JP2003267238A - ラック駆動式電動パワーステアリングシステム - Google Patents

ラック駆動式電動パワーステアリングシステム

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JP2003267238A
JP2003267238A JP2003067694A JP2003067694A JP2003267238A JP 2003267238 A JP2003267238 A JP 2003267238A JP 2003067694 A JP2003067694 A JP 2003067694A JP 2003067694 A JP2003067694 A JP 2003067694A JP 2003267238 A JP2003267238 A JP 2003267238A
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housing
motor
rack bar
steering system
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Joo Namgung
ナムグン,ジョー
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HL Mando Corp
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Mando Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ボールスクリューの加工区間減少と、モータ
アセンブリのコネクタ及びセンサの保護、そして、ラッ
クバーの垂れによる部品間の干渉減少及びボールナット
に集中する荷重を他側に分配するラック駆動式電動パワ
ーステアリングシステムを提供することを目的とする。 【解決手段】 中空のラックハウジングと連通されるよ
うに用意されたモータアセンブリと、モータアセンブリ
により回転可能にその内部に設けられたモータシャフト
と、ラックハウジング及びモータアセンブリの外部側に
延びるようにモータシャフトの内部に挿入設けられたラ
ックバーと、ラックバーの両端側を支えるように用意さ
れるサポートヨーク及びブシュと、サポートヨークとブ
シュ間に配置されるラックバー外周面に形成されたボー
ルスクリューと、ボールスクリューを軸方向移動させる
ことができるようにモータシャフトの内部に設けられる
ボールナットが備わる構成である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はラック駆動式電動パ
ワーステアリングシステムに係り、さらに詳細にはボー
ルスクリューの設置位置及び設置構造を改善することに
よってボールスクリューの加工区間を減少させて、モー
タアセンブリのコネクタ及びセンサを排気ガスの熱源か
ら保護して、ラックバーの垂れによる部品間の干渉発生
を予防できるようにするのに特徴がある。
【0002】
【従来の技術】一般的に電動パワーステアリングシステ
ムは、電気動力を利用して操向力を倍加させるものであ
って、特にラック駆動式電動パワーステアリングシステ
ム(R−EPS:Rack Assist Type
Electric PowerSteering Sy
stem)といえば、ラックハウジングの内部に設けら
れるラックバーをラックバーとラックハウジングの間に
設置したモータアセンブリを利用して往復動させること
であり、図1はこのような従来のラック駆動式電動パワ
ーステアリングシステムを示した図面である。
【0003】前記図面に示したようにラックハウジング
10の中間一側で縦方向に立てられた部分にはこれと交
軸されるようにトルクセンサ20が設けられて、その内
部には運転者がステアリングホイールをまわした時回転
力を伝達される入力シャフト21が設けられ、この入力
シャフト21の下端にはピニオンギア22が形成され
る。
【0004】そして、ラックハウジング10内部にはピ
ニオンギア22と歯み合うラックギア12が中間一側に
形成されており、このラックギア12の後方側にはこれ
をピニオンギア22側に常に押すサポートヨークが設け
られていて、ラックバー11の両端には車両のタイヤホ
イールと連結されてこれを操向することができるように
タイロッド30が連設される。
【0005】一方、ラックハウジング10の中間他側に
はモータアセンブリ40が設けられるのに、このモータ
アセンブリ40はラックハウジング10と連結形成され
るモータハウジング41と、このモータハウジング41
の内部に設けられる固定子42及び回転子43、そして
この回転子43の内側に固定設けられて回転子43と連
動するモータシャフト44を備える。
