KR20150095579A - 선형 및 회전형 조합 액추에이터 - Google Patents

선형 및 회전형 조합 액추에이터 Download PDF

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KR20150095579A
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KR1020150019931A
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필립 엠. 소코로프스키
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델피 테크놀로지스 인코포레이티드
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Abstract

액추에이터는 하나의 모터에 의해 회전되는 하나의 원형 기어에 결합되는 직선형 및 반원형 복합 톱니형성 랙을 갖는 한 쌍의 콤팩트 캠 플레이트를 포함한다. 기어가 일 방향으로 회전함에 따라, 캠 플레이트는 기어에 결합되어 기어 주위에 잠길 때까지 안내 직선형 라인에서 서로를 향해 당겨진다. 기어의 연속된 회전은 잠겨진 캠 플레이트를 기어와 함께 회전시킨다. 기어가 역전됨에 따라 동작은 역전된다.

Description

선형 및 회전형 조합 액추에이터{COMBINATION LINEAR AND ROTARY ACTUATOR}
본 발명은 일반적으로 액추에이터, 그리고 구체적으로는 선형 및 회전형 조합 액추에이터에 관한 것이다.
자동차 공기 조절 하우징은 전형적으로 하우징의 벽에 대해 그리고 하우징의 벽을 통해 피봇되는 크랭크에 의해 각각 개방 한계 위치와 폐쇄 한계 위치와의 사이에서 회전되는 적어도 2개의 플래퍼(flapper) 타입 공기 유동 제어 도어를 포함한다. 플래퍼 타입 공기 유동 제어 도어 각각은 전용 별도 모터에 의해 회전 및 제어되지만, 하나의 모터를 이용하여 양 도어를 작동 및 제어하는 것이 비용 및 공간을 절약하는 대책이 될 수 있다. 이전의 제안은, 시스템에 수많은 자유도와, 그로 인한 유격 및 소음(rattle)과 많은 비용을 수반하는 매우 복잡하고 부피가 큰 다수의 레버 시스템 또는 다수의 기어 감속 시스템을 수반하고 많은 체적을 점유하여 하나의 모터를 사용할 때의 이점을 감소시킨다.
본 발명은 하나의 모터를 이용하여 공기 조절 하우징의 한 쌍의 도어를 작동시키고 제어하는 간단하고 콤팩트한 액추에이터를 제공한다.
개시된 실시예에서, 크랭크 단부 부근에 핀을 갖는 한 쌍의 도어 크랭크가 넓게 이격된 위치에서 공기 조절 하우징의 벽에 그리고 이 벽을 통해 피봇된다. 각각의 크랭크가 미리 정해진 원호를 따라 회전함에 따라, 각각의 크랭크는 개방 위치와 폐쇄 위치와의 사이에서 하우징 내측의 도어를 운동시킨다.
모터 지지 및 안내 브래킷이 이 브래킷으로부터 이격된 하우징 벽에 볼트체결되고, 크랭크를 커버한다. 브래킷 벽의 외측에 장착된 하나의 모터가 브래킷 내측에 위치된 하나의 원형 기어를 회전시킨다. 기어 축선에 조심되어 있으며 사선으로 대향하는 반원형 간극 슬롯 안으로 개방되는 한 쌍의 평행한 직선형 안내 슬롯이 브래킷에 형성되어 있다.
상호배치된 한 쌍의 제1 및 제2 캠 플레이트가 브래킷과 하우징 벽과의 사이에 적층된다. 원형 기어를 향하는 각각의 캠 플레이트의 내측은 원형 기어의 일측과 결합되는 직선형 톱니형성 랙 및 원형 기어의 약 사분의 일에 매칭(matching)되는 반원형 톱니형성 랙을 갖는다. 캠 플레이트 랙들은 반대 방향을 향하며, 캠 플레이트들은 반대 방향으로 선형적으로 활주하도록 배치되며, 각각의 캠 플레이트는 각각의 브래킷 안내 슬롯에 걸쳐지는 안내 핀을 갖는다. 또한, 각각의 캠 플레이트는, 브래킷의 직선형 안내 트랙이 각각의 캠 플레이트의 직선형 톱니형성 랙 부분과 동일한 공간을 차지할 때까지, 브래킷의 직선형 안내 트랙에 걸쳐지는 플랜지를 갖는다.
