KR101559117B1

KR101559117B1 - 차량용 와이퍼 모터 장치

Info

Publication number: KR101559117B1
Application number: KR1020150071133A
Authority: KR
Inventors: 홍성진; 노황용
Original assignee: 디와이오토 주식회사
Priority date: 2015-05-21
Filing date: 2015-05-21
Publication date: 2015-10-08
Also published as: US20160339874A1; CN106169838A

Abstract

본 발명에 따른 차량용 와이퍼 모터 장치는, 구동 모터; 상기 구동 모터의 구동축에 설치된 구동 기어; 상기 구동 기어에 맞물려 회전하며 상기 구동축에 평행하게 배치된 회전축을 가지는 감속 기어; 및 상기 감속 기어에 맞물려 회전하며 상기 구동축에 나란한 방향으로 배치된 출력축을 구비한 출력 기어;를 포함하며, 상기 감속 기어의 회전 중심에 자석이 설치되며, 상기 자석의 자력의 변화를 감지하여 펄스로 출력하는 센서가 구비되며, 상기 감속 기어의 회전수는 상기 구동 기어의 회전 수보다 작게 유지되고, 상기 출력 기어의 회전수는 상기 감속 기어의 회전 수보다 작게 유지되는 것을 특징으로 한다.

Description

차량용 와이퍼 모터 장치{Wiper motor apparatus for a vehicle}

본 발명은 차량용 와이퍼 모터 장치에 관한 것으로서, 더 구체적으로 차량의 가역 와이퍼(reversible wiper) 장치 구동용으로 사용되는 차량용 와이퍼 모터 장치에 관한 것이다.

일반적으로 차량에는 그 차량의 유리에 묻은 이물질을 닦기 위한 와이퍼 장치가 설치된다. 이러한 와이퍼 장치는 전기에 의해 구동되는 와이퍼 모터에 의해 와이퍼 블레이드를 일정한 축을 기준으로 왕복 회전 운동시킴으로써 그 작용을 수행하는 구조로 이루어진다. 차량에 채용되는 와이퍼 장치는 대체로 차량의 전면 유리를 닦기 위해 한 쌍의 와이퍼 블레이드가 링크 장치로 연결되어 하나의 와이퍼 모터에 의해 구동될 수 있다. 이 경우 와이퍼 모터의 출력축은 단방향으로 연속회전하며, 그 모터의 출력축에 연결된 링크 구조가 와이퍼 블레이드를 좌우 방향으로 왕복 회전 운동으로 변환시킨다. 그런데 최근에는 링크 구조를 간단하게 하거나 그 링크 구조를 채용할 필요가 없도록 와이퍼 모터의 출력축이 정역 방향으로 회전할 수 있는(reversible) 전자식 모터가 채용되는 경향이 증가하고 있다.

이와 같이 왕복 회전 구동이 가능한 전자식 모터를 채용하는 경우 복잡한 링크 장치가 간단해지거나 필요하지 않게 되어 와이퍼 장치의 구조가 간단해지고 중량 및 부피가 감소함으로써 차량의 패키지 자유도가 증가하고, 생산 원가가 절감되는 장점이 있다.

이러한 전자식 와이퍼 모터 장치의 일 예가 대한민국 공개특허 제2007-0034348호에 개시되어 있다. 전자식 와이퍼 모터 장치는 기본적으로 정역 회전이 가능한(reversible) 모터가 채용된다.

상기 공개특허에 개시된 와이퍼 구동장치는 와이퍼 암을 왕복 회전 운동시키는 구동 회전축이 웜휠에 구비되고 그 웜휠의 전방 중앙에 자석이 설치되며 그 자석에서 발생하는 자력의 변화를 감지하여 모터를 정역 회전시키는 제어수단을 포함한다. 그런데 상기 공개특허의 문제점은 구동 회전축의 회전수와 자석의 회전수가 동일하므로 자기 감지 센서가 단위 시간당 상기 자석으로부터 감지할 수 있는 자력의 변화 펄스의 수가 한정되므로 구동 회전축의 정밀한 제어가 불가능하다. 즉, 구동 회전축의 미세한 움직임을 감지하게 위해서는 단위 시간당 감지하는 자력 변화 펄스의 수가 충분히 많아야 하는데 상기 공개특허는 이러한 펄스의 수가 한정되어 있다는 문제점이 있는 것이다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서 출력축의 미세한 회전수 변화를 정밀하게 감지할 수 있도록 구조를 개선하여 출력축의 회전 각도와 속도를 정밀하게 제어할 수 있는 차량용 와이퍼 모터 장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 와이퍼 모터 장치는, 구동 모터;

