KR20140098004A

KR20140098004A - 액추에이터에서의 진동 안전 모터 고정물

Info

Publication number: KR20140098004A
Application number: KR1020140010436A
Authority: KR
Inventors: 롤프 베버; 미카엘 바첵; 브루노 네우하우스; 이반 보르퀴
Original assignee: 존슨 일렉트릭 에스.에이.
Priority date: 2013-01-29
Filing date: 2014-01-28
Publication date: 2014-08-07
Also published as: KR102039197B1; CN103973024B; DE102014100675A1; CN103973024A; GB201301561D0; US9644704B2; US20140209781A1; JP2014147284A; JP6374170B2; GB2510189A

Abstract

액추에이터(10)가 케이스(12)와 출력(16)을 갖는다. 전기 모터(20)가 케이스(12)의 격실(18)에 배치된다. 출력(16)은, 케이스(12) 내에 배치된 기어 트레인을 통해 모터(20)에 의해 구동된다. 기어 트레인은 모터(20)의 샤프트(22) 상의 웜(30)과, 웜(30)과 맞물리는 웜 휠(32)을 포함한다. 마운팅 클립(40)이 모터(20)를 격실(18) 내에 탄성적으로 가압하도록 배열된다. 마운팅 클립(40)은, 모터(20)의 축 방향 단부와 체결하여 모터(20)를, 액추에이터(10)에 작용하는 축 방향 하중 및/또는 외부 진동으로 인한 축 방향 움직임 및 분리에 대해 지지하는 핑거(44)를 갖는다.

Description

액추에이터에서의 진동 안전 모터 고정물{VIBRATION SAFE MOTOR FIXATION IN AN ACTUATOR}

본 발명은 전기 모터를 통합한 액추에이터에 관한 것이며, 상세하게는 전기 모터가 진동에 대해 지지되는 액추에이터에 관한 것이다.

특히 엔진 상에서나 그 인근에서 자동차 응용장치에서 겪게 되는 것과 같은 헤비 듀티(heavy duty) 응용에서, 진동 및 내부 하중은, 액추에이터의 개별 소자를 파괴 또는 손상시킬 위험이 클 정도로 매우 클 수 있다. 이들 액추에이터에서 사용하는 DC 전기 모터는 통상, 브러시 홀더를 담고 있는 플라스틱 단부 캡에 의해 닫힌 개방 단부, 모터 단자 및 회전자를 유지하며 안내하는 베어링을 갖는 딥 드로운(deep drawn) 또는 컵 형상 금속 하우징으로 제조된다.

(액추에이터의 크기로 인한) 무거운 하중과 큰 진동 하에서, 단부 캡과 하우징 사이의 연결은 큰 응력 하에 놓이며, 이것은 단부 캡이 극한의 상황에서는 하우징으로부터 분리되게 하거나, 단지 느슨하게 되게 할 수 있으며, 이로 인해 모터의 동작에 영향을 주어, 가청 잡음을 증가시키며, 일반적으로 모터 및 그에 따른 액추에이터의 성능을 감소시킨다.

모터 상의 진동의 영향을 감소시키고자 하는 종래의 시도는 모터로부터 액추에이터의 케이스나 차체에 전달되는 진동을 멈추는데 집중되어왔다. 예컨대, US 5,696,360은, 모터로부터 차량의 차체로의 진동의 전달을 막기 위해 사용되는 탄성 흡음 소재를 갖고 차량에서 사용되는 모터 마운트를 기재한다. 이 진동 흡수 모터 마운트로 인해 모터는 하우징에 대해 움직이게 되어 진동을 흡수할 수 있어야 한다. 이것이 의미하는 점은, 모터 샤프트와 기어 트레인 사이의 정렬과 간격이 일정하지 않다는 점이다. 이것은, 휠, 웜(worm) 및 기타 다른 샤프트 축 사이의 거리가 일정하게 유지되어야 하는 기어 트레인에서는 바람직하지 않을 수 있다.

그러므로 진동의 소스가 모터의 외부나 내부이건 간에, 진동에 대해 모터를 지지하는 모터 마운트에 대한 요구가 있다.

