KR20210016151A - Sbw 구동 액추에이터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 SBW 구동 액추에이터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제1 하우징; 보빈과, 상기 보빈에 권선된 코일로 구성되어 상기 제1 하우징 내에 배치되는 고정자; 회전자코어와, 상기 회전자코어와 연결되고, 일단에 편심부가 구비된 회전축으로 구성되어 상기 고정자 내측에 배치되는 회전자; 상기 회전축의 타단에 연결되는 메탈 타켓(전도성 커플러)과, 상기 제1 하우징에 배치되고, 상기 메탈 타켓(전도성 커플러)의 대향하는 위치에 배치되는 발진부와 수신부를 갖는 센서플레이트로 구성되는 인덕티브센서; 상기 회전축의 편심부에 연결되어 편심 회전하는 태양기어와, 상기 태양기어와 내접하는 링기어와, 상기 출력축과, 상기 출력축과 상기 태양기어에 형성되어 상기 출력축에 회전력을 전달하기 위한 다단 치형의 전달수단으로 구성되는 감속기; 및 상기 감속기가 배치되는 제2 하우징;를 포함하여 이루어진다.
즉 본 발명은 인덕티브센서에 의한 BLDC 모터의 제어를 통해 제어성능과, 내구성을 높이고, 감속기의 태양기어와 출력축을 연결하여 회전력을 전달하기 위한 다단 치형의 전달수단을 도입하여 태양기어의 편심회전으로부터 기인하는 부하를 감소시켜 기어전달효율을 높일 수 있는 SBW 구동 액추에이터를 제안하고자 한다.

Description

SBW 구동 액추에이터{Actuator for SBW}
본 발명은 인덕티브센서에 의한 BLDC 모터의 제어를 통해 제어성능과, 내구성을 높이고, 감속기의 태양기어와 출력축을 연결하여 회전력을 전달하기 위한 다단 치형의 전달수단을 도입하여 태양기어의 편심회전으로부터 기인하는 부하를 감소시켜 기어전달효율을 높일 수 있는 SBW 구동 액추에이터에 관한 것이다.
일반적으로 전자 변속제어를 위한 구동 액추에이터는 고정자와 회전자로 구성되는 구동체와, 구동체의 고속 회전을 저속 회전으로 감속하여 출력을 전달하는 감속기로 구성되어 있다.
특히 기존의 구동 액추에이터에서 구동체인 모터의 제어를 위해서는 홀 센서와 다극 착자 영구자석이 이용되어지는데, 자석과 홀 센서는 에어갭 변동 시, 출력 불량이 발생하여 충격 및 열에 약할 뿐만 아니라, 열 영향으로 인하여 자석 감자 현상이 발생하는 문제와, 자석에 이물질이 부착되는 경우 노이즈가 발생하는 문제가 있다.
또한 기존의 구동 액추에이터의 감속기는 태양기어와 회전력을 전달하는 출력축이 편심회전을 하는 태양기어의 기울어짐으로 인해 회전축의 편심부를 지지하는 베어링에 부하를 발생되는 문제가 있고, 이에 의하여 출력축으로의 회전력 전달효율이 저감되는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 종래에는 태양기어의 원판부에 돌기부를 형성하고, 출력축에는 태양기어의 돌기부가 끼워지는 돌기부 구멍을 형성하여 태양기어와 출력축을 연결하는 전달수단을 제안하여 해결하고 있다.
다만 종래의 전달수단의 경우 높은 정밀도의 제작성이 필요하기 때문에 정교한 제작이 필요하고, 정밀성에 따라 전달효율이 차이가 나는 큰 단점이 있다.
일본 등록특허 제5110449호(2012.10.19. 등록)
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,
인덕티브센서에 의한 BLDC 모터의 제어를 통해 제어성능과, 내구성을 높이고, 감속기의 태양기어와 출력축을 연결하여 회전력을 전달하기 위한 다단 치형의 전달수단을 도입하여 태양기어의 편심회전으로부터 기인하는 부하를 감소시켜 기어전달효율을 높이고자 하는 것을 하나의 목적으로 한다.
