KR20190081794A

KR20190081794A - 액츄에이터 및 이를 포함하는 차량용 변속 장치

Info

Publication number: KR20190081794A
Application number: KR1020170184576A
Authority: KR
Inventors: 허춘영; 김민수; 김용재; 김성진
Original assignee: 에스엘 주식회사; 조선대학교산학협력단
Priority date: 2017-12-29
Filing date: 2017-12-29
Publication date: 2019-07-09
Anticipated expiration: 2037-12-29
Also published as: CN109995217B; DE102018222760A1; CN109995217A; US20190203832A1; US10844955B2; KR102402603B1

Abstract

본 발명은 액츄에이터 및 이를 포함하는 차량용 변속 장치에 관한 것으로, 액츄에이터는 구동력을 전달하는 마그넷 기어부; 및 상기 마그넷 기어부를 구동시키는 구동부;를 포함하는 액츄에이터로서, 상기 마그넷 기어부는, 내부에 제1 마그넷; 상기 제1 마그넷과 대향되는 외부에 제2 마그넷; 및 상기 제1 마그넷과 상기 제2 마그넷에 나란하게 삽입 설치되는 폴 부재를 포함하고, 상기 구동부는, 중심축에 상기 제1 마그넷, 상기 제2 마그넷, 및 상기 폴 부재 중 어느 하나가 장착되는 원형 로터; 상기 로터의 원주를 따라 장착되는 제3 마그넷; 및 상기 제3 마그넷과 대향되는 복수의 돌기가 형성된 환형 코어와 상기 돌기에 연결된 코일을 포함하는 스테이터를 포함할 수 있다.
또한, 차량용 변속 장치는 변속기의 작동 모드와 연관된 복수의 변속단 중 어느 하나를 선택하기 위해 회전 가능한 노브; 연동 조건이 만족되었을 때 상기 노브에 구동력을 전달하는 마그넷 기어부; 및 상기 마그넷 기어부를 구동시키는 구동부;를 포함하는 차량용 변속 장치로서, 상기 마그넷 기어부는, 내부에 제1 마그넷; 상기 제1 마그넷과 대향되는 외부에 제2 마그넷; 및 상기 제1 마그넷과 상기 제2 마그넷에 나란하게 삽입 설치되는 폴 부재를 포함하고, 상기 구동부는, 중심축에 상기 제1 마그넷, 상기 제2 마그넷, 및 상기 폴 부재 중 어느 하나가 장착되는 원형 로터; 상기 로터의 원주를 따라 장착되는 제3 마그넷; 및 상기 제3 마그넷과 대향되는 복수의 돌기가 형성된 환형 코어와 상기 돌기에 연결된 코일을 포함하는 스테이터를 포함할 수 있다.

Description

액츄에이터 및 이를 포함하는 차량용 변속 장치{Actuator and Transmission for Vehicle including the Actuator}

본 발명은 액츄에이터 및 이를 포함하는 차량용 변속 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 마그넷 기어를 구비한 액츄에이터와 이를 포함하는 차량용 변속 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 차량의 변속 장치(Transmission)는 차량의 속도에 따라 엔진의 회전을 일정하게 유지하기 위하여 기어비를 달리하도록 한 것으로서, 운전자는 변속 장치의 기어비를 바꾸기 위하여 변속 장치에 있는 변속 레버(Shift lever)를 조작하게 된다.

이 때, 운전자는 운전석 옆에 위치하는 변속 레버를 조작하여 변속 단을 선택함으로써 기어비를 변화시킬 수 있다.

변속 장치는 수동 변속 장치와 자동 변속 장치로 구분된다.

수동 변속 장치는 운전자가 차량의 주행 속도에 맞추어 1단, 2단, 3단, 4단 등의 변속 단을 직접 선택하는 변속 장치이고, 자동 변속 장치는 차량의 주행 속도, 엔진 부하, 스로틀 밸브의 개방량 등에 따라 차량의 ECU가 변속 단을 자동으로 조절하는 변속 장치이다.

자동 변속 장치는 일반적으로 차량의 주정차 시에 사용되는 P단, 차량의 후진에 사용되는 R단, 엔진의 출력이 구동륜으로 전달되는 것을 차단하는 N단 및 차량의 전진에 사용되는 D단을 포함하는 변속 단으로 구성된다.

운전자는 변속 레버를 이용하여 각 변속 단을 선택할 수 있는데, 변속 레버의 대표적인 종류로는 레버 타입과 다이얼 타입이 있다. 그 외에 각 변속 단이 버튼 형식으로 구성된 차종도 있다.

일반적인 레버 타입은 P-R-N-D의 순서로 변속 단이 일렬 배치되고 레버를 직선 방향으로 이동시켜 각 변속 단을 선택할 수 있도록 구성된다. 최근에는 레버 타입으로서, P-R-N-D의 변속 단 위치가 고정되어 있지 않고 레버는 운전자의 조작에 따라 제자리에서 틸팅 후 복귀하도록 구성되어 레버의 틸팅 방향에 따라 P-R-N-D가 차례대로 변하는 방식으로 변속 단을 선택할 수 있는 변속 장치도 제공되고 있다.

한편, 다이얼 타입은 일정 각도 범위 내에서 회전하는 다이얼의 주변으로 P-R-N-D의 변속 단이 위치하고 다이얼의 특정 포인트를 P-R-N-D의 각 변속 단에 위치시킴으로써 변속 단을 선택할 수 있도록 구성된다.

도 14는 상기 다이얼 방식의 차량용 변속 장치(1)의 일 예를 도시한 도면이다. 도 14를 참조하면, 종래의 다이얼 방식의 차량용 변속 장치(1)는 디턴트 기능부(F1), 자동복귀 기능부(F2), 쉬프트 록(Shift Lock) 기능부(F3), 및 감속부(F4)가 각각 별개로 구성된다. 이와 같이 종래의 다이얼 방식의 차량용 변속 장치(1)는 각 기능부를 구현하기 위한 다양한 부품들이 소요되고, 하우징 내에 함께 패키징되어야 하기 때문에 장치를 소형화 시키기 어렵고, 일반 기어 구조를 통한 변속 방식은 기어가 작동되면서 소음을 발생시킬 수 있는 문제점이 있었다.

