KR101975444B1 - 시프트-바이-와이어 트랜스미션을 위한 회전식 시프트 엑추에이터 - Google Patents

시프트-바이-와이어 트랜스미션을 위한 회전식 시프트 엑추에이터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 시프트-바이-와이어 트랜스미션을 위한 회전식 시프트 엑추에이터에 관한 것으로, 상기 회전식 시프트 엑추에이터는 모터 축 주위에서 회전가능한 모터 샤프트를 갖는 모터와, 출력 레버의 제 2 단부쪽으로 배치되고, 트랜스미션의 시프트 샤프트와의 연결을 위해 적응된 출력 헤드와, 토크를 상기 모터 샤프트로부터 상기 출력 헤드로 전달하기 위한 기어 트레인을 포함하고, 상기 기어 트레인은 제 1 축 주위에서 회전가능한 제 1 샤프트와, 제 2 축 주위에서 회전가능한 제 2 샤프트와, 레버 축 주위에서 선회가능한 상기 출력 레버를 포함하고, 상기 기어 트레인은 토크를 상기 모터 샤프트로부터 상기 제 1 샤프트로, 상기 제 1 샤프트로부터 상기 제 2 샤프트로, 그리고 상기 제 2 샤프트로부터 상기 출력 레버로 전송하기 위한 수단을 더 포함하는, 시프트-바이-와이어 트랜스미션을 위한 회전식 시프트 엑추에이터에 있어서,
토크를 상기 제 1 샤프트로부터 상기 제 2 샤프트로 전송하기 위한 상기 수단은 웜 기어로서 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

시프트-바이-와이어 트랜스미션을 위한 회전식 시프트 엑추에이터{ROTARY SHIFT ACTUATOR FOR A SHIFT-BY-WIRE TRANSMISSION}
다음의 본 발명은 시프트-바이-와이어(shift-by-wire) 트랜스미션을 위한 회전식 시프트 엑추에이터에 관한 것으로, 이러한 회전식 시프트 엑추에이터는 모터 축 주위에서 회전가능한 모터 샤프트를 갖는 모터와, 출력 레버의 제 2 단부쪽으로 배치되고 트랜스미션의 시프트 샤프트와의 연결을 위해 적응된 출력 헤드와, 토크를 모터 샤프트로부터 출력 헤드로 전달하기 위한 기어 트레인을 포함하고, 기어 트레인은 제 1 축 주위에서 회전가능한 제 1 샤프트와, 제 2 축 주위에서 회전가능한 제 2 샤프트와, 레버 축 주위에서 선회가능한 출력 레버를 포함하고, 기어 트레인은 토크를 모터 샤프트로부터 제 1 샤프트로, 제 1 샤프트로부터 제 2 샤프트로, 그리고 제 2 샤프트로부터 출력 레버로 전달하기 위한 수단을 더 포함한다.
오늘날, 많은 차량들은 자동 또는 반자동 트랜스미션을 이용한다. 차량의 사용자로부터 또는 차량의 제어 시스템으로부터의 시프트 신호는 트랜스미션의 시프트 샤프트의 회전으로 전환되어야 한다. 시프트 샤프트는 트랜스미션의 모드들을 변경하는데 사용될 수 있는 트랜스미션으로부터 연장하는 샤프트이다. 자동 트랜스미션은 일반적으로 주차 모드, 후진 모드, 중립 모드 및 운전 모드를 갖는다. 공통적으로, 시프트 샤프트는 후진 및 중립 모드 위의 주차 모드로부터 운전 모드로 회전된다.
예를 들어, 약 50°의 제한된 각도 주위에서 시프트 샤프트를 회전하기 위해 높은 토크가 필요하다는 것은 모든 회전식 시프트 엑추에이터들의 공통적인 문제이다. 토크는 낮은 토크를 갖는 전기 모터에 의해 기어 트레인을 통해 공통적으로 제공된다. 하지만, 출력 헤드에서 이용가능한 토크는 기어 트레인에 의해 제공된 기어비를 가지고 스케일(scale)된다. 따라서, 기어 트레인은 트랜스미션의 모드들 사이에서 시프팅하는데 필요한 토크를 가지고 모터 샤프트의 많은 회전들을 출력 헤드의 제한된 각도 회전으로 변환하는데 충분한 기어비를 제공해야 한다.
2개의 샤프트들 사이의 높은 기어비는 단지 샤프트들 중 하나 상의 큰 반경을 갖는 기어 또는 유사한 구성요소와, 다른 샤프트 상의 작은 반경을 갖는 기어 또는 유사한 구성요소를 제공함으로써 달성될 수 있다. 그 결과, 더 높은 기어비들은 샤프트들 사이에 더 큰 거리들을 요구하고, 이것은 다시 회전식 시프트 엑추에이터의 전체 치수들의 증가를 초래한다. 따라서, 모터와 출력 헤드 사이의 높은 기어비를 갖는 효율적인 회전식 시프트 엑추에이터들은 약간 부피가 크고 무거운 경향이 있다. 하지만, 공간과 중량 요건들은 현대의 차량들에서 다소 엄격하므로, 많은 종래 기술의 회전식 시프트 엑추에이터들은 컴팩트(compact)하거나 효율적이다.
