KR102187928B1

KR102187928B1 - 2단 유성기어가 구비된 차량용 액츄에이터

Info

Publication number: KR102187928B1
Application number: KR1020190073682A
Authority: KR
Inventors: 최수길
Original assignee: 주식회사 인팩
Priority date: 2019-06-20
Filing date: 2019-06-20
Publication date: 2020-12-08

Abstract

본 발명은 동력원으로부터 작동 대상물에 이르기까지 동력 전달을 위한 기어열의 배치구조를 2단 유성기어가 적용된 기어열로 대체하여 최적의 감속비를 달성함으로써 액츄에이터의 구성에 필요로 하는 부품의 수량을 감소하고 효율적인 기어 배치를 통한 구동력의 전달 성능을 향상시킬 수 있는 차량용 액츄에이터를 개시한다.
전술한 차량용 액츄에이터는 전동모터(10)의 회전축에 설치되는 선기어(21), 상기 선기어(21)에 대해 외접하는 제1피니언기어(22)와 제2피니언기어(23), 상기 제1피니언기어(22)와 상기 제2피니언기어(23)에 대해 내접하는 링기어(24), 및 상기 제2피니언기어(23)에 결합되는 캐리어(25)를 구비하고, 상기 제1피니언기어(22)는 공전이 구속되며, 상기 링기어(24)는 상기 제1피니언기어(22)와의 치합부와 상기 제2피니언기어(23)와의 치합부에 대한 기어비를 각각 달리하도록 구성된다.

Description

2단 유성기어가 구비된 차량용 액츄에이터{Automotive actuator with two stage planetary gear set}

본 발명은 차량용 액츄에이터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 동력원으로부터 작동 대상물에 이르기까지 동력 전달을 2단 유성기어가 적용된 기어열로 대체하여 최적의 감속비로 구현할 수 있는 차량용 액츄에이터에 관한 것이다.

일반적으로 차량에는 다양한 종류의 액츄에이터가 구비되는 데, 종래 터보 차져의 웨이스트 게이트 밸브에 대한 개폐 조절을 위한 액츄에이터는 등록특허 제10-1150884호에 개시된 바와 같은 구성으로 이루어진다.

종래 등록특허 제10-1150884호의 차량용 액츄에이터는 모터축(12)을 갖는 모터(10)가 내장되는 하우징(100) 및 상기 모터축(12)과 결합되고 상기 모터축(12)을 기준으로 모터축(12)의 주변에 원주방향으로 삼각 배치되는 복수의 기어로 구성되는 기어부(200)를 포함하여 구성된다.

이 경우, 차량용 액츄에이터의 기어부(200)는 복층기어로 구성되되 상기 모터축(12)과 치합되며 그 회전중심이 상기 모터축의 우측하부에 마련되는 제1기어(210), 복층기어로 구성되되 상기 제1기어(210)에 대하여 그 일부가 대면되게 마련되며 상기 제1기어(210)와 치합되는 제2기어(220), 상기 제2기어(220)에 대하여 그 일부가 대면되게 마련되며 회전중심이 상기 제2기어(220)의 회전중심으로부터 사선방향으로 이격되어 배치되고 상기 제2기어(220)와 치합되는 제3기어(230)를 포함하는 구성으로 이루어진다.

따라서 종래 등록특허 제10-1150884호에 개시된 차량용 액츄에이터는 모터축(12)을 중심으로 제1기어(210)와 제2기어(220) 및 제3기어(230)가 원주방향으로 삼각 배치되는 구조이므로, 액츄에이터의 전체 사이즈를 크게 설정할 수밖에 없을 뿐만 아니라, 세 종류의 기어를 각각 회전 가능하게 지지하는 회전축이 모두 모터축(12)을 중심으로 삼각으로 이격되게 배치되는 구조이므로, 각 기어에 대해 회전축을 개별적으로 설치해야 하는 번거로움과 함께 부품의 수량이 증대되는 문제를 야기하게 된다.

