WO2024151007A1 - 모터 구동장치 및 이를 이용한 내부 중공형 스위블 액추에이터 - Google Patents

모터 구동장치 및 이를 이용한 내부 중공형 스위블 액추에이터 Download PDF

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김병수
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Amotech Co Ltd
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Definitions

  • the present invention relates to an internal hollow swivel actuator.
  • it is a motor drive device that can support a large load by stably driving a sun gear by driving a worm gear disposed in the center of the rotating shaft by two motors installed at both ends of the rotating shaft. and an internal hollow swivel actuator using the same.
  • An electric actuator serves to rotate or linearly move a driven object with high-torque torque obtained by converting the rotational force generated from a rotational power source into torque.
  • a swivel actuator has been used to rotate a driven body (i.e., car seat) left and right together with a rotary table as an actuator for rotating a vehicle car seat to the left and right.
  • Patent Document 1 Korean Patent Publication No. 10-2022-0056821
  • Patent Document 1 the drive motor is placed at the bottom of the housing, the reducer is placed at the middle, and the rotary table is placed at the top, so the housing structure is complex and there is a problem in that an overall slim structure cannot be realized.
  • the cycloid type reducer has the advantages of a high reduction ratio and low backlash compared to its size, but due to its complex structure, mass productivity is poor and miniaturization and slim structure cannot be realized. there is a problem.
  • a single drive motor disposed on one side of the reducer is used to provide rotational force to the reducer gear stage through a worm gear formed integrally with the output shaft, so when the drive motor is assembled to the reducer gear module, the outer shape of the actuator is enlarged on one side.
  • the output shaft of the drive motor may be tilted to one side, causing a problem of not being able to support the force.
  • the present invention was proposed to solve the problems of the prior art described above, and its purpose is to stably drive the sun gear by driving the worm gear disposed in the center of the rotating shaft by two motors installed at both ends of the rotating shaft, thereby achieving large
  • the aim is to provide a motor drive device capable of supporting a load and an internal hollow swivel actuator using the same.
  • Another object of the present invention is to provide a motor drive device that can realize a slim structure by arranging the motor drive device and the reduction gear unit on the same plane inside a cylindrical housing, and an internal hollow swivel actuator using the same.
  • Another object of the present invention is to provide an internal hollow swivel actuator that provides a structure that can prevent damage even when a large external force is applied by stably receiving and supporting the motor housing of the motor drive device in the actuator housing. There is.
  • Another object of the present invention is to arrange a motor drive device on one side of the bottom of the actuator housing and install a plurality of pinion gears on the other side of the bottom of the actuator housing in an eccentric state at intervals on the same circumference with the sun gear as the center.
  • the purpose is to provide an internal hollow swivel actuator that can increase design freedom by eccentrically placing it.
  • Another object of the present invention is to suppress the left and right displacement in the bearing housing by using set screws at both ends of the common rotation axis of the motor drive device, thereby eliminating the tolerance that occurs when coupling between gears and zeroing backlash.
  • the purpose is to provide an internal hollow swivel actuator.
  • Another object of the present invention is to provide a motor drive circuit that drives a plurality of drive motors using one motor drive circuit (i.e., a motor controller) and a hollow swivel actuator using the same.
  • a motor drive circuit i.e., a motor controller
  • a hollow swivel actuator using the same.
  • a motor driving device for an internal hollow swivel actuator includes a rotating shaft integrally formed with a worm gear in the central portion through which the rotational output of the motor is generated; and first and second driving motors formed at both ends of the rotating shaft, wherein the first and second driving motors include first and second motor housings respectively accommodating both ends of the rotating shaft; First and second rotors with magnets attached to outer circumferences of both ends of the rotating shaft; and first and second stators disposed outside the first and second rotors with an air gap and generating a rotating magnetic field to rotate the rotational axes of the first and second rotors.
  • the motor driving device may further include first and second bearings installed inside the first and second motor housings to rotatably support the rotation shaft.
  • the motor drive device is assembled by screwing to both ends of the first and second motor housings, respectively, and has first and second motors whose front ends press and support the ends of the rotation shaft to suppress the flow of the rotation shaft. It may further include a set screw.
  • the first and second motor housings are assembled so that both ends partially span the first and second grooves formed on the circular wall of the actuator housing, and the first and second set screws can be manipulated from the outside using a driver. You can.
  • first and second motor housings include first and second motor housing bodies that form internal spaces in which the first and second rotors and the first and second stators are accommodated, respectively; and first and second motor housing covers coupled to the inlets of the first and second motor housing bodies.
  • the first and second motor housings have first and second brackets that protrude on the inside and outside, respectively, and are used to fix the first and second motor housings to the actuator housing. More may be included.
  • the first bracket protruding on the outside of the first and second motor housings is assembled and fixed to span the third and fourth grooves formed on the circular wall of the actuator housing, and is installed on the inside of the first and second motor housings.
  • the protruding second bracket may be fixed to the first and second protruding fixing parts protruding from the bottom surface of the actuator housing.
  • the bottom surfaces of the first and second motor housings are on the same plane as the back surface of the actuator housing. It may further include first and second through holes through which the first and second motor housings are assembled.
  • the rotation axis is divided into three or two central parts where the first and second rotors and the worm gear are formed, and can be assembled using a D-cut structure.
  • the first and second stators each include a stator core including a plurality of teeth in a "T" shape and a back yoke interconnected with the plurality of teeth to form a magnetic circuit; a bobbin integrally formed to surround an outer peripheral surface of each of the plurality of teeth on which the coil is to be wound; and a coil wound around the outer peripheral surface of the bobbin, wherein the plurality of teeth and back yokes may have an asymmetric structure.
  • An internal hollow swivel actuator includes an actuator housing with a central hollow cylindrical portion protruding upward; It is disposed on one side of the bottom surface of the actuator housing, and first and second drive motors are formed at both ends of a common rotation shaft, respectively, and a worm gear that generates rotational output of the first and second drive motors is formed integrally at the center of the rotation shaft.
  • the swivel actuator according to the present invention includes a first bearing disposed between the lower end of the hollow cylindrical portion and the sun gear to rotatably support the sun gear; a second bearing for rotatably supporting the rotary table on an outer periphery of an upper end of the hollow cylindrical portion; And it may further include a bearing support that is press-coupled to the outer periphery of the hollow cylindrical part and disposed between the first bearing and the second bearing.
  • the first bearing may be made of a needle roller bearing
  • the second bearing may be made of a ball bearing
  • first and second drive motors of the motor drive device and a plurality of pinion gears may be disposed on the same plane on the bottom surface of the actuator housing.
  • the swivel actuator according to the present invention is mounted on a printed circuit board (PCB) installed inside the actuator housing and includes a motor drive circuit for applying a motor drive signal to the first and second drive motors according to the user's operation of the car seat control button. It further includes, and the rotation table can be used to rotate the car seat.
  • PCB printed circuit board
  • a large load can be supported by stably driving the sun gear by driving a worm gear disposed in the center of the rotating shaft by two motors installed at both ends of the rotating shaft.
  • a slim structure can be realized by arranging the motor drive device and the reduction gear unit on the same plane inside the cylindrical housing.
  • a motor drive device is placed on one side of the bottom of the actuator housing, and a plurality of pinion gears are eccentrically arranged at intervals on the same circumference with the sun gear as the center on the other side of the bottom of the actuator housing. Design freedom can be increased by doing so.
  • the length of one motor is divided into two halves and two bearings are placed at both ends of the rotating shaft to have a structure that can uniformly distribute force and stably accommodate force.
  • a worm gear is placed at the center of the rotation shaft rotated by the first and second drive motors to drive the sun gear, resulting in a more stable structure against vibration and noise.
  • the first and second drive motors are formed inside first and second motor housings fixed to one side of the actuator housing, and both ends of the rotating shaft are connected to a pair of bearings disposed inside the first and second motor housings. It is rotatably supported and can provide stability when driving the worm gear.
  • the present invention provides a motor driving circuit that drives a plurality of driving motors using one motor driving circuit (i.e., motor controller).
  • FIG 1 and 2 are a perspective view and a plan view, respectively, of an internal hollow swivel actuator according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIGS. 3A to 3D are cross-sectional views taken along lines A-A, B-B, C-C, and D-D of FIG. 2, respectively.
  • Figures 4 and 5 are a perspective view of the internal hollow swivel actuator according to a preferred embodiment of the present invention with the rotary table separated, and a plan view of Figure 4 with the rotary table removed, respectively.
  • Figures 6 and 7 are an exploded perspective view and a completely exploded perspective view of each module of the internal hollow swivel actuator according to a preferred embodiment of the present invention, respectively.
  • FIGS. 8A to 8F are a plan view of a motor drive device according to a preferred embodiment of the present invention, a cross-sectional view along the line E-E of FIG. 8A, a cross-sectional view along the line F-F of FIG. 8A, an exploded perspective view, and an exploded perspective view of the rotating shaft and the magnet.
  • the internal hollow swivel actuator according to the present invention is used together with a rotation table to rotate the driven body, that is, the car seat for a vehicle, left and right. If a swivel actuator is installed on the lower plate fixed to the floor of the vehicle and the car seat is installed and fixed on the rotary table, the car seat can also be rotated according to the rotation of the rotary table.
  • the internal hollow swivel actuator according to the present invention consists of a single actuator housing, a motor drive device, a sun gear, and a plurality of pinion gears arranged inside the actuator housing, and a rotary table with a ring gear integrally formed on the top. It is possible to achieve miniaturization and slimming while solving the problems of the prior art.
  • the internal hollow swivel actuator according to the present invention is made in the shape of a disk, and is hollow on the inside, with a through hole for cable extraction formed in the center, and a driven body and a driven body at the top of the rotating body (rotating table).
  • a plurality of coupling holes, for example, 3 to 6, are formed to connect, and the lower end of the fixing bolt passes through the coupling hole and can be fixed by being screwed to a stud nut fixed to the inner surface of the rotary table.
  • the internal hollow swivel actuator 200 includes an actuator housing 10 with a central hollow cylindrical portion 11 protruding upward; It is disposed on one side of the bottom surface 10f of the actuator housing 10, and first and second drive motors 101 and 102 are formed at both ends of the common rotation axis 34, respectively, and a drive motor (
  • a worm wheel 71 is rotatably supported on the outer periphery of the hollow cylindrical part 11, and is geared to the worm gear 35 on the lower side to achieve primary deceleration, and the rotational output of the worm wheel 71 is disposed on the upper side.
  • a hollow cylindrical portion 11 with a through hole 11a formed in the center protrudes from the actuator housing 10 and a circular wall 10a protrudes on the outer periphery.
  • a section is cut so that parts of the first and second motor housings (90a, 90b) span when the first and second drive motors (101, 102) of the motor drive device (100) are installed.
