KR20110076734A

KR20110076734A - 차량용 액추에이터

Info

Publication number: KR20110076734A
Application number: KR1020100050984A
Authority: KR
Inventors: 임창식; 정기호; 장용수; 최인석; 최동욱
Original assignee: 캄텍주식회사
Priority date: 2009-12-29
Filing date: 2010-05-31
Publication date: 2011-07-06
Also published as: KR101209647B1; WO2011081458A2; KR101150884B1; EP2520838A2; EP2520838A4; KR101195824B1; KR20110076735A; KR20110076832A; WO2011081458A3; US20120255379A1

Abstract

본 발명은 터보 차저를 통해 유동하는 배기가스의 흐름을 안정적으로 제어하기 위해 모터축을 갖는 모터가 내장된 하우징; 및 상기 모터축과 결합 되고, 상기 모터축을 기준으로 삼각 배치되는 기어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 액추에이터를 제공한다.

Description

차량용 액추에이터{Actuator fot Vehicle}

본 발명은 터보차저를 통해 이동되는 배기가스의 흐름을 제어하기 위한 차량용 액추에이터에 관한 것이다.

일반적으로 자동차 배기가스의 규제 강화 및 이산화탄소 저감과, 차량의 출력 향상을 위해 터보차저(Turbocharger)를 차량에 장착하여 사용하고 있다.

상기한 터보차저는 배기가스를 공급받아 터빈을 회전시키고, 상기 터빈과 동축으로 연결된 압축기를 회전시켜 공기의 압축비를 향상시켜 엔진으로 공급시키는 장치를 말한다.

상기 터보차저는 터빈으로 공급되는 배기가스와, 머플러(Muffler)로 배기되는 배기가스의 양을 조절하기 위해 웨이스트 게이트 밸브(Waste Gate Valve)를 사용하였다. 또한, 상기 웨이스트 게이트 밸브는 별도로 구비된 액추에이터에 의해 구동이 이루어진다.

종래의 액추에이터는 하우징 내부에 모터가 구비되고, 상기 모터에 의해 회전되는 다수개의 기어가 마련된다.

상기 기어는 각각의 기어가 원위치에 정렬된 상태에서, 상기 모터의 구동력에 의해 회전 작동되면서 상기 웨이스트 게이트 밸브의 안정적인 개폐 작동이 이루어지게 된다.

상기 웨이스트 게이트 밸브는 고압의 배기가스의 압력보다 상대적으로 큰 힘을 갖으면서 구동되어야 하므로, 상기 액추에이터에서 발생된 구동력이 안정적으로 웨이스트 게이트 밸브에 전달되어야 한다.

이를 위해 액추에이터에 구비된 기어가 충분한 강성을 갖고 있어야 하고, 다수개의 기어가 제한된 하우징 내부에서 최적의 배치관계를 갖으며 설치되어야 한다.

따라서, 이와 같은 조건을 갖는 액추에이터에 대한 필요성이 대두 되었다.

본 발명의 목적은 상술한 종래기술의 문제점을 보완하기 위하여 액추에이터에 구비된 기어부의 배치를 효율적으로 실시하여, 웨이스트 게이트 밸브에 구동력을 안정적으로 전달할 수 있는 차량용 액추에이터를 제공하는 것이다.

하여, 최종적으로 구동력이 전달되는 기어의 강성을 증가시킨 차량용 액추에이터를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 기어부를 통해 전달되는 구동력을 최대한 증가시킨 차량용 액추에이터를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 다수개의 기어 배치를 최적화하여 하우징 의 크기를 최소화할 수 있는 차량용 액추에이터를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 차량용 액추에이터는 모터축을 갖는 모터가 내장되는 하우징; 및 상기 모터축과 결합 되고, 상기 모터축을 기준으로 삼각 배치되는 기어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 기어부는 상기 모터축과 치합 되는 제1 기어와 상기 제1 기어와 서로 마주보게 배치되는 제2 기어와 상기 제2 기어의 대각선 방향에 서로 마주보게 배치되는 제3 기어를 더 포함할 수 다.

