[0001][0001] 본 발명은 예를 들면 자동차의 열기관에서 순환하는 유체의 속도를 제어하기 위한, 선형 전기 액추에이터 분야에 관한 것이며, 보다 구체적으로, 배터리에 의해 전력 셧-오프(power shut-off)에서 유체 속도를 제어하기 위한, 소위 "페일-세이프" 기능인, 기준 위치로의 안전한 리턴을 요구하는 가역 액추에이터 분야에 관한 것이다. 본 발명은 특히 압축성, 유용한 파워, 내구성, 온도 거동, 및 비용에 관련하여 종래 기술에서 설명되는 액추에이터보다 더 나은 흥미로운 특징들을 갖는 바이필러 제어를 갖는 셀프-전환 가역 선형 액추에이터에 관한 것이다.
[0002][0002] 유체 측정 밸브들이 이미 알려졌고, 선형 운동을 생성하기 위한 캠 변환 시스템을 구비한 기어 모터 또는 직류 모터 연결로 구성된 가역 액추에이터를 포함하고, 시트(seat)로부터 멀리 밸브를 더 많이 또는 더 적게 누름으로써 변동율을 제어한다. 본 기술 분야에서 이러한 조합은 모터들 또는 기어 모터들에 대한 다양한 해결안들에 기초한다.
[0003][0003] 제1 해결안은, 예를 들면 미국특허 US20120285411호에 개시된 것과 같이, 밸브의 축 방향 변위를 발생시키도록 캠 변환 시스템과 감속 기어를 구비하여 결합된 브러시를 갖는 직류 모터를 사용함에 있다. 상기 제1 해결안은 상당한 운동 감속, 따라서 흥미로운 파워 보유, 바이필러 연결을 사용한 간단한 제어, 어떠한 다른 스마트 전기 부재의 부재에 있어 장점들을 갖는다. 이러한 해결안은 고온에서 작업 가능성과 비용에 관해 흥미로운 것이다.
[0004][0004] 그러나, 상기 해결안은, 브러시들의 소모를 초래하고 따라서 제한된 수명을 초래하는 전기적 신호들의 기계적 전환과, 근처의 다른 전기 부재들에 영향을 미치는 상당한 전자기 방출에 관하여, 2가지 주된 단점들을 갖는다. 단점들은 모두 자동차용 전기 액추에이터의 새로운 세부사항들에 대하여 점점 더 문제가 된다. 한편으로는 항상 더 긴 수명이 모터들로부터 기대되고, 다른 한편으로는 모터들의 전기 액추에이터들의 양과 근접성은 전자기 방출에 감소를 요구한다. 결과적으로, 상기 해결안의 공간적 구조는 상기 액추에이터의 출력 부재의 축에 수직한 축을 따라서 기어 모터를 배치하는 것을 요구하고, 이것은 차량 엔진 블록의 연약한 통합을 초래하기 때문에 매우 바람직하지 않은 것이다.
[0005][0005] 제2 유형의 해결안은, 제2 (브러시리스) 직류 모터인, 토크 모터에 기초하고, 예를 들면 프랑스특허 FR2978998호에 기재된 것과 같은 밸브의 변환을 생성하도록 챔 장치를 구동시킨다. 이러한 해결안은 또한 직류 모터에 기초하고 있기 때문에 앞선 해결안의 바이필러 제어에 비해, 간단한 제어에 있어 동일한 장점들을 갖고, 앞선 해결안에 비해 추가로 브러시의 소모가 없기 때문에 그 수명을 증대시키는 브러시들의 부재의 장점을 갖는다. 결과적으로, 이러한 해결안은 따라서 수명의 연장과 브러시들의 부재로 인한 낮은 전자기 방출 때문에, 스마트 및 따라서 바인딩(binding) (비용과 관련된) 전자 부품들의 부재로 인해 고온에서 작동할 수 있고 바이필러가 남아있어 제어가 간단하기 때문에 흥미로운 것이다.
[0006][0006] 그러나, 또한 제한된 이동경로를 갖는 액추에이터에 기초하는 단점을 갖고, 캠 변환 시스템의 상류 부분의 운동에 있어 어떠한 유형의 감속을 금지하고, 도달할 수 있는 최대 힘들과 관련하여 상당한 장애가 된다. 사실, 제2 해결안으로부터 얻어지는 힘들은 더욱 높은 전력 소모로 제1 패밀리 해결안으로 획득할 수 있는 힘들의 절반이다. 앞선 패밀리의 액추에이터들과 유사하게, 출력 부재에 대한 토크 모터의 수직한 배향은, 캠 롤러에 의한 변환 때문에, 상기 액추에이터의 약한 통함을 초래한다.
