KR20230018002A - 충전 플러그 잠금 액추에이터 - Google Patents

충전 플러그 잠금 액추에이터 Download PDF

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KR20230018002A
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박재엽
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한국단자공업 주식회사
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Abstract

본 발명은 비상 레버를 이용하여 잠금부재를 해제할 수 있도록 역회전이 가능하면서도 구성이 간단하고 조립이 용이하며 부피를 최소화할 수 있는 충전 플러그 잠금 액추에이터에 관한 것으로, 작동공간이 마련된 하우징과, 상기 작동공간에 설치되는 구동모터와, 상기 작동공간에 구비되고 상기 구동모터의 회전력을 증대시키는 감속부와, 상기 감속부의 회전력을 전달하는 트랜지션 기어와, 상기 트랜지션 기어에 의해 이동하며 충전 플러그를 잠금 또는 해제하는 잠금부재와, 이상 발생 시 상기 잠금부재를 이동시켜 충전 플러그의 잠금을 해제하는 비상 레버로 구성된다.

Description

충전 플러그 잠금 액추에이터{CHARGING PLUG LOCKING ACTUATOR}
본 발명은 충전 플러그 잠금 액추에이터에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 차량에 연료를 충전하는 과정에서 플러그가 임의로 분리되는 것을 방지할 수 있는 충전 플러그 잠금 액추에이터에 관한 것이다.
최근 들어 환경문제에 대한 관심이 커짐에 따라 대기오염의 주요 원인의 하나인 가솔린 차량, 디젤 차량 등 화석 연료를 사용하는 차량을 대체할 수 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 연료전지차(FCEL) 등에 대한 연구가 많이 진행되고 있다.
전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 연료전지차(FCEV) 등에는 높은 에너지 밀도와 방전 전압을 가지며 출력이 안정적인 이차전지 배터리를 동력원으로 사용하고 있다.
전술한 차량에 구비되는 배터리는 충전 전압의 소모 및 방전 등으로 인하여 충전이 필요한 경우 전류를 공급 받아 충전된다. 예를 들어, 전기자동차(EV)나 하이브리드 전기자동차(HEV)의 배터리는 충전 스테이션에서 공급된 전류에 의해 직접 충전되는 반면, 연료전지차(FCEV)의 배터리는 충전 스테이션에서 공급된 수소를 산소와 반응시켜 생성된 전류에 의해 충전된다.
전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 연료전지차(FCEV) 등에 연료인 전류 또는 수소를 공급하기 위해서는 충전 소켓과 충전 플러그가 필요하다. 이때, 충전 소켓은 차량에 구비되고 충전 플러그는 충전 스테이션에 마련되며, 충전 플러그를 충전 소켓에 연결하여 충전하였다.
한편, 종래에는 충전 소켓에 연결된 충전 플러그를 고정하는 장치가 마련되어 있지 않아 충전 플러그를 충전 소켓에 단순히 연결하여 충전하였다. 따라서 충전을 하는 과정 중 외부에서 충격이 인가될 경우 충전 플러그가 충전 소켓에서 분리되는 문제가 있었다.
전술한 문제점을 해결하기 위하여 충전 소켓에 연결된 충전 플러그를 잠금 또는 해제할 수 있는 충전 플러그 잠금 액추에이터가 제안되었다.
등록특허공보 제10-1950224호(2019.02.22.)를 참조하면, 충전 플러그 잠금 액추에이터는, 하우징과, 상기 하우징의 내측에 마련된 모터와, 상기 모터의 회전력을 증대시키는 감속부와, 상기 감속부에 의해 직선 이동을 하며 충전 플러그를 잠금 또는 해제하는 잠금부재와, 이상 발생 시 잠금부재를 해제시키기 위한 비상 레버를 포함하여 구성된다.
상술한 종래의 충전 플러그 잠금 액추에이터의 감속부는 비상 레버를 조작하여 잠금부재를 해제할 경우 역회전이 가능하도록 다수의 스퍼 기어의 조합으로 이루어진다.