  • the first and second grooves (10b, 10c) are arranged at intervals, and the first and second motor housings (90a, 90b) are attached to adjacent portions of the first and second grooves (10b, 10c) with fixing bolts (96). ) are disposed with third and fourth grooves 10d and 10e for fastening to the circular wall 10a of the actuator housing 10 using .
  • step portions are formed at both ends of the first and second motor housings 90a and 90b toward the rear end, and the first and second grooves 10b and 10c are formed inside the circular wall 10a.
  • a step portion corresponding to the step portion of the second motor housing (90a, 90b) is formed to increase the contact area between the first and second motor housings (90a, 90b) and the actuator housing (10). The first and second motor housings 90a and 90b are stably supported.
  • first and second through holes 12a and 12b are formed on the bottom surface 10f of the actuator housing 10.
  • the first and second motor housings (90a, 90b) are assembled so that the bottom surfaces of the first and second motor housings (90a, 90b) are flush with the rear surface of the actuator housing (10) to maximize the swivel actuator ( 200) can be designed to reduce the thickness.
  • First and second brackets (94a, 94b) protrude from one side of the first and second motor housings (90a, 90b), respectively, and the first and second brackets (94a, 94b) have third and fourth brackets.
  • One fixing bolt (96) can be fastened to be fixed to the grooves (10d, 10e).
  • third and fourth brackets 95a and 95b protrude from the other sides of the first and second motor housings 90a and 90b, respectively, and third and fourth brackets 95a and 95b are respectively protruded from the bottom surface 10f of the actuator housing 10.
  • First and second protruding fixing parts 15a and 15b for fixing the motor corresponding to the fourth brackets 95a and 95b protrude.
  • the third and fourth brackets 95a and 95b are provided with through holes so that at least two fixing bolts 96 can be fastened to the first and second protruding fixing parts 15a and 15b.
  • a plurality of pinion gears 81a-81d are arranged at intervals on the same circumference around the sun gear 70 to rotate.
  • Support shafts 82a-82d are installed, and the plurality of support shafts 82a-82d are fixed to a plurality of protrusions 13a-13d protruding from the bottom surface 10f of the actuator housing 10. there is.
  • the plurality of support shafts (82a-82d) are assembled from the bottom surface (10f) of the actuator housing 10 through the through holes of the plurality of protrusions (13a-13d), and the support shafts (82a-82d) are A stopper insertion groove (84) is formed at the top, and a plurality of stopper insertion grooves (84) are formed to prevent the pinion gear (81a-81d) from being separated after the pinion gear (81a-81d) is assembled.
  • the stopper rings (83a-83d) may be combined.
  • a pair of bearings 65 are provided to rotatably support the common rotation axis 34 of the first and second drive motors 101 and 102. ,66) is built-in.
  • the worm gear 35 is used to increase the brake torque when the motor drive device 100 generates rotational output, and the external pressure is large, so the first and second bearings support the pair of bearings 65 and 66. It is desirable to prevent bending or damage of the second motor housings 90a and 90b.
  • the actuator housing 10 is designed to firmly support the first and second motor housings 90a and 90b while distributing external pressure.
  • the first and second drive motors (101, 102) of the motor drive device (100) are the first and second motors, respectively. Both ends of the housings 90a and 90b are assembled so that a portion of them spans the first and second grooves 10b and 10c, and the third and fourth grooves 10d and 10e are respectively provided with first and second brackets 94a, 94b) is fixed using fixing bolts 96, and the third and fourth brackets 95a, 95b are fixed to the first and second protruding fixing parts 15a, 15b using at least two fixing bolts 96. So it is fixed.
  • the motor drive device 100 generates rotational power at a relatively high speed, and the sun gear 70 and a plurality of pinion gears 81a-81d rotate at the high speed.
  • the rotation speed is reduced and transmitted to the rotary table 20, torque is converted to generate reduced rotation power with increased torque.
  • the motor drive device 100 has first and second drive motors 101 and 102 formed at both ends of a common rotation shaft 34, respectively, and located at the center of the rotation shaft 34.
  • a worm gear 35 that generates the rotational output of the first and second drive motors 101 and 102 is formed integrally.
  • the worm gear 35 is formed at the center of the rotation shaft 34, which is driven to rotate by the first and second drive motors 101 and 102 of a symmetrical structure, and is gear-coupled with the whim wheel 71 of the sun gear 70. .
  • a single drive motor placed on one side of the reducer is used to provide rotational force to the reducer gear stage through a worm gear formed integrally with the output shaft, so when the drive motor is assembled to the reducer gear module, the outer shape of the actuator is enlarged on one side.
  • the output shaft of the drive motor may be tilted to one side, causing a problem of not being able to support the force.
  • the sun gear 70 is stably driven by driving the worm gear 35 disposed in the center of the rotation shaft 34 by the first and second drive motors 101 and 102 installed at both ends of the rotation shaft 34. It can support a large load.
  • the first and second drive motors 101 and 102 are formed inside the first and second motor housings 90a and 90b fixed to one side of the actuator housing 10, and both ends of the rotation shaft 34 are It is rotatably supported by a pair of bearings 65 and 66 disposed inside the first and second motor housings 90a and 90b, thereby providing stability when driving the worm gear 35.
  • the length of one motor is divided into two sides and two bearings 65 and 66 are placed at both ends of the rotating shaft 34 to ensure uniform distribution of force and stable accommodation of force. It has a structure.
  • the sun gear 70 is driven by placing a worm gear 35 in the center of the rotation shaft 34 rotated by the first and second drive motors 101 and 102, thereby making it more stable against vibration and noise. It has a structure.
  • the overall shape of the actuator housing may be cylindrical.
  • both ends of the first and second motor housings 90a and 90b serve as bearing housings, and set screws 73a and 73b are added therein, respectively, to form a rotating shaft ( 34) can restrict the left and right flow.
  • the set screws (73a, 73b) have male threads formed on the outer periphery of the body, and a groove in the shape of "-" or “+” that can accommodate the tip of the driver is formed at the rear end, and the tip is curved or flat. It can be done in the form
  • the rear ends of the first and second motor housings 90a and 90b have a gradually narrowing shape to serve as bearing housings, and female threads are formed in through-holes penetrating inward from both ends.
  • the set screws (73a, 73b) are screwed to the rear ends of the first and second motor housings (90a, 90b) in which female threads are formed, so that the leading ends of the two set screws (73a, 73b) are connected to the rotating shaft (34). It can be joined by pushing and compressing both ends.
  • the set screws (73a, 73b) are preferably installed in both bearing housings of the two bearings (65, 66) that rotatably support both ends of the rotating shaft (34), and one bearing is installed to support one end of the rotating shaft. It is also possible to suppress left and right flow by installing it only on the housing and pushing the rotating shaft 34 in one direction.
  • the motor drive device 100 has first and second drive motors 101 and 102 formed at both ends of a common rotation shaft 34, respectively, and includes first and second motor housings. (90a, 90b) are placed inside.
  • the first and second motor housings 90a and 90b are assembled so that both ends partially overlap the first and second grooves 10b and 10c of the actuator housing 10, and both ends are exposed to the outside.
  • the set screws 73a and 73b can be operated from the outside using a driver, thereby limiting the left and right movement of the rotation shaft 34.
  • the first and second motor housings (90a, 90b) are first and second motor housings (90a, 90b) forming an internal space in which the first and second rotors (30a, 30b) and the first and second stators (40a, 40b) are accommodated, respectively.
  • 2 Includes motor housing bodies (91a, 91b) and first and second motor housing covers (92a, 92b) coupled to the inlets of the first and second motor housing bodies (91a, 91b), and a plurality of fixing bolts. It is fixed by tightening (93).
  • the first and second drive motors 101 and 102 each have first and second rotors 30a and 30b formed at both ends of the rotating shaft 34, and air is formed outside the first and second rotors 30a and 30b.
  • First and second stators 40a and 40b are disposed with a gap and generate a rotating magnetic field to rotate the first and second rotors 30a and 30b.
  • the first and second rotors 30a and 30b each consist of magnets 31a and 31b attached to outer peripheral portions of both ends of the rotation shaft 34.
  • the magnets 31a and 31b may be composed of a plurality of divided N-pole and S-pole magnet pieces, or a ring-shaped magnet with a multi-pole N-pole and S-pole magnetization may be used.
  • a plurality of protrusions 32a and 32b are formed along the outer periphery at both ends of the rotation shaft 34, respectively.
  • a plurality of grooves (33a, 33b) to which a plurality of magnets (31a, 31b) can be attached are formed between the plurality of protrusions (32a, 32b), and a plurality of grooves (33a, 33b) are formed between the plurality of grooves (33a, 33b). (31a, 31b) are arranged.
  • the common rotation shaft 34 of the first and second rotors 30a and 30b has a worm gear 35 machined in the center and a plurality of magnets 31a and 31b. It can be fixed by fixing it at both ends and magnetizing two magnets at the same time.
  • the common rotation axis 34 is manufactured by dividing the central part where the first and second rotors 30a, 30b and the worm gear 35 are formed into three or two pieces, and then using a D-cut structure or another connection method. Can be assembled.
  • the first and second stators 40a and 40b each have a plurality of teeth 41 in a “T” shape and a back yoke 42 that is interconnected with the plurality of teeth 41 to form a magnetic circuit.
  • a stator core (45) A bobbin 44 made of an insulating material that is integrally formed to surround an outer peripheral surface on which the coil 43 of each of the plurality of teeth is to be wound; and a coil 43 wound around the outer peripheral surface of the bobbin 44.
  • the bobbin 44 may be integrally formed as a stator support body.
  • the bobbin 44 may be composed of an upper and lower insulator assembled to surround the back yoke 42 from the upper and lower sides along with a plurality of teeth 41.
  • the first and second stators 40a and 40b have a symmetrical stator core in which a plurality of teeth 41 protrude from the annular back yoke 42 toward the center, as shown in FIG. 8D. (45), and as shown in FIG. 8C, a stator core 45 with an asymmetric structure in which a plurality of teeth 41 protrude toward the center from the back yoke 42 with an asymmetric structure at different lengths.
  • the first and second stators 40a and 40b having the asymmetric stator core 45 can be used to provide a motor structure to maximize the space inside the actuator housing 10. That is, as shown in FIG. 8A, the space outside the rotation shaft 34 (i.e., the lower side in FIG. 8A) is used to extend the length of the plurality of teeth 41 of the stator and increase the winding amount of the coil 43. It can be applied when
  • the motor driving device 100 includes one motor driving circuit (i.e., a motor controller) provided with a Hall sensor assembly in the middle portion of the first and second driving motors 101 and 102. ) may be placed on a printed circuit board (PCB) 50 mounted thereon.
  • a motor driving circuit i.e., a motor controller
  • PCB printed circuit board
  • the swivel actuator 200 has the first and second drive motors 101 and 102 constituting the motor drive device 100, for example, as shown in FIG. 8D, 8 poles - 6 slots. It can be composed of a BLDC motor with a (slot) structure.
