KR20210030265A - 전기 기계식 액추에이터 및 리어 액슬 스티어링 시스템 - Google Patents

전기 기계식 액추에이터 및 리어 액슬 스티어링 시스템 Download PDF

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KR20210030265A
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nut
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벤야민 뷔볼트-고르바텡코
다니엘 파버
알렉산더 하우스만
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섀플러 테크놀로지스 아게 운트 코. 카게
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Abstract

자동차의 리어 액슬 스티어링 시스템을 위한 액추에이터는 각각 해당 프로파일링(8)이 제공되는 행성(21)으로 둘러싸인 나사 스핀들(2)을 포함하고, 행성(21)은 구동 케이지(13)에서 안내되고, 추가 프로파일링(25)을 통해, 상기 프로파일링(8)이 제공된 행성(21)의 영역을 둘러싸고 롤링 베어링(14)에 의해 케이지(13)에 대해 지지되는 너트(4)에 접촉하며, 케이지(13)는 추가 롤링 베어링(30, 31, 32, 33)을 통해 하우징(20)에 장착되고, 추가 변속기(10, 11, 12)의 출력측 구성 요소(12, 34)에 회전 불가능하게 연결된다.

Description

전기 기계식 액추에이터 및 리어 액슬 스티어링 시스템
본 발명은 회전 운동을 선형 운동으로 변환하는 전기 기계식 액추에이터에 관한 것으로서, 여기서 나사 스핀들은 롤링 몸체로 설계된 다중 행성에 의해 접촉되고, 행성이 장착된 부품은 회전 구동된다. 본 발명은 또한 이러한 액추에이터를 갖는 리어 액슬 스티어링 시스템에 관한 것이다.
나사 스핀들 상에서 롤링하는 롤링 요소를 포함하는, 회전 운동을 축 방향 운동으로 변환하기 위한 장치는 예를 들어 DE 195 40 634 C1에 공지되어 있다. 이 장치의 개별 롤링 요소는 가이드 링 및 가이드 링과 스핀들 너트 사이에 배열된 볼 베어링에 의해 지지된다. 여기서, 롤링 요소는 스핀들 너트에 대해 그리고 서로로부터 고정된 미리 결정된 거리에 배열되며, 무엇보다도 롤링 요소, 가이드 링 및 볼 베어링을 통해 스핀들 너트에 축 방향 힘 흡수를 허용한다. 스핀들 너트와 스핀들 너트의 커버에는, 롤링 요소를 회전 가능하게 지지하고 롤러 요소라고도 알려져 있는 롤링 요소 사이의 거리를 일정하게 유지하는 추가 볼 베어링이 있다. 스핀들 너트 또는 알려진 장치의 나사 스핀들 중 하나의 회전 드라이브의 경우, 관련 부품의 회전은 피치 오류가 없는 다른 부품의 축 방향 이동으로 변환된다.
회전을 선형 운동으로 변환하는 또 다른 장치는 FR 1.494.173 A에 개시되어 있다. 이 경우에도, 나사 스핀들은 행성으로서 작동하는 여러 롤링 요소로 둘러싸여 있다. 행성은 변속기 출력 요소로 사용될 수 있는 외부 슬리브에 장착된다. 또한, 한편으로는 행성과 접촉하고 다른 한편으로는 축 방향 볼 베어링을 통해 외부 슬리브와 상호 작용하는 내부의 유사한 슬리브 형상 부분이 제공된다.
DE 1 198 157에 설명된 회전-선형 변속기에는 나사 스핀들이 연장되는 회전식 케이지가 있고, 여기서 베어링 요소로 지칭되는 다수의 롤링 요소가 케이지에 장착되고, 스핀들의 나사에 맞물린다. 변속기는 그와 롤링 접촉하는 행성을 둘러싸는 환형 부분을 더 포함하고, 이로써 행성은 나사 스핀들과 접촉을 유지한다. 환형 부분과 변속기의 케이지 사이의 축 방향 힘 전달에 대한 제공은 없다.
