KR20080034878A - 전기기계 케이블 액추에이터 조립체 컨트롤러 - Google Patents

전기기계 케이블 액추에이터 조립체 컨트롤러 Download PDF

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KR20080034878A
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레이 코커햄
존 소우더
론 레이본
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카프로, 리미티드.
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Abstract

전자기계 케이블 액추에이터 조립체가 개시되며, 상기 액츄에이터는 모터와, 상기 모터에 결합되는 기어조립체와, 상기 전가기계 케이블 조립체를 제1위치로 복귀시키기 위하여 상기 기어조립체에 힘을 가하도록 구성되는 상기 기어조립체에 결합되는 스프링 부하 리턴 조립체와, 상기 모터에 결합된 전자 모터 제어회로를 구비한다. 상기 전자 모터 제어회로는 상기 스프링 조립체에 의해 가세되는 힘에 대해 제1방향으로 상기 모터를 구동되도록 구성되는 구동회로와, 상기 제1위치에 상기 케이블의 복귀속도를 늦추도록 구성되는 차단회로를 포함한다.
전자기계, 케이블, 액추에이터

Description

전기기계 케이블 액추에이터 조립체 컨트롤러{ELECTROMECHANICAL CABLE ACTUATOR ASSEMBLY CONTROLLER}
본 발명은 케이블에 힘을 가하기 위한 시스템에 관한 것으로, 특히 본 발명은 모터, 기어 트레인, 및 풀리(pulley)를 이용하여 케이블에 힘을 가하기 위한 시스템에 관한 것이다. 상기 풀리는 기어 트레인을 통해서 모터로부터 회전력을 전달받으며, 상기 풀리가 회전하면 케이블에 힘이 가해진다. 이 힘에 의해 케이블은 미리 결정된 거리만큼 이동하게 된다.
미국에서 승용차에 대한 소비자의 요구 변화로 인해 자동차 제조업체는 승객 및/또는 화물 모두를 운반하는데 적합한 다목적 차량 또는 다용도 차량의 제조를 늘려왔다. 승객 및/또는 화물 모두를 운반하기 위한 그러한 다용도 차량에 대한 적응능력의 주요 요소 중 하나는 복합 시트 시스템을 발명하는데 있고, 이 시스템은 개별 시트를 접거나, 뒤집거나, 접철할(to collapse) 수 있는 것으로, 이러한 동작은 차실내에 마련된 수납홈 내로의 시트의 이동 및 궁극적인 보관을 가능케 한다.
복합 시트 시스템은 복합 기구식 운동 제어기구를 필요로 한다. 이들 복합 기구식 운동 제어기구는 래치(latches), 레버(levers)및 케이블을 이용하여 시트의 이동 및 배치를 제어한다. 보다 새롭고 보다 복합적인 시트 배열에 대한 요구가 증 가함에 따라서, 래치 또는 그 밖의 기구적인 잠금기구를 원격지에서 해제할 때, 또는 추가적인 힘이 필요하거나, 연장된 케이블 이동이 필요할 때, 전기기계 액추에이터를 제공할 필요가 있다.
차량의 시트 시스템에 사용되는 전기기구 액추에이터는 설계상 여러 가지 제약을 받는다. 특히, 그러한 차량 장착형 전기기구 액추에이터들은 차실내에 눈에 띄지 않게 장착할 수 있을 정도로 충분히 작아야 하며, 그것들은 큰 부하를 신속히 처리할 수 있어야 하고, 조용하게 작동해야 한다.
모터의 에너지를 케이블의 직선력(linear force)으로 변환하기 위해 다양한 시스템이 사용되어 왔으나, 차량의 전기 시스템상의 전력 수요를 최소화하면서 2차 마찰로 케이블의 소정 운동을 달성하기 위해 케이블에 조용히 힘을 가할 수 있는 고속 고부하 용량의 차량 장착형 시스템에 대한 요구가 본 기술분야에 여전히 남아 있다.
여기에 개시한 차량 장착형 전기기계 케이블 액추에이터 조립체는 속도 및 정숙한 동작과 큰 부하 용량이 결합되어 케이블에 힘을 가함으로써 차량의 전기 시스템상의 전력 수요를 최소화하면서 2차 마찰로 케이블의 소정 운동을 달성할 수 있다.
케이블에 힘을 가하기 위한 본 발명의 전기기구 케이블 액추에이터는, 그의 전기 에너지 요구물이 필요로 하는 전기 에너지를 제공하기 위해 승용차의 전형적인 12볼트 전원 시스템의 능력과 양립할 수 있는 모터를 구비한다. 궁극적으로 풀리의 회전을 가져오는 일련의 감속 및 토크 증가 기어 세트가 모터의 출력축에 연결되어 있다. 풀리의 회전으로 풀리의 둘레에 감겨있는 케이블에 힘이 제공된다.
