KR20210031509A

KR20210031509A - 전기 액추에이터

Info

Publication number: KR20210031509A
Application number: KR1020217004907A
Authority: KR
Inventors: 라스 세베린손
Original assignee: 보그워너 스웨덴 아베
Priority date: 2018-07-19
Filing date: 2019-07-05
Publication date: 2021-03-19
Also published as: SE543096C2; WO2020016029A3; EP3824200A2; US20210277962A1; CN112585371A; WO2020016029A2; CN112585371B; JP2021530656A; SE1850927A1; US11333206B2

Abstract

전기 액추에이터(20)가 제공된다. 액추에이터(20)는 전기 구동 수단(22), 전기 구동 수단(22)의 작동 시에 회전 구동되는 구동 부재(26), 제1 스프링(28)에 의해 상기 구동 부재(26)에 회전 가능하게 연결된 출력 부재(24) 및 출력 부재(24)에 연결되고, 고정 튜브(34)와 출력 부재(24) 사이에 단방향 클러치를 형성하는 제2 스프링(32)을 포함하고, 전기 액추에이터(20)는, 출력 부재(24)를 고정 튜브(34)로부터 분리하기 위하여 제2 스프링(32)과 결합하도록 구성된 조절 컵(regulation cup)을 더 포함한다.

Description

전기 액추에이터

본 발명은 자동차 애플리케이션에 사용되는 전기 액추에이터에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 이러한 전기 액추에이터를 위한 래칭(latching) 메커니즘에 관한 것이다.

통상적으로 차량에는 각각의 부재 사이의 원하는 토크 전달을 허용하기 위하여 서로 선택적으로 연결될 필요가 있는 다수의 쌍을 이루는 회전 부재가 제공된다. 예를 들어, 이러한 부재들은 입력 구동 샤프트 및 출력 구동 샤프트, 또는 전기 모터의 출력 샤프트 및 연관된 구동 트레인 부재일 수 있다.

2개의 회전 부재 사이의 선택적 토크 전달은 통상적으로 클러치 및 이러한 클러치의 적절한 제어에 의해 조절된다. 클러치는, 예를 들어, 회전 입력 샤프트에 연결된 일측과, 클러치의 폐쇄에 따라 회전 입력 샤프트와 함께 회전하도록 강제되는 출력 샤프트에 연결된 제2 측을 갖는 디스크 클러치(disc clutch) 또는 도그 클러치(dog clutch)일 수 있다.

클러치 제어는 액추에이터를 필요로 한다. 다양한 유형이 시장에 존재하지만, 전기 액추에이터에 대한 수요가 증가하고 있다. 전기 액추에이터는 통상적으로 탄성에 대항하여 작동한다; 도그 클러치의 경우에는 도그 클러치를 연결되지 않은 모드로 바이어싱하는 리턴 스프링에 의해 탄성이 제공되고, 디스크 클러치의 경우에는 개별 디스크의 본질적인 바이어싱에 의해 탄성이 제공된다. 탄성은 구동 전류가 0일 때 토크 전달이 존재하지 않는 것을 보장한다. 이 구성은 안전상의 이유 때문이며, 의도하지 않은 클러치 잠금(lock-up)을 방지한다. 한편, 클러치 작동 중에 탄성을 중화시키는 것이 필요하며, 이에 의해 고정 토크 전달 중에 액추에이터에 높은 전류가 공급되어야 한다.

전력 소비를 줄이면서도 전기 액추에이터의 과열을 방지하기 위하여, 구동 전류가 없을 때 0의 유지 토크를 여전히 보장하면서 전기 액추에이터의 고정 유지 토크를 낮추는 것이 바람직하다. 따라서 개선된 전기 액추에이터가 필요하다.

종래 기술의 문제점 중 일부를 완화할 수 있는 개선된 전기 액추에이터를 제공하는 것이 하나의 과제이다. 또한, 간단하고, 강력하고, 믿을 수 있고, 비용 효율적인 방식에 의해 원하는 작동 기능을 제공하는 전기 액추에이터를 제공하는 것이 하나의 과제이다.