그런데 감속부로 다수의 스퍼 기어의 조합을 사용할 경우 부피에 비해 감속비가 낮은 문제점이 있었다. 즉, 감속비를 높이기 위해서는 많은 수의 스퍼 기어가 필요한데, 이럴 경우 액추에이터의 부피가 증대되어 설치공간의 활용성이 저하될 뿐만 아니라 액추에이터의 작동 시 소음이 발생하게 된다.
등록특허공보 제10-1950224호(2019.02.22.)
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 비상 레버를 이용하여 잠금부재를 해제할 수 있도록 역회전이 가능하면서도 구성이 간단하고 조립이 용이하며 부피를 최소화할 수 있는 충전 플러그 잠금 액추에이터를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 충전 플러그 잠금 액추에이터는, 작동공간이 마련된 하우징과, 상기 작동공간에 설치되는 구동모터와, 상기 작동공간에 구비되고 상기 구동모터의 회전력을 증대시키는 감속부와, 상기 감속부의 회전력을 전달하는 트랜지션 기어와, 상기 트랜지션 기어에 의해 이동하며 충전 플러그를 잠금 또는 해제하는 잠금부재와, 이상 발생 시 상기 잠금부재를 이동시켜 충전 플러그의 잠금을 해제하는 비상 레버로 구성된다.
상술한 구성 중 상기 감속부는, 상기 구동모터의 출력축에 결합되는 웜 기어와, 상기 웜 기어와 맞물려 회전하는 웜 휠을 포함하며, 상기 비상 레버를 이용하여 상기 잠금부재를 이동시킬 때 상기 감속부가 역회전을 할 수 있도록, 상기 웜 기어의 마찰각은 12 ~ 14도이고, 상기 웜 휠의 비틀림각은 22 ~ 23도이다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명은, 구성이 간단하고 조립이 용이하며 부피를 최소화할 수 있도록 웜 기어 조합을 사용하되, 웜 기어의 마찰각과 웜 휠의 비틀림각을 특정 범위 내로 설정함으로써 감속부를 정방향 또는/및 역방향으로 회전시킬 수 있다.
따라서 비상 레버를 조작하여 잠금부재를 해제시킬 경우 감속부가 역방향으로 회전할 수 있으므로 비상 레버의 조작 시 발생하는 부하를 저감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 플러그 잠금 액추에이터의 사시도.
도 2와 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 플러그 잠금 액추에이터의 내부를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 플러그 잠금 액추에이터의 웜 기어와 웜 휠을 도시한 도면.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 플러그 잠금 액추에이터의 잠금 및 해제과정을 도시한 도면.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 여기서, 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 또한, 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 플러그 잠금 액추에이터(10)는, 하우징(100)과, 하우징(100)의 내부에 설치되는 구동모터(200)와, 구동모터(200)의 회전력을 증대시키는 감속부(300)와, 감속부(300)의 회전력을 전달하는 트랜지션 기어(400)와, 트랜지션 기어(400)에 의해 이동하며 충전 플러그를 잠금 또는 해제하는 잠금부재(500)와, 이상 발생 시 충전 플러그의 잠금을 해제하기 위한 비상 레버(600)를 포함하여 구성된다.
하우징(100)은, 상면이 개방된 중공의 하우징 몸체(110)와, 하우징 몸체(110)의 개방된 상면을 덮는 하우징 덮개(120)로 구성된다.
하우징 몸체(110)는 육면체 형상을 가지며, 내부에는 작동공간(130)이 형성되고, 작동공간(130)에는 다수의 부품, 즉 구동모터(200), 감속부(300), 트랜지션 기어(400) 및 잠금부재(500)가 설치된다.
하우징 덮개(120)는 하우징 몸체(110)의 개방된 상면을 덮는 판상으로 형성되고, 상면에는 이상 발생 시 충전 플러그의 잠금을 해제하기 위한 비상 레버(600)가 설치된다.
한편, 하우징 몸체(110)와 하우징 덮개(120)에는 구동모터(200), 감속부(300), 트랜지션 기어(400) 및 잠금부재(500)의 설치를 위한 다양한 구조물이 형성될 수 있다.
