서로 접촉하게 되는 바, 상기 제2경사면(21c,22c)은 경사각도가 큰 구조이므로 평기어(22)의 회전력(F4)이 웜기어(21)와 접촉하고 있는 마찰력(F5)보다 훨씬 크기 때문에 평기어(22)는 원활하게 회전하게 되고, 이로 인해 웜기어(21)가 원활히 회전해서 고장 발생시 에어플랩(6)은 수동으로 개방이 가능하게 되는 것이다.

상기 제2경사면(21c,22c)의 경사각도는 회전력과 마찰력의 경계 값을 기준으로 회전력이 더 크게 되는 각도로, 보통 10도(°) 내지 15도(°) 정도인 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다.

그리고, 수동으로 개방된 에어플랩(6)은 주행풍 등에 의해 다시 닫히지 않아야 하는 바, 이의 역할을 제1경사면(21b,22b)이 하게 된다.

즉, 오픈 방향(시계방향)으로 회전된 평기어(22)는 클로즈 방향(반 시계방향)으로 회전되지 않아야만 에어플랩(6)이 닫히지 않게 되는 바, 이때 직각에 가까운 평기어(22)의 제1경사면(22b)과 웜기어치(21a)의 제1경사면(21b)이 서로 접촉하게 되고, 상기 제1경사면(21b,22b)은 경사각도가 작은 구조이므로 도 5와 같이 평기어(22)의 회전력(F1)보다 웜기어(21)와 접촉하고 있는 마찰력(F2)이 훨씬 크기 때문에 평기어(22)는 원활하게 회전하지 못하게 되고, 이로 인해 웜기어(21)가 회전하지 못하게 됨으로써 개방된 에어플랩(6)은 주행풍 등에 의해 다시 닫히는 동작을 할 수 없게 되는 것이다.

상기 제1경사면(21b,22b)의 경사각도는 회전력과 마찰력의 경계 값을 기준으로 마찰력이 더 크게 되는 각도로, 보통 2도(°) 내지 5도(°) 정도인 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다.

도 7에서 미설명 도면부호 F6은 회전력(F4)과 마찰력(F5)의 분력으로 평기어(22)가 웜기어(21)를 누르는 힘이 된다.

그리고, 본 발명의 다른 실시예에 따른 액추에이터(2)는 도 8 내지 도 9에 도시된 바와 같이 웜기어(23)에 형성된 웜기어치(23a)의 양쪽면이 웜기어(23) 축의 길이방향에 대해 서로 대칭을 이루는 경사면(23b)으로 형성되고, 상기 웜기어치(23a)와 접촉하도록 평기어(24)에 형성된 평기어치(24a)의 양쪽면은 평기어(24)의 접선방향에 대해 서로 대칭을 이루면서 상기 웜기어치(23a)의 경사면(23b)과 각도가 동일한 경사면(24b)으로 형성된 구조이다.

또한, 본 발명에 따른 액추에이터(2)는 상기 웜기어(23)의 일 방향 이동을 구속하는 스토퍼(25)가 액추에이터 하우징내에 구비된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 스토퍼(25)는 수동조작으로 에어플랩(6)이 닫히는 동작을 할 때에만 상기 웜기어(23)의 일방향 이동을 구속할 수 있도록 상기 웜기어(23)와 접촉하는 구조이다.

도 8은 고장이 발생하지 않은 정상 상태로 볼 수 있으며, 이때에는 액추에이터(2)의 모터(12)의 동력으로 웜기어(23) 및 평기어(24)가 원활히 회전하면서 에어플랩(6)은 정상적으로 개방 및 닫힘 동작을 하게 된다.

고장이 발생해서 액추에이터(2)가 정상적으로 작동하지 못하면, 작업자는 수동으로 에어플랩(6)을 개방시킬 수 있어야 하는 바, 이를 위해 작업자가 에어플랩(6)이 수동으로 개방되도록 회전시켜 주면, 에어플랩(6)과 연결된 평기어(22)는 도 8의 도시 상태에서 오픈 방향인 반 시계방향으로 회전하게 되고, 이로 인해 웜기어(23)는 도 9와 같이 우측으로 이동한 상태가 된다.

따라서, 도 9와 같은 상태에서는 평기어(24)가 원활하게 회전할 수 있게 되고, 웜기어(23)도 함께 축 회전을 할 수 있게 되는 바, 이로 인해 고장 발생시 에어플랩(6)은 수동으로 개방이 가능하게 되는 것이다.

그리고, 수동으로 개방된 에어플랩(6)은 주행풍 등에 의해 다시 닫히지 않아야 하는 바, 이의 역할을 웜기어(23)와 스토퍼(25)가 하게 된다.

