KR20210122340A - Sbw 타입 변속 액추에이터 장치 - Google Patents

Sbw 타입 변속 액추에이터 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 SBW 타입 변속 액추에이터 장치는, 모터와; 상기 모터의 회전자와 결합되며 제 1 중심축을 갖는 원통상의 하부축부와, 상기 하부축부의 상단에 형성되며 상기 하부축부와 편심된 제 2 중심축을 갖는 원통상의 상부축부와, 상기 상부축부 및 하부 축부를 관통하며 상기 제 1 중심축과 동심을 이루는 로터 관통부가 구비된 로터와; 상기 제 2 중심축과 동심을 이루는 원판상으로 형성되며, 원판상 상측면에는 원통형 오목홈을 구비하며, 그 외주면에는 제 1 외주 기어가 형성되며, 그 내주면에는 제 1 내주 기어가 형성되어 있으며, 상기 로터의 상부축부에 회전가능하게 결합되는 제 1 기어 중심공을 구비한 제 1 기어부와; 상기 제 1 중심축과 동심을 이루는 원판상으로 형성되며 상기 제 1 내주 기어와 계합되도록 외주면에 형성된 출력축 기어와, 상기 출력축 기어의 중심에서 상측으로 연장되어 돌출 형성된 원통상의 컨트롤 로드 결합부와, 상기 출력축 기어의 중심에서 하측으로 연장되며 상기 로터관통부에 끼워져 로터의 외측으로 노출되도록 형성된 관통축으로 이루어진 출력축과; 상기 제 1 외주 기어와 계합되며 상기 제 1 중심축과 동심을 이루며 형성되는 하우징 내주 기어가 상단에 설치된 하우징부와; 인쇄회로기판과; 출력축 회전 감지부와; 상기 관통축의 하부면에 가공되는 공구 삽입홈을; 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