따라서, 종래의 차량용 변속 장치(1)의 복잡한 기구적 동력 전달 구조를 개선하여 보다 간단하고 소형화 된 구성을 갖는 새로운 액츄에이터 및 이를 포함하는 차량용 변속 장치를 창안할 필요가 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2017-0080081호(2017.07.10)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 종래의 차량용 변속 장치의 동력 전달 구조를 개선하여 소요되는 부품의 수를 절감하고 변속 소음을 저감시키는 마그넷 기어를 구비한 액츄에이터를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 마그넷 기어를 구비한 액츄에이터를 포함함으로써, 디턴트 토크와 쉬프트 록 및 자동복귀 기능 구현을 위한 메커니즘을 현저히 단순화시키는 차량용 변속 장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 액츄에이터는, 구동력을 전달하는 마그넷 기어부; 및 상기 마그넷 기어부를 구동시키는 구동부;를 포함하는 액츄에이터로서, 상기 마그넷 기어부는, 내부에 제1 마그넷; 상기 제1 마그넷과 대향되는 외부에 제2 마그넷; 및 상기 제1 마그넷과 상기 제2 마그넷에 나란하게 삽입 설치되는 폴 부재를 포함하고, 상기 구동부는, 중심축에 상기 제1 마그넷, 상기 제2 마그넷, 및 상기 폴 부재 중 어느 하나가 장착되는 원형 로터; 상기 로터의 원주를 따라 장착되는 제3 마그넷; 및 상기 제3 마그넷과 대향되는 복수의 돌기가 형성된 환형 코어와 상기 돌기에 연결된 코일을 포함하는 스테이터를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 로터는 상기 코일에 전류가 인가될 때 생성된 자력에 의해 상기 제3 마그넷에 인력 또는 척력이 작용됨으로써 회동되고, 상기 제1 마그넷이 포함하는 자극쌍에 대해 상기 제2 마그넷이 포함하는 자극쌍의 개수비인 마그넷 기어 전달비에 따라, 상기 제1 마그넷, 상기 제2 마그넷, 및 상기 폴 부재 중 어느 둘 사이에 위치하는 나머지 어느 하나를 상기 로터에 비해 감속 또는 증속시킬 수 있다.

또한, 상기 제3 마그넷은 상기 돌기의 개수에 대응되는 복수의 자극을 포함하고, 상기 제1 마그넷과 제2 마그넷은 적어도 하나의 자극쌍을 포함하되, 상기 제1 마그넷, 제2 마그넷 및 제3 마그넷은 그 극성이 교차되게 배치될 수 있다.

또한, 상기 로터의 중심축에 삽입되는 샤프트를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 폴 부재는, 상기 제1 마그넷과 상기 제2 마그넷에 나란하게 삽입 설치되는 면에 자성체를 포함할 수 있다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제1 관점에 따른 차량용 변속 장치는, 변속기의 작동 모드와 연관된 복수의 변속단 중 어느 하나를 선택하기 위해 회전 가능한 노브; 및 상기 노브와 연동되고, 운전자가 상기 복수의 변속단 중 선택된 변속단으로 상기 노브를 회전시킬 때 조작감을 제공하는 마그넷 기어부를 포함하되, 상기 마그넷 기어부는, 내부에 제1 마그넷; 상기 제1 마그넷과 대향되는 외부에 제2 마그넷; 및 상기 제1 마그넷과 상기 제2 마그넷에 나란하게 삽입 설치되는 폴 부재를 포함하되, 상기 제1 마그넷, 상기 제2 마그넷, 및 상기 폴 부재는 상기 노브와 동일한 중심을 기준으로 회전 가능할 수 있다.

여기서, 상기 폴 부재는, 상기 제1 마그넷과 상기 제2 마그넷에 나란하게 삽입 설치되는 면에 자성체를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 마그넷, 상기 제2 마그넷, 및 상기 폴 부재 중 어느 하나는 상기 노브와 연동될 수 있다.

여기서, 홀딩 토크를 발생시키는 구동부를 더 포함하되, 상기 구동부는, 중심축에 상기 제1 마그넷, 상기 제2 마그넷, 및 상기 폴 부재 중 상기 노브와 연동되지 않은 어느 하나가 장착되는 원형 로터; 상기 로터의 원주를 따라 장착되는 제3 마그넷; 및 상기 제3 마그넷과 대향되는 복수의 돌기가 형성된 환형 코어와 상기 돌기에 연결된 코일을 포함하는 스테이터를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 코일에 제1 홀딩 전류가 인가되거나 상기 코일간 연결에 의해 생성된 자력에 의해 상기 제3 마그넷과 상기 스테이터 사이 홀딩력이 발생되고, 상기 제1 마그넷, 상기 제2 마그넷, 및 상기 폴 부재 중 상기 노브와 연동되지 않은 나머지 둘은 고정됨으로써, 상기 노브가 회전될 때 조작감을 제공할 수 있다.

한편, 주차단에서 운전자의 브레이크 조작이 없을 때 상기 코일에 인가되는 제2 홀딩 전류에 의해 생성된 자력에 의해 상기 제3 마그넷과 상기 스테이터 사이 홀딩력이 발생되고 상기 노브의 회전이 방지될 수 있다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제2 관점에 따른 차량용 변속 장치는, 변속기의 작동 모드와 연관된 복수의 변속단 중 어느 하나를 선택하기 위해 회전 가능한 노브; 연동 조건이 만족되었을 때 상기 노브에 구동력을 전달하는 마그넷 기어부; 및 상기 마그넷 기어부를 구동시키는 구동부;를 포함하는 차량용 변속 장치로서, 상기 마그넷 기어부는, 내부에 제1 마그넷; 상기 제1 마그넷과 대향되는 외부에 제2 마그넷; 및 상기 제1 마그넷과 상기 제2 마그넷에 나란하게 삽입 설치되는 폴 부재를 포함하고, 상기 구동부는, 중심축에 상기 제1 마그넷, 상기 제2 마그넷, 및 상기 폴 부재 중 어느 하나가 장착되는 원형 로터; 상기 로터의 원주를 따라 장착되는 제3 마그넷; 및 상기 제3 마그넷과 대향되는 복수의 돌기가 형성된 환형 코어와 상기 돌기에 연결된 코일을 포함하는 스테이터를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 로터는 상기 코일에 전류가 인가될 때 생성된 자력에 의해 상기 제3 마그넷에 인력 또는 척력이 작용됨으로써 회동되고, 상기 제1 마그넷 및 상기 제2 마그넷 각각이 포함하는 자극쌍의 개수와 상기 자성체가 포함하는 폴 피스의 개수에 따라 상기 로터에 비해 상기 노브를 감속 또는 증속시킬 수 있다.

여기서, 상기 노브는 상기 제1 마그넷, 제2 마그넷, 및 폴 부재 중 상기 로터의 중심축에 장착되지 않은 어느 하나와 연동될 수 있다.

한편, 비주차단에서 주차단으로의 복귀 조건이 만족되었을 때 상기 노브가 상기 주차단으로 복귀되도록 회전될 수 있다.

또한, 자율 주행 모드에서 변속 조건이 만족되었을 때 상기 노브가 상기 변속 조건에 해당하는 변속단을 선택하도록 회전될 수 있다.

한편, 상기 변속단이 선택되기 위해 상기 노브가 회전되는 단위각도는, 360을 상기 제1 마그넷이 포함하는 자극쌍의 개수, 상기 제2 마그넷이 포함하는 자극쌍의 개수, 및 상기 자성체가 포함하는 폴 피스의 개수 중 적어도 어느 하나로 나눈 각도의 배수에 의해 결정될 수 있다.

한편, 상기 제3 마그넷은 상기 돌기의 개수에 대응되는 복수의 자극을 포함하고, 상기 제1 마그넷과 제2 마그넷은 적어도 하나의 자극쌍을 포함하되, 상기 제1 마그넷, 제2 마그넷 및 제3 마그넷은 그 극성이 교차되게 배치될 수 있다.