[0007][0007] 결과적으로, 유체 변동 밸브 제어를 위한 이러한 가역 액추에이터들에 대한 3가지 공지된 패밀리 해결안들은, 브러시리스 다상 모터에 대응하는, 또한 BLOC (브러시리스 DC에 대한) 모터로서 최근 일컬어지는, 전기적-전환 다상 모터(electronically-switched polyphase motor)를 사용하는 데에 있고, 상기 제어 장치 내의, 그 전기적 전환은, 감자기성 센서들에 의해 측정되는, 회전자의 위치에 따른, 고정자의 위상에서 전기적 신호들을 제어할 수 있게 한다. 이러한 모터는 상기 모터와 동축인 운동에 따라, 밸브 제어 부재의 전환을 발생시키도록 스크류-너트 변환 시스템과 연결된다. 이 경우에, 상기 제어 장치는, 실제 회전자의 위치에 따라서, 고정자로 보내어진 신호들을 적용하도록 폐쇄 루프에서 작동하기 때문에 오히려 복잡하다. 이러한 해결안은 몇 가지 특허에서 개시되었으며, 이들 중 유럽특허 EP1481459호가 있다.
[0008][0008] 이러한 해결안은 브러시가 없어도 되는(brushless) 장점을 갖고, 따라서 이전의 해결안에서와 같이 낮은 자화 방출 및 동일하게 보장된 내구 지수를 제공하고, 또한 상기 제1 패밀리의 해결안에서 얻는 것과 유사한 높은 힘들에 도달하도록 충분한 운동 감속을 갖는다. 결과적으로, 이러한 구성은, 모터 고정자에 대한 중심 스크류의 운동의 동축 성질은 전반적으로 선대칭 구조를 초래하고 이것은 엔진 블록 상의 통합을 매우 용이하게 하고 해결안의 바람직한 전반적으로 컴팩트함을 제공하기 때문에 통합과 관련하여 흥미로운 것이다.
[0009][0009] 대조적으로, 상기 해결안은 그에 맞춰 고정자의 위상들을 제어하도록 회전자의 위치 센서로부터의 정보를 해석해야 하는 스마트 장비를 통합하는 복잡한 제어 전자 부품들을 사용하는 것을 필요로 한다. 이것은, 모터를 제어하는 마이크로-컨트롤러는 140℃에 제한되기 때문에 제한된 온도에서 이행되는 비싼 해결안을 초래하고, 이것은 자동차 후드 아래의 밸브들의 새로운 환경적 제약들에 대해 매우 부족한 것이다.
[0010][0010] 본 발명은 고온, 즉 140℃보다 높은 온도에서의 이용을 가능하게 하는 전기적 부품들의 간단한 세트를 통하여 바이필러 신호에 의해 제어되는 브러시리스 모터를 사용하는 콤팩트(compact) 해결안 구동을 제공함으로써 종래 기술의 단점들을 처리하는 것을 목표로 한다.
[0011][0011] 본 발명의 하나의 목표는 상기 회전자 내부의, 스크류 운동 변환 시스템을 사용함으로써, 상기 브러시리스 모터의 회전 축을 따라서 선형 출력을 가능하게 하는 것이다.
[0012][0012] 본 발명은 또한 유성(planetary) 타입의 감속 기어에 결합된 리턴(return) 스프링을 사용함으로써 (현재 페일- 세이프(fail-safe) 기능으로 일컬어지고) 안전 위치로 리턴하게 할 수 있게 하는 것을 목적으로 한다.
[0013][0013] 이러한 목적을 위하여, 본 발명은 전기적 전환(electronic switching)을 갖는 브러시리스 다상 모터에 기초하며, 고-성능 운동 변환을 통합하고 상기 기준 위치에 대한 매우 콤팩트한 리턴 장치를 수용할 수 있으며, 동심의 구성에 모든 필요한 기능들의 통합을 제시할 수 있게 한다.
[0014][0014] 스크류-너트 운동 감속 장치는, 2개의 너트와 이중 나사산을 갖는 스크류를 사용할 수 있고, 높은 운동 감속 계수(movement reduction factor)와 높은 출력 파워와 우수한 파워 리저브(power reserve)에 도달하기 위한 높은 성능들에 도달하게 할 수 있다.
