KR20200100683A - 컴팩트 기어 모터 - Google Patents

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KR20200100683A
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안소니 레이몬드 아서 타우페우
티모시 바클
알리 마끼
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본타즈 센트레 알앤디
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Abstract

본 발명은 브러시리스 전기 모터, 유성 감속 기어(R) 및 유성 감속 기어(R)에 회전 가능하게 연결된 출력 샤프트(A)를 포함하는 기어 모터에 관한 것이며, 상기 전기 모터(M)는 고정자(8) 및 고정자(8) 내부에 배치된 회전자(10)를 포함한다. 본 발명에 따르면, 회전자(10)는 회전자(10)에 의해 종축(X)을 중심으로 회전될 수 있다. 감속 기어(R)는 회전자(10)의 내부에 적어도 부분적으로 수용되며, 적어도 하나의 제 1 썬 기어(24), 제 1 썬 기어(24)와 맞물리는 적어도 하나의 제 1 유성 기어(27) 및 회전자(10) 내부에 배치되고 제 1 유성 기어(27)에 의해 맞물리는 외부 링 기어(34)를 포함한다. 제 1 썬 기어(24) 및 제 1 유성 기어(27)는 회전자(10)에 의해 회전 가능하게 구동된다. 또한, 기어 모터는 종축(X)을 따라 연장되어 고정자(8) 및 회전자(10)를 통과하고, 회전자(10), 제 1 썬 기어(24) 및 제 1 유성 기어(27) 그리고 출력 샤프트(A)의 회전을 가이드하는 센터링 스핀들(38)을 포함한다.

Description

컴팩트 기어 모터
본 발명은 브러시리스 모터(brushless motor) 및 감속 기어(reduction gear)를 포함하는, 소형 사이즈를 제공하는 기어 모터에 관한 것이다.
자동차 산업에서는, 전기 모터에 의해서 비례적으로 또는 온/오프 모드로 제어되는 밸브가 사용된다. 이러한 밸브는 예를 들어 냉각수, 연료, 오일 등의 공급을 관리하는 역할을 한다.
자동차에 통합하기에 적합한 소형 사이즈를 갖는 전기 모터를 사용하려는 것이 추구되고 있다.
또한, 충분한 출력 회전 속도 및 충분한 토크를 갖는 전기 모터를 제조하려는 것이 추구되고 있다.
전기 모터의 출력에서 감속 기어에 연결되는 높은 출력 회전 속도 및 낮은 토크를 제공하는 전기 모터를 사용할 수 있으며, 이 감속 기어가 전체 출력 속도를 감소시키고 토크를 증가시킬 수 있다.
그러나, 감속 기어를 사용하면 사이즈가 상당히 증가하게 될 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 충분한 출력 토크를 생성할 수 있는 동시에 소형 사이즈를 갖는 기어 모터를 제공하는 것이다.
전술한 목적은 브러시리스 모터 및 모터에 통합된 유성 감속 기어를 포함하는 기어 모터에 의해 달성되며, 이 기어 모터의 크기는 전기 모터의 회전자 및 고정자의 크기에 의해 규정된다.
유성 감속 기어는 회전자에 포함되는 링 기어를 포함하고, 링 기어는 유성 감속 기어의 요소들의 세트를 포함한다.
기어 모터는 높은 수준의 통합을 제공한다.
감속 기어 및 전기 모터의 요소들은 바람직하게는 전기 모터의 샤프트가 기어 모터의 출력 샤프트에 맞춰 정렬되도록 배치된다.
매우 유리하게는, 기어 모터는 회전자에 대해 감속 기어의 요소들을 센터링하고, 회전자 및 감속 기어 요소들이 그것을 중심으로 회전하는 단일 센터링 샤프트를 포함한다. 기어 모터는 감속 기어의 마모를 제한한다. 또한, 기어 모터는 조립이 용이하다. 또한, 기어 모터는 플라스틱 감속 기어 요소들의 경우, 요소들 사이에 충분한 유격을 제공하여 요소들이 올바르게 맞물릴 수 있도록 한다.
또한, 단일 샤프트의 사용으로 인해, 감속 기어의 회전 가능한 요소들이 이러한 작은 직경 및 큰 길이의 샤프트를 중심으로 회전할 시에, 실질적으로 손실이 감소될 수 있으며, 이에 따라 만족스러운 가이드 등을 보장하는 직경/길이 비율을 얻게 된다.