본 발명의 목적은 피치 오류가 없는 작동, 제조 친화적인 구조, 및 필요한 설치 공간과 전달 가능한 힘 및 토크 사이에 특히 유리한 관계를 특징으로 하는, 특히 자동차의 리어 액슬 스티어링 시스템을 위해 종래 기술과 관련하여 더욱 발전된 전기 기계식 액추에이터를 제안하는 것이다.
이러한 목적은 청구항 제1항의 특징을 갖는 전기 기계식 액추에이터에 의해 본 발명에 따라 달성된다. 액추에이터는 제 9 항에 따른 리어 액슬 스티어링 시스템에 사용하기에 적합하며, 각각 대응하는 프로파일, 즉 스핀들의 나사에 맞물리는 것을 갖는 행성으로 둘러싸인 나사 스핀들을 포함하고, 상기 행성은 구동 케이지에서 안내된다. 행성의 추가 프로파일링은 상기 프로파일링이 제공되고 나사 스핀들과 접촉하며 케이지에 대해 롤링 베어링에 의해 지지되는 행성의 영역을 둘러싸는 너트와 접촉한다. 케이지는 추가 롤링 베어링을 통해 하우징에 장착되며, 추가 변속기의 출력 측 구성 요소에 회전 불가능하게 연결된다.
따라서 하우징의 롤링 베어링에 장착된 케이지는 이중 기능을 갖는데, 즉 한편으로는 회전 선형 기어의 회전 입력 측 요소의 기능 그리고 다른 한편으로는 추가 기어, 특히 감속 기어로 설계된 회전-회전 변속기의 출력 측에 있는 기능을 가지고 있다. 액추에이터가 차량의 리어 액슬 스티어링 시스템에 설치된 경우, 액추에이터는 나사 스핀들에 연결된 적어도 하나의 연결 요소의 선형 편향을 위해 설계되고, 토 링크와의 이동식 커플링을 위해 제공된다.
행성을 둘러싸는 너트는 케이지 내부에 배열되며, 바람직하게는 서로에 대해 브레이싱될 수 있는 2 개의 너트 반쪽을 포함한다. "너트 반쪽"이라는 용어는 반드시 두 개의 너트 반쪽의 크기가 같다는 것을 의미하지는 않는다. 각 너트 절반은 별도의 편향 너트에 연결될 수 있으며, 상기 너트를 케이지에 장착하기 위해 제공된 베어링은 편향 너트에 지지된다.
바람직한 실시예에서, 케이지에 너트를 장착하기 위해 제공된 베어링은 앵귤러 콘택트 롤링 베어링, 특히 앵귤러 콘택트 롤러 베어링 또는 앵귤러 콘택트 볼 베어링으로 설계되고, 상기 2 개의 앵귤러 콘택트 롤링 베어링 각각은 케이지의 너트를 반경 방향으로 그리고 정확히 하나의 축 방향으로 지지한다. 2 개의 앵귤러 콘택트 롤링 베어링은 함께 X 배열로 롤링 베어링을 형성한다. 이는 2 개의 앵귤러 콘택트 롤링 베어링의 롤링 요소, 즉, 롤러 또는 볼을 통해 연장되는 압력 라인이 X 자 모양으로 교차한다는 것을 의미한다.
하나의 가능한 실시예에 따르면, 액추에이터의 추가 변속기, 즉 회전-회전 변속기는 무단 변속기, 특히 벨트 변속기로 설계된다. 대안적으로, 스퍼 기어를 통해 케이지를 구동할 수도 있다. 두 경우 모두, 액추에이터에 할당된 전기 모터의 샤프트는 나사 스핀들의 중심 축과 평행하게 이격되어 있다. 회전-회전 변속기를 작동시키기 위해 제공된 전기 모터는 케이지가 회전 가능하게 장착된 동일한 하우징 내에 배열될 수 있다. 롤링 베어링은 바람직하게는 하우징에 케이지를 장착하는데 사용된다. 예를 들어 앵귤러 콘택트 롤링 베어링 또는 반경 방향 롤링 베어링과 축 방향 롤링 베어링의 조합일 수 있다.
