KR101736103B1 - 자동차 변속기용 리니어 액추에이터 - Google Patents

자동차 변속기용 리니어 액추에이터 Download PDF

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KR101736103B1 KR1020160145583A KR20160145583A KR101736103B1 KR 101736103 B1 KR101736103 B1 KR 101736103B1 KR 1020160145583 A KR1020160145583 A KR 1020160145583A KR 20160145583 A KR20160145583 A KR 20160145583A KR 101736103 B1 KR101736103 B1 KR 101736103B1
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노의동
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박강우
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주식회사 유니크
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Abstract

본 발명은 구성이 단순하여 제작이 용이하며 경량화 및 소형화가 가능한 리니어 액추에이터에 관한 것으로, 일 방향으로 연장된 파이프 형상의 보빈과, 상기 보빈의 일단 둘레에 감긴 제1코일과, 상기 보빈의 타단 둘레에 감긴 제2코일과, 상기 보빈의 일단에 결합되고 상기 제1코일에서 발생한 자기장을 유도하는 제1코어와, 상기 보빈의 타단에 결합되며 상기 제2코일에서 발생한 자기장을 유도하는 제2코어와, 상기 보빈의 내부에 설치되고 전원 인가 시 상기 제1코어 또는 상기 제2코어 측으로 이동하는 플런저와, 상기 플런저에 결합되고 상기 제1코어와 상기 제2코어를 각각 관통하여 외측으로 돌출된 로드를 포함한다. 이때, 상기 제1코어와 상기 제2코어에는 흡인력을 향상시키기 위한 강화돌기가 형성되고, 상기 플런저에는 상기 강화돌기가 삽입되는 강화홈이 형성된다.

Description

자동차 변속기용 리니어 액추에이터{LINEAR ACTUATOR FOR VEHICLE TRANSMISSION}
본 발명은 리니어 액추에이터에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 더블클러치 트랜스미션의 변속장치에 사용되는 리니어 액추에이터에 관한 것이다.
더블 클러치 트랜스미션(Double Clutch Transmission; DCT)은 홀수 변속단과 짝수 변속단을 개별적으로 제어할 수 있도록 두 개의 클러치가 구비된 수동변속기 기반의 자동변속기이다.
상술한 더블 클러치 트랜스미션은 자동변속기의 장점인 편리함과 수동변속기의 장점은 고연비 및 고효율의 특징을 갖는다. 특히, 단판 클러치를 탑재한 종래의 트랜스미션에서 발생되는 가속 정지감 현상이 없기 때문에 변속감 또한 매우 우수하다.
더블 클러치 트랜스미션은 현재 작동 중인 변속단 이외에 다음에 변속할 가능성이 높은 다른 변속계통의 변속단을 미리 연결하는 프리셀렉트 기능을 가진 변속장치를 포함하여 구성된다.
대한민국등록특허공보 제10-1039921호(2011.06.01.)에는 프리 셀렉트 기능을 가진 변속장치가 개시되고, 대한민국등록특허공보 제10-1233061호(2011.06.01.)에는 프리 셀렉트 기능을 구현하기 위한 리니어 액추에이터가 개시되어 있다.
최근에는 차량의 연비를 개선할 수 있도록 변속장치의 성능은 유지하면서 중량과 부피를 줄일 수 있는 방향으로 연구가 진행되고 있다. 따라서 변속장치에 설치되는 리니어 액추에이터 또한 부피를 줄일 수 있는 방향으로 유지하되 소형화를 구현할 수 있는 방향으로 연구가 진행되는 추세이다. 따라서 변속장치에 설치되는 리니어 액추에이터 또한 경량화 및 소형화가 요구되고 있다.
대한민국등록특허공보 제10-1039921호(2011.06.01.) 대한민국등록특허공보 제10-1233061호(2011.06.01.)