또한, 상기 노브의 회전에 의해 선택된 변속단을 감지하는 센서부를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 센서부는, 상기 노브의 회전에 의해 회전되는 적어도 하나의 기어; 상기 적어도 하나의 기어와 연동되어 증속 회전되는 마그넷 기어; 및 상기 마그넷 기어의 자력변화를 감지하는 센서를 포함할 수 있다.

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 여러 실시예에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.

종래의 일반 기어를 이용한 액츄에이터와 대비하여 마그넷 기어를 이용하여 액츄에이터의 소음을 감소 시킬 수 있다.

다이얼 방식의 변속 조작이 가능하게 하여 차량 내부의 공간 활용성을 향상시킬 수 있다.

변속단을 조작할 때 발생되는 소음을 저감시킬 수 있고, 소요되는 부품의 수를 절감하여 조립성을 향상시킬 수 있다.

디턴트 토크와 시프트 록 및 자동복귀 기능 구현을 위한 메커니즘을 기존의 방식보다 현저히 단순화시킬 수 있다.

본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다. 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 변속 장치의 외관이 도시된 사시도이다.
도 1b는 도 1a의 노브 대신에 레버 타입의 변속 손잡이가 연결된 외관이 도시된 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 변속 장치의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 변속 장치의 노브가 제거된 상태에서 도 1의 A-A' 종단면이 도시된 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 변속 장치의 노브 및 상부 하우징이 제거된 상태에서 평면상 바라본 사시도이고, 설명의 편의를 위하여 폴 부재를 구성하는 면의 일부가 개구된 것으로 표현하였다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 변속 장치의 센서부를 도시한 도면이다.
도 6a는 도 2의 차량용 변속 장치의 구성 중 액츄에이터의 분해 사시도이다.
도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액츄에이터의 분해 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 변속 장치의 마그넷 기어부를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 변속 장치의 마그넷 기어부의 구성 중 자성체인 폴 피스를 도시한 도면이다.
도 9은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 변속 장치의 구동부를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 변속 장치의 구동부의 구성 중 로터를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 변속 장치의 노브 및 상부 하우징이 제거된 상태의 평면도이고, 설명의 편의를 위하여 폴 부재를 구성하는 면의 일부가 개구된 것으로 표현하였다.
도 12은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 변속 장치의 노브가 변속단이 선택되기 위해 회전되는 각도에 따라 발생하는 디턴트 토크와, 쉬프트 록 상태에서 발생하는 토크의 방향과 세기 및 범위를 도시한 그래프이다.
도 13는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 변속 장치에서, 비주차단에서 주차단으로의 복귀 조건이 만족될 때 노브를 주차단으로 복귀시키는 경우 발생하는 토크의 방향과 세기를 도시한 그래프이다.
도 14는 종래의 일반 기어를 포함하는 다이얼 방식의 변속 조작이 가능한 차량용 변속 장치를 도시한 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 공정 단계들, 잘 알려진 구조 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 포함한다(comprises) 및/또는 포함하는(comprising)은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 의미로 사용한다. 그리고, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 개략도들을 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 또한 본 발명에 도시된 각 도면에 있어서 각 구성 요소들은 설명의 편의를 고려하여 다소 확대 또는 축소되어 도시된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 차량용 변속 장치를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대하여 설명하도록 한다.

도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 변속 장치(1)의 외관이 도시된 사시도이다.

이러한 차량용 변속 장치(1)는 주로 운전자의 용이한 변속 조작이 가능하도록 차량의 센터페시아와 콘솔 박스 사이에 설치되나, 이에 한정되지 않고 차량용 변속 장치(1)는 운전자의 접근성이 양호한 다양한 위치에 설치될 수 있다.

도 1a를 참조하면, 상부 하우징(500)의 일측으로 노브(100)가 노출되도록 구성되어 운전자로 하여금 노브(100)를 회전시켜 원하는 변속단을 선택할 수 있도록 한다.

이때, 노브(100)에는 선택 가능한 복수의 변속단이나 현재 선택된 변속단을 표시하는 표시 장치(미도시)가 구비될 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 표시 장치(미도시)의 위치는 고정되고 노브(100)의 외측면이 회전되어 변속단을 선택하는 경우를 예를 들어 설명하기로 하나, 이에 한정되지 않고 노브(100)와 표시 장치(미도시)는 함께 회전될 수도 있다.

도 1a를 참조하면, 차량용 변속 장치(1)는 노브(100)만 차량 내부로 노출되며, 변속 기능이나 시프트 록 기능을 구현하기 위한 각종 구성 요소들을 수용하는 상부 하우징(500) 및 하부 하우징(600)은 차체 내부에 수용되어 차량용 변속 장치(1)가 차량 내부에서 차지하는 공간을 감소시켜 공간 활용성이 향상되도록 할 수 있다.

한편, 도 1b에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 차량용 변속 장치(1)에는 노브(100) 이외에도 레버 타입의 변속 손잡이가 연결될 수도 있고, 운전자가 변속단을 조작할 수 있는 수단이라면 이에 제한되지 않으며 연결되는 레버 타입에 따라 시동이 꺼졌을 때 레버가 주차단이 아닌 콘솔 내부 등에 위치되도록 하는 스토우 포지션(Stow position) 기능이 추가될 수도 있다. 따라서 시동이 꺼진 경우 변속 손잡이가 노출되지 않게 되고, 운전자의 예상과 달리 변속단이 임의 조작됨으로써 발생할 수 있는 미연의 사고를 방지할 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 변속 장치(1)의 분해 사시도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 변속 장치(1)는 노브(100), 센서부(200), 마그넷 기어부(300), 구동부(400), 상부 하우징(500) 및 하부 하우징(600)을 포함하여 구성될 수 있다.

노브(100)는 변속기의 작동 모드와 연관된 복수의 변속단 중 어느 하나를 선택하기 위해 회전되는 부재이고, 이러한 노브(100)의 회전에 의해 선택된 변속단을 감지하기 위하여 센서부(200)를 포함한다. 센서부(200)에 의해 노브(100)의 회전 각도가 감지됨으로써 변속단이 선택된대로 변경될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 차량용 변속 장치(1)의 상부 하우징(500)은 노브(100)의 연장 부재(341)가 노출되는 폴부재 공(510)을 포함할 수 있다. 폴부재 공(510)을 통해 노출되는 폴 부재(340)의 연장 부재(341)에 노브(100)가 연동됨에 따라 변속단이 선택될 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 변속 장치(1)의 노브(100)가 제거된 상태에서 도 1의 A-A’ 종단면이 도시된 사시도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 변속 장치(1)의 노브(100) 및 상부 하우징(500)이 제거된 상태에서 평면상 바라본 사시도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 마그넷 기어부(300)의 일부 구성인 폴 부재(340)에는 노브(100)가 연동되기 위한 연장 부재(341)가 연장되어 형성된다. 노브(100)와 연결되는 연장 부재(341)의 말단은 그 단면이 다각형으로 형성될 수 있고, 노브(100)의 상기 단면의 형상에 대응되는 홈(미도시)과 결합될 수 있다. 따라서, 노브(100)가 회전될 때 미끄러지지 않고 폴 부재(340)와 함께 정확한 회전각을 형성하며 회동되어 변속단이 선택되도록 할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 변속 장치(1)의 센서부(200)를 도시한 도면이다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 센서부(200)는 폴 부재(340)와 연동되는 적어도 하나의 제1 기어(210), 센서부(200)의 기어 운동에 따라 그 위치가 변경되는 마그넷, 제1 기어(210)와 맞물리는 제2 기어(220), 마그넷의 자력 변화를 감지하는 센서(230) 및 센서(230)가 설치되는 PCB 기판(240)을 포함할 수 있다. 여기서, 센서부(200)의 제1 기어(210)와 폴 부재(340)가 연동되기 위하여, 폴 부재(340)의 연장 부재(341)에 제1 기어(210)와 맞물리는 링 형상의 기어가 결합될 수 있다.

