KR102497964B1 - 차동 동력 수평 수직 전환형 액츄에이터 모듈 - Google Patents

차동 동력 수평 수직 전환형 액츄에이터 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차의 시트가 설치되어 레일을 따라 주행이 가능한 시트 대차에 설치되어 동력 전달 기능과 셀프 록킹 기능을 수행할 수 있게 하는 차동 동력 수평 수직 전환형 액츄에이터 모듈에 관한 것으로서, 전체적으로 수평 방향으로 형성되는 수평 구동축을 회전시키는 액츄에이터; 상기 수평 구동축의 일측 단부에 연결되고, 상기 수평 구동축의 일측의 회전 동력을 전체적으로 수직 방향인 제 1 수직 회전축으로 방향을 전환하여 전달하는 제 1 기어 박스; 및 상기 수평 구동축의 타측 단부에 연결되고, 상기 수평 구동축의 타측의 회전 동력을 전체적으로 수직 방향인 제 2 수직 회전축으로 방향을 전환하여 전달하는 제 2 기어 박스;를 포함할 수 있다.

Description

차동 동력 수평 수직 전환형 액츄에이터 모듈{Actuator module of vertical horizontal direction change type for differential power}
본 발명은 차동 동력 수평 수직 전환형 액츄에이터 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자동차의 시트가 설치되어 레일을 따라 주행이 가능한 시트 대차에 설치되어 동력 전달 기능과 셀프 록킹 기능을 수행할 수 있게 하는 차동 동력 수평 수직 전환형 액츄에이터 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 종래의 롱 슬라이드 장치는, 차량 시트를 전진시키거나 후진시킬 수 있도록 전후 방향으로 길게 형성되는 직선형 막대 형상의 로워 레일 및 일측에 시트 프레임이 고정되고, 상기 로워 레일을 따라 전후진될 수 있는 전후진 대차를 포함하는 구성으로서, 상기 로워 레일은 전체적으로 직선 구간으로만 형성되어 차량 시트가 직선으로 전후진 이동될 수 있었다.
이러한 종래의 직선 이동형 롱 슬라이드 장치는, 실내 공간으로 돌출되는 뒷바퀴 휠하우스를 회피할 수 없었기 때문에 전후 방향의 상기 로워 레일만 설치하거나, 또는 상기 차량 시트를 전후진시키는 중간에 좌우 이동시켜서 뒷바퀴 휠하우스를 회피할 수 있도록 상기 로워 레일과 상기 시트 프레임 사이에 좌우 방향으로 길게 형성된 별도의 좌우 방향 레일을 추가로 설치할 수 있었다.
그러나, 이러한 직선형 로워 레일 및 직선형 좌우 레일을 설치하는 종래의 롱 슬라이드 장치는, 사용자가 수동으로만 조작할 수 있었고, 직선 수동 조작 및 좌우 수동 조작을 동시에 진행하지 못하여 예컨대, 전후진 수동 조작 후 좌우 수동 조작, 좌우 수동 조작 후 전후진 수동 조작 등 수동 조작을 순차적으로만 수행할 수 있었기 때문에 사용이 매우 불편했었던 문제점들이 있었다.
또한, 종래에는 좌우 레일을 시트 내부에 적용하는 경우, 높이 방향으로 소정의 공간을 필요하기 때문에 시트의 착좌 높이가 높아지고, 시트의 다른 편의 기능 적용에 대한 공간적 방해 요소가 되었던 문제점이 있었다.
한편, 최근 추세는 자율 주행 차량이 널리 이용되면서, 기존의 안전 조항에 위배되지 않는 범위 내에서 차량 시트가 실내 공간의 다양한 위치에 위치할 수 있도록 형태를 다양하게 바꿀 수 있는 차량 시트에 대한 개발이 진행되고 있으나, 현실적으로는 곡선 구간을 주행할 수 있는 로워 레일과 전후진 대차에 대한 기술적 구성이 매우 어려웠었던 문제점들이 있었다.