본 발명은 기존의 홀 센서 및 다극 착자 영구자석으로 구성된 회전제어가 가지고 있는 출력불량, 충격 및 열에 약하여 자석의 과열 감자 현상 발생 뿐만 아니라, 자석에 이물질이 부착되는 경우 발생되는 노이즈 문제를 자석을 사용하지 않는 인덕티브센서를 도입하여 해결하고자 하는 것을 또 하나의 목적으로 한다.
본 발명은 기존에 사이클로이드 치형과 원형 돌출홈을 이용한 동력전달수단은 높은 가공정밀도와 제작성이 요구되고, 이러한 정밀도와 제작성에 따라 효율 차이가 큰 문제를 해결하기 위해 감속기의 태양기어와 출력축에 축에 직교하는 형태의 다단 치형의 전달수단을 도입하여 기어전달효율을 높이고, 제작이 쉽고 용이하도록 하고자 하는 것을 또 하나의 목적으로 한다.
본 발명에 따른 SBW 구동 액추에이터는 제1 하우징; 보빈과, 상기 보빈에 권선된 코일로 구성되어 상기 제1 하우징 내에 배치되는 고정자; 회전자코어와, 상기 회전자코어와 연결되고, 일단에 편심부가 구비된 회전축으로 구성되어 상기 고정자 내측에 배치되는 회전자; 상기 회전축의 타단에 연결되는 메탈 타켓(전도성 커플러)과, 상기 제1 하우징에 배치되고, 상기 메탈 타켓(전도성 커플러)의 대향하는 위치에 배치되는 발진부와 수신부를 갖는 센서플레이트로 구성되는 인덕티브센서; 상기 회전축의 편심부에 연결되어 편심 회전하는 태양기어와, 상기 태양기어와 내접하는 링기어와, 상기 출력축과, 상기 출력축과 상기 태양기어에 형성되어 상기 출력축에 회전력을 전달하기 위한 다단 치형의 전달수단으로 구성되는 감속기; 및 상기 감속기가 배치되는 제2 하우징;를 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따른 상기 전달수달은 상기 태양기어의 외부 치형에 대하여 내측으로 단턱을 이루는 외치형과, 상기 출력축에 연결되는 플랜지부와, 상기 플랜지부에 형성되어 상기 외치형과 내접하는 내치형을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 상기 플랜지부의 내측부에는 상기 태양기어의 원판부와 맞닿는 접촉면부가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 상기 인덕티브센서의 메탈 타켓(전도성 커플러)은 단일 또는 복수의 금속판으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 SBW 구동 액추에이터는 자석을 사용하지 않는 인덕티브센서에 의한 BLDC 모터의 제어를 통해 제어성능과, 내구성을 높일 수 있다.
또한 본 발명은 감속기의 태양기어와 출력축을 연결하여 회전력을 전달하기 위한 다단 치형의 전달수단을 도입하여 태양기어의 편심회전으로부터 기인하는 부하를 감소시켜 기어전달효율을 높이고, 전달수단의 제작을 쉽고 용이하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 SBW 구동 액추에이터를 나타내는 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 SBW 구동 액추에이터를 나타내는 분해사시도,
도 3은 본 발명에 따른 구동 액추에이터의 인덕티브센서를 나타내는 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 구동 액추에이터의 다단 치형의 전달수단을 나타내는 사시도,
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 설명하기 위하여 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시례를 예시하고 이를 참조하여 살펴본다.
먼저, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시례를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 또한 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 SBW 구동 액추에이터는 제1 하우징(10)과, 고정자(20)와, 회전자(30)와, 인덕티브센서(40)와, 감속기(50) 및 제2 하우징(70)을 포함하여 이루어진다.
즉 본 발명에 따란 구동 액추에이터는 고정자(20)와 회전자(30)로 구성되는 구동체와, 이 구동체의 고속 회전을 저속 회전으로 전환하여 출력을 전달하는 감속기(50)로 구성된다.