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 구성이 단순하여 제작이 용이하며 경량화 및 소형화가 가능한 리니어 액추에이터를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 리니어 액추에이터는, 일 방향으로 연장된 파이프 형상의 보빈과, 상기 보빈의 일단 둘레에 감긴 제1코일과, 상기 보빈의 타단 둘레에 감긴 제2코일과, 상기 보빈의 일단에 결합되고 상기 제1코일에서 발생한 자기장을 유도하는 제1코어와, 상기 보빈의 타단에 결합되며 상기 제2코일에서 발생한 자기장을 유도하는 제2코어와, 상기 보빈의 내부에 설치되고 전원 인가 시 상기 제1코어 또는 상기 제2코어 측으로 이동하는 플런저와, 상기 플런저에 결합되고 상기 제1코어와 상기 제2코어를 각각 관통하여 외측으로 돌출된 로드를 포함한다. 이때, 상기 제1코어와 상기 제2코어에는 흡인력을 향상시키기 위한 강화돌기가 형성되고, 상기 플런저에는 상기 강화돌기가 삽입되는 강화홈이 형성된다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명은 구성이 단순하여 제작이 용이하며 경량화 및 소형화가 가능하다. 특히, 흡인력을 향상시키기 위한 강화돌기와 강화홈이 코어와 플런저에 형성되어 리니어 액추에이터의 성능은 유지하면서 경량화 및 소형화가 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 액추에이터의 단면도.
도 2는 도 1의 "A"부분을 확대한 도면.
도 3은 도 1의 "B"부분을 확대한 도면.
도 4는 본 실시예에 따른 코어와 일반적인 코어의 흡인력을 비교한 그래프.
도 5와 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 액추에이터의 작동상태를 도시한 도면.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이하, 본 발명에 따른 실시예를 설명함에 있어, 그리고 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 부가하였다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 액추에이터(100)는, 액추에이터의 외형을 이루는 케이스(110)와, 케이스(110)의 내부에 설치된 하우징(120)을 포함한다.
케이스(110)는 일 방향(도면상 상하방향)으로 연장된 파이프 형상이다. 케이스(110)의 밀폐된 상면에는 장착공(112)이 형성되고, 장착공(112)에는 후술한 제1코어(160)가 장착된다.
케이스(110)의 하면은 하우징(120)의 조립이 가능하도록 개방된다. 하우징(120)이 조립된 케이스(110)의 하단은 코킹(caulking) 처리된다. 코킹 가공은 케이스(110)의 하단을 하우징(120)에 밀착시켜 하우징(120)을 포함하는 부품이 케이스(110)의 내부에서 유동하는 것을 방지한다. 더불어, 케이스(110)와 하우징(120) 사이로 이물질이 유입되는 것을 방지한다. 도면에 도시된 것처럼, 케이스(110)와 하우징(120) 사이에 오링(114)을 추가할 경우 이물질 외에 수분의 유입 또한 방지할 수 있다.
하우징(120)은 케이스(110)와 동일한 방향으로 연장된 파이프 형상이되, 케이스(110)와 달리 상면은 개방되고 하면이 밀폐된 형상을 갖는다. 즉, 하우징(120)을 후술할 보빈(130), 제2코어(170) 및 로드(190)를 감싸도록 형성된다. 이때, 하우징(120)의 하단 내부에는 로드(190)의 이동을 위한 작동공간(122)이 형성된다.
하우징(120)의 내부에 설치된 보빈(130)은 코일(140,150)과 코어(160,170) 사이를 전기적으로 차단하는 절연체이다. 이러한 보빈(210)은 하우징(120)과 동일한 방향으로 연장된 파이프 형상을 갖는다.
상술한 형상의 보빈(130)은 3개의 플랜지(132~136)에 의해 2개의 영역으로 구획된다. 즉, 보빈(130)의 상단 외주면에 제1플랜지(132)가 형성되고, 중단 외주면에 제2플랜지(134)가 형성되며, 하단 외주면에 제3플랜지(136)가 형성된다. 제1 내지 제3플랜지(132~136)는 보빈(130)을 따라 같은 간격으로 배치되어 보빈(130)을 구획한다. 이때, 제1플랜지(132)와 제2플랜지(134)에 의해 형성된 영역에는 제1코일(140)이 감기고, 제2플랜지(134)와 제3플랜지(136)에 의해 형성된 영역에는 제2코일(150)이 감긴다.