일 양태에 따르면, 전기 액추에이터가 제공된다. 전기 구동 수단, 전기 구동 수단의 작동 시에 회전 구동되는 구동 부재, 제1 단방향 스프링 클러치에 의해 구동 부재에 회전 가능하게 연결된 출력 부재 및 출력 부재에 연결되고, 고정 하우징의 일부를 형성하는 고정 튜브와 출력 부재 사이에 단방향 클러치를 형성하는 제2 스프링을 포함한다. 전기 액추에이터는, 출력 부재를 고정 튜브로부터 분리하기 위하여 제2 스프링과 결합하도록 구성된 조절 컵(regulation cup)을 더 포함한다.

구동 부재와 출력 부재는 동축 배열될 수 있다.

조절 컵은 구동 부재 및 출력 부재를 둘러쌀 수 있다.

제1 스프링의 제1 단부는 출력 부재에 고정되고, 제2 스프링의 제2 단부는 구동 부재 및 조절 컵에 고정될 수 있다.

제2 스프링은 출력 부재가 고정 튜브에 연결되는 아이들 위치와 출력 부재가 고정 튜브로부터 분리되는 개방 위치 사이에서 조종 가능할 수 있다.

제1 스프링은 제2 스프링이 개방 위치로 조종될 때 출력 부재의 자동 복귀 회전을 제공하도록 구성될 수 있다.

조절 컵은 제2 스프링의 반경 방향으로 돌출하는 단부의 축 방향 위치에 있는 원형 단부 및 조절 컵의 회전에 따라 제2 스프링의 단부를 밀도록 구성된 적어도 하나의 축 방향 에지를 가질 수 있다.

원형 단부의 축 방향 에지는 원형 단부의 축 방향으로 더 긴 부분과 원형 단부의 축 방향으로 더 짧은 부분 사이의 인터페이스에 의해 형성될 수 있다.

제2 양태에 따르면, 클러치가 제공된다. 클러치는 제1 양태에 따른 전기 액추에이터를 포함한다.

클러치에는 클러치의 복귀 바이어싱 특징으로부터 발생하는 탄성이 제공될 수 있다.

제3 양태에 따르면, 차량이 제공된다. 차량은 제2 양태에 따른 적어도 하나의 클러치를 포함한다.

본 발명은 다음의 첨부된 도면을 참조하여 아래에서 더욱 상세하게 설명될 것이다:
도 1은 일 실시예에 따른 차량의 개략도이고;
도 2는 일 실시예에 따른 전기 액추에이터의 단면도이고; 그리고
도 3은 도 1에 도시된 전기 액추에이터의 일부의 등척도이다.

도 1에서, 차량(1)이 개략적으로 도시된다. 차량(1)은 앞차축(front axle)(3)과, 뒤차축(rear axle)(5)과, 앞차축(3)이나 뒤차축(5) 또는 이 모두에 연결되는 추진 유닛(7)을 가진다. 차량(1)에는 하나 이상의 클러치(9a, 9b)가 제공된다. 도시된 예에서, 제1 클러치(9a)가 뒤차축(5)에 배열되어 차량(1)의 AWD(all wheel drive)를 허용한다. 제1 클러치(9a)는 이 목적으로 뒤차축 차동 장치(differential)(11)에 배열된 디스크 클러치(9a)이고, 디스크 클러치(9a)를 작동시킴으로써, 뒤차축(5)은 추진 유닛(7)으로부터 구동 토크를 공급받는다.

