KR100467343B1

KR100467343B1 - 차량용 전동 파워스티어링장치

Info

Publication number: KR100467343B1
Application number: KR10-2002-0027257A
Authority: KR
Inventors: 남궁주
Original assignee: 주식회사 만도
Priority date: 2001-06-01
Filing date: 2002-05-17
Publication date: 2005-01-24
Also published as: JP2002362388A; EP1262390A3; EP1262390B1; KR20020092185A; EP1262390A2; DE60135833D1; US6439339B1; JP3693601B2

Abstract

본 발명은 차량용 전동 파워스티어링장치에 관한 것으로, 그 목적은 조립과 수리 등이 용이하도록 볼너트를 회전시키는 모터를 단독적인 조립체로 구성하고, 볼너트의 설치 유격 보상 및 모터의 과부하가 방지되도록 볼너트의 지지구조를 개선한 차량용 전동 파워스티어링장치에 제공하는 것이며, 그 기술적인 구성은, 랙의 외주면에 형성된 볼스크류와 맞물리도록 그 외부측에 설치되는 볼너트와, 상기 볼너트와 연동되도록 이의 외부측에 고정 설치된 모터샤프트와, 상기 모터샤프트의 외부측에 설치되는 회전자와, 상기 회전자를 회전시키도록 이의 외부측에 설치되는 고정자와, 상기 고정자가 고정되도록 이의 외부측에 결합되는 모터하우징과, 상기 모터하우징의 내부에는 상기 모터샤프트의 양단측을 지지하기 위해 삽입설치되는 한 쌍의 베어링을 구비하는 차량용 전동 파워스티어링장치에 있어서, 상기 모터샤프트의 일단측 내부에는 상기 볼너트의 일단이 밀착되도록 지지턱이 형성되고, 상기 볼너트의 타단측에는 상기 볼너트를 상기 지지턱측으로 가압하여 고정하도록 락스크류가 설치되며, 상기 락스크류의 타단측에는 이를 고정시킬 수 있도록 스톱링과 이 스톱링이 삽입되는 고정홈이 마련된 것을 특징으로 한다.

Description

차량용 전동 파워스티어링장치 {ELECTRIC POWER STEERING APPARATUS FOR VEHICLE}

본 발명은 차량용 전동 파워스티어링장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 조립과 수리 등이 용이하도록 볼너트를 회전시키는 모터를 하나의 조립체로 구성하고, 볼너트의 설치 유격 보상 및 모터의 과부하가 방지되도록 볼너트의 지지구조를 개선한 차량용 전동 파워스티어링장치에 관한 것이다.

일반적으로 파워스티어링장치는 별도의 동력을 이용하여 조향력을 배가시키는 것으로서, 유압동력을 이용한 유압 파워스티어링장치와 전기동력을 이용한 전동 파워스티어링장치로 구분된다.

특히, 전동식 파워스티어링장치 중에 랙 구동식 전동 파워스티어링장치(R-EPS: Rack assist type Electric Power Steering apparatus)는 랙의 외부에 설치된 볼너트를 모터로 회전시켜 랙을 축방향으로 왕복동시키게 된다.

도 1은 이러한 종래의 랙 구동식 전동 파워스티어링장치의 모터를 보인 단면도이다. 이에 도시된 바와 같이, 내부에 랙(20)이 설치될 수 있도록 중공으로 마련된 기어박스 하우징(10)의 일측에는 모터(30)가 설치된다.

이때, 모터(30)는 하우징(10)과 연통되는 중공의 모터하우징(31)과, 이 모터하우징(31)의 내부면에 설치된 고정자(32)와, 이 고정자(32)의 내측으로 회전 가능하게 설치된 회전자(33)와, 이 회전자(33)와 연동되도록 그 내측에 설치된 중공의 모터샤프트(40)를 구비한다.

그리고, 랙(20)의 외주면 일측에는 반구형 단면의 나선형 홈으로 형성되는 볼스크류(21)가 마련되고, 모터샤프트(40)의 내측에는 볼스크류(21)와 대응되도록 내주면에 반구형 단면의 나선형 홈이 형성되어 그 사이에 볼을 개재한 볼너트(50)가 설치된다.