【0006】また、モータシャフト44の回転力をラッ
クバー11の往復動力に転換させることができるように
ラックバー11の外周面には半球形断面の螺旋形溝で用
意されたボールスクリュー50が形成されて、これの外
部にはボールスクリュー50と対応するように内部に半
球形断面の螺旋形溝が形成されてボール(図示せず)を
介在したボールナット60が設けられる。
【0007】このとき、ボールナット60は、その内部
でボールが循環されうるようにリターン構造を有し、こ
のボールナット60が設けられるモータシャフト44の
一端側はボールナット60が挿入されることができるよ
うに外周側に拡張形成されてこれの先端は折り曲げられ
て挿入されたボールナット60を軸方向及び半径方向に
固定するようになる。
【0008】同時に、ラックハウジング10の中間側内
部にはラックバー11の円滑な軸方向移動及びその中間
側が垂れることを防止できるようにブシュ13が設けら
れることによって、ラックバー11は中間側のブシュ1
3と一端側のサポートヨーク(図示せず)及び他端側の
ボールナット60により3点支持される。
【0009】また、ラックハウジング10の両側先端に
は中空で用意されてその内部にラックバー11が移動可
能なように貫通形成されたラックストッパー70が設け
られて、このラックストッパー70の外部側にはタイロ
ッド30とラックバー11を連結することができるよう
に両側に分離形成されてその間が結合されるインナボー
ルジョイント31が設けられる。
【0010】このとき、インナボールジョイント31
は、ラックストッパー70の内部直径に比べて大きく形
成されてラックバー11が一端側に最大限移動されるロ
ック・ツ・ロック(Lock to Lock)作動を
する時ラックストッパー70と密着されて移動が制限さ
れるので、これと連結されたラックバー11のストロー
クを決定するようになる。
【0011】しかし、このような従来のラック駆動式電
動パワーステアリングシステムは次のような問題点が指
摘される。
【0012】第一に、比較的細長いラックバー11の支
持構造に対する問題点である。
【0013】ラックバー11は、ラックハウジング10
の内部でその長手方向に往復動運動をするが、その1次
支持点は入力シャフト21下端のピニオン22が連結さ
れる地点であり、この支持点はラックハウジングの裏面
で組立てるサポートヨークで持続的に押す地点である。
【0014】また2次支持点は、ラックバーの他側端で
組立てられたボールナット組立て地点であり、この支持
点はハウジングとの内径に設けられている。
【0015】前記のような1次支持点と2次支持点で支
える場合、中間の垂れが発生するので、この中間垂れを
防止するためにラックハウジングの内径にブシュ13を
介入させている。
【0016】しかしこのように中間にブシュ13を入れ
て組立てる場合、その製造過程と組立て工程が複雑な問
題がある。
【0017】事実上最も望ましくは前記したボールナッ
トをラックバーの中間地点に位置させてラックギア部分
を支えるサポートヨークによる1次支持点と、中間のボ
ールナット60による2次支持点と、端から嵌めたブシ
ュ13による3次支持点構造が良い。
【0018】しかしこのようにボールナットをラックバ
ーの中間に位置させるためにはボールナットが実際に作
動する区間よりラックバーに形成されたボールスクリュ
ー区間がさらに長くなるので不要なボールスクリューの
区間が長くて製作原価が高まる。
【0019】同時に、ボールナットがラックバー一端側
に位置することによってラックバーに働く垂直荷重がラ
ックバーの3支持点(サポートヨーク、ブシュ、ボール
ナット)中でボールナット側に最も多く集中してボール
ナットから振動と騷音が発生して、ボールスクリューの
耐久性が低下する問題点があった。
【0020】第二に、コネクタ及びモータアセンブリの
センサがラックバーを含むステアリングシステムの中間
に位置するようになるのでエンジンルームの中央に位置
するエンジンの排気マニホルド(manifold)
(図示せず)と近接して、したがって耐熱性機能が極大
化されているとしてもそのエンジンの排気熱によって容
易に損傷されて寿命が短くなる。
【0021】すなわち、図1に示したようにボールナッ
トがラックバーの端に位置する場合の構造は、当然にモ
ータアセンブリが中間にあるようになって、その中間に
位置したモータアセンブリの附属物であるコネクタも中
間に位置するしかないために排気マニホルドから発生す
る排気熱の影響を多く受ける。
【0022】第三に、車両ではラックバーに垂直で働く
自重によりラックバーの垂れが発生するようになるの
に、この垂れによりラックバーのボールスクリューとラ
ックストッパーの干渉が発生することができ、このとき
