KR20170061161A

KR20170061161A - 선형 액추에이터

Info

Publication number: KR20170061161A
Application number: KR1020177011689A
Authority: KR
Inventors: 크리스티안 바이스; 카스튼 미콜라에크
Original assignee: 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
Priority date: 2014-11-03
Filing date: 2015-11-02
Publication date: 2017-06-02
Also published as: WO2016071276A1; CN107110395B; EP3215761B1; EP3215761A1; US10619604B2; JP6351845B2; KR101966568B1; CN107110395A; JP2018502257A; US20170226969A1

Abstract

본 발명은, 자동차의 내연 엔진의 작동 부재(4)를 구동하기 위한 선형 액추에이터(8)로서, 상기 선형 액추에이터는 가이드 곡선부(16)로 형성된 리브의 서로 반대쪽 측면들을 스캐닝하는 2개의 롤링 베어링을 포함하는, 상기 선형 액추에이처(8)에 관한 것이다. 상기 리브(17)는 상기 2개의 센싱 몸체가 바이어스되는 가변 폭을 갖는다. 이러한 방식으로, 원치 않는 반작용 힘이 방지된다.

Description

선형 액추에이터{LINEAR ACTUATOR}

본 발명은, 특히 자동차의 내연 엔진의 작동 부재를 구동하기 위한 선형 액추에이터로서, 회전가능한 구동 샤프트 및 상기 작동 부재를 조정하기 위한 축방향으로 변위가능한 램(ram), 회전축 주위로 상기 구동 샤프트에 의해 구동되는 가이드 곡선부(guide curve), 및 상기 가이드 곡선부를 스캐닝(scanning)하는 가이드 부재를 포함하고, 상기 가이드 부재는 2개의 센싱 몸체(sensing body)를 구비하고, 상기 센싱 몸체들은 상기 가이드 곡선부의 서로 반대쪽 측면들(opposite sides)로 선응력(pretensioned)을 받는, 상기 선형 액추에이터에 관한 것이다.

이러한 선형 액추에이터는 예를 들어 현대 자동차의 내연 엔진에서 배기 가스 재순환 밸브에 사용된다. 2개의 센싱 몸체가 가이드 곡선부의 서로 반대쪽 측면들로 선응력을 받는 것은 램이 유격 없이 구동되는 것을 보장하는 역할을 한다. 알려진 선형 액추에이터의 장점은 가이드 곡선부가 거의 임의로 구성될 수 있고 예를 들어 구동 샤프트의 회전 각도와 램의 변위(travel) 사이에 비선형 특성 곡선을 구현한다는 점이다.

그러나, 특히 비선형 특성 곡선의 경우, 센싱 몸체와 가이드 곡선부 사이에 원치 않는 반작용 힘(reaction force)이 발생한다는 문제점이 있다. 이러한 반작용 힘은 센싱 몸체를 가이드 곡선부의 서로 반대쪽 측면들로 선응력을 가하는 스프링 요소에 의해 흡수되어야 한다. 이 반작용 힘과 스프링 힘은 선형 액추에이터에 기계적 부하와 불균일한 힘-변위 곡선을 유도하여, 바람직하지 않다.

본 발명은 초기에 언급된 유형의 선형 액추에이터를 개선하여 바람직하지 않는 반작용 힘을 회피하려는 과제에 기초한다.

이 과제는 가이드 곡선부의 폭이 가변적이도록 구성된다는 점에서 본 발명에 따라 해결된다.

이러한 설계에 의해, 심지어 비선형 특성 곡선에 대해서도 램을 유격 없이 가이드하는 것이 달성될 수 있다. 균일한 힘-변위 곡선이 상기 가이드 곡선부의 폭의 대응하는 설계에 의해 달성될 수 있다. 본 발명에 의해, 상기 가이드 곡선부는 회전축으로부터 멀리 있는 곳에서보다 상기 회전축에 가까운 곳에서 상이한 폭을 가질 수 있다. 따라서, 상기 선형 액추에이터는 상기 램의 변위에 대해 상기 회전축의 회전 각도의 점진적인 특성 곡선을 가질 수 있다. 상기 구동 샤프트에 가해지는 힘은 회전 각도에 걸쳐 일정하게 유지된다. 상기 가이드 곡선부의 폭은 센싱 몸체들의 간격 및 이에 따라 선응력 힘이 항상 상기 회전축의 전체 회전 각도에 걸쳐 일정하게 유지되도록 설계된다. 따라서, 바람직하지 않은 반작용 힘이 회피된다.

