KR102609750B1 - 전자식 변속제어시스템 - Google Patents

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KR102609750B1
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Abstract

본 발명은 케이스; 상기 케이스의 내부에 회전 가능하게 설치된 구동부; 상기 구동부에 연결되어 회전되는 변속부; 상기 변속부에 연결되어 회전되는 출력축; 상기 케이스의 타측에 설치되고 상기 구동부에 연결되어 구동부의 회전을 제어하는 제어기; 및 상기 제어기에 설치되어 상기 출력축이 회전된 각도 위치를 감지하는 앵글센서; 를 포함하여 이루어지고, 제어기, 변속 액추에이터 및 앵글센서가 일체로 형성되어 컴팩트한 구성이 가능하여, 공간 활용도가 뛰어나며 다양한 차량에 호환하여 설치하기 용이한 전자식 변속제어시스템에 관한 것이다.

Description

전자식 변속제어시스템 {Electronic shift control system}
본 발명은 자동차 등에 사용되는 변속 액추에이터 장치에서 구동을 위한 변속 액추에이터에 제어기가 일체로 형성된 전자식 변속제어시스템에 관한 것이다.
일반적으로 자동차에 사용되는 자동변속기는 P단, R단, N단, D단, S단과 같은 순서로 작동되는 변속모드를 가지며, 주행 시 자동차의 속도 등에 따라 변속단이 자동으로 변경되는 자동변속기를 장착한 차량의 경우 운전자가 자동변속기의 변속모드를 운전 상황에 따라 인위적으로 변경시킬 수 있게 하는 변속레버가 설치된다. 자동변속기 차량의 운전자는 변속레버를 조작하여 자동변속기의 변속모드를 운전 상황에 따라 주차(P단), 후진(R단), 중립(N단), 주행(D단) 등의 모드로 선택적으로 조종할 수 있다.
종래에는 운전자가 조작하는 변속레버가 기계적인 메커니즘을 통해 자동변속기에 직결되어 변속레버에 가해진 조작력을 자동변속기에 직접적으로 전달하여 변속모드가 조정되는 팁트로닉 타입의 모드전환장치가 주로 사용되었으나, 이와 같이 기계적 메커니즘을 통해 변속모드가 전환되는 종래 자동변속기용 모드전환장치는 모드 전환 시 변속모드 조정에 필요한 힘을 변속레버를 통해 직접 가해야 했기 때문에 운전 편의성이 떨어지는 문제점이 있었다. 또한, 변속레버가 운전석 옆측의 콘솔 중앙에 설치되기 때문에 자동차 실내공간의 활용도를 떨어뜨리는 요인이 되어 왔다.
이로 인해 약간의 조작력만 가하면 사전에 설정된 방향과 변위량으로 조작됨으로써 전자제어장치가 그 이동방향과 변위량 등을 감지한 다음 예컨대 액추에이터나 전동모터 등의 작동매체로써 자동변속기의 변속모드를 변경할 수 있도록 구성된 전자제어방식 자동변속기용 변속레버를 이용한 전자 변속기 시스템이 개발된 바 있다.
그런데 종래의 전자 변속기 시스템 또는 전자식 레인지 전환 시스템은 제어 신호를 입력받고 액추에이터를 구동 및 제어하는 제어기, 액추에이터 및 인히비터 스위치가 개별적으로 구성되어 있어서, 장착에 많은 공간이 필요하고 구조가 복잡해지는 문제점이 있었다.
KR 10-2152702 B1 (2020.09.01.)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 제어기, 변속 액추에이터 및 앵글센서가 일체로 형성되어 컴팩트한 구성이 가능하도록 함으로써, 공간 활용도가 뛰어나며 다양한 차량에 호환하여 설치하기 용이한 전자식 변속제어시스템을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전자식 변속제어시스템은 케이스; 상기 케이스의 내부에 회전 가능하게 설치된 구동부; 상기 케이스의 내부에 회전 가능하게 설치되고, 상기 구동부에 연결되어 회전되는 변속부; 상기 케이스에 일측이 회전 가능하게 결합되고, 상기 변속부에 연결되어 회전되는 출력축; 상기 케이스의 타측에 설치되고, 상기 구동부에 연결되어 구동부의 회전을 제어하는 제어기; 및 상기 제어기에 설치되어 상기 출력축이 회전된 각도 위치를 감지하는 앵글센서; 를 포함할 수 있다.