이 경우 구동체는 제1 하우징(10)에 배치되고, 감속기(50)는 제2 하우징(60)에 배치되어 구성된다.
먼저 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 제1 하우징(10)은 고정자(20)와 회전자(30)가 내부에 배치되는 수용공간이 형성된다. 또한 수용공간에는 인덕티브센서(40)가 배치되는데, 이를 위해 제1 하우징(10) 내측에는 복수의 돌기부가 형성되고, 인덕티브센서(40)의 센서플레이트(43)에는 돌기부에 대응하는 복수의 홈부가 형성되어 결합된다.
본 발명에 따른 고정자(20)는 보빈(21)과, 보빈(21)에 권선된 코일(23)을 포함하여 구성되어 제1 히우징의 수용공간에 배치된다.
또한 본 발명에 따른 회전자(30)는 회전자코어(31)와, 회전자코어(31)를 감싸는 마그넷(33)과, 회전자코어(31) 중심에 연결되는 회전축(35)으로 구성된다. 회전축(35)의 일단, 즉 제1 하우징(10)의 배치 위치와 반대쪽 단부에는 축이 편심된 편심부(35a)가 형성된다. 이 편심부(35a)는 감속기(50)의 태양기어(51)와 연결되어 태양기어(51)의 편심회전을 가능하게 한다. 회전축(35)의 타단, 즉 편심부(35a)가 배치된 반대쪽 단부에는 인덕티브센서(40)의 전도성 커플러(41)가 연결된다.
이와 같이 구성되는 회전자(30)의 회전축(35)에는 다수의 베어링(70)이 축의 상하로 배치되고, 회전축(35)의 편심부(35a)에도 베어링(70)이 배치되어 회전축(35)의 회전을 지지하게 된다. 이 경우 회전축(35)의 편심부(35a)는 태양기어(51)의 관통공이 삽입되고, 이때 편심부(35a)에 배치되는 베어링(70)은 태양기어(51)의 편심회전으로 출력축(55)에 회전력을 전달하는 과정에서 많은 부하가 발생하는 문제가 있다. 이러한 문제의 해결은 후술할 감속기(50)의 전달수단(57) 부분에서 연관하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 인덕티브센서(40)는 메탈 타켓(전도성 커플러)(41)과 센서플레이트(43)로 구성된다. 먼저 센서플레이트(43)는 인쇄회로기판 형태로 구비되어 메탈 타켓(전도성 커플러)(41)에 대향하는 위치에 코일 형태의 발신부(미도시)와 수신부(미도시)가 배치된다.
또한 인덕티브센서(40)의 메탈 타켓(전도성 커플러)(41)은 단수 또는 복수의 금속판으로 구성될 수 있는데, 첨부된 도 3에는 복수의 금속판이 배치되는 형태의 메탈 타켓(전도성 커플러)(41)이 도시되어 있다. 이러한 메탈 타켓(전도성 커플러)(41)은 전술한 바와 같이 회전자(30)의 회전축(35) 타단에 연결된다.
따라서 회전축(35)이 회전하게 되면 메탈 타켓(전도성 커플러)(41)도 회전을 하게 되는데, 이 경우 발진부에서는 전류가 흐르면서 자기장이 발생하고, 수신부에서는 이를 수신하게 된다. 이렇게 수신부에 수신된 자기장 양은 메탈 타켓(전도성 커플러)(41)의 회전 시, 금속판의 유무에 따라 교차 변화되는 기전력의 양으로, 수신부에서 유도되는 유도기전력(전압)이 변화하게 되며, 이러한 기전력의 변화량을 감지하여 센싱을 하게 된다.