[0015][0015] 제어 유닛은, 상기 회전자의 위치를 판독하기 위하여 감자기성 요소들에 의해 직접적으로 제어되는 전력 스위치들을 공급하기 위한 전력 브릿지로부터의 바이필러 제어에 기초하고, 종래의 브러시리스 모터용 셀프-전환 전기 장치들과 브러시를 구비한 모터용 기본 제어부 사이의 흥미로운 타협을 초래한다.
[0016][0016] 이러한 전기적 해결안은 효율적이고 비싸지 않으며, 탑재된 인텔리전스(intelligence)를 사용하지 않기 때문에 고온에서 작동하게 할 수 있다.
[0017][0017] 마지막으로, 유성 감속 기어와 토션 스프링의 결합은 상기 모터를 기준 위치로 리턴시키는 효율적인 해결안의 매우 콤팩트한 통합을 가능하게 한다.
[0018][0018] 사실, 상기 유성 감속 기어는 상기 회전자의 각 경로를 감소시킬 수 있게 하며, 몇 번의 회전(revolution)에 도달할 수 있고, 제한된 이동경로(travel)에 대한 허브를 구동하게 되고 따라서 각 운동의 진폭이 270°를 넘는 경우에 발생하는 턴(turns)들의 기생 마찰에 의해 영향을 받지 않는 우수한 조건들에서 토션 스프링이 작동한다.
[0019][0019] 상기 토션 스프링은, 상기 회전자 가이드에 대하여 위치한 직경 상에 상기 액추에이터에 몇 개의 와이어 권선들로 구성되고, 그 처음 사이즈를 연장하거나 확대함이 없이 통합을 가능하게 한다. 이것은 또한 동심의 구성을 유지하게 하는 것을 가능하게 하고, 이것은 모터 환경으로 보다 쉽게 통합될 수 있게 된다.
[0020][0020] 가장 넓은 의미에서, 본 발명은 제어 유닛과 액추에이터를 포함하는 부재의 선형 구동을 위한 기계 전자식 조립체에 관한 것으로서, 상기 제어 유닛은 제어 알고리즘과 전력 브릿지를 포함하며, 상기 알고리즘은 상기 전력 브릿지를 제어하며, 상기 전력 브릿지는 토크 신호와 방향 신호로 구성된 바이필러 전기 신호를 출력하며, 상기 액추에이터는 N 위상을 갖는 다상 브러시리스 전기 모터와, 상기 모터의 회전자의 위치를 검출하기 위한 바이너리 프로브들과, 상기 회전자의 회전 운동을 상기 제어 유닛의 선형 운동으로 변환시키기 위한 장치와, 상기 바이필러 전기 신호로부터 모터의 N 위상들에 공급하기 위해 적절한 전력 스위치들을 포함하며, 상기 전력 스위치들의 상태는 상기 검출 프로브들에 의해 방출된 신호에 의해 직접적으로 제어되는 것을 특징으로 한다.
[0021][0021] "직접적으로 제어"된다는 것은 상기 검출 프로브들이 마이크로-제어기가 아닌 출력 스위치들에 전기적으로 연결된다는 것을 의미한다. 상기 스위치들로 보내어진 전기 신호는 상기 검출 프로브들 출력 신호가 된다. 만약에 있다면, 하나의 프로브와 하나의 스위치 사이에 탑재된 전기 부품들은 오로지, 저항기, 커패시터, 또는 다이오드와 같은 수동 부품들이다.
[0022][0022] 바람직하게는, 상기 N-상 다상 모터는 N 단극성 또는 양극성 코일들, 또는 N*2 단극성 하프-코일들로 구성된다.
[0023][0023] 대안적인 해결방안에 따르면, 상기 회전자의 위치를 검출하기 위한 상기 바이너리 프로브들은 상기 바이필러 전기 신호에 의하여 공급된다.
[0024][0024] 또 다른 대안적인 해결방안에 따르면, 상기 운동 변환 장치는 상기 모터의 회전자에 연결된 하나 이상의 너트와 상기 액추에이터 제어 부재에 연결된 하나 이상의 나사산 부분을 구비하고, 상기 회전자는 유성 감속 기어를 통하여 위치-리턴 장치를 구동한다.