  • the first and second driving motors 101 and 102 operate in three phases U, V, and W when the coils 43 of the first and second stators 40a and 40b are wound on the plurality of teeth 41.
  • the coil 43 is wound in this structure, and the other end of the U, V, W three-phase coil 43 may be connected in a Y-connection or star-connection method.
  • the first and second driving motors 101 and 102 receive rotor position signals from two or three Hall sensors mounted on the Hall sensor assembly in the motor driving circuit, and then use an inverter to perform 6- It can be driven by a step-type radio wave drive method.
  • the first and second driving motors 101 and 102 can be driven using one motor driving circuit (i.e., a motor controller).
  • the U, V, and W coils 43 are equally wound on the first and second stators 40a and 40b of the first and second driving motors 101 and 102, respectively, and are connected to a printed circuit board (PCB) 50. ) of the conductive pattern formed in ) can be solved by connecting the U and W lines in reverse.
  • PCB printed circuit board
  • the U line and W line must be changed for one of the first and second stators 40a and 40b to create two
  • the drive motors may be driven in the same direction.
  • the positions of the first and second rotors 30a and 30b, the positions of the stator core, etc. must be located on the same line. That is, one Hall sensor IC (i.e., Hall sensor assembly) is used to detect the rotational positions of the first and second rotors 30a, 30b to detect the position of the rotor, the position of the stator core, and the U, V, and W lines. It must be arranged according to the direction of rotation.
  • Hall sensor assembly i.e., Hall sensor assembly
  • a method of driving multiple drive motors using one motor drive circuit i.e., motor controller
  • motor drive circuit i.e., motor controller
  • the windings are wound identically and the U-phase and V-phase are connected using the conductive pattern formed on the printed circuit board (PCB) 50.
  • the W phase can be connected to drive the rotation axis in the same direction.
  • the internal hollow swivel actuator 200 generates high-speed rotational output through the worm gear 35 of the motor drive device 100, and operates a sun gear 70 and a plurality of pinion gears. ) (81a-81d), a large torque conversion is achieved by two-stage deceleration that rotates the ring gear 24 of the rotary table 20, so that a stable high torque output can be obtained.
  • the sun gear 70 is rotatably supported on the outer periphery of the hollow cylindrical portion 11, and a worm wheel 71 is disposed on the lower side, which is geared to the worm gear 35 to achieve primary deceleration.
  • a spur gear 72 that transmits the rotational output of the worm wheel 71 to a plurality of pinion gears 81a-81d is formed integrally on the upper side.
  • a step portion 72a is formed on the inner periphery of the spur gear 72, and a damper ring 63 and a bearing support 64 are provided at the step portion 72a, as will be described later. It can be supported.
  • a cylindrical needle roller bearing 61 is provided to rotatably support the sun gear 70. is inserted, and a table support bearing 62 is inserted between the upper part of the hollow cylindrical part 11 and the central part of the rotary table 20.
  • a bearing support 64 is inserted between the needle roller bearing 61 and the table support bearing 62 to prevent the table support bearing 62 from descending.
  • the hollow cylindrical portion 11 It is press-fitted to the outer circumference of the.
  • the lower side of the bearing support 64 absorbs shock that may be applied to the needle roller bearing 61 when the bearing support 64 is press-fitted to the outer circumference of the hollow cylindrical portion 11. A damper ring 63 is inserted to do so.
  • the needle roller bearing 61 is a type of roller bearing that can withstand a large radial load compared to a regular ball bearing, and includes an outer ring fixed to the movable part and an inner ring installed to the fixed part.
  • the outer ring is configured by inserting a retainer and a plurality of needle-shaped rollers.
  • the inner ring of the needle roller bearing (61) is press-fitted to the outer circumference of the hollow cylindrical portion (11), and the outer ring is fixed to the inner circumference of the sun gear (70).
  • the table support bearing 62 may be composed of a ball bearing in which a plurality of balls are inserted between the inner ring and the outer ring, the inner ring is fixed to the outer circumference of the hollow cylindrical portion 11, and the outer ring is attached to the rotary table ( It is fixed to the bearing housing 26 protruding downward in the central part of 20).
  • the hollow type swivel actuator 200 has a stopper insertion groove (11b) formed at the upper end of the hollow cylindrical portion 11, and the stopper insertion groove (11b) prevents the rotary table 20 from being separated.
  • a stopper ring (68) made of a snap ring is coupled to do so.
  • the rotary table 20 includes a circular upper plate 21 and a side portion 23 extending downward from the outer periphery of the upper plate 21.
  • the upper plate 21 may be formed with a plurality of coupling holes penetrating therethrough for coupling with the driven main body (eg, electric seat) installed on the rotary table 20.
  • the rotary table 20 has a central portion rotatably supported on the outer periphery of the hollow cylindrical portion 11 by a table support bearing 62, and the plurality of ring gears 24 integrally formed on the inside of the side portion.
  • the pinion gears (81a-81d) are gear-engaged to achieve secondary deceleration and rotation at low speed.
  • a motor installed inside the actuator housing 10 transmits a motor drive signal according to the user's operation of the car seat control button to the first and second drive motors 101 and 102 constituting the motor drive device 100.
  • a central through hole 25 through which a cable for transmission passes is formed on the printed circuit board (PCB) 50 of the driving circuit.
  • a printed circuit board (PCB) 50 of a motor driving circuit is installed inside the actuator housing 10.
  • the motor driving circuit is installed outside the actuator housing 10
  • a hall sensor assembly is mounted on a printed circuit board (PCB) 50 installed inside the housing, so that the stators of the driving motors 101 and 102 are detected from the externally installed motor driving circuit.
  • PCB printed circuit board
  • the cable is introduced downward through the central through hole 25 provided in the center of the upper plate 21 and the hollow cylindrical portion 11 of the actuator housing 10, and then is connected to the bottom of the actuator housing 10. It can be connected to a printed circuit board (PCB) 50 through the formed through hole.
  • PCB printed circuit board
  • the plurality of pinion gears (81a-81d) are each on the other side of the bottom surface (10f) of the actuator housing (10), that is, the sun gear (70) except for one side where the motor drive device (100) is disposed. They are arranged eccentrically at intervals on the same circumference centered on .
  • design freedom can be increased by arranging the plurality of pinion gears 81a-81d eccentrically and positioning the motor drive device 100 on one side.
  • a plurality of pinion gears 81a-81d constituting the motor drive device 100 and the reduction gear unit can be arranged on the same plane inside the cylindrical actuator housing 10, thereby enabling swivel.
  • the actuator 200 can have an overall slim structure.
  • the plurality of pinion gears 81a-81d are arranged at intervals on the same circumference with the sun gear 70 as the center on the other side of the bottom surface 10f of the actuator housing 10. It is rotatably installed on support shafts 82a-82d.
  • the lower ends of the plurality of support shafts 82a-82d are fixed to the plurality of protrusions 13a-13d protruding from the bottom surface 10f of the actuator housing 10.
  • the plurality of pinion gears (81a-81d) are each coupled to the spur gear (72) formed on the upper part of the sun gear (70) to rotate, and the ring gear of the rotary table (20) It is geared to (24) and transmits rotational force, thereby causing secondary deceleration to rotate the rotary table 20 at low speed.
  • the internal hollow swivel actuator 200 of the present invention first operates the motor drive device 100 installed on one side of the bottom surface 10f of the actuator housing 10, thereby driving the first and second BLDC drive motors 101 and 102. ) is driven to generate rotational output from the worm gear 35 disposed in the center of the rotation shaft 34.
  • the worm gear 35 achieves primary deceleration by rotating the worm wheel 71 of the sun gear 70, which is rotatably supported on the outer periphery of the hollow cylindrical portion 11.
  • the spur gear 72 which is formed integrally with the worm wheel 71 on the upper part of the sun gear and rotates, is arranged at intervals on the same circumference around the sun gear 70. Rotation is achieved by transmitting a reduced rotational force by being coupled to a plurality of pinion gears (81a-81d) that rotate.
  • the spur gear 72 has a large diameter and the pinion gears 81a-81d have a small diameter, so in reality, speed increase occurs instead of deceleration.
  • a plurality of pinion gears (81a-81d) that rotate are gear-coupled to the ring gear (24) of the rotary table (20) integrally formed on the inside of the side part, and secondary deceleration occurs while transmitting the reduced rotational force. .
  • the central portion of the rotary table 20 is rotatably supported by the table support bearing 62 on the outer periphery of the hollow cylindrical portion 11, and a large torque conversion is achieved by torque conversion according to two-stage deceleration. Accordingly, low-speed rotation can be achieved by stable high torque output.
  • the reduction ratio of a reduction device is calculated as (number of driven gear teeth/number of drive pinion gear teeth), and when multi-stage gear combination is performed, the total reduction ratio is calculated as the product of each reduction ratio.
  • the primary reduction ratio (R1) between the worm gear 35 of the first and second drive motors 101 and 102 and the worm wheel 71 of the sun gear 70 is set to 168:1.
  • the speed increase between the spur gear 72 and the pinion gears 81a-81d of the sun gear 70 and the secondary reduction ratio R2 between the plurality of pinion gears 81a-81d and the ring gear 24 are 1.4. If set to :1, the total reduction ratio can be obtained as 235:1.
  • the swivel actuator 200 of the present invention rotates at a rate of 235:1 in the case of a total reduction ratio of 235:1 through two-stage deceleration.
  • the rotation speed of the table 20 is lowered to a low speed of 2 rpm, and the rotation torque is increased by 235 times, resulting in a large increase in torque.
  • the swivel actuator 200 of the present invention When the swivel actuator 200 of the present invention is applied to a car seat, when holding a meeting inside a vehicle, it is possible to rotate the car seat to a desired angle and hold the meeting with the occupants facing each other.
  • the swivel actuator according to the present invention can be applied to rotate together with the rotary table to rotate a driven object such as a car seat installed on the rotary table to the left and right.

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Abstract

본 발명은 회전축의 양 단부에 설치된 2 구동모터에 의해 회전축의 중앙부에 배치된 웜기어를 구동하여 선기어를 안정적으로 구동시킴에 의해 큰 하중을 지탱할 수 있는 모터 구동장치 및 이를 이용한 내부 중공형 스위블(Swivel) 액추에이터에 관한 것이다. 상기 스위블 엑추에이터는 중앙에 중공형 원통부가 상부로 돌출된 액추에이터 하우징; 회전축의 중앙에 제1 및 제2 구동모터의 회전출력을 발생하는 웜기어가 일체로 형성된 모터 구동장치; 하측에 상기 웜기어에 기어결합되어 1차 감속이 이루어지는 웜휠이 배치되고 상측에 평기어가 형성된 선기어; 각각 상기 선기어의 평기어에 기어결합되어 자전하는 복수의 피니언 기어; 및 링기어에 상기 복수의 피니온 기어가 기어 결합되어 2차 감속이 이루어지는 회전 테이블;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

모터 구동장치 및 이를 이용한 내부 중공형 스위블 액추에이터
본 발명은 내부 중공형 스위블 액추에이터에 관한 것으로, 특히 회전축의 양 단부에 설치된 2 모터에 의해 회전축의 중앙부에 배치된 웜기어를 구동하여 선기어를 안정적으로 구동시킴에 의해 큰 하중을 지탱할 수 있는 모터 구동장치 및 이를 이용한 내부 중공형 스위블(Swivel) 액추에이터에 관한 것이다.