일련의 기어 세트는 모터의 출력축에 장착된 기어와 치합되는 면기어 및 평기어 세트를 포함한다. 정면 기어 및 평기어 세트와 치합하는 것은 2개 중간 평기어 세트이다. 2개의 중간 평기어 세트는 풀리에 부착된 원호형 또는 부분 평기어와 치합된다.
또한, 본 발명의 전기기계 케이블 액추에이터는 풀리와 연결된 스프링 구동식 백드라이브를 포함한다. 풀리가 그의 회전을 완료한 후에, 백드라이브는 풀리를 그의 시작위치로 복귀시킨다.
첫 번째 의미에서, 전기기계 케이블 액추에이터 조립체는 그 위에 장착된 제 1기어를 지닌 제 1출력축을 구비하는 모터와, 제 1기어에 결합된 기어 조립체와, 기어 조립체에 힘을 가해서 전기기계 케이블 조립체를 제 1위치로 복귀시키도록 구성되는 기어 조립체에 결합된 스프링 부하 리턴 조립체와, 모터에 결합된 전자 모터 제어회로를 포함한다. 전자 모터 제어회로는 스프링 조립체에 의해 가해진 힘을 극복하고 제 1방향으로 모터를 구동하도록 구성된 구동회로와, 제 1위치로의 케이블 조립체의 복귀속도를 늦추도록 구성된 차단회로를 포함한다.
두 번째 의미에서, 모터와, 모터에 결합된 기어 조립체와, 기어 조립체에 힘을 가해서 전기기계 케이블 조립체를 제 1위치로 복귀시키도록 구성되는 기어 조립체에 결합된 스프링 부하 리턴 조립체를 구비하는 전기기계 케이블 액추에이터 조립체용 제어회로는 스프링 조립체에 의해 가해진 힘을 극복하고 제 1방향으로 모터를 구동하도록 구성된 구동회로와, 제 1위치로의 케이블 조립체의 복귀속도를 늦추기 위한 하나 이상의 감속수단을 포함한다.
세 번째 의미에서, 모터와, 모터에 결합된 기어 조립체와, 기어 조립체에 힘을 가해서 전기기계 케이블 조립체를 제 1위치로 복귀시키도록 구성되는 기어 조립체에 결합된 스프링 부하 리턴 조립체를 구비하는 전기기계 케이블 액추에이터 조립체의 복귀속도를 늦추기 위한 방법은 스프링 부하 리턴 조립체가 기어 조립체에 힘을 가함에 따라 모터에 의해 생성된 전압을 제한하여 전기기계 케이블 조립체를 제 1위치로 복귀시키는 단계를 포함한다.
그러므로, 어느 정도 폭넓게 본 발명의 특정 실시예를 개략적으로 설명하고, 그에 대해 상세하게 설명함으로써 본 발명을 보다 잘 이해할 수 있으며, 그에 따라 당업자라면 본 발명을 보다 잘 이해할 수 있을 것이다. 물론, 본 명세서에 첨부된 특허청구범위의 주제를 형성하는 본 발명의 추가적인 실시예를 이하에서 설명한다.
이 점에 있어서, 본 발명의 적어도 하나의 실시예를 설명하기에 앞서서, 본 발명은 다음의 설명에서 언급하고 도면에 도시된 구성요소의 구성에 대한 상세한 기술 및 배열로 인해 본 발명의 출원이 한정되는 것이 아님을 이해해야 한다.
본 발명은 그러한 기술에 추가하여 실시할 수 있으며, 다양한 방식으로 실행 및 달성할 수 있다. 또한, 여기에서 사용한 표현 및 용어뿐만 아니라, 요약은 단지 설명의 목적상 필요한 것이며 제한하려고 의도한 것이 아님을 이해해야 한다.
본 개시 내용을 토대로 하는 개념은 본 발명의 여러 가지 목적을 실행하기 위한 다른 구조, 방법 및 시스템의 실시예를 위한 기초로서 쉽게 이용할 수 있음을 당업자라면 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않는 한 특허청구범위는 그러한 등가의 구성을 포함하는 것으로 간주해야 한다.
도 1은 본 발명에 따르는 전기기계 케이블 액추에이터 조립체의 조립 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 전기기계 케이블 액추에이터 조립체의 분해 사시도이다.
도 3은 기어 트레인의 작동을 나타내기 위해 하우징부를 제거한 전기기계 케이블 액추에이터의 측면도이다.
도 4는 스프링 구동 백드라이브 기능의 동작을 나타내기 위해 일부(20)를 제거한 전기기계 케이블 액추에이터의 사시도이다.
도 5A는 스위치 동작당 1사이클 동안 본 발명의 전자제어에 구현된 로직(logic)의 플로우차트(flowchart)이다.
도 5B는 스위치 동작당 2사이클 동안 도 5A에 도시한 바와 유사한 플로우차트이다.