또한, 도시된 예의 차량(1)에는 여기에서는 앞차축(3)에 배열되고 구동 트레인으로부터 뒤차축(5)(및 카르단 샤프트(13))을 분리하도록 구성된 도그 클러치(9b)의 형태를 갖는 제2 클러치(9b)가 갖추어진다. 이륜 구동 모드로 구동할 때, 도그 클러치(9b)는 분리되고, 이에 의해 차량(1)의 회전 질량을 감소시킨다. 사륜 구동 모드가 요청되면, 디스크 클러치(9a)는 카르단 샤프트(13)을 회전시키도록 작동되고, 그 후에, (도그 클러치(9b) 및 디스크 클러치(9a)를 통해) 뒤차축(5)을 추진 유닛(7)에 연결하도록 도그 클러치(9b)가 작동된다.

적어도 하나의 클러치(9a, 9b)는 액추에이터(20)에 의해 조절되며, 이는 다음에 더 설명될 것이다. 그러나, 전기 액추에이터(20)의 상세 내용으로 들어가기 전에, 도 1에 도시된 차량(1)의 바로 그 구성은 단지 예시적인 목적을 위한 것이라는 점이 주목되어야 한다. 임의의 적합한 클러치(9a, 9b)와 함께 배열되는 적어도 하나의 액추에이터(20)가 있는 한, 차량(1)이 원칙적으로 임의의 가능한 구성을 가질 수 있다는 것이 쉽게 이해되어야 한다. 이러한 예는, 이동 케이스(transfer case), 전기 구동 트레인, 토크 벡터링(vectoring) 시스템 등을 포함한다.

전기 액추에이터(20)의 일 실시예가 도 2에 도시된다. 전기 액추에이터(20)는 예를 들어 DC 모터, 브러시리스 DC 모터 또는 회전 솔레노이드인 전기 구동 수단(22)을 포함한다. 또한, 전기 액추에이터(20)는 임의의 적합한 연결 수단 또는 기어링을 통해 클러치(도시되지 않음)와 연결되는 출력 부재(24)를 가진다. 이전에 설명된 바와 같이, 클러치는 예를 들어 도그 클러치(9b) 또는 디스크 클러치(9a)일 수 있다. 중요하게는, 연관된 클러치(9a, 9b)는 탄성 시스템을 형성한다. 즉, 이것에는, 아래에서 더 설명되는 바와 같이, 출력 부재(24)가 복귀력(return force)를 받도록 복귀 바이어싱 특징이 제공된다. 바람직하게는, 클러치는 출력 부재(24)의 회전이 클러치의 작동을 제어하도록 구성된다.

전기 구동 수단(22)은 전기 구동 수단(22)의 작동에 따라 회전하도록 구성되는 구동 부재(26)에 연결된다. 출력 부재(24)와 관련하여, 구동 부재(26)는 입력 사프트를 형성한다. 구동 부재(26)는 단방향 클러치를 형성하는 복귀 회전 스프링(28)에 의해 출력 부재(24)에 연결된다. 구동 부재(26)와 출력 부재(24)는 동축 정렬되고, 서로 마주보는 축 방향 단부를 가진다. 복귀 회전 스프링(28)은 구동 부재(26)와 출력 부재(24)의 외주 주위로 배열된다. 복귀 회전 스프링(28)의 한 단부(28a)는, 예를 들어, 단부(28a)를 출력 부재(24)의 드릴 가공된 반경 방향 홀 내로 삽입함으로써, 출력 부재(24)에 고정된다. 복귀 회전 스프링(28)의 반대편 단부(28b)는 구동 부재(26) 및 그에 연결된 조절 컵(regulation cup)(30)에 단단하게 부착된다. 따라서, 조절 컵(30)은 구동 부재(26)에 회전 가능하게 고정된다.

전기 구동 수단(22)이 작동될 때, 구동 부재(26)가 회전할 것이고, 이에 따라 복귀 회전 스프링(28)이 또한 회전하게 한다. 복귀 회전 스프링(28)의 한 단부(28a)가 출력 부재(24)에 고정되기 때문에, 복귀 회전 스프링(28)의 직경은 구동 부재(26) 및 출력 부재(28)의 외부 표면과 접촉할 때까지 감소할 것이다. 결과적으로, 출력 부재(24)의 회전이 달성된다. 출력 부재(24)의 이러한 회전 운동은, 예를 들어, 스프링을 압축하거나 디스크를 서로를 향해 강제함으로써, 연관된 클러치를 작동시키는 동작에 대응한다.