U.S. 2011/0126657 A1은 모터 스퍼(spur) 기어를 갖는 2개의 모터들을 포함하는 회전식 시프트 엑추에이터를 개시한다. 모터 스퍼 기어들 각각은 제 1 및 제 2 모터 축 주위에서 회전가능하다. 제 1 및 제 2 모터 축은 서로 평행하게 연장한다. 회전식 시프트 엑추에이터는 트랜스미션의 시프트 샤프트와의 연결을 위한 출력 헤드를 더 포함한다. 제 1 및 제 2 모터의 모터 샤프트의 회전 또는 토크는 기어 트레인을 통해 출력 헤드로 전송된다. 기어 트레인은 제 1 축 주위에서 회전가능한 제 1 샤프트와, 제 2 축 주위에서 회전가능한 제 2 샤프트와, 레버 축 주위에서 선회가능한 출력 레버를 포함한다. 제 1 모터 축, 제 2 모터 축, 제 1 및 제 2 샤프트 축, 및 출력 레버 축 모두는 평행하게 연장한다. 따라서, 상기 회전식 시프트 엑추에이터는 다소 부피가 큰 설계를 포함한다.
시프트-바이-와이어 트랜스미션에 대한 추가 회전식 샤프트 엑추에이터는 U.S. 6,550,351 B1에서 알려져 있다. 회전식 시프트 엑추에이터는 모터 축 주위에서 회전가능한 모터 샤프트를 갖는 모터를 포함한다. 모터의 토크는 기어 트레인을 통해 출력 헤드로 전송된다. 기어 트레인은 제 1 샤프트 축 주위에서 회전가능한 제 1 샤프트와, 제 2 샤프트 축 주위에서 회전가능한 제 2 샤프트와, 레버 축 주위에서 선회가능한 출력 레버를 포함한다. 제 1 축, 제 2 축, 및 레버 축 모두는 모터 축에 수직으로 연장한다.
또 다른 회전식 시프트 엑추에이터는 U.S. 2002/0045506 A1에서 알려져 있다. 회전식 시프트 엑추에이터는 모터 축 주위에서 회전가능한 모터 샤프트와, 트랜스미션의 시프트 샤프트와 연결된 출력 헤드를 포함한다. 모터 샤프트로부터의 토크는 웜 기어(worm gear) 및 유성 기어 시스템을 통해 출력 헤드로 전송된다. 유성 기어 시스템에 기초한 기어 트레인들을 포함하는 추가 회전식 시프트 엑추에이터들은 U.S. 6,918,314 B2, U.S. 6,484,598 B2 및 U.S. 7,241,244 B2에서 알려져 있다.
DE 10 232 426 A1에서, 모터 축 주위에서 회전가능한 베벨 모터 스퍼 기어를 갖는 모터를 포함하는 회전식 시프트 엑추에이터가 개시되어 있다. 베벨 모터 스퍼 기어는 트랜스미션의 시프트 샤프트를 기어 트레인에 연결하기 위해 출력 헤드에 연결된다. 기어 트레인은 제 1 축 주위에서 회전가능한 제 1 샤프트, 제 2 축 주위에서 회전가능한 제 2 샤프트, 및 레벨 축 주위에서 선회가능한 출력 레버를 포함한다. 제 1 축, 제 2 축 및 레버 축 모두는 모터 축에 수직으로 연장한다.
이전 설명을 고려하면, 본 발명의 목적은 시프트-바이-와이어 트랜스미션을 위한 컴팩트하고 효율적인 회전식 시프트 엑추에이터를 제공하는 것이다.
문제는, 토크를 제 1 샤프트로부터 제 2 샤프트로 전송하기 위한 수단이 웜 기어로서 형성되는 회전식 시프트 엑추에이터에 의해 해결된다. 웜 기어는 종래 기술에 알려진 웜 기어의 임의의 실시예일 수 있다.
본 발명은 출력 헤드와 모터 샤프트 사이의 높은 기어비를 제공하는 시프트-바이-와이어 트랜스미션을 위한 효율적인 회전식 시프트 엑추에이터의 컴팩트한 설계를 허용한다. 제 1 샤프트와 제 2 샤프트 사이의 토크 전송으로서 웜 기어를 이용하는 것은 특히 유리하다. 제 3의, 바람직하게 또한 제 2 토크 전송 수단의 돌출한(dominating) 측면 연장부는 제 1 토크 전송 수단의 돌출한 측면 연장부에 수직으로 배치될 수 있다. 회전식 시프트 엑추에이터의 다른 요소들과 토크 전송 수단 사이의 중첩은 높은 기어비를 갖는 컴팩트한 설계를 초래한다.
또한 토크 전송 수단으로 언급되는, 하나의 샤프트로부터 다른 샤프트로 토크를 전송하는 수단은 적어도 2개의 구성요소들을 공통적으로 포함하는데, 이들 2개의 구성요소들 또는 요소들 각각은 샤프트들 중 하나에 부착된다. 본 출원의 의미 내에서 구성요소의 예시적인 실시예들은 스퍼 기어들, 원통형 피니온 기어들, 크라운 기어들, 베벨 기어들 등이다. 하지만, 구성요소라는 용어는 개별적인 개체로 반드시 언급될 필요는 없다. 구성요소는 또한 샤프트와 일체로 형성될 수 있을 뿐 아니라, 간단히 샤프트의 표면으로 언급될 수 있다. 토크 전송 수단의 2개의 구성요소들은 직접 연결되는데, 즉 서로 메슁 맞물림(meshing engagement) 상태로 연결되거나, 벨트 메커니즘 또는 체인 메커니즘과 같은 추가 구성요소들을 통해 연결된다.
