KR101255550B1 - 흡기 매니폴드의 밸브 제어용 액츄에이터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량용 흡기 매니폴드 내부의 밸브 개폐를 제어하는 액츄에이터에 관한 것으로, 본 발명의 일실시예는 흡기 매니폴드의 일측에 설치되며 내부에 공간부가 형성되는 하우징과, 공간부의 일측에 구비되는 구동모터와, 구동모터의 모터축 일측에 결합되는 웜기어와, 모터축의 단부에 결합되는 마그넷, 및 공간부의 타측에 구비되고 마그넷과 대향하는 홀 이펙트 센서를 포함하며, 모터축과 마그넷 및 홀 이펙트 센서는 동일 축선상에 배치되어, 성능 향상과 비용 절감의 효과가 있는 흡기 매니폴드의 밸브 제어용 액츄에이터가 제공된다.

Description

흡기 매니폴드의 밸브 제어용 액츄에이터{ACTUATOR FOR VALVE CONTROL OF INTAKE MANIFOLD}
본 발명은 액츄에이터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량용 흡기 매니폴드 내부의 밸브 개폐를 제어하는 액츄에이터에 관한 것이다.
흡기 매니폴드는 엔진 성능을 변경하기 위해 차량 엔진으로 유입되는 공기흐름을 제어하며, 이때 공기흐름의 제어를 위해 밸브가 작동되는데, 이 밸브는 연료의 경제성이나 토크 출력의 관점에서, 엔진 성능 향상을 위해 공기 흐름 특성을 변경시킨다.
이때, 흡기 매니폴드의 일측에는 밸브의 개폐를 제어하기 위한 액츄에이터가 설치되며, 이 액츄에이터 내에는 밸브의 위치 및 속도를 판정하기 위한 센서가 구비된다.
그런데, 종래의 액츄에이터는 접촉식 센서를 구비함으로써, 접촉에 따른 마모발생으로 인해 내구성이 저하되어, 센서의 응답성과 정밀도가 저하되는 문제가 있다.
이를 극복하기 위해, 최근에는 홀 이펙트(hall effect) 센서를 이용하여, 마그넷(magnet)의 회전수를 카운트하는 방식이 채택되고 있으나, 마그넷과 홀 이펙트 센서의 중심축이 서로 직교하도록 배치됨에 따라, 그 조립구조가 복잡하여 제조시간과 비용이 증가하는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일실시예는, 액츄에이터 내부에 모터축과 마그넷 및 홀 이펙트 센서가 동일 축선상에 배치되는 것을 특징으로 하는, 흡기 매니폴드의 밸브 제어용 액츄에이터와 관련된다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 의하면, 흡기 매니폴드의 일측에 설치되며 내부에 공간부가 형성되는 하우징과, 공간부의 일측에 구비되는 구동모터와, 구동모터의 모터축 일측에 결합되는 웜기어와, 모터축의 단부에 결합되는 마그넷, 및 공간부의 타측에 구비되고 마그넷과 대향하는 홀 이펙트 센서를 포함하며, 모터축과 마그넷 및 홀 이펙트 센서는 동일 축선상에 배치되는 것을 특징으로 하는 흡기 매니폴드의 밸브 제어용 액츄에이터가 제공된다.
이때, 웜기어의 일측에 구비되고 웜기어와 치합하는 제1기어와, 제1기어와 연동하여 흡기 매니폴드 내의 밸브를 개폐하는 구동기어를 더 포함할 수 있다.
이때, 제1기어와 동일 축선상에 제2기어가 구비되고, 구동기어는 제2기어와 치합하는 것이 바람직하다.
또한, 구동기어의 축공에 샤프트가 구비되며, 샤프트의 단부 일측에는 평탄면이 형성되는 것이 바람직하다.
아울러, 마그넷은, 원주방향으로 서로 다른 극성이 반복되는 다극 자석으로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 흡기 매니폴드의 밸브 제어용 액츄에이터에 의하면, 액츄에이터 내부에 모터축과 마그넷 및 홀 이펙트 센서가 동일 축선상에 배치됨에 따라 구조의 단순화를 이룰 수 있다.
이에 따라, 조립성이 향상되어 제조비용과 시간의 절감에 따른 생산성 향상의 효과가 있다.
또한, 종래와 같이 조립을 위한 별도의 구성품을 필요로 하지 않으므로, 부품수 감소에 따른 비용절감의 효과와 차량 경량화에 일조하는 효과가 있다.
아울러, 다극 자석으로 마그넷을 구성함으로써, 위치제어의 선형성을 유도하여, 정밀도가 향상되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 흡기 매니폴드의 밸브 제어용 액츄에이터의 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 마그넷의 극성을 나타낸 개략도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 구동기어와 샤프트의 사시도.
이하, 본 발명의 일실시예에 따른 흡기 매니폴드의 밸브 제어용 액츄에이터의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.
아울러, 아래의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시예는 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다.
실시예
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 흡기 매니폴드의 밸브 제어용 액츄에이터의 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 흡기 매니폴드의 밸브 제어용 액츄에이터(10)는, 흡기 매니폴드(미도시)의 일측에 설치되는 하우징(20)과, 하우징(20)의 내부 일측에 구비되는 구동모터(30)와, 구동모터(30)의 모터축(31)에 결합되는 웜기어(40)와, 모터축(31)의 단부에 결합되는 마그넷(magnet)(50), 및 마그넷(50)과 대향하여 하우징(20)의 내부 타측에 구비되는 홀 이펙트 센서(hall effect sensor)(60)를 포함하며, 이때 모터축(31)과 마그넷(50) 및 홀 이펙트 센서(60)는 동일 축선상에 배치된다.
여기서, 하우징(20)은 합성수지 재질로서 사출 성형되는 것이 바람직하고, 그 내부에는 공간부(21)가 형성되어 구동모터(30)와 마그넷(50), 및 홀 이펙트 센서(60)를 수용하며, 구동모터(30)의 구동력을 밸브 샤프트(미도시)에 전달하기 위한 다수의 기어들이 배치된다.