특히, 이러한 곡선 구간 및 높이 변화 구간을 주행하기 위해서는 자동차의 시트가 설치된 시트 대차의 좌우 방향으로의 회전 속도를 다르게 전달해야 하는 것은 물론이고, 시트 대차가 정지한 경우, 스스로 움직이지 않도록 셀프 록킹 기능이 반드시 필요했었지만, 종래에는 이러한 기능들을 적은 개수의 부품들로 구성하기가 매우 어려웠었던 문제점들이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 좌우 회전 편차에 대응하는 차동 구조를 이용하여 곡선형 레일을 단속없이 주행할 수 있는 시트 대차에 적용할 수 있고, 하나의 모터로도 최대 응력 구동이 가능하여 2WD 및 2개 적용시 4WD 구동 방식을 구현할 수 있어서 제작 단가를 크게 낮출 수 있으며, 웜 기어 조합과, 차동 기어 조합 및 유성 기어 조합을 이용하여 부품의 개수를 줄이는 컴팩트한 구조로도 셀프 록킹 기능을 수행할 수 있게 하여 부품들의 소음과 진동 및 유격 발생을 줄이고, 부품 조립성과 내구성을 향상시키며, 작동의 정밀도와 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있고, BLDC 모터를 적용하여 가변 속도 제어 및 정숙 운전을 가능하게 하는 차동 동력 수평 수직 전환형 액츄에이터 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 차동 동력 수평 수직 전환형 액츄에이터 모듈은, 전체적으로 수평 방향으로 형성되는 수평 구동축을 회전시키는 액츄에이터; 상기 수평 구동축의 일측 단부에 연결되고, 상기 수평 구동축의 일측의 회전 동력을 전체적으로 수직 방향인 제 1 수직 회전축으로 방향을 전환하여 전달하는 제 1 기어 박스; 및 상기 수평 구동축의 타측 단부에 연결되고, 상기 수평 구동축의 타측의 회전 동력을 전체적으로 수직 방향인 제 2 수직 회전축으로 방향을 전환하여 전달하는 제 2 기어 박스;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 액츄에이터는, 케이스; 상기 케이스의 내부에 설치되고, 모터 회전축을 회전시키는 모터; 및 상기 케이스의 내부에 설치되고, 상기 제 1 기어 박스의 상기 제 1 수직 회전축의 제 1 회전 속도와 상기 제 2 기어 박스의 상기 제 2 수직 회전축의 제 2 회전 속도가 서로 다른 속도로 회전할 수 있도록 상기 모터 회전축의 일단부에 설치되는 차동 기어 조합;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 모터 회전축은 상기 일단부가 상기 차동 기어 조합과 연결되고, 타단부가 상기 수평 구동축의 상기 타측 단부를 형성할 수 있으며, 양단부의 비틀림 현상 또는 절곡 현상을 완화할 수 있도록 플랙시블 재질로 이루어지는 플랙시블 와이어(Flexible Wire)일 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 차동 기어 조합은, 상기 모터를 기준으로 회전이 자유롭게 지지되는 로테이트 케이지 커버(Rotate Cage Cover); 상기 모터 회전축의 상기 일단부와 연결되고, 베벨 기어 형상인 제 1 디퍼런셜 사이드 기어(Differential Side Gear); 일측이 상기 제 1 디퍼런셜 사이드 기어와 맞물리도록 베벨 기어 형상인 적어도 하나 이상의 디퍼런셜 종방향 기어(Differential Longitudinal Gear); 상기 디퍼런셜 종방향 기어를 핀으로 회전이 자유롭게 지지하는 로테이트 케이지(Rotate Cage); 및 상기 수평 구동축의 상기 일측 단부를 형성하고, 상기 디퍼런셜 종방향 기어의 타측과 맞물리도록 베벨 기어 형상인 제 2 디퍼런셜 사이드 기어;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 제 1 기어 박스는, 하우징; 베어링을 이용하여 상기 하우징의 일측에 회전이 자유롭게 설치되고, 상기 수평 구동축의 상기 일측 단부와 연결되는 웜기어 조합; 및 베어링을 이용하여 상기 하우징의 타측에 회전이 자유롭게 설치되고, 상기 웜기어 조합과 연결되는 유성 기어 조합;을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 웜기어 조합은, 상기 수평 구동축의 상기 일측 단부와 연결되는 웜 샤프트(Worm Shaft); 상기 웜 샤프트에 형성되는 웜 기어(Worm Gear); 및 상기 웜 샤프트의 전체적으로 수평 방향의 구동력을 수직 방향으로 전환할 수 있도록 상기 웜 기어와 치합되는 웜휠 기어(Worm Wheel Gear);를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 웜 기어는, 감속비를 크게 하여 셀프 록킹(역전 방지) 기능을 수행할 수 있도록 서로 맞물리는 치합 면적을 증대시킨 확폭형 웜 기어 또는 장고형 웜 기어(Hourglass Worm Gear)이고, 상기 웜휠 기어는, 확폭형 웜휠 기어 또는 오목형 웜휠 기어일 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 유성 기어 조합은, 일측에 상기 웜휠 기어가 설치되는 선 기어 샤프트(Sun Gear Shaft); 상기 선 기어 샤프트에 형성되는 선 기어(Sun Gear); 상기 선 기어를 중심으로 맞물리도록 배치되는 적어도 하나 이상의 플래니터리 기어(Planetary Gear); 상기 플래니터리 기어와 맞물리도록 링형상으로 형성되는 인터널 기어(Internal Gear); 및 상기 플래니터리 기어를 회전이 자유롭게 지지하고, 상기 제 1 수직 회전축을 형성하는 캐리어 샤프트(Carrier Shaft);를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 플래니터리 기어는, 상기 선 기어를 중심으로 3개가 삼각 배치될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 유성 기어 조합은, 감속비를 크게 하여 셀프 록킹 기능을 수행할 수 있도록 상기 선 기어를 입력으로 하고, 상기 인터널 기어를 고정하며, 상기 캐리어 샤프트를 