상기 제1 기어와 제2 기어는 세로 방향에 배치될 수 있다.

상기 제2 기어와 제3 기어 사이에 모터축이 배치될 수 있다.

상기 제3 기어는 제1,2 기어에 비해 상대적으로 큰 기어치를 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 제3 기어에는 일단이 상기 제3 기어에 결합 되고, 타단이 하우징의 외측으로 연장 배치된 회전축을 더 포함할 수 있다.

상기 하우징에는 회전축과 연결되어 하우징의 전면 외측에 배치되고, 기어부의 구동력을 전달받는 로드부를 더 포함할 수 있다.

상기 로드부는 제3 기어에 대해 직교 되게 배치될 수 있다.

상기 로드부를 통해 발생 되는 구동력은 회전축과의 이격거리와, 이격각도에 반비례하는 것을 특징으로 한다.

상기 하우징은 사각 또는 원형의 형태로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 차량용 액추에이터의 다른 실시에에 의한 구성은 모터축을 갖는 모터가 내장된 하우징; 및 상기 모터축과 결합 되고, 상기 모터축을 기준으로 대각선 방향으로 배치되는 기어부를 포함하여 구성된다.

상기 기어부는 상기 모터축과 치합 되는 제1 기어와; 상기 제1 기어와 서로 마주보며 대각선 방향에 배치되는 제2 기어를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 제1 기어와 제2 기어 사이에는 모터축이 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기 제2 기어는 제1 기어에 비해 상대적으로 큰 기어치를 갖는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 차량용 액추에이터는 효율적인 기어 배치를 통해 안정적으로 구동력이 전달 가능한 효과가 있다.

본 발명에 의한 차량용 액추에이터는 기어의 강성이 증가 됨으로써, 상기 기어의 파단에 의한 오작동을 방지하고 내구성이 향상되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 차량용 액추에이터가 터보차저에 설치된 상태를 개략적으로 도시된 사시도.
도 2는 본 발명에 의한 차량용 액추에이터를 도시한 분해 사시도.
도 3은 본 발명에 의한 기어부를 정면에서 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 의한 기어부의 다양한 배치 상태를 개략적으로 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 하우징에 로드부가 설치된 상태를 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 의한 로드부의 이격 각도에 따른 힘의 관계를 도시한 그래프.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 의한 기어부를 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 기어부의 다양한 배치 상태를 개략적으로 도시한 도면.

이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 의한 차량용 액추에이터의 실시예를 설명한다.

첨부된 도 1을 참조하여 차량용 액추에이터가 터보 차저에 설치된 상태를 설명한다.

본 발명의 차량용 액추에이터(1)는 터보차저(2)의 일측에 브라켓(3)을 매개로 고정 설치될 수 있다.

상기 액추에이터(1)는 회전축(400)과 연결 암(11) 사이에 마련된 작동 로드(12)를 통해 웨이스트 게이트 밸브(1a)에 회전력이 전달 가능하도록 설치될 수 있다. 상기 회전축(400)과 작동 로드(12)에 대한 상세한 설명은 후술 하기로 한다.

상기 브라켓(3)은 터보차저(2)를 통해 유동하는 고온의 배기가스에 의한 액추에이터(1)의 소손을 방지하기 위해 배치될 수 있다.

첨부된 도 1 또는 도 2를 참조하여 차량용 액추에이터의 주요 구성에 대해 설명한다.

액추에이터(1)는 모터(10)가 내장되는 하우징(100)이 구비될 수 있다.

상기 하우징(100)은 내부에 모터(10)가 삽입 배치되며, 상기 모터(10)에 구비된 모터축과 치합되는 기어부(200)를 더 포함할 수 있다.

상기 하우징(100)은 전방에 커버(104)를 더 포함할 수 있다.