이때, 하우징(20) 내부에 이물질이 유입되는 것을 방지하는 한편, 구동모터(30)와 기어들의 작동소음을 차단할 수 있도록, 하우징(20)의 형상과 대응되는 형상의 커버(미도시)가 끼움 결합되거나, 볼트 등의 체결구에 의해 결합되는 것이 바람직하다.
하우징(20)의 공간부(21) 일측에 구동모터(30)가 결합되는데, 공간부(21)의 일측에는 상하 양쪽에서 구동모터(30)의 외주면을 지지하기 위해 적어도 하나 이상의 지지돌기(22)가 돌출 형성되고, 이 지지돌기(22) 사이에 구동모터(30)가 끼움 결합되는 것이 바람직하다.
이때, 지지돌기(22)는 구동모터(30)의 작동시 진동에 의한 유동을 방지하는 역할도 하며, 하우징(20)의 일측에는 구동모터(30)의 조립공간 확보를 위해, 구동모터(30)가 안착되는 안착홈이 형성되는 것이 바람직하다.
구동모터(30)의 모터축(31) 상에는 모터축(31)과 일체로 회전 가능하게 웜기어(40)가 결합된다.
그리고, 모터축(31)의 단부에는 웜기어(40)와 소정거리 이격하여 마그넷(50)이 결합되는데, 따라서 구동모터(30)의 작동시 모터축(31)이 회전하면, 웜기어(40)와 마그넷(50)이 함께 회전하게 된다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 마그넷의 극성을 나타낸 개략도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 마그넷(50)은 원주방향으로 N극과 S극이 반복되는 다극 자석으로 이루어지며, 하나의 몸체에 부채꼴 형상으로 N극과 S극이 반복하여 형성되게 하는 것이 바람직하다.
이때, 부채꼴 형상의 N극 자석편과 S극 자석편을 각각 별도로 마련한 후 서로 결합하여 전체적으로 원형을 이루도록 배치하는 것도 물론 가능하며, N극과 S극으로 구획되는 개수는 필요에 따라 적절히 선택될 수 있다.
또한, 마그넷(50)을 중심으로 웜기어(40)의 반대편에는, 마그넷(50)과 대향하여 홀 이펙트 센서(60)가 구비되어, 마그넷(50)으로부터 출력되는 자기력을 검출하게 되는데, 이 홀 이펙트 센서(60)는 기판에 실장된 홀 인코더(hall encoder)가 마그넷(50)의 중심축선을 향하도록, 하우징(20)의 타측에 배치되는 구성으로 이루어지는 것이 바람직하다.
즉, 본 발명의 일실시예에 의하면, 모터축(31)과 웜기어(40), 마그넷(50) 및 홀 이펙트 센서(60)가 동일 축선상에 배치됨에 따라, 모터축(31)에 웜기어(40)와 마그넷(50)이 결합된 상태로 구동모터(30)를 하우징(20)의 공간부(21)에 압입함으로써 용이하게 조립을 완료할 수 있으며, 홀 이펙트 센서(60)를 마그넷(50)과 대향하여 동일 축선상에 배치함으로써, 하우징(20) 내의 제한된 공간을 효율적으로 활용할 수 있게 되는 것이다.
이때, 모터축(31) 조립시 압입에 용이하도록, 마그넷(50)의 후단에 확경부(51)가 사출성형되는 것이 바람직하다.
한편, 웜기어(40)의 일측에는 웜기어(40)와 치합하는 제1기어(70)가 구비되고, 제1기어(70)와 동일 축선상에 제2기어(80)가 구비되는데, 이 제2기어(80)는 제1기어(70)와 함께 회전하는 것으로, 제1기어(70)와 일체로 형성되는 것도 가능하고, 별개의 기어가 제1기어(70)의 중심축에 결합되는 것도 가능하다.
이때, 제1기어(70)와 제2기어(80)는 웜기어(40)로부터 전달받은 구동모터(30)의 구동력을 후술하는 구동기어(90)에 전달하는 감속기의 역할을 하게 되며, 제1기어(70)와 제2기어(80) 및 구동기어(90)의 기어비는 필요에 따라 적절히 선택될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 구동기어와 샤프트의 사시도이다.
제2기어(80)의 일측에는 밸브 샤프트의 작동을 위한 부채꼴 형상의 구동기어(90)가 구비되며, 구동기어(90)는 제2기어(80)와 치합하여, 제2기어(80)로부터 구동모터(30)의 구동력을 전달받는다.
이때, 도 3(a)에 도시된 바와 같이, 구동기어(90)의 축공에는 샤프트(91)가 구비되는데, 이 샤프트(91)는 구동기어(90)와 일체로 형성되는 것도 가능하며, 샤프트(91)의 단부 일측에는 상대물과의 조립을 위한 평탄면(91a)이 형성되어 조립시 구동기어(90)의 회전력을 전달하게 되므로, 조립을 위한 별도의 추가부품을 필요로 하지 않는다.
또한, 도 3(b)에 도시된 바와 같이, 커버 또는 하우징(20)의 일측에는 구동기어(90)의 샤프트(91)에 대응하여 테두리벽(23)으로 둘러싸인 관통홀(24)이 형성되며, 샤프트(91)의 평탄면(91a)은 이 관통홀(24)을 통해 외부로 노출되어 상대물과 조립된다.
본 발명의 일실시예에 따른 흡기 매니폴드의 밸브 제어용 액츄에이터(10)의 작동은 다음과 같이 이루어질 수 있다.
차량의 ECU(미도시)에서 엔진의 목표 성능에 대한 기준 밸브 개폐도 값을 신호로 주면, 제어부(미도시)에서 이를 받아 구동모터(30)를 작동시키게 되고, 구동모터(30)의 구동력은 웜기어(40)와 제1기어(70), 및 제2기어(80)를 통해 구동기어(90)로 전달되며, 구동기어(90)의 샤프트(91)를 통해 흡기 매니폴드 내의 밸브 샤프트가 회전하면서 밸브를 개폐하게 된다.
이때, 홀 이펙트 센서(60)는 마그넷(50)의 회전에 따른 자기장 변화를 감지하여 제어부에 신호를 전송하며, 제어부에서는 전송받은 신호를 토대로 속도와 변위량을 산출하고 구동모터(30)의 작동을 제어하게 된다.
10 : 흡기 매니폴드의 밸브 제어용 액츄에이터
20 : 하우징 21 : 공간부
22 : 지지돌기 23 : 테두리벽
24 : 관통홀
30 : 구동모터 31 : 모터축
40 : 웜기어
50 : 마그넷 51 : 확경부
60 : 홀 이펙트 센서
70 : 제1기어
80 : 제2기어
90 : 구동기어 91 : 샤프트
91a: 평탄면