한편, 볼너트(50)는 그 내부에서 볼이 순환될 수 있도록 리턴구조를 가지며, 모터샤프트(40)의 일단측에는 지름이 확대된 확관부(41)가 형성되어 이의 단턱에 볼너트(50)의 일단측이 밀착된다.

또한, 모터샤프트(40)의 확관부(41) 내부에는 볼너트(50)의 타단측과 밀착되어 이를 고정시킬 수 있도록 스톱퍼(42)가 삽입되고, 이 스톱퍼(42)를 고정시킬 수 있도록 확관부(41)의 선단은 내측으로 절곡 형성된다.

아울러, 모터샤프트(40)의 확관부(41)와 모터하우징(31)의 사이에는 회전지지용으로 베어링(44)이 설치되고, 이와 반대측의 모터샤프트(40)의 타단과 하우징(10)의 사이에는 회전 및 축방향 지지용의 베어링(43)이 설치된다.

즉, 모터샤프트(40)의 양단을 지지하는 한 쌍의 베어링(44,43) 중에 하나는 모터하우징(31)에 설치되고, 다른 하나는 하우징(10)에 설치되므로, 이 모터(30)는 단독 조립체로 구성되기에 어려운 구조이다.

이때, 모터하우징(31)의 일단은 그 내부에 삽입되는 베어링(44)에 비해 지름이 작게 형성되므로, 이 베어링(44)은 모터하우징(31)의 타단측을 통해 그 내부에삽입된 후 일단측의 내부로 이동하여 압입 결합되어 반경방향으로 고정된다.

이로써, 종래의 차량용 전동 파워스티어링장치는, 하우징(10)의 일측으로 연장 설치되는 랙(20)의 외측으로 모터샤프트(40)와 회전자(33)를 설치하되 하우징(10)과 모터샤프트(40)의 사이에는 베어링(43)을 설치한다.

한편, 하우징(10)과 이에 조립된 회전자(33) 및 모터샤프트(40)측에 결합되도록 모터하우징(31)의 내부에는 고정자(32) 및 베어링(44)이 설치되는데, 이 고정자(32)와 베어링(44)은 지름이 큰 모터하우징(31)의 타단측으로 삽입되어 설치 위치로 이동된다.

아울러, 하우징(10)에 설치된 모터샤프트(40)와 회전자(33)의 외측으로 고정자(32)가 배치됨과 동시에 모터샤프트(40)의 확관부(41)가 베어링(44)의 내부에 삽입되도록 모터하우징(31)을 하우징(10)에 결합시켜 모터(30)를 조립하게 된다.

그러나, 이와 같이 구성된 종래의 차량용 전동 파워스티어링장치는, 확관부 외측으로 설치되는 베어링이 모터하우징의 타단측을 통해 삽입되므로 조립이 까다롭고, 손상되거나 오조립될 때 교체 및 재조립이 불편한 문제점이 있었다.

또, 볼너트 설치를 위해 모터샤프트의 확관부 선단을 내측으로 절곡하므로, 이를 위해 별도의 벤딩장치 및 벤딩공정이 필요하고, 볼너트가 손상되거나 그 내부에 이물질이 삽입될 경우 이를 분리하기 어려운 문제점이 있었다.

아울러, 모터의 장기간 구동시 확관부 선단의 절곡 부위가 확관부 내부에 설치된 스톱퍼와 볼너트를 지지하는 가압력이 저하되므로, 볼너트와 확관부의 사이에는 유격이 발생되어 동력손실 및 조향감이 저하되는 문제점이 있었다.

또, 볼너트 및 볼스크류의 사이에 별도의 토오크리미터가 없어 그 사이로 원활한 동력전달이 이루어지지 않을 때 모터샤프트를 통해 볼너트를 회전시키는 모터에 과부하가 발생되어 모터가 손상되는 문제점이 있었다.

한편, 하우징측에 베어링과 모터샤프트와 회전자를 설치하고, 모터하우징측에는 고정자와 베어링을 설치한 상태로, 이들을 동시에 결합시키므로, 서로 대응되는 부품이 맞지않을 때는 하우징과 모터하우징이 결합되지않는 문제점이 있었다.