출력으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 수평 구동축의 동력을 상기 제 1 기어 박스로 전달할 수 있도록 상기 액츄에이터와 상기 제 1 기어 박스 사이에 설치되는 커플링 장치;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 커플링 장치는, 상기 수평 구동축의 상기 일측 단부에 설치되는 제 1 커플링 도그(Coupling Dog); 상기 제 1 커플링 도그와 치합되고, 충격을 완화할 수 있도록 연질의 탄성 재질로 이루어지는 플랙시블 커플러(Flexible Coupler); 및 상기 플랙시블 커플러와 치합되고, 상기 제 1 기어 박스의 웜 샤프트와 연결되는 제 2 커플링 도그;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 자동차의 시트가 설치된 시트 대차가 레일을 따라 주행될 수 있도록 상기 제 1 기어 박스의 상기 제 1 수직 회전축은 상기 시트 대차의 일측에 설치되는 제 1 구동 기어 또는 제 1 구동 휠과 연결되고, 상기 제 2 기어 박스의 상기 제 2 수직 회전축은 상기 시트 대차의 타측에 설치되는 제 2 구동 기어 또는 제 2 구동 휠과 연결될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 1개의 모터로 상기 제 1 기어 박스의 상기 제 1 수직 회전축과, 상기 제 2 기어 박스의 상기 제 2 수직 회전축을 구동시키고, 상기 레일의 곡선 구간에서 상기 제 1 수직 회전축의 제 1 회전 속도와 상기 제 2 수직 회전축의 제 2 회전 속도가 서로 다른 속도로 회전할 수 있도록 상기 액츄에이터에 차동 기어 조합을 설치할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 웜 기어와 상기 웜휠 기어의 헐거워짐을 방지할 수 있도록 상기 웜 샤프트를 상기 웜휠 기어 방향으로 가압하는 유격 보상 장치;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 유격 보상 장치는, 상기 하우징에 나사 전후진이 가능하게 설치되고, 탄성 스프링의 탄성 복원력을 이용하여 상기 웜 샤프트의 상기 베어링을 선단의 탄성볼로 가압하는 볼 플랜저(Ball Plunger)일 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 좌우 회전 편차에 대응하는 차동 구조를 이용하여 곡선형 레일을 단속없이 주행할 수 있는 시트 대차에 적용할 수 있고, 하나의 모터로도 최대 응력 구동이 가능하여 2WD 및 2개 적용시 4WD 구동 방식을 구현할 수 있어서 제작 단가를 크게 낮출 수 있으며, 차동 기어 조합과, 웜 기어 조합 및 유성 기어 조합을 이용하여 부품의 개수를 줄이는 컴팩트한 구조로도 셀프 록킹 기능을 수행할 수 있게 하여 부품들의 소음과 진동 및 유격 발생을 줄이고, 부품 조립성과 내구성을 향상시키며, 작동의 정밀도와 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있고, BLDC 모터를 적용하여 가변 속도 제어 및 정숙 운전을 가능하게 하는 효과를 갖는 것이다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 차동 동력 수평 수직 전환형 액츄에이터 모듈을 나타내는 외관 사시도이다.
도 2는 도 1의 차동 동력 수평 수직 전환형 액츄에이터 모듈의 액츄에이터와, 제 1 기어 박스 및 제 2 기어 박스를 분해하여 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 차동 동력 수평 수직 전환형 액츄에이터 모듈의 액츄에이터를 상세하게 나타내는 부품 분해 사시도이다.
도 4는 도 2의 차동 동력 수평 수직 전환형 액츄에이터 모듈의 제 1 기어 박스를 상세하게 나타내는 부품 분해 사시도이다.
도 5는 도 1의 차동 동력 수평 수직 전환형 액츄에이터 모듈의 내부를 나타내는 투시 사시도이다.
도 6은 도 1의 차동 동력 수평 수직 전환형 액츄에이터 모듈의 액츄에이터를 타나내는 사시도이다.
도 7은 도 6의 차동 동력 수평 수직 전환형 액츄에이터 모듈의 차동 기어 조합을 나타내는 사시도이다.
도 8 내지 도 10은 도 1의 차동 동력 수평 수직 전환형 액츄에이터 모듈의 웜 기어 조합 및 유성 기어 조합을 나타내는 사시도들이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
이하, 본 발명의 여러 실시예들에 따른 차동 동력 수평 수직 전환형 액츄에이터 모듈(100)을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 차동 동력 수평 수직 전환형 액츄에이터 모듈(100)을 나타내는 외관 사시도이고, 도 2는 도 1의 차동 동력 수평 수직 전환형 액츄에이터 모듈(100)의 액츄에이터(10)와, 제 1 기어 박스(20-1) 및 제 2 기어 박스(20-2)를 분해하여 나타내는 분해 사시도이다.
먼저, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 차동 동력 수평 수직 전환형 액츄에이터 모듈(100)은, 크게 액츄에이터(10) 및 기어 박스(20)를 포함할 수 있다.
예컨대, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 액츄에이터(10)는 전체적으로 수평 방향으로 형성되는 수평 구동축(D)을 회전시키는 회전 장치 및 차동 동력 전달 장치들을 포함하는 장치일 수 있다.
또한, 예컨대, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 기어 박스(20)는, 상기 수평 구동축(D)의 좌측 단부에 연결되고, 상기 수평 구동축(D)의 좌측의 회전 동력을 전체적으로 수직 방향인 제 1 수직 회전축(D1)으로 방향을 전환하여 전달하는 제 1 기어 박스(20-1) 및 상기 수평 구동축(D)의 우측 단부에 연결되고, 상기 수평 구동축(D)의 우측의 회전 동력을 전체적으로 수직 방향인 제 2 수직 회전축(D2)으로 방향을 전환하여 전달하는 제 2 기어 박스(20-2)를 포함할 수 있다.