제2 기어(220)는 노브(100)의 회전에 의해 폴 부재(340)가 회전될 때 함께 회전하는 제1 기어(210)에 의해 회전될 수 있으며, 이로 인해 마그넷의 위치가 변경되어 자력변화가 발생한다. 또한 제2 기어(220)는 마그넷으로 구성될 수도 있다.

PCB 기판(240)에는 노브(100)의 회전각을 감지하고, 선택된 변속단에 해당되는 기어비를 변경하거나 제어하는 회로구성 및 전자부품 등이 인쇄 및 실장될 수 있다.

센서(230)는 홀 센서 등과 같이 자력 변화를 감지하는 센서일 수 있으며, 제2 기어(220)의 회전에 의한 자력 변화를 통해 선택된 변속단의 감지가 가능하게 된다. 여기서, 제2 기어(220)는 제1 기어(210)에 대해 증속 회전될 수 있고, 센서(230)의 자력 변화를 감지하기 위한 분해능이 증대되어 보다 정확한 변속단의 감지 및 제어가 가능하다.

도 6a는 도 2의 차량용 변속 장치(1)의 구성 중 액츄에이터(2)의 분해 사시도이고, 도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액츄에이터(2)의 분해 사시도이다. 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 액츄에이터(2)는 구동력을 전달하는 마그넷 기어부(300)와 마그넷 기어부(300)를 구동시키는 구동부(400)를 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 차량용 변속 장치(1)의 액츄에이터(2)는 디턴트 토크, 쉬프트 록, 및 자동복귀 기능을 구현하기 위하여, 마그넷 기어부(300)와 구동부(400)가 하나의 모듈로 통합되어 구성된다. 따라서, 종래의 다이얼 방식의 차량용 변속 장치(1)에 비해 소요되는 부품의 수를 절감하고 조립성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

구체적으로, 마그넷 기어부(300)는 내부에 위치하는 제1 마그넷(310)과, 제1 마그넷(310)과 대향되는 외부에 위치하는 제2 마그넷(320)과, 제1 마그넷(310)과 제2 마그넷(320) 사이에 삽입 설치되어 회전 가능한 폴 부재(340)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 폴 부재(340)는 제1 마그넷(310)과 제2 마그넷(320) 사이 삽입 설치되는 면에 자성체(350)를 구비함으로써 제1 마그넷(310) 또는 제2 마그넷(320) 상호간에 구동부(400)에 의해 유도되는 자력의 영향을 주고 받을 수 있다.

구동부(400)는 마그넷 기어부(300)에 구동력을 전달하기 위해 전류를 인가하여 자력을 생성하는 스테이터(420, 430)와, 스테이터(420, 430)에 대향되고 생성된 자력의 영향을 받는 제3 마그넷(410)과, 원주를 따라 제3 마그넷(410)이 장착되는 로터(440)를 포함하여 구성될 수 있다.

도 6a의 실시예에 따른 액츄에이터(2)의 구동부(400)는 스테이터(420, 430)와 제3 마그넷(410)이 스테이터(420, 430)의 외주를 따라 서로 대향되어 있으나, 도 6b의 다른 실시예와 같이 스테이터(420, 430)의 내주를 따라 서로 대향될 수도 있고, 스테이터(420, 430)에 생성된 자력의 영향을 받을 수 있는 배치라면 이에 제한되지 않는다.

구동부(400)는 전원을 공급하고 신호를 전달하기 위한 커넥터(450)를 포함한다. 도 3을 참조하면 본 발명의 실시예에서는 상부 하우징(500)의 위치에 플러그가 연결되기 위한 커넥터(450)를 포함하였으나, 스테이터(420, 430)의 코일(430)에 전류를 인가할 수 있다면 그 구성이나 형식은 이에 제한되지 않는다.

한편, 도 2, 도 6a 및 도 6b를 참조하면 마그넷 기어부(300)는 제2 마그넷(320)을 둘러싸며 형성되는 픽스 코어(330)를 더 포함할 수 있는데, 픽스 코어(330)는 제2 마그넷(320)의 위치를 물리적으로 고정시키는 역할을 하거나, 스테이터(420, 430)에 인가되는 홀딩 전류(H1, H2)를 제2 마그넷(320)에 전달하는 기능을 할 수 있다.

또한, 도 6b를 참조하면 픽스 코어(330)는 상부 하우징(500)을 바라보는 방향을 향해 상부 하우징(500)의 내부면과 접촉되도록 연장될 수 있으며, 제2 마그넷(320)의 위치가 보다 안정적으로 고정될 수 있도록 할 수 있다. 또한, 픽스 코어(330)가 연장되는 면의 일부는 차량용 변속 장치(1)의 구성 요소가 하우징 내에 효과적으로 수용되고 상호 연결될 수 있도록 개방되어 형성될 수 있다.

상부 하우징(600)과 대향되도록 연장되는 면에는 나사가 결합되기 위한 쓰레드 홀이 포함될 수 있으나, 결합 수단은 이에 제한되지 않는다. 또한, 본 발명의 실시예에서는 픽스 코어(330)가 상부 하우징(600)에 결합될 수 있는 구조로 형성되었으나, 픽스 코어(330)가 제2 마그넷(320)의 위치를 안정적으로 고정시킬 수 있는 형상과 구조라면 이에 제한되지 않는다.본 발명의 실시예에 따른 액츄에이터(1)의 마그넷 기어부(300)와 구동부(400)는 제1 마그넷(310)이 로터(440)의 중심축(442)에 장착됨으로써 구동력이나 홀딩력이 전달될 수 있는 구조로 통합된다. 상술한 바와 같이 픽스 코어(330)가 제2 마그넷(320)의 위치를 보다 안정적으로 고정시킴으로써, 마그넷 기어부(300)를 구동시키기 위해 회동되는 로터(440)와, 로터(440)에 비해 감속 또는 증속 회전되며 구동력을 전달하는 폴 부재(340)가 보다 정교하고 안정적으로 구동될 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 변속 장치(1)의 변속 기능에 더하여 디턴트 토크, 쉬프트 락, 및 자동복귀 기능을 들어 액츄에이터(2)의 구동 원리에 대해 보다 자세히 설명하기로 한다.

운전자의 조작에 따른 외부 힘에 의해 노브(100)가 회전되어 변속단이 선택될 때에는 운전자에게 조작감을 제공하는 것이 운전자로 하여금 변속단의 선택을 용이하게 인지할 수 있도록 하는 측면에서 유리하다.

