KR101827624B1 - 절환식 릴럭턴스 모터를 구비한 직접 구동 작동기 - Google Patents

절환식 릴럭턴스 모터를 구비한 직접 구동 작동기 Download PDF

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커트 디. 길모어
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아메리칸 액슬 앤드 매뉴팩쳐링, 인코포레이티드
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Abstract

작동기는 절환식 릴럭턴스 모터와 플런저 조립체를 구비한다. 절환식 릴럭턴스 모터는 고정자와 회전자를 구비한다. 고정자는 복수의 고정자 극편과 복수의 고정자 권선을 갖는다. 고정자 권선 각각은 고정자 극편 중 대응하는 하나 둘레에 감겨진다. 회전자는 축 둘레로 회전할 수 있고, 복수의 회전자 극편을 구비한다. 플런저 조립체는 플런저와 적어도 하나의 스프링을 구비한다. 플런저는 회전자 내에 동축적으로 수용되고, 축을 따라 축방향으로 이동할 수 있다. 플런저를 포함하는 힘 전달 경로 내에 적어도 하나의 스프링이 배치되고, 이 적어도 하나의 스프링은 대향한 축 방향들로 축을 따른 플런저의 이동을 허용하도록 구성된다. 플런저 조립체는 회전자에 의해 구동된다.

Description

절환식 릴럭턴스 모터를 구비한 직접 구동 작동기{DIRECT DRIVE ACTUATOR WITH SWITCHED RELUCTANCE MOTOR}
본 개시내용은 절환식 릴럭턴스 모터를 구비한 직접 구동 작동기에 관한 것이다.
본 단원은 본 개시내용에 관련한 배경 정보를 제공하며, 이는 반드시 종래 기술인 것은 아니다.
작동기는 자동차내에 도처에 존재하며, 일반적으로 작동기의 출력 부재의 병진을 유발하기 위해 회전 동력원을 사용한다. 이런 작동기가 그 본연의 목적에는 적합하지만, 본 기술 분야에는 소형이고, 비교적 저가이며, 또한, 비교적 높은 축방향 힘을 생성할 수 있는 작동기에 대한 요구가 남아 있다. 본 발명의 배경이 되는 기술은, 예컨대, 미국 등록 특허 제5,689,997호(1997.11.25.)에 개시되어 있다.
본 단원은 본 개시내용에 대한 개괄적 요약을 제공하며, 그 특징 모두 또는 그 전체 범주에 대한 포괄적 개시는 아니다.
일 형태에서, 본 교지는 절환식 릴럭턴스 모터 및 플런저 조립체를 구비하는 작동기를 제공한다. 절환식 릴럭턴스 모터는 고정자 및 회전자를 갖는다. 고정자는 복수의 고정자 극편과 복수의 고정자 권선을 갖는다. 고정자 권선 각각은 고정자 극편 중 대응하는 하나 주변에 권선된다. 회전자는 축 둘레로 회전할 수 있으며 복수의 회전자 극편을 갖는다. 플런저 조립체는 플런저와 적어도 하나의 스프링을 갖는다. 플런저는 회전자 내에 동축적으로 수용되고, 축을 따라 축 방향으로 이동할 수 있다. 적어도 하나의 스프링이 플런저를 포함하는 힘 전달 경로 내에 배치되며, 대향한 축 방향들로 축을 따른 플런저의 이동을 허용하도록 구성된다. 플런저 조립체는 회전자에 의해 구동된다.
다른 응용 영역은 본 명세서에 제공된 설명으로부터 명백히 알 수 있을 것이다. 본 요약부분의 설명과 특정 예는 단지 예시를 목적으로 하며, 본 개시내용의 범주를 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에 개시된 도면은 모든 가능한 구현예가 아닌 단지 선택된 실시예에 대한 예시를 목적으로 하며, 본 개시내용의 범주를 제한하고자 하는 것은 아니다.
도 1은 본 개시내용의 교지에 따라 구성된 제1 작동기의 종방향 단면도이다.
도 2는 도 1의 선 2-2을 따라 취한 단면도이다.