또한, 상기 구동부는, 상기 케이스에 회전 가능하게 결합되고 상기 변속부에 연결된 구동축을 포함한 로터 및 상기 로터를 회전시키는 스테이터를 포함하고, 상기 구동축은 축방향으로 양단이 관통된 중공축으로 형성되며, 상기 출력축은 상기 구동축의 중공된 내측에 삽입되어 회전 가능하게 구비되고, 상기 출력축은 타단이 상기 구동축의 외부로 노출되며, 상기 출력축의 타단에 앵글센서용 마그넷이 결합되며, 상기 앵글센서는 앵글센서용 마그넷에 대응되는 위치에 배치될 수 있다.
또한, 상기 앵글센서용 마그넷은 출력축의 축방향 끝면에 부착될 수 있다.
또한, 상기 로터의 구동축의 타단에는 홀센서용 마그넷이 결합되고, 상기 제어기에는 홀센서용 마그넷에 대응되는 위치에 복수의 홀센서가 이격되어 설치될 수 있다.
또한, 상기 케이스는, 모터 하우징 및 상기 모터 하우징의 타측에 결합되어 내부에 수용 공간을 형성하는 제어기 하우징을 포함하고, 상기 수용 공간에 구동부, 변속부 및 출력축이 수용되며, 상기 제어기 하우징에는 터미널이 결합되고, 상기 터미널의 일측이 스테이터와 전기적으로 연결되며 타측이 제어기와 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 상기 제어기 하우징은 모터 하우징의 타측을 막아 수용 공간이 밀폐될 수 있다.
또한, 상기 제어기 하우징은 전자파를 차폐할 수 있는 재질로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제어기 하우징은 전기 전도성 금속 또는 플라스틱 재질로 형성될 수 있다.
또한, 상기 변속부는 케이스에 결합되어 고정된 내치기어 및 상기 내치기어에 치합되고 일단이 출력축에 연결되며 타단이 구동부에 연결된 외치기어를 포함한 사이클로이드 감속기일 수 있다.
또한, 상기 제어기 하우징은 타단이 개방된 오목한 용기 형태로 형성되고, 상기 제어기 하우징의 내부에 제어기 및 앵글센서가 수용되며, 상기 케이스는 제어기 하우징의 개방된 타단을 덮어 막는 커버를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 전자식 변속제어시스템은 제어기, 변속 액추에이터 및 앵글센서가 일체로 형성되어 컴팩트한 구성이 가능하므로, 공간 활용도가 뛰어나며 다양한 차량에 호환하여 설치하기 용이한 장점이 있다.
또한, 제어기 측이 전자파 차폐 구조로 형성되어 제어기의 신뢰성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 변속제어시스템을 나타낸 조립사시도, 분해사시도, 일부 조립사시도 및 정면 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 출력축, 출력축에 부착된 앵글센서용 마그넷 및 제어기에 장착된 앵글센서의 배치관계를 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어기 하우징을 수평으로 잘라서 제어기에 설치된 홀센서들 및 앵글센서를 나타낸 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 하우징에 구동부, 출력축, 홀센서용 마그넷 및 앵글센세용 마그넷이 결합된 것을 뒤집어 놓은 상태를 나타낸 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어기 하우징을 나타낸 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이터의 3상 터미널, 제어기 하우징의 터미널 및 제어기의 간의 결합 및 전기적인 연결 구조를 나타낸 사시도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제어기 하우징의 구조를 강조하여 나타낸 정면 단면도이다.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 전자식 변속제어시스템을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 변속제어시스템을 나타낸 조립사시도, 분해사시도, 일부 조립사시도 및 정면 단면도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 출력축, 출력축에 부착된 앵글센서용 마그넷 및 제어기에 장착된 앵글센서의 배치관계를 나타낸 사시도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 변속제어시스템은 크게 케이스(100), 구동부(200), 변속부(300), 출력축(400), 제어기(500) 및 앵글센서(600)를 포함하여 구성될 수 있다.