전동 액추에이터(Actuator)는 회전 동력원으로부터 발생된 회전력을 토크 변환하여 얻어진 고토크 회전력으로 피동체를 회전 또는 직선 운동시키는 역할을 한다.
한편, 최근에는 차량용 카시트를 좌우로 회전시키기 위한 액추에이터로서 회전 테이블과 함께 피동체 본체(즉, 카시트)를 좌우로 회전시키기 위한 용도로 스위블(Swivel) 액추에이터가 사용되고 있다.
종래의 액추에이터는 높이가 낮은 하우징 내부에 눕혀진 DC 모터를 사용하는 점을 점을 고려하여, 알모터 형태의 BLDC 모터를 하우징 바닥에 수직방향으로 설치하고 상부에 감속용 기어트레인을 설치함에 의해 콤팩트하고 슬림한 구조를 갖는 스위블 액추에이터가 한국 공개특허공보 제10-2022-0056821호(특허문헌 1)에 제안되어 있다.
그러나, 특허문헌 1은 구동모터를 하우징의 하단에 배치하고, 중간단에 감속기를 배치하며 최상부에 회전 테이블을 배치함에 따라 하우징 구조가 복잡하고 전체적으로 슬림형 구조를 실현할 수 없는 문제가 있다.
또한, 토크 변환을 위해 다양한 종류의 감속기들이 적용되는데, 이 중에서 사이클로이드 타입의 감속기는 크기 대비 고감속비와 적은 백래쉬의 유리한 장점을 가지고 있으나 복잡한 구조로 인하여 대량 생산성이 나쁘고 소형화, 슬림형 구조를 실현할 수 없는 문제가 있다.
더욱이, 종래에는 감속기의 편측으로 배치된 하나의 구동모터를 사용하여 출력축에 일체로 형성된 웜기어를 통하여 감속기 기어단에 회전력을 제공하므로, 구동모터를 감속기 기어모듈에 조립할 때 액추에이터 외형이 편측으로 커지게 되며, 힘을 받으면 구동모터의 출력축이 편측으로 쏠려 있어 힘을 지탱하지 못하는 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하고자 제안된 것으로, 그 목적은 회전축의 양 단부에 설치된 2 모터에 의해 회전축의 중앙부에 배치된 웜기어를 구동하여 선기어를 안정적으로 구동시킴에 의해 큰 하중을 지탱할 수 있는 모터 구동장치 및 이를 이용한 내부 중공형 스위블(Swivel) 액추에이터를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 모터 구동장치와 감속기어부를 원통형 하우징 내부에 동일 평면상으로 배치하여 슬림형 구조를 실현할 수 있는 모터 구동장치 및 이를 이용한 내부 중공형 스위블(Swivel) 액추에이터를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 모터 구동장치의 모터하우징을 안정적으로 액추에이터 하우징에 수용하여 지지함에 의해 큰 외력이 가해질지라도 파손을 방지할 수 있는 구조를 제공하는 내부 중공형 스위블(Swivel) 액추에이터를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 액추에이터 하우징의 바닥면 일측에 모터 구동장치를 배치하고 액추에이터 하우징의 바닥면 타측에 선기어를 중심으로 동일한 원주상에 간격을 두고 편심된 상태로 복수의 피니언 기어(Pinion gear)를 편심지게 배치시킴에 의해 설계 자유도를 높일 수 있는 내부 중공형 스위블(Swivel) 액추에이터를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 모터 구동장치의 공통 회전축의 양단부를 세트 스크류를 사용하여 베어링 하우징에서의 좌우변위를 억제함에 의해 기어간 결합시에 발생하는 공차를 없애고 백래쉬(Backlash)를 제로로 할 수 있는 내부 중공형 스위블(Swivel) 액추에이터를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 복수의 구동모터를 하나의 모터구동회로(즉, 모터 콘트롤러)를 사용하여 구동하는 모터구동회로와 이를 이용한 중공형 스위블(Swivel) 액추에이터를 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 특징에 따른 내부 중공형 스위블 액추에이터용 모터 구동장치는 중앙부에 모터의 회전출력이 발생되는 웜기어가 일체로 형성된 회전축; 및 상기 회전축의 양 단부에 형성된 제1 및 제2 구동모터;를 포함하며, 상기 제1 및 제2 구동모터는 각각 상기 회전축의 양 단부를 수용하는 제1 및 제2 모터하우징; 상기 회전축의 양 단부 외주부에 자석이 부착된 제1 및 제2 로터; 및 상기 제1 및 제2 로터의 외측에는 에어갭을 두고 배치되며 회전자기장을 발생하여 상기 제1 및 제2 로터의 회전축을 회전 구동시키기 위한 제1 및 제2 스테이터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 모터 구동장치는 상기 제1 및 제2 모터하우징 내부에 설치되어 상기 회전축을 회전 가능하게 지지하는 제1 및 제2 베어링을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 모터 구동장치는 각각 상기 제1 및 제2 모터하우징의 양단부에 나사결합되어 조립되며 선단부가 상기 회전축의 단부를 압박 지지하여 상기 회전축의 유동을 억제하기 위한 제1 및 제2 세트 스크류;를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 모터하우징은 양단부가 액추에이터 하우징의 원형 벽에 형성된 제1 및 제2 요홈에 일부가 걸쳐지도록 조립되고, 상기 제1 및 제2 세트 스크류는 외부로부터 드라이버를 사용하여 조작이 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 모터하우징은 각각 상기 제1 및 제2 로터와 제1 및 제2 스테이터가 수용되는 내부 공간을 형성하는 제1 및 제2 모터하우징 본체; 및 상기 제1 및 제2 모터하우징 본체의 입구에 결합되는 제1 및 제2 모터하우징 커버;를 포함할 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따른 모터 구동장치는 상기 제1 및 제2 모터하우징은 각각 내측 및 외측에 돌출되어 상기 제1 및 제2 모터하우징을 액추에이터 하우징에 고정시키는 데 사용되는 제1 및 제2 브라켓을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 모터하우징의 외측에 돌출된 제1브라켓은 상기 액추에이터 하우징의 원형 벽에 형성된 제3 및 제4 요홈에 걸쳐지도록 조립되고 고정되며, 상기 제1 및 제2 모터하우징의 내측에 돌출된 제2브라켓은 상기 액추에이터 하우징의 바닥면으로부터 돌출된 제1 및 제2 돌출고정부에 고정될 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따른 모터 구동장치는 상기 제1 및 제2 모터하우징이 상기 액추에이터 하우징의 바닥면에 조립될 때, 상기 제1 및 제2 모터하우징의 저면은 상기 액추에이터 하우징의 배면과 동일 평면을 이루도록 제1 및 제2 모터하우징이 조립되는 제1 및 제2 관통구멍을 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 회전축은 상기 제1 및 제2 로터와 상기 웜기어가 형성된 중앙부의 3개 또는 2개로 분할되어 있으며, D-컷 구조를 사용하여 조립될 수 있다.
상기 제1 및 제2 스테이터는 각각 "T" 형상으로 이루어지는 복수의 티스와 상기 복수의 티스와 상호 연결되어 자기회로를 형성하는 백요크를 구비하는 스테이터 코어; 상기 복수의 티스 각각의 코일이 권선될 외주면을 감싸도록 일체로 형성되는 보빈; 및 상기 보빈의 외주면에 권선되는 코일;을 포함하며, 상기 복수의 티스와 백요크는 비대칭 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 일 특징에 따른 내부 중공형 스위블 액추에이터는 중앙에 중공형 원통부가 상부로 돌출된 액추에이터 하우징; 상기 액추에이터 하우징의 바닥면 일측에 배치되며, 공통 회전축의 양단부에 각각 제1 및 제2 구동모터가 형성되고, 회전축의 중앙에 제1 및 제2 구동모터의 회전출력을 발생하는 웜기어가 일체로 형성된 모터 구동장치; 상기 중공형 원통부의 외주에 회전 가능하게 지지되며, 하측에 상기 웜기어에 기어결합되어 1차 감속이 이루어지는 웜휠이 배치되고 상측에 웜휠의 회전출력을 전달하는 평기어가 일체로 형성된 선기어; 각각 상기 액추에이터 하우징의 바닥면 타측에 상기 선기어를 중심으로 동일한 원주상에 간격을 두고 배치되며, 상기 선기어의 평기어에 기어결합되어 자전하는 복수의 피니언 기어; 및 중앙부가 상기 중공형 원통부의 외주에 회전 가능하게 지지되며, 측면부의 내측에 일체로 형성된 링기어에 상기 복수의 피니온 기어가 기어 결합되어 2차 감속이 이루어지는 회전 테이블;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 스위블 액추에이터는 상기 중공형 원통부의 하단과 선기어 사이에 배치되어 상기 선기어를 회전 가능하게 지지하는 제1베어링; 상기 회전 테이블을 상기 중공형 원통부의 상단부 외주에 회전 가능하게 지지하기 위한 제2베어링; 및 상기 중공형 원통부의 외주에 압착 결합되어 상기 제1베어링과 제2베어링 사이에 배치되는 베어링 지지대;를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 제1베어링은 니들 롤러 베어링으로 이루어지고, 상기 제2베어링은 볼 베어링으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 모터 구동장치의 제1 및 제2 구동모터와 복수의 피니언 기어는 상기 액추에이터 하우징의 바닥면에 동일 평면상으로 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 스위블 액추에이터는 상기 액추에이터 하우징 내부에 설치된 인쇄회로기판(PCB)에 실장되어 사용자의 카시트 제어버튼의 조작에 따라 모터구동신호를 상기 제1 및 제2 구동모터에 인가하기 위한 모터구동회로를 더 포함하며, 상기 회전 테이블은 카시트의 회전 구동에 이용될 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 회전축의 양 단부에 설치된 2 모터에 의해 회전축의 중앙부에 배치된 웜기어를 구동하여 선기어를 안정적으로 구동시킴에 의해 큰 하중을 지탱할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 모터 구동장치와 감속기어부를 원통형 하우징 내부에 동일 평면상으로 배치하여 슬림형 구조를 실현할 수 있다.