즉, 이와 같이 모터가 단독 조립체로 구성되지않아, 불량 및 고장시 교체가 쉽지 않고, 성능확인을 위해서는 하우징과 볼너트와 랙 등을 조립해야하며, 제품생산 후 단독으로 분류할 수 없어 보관 및 물류 이동이 불편한 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 조립과 수리 등이 용이하도록 볼너트를 회전시키는 모터를 단독적인 조립체로 구성하고, 볼너트의 설치 유격 보상 및 모터의 과부하가 방지되도록 볼너트의 지지구조를 개선한 차량용 전동 파워스티어링장치에 제공하는 것이다.

도 1은 종래 전동 파워스티어링장치의 모터를 보인 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 전동 파워스티어링장치를 보인 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 모터를 확대 도시한 단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 스톱링과 고정홈을 보인 사시도이다.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

110: 하우징 111: 제1하우징

112: 제2하우징 113: 토크센서

120: 랙 121: 볼스크류

130: 모터 131: 모터하우징

132: 고정자 133: 회전자

134: 입구부 135: 볼트

140: 모터샤프트 141,142: 베어링

143: 지지턱 150: 볼너트

151: 볼 160: 락스크류

170: 스톱링 171: 외부 테이퍼면

180: 고정홈 181: 내부 테이퍼면

190: 마찰재

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량용 전동 파워스티어링장치는, 랙의 외주면에 형성된 볼스크류와 맞물리도록 그 외부측에 설치되는 볼너트와, 상기 볼너트와 연동되도록 이의 외부측에 고정 설치된 모터샤프트와, 상기 모터샤프트의 외부측에 설치되는 회전자와, 상기 회전자를 회전시키도록 이의 외부측에 설치되는 고정자와, 상기 고정자가 고정되도록 이의 외부측에 결합되는 모터하우징과, 상기 모터하우징의 내부에는 상기 모터샤프트의 양단측을 지지하기 위해 삽입설치되는 한 쌍의 베어링을 구비하는 차량용 전동 파워스티어링장치에 있어서, 상기 모터샤프트의 일단측 내부에는 상기 볼너트의 일단이 밀착되도록 지지턱이 형성되고, 상기 볼너트의 타단측에는 상기 볼너트를 상기 지지턱측으로 가압하여 고정하도록 락스크류가 설치되며, 상기 락스크류의 타단측에는 이를 고정시킬 수 있도록 스톱링과 이 스톱링이 삽입되는 고정홈이 마련된 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 전동 파워스티어링장치를 보인 단면도이다. 이에 도시된 바와 같이, 중공으로 마련되는 하우징(110)의 중간 일측에는 경사지게 세워진 토크센서(113)가 설치되고, 이 하우징(110)의 내부에는 축방향으로 왕복동 가능하도록 삽입되되 하우징(110)의 양단 외측으로 연장되는 랙(120)이 설치된다.

한편, 하우징(110)의 중간측에는 전기 동력으로 랙(120)을 축방향 왕복동시켜 조향력을 배가시킬 수 있도록 모터(130)가 설치되는데, 본 발명에서는 모터(130)를 단독 조립체로 구비하고, 이 모터(130)의 양측단에 하우징(110)이 결합될 수 있도록 하우징(110)을 양측으로 분할 형성한다.

즉, 본 발명에서는 모터(130)의 내부에 설치되는 부품의 조립과 수리 등이 용이하도록 볼너트(150)를 회전시키는 모터(130)를 단독 조립체로 구성하고, 모터(130)를 기준으로 하우징(110)을 좌,우 양측으로 분할 형성하여, 모터(130)의 좌측으로 배치되어 토크센서(113)와 연결되는 제1하우징(111)과, 모터(130)의 우측으로 배치되는 제2하우징(112)으로 구분된다.

도 3은 이러한 모터를 확대 도시한 단면도이다. 이에 도시된 바와 같이, 모터(130)의 외형을 이루는 모터하우징(131)은 대략 원통형으로 마련되며, 양측단에는 모터하우징(131) 내부로 각종 부품이 각각 삽입될 수 있도록 개구된 입구부(134)가 형성된다.