하나의 가능한 설계에 따르면, 벨트 변속기로 설계된 회전-회전 변속기는 특히 케이지의 측면을 둘러싸는 벨트 풀리 형태의 출력 요소를 포함한다. 케이지 자체를 벨트 풀리로 설계할 수도 있다.
대안적인 설계에 따르면, 무단 변속기는, 플랜지 또는 샤프트를 통해, 행성을 안내하는 케이지에 할당된 행성을 안내하는 케이지 링에 연결되고 케이지 링에 대해 축 방향으로 오프셋된 출력 요소를 포함한다.
회전 구동 케이지에서, 행성은 예를 들어 슬라이드 베어링으로 장착된다. 행성을 위한 롤링 베어링도 가능하다. 스핀들과 케이지 사이에서 그리고 또한 하우징으로 축 방향 힘을 전달하기 위해 주로 행성이 장착되는 슬라이딩 또는 롤링 베어링이 아니라, 바람직하게는 앵귤러 콘택트 롤링 베어링으로 설계되는 케이지의 너트를 지지하는 베어링이 제공된다.
어쨌든, 케이지의 모든 회전은 동일한 기울기를 가진 나사 스핀들의 피드로 변환된다. 나사 스핀들에서 행성의 가능한 미끄러짐은 여기서 관련이 없다. 바람직한 실시예에서, 회전-선형 변속기의 상류에 연결된 회전-회전 변속기는 구동 요소의 각도 위치와 출력 요소의 각도 위치 사이의 명확한 관련성을 허용하며, 후자의 각도 위치는 케이지의 각도 위치와 동일하다. 따라서 나사 스핀들의 위치 결정은 각도 센서로 간단하게 검출된 수 있다. 각도 센서가 액추에이터의 전기 모터의 모터 샤프트의 각도 위치를 검출하면 여기에서 가장 정밀한 해상도를 얻을 수 있다.
액추에이터에 의해 변위 가능한 나사 스핀들은 단일 또는 복수의 나사를 가질 수 있다.
본 발명의 몇몇 예시적인 실시예가 도면을 참조하여 아래에서 더 상세히 설명된다.
도 1은 리어 액슬 스티어링 시스템의 전기 기계식 액추에이터의 제 1 예시적인 실시예를 개략적인 단면도로 도시한다.
도 2는 자동차의 리어 액슬 스티어링 시스템의 전기 기계식 액추에이터의 추가의 불완전하게 예시된 예시적인 실시예를 단면도로 도시한다.
도 3은 도 2에 따른 배열의 세부 사항을 도시한다.
도 4는 전기 기계식 액추에이터의 제 3 예시적인 실시예를 사시도로 도시한다.
도 5는 도 4에 따른 배열의 세부 사항을 도시한다.
도 6은 도 5에 따른 배열을 단면도로 도시한다.
도 7은 도 4에 따른 액추에이터의 구성 요소를 사시도로 도시한다.
도 8 내지 도 13은 도 7에 따른 배열의 개별 부분을 도시한다.
달리 언급되지 않는 한, 다음 설명은 모든 예시적인 실시예에 관련된다. 서로 일치하거나 원칙적으로 동일한 효과를 갖는 부품은 모든 도면에서 동일한 참조 부호로 식별된다.