[0025][0025] 또 다른 대안적인 해결방안에 따르면, 상기 운동 변환 장치는 상기 회전자에 연결된 하나 이상의 너트와 상기 고정자 케이스에 연결된 제2 너트를 구비하며, 각각의 하나는 반대 방향으로 나사산들을 구비하는 상기 제어 부재의 두 부분과 함께 협력하여 작동하며, 상기 회전자는 유성 감속 기어를 통하여 상기 위치-리턴 장치를 구동한다.
[0026][0026] 또 다른 대안적인 해결방안에 따르면, 상기 기계 전자식 조립체는 상기 제어 부재에 연결된 자석과 상기 제어 유닛에 연결된 감자기성 요소를 포함하는 위치 센서를 포함하고, 상기 감자기성 요소는 따라서 상기 제어 부재의 축방향 위치를 판독할 수 있도록 구성된다.
[0027][0027] 또 다른 대안적인 해결방안에 따르면, 상기 제어 부재에 연결된 자석과 상기 제어 유닛에 연결된 감자기성 요소를 포함하는 위치 센서를 포함하고, 상기 자석의 자화 패턴은 나선 운동 동안에 상기 제어 부재의 축방향 위치를 판독할 수 있도록 구성된다.
[0028][0028] 이러한 조립체는 바람직하게는 상기 제어 부재에 연결된 자석과 상기 제어 유닛에 연결된 감자기성 요소를 포함하는 위치 센서를 포함하고, 상기 자석의 자화 패턴은 선대칭이다.
[0029][0029] 본 발명은 또한 제어 유닛과 액추에이터를 포함하는 부재의 선형 구동을 위한 기계 전자식 조립체에 관한 것이며, 상기 제어 유닛은 제어 알고리즘과 전력 브릿지를 포함하고, 상기 알고리즘은 상기 전력 브릿지를 제어하며, 상기 전력 브릿지는 토크 신호와 방향 신호로 구성된 바이필러 전기 신호를 출력하며, 상기 액추에이터는, N 위상들을 갖는 다상 브러시리스 전기 모터와, 상기 모터의 회전자의 위치를 검출하기 위한 바이너리 프로브들과, 상기 회전자의 회전 운동을 상기 제어 유닛의 선형 운동으로 변환하기 위한 장치와, 상기 바이필러 전기 신호로부터 모터의 N 위상들에 공급하기 위해 적합한 전력 스위치들을 포함하고, 상기 전력 스위치들의 상태는 상기 검출 프로브들에 의해 방출된 신호에 의해 직접적으로 제어되는 것을 특징으로 한다.
[0030][0030] 상기 N-상 다상 모터는 바람직하게는 N 단극성 또는 양극성 코일들, 또는 N*2 단극성 하프-코일들로 구성된다.
[0031][0031] 바람직한 실시예에 따르면, 상기 회전자의 위치를 검출하기 위한 상기 바이너리 프로브들은 상기 바이필러 전기 신호에 의해 공급된다.
[0032][0032] 상기 운동 변환 장치는 바람직하게는 상기 모터의 회전자에 연결된 하나 이상의 너트와 상기 액추에이터 제어 부재에 연결된 하나 이상의 나사산 부분을 구비하고, 상기 회전자는 유성 감속 기어를 통하여 위치-리턴 장치를 구동한다.
[0033][0033] 상기 운동 변환 장치는 상기 회전자에 연결된 하나 이상의 너트와 고정자 케이스에 연결된 제2 너트를 구비하고, 각각의 하나는 반대 방향으로 나사산들을 구비한 상기 제어 부재의 두 부분들과 함께 협력하여 작동하며, 상기 회전자는 유성 감속 기어를 통하여 상기 위치-리턴 장치를 구동한다.
[0034][0034] 또 다른 대안적인 해결방안에 따르면, 상기 기계 전자식 조립체는 상기 제어 부재에 연결된 자석과 상기 제어 유닛에 연결된 감자기성 요소를 포함하는 위치 센서를 구비하고, 상기 감자기성 요소는 따라서 상기 제어 부재의 축방향 위치를 판독할 수 있도록 구성된다.
[0035][0035] 바람직하게는 상기 제어 부재에 연결된 자석과 상기 제어 유닛에 연결된 감자기성 요소를 포함하는 위치 센서를 구비하며, 상기 자석의 자화 패턴은 나선 운동 동안에 상기 제어 부재의 축방향 위치를 판독할 수 있도록 구성된다.