바람직한 실시예에서, 웜 기어는 제 1 샤프트에 부착된 원통형 피니온 기어와 제 2 샤프트에 부착된 크라운 기어에 의해 형성되고, 원통형 피니온 기어는 크라운 기어와 메슁 맞물림 상태에 있다. 하지만, 대안적인 실시예에서, 크라운 기어가 제 1 샤프트에 부착되고, 원통형 피니온 기어가 제 2 샤프트에 부착된다는 것이 또한 인식가능하다. 크라운 기어를 이용하는 것은 특히 유리한데, 이는 샤프트들 사이의 최대 거리가 웜 기어의 다른 실시예들에 비해 제한되는 경우 2개의 샤프트들 사이에 더 높은 기어비를 허용하기 때문이다.
바람직한 실시예에서, 모터 축은 제 1 축에 평행하게, 그리고 제 2 축에 수직으로 연장하고, 제 2 축은 레버 축에 평행하게 연장한다. 제 2 축과 레버 축 사이에 모터 축 및 제 1 축을 배치하는 것이 추가로 바람직하다. 추가로 바람직한 실시예에서, 제 1 축은 모터 축과 제 2 축 사이에 배치된다. 축들의 바람직한 배치들은 회전식 샤프트 엑추에이이터의 점점 더 컴팩트한 설계를 허용하여, 토크 전송 수단의 큰 구성요소들의 최적을 분배를 제공한다. 동시에, 출력 레버의 유효 길이는 최대화되는데, 이는 제 1 샤프트와 모터 양단의 전체 거리를 커버하여, 출력 헤드에서 최대 토크를 허용하기 때문이다.
바람직한 실시예들에서, 토크를 제 2 샤프트로부터 출력 레버로 전송하는 수단은 출력 레버의 제 1 단부에 형성된 치형(toothed) 단부 면과, 제 2 샤프트에 부착된 제 2 스퍼 기어에 의해 형성되고, 치형 단부 면은 제 2 스퍼 기어와 메슁 맞물림 상태에 있다. 치형 단부 면을 갖는 출력 레버는 본질적으로 출력 레버 축으로부터 치형 단부 면의 거리에 대응하는 반경을 갖는 스퍼 기어의 섹션이다. 따라서, 작은 반경을 갖는 제 2 스퍼 기어와, 반경의 출력 레버의 제 1 단부에서의 치형 단부 면을 포함하는 토크 전송 수단은 제 2 샤프트와 출력 헤드 사이에 매우 높은 기어비를 제공한다.
추가로 바람직한 실시예에서, 제 2 샤프트에 부착된 스퍼 기어는 가변 반경 기어이다. 출력 레버의 치형 단부 면은 레버 축 주위의 가변 반경 상에서 추가로 배치되어, 제 2 축과 레버 축 사이의 거리는, 제 2 샤프트를 회전하고 출력 레버를 선회할 때 일정한 한편, 가변 반경 기어 및 단부 면은 메슁 맞물림 상태에 남아있다. 즉, 가변 반경 기어의 반경과 출력 레버의 크기가 매칭(matched)되어, 기어 트레인에 의해 달성된 기어비는 출력 레버가 선회될 때 가변적이다.
가변 반경 기어가 가장 작은 반경을 갖는 제 1 섹션과, 가장 큰 반경을 갖는 제 2 섹션을 갖는 것이 바람직하다. 제 1 및 제 2 섹션은 서로 인접하게 배치되고, 가변 반경 기어의 반경은 제 1 섹션으로부터 제 2 섹션으로 증가한다. 즉, 제 1 섹션 및 제 2 섹션은 시계 방향 또는 반시계 방향으로 거의 360°만큼 분리되고, 반대 방향으로 매우 작은 갭만큼 분리된다. 제 2 샤프트를 제 1 섹션으로부터 제 2 섹션으로 회전시킬 때, 가변 반경 기어의 반경은 연속적으로 또는 점차 증가한다. 가변 반경 기어의 반경은 제 1 섹션으로부터 제 2 섹션으로 증가하고, 이에 따라, 기어 트레인에 의해 달성된 기어비는 일정하게 감소한다. 이 실시예는 바람직한데, 이는 예를 들어, 주차 모드로의 시프팅을 위해 제 1 섹션에서 더 높은 시프팅 힘(shifting force)과, 예를 들어 시프트 샤프트 위치들의 다른 단부에서의 주차 모드로의 시프팅에 적은 힘이 필요할 때 더 긴 시프팅 거리를 제공하도록 하기 때문이다. 예시적인 실시예에서, 가변 반경 기어의 반경은 대략 시그모이드 함수에 의해 설명될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 기어 캐치(catch)는, 제 1 섹션과 제 2 섹션이 서로 인접한 가변 반경 기어 상의 스텝(step)에 의해 형성된다. 출력 레버는 측부 면(side face)과, 단부 면 상의 연장된 치형부를 더 포함하고, 측부 면 및 연장된 치형부는 대향 측부들 상의 단부 면을 한정한다. 기어 캐치, 연장된 치형부 및 측부 면은, 제 1 섹션이 단부 면과 맞물릴 때 기어 캐치가 측부 면과 맞물릴 수 있도록, 그리고 제 2 섹션이 단부 면과 맞물릴 때 기어 캐치가 연장된 치형부와 맞물릴 수 있도록 배치되어, 제 2 기어 트레인 샤프트의 회전을 한정한다.
