KR20170076780A - 이동가능한 부품에 장착된 포인터의 위치를 감지하기 위한 회로 구조물을 갖는 비접촉 위치 센서 - Google Patents

이동가능한 부품에 장착된 포인터의 위치를 감지하기 위한 회로 구조물을 갖는 비접촉 위치 센서 Download PDF

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KR20170076780A
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Abstract

본 발명은 센서, 선형 구동 장치, 배기 가스 재순환 제어 밸브 및 엔진에 관한 것이다. 상기 센서(3)는 이동가능한 부품의 위치를 검출하는데 사용되고, 상기 센서는 상기 이동가능한 부품에 견고하게 연결된 포인터(4), 및 상기 포인터(4)와 상호 작용하는 회로 구조물을 포함한다. 본 발명에 따라, 상기 회로 구조물의 구성 요소(13)는 상기 포인터(4)와는 반대쪽을 향하는 회로 구조물 측에 배열된다.

Description

이동가능한 부품에 장착된 포인터의 위치를 감지하기 위한 회로 구조물을 갖는 비접촉 위치 센서{CONTACTLESS POSITION SENSOR WITH CIRCUIT STRUCTURE FOR SENSING THE POSITION OF A POINTER MOUNTED TO A MOVABLE PART}
본 발명은 센서, 선형 구동 장치, 배기 가스 재순환 제어 밸브 및 엔진에 관한 것이다.
자동차 산업과 같은 산업 분야에서는, 엔진 배기 가스 재순환 시스템에 사용되는 배기 가스 재순환 제어 밸브와 같은, 일반적으로 정밀하게 제어될 수 있는 밸브 장치가 요구된다. 이러한 밸브 장치에는, 정밀하게 제어할 수 있는 선형 구동 장치가 요구되며, 이러한 밸브 장치는 가능한 한 가볍고 소형화될 수 있는 것이 바람직하다.
이러한 선형 구동 장치 및 밸브 장치는 예를 들어, CN 203442281 U에 개시되어 있다. 출력 커넥팅 로드의 현재 위치는 센서에 의해 검출되고 제어 장치로 전달되어 배기 가스 재순환 제어 밸브를 제어하는데 사용된다.
그러나, 전체 커넥팅 로드 조립체(connecting rod assembly)가 회전할 때, 센서 포인터(pointer)도 또한 회전할 수 있는데, 즉, 선형 위치에 관한 신호가 이 포인터가 회전하는 것에 의해 간섭될 수 있다. 따라서, 커넥팅 로드 조립체가 회전하는 것에 의해 센서 신호가 부정확해지는 문제가 야기된다.
본 발명에 의해 해결되어야 할 기술적 과제는, 커넥팅 로드 조립체가 회전하는 것에 의해 센서 신호가 부정확해지는 문제가 야기되는 것을 해결하는, 센서, 선형 구동 장치 및 대응하는 배기 가스 재순환 제어 밸브를 제공하는 것이다.
본 발명에 따라 센서가 제공되고, 상기 센서는 이동가능한 부품의 위치를 검출하는데 사용되고, 상기 센서는 상기 이동가능한 부품에 견고하게 연결된 포인터, 및 상기 포인터와 상호 작용하는 회로 구조물을 포함하며, 상기 회로 구조물의 구성 요소(component)는 상기 포인터와는 반대쪽을 향하는 상기 회로 구조물 측에 배열된다.
하나의 바람직한 실시예에 따라 상기 회로 구조물은 인쇄 회로 기판이다. 더욱 바람직하게는, 상기 포인터는 브래킷(bracket)을 통해 상기 이동가능한 부품에 견고하게 연결된다. 더욱 바람직하게는, 상기 포인터는 삽입 몰딩에 의해 상기 브래킷 상에 고정된다. 더욱 바람직하게는, 상기 브래킷은 삽입 몰딩에 의해 상기 이동가능한 부품 상에 고정된다. 더욱 바람직하게는, 상기 회로 구조물을 향하는 상기 포인터의 단부 면은 원호 형상을 갖는다. 더욱 바람직하게, 상기 센서는 유도성 센서이다.