여기서, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 자동차의 시트가 설치된 시트 대차(1)가 레일(R)을 따라 주행될 수 있도록 상기 제 1 기어 박스(20-1)의 상기 제 1 수직 회전축(D1)은 상기 시트 대차(1)의 일측에 설치되는 제 1 구동 기어(W1) 또는 제 1 구동 휠과 연결되고, 상기 제 2 기어 박스(20-2)의 상기 제 2 수직 회전축(D2)은 상기 시트 대차(1)의 타측에 설치되는 제 2 구동 기어(W2) 또는 제 2 구동 휠과 연결될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 이러한, 상기 제 1 구동 기어(W1) 및 상기 제 2 구동 기어(W2)는, 상기 레일(R)의 일측에 설치되는 랙기어(RG)와 치합되어 상기 시트 대차(1)의 주행을 가능하게 할 수 있다.
따라서, 본 발명의 차동 동력 수평 수직 전환형 액츄에이터 모듈(100)은, 전체적으로 수평 방향으로 발생된 수평 동력을 좌측 및 우측으로 차별적으로 분리하여 상기 레일(R)의 곡선 구간이나 높이 변환 구간에서도 상기 제 1 구동 기어(W1) 및 상기 제 2 구동 기어(W2)의 회전수 편차, 즉 좌우 속도 편차에 대응될 수 있다.
도 3은 도 2의 차동 동력 수평 수직 전환형 액츄에이터 모듈(100)의 액츄에이터(10)를 상세하게 나타내는 부품 분해 사시도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 상기 차동 동력 수평 수직 전환형 액츄에이터 모듈(100)의 액츄에이터(10)는, 전체적으로 수평 방향으로 형성되는 수평 구동축(D)을 사이에 두고 일체화 구성되어, 좌우에 각각 제 1 수직 회전축(D1)및 제 2 수직 회전축(D2)을 중심으로 전환하여 회전 구동되도록 상기 제 1 기어 박스(20-1) 및 상기 제 2 기어 박스(20-2)를 가동시키는 장치로서, 케이스(11)와, 상기 케이스(11)의 내부에 설치되고, 모터 회전축(121)을 회전시키는 모터(12)와, 상기 케이스(11)의 내부에 설치되고, 상기 제 1 기어 박스(20-1)의 상기 제 1 수직 회전축(D1)의 제 1 회전 속도와 상기 제 2 기어 박스(20-2)의 상기 제 2 수직 회전축(D2)의 제 2 회전 속도가 서로 다른 속도로 회전할 수 있도록 상기 모터 회전축(121)의 일단부에 설치되는 차동 기어 조합(13) 및 상기 케이스(11)를 밀폐시키는 모터 커버(14)를 포함할 수 있다.
여기서, 예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 모터 회전축(121)은 상기 일단부가 상기 차동 기어 조합(13)과 연결되고, 타단부가 상기 수평 구동축(D)의 상기 타측 단부를 형성할 수 있으며, 양단부의 비틀림 현상 또는 절곡 현상을 완화할 수 있도록 플랙시블 재질로 이루어지는 플랙시블 와이어(Flexible Wire)일 수 있다.
또한, 예컨대, 상기 모터(12)는, 구동축이 중심을 관통하는 중공 타입이고, 가변 속도 제어가 가능한 BLDC(Brushless DC electric motor) 모터일 수 있다. 그러나, 이에 반드시 국한되지 않고 다양한 형태의 모터들이 모두 적용될 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 차동 기어 조합(13)은, 상기 모터(12)를 기준으로 회전이 자유롭게 지지되는 로테이트 케이지 커버(131)(Rotate Cage Cover)와, 상기 모터 회전축(121)의 상기 일단부와 연결되고, 베벨 기어 형상인 제 1 디퍼런셜 사이드 기어(132)(Differential Side Gear)와, 일측이 상기 제 1 디퍼런셜 사이드 기어(132)와 맞물리도록 베벨 기어 형상인 적어도 하나 이상의 디퍼런셜 종방향 기어(133)(Differential Longitudinal Gear)와, 상기 디퍼런셜 종방향 기어(133)를 둘러싸는 형상으로 형성되고, 상기 디퍼런셜 종방향 기어(133)를 핀(P)으로 회전이 자유롭게 지지하는 로테이트 케이지(134)(Rotate Cage) 및 상기 수평 구동축(D)의 상기 일측 단부를 형성하고, 상기 디퍼런셜 종방향 기어(133)의 타측과 맞물리도록 베벨 기어 형상인 제 2 디퍼런셜 사이드 기어(135)를 포함할 수 있다.
즉, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 상기 차동 동력 수평 수직 전환형 액츄에이터 모듈(100)의 액츄에이터(10)는, 1개의 모터(12)로 상기 제 1 기어 박스(20-1)의 상기 제 1 수직 회전축(D1)과, 상기 제 2 기어 박스(20-2)의 상기 제 2 수직 회전축(D2)을 구동시키고, 상기 레일(R)의 곡선 구간에서 상기 제 1 수직 회전축(D1)의 제 1 회전 속도와 상기 제 2 수직 회전축(D2)의 제 2 회전 속도가 서로 다른 속도로 회전할 수 있도록 상기 액츄에이터(10)에 차동 기어 조합(13)이 설치될 수 있다.