干渉により異常摩耗(きず等)が発生する問題点があっ
た。
【0023】第四に、従来の構成においてはラックハウ
ジングとそのラックハウジングに連結されるモータハウ
ジングと、このモータハウジングを含むモータアセンブ
リをすべて同時に組立てるようになっているためにこれ
らすべてを組立てた後に初めてモータのテスト(耐久
性、防塵、ノイズ、出力などのテスト)を実施できる。
【0024】したがってモータ状態が不良でテストを通
過されない場合ステアリングシステム全体が不良処理さ
れる短所がある。
【0025】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような従
来の問題点を解決するためのものであり、本発明の目的
はボールスクリューをラックバーの中間側に設置してラ
ックバーの一端側直径を縮少加工することによってボー
ルスクリューの加工区間を減少させられるようにするこ
とにあって、他の一方にはモータアセンブリのコネクタ
及びセンサをエンジンの排気マニホルドから伝えられる
排気熱から保護することにあって、また他の一方にはラ
ックバーの垂れを予防して、同時にラックバーの垂れに
よる部品間の干渉を減少させ、ボールナットに集中した
荷重を分散させることにあって、また他の一方にはラッ
クハウジングと一体で組立てる前にモータアセンブリの
テストを経ることができるようにすることにより不良率
を低めることに目的がある。
【0026】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るための本発明の特徴的な手段は左、右両側端面にイン
ナボールジョイントを連結することができるようにねじ
穴を有しながら中間のボールスクリューと、その一側の
ラックギアと、その他側の直線部が形成されたラックバ
ー、そして前記ラックバーのラックギア部分に下端のピ
ニオンが噛み合う入力シャフト、そして前記ラックバー
のラックギア部分と前記入力シャフトを同時に包むこと
ができるように形成されたまま前記したラックギア後部
分支え用サポートヨークを有するラックハウジング、そ
して前記入力シャフトの上端周りを包んだまま備える
が、前記ラックハウジングの上側に固定されたトルクセ
ンサ;そして前記ラックバーの直線部を包んだままその
内径に嵌めたブシュで接触する第2ラックハウジング;
そして前記したラックハウジングと第2ラックハウジン
グの間で両側端部分を各々のラックハウジングと第2ラ
ックハウジングに連結して設置した円筒形のモータハウ
ジングと、このモータハウジングの内径に固定されたス
テータと、前記モータハウジングの内部で前記ラックバ
ーのボールスクリュー周りに嵌められた中空のモータシ
ャフトと、前記モータシャフトの外周面周りを沿って付
着された複数のマグネットを含むローターと、前記モー
タシャフトの内径に固定させるが複数のボールを含むボ
ールナットと、前記モータシャフトとモータハウジング
の間に介入させた複数のベアリングでなされたモータア
センブリ及び前記モータハウジングの一側に通孔を形成
して、その通孔を通して前記ステータの電源コイルを引
き出して連結するコネクタを含んで構成することであ
る。
【0027】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面を参考しなが
ら本発明を詳細に説明する。
【0028】図2は、本発明によるラック駆動式電動パ
ワーステアリングシステムの正面図である。
【0029】前記図2に示したように本発明のステアリ
ングシステムはラックバー111と、ラックバーの作動
方向を提示するための入力シャフト121と、これらを
内蔵させることができるラックハウジング110と、前
記ラックバーに倍力を提供するためのモータアセンブリ
140でなされる。
【0030】前記ラックバー111は左、右両側端面に
インナボールジョイント131を連結することができる
ようにねじ穴111aを有しながら中間のボールスクリ
ュー150と、その一側のラックギア112と、その他
側の直線部151が形成されたことである。
【0031】そして入力シャフト121は、運転席に用
意されたステアリングホイールの操作によって左折また
は右折を選択することができることであって、その下端
のピニオン122が前記ラックバーのラックギア112
部分に噛み合ってラックバーを左、右操作できる。
【0032】ラックハウジング110は、前記ラックバ
ー111のラックギア112部分を包むことができる横
円筒部分と前記入力シャフト121を包むことができる
縦円筒部分で形成されており、このとき前記した横円筒
部分の後にはラックギア後部分を持続的に支えることが
できるサポートヨーク113が備わっていて、縦円筒部
分の上端にはトルクセンサ120が設けられている。
【0033】ラックバー111の中間すなわち、ボール
