KR102599931B1 - 자동차용 인렛액추에이터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동차용 인렛액추에이터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 인렛액추에이터의 충전케이블 커넥터 결선 상태에 따라서 일측단이 잠금홀에 진입되거나 후퇴하는 락핀의 타측단에 잠금홀 진입 상태에 따라서 길이가 가변되는 코일을 설치한 구성을 특징으로 하는 자동차의 인렛액추에이터에 관한 것이다.

Description

자동차용 인렛액추에이터{Inlet actuator for a vehicle}
본 발명은 자동차용 인렛액추에이터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 인렛액추에이터의 충전케이블 커넥터 결선 상태에 따라서 일측단이 잠금홀에 진입되거나 후퇴하는 락핀의 타측단에 잠금홀 진입 상태에 따라서 길이가 가변되는 코일을 설치한 구성을 특징으로 하는 자동차의 인렛액추에이터에 관한 것이다.
근래 전기자동차가 본격적으로 상용화되면서 전기자동차를 충전하기 위한 시스템이 차량에 탑재되고 있다.
이러한 전기자동차 충전 시스템은 충전케이블, 전기자동차 충전케이블 제어장치, 전원을 포함하며, 충전케이블을 이용하여 가정에서도 차량의 배터리의 충전이 가능하도록 설계되어 있다.
상기의 전기자동차 충전케이블 제어장치는 전력의 공급과 차단 제어, 충전 진행 여부, 충전량, 충전가능 용량 등의 정보를 차량에 표시하는 기능을 수행한다.
아울러, 충전케이블의 일측 커넥터를 연결하는 전기충전용 인렛 액추에이터(inlet actuator)가 자동차에 설치된다.
상기 인렛 액추에이터는 충전케이블의 일측 커넥터가 연결될 경우 액추에이터가 동작하면서 충전케이블 커넥터의 이탈을 방지하게 된다.
반대로, 충전이 종료되어 충전케이블 커넥터를 탈거하는 경우, 액추에이터가 동작을 하며 충전케이블 커넥터의 이탈을 허용하게 된다.
도 1 은 종래 전기충전용 인렛 액추에이터를 도시한 것으로서, 자동차의 차체에 결합되어 충전케이블 커넥터가 결선되는 인렛바디(1)와, 상기 인렛바디(1)의 측면에 부설된 액추에이터(2)로 구성된다.
상기 액추에이터(2)는 락핀(3)(lock pin)을 구비하고 있으며, 상기 락핀(3)은 인렛바디(1)에 형성된 잠금홀(4)로 진입하거나 후퇴하면서 충전케이블의 이탈을 방지하게 된다.
즉, 인렛바디(1)에 충전케이블 커넥터가 연결될 경우, 도 2 의 작동상태도 및 하단의 단면도에 도시된 바와 같이, 액추에이터(2)의 락핀(3)이 잠금홀(4)로 진입되어 충전작동중 충전케이블의 이탈을 방지하며, 반대로 충전케이블을 탈거할 경우에는 락핀(3)이 상기 잠금홀(4)로부터 후퇴되면서 충전케이블의 이탈을 가능하게 한다.
그런데, 인렛바디(1)에 충전케이블 커넥터 연결이 부정확하게 이루어질 경우, 도 3 의 작동상태도 및 하단의 단면도에 도시된 바와 같이, 액추에이터(2)의 락핀(3)이 잠금홀(4)에 정상적으로 삽입되지 않고 잠금홀(4)의 주위에 걸리게 되는 경우가 발생될 수 있다.
이러한 경우, 액추에이터(2)의 락핀(3)을 전후방향으로 이동시키는 구동링크를 이루는 액추에이터 기어(gear)가 손상되면서 기어 마모가 발생할 우려가 있다.
또한, 락핀(3)의 전후방향 이동이 방해를 받으면서 액추에이터(2)에 내장된 락핀 작동용 모터에 과부하가 발생되어 액추에이터 동작이 중지될 수 있다.
나아가, 인렛액추에이터에 충전케이블 커넥터가 미연결된 상태가 됨으로써 충전이 불가능하게 되는데, 이러한 충전 불가 상황을 운전자가 미처 인지하지 못할 우려가 있었다.