본 발명에 따른 고정자(20)와 회전자(30)는 BLDC 모터 형태의 구동체인데, 기존에 BLDC 모터의 회전자(30) 제어의 경우 회전자(30)의 회전 각도를 제어하는 홀 센서와 다극 착자 영구자석으로 구성되어 있다. 이러한 자석과 홀 센서는 에어갭 변동 시, 출력 불량과, 충격 및 열에 약하여 자석의 과열 감자 현상이 발생될 뿐만 아니라, 이물질이 자석에 부착되는 경우 노이즈 문제가 발생될 우려가 있다.
이를 방지하기 위해 본 발명에서는 자석을 사용하지 않는 전자기 유도방식의 인덕티브센서(40)를 도입하여 모터의 위치를 제어함으로써 상기한 바와 같은 문제를 해결하고 있다.
도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 감속기(50)는 태양기어(51)와, 링기어(53)와, 출력축(55) 및 다단 치형의 전달수단(57)을 포함하여 구성된다.
먼저 태양기어(51)는 외주면에 외부 치형(51a)이 형성되어 있으며, 링기어(53)의 내주면에는 외부 치형(51a)에 대응되는 내부 치형이 형성되어 있다. 아울러 태양기어(51)의 중심에는 회전축(35)의 편심부(35a)가 삽입되는 관통공이 형성되어 있으며, 태양기어(51)의 관통공과 회전축(35)의 편심부(35a)에는 베어링(70)이 배치되어 회전축(35)을 지지하게 된다.
또한 출력축(55)에는 회전축(35)이 삽입되어 태양기어(51)의 편심 회전 시, 회전력이 전달될 수 있다.
즉 회전축(35)의 회전으로 태양기어(51)는 편심회전하고, 태양기어(51)의 외부 치형(51a)은 링기어(53)의 내부 치형을 따라 회전하여 태양기어(51)는 링기어(53) 내부에서 공전회전을 하게 된다. 이에 따라 출력축(55)으로 회전력이 전달된다.
이 경우 태양기어(51)로부터의 회전력을 출력축(55)으로 전달하기 위해 전달수단(57)이 구비되는데, 이 전달수단(57)은 다단 치형 형태로 구성된다.
즉 본 발명에 따른 다단 치형의 전달수단(57)은 태양기어(51)의 외부 치형(51a)에 대하여 내측으로 단턱을 이루는 외치형(57a)과, 출력축(55)에 직교하여 연결되는 플랜지부(55a)와, 플랜지부(55a)에 형성되어 외치형(57a)과 내접하는 내치형(57b)을 포함하여 이루어진다.
일반적으로 태양기어(51)와 출력축(55)을 연결하는 전달수단(57)은 편심회전을 하는 태양기어(51)의 기울어짐으로 인해 회전축(35)의 편심부(35a)를 지지하는 베어링(70)에 부하를 발생되는 문제가 있고, 이에 의하여 출력축(55)으로의 회전력 전달효율이 저감되는 문제가 있다.
따라서 본 발명에 따른 다단 치형의 전달수단(57)은 이러한 문제를 해결하고자 제안되었는데, 그 이유는 다음과 같다.
먼저 다단 치형의 전달수단(57)은 태양기어(51)의 외치형(57a)과 출력축(55)의 내치형(57b)이 회전축(35)의 편심부(35a)를 지지하는 베어링(70)의 축중심으로부터 거리를 멀게 할수록 회전방향으로의 힘이 적어지므로 베어링(70)에 인가되는 부하를 감소시킬 수 있다. 따라서 전달수단(57)의 다단 치형으로부터 베어링(70)의 축중심까지의 거리는 태양기어(51) 직경의 0.7배 이상이 될 수 있도록 배치하는 것이 바람직하다.
다음으로 태양기어(51)에서 출력축(55)에 작용하는 치형 접촉면의 힘은 법선방향으로 일치하여 출력축(55)의 직경방향 힘 성분에 기인하지 않으므로 회전축(35), 보다 자세하게는 회전축(35)의 편심부(35a)를 지지하는 베어링(70)에 인가되는 하중 감소와 손실이 발생하지 않게 됨으로써 전달효율을 높일 수 있다.