도 3은 본 개시내용의 교지에 따라 구성된 제2 작동기의 종방향 단면도이다.
도면들의 다수 도면 전반에 걸쳐 대응 참조 부호가 대응 부분을 나타내고 있다.
이제, 첨부 도면을 참조로 예시적 실시예를 더 완전하게 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 개시내용의 교지에 따라 구성된 작동기는 전체가 참조 부호 10으로 표시되어 있다. 작동기(10)는 절환식 릴럭턴스 모터(12) 및 플런저 조립체(14)를 포함할 수 있다.
절환식 릴럭턴스 모터(12)는 하우징(20), 고정자(22), 회전자(24) 및 제어기(26)를 포함할 수 있다. 하우징(20)은 모터 공동(30)과, 제어기 공동(32)을 형성할 수 있고, 모터 공동은 고정자(22), 회전자(24) 및 플런저 조립체(14)를 수납하도록 구성되고, 제어기 공동은 제어기(26)를 수납하도록 구성된다. 고정자(22)는 하우징(20)에 고정식으로 결합되며, 복수의 고정자 극편(34)과 복수의 고정자 권선(36)을 포함한다. 고정자 극편(34)은 철 같은 강자성 재료로 형성될 수 있다. 고정자 극편(34)은 회전자(24)의 회전축(40)을 중심으로 원주방향으로 이격 배치될 수 있고, 회전축(40)에 대체로 평행하게 연장할 수 있다. 고정자 권선(36) 각각은 고정자 극편(34) 중 대응하는 하나 둘레에 권선될 수 있다. 고정자 권선(36)은 서로간에 회전축(40)을 직접적으로 가로질러 존재하는 쌍들로 전기적으로 결합될 수 있다. 회전자(24)는 철 같은 강자성 재료로 형성될 수 있으며, 회전자 보어(52)를 형성할 수 있는 중앙 부분(50)과 복수의 회전자 극편(54)을 형성할 수 있다. 회전자 극편(54)은 서로 원주방향으로 이격 배치되며, 중앙 부분(50)으로부터 방사상 외향 연장할 수 있다. 제공된 예에서, 회전자(24)는 회전축(40)을 따라 축 방향으로 이동할 수 있도록 구성되며, 이 때문에, 회전자(24)는 고정자 극편(34)보다 길이가 더 길다. 제어기(26)는 회전자(24)의 회전 위치에 기초하여 고정자 권선(36)의 쌍을 통한 전력의 유동을 제어하도록 구성된다. 제어기(26)는 그 구성이 통상적인 것이며, 그래서, 본 명세서에서는 상세히 설명할 필요가 없다.
특히 도 1을 참조하면, 회전자(24)는 선택적으로 자석(60)을 포함할 수 있고, 이 자석은 회전자(24)의 일부, 예컨대, 회전자 극편(54a) 중 하나에 고정식으로 장착될 수 있다. 자석(60)은 자기장을 방출할 수 있고, 이 자기장은 고정자 극편(34a) 중 인접한 하나와 정렬되도록 회전자 극편(54a)을 견인할 수 있다. 제공된 특정 예에서, 자석(60)은 원통체로서 성형되며, 회전축(40)에 직각으로 연장하는 회전자 극편(54a) 내의 구멍(62) 내에 수용된다. 자석(60)은 에폭시 접착제 같은 임의의 원하는 방식으로 회전자(24)에 고정될 수 있다. 고정자 극편(34) 중 인접한 하나와 자석(60)의 자기 커플링은 절환식 릴럭턴스 모터(12)가 동작하지 않을 때 고정자(22)에 대한 회전자(24)의 회전을 억제하기에 충분한 크기일 수 있는 보유력을 발생시킬 수 있다.