유리하게는, 감속 기어의 일부 또는 전부는 플라스틱으로 제조된다. 외부 링 기어는 유리하게는 기어 모터 하우징의 일부와 일체로 이루어진다.
전기 모터는 바람직하게는 3 상 모터이고, 고정자는 적어도 3개의 코일을 포함한다.
기어 모터의 기계적 출력 파워 및 그 효율은 회전자의 페리미터에 따라 설정될 수 있으며, 달성되는 토크는 감속비에 따라 결정된다.
본 발명의 일 주제는 브러시리스 전기 모터, 유성 감속 기어 및 유성 감속 기어에 회전 가능하게 고정된 출력 샤프트를 포함하는 기어 모터이며, 상기 전기 모터는 고정자와, 고정자 내에 배치된 회전자를 포함하고, 상기 회전자는 회전자가 종축을 중심으로 회전하기에 적합한 것이고, 상기 감속 기어는 회전자 내에 적어도 부분적으로 수용되어 있고, 상기 감속 기어는 적어도 하나의 제 1 썬 기어(sun gear), 상기 제 1 썬 기어와 맞물리는 적어도 하나의 제 1 유성 기어, 및 회전자에 배치되어 제 1 유성 기어에 의해 맞물리는 외부 링 기어를 포함하고, 제 1 썬 기어 및 제 1 유성 기어는 회전자에 의해 회전된다. 기어 모터는 종축을 따라 연장되어 고정자, 회전자를 가로지르며, 회전자, 제 1 썬 기어 및 제 1 유성 기어 그리고 출력 샤프트의 회전을 가이드하는 센터링 샤프트를 포함한다.
유리한 예에서, 기어 모터는 전기 모터 및 유성 감속 기어가 수용되는 케이싱을 포함하고, 상기 케이싱은 서로 맞물려서 전기 모터와 유성 감속 기어를 가두는 제 1 부분 및 제 2 부분을 포함하고, 제 2 부분은 출력 샤프트에 의해 가로질러지는 통로를 포함하고, 제 1 부분은 센터링 샤프트의 종방향 단부를 수용하는 리셉터클을 포함하고, 센터링 샤프트의 다른 종방향 단부는 출력 샤프트에 형성된 리셉터클 내에 수용된다.
예를 들어, 링 기어는 제 2 부분에 고정된다. 유리하게는, 외부 링 기어는 제 2 부분과 일체로 이루어진다.
예를 들어, 제 1 썬 기어는 회전자에 의해 직접 구동되는 허브에 회전 가능하게 고정되고, 제 1 유성 기어는 회전자에 수용된 유성 기어 캐리어 플레이트에 의해 지지된다.
특정 예에서, 감속 기어는 제 1 유성 기어 캐리어 플레이트에 회전 가능하게 고정된 제 2 썬 기어 및 출력 샤프트에 기계적으로 연결된 적어도 하나의 제 2 유성 기어를 포함한다.
감속 기어는, 제 2 유성 기어를 받치며 또한 출력 샤프트가 회전 가능하게 고정되는 제 2 유성 기어 캐리어 플레이트를 포함할 수 있다.
유리하게는, 센터링 샤프트는 또한 제 1 유성 기어 캐리어 플레이트를 가로지르며, 상기 유성 기어 캐리어 플레이트는 센터링 샤프트에 대하여 자유롭게 회전한다.
감속 기어는 3개의 제 1 유성 기어 및 3개의 제 2 유성 기어를 포함할 수 있다.
유리하게는, 제 1 유성 기어 캐리어 플레이트 및/또는 제 2 유성 기어 캐리어 플레이트, 제 1 썬 기어 및/또는 제 2 썬 기어 및/또는 제 1 유성 기어 및/또는 제 2 유성 기어 및/또는 출력 샤프트 및 케이싱은 플라스틱으로 제조된다.
유리하게는, 전기 모터는 4 mm 내지 7.3 mm 사이의 비 πD/Np를 가지며, D는 회전자 자석의 외경이고, Np는 회전자의 극(pole)들의 개수이며, 여기서 Np는 10보다 큰 것이다.
기어 모터는 유리하게는 출력 샤프트와 회전 가능하게 고정된 적어도 하나의 자석 및 상기 자석의 자기장을 검출하는 수단을 포함하는 각도 출력 샤프트 위치 센서(angular output shaft position sensor)를 포함한다.