원형 기어가 일 방향으로 회전함에 따라, 캠 플레이트는 그들의 톱니형성 원호부가 회전 기어에 동시에 결합할 때까지 서로를 향해 직선으로 당겨진다. 톱니형성 원호부가 원형 기어와 결합함에 따라, 캠 플레이트의 상호체결 활주 잠금부가 결합하여 캠 플레이트를 기어에 잠근다. 기어를 더 회전시키면, 안내 플랜지가 안내 트랙으로부터 멀어지고 안내 핀이 브래킷의 직선형 안내 슬롯을 벗어나서 반원형 간극 슬롯 안으로 들어감에 따라 함께 잠겨진 캠 플레이트가 기어 축선을 중심으로 회전한다. 기어를 반대로 회전시키면, 캠 플레이트의 경로가 역전되어, 반대 방향으로 회전하고, 선형적으로 활주하여 다시 개시 지점까지 이격된다.
개시된 실시예에서, 피봇된 크랭크의 단부의 핀은 캠 플레이트의 내측 표면의 캠 트랙에 걸쳐진다. 각각의 캠 트랙은, 각각 캠 플레이트가 운동함에 따라 원하는 경로를 따라 크랭크를 작동식으로 피봇시키거나 크랭크를 고정된 상태로 남겨두는 직선형 또는 만곡형의 작동 및 비작동 부분을 갖는다. 이에 따라, 한 쌍의 콤팩트 캠 플레이트의 모든 동작, 즉 선형 및 회전 동작은 레버를 피봇시키기 위해 사용될 수 있고, 이에 따라 하나의 모터에 의해 그리고 콤팩트하고 밀접하게 안내되는 형태로 밸브 도어를 작동시킨다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예의 모습의 분해 사시도이다.
도 2는 도면의 액추에이터 구성요소의 확대도이다.
도 3은 도 2와 유사한 도면으로 반대 방향에서 본 도면이다.
도 4a 내지 도 4c는 지지 브래킷이 분리된 상태에서 장치가 운동하는 모습을 보여주는 도면이다.
도 5a 내지 도 5c는 도 4a 내지 도 4c에 대응하는 장치의 도면으로, 반대 방향에서 본 도면이며, 액추에이터 장치가 크랭크 및 플래퍼 도어를 운동시키는 방법을 보여준다.
먼저 도 1을 참고하면, 개시된 바람직한 실시예에서, 기초 구조물은 측벽(12)을 갖고 이 측벽을 통해 상층 및 하측 크랭크(14 및 16)가 피봇되는, 전체적으로 10으로 나타낸 HVAC 하우징이다. 각각 단부 핀(15 및 17)을 갖는 크랭크(14 및 16)는 하우징(10) 내측의 한 쌍의 플래퍼 도어(도시 생략)를 한계 위치 사이에서 운동시킨다. 전체적으로 18로 나타낸 본 발명의 선형 및 회전형 조합 액추에이터는 분해된 모습으로 도시되어 있으며, 하나의 종래의 가역 전기 모터(20)에 의해 작동되는 단지 4개의 기본 콤팩트 요소로 구성된다. 모터(20)는 액추에이터(18)를 운동시켜 다시 크랭크(14 및 16)를 운동시키기에 충분한 정도까지 모터(20)를 정 및 역 회전시키기 위한 종래의 컨트롤러(도시 생략)를 갖는다.
이어서 도 2 및 도 3을 참고하면, 4개의 기본 요소 중 하나는 그 외측에 모터(20)를 지지하며 비교적 좁은 공간을 사이에 둔 상태에서 하우징 측벽(12)에 볼트체결되는 성형 플라스틱 지지 브래킷(22)이다. 이 공간은 중앙 축선(A)을 중심으로 모터(20)와 함께 일대일 회전하도록 모터(20)에 축연결되어 있는 대형 톱니형성 원형 기어(24)를 수용할 정도로 충분히 크다. 브래킷(22)은 또한 모두 서로 평행한 한 쌍의 상측 및 하측 직선형 안내 트랙(26 및 28), 및 한 쌍의 상측 및 하측 직선형 안내 슬롯(30 및 32)을 포함한다. 각각의 직선형 안내 슬롯(30 및 32)은 각각 축선 A에 대해 동심이며 사선으로 대향하는 한 쌍의 반원형 간극 슬롯(34 및 36) 중 하나의 내부로 개방된다. 또한, 브래킷(22) 및 그 구조적인 특징부의 모두는 강체이며 하우징 측벽(12)에 대해 고정된다.
