KR20240029881A - 액티브 에어플랩 액추에이터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 동력을 발생시키는 동력 발생부와, 동력 발생부에서 만들어진 동력을 상기 셔터의 구동축으로 전달하는 동력 전달부와, 동력 발생부 고장 시 동력 전달부를 구성하는 기어 사이의 결합을 해제하는 결합 해제부를 포함하는 액티브 에어플랩 액추에이터와, 액티브 에어플랩 액추에이터의 상태를 파악하고 고장 발생 시 기어 사이의 결합을 해제하는 제어 시스템에 관한 것이다.

Description

액티브 에어플랩 액추에이터{Actuator for active air flap}
본 발명은 모터 고장 시에도 에어플랩의 셔터를 개폐 가능한 액티브 에어플랩 액추에이터에 관한 것이다.
액티브 에어플랩(1)은 도 1에 도시된 바와 같이 장착된 셔터(2)를 열거나 닫음으로써 프런트 그릴(Front grille)을 통해 인입되는 공기의 유량을 제어하는 장치를 말한다.
액티브 에어플랩은 유입되는 공기의 유량 제어를 통해 차량의 공력 부하를 줄일 뿐만 아니라, 효과적으로 HVAC 시스템이 작동하도록 하여, 전기 자동차(EV)와 하이브리드 자동차(PHEV)의 연비효율을 높이는 효과 또한 가지고 있다.
상세히 설명하면, 차량의 속도가 60km/h을 초과하면 공력 부하의 영향이 기하급수적으로 증가하므로, 외부로부터의 공기 유입을 최소화 하여 공력 부하를 낮춤과 동시에 주행풍이 엔진룸 내부로 유입되어 와류를 유발하는 것을 제한하고, 외부 공기를 휠 하우스 내부로 제공하여 휠의 회전 가속을 돕도록 함으로써 연비효율 또한 극대화 가능한 것이다.
이러한 액티브 에어플랩은 셔터의 개방/폐쇄를 제어하는 액추에이터 고장 시 셔터를 개폐할 수 없어 연비가 낮아지는 문제가 있을 뿐만 아니라, 엔진 또는 모터가 과열되어 사고가 발생할 수 있다.
따라서, 고장 상황에서 사용자가 셔터를 조절 가능한 새로운 형태의 액티브 에어플랩 액추에이터 필요성이 대두되고 있는 실정이다.
특허문헌 1) 국내공개특허공보 제10-2014-0081034(명칭: 액티브 에어플랩 장치용 액추에이터, 공개일: 2014. 07. 01) 특허문헌 2) 국내공개특허공보 제10-2016-0042612(명칭: 액티브 에어플랩의 제어 장치 및 방법, 공개일: 2016. 04. 20)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 모터나 구동계 고장 시 기어 사이의 결합을 해제하여 사용자가 셔터를 개폐 가능하도록 하는 액티브 에어플랩 액추에이터를 제공하는 것이다.
또한, 고장 상황을 인지하고 기어간의 결합을 해제하는 액티브 에어플랩 액추에이터 제어 시스템을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명인 액티브 에어플랩 액추에이터는, 동력을 발생시키는 동력 발생부(100); 상기 동력 발생부(100)에서 만들어진 동력을 상기 셔터(2)의 구동축으로 전달하는 동력 전달부(200); 및 상기 동력 발생부(100) 고장 시 상기 동력 전달부(200)를 구성하는 기어 사이의 결합을 해제하는 결합 해제부(300);를 포함하는 포함하는 것을 특징으로 한다.
기 동력 발생부(100)는 주입되는 전기를 회전력으로 전환하는 모터(110); 상기 모터(110)의 회전축과 연결되는 웜(120);을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 동력 전달부(200)는 상기 웜(120)에서 회전력을 전달받는 웜기어(210); 상기 셔터(2)의 구동축과 연결되는 플랩기어(220); 상기 웜기어(210)에서 입력되는 회전력을 상기 플랩기어(220)로 전달하는 전달기어(230);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 전달기어(230)는 상기 웜기어(210)와 연결되는 제1 전달기어(231); 상기 플랩기어(220)와 연결되는 제2 전달기어(232);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 전달기어(231)는 결합이 해제되는 방향 직경이 결합이 이루어지는 방향 직경보다 긴 것;을 특징으로 한다.