본 발명의 다른 주제는 적어도 하나의 비례 또는 온/오프 밸브 및 상기 밸브를 제어하는 본 발명에 따른 기어 모터를 포함하는 시스템이다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 적어도 하나의 기어 모터 및/또는 본 발명에 따른 적어도 하나의 시스템을 포함하는 자동차에 관한 것이다.
본 발명은 첨부된 도면에 대한 다음의 설명에 기초하여 보다 명확하게 이해될 것이다.
- 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기어 모터의 측면도이며, 케이싱이 투명하게 표현되어 있다.
- 도 2는 도 1의 기어 모터의 사시도이며, 케이싱이 부분적으로 표현되어 있고 투명하게 표현되어 있다.
- 도 3a는 도 1의 기어 모터의 분해도이다.
- 도 3b는 도 1의 기어 모터의 유리한 대안 실시예의 종단면도이다.
- 도 4a는 커버를 통한 도 1의 구동 기어 모터의 도면이다.
- 도 4b는 전자 보드에 장착된 고정자와 회전자의 평면도이다.
도 1 및 도 2에서, 본 발명에 따른 기어 모터의 일 예를 외부에서 확인할 있다.
기어 모터는 종축(X)을 따라 연장된다. 기어 모터는 전기 모터(M) 및 유성 감속 기어(planetary reduction gear)(R)가 수용되는 케이싱(2)을 포함한다. 케이싱(2)은 모터와 감속 기어를 외부 환경으로부터 보호한다. 기어 모터는 종방향 단부에 개구(3)를 통해 케이싱(2) 밖으로 돌출하는 출력 샤프트(A)를 포함한다.
이하의 설명에서, 출력 샤프트(A)를 포함하는 기어 모터의 종방향 단부는 "하류 단부"로 지칭될 것이고, 기어 모터의 다른 종방향 단부는 "상류 단부"로 지칭될 것이다. 이들 단부와 관련하여 기어 모터의 상이한 요소들의 배향은 "상류" 또는 "하류"이라는 용어를 사용하여 지칭될 수도 있다.
도 3a에서는, 축(X)에 따른 기어 모터의 분해도를 확인할 수 있으며, 도 3b에서는, 도 1의 기어 모터와 매우 유사한, 도 1의 기어 모터의 대안적인 실시예의 종단면도를 확인할 수 있다.
케이싱(2)은 하우징(4) 및 이 하우징을 폐쇄하는 커버(6)를 포함한다.
전기 모터는 브러시리스 모터이며, 이것은 고정자(8), 고정자(8)에 배치된 회전자(10) 및 전자 보드(16)를 포함한다.
고정자(8)는 시트(14)의 스택에 수용되는 코일(12)을 포함한다. 고정자는 당업자에게 잘 알려진 구조를 갖는다. 바람직하게는, 전기 모터는 축(X) 주위에서 각을 이루면서 규칙적으로 분포된 3의 배수인 다수의 코일(12)을 포함하는 3 상(three-phase) 모터이다.
도 4a에서, 고정자(8)의 평면도를 확인할 수 있다. 도 4b에서, 고정자(8)는, 코일의 핀(12.1)이 예를 들어 용접(welding) 또는 압입(press-fitting)에 의해 연결되어 있는 전자 보드(16) 상에 장착되며, 이것이 회전자를 제어하는 역할을 한다.
회전자(10)는 고정자 내부에 장착된다. 이것은 슬리브 모양이며, 고정자에서 축(X)을 중심으로 회전하도록 되어 있다. 회전자는 여러 극 쌍(pole pair), 예를 들어 4개 내지 40개의 극 쌍을 포함하는 영구 자석으로 형성된다. 회전자(10)는 고정자(8) 권선을 통과하는 전류에 의해 생성되는 자기장에 의해 축(X)을 중심으로 회전된다.
감속 기어(R)는 축(X)을 중심으로 회전자(8)에 회전 가능하게 고정되는 허브(20)를 포함한다. 도시된 예에서, 허브는 반경 방향 외측으로 돌출하여 회전자의 실린더 헤드(25)에 형성된 노치(23)와 맞물리고, 회전자(10)의 상류 축방향 단부에 고정되어서, 회전자(10)와 허브(20)의 회전식 견고한 연결(rigid connection)을 보장하는 4개의 러그(lug)(22)가 제공된 디스크 형상을 갖는다. 회전자와 허브의 회전식 견고한 연결은 다른 수단에 의해 수행될 수 있으며, 예를 들어 실린더 헤드(25)를 허브(20)에 기계적으로 크림핑(crimping)하거나, 또는 허브(20)를 실린더 헤드(25)에 대해 오버-몰딩하는 것에 의해 직접 견고하게 연결함으로써 수행될 수 있다.