계속해서 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 2개의 기본 요소는 전체적으로 38 및 40으로 나타낸 상측 및 하측 캠 플레이트인 한 쌍의 액추에이터 부재이다. 역시 성형 플라스틱인 캠 플레이트(38 및 40)는 상호 간섭 없이 후방 및 전방으로 활주할 수 있도록 브래킷(22)의 내측과 하우징 측벽(12)의 외측과의 사이의 공간에 끼워지고 적층된다. 브래킷(22)의 내측을 향하는 캠 플레이트의 외측 표면에서, 각각의 캠 플레이트(38 및 40)는 직선형 톱니형성 랙(42 및 44)을 각각 갖고, 직선형 톱니형성 랙(42 및 44)는 서로 평행하고, 서로 사선으로 대향하는 반원형 톱니형성 랙(46, 48)에서 끝나며, 기어(24)의 직경에 매칭된다. 모든 톱니형성 랙은 원형 기어(24)와 밀접하게 상호체결된다. 또한, 각각의 캠 플레이트(38 및 40)는 브래킷(22)의 각각의 안내 트랙(26, 28)을 따라 자유롭지만 밀접하게 걸쳐지는 각각의 안내 플랜지(50, 52)를 갖는다. 각각의 캠 플레이트(38 및 40)의 외측 표면은 또한 정렬된 한 쌍의 안내 슬롯(30, 32) 및 간극 슬롯(34, 36)에 밀접하게 걸쳐지는 돌출 안내 핀(54, 56)을 갖는다. 마지막으로, 각각의 캠 플레이트(38, 40)는, 각각의 반원형 톱니형성 랙(48, 46)의 단부에, 각각 대향하는 캠 플레이트(40, 38)의 직선형 톱니형성 랙(44, 42)의 단부를 활주가능하게 수용하도록 치수화된 직선형 측면을 갖는 훅(58, 60)을 갖는다.
이어서 도 4a 내지 도 4c를 참고하여, 액추에이터(18)의 기본 작동, 즉 액추에이터(18)가 작동시키는 요소로부터 분리된 액추에이터의 기본 동작을 설명한다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 기어(24)가 시계 방향으로 회전하기 시작함에 따라, 브래킷 안내 트랙(26 및 28)과 안내 플랜지(50 및 52)와의 결합 및 또한 안내 핀(54 및 56)의 직선형 안내 슬롯(30 및 32)에의 걸쳐짐에 의해 안내되는 직선형 톱니형성 랙(42 및 44)은 직선으로 반대 방향으로 함께 당겨진다. 이 초기 동작은 도 4b에 도시된 바와 같이 원형 톱니형성 랙(46 및 48)이 기어(24)와 결합되고 직선형 안내 트랙(42 및 44)이 훅(60 및 58) 안으로 활주해 들어갈 때까지 계속된다. 이는, 안내 핀(54 및 56)이 반원형 간극 슬롯(34, 36) 안으로 운동함에 따라, 동시에, 캠 플레이트(38 및 40)를 기어(24)에 단단히 잠그도록 작용한다. 그 지점에서, 도 4c에 도시된 바와 같이, 캠 플레이트(38 및 40)는 기어(24)와 함께 회전하게 되고, 플랜지(50 및 52)는 모터(20) 및 기어(24)가 도시되지 않은 제어 시스템에 의해 정지될 때까지 안내 트랙(26 및 28)으로부터 멀어지도록 회전한다. 모터(20) 및 기어(24)가 반대 방향으로 회전하여 도 4a의 위치로 되돌아갈 때 상기 동작은 역전된다. 이에 의해, 기본적으로 기어(24)의 모든 가용한 동작은 모두가 브래킷(22)과 하우징 측벽(12)과의 사이의 비교적 콤팩트한 공간 및 브래킷(22) 내에서, 그리고 매우 작은 유격으로 밀접하게 안내되는 캠 플레이트(38 및 40)의 잠재적으로 유용한 동작, 즉 선형 및 회전 동작으로 바뀐다.