따라서, 상기 모터 회전축(121)의 회전 구동력은 상기 제 1 디퍼런셜 사이드 기어(132)에 직접 전달 수 있지만, 상기 디퍼런셜 종방향 기어(133) 및 로테이트 케이지(134)를 통해서 상기 제 2 디퍼런셜 사이드 기어(135)에는 간접적으로 전달될 수 있고, 이로 인하여, 평상시에는, 상기 차동 기어 조합(13)을 이용하여 상기 수평 구동축(D)의 좌측 단부의 회전 속도와 상기 수평 구동축(D)의 우측 단부의 회전 속도가 동일한 경우로 전달되지만, 만약, 예컨대, 곡선 레일(R)에서 외력에 의해 상기 수평 구동축(D)의 좌측 단부의 회전 속도가 0으로 정지하는 경우에는 반대로 상기 수평 구동축(D)의 우측 단부의 회전 속도는 2배로 빨라져서 부품에 무리를 주지 않고도 곡선 주행이 가능하다.
그러므로, 본 발명에 의하면, 곡선형 레일(R)을 자동으로 주행할 수 있는 시트 대차(1)에 적용할 수 있고, 1개의 모터로도 2WD 차동 구동을 구현할 수 있어서 제작 단가를 크게 낮출 수 있다. 또한, 2개의 모터로는 4WD 차동 구동도 가능하다.
도 4는 도 2의 차동 동력 수평 수직 전환형 액츄에이터 모듈(100)의 제 1 기어 박스(20-1)를 상세하게 나타내는 부품 분해 사시도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 상기 차동 동력 수평 수직 전환형 액츄에이터 모듈(100)의 상기 제 1 기어 박스(20-1)는, 하우징(210)과, 베어링(B1)(B2)을 이용하여 상기 하우징(210)의 일측에 회전이 자유롭게 설치되고, 상기 수평 구동축(D)의 상기 일측 단부와 연결되는 웜기어 조합(220) 및 베어링(B3)(B4)을 이용하여 상기 하우징(210)의 타측에 회전이 자유롭게 설치되고, 상기 웜기어 조합(220)과 연결되는 유성 기어 조합(230)을 포함할 수 있다.
예컨대, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 웜기어 조합(220)은, 상기 수평 구동축(D)의 상기 일측 단부와 연결되는 웜 샤프트(221)(Worm Shaft)와, 상기 웜 샤프트(221)에 형성되는 웜 기어(222)(Worm Gear) 및 상기 웜 샤프트(221)의 전체적으로 수평 방향의 구동력을 수직 방향으로 전환할 수 있도록 상기 웜 기어(222)와 치합되는 웜휠 기어(223)(Worm Wheel Gear)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 웜 기어(222)는, 감속비를 크게 하여 셀프 록킹(역전 방지) 기능을 수행할 수 있도록 서로 맞물리는 치합 면적을 증대시킨 확폭형 웜 기어 또는 장고형 웜 기어(Hourglass Worm Gear)이고, 상기 웜휠 기어(223)는, 확폭형 웜휠 기어 또는 오목형 웜휠 기어일 수 있다.
따라서, 감속비가 매우 큰 상기 웜 기어(222) 및 상기 웜휠 기어(223)를 이용하여 상기 웜 기어(222)에서 상기 웜휠 기어(223) 방향으로는 구동력이 전달될 수 있지만, 반대로 상기 웜휠 기어(223)에서 상기 웜 기어(222)로는 구동력이 전달되지 않기 때문에 셀프 록킹 기능이 가능하다.
또한, 예컨대, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 상기 차동 동력 수평 수직 전환형 액츄에이터 모듈(100)의 상기 유성 기어 조합(230)은, 일측에 상기 웜휠 기어(223)가 설치되는 선 기어 샤프트(231)(Sun Gear Shaft)와, 상기 선 기어 샤프트(231)에 형성되는 선 기어(232)(Sun Gear)와, 상기 선 기어(232)를 중심으로 맞물리도록 배치되는 적어도 하나 이상의 플래니터리 기어(233)(Planetary Gear)와, 상기 플래니터리 기어(233)와 맞물리도록 링형상으로 형성되는 인터널 기어(234)(Internal Gear) 및 상기 플래니터리 기어(233)를 회전이 자유롭게 지지하고, 상기 제 1 수직 회전축(D1)을 형성하는 캐리어 샤프트(235)(Carrier Shaft)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 플래니터리 기어(233)는, 상기 선 기어(232)를 중심으로 3개가 삼각 배치될 수 있다. 그러나, 이에 반드시 국한되지 않고, 상기 플래니터리 기어(233)는, 상기 선 기어(232)를 중심으로 4개, 5개, 6개 이상 등 복수개가 다각 배치되는 것도 가능하다.
이러한, 상기 유성 기어 조합(230) 역시, 감속비를 크게 하여 셀프 록킹 기능을 수행할 수 있도록 상기 선 기어(232)를 입력으로 하고, 상기 인터널 기어(234)를 고정하며, 상기 캐리어 샤프트(235)를 출력으로 하는 유성 기어 조합일 수 있다.
예를 들면, 상술된 상기 웜 기어 조합(220)의 감속비를 10:1로 적용하고, 상기 유성 기어 조합(230)의 감속비를 3.63:1로 적용하는 경우, 총 감속비는 36.3:1로서 매우 크기 때문에 역구동이 불가능하여 셀프 록킹 기능을 수행할 수 있고, 특히, 상기 웜 기어 조합(220)의 비틀림 각도가 7도 이내로서 상기 모터(12)에 구동력이 중단된다 하더라도 상기 시트 대차(1)가 정지한 위치를 별도의 브레이크 장치가 없더라도 매우 견고하게 유지할 수 있다.