일반적으로 구동 유닛이라고도 하는 참조 부호 1로 전체적으로 식별되는 액추에이터는 전기 모터(9)와 2 스테이지 변속기를 포함하며, 이 중 제 1 변속기 스테이지는 회전-회전 변속기로 설계되고 제 2 변속기 스테이지는 회전-선형 변속기로 설계된다. 제 2 변속기 스테이지의 출력 요소는 나사 스핀들(2)이고, 줄여서 스핀들이라고도 하며, 그 나사는 3으로 표시된다. 스핀들(2)은 회전 불가능하게 변위될 수 있으며, 여기서 도 4에서만 볼 수 있고 관절 결합을 위한 리어 액슬 스티어링 시스템의 토 링크가 각각 제공되는 연결 요소(5, 6)에 연결된다.
스핀들(2)을 둘러싸는 너트(4)는 축 방향으로, 즉 M에 의해 지정된 스핀들(2)의 중심 축 방향으로 힘의 전달을 위해 제공되지만, 토크의 전달에는 제공되지 않는다. 링 기어라고도 하는 너트(4)에서, 여러 개의 행성(21)이 롤 오프되며, 이들 각각은 다단 형상을 갖는다. 각 행성의 중앙 부분은 7로 표시되며, 행성 21의 최대 직경을 결정한다. 중앙 섹션(7)의 프로파일(8)은 홈 프로파일로 설계되고, 나사(3)의 윤곽에 대응하도록 설계된다. 2 개의 비교적 얇은, 마찬가지로 본질적으로 원통형인 측면 섹션(24)은 각 행성(21)의 중앙 부분(7)에 인접한다. 측면 섹션(24)의 프로파일링은 25로 표시된다. 프로파일링(8)과 마찬가지로 프로파일링(25)도 피치가 없는 홈의 형태를 갖는다. 프로파일링(25)은 2 개의 너트 반쪽(18, 19)의 상응하는 윤곽의 프로파일링에 맞물된다. 너트 반쪽(18, 19)은 각각 편향 너트(15, 16)에 고정적으로 연결되고, 여기서 편향 너트(15, 16)는 환형 방식으로 관련된 너트 반쪽(18, 19)을 둘러싼다. 너트 반쪽(18, 19) 사이의 편향을 조정함으로써, 너트(4)와 행성(21) 사이의 유격을 회피할 수 있다. 동시에, 편향 너트(15, 16)를 조정함으로써, 베어링(14)의 유격이 조정될 수 있으며, 특히 0으로 감소될 수 있다. 각 베어링(14)은 앵귤러 콘택트 롤러 베어링으로서 설계되고, 편향 너트(15, 16)와 슬리브 형상을 갖는 13으로 표시된 케이지 사이에 배열된다.
케이지(13)는 행성(21)의 단부면을 나타내는, 핀(26)이 장착된 몇 개의 리셉터클(27)을 갖는다. 리셉터클(27)에 있는 행성(21)의 핀(26)의 베어링은 슬라이딩 접촉 베어링으로 설계된다.
케이지(13)는 제 2 변속기 스테이지, 즉 회전-선형 변속기의 입력 측 요소를 나타낸다. 동시에, 케이지(13)는 감속 기어로 설계된, 제 1 변속기 스테이지, 즉, 회전-회전 변속기의 출력 측 요소인 벨트 풀리(12)에 회전 불가능하게 연결된다. 일반적으로 루핑 수단으로 지칭되는 벨트(11) 및 입력 측의 요소로서의 피니언(10)이 후자의 변속기에 할당된다. 피니언(10)은 전기 모터(9)의 모터 샤프트에 고정적으로 연결된다.
전체 2 스테이지 변속 장치와 전기 모터(9)는 하우징(20)에 위치된다. 케이지(13)는 반경 방향 베어링(30, 31) 및 축 방향 베어링(32, 33)에 의해 하우징(20)에 장착된다. 언급된 베어링(30, 31, 32, 33)은 예시적인 실시예에서 롤링 베어링이다. 도시되지 않은 방식으로, 총 4 개의 베어링(30, 31, 32, 33)의 기능은 예를 들어 2 개의 앵귤러 콘택트 롤링 베어링의 조합과 같은 더 적은 구성 요소를 갖는 롤링 베어링으로 대체될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 케이지(13)에 너트(4)를 장착하는 베어링(14)은 베어링 와셔(36, 37) 상에서 롤 오프되고 케이지(38)에서 안내되는 롤링 요소로서 롤러(35)를 갖는다. 여기서, 내부 베어링 와셔(36)는 너트(4)에 고정적으로 연결되고, 외부 베어링 와셔(37)는 케이지(13)에 고정적으로 배열된다.