이때, 모터하우징(131)의 입구부(134)와 이에 연결되도록 마련되는 제1하우징(111) 및 제2하우징(112)의 마주하는 면에는 서로 겹쳐질 수 있도록 반경방향 외측으로 일부가 확장 형성되어 축방향으로 밀착 결합되고, 겹쳐진 외측으로는 볼트(135)가 관통되어 모터하우징(131)과 제1하우징(111) 및 제2하우징(112)을 고정하게 된다.

한편, 모터하우징(131)의 내부면에는 고정자(132)가 고정 설치되고, 이 고정자(132)의 내측으로는 회전 가능하도록 이와 소정간격 이격되는 회전자(133)가 설치되며, 이 회전자(133)의 내측에는 이에 고정되어 연동되도록 모터샤프트(140)가 설치되어, 외부 전원 인가시에 고정자(132)의 내부에서 회전자(133)와 모터샤프트(140)가 함께 회전하게 된다.

또한, 모터하우징(131)의 양단측 내부에는 모터샤프트(140)를 지지할 수 있도록 베어링(141,142)이 설치되는데, 이 베어링(141,142)은 제1하우징(111)측으로 설치되는 베어링(141)과 제2하우징(112)측으로는 설치되는 베어링(142)으로 구분되며, 특히 이 베어링(141,142)은 모터하우징(131) 내부에 설치 및 분리가 용이하도록 양측 입구부(134)를 통해 각각 삽입 설치된다.

이때, 제1하우징(111)측으로 설치되는 베어링(141)은 모터하우징(131)과 모터샤프트(140)의 결합시 이들에 각각 형성된 단턱에 의해 그 사이에 고정 설치되고, 제2하우징(112)측으로 설치되는 베어링(142)은 모터하우징(131)과모터샤프트(140)에 형성된 단턱에 의해 이들의 결합시 그 사이에 고정 설치된다.

한편, 모터샤프트(140)와 랙(120)의 사이에는 모터(130)의 회전력을 랙(120)의 왕복동력으로 전환시킬 수 있도록 마련되는 동력전달구조로서, 랙(120)의 외주면에 반구형 단면의 나선형 홈으로 마련된 볼스크류(121)와, 이에 삽입되는 볼(151)을 개재하며 내부에는 볼스크류(121)와 대응되도록 반구형 단면의 나선형 홈이 마련된 볼너트(150)가 마련된다.

이때, 볼너트(150)는 그 내부에서 볼(151)이 순환될 수 있도록 리턴구조를 가지며, 이 볼너트(150)가 삽입 설치되는 모터샤프트(140)의 일단측은 하우징(110)의 제2하우징(112) 측으로 개구되되 반경방향 외측으로 확장 형성되어 그 내주측에 지지턱(143)이 형성되고, 이 지지턱(143)에 의해 그 내부에 삽입되는 볼너트(150)의 일단측이 축방향으로 지지된다.

그리고, 이 지지턱(143)에 일단측이 지지되는 볼너트(150)의 타단측에는 락스크류(160)가 설치되어 볼너트(150)를 지지턱(143)측으로 가압하게 되는데, 이를 위해 모터샤프트(140)의 선단측 내부면에는 암나사가 형성되고 이 락스크류(160)의 외주면에는 암나사가 나사 결합될 수 있도록 수나사가 형성된다.

아울러, 나사 결합된 락스크류(160)의 후방측에는 이의 이탈 및 나사 풀림을 방지할 수 있도록 외주 일측이 절개된 중공의 스톱링(170)이 설치되고, 모터샤프트(140)의 선단 내주면에는 이 스톱링(170)의 외주측이 삽입되고 내주측이 중심측으로 돌출되어 락스크류(160)와 밀착될 수 있도록 고정홈(180)이 형성된다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 스톱링(170) 설치시 발생되는 축방향 유격을 보상해줄 수 있도록 스톱링(170)과 고정홈(180)의 구조가 마련되는데, 먼저, 고정홈(180)의 축방향 절개 단면은 전체적으로는 직사각형으로 형성되며 외주측의 일측면에 내부 테이퍼면(181)이 형성되어 베벨형 홈으로 마련된다.