한편, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 상기 차동 동력 수평 수직 전환형 액츄에이터 모듈(100)은, 상기 수평 구동축(D)의 동력을 상기 제 1 기어 박스(20-1)로 전달할 수 있도록 상기 액츄에이터(10)와 상기 제 1 기어 박스(20-1) 사이에 설치되는 커플링 장치(30)를 더 포함할 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 상기 커플링 장치(30)는, 상기 수평 구동축(D)의 상기 일측 단부에 설치되는 제 1 커플링 도그(31)(Coupling Dog)와, 상기 제 1 커플링 도그(31)와 치합되고, 충격을 완화할 수 있도록 연질의 탄성 재질로 이루어지는 플랙시블 커플러(32)(Flexible Coupler) 및 상기 플랙시블 커플러(32)와 치합되고, 상기 제 1 기어 박스(20-1)의 웜 샤프트(221)와 연결되는 제 2 커플링 도그(33)를 포함할 수 있다.
따라서, 상기 커플링 장치(30)를 이용하여, 상기 수평 구동축(D)의 동력을 상기 제 1 기어 박스(20-1)로 전달할 수 있고, 필요시에는 상기 커플링 장치(30)를 쉽게 분해하여 부품들을 교체하거나 수리할 수 있다.
또한, 예컨대, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 상기 차동 동력 수평 수직 전환형 액츄에이터 모듈(100)은, 상기 웜 기어(222)와 상기 웜휠 기어(223)의 헐거워짐을 방지할 수 있도록 상기 웜 샤프트(221)를 상기 웜휠 기어 방향으로 가압하는 유격 보상 장치(40)를 더 포함할 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 상기 유격 보상 장치(40)는, 상기 하우징(210)에 나사 전후진이 가능하게 설치되고, 탄성 스프링(E)의 탄성 복원력을 이용하여 상기 웜 샤프트(221)의 상기 베어링(B1)을 선단의 탄성볼(B)로 가압하는 볼 플랜저(41)(Ball Plunger)일 수 있다.
따라서, 장시간의 사용으로 인하여 상기 웜 기어(222)와 상기 웜휠 기어(223)의 헐거워짐 현상이 발생되더라도 상기 유격 보상 장치(40)를 이용하여 상기 볼 플랜저(41)가 상기 베어링(B1)을 상기 탄성 스프링(E)을 이용하여 항상 가압할 수 있기 때문에 상기 웜 기어(222)와 상기 웜휠 기어(223)이 항상 서로 밀착되어 동력 전달을 원활하게 할 수 있다.
도 5는 도 1의 차동 동력 수평 수직 전환형 액츄에이터 모듈(100)의 내부를 나타내는 투시 사시도이고, 도 6은 도 1의 차동 동력 수평 수직 전환형 액츄에이터 모듈(100)의 액츄에이터(10)를 타나내는 사시도이고, 도 7은 도 6의 차동 동력 수평 수직 전환형 액츄에이터 모듈(100)의 차동 기어 조합(13)을 나타내는 사시도이다.
도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 차동 동력 수평 수직 전환형 액츄에이터 모듈(100)의 작동 과정을 설명하면, 먼저, 상기 액츄에이터(10)의 상기 모터(12) 및 상기 차동 기어 조합(13)을 이용하여 전체적으로 수평 방향으로 발생된 수평 동력을 좌측 및 우측으로 차별적으로 분리하여 상기 레일(R)의 곡선 구간이나 높이 변환 구간에서도 상기 제 1 구동 기어(W1) 및 상기 제 2 구동 기어(W2)의 회전수 편차, 즉 좌우 속도 편차에 대응될 수 있도록 동력을 전달할 수 있다.
도 8 내지 도 10은 도 1의 차동 동력 수평 수직 전환형 액츄에이터 모듈(100)의 웜 기어 조합(220) 및 유성 기어 조합(230)을 나타내는 사시도들이다.
이어서, 예컨대, 상기 액츄에이터(10)의 구동력은, 상기 웜 샤프트(221)에 전달되어 상기 웜 기어(222)가 회전되면 상기 웜 기어(222)와 치합된 상기 웜휠 기어(223)가 큰 감속비로 회전될 수 있다.
이어서, 일측에 상기 웜휠 기어(223)가 설치되는 선 기어 샤프트(231)가 회전되면서 상기 선 기어(232)가 회전될 수 있고, 고정된 상기 플래니터리 기어(233)에 의해 상기 선 기어(232)를 중심으로 3각 배치된 3개의 플래니터리 기어(233)가 회전되면서 제 1 수직 회전축(D1)을 형성하는 상기 캐리어 샤프트(235)가 더욱 큰 감속비로 회전될 수 있다.