상기 제1 전달기어(231)는 가장자리가 경사지게 형성되는 것;을 특징으로 한다.
상기 결합 해제부(300)는 상기 전달기어(230)를 당기거나 밀어 탈거시키는 탈거수단(310);을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 탈거수단(310)은 상기 전달기어(230)를 당기는 전자석(311);을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 탈거수단(310)은 상기 전달기어(230)를 당기거나 미는 푸쉬모듈(312);을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 결합 해제부(300)는 탈거된 상기 전달기어(230)를 탈거 이전의 위치로 복귀시키는 복귀수단(320);을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 복귀수단(320)은 판 스프링;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명인 액티브 에어플랩 액추에이터 제어방법은, 상기 동력 발생부(100)에 전류를 입력하는 동력 생성단계(S100); 터(2)의 각도 변화를 파악하는 셔터 작동유무 확인단계(S200); 상기 셔터 작동유무 확인단계(S200)에서 파악된 셔터(2)의 각도 변화를 기반으로 동력 발생부(100)의 상태를 판단하는 고장유무 판단단계(S300); 상기 고장유무 판단단계(S300)에서 상기 동력 발생부(100)가 고장난 것으로 판단 시 상기 결합 해제부(300)를 작동시켜 기어 사이의 결합을 해제하는 탈거단계(S400);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명인 액티브 에어플랩 액추에이터는, 액추에이터의 동력 발생부 고장 시 기어간의 결합을 자동으로 해제하므로, 사용자가 액티브 에어플랩의 셔터를 개폐 가능한 장점이 있다.
또한, 사용자가 액티브 에어플랩의 셔터를 개폐 가능하므로 셔터를 개방하지 못해 발생하는 엔진 또는 모터의 과열을 방지 가능한 장점이 있다.
도 1은 본 발명인 액티브 에어플랩 액추에이터가 결합되는 액티브 에어플랩을 나타낸 사시도.
도 2 내지 도 3은 본 발명인 액티브 에어플랩 액추에이터 내부 구조를 나타낸 측면도.
도 4는 종래의 액추에이터 내부 구조를 나타낸 평면도.
도 5는 종래의 액추에이터 내부 구조를 나타낸 측면도.
도 6은 본 발명인 액티브 에어플랩 액추에이터 제어방법을 나타낸 순서도.
도 7은 위치센서를 통한 액추에이터 상태 파악을 설명하기 위한 액티브 에어플랩 개념도.
본 발명의 실시예들에 대한 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 액티브 에어플랩 액추에이터(1000)와 그 제어방법(S1000)에 관하여 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명인 액티브 에어플랩 액추에이터가 결합되는 액티브 에어플랩을 나타낸 사시도이고, 도 2 내지 도 3은 본 발명인 액티브 에어플랩 액추에이터 내부 구조를 나타낸 측면도이고, 도 4는 종래의 액추에이터 내부 구조를 나타낸 평면도이고, 도 5는 종래의 액추에이터 내부 구조를 나타낸 측면도이고, 도 6은 위치센서를 통한 액추에이터 상태 파악을 설명하기 위한 액티브 에어플랩 개념도이고, 도 7은 본 발명인 액티브 에어플랩 액추에이터 제어방법을 나타낸 순서도이다.
도 2 내지 도 3을 참조하면, 본 발명인 액티브 에어플랩 액추에이터(1000)는 동력을 발생시키는 동력 발생부(100)와, 상기 동력 발생부(100)에서 만들어진 동력을 상기 셔터(2)의 구동축으로 전달하는 동력 전달부(200)와, 상기 동력 발생부(100) 고장 시 상기 동력 전달부(200)를 구성하는 기어 사이의 결합을 해제하는 결합 해제부(300)를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 동력 발생부(100)는 주입되는 전기를 회전력으로 전환하는 모터(110)와, 모터(110)의 회전축과 연결되는 웜(120)을 포함하고, 상기 동력 전달부(200)는 상기 웜(120)에서 회전력을 전달받는 웜기어(210)와, 상기 셔터(2)의 구동축과 연결되는 플랩기어(220)와, 상기 웜기어(210)에서 입력되는 회전을 상기 플랩기어(220)로 전달하는 전달기어(230)를 포함할 수 있다.