[0036][0036] 또 다른 대안적인 해결방안에 따르면, 상기 기계 전자식 조립체는 상기 제어 부재에 연결된 자석과 상기 제어 유닛에 연결된 감자기성 요소를 포함하는 위치 센서를 구비하고, 상기 자석의 자화 패턴은 선대칭이다.
[0037][0037] 상기 토션 스프링의 권선 축은 바람직하게는 다상 엔진의 회전 축과 동심에 있다.
[0038][0038] 또 다른 해결 방안에 따르면, 상기 토션 스프링(20)의 각 경로는 스프링 그 자치에 연결된 돌출부 또는 한정된 원형 공간에서 이동하는 상기 유성 감속 기어(18)의 상기 요소들 중 하나에 의해 기계적으로 제한된다.
[0039][0039] 본 발명의 다른 특징들 및 장점들은 각각 다음과 같은 것들을 나타내는 첨부된 도면을 참고하여 상세한 실시예들에 대한 다음의 상세 설명에서 명확해 질 것이다.
[0040][0040] 도 1은 본 발명에 따른 모터의 바이필러 제어를 통하여 제어를 위해 사용된 대표적인 기계 전기적 구조를 나타내는 도면이다. 도 2는 본 발명에서 사용될 수 있는 기본 전기 회로를 상세하게 나타내는 도면이다. 도 3a는 "120° 단극성" 제1 작동 모드에서의 스위칭 로직의 전기 회로의 예와 그 진리표를 나타내는 도면이다. 도 3b은 "180° 단극성" 제2 작동 모드에서 스위칭 로직의 전기 회로의 예와 그 진리표를 나타내는 도면이다. 도 4는 제1 실시예의 양극성 제어 모드에 대한 스위칭 로직의 전기 회로의 예와 그 진리표를 나타내는 도면이다. 도 5는 제2 실시예의 양극성 제어 모드에 대한 스위칭 로직의 전기 회로의 예와 그 진리표를 나타내는 도면이다. 도 6a 및 도 6b는 스크류-너트 시스템을 통합한 선형 액추에이터의 제1 실시예를 나타내는 도면이다. 도 7a 및 도 7b는 스크류-너트 시스템뿐만 아니라 기준 위치-리턴 시스템을 통합한 선형 액추에이터의 제2 실시예를 나타내는 도면이다. 도 8a 및 도 8b는 제3 실시예를 사용하는 본 발명에 따른 기어드 모터의 부분 단면도 및 3/4 면도이다. 도 9a 및 도 9b는 도 8a 및 도 8b의 제3 실시예를 사용한 본 발명에 따른 기어드 모터의 부분 단면도 및 3/4 도면이다. 도 10a 및 도 10b는 도 8 및 도 9의 바람직한 실시예에, 상기 유성 감속 기어에 결합된 위치-리턴 해결안을 구비한 것을 나타내는 도면이다.
[0041][0041] 도 1은 액추에이터(2)를 제어하는 제어 유닛(1)에 공급하는 에너지원(4)으로 구성되고, 회전을 선형 변위로 기계적으로 변환하기 위한 기계적 조립체(9)에 연결된 브러시리스 DC 모터(8)로 구성되는 본 발명에 따른 기계 전자식 조립체를 도시하며, 상기 조립체는 스크류-너트 타입의 시스템으로서 표상화된다. 센서(7)는, 액추에이터(2)의, 여기서 너트인, 기계적 출력부(12)에 결합되며, 링크 커넉터(3)에서 그룹화된 제어 신호(6)들에 작용하는 상기 제어 유닛(1)으로 다시 상기 위치 정보(5)를 보낸다. 상기 모터(8) 회전자의 위치는, 기본 전기 회로(10)를 통하여, 상기 모터(8)의 N 위상들을 셀프-전환하는, N 프로브들(11)을 사용하여 판독된다.
[0042][0042] 도 2는 본 발명에서 사용될 수 있는 기본적인 전기 부품(10)들을 나타낸다. 마이크로프로세서가 없는 간단한 전기 소자들로 구성되는, 스위칭 로직(26)을 통하여 상기 모터의 회전자의 위치를 검출하는 홀(Hall) 프로브(11)들에 의해 출력되는 신호들에 의해 직접적으로 제어되는 한 세트의 제어 트랜지스터(25)들로 구성되어 있다. 전압 조정기(28)는 상기 30 홀 프로브(11)들을 제공하기 위한 상기 바이필러 제어 신호 사용하게 할 수 있다.