구동모터(200)는 외부에서 전원이 인가될 경우 작동하여 회전력을 발생시키는 수단이다. 이러한 구동모터(200)는 작동공간(130)의 일측에 설치되며, 출력축(210)에는 감속부(300)의 웜 기어(310)가 결합된다.
감속부(300)는 구동모터(200)에서 발생한 회전력을 증대시키기 위한 수단이다. 특히, 본 실시예의 감속부(300)는 액추에이터(10)의 부피를 줄이면서 감속비를 높일 수 있도록 웜 기어 조합(310,320)과 스퍼 기어의 조합(330 ~ 360)으로 이루어진다.
즉, 감속부(300)는 구동모터(200)의 회전력을 증대시킴과 동시에 회전력의 전달방향을 전환할 수 있도록 웜 기어(310)와 웜 휠(320)를 포함하여 구성된다. 이때, 웜 기어(310)는 구동모터(200)의 출력축(210)에 결합되고, 웜 휠(320)은 하우징(100)에 지지되어 웜 기어(310)와 맞물려 회전한다.
한편, 본 실시예의 웜 기어(310)와 웜 휠(320)은 정방향 또는/및 역방향으로 회전할 수 있도록 마찰각과 비틀림각이 특정 범위 내로 설정된다. 즉, 웜 기어(310)의 마찰각(ρ)은 12 ~ 14도, 웜 휠(320)의 비틀림각(φ)은 22 ~ 23도로 설정되며, 이때 웜 기어(310)의 마찰각(ρ)은 아래 [수식 1]을 통해 연산될 수 있다.
[수식 1]
Figure pat00001
여기서, ρ 는 웜 기어(310)의 마찰각이고, α는 웜 기어(310)의 압력각이며, μ는 웜 기어(310)의 마찰계수를 나타낸다. 이때, 웜 기어(310)의 압력각(α)은 표준 압력각인 20도가 적용되고, 웜 기어(310)의 마찰계수(μ)는 그리스 등 외부 환경을 고려하여 0.2 ~ 0.23이 적용되며, 이럴 경우 웜 기어(310)의 마찰각(ρ)은 12 ~ 14도로 연산된다.
이와 같이, 웜 기어(310)의 마찰각(ρ)과 웜 휠(320)의 비틀림각(φ)을 상술한 범위 내로 설정할 경우, 비상 레버(600)를 조작하여 잠금부재(500)를 해제시킬 경우 감속부(300)가 역방향으로 회전할 수 있다. 따라서 비상 레버(600)의 조작 시 발생하는 부하를 저감할 수 있으며 이를 통해 부품의 내구성을 확보할 수 있다.
본 실시예의 감속부(300)는 구동모터(200)의 회전력을 더욱 증대시킬 수 있도록 다수의 스퍼 기어(330 ~ 360)를 더 포함하여 구성된다. 스퍼 기어(330 ~ 360)는, 웜 휠(320)과 일체로 형성된 제1기어(330)와, 제1기어(330)와 맞물려 회전하는 제2기어(340)와, 제2기어(340)와 일체로 형성된 제3기어(350)와, 제3기어(350)에 맞물려 회전하는 제4기어(360)로 구성된다.
여기서, 웜 휠(320)을 통해 전달된 회전력이 증대될 수 있도록 제2기어(340)는 제1기어(330)보다 크게 형성되고, 제2기어(340)를 통해 전달된 회전력이 증대될 수 있도록 제4기어(360)는 제3기어(350)보다 크게 형성된다.
트랜지션 기어(400)는 감속부(300)를 통해 증대된 회전력을 전달하는 역할을 한다. 좀 더 상세하게는, 회전력을 전달함과 동시에 회전력의 전달방향을 전환하는 역할을 한다.
본 실시예의 트랜지션 기어(400)는, 하우징(100)에 회전 가능하게 설치되는 샤프트(410)와, 감속부(300)에 맞물리는 전동기어(420)와, 잠금부재(500)를 이동시키는 랙 기어(430)로 이루어진다.