본 발명의 다른 유리한 개선에 따라, 특히 상기 가이드 곡선부의 폭이 상기 램의 전체 변위에 걸쳐 연속적으로 변하도록 구성된 경우, 특히 균일한 힘-변위 곡선이 쉽게 달성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 유리한 개선에 따라, 상기 가이드 곡선부가 상기 회전축으로부터 멀리 떨어진 부분에서보다 상기 회전축에 가까이 배치된 부분에서 더 좁은 경우, 상기 힘-변위 곡선이 평활화(smoothed out)될 수 있다. 바람직하게는, 상기 가이드 곡선부의 부분들의 폭의 차이는 약 0.1 내지 0.2㎜이다.

상기 센싱 몸체들의 연결 라인이 상기 회전축과 정밀하게 정렬되면, 상기 구동 샤프트를 구동하는 동안 횡방향 힘이 생성되어 상기 램으로 전달된다. 본 발명의 또 다른 유리한 개선에 따라, 이러한 횡방향 힘은 상기 센싱 몸체들의 연결 라인이 상기 회전축에 대해 오프셋되어 있다면 쉽게 회피할 수 있다. 바람직하게는, 상기 연결 라인의 오프셋은 약 1㎜이다.

본 발명의 또 다른 유리한 개선에 따라, 예를 들어, 온도 변동에 의해 야기되는, 상기 램의 구동 중에 상기 가이드 곡선부 상에서 상기 센싱 몸체의 유격은, 상기 가이드 부재가 상기 센싱 몸체들이 서로를 향해 또는 서로 멀어지는 방향으로 압박되도록 상기 센싱 몸체들에 선응력을 가하는 스프링 요소를 갖는 경우 쉽게 회피될 수 있다.

상기 가이드 곡선부는 예를 들어 그루브(groove)로 구성될 수 있고, 상기 센싱 몸체들은 상기 그루브의 벽으로 선응력을 받는다. 그러나 이것은 특히 넓은 그루브 또는 매우 작은 센싱 몸체를 요구한다. 그러나, 내연 엔진의 구성 요소를 위한 작동 부재의 경우, 설치 공간이 매우 제한적이다. 그러나, 특히, 자동차의 내연 엔진에 제공된 선형 액추에이터는, 상기 가이드 곡선부가 돌출 리브(protruding rib)를 구비하고 상기 센싱 몸체들이 상기 리브의 서로 반대쪽 측면들에 놓이는 경우, 제한된 설치 공간에서 특히 높은 안정성을 갖는다.

본 발명의 또 다른 유리한 개선에 따라, 상기 선형 액추에이터에서 측방향 부하와 팁핑 모멘트(tipping moment)는 상기 센싱 몸체들이 각각 롤러 베어링(roller bearing)을 포함하는 경우 특히 낮게 유지될 수 있다.

본 발명의 또 다른 유리한 개선에 따라, 상기 선형 액추에이터의 제안된 병진 운동(translation)은, 상기 가이드 곡선부가 부분 원(partial circle)에 걸쳐 연장된 디스크 상에 배열되는 경우, 상기 디스크가 그 외주면(peripheral)에 치형부가 형성된 부분 림(partial toothed rim)을 갖고 상기 구동 샤프트에 의해 구동되는 피니언이 상기 치형부가 형성된 부분 림과 맞물리는 경우, 그리고 상기 센싱 몸체들이 밸브 몸체의 상기 램에 연결된 경우, 쉽게 설정될 수 있다.