케이스(100)는 구동부(200), 변속부(300), 출력축(400), 제어기(500) 및 앵글센서(600)가 수용될 수 있는 설치공간을 제공하는 것으로, 대략 원통형의 금속 또는 플라스틱 재질의 구조물이 될 수 있다. 그리고 케이스(100)는 모터 하우징(110), 제어기 하우징(120) 및 커버(130)를 포함할 수 있다. 모터 하우징(110)은 내부가 비어있고 일측(상측)의 중앙부분이 상하로 관통되어 있으며 타측(하측)이 개방되어 있는 형태로 형성될 수 있다. 제어기 하우징(120)은 모터 하우징(110)의 하단에 결합되며, 모터 하우징(110)과 제어기 하우징(120)의 결합에 의해 형성된 내부인 수용 공간에 구동부(200), 변속부(300) 및 출력축(400)이 구비될 수 있다. 그리고 제어기 하우징(120)은 내부가 비어있고 상측은 일부가 막혀있으며, 하측이 개방되어 있는 용기 형태로 형성될 수 있다. 그리하여 제어기 하우징(120)의 내부에 제어기(500) 및 앵글센서(600)가 구비될 수 있다. 또한, 제어기 하우징(120)에는 터미널(121)이 결합되거나 사출에 의해 일체로 형성될 수 있다. 또한, 제어기 하우징(120)에는 외부에 별도로 구비되어 운전자가 입력신호를 입력하는 입력모듈 및 공급전원과 연결되는 커넥터 연결부가 형성될 수 있다. 커버(130)는 제어기 하우징(120)의 하단에 결합되어 제어기 하우징(120)의 하단을 막을 수 있으며, 커버(130)에는 제어기 하우징(120)의 내부 공기의 압력 변화에 따라 공기를 통과시킬 수 있는 에어 벤트가 형성될 수 있다.
구동부(200)는 모터 하우징(110)과 제어기 하우징(120)의 결합에 의해 형성된 내부에 구비될 수 있다. 그리고 구동부(200)는 로터(210) 및 스테이터(220)를 포함할 수 있다. 로터(210)는 중심에 형성된 구동축(211)의 하측이 제어기 하우징(120)에 구동축 베어링(212)으로 회전 가능하게 결합되며, 구동축(211)의 상측이 변속부(300)의 외치기어(320)에 외치기어 베어링(321)으로 회전 가능하게 결합될 수 있다. 그리고 스테이터(220)는 로터(210)의 외측에 끼워지고 내주면이 로터(210)의 외주면과 이격되며, 스테이터(220)는 모터 하우징(110) 및 제어기 하우징(120) 중 어느 하나 이상에 결합되어 고정될 수 있다. 또한, 스테이터(220)는 권취된 코일에 연결된 3상 터미널이 제어기 하우징(120)의 터미널(121)의 상측에 결합되어 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 구동축(211)에서 외치기어 베어링(321)이 결합된 부분은 구동축(211)의 중심축에서 반경방향으로 편심된 편심부가 될 수 있다.
변속부(300)는 내치기어(310) 및 외치기어(320)를 포함할 수 있고, 변속부(300)는 모터 하우징(110)의 내부에 구비될 수 있다. 내치기어(310)는 반경방향 안쪽에 치형이 형성된 기어이며, 모터 하우징(110)의 내부에 삽입되어 외측이 고정될 수 있다. 외치기어(320)는 반경방향 바깥쪽에 치형이 형성된 기어이며, 내치기어(310)의 내측에 배치되어 내치기어(310)와 외치기어(320)가 맞물릴 수 있다. 그리고 외치기어(320)는 일단이 출력축(400)에 연결되고 타단이 구동부(200)에 연결될 수 있다. 즉, 변속부(300)는 일례로 사이클로이드 감속기가 될 수 있으며, 기어 형태의 경우 스퍼 기어 또는 웜 기어 타입의 감속기 등이 사용될 수도 있다. 이외에도 변속부(300)는 다양한 형태 및 방식의 감속기가 적용될 수 있다.
출력축(400)은 모터 하우징(110)에 상측이 출력축 부시(410)로 회전 가능하게 결합되고, 출력축(400)은 구동축(211)의 상단에 출력축 베어링(420)으로 회전 가능하게 결합될 수 있다. 그리고 출력축(400)은 변속부(300)에 연결되어 회전될 수 있다. 또한, 출력축(400)은 도시되지는 않았으나 변속을 위한 변속기의 매뉴얼축과 연결되어 출력축(400)의 회전에 의해 매뉴얼축이 회전하면서 변속모드를 조절하도록 구성될 수 있다.