도 1에 따른 예시적인 실시예에서, 벨트 풀리(12)는 케이지(13)의 외부 표면을 직접 둘러싼 다. 여기서, 벨트 풀리(12)를 통해 배치된 중심 평면은 케이지(13)뿐만 아니라 너트(4)의 중심 평면과도 동일하다. 도 2 및 도 3에 따른 예시적인 실시예의 케이지(13)는 또한 상응하는 방식으로 구동될 수 있다. 도 2 및 도 3의 경우, 케이지(13)는 스냅 링(43)에 의해 서로 정렬되는 2 개의 외부 케이지 부분(44, 45)을 포함한다. 관형 플랜지(28, 29)는 각각의 외부 케이지 부분(44, 45) 상에 성형된다. 도 3에서는, 힘 F가 스핀들(2)에 도입되고 축 방향으로 작용함으로써, 힘의 흐름 KF가 스케치되어 있다. 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 힘의 흐름 KF는 행성(21), 너트(4), 베어링(14) 중 하나를 통해, 거기에서 케이지(13)로 그리고 도 3에 도시되지 않은 베어링(30, 32)을 통해 하우징(20)으로 더 흐른다. 대조적으로, 주목할 만한 축 방향 힘은 리셉터클(27)을 통해 전달되지 않는다. 도 2 및 도 3의 경우, 리셉터클(27)은 케이지(13)에 할당된 케이지 링(22, 23)에 의해 형성된다.
도 4 내지 도 13에 따른 예시적인 실시예에서, 케이지(13)는 또한 2 개의 케이지 링(22, 23)을 가지며, 각각은 행성(21)을 위한 복수의 리셉터클(27)을 형성한다. 리셉터클(27)에 추가하여, 이 경우 케이지 링(22, 23)은 플랜지(28, 29)와 결합하는 역할을 하는 형태 잠금 요소(42)를 형성한다. 도 5의 경우에 별도의 요소로 설계된 플랜지(28)는 구동 요소(34)에 회전 불가능하게 연결되고, 이는 따라서 케이지(13)에 회전 불가능하게 결합된다. 구동 요소(34)는 벨트 풀리(12)에 고정적으로 연결된다. 따라서 구동 요소(34)는 액추에이터(1)의 제 1 변속기 스테이지의 출력 측에 있는 요소를 나타낸다.
도 4의 경우, 케이지(13)는 본질적으로 원통형 케이지 슬리브(39)를 포함한다. 2 개의 정면 케이지 요소(40)는 각각 케이지 슬리브(39)와 형태 맞춤 연결을 확립하는 다중 아암(41)을 갖는다. 본질적으로 환형인 정면 케이지 요소들(40) 사이의 축 방향 힘은 케이지 슬리브(39)를 통해 전달될 수도 있다.
모든 예시적인 실시예에서, 케이지(13)의 일 회전은 나사(3)의 피치에 따라 정의된 스핀들(2)의 피드로 변환된다. 이러한 의미에서, 단순한 이동 나사의 기능이 제공된다. 단순한 이동 나사, 예를 들어 사다리꼴 나사에 비해 중요한 이점은 스핀들(2)의 행성(21)이 롤 오프로 인해 마찰이 크게 감소한다는 것이다. 동시에, 스핀들(2)의 위치는 케이지(13) 또는 피니언(10)의 각도 위치를 검출함으로써 간단한 방식으로 검출될 수 있다. 반대로, 액추에이터(1)를 포함하는 리어 액슬 스티어링 시스템의 작동에는 선형 위치 검출이 필요하지 않다. 회전-선형 변속기로 설계된 액추에이터(1)의 제 2 변속기 스테이지의 효율은 그 사이에 스페이서 와셔(17)(도 1)가 배치될 수 있는 편향 너트(15, 16)의 설정을 변경함으로써 조정될 수 있다.