SBW 타입 변속 액추에이터 장치{SBW Type Shift Actuator Device}
본 발명은 SBW타입 변속 액추에이터 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전동모터를 탑재한 SBW타입 변속 액추에이터 장치를 보다 소형화하고, 또한 전원이 차단된 상태에서도 변속기를 임의의 단으로 변환시키는 것이 가능하도록 한 SBW타입 변속 액추에이터 장치에 관한 것이다.
차량용 자동 변속기는 변속 전환기구 및 주차 전환기구를 탑재하고 있으며, 종래에는 운전자가 직접 수동으로 변속기의 밸브 스풀을 작동시켜 변속하도로 하였지만, 최근에는 전동모터를 탑재한 SBW타입 변속 액추에이터 장치를 사용하여 밸브 스풀을 이동시키는 SBW (Shift By Wire) 타입의 변속 전환기구가 많이 사용되고 있다.
SBW 변속 전환기구는 일본 공개특허공보 특개2004-52928호에 상세히 개시되어 있는데, 이에 대해 도 1 및 도 2를 참고하여 간단히 설명하면 다음과 같다.
SBW 변속 전환기구(3)은 화살표 A로 표시된 방향에 결합된 SBW타입 변속 액추에이터 장치(도 2)의 출력축(17)의 회전을 받아 컨트롤 로드(45)가 회전하며, 이러한 회전에 따라 부채꼴 형상의 디텐트 플레이트(46)가 회전하고, 디텐트 플레이트(46)과 연결된 밸브 스풀(42)이 밸브 보디(41)내에서 작동하는 방식으로 이루어진다. 주차 전환 기구(4)에 대하여는 설명을 생략한다.
상기 컨트롤 로드(45)를 회전시키는 SBW타입 변속 액추에이터 장치는, 로터(11)와 고정자(12)로 구성되는 전동모터(5)의 회전력을 감속기(6)를 거쳐 출력축(17)으로 전달된다. 감속기(6)는 사이클로이드 감속기가 사용되는데, 이에 대한 보다 구체적인 설명은 상기 일본 공개특허공보 특개2004-52928호에 상세히 개시되어 있으므로 설명은 생략한다. 전동모터(5)의 하단에는 전동모터(5)의 회전수 및 회전각도를 측정하기 위한 인코더(60)가 설치되어 있으며, 이와 같은 인코더는 인크리멘탈형을 주로 사용하며, 로터(11)와 함께 회전하는 자석(61)이 기판(63)에 설치된 홀IC(62)를 통과하는 것으로 회전수를 체크하여 SBW 제어부(도시되지 않음)에 의해 출력축(17)의 회전각을 계산하게 된다.
하지만, 이러한 경우, 전동모터(5)의 회전수만을 인코더(60)에 의해 파악하게 되는 것으로 출력축(17)의 절대적 회전각도를 알 수 없고, 절대적 회전각도를 파악하지 못할 경우에는 전원 오프 후 재시동시 변속기의 초기 변속단의 위치를 파악하기 힘든 문제가 있다.
이를 해결하기 위해 출력축(17)의 회전각도를 파악하기 위한 별도의 출력각 검출 수단(70)을 출력축 측에 배치하게 된다. 출력각 검출 수단(70)은 홀IC(72)와 자석(71)로 이루어지며, 홀IC(72)는 출력축의 회전에 따라 이동되는 자석(71)과의 거리를 감지함에 따라 출력축(17)의 각도를 보다 정확하게 파악할 수 있게 된다.
상기와 같은 종래 기술에서는 전동모터(5)의 회전수를 검출하는 인코더(60)와 출력축(17)의 회전수를 검출하는 인코더(70)를 각각 전동모터(5)의 전후측에 배치하여야 하므로, SBW타입 변속 액추에이터 장치의 크기가 커지는 문제점이 있다.
또한, 전원이 오프된 상태나, SBW타입 변속 액추에이터 장치가 고장된 상태에서 변속기를 중립단(N단)으로 설정하기 위해서는, 상기 디텐트 플레이트(46)를 조작하기위해 컨트롤 로드(45)를 회전시켜야 하는데, 통상 SBW타입 변속 액추에이터 장치와 연결된 측의 맞은편 컨트롤 로드(45)에 별도의 어댑터를 설치하고, 이 어댑터에 공구를 삽입하여 회전시키게 된다. 이 경우, 사용자는 SBW타입 변속 액추에이터 장치의 회전방향과 반대방향으로 공구를 회전시켜야 하므로, 이에 따른 작업 실수 등이 많이 발생하게 될 뿐만 아니라, 어댑터의 설치 위치를 선정하기 힘들어 컨트롤 로드(45)를 필요 이상으로 길게 하여야 하는 등의 문제가 있다.
JP 2004-52928 A, 2004.02.19., 도 1
SBW 타입 변속 액추에이터 장치는, 높이를 줄일 수 있도록 하며, 또한 액추에이터 장치에서 수동으로 컨트롤 로드를 회전시킬 수 있도록 하며, 액추에이터 장치의 초기 세팅을 용이하게 할 수 있도록 하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 SBW 타입 변속 액추에이터 장치는,
하우징에 설치되는 고정자와, 고정자에 의해 회전하는 회전자로 이루어진 모터와;
상기 모터의 회전자와 결합되며 제 1 중심축을 갖는 원통상의 하부축부와, 상기 하부축부의 상단에 형성되며 상기 하부축부와 편심된 제 2 중심축을 갖는 원통상의 상부축부와, 상기 상부축부 및 하부 축부를 관통하며 상기 제 1 중심축과 동심을 이루는 로터 관통부가 구비된 로터와;