샤프트(410)는 일 방향으로 길게 연장되고, 양 단부가 하우징(100)의 장착홈(112,122)에 각각 삽입된다. 이때, 장착홈(112,122)의 바닥에는 지지돌기(114,124)가 돌출되므로 장착홈(112,122)에 삽입된 샤프트(410)는 하우징(100)과 점 접촉을 하게 된다.
전동기어(420)는 감속부(300)와 맞물려 회전할 수 있도록 스퍼 기어 형태로 제작되며, 랙 기어(430)는 잠금부재(500)를 이동시킬 수 있도록 웜 기어 형태로 제작된다.
잠금부재(500)는 트랜지션 기어(400)에 의해 이동하며 충전 플러그(미도시)를 잠금 또는 해제하는 역할을 한다. 이러한 잠금부재(500)는, 트랜지션 기어(400)의 랙 기어(430)에 맞물리는 기어부(510)와, 충전 플러그(미도시)를 잠금 또는 해제하는 로드부(520)로 이루어진다. 이때, 로드부(520)는 잠금부재(500)의 이동 시 하우징(100)의 내부로 돌출 또는 인입되며 충전 플러그(미도시)를 잠금 또는 해제한다.
비상 레버(600)는 액추에이터(10)에 이상이 발생했을 때 충전 플러그의 잠금을 수동으로 해제하기 위한 레버이다. 예를 들어, 액추에이터(10)에 전원이 공급되지 않거나 구동모터(200)에 이상이 생겼을 때, 충전 플러그의 잠금을 수동으로 해제할 수 있도록 한다.
비상 레버(600)는 하우징 덮개(120)의 상부에 설차되며 제4기어(360)와 연결되며, 그 회전 시 제4기어(360)를 회전시킴으로써 잠금부재(500)를 이동시켜 충전 플러그의 잠금을 해제한다.
본 실시예에 따른 충전 플러그 잠금 액추에이터의 잠금 및 해제과정을 살펴보면 다음과 같다.
도 5는 본 실시예에 따른 충전 플러그 잠금 액추에이터의 잠금 상태를 도시하고, 도 6은 본 실시예에 따른 충전 플러그 잠금 액추에이터의 해제 상태를 도시한다. 또한, 도 7은 본 실시예에 따른 충전 플러그 잠금 액추에이터의 비상 해제 상태를 도시한다.
우선, 충전 플러그(미도시)가 충전 소켓(미도시)에 연결되면 충전 플러그 잠금 액추에이터(10)로 전원이 인가되어 구동모터(200)를 작동시킨다. 이때, 구동모터(200)의 출력축(210)은 인가된 전원의 극성에 따라 일 방향 또는 그 반대 방향으로 회전을 한다.
도 5와 도 6에 도시된 바와 같이, 구동모터(200)에서 발생한 회전력은 감속부(300)를 통해 트랜지션 기어(400)로 전달되고, 트랜지션 기어(400)를 회전시켜 잠금부재(500)를 이동시킴으로써 충전 플러그(미도시)를 잠금 또는 해제한다.
예컨대, 구동모터(200)의 출력축(210)과 감속부(300)의 웜 기어(310)가 도 5의 화살표 방향(A)으로 회전하면, 웜 휠(320), 제1기어(330) 및 제4기어(360)가 시계방향으로 회전하고, 제2기어(340), 제3기어(350) 및 전동기어(420)가 반시계방향으로 회전하며, 잠금부재(500)를 하강시킴으로써 충전 플러그(미도시)를 잠금 상태로 전환한다.
반면, 구동모터(200)의 출력축(210)과 감속부(300)의 웜 기어(310)가 도 6의 화살표 방향(B)으로 회전하면, 웜 휠(320), 제1기어(330) 및 제4기어(360)가 반시계방향으로 회전하고, 제2기어(340), 제3기어(350) 및 전동기어(420)가 시계방향으로 회전하며, 잠금부재(500)를 상승시킴으로써 충전 플러그(미도시)를 해제 상태로 전환한다.