スクリュー150が形成された部分には次に説明するモ
ータアセンブリ140が組立てられて、その次の直線部
151には第2ラックハウジング110aが組立てられ
る。
【0034】前記したモータアセンブリ140は、前記
したラックハウジング110と第2ラックハウジング1
10aの間で両側端部分を各々のラックハウジング11
0と第2ラックハウジング110aに連結して設置する
ようになる円筒形のモータハウジング141、そしてこ
のモータハウジング141の内径に固定されたステータ
142、前記モータハウジングの内部で前記ラックバー
のボールスクリュー150周りに嵌められた中空のモー
タシャフト144、前記モータシャフトの外周面周りを
沿って付着された複数のマグネット143aを含むロー
ター143、そして前記モータシャフトの内径に固定さ
せるが複数のボール161を含むボールナット160
と、前記モータシャフト144及びモータハウジング1
41の間に介入させた複数のベアリング180でなされ
る。
【0035】そして前記した第2ラックハウジング11
0aの内径にはブシュ114を介入させて前記ラックバ
ーの直線部151を包んだまま接触するようにしたこと
である。
【0036】また、前記モータハウジング141の一側
にはコネクタ145を備えるが、前記モータハウジング
141の一側端に通孔141aを形成して、その通孔を
通して前記ステータの電源コイルを引き出して連結する
ことである。
【0037】前記のような本発明の構造において次のよ
うな点が重要である。
【0038】すなわち、前記したモータアセンブリ14
0は、そのモータシャフト144の一側端に拡張部14
4aを形成した後、その内径にボールナット160を固
定することである。
【0039】また、前記ラックバー111は、垂れが発
生することを予防するためにその中間をモータアセンブ
リ140内部に設けられたボールナット160で支持さ
れるようにして、その一側端はラックギア112の裏面
を支えるサポートヨーク113で支持されるようにし
て、その他側端は第2ラックハウジング110aの内部
に介入させたブシュ114により支持されるようにする
ことである。
【0040】また、前記コネクタ145は、排気マニホ
ルドから可能な限り遠く離隔されるようにするために前
記モータハウジング141の一側端に通孔141aを形
成した後、その通孔を通して前記ステータの電源コイル
を引き出して連結することである。
【0041】前記図面中未説明符号130は、インナボ
ールジョイント131の次に連結されるタイロッドであ
って、181はモータシャフト144とラックハウジン
グ110間に介入させたベアリング180を支えるため
のクランピングナットであって、162はボールナット
を固定するためのロッキングナットである。
【0042】本発明のラックバー111は、図3に示し
たように、中間側にボールスクリュー150が形成され
て、一端側にはアンダカット加工した直線部151が形
成されて、他端側にはピニオンギア(図示せず)と噛み
合うことができるようにラックギア112が形成され、
このラックギア112の後方側にはこれをピニオンギア
側に押すサポートヨーク113が設けられる。
【0043】これによって、ボールスクリュー150の
加工区間減少と、モータアセンブリ140のコネクタ1
45及びセンサ146の保護、そして、ラックバー11
1の垂れによる部品間の干渉減少及びボールナット16
0に集中する荷重を他側に分配できるようになる。
【0044】すなわち、車両ではラックバー111に垂
直で働く荷重によりラックバー111の垂れが発生する
のに、特にラックバー111の端側(c地点)に荷重が
最も多く集中するのでこれを回避するためにボールスク
リュー150をサポートヨーク113と後に設置するブ
シュ114間に配置されるラックバー111の中間側
(b地点)に形成することである。
【0045】図5と図6は、このようなラックバーの垂
れ及び垂れ量を解析して図示したものであって、これに
示したように、垂直荷重(W)を加える時ラックバー1
11の直線部151には最も高い反力(Rc)が発生す
るようになるのに、従来にはこの部分(c地点)にボー
ルナットが設けられているので、ボールナットに荷重分
布が最も高かったが、本発明ではこの部分(c地点)に
比べてさらに低い荷重を受けるラックバー111の中間
側(b地点)にボールナット160が設けられる。
【0046】すなわち、荷重分布が最も高い位置には単
純な構造で用意されてラックバー111の軸方向移動を
支えるブシュ114が設けられて、荷重分布が比較的低
い位置には動力を伝達するボールスクリュー150とボ
ールナット160が設けられて円滑な動力伝達及びこれ
らの耐久性が低下することを防止するようになる。