상기 제 2 중심축과 동심을 이루는 원판상으로 형성되며, 원판상 상측면에는 상기 제 2 중심축과 동심을 이루는 원통형 오목홈을 구비하며, 그 외주면에는 제 1 외주 기어가 형성되며, 그 내주면에는 제 1 내주 기어가 형성되어 있으며, 상기 로터의 상부축부에 회전가능하게 결합되며 상기 제 2 중심축과 동심을 이루는 제 1 기어 중심공을 구비한 제 1 기어부와;
상기 제 1 중심축과 동심을 이루는 원판상으로 형성되며 상기 제 1 내주 기어와 계합되도록 외주면에 형성된 출력축 기어와, 상기 출력축 기어의 중심에서 상측으로 연장되어 돌출 형성된 원통상의 컨트롤 로드 결합부와, 상기 출력축 기어의 중심에서 하측으로 연장되며 상기 로터관통부에 끼워져 로터의 외측으로 노출되도록 형성된 관통축으로 이루어진 출력축과;
상기 제 1 외주 기어와 계합되며 상기 제 1 중심축과 동심을 이루며 형성되는 하우징 내주 기어가 상단에 설치되며, 상기 모터에 의한 로터의 회전에 따라 제 1 기어와 상기 출력축이 각각 독립적으로 회전하도록 지지하는 복수의 베어링부이 설치된 하우징부와;
상기 하우징부의 내측 하부에 설치되는 인쇄회로기판과;
상기 인쇄회로기판 및 출력축 하단에 설치되어 출력축의 회전을 감지하는 출력축 회전 감지부와;
상기 관통축의 하부면에 가공되는 공구 삽입홈을; 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 출력축 회전 감지부는 출력축 하단에 설치된 아암부와, 상기 아암부의 회전을 감지하는 아암 회전 감지부로 이루어진다.
상기 아암부는 아암의 선단에 가공된 제 1 아암 기어를 구비하고, 상기 아암 회전 감지부는 상기 제 1 아암 기어와 맞물려 회전하는 제 2 아암기어 및 이에 연결된 엔코더로 이루어진다.
상기 아암부는 아암의 선단에 영구 자석을 구비하고, 상기 아암 회전 감지부는 상기 인쇄회로기판에 탑재된 홀센서로 이루어진다.
상기 출력축 및 로터의 하단에 각각 영구 자석을 구비하고, 출력축 및 로터의 회전을 감지할 홀센서를 인쇄회로기판에 각각 설치하는 형태로 출력축 회전감지부를 구성하여 로터의 회전도 감지할 수 있는 것도 바람직하다.
상기 공구삽입홈이 노출된 하우징의 하부 및 관통축의 말단에 결합되는 표시판에는 출력축의 기준위치를 표시하는 표시부가 형성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 관통축의 원주면에는 그루브가 형성되어 있고, 상기 그루브에 밀착하는 불렛에 의해 출력축의 기준위치가 결정되도록 하는 것도 바람직하다.
본 발명의 SBW 타입 변속 액추에이터 장치에 의하면, 장치의 높이를 줄일 수 있으며, 또한 액추에이터 장치에서 수동으로 컨트롤 로드를 회전시킬 수 있고, 액추에이터 장치의 초기 세팅을 용이하게 할 수 있는 효과가 있다.
도 1,2는 종래의 기술을 설명하기 위한 도.
도 3,4는 본 발명 일 실시예 물품의 외관을 나타낸 도.
도 5는 본 발명 일 실시예 물품의 단면을 나타낸 도.
도 6은 본 발명 일 실시예 물품의 기어 결합관계를 나타낸 도.
도 7 내지 도 9는 본 발명에서 채택가능한 출력축 회전감지부의 여러 실시예를 나타낸 도.
도 10은 본 발명 일 실시예 물품의 그루브와 불렛의 형태를 나타낸 도.
이상과 같은 본 발명에 대한 해결하고자 하는 과제, 과제의 해결 수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시예 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 그 실시예에 따라 보다 상세히 설명하기로 한다. 도면부호는 종래 기술과 별개로 부여하여 설명하기로 한다.
도 3,4는 본 발명 일 실시예 변속 액추에이터 장치의 상하측 외관을 각각 도시한 사시도이다.
본 실시예 장치의 하우징부(100)는 상부 하우징(110)과 하부 하우징(120)이 볼트에 의해 체결되어 이루어지며, 상부 하우징(100)의 상면에는 컨트롤 로드와 결합되기 위한 컨트롤 로드 결합부(220)가 노출되어 있다. 본 실시예에서 컨트롤 로드 결합부(220)는 컨트롤 로드가 끼워질 오목홈 형태로 이루어져 있으나, 회전력을 전달하기 위한 어떠한 형태의 축 연결용 형상을 구비하더라도 무방하다.
상기 컨트롤 로드 결합부(220)는 출력축(200)의 최상측에 위치한 것이고, 그 반대방향으로 출력축(200)의 최하측으로는 공구 삽입(240)홈이 가공되어 있으며, 공구 삽입홈(240)은 하부 하우징(120) 외부로 노출되어 있다.
도 5은 본 발명 실시예 장치의 내부 구조를 나타낸 단면도이다.
본 실시예 하우징부(100) 내부에는 모터(300), 로터(400), 출력축(200), 인쇄회로기판(500) 등이 설치되어 있다.
모터(300)는, 코일이 감긴 고정자(310)가 하우징부(100)에 고정되어 있으며, 영구자석이 부착된 회전자(320)가 고정자(310)에 둘러 쌓여 회전하도록 설치되어 있다.
상기 회전자(320)는 로터(400)의 하부축부(410)와 결합된다.