한편, 상술한 문제점들을 해소하기 위하여, 액추에이터 기어를 금속 등의 내구성이 양호한 소재로 변경하여 볼 수 있으나 이는 필연적으로 제조원가의 상승을 야기하게 되어 비경제적이며, 모터 과부하를 방지하기 위하여 모터 토크량을 저감시키는 방법도 고려하여 볼 수 있으나 이는 고출력이 요구되는 모터를 채용하는 경우에는 모터 토크량을 저감시키는데에 한계가 있다는 점에서 바람직한 해결 방법이 될 수 없는 실정이다.
이러한 전기자동차용 인렛과 관련한 선행기술로서 대한민국특허공개 제 10-2017-72993 호의 전기자동차의 인렛 제어시스템 및 장치가 공지되어 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 창안된 것으로서, 인렛엑추에이터의 락핀이 잠금홀에 정상적으로 삽입되지 않은 경우에 액추에이터 기어의 마모와 손상을 방지할 수 있으며, 액추에이터 작동용 모터에 과부하가 발생되지 않고, 충전케이블 미연결 상태를 운전자에게 인지할 수 있도록 하는 자동차용 인렛엑추에이터의 구성을 제공하는데에 본 발명의 기술적 과제가 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 자동차용 인렛액추에이터의 구성은, 인렛액추에이터의 충전케이블 커넥터 결선 상태에 따라서 일측단이 잠금홀에 진입되거나 후퇴하는 락핀의 타측단에 잠금홀 진입 상태에 따라서 길이가 가변되는 코일을 설치한 구성을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 자동차용 인렛액추에이터는, 인렛엑추에이터의 액추에이터의 락핀이 잠금홀에 정상적으로 삽입되지 않은 경우에 액추에이터 출력을 코일이 흡수함으로써 액추에이터 기어의 마모와 손상을 방지할 수 있으며 액추에이터 작동용 모터에 과부하가 발생되지 않게 되는 효과를 발현한다.
또한, 코일 수축시 공진주파수가 상승되며 이를 무선통신 방식으로 자동차의 전자제어유닛으로 전달함으로써 충전케이블 미연결 상태를 운전자에게 신속하게 인지할 수 있도록 하는 효과를 가진다.
도 1 은 종래 인렛액추에이터의 구성도,
도 2 및 도 3 은 종래 인렛액추에이터의 작동상태도로서, 도 2 는 액추에이터 정상 작동시 작동상태도이고, 도 3 은 액추에이터 비정상 작동시 작동상태도,
도 4 는 본 발명의 인렛엑추에이터의 구성도,
도 5 및 도 6 은 본 발명의 인렛엑추에이터의 작동상태도로서, 도 5 는 액추에이터 정상 작동시 작동상태도이고, 도 6 은 액추에이터 비정상 작동시 작동상태도,
도 7 및 도 8 은 본 발명의 인렛액추에이터의 정상작동시 및 비정상작동시의 공진주파수의 그래프를 나타낸 도면,
도 9 는 본 발명의 인렛액추에이터의 통신상태를 나타내는 도면,
도 10 은 본 발명의 인렛액추에이터의 제어순서도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 자동차용 인렛액추에이터의 구성 및 작동을 설명한다.
단, 개시된 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분하게 전달될 수 있도록 하기 위한 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 태양으로 구체화될 수도 있다.
또한, 본 발명 명세서에서 사용되는 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 4 는 본 발명의 인렛액추에이터의 구성도이다.
본 발명의 인렛액추에이터 장치는 도 1 에 도시된 바와 같은 종래의 전기충전용 인렛 액추에이터의 구조를 기본적으로 가지고 있다.
구체적으로, 본 발명의 인렛액추에이터 장치는, 자동차의 차체에 결합되어 충전케이블 커넥터가 결선되되 잠금홀(20)을 형성한 인렛바디(10)와, 상기 인렛바디(10)의 측면에 부설된 액추에이터(50)에 설치되어 충전케이블 커넥터 결선 상태에 따라서 일측단이 상기 잠금홀(20)에 진입되거나 후퇴하는 락핀(30)을 가지며, 상기 락핀(30)의 타측단에 상기 락핀(30)의 잠금홀(20) 진입 상태에 따라서 길이가 가변되는 코일(40)을 설치한 구성을 특징으로 한다.