도면에 도시된 바와 같이, 제2플랜지(136)의 내부에는 차폐부재(138)가 마련된다. 차폐부재(138)는 제1코일(140)과 제2코일(150) 사이의 자기장을 차단하기 위한 것이다. 따라서 차폐부재(138)는 부도체인 것이 바람직하며, 제2플랜지(136)를 따라 배치될 수 있도록 환형으로 형성된다. 또한, 차폐부재(138)는 보빈(130)과 일체로 형성되도록 인서트 사출을 통해 성형된다.
코일(140,150)은 전원 인가 시 후술할 플런저(180)를 이동시키는 자기장을 발생하는 수단이다. 코일(140,150)은, 보빈(130)의 상단에 감긴 제1코일(140)과, 제2보빈(130)에 하단에 감긴 제2코일(150)로 구성된다.
보빈(130)의 상단에 감긴 제1코일(140)의 외주면과 보빈(130)의 하단에 감긴 제2코일(150)의 외주면에는 인슐레이션 테이프(미도시)가 테이핑될 수 있다. 상기 인슐레이션 테이프는 제1 및 제2코일(140,150)에 인가된 전류가 외부로 새는 것을 방지하는 역할을 한다.
코어(160,170)는 코일(140,150)에서 발생한 자기장을 유도 및 집중시키는 수단이다. 코어(160,170)는, 보빈(130)의 상단에 결합된 제1코어(160)와, 보빈(130)의 하단에 결합된 제2코어(170)로 구성된다.
제1코어(160)와 제2코어(170)는 동일한 구조와 형상을 갖되, 설치 시 서로 대향하도록 배치된다. 이에, 제1코어(160)를 일례로 코어(160,170)의 구조 및 형상에 대해서 살펴보도록 한다.
제1코어(160)는 소정의 길이를 가진 다단의 원기둥 형상이다. 제1코어(160)의 하면에는 흡인력을 향상시키기 위한 강화돌기(162)가 형성된다.
강화돌기(162)는 하단으로 갈수록 직경이 작아지는 콘(cone) 형상으로 형성된다. 좀 더 상세하게는, 단부로 갈수록 직경이 작아지는 경사부(162a)와, 최소 직경을 가지는 경사부(162a)의 단부에서 외측으로 더 돌출된 연장부(162b)로 이루어진다. 이때, 연장부(162b)는 경사부(162a)의 최소 직경과 동일한 직경으로 상단에서 하단까지 형성되고, 강화돌기(162)는 연장부(162b)의 단부에서 마감된다.
상술한 형상의 코어(160)는 자기장을 유도 및 집중시켜 플런저(180)를 이동시키는 흡인력을 발생시킨다. 즉, 제1코일(140)에 전원이 인가되면 보빈(130)의 상단 주위에 자기장이 발생한다. 자기장은 제1코어(160)에 의해 유도되며 제1코어(160)의 하단으로 돌출된 콘 형상의 강화돌기(162)의 연장부(162b)에 집중된다. 강화돌기(162)에 집중된 자기장은 플런저(180)를 이동시키는 흡인력을 발생시킨다.
한편, 제1코어(160)의 내부에는 후술할 로드(190)가 관통할 수 있도록 관통공(164)이 형성된다. 관통공(164)은 대경부와 소경부로 이루어진 다단으로 형성되고, 대경부에는 로드(190)의 이동을 안내하기 위한 부시(166)가 설치된다. 이때, 부시(166)는 로드(190)와의 접촉 시 마찰을 저감할 수 있는 오일리스 베어링인 것이 바람직하다.
또한, 제1코어(160)의 강화돌기(162) 둘레에는 탄성링(168)이 설치된다. 탄성링(168)은 플런저(180)가 제1코어(160)에 접촉함으로써 발생하는 소음 및 충격을 흡수 및 저감한다. 더불어, 전원이 차단되거나 역방향 전류가 인가되었을 때 제1코어(160)에 잔류하는 자기장에 의한 플런저(180)의 작동저항을 해소할 수 있다.
도 4는 본 실시예에 따른 코어와 일반적인 코어의 흡인력을 비교한 그래프이다. 즉, 강화돌기(162)의 유무에 따른 흡인력의 차이를 비교한 것이다.