본 발명의 실시예에 따른 차량용 변속 장치(1)의 마그넷 기어부(300)는 노브(100)와 연동되고, 운전자가 변속단을 선택하기 위해 노브(100)를 회전 시킬 때 조작감을 제공할 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 변속 장치(1)의 마그넷 기어부(300)를 도시한 도면이다. 도 7을 참조하면, 마그넷 기어부(300)의 제1 마그넷(310)과 제2 마그넷(320)은 적어도 하나의 자극쌍을 포함하고, 그 극성이 교차되게 배치된다. 또한 폴 부재(340)가 제1 마그넷(310)과 제2 마그넷(320) 사이 삽입 설치되는 면에 구비하는 자성체(350)인 폴 피스(351)를 도시한 도 8과 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 폴 부재(340)는 제2 마그넷(320)이 포함하는 자극쌍의 개수에 대응되고 균등한 배치각을 이루며 구비되는 폴 피스(351)를 포함한다.

따라서, 폴 피스(351)는 제1 마그넷(310)과 제2 마그넷(320) 사이 발생되는 자력의 영향을 받아, 폴 부재(340)와 연동되는 노브(100)에 구동력이나 구속력을 전달할 수 있다.

구체적으로, 폴 부재(340)는 구동부(400)에 의해 발생되는 홀딩력에 의해 회동이 제한되는 제1 마그넷(310)과, 픽스 코어(330)에 의해 고정되는 제2 마그넷(320) 사이 발생되는 구속력의 영향을 받는다. 따라서, 폴 부재(340)와 연동되는 노브(100)를 회전시킬 때 운전자에게 조작감을 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 차량용 변속 장치(1)의 구동부(400)는 상기 홀딩 토크를 발생시키기 위하여 스테이터(420, 430)에 제1 홀딩 전류(H1)를 인가한다. 본 발명의 실시예에 따른 차량용 변속 장치(1)의 구동부(400)를 도시한 도 9를 참조하면, 스테이터(420, 430)는 복수의 돌기(422)가 형성된 환형 코어(420)와 돌기(422)에 연결되어 전류가 인가되는 코일(430)을 포함한다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 변속 장치(1)의 구동부(400)의 구성 중 로터(440)를 도시한 도면이다. 도 9 및 도 10를 참조하면, 로터(440)의 원주(441)를 따라 제3 마그넷(410)이 장착되고, 상기 코일(430)에 인가되는 전류에 의해 생성된 자력의 영향을 받기 위하여 제3 마그넷(410)은 스테이터(420, 430)에 형성된 돌기(422)와 대향되게 배치되어야 한다. 또한 제3 마그넷(410)은 스테이터(420, 430)의 돌기(422)의 개수에 대응되는 복수의 자극을 포함하고, 그 극성이 교차되게 배치된다.

상술한 바와 같이, 제1 마그넷(310)이 로터(440)의 중심축(442)에 장착됨으로써 마그넷 기어부(300)에 구동부(400)의 구동력 또는 구속력이 전달될 수 있다. 구체적으로 코일(430)에 제1 홀딩 전류(H1)가 인가될 때 생성된 자력에 의해 제3 마그넷(410)과 스테이터(420, 430) 사이 홀딩력이 발생되고, 제3 마그넷(410)이 장착된 로터(440), 그리고 동시에 로터(440)의 중심축(442)에 장착된 제1 마그넷(310)에 회동을 제한하는 구속력이 전달된다.

따라서, 고정된 제1 마그넷(310)과 제2 마그넷(320) 사이 생성된 자력에 의해, 자성체(350)를 구비하는 폴 부재(340)의 회동을 제한하는 힘이 발생하고, 운전자의 노브(100) 조작에 따른 외부 힘에 의해 회전하는 폴 부재(340)에 의해 운전자에게 조작감을 제공할 수 있다.

스테이터(420, 430)가 제1 홀딩 전류(H1)을 인가하여 제3 마그넷(410)에 홀딩 토크를 발생 시키고, 제3 마그넷(410)이 장착된 로터(440) 및 로터(440)에 장착된 제1 마그넷(310)이 홀딩 토크에 의해 홀딩될 수 있다.

따라서 변속단을 선택하는 운전자에게 조작감을 제공하기 위해서는, 노브(100)에 홀딩 토크 이상의 외부힘이 가해졌을 때 회동될 수 있어야 한다. 또한 이러한 홀딩 토크는 각 코일간 연결에 의해 발생될 수도 있다.

도 9 및 도 10를 참조하면, 로터(440)의 중심축(442)에는 샤프트(610)가 삽입되거나 관통될 수 있는 샤프트 공(443)이 형성된다. 구체적으로, 도 3의 종단면도를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 샤프트(610)는 하부 하우징(600)에 그 말단이 연결되고, 로터(440)의 중심축(442)을 관통하여 폴 부재(340) 중공 및 연장 부재(341) 내부 공간에 수용되어, 폴 부재(340) 및 로터(440)가 안정적으로 회동될 수 있는 회전축 역할을 한다.

그리고, 도 6a 및 6b을 참조하면 폴 부재(340)는 내부에 부재가 삽입될 수 있는 중공을 포함하고, 도 3의 종단면도를 참조하면, 로터(440)의 중심축(442)과 제1 마그넷(310) 및 샤프트(610)가 삽입될 수 있다. 특히, 도 4의 평면 사시도를 참조하면 샤프트(610)가 연장 부재(341)의 내주면까지 삽입될 수 있도록 중공이 형성됨으로써, 폴 부재(340)와 로터(440)가 샤프트(610)를 중심으로 안정적으로 회동될 수 있다.

또한, 도 2 및 도 3을 참조하면 폴 부재(340)의 회전 운동을 지지하기 위하여, 연장 부재(341)의 외주면을 감싸며 연결되는 원통형의 부시(360)를 더 포함할 수 있다.

한편, 변속단이 선택되기 위해 노브(100)가 회전되는 단위각도는 제1 마그넷(310)이 포함하는 자극쌍의 개수, 제2 마그넷(320)이 포함하는 자극쌍의 개수 및 자성체(350)가 포함하는 폴 피스(351)의 개수 중 적어도 하나에 따라 결정될 수 있다.

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 변속 장치(1)의 노브(100) 및 상부 하우징(500)이 제거된 상태의 평면도이고, 설명의 편의를 위하여 폴 부재(340)를 구성하는 면의 일부가 개구된 것으로 표현하였다.

본 발명의 실시예에 따른 차량용 변속 장치(1)의 제2 마그넷(320)이 포함하는 자극쌍의 개수가 M개 일 경우, 자성체(350)가 포함하는 폴 피스(351)의 개수는 도 11의 평면도에 도시된 바와 같이 M개로 대응될 수 있고, 변속단이 선택되기 위해 노브(100)가 회전되는 단위각도는 360을 M등분한 각도의 배수가 될 수 있다.