도 6은 전자제어 조립체 및 모터의 블록도(block diagram)이다.
도 7A는 제 1전자 차단회로를 나타낸다.
도 7B는 제 2전자 차단회로(braking circuit)를 나타낸다.
도 7C는 제 3전자 차단회로를 나타낸다.
도 7D는 제 4전자 차단회로를 나타낸다.
도 7E는 제 5전자 차단회로를 나타낸다.
도 7F는 제 6전자 차단회로를 나타낸다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 하며, 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 부품을 가리킨다.
도 1, 2, 3, 및 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 전기기계 케이블 액추에이터(10)는 차량에 설치가능한 사이즈로 이루어진 내장형 장치이다. 자동차 제조업체의 요구조건을 충족하기 위해, 여기에 개시한 전기기계 케이블 액추에이터(10)는 승용차에서 전형적으로 발견되는 전기 시스템에 의해 제공된 가용 전원을 이용하여 작동될 수 있다. 특히, 여기에 개시한 전기기계 케이블 액추에이터(10)는 낮은 전압(특히, 대부분의 미국 승용차에서는 12볼트)에서 작동되어야 하며, 작은 전류 인출(특히, 최대 5암페어)을 가져야 한다. 그와 동시에, 전기기계 케이블 액추에이터(10)는 케이블에 충분한 레벨의 힘을 가해서 복합 시트 시스템의 여러 다양한 형태의 기구적인 잠금부를 신속하게 작동시킬 수 있어야 한다. 그러므로, 스위치의 닫힘이나 원격 장치에 의해 모터(30)에 전력이 공급되면, 모터(30)의 회전력은 충분한 양의 직선운동 힘으로 케이블에 신속하게 전달됨으로써, 케이블(44)에 부착된 시트 시스템(도시 생략)은 그의 잠금 시스템으로부터 해방되어 접히거나, 뒤집히거나, 접철될 수 있다. 사이즈가 감소되는 것 이외에도, 전기기계 케이블 액추에이터(10)는 제조가 용이하고, 코스트가 낮으며, 작동이 신속하고, 설치가 간단하며, 승용차의 전기 시스템에 쉽게 연결할 수 있어야 한다.
도 1과 2에 도시되어 있는 바와 같이, 여기에 개시한 전기기계 케이블 액추에이터(10)는 하우징 조립체(20)를 포함하며, 이것은 하부 하우징 조립체(22)와, 상부 하우징 조립체(24)와, 모터용 하우징(26)과, 전원 커넥터(28)를 포함한다.
모터 하우징(26)을 제거하고 하부 하우징 조립체(22)를 상부 하우징 조립체(24)로부터 분리시켜, 분해한 상태로 도시한 도 2를 통해서, 당업자라면 전기기계 케이블 액추에이터(10)의 구성을 보다 잘 이해할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이, 모터(30)는 본 발명의 전기기계 케이블 액추에이터(10)를 구동하는데 사용된다. 모터(30)는 모터 하우징(26)에 의해 감싸져 있으며, 이것은 모터(30)의 작동을 제어하고 전류 인출을 제한하는 회로 기판의 삽입을 위한 부분(27)을 구비한다. 모터(30)의 출력에 의해 출력축(32)이 회전된다. 소형기어(34)가 출력축(32)에 결합된다. 소형기어(34)는 출력축(32)과 함께 회전한다.
하부 하우징 조립체(22)의 일부로서 형성된 모터 장착면(38)을 관통하는 장착 나사(36)에 의해 모터 조립체(30)는 적소에 유지된다. 하부 하우징 조립체(22)는 그의 주변부 상에 형성된 다수의 홀(23)을 구비한다. 이 홀에는 본 발명의 전기기계 케이블 액추에이터(10)를 차량(도시 생략)의 장착지점에 고정하기 위해 장착볼트가 관통되어 설치된다. 또한, 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 케이블부(44)는 케이블 홀(40) 및 케이블 가이드(42)를 통해 전기기계 케이블 액추에이터(10)의 외부로 인출될 있다. 또한, 하부 하우징 조립체(22)를 상부 하우징 조립체(24)에 부착하기 위해 파스너(46)가 배치될 수 있는 작은 구멍(45)이 하부 하우징 조립체(22)에 구비되어 있다.
모터(30)에 가장 인접한 하부 하우징 조립체(22) 부분은 회전형 풀리 조립체(80)가 장착되는 제 1벽(48)을 구비한다. 하부 하우징 조립체(22)의 양단은 중간 평기어 조립체(50)의 장착을 위한 제 2벽(49)을 포함한다.
본 발명의 중간 평기어 조립체(50)부가 장착되는 제 1축(52)은 하부 하우징 조립체(22)의 바닥으로부터 상방으로 연장된다. 회전형 풀리 조립체(80)와 면기어 및 평기어 조립체(64)가 장착되는 제 2축(54) 역시 하부 하우징 조립체의 바닥으로부터 상방으로 연장된다.