이어서 도 3 및 도 5a 내지 도 5c를 참고하면, 측벽(12)을 향하는 캠 플레이트(38 및 40)의 내측 표면은, 바로 위에서 설명한 기본 동작을 크랭크(14 및 16)의 동작으로 바꾸는데 기여하는 추가적인 구조물을 갖는다. 캠 플레이트(38)는, 브래킷 안내 트랙(26 및 28)에 대해 상방으로 경사지고, 크랭크 핀(15)을 수용하는 기본적으로 선형적인 캠 트랙(62)을 갖는다. 선형 캠 트랙(62)은 기어(24)에 대해 동심인 반원형 간극 트랙(64)에서 끝난다. 캠 플레이트(40)는 기어(24)에 대해 동심이 아니며 크랭크 핀(17)을 수용하는 아치형 캠 트랙(66)을 갖는다. 아치형 캠 트랙(66)은 브래킷 안내 트랙(26 및 28)에 대해 평행한 직선형 간극 트랙(68)에서 끝난다. 마지막으로, 각각의 크랭크(14 및 16)는 하우징(10) 내의 다양한 공기 유동을 제어하기 위해 한계 위치 사이에서 회전하는 각각의 플래퍼 도어(70 및 72)[도어(72)의 경우에는 더블 도어]에 고정된다.
이제 도 5a 내지 도 5c를 참고하면, 도 5a는 도 4a와 동등한 개시 위치를 나타낸다. 기어(24)가 (도 5a의 관점에서 반시계방향으로) 회전하기 시작하고 캠 플레이트(38 및 40)가 함께 당겨짐에 따라, 상측 크랭크 핀(15)은 캠 트랙(62)을 통해 당겨지고 하측 클랭크 핀(17)은 직선형 하측 간극 트랙(68)을 통해 당겨진다. 직선형 캠 트랙(62)은 안내 트랙(26 및 28)에 대해 상방으로 경사져 있기 때문에, 크랭크 핀(15)은 밀어올려지고, 크랭크(14)를 시계방향으로 회전시키며, 크랭크(14)와 함께 플래퍼 도어(70)를 회전시킨다.
동시에, 하측 크랭크 핀(17)은 간극 트랙(68)에 자유롭게 걸쳐지고, 크랭크(16)는 영향을 받지 않으며 플래퍼 도어(72)는 그대로 있다. 도 5b(도 4b의 위치와 동등)에 도시된 바와 같이 캠 플레이트(38, 40)가 함께 완전히 당겨지고 기어(24)에 로킹될 때, 상측 크랭크 핀(15)은 반원형 간극 트랙(64)으로 운동하고, 여기서 반원형 간극 트랙(64)은 기어(24)에 대해 동심이기 때문에, 반원형 간극 트랙(64)은 상측 크랭크(14)에 더 이상의 동작을 발생시키지 않는다.
동시에, 하측 크랭크 핀(17)은 아치형 캠 트랙(66)으로 운동하고, 아치형 캠 트랙(66)은 기어(24)에 대해 동심이 아니기 때문에 하측 크랭크(16)를 시계방향으로 회전시키고, 또한 플래퍼 도어(72)를 도 5c(도 4c에 대응)에 도시된 위치까지 회전시킨다. 따라서, 도어(70 및 72)는 하나의 모터(20) 및 기어(24) 조합, 그리고 단지 3개의 다른 콤팩트 요소, 즉 캠 플레이트(38, 40) 및 안내 브래킷(22)에 의해 도어의 한계 위치 사이에서 가역적으로 회전된다. 제2 모터 또는 복잡한 크랭크 또는 기어 기구가 필요하지 않다. 상기 시스템은 콤팩트하고 잘 안내되고, 매우 제한된 소음을 가지며, 완전히 가역적이다.
기본적인 본 발명은 개시된 것과 상이한 환경에 통합될 수 있다. 근본적으로, 선형 및 회전 동작의 액추에이터의 가역적인 조합은 선형 및 회전 동작 양자를 유용한 작업으로 바꿀 수 있는 수많은 상이한 가동 부재를 작동시키는데 사용될 수 있다. 개시된 바람직한 실시예에서, 반원형 간극 슬롯(34 및 36)은 액추에이터의 기본 작동에는 필요하지 않지만, 안내 핀(54 및 56)을 다시 직선형 안내 슬롯(30 및 32) 안으로 안내하는 것을 돕는다. 마찬가지로, 간극 트랙(64 및 68)은 크랭크(14 및 16)의 기본 작동에 필요하지 않지만, 캠 핀(15 및 17)을 작동 캠 트랙(62 및 66) 안으로 안내하는데 기여한다.