등록특허 제10-1150884호

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 동력원으로부터 작동 대상물에 이르기까지 동력 전달을 위한 기어열의 배치구조를 2단 유성기어가 적용된 기어열로 대체하여 최적의 감속비를 달성함으로써 액츄에이터의 구성에 필요로 하는 부품의 수량을 감소하고 효율적인 기어 배치를 통한 구동력의 전달 성능을 향상시킬 수 있는 2단 유성기어가 구비된 차량용 액츄에이터를 제공하는 것이다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은 전동모터의 회전축을 통해 제공되는 구동력이 2단 유성기어장치를 거쳐 로드 조립체로 감속 전이되도록 구성되는 차량용 액츄에이터에 있어서, 상기 2단 유성기어장치는 상기 전동모터의 회전축에 설치되는 선기어, 상기 선기어에 대해 동시에 외접하는 제1피니언기어와 제2피니언기어, 상기 제1피니언기어와 상기 제2피니언기어에 대해 동시에 내접하는 링기어, 및 상기 제2피니언기어에 결합되고, 상기 로드 조립체와 연결되는 캐리어를 구비하고, 상기 제1피니언기어는 공전이 구속되어 자전만 가능하게 설치되고, 상기 제2피니언기어는 공전과 자전이 모두 가능하게 설치되며, 상기 링기어는 상기 제1피니언기어와의 치합부와 상기 제2피니언기어와의 치합부에 대한 기어비를 각각 달리하도록 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예로서, 상기 제1피니언기어와 상기 제2피니언기어는 상기 선기어에 대해 동시에 외접하도록 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예로서, 상기 선기어는 상기 제1피니언기어와 외접하여 치결합되는 제1외접부, 및 상기 제2피니언기어와 외접하여 치결합되는 제2외접부를 구비하고, 상기 제1외접부와 상기 제2외접부는 상기 선기어의 외주면에 대해 상하방향으로 분할되어 설정되는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예로서, 상기 제1피니언기어와 상기 제2피니언기어는 상기 링기어에 대해 동시에 내접하도록 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예로서,

상기 링기어는 상기 제1피니언기어와 내접하여 치결합되는 제1내접부, 및 상기 제2피니언기어와 내접하여 치결합되는 제2내접부를 구비하고, 상기 제1내접부와 상기 제2내접부는 상기 링기어의 내주면에 대해 상하방향으로 분할되어 설정되는 것이 바람직하다.

본 발명은 상기 캐리어와 하우징 커버 사이에 설치되어 외력의 제거시 상기 캐리어를 원래의 위치로 복원되도록 복귀방향을 향해 탄성력을 제공하는 토션스프링을 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명은 상기 캐리어에 대한 위치 검출을 위해 구비되는 위치센서를 더 포함하고, 상기 위치센서는 상기 캐리어에 설치되는 링 마그넷, 및 상기 링 마그넷과 대향하는 위치에 설치되어 회전변위를 검출하는 홀센서로 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에 따른 2단 유성기어가 구비된 차량용 액츄에이터는 터보 차져의 웨이스트 게이트 밸브에 대한 개폐 조절을 위한 액츄에이터의 구성에 있어, 동력원으로부터 발생되는 힘을 웨이스트 게이트 밸브로 전달하는 기어장치의 기어열에 대한 배치 구조를 2단 유성기어가 적용된 기어열로 대체하여 최적의 감속비를 달성할 수 있으므로, 액츄에이터의 구성에 필요로 하는 부품의 수량을 감소하여 장비 전체의 크기를 컴팩트하게 구성할 수 있고, 장비의 크기에 대한 최적화를 통해 부품의 중량 및 원가를 절감할 수 있으며, 효율적인 기어 배치를 통해 구동력의 전달 성능을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 2단 유성기어가 구비된 차량용 액츄에이터를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 차량용 액츄에이터에 대한 종단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 차량용 액츄에이터에서 내부의 2단 유성기어장치에 대한 조립상태를 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 차량용 액츄에이터에서 주요 구성부품들을 분해하여 도시한 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 차량용 액츄에이터에서 2단 유성기어장치만을 별도로 분리하여 도시한 분해 사시도이다.
도 6은 도 4에 도시된 차량용 액츄에이터에서 2단 유성기어장치만을 별도로 분리하여 저면에서 도시한 분해 사시도이다.
도 7은 본 발명의 차량용 액츄에이터에서 2단 유성기어장치에 의한 감속비를 설명하는 것으로, 선기어 회전각 대비 캐리어의 회전각을 비교하여 도시한 그래프이다.

이하, 본 발명에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.

도 1과 도 2를 참조로 하면, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 액츄에이터는 기어열의 배치구조를 2단 유성기어가 적용된 기어열로 대체하여 최적의 감속비로 출력하여 터보 차져의 웨이스트 게이트 밸브에 대한 개폐를 안정적으로 구현하기 위한 것으로, 동력원에 해당하는 전동모터(10), 상기 전동모터(10)로부터 발생되는 구동력을 감속 전이하는 2단 유성기어장치(20), 및 상기 2단 유성기어장치(20)를 통해 감속 전이된 구동력을 작동 대상물에 전달하는 출력기구로서 로드 조립체(30)를 포함하여 구성된다.