이것은, 모터를 지지 구조, 상세하게는 모터가 부품이 되는 액추에이터의 케이스에 고정하는 진동 안전 방법을 사용하여, 본 발명에서 달성된다.

따라서, 그 일 양상으로, 본 발명은 격실(compartment)이 그 내부에 형성되어 있는 케이스; 케이스의 격실에 배치된 전기 모터; 케이스 내에 배치되며 모터에 의해 구동되는 기어 트레인; 및 모터를 격실 내로 탄성적으로 가압하며, 모터의 축 방향 단부와 체결되어 모터를 축 방향 움직임에 대해 지지하는 복수의 핑거를 갖는 마운팅 클립을 포함하는 액추에이터를 제공한다.

바람직하게, 기어 트레인은 모터의 샤프트 상에 형성되는 웜과, 웜과 맞물리는 웜 기어를 포함하여, 모터 샤프트의 감속을 제공한다.

바람직하게, 모터는, 폐쇄 단부 및 개방 단부를 갖는 하우징과, 개방 단부에 부착된 단부 캡을 가지며, 마운팅 클립은 모터의 하우징을 방사 방향으로 가압하는 본체부와, 본체부로부터 연장하며 케이스와 연결되는 복수의 연결부를 갖는다.

바람직하게, 마운팅 클립은, 본체부의 축 방향 단부로부터 방사 방향으로 안쪽으로 연장되며 모터의 축 방향 단부와 탄성적으로 체결하여 단부 캡과 하우징을 함께 강제(urge)하는 복수의 핑거를 갖는다.

바람직하게, 마운팅 클립의 본체부는 모터의 하우징의 폐쇄 단부로부터 개방 단부로 연장하며, 마운팅 클립이 모터의 하우징 주위에서 둘레 방향으로 탄성적으로 신장되게 하여 모터를 케이스의 격실 내로 강제하는 다수의 축 방향 연장 주름(corrugation)을 갖는다.

바람직하게, 마운팅 클립의 본체부는 축 방향으로 연장될 수 없다.

바람직하게, 마운팅 클립의 본체부는 복수의 축 방향 연장 빔-복수의 핑거가 복수의 축 방향 연장 빔으로부터 연장됨-; 및 복수의 축 방향 연장 빔 중 두 인접한 빔을 각각 연결하며 축 방향으로 연장하는 복수의 탄성적으로 변형 가능한 곡선 스트러트(strut)를 포함한다.

바람직하게, 마운팅 클립은 모터의 하우징을 잡고, 모터의 단부 캡 너머로 연장하여 단부 캡을 하우징에 유지한다.

바람직하게, 마운팅 클립은 금속 클립이며, 케이스는 플라스틱으로 만들어져 있다.

바람직하게, 마운팅 클립은 스프링 강으로 만들어져 있다.

바람직하게, 액추에이터는, 마운팅 클립의 복수의 연결부를 케이스에 연결하는 복수의 나사를 더 포함한다.

바람직하게, 마운팅 클립은 프레스-인(press-in) 연결에 의해 케이스에 고정된다.

바람직하게, 케이스는 격실 인근에 형성된 복수의 구멍을 가지며, 마운팅 클립은 케이스에서 복수의 구멍 내로 가압되는 복수의 가시 돌기(barbed projection)를 갖는다.

바람직하게, 액추에이터는, 케이스에 고정되어 기어 트레인으로부터 모터에 작용하는 방사 방향 힘(radial force)에 대해 모터를 지지하는 포지셔닝 플레이트(positioning plate)를 더 포함한다.

바람직하게, 포지셔닝 플레이트는, 모터를 하우징의 격실 내에 축 방향으로 위치시키기 위해 배열된다.