Claims (4)

  1. 기초 구조물,
    상기 기초 구조물에 대해 고정된 기어 축선을 중심으로 정역 회전가능한 동력식 원형 기어,
    상기 기어의 일측과 결합되는 직선형 톱니형성 랙 및 상기 기어와 결합가능한 반원형 톱니형성 랙을 갖는 제1 액추에이터 부재,
    상기 기어의 반대측과 결합되는 직선형 톱니형성 랙 및 상기 기어와 결합가능한 반원형 톱니형성 랙을 갖는 제2 액추에이터 부재,
    상기 액추에이터 부재들의 반원형 톱니형성 랙들이 동시에 상기 기어에 결합할 때까지 상기 기어가 일 방향으로 회전함에 따라 상기 액추에이터 부재를 서로 평행하게 그리고 서로를 향해 가역적인 선형 경로에서 안내하기 위해 상기 액추에이터 부재와 상기 기초 구조물과의 사이에 결합가능한 선형 안내 트랙, 및
    상기 액추에이터 부재를 상기 기어에 그리고 상기 기어 주위에 잠그기 위해 상기 반원형 톱니형성 랙이 상기 기어와 결합함에 따라 서로 상호체결되는 상기 액추에이터 부재 상의 활주 잠금부를 포함하며,
    상기 잠겨진 액추에이터 부재들은 상기 기어가 회전을 지속함에 따라 상기 기어와 함께 가역적인 회전 경로에서 운동하는, 선형 및 회전형 조합 액추에이터.
  2. 기초 구조물,
    이격된 위치에서 상기 기초 구조물에 피봇연결되며, 상기 기초 구조물에 대해 고정된 크랭크 축선을 중심으로 피봇가능한 제1 및 제2 크랭크 부재,
    상기 기초 구조물에 대해 고정되며 상기 크랭크 축선 사이에 있는 기어 축선을 중심으로 정역 회전가능한 동력식 원형 기어,
    상기 기어의 일측과 결합되는 직선형 톱니형성 랙 및 상기 기어와 결합가능한 반원형 톱니형성 랙을 갖는 제1 캠 플레이트,
    상기 기어의 반대측과 결합되는 직선형 톱니형성 랙 및 상기 기어와 결합가능한 반원형 톱니형성 랙을 갖는 제2 캠 플레이트,
    상기 캠 플레이트의 반원형 톱니형성 랙들이 동시에 상기 기어에 결합할 때까지 상기 기어가 일 방향으로 회전함에 따라 상기 캠 플레이트들을 서로 평행하게 그리고 서로를 향해 가역적인 선형 경로에서 안내하기 위해 상기 캠 플레이트들과 상기 기초 구조물과의 사이에 결합가능한 선형 안내 트랙,
    상기 캠 플레이트들을 상기 기어에 그리고 상기 기어 주위에 잠그기 위해 상기 반원형 톱니형성 랙이 상기 기어와 결합함에 따라 서로 상호체결되는 상기 캠 플레이트 상의 활주 잠금부로서, 상기 잠겨진 캠 플레이트들은 상기 기어가 회전을 지속함에 따라 상기 기어와 함께 가역적인 회전 경로에서 운동하는 활주 잠금부,
    상기 제1 캠 플레이트가 일 방향으로 운동함에 따라 상기 제1 크랭크 부재를 일 방향으로 회전시키고 상기 제1 캠 플레이트가 역전됨에 따라 제1 크랭크 부재를 역전시키는 상기 제1 캠 플레이트 상의 캠 트랙, 및
    상기 제2 캠 플레이트가 일 방향으로 운동함에 따라 상기 제2 크랭크 부재를 일 방향으로 회전시키고 상기 제2 캠 플레이트가 역전됨에 따라 제2 크랭크 부재를 역전시키는 상기 제2 캠 플레이트 상의 캠 트랙을 포함하는,
    선형 및 회전형 조합 액추에이터 조립체.
  3. 제2항에 있어서, 상기 선형 안내 트랙은 상기 기초 구조물에 고정된 브래킷에 형성되어 있는, 선형 및 회전형 조합 액추에이터 조립체.
  4. 제3항에 있어서, 상기 브래킷은 캠 플레이트 상의 안내 핀을 수용하는 선형 안내 슬롯을 포함하는, 선형 및 회전형 조합 액추에이터 조립체.
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