상기 전동모터(10)는 도 2와 도 3 및 도 3에 도시된 바와 같이 동력원에 해당하는 것으로, 외부로부터 인가되는 전원에 의해 동작되어 작동 대상물의 구동에 필요로 하는 회전 구동력을 발생시키도록 구성된다. 이를 위해 상기 전동모터(10)는 외부 전원과의 전기적 접속 및 작동 제어를 위한 커넥터 터미널을 구비한다.

또한, 상기 전동모터(10)는 도 2에 도시된 바와 같이 하우징(40)과 모터커버(50)에 의해 형성되는 내부공간에 수용되도록 구성된다. 이 경우, 상기 하우징(40)은 내부에 전동모터(10)를 수용하도록 형성되고, 상기 모터커버(50)는 하우징(40)의 저면부에 대해 착탈 가능하게 결합되어 전동모터(10)의 수용상태를 마감하도록 형성되는 데, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 2단 유성기어장치(20)는 도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이 하우징(40)과 하우징 커버(60)에 의해 형성되는 내부공간에 수용되도록 구성된다. 이 경우, 상기 하우징 커버(60)는 내부에 2단 유성기어장치(20)를 수용하도록 형성된다. 또한, 상기 하우징 커버(60)는 하우징(40)의 상면부에 대해 착탈 가능하게 결합되어 상기 2단 유성기어장치(20)의 수용상태를 마감하도록 형성되는 데, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 2단 유성기어장치(20)는 상기 전동모터(10)의 회전축(10a)에 설치되는 선기어(21), 상기 선기어(21)에 대해 외접하는 복수의 제1피니언기어(22)와 제2피니언기어(23), 상기 제1피니언기어(22)와 상기 제2피니언기어(23)에 대해 내접하는 링기어(24), 및 상기 제2피니언기어(23)에 결합되고, 상기 로드 조립체와 연결되는 캐리어(25)를 포함하여 구성되는 데, 상기 제1피니언기어(22)와 상기 제2피니언기어(23)는 상기 선기어(21)에 대해 동시에 외접함과 더불어 상기 링기어(24)에 대해 동시에 내접하는 구조로 이루어진다. 상기 2단 유성기어장치(20)를 구성하는 다수의 기어에 대한 세부적인 구성 및 결합관계에 대한 설명은 다음과 같다.

상기 선기어(21)는 전동모터(10)의 회전축(10a)에 설치되어 전동모터의 구동시 일체로 회전하는 스퍼기어의 형태로 이루어진다. 다만, 상기 선기어(21)의 형태는 스퍼기어에 한정되는 것이 아니라 헬리컬 등의 다양한 치형의 기어로도 대체될 수 있을 것이다.

또한, 상기 선기어(21)는 상기 제1피니언기어(22)와 외접하여 치결합되는 제1외접부(21a), 및 상기 제2피니언기어(23)와 외접하여 치결합되는 제2외접부(21b)를 구비하고, 상기 제1외접부(21a)와 상기 제2외접부(21b)는 상기 선기어(21)의 외주면에 대해 상하방향으로 분할되는 영역에 걸쳐 일체로 형성되도록 구성된다.

상기 제1피니언기어(22)와 상기 제2피니언기어(23)는 상기 선기어(21)를 중심으로 방사상 구조로 이격되게 배치되는 것으로, 상기 선기어(21)의 외주면에 대해 동시에 외접하도록 구성된다. 이 경우, 상기 제1피니언기어(22)는 하우징(40)에 고정되어 상기 선기어(21)에 대한 공전이 구속되고 자전만 허용되게 하는 제1피니언샤프트(22a)를 갖추도록 구성된다. 또한, 상기 제2피니언기어(23)는 캐리어(25)에 고정되어 상기 선기어(21)에 대한 공전과 자전이 모두 허용되게 하는 제2피니언샤프트(23a)를 갖추도록 구성된다.

상기 링기어(24)는 상기 제1피니언기어(22)와 상기 제2피니언기어(23)를 내주면에 대해 동시에 내접하도록 구성된다. 이를 위해, 상기 링기어(24)는 상기 제1피니언기어(22)와 내접하여 치결합되는 제1내접부(24a), 및 상기 제2피니언기어(23)와 내접하여 치결합되는 제2내접부(24b)를 구비하고, 상기 제1내접부(24a)와 상기 제2내접부(24b)는 상기 링기어(24)의 내주면에 대해 상하방향으로 분할되는 영역에 걸쳐 일체로 형성되도록 구성된다.