변속단이 선택되기 위해 노브(100)가 회전되는 각도에 따라 발생하는 디턴트 토크의 방향과 세기 및 시프트 록의 크기를 그래프로 도시한 도 12를 참조하면, 변속단이 선택되기 위해 노브(100)가 회전되는 단위각도 사이에서 사인파(sine wave) 형태의 토크가 발생된다. 도 11의 평면도를 다시 참조하면, 폴 부재(340)가 구비하는 폴 피스(351) 사이에 제2 마그넷(320)의 자극쌍이 한 쌍 위치한다. 따라서, 변속단이 선택되기 위해 노브(100)가 회전될 때 함께 회동되는 폴 피스(351) 사이 공간에서 제1 마그넷(310)과 제2 마그넷(320) 사이 발생되는 자속의 변화에 의해 사인파 형태의 토크가 발생된다.

구체적으로, 노브(100)가 단위각도의 1/4만큼 회전되었을 때 상기 자속의 변화가 최대가 되어 발생되는 토크의 세기가 최대가 되고, 단위각도의 1/2만큼 회전되었을 때 자속의 변화는 0이 되어 발생되는 토크의 세기가 0이 되며, 단위각도의 1/2을 초과하여 회전되는 순간 폴 피스(351) 사이 형성되는 각도에 위치하는 제2 마그넷(320)의 자극쌍의 방향이 N에서 S, 또는 S에서 N으로 반전되면서 발생되는 토크의 방향도 역시 반전된다.

따라서, 노브(100)가 단위각도의 1/2을 초과하여 회전각을 형성하는 경우, 노브(100)가 변속단이 선택되기 위해 회전되는 방향으로 토크가 발생됨으로써, 운전자로 하여금 변속단의 선택을 보다 용이하게 인지하게 할 수 있다.

본 발명에서는 제1 마그넷(310)과 제2 마그넷(320) 사이에 폴 피스(351)가 삽입 설치되고, 제2 마그넷(320)이 포함하는 자극쌍의 개수인 M개에 대응하여 폴 피스(351)가 M로 대응되는 것을 실시예로 하였으므로, 360을 M등분한 각도의 배수로 사인파 형태의 토크가 발생되어 변속단이 선택되기 위해 노브(100)가 회전되는 단위각도가 360을 M등분한 각도의 배수로 결정될 수 있었다.

그러나 폴 피스(351)의 개수는 제2 마그넷(320)이 포함하는 자극쌍의 개수에 대응되지 않을 수도 있고 제1 마그넷(310)이 포함하는 자극쌍의 개수에 대응될 수도 있으며, 폴 피스(351)의 위치는 제1 마그넷(310)과 제2 마그넷(320) 사이가 아닌 최내곽 또는 최외곽에 위치할 수도 있으므로, 이에 따라 발생되는 사인파 형태의 토크의 각도주기에 따라 변속단이 선택되기 위해 노브(100)가 회전되는 단위각도가 결정될 수 있는 것이다.

따라서, 상기 변속단이 선택되기 위해 상기 노브(100)가 회전되는 단위각도는, 360을 제1 마그넷(310)이 포함하는 자극쌍의 개수, 제2 마그넷(320)이 포함하는 자극쌍의 개수, 및 자성체(350)가 포함하는 폴 피스(351)의 개수 중 적어도 어느 하나로 나눈 각도의 배수에 의해 결정될 수 있다.

차량용 자동 변속 장치의 경우 주차단에서 운전자의 브레이크 조작이 없을 때 차량의 급발진을 방지하기 위하여 기어의 변속을 잠금 상태로 유지시키는 안전장치로서 쉬프트 록(Shift Lock) 기능을 구비할 필요가 있다.

이를 위해 본 발명의 실시예에 따른 차량용 변속 장치(1)는 주차단에서 운전자의 브레이크 조작이 없는 경우, 스테이터(420, 430)에 제2 홀딩 전류(H2)를 인가할 수 있다.

상술한 디턴트 토크가 발생되는 원리와 같이, 제2 홀딩 전류(H2)에 의해 생성된 자력에 의해 제3 마그넷(410)이 고정되고, 고정된 제3 마그넷(410)이 로터(440)의 회동을 제한함에 따라 로터(440)의 중심축(442)에 장착된 제1 마그넷(310)의 회동 역시 구속된다. 따라서, 고정된 제1 마그넷(310)과 제2 마그넷(320) 사이에 위치하는 폴 부재(340)에 발생되는 토크에 의해 노브(100)의 회전을 방지하는 상태로 유지시킬 수 있다.

또한 외력에 의해 노브(100)의 회전을 방지하는 상태가 유지되지 않을 경우, 스테이터(420, 430)가 전류를 인가하여 로터(440)를 회전 시킴으로써 노브(100)를 미리 설정된 위치로 이동 시킬 수도 있다.

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 변속 장치(1)에서, 쉬프트 록 상태에서 발생하는 토크의 방향과 세기의 범위를 도시한 그래프이다. 도 12를 참조하면, 주차단에서 운전자의 브레이크 조작이 없는 경우 발생되는 토크는 P단에 해당하는 회전각도 0에서 그래프 상 점으로 표현될 수 있다. 제2 홀딩 전류(H2)는 운전자가 일정 이상 힘을 가하여도 노브(100)가 회동되지 않도록 제1 홀딩 전류(H1)의 세기보다 크게 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 변속 장치(1)의 액츄에이터(2)는 비주차단에서 주차단으로의 복귀 조건이 만족될 때 노브(100)를 주차단으로 복귀시키는 역할을 하게 된다.

예를 들어, 구동부(400)는 복귀 조건의 일 예로서 운전자가 D단 상태에서 차량의 시동을 끄거나 운전자로부터 별도의 조작이 입력되는 경우 구동되어 노브(100)를 회전시켜 주차단으로 자동 복귀시키는 것이다.

이때, 본 발명의 실시예에서 비주차단은 차량의 주행이 가능한 변속단으로서 R, N 및 D단이고, 주차단은 차량이 주행이 제한되는 변속단으로서 P단인 경우를 예를 들어 설명하기로 한다.

이를 위해 본 발명의 실시예에 따른 차량용 변속 장치(1)는 비주차단에서 주차단으로의 복귀 조건이 만족되었을 때, 구동부(400)의 스테이터(420, 430)에 전류를 인가하여 로터(440)를 회동시키고, 구동부(400)에 의해 구동되는 마그넷 기어부(300)는 연동되는 노브(100)를 로터(440)의 회전 속도보다 감속 또는 증속시켜 주차단으로 복귀시킬 수 있다.

구체적으로, 스테이터(420, 430)의 돌기(422)와, 그 극성을 교차하여 돌기(422)에 대향되게 배치되는 제3 마그넷(410)의 개수는 대응되고, 스테이터(420, 430)에 전류를 인가할 때 생성된 자력에 의해 돌기(422)와 제3 마그넷(410) 사이 인력 또는 척력이 작용됨으로써 로터(440)가 회동된다.

마그넷 기어 전달비를 제1 마그넷(310)이 포함하는 자극쌍에 대해 제2 마그넷(320)이 포함하는 자극쌍의 갯수비라고 정의하면, 제1 마그넷(310)과 제2 마그넷(310)은 적어도 하나의 자극쌍을 포함하고, 마그넷 기어 전달비만큼 폴 부재(340)가 로터(440)에 비해 감속 또는 증속 회전될 수 있다.