즉, 도 5 의 액추에이터 정상 작동시 작동상태도에 도시된 바와 같이, 인렛바디(10)에 충전케이블 커넥터(미도시)가 연결될 경우, 액추에이터(50)에 내장된 락핀(30)이 인렛바디(10)의 잠금홀(20)로 진입되어, 충전작동중 충전케이블의 이탈을 방지하게 된다.
또한, 반대로 충전케이블을 탈거할 경우에는 상기 락핀(30)이 상기 잠금홀(20)로부터 후퇴되면서 충전케이블 이탈을 가능하게 한다.
그러나, 도 6 은 액추에이터 비정상 작동시 작동상태도에 도시된 바와 같이, 인렛바디(10)에 충전케이블 커넥터 연결이 부정확하게 이루어질 경우, 전술한 바와 같이 락핀(30)이 잠금홀(20)에 정상적으로 삽입되지 않고 잠금홀(20)의 주위에 걸리게 되는데, 이때, 락핀(30)의 일측단이 인렛바디(10)에 걸려진 상태에서 액추에이터에 내장된 락핀 작동용 모터가 계속적으로 구동되어 락핀(30)을 잠금홀(20) 방향으로 미는힘이 지속적으로 작용하게 되나, 락핀(30)의 일측단에 형성된 코일(40)이 수축되면서 액추에이터에 내장된 락핀 작동용 모터의 출력을 코일이 흡수함으로써 액추에이터 기어의 마모와 손상을 방지할 수 있게 되면서 액추에이터 작동용 모터에 과부하가 발생되지 않게 되며, 이로 인한 액추에이터 작동 중지를 미연에 방지할 수 있게 된다.
한편, 상기 코일(40)은 전도성 코일, 스프링 또는 피스톤이 이용가능하다.
도 7 및 도 8 은 본 발명의 인렛액추에이터의 정상작동시 및 비정상작동시의 공진주파수의 그래프를 나타낸 도면으로서, 도 7 에 도시된 바와 같이, 락핀(30)이 잠금홀(20)에 정상적으로 삽입될 경우에는 공진주파수가 2.35 GHz 대역에서 -13dB 에서 나타나는 반면, 락핀(30)이 잠금홀(20)에 걸려서 삽입이 이루어지지 않은 비정상 삽입상태일 경우에는 정상 삽입시의 공진주파수보다 큰 2.5 GHz 대역에서 -5.6dB 에서 나타나므로, 이러한 공진주파수의 차이 및 이로부터 반사 손실(return loss)을 산출할 수 있으며, 나아가, 상술한 락핀(30)의 잠금홀(20)에 대한 정상삽입상태 및 비정상삽입상태에 대한 코일(40)의 수축량에 따른 액추에이터의 방사 성능 차이를 알 수 있게 된다.
즉, 정상삽입상태와 비정상삽입상태에서의 외력에 의한 코일의 길이 변화가 발생되므로, 정상삽입상태 및 비정상삽입상태에서의 공진주파수 차이 및 특정 주파수에서의 반사손실(return loss)의 차이가 발생되어, 이를 통하여 정상삽입상태와 비정상삽입상태를 구분할 수 있게 된다.
예를 들면, 도 7 의 그래프를 통하여 공진주파수가 2.35 GHz 대역에서 정상삽입상태와 비정상삽입상태보다 대략 5 배 높은 방사성능을 갖는다고 할 수 있는데, 이를 특정주파수 대역의 발신 안테나(transmitting antenna, Tx 안테나)의 방사성능차이를 통해 수신 안테나(receiving antenna, Rx 안테나)에서 감지전력(detecting power)의 차이로써 정상삽입상태와 비정상삽입상태를 구분할 수 있게 된다.
참고로, 상기 반사손실(Return Loss, 약칭 RL)은 방사 성능의 지표로 활용되는 지수로서, 하기의 수학식 1 을 통하여 산출된다.
