KR101865456B1 - 내연기관의 밸브유닛을 구동하기 위한 액튜에이터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내연기관의 밸브유닛을 구동하기 위한 액튜에이터에 관한 것으로, 전기모터(26); 및 전기모터(26)에 의해 구동되고 기어링 하우징(30)을 갖는 기어링(28);을 포함하고, 기어링(28)이 기어링 하우징(30)에 배치되며, 기어링 하우징(30)은 제1 기어링 하우징부(32)를 갖추고, 제1 기어링 하우징부로부터 액튜에이터(12)의 출력요소(16)가 뻗으며; 기어링 하우징(30)이 기어링 하우징커버(34)를 포함하고, 전기모터(26)가 기어링 하우징커버(34)에 체결되며, 전기모터(26)의 베어링(82)은 기어링 하우징커버(34) 안에 축방향과 반경방향으로 체결된다.

Description

내연기관의 밸브유닛을 구동하기 위한 액튜에이터{ACTUATOR FOR DRIVING A VALVE UNIT OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 전기모터, 전기모터로 구동되는 기어링, 기어링이 배치된 기어링 하우징, 액튜에이터의 출력요소가 돌출하는 제1 기어링 하우징부를 갖는, 내연기관의 밸브유닛을 구동하기 위한 액튜에이터에 관한 것이다.
이런 액튜에이터는 보통 내연기관의 배가스 순환밸브를 구동하는데 사용된다. 연결된 기어링이 줄어든 전동 구동장치의 비율은 그 정밀성과 신뢰성 때문에 과거 몇년간 지속적으로 증가되었다. 전기모터로는 브러시 모터와 전자식 정류모터 두가지 모두 사용되고 있다. 기어링은 유성기어나 평기어이고, 밸브로드는 편심 경사 링크와 이런 링크에서 작동하는 베어링을 통해 가동된다.
비용절감을 위해, 대부분의 저비용 전기모터는 기어링 하우징에 플랜지로 연결된다. 이런 디자인의 예가 EP0887540에 소개되었는데, 여기서는 기어링 하우징 안에 형성된 기어링을 갖춘 배가스 순환밸브를 이용하고, 이 기어링을 가동하는 전기모터는 기어링 하우징커버의 개구부를 통해 기어링 내부공간으로 뻗어 모터 하우징 안에 배치되며, 모터 하우징은 플랜지에 의해 기어링 하우징커버에 결합된다.
엄격한 배출기준 때문에 엔진실 안에 설치할 부품들이 추가되기 때문에, 가능한 설치공간이 최근 몇년간 줄어들었다. 이런 이유료 설치공간이 좁은 액튜에이터가 개발되고 있다.
이를 위해, EP2177801A가 소개한 배가스 순환밸브용 액튜에이터에서는, 브러시 락커를 형성하는 전기모터의 판을 기어링 하우징의 개구부에 끼우고 나사로 조여 모터하우징을 기어링 하우징에 결합한다. 이를 위해, 모터하우징 안으로 뻗는 돌출부를 판에 설치하여 센터링을 이룬다. 이 판과 선기어와 유성기어의 중공 기어 사이에 전기모터의 A-베어링을 배치한다. 이렇게 하여, 축방향 설치공간은 줄어드는 대신, 조립은 어려워진다. 또, 이런 종류의 베어링은 유성기어로만 실현할 수 있고, 전기모터의 베어링도 진동의 영향을 극히 많이 받는다.
따라서, 본 발명의 목적은 설치공간이 작고 설치도 편하며, 특히 개별 요소들을 사전조립할 수 있는 밸브유닛용 액튜에이터를 제공하는데 있고, 이를 위해 부품수를 최소화하고 전기모터의 수명을 늘이도록 한다. 또한 어떠한 기어링과의 결합도 가능해야 한다.
이런 목적은 청구항 1의 기술적 특징을 갖는 내연기관의 밸브유닛을 구동하는 액튜에이터에 의해 달성된다.
기어링 하우징의 하우징커버에 전기모터가 체결되고 그 안에 전기모터의 베어링이 축방향과 반경방향으로 체결되기 때문에 가능한 한편, 전체 모터유닛을 사전 조립할 수 있고 이것을 기어링 하우징에 체결할 수 있음은 물론, 다른 한편으로는 이 유닛을 어떤 기어링에도 연결할 수 있다. 기어링 하우징커버 안에 베어링을 배치하여 전기모터를 기어링 하우징에 통합하기 때문에, 아주 좁은 설치공간만 있어도 된다.