본 실시예의 코어(160)는 하단으로 갈수록 직경이 작아지는 콘 형상의 강화돌기(162)를 포함한다. 따라서 코일에서 발생한 자기장이 강화돌기(162)의 선단(연장부(162b)에 집중되므로 약 35N의 흡인력을 발생시킨다.
반면, 통상의 코어는 코일에서 발생한 자기장이 집중되지 못하고 코어 전체에 퍼짐으로써 약 25N의 흡인력을 발생시킴을 알 수 있다.
결국, 콘 형상의 강화돌기(162)를 포함하는 코어(160)를 사용할 경우 흡인력이 우수하여 플런저(180)를 효과적으로 이동시킬 수 있으며, 리니어 액추에이터(100)의 응답성을 향상시킬 수 있다.
플런저(180)는 보빈(130)의 내부에 이동 가능하게 설치된다. 본 실시예의 플런저(180)는 보빈(130)의 길이방향으로 연장된 원기둥 형상이며, 상면과 하면에는 강화돌기(162)가 삽입되는 강화홈(182)이 형성된다. 강화홈(182)은 콘 형상의 강화돌기(162)와 대응되는 형상으로 형성된다.
플런저(180)의 작동공간인 보빈(130)의 내부에는 가이드(184)가 설치된다. 가이드(184)의 상단에는 제1코어(160)의 일부가 삽입되고, 하단에는 제2코어(170)의 일부가 삽입된다. 이러한 가이드(184)는 플런저(180) 이동 시 발생하는 마찰을 저감하고 보빈(130)과의 접촉에 의한 마모를 방지한다. 또한, 제1코어(160)와 제2코어(170) 사이의 길이를 제한하여 플런저(180)의 이동거리를 한정한다.
로드(190)는 소정 길이를 가진 원형 단면의 막대이며, 플런저(180)를 상하로 관통하도록 결합된다. 로드(190)의 상단은 제1코어(160)를 관통하여 외부로 돌출되고, 하단은 제2코어(170)를 관통하여 하우징(120)의 작동공간(122)에 삽입된다.
로드(190)는 전원 인가 시 플런저(180)와 함께 이동을 할 수 있도록 결합핀(192)을 통해 고정된다. 결합핀(192)은 플런저(180)와 로드(190)를 측면에서 관통하도록 결합된다. 이때, 결합핀(192)은 일측에 슬릿(194)이 형성된 파이프 형상으로 형성된다.
로드(190)의 타단에는 위치 검출용 마그넷(196)이 설치된다. 즉, 로드(190)의 타단이 마그넷(196)을 관통하여 결합되고, 마그넷(196)의 하부에는 이탈을 방지하기 위한 푸시 너트(198)가 결합된다.
하우징(120)의 하단에는 코일(140,150)에 전원을 공급하기 위한 단자(T)가 돌출된다. 단자(T)는 내부에 변형홀(h)이 형성된 프레스 핏 단자이다.
도 5와 도 6을 참조하여 본 실시예에 따른 리니어 액추에이터의 작동과정을 살펴보도록 한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 보빈(130)의 상단에 감긴 제1코일(140)에 전원이 인가되면 보빈(130)의 상단 주위에 자기장이 발생한다. 자기장은 제1코어(160)에 의해 유도되며 제1코어(160)의 하단으로 돌출된 콘 형상의 강화돌기(162)에 집중된다. 자기장이 집중된 강화돌기(162)에는 흡인력이 발생하여 플런저(180)를 끌어당기게 된다. 따라서 플런저(180)가 상승하며 로드(190)를 케이스(110)의 외부로 돌출시킨다.