상기 하우징(100)은 원통 형상으로 이루어지고, 상측에 차량에 구비된 배터리(미도시)로부터 전원을 공급받기 위한 소켓(Socket)이 구비되는 것이 바람직하다.

상기 모터(10)는 모터축(12)이 구비되고, 상기 모터축(23)에는 스퍼기어가 삽입 배치될 수 있다. 또한, 상기 모터(10)는 후방에 후면을 지지하는 지지캡을 더 포함할 수 있다.

상기 지지캡은 하우징(100)의 길이 방향에서 모터(10)가 이동될 경우에 소정의 탄성력을 유지하면서, 상기 모터(10)의 이동에 따른 변위를 최소화하는 것이 바람직하다.

첨부된 도 3을 참조하여 기어부에 대해 설명한다.

상기 하우징(100)은 전방 내측으로 기어부(200)가 배치될 수 있다.

상기 기어부(200)는 제1 기어(210)와, 제2 기어(220) 및 제3 기어(230)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 제1,2,3 기어(210,220,230)은 토크 증대를 위해 서로 다른 기어비를 갖는 것이 바람직하다.

상기 제1 기어(110)는 모터축과 결합되게 배치될 수 있다. 상기 제2 기어(120)는 제1 기어(110)와 동력 전달이 가능하도록 치합되게 배치되어 있어서, 상기 모터축과 제1 기어(110)를 통해 전달되는 회전력을 전달받을 수 있다.

상기 제3 기어(130)는 제2 기어(120)와 치합되도록 배치됨으로써, 상기 제2 기어(120)를 통해 전달된 회전력을 전달받을 수 있다.

상기 제3 기어(130)에 전달된 회전력은 로드부(400)를 통해 최종적으로 전달될 수 있다.

상기 기어부(100)는 모터축(12)을 주변에 삼각형태로 배치될 수 있다.

예를 들어 제1 기어(210)는 모터축(12)을 기준으로 우측 하부에 상기 모터축(12)과 치합 배치될 수 있다.

또한, 상기 제2 기어(220)는 제1 기어(210)의 상측에 배치될 수 있으며, 상기 제1 기어(210)와 서로 마주 보게 배치될 수 있다.

상기 제1 기어(210)와 제2 기어(220)는 세로 방향에 배치되는 것이 바람직하다.

왜냐하면, 본 발명의 기어부(100)는 한정된 하우징(100)의 내부 공간에서 최소의 면적을 차지하면서 서로 간에 동력 전달이 안정적으로 이루어지도록 배치되는 것이 바람직하기 때문이다. 또한 후술할 제3 기어(230)에 형성된 기어치의 충분한 크기를 확보하기 위해서이다.

상기 제3 기어(230)는 제2 기어(220)의 대각선 방향에서 서로 마주보게 배치될 수 있다. 이때, 상기 제2 기어(220)와 제3 기어(230) 사이에는 모터축(12)이 배치되는 것이 바람직하다.

왜냐하면, 하우징(100) 내부에 배치된 기어부(200)가 최소한의 간격을 갖으면서 배치되고, 제3 기어(230)에서 출력되는 구동력을 최대로 증가시키기 위해서이다.

첨부된 도 3에 도시된 바와 같이, 제3 기어(230)는 외주면 일부 구간에 다수개가 기어치가 배치되며, 제2 기어(210) 또는 제3 기어(220)의 기어치에 비해 크기가 상대적으로 큰 기어치를 갖도록 이루어진다.

왜냐하면, 제3 기어(230)가 작동되면서 기어치에 하중이 크게 작용하는 경우에도, 상기 기어치의 파단 발생을 방지하여 안정적으로 모터(10)의 구동력을 전달 시키기 위해서이다.

상기 제3 기어(230)의 기어치가 일부 구간에만 배치되는 이유는 후술할 로드부(400)가 360도 방향으로 회전 작동되는 것이 아니라, 웨이스트 게이트 밸브의 개폐 구간에서만 작동이 이루어지기 때문이다.