특히, 상기 링기어(24)는 상기 제1피니언기어(22)와의 치합부와 상기 제2피니언기어(23)와의 치합부에 대한 기어비를 각각 달리하도록 구성된다. 즉, 상기 링기어(24)는 상기 제1피니언기어(22)와 치결합되는 제1내접부(24a)와 상기 제2피니언기어(23)와 치결합되는 제2내접부(24b)에 대한 직경을 달리함으로써 상기 제1피니언기어(22)와 상기 제2피니언기어(23)에 대한 기어비를 각각 다르게 설정할 수 있게 된다.

상기 캐리어(25)는 상기 제2피니언기어(23)와 제2피니언샤프트(23a)를 매개로 결합되는 것으로, 상기 로드 조립체(30)와는 회전축(25a)과 결합되는 링크아암(31)을 매개로 연결되도록 구성된다. 즉, 상기 캐리어(25)의 회전축(25a)에는 상기 링크아암(31)의 회동단부가 연결됨으로써 상기 캐리어(25)의 회전시 상기 링크아암(31)도 함께 회전하여 상기 로드 조립체(30)를 회전할 수 있게 된다.

부연하자면, 상기 캐리어(25)의 회전축(25a)은 자유단부가 상기 하우징 커버(60)를 관통하여 상기 링크아암(31)의 회동단부와의 연동 가능한 결합을 통해 상기 로드 조립체(30)를 동작시키도록 구성된다. 이에 따라, 상기 캐리어(25)의 회전축(25a)은 링크아암(31)의 회동단부에 형성된 체결구멍으로 삽입되어 고정되고, 상기 링크아암(31)은 로드 조립체(30)를 매개로 터보 차져의 웨이스트 게이트 밸브와 연결됨으로써 웨이스트 게이트 밸브에 대한 개폐를 조절할 수 있게 된다.

또한, 상기 캐리어(25)의 회전축(25a)은 상기 하우징 커버(60)에 대해 베어링(70)을 매개로 회전 가능하게 지지되도록 설치된다.

또한, 상기 캐리어(25)는 상기 하우징 커버(60)에 대해 자력복원수단을 매개로 탄력적인 회전을 구현할 수 있는 상태로 설치되는 데, 상기 자력복원수단은 상기 캐리어(25)와 하우징 커버(60) 사이에 설치되어 외력의 제거시 상기 캐리어(25)를 원래의 위치로 복원되도록 복귀방향을 향해 탄성력을 제공하는 토션스프링(80)의 형태로 구성될 수 있을 것이다. 즉, 상기 캐리어(25)는 하우징 커버(60)에 대해 자력복원수단인 상기 토션스프링(80)을 매개로 복귀방향을 향해 탄력적으로 지지되도록 설치된다.

도 2 내지 도 4를 참조로 하면, 본 발명은 상기 캐리어(25)에 대한 위치 검출을 위해 위치센서를 더 포함하여 구성된다. 이 경우, 상기 위치센서는 상기 캐리어(25)에 설치되어 일체로 회전하는 링 마그넷(90), 및 상기 링 마그넷(90)과 대향하는 위치에 설치되어 회전변위를 검출하는 홀센서(91)로 구성되고, 상기 홀센서(91)는 하우징(40)에 대해 고정 설치되도록 구성된다.

상기 로드 조립체(30)는 도 1에 도시된 바와 같이 상기 링크아암(31)의 일단부와 연결되는 긴 로드 형태의 봉상 구조물로 이루어지고, 터보 차져의 웨이스트 게이트 밸브와 연결되도록 구성된다. 이에 따라, 상기 로드 조립체(30)는 링크아암(31)의 회전시 함께 회전하여 웨이스트 게이트 밸브에 대한 개폐를 조절할 수 있게 된다.

따라서 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 기어열 배치구조를 최적화한 차량용 액츄에이터는 상기 전동모터(10)의 작동에 따라 발생된 회전 구동력이 상기 2단 유성기어장치(20)의 선기어(21)와 제1피니언기어(22), 제2피니언기어(23), 링기어(24), 및 캐리어(25)를 각각 순차적으로 거쳐 링크아암(31)을 통해 상기 로드 조립체(30)로 전달될 수 있으므로, 터보 차져의 웨이스트 게이트 밸브를 정상적으로 개폐할 수 있게 된다.

이때, 상기 선기어(21)의 회전력이 상기 제1피니언기어(22)와 제2피니언기어(23)로 동시에 전달되는 과정에서 상기 제1피니언기어(22)는 하우징(40)에 대해 고정되어 공전이 구속된 상태에서 상기 링기어(24)를 회전시키는 반면에, 상기 제2피니언기어(23)는 공전이 구속되지 않은 상태에서 상기 링기어(24)를 회전시키게 되므로, 상기 링기어(24)와 캐리어(25)는 서로 반대되는 방향으로 회전하게 되고, 상기 제2피니언기어(23)를 통해 상기 캐리어(25)로 출력되는 최종 기어비는 크게 증대될 수 있게 된다.