본 발명에 의하면, 진동의 소스가 모터의 외부나 내부이건 간에, 진동에 대해 모터를 지지하는 모터 마운트를 제공할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예는 이제 수반하는 도면 내의 도면들을 참조하여 예를 들어서만 기재될 것이다. 도면들에서, 하나 보다 많은 도면에 도시된 동일한 구조, 요소 또는 부분은 일반적으로 이들이 도시된 모든 도면에서 동일한 참조번호로 표시한다. 도면들에서 도시된 구성요소와 특성의 치수는 표시의 편의성 및 명료성을 위해 일반적으로 선택되며 반드시 실제 축적대로 도시되지는 않는다. 도면들은 아래에 기재한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액추에이터의 분해도이다.
도 2는, 커버를 제거한 상태의, 도 1의 액추에이터의 조립도이다.
도 3은 도 1의 액추에이터의 부분인 모터 마운팅 클립의 등거리 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 모터 마운팅 클립의 등거리 사시도이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액추에이터(10)를 예시한다. 액추에이터(10)는, 자동차, 특히 승용차의 내연 엔진용 열 관리 시스템의 워터 밸브의 일부이다. 액추에이터(10)는, 밸브가 폐쇄된 폐쇄 위치와 밸브가 완전히 개방된 개방 위치 사이에서 밸브 부재를 움직이는데 사용된다. 이상적으로, 밸브 부재는 폐쇄 위치와 완전 개방 위치 사이의 로케이션에 위치될 수 있어서, 밸브를 통한 동작 액의 흐름을 제한할 수 있다.

액추에이터(10)는 본체(12)와 커버(14)를 포함하는 케이스를 갖는다. 케이스(12)는 전기 모터(20), 통상 소형 또는 마이크로-모터 영역에서는 소형 DC 모터를 수용한다. 모터(20)는 기어 트레인을 통해 출력(16)을 구동한다. 기어 트레인은 모터(20)의 샤프트(22)에 맞춰지거나 그 위에 형성되는 웜(30)과, 감속 기어 장치의 부분으로서 웜(30)과 맞물리는 웜 휠(32)을 포함하여 속도를 줄이며 그에 따라 액추에이터(10)의 출력의 토크를 증가시킨다. 출력(16)은 출력 샤프트일 수 있거나, 본 실시예에서 도시된 대로, 워터 밸브의 스핀들이 배치된 소켓을 갖는 기어 휠(17)일 수 있다.

도 2는, 케이스(12) 내부의 조립된 장치를 보여주기 위해 생략된 커버(14)를 갖는 조립 액추에이터(10)를 예시한다.

모터(20)는, 하우징(24)의 개방 단부를 크림핑(crimping)함으로써 고정되는 플라스틱 단부 캡(26)에 의해 폐쇄되는 개방 단부를 갖는 딥 드로운 금속 하우징(24)을 갖는다. 단부 캡(26)은 모터 단자와 모터 샤프트(22)를 지지하는 베어링을 지지한다. 모터 샤프트(22)를 지지하는 제2 베어링이 하우징(24)의 폐쇄 단부에 탑재된다. 바람직하게, 베어링은 오일 주입된 소결 부싱(oil impregnated sintered bushing)이며, 이 부싱으로 인해 샤프트(22)는 부싱을 통해 축 방향으로 움직이게 된다. 샤프트(22)는 부싱을 통한 샤프트(22)의 축 방향 움직임을 제한하도록 배열된 칼라나 스페이서를 갖는다. 이 제한된 움직임이 샤프트의 축 방향 플레이로 알려져 있다. 바람직하게, 모터(20)는, 하우징(24)의 내표면에 고정된 영구 자석, 단부 캡(26)에 의해 지지되는 브러시 및 샤프트(22)에 고정된 정류자 및 권선형 회전자 코어를 갖는 브러시 타입의 PMDC 모터이다.

전술한 바와 같이, 웜(30)과 웜 휠(32) 사이의 반응은 상당한 축 방향 및 방사 방향 힘을 모터 샤프트(22)에 생성한다. 회전 방향에 따라, 축 방향 힘은 샤프트(22) 상의 스페이서가 축 방향 외부 방향으로 베어링에 대해 가압하며, 이것은 일 방향에서, 축 방향 하중이 단부 캡(26)을 하우징(24)으로부터 멀어지도록 누르려고 하여 단부 캡(26)을 하우징(24)에 유지하는 크림프에 상당한 응력을 가한다는 점을 의미한다. 밸브가 주행(travel)의 끝에 도달할 때와 같이, 심각한 진동과 반복되는 상당한 축 방향 하중 하에서, 소형 금속 크림프는 상대적으로 연성 소재인 플라스틱 단부 캡(26)을 통해 끌리게 되어(drag through) 단부 캡(26)은 결국 느슨하게 되며 아마도 하우징(24)으로부터 분리될 것이다.