아울러, 이에 삽입되는 스톱링(170)은 중심측이 개구 형성되며 고정홈(180)의 내부에 삽입되어 외주측으로 확장 가능하도록 고정홈(180)에 비해 큰 지름으로 마련되며, 이 고정홈(180)에 대응되도록 외주측 일측면에는 외부 테이퍼면(171)이 형성되어 베벨형 링으로 마련된다.

즉, 스톱링(170)은 외주측으로 확장되려는 힘이 외부 테이퍼면(171)과 이에 대응되는 고정홈(180)의 내부 테이퍼면(181)에 의해 축방향으로 전환되면서, 고정홈(180)의 내부에서 락스크류(160)측으로 밀착 고정되어 설치시 발생되는 유격을 보상하게 된다.

또한, 본 발명에서는 볼스크류(121)와 볼너트(150) 사이에 원활한 동력전달이 이루어지지 않아 모터샤프트(140)를 통해 볼너트(150)를 회전시키는 모터(130)에 과부하가 발생되는 것을 방지하도록 토오크리미터 기능의 마찰재(190)가 마련되는데, 이 마찰재(190)는 볼너트(150)와 락스크류(160)의 사이에 설치되어 과부하 발생시 볼너트(150)를 슬립시키게 된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 차량용 전동 파워스티어링장치는, 모터샤프트(140)의 일단측 내부에 볼너트(150)를 삽입하고, 락스크류(160)의 일측면에 마찰재(190)를 결합시킨 상태에서 이 락스크류(160)를 모터샤프트(140)의 내부에 삽입한 후 회전시켜 마찰재(190)를 압착함과 동시에 볼너트(150)의 후방측을지지한다.

그리고, 나사 결합되는 락스크류(160)가 축방향으로 이동되는 것을 방지할 수 있도록 락스크류(160)의 후방측에는 스톱링(170)을 설치하는데, 이때, 스톱링(170)은 외주측으로 확장 가능하도록 내주측으로 수축시킨 상태로 고정홈(180)에 삽입되어, 스톱링(170)의 외주측이 고정홈(180)의 외주측과 이격되도록 설치된다.

이때, 스톱링(170)의 외부 테이퍼면(171)과 고정홈(180)의 내부 테이퍼면(181)은 서로 밀착되고, 스톱링(170)의 외주측으로 확장되려는 힘에 의해 외부 테이퍼면(171)이 내부 테이퍼면(181)과 밀착된 상태에서 이를 따라 이동되어 스톱링(170)의 축방향 일측면이 고정홈(180)의 내부 일측면에 밀착 고정된다.

아울러, 모터샤프트(140)를 모터하우징(131)의 내부에 설치함과 동시에 그 사이에 제2하우징(112)측으로 배치되는 베어링(142)을 설치하고, 이와 반대되는 측으로는 제1하우징(111)측으로 배치되는 베어링(141)을 설치하는데, 이 베어링(141)은 모터하우징(131)과 제1하우징(111)의 결합시 그 사이에 고정된다.

이로써, 본 발명의 모터(130)는 차량용 전동 파워스티어링장치의 일부분이면서, 단독적인 조립체로 이루어지므로, 전체 조립체와는 별개로 조립과 분해, 그리고 교체 및 성능확인이 가능해지고, 이를 단독적으로 분류할 수 있어 보관 및 물류이동이 용이해진다.

그리고, 이러한 모터(130)를 제1하우징(111)과 제2하우징(112)으로 분리 형성된 하우징(110)의 사이에 배치하고, 모터하우징(131)의 양단 입구부(134)와, 이에 마주하는 제1하우징(111)과 제2하우징(112)의 서로 마주하는 측을 볼트(135)로서 관통하여 이들을 결합시키게 되고, 모터하우징(131) 내부의 부품 이상시에는 모터하우징(131)에서 제1하우징(111) 및 제2하우징(112)을 분리한다.