허브(20)는 감속 기어(R)의 제 1 썬 기어를 형성하는 피니언(24)을 하우징쪽으로 향하게 하는 반대편의 하류면을 포함한다. 따라서, 제 1 썬 기어(24)는 허브(20)에 의해 직접 회전된다.
감속 기어는 또한 제 1 유성 기어 캐리어 플레이트(26), 및 축(X)과 평행한 샤프트에 대해 유성 기어 플레이트(26)의 상류면에 회전 가능하게 장착되는 3개의 제 1 유성 기어(27)를 포함한다. 제 1 유성 기어(27)는 제 1 썬 기어(24)와 맞물린다. 제 2 썬 기어(28)는 제 1 유성 기어 캐리어 플레이트(26)와 회전 가능하게 고정되며, 이것은 제 1 유성 기어(27)를 받치는 상류면의 반대편인, 제 1 유성 기어 캐리어 플레이트(26)의 하류면에서 축(X) 상에 배치된다.
감속 기어는 제 2 유성 기어 캐리어 플레이트(30) 및 축(X)과 평행한 샤프트들(32.1)(도 2)을 중심으로 제 2 유성 기어 플레이트(30)의 상류면에 회전 가능하게 장착된 3개의 제 2 유성 기어(32)를 포함한다. 제 2 썬 기어(28)는 제 2 유성 기어들(32)과 맞물린다.
유리하게는, 유성 기어들(27 및 32)은 동일하며, 이에 따라 기어 모터의 제조를 단순화할 수 있다.
기어 모터의 출력 샤프트(A)는 제 2 유성 기어 캐리어 플레이트(30)와 회전 가능하게 고정되고, 제 2 유성 기어들(32)을 받치는 상류면의 반대편에 있는 제 2 플레이트(30)의 하류면으로부터 돌출된다. 도시된 예에서, 출력 샤프트(A)는 그 하류 단부에 구동 대상인 외부 기어 모터와의 연결을 위한 별형(star-shaped) 중공 캐비티(33)를 포함한다. 출력 샤프트의 하류 단부는 필요한 연결 유형에 따라 다른 형상들을 가질 수 있다. 출력 샤프트(A)는 커버에 형성된 개구(3)의 윤곽에 의해 회전 가능하게 가이드될 수 있다.
감속 기어는 또한 회전자(10)의 내부이면서 및 제 1 유성 기어(27) 및 제 2 유성 기어(32)의 외부에 배치된, 축(X)의 외부 링 기어(34)를 포함하며, 유성 기어들(27 및 32)이 링 기어(34)와 맞물리게 된다. 따라서 감속 기어의 모든 요소들은 링 기어(34)의 내부에 배치된다. 링 기어(34)는 케이싱에 대하여 고정된다.
매우 유리하게는, 링 기어(34)는 예를 들어 몰딩(moulding)에 의해 커버와 일체형으로 제조된다. 대안적으로, 링 기어(34)는 본딩, 스크류 등에 의해 커버(6)에 고정된다.
매우 유리하게는, 단일 센터링 샤프트(38)가 감속 기어(R) 및 모터(M)를 통과하여, 고정자(8)와 관련하여 감속 기어 및 회전자(10)의 상이한 요소들을 센터링한다. 실린더 헤드(25)는 센터링 샤프트(38)의 통과를 가능하게 하는 제 1 썬 기어를 가로지르는 중앙 통로(25.1)를 포함한다. 회전자(10)와 고정자(8) 사이의 에어 갭(air-gap)은 베어링을 사용하지 않고서 고정된다. 베어링을 제거하면 기어 모터의 제품 수명이 연장된다. 또한, 기어 모터의 실시예가 단순화되고, 그 질량이 감소하게 된다.
센터링 샤프트(38)는 기어 모터에서 축 방향 및 횡 방향으로 유지된다. 이를 위해, 하우징의 내부 베이스는 샤프트(38)의 종방향 단부(38.1)를 수용하는 리셉터클(41)을 포함하고, 제 2 유성 기어 캐리어 플레이트(30)는 또한 샤프트(38)의 다른쪽 단부를 수용하는 상류면 상의 제 2 유성 기어들 사이의 리셉터클(41)을 포함한다. 제 2 유성 기어 플레이트(30)는 출력 샤프트(A)를 통한 커버(6)의 개구의 윤곽에 의해서 가이드되며, 센터링 샤프트(38)의 다른쪽 단부가 또한 축 방향 및 횡 방향으로 유지된다. 샤프트(38)는 하우징(4) 내에 고정 장착되며, 예를 들어 단부(38.1)가 하우징(4)의 리셉터클(41)에 압입된다.