즉, 기어 캐치는, 제 1 섹션이 제 2 섹션 바로 다음에 있는 곳, 즉 가장 작고 가장 큰 반경이 서로 인접한 곳에 배치되는 가변 반경 기어의 외부 표면 상의 스텝에 의해 형성된다. 출력 레버 상에서, 치형 단부 면은 연장된 치형부에 의해 한 측부 상에 한정된다. 다른 측부 상에서, 단부 면은 어떠한 치형부도 제한할 필요가 없고, 출력 레버의 측부 면으로 계속된다. 제 1 섹션, 즉 가변 반경 기어의 가장 작은 반경을 갖는 섹션이 출력 레버의 단부 면과 메슁 맞물림 상태에 있을 때, 측부 면은 제 1 섹션과 제 2 섹션 사이에 기어 캐치 또는 스텝과 맞물린다.
측부 면은 단부 면과 출력 헤드 사이로 연장하는 출력 레버의 출력 표면이다. 측부 면이 기어 캐치와 맞물릴 때, 제 1 섹션으로부터 제 2 섹션으로의 임의의 직접적인 회전은 금지된다. 시프트 샤프트는 전송에 손상을 줄 수 있는 영역들로의 회전으로부터 능동적으로 제한된다. 제 2 섹션, 즉 가장 큰 직경 또는 반경을 갖는 섹션이 출력 레버의 단부 면과 맞물릴 때, 연장된 치형부는 제 2 섹션과 제 1 섹션 사이의 기어 캐치 또는 스텝과 맞물린다. 따라서, 제 2 섹션으로부터 제 1 섹션으로의 직접적인 회전은 금지된다. 이에 의해. 전송은 이에 손상을 줄 수 있는 시프트 샤프트의 임의의 과도한 회전으로부터 보호된다.
모터 샤프트로부터 제 1 샤프트로의 토크의 간단하지만 효율적인 전송은 바람직한 실시예에서 모터 샤프트에 부착된 모터 스퍼 기어와 제 1 샤프트에 부착된 제 1 스퍼 기어의 형태로 토크를 모터 샤프트로부터 제 1 샤프트로 전송하기 위한 수단을 제공함으로써 달성될 수 있고, 제 1 스퍼 기어는 모터 스퍼 기어와 메슁 맞물림 상태에 있다. 제 1 샤프트는 바람직하게 원통형 형태이고, 2개의 튜브-형태의 부싱들(bushings)에 장착되어, 제 1 샤프트는 제 1 축의 방향으로 변위될 수 있다. 즉, 모터 스퍼 기어 및 웜 기어는 제 1 축을 따라 제 1 샤프트의 운동 또는 변위를 금지하지 않는다. 이러한 운동 또는 이동이 의도되지 않지만, 그럼에도 불구하고, 제 1 샤프트를 변위시키는 경향이 있고 모터 샤프트로 전달된 경우 모터에 손상을 줄 수 있는 과도한 힘으로 인해 발생할 수 있다.
제 1 샤프트의 제 1 및/또는 제 2 단부가 제 1 및/또는 제 2 탄성 요소에 인접하게 배치되지만, 바람직하게 제 1 및/또는 제 2 탄성 요소로부터 이격되어, 제 1 샤프트가 제 1 축을 따라 제 1 및/또는 제 2 탄성 요소쪽으로 이동할 때 제 1 또는 제 2 탄성 요소에 의해 특정한 위치로 뒤로 후퇴되는 것이 더 바람직하다. 제 1 탄성 요소가 제 1 축에 수직인 평면에서 연장하는 제 1 플레이트 스프링으로서 형성되고, 제 2 탄성 요소가 제 1 축에 수직인 평면에서 연장하는 제 2 플레이트 스프링으로서 형성되는 것이 바람직하다. 제 1 및/또는 제 2 단부는 바람직하게 큐폴라(cupola) 형태 또는 돔-형태이다.
이 실시예는 바람직한데, 이는 제 1 샤프트가 중립 위치로부터 밀어 넣어질 수 있지만, 일단 힘이 가해지면 원래 위치로 뒤로 후퇴되어, 모터 스퍼 기어로부터 제 1 샤프트로의 회전의 최적의 전송이 복원되기 때문이다. 제 1 샤프트가 탄성 요소들로부터 이격되어, 제 1 샤프트와 탄성 요소들 사이에 마찰 손실이 없는 경우 더욱 더 유리하다. 제 1 샤프트 큐폴라 형태 또는 돔-형태의 단부들 및 플레이트 스프링들로서 탄성 요소들을 형성하는 것은 특히 유리한데, 이는 제 1 샤프트가 탄성 요소들 중 하나 또는 양쪽 모두와 접촉하는 경우에도 마찰 손실이 작기 때문이다.
추가로 바람직한 실시예에서, 회전식 시프트 엑추에이터는 하우징에 배치되고, 하우징은 커버와, 중앙 요소와, 베이스를 포함한다. 커버는 바람직하게 가스킷 또는 밀봉부(sealing)에 의해 중앙 요소에 밀봉된다. 커버와 중앙 요소 사이에 밀봉부를 배치하는 것은 유리한데, 이는 밀봉된 구획(compartment)이, 감지 요소들과 같은 전자기기들 및/또는 모터가 먼지, 물 또는 그리스와 같은 환경적인 스트레스를 갖지 않게 배치될 수 있는 회전식 시프트 엑추에이터 하우징 내에 제공되기 때문이다.