반면, 보빈(130)의 하단에 감긴 제2코일(150)에 전원이 인가되면 보빈(130)의 하단 주위에 자기장이 발생한다. 자기장은 제2코어(170)에 의해 유도되며 제2코어(170)의 하단으로 돌출된 콘 형상의 강화돌기(172)에 집중된다. 자기장이 집중된 강화돌기(172)에는 흡인력이 발생하여 플런저(180)를 끌어당기게 된다. 따라서 플런저(180)가 하가하며 로드(190)를 케이스(110)의 내부로 인입시킨다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 리니어 액추에이터 110: 케이스
120: 하우징 130: 보빈
140: 제1코일 150: 제2코일
160: 제1코어 170: 제2코어
180: 플런저 190: 로드

Claims (15)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 일 방향으로 연장된 파이프 형상의 보빈;
    상기 보빈의 일단 둘레에 감긴 제1코일과, 상기 보빈의 타단 둘레에 감긴 제2코일;
    상기 보빈의 일단에 결합되고 상기 제1코일에서 발생한 자기장을 유도하는 제1코어와, 상기 보빈의 타단에 결합되며 상기 제2코일에서 발생한 자기장을 유도하는 제2코어;
    상기 보빈의 내부에 설치되고 전원 인가 시 상기 제1코어 또는 상기 제2코어 측으로 이동하는 플런저;
    상기 플런저에 결합되고 상기 제1코어와 상기 제2코어를 각각 관통하여 외측으로 돌출된 로드; 및
    상기 제1코어와 상기 제2코어에 형성되어 흡인력을 향상시키기 위한 강화돌기; 및
    상기 플런저에 형성되어 상기 강화돌기가 삽입되는 강화홈을 포함하고,
    상기 강화돌기는 단부로 갈수록 직경이 작아지는 콘(cone) 형상으로 형성되고, 상기 강화홈은 상기 강화돌기와 대응되는 형상으로 형성되며,
    상기 강화돌기는, 단부로 갈수록 직경이 작아지는 경사부와, 최소 직경을 가지는 상기 경사부의 단부에서 외측으로 더 돌출되며 상기 경사부의 최소 직경과 동일한 직경으로 단부까지 연장되어 마감되는 연장부로 이루어진 것을 특징으로 하는 리니어 액추에이터.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 강화돌기의 둘레에는 상기 플런저와의 접촉 시 소음 및 충격을 흡수하기 위한 탄성링이 설치된 것을 특징으로 하는 리니어 액추에이터.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 보빈의 일단 외주면에는 제1플랜지가 형성되고, 상기 보빈의 중단 외주면에는 제2플랜지가 형성되며, 상기 보빈의 타단 외주면에는 제3플랜지가 형성되고,
    상기 제1플랜지와 상기 제2플랜지 사이에 상기 제1코일이 감기며, 상기 제2플랜지와 상기 제3플랜지 사이에 제2코일이 감긴 것을 특징으로 하는 리니어 액추에이터.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제2플랜지의 내부에는 상기 제1코일과 상기 제2코일 사이의 자기장을 차단하기 위한 차폐부재가 마련된 것을 특징으로 하는 리니어 액추에이터.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 차폐부재는 인서트 사출을 통해 상기 보빈에 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 리니어 액추에이터.
  8. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1코어와 상기 제2코어의 내부에는 상기 로드과 관통되는 관통공이 형성되고, 상기 관통공에는 상기 로드의 이동을 안내함과 동시에 마찰을 저감하기 위한 부시가 설치된 것을 특징으로 하는 리니어 액추에이터.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 부시는 오일리스 베어링을 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 액추에이터.
  10. 청구항 3에 있어서,
    상기 로드는 상기 플런저를 관통하도록 결합되고, 상기 플런저와 상기 로드를 측면에서 관통하는 결합핀에 의해 고정된 것을 특징으로 하는 리니어 액추에이터.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 결합핀은 일측에 슬릿이 형성된 파이프 형상인 것을 특징으로 하는 리니어 액추에이터.
  12. 청구항 3에 있어서,
    상기 로드의 타단에는 위치 검출용 마그넷이 설치된 것을 특징으로 하는 리니어 액추에이터.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 로드의 타단은 상기 마그넷을 관통하여 결합되고, 상기 로드의 타단에는 상기 마그넷을 고정하는 푸시 너트가 결합된 것을 특징으로 하는 리니어 액추에이터.
  14. 청구항 3에 있어서,
    상기 보빈의 둘레를 감싸도록 형성된 하우징; 및
    상기 하우징을 감싸도록 결합된 케이스를 더 포함하고,
    상기 하우징은 상기 로드의 타단을 감싸도록 형성된 것을 특징으로 하는 리니어 액추에이터.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 하우징의 타단에는 단자가 돌출되고,
    상기 단자는 내부에 변형홀이 형성된 프레스 핏 단자인 것을 특징으로 하는 리니어 액추에이터.
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