따라서, 상기 로드부(400)가 오픈 위치로 작동되는 구간과, 클로즈 위치로 작동되는 구간에만 기어치를 형성하여 사용하는 것이 바람직하다.

첨부된 도 4를 참조하여 기어부의 다양한 배치 상태를 설명한다.

기어부(100)(도 1 참조)는 도 3 및 도 4의 (a)에서와 같이, 기어축(12)을 기준으로 우측 하부에 제1 기어가 배치될 수 있다. 또한 상기 제1 기어(210)와 마주보며 제2 기어(220)가 배치되고, 상기 제2 기어(220)와 대각선 방향에 제3 기어(230)가 배치될 수 있다.

상기 제3 기어(230)는 제1,2 기어(210,220)에 비해 상대적으로 큰 직경을 갖도록 이루어질 수 있다.

왜냐하면, 상기 제3 기어(230)에 회전축(300)이 삽입되고, 상기 회전축(300)에 후술할 로드부(400)가 연결되는 결합 관계를 갖는다.

즉, 상기 제3 기어(230)는 제1,2, 기어(210,220)에 비해 상대적으로 많은 토크(Torque)가 제3 기어(230)에 배치된 기어치에 가해지기 때문에 상기 제3 기어(230)는 큰 직경을 갖는 것이 바람직하다.

상기 기어부(100)의 배치 상태를 다시한번 정리하면, 제1 기어(210)는 모터축(12)과 대각선 방향에 배치되고, 제2 기어(220)는 상기 제1 기어(210)와 서로 마주보며 배치될 수 있다.

이때, 제1 기어(210)와 제2 기어(220)는 세로 방향에 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 제3 기어(230)는 제2 기어(220)와 마주보며 대각선 방향에 배치될 수 있다.

첨부된 도 1을 참조하여 커버와 로드부에 대해 설명한다.

커버(200)는 하우징(200)의 전방에 설치될 수 있다. 상기 커버(220)는 하우징(200)에 밀착 고정되기 위해 전면 외측의 가장 자리에 다수개의 나사가 상기 하우징(200)에 고정 설치될 수 있다.

상기 커버(220)는 내측 가장자리를 따라서 씰링 부재(30)가 배치될 수 있다.

상기 씰링 부재(30)는 고무 또는 실리콘을 사용하여 하우징(200)에 커버(220)가 결합된 상태에서 외부에서 유입 가능한 수분의 유입을 차단하는 역할을 한다.

상기 커버(220)는 전면에 상기 커버(220)의 구조적인 지지 강성을 보강하기 위해 대각선 방향으로 지지 리브(222)가 마련될 수 있다.

로드부(400)는 회전축(300)과 결합 되는 연결 암(410)과, 상기 연결 암(410)에 볼 조인트(420)를 매개로 결합 되는 작동 로드(430)를 포함하여 구성될 수 있다.

첨부된 도 1을 참조하여 회전축에 대해 설명한다.

회전축(300)은 선단이 디컷(D-Cut) 처리되어, 상기 연결 암(410)과 결합 되고, 후단은 하우징(100)의 내부에 형성된 삽입홈에 회전축(300)의 일부가 삽입 배치되는 것이 바람직하다.

첨부된 도 5를 참조하여 로드부의 배치 상태를 설명한다.

상기 로드부(400)는 상기 제3 기어(230)와 직교 되게 배치될 수 있다. 왜냐하면, 로드부(400)를 통해 발생 되는 구동력은 회전축(300)과의 이격거리와, 이격각도에 반비례하기 때문이다.

우선 회전축과 로드부와의 이격거리에 대해 설명한다.

상기 로드부(400)는 상기 회전축(300)과 로드부(400) 와의 거리가 최대한 가까울수록, 상기 로드부(400)에 전달되는 구동력이 증대된다.

바람직하게는 회전축(300)으로 부터 이격 되지 않고, 배치되는 것이 가장 바람직하다.