제어기(500)는 운전자가 모드 선택을 위해 입력모듈을 통해 입력하는 입력신호를 수신하고 수신된 신호에 따라 구동부(200)가 구동되도록 제어하는 역할을 할 수 있다. 그리고 제어기(500)는 PCB 기판에 다양한 전자소자가 장착된 제어 기판이 될 수 있으며, 제어기(500)는 제어기 하우징(120)의 내측 상면에서 이격되게 배치될 수 있다. 제어기 하우징(120)의 터미널(121)의 하단이 제어기(500)에 결합되어 전기적으로 연결될 수 있다.
앵글센서(600)는 제어기(500)에 설치되어 출력축(400)이 회전된 각도 위치를 감지하는 역할을 할 수 있다.
여기에서 구동부(200)의 구동축(211)은 축방향으로 양단이 관통된 중공축으로 형성되고, 출력축(400)은 구동축(211)의 중공된 내측에 삽입되어 회전 가능하게 결합되며, 출력축(400)의 하단은 구동축(211)의 외부로 노출될 수 있다. 그리고 출력축(400)의 타단에 앵글센서용 마그넷(430)이 결합되고, 앵글센서(600)는 앵글센서용 마그넷(430)에 대응되는 위치에 배치될 수 있다. 일례로 앵글센서용 마그넷(430)은 출력축(400)의 축방향 끝면에 부착될 수 있으며, 앵글센서(600)는 앵글센서용 마그넷(430)과 이격되게 배치될 수 있다. 그리고 앵글센서용 마그넷(430)은 도시된 바와 같이 원판 형태로 형성될 수 있다.
그리하여 본 발명의 전자식 변속제어시스템은 제어기, 변속 액추에이터 및 앵글센서가 일체로 형성되어 컴팩트한 구성이 가능하며, 이에 따라 공간 활용도가 뛰어나며 다양한 차량에 호환하여 설치하기 용이할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어기 하우징을 수평으로 잘라서 제어기에 설치된 홀센서들 및 앵글센서를 나타낸 사시도이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 하우징에 구동부, 출력축, 홀센서용 마그넷 및 앵글센세용 마그넷이 결합된 것을 뒤집어 놓은 상태를 나타낸 사시도이다.
도시된 바와 같이 로터(210)의 구동축(211)의 타단에는 홀센서용 마그넷(213)이 결합되고 제어기(500)에는 홀센서용 마그넷(213)에 대응되는 위치에 복수의 홀센서(700)가 장착될 수 있다. 그리고 복수의 홀센서(700)는 특정한 각도 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 그리하여 홀센서용 마그넷(213) 및 복수의 홀센서(700)에 의해 로터(210)의 회전을 감지할 수 있다. 또한, 홀센서용 마그넷(213)은 도시된 바와 같이 링 형태로 형성될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어기 하우징을 나타낸 사시도이며, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이터의 3상 터미널, 제어기 하우징의 터미널 및 제어기의 간의 결합 및 전기적인 연결 구조를 나타낸 사시도이다.
도시된 바와 같이 제어기 하우징(120)은 내부가 비어있고 상하방향으로 중간 부분은 일부가 막혀있고 반경방향으로 중앙부가 상하로 관통되어 있으며, 상측 및 하측이 개방되어 있는 형태로 형성될 수 있다. 그리하여 제어기 하우징(120)의 하측 내부에 제어기(500) 및 앵글센서(600)가 구비될 수 있다. 또한, 제어기 하우징(120)에는 터미널(121)이 결합되거나 사출에 의해 일체로 형성될 수 있다. 또한, 제어기 하우징(120)에는 터미널(121)의 상측이 노출되어 있는 부분에 대응되는 위치에서 상하를 관통하는 구멍이 형성되어, 이 구멍을 통해 터미널(121)의 상측과 스테이터(220)의 코일의 3상 터미널을 결합하기 용이할 수 있다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제어기 하우징의 구조를 강조하여 나타낸 정면 단면도이다.
도시된 바와 같이 제어기 하우징(120)은 모터 하우징(110)의 하단을 막아 구동축(211)을 포함한 로터(210), 스테이터(220), 출력축(400), 홀센서용 마그넷(213) 및 앵글센서용 마그넷(430)이 수용된 수용 공간이 밀폐될 수 있다. 즉, 제어기 하우징(120)은 상하방향으로 중간부분이 막혀있는 형태로 형성되어, 제어기(500)의 상부측이 막혀있는 형태가 될 수 있다. 그리고 제어기 하우징(120)은 전자파를 차폐할 수 있는 재질로 형성되어, 구동부(200) 측에서 제어기(500) 측으로 전달될 수 있는 전자파를 차폐할 수 있다. 이에 따라 또한, 제어기의 신뢰성을 확보할 수 있다. 또한, 제어기 하우징(120)은 전기 전도성 금속 또는 엔지니어링 플라스틱 재질로 형성되어 전자파를 차폐할 수 있으며 아울러 성형이 용이할 수 있다.