또한, 출력 부재(24)의 외주에는 단방향 스프링 클러치(32)를 형성하는 스프링이 제공된다. 이를 위하여, 출력 부재(24)에는 스프링(32)이 배열되는 반경 방향 연장부(25)가 제공된다; 이에 의해, 스프링(32)은 복귀 회전 스프링(28)에 비교하여 상이한 반경 방향 위치 및 상이한 축 방향 위치에 배열된다.

스프링(32)의 한 단부(32a)는, 예를 들어, 단부(32a)를 드릴 가공된 반경 방향 홀에 삽입하는 것에 의해, 출력 부재(24)에 회전 가능하게 고정된다. 스프링(32)은 고정 하우징(36)의 일부를 형성하는 고정 튜브(34) 주위로 클램핑된다. 따라서, 전기 구동 수단(22)이 작동될 때, 출력 부재(24)의 회전은 또한 스프링(32)이 고정 튜브(34) 주위로 회전할 수 있게 한다.

출력 부재(24)의 원하는 회전 속도에 도달할 때, 즉 연관된 클러치(9a, 9b)가 원하는 방식으로 작동될 때, 전기 구동 수단(22)에 공급되는 전류는, 예를 들어 작동 동안 필요한 전류에 비하여 5 내지 25%, 바람직하게는 10%로 상당히 감소된다. 이것은, 액추에이터(20)의 출력 부재(24)가 구동 부재(26)의 회전에 의해 획득되는 자신의 위치를 유지하도록 의도되는 이른바 유지 위치에 대응한다. 스프링(32)의 제공이 출력 부재(24)의 자동 복귀 이동을 방지하는 동안, 이 전류는 구동 부재(26)를 제자리에 유지하기 위하여 전기 구동 수단(22)을 구동하기에는 충분하다. 이것은 스프링(32)과 고정 튜브(34) 사이의 마찰이 고정 튜브(34)에 상대적인 출력 부재(24)의 자동 복귀 회전을 방지하여, 스프링(32)이 고정 튜브(34)를 통해 토크를 수용할 것이라는 사실 때문이다.

작동이 완료될 때, 구동 전류는 차단되어, 이에 따라 0 토크가 전기 구동 수단(22)에 의해 공급되게 한다. 그 다음, 복귀 회전 스프링(28)은 구동 부재(26)와 전기 구동 수단(22)을 역방향으로 회전시키도록 허용될 것이고, 이는 또한 조절 컵(30)의 대응하는 회전 이동을 발생시킨다. 조절 컵(30)은 구동 부재(26)뿐만 아니라 출력 부재(24)를 둘러싸고, 이 2개의 부재(24, 26)를 둘러싸는 슬리브로서 연장한다. 이미 언급된 바와 같이, 조절 컵(30)의 한 단부(30a)는 구동 부재(26)에 회전 가능하게 고정된다. 반대편 단부(30b)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 원형 형상을 가진다. 이 원형 단부(30b)는 이의 원주의 일부가 축 방향으로 절단되어, 이 단부(30b)의 주변부의 제1 부분(30c)은 주변부의 다른 부분(30d)보다 다소 큰 축 방향 길이를 가진다. 두 부분(30c, 30d)는 서로 인접하게 배열되어 함께 전체 원형 주변부를 형성하며, 이는 2개의 축 방향 에지(30e)가 두 부분(30c, 30d) 사이에 인터페이스를 형성한다는 것을 의미한다. 조절 컵(30)의 원형 단부(30b)의 축 방향 길이 및 직경은 축 방향 단부(30e)가 스프링(32)의 반경 방향으로 돌출하는 단부(32b)와 접촉할 수 있도록 치수 설정된다.