액추에이터 케이스(12)는 모터(20)에 대한 격실(18)을 한정한다. 격실(18)은, 모터(20)가 자리 잡는 마운팅 스트러트(미도시)와 모터(20)의 축 방향 단부에 대응하는 단부 벽(19)을 갖는다. 그러나 모터(20)의 구성요소 및 케이스(12) 자체에 관한 제조 공차로 인해 그리고, 용이한 조립을 허용하기 위해, 단부 벽(19)과 모터(20)의 축 방향 단부 사이에는 특정 갭이 있다. 또한, 비록 축 방향 스러스트(thrust) 표면이 케이스(24) 상에 구비될 수 있어서 샤프트(22)를 축 방향 하중에 대해 지지할지라도, 회전자가 자유롭게 회전하게 하는 일부 축 방향 플레이가 있어야 한다. 게다가, 플라스틱이므로, 케이스(12)는 큰 탄력성을 가지며, 따라서 축 방향 스러스트 표면은 큰 진동과 상당한 축 방향 하중 하에서 스페이서가 베어링과 접촉하게 한다.

모터(20)는 마운팅 클립(40)에 의해 격실(18)에 고정된다. 마운팅 클립(40)은 도 3에 더욱 자세하게 도시한다. 마운팅 클립(40)은 모터(20)의 하우징(24)의 축 방향 외표면과 체결되며, 케이스(12)에 고정됨에 따라 하우징(24) 주위에서 탄성적으로 변형된다. 본 실시예에서, 클립(40)은 네 개의 나사(41)에 의해 케이스(12)에 고정되며, 클립(40)은 나사(41)가 조여짐에 따라 변형된다. 이상적으로, 클립(40)은, 하우징(24)과 체결되는 본체부(42)를 갖는다. 구멍이 있는 러그(43)가 본체부(42)로부터 연장한다. 나사(41)는 러그(43)의 구멍을 통과하여 마운팅 클립(40)을 고정한다. 본체부(42)는 둘레 방향에서 물결 모양을 갖거나, 축 방향으로 연장하는 복수의 주름을 가져 본체부(42)가 둘레 방향에서 탄성적으로 변형되거나 신장되게 한다. 실시예에서, 마운팅 클립은 스프링 강으로 만들어져 있다. 바람직하게, 클립(40)은 통상 200N의 힘으로 모터(20)를 케이스(12)에 가압한다. 클립(40)의 탄성 속성으로 인해, 정상적인 치수 공차에 상관없이, 모터(20)는 케이스(12)에 타이트하게 고정되게 된다.

본체부(42)는 단단하거나 적어도 축 방향에서 연장될 수 없다. 핑거(44)가 본체부(42)의 축 방향 단부로부터 연장하며, 모터(20)의 축 방향 단부에 대해, 즉 하우징(24)의 폐쇄 단부와 단부 캡(26)에 대해 탄성적으로 가압하여, 단부 캡(26)을 하우징(24)에 가압한다. 바람직하게, 핑거(44)는 대략 250N의 총 힘으로 단부 캡(26)에 대해 가압한다. 핑거(44)가 가한 개별 힘은 예컨대 상이할 수 있어서, 중간 핑거가 100N의 힘을 가할 수 있고, 두 개의 외부 핑거가 각각 대략 75N의 힘을 가할 수 있다.

바람직한 마운팅 클립(40)에서, 본체부(42)는, 모터 하우징(24)을 따라 모터(20)의 한 단부로부터 다른 단부로 축 방향으로 연장하는 복수의 빔(46)을 갖는다. 인접한 빔은 본체부(42)의 주름을 형성하는 곡선 스트러트(48)에 의해 연결된다. 곡선 스트러트(48)는 본체부(42)가 하우징(24) 위로 신장됨에 따라 탄성적으로 펴져서, 모터(20)를 케이스(12)에 유지하는 가압 힘을 생성한다. 핑거(44)는 빔(46)의 단부로부터 연장한다.