(수학식 1)
RL= 20 log | Г | [dB]
* Г: 반사계수(reflection coefficient)
상기 반사계수는 특정 포트로 인가된 전압대비 대비 반사된 전압의 비율(V-/V+)로서, Г= 0 이면 반사된 전압이 0 이므로 입력된 전압 전부 시스템 내부에서 방사 또는 손실의 형태로 소모됨을 의미하고, Г = 1 이면 인가된 입력 모두가 반사되어 시스템으로의 입력이 없다는 것을 의미한다.
또한, 상기 이러한 반사손실은 dB 스케일을 가진 것으로서, 시스템으로의 전력(power) 전달 과정에서 반사에 의한 손실을 수치화한 것으로서, RL 의 값이 작을수록 반사가 작다는 의미이며, 이는 반사에 의한 손실이 적어서 방사 효율을 고려하지 않을 경우 방사 성능이 우수함을 의미한다.
또한, 안테나 및 공진(resonance)이론에 의하면, 본 발명의 인렛액추에이터에 포함된 코일(40)과 같은 방사체의 길이 변화에 따른 공진주파수의 변화를 이용한 것으로서, 방사체 길이가 길수록 공진주파수는 낮아지고, 방사체 길이가 짧을 수록 공진주파수는 높아지는 특성을 이용하는 것이다.
도 8 역시 본 발명의 인렛액추에이터의 정상작동시 및 비정상작동시의 공진주파수의 그래프를 나타내되 도 7 에 도시된 정상삽입상태의 제 1 공진주파수가 2.35 GHz 이고, 동일상태의 제 2 공진주파수가 6.12 GHz 이고, 동일상태의 제 3 공진주파수가 9.10 GHz 대역에서 발생됨을 나타내고 있으며, 동시에 비정상삽입상태의 제 1 공진주파수, 제 2 공진주파수 및 제 3 공진주파수가 정상삽입상태일 경우의 공진주파수와 상이함을 보여주고 있다.
그러므로, 본 발명의 인렛액추에이터는 제 1 공진주파수 대역(2.35 GHz) 뿐만 아니라, 도 8 의 그래프에 나타난 바와 같이 제 2 공진주파수 대역(6.12 GHz) 및 제 3 공진주파수 대역(9.10 GHz)에 대해서도 코일의 길이 변화에 따른 방사 성능의 차이를 확인할 수 있어 판단 기준이 되는 주파수를 선택하는데에 자유도가 큰 장점을 가지게 된다.
하기의 표 1 은 정상삽입상태 및 비정상삽입상태에서의 본 발명 인렛액추에이터의 물리적 특성을 나타내는 표이다.
특성 정상삽입상태 비정상삽입상태
피치(pitch) 4mm 2mm
코일의 턴수 4 turn 4 turn
코일의 수직 길이 대략 16 mm 대략 8 mm
제 1 공진주파수 2.35GHz 2.53GHz
제 1 공진주파수에서의
반사손실		 -11.1 dB -3.6dB
제 1 공진주파수에서의
입력전력(input power)
/출력전력(output power)		 대략 1/10 대략 1/2
그러므로, 상기와 같은 본 발명의 인렛액추에이터의 물리적 특성을 이용하면 코일의 수신단에서 정상삽입상태와 비정상삽입상태를 구분할 수 있게 되며, 특히 상기 표 1 의 제 1 공진주파수에서의 입력전력/출력전력의 값을 수신단에서 이용하는 것이 바람직한데, 이러한 입력전력/출력전력의 값을 산출하기 위하여 본 발명의 인렛액추에이터는 도 9 에 도시된 바와 같은 인렛액추에이터의 통신회로를 이용할 수 있다.
즉, 도 9 에 도시된 바와 같이, 락핀(30)의 코일(40)에 안테나선(ANT)을 결선하고 안테나선(ANT)의 말단을 입력포트(input port)로 하여 인렛액추에이터에 발신 안테나(transmitting antenna, Tx 안테나)를 구성하고, 자동차의 충전케이블 제어장치 또는 자동차 내부에 설치되는 차량내 안테나 수신단에 수신안테나(receiving antenna, Rx 안테나), 밴드패스필터(band pass filter) 및 전력계(power meter)를 부설하고, 공진주파수 대역에서의 방사전력의 감지전력(detecting power)의 차이에 따라서 정상삽입상태와 비정상삽입상태를 구분하고 이를 자동차의 충전제어기(MCU)에 전달하고, 충전제어기는 인렛액추에이터에 충전케이블 커넥터가 미연결된 상태가 됨으로써 충전이 불가능한 상황임을 자동차의 계기판 등에 표시함으로써 운전자가 해당 상황을 인지하고 충전을 재시도할 수 있게 하여 준다.