플런저 조립체(14)는 회전자(24)에 의해 구동될 수 있고, 잭스크류(70), 플런저(72) 및 적어도 하나의 스프링을 포함할 수 있다. 잭스크류(70)는 회전자 보어(52) 내에 수용될 수 있고, 회전자(24)에 회전불가하게 결합될 수 있다. 제공된 특정 예에서, 잭스크류(70)는 고정식으로, 그리고, 회전불가하게, 회전자(24)에 결합되며, 그래서, 회전자(24)와 잭스크류(70)는 양자 모두 회전축(40)을 따라 병진할 수 있지만, 잭스크류(70)는 대안적으로 회전자(24)에 대해 회전불가하지만 축방향으로 활주가능하게 장착될 수 있으며, 그래서, 고정자(22)에 대한 회전자(24)의 축방향 병진이 불필요할 수 있다는 것을 인지하여야 한다. 잭스크류(70)는 하우징(20) 내에 형성된 나사 구멍(78)과 나사식으로 결합할 수 있는 나사 구획(76)을 포함할 수 있다.
잭스크류(70) 및 플런저(72) 중 하나는 잭스크류(70) 및 플런저(72) 중 다른 하나 내에 활주가능하게 수용되고, 그래서, 플런저(72)는 회전자(24)의 회전자 보어(52) 내에 동축적으로 수용되며, 회전축(40)을 따라 하우징(20)에 대하여 이동할 수 있다. 제공된 특정 예에서, 잭스크류(70)는 회전축(40)을 따라 연장하면서 플런저(72)를 활주가능하게 수용하는 플런저 공동(80)을 형성한다. 나사 구획(76)에 대향한 잭스크류(70)의 단부는 회전축(40)을 중심으로 회전하도록 지지될 수 있다. 예로서, 하우징(20)과 잭스크류(70) 사이 또는 회전자(24)와 잭스크류(70) 사이의 베어링 또는 부싱(미도시)은 나사 구획(76)에 대향한 잭스크류(70)의 단부를 지지하도록 사용될 수 있다. 베어링 또는 부싱(84)은 잭스크류(70)의 원위 단부(88)에 대하여 플런저(72)의 원위 단부(86)를 지지하도록 사용될 수 있다. 베어링 또는 부싱(84)은 잭스크류(70) 및/또는 하우징(20)에 대한 회전축(40)을 따른 플런저(72)의 활주 운동을 허용하도록 구성될 수 있다.
하우징(20)과 플런저(72) 사이의 힘 전달 경로 내에 적어도 하나의 스프링이 배치될 수 있고, 이 스프링은 두 방향(즉, 잭스크류(70)를 향한 방향 및 그로부터 멀어지는 방향)으로 회전축(40)을 따른 플런저(72)의 소정 정도의 축방향 이동을 허용하도록 구성된다. 제공된 특정 예에서, 적어도 하나의 스프링은 제1 압축 스프링(90)과 제2 압축 스프링(92)을 포함하며, 제1 압축 스프링은 나사 구획(76)에 인접한 잭스크류(70)의 일부와 플런저(72) 사이에 축방향으로 배치되고, 제2 압축 스프링은 베어링이나 부싱(84) 같은 플런저(72)의 원위 단부(86)에 근접하게 위치된 고정 구조와 플런저(72) 사이에서 축방향으로 배치된다. 제1 및 제2 압축 스프링(90, 92)은 임의의 원하는 방식으로 플런저(72) 상에 축방향 지향력을 작용하도록 구성될 수 있지만, 제공된 특정 예에서, 플런저(72)는 본체 부분(96)과 환형 스프링 플랜지(98)를 포함하고, 본체 부분 상으로 제1 및 제2 압축 스프링(90, 92)이 동축적으로 장착되고, 환형 스프링 플랜지에 대해 제1 및 제2 압축 스프링(90, 92)이 접촉한다(스프링 플랜지(98)의 대향한 축방향 측부들 상에서).