더욱이, 본 발명에서는 모터 구동장치의 모터하우징을 안정적으로 액추에이터 하우징에 수용하여 지지함에 의해 큰 외력이 가해질지라도 파손을 방지할 수 있다.
본 발명에서는 액추에이터 하우징의 바닥면 일측에 모터 구동장치를 배치하고 액추에이터 하우징의 바닥면 타측에 선기어를 중심으로 동일한 원주상에 간격을 두고 편심된 상태로 복수의 피니언 기어(Pinion gear)를 편심지게 배치시킴에 의해 설계 자유도를 높일 수 있다.
또한, 본 발명에서는 모터 구동장치의 공통 회전축의 양단부를 세트 스크류를 사용하여 베어링 하우징에서의 좌우변위를 억제함에 의해 기어간 결합시에 발생하는 공차를 없애고 백래쉬(Backlash)를 제로로 할 수 있다.
더욱이, 본 발명에서는 모터 1개의 길이를 분할하여 양쪽으로 분리하고 2개의 베어링을 회전축의 양단으로 배치하여 힘의 균일한 분배와 힘을 안정적으로 수용할 수 있는 구조를 가지고 있다.
또한, 본 발명에서는 제1 및 제2 구동모터에 의해 회전 구동되는 회전축의 중앙부에 웜기어를 배치하여 선기어를 구동시킴에 의해 진동 및 소음에 좀 더 안정적인 구조를 갖게 된다.
상기 제1 및 제2 구동모터는 액추에이터 하우징의 일측에 고정설치되는 제1 및 제2 모터하우징 내부에 형성되어 있고, 회전축의 양 단부는 제1 및 제2 모터하우징 내부에 배치된 한쌍의 베어링에 의해 회전 가능하게 지지되어 있어 웜기어를 구동할 때 안정성을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 복수의 구동모터를 하나의 모터구동회로(즉, 모터 콘트롤러)를 사용하여 구동하는 모터구동회로를 제공한다.
도 1 및 도 2는 각각 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 내부 중공형 스위블 액추에이터의 사시도 및 평면도이다.
도 3a 내지 도 3d는 각각 도 2의 A-A 선, B-B 선, C-C 선 및 D-D 선 단면도이다.
도 4 및 도 5는 각각 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 내부 중공형 스위블 액추에이터의 회전 테이블 분리 사시도 및 회전 테이블이 제거된 도 4의 평면도이다.
도 6 및 도 7은 각각 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 내부 중공형 스위블 액추에이터의 모듈별 분해사시도 및 완전 분해사시도이다.
도 8a 내지 도 8f는 각각 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모터 구동장치의 평면도, 도 8a의 E-E 선 단면도, 도 8a의 F-F 선 단면도, 분해 사시도 및 회전축과 마그넷의 분해 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다.
이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
본 발명에 따른 내부 중공형 스위블 액추에이터는 회전 테이블과 함께 피동체 본체, 즉 차량용 카시트를 좌우로 회전시키기 위한 용도로 이용된다. 차량의 바닥면에 고정된 하부 플레이트에 스위블(Swivel) 액추에이터를 설치하고 회전 테이블에 카시트를 설치를 고정시키면 회전 테이블의 회전에 따라 카시트도 회전될 수 있다.
이하의 설명에서 BLDC 방식의 구동모터를 동력원으로 이용하여 피동체로서 카시트를 구동시키는 내부 중공형 스위블 액추에이터를 설명한다.
본 발명에 따른 내부 중공형 스위블 액추에이터는 단일의 액추에이터 하우징, 모터 구동장치, 선기어, 복수의 피니온 기어가 액추에이터 하우징 내부에 배치되고, 상부에 링기어가 일체로 형성된 회전 테이블이 배치된 일체형으로 구성되어 있어 종래기술의 문제를 해결하면서 소형화 및 슬림화를 도모할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 내부 중공형 스위블 액추에이터는 원반 형상으로 이루어지며, 내측 중공형으로서 중앙부에는 케이블이 인출되는 케이블 인출용 관통구멍이 형성되어 있고, 회전체(회전 테이블)의 상부에는 피동체와 연결하도록 복수개, 예를 들어, 3~6개의 결합구멍이 형성되어 있고, 결합구멍에는 고정볼트의 하단부가 통과하면서 회전 테이블의 내면에 고정 설치된 스터드 너트에 나사결합되어 고정될 수 있다.
도 1 내지 도 7을 참고하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 내부 중공형 스위블 액추에이터(200)는 중앙에 중공형 원통부(11)가 상부로 돌출된 액추에이터 하우징(10); 상기 액추에이터 하우징(10)의 바닥면(10f) 일측에 배치되며, 공통 회전축(34)의 양단부에 각각 제1 및 제2 구동모터(101,102)가 형성되고, 회전축(34)의 중앙에 구동모터(101,102)의 회전출력을 발생하는 웜기어(35)가 일체로 형성된 모터 구동장치(100); 상기 중공형 원통부(11)의 외주에 회전 가능하게 지지되며, 하측에 상기 웜기어(35)에 기어결합되어 1차 감속이 이루어지는 웜휠(71)이 배치되고 상측에 웜휠(71)의 회전출력을 전달하는 평기어(72)가 일체로 형성된 선기어(Sun Gear)(70); 각각 상기 액추에이터 하우징(10)의 바닥면(10f) 타측에 상기 선기어(70)를 중심으로 동일한 원주상에 간격을 두고 배치되며, 상기 선기어(70)의 평기어(72)에 기어결합되어 자전하는 복수의 피니언 기어(Pinion gear)(81a-81d); 및 중앙부가 상기 중공형 원통부(11)의 외주에 회전 가능하게 지지되며, 측면부의 내측에 일체로 형성된 링기어(24)에 상기 복수의 피니온 기어(81a-81d)가 기어 결합되어 2차 감속이 이루어지는 회전 테이블(20);을 포함한다.
이하에 내부 중공형 스위블 액추에이터(200)를 상세하게 설명한다.
먼저, 상기 액추에이터 하우징(10)에는 중앙에 관통구멍(11a)이 형성된 중공형 원통부(11)가 돌출되어 있고 외주부에 원형 벽(10a)이 돌출되어 있다. 상기 원형 벽(10a)의 일측에는 모터 구동장치(100)의 제1 및 제2 구동모터(101,102)가 설치될 때 제1 및 제2 모터하우징(90a,90b)의 일부가 걸쳐지도록 절개된 제1 및 제2 요홈(10b,10c)가 간격을 두고 배치되어 있고, 제1 및 제2 요홈(10b,10c)의 인접한 부분에는 제1 및 제2 모터하우징(90a,90b)을 고정볼트(96)를 사용하여 액추에이터 하우징(10)의 원형 벽(10a)에 고정시키기 위한 제3 및 제4 요홈(10d,10e)이 배치되어 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 모터하우징(90a,90b)의 양단부에는 후단부로 갈수록 단차부가 형성되고, 제1 및 제2 요홈(10b,10c)이 형성된 원형 벽(10a)에도 내측으로 상기 제1 및 제2 모터하우징(90a,90b)의 단차부에 대응하는 단차부가 형성되어 있어, 상기 제1 및 제2 모터하우징(90a,90b)과 상기 액추에이터 하우징(10) 사이의 접촉면적을 증가시켜서 제1 및 제2 모터하우징(90a,90b)을 안정되게 지지하고 있다.
상기 액추에이터 하우징(10)에 제1 및 제2 모터하우징(90a,90b)이 설치될 때, 상기 액추에이터 하우징(10)의 바닥면(10f)에는 제1 및 제2 관통구멍(12a,12b)이 형성되며, 제1 및 제2 모터하우징(90a,90b)의 저면은 상기 액추에이터 하우징(10)의 배면과 동일 평면을 이루도록 제1 및 제2 모터하우징(90a,90b)이 조립되어 최대한 스위블 액추에이터(200)의 두께를 줄이도록 설계할 수 있다.
상기 제1 및 제2 모터하우징(90a,90b)의 일측에는 각각 제1 및 제2 브라켓(94a,94b)이 돌출되어 있으며, 제1 및 제2 브라켓(94a,94b)에는 제3 및 제4 요홈(10d,10e)에 고정되도록 하나의 고정볼트(96)를 체결할 수 있다.
또한, 제1 및 제2 모터하우징(90a,90b)의 타측에는 각각 제3 및 제4 브라켓(95a,95b)이 돌출되어 있으며, 상기 액추에이터 하우징(10)의 바닥면(10f)에는 제3 및 제4 브라켓(95a,95b)에 대응하는 모터고정용 제1 및 제2 돌출고정부(15a,15b)가 돌출되어 있다. 상기 제3 및 제4 브라켓(95a,95b)에는 적어도 2개의 고정볼트(96)를 제1 및 제2 돌출고정부(15a,15b)에 체결할 수 있도록 관통구멍이 형성되어 있다.
더욱이, 상기 액추에이터 하우징(10)의 바닥면(10f) 타측에는 상기 선기어(70)를 중심으로 동일한 원주상에 간격을 두고 배치된 복수의 피니언 기어(Pinion gear)(81a-81d)를 자전하도록 복수의 지지축(82a-82d)이 설치되어 있으며, 상기 복수의 지지축(82a-82d)은 상기 액추에이터 하우징(10)의 바닥면(10f)으로부터 돌출된 복수의 돌기부(13a-13d)에 고정되어 있다.
이 경우, 상기 복수의 지지축(82a-82d)은 액추에이터 하우징(10)의 바닥면(10f)으로부터 복수의 돌기부(13a-13d)의 관통구멍을 통하여 조립되며, 지지축(82a-82d)의 상단에는 스토퍼 삽입요홈(84)이 형성되어 피니언 기어(Pinion gear)(81a-81d)가 조립된 후 피니언 기어(Pinion gear)(81a-81d)의 이탈을 방지하도록 스토퍼 삽입요홈(84)에 복수의 스토퍼링(83a-83d)이 결합될 수 있다.
후술하는 바와 같이, 상기 제1 및 제2 모터하우징(90a,90b)의 양단 내부에는 제1 및 제2 구동모터(101,102)의 공통 회전축(34)을 회전 가능하게 지지하기 위한 한쌍의 베어링(65,66)이 내장되어 있다.
이 경우, 모터 구동장치(100)에서 회전출력을 발생할 때 브레이크 토크(Brake torque)를 증대시키기 위해 웜기어(35)를 사용하는 데 외압이 커서 한쌍의 베어링(65,66)을 지지하는 제1 및 제2 모터하우징(90a,90b)의 휨이나 파손을 방지하는 것이 바람직하다. 이를 위해 본 발명에서는 상기 액추에이터 하우징(10)에 제1 및 제2 모터하우징(90a,90b)을 견고하게 지지하면서 외압을 분산하도록 설계되어 있다.