한편, 본 발명의 인렛액추에이터는 코일(40)의 수축량과 수축에 따른 압력을 측정하기 위한 길이변화 측정센서와 압력측정센서를 설치할 수 있다.
도 10 은 도 9 에 도시된 바와 같은 인렛액추에이터의 통신회로에 따라서 본 발명의 인렛액추에이터를 제어하기 위한 순서도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 인렛액추에이터의 인렛바디(10)에 충전케이블 커넥터가 연결되고(S10), 액추에이터(50)에 내장된 락핀(30)이 인렛바디(10)의 잠금홀(20)로 진입함으로써 액추에이터의 작동을 수행한다(S20).
그러면, 인렛액추에이터를 제어하는 충전제어기가 락핀(30)의 코일(40)의 수축량에 따라서 락핀(30)이 잠금홀(20)에 대하여 정상삽입상태인지 비정상삽입상태인지 판단한다(S30).
구체적으로, 상기 S30 단계는, 코일(40)의 수축량에 따른 공진주파수를 감지하고(S31), 해당 공진주파수에 따른 반사손실(return loss)를 산출하여(S32), 감지된 공진주파수와 반사손실이 기설정된 정상상태값에 해당하는지 판단한다(S33).
그리고, 상기 S33 단계의 판단결과에 따라서, 감지된 공진주파수와 산출된 반사손실이 기설정된 정상상태값이면 충전을 계속 진행하고(S40), 감지된 공진주파수와 산출된 반사손실이 기설정된 정상상태값이 아니면 충전제어기(MCU)은 충전이 불가능한 상황임을 자동차의 계기판 등에 표시하여 운전자에게 해당 상황을 인지시킨다(S50).
이후, 충전 불가능한 상황을 인지한 상황에서 인렛바디(10)에 충전케이블 커넥터를 재연결하는 충전 재시도를 제어한다(S60).
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10; 인렛바디
20; 잠금홀
30; 락핀
40; 코일

Claims (6)

  1. 자동차의 차체에 결합되어 충전케이블 커넥터가 결선되되 잠금홀(20)을 형성한 인렛바디(10)와, 상기 인렛바디(10)의 측면에 부설된 액추에이터(50)에 설치되어 충전케이블 커넥터 결선 상태에 따라서 일측단이 상기 잠금홀(20)에 진입되거나 후퇴하는 락핀(30)을 가지는 자동차의 인렛액추에이터에 있어서,
    상기 락핀(30)의 타측단에 상기 락핀(30)의 잠금홀(20) 진입 상태에 따라서 길이가 가변되는 코일(40)을 설치하고,
    상기 락핀(30)의 코일(40)에 안테나선(ANT)을 결선하고 안테나선(ANT)의 말단을 입력포트로 하여 인렛액추에이터에 발신안테나를 구성하고, 자동차의 안테나 수신단에 수신안테나를 부설하고,
    상기 인렛액추에이터를 제어하는 충전제어기가 상기 코일(40)의 길이 가변에 따른 공진주파수 대역에서의 방사전력의 감지전력의 차이에 따라서 정상삽입상태와 비정상삽입상태를 판단하는 구성을 특징으로 하는 자동차의 인렛액추에이터.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 충전제어기는,
    비정상삽입상태일 경우 충전이 불가능한 상황임을 계기판에 표시하는 구성을 특징으로 하는 자동차의 인렛액추에이터.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 인렛액추에이터에,
    상기 코일(40)의 수축량을 측정하기 위한 길이변화측정센서를 설치하는 구성을 특징으로 하는 자동차의 인렛액추에이터.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 인렛액추에이터에,
    상기 코일(40)의 수축에 따른 압력을 측정하기 위한 압력측정센서를 설치하는 구성을 특징으로 하는 자동차의 인렛액추에이터.
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