Claims (5)

  1. 흡기 매니폴드의 일측에 설치되며, 내부에 공간부가 형성되는 하우징;
    상기 공간부의 일측에 구비되는 구동모터;
    상기 구동모터의 모터축 일측에 결합되는 웜기어;
    상기 웜기어의 일측에 구비되고 상기 웜기어와 치합하는 제1기어;
    상기 제1기어와 동일 축선상에 구비되는 제2기어;
    상기 제2기어와 치합하며, 상기 제1기어와 연동하여 상기 흡기 매니폴드 내의 밸브를 개폐하는 구동기어;
    상기 모터축의 단부에 결합되며, 원주방향으로 서로 다른 극성이 반복되는 다극 자석으로 이루어진 마그넷; 및
    상기 공간부의 타측에 구비되고, 상기 마그넷과 대향하는 홀 이펙트 센서;를 포함하며,
    상기 모터축과 상기 마그넷 및 상기 홀 이펙트 센서는 동일 축선상에 배치되는 것을 특징으로 하는 흡기 매니폴드의 밸브 제어용 액츄에이터.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동기어의 축공에 샤프트가 구비되며, 상기 샤프트의 단부 일측에 평탄면이 형성되는 것을 특징으로 하는 흡기 매니폴드의 밸브 제어용 액츄에이터.
  5. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR200210467Y1 (ko) * 1996-12-30 2001-04-02 정몽규 아이들 콘트롤 밸브의 스텝모터
KR20040103893A (ko) * 2002-05-22 2004-12-09 아빈메리터 라이트 비이클 시스템즈 - 프랑스 모터감속 기어장치 및 모터 감속기 컨넥터
JP2010196590A (ja) * 2009-02-25 2010-09-09 Denso Corp 吸気用弁駆動ユニット、及び、吸気用弁装置

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