동작시, 회전축(40)을 중심으로 한 회전자(24)의 회전은 잭스크류(70)의 대응 회전을 유발한다. 잭스크류(70)의 나사 구획(76)이 하우징(20)에 나사식으로 결합되기 때문에, 잭스크류(70)의 회전은 회전축(40)을 따른 잭스크류(70), 그리고, 회전자(24)의 대응 병진을 또한 유발한다. 플런저(72)가 잭스크류(70)와 함께 병진할 수 없는 상황에서, 제1 및 제2 압축 스프링(90, 92) 중 하나가 편향되며, 그래서, 잭스크류(70)와 플런저(72) 사이의 상대적 축방향 운동을 허용한다. 예로서, 플런저(72)가 이동불가 구조(미도시)에 접촉될 때 도 1의 좌측으로 잭스크류(70)가 병진되는 경우, 제1 압축 스프링(90)이 스프링 플랜지(98)와 잭스크류(70) 사이에서 편향되어(즉, 압축되어) 플런저(72)를 향한 잭스크류(70)의 축방향 이동을 허용할 수 있다. 유사하게, 플런저(72)가 이동불가 구조(미도시)에 결합될 때 잭스크류(70)가 도 1의 우측으로 병진하는 경우, 제2 압축 스프링(92)이 베어링 또는 부싱(84)과 스프링 플랜지(98) 사이에서 편향되어(즉, 압축되어) 플런저(72)로부터 멀어지는 잭스크류(70)의 축방향 이동을 허용할 수 있다.
작동기(10)가 하우징(20)에 나사식으로 결합된 잭스크류(70)를 갖는 것으로 설명되었지만, 작동기는 다소 다른 방식으로 구성될 수 있다는 것을 인지하여야 한다. 도 3에서, 본 개시내용의 교지에 따라 구성된 다른 작동기가 전체적으로 참조 부호 10'로 표시되어 있다. 작동기(10')는 절환식 릴럭턴스 모터(12')와 플런저 조립체(14')를 포함할 수 있다.
절환식 릴럭턴스 모터(12')는 하우징(20'), 고정자(22), 회전자(24') 및 제어기(26)를 포함할 수 있다. 하우징(20‘)은 하우징(20')이 모터 공동(30) 내에 배치될 수 있는 한 쌍의 베어링 장착부(100)를 형성할 수 있다는 것을 제외하면 상술한 하우징(20)(도 1)과 대체로 유사할 수 있다. 회전자(24')는 회전자(24')가 한 쌍의 베어링(102a, 102b) 상에 장착되고 이 베어링들이 베어링 장착부(100) 상에 수용되며(그래서, 회전자(24')가 회전축(40)을 따라 축방향으로 이동할 수 없고), 회전자 보어(52')가 대체로 원통형 부분(106)과 대체로 원통형 부분(106)과 교차할 수 있는 슬롯형 부분(108)을 가질 수 있다는 점을 제외하면, 상술한 회전자(24)(도 1)와 대체로 유사할 수 있다. 선택적으로, 자석(구체적으로 도시되지 않음)이 원하는 위치에서 회전자(24')에 장착될 수 있고, 고정자(22)에 대한 회전자(24')의 회전을 저지할 수 있는 보유력을 생성하도록 구성될 수 있다.
플런저 조립체(14')는 적어도 하나의 스프링과 플런저(72')를 포함할 수 있다. 제공된 예에서, 적어도 하나의 스프링은 복수의 나선형 코일(110)을 갖는 단일 압축 스프링(90')과 단일 압축 스프링(90')의 대향한 축방향 단부들 상에 형성된 돌출단(tang)(112a, 112b)으로 구성된다. 돌출단(112a, 112b)은 나선형 코일(110)으로부터 반경방향 외향 연장할 수 있다. 단일 압축 스프링(90')은 회전자(24') 내에 동축적으로 수용될 수 있고, 그래서, 나선형 코일(110)은 회전자 보어(52')의 대체로 원통형 부분(106) 내에 수용되고 돌출단(112a, 112b)은 슬롯형 부분(108) 내에 수용된다. 따라서, 슬롯형 부분(108) 내의 돌출단(112a, 112b)의 수용은 단일 압축 스프링(90')을 회전자(24')에 공통 회전하도록 결합시킨다는 것을 알 수 있다. 플런저(72')는 플런저 본체(96')와 스프링 플랜지(98')를 가질 수 있다. 플런저 본체(96')는 단일 압축 스프링(90')의 나선형 코일(110) 내에 수용될 수 있고, 하우징(20')에 대해 회전불가능하게, 그러나, 축방향으로 이동가능하게 결합될 수 있다. 스프링 플랜지(98')는 나선형 코일(110) 내로 나사결합될 수 있는 나선형 나사부형태(120)를 형성할 수 있다.