본 발명의 또 다른 유리한 개선에 따라, 상기 선형 액추에이터는 상기 스프링 요소가 상기 2개의 센싱 몸체를 함께 연결하는 등자(stirrup) 형상의 스프링 판으로 구성된 경우에 특히 간단하게 구성될 수 있다.

본 발명은 다수의 실시예를 허용한다. 본 발명의 기본 원리를 더 명확히 하기 위해, 이들 실시예들 중 하나의 실시예가 도면에 도시되고 아래에 설명된다.

도 1은 작동 부재의 인접한 구성 요소를 갖는 선형 액추에이터를 개략적으로 도시한 도면;
도 2는 도 1의 선형 액추에이터의 확대 사시도;
도 3은 도 1의 선형 액추에이터를 가이드 부재를 따라 절단한 횡단면도; 및
도 4는 도 1의 선형 액추에이터의 특성 곡선도.

도 1은 배기 가스 채널(2)과 재순환 채널(3)을 갖는 자동차의 배기 가스 재순환 밸브(1)를 도시한다. 배기 가스 재순환 밸브(1)는 밸브 몸체(5)와 밸브 안착부(6)를 갖는 작동 부재(4)를 구비한다. 전기 모터(7)에 의해 구동되는 선형 액추에이터(8)는 작동 부재(4)를 구동하는 역할을 한다. 선형 액추에이터(8)는 고정 정지부(9)와 제2 연성(soft) 정지부(10)를 갖는다. 제2 정지부(10)는 밸브 몸체(5)가 놓이는 밸브 안착부(6)에 의해 형성된다.

선형 액추에이터(8)는 밸브 몸체(5)를 구동하는 램(11)을 갖는다.

도 2는 도 1의 선형 액추에이터(8)의 확대 사시도를 도시한다. 전기 모터(7)는 피니언(13)을 갖는 구동 샤프트(12)를 구동하는 것으로 이해된다. 선형 액추에이터(8)는 부분 원에 걸쳐 연장되는 디스크(14)를 구비하고, 그 외주면에 치형부가 형성된 부분 림(15)이 배치된다. 이 디스크는 회전축(24) 주위로 회전가능하게 장착된다. 피니언(13)은 치형부가 형성된 부분 림(15)을 통해 디스크(14)를 구동한다. 디스크(14) 상에는 리브(17)를 갖는 가이드 곡선부(16)가 배치되어 있다. 가이드 곡선부(16)를 스캐닝하는 가이드 부재(18)는 서로 반대쪽에 있는 2개의 센싱 몸체(19, 20)를 구비한다. 센싱 몸체(19, 20)들은 각각 볼 베어링(ball bearing)으로 구성된 롤러 베어링(21, 22)을 포함하고, 스프링 요소(23)를 통해 함께 연결된다. 스프링 요소(23)는 등자(stirrup) 형상으로 형성되고 스프링 강으로 만들어진다. 또한, 스프링 요소(23)는 램(11)에 연결된다.

전기 모터(7)에 의한 구동되는 것에 의해 디스크(14)가 회전축(24) 주위로 회전하는 것에 의해, 센싱 몸체(19, 20)의 롤러 베어링(21, 22)은 가이드 곡선부(16)의 리브(17)를 따라 롤링(roll)한다. 가이드 요소(18)는 가이드 곡선부(16)의 형태에 따라 위 아래로 이동된다. 이러한 움직임은 램(11)을 통해 밸브 몸체(5)로 전달되어, 최종적으로 배기 가스 재순환 밸브(1)를 개방하거나 폐쇄한다.