상부 하우징 조립체(24)는 하부 하우징 조립체(22) 상의 모터 장착면(38) 위에 결합되는 원호부(25)를 구비한다. 상부 하우징 조립체의 끝단은 하부 하우징 조립체(22)가 결합되는 플랜지부(55)이다. 플랜지부(55)는 중간 평기어 조립체(50)를 감싼다. 원호부(25)와 플랜지부(55) 사이에는 중간부(56)가 있다. 중간부(56)는 제 1축(52)의 상부를 장착하기 위한 제 1장착부(58)와 제 2축(54)의 상부를 장착하기 위한 제 2장착부(60)를 구비한다. 또한, 상부 하우징 조립체(24)는, 이 상부 하우징 조립체(24)를 하부 하우징 조립체(22)에 부착하기 위해 파스너(46)가 관통되는 다수의 홀(62)을 구비한다.
상부 하우징 조립체(24)의 바로 아래에는 면기어(face gear) 및 평기어(spur rear)조립체(64)가 배치된다. 면기어 및 평기어 조립체(64)는 그의 톱니(63)와 모터(30)의 출력축(32)에 고정된 소형기어(34)의 치합에 의해 회전된다. 면기어 및 평기어 조립체(64)에서 면기어(65) 및 평기어(66)가 원피스로 만들어져 있으므로, 면기어(65)가 회전하면, 평기어(66)도 회전하게 된다. 면기어 및 평기어 조립 체(64)의 장착은 그내에 형성된 중앙홀(68)이 제 2축(54)의 상부에 결합됨으로써 이루어진다.
면기어 및 평기어 조립체(64)의 바로 아래에는 중간 평기어 조립체(50)가 있다. 중간 평기어 조립체(50)는 그의 톱니(73)가 면기어 및 평기어 조립체(64)의 평기어(66)와 치합되는 상부 대형기어(71)를 포함한다. 중간 평기어 조립체(50)의 하측에는 소평 평기어(75)가 고정된다. 상부 대형 평기어(71)와 하부 소형 평기어(75)가 원피스로서 형성되어 있으므로, 대형 평기어(71)가 회전하면, 하부 평기어(75)도 회전하게 된다. 중간 평기어 조립체의 중간에는 홀(76)이 형성되어 있어, 중간 평기어 조립체(50)를 제 1축(52)상에 장착할 수 있다.
중간 평기어 조립체(50)의 하부에는 회전형 풀리 조립체(80)가 배치된다. 회전형 풀리 조립체(80)는 제 1축(52)의 결합을 가능케 하는 중앙홀(82)을 구비한다. 회전형 풀리 조립체(80)의 테두리에는 평기어부(84)가 형성되어 있어, 그의 톱니(85)가 중간 평기어 조립체(50)의 소형 평기어(75)와 치합됨으로써 회전할 수 있게 된다.
회전형 풀리 조립체(80)는 리턴 스프링(86)을 추가로 포함한다. 리턴 스프링(86)은 도 4에 도시되어 있다. 회전형 풀리 조립체(80)가 회전되면, 리턴 코일 스프링(86)에 에너지가 저장된다. 코일 스프링(86)이 풀림에 따라서, 저장된 에너지는 케이블(44)을 그의 원래 위치로 복귀시킨다.
다른 실시예에 있어서, 하부 하우징 조립체(22)내에 내장되는 회로기판은 스프링(86) 내의 에너지가 방출될 때, 짧은 시간 동안 전류 인출을 제한하고 모 터(30)를 작동시키기 위한 전자기기를 포함한다. 짧은 시간 동안 모터(30)의 작동은 그의 시작 위치로의 케이블(44)의 운동을 감속 및 완화시킨다.