동작시, 회전축(40) 둘레에서의 회전자(24')의 회전은 단일 압축 스프링(90')의 대응 회전을 유발한다. 스프링 플랜지(98')의 나선형 나사부형태(120)는 나선형 코일(110)에 나사식으로 결합될 수 있기 때문에, 나선형 코일(110)의 회전은 또한 회전축(40)을 따른 플런저(72')의 대응 병진을 유발할 수 있다. 회전자(24') 및 나선형 코일(110)이 회전할 때 플런저(72')가 회전할 수 없는 상황에서, 단일 압축 스프링(90')의 일부가 편향되어 회전자(24')와 플런저(72') 사이에서의 상대적 축방향 운동을 허용할 수 있다. 예로서, 통상적으로 플런저(72')가 도 3의 좌측으로 병진하게 하는 제1 회전 방향으로 회전자(24')가 회전되고, 플런저(72')가 이동불가 구조(미도시)와 접촉하여 도 3의 좌측을 향한 플런저(72')의 추가 이동이 방지되는 경우, 나선형 나사부형태(120)와 돌출단(112a) 사이의 단일 압축 스프링(90')의 부분(130)으로부터 나선형 코일(110)이 회전자 보어(52')의 대체로 원통형 부분(106)의 공간 내에 감겨질 수 있고, 나사부형태(120)와 베어링(102b) 사이에서 압축되어 플런저(72')가 도 3의 좌측으로 이동할 수 없을 때 제1 회전 방향으로 단일 압축 스프링(90')과 회전자(24')의 회전 이동을 허용할 수 있다. 유사하게, 회전자(24')가 제1 회전 방향에 대향한 제2 회전 방향 방향(통상적으로 플런저(72')가 도 3의 우측으로 병진하게 하는 방향)으로 회전되고, 플런저(72')가 이동불가 구조(미도시)와 결합되어 도 3의 우측으로의 플런저(72')의 이동이 방지되는 경우, 나선형 나사부형태(120)와 돌출단(112b) 사이의 단일 압축 스프링(90')의 부분(132)으로부터 나선형 코일(110)은 회전자 보어(52')의 대체로 원통형 부분(106)의 공간 내에 감겨질 수 있고, 나사부형태(102)와 베어링(102a) 사이에서 압축되어 플런저(72')가 도 3의 우측으로 이동할 수 없을 때 제2 회전 방향으로 단일 압축 스프링(90')과 회전자(24)의 회전 이동을 허용할 수 있다.
실시예에 대한 상술한 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제공된 것이다. 개시내용을 모두 설명하거나 제한하고자 하는 의도는 없다. 특정 실시예의 개별 요소나 특징은 일반적으로 해당 특정 실시예에 한정되지 않으며, 대신, 적용가능하다면, 상호교체가능하고, 구체적으로 도시되거나 설명되지 않은 경우라도 선택된 실시예에 사용될 수 있다. 이는 또한 다수의 방식으로 변형될 수 있다. 이런 변형은 개시내용으로부터 벗어나는 것으로 간주되지 않으며, 모든 이런 변형은 본 개시내용의 범주 내에 포함되는 것을 의도한다.