로터(440)가 회동될 때, 로터(440)의 중심축(442)에 장착된 제1 마그넷(310)도 같은 속도로 함께 회동되고, 회동되는 제1 마그넷(310)과 고정된 제2 마그넷(320) 사이의 마그넷 기어 전달비에 의해 폴 부재(340)가 로터(440)에 비해 감속 또는 증속 회전되면서 노브(100)가 주차단으로 복귀될 수 있다.

도 13은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 변속 장치(1)에서, 비주차단에서 주차단으로의 복귀 조건이 만족될 때 노브(100)를 주차단으로 복귀시키는 경우 발생하는 토크의 방향과 세기를 도시한 그래프이다.

도 13을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 변속 장치(1)는 비추차단(R단, N단, D단)에서 주차단(P단)으로 복귀 조건이 만족될 때 회전 각도 0에 해당하는 위치로 노브(100)를 복귀시키기 위하여 동일한 방향으로 일정한 세기의 토크를 발생시킬 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 비주차단에서 주차단으로의 복귀 조건이 만족될 때 노브(100)를 주차단으로 복귀시키는 경우를 예를 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않고 차량의 주행 상태에서 노브(100)의 오조작이 발생하였을 때 노브(100)를 이전 변속단으로 복귀시키는 역할을 할 수 있다. 구체적으로, 액츄에이터(2)는 D단 상태에서 차량이 주행하는 도중 다른 변속단이 선택되는 것이 방지될 수 있도록 운전자의 오조작에 의해 노브(100)가 회전될 때 노브(100)를 이전 변속단인 D단으로 복귀시키는 역할을 할 수도 있는 것이다.

또한 자율 주행 모드에서 변속 조건이 만족되었을 때 변속 조건에 해당하는 변속단이 선택되도록 노브(100)를 회동시킬 수도 있고, 다양한 변속 조건에 따라 액츄에이터(2)와 노브(100)는 연동될 수 있다.

또한 전술한 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 변속 장치(1)를 예를 들어 설명하였으나, 본 발명의 실시예에 따른 액츄에이터(2)에도 적용될 수 있으며, 액츄에이터(2)은 도 13에 도시된 바와 같이 일정한 방향으로 소정의 주기를 가지는 토크를 출력시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 액츄에이터(2) 및 이를 포함하는 차량용 변속 장치(1)는 제1 마그넷(310)과 제2 마그넷(320) 사이에 폴 부재(340)가 삽입 설치되는 경우를 예시로 들고 있으나, 폴 부재(340)가 삽입 설치되는 위치는 이에 제한되지 않고 제2 마그넷(320)보다 외부에 삽입 설치될 수 있고, 제1 마그넷(310)보다 내부에 삽입 설치될 수도 있다.

최외곽에 폴 부재(340)가 삽입 설치되는 경우 폴 부재(340)는 로터(440)의 중심축(442), 제1 마그넷(310) 및 제2 마그넷(320) 모두를 수용할 수 있는 중공을 포함할 수 있고, 이 경우 제2 마그넷(320)에 노브(100)가 연동됨으로써 상술한 디턴트 토크, 쉬프트 록, 및 자동복귀 기능이 구현될 수 있다.

최내곽에 폴 부재(340)가 삽입 설치되는 경우 폴 부재(340)의 위치는 고정될 수 있고, 로터(440)의 중심축(442)에 제2 마그넷(320)이 장착되고, 제1 마그넷(310)에 노브(100)가 연동됨으로써 상술한 디턴트 토크, 쉬프트 록, 및 자동복귀 기능이 구현될 수 있다.

정리하면, 제1 마그넷(310), 제2 마그넷(320) 및 폴 부재(340)가 배열되는 위치는 본 발명의 실시예에 제한되지 않으며, 제1 마그넷(310), 제2 마그넷(320) 및 폴 부재(340) 중 어느 하나에 노브(100)가 연동될 경우 연동되는 어느 하나는 제1 마그넷(310), 제2 마그넷(320) 및 폴 부재(340) 중 연동되지 않은 나머지 둘의 사이에 위치됨이 바람직하다.

또한, 로터(440)의 중심축(442)에는 상기 노브(100)와 연동되지 않은 제1 마그넷(310), 제2 마그넷(320) 및 폴 부재(340) 중 어느 하나가 장착될 수 있다. 여기서 로터(440) 중심축(442)의 위치가 최내곽인 경우 제1 마그넷(310), 제2 마그넷(320) 및 폴 부재(340) 중 최외곽에 위치되는 어느 하나는 고정 설치됨으로써, 상술한 디턴트 토크, 쉬프트 록, 및 자동복귀 기능이 구현될 수 있다.

같은 원리로 로터(440) 중심축(442) 위치가 최외곽인 경우 제1 마그넷(310), 제2 마그넷(320) 및 폴 부재(340) 중 최내곽에 위치되는 어느 하나는 고정 설치됨으로써 상술한 디턴트 토크, 쉬프트 록, 및 자동복귀 기능이 구현될 수 있다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1: 차량용 변속 장치 2: 액츄에이터
100: 노브 200: 센서부
210: 제1 기어 220: 제2 기어
230: 센서 300: 마그넷 기어부
310: 제1 마그넷 320: 제2 마그넷
330: 픽스 코어 340: 폴 부재
350: 자성체 351: 폴 피스
400: 구동부 410: 제3 마그넷
420: 코어 430: 코일
440: 로터 500: 상부 하우징
600: 하부 하우징 610: 샤프트
H1: 제1 홀딩 전류
H2: 제2 홀딩 전류