본 발명에 따라 선형 구동 장치가 제공되고, 상기 선형 구동 장치는, 전기 모터; 상기 전기 모터의 출력 샤프트에 고정 연결된 피니언 기어, 및 상기 피니언 기어와 맞물리는 전달 기어(transmission gear)를 포함하는 감속 전달 단(speed-reducing transmission stage); 상기 전달 기어의 회전 운동을 이동가능한 부품의 선형 운동으로 변환하는 선형 전달 단(linear transmission stage); 및 상기 이동가능한 부품의 위치를 검출하기 위한 센서를 포함하며, 상기 센서는 상기 이동가능한 부품에 견고하게 연결된 포인터, 및 상기 포인터와 상호 작용하는 회로 구조물을 포함하고, 상기 회로 구조물의 구성 요소는 상기 포인터와는 반대쪽을 향하는 상기 회로 구조물 측에 배열된다.
하나의 바람직한 실시예에 따라 상기 회로 구조물은 인쇄 회로 기판이다. 더욱 바람직하게는, 상기 포인터는 브래킷을 통해 상기 이동가능한 부품에 견고하게 연결된다. 더욱 바람직하게는, 상기 포인터는 삽입 몰딩에 의해 상기 브래킷 상에 고정된다. 더욱 바람직하게는, 상기 브래킷은 삽입 몰딩에 의해 상기 이동가능한 부품 상에 고정된다. 더욱 바람직하게는, 상기 회로 구조물을 향하는 상기 포인터의 단부 면은 원호 형상을 갖는다. 더욱 바람직하게, 상기 센서는 유도형 센서이다. 더욱 바람직하게는, 상기 전달 기어는 섹터 기어(sector gear)이다. 더욱 바람직하게는, 상기 선형 구동 장치는 전기 없이 복원하기 위한 복원 시스템(restoring system)을 포함하고, 상기 복원 시스템은 상기 전달 기어에 복원 작용을 직접적으로 또는 간접적으로 인가하는 스프링을 포함한다.
나아가 본 발명은 상기 선형 구동 장치를 포함하는 배기 가스 재순환 제어 밸브, 및 상기 배기 가스 재순환 제어 밸브를 포함하는 엔진에 더 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 센서의 기본 구조의 측면도를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 센서의 기본 구조의 상면도를 도시한다.
도 3은, 포인터가 변위되어 있지 않는, 종래 기술에 따른 센서의 포인터 및 인쇄 회로 기판을 도시한다.
도 4는, 포인터가 변위되어 있는, 종래 기술의 센서의 포인터 및 인쇄 회로 기판을 도시한다.
도 5는, 포인터가 변위되어 있지 않는, 본 발명에 따른 센서의 포인터 및 인쇄 회로 기판을 나타낸다.
도 6은, 포인터가 변위되어 있는, 본 발명에 따른 센서의 포인터 및 인쇄 회로 기판을 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 선형 구동 장치를 도시한다.
본 발명의 실시예에 따른 센서, 선형 구동 장치, 배기 가스 재순환 제어 밸브 및 엔진이 첨부된 도면을 참조하여 아래에서 설명된다. 이하의 설명에서, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명에 대한 보다 포괄적인 이해를 제공하기 위해 많은 특정 상세들이 제시된다. 그러나, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명이 이들 특정 상세 중 일부 없이 실시될 수 있다는 것을 명백히 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명은 제시된 특정 실시예에 한정되지 않는 것으로 이해된다. 대신에, 다음의 특징들 및 요소들이 상이한 실시예들에 포함되어 있는지 여부에 상관 없이, 다음의 특징들 및 요소들의 임의의 조합이 본 발명을 구현하는데 사용될 수 있는 것으로 본 명세서에서 고려된다. 따라서, 다음의 양태, 특징, 실시예 및 장점은 단지 예시적인 것이며, 청구범위에 명시적으로 언급되어 있지 않는 한, 청구범위의 요소로 간주되어서도 안되고 청구범위를 한정하는 것으로 간주되어서도 안된다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 발명에 따라 이동가능한 부품(7)의 위치를 검출하기 위한 센서(3)의 기본 구조를 나타낸다. 센서(3)는 유도성 센서이며, 이 센서는 포인터(4), 및 회로 구조물, 예를 들어, 인쇄 회로 기판(12)을 포함한다. 포인터(4)는 플라스틱과 같은 브래킷(10)을 통해 이동가능한 부품(7) 상에 장착된다. 동작 동안, 인쇄 회로 기판(12)은 통전되고, 인쇄 회로 기판(12)의 피드백 전압은 포인터(4)의 위치에 의해 영향을 받아, 포인터(4)의 위치를 나타내는 전압 신호가 출력된다.