로터(400)는 원통상의 하부축부(410)와 상부축부(420)로 구분되며, 하부축부(410)의 중심축(제 1 중심축)과 상부축부(420)의 중심축(제 2 중심축)은 서로 편심되어 있다. 로터(400)에는 하부축부(410)의 중심축을 따라 하부축부(410)와 상부축부(420)를 관통하는 로터관통부(430)가 형성되어 있다.
상부축부(420)은 원판상의 제 1 기어(600)의 제 1 기어 중심공(610)에 회전가능하게 결합되는데, 제 1 기어(600)가 상부축부(420)를 중심으로 회전할 수 있도록 도면부호 710의 베어링이 설치된다. 제 1 기어(600)의 상측면에는 원통형의 오목홈이 구비되어 있다. 제 1 기어(600)의 외주면에는 제 1 외주기어(620)가 형성되어 있고, 오목홈이 이루는 내주면에는 제 1 내주기어(630)가 형성되어 있다. 제 1 기어중심공(610) 및 제 1 기어의 내외주면의 중심은 모두 제 2 중심축과 동심을 이룬다.
출력축(200)의 관통축(260)은 로터 관통부(430)에 끼워지며, 로터 관통부(430)와 출력축(200) 중 관통축(260)은 도면부호 730,740의 베어링에 의해 서로를 구속하지 않도록 조립된다. 관통축(200) 상측에는 원판상의 출력축 기어(280)가 형성되는데, 이러한 출력축 기어(280)는 그 외주면에 기어가 가공되어 있다. 출력축 기어 상측으로 컨트롤 로드 결합부(220)가 연장되어 있다.
하우징부(100)의 상측에는 제 1 기어(600)의 제 1 외주 기어(620)와 계합되는 하우징 내주기어(800)가 설치된다. 하우징 내주기어(800)는 굳이 링형을 이루고 있지 않더라도, 제 1 외주 기어(620)와 맞물릴 수 있는 각도 범위로 형성되더라도 작동에 문제는 없다.
상기 로터(400)와, 제 1 기어(600), 하우징 내주기어(800) 및 출력축 기어(280)는 사이클로이드(Cycloid) 기어 결합을 이루며 감속기 역할을 하게 되는 것이다.
이에 따라 고속으로 회전하는 모터의 회전속도는 상기 사이클로이드 기어결합에 따라 출력축에서 저속의 회전속도로 변경되므로, 변속기의 보다 정밀한 컨트롤이 가능해진다.
하우징부 내측 하단에 인쇄회로기판(900), 로터(400)와 관통축(260)이 배치되므로, 모터의 회전수와 출력축의 회전수를 모두 하우징 내측 하단에서 측정하는 것이 가능해진다.
따라서 출력축의 회전수를 감지하기 위한 하우징 상단의 인쇄회로기판이나 센서가 필요없게 된다.
도 7 내지 도 9는 본 발명에서 출력축의 회전 정도를 감지하기 위해 사용되는 출력축 회전 감지부의 여러가지 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7,8의 실시예에서는 출력축 하단에 설치되는 아암부(810) 및 이러한 아암부(810)의 회전을 감지하는 아암 회전감지부(820)가 구비되어 있다.
도 7 실시예의 아암부(810)는 아암의 선단에 제 1 아암 기어(811)를 구비하고, 상기 제 1 아암 회전감지부(820)는 상기 제 1 아암기어(811)와 맞물려 회전하는 제 2 아암기어(821) 및 이에 연결된 엔코더(도시되지 않음)에 의해 이루어지는 것이다.
도 8 실시예의 아암부(810)는 아암의 선단에 영구자석(도시하지 않음)을 구비하고, 상기 아암 회전자부(820)는 자력을 측정할 수 있는 홀센서(822) 로 이루어진다. 홀센서(822)는 인쇄회로기판(900)에 실장된다.
도 9는 상기 출력축 및 로터의 하단에 각각 영구자석(도시하지 않음)을 구비하고, 출력축 및 로터의 회전을 영구자석의 자력으로 감지할 홀센서(도시하지 않음)를 인쇄회로기판(900)에 설치하여 출력축 회전감지부를 구성하여 로터의 회전도 감지할 수 있도록 한 것이다. 로터는 고속으로 회전하므로 로터의 회전수는 자력의 유무로, 출력축의 회전각은 자력의 세기로 측정해야 함은 물론이다.
도 10은 관통축(260)의 원주면에 그루브(Groove, 830)를 형성하고, 상기 그루브(830)에 스프링(841)의 탄성력으로 밀착되는 불렛(Bullet,840)을 도시한 것이다. 예를 들어 이와 같이 불렛(840)이 그루브(830)에 밀착된 상태에서 출력축의 회전 위치를 N단을 조립하면, 조립시 컨트롤 로드에 항상 일정한 각도로 변속 액추에이터 장치를 부착할 수 있게 된다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이 공구 삽입홈(240)이 외부로 노출되어 있을 경우,공구를 공구 삽입홈(240)에 끼워 출력축을 회전시키면서 변속기가 어느 기어단에 위치하는지를 정확히 알기 힘든데, 상기 관통축에 형성된 그루부와 불렛에 의한 클릭감으로 위치를 알 수 있게 된다.
블렛과 그루브이 아니더라도 하우징의 하부 및 출력축(관통축)의 말단에 표시된 표지판(851,852)을 사용하여 출력축의 기준위치를 확인할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 하우징에 설치되는 고정자와, 고정자에 의해 회전하는 회전자로 이루어진 모터와;