그러므로, 곡선형 레일(R)을 자동으로 주행할 수 있는 상기 시트 대차(1)에 적용할 수 있고, 하나의 상기 모터(12)로도 최대 응력 구동이 가능하여 2WD 및 2개 적용시 4WD 구동 방식을 구현할 수 있어서 제작 단가를 크게 낮출 수 있으며, 상기 차동 기어 조합(13)과, 상기 웜 기어 조합(220) 및 상기 유성 기어 조합(230)을 결합시켜서 부품의 개수를 줄이는 컴팩트한 구조로도 셀프 록킹 기능을 수행할 수 있게 하여 부품들의 소음과 진동 및 유격 발생을 줄이고, 부품 조립성과 내구성을 향상시키며, 작동의 정밀도와 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있고, BLDC 모터를 적용하여 가변 속도 제어 및 정숙 운전을 가능하게 할 수 있다.
한편, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 차동 동력 수평 수직 전환형 액츄에이터 모듈(100)은, 자동차의 시트가 설치되어 레일을 따라 주행이 가능한 시트 대차에 설치되는 것에만 반드시 국한되지 않고, 주행이 가능한 모든 각종의 대차에도 적용할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
1: 시트 대차
10: 액츄에이터
11: 케이스
12: 모터
121: 모터 회전축
13: 차동 기어 조합
131: 로테이트 케이지 커버
132: 제 1 디퍼런셜 사이드 기어
133: 디퍼런셜 종방향 기어
134: 로테이트 케이지
P: 핀
135: 제 2 디퍼런셜 사이드 기어
14: 모터 커버
20: 기어 박스
20-1: 제 1 기어 박스
20-2: 제 2 기어 박스
D: 수평 구동축
D1: 제 1 수직 회전축
D2: 제 2 수직 회전축
210: 하우징
220: 웜기어 조합
221: 웜 샤프트
222: 웜 기어
223: 웜휠 기어
B1, B2, B3, B4: 베어링
230: 유성 기어 조합
231: 선 기어 샤프트
232: 선 기어
233: 플래니터리 기어
234: 인터널 기어
235: 캐리어 샤프트
30: 커플링 장치
31: 제 1 커플링 도그
32: 플랙시블 커플러
33: 제 2 커플링 도그
W1: 제 1 구동 기어
W2: 제 2 구동 기어
40: 유격 보상 장치
41: 볼 플랜저
E: 탄성 스프링
B: 탄성볼
R: 레일
RG: 랙기어
100: 차동 동력 수평 수직 전환형 액츄에이터 모듈

Claims (17)

  1. 전체적으로 수평 방향으로 형성되는 수평 구동축을 회전시키는 액츄에이터;
    상기 수평 구동축의 일측 단부에 연결되고, 상기 수평 구동축의 일측의 회전 동력을 전체적으로 수직 방향인 제 1 수직 회전축으로 방향을 전환하여 전달하는 제 1 기어 박스; 및
    상기 수평 구동축의 타측 단부에 연결되고, 상기 수평 구동축의 타측의 회전 동력을 전체적으로 수직 방향인 제 2 수직 회전축으로 방향을 전환하여 전달하는 제 2 기어 박스; 를 포함하고,
    상기 액츄에이터는,
    케이스;
    상기 케이스의 내부에 설치되고, 모터 회전축을 회전시키는 모터; 및
    상기 케이스의 내부에 설치되고, 상기 제 1 기어 박스의 상기 제 1 수직 회전축의 제 1 회전 속도와 상기 제 2 기어 박스의 상기 제 2 수직 회전축의 제 2 회전 속도가 서로 다른 속도로 회전할 수 있도록 상기 모터 회전축의 일단부에 설치되는 차동 기어 조합;
    를 포함하는, 차동 동력 수평 수직 전환형 액츄에이터 모듈.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터 회전축은 상기 일단부가 상기 차동 기어 조합과 연결되고, 타단부가 상기 수평 구동축의 상기 타측 단부를 형성할 수 있으며, 양단부의 비틀림 현상 또는 절곡 현상을 완화할 수 있도록 플랙시블 재질로 이루어지는 플랙시블 와이어(Flexible Wire)인, 차동 동력 수평 수직 전환형 액츄에이터 모듈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 차동 기어 조합은,
    상기 모터를 기준으로 회전이 자유롭게 지지되는 로테이트 케이지 커버(Rotate Cage Cover);
    상기 모터 회전축의 상기 일단부와 연결되고, 베벨 기어 형상인 제 1 디퍼런셜 사이드 기어(Differential Side Gear);
    일측이 상기 제 1 디퍼런셜 사이드 기어와 맞물리도록 베벨 기어 형상인 적어도 하나 이상의 디퍼런셜 종방향 기어(Differential Longitudinal Gear);
    상기 디퍼런셜 종방향 기어를 핀으로 회전이 자유롭게 지지하는 로테이트 케이지(Rotate Cage); 및
    상기 수평 구동축의 상기 일측 단부를 형성하고, 상기 디퍼런셜 종방향 기어의 타측과 맞물리도록 베벨 기어 형상인 제 2 디퍼런셜 사이드 기어;
    를 포함하는, 차동 동력 수평 수직 전환형 액츄에이터 모듈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기어 박스는,
    하우징;
    베어링을 이용하여 상기 하우징의 일측에 회전이 자유롭게 설치되고, 상기 수평 구동축의 상기 일측 단부와 연결되는 웜기어 조합; 및
    베어링을 이용하여 상기 하우징의 타측에 회전이 자유롭게 설치되고, 상기 웜기어 조합과 연결되는 유성 기어 조합;