작동
본 발명의 전기기계 케이블 액추에이터(10)는 먼저 모터 조립체(30)에 전원 을 인가함으로써 작동한다. 다음에 모터 조립체(30)의 출력축(32)이 회전하게 된다. 모터 조립체(30)의 출력축(32)에 기어(34)가 부착되어 있으므로, 면기어 및 평기어 조립체(64)의 평기어부(65)의 톱니(63)와 치합되는 회전기어(34)에 의해서 면기어 및 평기어 조립체(64)가 회전하게 된다. 면기어 및 평기어 조립체(64)의 평기어부(66)의 톱니(63)와 중간 평기어 조립체(50)의 대형 평기어부(71)의 톱니(73)의 치합으로 소형 평기어(75)가 회전하게 된다. 소형 평기어(75)의 이러한 회전으로 회전형 풀리 조립체(80)가 회전하게 된다. 회전형 풀리 조립체(80)에 케이블이 부착되어 있기 때문에, 케이블(44)상에 가해진 힘에 의해 이것이 이동하게 된다. 이러한 운동은 충분한 길이로 이루어지며 잠금기구를 강제로 해제시켜 차량의 운전자가 원하는 대로 시트를 차실내의 적절한 위치까지 이동할 수 있도록 하는 운동의 개시를 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 케이블 이동은 약 34㎜로 설정되었다. 그러나, 부품의 비율 및 사이즈의 다양한 변경을 통해서, 약 30㎜ 내지 약 55㎜의 케이블 이동은 본 발명의 능력 내에 들어간다는 것이 발견되었다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 일반적으로 사용하는 래치를 해제시키기에 충분한 케이블 부하를 얻을 수 있음을 알았다. 다양한 부품의 사이즈를 미세 조정함으로써, 당업자라면 케이블에 가해지는 힘은 약 350뉴턴(newtons) 내지 약 600뉴턴의 범위일 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
승용차의 전기 시스템이 본 발명의 전기기계 케이블 액추에이터(10)에 의해 과부하를 받지 않도록 보증하기 위해서, 모터(30)는 140N-㎜ 내지 약 200N-㎜의 토크를 제공하고, 그의 전류 인출은 12볼트 시스템에서 약 5암페어가 바람직하다는 것을 알았다. 원하는 케이블 작동 속도를 얻기 위해서, 모터는 그의 작동속도가 약 1,500rpm 내지 약 3,500rpm이면 충분하다 것을 알았다. 케이블이 소정 이동길이를 이동하는 시간은 약 0.5초 내지 약 1.5초이다.
바람직한 실시예에 있어서, 구동 트레인은 약 109:1의 기어비를 제공한다. 폐쇄 시스템은 약 100:1 내지 125:1의 범위에서 감속이 가능하다는 것을 당업자라면 이해할 수 있을 것이다.
시스템의 작동은 도 5A 및 도 5B의 플로우차트를 따라서 제어된다. 도 5A는 동작 스위치의 동작당 1사이클의 작동을 나타낸다. 도 5A와 마찬가지로, 도 5B는 동작 스위치의 동작당 2사이클의 작동을 나타낸다.
도 5A와 도 5B에 볼 수 있는 바와 같이, 양 플로우차트는 모두 스위치 작동의 동작이 감지되기 전에 시스템에 내장된 로직을 설정하는 단계의 시작그룹(A)을 포함한다. 그룹(A)의 단계는 초기화 및 감시 가능화 단계(102)에서 시작한다. 일단 완료되면, 스위치 인터럽트 기능이 이네이블되고(104)(enable), 감시 시간이 소거된다(106). 에너지를 보존하기 위해, 시스템은 다음에 저전압 모드(108)로 진입한다.
동작 스위치의 동작(110)은 그룹(B)으로 표시진 그들의 단계를 시작한다. 이것은 스위치 인터럽트 기능(112)의 디스에이블(disable)을 야기한다. 동작 스위치가 짧은 시간 동안만 동작되었다면, 스위치의 부주의한 충돌시 일어날 수 있는 바와 같이, 로직 단계(114)(logic step)는 시스템을 단계(104)로 복귀시킨다. 바람직한 실시예에서 25㎳의 지정시간이 지나면, 감시 타이머는 소거되고(116), 모터(30)는 지정시간 동안 동작한다. 전류 제한단계(118)는 최대 지정 전류 인출을 초과하지 않도록 보증한다. 과도한 전류 인출이 감지되면, 모터(30)는 단계(122)에서 턴오프된다. 전류 인출이 초과되지 않으면, 모터(30)의 작동 시간이 측정되고 단계(124)에서 설정시간과의 비교가 이루어진다. 모터가 꺼지면(turn off), 백드라이브의 속도가 제어되는 빌트-인 딜레이(126)(bulit-in delay)가 있게 된다.
백드라이브 상황에서, 리턴 스프링(86)(return spring)에 저장된 에너지에 의해 모터(30)가 회전하게 된다. 따라서, 스프링(86)의 회전력으로 모터(30)는 발전기와 같이 동작하여 전기 에너지를 생성하게 된다. 발전기로서의 동작시에 모터(30)가 생성할 수 있는 전압을 제한하기 위해 양방향 다이오드(diodes)를 사용한다. 모터 작동의 중지 및 양방향 다이오드의 사용은 거의 일정한 속도로 그의 시작 위치로 케이블(44)을 복귀시키며, 전기기계 케이블 액추에이터(10)의 작동 소음을 감소시키게 돕는다.
도 5B에서, 당업자라면 모터(30)가 2회의 사이클을 진행했는지의 여부를 결정하는 추가 단계(128)가 추가되었음을 알 수 있을 것이다. 모터(30)가 단지 1회의 사이클만 진행했다면, 다음에 모터(30)는 다시 사이클을 진행하도록 한다. 모 터(30)가 2회의 사이클을 진행했다면, 다음에 로직 흐름은 플로우차트의 상부로 간다.