상세히 설명하면, 모터(110)에 전류가 입력되면, 모터(110)의 회전축에 결합된 웜(120)이 회전하고, 웜(120)과 결합된 웜기어(210)가 전달기어(230)로 회전력을 전달하고, 다시 전달기어(230)가 셔터(2)와 연결된 플랩기어(220)를 회전시켜 셔터(2)의 개폐가 이루어진다.
이때, 웜(120) 및 웜기어(210)의 경우 역회전을 제한하여 주행풍에 의해 셔터(2)가 열리지 않게 하기 위한 구성으로, 도 4 내지 도 5에 도시된 바와 같이 웜(120) 및 웜기어(210)와 타 기어들이 서로 맞물려 있을 경우, 모터(110)를 작동시키지 않고 강제로 셔터(2)를 개폐할 수 없기 때문에, 액티브 에어플랩(1)의 셔터(2)가 닫힌 상태에서 모터(110)가 고장날 경우 바람이나 수동 조작에 의해 셔터(2)가 개방되지 않아, 프론트앤드모듈 후측에 장착되는 라디에이터 또는 콘덴서가 과열되거나, 엔진 또는 모터가 과열되는 문제가 발생할 수 있다.
그리고, 이러한 과열은 에너지 효율을 저하시킬 뿐만 아니라 화재사고의 원인이 되기도 한다.
따라서, 본 발명에서는 모터(110)에서 문제가 발생한 것이 확인되면, 결합 해제부(300)가 전달기어(230)를 정해진 위치에서 이탈시켜, 기어 사이의 결합이 해제될 수 있도록 하였다.
즉, 웜/웜기어/전달기어/플랩기어로 이루어지는 구동계 기어의 결합을 해제함으로써, 웜 및 웜기어에 의해 강제로 개방할 수 없었던 셔터(2)가 주행풍 또는 사용자에 의해 개방될 수 있도록 한 것이다.
도 2 내지 도 3을 참조하면, 상기 결합 해제부(300)는 상기 전달기어(230)를 당기거나 밀어 탈거시키는 탈거수단(310)과, 탈거된 상기 전달기어(230)를 탈거 이전의 위치로 복귀시키는 복귀수단(320)을 포함할 수 있다.
즉, 모터(110)에 문제가 발생하여 셔터(2) 개폐가 원활하지 않는 것이 확인되면, 상기 탈거수단(310)이 전달기어(230)를 밀거나 당겨 정해진 위치에서 이탈시키고, 이러한 문제가 해결된 것이 확인되면 상기 복귀수단(320)이 전달기어(230)를 원래의 위치로 복원시키는 것이다.
이때, 상기 탈거수단(310)은 도 2에 도시된 바와 같이 상기 전달기어(230)를 당겨 정해진 위치에서 이탈시키는 전자석(311)을 포함할 수 있고, 상기 복귀수단(320)은 판 스프링일 수 있다.
상세히 설명하면, 제어장치에서 상기 모터(110)에 문제가 발생한 것을 파악하면, 상기 전자석(311)으로 전류를 주입하여 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 전달기어(230)의 회전축(233)을 당겨주는 것이다.
그리고, 사용자가 제어장치로 모터(110) 수리 또는 교체가 완료되었음을 알리는 신호를 입력하면, 상기 전자석(311)으로 주입되는 전류가 차단되므로, 판 스프링이 변형 전의 형상으로 복원되며 전달기어(230) 또한 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 원래의 위치로 복귀하게 되는 것이다.
또한, 상기 탈거수단(310)은 도 3에 도시된 바와 같이 상기 전달기어(230)를 미는 푸쉬모듈(312)을 포함할 수 있고, 상기 복귀수단(320)은 판 스프링일 수 있다.
상세히 설명하면, 제어장치에서 상기 모터(110)에 문제가 발생한 것을 파악하면, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 상기 푸쉬모듈(312)을 작동시켜 푸쉬 바(312-1)가 전달기어(230)를 밀어 기존 위치에서 이탈시킬 수 있도록 한 것이다.
그리고, 사용자가 제어장치로 모터(110) 수리 또는 교체가 완료되었음을 알리는 신호를 전달하면, 상기 푸쉬 바(312-1)가 하강하고, 판 스프링이 변형 전의 형상으로 복원되며 전달기어(230) 또한 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 원래의 위치로 복귀하게 되는 것이다.