또한 서로 맞물리는 태양기어(51)의 다단치형과 출력축(55)의 다단치형의 미끄럼 면적이 균일하여 면압도 일정하다는 점에서 슬립이 적고 마모도 감소시킬 수 있어 치형 변형을 또한 감소시킬 수 있다.
이때 출력축의 플랜지부(55a) 내측부에는 태양기어(51)의 원판부와 맞닿는 접촉면부(57c)가 형성되고, 태양기어(51)의 원판부와 출력축의 플랜지부(55a)가 결합되는 경우 맞닿아 태양기어(51)와 출력축(55)간의 접촉면적을 증가시키게 된다면 슬립을 보다 적게 할 수 있을 뿐만 아니라, 마모 또한 획기적으로 저감시킬 수 있어 바람직하다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 제2 하우징(60)에는 전술한 바와 같이 감속기(50)가 내부에 장착되고, 외측부에는 에어브리더(80)(airbreather)가 구비되어 하우징 내부에서 발생되는 기포나 높은 압력을 배출할 수 있다.
이 경우 제1 하우징(10)과 제2 하우징(60)의 외측에는 서로 대응되는 체결부가 구비되어 볼트(B), 또는 볼트와 너트에 의하여 체결 고정된다.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일실시례를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시례가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
B : 볼트
10 : 제1 하우징
20 : 고정자
21 : 보빈 23 : 코일
30 : 회전자
31 : 회전코어 33 : 마그넷
35 : 회전축 35a : 편심부
40 : 인덕티브센서
41 : 메탈 타켓(전도성 커플러) 43 : 센서플레이트
50 : 감속기
51 : 태양기어 53 : 링기어
55 : 출력축 55a : 플랜지부
57 : 전달수단
57a : 외치형 57b : 내치형
57c : 접촉면부
60 : 제2 하우징
70 : 베어링
80 : 에어브리더(airbreather)

Claims (4)

  1. 제1 하우징(10);
    보빈(21)과, 상기 보빈(21)에 권선된 코일(23)로 구성되어 상기 제1 하우징(10) 내에 배치되는 고정자(20);
    회전자코어(31)와, 상기 회전자코어(31)와 연결되고, 일단에 편심부(35a)가 구비된 회전축(35)으로 구성되어 상기 고정자(20) 내측에 배치되는 회전자(30);
    상기 회전축(35)의 타단에 연결되는 메탈 타켓(전도성 커플러)(41)과, 상기 제1 하우징(10)에 배치되고, 상기 메탈 타켓(전도성 커플러)(41)의 대향하는 위치에 배치되는 발진부와 수신부를 갖는 센서플레이트(43)로 구성되는 인덕티브센서(40);
    상기 회전축(35)의 편심부(35a)에 연결되어 편심 회전하는 태양기어(51)와, 상기 태양기어(51)와 내접하는 링기어(53)와, 상기 출력축(55)과, 상기 출력축(55)과 상기 태양기어(51)에 형성되어 상기 출력축(55)에 회전력을 전달하기 위한 다단 치형의 전달수단(57)으로 구성되는 감속기(50); 및
    상기 감속기(50)가 배치되는 제2 하우징(60);
    를 포함하여 이루어진 SBW 구동 액추에이터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전달수단57)은
    상기 태양기어(51)의 외부 치형(51a)에 대하여 내측으로 단턱을 이루는 외치형(57a)과,
    상기 출력축(55)에 연결되는 플랜지부(55a)와,
    상기 플랜지부(55a)에 형성되어 상기 외치형(57a)과 내접하는 내치형(57b)을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 SBW 구동 액추에이터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 플랜지부(55a)의 내측부에는 상기 태양기어(51)의 원판부와 맞닿는 접촉면부(57c)가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 SBW 구동 액추에이터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 인덕티브센서의 메탈 타켓(전도성 커플러)(41)은 단일 또는 복수의 금속판으로 구성되는 것을 특징으로 하는 SBW 구동 액추에이터.
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