본 발명에서는 큰 외압으로부터 제1 및 제2 모터하우징(90a,90b)의 휨이나 파손을 방지하도록 모터 구동장치(100)의 제1 및 제2 구동모터(101,102)는 각각 제1 및 제2 모터하우징(90a,90b)의 양단부가 제1 및 제2 요홈(10b,10c)에 일부가 걸쳐지도록 조립되고, 제3 및 제4 요홈(10d,10e)에는 각각 제1 및 제2 브라켓(94a,94b)이 고정볼트(96)를 사용하여 고정되며, 제1 및 제2 돌출고정부(15a,15b)에는 제3 및 제4 브라켓(95a,95b)이 적어도 2개의 고정볼트(96)를 사용하여 고정되고 있다.
상기 모터 구동장치(100)는 예를 들어, 상대적으로 고속의 회전 동력을 발생하며, 상기 선기어(Sun Gear)(70)와 복수의 피니언 기어(Pinion gear)(81a-81d)는 상기 고속의 회전 동력을 받아서 회전 속도를 감속시켜 회전 테이블(20)에 전달함에 토크 변환하여 토크가 증가된 감속된 회전 동력을 발생한다.
상기 모터 구동장치(100)는, 도 8a 내지 도 8f에 도시된 바와 같이, 공통 회전축(34)의 양단부에 각각 제1 및 제2 구동모터(101,102)가 형성되고, 회전축(34)의 중앙에 제1 및 제2 구동모터(101,102)의 회전출력을 발생하는 웜기어(35)가 일체로 형성되어 있다. 그 결과, 상기 웜기어(35)는 대칭 구조의 제1 및 제2 구동모터(101,102)에 의해 회전 구동되는 회전축(34)의 중앙에 형성되어 선기어(70)의 윔휠(71)과 기어결합되어 있다.
종래에는 감속기의 편측으로 배치된 하나의 구동모터를 사용하여 출력축에 일체로 형성된 웜기어를 통하여 감속기 기어단에 회전력을 제공하므로, 구동모터를 감속기 기어모듈에 조립할 때 액추에이터 외형이 편측으로 커지게 되며, 힘을 받으면 구동모터의 출력축이 편측으로 쏠려 있어 힘을 지탱하지 못하는 문제가 발생할 수 있다.
그러나, 본 발명에서는 회전축(34)의 양 단부에 설치된 제1 및 제2 구동모터(101,102)에 의해 회전축(34)의 중앙부에 배치된 웜기어(35)를 구동하여 선기어(70)를 안정적으로 구동시킴에 의해 큰 하중을 지탱할 수 있다.
상기 제1 및 제2 구동모터(101,102)는 액추에이터 하우징(10)의 일측에 고정설치되는 제1 및 제2 모터하우징(90a,90b) 내부에 형성되어 있고, 회전축(34)의 양 단부는 제1 및 제2 모터하우징(90a,90b) 내부에 배치된 한쌍의 베어링(65,66)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있어 웜기어(35)를 구동할 때 안정성을 제공할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 모터 1개의 길이를 분할하여 양쪽으로 분리하고 2개의 베어링(65,66)을 회전축(34)의 양단으로 배치하여 힘의 균일한 분배와 힘을 안정적으로 수용할 수 있는 구조를 가지고 있다.
또한, 본 발명에서는 제1 및 제2 구동모터(101,102)에 의해 회전 구동되는 회전축(34)의 중앙부에 웜기어(35)를 배치하여 선기어(70)를 구동시킴에 의해 진동 및 소음에 좀 더 안정적인 구조를 갖게 된다.
상기 제1 및 제2 구동모터(101,102)는 액추에이터 하우징(10)의 일측 내부에 배치됨에 따라 액추에이터 하우징의 형상이 전체적으로 원통형 형상을 이룰 수 있다.
더욱이, 본 발명에서는 도 8b에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 모터하우징(90a,90b)의 양단부는 베어링 하우징의 역할을 수행하면서 내부에 각각 세트 스크류(73a,73b)를 부가하여 회전축(34)의 좌우 유동을 제한할 수 있다.
상기 세트 스크류(73a,73b)는 몸통의 외주에 수나사산이 형성되고, 후단부에 드라이버의 선단부를 수용할 수 있는 "-" 또는 "+" 형태의 요홈이 형성되어 있으며, 선단부는 곡면 또는 평면 형태로 이루어질 수 있다.
상기 제1 및 제2 모터하우징(90a,90b)의 후단부는 베어링 하우징 역할을 하도록 점차적으로 좁아지는 형상을 가지고 있고, 양단부로부터 내부로 관통하는 관통홀에 암나사산이 형성되어 있다. 상기 세트 스크류(73a,73b)는 암나사산이 형성되어 있는 제1 및 제2 모터하우징(90a,90b)의 후단부에 나사결합하여 2개 세트 스크류(73a,73b)의 선단부가 회전축(34)의 양단부를 밀어서 압착시키는 형태로 결합될 수 있다.
상기 세트 스크류(73a,73b)는 회전축(34)의 양단부를 회전 가능하게 지지하는 2개 베어링(65,66)의 베어링 하우징에 모두 설치하는 것이 바람직하고, 회전축의 일측 단부를 지지하도록 일측의 베어링 하우징에만 설치하여 회전축(34)을 한쪽 방향으로 밀어서 좌우 유동을 억제시키는 것도 가능하다.
상기 모터 구동장치(100)는, 도 8a 내지 도 8f에 도시된 바와 같이, 공통 회전축(34)의 양단부에 각각 제1 및 제2 구동모터(101,102)가 형성되고, 제1 및 제2 모터하우징(90a,90b) 내부에 배치되어 있다.
상기 제1 및 제2 모터하우징(90a,90b)은 양단부가 액추에이터 하우징(10)의 제1 및 제2 요홈(10b,10c)에 일부가 걸쳐지도록 조립되면서 양단부는 외부로 노출되어 있다. 그 결과, 상기 세트 스크류(73a,73b)는 외부로부터 드라이버를 사용하여 조작할 수 있어 회전축(34)의 좌우 유동을 제한할 수 있다.
상기 제1 및 제2 모터하우징(90a,90b)은 각각 제1 및 제2 로터(30a,30b)와 제1 및 제2 스테이터(40a,40b)가 수용되는 내부 공간을 형성하는 제1 및 제2 모터하우징 본체(91a,91b)와 상기 제1 및 제2 모터하우징 본체(91a,91b)의 입구에 결합되는 제1 및 제2 모터하우징 커버(92a,92b)를 포함하며, 복수의 고정볼트(93)를 체결하여 고정된다.
상기 제1 및 제2 구동모터(101,102)는 각각 회전축(34)의 양단부에 제1 및 제2 로터(30a,30b)가 형성되고, 제1 및 제2 로터(30a,30b)의 외측에는 에어갭을 두고 배치되며 회전자기장을 발생하여 상기 제1 및 제2 로터(30a,30b)를 회전 구동시키기 위한 제1 및 제2 스테이터(40a,40b)가 배치되어 있다.
상기 제1 및 제2 로터(30a,30b)는 각각 회전축(34)의 양단 외주부에 부착된 자석(31a,31b)으로 이루어진다. 상기 자석(31a,31b)은 복수의 N극 및 S극의 분할 자석편으로 이루어지거나 또는 링형상의 자석에 N극 및 S극이 다극으로 분할 착자된 자석을 사용할 수 있다.
상기 제1 및 제2 로터(30a,30b)가 복수의 N극 및 S극의 분할 자석편으로 이루어지는 경우 각각 회전축(34)의 양단부에 외주부를 따라 복수의 돌기(32a,32b)가 돌출 형성되어 있고, 복수의 돌기(32a,32b) 사이에는 복수의 자석(31a,31b)을 부착시킬 수 있는 복수의 요홈(33a,33b)이 형성되어 있으며, 복수의 요홈(33a,33b)에 복수의 자석(31a,31b)이 배치되어 있다.
상기 제1 및 제2 로터(30a,30b)의 공통 회전축(34)은 도 8a 내지 도 8f에 도시된 바와 같이, 일체형으로 중앙에 웜기어(35)를 가공하고 복수의 자석(31a,31b)을 양단부에 고정 위치시켜 고정하고 2개의 자석을 동시에 착자할 수 있다.
또한, 상기 공통 회전축(34)은 제1 및 제2 로터(30a,30b)와 웜기어(35)가 형성된 중앙부의 3개 또는 2개로 분할 제작된 후, D-컷 구조를 사용하거나 다른 연결방식으로 조립될 수 있다.
상기 제1 및 제2 스테이터(40a,40b)는 각각 "T" 형상으로 이루어지는 복수의 티스(41)와 상기 복수의 티스(41)와 상호 연결되어 자기회로를 형성하는 백요크(42)를 구비하는 스테이터 코어(45); 상기 복수의 티스 각각의 코일(43)이 권선될 외주면을 감싸도록 일체로 형성되는 절연성 재질의 보빈(44); 및 상기 보빈(44)의 외주면에 권선되는 코일(43);을 포함한다. 상기 보빈(44)은 스테이터 지지체로서 일체로 형성될 수 있다.
이 경우, 상기 보빈(44)은 복수의 티스(41)와 함께 백요크(42)를 상부와 하부에서 둘러싸도록 조립되는 상부 및 하부 인슐레이터로 구성될 수 있다.
이 경우, 상기 제1 및 제2 스테이터(40a,40b)는 도 8d에 도시된 바와 같이, 복수의 티스(41)가 환형의 백요크(42)로부터 중심 방향을 향하여 돌출되는 대칭 구조의 스테이터 코어(45)를 가질 수 있고, 도 8c에 도시된 바와 같이, 복수의 티스(41)가 서로 다른 길이로 비대칭 구조의 백요크(42)로부터 중심 방향을 향하여 돌출되는 비대칭 구조의 스테이터 코어(45)를 가질 수 있다.
상기 비대칭 구조의 스테이터 코어(45)를 가지는 제1 및 제2 스테이터(40a,40b)는 액추에이터 하우징(10) 내부의 공간을 최대한으로 활용하기 위한 모터 구조를 제공할 때 사용될 수 있다. 즉, 도 8a에 도시된 바와 같이, 회전축(34)의 외측(즉, 도 8a의 하측) 공간을 이용하여 스테이터의 복수의 티스(41) 길이를 연장하고 코일(43)의 권선량을 증가시킬 때 적용될 수 있다.
상기 모터 구동장치(100)는, 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 구동모터(101,102)의 중간 부분에 홀센서 어셈블리를 구비한 하나의 모터구동회로(즉, 모터 콘트롤러)가 실장된 인쇄회로기판(PCB)(50)이 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 스위블 액추에이터(200)는 모터 구동장치(100)를 구성하는 제1 및 제2 구동모터(101,102)가 예를 들어, 도 8d에 도시된 바와 같이, 8폴(pole)-6슬롯(slot) 구조의 BLDC 모터로 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 및 제2 구동모터(101,102)는 제1 및 제2 스테이터(40a,40b)의 코일(43)이 복수의 티스(41)에 권선될 때, U,V,W 3상 구조로 코일(43)을 권선하고 U,V,W 3상 코일(43)의 타단은 Y-결선 또는 스타(star)-결선 방식으로 결선될 수 있다.