【0047】このとき、ボールスクリュー150をラッ
クバー111の中間側に形成するためにはラックバー1
11の一端側から中間側までボールスクリュー150を
加工しなければならないなのに、このような場合ボール
ナット160が実際に作動する区間よりラックバー11
1に形成されたボールスクリュー150区間があまり長
く形成されるので、これを克服するためにラックバー1
11の一端側をアンダカット加工して中間側に比べて縮
少された直径を有する直線部151を形成することであ
る。
【0048】これによって、直線部151が形成されな
いラックバー111の中間側と隣接した部分からボール
スクリュー150を形成することができてボールスクリ
ュー150の長さを必要なほど(ボールナット作動区
間)のみ調節して加工できるようになるのでボールスク
リュー加工にかかる時間及び費用を減らすことができる
ようになる。
【0049】同時に、ラックハウジング110の両端に
はインナボールジョイント131と密着されてラックバ
ー111の移動を制限するラックストッパー170が用
意されるのに、直線部151側に用意されたラックスト
ッパー170はその内側に設けられたブシュ114と密
着されてこれの支持を受けるようになる。
【0050】すなわち、本発明のボールスクリュー15
0は、ラックストッパー170と離隔されて、従来のボ
ールスクリューが設けられた位置には直線部151が形
成されるのでボールスクリュー150とラックストッパ
ー170間の干渉(ラックバーの垂れによるラックスト
ッパーとボールスクリューの接触及びラックストッパー
にボールスクリューが断続的に掛かること)による異常
摩耗及びきずなどが防止されて、ラックストッパー17
0がブシュ114により支持されて垂れが抑制され、ラ
ックストッパー170と直線部151の干渉時にも断続
的に掛からなくて異常摩耗が防止される。
【0051】また、本発明では図7に示したように、ミ
ッション100と隣接した車両のエンジン(図示せず)
から発生した排気熱が排気管101を通してラックハウ
ジング110の中間側を通過してその後方側に延びるの
に、このような熱源からモータアセンブリ140のコネ
クタ145とセンサ146を保護することができるよう
にモータアセンブリ140のコネクタ145とセンサ1
46は熱源から遠く離隔されるようにラックバー111
とモータアセンブリ140の一端側に配置される。
【0052】すなわち、モータアセンブリ140の他端
側(ラックバーの中間側)にボールスクリュー150と
ボールナット160及びモータシャフト144が配置さ
れるので、モータアセンブリ140のコネクタ145と
センサ146は自然にモータアセンブリ140の一端側
(ラックバーの一端側)に配置されて熱源から保護され
ることである。
【0053】このように構成された本発明のラック駆動
式電動パワーステアリングシステムは、コネクタ145
を通してモータアセンブリ140に電源が供給されれば
モータシャフト144が回転するようになって、モータ
シャフト144の先端に固定設けられたボールナット1
60がこれと一緒に連動するようになる。
【0054】そして、ボールナット160の回転により
ボールスクリュー150との間に設けられたボール16
1が転がる運動をしてボールナット160の回転力をラ
ックバー111の軸方向移動力を転換時することがされ
て、これによって倍力が発生してラックバー111を移
動させるようになる。
【0055】
【発明の効果】以上で詳細に説明したように、本発明に
よるラック駆動式電動パワーステアリングシステムは、
ラックバーの中間側にボールスクリューを形成したため
にボールスクリューとボールナットに加えられる荷重が
減ってこれらの作動が円滑になり、ボールナットとボー
ルスクリュー間の振動と騷音を防止すると共にこれらの
耐久性を向上させることができる利点がある。
【0056】また、ラックストッパーの内部に挿入され
る直線部を単純な平面に形成したためにラックストッパ
ーの内部面と直線部の外部間の干渉を減少させると同時
に異常摩耗による損傷を防止できる利点がある。
【0057】同時に、ボールスクリューがボールナット
が実際に作動する区間にのみ形成されるので、複雑な工
程と加工で用意されるボールスクリューの長さを最小化
して製作単価を低めることができて、モータアセンブリ
に電源を供給するコネクタ及びモータアセンブリのセン
サが熱源である排気管から遠く離隔されて設けられるの
で、これらを保護することができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のラック駆動式電動パワーステアリングシ
ステムの正面図。
【図2】本発明によるラック駆動式電動パワーステアリ
ングシステムの正面図。
【図3】本発明によるラックバーを示した正面図。