또한, 제 1 썬 기어(24) 및 제 2 썬 기어(28)는 그 중앙에 센터링 샤프트(38)의 통과를 위한 축 통로(42, 44)를 각각 포함한다. 리셉터클들(40, 41) 및 리셉터클들(42, 44)의 직경은 센터링 샤프트(34)의 횡 방향 유지 및 감속 기어의 상이한 요소들에 대한 만족스러운 가이드를 보장하기 위해, 샤프트(38)의 직경으로 조정된다.
샤프트(38)는 모든 가동 요소들에 대한 가이드, 센터링을 수행하며 또한 가동 요소들을 위한 슬라이딩 베어링의 기능을 수행한다.
센터링 샤프트(38)는 충분한 강성을 갖도록 하기 위해 금속, 예를 들어 스틸, 유리하게는 스테인레스 스틸로 제조된다. 샤프트의 직경은 연삭 작업을 이용하여 정확하게 설정될 수 있다. 유리하게는, 샤프트(38)는 예를 들어 기계 가공에 의해 높은 정밀도로 제조된다. 이것의 직경은 유리하게는 최대 공차가 20 μm이고, 원통도가 5 μm이다.
케이싱에 고정된 샤프트(38)와 가동 요소들 사이의 유격은 유리하게는 20 μm 내지 60 μm이다.
하우징 및 커버는 리셉터클들(40 및 41)이 센터링 샤프트(38)와 링 기어(34) 사이의 동축성(coaxiality)을 보장하도록 배치된다.
링 기어(34)를 포함하는 하우징 및 커버를 제조할 때 그리고 그 조립 중에 얻을 수 있는 고정 센터링 샤프트 및 포지셔닝 정밀도의 사용으로 인해, 센터링 샤프트와 대략 같은 회전 가능한 요소들 사이에 볼 베어링을 사용하지 않는 것이 매우 유리하게 될 수 있다.
이 센터링 샤프트(38)의 사용으로 인해 감속 기어의 마모를 제한할 수 있게 된다. 또한, 이로 인해 조립이 용이하게 된다. 또한 이로 인해 플라스틱 감속 기어 요소들의 경우, 요소들 사이에 충분한 유격을 제공하여 이들이 올바르게 맞물릴 수 있게 된다.
유리하게는, 유성 기어 캐리어 플레이트들 상의 유성 기어들의 샤프트들은 스틸, 예를 들어 스테인레스 스틸로 만들어지며, 이에 따라 가이드를 더욱 향상시키고 유성 감속 기어의 톱니의 마모를 방지한다(도 3b).
또한, 단일 샤프트의 사용으로 인해, 감속 기어의 회전 가능한 요소들이 이러한 작은 직경의 샤프트를 중심으로 회전할 시에, 실질적으로 손실이 감소될 수 있다.
감속 기어 요소들의 순서를 수정하는 것이 가능하다는 것이 이해될 것이다. 실제로, 허브가 유성 기어 홀더를 형성하여, 유성 기어 캐리어 플레이트에 의해 지지되는 썬 기어와 맞물린 다음, 출력 샤프트에 회전 가능하게 고정된 제 2 썬 기어와 맞물리는 제 2 유성 기어를 구동하는 것을 상정할 수 있다. 이 구성에서는, 제 1 유성 기어 캐리어 플레이트(26)가 뒤집어질 수 있으며, 상류면이 하류면을 형성하게 된다.
유리하게는, 커버 및 링 기어(34)는 플라스틱 재료로 만들어진다.
커버(6)는 예를 들어 나사(37)로 하우징에 고정된다. 임의의 다른 견고한 연결 수단, 심지어 확정적 수단이 상정될 수도 있다. 그 형상들이 적합할 경우, 커버와 하우징이 서로 나사 결합될 수 있으며, 그 후 기어 모터 내부를 외부 손상으로부터 보호하기 위해 씨일(seal)이 제공된다.
유리하게는, 커버 및 하우징은 용접, 예를 들어 초음파를 통해 보드를 기밀하게 직접 녹임으로써 고정된다.