하지만, 로드부(400)가 실제 구동시 초기 구동력이 지나치게 커지기 때문에 최소 1mm이상 이격 배치되는 것이 바람직하다.

상기 이격거리는 일예로 제시된 것이며, 상기 이격 거리에 한정하지 않고, 변경 가능함을 밝혀 둔다.

회전축과 로드부와의 배치각도에 대해 설명한다.

모터의 토크를 T라 하고, 로드부(400)에 가해지는 힘을 F라 하며, 상기 작동 로드의 길이를 L이라고 가정할 때, 상기 모터의 토크(T) = F*L의 관계가 성립된다.

여기서

의 관계가 성립되므로, 상기 회전축(300)과 로드부(400)의 배치각도가 작으면 작을수록, 로드부(400)에 가해지는 힘(F)이 증가되는 것을 알 수 있다.

따라서, 이론적으로는 회전축(300)과 로드부(400)의 배치각도가 1°이상 이격되는 것이 작동 로드에 가장 큰 힘(F)을 발생시키지만, 1°이상의 이격 각도(5°)를 갖는 것도 가능함을 밝혀 둔다.

예를 들어 5°~ 30°또는 5°~ 40°의 이격 각도를 갖는 것도 가능하다.

이상에서와 같이 회전축과 로드부와의 이격거리와 배치각도는 모두 터보 차저를 통해 고압으로 유동되는 배기가스의 압력에 상관없이 작동 로드를 안정적으로 구동 가능하고, 이를 통해 웨스트 게이트 밸브의 작동 상태를 안정적으로 조절할 수 있는 구동력을 갖게 된다.

하우징(100)은 내부에 기어부(200)가 배치된 상태에서 사각 또는 원형의 형태를 갖도록 이루어진다.

상기 기어부(200)는 제1,2,3 기어(210,220,230)를 포함하여 구성되고, 상기 제1,2,3기어(210,220,230)가 서로 간에 동력 전달 가능하게 배치된 상태에서 최소한의 크기를 갖기 위해서는 가로 방향 또는 세로 방향 연장된 하우징(100)은 불필요한 면적을 차지하기 때문에 바람직 하지 않다.

이를 위해 본 발명은, 기어부(200)가 삼각 배치되면서 최소한의 배치 면적을 차지하고, 기어부(200)가 탑재되는 하우징(100) 역시 제1,2,3 기어(210,220,230)의 작동 반경을 고려하여 사각 또는 원형의 형태로 이루어지는 것이 바람직하다.

따라서, 차량에 설치시 주변 부품과 간섭되거나, 불필요한 설치 면적을 차지않게 되는 장점을 갖는다.

본 발명의 다른 실시예에 의한 차량용 액추에이터에 대해서 설명한다.

첨부된 도 7을 참조하면, 차량용 액추에이터(2)는 하우징(1000)의 내부에 모터축(12)과 치합되는 기어부(2000)가 마련될 수 있다.

상기 기어부(2000)는 제1 기어(2100)와, 제2 기어(2200)로 이루어진 2단 기어가 하우징(1000)의 내부에서 대각선 방향으로 배치될 수 있다.

통상의 2단 기어는, 각각의 기어가 가로 방향을 따라 설치될 경우에는 횡 방향으로 기어부가 배치되면서, 상기 하우징(100)의 길이가 불필요하게 길어질 수 있다.

그러나, 본 발명은 모터축(12)을 기준으로 대각선 방향으로 기어부(2000)가 배치되면서, 하우징(100)이 사각 형태를 갖도록 이루어진다.

이와 같이 배치되는 기어부에 대해 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

첨부된 도 7을 참조하면, 모터축(12)에 결합된 피니언 기어는 최초 제1 기어(2100)와 결합 배치된다. 상기 제1 기어(210)는 우측 하부에 배치되는 것으로 설명한다.