【図4】本発明のモータアセンブリの構成図。
【図5】ラックバーの荷重分布図。
【図6】ラックバーの垂れ量を示したグラフ図面。
【図7】本発明の設置状態を示した例示図である。
【符号の説明】
100:トランスミッション 101:排気管 110:ラックハウジング 111:ラックバー 112:ラックギア 113:サポートヨーク 114:ブシュ 120:トルクセンサ 121:入力シャフト 130:タイロッド 131:インナボールジョイント 140:モータアセンブリ 141:モータハウジング 142:ステータ 144:モータシャフト 145:コネクタ 146:センサ 150:ボールスクリュー 151:直線部 160:ボールナット 162:ラックスクリュー 170:ラックストッパー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ナムグン,ジョー 大韓民国,カンウォン−ド,ウォンジュ シティ,ダング−ドン,ウォンユン フォ ース アパートメント 101−1609 Fターム(参考) 3D033 CA02 CA03 CA04 CA28

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】左、右両側端面にインナボールジョイント
    131を連結することができるようにねじ穴111aを
    有しながら中間のボールスクリュー150と、その一側
    のラックギア112と、その他側の直線部151が形成
    されたラックバー111;前記ラックバーのラックギア
    部分に下端のピニオン122が噛み合う入力シャフト1
    21;前記ラックバーのラックギア部分と前記入力シャ
    フト121を同時に包むことができるように形成された
    まま前記したラックギア後部分支え用サポートヨーク1
    13を有するラックハウジング110;前記入力シャフ
    トの上端周りを包んだまま備えるが、前記ラックハウジ
    ングの上側に固定されたトルクセンサ120;前記ラッ
    クバーの直線部151を包んだままその内径に嵌めたブ
    シュ114で接触する第2ラックハウジング110a;
    そして前記したラックハウジングと第2ラックハウジン
    グの間において両側端部分を各々のラックハウジングと
    第2ラックハウジングに連結して設置した円筒形のモー
    タハウジング141と、このモータハウジングの内径に
    固定されたステータ142と、前記モータハウジングの
    内部で前記ラックバーのボールスクリュー150周りに
    嵌められた中空のモータシャフト144と、前記モータ
    シャフトの外周面周りを沿って付着された複数のマグネ
    ット143aを含むローター143と、前記モータシャ
    フトの内径に固定させるが複数のボール161を含むボ
    ールナット160と、前記モータシャフトとモータハウ
    ジングの間に介入させた複数のベアリング180でなさ
    れたモータアセンブリ140;及び前記モータハウジン
    グの一側に通孔141aを形成して、その通孔を通して
    前記ステータの電源コイルを引き出して連結するコネク
    タ145;を含んで構成することを特徴とするラック駆
    動式電動パワーステアリングシステム。
  2. 【請求項2】前記したモータアセンブリ140は、その
    モータシャフト144の一側端に拡張部144aを形成
    した後、その内径にボールナット160を固定してなさ
    れたことを特徴とする請求項1に記載のラック駆動式電
    動パワーステアリングシステム。
  3. 【請求項3】前記ラックバー111は、垂れが発生する
    ことを予防するためにその中間をモータアセンブリ14
    0内部に設けられたボールナット160で支持されるよ
    うにして、その一側端はラックギア112の裏面を支え
    るサポートヨーク113で支持されるようにして、その
    他側端は第2ラックハウジング110aの内部に介入さ
    せたブシュ114により支持されるようにしてなされた
    ことを特徴とする請求項1に記載のラック駆動式電動パ
    ワーステアリングシステム。
  4. 【請求項4】前記コネクタ145は、排気マニホルドか
    ら可能な限り遠く離隔されるようにするために前記モー
    タハウジング141の一側端に通孔141aを形成した
    後、その通孔を通して前記ステータの電源コイルを引き
    出して連結することを特徴とする請求項1に記載のラッ
    ク駆動式電動パワーステアリングシステム。
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