매우 유리하게는, 기어 모터의 작동으로 인한 과열에 기인하는 기어 모터의 압력 증가를 방지하기 위해, 초과 압력을 방출하는 수단(도시되지 않음)이 제공된다. 예를 들어, 이것은 통기성 멤브레인으로 밀봉되어 액체가 기어 모터에 들어가는 것을 방지하는(예를 들면, Goretex®로 만들어지는), 커버 또는 하우징 내의, 예를 들어 그리드 형태의 개구부로 구성된다. 멤브레인은 예를 들어 초음파 용접된다.
유리하게는, 고정자(8)의 외부 윤곽은 고정자(8)를 케이싱 내의 적절한 위치에 유지시키는, 하우징(4)의 베이스 및 커버(6)에 형성된 나사 통로(39)와 맞물리도록 형성된다. 고정자(8)의 외부 윤곽은 나사 통로(38)를 수용하기에 적합한 치수의 노치들을 포함한다. 추가 유지 수단이 상정될 수 있으며, 예를 들어 고정자가 커버 또는 하우징에 고정될 수 있다.
매우 유리하게는, 감속 기어의 모든 부분 또는 일부는 몰딩 및/또는 기계 가공에 의해서 플라스틱으로 제조된다. 제 1 유성 기어 캐리어 플레이트(26) 및 제 2 썬 기어(28)는 몰딩에 의해서 하나의 부품으로 제조될 수 있다. 제 2 유성 기어 캐리어 플레이트(30) 및 샤프트(A)도 또한 몰딩에 의해서 하나의 부품으로 제조될 수 있다.
바람직하게는, 썬 기어(24, 28), 유성 기어(27, 32) 및 외부 링 기어(34)는 플라스틱으로 제조된다. 유성 기어들이 회전 가능하게 장착되는 샤프트들도 또한 유리하게는 유성 기어 캐리어 플레이트들의 몰딩에 의해서 하나의 부품으로 제조된다.
전술한 바와 같이, 유성 기어들의 샤프트들은 스틸, 예를 들어 스테인레스 스틸 또는 만족스러운 강성을 제공하는 임의의 재료로 제조될 수 있으며, 예를 들어 오버 몰딩 또는 압입에 의해 유성 기어 홀더와 조립될 수 있다.
유성 기어들은 예를 들어 그들의 샤프트 상에 로킹된다.
본 발명에 의할 경우, 감속 기어의 높이는 전기 모터의 높이와 실질적으로 동일하게 된다. 따라서, 기어 모터의 축 방향 및 횡 방향 모두의 크기가 실질적으로 감소된다.
감속 기어는 적어도 3개보다 많은 유성 기어(27) 및 적어도 3개보다 많은 유성 기어(32)를 포함할 수 있으며, 추구하는 운동 평형 및 관련 속도에 따라 스테이지들의 수, 1, 3, 4, 5 …가 선택된다.
하우징(4) 및 커버(6)는 반전될 수도 있으며, 그러면 링 기어(34)가 하우징(4)의 베이스에 고정된다.
대안적으로, 케이싱은 베이스 및 측벽을 포함하는 2개의 실질적으로 대칭인 부분들을 포함하며, 이것의 높이는 케이싱의 총 절반 높이와 실질적으로 동일하다. 도시된 예에서는, 모터 샤프트와 출력 샤프트(A)가 정렬되어 있다.
대안적으로, 링 기어(34)는 선택된 감속비에 따라 유성 기어들(27 및 32)에 대해 상이한 내경을 포함할 수 있고/있거나, 외부 링 기어(34)는 축(X)을 따라 여러 개의 중첩된 부분들을 포함할 수 있다.
또한 대안적으로, 유성 기어들(27 및/또는 32)은 이중 기어 톱니, 즉 썬 기어에 의해 맞물리는 기어 톱니 및 링 기어에 맞물리는 기어 톱니를 가질 수 있다.
또한, 감속 기어는 추구하는 출력 토크에 따라 단일 스테이지 또는 2개보다 많은 스테이지를 포함할 수도 있다.
유리하게는, 기어 모터는 예를 들어 OBC(on-board diagnostics)를 확립하는 것을 돕는 출력 샤프트(A)의 각도 위치 센서를 포함하며, 이에 따라 모터 제어 유닛에 의해 수행되고 유리하게는 기어 모터에 통합되는 모터 제어 피드백 루프를 가질 수 있게 된다. 예를 들어, 센서는 유리하게는 샤프트의 몰딩 동안 출력 샤프트에 통합되는 1개 내지 4개의 극의 자석을 포함한다. 자석의 통과는 예를 들어 커버 상에 장착되거나 전자 모터 제어 보드 상에 장착되는 자석의 자기장에 민감한 요소에 의해 검출된다. 도시된 예에서, 자석은 유성 기어 홀더(30)에 의해 지지된다.