그러므로 본 발명에 의해 제공된 전기기계 케이블 액추에이터는 승용차에서 사용하기에 적합하다. 여기에 개시한 전기기계 케이블 액추에이터는 복합 시트 시스템기구의 단순화 이외에도, 차량의 폭 넓은 기능을 수행하는데 필요한 힘을 제공하며, 필요로 하는 속도 및 신뢰성으로 작동하게 된다.
전자제어 회로
도 6은 전자제어 조립체(600) 및 모터(602)의 블록도를 나타낸다. 도 6에 도시한 바와 같이, 전자제어 조립체(600)는 컨트롤러(610), 모터(602)를 구동하기에 적합하고 일체형 전류센서(도시 생략)를 구비하는 전자모터 드라이버(630)와, 커패시터 CI(전자기 소음 감소를 위해 사용함)와 평행한 차단회로(640)와, 터미널(660) 및 버퍼(650)를 포함한다. 컨트롤러(610)는 메모리(도시 생략)를 갖는 중앙 처리 유닛(CPU)(612)과, 모터 드라이버(630)로 유도되는 디지털 출력(616)과, 모터 드라이버(630)로부터 전류감지 피드백 신호를 수신하는 아날로그-디지털 컨버터(ADC)(618)와, 버퍼(650)에 의해 제공된 버퍼 스위치 신호를 수신하기 위한 입력(620)과, 다수의 타이머(614)를 포함한다.
비록 도 6의 예시적인 컨트롤러(610)는 버스형 구조(bussed architecture)를 사용하지만, 당업자에게 잘 알려진 바와 같이, 이산(discrete)) 전자회로 설계, 상태기계, 프로그램가능한 로직(예, FPGAs) 등과 같은 임의의 다른 구조도 사용할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
작동시에, 컨트롤러(610)는 다양한 입/출력 동작 및 타이밍 동작, 가령 상술한 감시 타이머 동작을 실행하기 위해서 그의 주변부(614-620)의 다양한 부분을 우선 초기화한다.
터미널(660)과 버퍼(650)를 통해 스위치 제어 신호를 수신하면, 이어서 컨트롤러(610)는 규정 시간, 시퀀스 및 여러 실시예들로부터 예견할 수 있는 변동과 함께 상술한 조건에 따라서 모터 드라이브(630)를 가동시킨다. 예를 들면, 작동시 컨트롤러(610)는 수 초간 모터 드라이버(630)를 가동시키거나, 드라이버(630)로부터 전류감지 피드백 신호(드라이버(630)의 출력 전류의 표시를 제공함)에 의해 모터가 기계적인 스톱, 정지 또는 오작동에 이른 것을 나타내는 과전류가 모터에 의해 소비되었음을 표시하면, 드라이버의 작동을 조기에 차단할 수도 있다.
모터(602)와 연관해서 액추에이터 조립체가 이후 그의 초기 위치로 강제 복귀됨에 따라서, 모터(602)는 발전기와 같이 작동하게 된다. 대부분의 모터/발전기와 마찬가지로, 모터(602)는 모터의 속도에 따라서 그의 터미널에 가해지는 전압을 생성하고/또는 모터(602)에 작용하는 토크(torque)/힘에 따라서 이용가능한 전류를 제공하게 된다. 따라서, 모터의 속도는 전압 제어 접근법을 이용하여 보다 직접적으로 조종할 수 있으며, 또는 모터 전류의 전류 흡수 제어에 의한 힘/토크 제어 접근법을 통해서 덜 직접적으로 모터 속도를 조종할 수 있다.
도 7A는 모터(602)와 관련되는 제 1차단회로(640A)를 나타낸다. 도 7A에 나타낸 바와 같이, 제 1차단회로(640A)는 약 0.7V 내지 0.9V의 전압 강하를 갖는 하나의 실리콘 다이오드(D1)로 구성된다. 본 실시예에서는 실리콘 다이오드가 사용되 었으나, 숏키(Shottkey) 다이오드, 게르마늄 다이오드 등과 같은 다양한 여러 가지 다이오드를 사용할 수 있다. 또한, 모두 동일한 종류 또는 여러 종류의 혼합일 수 있는 각 다이오드에 의해 전압 강하를 증가시키기 위해 하나 이상의 다이오드를 직렬로 배치할 수 있다. 도 7A로 되돌아가면, 다이오드(D1)가 모터에 가해지는 다이오드 전압(V1)을 제한함에 따라서, 도 7A의 차단회로(640A)는 전압 제어 접근법을 고려할 수 있다.