베어링은 기어링 하우징커버에 체결된 클램핑요소에 의해 축방향으로 고정되는 것이 바람직하다. 이런 클램핑요소는 인접 기어링과는 무관한 베어링의 완전 체결을 위한 것이다. 따라서, 기어링 하우징커버를 전기모터와 완전히 사전 조립할 수 있어, 인접 기어링과 관련하여 조립 허용오차가 아주 큰 제조가 가능하다.
클램핑요소에 의해 베어링을 전기모터 방향인 축방향으로 스프링부하를 걸어주면, 진동으로 인한 분리를 걱정하지 않고 회전자의 미약한 축방향 진동을 허용할 수 있다는 점에서 특히 유리하다. 이때문에, 진동완화를 위한 추가 부품을 사용하지 않고 전기모터의 수명을 늘일 수 있다. 롤러베어링을 사용할 경우, 탄성 클램핑요소로 외륜을 구속할 수 있다.
특히 바람직한 것은, 클램핑요소에 포함된 링을 통해 전기모터의 구동축이 기어링 하우징 안으로 뻗고, 적어도 2개의 아암이 링으로부터 기어링 하우징커버를 통해 전기모터를 향해 뻗는 것이다. 이 경우, 기어링 하우징커버의 베어링을 간단히 고정할 수 있어, 조립이 간단해진다. 그와 동시에, 베어링의 외주변에 걸리는 부하가 균일해져, 베어링의 수명이 늘어난다.
또, 클램핑요소의 축방향 고정을 위해, 클램핑요소의 아암들이 전기모터를 마주보는 기어링 하우징커버 측면에서 꺾어져 기어링 하우징커버에 맞닿도록 한다. 이 경우, 기어링 하우징커버의 다른쪽에서 아암들을 간단히 끼우고 접어 결합을 간단히 할 수 있다.
또, 기어링 하우징커버에 용기가 형성되고, 베어링을 이 용기 안에 배치하며, 용기의 벽으로 베어링을 방사상으로 그리고 전기모터 방향의 축방향으로 고정하는 것이 바람직하다. 따라서, 클램핑요소와 함께, 베어링에 연결할 기어링부분들과 무관하게 베어링의 완벽한 체결이 이루어진다.
또, 닫힌 베어링 하우징 반대쪽의 기어링 하우징커버의 측면이 전기모터의 브러시판 역할을 한다. 이때문에, 추가 브러시판이 불필요하다.
또, 브러시판 역할을 하는 기어링 하우징커버 쪽에 수납개구부가 형성되고, 개방 스프링과 브러시판의 탄소 브러시의 브러시홀더를 수납개구부 안에 설치한다. 이 경우, 탄소 브러시의 체결이 아주 간단해짐과 동시에, 기어링 하우징커버가 베어링의 홀더 역할을 하기 때문에 브러시에 대한 전기모터 정류자의 최적의 작동이 보장된다. 그 결과 설치공간이 더 줄어든다.
또, 기어링 하우징 내부를 향한 기어링 하우징커버 쪽에 포켓들을 형성하고, 전기모터의 간섭억제 수단들을 이들 포켓 안에 배치한다. 이 경우, 기어링 하우징커버가 추가 기능을 하여, 필요한 부품수가 더 줄어듬은 물론, 전기모터에 대한 간섭억베 부분들의 최적의 방향이 보장된다.
또, 기어링 하우징커버 안에 금속 도체들을 배치하고, 이런 금속도체들을 통해 간섭억제 수단들을 서로간에는 물론 제어 회로기판에도 연결한다. 이런 구성은 펀칭부로 형성된 도체드을 오버몰딩하여 이루어질 수 있다. 따라서, 기어링 하우징커버 안에서 전기연결이 완전히 이루어져, 제조비를 최소화할 수 있다.
또, 제어 회로기판을 기어링 하우징커버에 있는 기어링 하우징의 내부에 체결하면, 제어에 필요한 전자부품들을 기어링 하이징 커버에 완전히 통합할 수 있어 유리하다.