액추에이터(10)는, 모터(20)를 제어하는 전자장치를 포함하는 회로 기판(50)과, 액추에이터(10)를 전력 및 신호 배선에 연결하고 모터 단자를 회로 기판(50)에 연결하는 커넥터(54)를 더 포함한다. 센서 자석이 출력 휠(17)의 샤프트에 맞춰져서 위치 피드백을 제어 회로에 제공한다.

부가적으로, 포지셔닝 플레이트(60)가, 케이스(12)의 모터 격실(18) 내에서 모터(20)의 정렬을 개선하는데 사용될 수 있다. 포지셔닝 플레이트(60)는 웜(30)에 인접한 모터(20)의 단부 상에 배치된다. 도시한 실시예에서, 이것은 하우징(24)의 폐쇄 단부이다. 마운팅 클립(40)의 핑거(44)는 포지셔닝 플레이트(60)를 모터(20)의 단부에 대해 가압한다. 이것은, 클립(40)과 하우징(12) 사이의 모터 출력 측에서, 웜(30)과 웜 휠(32) 사이에서 발생한 방사 방향 힘에 의해 부분적으로 생성되는 측 방향 힘의 더 우수한 분배와 지지를 제공한다. 포지셔닝 플레이트(60)의 가장자리 부분은 케이스(12)에 형성된 슬롯에 배치된다. 포지셔닝 플레이트(60)는 모터(20)를 웜 휠(32)로부터 샤프트(22)에 가해진 방사 방향 힘에 대해 지지하며, 이러한 힘은 샤프트(22)와 모터(20)를 옆으로 움직이는 경향이 있다. 바람직하게, 포지셔닝 플레이트(60)는 슬롯 내로의 타이트한 피트 또는 가압 피트이며, 모터(20) 자체, 특히 하우징(24) 및 단부 캡(26)의 치수 공차에 의해 악영향을 받지 않는 케이스(12) 내의 모터(20)의 축 방향 포지셔닝에 관한 신뢰할 만한 자료를 제공한다.

도 4는 대안적인 클립(70)을 도시한다. 클립(70)은, 가시(barbed) 가장자리(74)를 가진 스프링 기능 삽입 단부(72)가 형성된 레그 단부로 모터(20)의 하우징(24)에 걸치도록 본래 U-자 형상이다. 레그는 또한 축 방향으로 진행하는 내부 릿지(ridge)(76)를 형성하는 측면 변형을 갖는다. 핑거(78)는 U자의 베이스의 축 방향 단부로부터 안쪽으로 연장한다. 사용 시, 클립(70)은, 핑거(78)가 단부 캡(26)에 대해 가압하며, 릿지(76)가 하우징(24)의 방사 방향 외표면에 대해 가압한 상태로 모터(20) 위에 걸쳐있다. 레그의 단부(72)는 케이스(12)에서 각 구멍 내로 가압된다. 구멍은, 가시가 구멍의 단부 벽 내에 물려서 제거에 저항하도록 레그의 단부(72)를 수용하는 치수를 갖는다. 클립(70)은, 레그가 케이스(12)의 구멍 내에 가압됨에 따라 하우징(24) 주위에 탄성적으로 변형되거나 신장된다. 바람직하게, 모터(20)는, 모터(20)의 각 축 방향 단부에 하나씩 두 개의 그러한 클립(70)에 의해 유지된다. 이 경우, 포지셔닝 플레이트(60)가 또한 사용되는 것이 바람직하다. 탭(79)은 접지 연결을 제공한다.

본 발명은, 큰 진동 및 상당한 축 방향 하중에 대해 모터 및 상세하게는 단부 캡을 지지하는 방식으로 모터를 간단히 조립하는 액추에이터를 제공한다. 동시에, 정상적인 치수 공차를 허용하는 방식으로 모터를 타이트하게 고정할 수 있다.

본 출원서의 상세한 설명 및 청구범위에서, 동사, "포함한다", "갖는다" 및 그 파생어는 각각 포괄적인 의미로 사용되어 기재한 항목의 존재를 명시하지만 추가 항목의 존재를 배제하지는 않는다.

본 발명은 하나 이상의 바람직한 실시예를 참조하여 기재하지만, 당업자는 여러 변형이 가능함을 이해해야 한다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 다음의 청구범위를 참조하여 결정될 것이다.