하우징의 베이스는 바람직하게, 회전식 시프트 엑추에이터를 트랜스미션에 장착하도록 적응된다. 이것은 회전식 시프트 엑추에이터를 트랜스미션에 가까이 용이하고 효율적이게 장착하도록 한다.
다른 바람직한 실시예에서, 자석은 제 2 샤프트의 단부 상에, 바람직하게 크라운 기어 상에 장착되고, 자석은, 자석의 극들이 제 2 축에 수직인 축을 따라 연장하도록 배치되고, 회전식 시프트 엑추에이터는 자석의 배향(orientation)을 감지하기 위한 디바이스를 포함한다. 자석, 및 자석의 배향을 감지하기 위한 디바이스는 바람직하게 하우징의 밀봉된 구획에 배치된다. 즉, 자석은 제 2 샤프트 상에 장착되어, 자기장은 제 2 샤프트가 360°만큼 회전할 때 360°만큼 검출가능한 회전을 수행한다. 제 2 샤프트 상의 자석의 배치는 회전식 시프트 엑추에이터의 상태의 정밀한 측정을 허용한다. 디바이스는 바람직하게 예를 들어, 전자 나침반으로 언급될 수 있는 홀-유형의 각고(angular) 자석 센서이다.
시프트 샤프트가 단부 간에 회전될 때 360°만큼 회전할 때 제 2 샤프트 상에 자석을 위치시키는 것이 바람직하다. 모터의 모터 스퍼 기어와 제 1 샤프트는 동시에 360°보다 크게 회전하고, 위치 측정의 명백한 결과를 허용하지 않는다. 다른 한 편으로, 출력 레버는 단지 예를 들어, 50°의 제한된 각도 주위에서 회전한다. 따라서, 동일한 자석, 및 자석의 배향을 감지하기 위한 동일한 디바이스는 적은 정밀도로 회전식 시프트 엑추에이터의 위치를 단지 전달할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예는 첨부된 도면들을 참조하여, 단지 예로서 이제 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 회전식 시프트 엑추에이터의 예시적인 실시예를 도시한 도면.
도 2는 회전식 시프트 엑추에이터의 예시적인 실시예의 개략적인 측면도.
도 3은 회전식 시프트 엑추에이터의 예시적인 실시예의 측면도.
도 4는 회전식 시프트 엑추에이터의 예시적인 실시예의 다른 평면도.
도 5는 회전식 시프트 엑추에이터의 예시적인 실시예의 다른 측면도.
도 6은 회전식 시프트 엑추에이터의 예시적인 실시예의 다른 측면도.
도 7은 회전식 시프트 엑추에이터의 예시적인 실시예의 개략적인 횡단면도.
도 8은 본 발명에 따른 회전식 시프트 엑추에이터의 예시적인 실시예의 출력 레벌의 회전을 측정하기 위한 센서 장치(arrangement)를 도시한 도면.
도 9는 회전식 시프트 엑추에이터의 예시적인 실시예의 분해도.
도 10은 회전식 시프트 엑추에이터의 예시적인 실시예의 제 1 샤프트의 장착에 대한 세부사항을 도시한 도면.
도 11은 다른 사시도로부터 제 1 샤프트의 장착을 도시한 도면.
도 12는 본 발명에 따라 하우징의 중앙 요소 상에 배치된 회전식 시프트 엑추에이터의 예시적인 실시예의 요소들을 도시한 도면.
본 발명의 예시적인 실시예의 기본 레이아웃은 이제 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명될 것이다. 모든 도면들에서, 유사한 도면 부호들은 유사한 요소들을 나타낸다.
본 발명에 따른 회전식 시프트 엑추에이터(1)는 모터 샤프트(4)를 갖는 모터(3)와, 모터 샤프트(4)에 부착된 모터 스퍼 기어(5)를 포함한다. 모터(3)는 바람직하게 전기 모터이지만, 또한 수압 모터가 사용되는 것이 인식가능하다. 모터(3)는 그 회전을 제어하기 위해 전기 접촉 수단(7)을 포함한다. 모터(3)의 모터 샤프트(4) 및 모터 스퍼 기어(5)는 모터 축(9) 주위에서 회전가능하다.
모터 스퍼 기어(5)는 제 1 샤프트(15)의 제 1 단부(13)쪽으로 부착된 제 1 스퍼 기어(11)와 맞물림 상태에 있다. 모터 스퍼 기어(5) 및 제 1 스퍼 기어(11)는 토크를 모터 샤프트(4)로부터 제 1 샤프트(15)로 전송하기 위한 수단(5, 11)을 형성한다. 제 1 샤프트(15)는 모터 축(9)에 평행하게 연장하는 제 1 축(17) 주위에서 회전가능하다. 원통형 피니온 기어(21)는 제 1 샤프트(15)의 제 2 단부(19)쪽에 부착된다. 제 1 샤프트(15)는 원통형 형태이고, 튜브-형태 또는 관형 부싱들(23, 23')에 장착된다. 유리하게, 제 1 샤프트(15)는, 제 1 축(17)을 따라 제 1 샤프트(15)를 변위하는 경향이 있는 힘이 제 1 샤프트(15) 상에서 작용하는 경우 제 1 축(17)을 따라 옆길로 짧은 거리에 대해 변위될 수 있다. 이에 의해 힘은 유리하게 흡수될 뿐 아니라 모터 스퍼 기어(5)와 모터(3) 상으로 전달된다. 제 1 샤프트(15)의 제 1 및 제 2 단부(13, 19)는 큐폴라 또는 돔-형태이다.