모든 전자부품들의 완전한 통합을 위해, 전기모터에 전압을 공급하는 커넥터를 기어링 하우징커버에 형성하기도 한다. 따라서, 2개 이상의 하우징 부분들을 통한 전기연결이 불필요하여, 액튜에이터의 조립이 단순화되고, 접촉에러도 방지된다.
따라서, 내연기관의 밸브유닛을 구동하는 액튜에이터의 필요 설치공간이 최소화됨은 물론, 기계적 및 전기적 측면에서 간단하고 경제적으로 조립할 수 잇다. 또, 필요한 부품수가 최소화되고, 기어링 하우징커버에 대한 전기모터와 기어링 하우징 내부의 기어링의 사전조립이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 액튜에이터를 갖춘 배가스 순환밸브에서 기어링 하우징을 부분 절개한 상태의 사시도;
도 2는 연결 기어링이 없이 본 발명의 액튜에이터의 측단면도;
도 3은 도 2의 액튜에이터의 기어링 하우징커버를 전기모터쪽에서 본 사시도;
도 4는 도 2의 액튜에이터의 기어링 하우징커버를 전기모터 반대쪽에서 본 사시도.
도 1의 배가스 순환밸브는 본 발명에 따른 밸브유닛(10)과 액튜에이터(12)를 포함하는데, 액튜에이터에 의해 밸브유닛(10)이 작동된다.
밸브유닛(10)의 밸브 하우징(14) 내부의 밸브로드는 액튜에이터(12)가 작동할 때 병진운동하고, 밸브로드에 밸브폐쇄부재(18)가 체결되어 있다. 입구(20)에서 출구(22)까지의 유동 단면적 조절을 위해, 밸브 하우징(14)에 밸브시트(24)가 형성되고, 밸브폐쇄부재(18)가 공지의 방식으로 밸브시트에 대해 승강운동한다.
액튜에이터(12)는 기어링(28)에 결합된 전기모터(26)로 이루어지고, 전기모터(26)의 회전운동은 기어링(28)에 의해 출력요소(16)의 직선운동으로 변환되며, 이 출력요소도 역시 기어링(28)에 연결되어 있다. 출력요소(16)는 액튜에이터(12)의 기어링 하우징(30) 안으로 뻗으며, 기어링 하우징은 밸브하우징(14)에 체결되고, 기어링(28)은 기어링 하우징에 배열된다.
기어링 하우징(30)은 2부분으로 이루어지고, 첫번째 기어링 하우징부(32)는 한쪽이 트인채 밸브하우징(14)에 체결되며, 기어링 하우징부(32)의 개방부를 가리는 기어링 하우징커버(34)는 시일(36)을 사이에 두고 기어링 하우징부(32)에 나사로 체결된다.
본 발명에서는 기어링 하우징커버(34)가 여러가지 기능을 한다. 이를 위해, 도 3에서 보듯이, 기어링 하우징커버(34)의 플랜지형 돌출부(38)가 첫번째 기어링 하우징부(32) 반대쪽에 있고, 이 돌출부 내부에 수납개구부(40)가 형성된다. 플랜지형 돌출부(38)는 시일(44)을 사이에 두고 전기모터(26)의 극관(42)을 체결하여 전기모터의 열분산을 개선하는 역할을 하는데, 이때문에 모터하우징을 별도로 사용하지 않아도 된다. 구동 피니언(48)이 달린 전기모터(26)는 보어(50)를 통해 기어링 하우징(30) 안으로 뻗고, 보어는 수납개구부(40)안에 동축으로 배치된다.
전기모터(26)의 극관(42)에 달린 고정자(52)는 구동축(46)에 달린 회전자(54)와 공지의 방식으로 협력하고, 회전자에는 날개(도시 안됨)가 달려있다.회전자(54)의 날개에 전기를 공급하기 위해, 구동축(46)에 정류자(56)가 배치되고, 탄소 브러시(58)를 통해 정류자에 전기가 공급된다. 탄소 브러시(58)는 기어링 하우징커버(34)의 수납개구부(40) 안에 나사(62)로 체결된 브러시홀더(60)에 착탈 가능하게 배치된다. 브러시홀더(60)의 탄소 브러시(58)에 방사상 안쪽으로 향하는 부하는 스프링(64)에 의해 생기고, 이 스프링은 수납개구부(40)에 형성된 대응 원통형 돌출부(66) 둘레에 감기며, 스프링의 다리(68)는 돌출부(38)의 벽과 탄소 브러시(58)에 눌려진다. 탄소 브러시(58)의 전기접속은 클램프 접점(72)을 통해 전기를 공급받는 와이어(70)를 통해 이루어지며, 클램프 접점(72)은 기어링 하우징커버(34)의 플라스틱 재료와 오버몰딩되어 펀칭시트로 디자인된 전선(74)의 단부에 형성되며 수납개구부(40)의 플라스틱 재료에서 돌출한다. 따라서, 기어링 하우징커버(34)가 동시에 브러시판(76)처럼 작용한다.