상기 구동 모터의 구동축에 설치된 구동 기어;

상기 구동 기어에 맞물려 회전하며 상기 구동축에 평행하게 배치된 회전축을 가지는 감속 기어; 및

상기 감속 기어에 맞물려 회전하며 상기 구동축에 나란한 방향으로 배치된 출력축을 구비한 출력 기어;를 포함하며,

상기 감속 기어의 회전 중심에 자석이 설치되며,

상기 자석의 자력의 변화를 감지하여 펄스로 출력하는 센서가 구비되며,

상기 감속 기어의 회전수는 상기 구동 기어의 회전 수보다 적게 유지되고,

상기 출력 기어의 회전수는 상기 감속 기어의 회전 수보다 적게 유지되는 점에 특징이 있다.

상기 감속 기어는, 상기 제1기어와 맞물리는 제1감속부와 상기 제1감속부 보다 작은 외경의 크기를 가지며 상기 제1감속부의 톱니 수보다 작은 톱니 수가 구비된 제2감속부를 구비한 것이 바람직하다.

상기 구동 기어, 상기 감속 기어 및 상기 출력 기어의 외주면에는 각각 평 기어(spur gear)가 형성된 것이 바람직하다.

상기 센서는 홀 센서인 것이 바람직하다.

상기 구동 모터를 수용하며 상면이 개방된 하부 하우징; 및

상기 센서가 장착된 인쇄회로기판을 수용하며 상기 하부 하우징의 개방된 상면을 덮도록 상기 하부 하우징에 결합되는 상부 하우징을 구비한 것이 바람직하다.

상기 출력축의 자유단부에는 와이퍼 암이 결합될 수 있도록 나사 결합부가 구비된 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 차량용 와이퍼 모터 장치는, 구동 기어와 나란하게 배치된 감속 기어에 의해 출력 기어의 회전수를 조절할 수 있으며, 상대적으로 상기 출력 기어의 회전 수보다 많은 회전수를 가지는 상기 감속 기어에 자석을 배치함으로써 출력축의 회전 각도 대비 많은 수의 펄스를 상기 센서를 통해 얻을 수 있으므로 상기 출력축의 정밀한 위치 제어가 가능하며, 상기 센서로 민감도가 낮은 사양을 채택할 수 있으므로 원가가 절감될 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량용 와이퍼 모터 장치의 주요 구성을 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 와이퍼 모터 장치에서 구동 기어, 감속 기어 및 출력 기어의 결합 구조를 보여주는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 장치에서 하부 하우징을 분리하여 보여주는 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 일 실시 예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 와이퍼 모터 장치(10, 이하 "와이퍼 모터 장치"라 함)는 차량의 유리를 닦는 와이퍼 장치를 구동시키는 와이퍼 모터 장치이다.

상기 와이퍼 모터 장치(10)는 하부 하우징(20)과, 상부 하우징(30)과, 구동 모터(50)와, 구동 기어(55)와, 감속 기어(60)와, 출력 기어(70)를 포함한다.

상기 하부 하우징(20)은 후술하는 구동 모터(50)와, 구동 기어(55)와, 감속 기어(60) 및 출력 기어(70)를 회전 가능하게 수용하도록 상면이 개방된 형태의 부재이다. 상기 하부 하우징(20)은 알루미늄 합금이나 탄소강과 같은 금속으로 제조될 수 있다. 한편, 상기 하부 하우징(20)은 합성수지 소재로 제조될 수도 있다.