원통형 피니온 기어(21)는 제 2 샤프트(29)의 제 1 단부(27)에 부착되는 크라운 기어(25)와 메슁 맞물림 상태에 있다. 본질적으로, 웜 기어(21, 25)는 원통형 피니온 기어(21) 및 크라운 기어(25)에 의해 형성된다. 웜 기어(21, 25)를 통해, 토크를 제 1 샤프트(15)로부터 제 2 샤프트(29)로 전달하기 위한 수단(21, 25)이 제공된다. 제 2 샤프트(29)는 제 1 축(17) 및 모터 축(9)에 수직으로 연장하는 제 2 축(31) 주위에서 회전가능하다. 크라운 기어(25)의 치형 표면(33)은 제 2 샤프트(29)의 제 1 단부(27)로부터 제 2 샤프트(29)의 제 2 단부(35)로 향한다.
가변 반경 기어(37)의 형태로 스퍼 기어(37)는 제 2 샤프트(29)의 제 2 단부(35)쪽에 부착된다. 가변 반경 기어(37)는 가장 작은 반경을 갖는 제 1 섹션(39)과, 가장 큰 반경을 갖는 제 2 섹션(41)을 갖는다. 제 1 및 제 2 섹션(39, 41)은 서로 인접하거나 서로 나란히 배치된다. 가변 반경 기어(37)의 반경은 제 1 섹션(39)으로부터 제 2 섹션(41)으로 제 2 축(31) 주위의 어느 한 방향으로 증가한다. 하지만, 반경은 제 1 섹션(39)으로부터 제 2 섹션(41)으로 스텝-형 방식으로 증가하며, 여기서 제 1 및 제 2 섹션 사이의 각도 거리는 반대 방향으로 연속적인 경사도를 가지고 0°에 도달한다.
가변 반경 기어(37)는 출력 레버(45)의 제 1 단부(44)에 배치된 치형 단부 면(43)과 메슁 맞물림 상태에 있다. 출력 레버의 요소들을 통해, 토크를 제 2 샤프트(29)로부터 출력 레버(45)로 전송하기 위한 수단(41, 43)이 제공된다. 출력 레버(45)는 출력 축(47) 주위에서 회전가능하거나, 선회가능하다. 치형 단부 면(43)은 레버 축(47) 주위에서 가변 반경 상에 배치되어, 제 2 축(31)과 레버 축(47) 사이의 거리는 제 2 샤프트(29)를 회전하고 출력 레버(45)를 선회하는 동안 일정하며, 치형 단부 면(43) 및 가변 반경 기어(37)는 메슁 맞물림 상태로 일정하게 남아있다. 즉, 출력 레버의 치형 단부 면(43)의 곡률은 가변 반경 기어(37)의 변하는 반경에 매칭한다. 매칭 치형 단부 면(43)과의 가변 반경 기어(37) 및 출력 레버(45)의 조합은 회전 동안 회전식 시프트 엑추에이터(1)의 기어비를 변하도록 하기 때문에 유리하다. 이를 통해, 가변 반경 기어(37)가 제 1 섹션(39)에서 치형 단부 면(43)과 맞물릴 때, 즉 트랜스미션을 역으로 이동시키기 위해, 그리고 가변 모터 스퍼 기어(37)가 출력 레버(5)의 치형 단부 면(43)의 제 2 섹션(41)과 맞물릴 때 적은 힘 또는 토크를 가지고 더 긴 이동을 위해, 높은 기어비가 제공된다.
레버 축(47)의 출력 레버(45)의 회전을 제한하기 위해, 제 1 섹션(39)과 제 2 섹션(41) 사이의 반경에서의 차이는 기어 캐치(49)를 형성한다. 기어 캐치(49)는, 제 1 섹션(39) 및 제 2 섹션(41)이 서로 인접한 가변 반경 기어(37)의 표면에 의해 나타난다. 따라서, 기어 캐치(49)의 길이는 제 1 섹션(39)과 제 2 섹션(41) 사이의 반경에서의 차이에 의해 결정된다. 제 1 섹션(39)으로부터 제 2 섹션(41)으로의 직접적인 회전은 출력 레버(45)의 측부 면(51)과의 기어 캐치의 맞물림에 의해 한정된다. 가변 반경 기어(37)의 제 2 섹션(41)이 치형 단부 면(43)과 맞물릴 때, 연장된 치형부(43)는 기어 캐치(49)와 맞물리게 된다. 연장된 치형부는 가변 반경 기어(37)의 임의의 추가 회전을 제약한다. 기어 캐치(49), 측부 면(51) 및 연장된 치형부(43)의 한정되는 조합이 유리한데, 이는 트랜스미션의 시프트 샤프트의 회전이 과도한 회전으로 인한 손상을 회피하는 특정 각도에 제약되기 때문이다.