기어 모터의 기계적 출력 파워 및 그 효율은 회전자의 페리미터에 따라 설정될 수 있으며, 달성되는 토크는 감속비에 따라 결정된다.
매우 유리하게는, 모터는 4 mm 내지 7.3 mm 사이의 비 πD/Np로 정의되는 극 호(polar arc)를 가지며, 여기서 D는 자석의 외경이고, Np는 자석의 극 수이며, Np는 10보다 큰 값이다.
본 발명에 의할 경우 예를 들어 도 1a 내지 도 3a의 감속 기어로 인해 컴팩트 기어 모터를 제조할 수 있으며, 기어 모터는 높이 60 mm 및 단면적 54mm x 54mm의 쉘(shell)에 포함될 수 있고, 54 x 54는 유격을 고려한 고정자의 치수이며, 케이싱의 단면적은 60 mm x 60 mm 또는 62 mm x 62 mm이고, 공급 조건에 따라 0 N 내지 0.5 N 사이의 출력 토크를 제공하거나, 또는 4　N.m를 얻게 되고, 감속비에 따라, 0 rpm 내지 30 rpm 사이의 출력 샤프트 속도를 얻게 된다.
또한, 본 발명에 따른 기어 모터는 한편으로는 브러시리스 모터의 사용으로 인해, 그리고, 다른 한편으로는 감속 기어 요소들의 마모를 제한하는 센터링 샤프트로 인해, 상당한 제품 수명을 가지게 된다.
본 발명에 따른 기어 모터는 또한 단순화된 조립 및 단순화된 분해를 제공하는 이점을 갖는다.
예를 들어, 고정자(8)가 링 기어(34) 주위에 장착된다. 그 후에, 감속 기어는, 예를 들어 센터링 샤프트의 일단을 유성 기어 홀더(30)에 장착한 다음 유성 기어(27)를 지지하는 유성 기어 홀더(26)를 조립하고; 그 후에 회전자를 조립하는 것에 의해 조립된다. 하우징이 최종적으로 위치되고 나서 나사(37) 및/또는 초음파 용접에 의해 커버(6)에 고정된다. 단부(38.1)가 하우징(4)의 리셉터클(40) 내에 강제 삽입된다.
본 발명에 따른 기어 모터는 본 발명에 따른 기어 모터의 크기가 매우 작기 때문에 임의의 유형의 장치, 특히 온보드 장치를 구동하는데 적용될 수 있다. 본 발명에 따른 기어 모터는 자동차에서의 유체 흐름, 예를 들어 물, 배기 가스, 냉각수, 오일, 연료, 브레이크 유체, 윈드 스크린 와셔 유체를 관리하기 위한 밸브를 제어하는데 특히 적합하다. 또한 본 발명에 따른 기어 모터는 밸브의 온/오프 또는 비례 제어를 가능하게 한다.
본 발명에 따른 기어 모터는 펌프, 예를 들어 오일 펌프, 워터 펌프 등, 또는 임의의 다른 전기 펌프에서, 예를 들어 윈도우-리프트 모터와 같은 회전 구동을 필요로 하는 시스템에 사용될 수 있다.