이때, 상기 푸쉬 바(312-1)의 상하방향 이동은 공압, 유압, 모터 등 다양한 방식에 의해 이루어질 수 있으므로 한정하지 않는다.
아울러, 도면 상에는 도시되지 않았지만, 상기 전달기어(230)는 상기 탈거수단(310)에서 힘이 인가되면 상측 또는 하측으로 이동할 수 있어야 하므로, 액추에이터 하우징 내부에는 전달기어(230)의 회전축(233)이 상하방향으로 슬라이드 이동 가능하게 결합되는 높이조절 결합부가 형성될 수 있다.
그리고, 전달기어(230)가 상하방향으로 슬라이드 이동 가능한 구조를 가질 경우 인가되는 회전력에 의해 발생할 수 있는 전달기어(230)의 이탈은, 상기 복귀수단(320)이 전달기어(230)를 잡아줌으로써 해결할 수 있다.
또한, 상기 복귀수단(320)과 상기 전달기어(230)의 결합은 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이 복귀수단(320)에 전달기어(230)의 회전축이 끼워지는 홀이 천공되어, 복귀수단(320)에 천공된 홀에 전달기어(230)의 회전축이 공회전 가능하게 끼워지는 형태일 수 있으나, 이러한 결합은 전달기어(230)의 회전축과 복귀수단(320)의 마찰로 에너지 손실 및 장치의 마모가 발생하므로, 전달기어(230)의 회전축과 마주보는 복귀수단(320)의 하면에 부쉬 베어링을 결합하여, 전달기어(230)의 회전축과 복귀수단(320)의 결합이 부쉬 베어링을 통해 이루어지도록 함으로써, 마찰로 발생하는 에너지 손실 및 마모를 최소화 할 수도 있다.
도 3을 참조하면, 상기 전달기어(230)는 상기 웜기어(210)와 연결되는 제1 전달기어(231)와, 상기 플랩기어(220)와 연결되는 제2 전달기어(232)를 포함하고, 상기 제1 전달기어(231)는 결합이 해제되는 방향 직경이 결합이 이루어지는 방향 직경보다 긴 경사 구조를 가지는 것을 권장한다.
상세히 설명하면, 도 5에 도시된 바와 같이 전달기어(230)와 웜기어(210)의 가장자리가 평평한 형상을 가질 경우, 전달기어(230)가 탈거수단(310)에 의해 기존 위치에서 탈거된 후 복귀되는 과정에서 웜기어(210)의 톱니가 전달기어(230)의 톱니가 서로 간섭하여 전달기어(230)가 원래의 위치로 복원되는 것을 방해할 수 있으므로, 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이 서로 결합되는 제1 전달기어(231)와 제1 웜기어(211)의 결합면을 경사지게 형성하여, 전달기어(230)의 탈거 및 복원이 보다 원활하게 이루어질 수 있도록 한 것이다.
이때, 그리고 모터(110) 고장 상황에서 상기 전달기어(230)와 상기 웜기어(210)의 결합만 해제되어도 에어플랩의 셔터(2)가 원활하게 개폐될 수 있으므로, 전달기어(230)와 웜기어(210) 결합 해제 과정에서 전달기어(230)와 플랩기어(220)의 결합이 해제되지 않는 것을 권장한다.
그리고, 전달기어(230) 탈거 과정에서 전달기어(230)와 플랩기어(220)의 결합이 해제되지 않게 하기위한 하나의 방법으로, 탈거수단(310)에 의해 이동하는 전달기어(230)의 이동거리(L1)보다 플랩기어(220)와 결합되는 제2전달기어(232)의 두께(D1)를 길게 형성하는 방법을 들 수 있다.
아울러, 위에서 설명한 액티브 에어플랩 액추에이터의 결합 해제부(300) 작동은 도 6에 도시된 액티브 에어플랩 액추에이터 제어방법(S1000)에 의해 이루어질 수 있다.