Claims

구동력을 전달하는 마그넷 기어부; 및 상기 마그넷 기어부를 구동시키는 구동부;를 포함하는 액츄에이터로서,
상기 마그넷 기어부는,
내부에 제1 마그넷; 상기 제1 마그넷과 대향되는 외부에 제2 마그넷; 및 상기 제1 마그넷과 상기 제2 마그넷에 나란하게 삽입 설치되는 폴 부재를 포함하고,
상기 구동부는,
중심축에 상기 제1 마그넷, 상기 제2 마그넷, 및 상기 폴 부재 중 어느 하나가 장착되는 원형 로터; 상기 로터의 원주를 따라 장착되는 제3 마그넷; 및 상기 제3 마그넷과 대향되는 복수의 돌기가 형성된 환형 코어와 상기 돌기에 연결된 코일을 포함하는 스테이터를 포함하는 액츄에이터.
제 1항에 있어서,
상기 로터는 상기 코일에 전류가 인가될 때 생성된 자력에 의해 상기 제3 마그넷에 인력 또는 척력이 작용됨으로써 회동되고,
상기 제1 마그넷이 포함하는 자극쌍에 대해 상기 제2 마그넷이 포함하는 자극쌍의 개수비인 마그넷 기어 전달비에 따라, 상기 제1 마그넷, 상기 제2 마그넷, 및 상기 폴 부재 중 어느 둘 사이에 위치하는 나머지 어느 하나를 상기 로터에 비해 감속 또는 증속시키는 액츄에이터.
제 1항에 있어서,
상기 제3 마그넷은 상기 돌기의 개수에 대응되는 복수의 자극을 포함하고,
상기 제1 마그넷과 제2 마그넷은 적어도 하나의 자극쌍을 포함하되,
상기 제1 마그넷, 제2 마그넷 및 제3 마그넷은 그 극성이 교차되게 배치되는 액츄에이터.
제 1항에 있어서,
상기 로터의 중심축에 삽입되는 샤프트를 더 포함하는 액츄에이터.
제 1항에 있어서,
상기 폴 부재는,
상기 제1 마그넷과 상기 제2 마그넷에 나란하게 삽입 설치되는 면에 자성체를 포함하는 액츄에이터.
변속기의 작동 모드와 연관된 복수의 변속단 중 어느 하나를 선택하기 위해 회전 가능한 노브; 및
상기 노브와 연동되고, 운전자가 상기 복수의 변속단 중 선택된 변속단으로 상기 노브를 회전시킬 때 조작감을 제공하는 마그넷 기어부를 포함하되,
상기 마그넷 기어부는,
내부에 제1 마그넷;
상기 제1 마그넷과 대향되는 외부에 제2 마그넷; 및
상기 제1 마그넷과 상기 제2 마그넷에 나란하게 삽입 설치되는 폴 부재를 포함하되,
상기 제1 마그넷, 상기 제2 마그넷, 및 상기 폴 부재는 상기 노브와 동일한 중심을 기준으로 회전 가능한 차량용 변속 장치.
제 6항에 있어서,
상기 폴 부재는,
상기 제1 마그넷과 상기 제2 마그넷에 나란하게 삽입 설치되는 면에 자성체를 포함하는 차량용 변속 장치.
제 6항에 있어서,
상기 제1 마그넷, 상기 제2 마그넷, 및 상기 폴 부재 중 어느 하나는 상기 노브와 연동되는 차량용 변속 장치.
제 8항에 있어서,
홀딩 토크를 발생시키는 구동부를 더 포함하되,
상기 구동부는,
중심축에 상기 제1 마그넷, 상기 제2 마그넷, 및 상기 폴 부재 중 상기 노브와 연동되지 않은 어느 하나가 장착되는 원형 로터; 상기 로터의 원주를 따라 장착되는 제3 마그넷; 및 상기 제3 마그넷과 대향되는 복수의 돌기가 형성된 환형 코어와 상기 돌기에 연결된 코일을 포함하는 스테이터를 포함하는 차량용 변속 장치.
제 9항에 있어서,
상기 코일에 제1 홀딩 전류가 인가되거나 상기 코일간 연결에 의해 생성된 자력에 의해 상기 제3 마그넷과 상기 스테이터 사이 홀딩력이 발생되고,
상기 제1 마그넷, 상기 제2 마그넷, 및 상기 폴 부재 중 상기 노브와 연동되지 않은 나머지 둘은 고정됨으로써, 상기 노브가 회전될 때 조작감을 제공하는 차량용 변속 장치.
제 9항에 있어서,
주차단에서 운전자의 브레이크 조작이 없을 때 상기 코일에 인가되는 제2 홀딩 전류에 의해 생성된 자력에 의해 상기 제3 마그넷과 상기 스테이터 사이 홀딩력이 발생되고 상기 노브의 회전이 방지되는 상태가 되는 차량용 변속 장치.
제 9항에 있어서,
상기 로터의 중심축에 삽입되는 샤프트를 더 포함하는 차량용 변속 장치.
변속기의 작동 모드와 연관된 복수의 변속단 중 어느 하나를 선택하기 위해 회전 가능한 노브; 연동 조건이 만족되었을 때 상기 노브에 구동력을 전달하는 마그넷 기어부; 및 상기 마그넷 기어부를 구동시키는 구동부;를 포함하는 차량용 변속 장치로서,
상기 마그넷 기어부는,
내부에 제1 마그넷; 상기 제1 마그넷과 대향되는 외부에 제2 마그넷; 및 상기 제1 마그넷과 상기 제2 마그넷에 나란하게 삽입 설치되는 폴 부재를 포함하고,
상기 구동부는,
중심축에 상기 제1 마그넷, 상기 제2 마그넷, 및 상기 폴 부재 중 어느 하나가 장착되는 원형 로터; 상기 로터의 원주를 따라 장착되는 제3 마그넷; 및 상기 제3 마그넷과 대향되는 복수의 돌기가 형성된 환형 코어와 상기 돌기에 연결된 코일을 포함하는 스테이터를 포함하는 차량용 변속 장치.
제 13항에 있어서,
상기 폴 부재는,
상기 제1 마그넷과 상기 제2 마그넷에 나란하게 삽입 설치되는 면에 자성체를 포함하는 차량용 변속 장치.
제 14항에 있어서,
상기 로터는 상기 코일에 전류가 인가될 때 생성된 자력에 의해 상기 제3 마그넷에 인력 또는 척력이 작용됨으로써 회동되고,
상기 제1 마그넷 및 상기 제2 마그넷 각각이 포함하는 자극쌍의 개수와 상기 자성체가 포함하는 폴 피스의 개수에 따라 상기 로터에 비해 상기 노브를 감속 또는 증속시키는 차량용 변속 장치.
제 15항에 있어서,
상기 노브는 상기 제1 마그넷, 제2 마그넷, 및 폴 부재 중 상기 로터의 중심축에 장착되지 않은 어느 하나와 연동되는 차량용 변속 장치.
제 15항에 있어서,
비주차단에서 주차단으로의 복귀 조건이 만족되었을 때 상기 노브가 상기 주차단으로 복귀되도록 회전되는 차량용 변속 장치.
제 15항에 있어서,
자율 주행 모드에서 변속 조건이 만족되었을 때 상기 노브가 상기 변속 조건에 해당하는 변속단을 선택하도록 회전되는 차량용 변속 장치.
제 14항에 있어서,
상기 변속단이 선택되기 위해 상기 노브가 회전되는 단위각도는, 360을 상기 제1 마그넷이 포함하는 자극쌍의 개수, 상기 제2 마그넷이 포함하는 자극쌍의 개수, 및 상기 자성체가 포함하는 폴 피스의 개수 중 적어도 어느 하나로 나눈 각도의 배수에 의해 결정되는 차량용 변속 장치.
제 13항에 있어서,
상기 제3 마그넷은 상기 돌기의 개수에 대응되는 복수의 자극을 포함하고,
상기 제1 마그넷과 제2 마그넷은 적어도 하나의 자극쌍을 포함하되,
상기 제1 마그넷, 제2 마그넷 및 제3 마그넷은 그 극성이 교차되게 배치되는 차량용 변속 장치.
제 13항에 있어서,
상기 로터의 중심축에 삽입되는 샤프트를 더 포함하는 차량용 변속 장치.
제 13항에 있어서,
상기 노브의 회전에 의해 선택된 변속단을 감지하는 센서부를 더 포함하는 차량용 변속 장치.
제 22항에 있어서,
상기 센서부는,
상기 노브의 회전에 의해 회전되는 적어도 하나의 기어;
상기 적어도 하나의 기어와 연동되어 증속 회전되는 마그넷 기어; 및
상기 마그넷 기어의 자력변화를 감지하는 센서를 포함하는 차량용 변속 장치.