더욱이, 상기 제1 및 제2 구동모터(101,102)는, 예를 들어, 모터구동회로에서 홀센서 어셈블리에 장착된 2개 또는 3개의 홀센서로부터 로터위치신호를 수신한 후, 인버터를 이용한 6-스탭 방식의 전파구동방식으로 구동될 수 있다.
상기 제1 및 제2 구동모터(101,102)를 하나의 모터구동회로(즉, 모터 콘트롤러를 사용하여 구동할 수 있다.
이 경우, 상기 제1 및 제2 구동모터(101,102)의 제1 및 제2 스테이터(40a,40b)에 각각 U,V,W 코일(43)을 동일하게 권선하고 인쇄회로기판(PCB)(50)에 형성된 도전패턴 중 U선과 W선을 역으로 연결하는 방식으로 해결할 수 있다.
즉, 상기 제1 및 제2 구동모터(101,102) 중 한 개의 구동모터는 회전 방향이 반대이어야 하므로, 제1 및 제2 스테이터(40a,40b) 중 하나에 대하여는 U선과 W선이 변경되어야 2개의 구동모터가 동일한 방향으로 구동될 수 있다.
이때 제1 및 제2 로터(30a,30b)의 위치, 스테이터 코어의 위치 등은 동일한 선상에 위치해야 한다. 즉, 제1 및 제2 로터(30a,30b)의 회전위치를 검출하기 위한 1개의 홀센서 IC(즉, 홀센서 어셈블리)를 사용하여 로터의 위치나 스테이터 코어의 위치, U,V,W 라인이 회전 방향에 맞게 배열되어야 한다.
복수의 구동모터를 하나의 모터구동회로(즉, 모터 콘트롤러)를 사용하여 구동하는 방법을 정리하면 다음과 같다.
첫째, 구동모터가 2개 이상 있을 경우 동일하게 각 구동모터의 스테이터 코일에 권선된 U,V,W 상을 배선하면 된다.
둘째, 2개의 구동모터가 대칭 방향으로 위치하면 여러 가지 유형이 발생한다.
먼저, 대칭 방향으로 2개의 구동모터가 위치하면 1개의 구동모터의 회전방향과 반대편에 위치한 다른 구동모터의 회전 방향은 반대로 회전되어야 하므로, 회전축 관점에서는 동일 방향으로 회전되어야 한다.
2개의 구동모터가 대칭 방향으로 위치시 동일 권선 방향으로 권선이 될 경우, 모터 공용화를 위해서는 권선을 동일하게 권선하고 인쇄회로기판(PCB)(50)에 형성된 도전패턴을 이용하여 U상, V상, W상 끼리 연결하여 회전축을 동일한 방향으로 회전 구동할 수 있다.
2개의 구동모터가 대칭 방향으로 위치시 1개의 구동모터를 역으로 권선하고 인쇄회로기판(PCB)(50)에 형성된 도전패턴은 U상과 W상, W상과 U상, V상은 V상으로 연결함에 의해 회전축을 동일한 방향으로 회전 구동할 수 있다.
본 발명에 따른 내부 중공형 스위블 액추에이터(200)는 모터 구동장치(100)의 웜기어(35)를 통하여 고속의 회전출력을 발생하면, 선기어(Sun Gear)(70)와 복수의 피니언 기어(Pinion gear)(81a-81d)를 통하여 회전 테이블(20)의 링기어(24)를 회전 구동하는 2단계 감속에 의한 큰 토크 변환이 이루어짐에 따라 안정된 고토크 출력이 얻어질 수 있다.
상기 선기어(Sun Gear)(70)는 상기 중공형 원통부(11)의 외주에 회전 가능하게 지지되며, 하측에 상기 웜기어(35)에 기어결합되어 1차 감속이 이루어지는 웜휠(71)이 배치되고 상측에 웜휠(71)의 회전출력을 복수의 피니언 기어(Pinion gear)(81a-81d)에 전달하는 평기어(72)가 일체로 형성되어 있다.
상기 평기어(72)의 내주부에는 도 7에 도시된 바와 같이 단차부(72a)가 형성되어 있으며, 상기 단차부(72a)에는 후술하는 바와 같이 댐퍼 링(63)과 베어링 지지대(64)가 지지될 수 있다.
상기 중공형 원통부(11)의 하부와 상기 선기어(Sun Gear)(70) 사이에는 선기어(Sun Gear)(70)를 회전 가능하게 지지하도록 원통 형상의 니들 롤러 베어링(Needle Roller Bearing)(61)이 삽입되어 있고, 중공형 원통부(11)의 상부와 상기 회전 테이블(20)의 중앙부 사이에는 테이블 지지베어링(62)이 삽입되어 있다.
또한, 상기 니들 롤러 베어링(Needle Roller Bearing)(61)과 테이블 지지베어링(62) 사이에는 베어링 지지대(64)가 삽입되어 테이블 지지베어링(62)이 하강하는 것을 저지하도록 중공형 원통부(11)의 외주에 압입결합되어 있다.
더욱이, 상기 베어링 지지대(64)의 하측에는 베어링 지지대(64)를 중공형 원통부(11)의 외주에 압입결합시킬 때 상기 니들 롤러 베어링(Needle Roller Bearing)(61)에 가해질 수 있는 충격을 흡수하도록 댐퍼링(63)이 삽입되어 있다.
먼저, 상기 니들 롤러 베어링(Needle Roller Bearing)(61)은 일반 볼베어링과 비교할 때 큰 레이디얼 하중을 견딜 수 있는 롤러 베어링의 일종으로, 가동부에 고정되는 외륜과 고정부에 설치되는 내륜을 포함하고 있다. 이 경우 상기 외륜에는 리테이너와 복수의 니들 형태의 롤러를 끼워넣어 구성되고 있다.
상기 니들 롤러 베어링(Needle Roller Bearing)(61)의 내륜은 중공형 원통부(11)의 외주에 압입결합되고, 외륜은 선기어(Sun Gear)(70)의 내주부에 고정되어 있다.
또한, 상기 테이블 지지베어링(62)은 내륜과 외륜 사이에 복수의 볼이 삽입되어 있는 볼베어링으로 구성될 수 있으며, 상기 내륜은 중공형 원통부(11)의 외주에 고정되고 외륜은 상기 회전 테이블(20)의 중앙부에 하부로 돌출된 베어링 하우징(26)에 고정되어 있다.
또한, 중공형 타입의 스위블 액추에이터(200)는 중공형 원통부(11)의 상단부에 스토퍼 삽입요홈(11b)이 형성되어 있으며, 상기 스토퍼 삽입요홈(11b)에는 회전 테이블(20)의 이탈을 방지하도록 스냅링으로 이루어진 스토퍼링(68)이 결합되어 있다.
상기 회전 테이블(20)은 원형의 상판(21)과 상판(21)의 외주로부터 하방향으로 연장된 측면부(23)를 포함한다. 상기 상판(21)에는 회전 테이블(20)에 설치되는 피동체인 본체(예를 들어, 전동시트)와 결합을 위한 복수의 결합구멍이 관통되어 형성될 수 있다.
상기 회전 테이블(20)은 중앙부가 테이블 지지베어링(62)에 의해 상기 중공형 원통부(11)의 외주에 회전 가능하게 지지되며, 측면부의 내측에 일체로 형성된 링기어(24)에 상기 복수의 피니온 기어(81a-81d)가 기어 결합되어 2차 감속이 이루어져서 저속으로 회전이 이루어진다.
상기 상판(21)의 중앙에는 모터 구동장치(100)를 구성하는 제1 및 제2 구동모터(101,102)에 사용자의 카시트 제어버튼의 조작에 따른 모터구동신호를 액추에이터 하우징(10) 내부에 설치된 모터구동회로의 인쇄회로기판(PCB)(50)에 전송하기 위한 케이블이 통과하는 중앙 관통구멍(25)이 형성되어 있다.
도시된 실시예에서는 액추에이터 하우징(10) 내부에 모터구동회로의 인쇄회로기판(PCB)(50)이 설치된 것을 예시하고 있다. 그러나, 상기 모터구동회로는 액추에이터 하우징(10) 외부에 설치하고 하우징 내부에 설치된 인쇄회로기판(PCB)(50)에는 홀센서 어셈블리가 실장되어 외부에 설치된 모터구동회로로부터 구동모터(101,102)의 스테이터 코일과 홀센서 어셈블리에 케이블을 통하여 인버터 회로의 U,V,W 출력단자, 3개의 홀센서(Hall sensor)(H1~H3), Vcc, GND를 인가하는 것도 물론 가능하다.
이에 따라 상기 케이블은 상판(21)의 중앙에 구비된 중앙 관통구멍(25)과 액추에이터 하우징(10)의 중공형 원통부(11)를 통하여 하부로 도입된 후, 액추에이터 하우징(10)의 바닥에 형성된 관통구멍을 통하여 인쇄회로기판(PCB)(50)에 연결될 수 있다.
상기 복수의 피니언 기어(Pinion gear)(81a-81d)는 각각 상기 액추에이터 하우징(10)의 바닥면(10f) 타측에, 즉 모터 구동장치(100)가 배치된 일측을 제외하고 상기 선기어(70)를 중심으로 동일한 원주상에 간격을 두고 편심된 상태로 배치되어 있다.
본 발명에서는 상기 복수의 피니언 기어(Pinion gear)(81a-81d)를 편심지게 배치하고, 편측으로 모터 구동장치(100)를 위치시킴에 의해 설계 자유도를 높일 수 있다.
또한, 본 발명에서는 모터 구동장치(100)와 감속기어부를 구성하는 복수의 피니언 기어(Pinion gear)(81a-81d)를 원통형 액추에이터 하우징(10) 내부에 동일 평면상으로 배치할 수 있어 스위블(Swivel) 액추에이터(200) 전체적으로 슬림형 구조를 실현할 수 있다.
상기 복수의 피니언 기어(Pinion gear)(81a-81d)는 각각 상기 액추에이터 하우징(10)의 바닥면(10f) 타측에 상기 선기어(70)를 중심으로 동일한 원주상에 간격을 두고 배치되어 있는 복수의 지지축(82a-82d)에 회전 가능하게 설치되어 있다.
상기 복수의 지지축(82a-82d)은 상기 액추에이터 하우징(10)의 바닥면(10f)으로부터 돌출된 복수의 돌기부(13a-13d)에 하단부가 고정되어 있다.