[0043][0043] 도 3a는 스타-연결(star-connected) 3상 모터의 소위 "120°" 제1 단극성 제어 모드에 예시적인 제어를 나타낸다. 전압(PWR+)이 공통점에서 양인 경우, 전류는 항상 같은 방향으로 권선에서 순환한다. 전압 조정기(28)로부터의 전압은, 상기 바이필러 제어에 의해 출력되고, 검출 블록(13)과 홀 프로브들(Ha, Hb, He)에 공급한다. 상기 회전자의 위치에 따라, 다양한 디지털 프로브들은 (영 전압에 상응하는) 낮은 상태 또는 (5V 타입 전압의) 높은 상태에 있다. 상기 프로브들의 상태에 따라, 다양한 트랜지스터(Q1 내지 Q6)들은 개방 또는 폐쇄되어 있으며, 따라서 다양한 상들에서 전류를 순환시킬 수 있거나, 또는 순환시킬 수 없다. 도 5의 예로 획득될 수 있는 제어 모드는, 즉, 각 상이 120°전기 각도로 공급되는, 120°모드에서 구동한다. (하나의 전기 각도는 하나의 기계적 각도에 상기 모터 자석에서 극 쌍의 수를 곱한 것과 동일하다.)
[0044][0044] 유사하게, 도 3b는 예시적인 "180°" 단극성 제어를 도시한다. 트랜지스터(Q1 내지 Q3)는, 조정된 바이필러 신호에 의하여 제공되는, 홀 프로브들의 상태에 따라서, 오픈(open)되거나 닫힌다. 상기 트랜지스터들은 180°의 전기 각도에 거처 오픈/닫히게 된다. 120°또는 180°모드에서 제어하는 것은 허용된 제어 트랜지스터의 수 또는 모터에 대하여 예상되는 토크 레벨 및 프로파일에 따라서 선택될 수 있다.
[0045][0045] (각 상에서, 양 방향으로 전류라 순환하는) 양극 모드에서 상기 모터를 제어하는 것이 가능하다. 이러한 목적에서, 각각 하나는 한 방향으로 감긴, 2개의 다른 코일들이 각 상에 대하여 제공되어야 한다. 도 4의 예 및 A 위상에 대해, A+ 코일은 따라서 상기 A- 코일의 방향과 반대하는 방향으로 감겨야 한다. 트랜지스터(Q1)가 오픈되고 트랜지스터(Q2)가 닫히는 경우, 전류는 위상 A- 에서 흐르고, 상기 위상에 자기장은 제1 방향으로 배향된다. 반대로, 트랜지스터(Q1)가 닫히고 트랜지스터(Q2)가 열리는 경우, 전류는 위상 A+에서 흐르고 상기 상에서 자기장은 제1 방향에 반대 방향인 제2 방향으로 배향된다. 동일한 것이 도 4에 도시된 예에서 2개의 위상 B 및 위상 C에 대하여도 참이 된다. 트랜지스터(Q1 내지 Q6)들의 오픈 및 닫힘의 정확한 배열을 위하여, 상기 스위칭 로직 블록(26)은, 도시된 진리표를 획득하게 할 수 있는 로직 게이트들과 같은 간단한 전기적 요소들로 구성된 적응 제어 로직(14)을 구비하여 제공되어야 한다. 완성된 전기적 다이어그램은 명확성을 위해 도시되지는 않았으나, 당업자로부터 쉽게 고려될 수 있을 것이다.
[0046][0046] 도 5에서 설명된 바와 같이, 6개의 파워 트랜지스터들을 유지하면서, 상기 모터 코일들의 양극 연결이 제공된다는 것을 숙지하여야 한다. 상기 제어 로직(14)은 도 5에 도시된 대응하는 진리표에 적용된다.