Claims (16)

  1. 작동기이며,
    모터 하우징, 고정자 및 회전자를 구비하는 절환식 릴럭턴스 모터로서, 모터 하우징은 모터 공동을 형성하고, 모터 공동 내에 고정자 및 회전자가 수용되며, 고정자는 복수의 고정자 극편과 복수의 고정자 권선을 가지고, 고정자 권선 각각은 고정자 극편 중 대응하는 하나 둘레에 권선되고, 회전자는 축 둘레에서 회전할 수 있고, 복수의 회전자 극편을 구비하는, 절환식 릴럭턴스 모터와,
    플런저 및 적어도 하나의 스프링을 구비하는 플런저 조립체로서, 플런저는 회전자 내에 동축적으로 수용되고, 축을 따라 축 방향으로 하우징에 대해 이동가능하고, 적어도 하나의 스프링은 하우징과 플런저 사이의 힘 전달 경로 내에 배치되고, 적어도 하나의 스프링은 대향한 축 방향들로 축을 따른 플런저의 이동을 허용하도록 구성되며, 플런저 조립체는 회전자에 의해 구동되는, 플런저 조립체
    를 포함하고,
    플런저 조립체는 모터 하우징에 나사식으로 결합되는 잭스크류를 더 포함하고, 잭스크류는 회전자의 회전에 반응하여 축을 따라 축방향으로 이동하도록 구성되고,
    잭스크류는 회전자에 회전불가하게 결합되는,
    작동기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 잭스크류와 플런저 중 하나는 잭스크류와 플런저 중 다른 하나 내에 활주가능하게 수용되는, 작동기.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 잭스크류와 플런저 중 하나는 잭스크류와 플런저 중 다른 하나 내에 활주가능하게 수용되고,
    적어도 하나의 스프링은 제1 압축 스프링과 제2 압축 스프링을 포함하고, 제1 압축 스프링은 플런저와 잭스크류 사이에 배치되고, 제2 압축 스프링은 플런저와 하우징 사이에 배치되는, 작동기.
  7. 제6항에 있어서, 제1 및 제2 압축 스프링은 플런저 상에 동축적으로 장착되는, 작동기.
  8. 제1항에 있어서, 잭스크류와 플런저 중 하나는 잭스크류와 플런저 중 다른 하나 내에 활주가능하게 수용되고,
    플런저와 잭스크류 사이에 장착된 베어링을 더 포함하는, 작동기.
  9. 제1항에 있어서, 회전자는 고정자 내에서 축을 따라 이동할 수 있는, 작동기.
  10. 제1항에 있어서, 회전자에 결합된 자석을 더 포함하고, 자석은 고정자 극편 중 하나에 대한 자석의 정렬이 고정자에 대한 회전자의 회전을 저지하는 보유력을 생성하도록 고정자를 향해 배향되는, 작동기.
  11. 제10항에 있어서, 자석은 회전자 극편에 장착되는, 작동기.
  12. 작동기이며,
    모터 하우징, 고정자 및 회전자를 구비하는 절환식 릴럭턴스 모터로서, 모터 하우징은 모터 공동을 형성하고, 모터 공동 내에 고정자 및 회전자가 수용되며, 고정자는 복수의 고정자 극편과 복수의 고정자 권선을 가지고, 고정자 권선 각각은 고정자 극편 중 대응하는 하나 둘레에 권선되고, 회전자는 축 둘레에서 회전할 수 있고, 복수의 회전자 극편을 구비하는, 절환식 릴럭턴스 모터와,
    플런저 및 적어도 하나의 스프링을 구비하는 플런저 조립체로서, 플런저는 회전자 내에 동축적으로 수용되고, 축을 따라 축 방향으로 하우징에 대해 이동가능하고, 적어도 하나의 스프링은 하우징과 플런저 사이의 힘 전달 경로 내에 배치되고, 적어도 하나의 스프링은 대향한 축 방향들로 축을 따른 플런저의 이동을 허용하도록 구성되며, 플런저 조립체는 회전자에 의해 구동되는, 플런저 조립체
    를 포함하고,
    적어도 하나의 스프링은 단일 스프링으로 구성되고, 이 단일 스프링은 회전자와 함께 회전하도록 회전자에 장착되고,
    플런저는 하우징에 회전불가하게 결합되는,
    작동기.
  13. 제12항에 있어서, 단일 스프링은 복수의 나선형 코일을 가지고, 플런저는 나선형 코일에 나사식으로 결합되는 나선형 나사부형태를 갖는, 작동기.
  14. 삭제
  15. 제12항에 있어서, 단일 스프링은 회전자에 형성된 채널 내에 활주가능하게 수용되는 한 쌍의 돌출단(tang)을 구비하는, 작동기.
  16. 제12항에 있어서, 한 쌍의 베어링을 더 포함하고, 베어링 각각은 하우징에 대해 회전하도록 회전자의 대응 단부를 지지하는, 작동기.
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