도 7B는 모터(602)와 관련되는 차단회로(640B)를 나타낸다. 도 7B에 나타낸 바와 같이, 제 2차단회로(640B)는 제너 다이오드(D3)와 직렬로 숏키 다이오드(D2)를 포함한다. 제너 다이오드가 수볼트에서 수십볼트 범위의 역바이어스 항복전압을 갖도록 만들 수 있음에 따라서, 제 2차단회로(640B)는 다이오드의 선택에 의해 광범위하고 다양하게 제어된 속도에 대해 허용할 수 있다. 예를 들면, 3.6V의 항복전압을 갖는 제너 다이오드의 사용에 의해서, 역전압V23은 약 4V로 제한할 수 있다. 마찬가지로, 4.6V를 갖는 제너 다이오드의 사용에 의해서, 역전압V23은 약 5V로 제한할 수 있다.
도 7C는 도 7B와 유사하지만, 제너 다이오드(D3)와 교체된 저항(R1)을 갖는 제 3차단회로(640C)를 나타낸다. 본 차단회로(640C)는 위에서 나타낸 차단회로만큼 정밀하게 전압을 제어할 수 없지만(그리고 극히 일부는 토크 제어 장치로 보이기도 함), 차단회로(640C)는 도 7B의 회로와 비교하여 약간 저렴한 회로를 제공할 수 있다.
도 7D는 도 7A와 유사하지만, 다이오드 대신에 트랜지스터(S1)와 저항(R1)을 채용하는 제 4차단회로(640D)를 나타낸다. 본 차단회로(640D)가 도 7A의 차단회로(640A)보다 더 고가라고 예상할 수 있으나, 그럼에도 불구하고 차단회로(640D)는 실행가능하고 유용한 다른 실시예를 제공한다.
도 7E는 도 7B와 유사하지만, 제너 다이오드(D3) 대신에 트랜지스터(S2) 및 저항(R2와 R3)을 채용하는 제 5차단회로(640E)를 나타낸다. 다시 본 차단회로(640E)가 도 7B의 차단회로(640B)보다 더 고가라고 예상할 수 있으나, 그럼에도 불구하고 차단회로(640E)는 실행가능하고 유용한 다른 실시예를 제공한다.
도 7F는 선택적인 저항(R5)과 직렬로 제어형 스위치(S3)를 이용하는 제 6차단회로(640F)를 나타낸다. 모터(602)에 가해지는 전압이나 저항(R5)을 지나는 전류를 감지하고, 임의 형태의 컨트롤러를 이용하여 스위치(S3)를 조종함으로써, 차단회로(640F)는 모터(602)를 지나는 전압을 제어하거나, 전류(및 따라서 토크)를 제어하거나, 그의 임의 조합을 제어하는데 사용할 수 있다. 그러나, 제 6차단회로(640F)는 어떤 감지 없이도, 즉 차단을 원할 때마다, 그리고 아마도 모터가 구동되지 않을 때, (완전히 또는 펄스폭 변조(PWM)를 이용하여)스위치(S1)의 간단한 접합에 의해서, 작동할 수도 있음을 이해할 수 있을 것이다.
추가적인 실시예의 기록으로서, 도 7A 내지 7F에 도시된 어떤 것과 같은 차단회로를 사용하는 것 대신에, 액추에이터의 복귀 속도를 늦추기 위해서, 컨트롤러(610)는 모터(602)를 정지시키지 않으면서도 느리게 하기에 충분한 듀티 사이클을 갖는 펄스폭 변조(PWM) 신호와 같이, 모터에 부분 구동 신호를 공급하여 차단 기능을 제공할 수 있다. 그러한 구성은 독립된 차단회로로서 전체적으로 교체하거나, 독립된 차단회로를 추가한 수단으로서 사용할 수 있다. 물론, 그러한 구동 신호는 상술한 차단 접근법보다 많은 에너지를 필요로 하지만, 부품 수를 줄일 수 있어 이익이라고 생각된다.
결론
여기에 개시한 발명은 바람직한 실시예 및 그 밖의 다른 실시예에 대해서 설명하였으나, 당업자라면, 상술한 기술내용을 읽는 동안 본 발명의 무수히 많은 다른 실시예가 가능하다는 것이 분명함을 이해할 수 있을 것이다. 그러한 다른 실시예는 첨부한 특허청구범위의 범위 및 취지 내에 포함된다.
본 발명의 많은 특징 및 이점은 상세한 설명으로부터 명백할 것이며, 따라서, 첨부한 특허청구범위는 발명의 진정한 정신 및 범위 내에 들어가는 그러한 발명의 모든 특징 및 이점을 포함하도록 의도하였다. 또한, 당업자라면 무수히 많은 수정 및 변경을 쉽게 행할 수 있기 때문에, 본 발명을 도시 및 기술한 정확한 구성 및 작동으로 제한하려고 의도한 것은 아니다. 따라서, 모든 적절한 변경 및 등가물이 실행가능하며, 이들 모두는 본 발명의 범위 내에 들어간다.
본 발명은 모터, 기어 트레인 및 풀리를 이용하여 케이블에 힘을 가하기 위한 시스템을 제공한다.