평판형이나 롤러형 베어링(80)이 끼워진 극관(42)의 단부에서 포트형 용기(78)내 한쪽에 전기모터(26)가 지지되고, 기어링 하우징커버(34) 내부를 마주보는 쪽에 제공된 용기(84) 안에 배치된 볼베어링으로 설계된 베어링(82)을 통해 전기모터의 반대쪽이 지지된다. 용기(84)는 보어(50) 및 수납개구부(40)와 동축으로 배치되고, 중간 벽(86)에 의해서 수납개구부(40)와 분리된다. 구동축(46)을 둘러싼 베어링(82)이 중간 벽(86)와 축방향으로 접촉한다. 용기(84)의 방사상 외곽 벽(87)에 의해 베어링(82)이 반경방향으로 고정된다.
축방향 진동으로 인한 전기모터(26)의 회전자(54)와 베어링(82)의 분리방지를 위해, 베어링(82)이나 베어링의 외륜(88)을 클램핑요소(90)를 이용해 전기모터(26) 방향으로 눌러준다. 이를 위해, 클램핑요소(90)에 달린 링(92)의 외주변에서 2개의 아암(94)이 축방향으로 돌출한다. 링(92)이 볼베어링(82)의 외륜(88)을 누르는 동안, 아암(94)은 기어링 하우징커버(34)내에 축방향으로 대응 형상으로 형성된 구멍(96)을 통해 수납개구부(40) 안으로 뻗는다. 기어링 하우징커버(34) 위로 축방향으로 뻗는 아암(94)의 단부(98)는 수납개구부(40)의 축방향 외곽 벽(100)에 닿아 안쪽으로 휘어지고, 브러시홀더(60)가 이 벽(100)에 설치된다. 베어링(80,82)이 축방향 간격과, 포트형 용기(78)와 클램핑요소(90)의 링(92)에서의 베어링의 접촉면들 사이의 축방향 간격들은, 극관(42)을 미끄럼 결합할 때 베어링(80,82)이 탄성인장을 받아 진동에 저항하도록 선택한다.
기어링 하우징커버(34)는 전기모터(26)의 베어링(82)용의 베어링판과 브러시판(76)으로 기능하는 외에도 간섭억제요소(102)의 체결과 전기접점을 제공하는 다른 기능도 수행한다. 도 4에서 보듯이, 이런 간섭억제요소로서, 기어링 하우징(30)의 내부를 마주보는 기어링 하우징커버(34) 측면에 2개의 간섭억제 초크(104)와 3개의 간섭억제 커패시터(106)가 대응 형상의 포켓(108) 안에 배열된다. 전기접속을 위해, 펀칭 시트 형태의 다른 금속 도체들(74)이 기어링 하우징커버(34)에 오버몰딩되어 형성되거나 결합된다.
또, 이런 금속 도체들(74)은 기어링 하우징커버(34)의 측면에 형성된 다른 수납 포켓(108) 안으로 돌출하고, 이 포켓에 제어 회로기판(110)이 배치되며, 전기모터((26)의 제어반의 파워소자(112)가 이 회로기판에 배치된다. 회로기판(110)은 기어링 하우징커버(34)에 직접 형성된 커넥터(114) 반대쪽으로 배치된다. 커넥터(114)에서 접속 탭(116)이 돌출하는데, 이런 탭은 펀칭 시트 형태이고 기어링 하우징(30)에서부터 전기모터(26)를 향해 구동축(46)과 나란히 뻗는다. 따라서, 전기접속, 즉 결합 커넥터의 삽입은 전기모터(26)측으로부터 전기모터와 같은 방향으로 이루어진다.