즉, 상기 2단 유성기어장치(20)는 상기 제1피니언기어(22)에 대한 공전의 구속과 자전의 허용, 및 상기 제2피니언기어(23)에 대한 공전과 자전의 허용을 통해 도 7의 그래프에 도시된 바와 같이, 상기 선기어(21)의 입력 회전각 대비 상기 캐리어(25)의 출력 회전각은 크게 대략 1:38의 비율로 감속되어 상기 로드 조립체(30)로 전달될 수 있게 된다.

특히, 본 발명은 2단 유성기어장치(20)를 이용한 액츄에이터의 기어열에 대한 배치 구조를 설정함으로써, 액츄에이터의 구성에 필요로 하는 부품의 수량을 감소하여 장비 전체의 크기를 컴팩트하게 구성할 수 있음과 동시에, 장비의 크기에 대한 최적화를 통해 부품의 중량 및 원가를 절감할 수 있고, 2단 유성기어의 적용에 따른 기어비의 증대를 통해 구동력의 전달 성능을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 캐리어(25)에 구비되는 자력복원수단인 토션스프링(80)을 매개로 외력의 제거시 별도의 리턴 제어를 위한 전동모터(10)의 동작없이도 토션스프링(80)이 구현할 수 있는 탄성 복원력을 매개로 캐리어(25)를 원래의 위치로 복귀시킬 수 있으므로, 불필요한 동력의 낭비를 배제할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 액츄에이터의 구동 제어를 실시하는 일련의 과정에서 링 마그넷(90)과 홀센서(91)로 구성되는 위치센서를 매개로 캐리어(25)에 대한 위치를 실시간으로 검출할 수 있으므로, 로드 조립체(30)를 이용한 터보 차져의 웨이스트 게이트 밸브에 대한 개폐 제어를 더욱 정밀하게 수행할 수 있게 된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술적 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10-전동모터 20-2단 유성기어장치
21-선기어 22-제1피니언기어
23-제2피니언기어 24-링기어
25-캐리어 25a-회전축
30-로드 조립체 31-링크아암
40-하우징 50-모터커버
60-하우징 커버 70-베어링
80-토션스프링 90-링 마그넷
91-홀센서

Claims

전동모터의 회전축을 통해 제공되는 구동력이 2단 유성기어장치를 거쳐 로드 조립체로 감속 전이되도록 구성되는 차량용 액츄에이터에 있어서,
상기 2단 유성기어장치는
상기 전동모터의 회전축에 설치되는 선기어;
상기 선기어에 대해 동시에 외접하는 제1피니언기어와 제2피니언기어;
상기 제1피니언기어와 상기 제2피니언기어에 대해 동시에 내접하는 링기어; 및
상기 제2피니언기어에 결합되고, 상기 로드 조립체와 연결되는 캐리어를 구비하고,
상기 선기어는 상기 제1피니언기어와 외접하여 치결합되는 제1외접부, 및 상기 제2피니언기어와 외접하여 치결합되는 제2외접부를 구비하며,
상기 제1피니언기어는 공전이 구속되어 자전만 가능하게 설치되고, 상기 제2피니언기어는 공전과 자전이 모두 가능하게 설치되며,
상기 링기어는 상기 제1피니언기어와 치결합되는 제1내접부와 상기 제2피니언기어와 치결합되는 제2내접부를 구비하고, 상기 제1내접부와 상기 제2내접부는 상기 링기어와의 기어비를 각각 달리 설정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 2단 유성기어가 구비된 차량용 액츄에이터.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 제1외접부와 상기 제2외접부는 상기 선기어의 외주면에 대해 상하방향으로 분할되어 설정되는 것을 특징으로 하는 2단 유성기어가 구비된 차량용 액츄에이터.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 제1내접부와 상기 제2내접부는 상기 링기어의 내주면에 대해 상하방향으로 분할되어 설정되는 것을 특징으로 하는 2단 유성기어가 구비된 차량용 액츄에이터.
청구항 1에 있어서,
상기 캐리어와 하우징 커버 사이에 설치되어 외력의 제거시 상기 캐리어를 원래의 위치로 복원되도록 복귀방향을 향해 탄성력을 제공하는 토션스프링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2단 유성기어가 구비된 차량용 액츄에이터.
청구항 1에 있어서,
상기 캐리어에 대한 위치 검출을 위해 구비되는 위치센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2단 유성기어가 구비된 차량용 액츄에이터.