Claims (20)

  1. 전자기계 케이블 액추에이터 조립체에 있어서,
    그 위에 장착된 제 1기어를 가지는 제 1출력축을 가지는 모터;
    제 1기어에 결합된 기어 조립체;
    기어 조립체에 힘을 가해서 상기 전기기계 케이블 조립체를 제 1위치로 복귀시키도록 구성되는 상기 기어 조립체에 결합된 스프링 부하 리턴 조립체; 및
    상기 모터에 결합된 전자 모터 제어회로를 포함하고,
    상기 전자 모터 제어회로는,
    상기 스프링 조립체에 의해 가해진 힘을 극복하고 제 1방향으로 상기 모터를 구동하도록 구성된 구동회로와,
    상기 제 1위치로의 상기 케이블 조립체의 복귀속도를 늦추도록 구성된 차단회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기계 케이블 액추에이터 조립체.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 구동회로는 상기 모터를 구동하기에 적합한 모터 드라이버를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기계 케이블 액추에이터 조립체.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 구동회로는 상기 모터 드라이버에 의해 제공된 전류의 양을 감지하기 위한 전류 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기계 케이블 액추에이터 조립체.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 구동회로는 상기 모터 드라이버의 출력을 제어하고 상기 전류 센서를 모니터(monitor)하도록 구성된 프로그램가능한 컨트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기계 케이블 액추에이터 조립체.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 프로그램가능한 컨트롤러는 상기 모터 드라이버의 출력을 제어하여 규정된 시간의 특성을 따라서 모터를 작동하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전자기계 케이블 액추에이터 조립체.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 프로그램가능한 컨트롤러는 상기 전류 센서에 의해 제공된 전류 감지 신호에 의거하여 상기 모터 드라이버의 출력을 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전자기계 케이블 액추에이터 조립체.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 차단회로는 상기 구동회로에 통합되고, 상기 차단회로는 감소된 구동신 호를 상기 모터에 제공함으로써 작동하는 것을 특징으로 하는 전자기계 케이블 액추에이터 조립체.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 감소된 구동신호는 펄스폭 변조 신호(pulse width modulated signal)인 것을 특징으로 하는 전자기계 케이블 액추에이터 조립체.
  9. 제 2항에 있어서,
    상기 차단회로는 상기 컨트롤러에 의해 제어되고 상기 모터에 의해 생성된 전류를 흡수하도록 구성된 전환회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기계 케이블 액추에이터 조립체.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 차단회로는 모터의 연결중에 가해지는 최대 전압을 제한하도록 구성된 전압 제한기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기계 케이블 액추에이터 조립체.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 차단회로는 제너 다이오드(zener diode)인 하나의 다이오드에 직렬로 연결되는 2개의 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기계 케이블 액추에이터 조립체.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 차단회로는 주로 모터 속도를 제한하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전자기계 케이블 액추에이터 조립체.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 차단회로는 주로 모터 토크(torque)를 제한하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전자기계 케이블 액추에이터 조립체.
  14. 모터와, 상기 모터에 결합된 기어 조립체와, 상기 기어 조립체에 힘을 가해서 상기 전기기계 케이블 조립체를 제 1위치로 복귀시키도록 구성되는 상기 기어 조립체에 결합된 스프링 부하 리턴 조립체(spring-loaded return assembly)를 구비하는 전기기계 케이블 액추에이터 조립체용 제어회로에 있어서,
    상기 스프링 조립체에 의해 가해진 힘을 극복하고 제 1방향으로 상기 모터를 구동하도록 구성된 구동회로와,
    상기 제 1위치로의 상기 케이블 조립체의 복귀속도를 늦추기 위한 하나 이상의 감속수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어회로.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 감속수단은 상기 모터에서 생성된 최대 전압을 제한하기 위한 전압 제 한수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어회로.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 감속수단은 직렬로 연결된 2개의 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어회로.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 감속수단은 트랜지스터 기반 전압 제한기를 포함하는 제어회로.
  18. 제 14항에 있어서, 상기 감속수단은 제어형 스위치 기반 전압 제한기를 포함하는 제어회로.
  19. 모터와, 상기 모터에 결합된 기어 조립체와, 상기 기어 조립체에 힘을 가해서 전기기계 케이블 조립체를 제 1위치로 복귀시키도록 구성되는 상기 기어 조립체에 결합된 스프링 부하 리턴 조립체를 구비하는 전기기계 케이블 액추에이터 조립체의 복귀속도를 늦추기 위한 방법에 있어서,
    상기 스프링 부하 리턴 조립체가 상기 기어 조립체에 힘을 가함에 따라 상기 모터에 의해 생성된 전압을 제한하여 상기 전기기계 케이블 조립체를 제 1위치로 복귀시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기기계 케이블 액추에이터 조립체의 복귀속도를 늦추기 위한 방법.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 제한단계는 수동적으로 달성되는 것을 특징으로 하는 제어회로.
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