    을 포함하는, 차동 동력 수평 수직 전환형 액츄에이터 모듈.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 웜기어 조합은,
    상기 수평 구동축의 상기 일측 단부와 연결되는 웜 샤프트(Worm Shaft);
    상기 웜 샤프트에 형성되는 웜 기어(Worm Gear); 및
    상기 웜 샤프트의 전체적으로 수평 방향의 구동력을 수직 방향으로 전환할 수 있도록 상기 웜 기어와 치합되는 웜휠 기어(Worm Wheel Gear);
    를 포함하는, 차동 동력 수평 수직 전환형 액츄에이터 모듈.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 웜 기어는, 감속비를 크게 하여 셀프 록킹(역전 방지) 기능을 수행할 수 있도록 서로 맞물리는 치합 면적을 증대시킨 확폭형 웜 기어 또는 장고형 웜 기어(Hourglass Worm Gear)이고, 상기 웜휠 기어는, 확폭형 웜휠 기어 또는 오목형 웜휠 기어인, 차동 동력 수평 수직 전환형 액츄에이터 모듈.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 유성 기어 조합은,
    일측에 상기 웜휠 기어가 설치되는 선 기어 샤프트(Sun Gear Shaft);
    상기 선 기어 샤프트에 형성되는 선 기어(Sun Gear);
    상기 선 기어를 중심으로 맞물리도록 배치되는 적어도 하나 이상의 플래니터리 기어(Planetary Gear);
    상기 플래니터리 기어와 맞물리도록 링형상으로 형성되는 인터널 기어(Internal Gear); 및
    상기 플래니터리 기어를 회전이 자유롭게 지지하고, 상기 제 1 수직 회전축을 형성하는 캐리어 샤프트(Carrier Shaft);
    를 포함하는, 차동 동력 수평 수직 전환형 액츄에이터 모듈.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 플래니터리 기어는, 상기 선 기어를 중심으로 3개가 삼각 배치되는, 차동 동력 수평 수직 전환형 액츄에이터 모듈.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 유성 기어 조합은, 감속비를 크게 하여 셀프 록킹 기능을 수행할 수 있도록 상기 선 기어를 입력으로 하고, 상기 인터널 기어를 고정하며, 상기 캐리어 샤프트를 출력으로 하는, 차동 동력 수평 수직 전환형 액츄에이터 모듈.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 수평 구동축의 동력을 상기 제 1 기어 박스로 전달할 수 있도록 상기 액츄에이터와 상기 제 1 기어 박스 사이에 설치되는 커플링 장치;
    를 더 포함하는, 차동 동력 수평 수직 전환형 액츄에이터 모듈.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 커플링 장치는,
    상기 수평 구동축의 상기 일측 단부에 설치되는 제 1 커플링 도그(Coupling Dog);
    상기 제 1 커플링 도그와 치합되고, 충격을 완화할 수 있도록 연질의 탄성 재질로 이루어지는 플랙시블 커플러(Flexible Coupler); 및
    상기 플랙시블 커플러와 치합되고, 상기 제 1 기어 박스의 웜 샤프트와 연결되는 제 2 커플링 도그;
    를 포함하는, 차동 동력 수평 수직 전환형 액츄에이터 모듈.
  13. 제 1 항에 있어서,
    자동차의 시트가 설치된 시트 대차가 레일을 따라 주행될 수 있도록 상기 제 1 기어 박스의 상기 제 1 수직 회전축은 상기 시트 대차의 일측에 설치되는 제 1 구동 기어 또는 제 1 구동 휠과 연결되고, 상기 제 2 기어 박스의 상기 제 2 수직 회전축은 상기 시트 대차의 타측에 설치되는 제 2 구동 기어 또는 제 2 구동 휠과 연결되는, 차동 동력 수평 수직 전환형 액츄에이터 모듈.
  14. 제 13 항에 있어서,
    1개의 모터로 상기 제 1 기어 박스의 상기 제 1 수직 회전축과, 상기 제 2 기어 박스의 상기 제 2 수직 회전축을 구동시키고, 상기 레일의 곡선 구간에서 상기 제 1 수직 회전축의 제 1 회전 속도와 상기 제 2 수직 회전축의 제 2 회전 속도가 서로 다른 속도로 회전할 수 있도록 상기 액츄에이터에 차동 기어 조합을 설치하는, 차동 동력 수평 수직 전환형 액츄에이터 모듈.
  15. 제 6 항에 있어서,
    상기 웜 기어와 상기 웜휠 기어의 헐거워짐을 방지할 수 있도록 상기 웜 샤프트를 상기 웜휠 기어 방향으로 가압하는 유격 보상 장치;
    를 더 포함하는, 차동 동력 수평 수직 전환형 액츄에이터 모듈.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 유격 보상 장치는,
    상기 하우징에 나사 전후진이 가능하게 설치되고, 탄성 스프링의 탄성 복원력을 이용하여 상기 웜 샤프트의 상기 베어링을 선단의 탄성볼로 가압하는 볼 플랜저(Ball Plunger)인, 차동 동력 수평 수직 전환형 액츄에이터 모듈.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터는, 구동축이 중심을 관통하는 중공 타입이고, 가변 속도 제어가 가능한 BLDC(Brushless DC electric motor) 모터인, 차동 동력 수평 수직 전환형 액츄에이터 모듈.
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