1 액추에이터, 구동 유닛
2 나사 스핀들
3 나사
4 너트
5 연결 요소
6 연결 요소
7 행성의 중앙 부분
8 중간 섹션의 프로파일링
9 전기 모터
10 피니언, 구동 요소
11 벨트
12 벨트 풀리, 출력 요소
13 케이지
14 롤링 베어링, 케이지에 너트를 장착하기 위한 베어링
15 편향 너트
16 편향 너트
17 스페이서 와셔
18 너트 반쪽
19 너트 반쪽
20 하우징
21 행성
22 케이지 링
23 케이지 링
24 측면 부분
25 측면 부분의 프로파일링
26 핀
27 리셉터클
28 플랜지
29 플랜지
30 반경 방향 베어링
31 반경 방향 베어링
32 축 방향 베어링
33 축 방향 베어링
34 구동 요소
35 롤링 요소, 롤러
36 베어링 와셔
37 베어링 와셔
38 베어링(14)의 케이지
39 케이지(13)의 케이지 슬리브
40 정면 케이지 요소
41 아암
42 형태 맞춤 요소
43 스냅 링
44 외부 케이지 부분
45 외부 케이지 부분
F 힘
KF 힘의 흐름
M 중심 축

Claims (9)

  1. 각각 해당 프로파일링(8)이 제공되는 행성(21)으로 둘러싸인 나사 스핀들(2)을 갖는 전기 기계식 액추에이터로서, 상기 행성(21)은 구동 케이지(13)에서 안내되고, 추가 프로파일링(25)을 통해, 상기 프로파일링(8)이 제공된 행성(21)의 영역을 둘러싸고 롤링 베어링(14)에 의해 케이지(13)에 대해 지지되는 너트(4)에 접촉하고, 상기 케이지(13)는 추가 롤링 베어링(30, 31, 32, 33)을 통해 하우징(20)에 장착되고, 추가 변속기(10, 11, 12)의 출력측 구성 요소(12, 34)에 회전 불가능하게 연결되는, 액추에이터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 너트(4)는 서로에 대해 브레이싱될 수 있는 2 개의 너트 반쪽(18, 19)을 포함하는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 케이지(13)에 너트(4)를 장착하기 위해 제공된 상기 롤링 베어링(14)은 함께 X 배열을 형성하는 앵귤러 콘택트 롤링 베어링, 특히 앵귤러 콘택트 롤러 베어링으로 설계되는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 추가 변속기(10, 11, 12)는 무단 변속기, 특히 벨트 드라이브로 설계되는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
  5. 제4항에 있어서, 상기 무단 변속기(10, 11, 12)를 작동시키기 위해 제공된 전기 모터(9)는 케이지(13)가 회전 가능하게 장착된 하우징(20) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 무단 변속기(10, 11, 12)는 케이지(13)의 측면을 둘러싸는 출력 요소(12)를 포함하는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
  7. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 무단 변속기(10, 11, 12)는 출력 요소(12)를 포함하고, 상기 출력 요소는, 플랜지(28, 29)를 통해, 상기 행성(21)을 안내하는 케이지 링(22, 23)에 연결되고, 케이지 링(22, 23)에 대해 축 방향으로 오프셋되는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 행성(21)은 케이지(13)에 슬라이딩 가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
  9. 제1항에 따른 액추에이터를 포함하는 리어 액슬 스티어링 시스템으로서, 나사 스핀들(2)에 연결되고 토우 링크와의 이동식 결합을 위해 제공된 적어도 하나의 연결 요소(5, 6)의 선형 편향을 위해 설계되는, 리어 액슬 스티어링 시스템.
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