이로써, 모터(130)에 외부의 전원이 인가되어 고정자(132)의 내부에서 회전자(133)와 모터샤프트(140)가 함께 회전되는데, 이 모터샤프트(140)는 양측에 마련된 베어링(141,142)의 지지를 받아 그 내부에 설치된 볼너트(150)를 회전시키고, 이 볼너트(150)는 그 내부의 볼(151)을 볼스크류(121)와의 사이에서 구름운동시켜 랙(120)을 축방향으로 이동시키게 된다.

이때, 볼너트(150)는 락스크류(160)에 지지되고, 다시 이 락스크류(160)는 자체적인 탄성력에 의해 락스크류(160)측으로 밀착되는 스톱링(170)에 의해 고정되며, 모터(130)에서 과부하가 발생될 때는 마찰재(190)에 의해 볼너트(150)와 락스크류(160) 사이에서 슬립이 발생되어 볼너트(150)의 지지력이 저하되므로, 모터샤프트(140)와 볼너트(150) 사이로 전달되는 회전력을 제한하는 토오크리미터 기능을 하게된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은, 하우징이 모터하우징을 기준으로 양측으로 분리 형성되므로 모터하우징의 내부에 부품을 설치하기 용이함과 동시에 부품의 손상 및 오조립시 수리가 용이한 이점이 있다.

즉, 모터가 단독 조립체로 구성됨으로 인해 전체 조립체와는 별개로 조립과 분해, 그리고 교체 및 성능확인이 가능해지고, 모터를 단독적으로 분류할 수 있어보관 및 물류이동이 용이해지는 이점이 있다.

또, 스톱링이 자체적인 탄성력에 의해 고정홈에 내부에 밀착 설치됨과 동시에 고정홈과의 사이에서 발생되는 유격을 보상할 수 있어 모터샤프트와 볼너트간의 원활한 동력전달 및 조향감을 유지하는 있다.

아울러, 볼너트를 슬립시켜 토오크리미터기능을 수행할 수 있도록 볼너트를 지지하는 락스크류의 일단측에 마찰재를 구비함으로 인해 과부하로 인한 모터의 손상을 방지하여 제품의 신뢰성을 향상시키는 이점이 있다.

Claims

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랙의 외주면에 형성된 볼스크류와 맞물리도록 그 외부측에 설치되는 볼너트와, 상기 볼너트와 연동되도록 이의 외부측에 고정 설치된 모터샤프트와, 상기 모터샤프트의 외부측에 설치되는 회전자와, 상기 회전자를 회전시키도록 이의 외부측에 설치되는 고정자와, 상기 고정자가 고정되도록 이의 외부측에 결합되는 모터하우징과, 상기 모터하우징의 내부에는 상기 모터샤프트의 양단측을 지지하기 위해 삽입설치되는 한 쌍의 베어링을 구비하는 차량용 전동 파워스티어링장치에 있어서,

상기 모터샤프트의 일단측 내부에는 상기 볼너트의 일단이 밀착되도록 지지턱이 형성되고, 상기 볼너트의 타단측에는 상기 볼너트를 상기 지지턱측으로 가압하여 고정하도록 락스크류가 설치되며, 상기 락스크류의 타단측에는 이를 고정시킬 수 있도록 스톱링과 이 스톱링이 삽입되는 고정홈이 마련된 것을 특징으로 하는 차량용 전동 파워스티어링장치.
제 3항에 있어서,

상기 고정홈은 원주형으로 형성되되 외주측 일측면에 테이퍼 형성된 내부 테이퍼면이 마련되고, 상기 스톱링은 상기 고정홈의 내부에 반경방향 확장 가능하도록 설치되되 외주측 일측면에는 상기 내부 테이퍼면과 대응되어 반경방향 확장력을 축방향 이동력을 전환하도록 외부 테이퍼면이 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 전동 파워스티어링장치.
제 3항에 있어서,

상기 볼너트와 락스크류의 축방향으로 서로 마주하는 면 사이에는 과도한 회전력 전달시 슬립되어 토오크리미터 기능을 수행할 수 있도록 마찰재가 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 전동 파워스티어링장치.