상기 제1 기어(2100)는 피니언 기어와 치합되도록 외주면을 따라서 다수개의 치형이 연속적으로 배치된다.

그리고, 제2 기어(2200)는 제1 기어(2100)와 서로 마주보며 대각선 방향에 배치된다. 상기 제2 기어(2200)는 제1 기어(2100)에 형성된 기어치에 비해 상대적으로 큰 기어치를 갖으며 외주면에 배치된다.

왜냐하면, 제2 기어(2200)가 작동되면서 기어치에 하중이 크게 작용하는 경우에도, 상기 기어치의 파단 발생을 방지하여 안정적으로 모터(10)의 구동력을 전달 할 수 있기 때문이다.

첨부된 도 8을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 의한 기어부의 다양한 배치 상태를 설명한다.

도 8의 (a)는 위에서 이미 설명한 도 7의 배치 상태와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

도 8의 (b)를 참조하면, 제1 기어(2100)는 모터축(12)의 좌측 하부에 배치될 수 있다. 제2 기어(2200)는 상기 제1 기어(2100)와 마주보는 대각선 방향에 배치될 수 있다.

도면에는 미도시 하였으나, 제1 기어(2100)가 모터축(12)을 기준으로 우측 상부 또는 좌측 상부에 배치되는 것도 가능함을 밝혀 둔다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않으며, 특허청구범위에서 청구된 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10 : 모터 30 : 씰링 부재
100 : 하우징 200 : 기어부
210,220,230 : 제1,2,3 기어 400 : 로드부
410 : 연결 암 420 : 볼 조인트
430 : 작동 로드

Claims

모터축을 갖는 모터가 내장되는 하우징; 및
상기 모터축과 결합 되고, 상기 모터축을 기준으로 삼각 배치되는 기어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 액추에이터.
제1 항에 있어서,
상기 기어부는
상기 모터축과 치합 되는 제1 기어;
상기 제1 기어와 서로 마주보게 배치되는 제2 기어;
상기 제2 기어의 대각선 방향에 서로 마주보게 배치되는 제3 기어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 액추에이터.
제2 항에 있어서,
상기 제1 기어와 제2 기어는 세로 방향에 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 액추에이터.
제2 항에 있어서,
상기 제2 기어와 제3 기어 사이에 모터축이 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 액추에이터.
제2 항에 있어서,
상기 제3 기어는 제1,2 기어에 비해 상대적으로 큰 기어치를 갖는 것을 특징으로 하는 차량용 액추에이터.
제2 항에 있어서,
상기 제3 기어에는
일단이 상기 제3 기어에 결합 되고, 타단이 하우징의 외측으로 연장 배치된 회전축을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 액추에이터.
제6 항에 있어서,
상기 하우징에는
회전축과 연결되어 하우징의 전면 외측에 배치되고, 기어부의 구동력을 전달받는 로드부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 액추에이터.
제6 항에 있어서,
상기 로드부는
제3 기어에 대해 직교 되게 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 액추에이터.
제7 항에 있어서,
상기 로드부를 통해 발생 되는 구동력은 회전축과의 이격거리와, 이격각도에 반비례하는 것을 특징으로 하는 차량용 액추에이터.
제1 항에 있어서,
상기 하우징은 사각 또는 원형의 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 액추에이터.
모터축을 갖는 모터가 내장된 하우징; 및
상기 모터축과 결합 되고, 상기 모터축을 기준으로 대각선 방향으로 배치되는 기어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 액추에이터.
제11 항에 있어서,
상기 기어부는
상기 모터축과 치합 되는 제1 기어;
상기 제1 기어와 서로 마주보며 대각선 방향에 배치되는 제2 기어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 액추에이터.
제12 항에 있어서,
상기 제1 기어와 제2 기어 사이에는 모터축이 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 액추에이터.
제12 항에 있어서,
상기 제2 기어는 제1 기어에 비해 상대적으로 큰 기어치를 갖는 것을 특징으로 하는 차량용 액추에이터.