종래 기술에서, 인쇄 회로 기판(12)의 다양한 부품(13)은 통상 포인터(4)를 향하는 인쇄 회로 기판(12) 측에 배열된다(도 3 및 도 4 참조). 이 해결책의 단점은 구성 요소(13)들이 한편으로는 포인터(4)의 이동을 방해하고 다른 한편으로는 구성 요소들이 긁히는 손상이 발생한다는 것이다.
따라서, 본 발명은 인쇄 회로 기판(12)의 다양한 구성 요소(13)들이 포인터(4)와는 반대쪽을 향하는 인쇄 회로 기판(12) 측에 배열되어 (도 5 및 도 6 참조) 구성 요소들이 이동하는 것을 간섭하거나 구성 요소들이 긁히는 것을 모두 회피할 수 있는 것을 제안한다.
한편, 편평한 단부 면을 갖는 포인터(도 3 및 도 4 참조)가 종래 기술에서 통상적으로 사용되지만, 이 포인터는 다음과 같은 단점을 갖는다:
1. 센서(3)의 출력은 포인터(4)가 y 방향(도 1 참조)으로 이동하는 위치이지만, 센서(3)의 출력은 센서(3)의 포인터(4)와 인쇄 회로 기판(12)이 x 및 z 방향으로 상대 위치가 변하는 것에 의해 간섭될 수 있어서, 센서(3)의 출력은 포인터(4)의 y 방향의 실제 위치에 에러를 가질 수 있다; 그리고 편평한 포인터(4)의 기존 솔루션에서는, 제작자가 프로그래밍한 후에, 조정 로드가 회전되는 것을 피할 수 없어서, 커넥팅 로드 및 이 커넥팅 로드 상에 고정된 포인터(4)가 편향될 때, 감지 범위 내에서, 센서(3)의 인쇄 회로 기판(12)과 포인터(4) 사이의 x 및 z 방향에서의 상대 위치가 변경되고, 그리하여 최종적으로 출력과 실제 결과 사이에 에러가 발생할 수 있다.
2. 또한 이동가능한 부품이 상대적으로 큰 진폭으로 회전하는 것에 의해 포인터(4)가 센서(3)의 인쇄 회로 기판(12)과 접촉하고 긁어서, 센서(3)의 일부를 파괴하여 이에 의해 센서(3)가 손상될 수 있다.
3. 기존의 포인터(4)는 억지 끼워 맞춤(interference press fit), 스냅 끼워 맞춤(snap-fitting) 또는 나사 조임(screwing) 등에 의해 플라스틱 부재를 통해 이동가능한 부품에 고정되지만, 온도의 영향으로 인해 플라스틱 부재가 떨어질 수 있고, 진동과 같은 환경적 요인이 심하기 때문에 신호 문제가 발생한다.
4. 기존의 포인터(4)는 일반적으로 접착제 또는 인쇄 방법으로 플라스틱에 고정되지만, 공정이 복잡하고 비용이 높다.
따라서, 본 발명은 인쇄 회로 기판(12)을 향하는 포인터(4)의 단부 면이 원호 형상일 것을 제안한다(도 5와 도 6 참조). 단부 면이 원호 형상이기 때문에, 커넥팅 로드가 회전하는 것이 선형 위치에 관한 신호에 미치는 영향이 감소되고, 이에 의해 센서(3)의 출력과 포인터(4)의 실제 위치 사이의 오차가 현저하게 감소되어, 감지 정확도가 증가한다. 또한, 포인터(4)가 원호 형상인 것에 의해, 포인터가 센서(3)와 접촉하여 센서를 긁는 일 없이, 조정 로드가 비교적 큰 진폭으로 회전할 수 있다.