도 3은 선형 액추에이터(8)를 가이드 부재(18)를 따라 절단한 단면도를 도시한다. 단면도인 것으로 인해, 도 2에 있는 램(11)을 연결하는 스프링 요소(23)를 갖는 센싱 몸체(19, 20)는 도시되어 있지 않다. 여기서, 램(11)은 리브(17) 상에 있는 2개의 센싱 몸체(19, 20)의 접촉점과 정렬되는 것이 명백하다. 그러나, 리브(17) 상에 있는 2개의 센싱 몸체(19, 20)의 접촉점들은 디스크(14)의 회전축(24) 및 그리하여 가이드 곡선부(16)의 회전축(24)과 정렬되지 않는다. 따라서, 회전축은 센싱 몸체(19, 20)들의 연결 라인에 대해 오프셋(a)을 갖는다. 따라서, 램(11)은 또한 리브(17)의 회전축(24)과 동일한 오프셋(a)을 갖는다. 리브(17)의 폭(b)은 램(11)의 전체 변위에 걸쳐 연속적으로 감소된다. 이를 위해 가이드 곡선부(16)는 회전축(24)에 가까이 배치된 부분(c)과, 회전축(24)으로부터 멀리 있는 부분(d)을 갖는다. 리브(17)는 회전축(24)으로부터 멀리 있는 부분(d)에서보다 회전축(24)에 가까이 배치된 부분(c)에서 더 좁다.

도 4는 회전축(24)의 회전 각도에 따라 램(11)이 변위하는 점진적인 곡선을 명확하게 도시한다.

Claims

특히 자동차의 내연 엔진용 작동 부재(4)를 구동하기 위한 선형 액추에이터(8)로서, 회전가능한 구동 샤프트(12) 및 상기 작동 부재(4)를 조절하기 위한 축방향으로 변위가능한 램(11), 회전축(24) 주위로 상기 구동 샤프트(12)에 의해 구동되는 가이드 곡선부(16), 및 상기 가이드 곡선부(16)를 스캐닝하는 가이드 부재(18)를 포함하고, 상기 가이드 부재(18)는 2개의 센싱 몸체(19, 20)를 구비하고, 상기 센싱 몸체(19, 20)들은 상기 가이드 곡선부(16)의 서로 반대쪽 측면들로 선응력을 받고, 상기 가이드 곡선부(16)의 폭(b)은 가변적이도록 구성된 것을 특징으로 하는 선형 액추에이터.
제1항에 있어서, 상기 가이드 곡선부(16)의 폭(b)은 상기 램(11)의 전체 변위에 걸쳐 연속적으로 변하도록 구성된 것을 특징으로 하는 선형 액추에이터.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가이드 곡선부(16)는 상기 회전축(24)으로부터 멀리 있는 부분(d)에서보다 상기 회전축(24)에 가까이 배치된 부분(c)에서 더 좁은 것을 특징으로 하는 선형 액추에이터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센싱 몸체(19, 20)들의 연결 라인은 상기 회전축(24)에 대하여 오프셋된 것을 특징으로 하는 선형 액추에이터.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가이드 부재(18)는 서로를 향해 또는 서로 멀어지는 방향으로 상기 센싱 몸체(19, 20)들에 선응력을 가하기 위한 스프링 요소(23)를 갖는 것을 특징으로 하는 선형 액추에이터.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가이드 곡선부(16)는 돌출 리브(17)를 구비하고, 상기 센싱 몸체(19, 20)들은 상기 리브(17)의 서로 반대쪽 측면들에 놓이는 것을 특징으로 하는 선형 액추에이터.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센싱 몸체(19, 20)들은 각각 롤러 베어링(21, 22)을 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 액추에이터.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가이드 곡선부(16)는 부분 원(part circle)에 걸쳐 연장되는 디스크(14) 상에 배치되고, 상기 디스크(14)는 그 외주면(peripheral)에 치형부가 형성된 부분 림(partial toothed rim)(15)을 구비하고, 상기 구동 샤프트(12)에 의해 구동되는 피니언(13)은 상기 치형부가 형성된 부분 림(15)과 맞물리고, 상기 센싱 몸체(19, 20)들은 밸브 몸체(5)의 상기 램(11)에 연결된 것을 특징으로 하는 선형 액추에이터.
제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스프링 요소(23)는 상기 2개의 센싱 몸체(19, 20)를 함께 연결하는 등자(stirrup) 형상의 스프링 판으로 구성된 것을 특징으로 하는 선형 액추에이터.