출력 헤드(55)는 출력 레버(45)의 제 2 단부(56)에 위치되고, 트랜스미션의 시프트 샤프트와 맞물릴 수 있는 오목부(recess) 또는 슬롯(57)을 포함한다. 오목부(57)의 중심은 레버 축(47)과 일치한다. 토크를 모터 샤프트(4)로부터 출력 헤드(55)로 전송하는 기어 트레인(58)은 샤프트들(15, 29), 출력 레버(45), 및 토크를 전송하기 위한 수단(5, 11, 21, 25, 37, 43)에 의해 형성된다.
본 발명에 따른 회전식 시프트 엑추에이터(1)의 예시적인 실시예는 도 4 및 도 8에 개략적으로 도시된 출력 레버(45)의 회전을 결정하기 위한 시스템을 더 포함한다. 시스템은 제 2 샤프트(29)의 제 1 단부(27) 상에 장착된 자석을 포함한다. 제 1 단부(27)는 크라운 기어(25)의 비-치형 표면에 대응한다. 자석(59)은 제 2 축(31) 상에 장착되어, 자석(59)의 N극으로부터 S극으로 가리키는 축은 제 2 축(31)에 수직이다. 자석(59)의 배향을 감지하기 위한 수단(61)은 자석(59)에 인접하게 장착되어, 크라운 기어(25)와의 자석(59)의 회전이 감지될 수 있다.
출력 레버(45)가 하나의 단부 위치로부터 다른 단부 위치로 예를 들어 50°만큼 선회될 때 크라운 기어(25)가 거의 360°만큼 회전되기 때문에, 크라운 기어(25) 상에 자석(59)을 장착하는 것이 바람직하다. 따라서, 레버 축 상에 장착된 자석의 자기장은 단지 50°만큼 회전된다. 디바이스(61)는 주어진 정밀도로 자석(59)의 배향을 단지 감지할 수 있는데, 즉 출력 레버(45)의 회전 또는 선회의 측정의 상대적인 정밀도는, 자석이 더 큰 각도 주위에서 회전하는 경우 더 높다. 그러므로, 자석(59)을 크라운 기어(25) 상에 장착하는 것은 회전식 시프트 엑추에이터(1)의 상태의 가장 정밀한 측정을 제공한다. 다른 한 편으로 모터 스퍼 기어(5) 및 제 1 샤프트(15)는, 출력 레버(45)가 단부 간에 경사질 때 360° 이상만큼 회전하여, 제 1 샤프트(15) 또는 모터 샤프트(4)에 장착된 자석의 자기장의 배향의 측정이 모호하게 된다.
본 발명에 따른 회전식 시프트 엑추에이터(1)의 예시적인 실시예는 하우징(63)에 배치된다. 하우징은 커버(65), 중앙 요소(67), 베이스(69) 및, 중앙 요소(67)를 커버(65)에 밀봉하기 위한 가스킷 또는 밀봉부(71)를 포함한다. 베이스(69)는 회전식 시프트 엑추에이터(1)의 예시적인 실시예를 트랜스미션에 장착하기 위한 수단(73)을 포함한다. 밀봉부(71)에 의해 커버(65)와 중앙 요소(67) 사이에 형성된 밀봉된 구획에서, 전자 나침반(61) 및 회전식 시프트 엑추에이터(1)의 전기 모터(3)와 같은 모든 전자 디바이스들은 먼지, 그리스 또는 물과 같은 모든 환경적 스트레스로부터 보호된다.
도 10 및 도 11에서, 제 1 샤프트(15)의 장착이 더 구체적으로 도시된다. 샤프트(15)는 원통형 형태이고, 관형 부싱(23')에 장착된다. 제 1 샤프트(15)의 제 2 단부(19)는 탄성 요소(75)에 접한다. 탄성 요소(75)는 제 1 축(70)에 수직인 평면에서 연장하는 플레이트 스프링(75)으로서 형성된다. 제 2 단부(19)의 큐폴라 형태가 유리한데, 이는 제 1 샤프트(15)의 제 2 단부(19)와 탄성 요소(75) 사이의 마찰을 최소화하기 때문이다. 탄성 요소(75)가 유리한데, 이는, 제 1 샤프트(15)를 제 1 축(17)을 따른 방향으로 변위시키는 경향을 갖는 힘이 제 1 샤프트(15) 상에서 작용할 때, 제 1 샤프트(15)가 제 1 축(17)을 따라 약간 변위될 수 있기 때문이다. 힘이 제 1 샤프트(15) 상에서 더 이상 작용하지 않을 때, 탄성 요소(25)는 제 1 샤프트(15)를 중앙 또는 중립 위치로 다시 밀어내어진다.
마지막으로, 도 12는 하우징(63)의 중앙 요소(67)에 대해 모터(3), 모터 스퍼 기어(5), 제 1 샤프트(15) 및 제 2 샤프트(29)의 배치를 도시한다.