또한, 포인터(4)는 삽입 몰딩 방법을 사용하여 고정되고, 예를 들어, 포인터(4)와 브래킷(10)은 삽입 몰딩에 의해 고정될 수 있다. 따라서, 보다 간단한 공정, 보다 높은 신뢰성 및 낮은 비용이 달성된다.
예를 들어 엔진 배기 가스 재순환에 사용되는 배기 가스 재순환 제어 밸브의 선형 구동 장치를 취하여, 본 발명에 따른 선형 구동 장치가 이하에 설명될 것이지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 본 발명에 따른 선형 구동 장치는 다양한 밸브 및 액추에이터와 같은 작은 정밀한 선형 제어가 요구되는 임의의 장치에 사용될 수 있다.
도 7은 선형 구동 장치를 나타낸다. 선형 구동 장치(1)는 전기 모터(2), 제1 전달 단(감속 전달 단) 및 제2 전달 단(선형 전달 단)을 포함한다. 선형 구동 장치는 전기 모터(2)의 구동에 의해 이동가능한 부품(7)의 직선 운동을 달성한다. 여기서, 이동가능한 부품은 출력 커넥팅 로드이도록 설계될 수 있다.
먼지 또는 다른 이물질의 침입을 피하고 그에 따른 전달 장치(transmission device)의 손상을 피하기 위해, 하우징(11) 및 대응하는 밀봉 시스템이 제공된다. 제1 전달 단, 즉 감속 전달 단은 전기 모터의 출력 샤프트에 고정 연결된 피니언 기어(5), 및 이 피니언 기어(5)와 맞물리는 전달 기어(6)를 포함한다. 모터(2)가 동작하면, 피니언 기어(5)가 회전 구동되어 피니언 기어(5)와 맞물리는 전달 기어(6)가 회전된다.
제2 전달 단은 전달 기어(6)의 회전 운동을 이동가능한 부품(7)의 선형 운동으로 변환하는 선형 전달 단이다. 제2 전달 단은 전달 기어(6) 상에 형성된 나선형 홈(spiral groove)(8), 이 홈(8) 내에 수용된 종동자(9), 및 이 종동자(9)에 고정 연결된 이동가능한 부품(7)을 포함한다.
이동가능한 부품(7)은 슬리브 부재(도시 생략) 내에 배열되어서, 상하 방향으로만 직선 이동가능하다. 전달 기어(6)가 회전하면 종동자(9)는 홈(8)을 따라 변위되고, 홈(8)의 나선형 형상에 의해, 종동자(9)가 상하로 움직이게 되어, 이에 의해 이동가능한 부품(7)이 상하로 이동하게 구동된다.
전기 모터(2)가 오작동 또는 전원이 차단되더라도 이동가능한 부품(7)이 초기 위치로 다시 복귀할 수 있도록 하기 위해, 선형 전달 장치는 바람직하게는, 도시되지 않은, 전기 없이 복원하기 위한 복원 시스템을 더 포함한다. 잘 알려진 바와 같이, 전기 모터가 통전될 때, 전기 모터를 2개의 반대 방향으로 구동하는 것에 의해 구동과 복원이 달성될 수 있다. 그러나, 전기 모터의 전원이 차단된 경우(예를 들어, 고장 또는 다른 이유로 인해), 전달 장치가 초기 위치로 복원하는 것이 바람직하기 때문에 이러한 복원 시스템이 필요하다. 상기 복원 시스템은 전달 기어(6)에 복원 작용을 직접 또는 간접 인가하는 스프링을 포함한다.
선형 구동 장치(1)는, 이동가능한 부품, 즉 이동가능한 부품(7)의 위치를 검출하고, 이 위치를 제어 장치에 전달하여 배기 가스 재순환 제어 밸브를 제어하는데 사용되는 본 발명에 따른 센서(3)를 더 포함한다.
본 발명이 비교적 바람직한 실시예에 의해 앞서 개시되었지만, 본 발명은 이들 실시예로 한정되지 않는다. 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않고 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 이루어진 다양한 변경 및 변형은 본 발명의 보호 범위에 포함되어야 하고, 그리하여 본 발명의 보호 범위는 청구 범위에 의해 한정되어야 한다.