    상기 모터의 회전자와 결합되며 제 1 중심축을 갖는 원통상의 하부축부와, 상기 하부축부의 상단에 형성되며 상기 하부축부와 편심된 제 2 중심축을 갖는 원통상의 상부축부와, 상기 상부축부 및 하부 축부를 관통하며 상기 제 1 중심축과 동심을 이루는 로터 관통부가 구비된 로터와;

    상기 제 2 중심축과 동심을 이루는 원판상으로 형성되며, 원판상 상측면에는 상기 제 2 중심축과 동심을 이루는 원통형 오목홈을 구비하며, 그 외주면에는 제 1 외주 기어가 형성되며, 그 내주면에는 제 1 내주 기어가 형성되어 있으며, 상기 로터의 상부축부에 회전가능하게 결합되며 상기 제 2 중심축과 동심을 이루는 제 1 기어 중심공을 구비한 제 1 기어부와;

    상기 제 1 중심축과 동심을 이루는 원판상으로 형성되며 상기 제 1 내주 기어와 계합되도록 외주면에 형성된 출력축 기어와, 상기 출력축 기어의 중심에서 상측으로 연장되어 돌출 형성된 원통상의 컨트롤 로드 결합부와, 상기 출력축 기어의 중심에서 하측으로 연장되며 상기 로터관통부에 끼워져 로터의 외측으로 노출되도록 형성된 관통축으로 이루어진 출력축과;

    상기 제 1 외주 기어와 계합되며 상기 제 1 중심축과 동심을 이루며 형성되는 하우징 내주 기어가 상단에 설치되며, 상기 모터에 의한 로터의 회전에 따라 제 1 기어와 상기 출력축이 각각 독립적으로 회전하도록 지지하는 복수의 베어링부이 설치된 하우징부와;

    상기 하우징부의 내측 하부에 설치되는 인쇄회로기판과;

    상기 인쇄회로기판 및 출력축 하단에 설치되어 출력축의 회전을 감지하는 출력축 회전 감지부와;

    상기 관통축의 하부면에 가공되는 공구 삽입홈을; 포함하는 것을 특징으로 하는 SBW 타입 변속 액추에이터 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 출력축 회전 감지부는 출력축 하단에 설치된 아암부와, 상기 아암부의 회전을 감지하는 아암 회전 감지부로 이루어진 것을 특징으로 하는 SBW 타입 변속 액추에이터 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 아암부는 아암의 선단에 가공된 제 1 아암 기어를 구비하고, 상기 아암 회전 감지부는 상기 제 1 아암 기어와 맞물려 회전하는 제 2 아암기어 및 이에 연결된 엔코더로 이루어진 것을 특징으로 하는 SBW 타입 변속 액추에이터 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 아암부는 아암의 선단에 영구 자석을 구비하고, 상기 아암 회전 감지부는 상기 인쇄회로기판에 탑재된 홀센서로 이루어진 것을 특징으로 하는 SBW 타입 변속 액추에이터 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 출력축 및 로터의 하단에 각각 영구 자석을 구비하고, 출력축 및 로터의 회전을 감지할 홀센서를 인쇄회로기판에 각각 설치하는 형태로 출력축 회전감지부를 구성하여 로터의 회전도 감지할 수 있는 것을 특징으로 하는 SBW 타입 변속 액추에이터 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 공구삽입홈이 노출된 하우징의 하부 및 관통축의 말단에 결합되는 표시판에는 출력축의 기준위치를 표시하는 표시부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 SBW 타입 변속 액추에이터 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 관통축의 원주면에는 그루브가 형성되어 있고, 상기 그루브에 밀착하는 불렛에 의해 출력축의 기준위치가 결정되도록 하는 것을 특징으로 하는 SBW 타입 변속 액추에이터 장치.
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