상세히 설명하면, 결합 해제부(300)의 작동은 셔터(2) 개폐가 원활하게 이루어지지 않는 상황에서만 이루어지면 충분하므로, 동력 생성단계(S100)에서 동력 발생부(100)로 전류를 입력하여 동력 발생부를 구동시키고, 셔터 작동유무 확인단계(S200)에서 도 7에 도시된 바와 같이 셔터(2)에 결합된 위치센서(3)를 이용하여 동력 발생부(100) 작동에 대응하여 셔터(2)가 개폐되고 있는지 확인한 후, 고장유무 판단단계(S300)에서 셔터(2)의 개폐가 원활하게 이루어지고 있으면 정상상태로, 셔터(2)의 개폐가 원활하게 이루어지고 있지 않으면 고장이 발생한 것으로 판단하며, 고장이 발생한 것으로 판단되면 탈거단계(S400)에서 결합 해제부(300)를 작동시켜 전달기어(230)를 탈거시킬 수 있도록 한 것이다.
이때, 위에서 설명한 방법을 통한 제어는 제어장치를 통해 이루어질 수 있으며, 제어장치는 위치센서(3) 및 동력 발생부(100)와 연결되어 동력 발생부(100) 및 위치센서(3)의 작동 정보를 얻을 수 있어야 함은 물론이다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1: 액티브 에어플랩 2 : 셔터
100 : 동력 발생부 110 : 모터
120 : 웜
200 : 동력 전달부 210 : 웜기어
220 : 플랩기어 230 : 전달기어
231 : 제1 전달기어 232 : 제2 전달기어
300 : 결합 해제부 310 : 탈거수단
311 : 전자석 312 : 푸쉬모듈
320 : 복귀수단
S100 : 동력 생성단계 S200 : 셔터 작동유무 확인단계
S300 : 고장유무 판단단계 S400 : 탈거단계

Claims (11)

  1. 액티브 에어플랩(1)의 셔터(2)를 개폐하는 액티브 에어플랩 액추에이터에 있어서,
    동력을 발생시키는 동력 발생부(100);
    상기 동력 발생부(100)에서 만들어진 동력을 상기 셔터(2)의 구동축으로 전달하는 동력 전달부(200); 및
    상기 동력 발생부(100) 고장 시 상기 동력 전달부(200)를 구성하는 기어 사이의 결합을 해제하는 결합 해제부(300);를 포함하는, 액티브 에어플랩 액추에이터.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 동력 발생부(100)는 주입되는 전기를 회전력으로 전환하는 모터(110);
    상기 모터(110)의 회전축과 연결되는 웜(120);을 포함하는, 액티브 에어플랩 액추에이터.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 동력 전달부(200)는 상기 웜(120)에서 회전력을 전달받는 웜기어(210);
    상기 셔터(2)의 구동축과 연결되는 플랩기어(220);
    상기 웜기어(210)에서 입력되는 회전력을 상기 플랩기어(220)로 전달하는 전달기어(230);를 포함하는, 액티브 에어플랩 액추에이터.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 전달기어(230)는 상기 웜기어(210)와 연결되는 제1 전달기어(231);
    상기 플랩기어(220)와 연결되는 제2 전달기어(232);를 포함하는, 액티브 에어플랩 액추에이터.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제1 전달기어(231)는 결합이 해제되는 방향 직경이 결합이 이루어지는 방향 직경보다 긴 것;을 특징으로 하는, 액티브 에어플랩 액추에이터.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제1 전달기어(231)는 가장자리가 경사지게 형성되는 것;을 특징으로 하는, 액티브 에어플랩 액추에이터.
  7. 제 3항에 있어서,
    상기 결합 해제부(300)는 상기 전달기어(230)를 당기거나 밀어 탈거시키는 탈거수단(310);을 포함하는, 액티브 에어플랩 액추에이터.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 탈거수단(310)은 상기 전달기어(230)를 당기는 전자석(311);을 포함하는, 액티브 에어플랩 액추에이터.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 탈거수단(310)은 상기 전달기어(230)를 당기거나 미는 푸쉬모듈(312);을 포함하는, 액티브 에어플랩 액추에이터.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 결합 해제부(300)는 탈거된 상기 전달기어(230)를 탈거 이전의 위치로 복귀시키는 복귀수단(320);을 포함하는, 액티브 에어플랩 액추에이터.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 복귀수단(320)은 판 스프링;을 포함하는, 액티브 에어플랩 액추에이터.
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