[0047][0047] 도 6a는 본 발명에 따른 선형 액추에이터의 단면을 도시하며, 회전자와 고정자를 통합하는 브러시리스 다상 모터(8)를 포함한다. 고정자 케이스(21)의 전방 면은 상술한 바와 같은 바이필러 제어 장치를 포함하는 전기 회로(10)를 운반한다. 상기 회전자(15)는, 너트(16)를 통합하고, 상기 전기 회로(10) 상에 위치하는 디지털 프로브(11)들을 자극할 수 있도록 구성된 자석(34)을 운반하고, 그 회전은 중심 축(17)의 변환을 야기하고, 그 회전은 전방 플랜지(29)를 구비한 슬라이딩 링크를 사용하여 잠겨 진다. 앞서 설명한 제어 로직에 따르면, 상기 디지털 프로브(11)들은 고정자 위상을 자기-전환하게 할 수 있고, 상기 모터의 제어 신호(6)들에 연결된 핀들은 오직 2개의 전력 공급 리드(lead)들로 구성된다. 게다가, 변환에 있어 이동하는 중심 축(17)은 전기적 카드(10)의 앞면에 위치한 감자기성 요소(30)를 자극할 수 있도록, 상기 제어 부재의 (도 6a에는 도시되지는 않았으나, 도 6b에만 도시된) 위치 정보(5)를 제공하도록 구성된 자석(24)들을 운반한다. 상기 모터로의 것들로부터 분리된 2개의 전력 공급 리드들에 의해 공급된 센서는, 원하는 설정 위치와 그 실제 위치를 비교함으로써 상기 중심 축(17)의 위치를 상기 액추에이터의 외부에서 제어 유닛이 체크하게 할 수 있는 상기 중심 축(17)의 위치상의 정보(5)를 발행한다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 상기 액추에이터는 오로지 5개의 전기적 연결들을 포함하는 링크 커넥터(3)를 구비한다. 상기 연결들 중 2개는 상기 모터의 제어 신호(6)들이고, 상기 연결들 중 다른 3개는 위치 정보(5)로서 위치 센서 공급, 및 그 출력 신호이다.
[0048][0048] 본 발명에 따른 선형 액추에이터의 제2 실시예에 관하여, 도 7a는 유성 감속 기어(18)를 구비한 회전자(15)를 분리한 도면을 나타내며, 도 7b는 완성된 모터의 단면도를 나타내고, 여기서 상기 다상 모터의 회전자(15)는, 한편으로는 상기 제어 부재를 구성하는 상기 중심 축(17)의 나사산 부분을 구비하고, 다른 한편으로는 그 자체로 상기 토션 스프링(20)을 구동시키는 내부 평 기어(19)를 구동시킴으로써 상기 회전자(15)에 대하여 위치한 3개의 위성들로 구성된 유성 감속 기어(18)를 구비한 너트(16)를 통합한다.
[0049][0049] 상기 중심 축(17)은 상기 액추에이터 케이스의 전방 플랜지(21)에 슬라이드 가능하게 연결되어, 상기 회전자(15) 너트(16)의 회전은 상기 중심 축(17)의 변환을 야기한다. 상기 회전자(15)의 회전은 상기 토션 스프링(20)의 로딩(loading)을 초래하고, 그 이동경로는 상기 내부 평 기어(19)에 의해 제한되며, 상기 액추에이터 케이스에 연결된 (도 6b에는 도시되지 않은) 노치(notch) 내에서 순환하는 핀을 구비한다. 상기 스프링(20)의 원형 운동의 범위는 따라서 이러한 유성 감속 기어(18)의 감속 덕분에 상기 회전자(15)의 운동에 대하여 상당히 감소되고, 상기 스프링(20)의 작은 변형을 가능하게 하며, 따라서 그들의 체이핑(chafing) 슬리브(23) 상에 상기 스프링(20)의 마찰 손실을 피하게 된다. 상기 회전자(15) 토크는, 기계적 파워를 따라서 전달하는 스크류/너트 링크를 통하여 상기 제어 부재의 이행으로 변환된다. 상기 유성 감속 기어는, 기준 위치로 상기 액추에이터 제어 부재의 리턴을 보장하도록 상기 스프링에 저장된 리턴 토크를 전달하는 데에 사용되기 때문에, 바람직하게는 플라스틱으로 만들어질 수 있다. 상기 유성 감속 기어의 플라스틱 기어들은 따라서 상기 액추에이터 출력에 유효한 기계적 파워를 전달하지는 않으나, 상기 회전자의 정자기 토크를 극복하도록 계산된 제한된 토크를 전달하며, 상기 모터에 더는 전력이 공급되지 않은 경우 상기 기준 위치로 리턴하는 것을 보장한다. 자석(24)은 상기 중심 축(17)의 후방 단부에 연결되고 감자기성 요소(30)와 함께 협력하여 작동하며, 위치 센서를 형성하는 자석(24)과 감자기성 요소(30)를 구비한다. 상기 감자기성 요소(30)는 모터 제어 장치에 연결되고, 따라서 상기 제어 부재의 축상 변위가 판독되고 상기 제어 장치에 의해 해석되며, 그리고 나서 상기 제어 부재가 세트 조건(폐쇄-루프 작동)에 대응하는 것을 확인할 수 있다.