상기 상부 하우징(30)은 상기 하부 하우징(20)의 개방된 상면을 덮도록 상기 하부 하우징(20)에 결합되는 부재이다. 상기 상부 하우징(30)은 후술하는 출력 기어(70)에 설치된 출력축(75)이 관통하여 외부로 돌출될 수 있도록 관통공(32)에 구비된다. 상기 상부 하우징(30)의 내부에는 인쇄회로기판(35)이 수용된다. 상기 인쇄회로기판(35)은 후술하는 구동 모터(50)에 전원을 인가하기 위한 회로가 구비된다. 또한, 상기 인쇄회로기판(35)에는 후술하는 자석(65)의 회전에 따른 자력의 변화를 감지하기 위한 센서(40)가 배치된다. 상기 센서(40)는 후술하는 자석(65)과 이격된 상태로 마주하도록 배치되는 것이 바람직하다. 상기 센서(40)로는 홀 센서가 채용될 수 있다. 상기 센서(40)로 홀 센서 이외에도 자력의 변화를 감지할 수 있는 다른 센서가 채용될 수 있음은 당연하다. 상기 센서(40)는 상기 자석(65)의 자력의 변화를 감지하여 펄스 형태로 출력한다.

상기 구동 모터(50)는 직류 모터이다. 상기 하부 하우징(20)은 상기 구동 모터(50)의 고정자의 일부가 될 수 있다. 상기 구동 모터(50)는 인가되는 전류의 방향에 따라 시계 방향 또는 반 시계 방향으로 회전하는 구동축(52)이 구비된다.

상기 구동 기어(55)는 상기 구동축(52)의 일단부에 설치된다. 상기 구동 기어(55)는 평 기어(spur gear)로 이루어진다. 상기 구동 기어(55)는 상기 구동축(52)에 억지 끼움 방식이나 볼트나 핀으로 고정될 수 있다. 상기 구동 기어(55)의 외주면에는 상기 구동축(52)과 나란한 방향의 톱니로 이루어진 기어부가 구비된다. 상기 구동 기어(55)는 상기 구동축(52)과 일체로 회전한다.

상기 감속 기어(60)는 상기 구동 기어(55)에 맞물려 회전하는 기어이다. 상기 감속 기어(60)는 상기 구동축(52)에 평행하게 배치된 회전축을 가진다. 따라서 상기 감속 기어(60)는 상기 구동 기어(55)와 반대 방향으로 회전한다. 상기 감속 기어(60)의 회전수는 상기 구동 기어(55)의 회전 수보다 적게 유지된다. 상기 감속 기어(60)는 제1감속부(62)와 제2감속부(64)를 구비한다. 상기 제1감속부(62)는 상기 감속 기어(60)의 외주면에 구비된다. 상기 제1감속부(62)는 상기 구동 기어(55)와 직접적으로 맞물리는 기어부이다. 상기 제1감속부(62)의 외경의 크기는 상기 구동 기어(55)의 외경의 크기보다 크게 형성된다. 따라서, 상기 감속 기어(60)의 회전수는 상기 구동 기어(55)의 회전 수보다 적게 유지될 수 있다. 상기 제2감속부(64)는 상기 제1감속부(62)와 다른 위치에 배치된다. 상기 제2감속부(64)는 상기 제1감속부(62) 보다 높거나 낮은 위치에 배치될 수 있다. 도 1에 도시된 와이퍼 모터 장치(10)에서는 상기 제2감속부(64)가 상기 제1감속부(62) 보다 낮은 위치에 배치되어 있다. 상기 제1감속부(62)와 상기 제2감속부(64)는 동일한 회전축을 가진다 상기 제2감속부(64)는 상기 제1감속부(62) 보다 작은 외경의 크기를 가지는 동시에 상기 제1감속부(62)의 톱니 수보다 작은 톱니 수를 가진다. 상기 제1감속부(62)와 상기 제2감속부(64)는 모두 평 기어로 구성된다.

상기 감속 기어(60)의 회전 중심에 자석(65)이 설치된다. 상기 자석(65)은 상기 감속 기어(60)와 일체로 회전한다. 상기 자석(65)은 영구자석이 사용된다. 상기 자석(65)으로는 예컨대 페라이트 자석, 네오듐 자석 등이 채용될 수 있다.