또한, 본 발명의 전자식 변속제어시스템은 차량의 구조물이나 변속 장치 등에 전자식 변속제어시스템을 고정시키기 위한 고정 브라켓(800)을 더 포함할 수 있으며, 고정 브라켓(800)은 일례로 모터 하우징(110)에 결합될 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
100 : 케이스
110 : 모터 하우징 120 : 제어기 하우징
121 : 터미널 130 : 커버
200 : 구동부
210 : 로터 211 : 구동축
212 : 구동축 베어링 213 : 홀센서용 마그넷
220 : 스테이터
300 : 변속부
310 : 내치기어 320 : 외치기어
321 : 외치기어 베어링
400 : 출력축
410 : 출력축 부시 420 : 출력축 베어링
430 : 앵글센서용 마그넷
500 : 제어기
600 : 앵글센서
700 : 홀센서
800 : 고정 브라켓

Claims (10)

  1. 케이스;
    상기 케이스의 내부에 회전 가능하게 설치된 구동부;
    상기 케이스의 내부에 회전 가능하게 설치되고, 상기 구동부에 연결되어 회전되는 변속부;
    상기 케이스에 일측이 회전 가능하게 결합되고, 상기 변속부에 연결되어 회전되는 출력축;
    상기 케이스의 타측에 설치되고, 상기 구동부에 연결되어 구동부의 회전을 제어하는 제어기; 및
    상기 제어기에 설치되어 상기 출력축이 회전된 각도 위치를 감지하는 앵글센서; 를 포함하고,
    상기 케이스는,
    모터 하우징 및 상기 모터 하우징의 타측에 결합되어 내부에 수용 공간을 형성하는 제어기 하우징을 포함하고,
    상기 수용 공간에 구동부, 변속부 및 출력축이 수용되며,
    상기 제어기 하우징에는 터미널이 일체로 형성되고, 상기 터미널의 일측이 구동부의 스테이터의 코일에 연결된 3상 터미널에 결합되어 전기적으로 연결되며, 상기 터미널의 타측이 제어기에 결합되어 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 전자식 변속제어시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구동부는,
    상기 케이스에 회전 가능하게 결합되고 상기 변속부에 연결된 구동축을 포함한 로터 및 상기 로터를 회전시키는 스테이터를 포함하고, 상기 구동축은 축방향으로 양단이 관통된 중공축으로 형성되며,
    상기 출력축은 상기 구동축의 중공된 내측에 삽입되어 회전 가능하게 구비되고, 상기 출력축은 타단이 상기 구동축의 외부로 노출되며, 상기 출력축의 타단에 앵글센서용 마그넷이 결합되며,
    상기 앵글센서는 앵글센서용 마그넷에 대응되는 위치에 배치된 것을 특징으로 하는 전자식 변속제어시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 앵글센서용 마그넷은 출력축의 축방향 끝면에 부착된 것을 특징으로 하는 전자식 변속제어시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 로터의 구동축의 타단에는 홀센서용 마그넷이 결합되고,
    상기 제어기에는 홀센서용 마그넷에 대응되는 위치에 복수의 홀센서가 이격되어 설치된 것을 특징으로 하는 전자식 변속제어시스템.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어기 하우징은 모터 하우징의 타측을 막아 수용 공간이 밀폐된 것을 특징으로 하는 전자식 변속제어시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어기 하우징은 전자파를 차폐할 수 있는 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 전자식 변속제어시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어기 하우징은 전기 전도성 금속 또는 플라스틱 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 전자식 변속제어시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 변속부는 케이스에 결합되어 고정된 내치기어 및 상기 내치기어에 치합되고 일단이 출력축에 연결되며 타단이 구동부에 연결된 외치기어를 포함한 사이클로이드 감속기인 것을 전자식 변속제어시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제어기 하우징은 타단이 개방된 오목한 용기 형태로 형성되고, 상기 제어기 하우징의 내부에 제어기 및 앵글센서가 수용되며,
    상기 케이스는 제어기 하우징의 개방된 타단을 덮어 막는 커버를 더 포함하는 전자식 변속제어시스템.
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