Claims

격실(compartment)이 그 내부에 형성되어 있는 케이스;
상기 케이스의 격실에 배치된 전기 모터;
상기 케이스 내에 배치되며 상기 모터에 의해 구동되는 기어 트레인; 및
상기 모터를 상기 격실 내로 탄성적으로 가압하며, 상기 모터의 축 방향 단부와 체결되어 상기 모터를 축 방향 움직임에 대해 지지하는 복수의 핑거를 갖는 마운팅 클립을 포함하는 액추에이터.
청구항 1에 있어서, 상기 기어 트레인은 상기 모터의 샤프트 상에 형성되는 웜(worm)과, 상기 웜과 맞물리는 웜 기어를 포함하여, 상기 모터 샤프트의 감속을 제공하는, 액추에이터.
청구항 1에 있어서, 상기 모터는, 폐쇄 단부 및 개방 단부를 갖는 하우징과, 상기 개방 단부에 부착된 단부 캡을 가지며,
상기 마운팅 클립은 상기 모터의 하우징을 방사 방향으로 가압하는 본체부와, 상기 본체부로부터 연장하며 상기 케이스와 연결되는 복수의 연결부를 갖는, 액추에이터.
청구항 3에 있어서, 상기 마운팅 클립은, 상기 본체부의 축 방향 단부로부터 방사 방향으로 안쪽으로 연장되며 상기 모터의 축 방향 단부와 탄성적으로 체결하여 상기 단부 캡과 하우징을 함께 강제(urge)하는 복수의 핑거를 갖는, 액추에이터.
청구항 4에 있어서, 상기 마운팅 클립의 본체부는 상기 모터의 하우징의 상기 폐쇄 단부로부터 상기 개방 단부로 연장하며, 상기 마운팅 클립이 상기 모터의 하우징 주위에서 둘레 방향으로 탄성적으로 신장되게 하여, 상기 모터를 상기 케이스의 격실 내로 강제하는 다수의 축 방향 연장 주름(corrugation)을 갖는, 액추에이터.
청구항 4에 있어서, 상기 마운팅 클립의 본체부는 축 방향으로 연장될 수 없는, 액추에이터.
청구항 5에 있어서, 상기 마운팅 클립의 본체부는 복수의 축 방향 연장 빔 - 상기 복수의 핑거가 상기 복수의 축 방향 연장 빔으로부터 연장됨 - ; 및
상기 복수의 축 방향 연장 빔 중 두 인접한 빔을 각각 연결하며 축 방향으로 연장하는 복수의 탄성적으로 변형 가능한 곡선 스트러트(strut)를 포함하는, 액추에이터.
청구항 3에 있어서, 상기 마운팅 클립은 상기 모터의 하우징을 잡고, 상기 모터의 단부 캡 너머로 연장하여 상기 단부 캡을 상기 하우징에 유지하는, 액추에이터.
청구항 1에 있어서, 상기 마운팅 클립은 금속 클립이며, 상기 케이스는 플라스틱으로 만들어져 있는, 액추에이터.
청구항 9에 있어서, 상기 마운팅 클립은 스프링 강으로 만들어져 있는, 액추에이터.
청구항 3에 있어서, 상기 마운팅 클립의 복수의 연결부를 상기 케이스에 연결하는 복수의 나사를 더 포함하는 액추에이터.
청구항 1에 있어서, 상기 마운팅 클립은 프레스-인(press-in) 연결에 의해 상기 케이스에 고정되는, 액추에이터.
청구항 12에 있어서, 상기 케이스는 상기 격실 인근에 형성된 복수의 구멍을 가지며,
상기 마운팅 클립은 상기 케이스의 복수의 구멍 내로 가압되는 복수의 가시 돌기(barbed projection)를 갖는, 액추에이터.
청구항 1에 있어서, 상기 케이스에 고정되어, 상기 기어 트레인으로부터 상기 모터에 작용하는 방사 방향 힘(radial force)에 대해 상기 모터를 지지하는 포지셔닝 플레이트(positioning plate)를 더 포함하는, 액추에이터.
청구항 14에 있어서, 상기 포지셔닝 플레이트는, 상기 모터를 상기 하우징의 격실 내에 축 방향으로 위치시키기 위해 배열되는, 액추에이터.