상기 출력 기어(70)는 상기 감속 기어(60)에 맞물려 회전하는 기어이다. 상기 출력 기어(70)의 회전축은 상기 감속 기어(60) 및 상기 구동 기어(55)와 나란하게 배치된다. 상기 출력 기어(70)는 상기 제2감속부(64)와 직접적으로 맞물리도록 설치된다. 상기 출력 기어(70)는 상기 구동축(52)에 나란한 방향으로 배치된 출력축(75)을 구비한다. 상기 출력축(75)은 상기 상부 하우징(30)에 구비된 관통공(32)을 관통하여 외부로 돌출된다. 상기 출력축(75)의 자유단부에는 나사 결합부(77)가 구비된다. 상기 나사 결합부(77)는 와이퍼 암(미도시)이 결합될 수 있도록 마련된 것이다. 상기 나사 결합부(77)에는 예컨대 와이퍼 암을 구성하는 암 헤드(arm head)가 결합 될 수 있다.

상기 출력 기어(70)의 회전수는 상기 감속 기어(60)의 회전 수보다 적게 유지된다. 즉, 상기 제1감속부(62)의 톱니 수가 상기 구동 기어(55)의 톱니 수보다 많게 구성됨으로써 상기 감속 기어(60)의 회전수는 상기 구동 기어(55)의 회전 수보다 적게 유지된다. 또한, 상기 제2감속부(64)의 톱니 수가 상기 출력 기어(70)의 톱니 수보다 적게 구성됨으로써 상기 출력 기어(70)의 회전수는 상기 감속 기어(60)의 회전 수보다 적에 유지된다. 결과적으로 상기 출력 기어(70)의 회전 수는 상기 구동 기어(55)의 회전 수보다 현저하게 적게 유지된다. 예컨대 구동 기어(55)가 60회 회전할 때 상기 출력 기어(70)는 1회 회전할 수 있도록 구성할 수 있다.

이하에서는 상술한 바와 같은 구성요소를 구비한 와이퍼 모터 장치(10)의 작용 효과를 더욱 상세하게 서술하기로 한다.

도 1을 참조하면, 상기 구동 모터(50)의 구동축(52)이 회전하면 상기 구동 기어(55)가 상기 구동축(52)과 일체로 회전한다. 상기 구동 기어(55)는 상기 감속 기어(60)의 제1감속부(62)와 맞물리도록 구성되어 있으므로, 상기 구동 기어(55)가 회전함에 따라 상기 감속 기어(60)는 상기 구동 기어(55) 보다 느린 속도로 회전한다. 따라서, 상기 구동 기어(55)가 수 회 또는 수십 회 회전할 때 상기 감속 기어(60)는 1회전을 하게 된다. 또한, 상기 출력 기어(70)는 상기 감속 기어(60)의 제2감속부(64)와 맞물리도록 배치되어 있으므로, 상기 감속 기어(60)가 회전함에 따라 상기 출력 기어(70)는 상기 감속 기어(60) 보다 더 느린 속도로 회전한다. 따라서 상기 감속 기어(60)가 수회 또는 수십 회 회전할 때 상기 출력 기어(70)는 1회전을 하게 된다. 상기 출력 기어(70)의 출력축(75) 단부에는 와이퍼 암이 설치될 수 있다. 이 경우에 상기 와이퍼 암은 상기 구동 기어(55)가 수십 회 회전할 때 미리 정해진 범위 내의 각도만큼 회전하게 된다. 또한, 상기 구동 모터(50)의 구동축(52)의 회전 방향이 바뀜에 따라 상기 출력축(75)에 결합된 상기 와이퍼 암(미도시)의 회전 방향도 바뀌게 된다. 이와 같은 과정에 의해 와이퍼는 차량에 설치된 채 차량의 유리에 묻은 이물질을 제거하게 된다. 이 과정에서 상기 감속 기어(60)가 상기 구동 기어(55)의 동력을 전달받아 상기 출력 기어(70)에 전달하는 과정에서 회전 중심에 배치된 상기 자석(65)의 회전에 따라 자력(또는 자기장)이 변화한다. 상기 센서(40)는 상기 자석(65)의 자력의 변화를 감지하여 펄스를 출력한다. 상기 센서(40)에서 발생하는 펄스는 단위 시간당 측정되는 자기장의 변화를 나타냄으로써 상기 감속 기어(60)의 회전 각도와 회전 속도를 산출할 수 있다. 또한, 상기 출력 기어(70)의 회전 각도나 회전 속도는 상기 감속 기어(60)에 일정한 비율로 종속되므로 상기 감속 기어(60)의 회전 각도와 회전 속도를 산출함으로써 상기 출력 기어(70)의 회전 각도와 회전 속도를 용이하게 계산할 수 있다. 이 과정에서 상기 감속 기어(60)는 상기 출력 기어(70)의 회전 수보다 많은 회전수를 가지므로 상기 출력 기어(70)로부터 회전 데이터를 검출하는 것보다 훨씬 많은 양의 펄스 데이터를 확보할 수 있도록 한다. 따라서, 상기 출력 기어(70)의 회전 각도와 회전 수를 정밀하게 측정할 수 있어서, 이를 바탕으로 상기 구동 모터(50)를 피드백 제어할 수 있다. 궁극적으로 상기 출력축(75)에 결합된 와이퍼 암의 움직임을 더욱 정밀하게 제어할 수 있는 장점이 있다. 이에 따라 종래의 구조에 비하여 민감도가 다소 낮은 사양의 센서를 채용할 수 있으므로 센서의 원가를 절감할 수 있는 장점이 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 차량용 와이퍼 모터 장치는, 구동 기어와 나란하게 배치된 감속 기어에 의해 출력 기어의 회전수를 조절할 수 있으며, 상대적으로 상기 출력 기어의 회전 수보다 많은 회전수를 가지는 상기 감속 기어에 자석을 배치함으로써 출력축의 회전 각도 대비 많은 수의 펄스를 상기 센서를 통해 얻을 수 있으므로 상기 출력축의 정밀한 위치 제어가 가능하며, 상기 센서로 민감도가 낮은 사양을 채택할 수 있으므로 원가가 절감될 수 있는 장점이 있다.