1: 선형 구동 장치 2: 전기 모터
3: 센서 4: 포인터
5: 피니언 기어 6: 전달 기어
7: 이동가능한 부품 8: 홈
9: 종동자 10: 브래킷
11: 하우징 12: 인쇄 회로 기판
13: 구성 요소

Claims (18)

  1. 센서(3)로서,
    상기 센서(3)는 이동가능한 부품(7)의 위치를 검출하는데 사용되고, 상기 센서(3)는 상기 이동가능한 부품(7)에 견고하게 연결된 포인터(4), 및 상기 포인터(4)와 상호 작용하는 회로 구조물을 포함하되,
    상기 회로 구조물의 구성 요소(13)는 상기 포인터(4)와는 반대쪽을 향하는 상기 회로 구조물 측에 배열되는 것을 특징으로 하는 센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 회로 구조물은 인쇄 회로 기판(12)인 것을 특징으로 하는 센서.
  3. 제1항에 있어서, 상기 포인터(4)는 브래킷(bracket)(10)을 통해 상기 이동가능한 부품(7)에 견고하게 연결된 것을 특징으로 하는 센서.
  4. 제3항에 있어서, 상기 포인터(4)는 삽입 몰딩에 의해 상기 브래킷(10)에 고정된 것을 특징으로 하는 센서.
  5. 제3항에 있어서, 상기 브래킷(10)은 삽입 몰딩에 의해 상기 이동가능한 부품(7)에 고정된 것을 특징으로 하는 센서.
  6. 제1항에 있어서, 상기 회로 구조물을 향하는 상기 포인터(4)의 단부 면은 원호 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 센서.
  7. 제1항에 있어서, 상기 센서(3)는 유도성 센서인 것을 특징으로 하는 센서.
  8. 선형 구동 장치(1)로서,
    전기 모터(2);
    상기 전기 모터의 출력 샤프트에 고정 연결된 피니언 기어(5), 및 상기 피니언 기어(5)와 맞물리는 전달 기어(6)를 포함하는 감속 전달 단(speed-reducing transmission stage);
    상기 전달 기어(6)의 회전 운동을 이동가능한 부품(7)의 선형 운동으로 변환하는 선형 전달 단(linear transmission stage); 및
    상기 이동가능한 부품(7)의 위치를 검출하기 위한 센서(3)를 포함하되,
    상기 센서(3)는 상기 이동가능한 부품(7)에 견고하게 연결된 포인터(4), 및 상기 포인터(4)와 상호 작용하는 회로 구조물을 포함하고,
    상기 회로 구조물의 구성 요소(13)는 상기 포인터(4)와는 반대쪽을 향하는 상기 회로 구조물 측에 배열되는 것을 특징으로 하는 선형 구동 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 회로 구조물은 인쇄 회로 기판(12)인 것을 특징으로 하는 선형 구동 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 포인터(4)는 브래킷(10)을 통해 상기 이동가능한 부품(7)에 견고하게 연결된 것을 특징으로 하는 선형 구동 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 포인터(4)는 삽입 몰딩에 의해 상기 브래킷(10)에 고정된 것을 특징으로 하는 선형 구동 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 브래킷(10)은 삽입 몰딩에 의해 상기 이동가능한 부품(7)에 고정된 것을 특징으로 하는 선형 구동 장치.
  13. 제8항에 있어서, 상기 회로 구조물을 향하는 상기 포인터(4)의 단부 면은 원호 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 선형 구동 장치.
  14. 제8항에 있어서, 상기 센서(3)는 유도성 센서인 것을 특징으로 하는 선형 구동 장치.
  15. 제8항에 있어서, 상기 전달 기어(6)는 섹터 기어인 것을 특징으로 하는 선형 구동 장치.
  16. 제8항에 있어서, 상기 선형 구동 장치는 전기 없이 복원하는 복원 시스템을 포함하고, 상기 복원 시스템은 상기 전달 기어(6)에 복원 작용을 직접 또는 간접 인가하는 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 구동 장치.
  17. 엔진의 배기 가스 재순환 루프에 사용되는 배기 가스 재순환 제어 밸브로서, 제8항 내지 제16항 중 어느 한 항의 선형 구동 장치(1)를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 재순환 제어 밸브.
  18. 제17항의 배기 가스 재순환 제어 밸브를 포함하는 엔진.
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