기어링 하우징커버를 베어링판, 브러시판, 간섭억제 전자소자들의 용기, 회로기판 및 커넥터로 사용함으로써, 다수의 다른 필요 요소들을 크게 줄일 수 있고 조립이 단순화된다. 액튜에이터에 필요한 설치공간도 기존의 액튜에이터에 비해 크게 줄어든다. 또한, 진동저항이 커서 액튜에이터의 수명도 늘어난다.

Claims (12)

  1. 전기모터(26); 및
    전기모터(26)에 의해 구동되고 기어링 하우징(30)을 갖는 기어링(28);을 포함하고,
    상기 기어링(28)이 기어링 하우징(30)에 배치되며, 기어링 하우징(30)은 제1 기어링 하우징부(32)를 갖추고, 제1 기어링 하우징부로부터 액튜에이터(12)의 출력요소(16)가 뻗는, 내연기관의 밸브유닛을 구동하기 위한 액튜에이터에 있어서:
    상기 기어링 하우징(30)이 기어링 하우징커버(34)를 포함하고, 전기모터(26)가 기어링 하우징커버(34)에 체결되며, 전기모터(26)의 베어링(82)은 기어링 하우징커버(34) 안에 축방향과 반경방향으로 체결되고;
    상기 베어링(82)이 기어링 하우징커버(34)에 결합된 클램핑요소(90)에 의해 축방향으로 고정되면서 클램핑요소(90)에 의해 전기모터(26) 방향인 축방향으로 스프링부하를 받는 것을 특징으로 하는 액튜에이터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 클램핑요소(90)가 링(92)을 포함하고, 전기모터(26)의 구동축(46)이 링(92)을 통해 기어링 하우징(30) 안으로 뻗으며, 적어도 2개의 아암(94)이 링(92)으로부터 뻗어 기어링 하우징커버(34)를 통해 축방향으로 전기모터(26)를 향해 뻗는 것을 특징으로 하는 액튜에이터.
  3. 제2항에 있어서, 클램핑요소(90)의 축방향 고정을 위해, 클램핑요소(90)의 아암(94)이 전기모터(26)를 마주보는 기어링 하우징커버(34) 측면에서 꺾어져 기어링 하우징커버(34)에 맞닿는 것을 특징으로 하는 액튜에이터.
  4. 제1항에 있어서, 상기 기어링 하우징커버(34)에 용기(84)가 형성되고, 베어링(82)이 이 용기 안에 배치되며, 용기(84)의 벽(86,87)에 의해 베어링(82)이 방사상으로 그리고 전기모터(26) 방향의 축방향으로 고정되는 것을 특징으로 하는 액튜에이터.
  5. 제1항에 있어서, 닫힌 베어링 하우징(30) 반대쪽의 기어링 하우징커버(34)의 측면이 전기모터(26)의 브러시판(76) 역할을 하는 것을 특징으로 하는 액튜에이터.
  6. 제5항에 있어서, 브러시판(76) 역할을 하는 기어링 하우징커버(34)의 측면에 수납개구부(40)가 형성되고, 개방 스프링(64)과 브러시판(76)의 탄소 브러시(58)의 브러시홀더(60)가 수납개구부(40) 안에 설치되는 것을 특징으로 하는 액튜에이터.
  7. 제1항에 있어서, 기어링 하우징(30)의 내부를 향한 기어링 하우징커버(34)의 측면에 포켓들(108)이 형성되고, 전기모터(26)의 간섭억제 수단들(102)이 이들 포켓 안에 배치되는 것을 특징으로 하는 액튜에이터.
  8. 제7항에 있어서, 기어링 하우징커버(34) 안에 금속 도체들(74)이 배치되고, 이런 금속도체들을 통해 간섭억제 수단들(102)이 서로간에는 물론 제어 회로기판(110)에 연결되는 것을 특징으로 하는 액튜에이터.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제어 회로기판(110)이 기어링 하우징커버(34)에 있는 기어링 하우징(30)의 내부에 체결되는 것을 특징으로 하는 액튜에이터.
  10. 제1항에 있어서, 전기모터(26)에 전기를 공급할 커넥터(114)가 기어링 하우징커버(34)에 형성되는 것을 특징으로 하는 액튜에이터.
  11. 삭제
  12. 삭제
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