이상, 바람직한 실시 예를 들어 본 발명에 대해 설명하였으나, 본 발명이 그러한 예에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주 내에서 다양한 형태의 실시 예가 구체화될 수 있을 것이다.

10 : 차량용 와이퍼 모터 장치
20 : 하부 하우징
30 : 상부 하우징
35 : 인쇄회로기판
40 : 센서
50 : 구동 모터
52 : 구동축
55 : 구동 기어
60 : 감속 기어
62 : 제1감속부
64 : 제2감속부
65 : 자석
70 : 출력 기어
75 : 출력축
77 : 나사 결합부

Claims

구동 모터;
상기 구동 모터의 구동축에 설치된 구동 기어;
상기 구동 기어에 맞물려 회전하며 상기 구동축에 평행하게 배치된 회전축을 가지는 감속 기어; 및
상기 감속 기어에 맞물려 회전하며 상기 구동축에 나란한 방향으로 배치된 출력축을 구비한 출력 기어;를 포함하며,
상기 감속 기어의 회전 중심에 자석이 설치되며,
상기 자석의 자력의 변화를 감지하여 펄스로 출력하는 센서가 구비되며,
상기 감속 기어의 회전수는 상기 구동 기어의 회전 수보다 작게 유지되고,
상기 출력 기어의 회전수는 상기 감속 기어의 회전 수보다 작게 유지되며,
상기 감속 기어는, 상기 구동 기어와 맞물리는 제1감속부와 상기 제1감속부 보다 작은 외경의 크기를 가지며 상기 제1감속부의 톱니 수보다 작은 톱니 수가 구비된 제2감속부를 구비하며,
상기 제2감속부는 상기 제1감속부 보다 높거나 낮은 위치에 배치되며,
상기 제1감속부와 상기 제2감속부는 동일한 회전축을 가지는 것을 특징으로 하는 차량용 와이퍼 모터 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 구동 기어, 상기 감속 기어 및 상기 출력 기어의 외주면에는 각각 평 기어(spur gear)가 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 와이퍼 모터 장치.
제1항에 있어서,
상기 센서는 홀 센서인 것을 특징으로 하는 차량용 와이퍼 모터 장치.
제1항에 있어서,
상기 구동 모터를 수용하며 상면이 개방된 하부 하우징; 및
상기 센서가 장착된 인쇄회로기판을 수용하며 상기 하부 하우징의 개방된 상면을 덮도록 상기 하부 하우징에 결합되는 상부 하우징을 구비한 것을 특징으로 하는 차량용 와이퍼 모터 장치.
제1항에 있어서,
상기 출력축의 자유단부에는 와이퍼 암이 결합될 수 있도록 나사 결합부가 구비된 것을 특징으로 하는 차량용 와이퍼 모터 장치.