이에 따라 상기 복수의 피니언 기어(Pinion gear)(81a-81d)는 각각 상기 선기어(70)의 상부에 형성된 평기어(72)에 기어결합되어 자전이 이루어지고, 또한 회전 테이블(20)의 링기어(24)에 기어 결합되어 회전력을 전달하면서 2차 감속이 이루어져서 저속으로 회전 테이블(20)을 회전시킨다.
이하에 도 1 내지 도 8f를 참고하여 본 발명에 따른 내부 중공형 스위블(Swivel) 액추에이터(200)의 동작을 설명한다.
본 발명의 내부 중공형 스위블 액추에이터(200)는 먼저, 액추에이터 하우징(10)의 바닥면(10f) 일측에 설치된 모터 구동장치(100)를 동작시키면, BLDC 방식의 제1 및 제2 구동모터(101,102)가 구동되어 회전축(34)의 중앙에 배치된 웜기어(35)로부터 회전출력이 발생된다.
상기 웜기어(35)는 상기 중공형 원통부(11)의 외주에 회전 가능하게 지지되어 있는 선기어(Sun Gear)(70)의 웜휠(71)을 회전 구동하면서 1차 감속이 이루어진다.
상기 선기어(Sun Gear)(70)가 회전하면 선기어의 상부에 웜휠(71)과 일체로 형성되어 회전되는 평기어(72)가 상기 선기어(70)를 중심으로 동일한 원주상에 간격을 두고 배치되어 자전이 이루어지는 복수의 피니언 기어(Pinion gear)(81a-81d)에 기어결합되어 감속된 회전력을 전달하면서 자전이 이루어진다. 이 경우 평기어(72)는 직경이 크고, 피니언 기어(81a-81d)는 작은 직경을 가지고 있어 실재로는 감속 대신 증속이 이루어진다.
자전이 이루어지는 복수의 피니언 기어(Pinion gear)(81a-81d)는 측면부의 내측에 일체로 형성된 회전 테이블(20)의 링기어(24)에 기어 결합되어 감속된 회전력을 전달하면서 2차 감속이 이루어진다.
그 결과, 회전 테이블(20)은 중앙부가 상기 중공형 원통부(11)의 외주에 테이블 지지베어링(62)에 의해 회전 가능하게 지지되면서 2단계 감속에 따른 토크 변환에 의해 큰 토크 변환이 이루어짐에 따라 안정된 고토크 출력에 의해 저속 회전이 이루어질 수 있다.
일반적으로 감속장치의 감속비는 (피동 기어 잇수/구동 피니언 기어 잇수)로 계산되고 다단계 기어결합이 이루어지는 경우, 총감속비는 각각의 감속비의 곱으로 계산된다.
이 경우, 본 발명에서는 제1 및 제2 구동모터(101,102)의 웜기어(35)와 선기어(Sun Gear)(70)의 웜휠(71) 사이의 1차 감속비(R1)를 168:1로 설정하고, 상기 선기어(70)의 평기어(72)와 피니언 기어(81a-81d)사이의 증속과 복수의 피니언 기어(81a-81d)와 링기어(24) 사이의 2차 감속비(R2)를 합하여 1.4:1로 설정하면, 총감속비는 235:1로 얻어질 수 있다.
이 경우, 기어 사이의 기어비(감속비)는 출력으로 갈수록 작게 설정되는 것(즉, R1 > R2)이 최종단에서 큰 토크 변환이 이루어질지라도 안정된 고토크 출력이 얻어질 수 있다.
본 발명의 스위블 액추에이터(200)는 예를 들어, 제1 및 제2 구동모터(101,102)가 470 rpm으로 회전될 때, 2단계 감속에 의해 총감속비 235:1인 경우 235:1로 감속되어 회전 테이블(20)은 2 rpm의 저속으로 회전속도가 낮추어지고 회전 토크는 235배 증가되어 큰 토크 증대가 이루어지게 된다.
본 발명의 스위블 액추에이터(200)가 카시트에 적용되는 경우, 차량 내부에서 회의 등을 진행할 때 카시트를 원하는 각도만큼 회전하여 탑승자가 얼굴을 마주본 상태에서 회의를 진행하는 것이 가능하다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
본 발명에 따른 스위블 액추에이터는 회전 테이블에 설치된 카시트와 같은 피동체를 좌우로 회전시키도록 회전 테이블과 함께 회전시키기 위한 용도로 적용될 수 있다.

Claims (15)

  1. 중앙부에 모터의 회전출력이 발생되는 웜기어가 일체로 형성된 회전축; 및
    상기 회전축의 양 단부에 형성된 제1 및 제2 구동모터;를 포함하며,
    상기 제1 및 제2 구동모터는 각각
    상기 회전축의 양 단부를 수용하는 제1 및 제2 모터하우징;
    상기 회전축의 양 단부 외주부에 자석이 부착된 제1 및 제2 로터; 및
    상기 제1 및 제2 로터의 외측에는 에어갭을 두고 배치되며 회전자기장을 발생하여 상기 제1 및 제2 로터의 회전축을 회전 구동시키기 위한 제1 및 제2 스테이터;를 포함하는 내부 중공형 스위블 액추에이터용 모터 구동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 모터하우징 내부에 설치되어 상기 회전축을 회전 가능하게 지지하는 제1 및 제2 베어링을 더 포함하는 내부 중공형 스위블 액추에이터용 모터 구동장치.
  3. 제1항에 있어서,
    각각 상기 제1 및 제2 모터하우징의 양단부에 나사결합되어 조립되며 선단부가 상기 회전축의 단부를 압박 지지하여 상기 회전축의 유동을 억제하기 위한 제1 및 제2 세트 스크류;를 더 포함하는 내부 중공형 스위블 액추에이터용 모터 구동장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 모터하우징은 양단부가 액추에이터 하우징의 원형 벽에 형성된 제1 및 제2 요홈에 일부가 걸쳐지도록 조립되고,
    상기 제1 및 제2 세트 스크류는 외부로부터 드라이버를 사용하여 조작이 이루어지는 내부 중공형 스위블 액추에이터용 모터 구동장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 모터하우징은 각각
    상기 제1 및 제2 로터와 제1 및 제2 스테이터가 수용되는 내부 공간을 형성하는 제1 및 제2 모터하우징 본체; 및
    상기 제1 및 제2 모터하우징 본체의 입구에 결합되는 제1 및 제2 모터하우징 커버;를 포함하는 내부 중공형 스위블 액추에이터용 모터 구동장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 모터하우징은 각각 내측 및 외측에 돌출되어 상기 제1 및 제2 모터하우징을 액추에이터 하우징에 고정시키는 데 사용되는 제1 및 제2 브라켓을 더 포함하는 내부 중공형 스위블 액추에이터용 모터 구동장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 모터하우징의 외측에 돌출된 제1브라켓은 상기 액추에이터 하우징의 원형 벽에 형성된 제3 및 제4 요홈에 걸쳐지도록 조립되고 고정되며,
    상기 제1 및 제2 모터하우징의 내측에 돌출된 제2브라켓은 상기 액추에이터 하우징의 바닥면으로부터 돌출된 제1 및 제2 돌출고정부에 고정되는 내부 중공형 스위블 액추에이터용 모터 구동장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 모터하우징이 상기 액추에이터 하우징의 바닥면에 조립될 때, 상기 제1 및 제2 모터하우징의 저면은 상기 액추에이터 하우징의 배면과 동일 평면을 이루도록 제1 및 제2 모터하우징이 조립되는 제1 및 제2 관통구멍을 더 포함하는 내부 중공형 스위블 액추에이터용 모터 구동장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 회전축은 상기 제1 및 제2 로터와 상기 웜기어가 형성된 중앙부의 3개 또는 2개로 분할되어 있으며, D-컷 구조를 사용하여 조립된 내부 중공형 스위블 액추에이터용 모터 구동장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 스테이터는 각각
    "T" 형상으로 이루어지는 복수의 티스와 상기 복수의 티스와 상호 연결되어 자기회로를 형성하는 백요크를 구비하는 스테이터 코어;
    상기 복수의 티스 각각의 코일이 권선될 외주면을 감싸도록 일체로 형성되는 보빈; 및
    상기 보빈의 외주면에 권선되는 코일;을 포함하며,
    상기 복수의 티스와 백요크는 비대칭 구조를 가지는 내부 중공형 스위블 액추에이터용 모터 구동장치.
  11. 중앙에 중공형 원통부가 상부로 돌출된 액추에이터 하우징;
    상기 액추에이터 하우징의 바닥면 일측에 배치되며, 공통 회전축의 양단부에 각각 제1 및 제2 구동모터가 형성되고, 회전축의 중앙에 제1 및 제2 구동모터의 회전출력을 발생하는 웜기어가 일체로 형성된 모터 구동장치;
    상기 중공형 원통부의 외주에 회전 가능하게 지지되며, 하측에 상기 웜기어에 기어결합되어 1차 감속이 이루어지는 웜휠이 배치되고 상측에 웜휠의 회전출력을 전달하는 평기어가 일체로 형성된 선기어;
    각각 상기 액추에이터 하우징의 바닥면 타측에 상기 선기어를 중심으로 동일한 원주상에 간격을 두고 배치되며, 상기 선기어의 평기어에 기어결합되어 자전하는 복수의 피니언 기어; 및
    중앙부가 상기 중공형 원통부의 외주에 회전 가능하게 지지되며, 측면부의 내측에 일체로 형성된 링기어에 상기 복수의 피니온 기어가 기어 결합되어 2차 감속이 이루어지는 회전 테이블;을 포함하는 내부 중공형 스위블 액추에이터.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 중공형 원통부의 하단과 선기어 사이에 배치되어 상기 선기어를 회전 가능하게 지지하는 제1베어링;
    상기 회전 테이블을 상기 중공형 원통부의 상단부 외주에 회전 가능하게 지지하기 위한 제2베어링; 및
    상기 중공형 원통부의 외주에 압착 결합되어 상기 제1베어링과 제2베어링 사이에 배치되는 베어링 지지대;를 더 포함하는 내부 중공형 스위블 액추에이터.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1베어링은 니들 롤러 베어링으로 이루어지고,
    상기 제2베어링은 볼 베어링으로 이루어지는 내부 중공형 스위블 액추에이터.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 모터 구동장치의 제1 및 제2 구동모터와 복수의 피니언 기어는 상기 액추에이터 하우징의 바닥면에 동일 평면상으로 배치되는 내부 중공형 스위블 액추에이터.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 액추에이터 하우징 내부에 설치된 인쇄회로기판(PCB)에 실장되어 사용자의 카시트 제어버튼의 조작에 따라 모터구동신호를 상기 제1 및 제2 구동모터에 인가하기 위한 모터구동회로를 더 포함하며,
    상기 회전 테이블은 카시트의 회전 구동에 이용되는 내부 중공형 스위블 액추에이터.
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