Claims (15)

  1. 시프트-바이-와이어(shift-by-wire) 트랜스미션을 위한 회전식 시프트 엑추에이터(1)로서,
    모터 축(9) 주위에서 회전가능한 모터 샤프트(4)를 갖는 모터(3)와,
    출력 레버(45)의 제 2 단부(56)쪽으로 배치되고, 트랜스미션의 시프트 샤프트와의 연결을 위해 적응된 출력 헤드(55)와,
    토크를 상기 모터 샤프트(4)로부터 상기 출력 헤드(55)로 전달하기 위한 기어 트레인(58)을 포함하고,
    상기 기어 트레인(58)은 제 1 축(17) 주위에서 회전가능한 제 1 샤프트(15)와, 제 2 축(31) 주위에서 회전가능한 제 2 샤프트(29)와, 레버 축(47) 주위에서 선회가능한 상기 출력 레버(45)를 포함하고,
    상기 기어 트레인(58)은 토크를 상기 모터 샤프트(4)로부터 상기 제 1 샤프트(15)로, 상기 제 1 샤프트(15)로부터 상기 제 2 샤프트(29)로, 그리고 상기 제 2 샤프트(29)로부터 상기 출력 레버(45)로 전송하기 위한 수단(5, 11, 21, 25, 37, 43)을 더 포함하고,
    토크를 상기 제 1 샤프트(15)로부터 상기 제 2 샤프트(29)로 전송하기 위한 수단(21, 25)은 웜 기어(21, 25)로서 형성되고,
    상기 모터 축(9)은 상기 제 1 축(17)에 평행하게 그리고 상기 제 2 축(31)에 수직으로 연장하고, 상기 제 2 축(31)은 상기 레버 축(47)에 평행하게 연장하고,
    토크를 상기 모터 샤프트(4)로부터 상기 제 1 샤프트(15)로 전송하기 위한 상기 수단(5, 11)은 상기 모터 샤프트(4)에 부착된 모터 스퍼 기어(5)와, 상기 제 1 샤프트(15)에 부착된 제 1 스퍼 기어(11)에 의해 형성되고, 상기 제 1 스퍼 기어(11)는 상기 모터 스퍼 기어(5)와 메슁 맞물림 상태에 있고,
    상기 제 1 샤프트(15)는 원통형 형태이고, 2개의 튜브-형태의 부싱들(bushings)(23, 23')에 장착되어, 상기 제 1 샤프트(15)는 상기 제 1 축(17)의 방향으로 변위될 수 있는 것을 특징으로 하는, 시프트-바이-와이어 트랜스미션을 위한 회전식 시프트 엑추에이터.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 모터 축(9) 및 상기 제 1 축(17)은 상기 제 2 축(31)과 상기 레버 축(47) 사이에 배치되고, 상기 제 1 축(17)은 상기 모터 축(9)과 상기 제 2 축(31) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는, 시프트-바이-와이어 트랜스미션을 위한 회전식 시프트 엑추에이터.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 웜 기어(21, 25)는 상기 제 1 샤프트(15)에 부착된 원통형 피니온 기어(21), 및 상기 제 2 샤프트(29)에 부착된 크라운 기어(25)에 의해 형성되고, 상기 크라운 기어(25)는 상기 원통형 피니온 기어(21)와 메슁 맞물림(meshing engagement) 상태에 있는 것을 특징으로 하는, 시프트-바이-와이어 트랜스미션을 위한 회전식 시프트 엑추에이터.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 제 1 샤프트(15)의 제 1 또는 제 2 단부(13, 19)는 제 1 또는 제 2 탄성 요소(75)에 인접하게 배치되지만, 상기 제 1 또는 제 2 탄성 요소(75)로부터 이격되어, 상기 제 1 샤프트(15)는 상기 제 1 축(17)을 따라 상기 제 1 또는 상기 제 2 탄성 요소(75) 쪽으로 변위될 때 상기 제 1 또는 상기 제 2 탄성 요소(75)에 의해 중앙 위치로 다시 밀어질 수 있는 것을 특징으로 하는, 시프트-바이-와이어 트랜스미션을 위한 회전식 시프트 엑추에이터.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 제 1 탄성 요소(75)가 제 1 플레이트 스프링(75)으로서 형성되고, 상기 제 1 플레이트 스프링(75)이 상기 제 1 축(17)에 수직인 평면에서 연장하거나,
    상기 제 2 탄성 요소(75)가 제 2 플레이트 스프링(75)으로서 형성되고, 상기 제 2 플레이트 스프링(75)이 상기 제 1 축(17)에 수직인 평면에서 연장하는 것을 특징으로 하는, 시프트-바이-와이어 트랜스미션을 위한 회전식 시프트 엑추에이터.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 제 1 샤프트의 제 1 단부 또는 제 2 단부는 큐폴라(cupola) 형태인 것을 특징으로 하는, 시프트-바이-와이어 트랜스미션을 위한 회전식 시프트 엑추에이터.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 회전식 시프트 엑추에이터(1)는 하우징(63)에 배치되고, 상기 하우징(63)은 커버(65), 중앙 요소(67) 및 베이스(69)를 포함하고, 상기 커버(65)는 가스킷(71)에 의해 상기 중앙 요소(67)에 밀봉되는 것을 특징으로 하는, 시프트-바이-와이어 트랜스미션을 위한 회전식 시프트 엑추에이터.
  8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 제 2 샤프트(29)의 단부 상에 자석(59)이 장착되고, 상기 자석(59)은, 상기 자석(59)의 극들이 상기 제 2 축(31)에 수직인 축을 따라 연장하도록 배치되고,
    상기 회전식 시프트 엑추에이터(1)는 상기 자석(59)의 배향을 감지하기 위한 디바이스(61)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 시프트-바이-와이어 트랜스미션을 위한 회전식 시프트 엑추에이터.
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