조절 컵(30)이 역방향으로 회전함에 따라, 축 방향 단부(30e)는 결국 스프링(32)의 반경 방향 단부(32b)와 접촉하여 이를 밀어서, 이의 클러치 기능이 개방되게 하고, 이에 의해 출력 부재(24)가 역방향으로 회전한다.

본 명세서에 설명된 실시예는 i) 구동 전류가 0일 때의 출력 부재(24)의 자동 복귀와, ii) 출력 부재(24)를 작동된 위치에 유지하는데 필요한 상당히 감소된 구동 전류를 가능하게 하는 매우 간단하고, 강력하며, 믿을 만 한 전기 액추에이터를 가능하게 한다.

Claims

전기 구동 수단(22), 상기 전기 구동 수단(22)의 작동 시에 회전 구동되는 구동 부재(26), 제1 단방향 스프링 클러치(28)에 의해 상기 구동 부재(26)에 회전 가능하게 연결된 출력 부재(24) 및 상기 출력 부재(24)에 연결되고, 고정 하우징의 일부를 형성하는 고정 튜브(34)와 상기 출력 부재(24) 사이에 단방향 클러치를 형성하는 제2 스프링(32)을 포함하는 전기 액추에이터(20)에 있어서,
상기 전기 액추에이터(20)는, 상기 출력 부재(24)를 상기 고정 튜브(34)로부터 분리하기 위하여 상기 제2 스프링(32)과 결합하도록 구성된 조절 컵(regulation cup)을 더 포함하는, 전기 액추에이터(20).
제1항에 있어서,
상기 구동 부재(26)와 상기 출력 부재(24)는 동축 배열되는, 전기 액추에이터(20).
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 조절 컵(30)은 상기 구동 부재(26) 및 상기 출력 부재(24)를 둘러싸는, 전기 액추에이터(20).
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 스프링(28)의 제1 단부(28a)는 상기 출력 부재(24)에 고정되고, 상기 제2 스프링(28)의 제2 단부(28b)는 상기 구동 부재(26) 및 상기 조절 컵(30)에 고정되는, 전기 액추에이터(20).
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 스프링(32)은 상기 출력 부재(24)가 상기 고정 튜브(34)에 연결되는 아이들 위치와 상기 출력 부재(24)가 상기 고정 튜브(34)로부터 분리되는 개방 위치 사이에서 조종 가능한, 전기 액추에이터(20).
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 스프링(28)은 상기 제2 스프링(32)이 개방 위치로 조종될 때 상기 출력 부재(24)의 자동 복귀 회전을 제공하도록 구성되는, 전기 액추에이터(20).
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 조절 컵(30)은 상기 제2 스프링(32)의 반경 방향으로 돌출하는 단부(32b)의 축 방향 위치에 있는 원형 단부(30b) 및 상기 조절 컵(30)의 회전에 따라 상기 제2 스프링(32)의 상기 단부(32b)를 밀도록 구성되는 적어도 하나의 축 방향 에지(30e)를 갖는, 전기 액추에이터(20).
제7항에 있어서,
상기 원형 단부(30b)의 상기 축 방향 에지(30e)는 상기 원형 단부(30b)의 축 방향으로 더 긴 부분(30c)과 상기 원형 단부(30b)의 축 방향으로 더 짧은 부분(30d) 사이의 인터페이스에 의해 형성되는, 전기 액추에이터(20).
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 전기 액추에이터(20)를 포함하는 클러치(9a, 9b)
제9항에 있어서,
상기 클러치(9a, 9b)에는 상기 클러치(9a, 9b)의 복귀 바이어싱 특징으로부터 발생하는 탄성이 제공되는, 클러치(9a, 9b).
제9항 또는 제10항에 따른 적어도 하나의 클러치(9a, 9b)를 포함하는 차량(1).