즉, 오픈 방향(반 시계방향)으로 회전된 평기어(24)는 클로즈 방향(시계방향)으로 회전되지 않아야만 에어플랩(6)이 닫히지 않게 되는 바, 평기어(24)가 클로즈 방향(시계방향)으로 회전하려고 할 때 웜기어(23)는 도 9의 상태에서 좌측으로 이동해서 도 8과 같이 일단이 스토퍼(25)에 접촉하게 된다.

그러면, 평기어(24)의 시계방향 회전을 웜기어(23)의 웜기어치(23a)가 구속하고 있는 상황이 되므로, 평기어(24)와 웜기어(23)는 회전을 하지 못하게 되고, 이로 인해 개방된 에어플랩(6)은 주행풍 등에 의해 다시 닫히는 동작을 할 수 없게 되는 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예는 액추에이터(2)를 구성하는 웜기어와 평기어의 기어치 형상을 변경하고, 또한 스토퍼를 적용해서 고장 발생시 수동으로 에어플랩(6)을 개방시킬 수 있게 되고, 또한 개방된 에어플랩(6)이 주행풍 등에 의해 다시 닫히는 동작을 할 수 없게 되는 바, 이를 통해 차량 부품의 안정성을 한층 더 향상시킬 수 있게 된다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

2 - 액추에이터 21,23 - 웜기어
21a,23a - 웜기어치 21b,22b - 제1경사면
21c,22c - 제2경사면 22,24 - 평기어
22a,24a - 평기어치 25 - 스토퍼

Claims

모터의 동력으로 회전하는 웜기어 및 웜기어의 회전력을 에어플랩쪽으로 전달하는 평기어를 포함하는 액티브 에어플랩 장치용 액추에이터에 있어서,
상기 웜기어(21)에 형성된 웜기어치(21a)의 양쪽면은 웜기어(21) 축의 길이방향에 대해 서로 비대칭 각도로 형성되고;
상기 웜기어치(21a)와 접촉하는 평기어치(22a)의 양쪽면은 평기어(22)의 접선방향에 대해 서로 비대칭 각도로 형성된 것을 특징으로 하는 액티브 에어플랩 장치용 액추에이터.
청구항 1에 있어서,
상기 웜기어치(21a)의 양쪽면 중 어느 한쪽 면은 웜기어(21) 축의 길이방향에 대해 직각에 가까운 제1경사면(21b)으로 형성되고;
나머지 한쪽 면은 상기 제1경사면(21b)보다 경사각도가 큰 제2경사면(21c)으로 형성된 것을 특징으로 하는 액티브 에어플랩 장치용 액추에이터.
청구항 2에 있어서,
상기 평기어치(22a)의 양쪽면은 상기 웜기어치(21a)의 제1경사면(21b) 및 제2경사면(21b)과 각각 평행을 이루도록 동일각도로 형성된 제1경사면(22b)과 제2경사면(22c)으로 형성된 것을 특징으로 하는 액티브 에어플랩 장치용 액추에이터.
청구항 3에 있어서,
상기 웜기어치(21a)의 제1경사면(21b)과 상기 평기어치(22a)의 제1경사면(22b)은 수동조작으로 에어플랩(6)이 닫히는 방향으로 회전할 때에 서로 접촉해서 상기 에어플랩(6)의 닫힘 동작을 방지할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 액티브 에어플랩 장치용 액추에이터.
모터의 동력으로 회전하는 웜기어 및 웜기어의 회전력을 에어플랩쪽으로 전달하는 평기어를 포함하는 액티브 에어플랩 장치용 액추에이터에 있어서,
상기 웜기어(23)에 형성된 웜기어치(23a)의 양쪽면은 웜기어(23) 축의 길이방향에 대해 서로 대칭을 이루는 경사면(23b)으로 형성되고;
상기 웜기어치(23a)와 접촉하는 평기어치(24a)의 양쪽면은 평기어(24)의 접선방향에 대해 서로 대칭을 이루면서 상기 웜기어치(23a)의 경사면(23b)과 각도가 동일한 경사면(24b)으로 형성되며;
상기 웜기어(23)의 일 방향 이동을 구속하는 스토퍼(25)가 액추에이터 하우징내에 구비된 것을 특징으로 하는 액티브 에어플랩 장치용 액추에이터.
청구항 5에 있어서,
상기 스토퍼(25)는 수동조작으로 에어플랩(6)이 닫히는 동작을 할 때에만 상기 웜기어(23)의 일방향 이동을 구속할 수 있도록 상기 웜기어(23)와 접촉하는 것을 특징으로 하는 액티브 에어플랩 장치용 액추에이터.