[0050][0050] 도 8a 및 도 8b는 상기 운동이 2중-나사산 스크류 해결안을 사용하여 변환되는 제3 실시예를 나타낸다. 상기 회전자(15)는 상기 중심 축(17)의 제1 나사산 부분과 함께 협동하여 작동하는 제1 너트(16)를 구비하는 반면, 제2 너트(27)는 상기 중심 축(17)의 제2 나사산 부분과 함께 협동하여 작동하는 프레임에 연결되며, 그 나선형 핸드부(hand)는 제1 부분에 반대 된다. 상기 회전자에 연결된 상기 제1 너트(16)의 회전은, 따라서 정지된 제2 너트(27)에 체결되도록 상기 중심축(17)에 힘을 가하고, 따라서 나선 운동을 만들게 한다. 상기 액추에이터의 제어 부재는 따라서 상기 액추에이터에 연결된 나선형 및 밸브 디스크 형상을 따르고, 그리고 나서 유체가 투여되는 경우 이러한 회전 부품들을 수용하도록 구성되어야 한다.
[0051][0051] 상기 제어 부재의 축방향 위치를 판독할 수 있게 하는 상기 위치 센서는 도 7a 및 도 7b에 도시된 것과 유사하다. 그러나, 상기 자석(24)의 자화 패턴이 제2 실시예에서 나선인 상기 감자기성 요소(30)에 대한 상기 자석(24)의 상대적인 운동에 적용되어야 한다는 점에서 다르다. 바람직하게는 그러나 제한적이지 않은 해결안은, 상기 제어 부재의 회전이 센서를 형성하는 상기 감자기성 요소(30)에 의해 검출되지 않도록 상기 자석(24) 상에 (회전 중에 동일한) 선대칭 자화를 갖는다는 데에 있다.
[0052][0052] 도 9a 및 도 9b는 도 8a 및 도 8b의 실시예에 따른 액추에이터의 단면도 및 사시도를 나타낸다. 이러한 실시예는 단순화된 전기 부품들을 사용하는 제어 장치를 결합하고, 상기 제어 부재의 나선 운동의 위치 센서에 결합된 이중 나선을 이용한 운동 변환의 해결안이고, 결과적으로 토션 스프링을 사용한 기준 위치-리턴 장치는 상기 회전자에 대하여 동축으로 분포된 유성 감속 기어를 통하여 상기 회전자에 리턴 토크를 적용한다. 상기 액추에이터 케이스는, 한편으로는, 고정자에 대하여 오버몰드된(overmolded) 인클로저(21)와, 모터 부분과 제어 전기 부품들을 포함하는 후방 부분들을 바꾸지 않고, 상기 유성 감속 기어를 포함하는 액추에이터의 전방 부분과 스프링이 쉽게 수리될 수 있도록 분리되는 전방 플랜지(29)로 구성된다.
[0053][0053] 도 10a, 도 10b 및 도 10c는 원래의 기준 위치-리턴 해결안을 나타내며 유성 감속 기어(18)를 구비한 토션 스프링(20)의 결합에 기초한다. 상기 스프링(20)은 고정자 케이스(21)에 고정된 정지 파스너(40)와 내부 평 기어(19)에 고정된 이동 파스너(41)를 구비하며, 상기 스프링의 프리-로딩(pre-loading)이 가능하도록 상기 고정자 케이스(21)에 제공된 제한된 길이를 갖는 경로(43)에서 순환하는 핀(42)을 포함한다. 상기 내부 평 기어(19)는 회전자(15)에 고정된 중심 기어(35)에 의해 구동되는 3개의 유성 기어(36)에 의해 구동된다. 감속 크라운(19)과, 몇 번의 회전에 도달할 수 있는, 상기 회전자(15)의 운동 사이의 감속 비는 180도 내지 270도의 오더(order)의 감소된 이동경로(스트로크)로 스프링(20)의 작동 각도를 제한하도록 선택된다. 따라서 상기 스프링 코일은 낮은 스트레스에 노출되고 최소한의 마찰을 갖는 리턴 기능을 제공할 수 있게 된다. 상기 유성 감속 기어(18)는, 운동 변환 장치에 의해 동시에 사용되는 모터의 유효 토크는 전달하지 않고, 스프링 토크만 전달하기 때문에 플라스틱 물질로 만들어질 수 있다.