상술한 바와 같이, 구동모터(200)가 작동하여 충전 플러그(미도시)를 잠금 또는 해제할 경우 비상 레버(600)는 회전되지 않는다.
한편, 충전 플러그(미도시)가 잠금 상태에서 액추에이터(10)에 전원이 공급되지 않거나 구동모터(200)에 이상이 발생하면 비상 레버(600)를 조작하여 충전 플러그의 잠금을 수동으로 해제할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 비상 레버(600)를 반시계방향으로 회전시키면 전동기어(420)가 시계방향으로 회전하며 잠금부재(500)를 상승시킴으로써 충전 플러그(미도시)를 해제 상태로 전환할 수 있다.
이때, 비상 레버(600)에서 발생한 회전력은 감속부(300)를 통해 구동모터(200)로 전달되는데, 웜 기어(310)의 압력각과 웜 휠(320)의 비틀림각을 특정 범위 내로 설정됨으로써 감속부(300)가 역방향으로 회전될 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.
10: 충전 플러그 잠금 액추에이터
100: 하우징 200: 구동모터
300: 감속부 400: 트랜지션 기어
500: 잠금부재 600: 비상 레버

Claims (6)

  1. 작동공간이 마련된 하우징;
    상기 작동공간에 설치되는 구동모터;
    상기 작동공간에 구비되고 상기 구동모터의 회전력을 증대시키는 감속부;
    상기 감속부의 회전력을 전달하는 트랜지션 기어;
    상기 트랜지션 기어에 의해 이동하며 충전 플러그를 잠금 또는 해제하는 잠금부재; 및
    이상 발생 시 상기 잠금부재를 이동시켜 충전 플러그의 잠금을 해제하는 비상 레버로 구성되고,
    상기 감속부는, 상기 구동모터의 출력축에 결합되는 웜 기어와, 상기 웜 기어와 맞물려 회전하는 웜 휠을 포함하며,
    상기 비상 레버를 이용하여 상기 잠금부재를 이동시킬 때 상기 감속부가 역회전을 할 수 있도록, 상기 웜 기어의 마찰각(ρ)은 12 ~ 14도이고, 상기 웜 휠의 비틀림각(φ)은 22 ~ 23도인 것을 특징으로 하는 충전 플러그 잠금 액추에이터.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 웜 기어의 마찰각(ρ)은 하기 수식을 통해 연산되며,
    Figure pat00002

    여기서, ρ 는 웜 기어의 마찰각이고, α는 웜 기어의 압력각이며, μ는 웜 기어의 마찰계수인 것을 특징으로 하는 충전 플러그 잠금 액추에이터.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 웜 기어의 마찰계수(μ)는 그리스 등 외부 환경을 고려하여 0.2 ~ 0.23이 적용되며, 이럴 경우 상기 웜 기어의 마찰각(ρ)이 12 ~ 14도인 것을 특징으로 하는 충전 플러그 잠금 액추에이터.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감속부는, 상기 웜 휠과 일체로 형성된 제1기어와, 상기 제1기어와 맞물려 회전하는 제2기어를 더 포함하여 구성되고,
    상기 제2기어는 상기 제1기어보다 크게 형성되어 상기 웜 휠을 통해 전달된 회전력을 증대시키는 것을 특징으로 하는 충전 플러그 잠금 액추에이터.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 감속부는, 상기 제2기어와 일체로 형성된 제3기어와, 상기 제3기어에 맞물려 회전하는 제4기어를 더 포함하여 구성되고,
    상기 제4기어는 상기 제3기어보다 크게 형성되어 상기 제2기어를 통해 전달된 회전력을 증대시키는 것을 특징으로 하는 충전 플러그 잠금 액추에이터.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 트랜지션 기어는, 상기 하우징에 회전 가능하게 설치되는 샤프트와, 상기 샤프트에 형성되고 상기 감속부에 의해 회전하는 전동기어와, 상기 샤프트에 형성되며 상기 잠금부재를 이동시키는 랙 기어로 이루어진 것을 특징으로 하는 충전 플러그 잠금 액추에이터.
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