Claims (14)

  1. 브러시리스(brushless) 전기 모터, 유성 감속 기어(planetary reduction gear)(R) 및 상기 유성 감속 기어(R)에 회전 가능하게 고정된 출력 샤프트(A)를 포함하는 기어 모터로서,
    상기 전기 모터(M)는 고정자(8)와, 상기 고정자(8) 내에 배치된 회전자(10)를 포함하고, 상기 회전자(10)는 상기 회전자(10)가 종축(X)을 중심으로 회전하기에 적합한 것이고, 상기 감속 기어(R)는 상기 회전자(10) 내에 적어도 부분적으로 수용되어 있고, 상기 감속 기어(R)는 적어도 하나의 제 1 썬 기어(sun gear)(24), 상기 제 1 썬 기어(24)와 맞물리는 적어도 하나의 제 1 유성 기어(27), 및 상기 회전자(10)에 배치되어 상기 제 1 유성 기어(27)에 의해 맞물리는 외부 링 기어(34)를 포함하고, 상기 제 1 썬 기어(24) 및 상기 제 1 유성 기어(27)는 상기 회전자(10)에 의해 회전되며,
    상기 기어 모터는 상기 종축(X)을 따라 연장되어 상기 고정자(8)와, 상기 회전자(10)를 가로지르는 센터링 샤프트(38)를 포함하고, 상기 센터링 샤프트(38)는 상기 회전자, 상기 출력 샤프트 및 적어도 하나의 상기 제 1 썬 기어에 직접 장착됨으로써 상기 회전자(10), 상기 제 1 썬 기어(24) 및 상기 제 1 유성 기어(27) 그리고 상기 출력 샤프트(A)의 회전을 가이드하고, 상기 회전자는 상기 센터링 샤프트(38)에 대해 자유롭게 회전하며, 상기 기어 모터는 또한 상기 전기 모터(M) 및 상기 유성 감속 기어(R)가 수용되는 케이싱을 포함하고, 상기 케이싱은 서로 맞물려서 상기 전기 모터(M)와 상기 유성 감속 기어(R)를 가두는 제 1 부분(4) 및 제 2 부분(6)을 포함하고, 상기 제 2 부분(6)은 상기 출력 샤프트에 의해 가로질러지는 통로를 포함하며, 또한 상기 제 1 부분(4)은 상기 센터링 샤프트(38)의 종방향 단부(38.1)를 수용하는 리셉터클(receptacle)(41)을 포함하고, 상기 센터링 샤프트(38)의 다른 종방향 단부는 상기 출력 샤프트에 형성된 리셉터클 내에 수용되는 기어 모터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 센터링 샤프트(38)는 상기 케이싱의 상기 제 1 부분(4)의 상기 리셉터클에 고정 장착되는 기어 모터.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 외부 링 기어(34)는 상기 제 2 부분(6)에 고정되는 기어 모터.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 외부 링 기어(34)는 상기 제 2 부분(6)과 일체로 이루어지는 기어 모터.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 썬 기어(24)는 상기 회전자(10)에 의해 직접 구동되는 허브(hub)(35)에 회전 가능하게 고정되고, 상기 제 1 유성 기어(28)는 상기 회전자(10)에 수용된 유성 기어 캐리어 플레이트(planet gear carrier plate)(26)에 의해 지지되는 기어 모터.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 감속 기어는 상기 제 1 유성 기어 캐리어 플레이트(26)에 회전 가능하게 고정되는 제 2 썬 기어(28) 및 상기 출력 샤프트(A)에 기계적으로 연결되는 적어도 하나의 제 2 유성 기어(32)를 포함하는 기어 모터.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 감속 기어는, 상기 제 2 유성 기어(32)를 받치며 또한 상기 출력 샤프트(A)가 회전 가능하게 고정되는 제 2 유성 기어 캐리어 플레이트(30)를 포함하는 기어 모터.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 센터링 샤프트(38)는 또한 상기 제 1 유성 기어 캐리어 플레이트(26)를 가로지르며, 상기 유성 기어 캐리어 플레이트(26)는 상기 센터링 샤프트(38)에 대하여 자유롭게 회전하는 기어 모터.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 감속 기어는 3개의 제 1 피니언 캐리어(pinion carrier)들(28) 및 3개의 제 2 피니언 캐리어들(32)을 포함하는 기어 모터.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 유성 기어 캐리어 플레이트(26) 및/또는 상기 제 2 유성 기어 캐리어 플레이트(30), 상기 제 1 썬 기어(24) 및/또는 상기 제 2 썬 기어(28) 및/또는 상기 제 1 유성 기어(28) 및/또는 상기 제 2 유성 기어(32) 및/또는 상기 출력 샤프트(A) 및/또는 상기 케이싱은 플라스틱으로 제조되는 기어 모터.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 모터는 4 mm 내지 7.3 mm 사이의 비 πD/Np를 가지며, D는 회전자 자석의 외경이고, Np는 상기 회전자의 극(pole)들의 개수이며, 여기서 Np는 10보다 큰 것인 기어 모터.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 출력 샤프트와 회전 가능하게 고정된 적어도 하나의 자석 및 상기 자석의 자기장을 검출하는 수단을 포함하는 각도 출력 샤프트 위치 센서(angular output shaft position sensor)를 포함하는 기어 모터.
  13. 적어도 하나의 비례 또는 온/오프 밸브 및 상기 밸브를 제어하는 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 기어 모터를 포함하는 시스템.
  14. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 기어 모터 및/또는 제 13 항에 따른 적어도 하나의 시스템을 포함하는 자동차.
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