KR100621346B1 - 축 연결 부재를 가지는 감속기구를 구비한 자동차의 전기식동력 보조 조향장치 - Google Patents

축 연결 부재를 가지는 감속기구를 구비한 자동차의 전기식동력 보조 조향장치 Download PDF

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송준규
김병국
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주식회사 만도
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Abstract

본 발명은 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치에 관한 것이다.
본 발명은, 자동차의 조향휠과, 상기 조향휠에 연결되되 일측에 웜휠이 형성되어 있는 조향축과, 상단이 상기 조향축에 연결되는 피니언축과, 상기 조향축의 회전에 의해 발생한 토크를 감지하는 토크 센서와, 상기 토크 센서로부터 전기적 신호를 전달 받는 전자 제어 장치와, 상기 전자 제어 장치에 의해 구동이 제어되는 모터와, 상기 모터에 의해 회전하는 모터축과, 상기 웜휠 및 외주면에 웜이 형성되어 있는 웜축을 포함하되 상기 모터에 의해 구동되는 감속기구를 포함하는 상기 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치에 있어서, 상기 감속기구는, 상기 모터축의 출력단으로부터 돌출 형성되는 제 1 결합 돌기; 상기 웜축의 입력단으로부터 돌출 형성되는 제 2 결합 돌기; 및 상기 제 1 결합 돌기가 삽입되되 상기 제 1 결합 돌기의 내측단과 소정 간격을 가지도록 형성되는 제 1 결합 홈 및 상기 제 2 결합 돌기가 삽입되되 상기 제 2 결합 돌기의 내측단과 소정 간격을 가지도록 형성되는 제 2 결합 홈을 구비하는 연결 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치를 제공한다.
본 발명에 의하면, 결합 돌기가 형성되어 있는 모터축 및 웜축을 연결 부재를 통해 연결함으로써 모터축의 회전력이 웜축으로 원활하게 전달되게 하여 동력 손실을 방지하는 효과가 있다.
연결 부재, 모터축, 웜축, 감속기구, 조향장치

Description

축 연결 부재를 가지는 감속기구를 구비한 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치{Electric Power Steering Apparatus Equipped with Speed Reducing Mechanism Having Shaft Coupler}
도 1은 일반적인 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치를 나타내는 구성도,
도 2는 종래 기술에 따른 감속기구를 나타내는 단면도,
도 3a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치의 감속기구를 나타내는 측단면도,
도 3b는 연결 부재가 웜축 및 모터축에 결합되는 모습을 나타내는 요부 분해 사시도,
도 3c는 도 3a의 A - A′방향의 단면도,
도 4는 모터축이 직경 방향으로 변위를 일으킨 상태를 나타내는 단면도,
도 5는 웜축이 직경 방향으로 변위를 일으킨 상태를 나타내는 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
102: 조향축103: 모터
201: 웜203: 웜휠
205, 206: 베어링207: 모터축
300: 연결 부재301: 출력단
303: 제 1 결합 돌기305: 제 1 결합 홈
310: 입력단311: 제 2 결합 돌기
313: 제 2 결합 홈315: 제 1 내측면
317: 제 1 내측단319: 제 1 공간
321: 제 2 내측면323: 제 2 내측단
325: 제 2 공간
본 발명은 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 결합 돌기가 형성되어 있는 모터축 및 웜축을 연결 부재를 통해 연결함으로써 모터축의 회전력이 웜축으로 원활하게 전달되게 하는 감속기구를 구비한 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 동력 보조 조향장치로는 유압 펌프의 유압을 이용한 유압식 동력 보조 조향장치(Hydraulic Power Steering Apparatus)가 사용되고 있지만, 1990년대 이후 전기 모터를 이용한 전기식 동력 보조 조향장치(Electric Power Steering Apparatus)가 점차로 보편화되어 가고 있다.
기존의 유압식 동력 보조 조향장치는 동력을 보조해 주는 동력원인 유압 펌프가 엔진에 의해 구동되어 조향휠의 회전 여부와 관계없이 항상 에너지를 소모하는 데 비해서 전기식 동력 보조 조향장치는 조향휠이 회전하여 토크가 발생되면 전기 에너지로 구동되는 모터가 조향 보조 동력을 제공한다. 따라서 전기식 동력 보조 조향장치를 사용하는 경우 유압식 동력 보조 조향장치에 비해 차량의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치를 나타내는 구성도이고, 도 2는 종래 기술에 따른 감속기구를 나타내는 단면도이다.
도 1 및 도 2에서 도시하는 바와 같이 일반적으로 전기식 동력 보조 조향장치는 조향휠(101)부터 양측 바퀴(108)까지 이어지는 조향 계통(100) 및 조향 계통에 조향 보조 동력을 제공하는 보조 동력 기구(120)를 포함하여 구성된다.
조향 계통(100)은 일측이 조향휠(101)에 연결되어 조향휠(101)과 함께 회전하고 타측은 한 쌍의 유니버설 조인트(103)를 매개로 피니언축(104)에 연결되는 조향축(102)을 포함하여 구성된다. 또한, 피니언축(104)은 랙-피니언 기구부(105)를 통해 랙 바(109)에 연결되고, 랙 바(109)의 양단은 타이로드(106)와 너클암(107)을 통해 차량의 바퀴(108)에 연결된다.
랙-피니언 기구부(105)는 피니언축(104)에 형성되어 있는 피니언 기어부(111)와 랙 바(109)의 외주면 일측에 형성되어 있는 랙 기어부(112)가 서로 맞물려서 형성되므로 운전자가 조향휠(101)을 조작하면 조향 계통(100)에서 토크가 발생하고, 발생한 토크에 의해서 랙-피니언 기구부(105)와 타이로드(106)를 통하여 바퀴(108)를 조향하게 된다.
보조 동력 기구(120)는 운전자가 조향휠(101)에 가하는 토크를 감지하고 감지된 토크에 비례하는 전기 신호를 출력하는 토크 센서(121), 토크 센서(121)로부터 전해지는 전기 신호에 기초하여 제어 신호를 발생하는 전자 제어 장치(ECU: Electronic Control Unit, 123), 전자 제어 장치(123)로부터 전해지는 제어 신호에 기초하여 보조 동력을 발생시키는 모터(130) 및 모터(130)에서 발생한 보조 동력을 조향축(102)에 전달하기 위하여 웜(201) 및 웜휠(203)을 구비한 감속기구(140)를 포함하여 구성된다.
감속기구(140)는 외주면 일측에 웜(201)이 형성되어 있고 양단이 베어링(205, 206)에 의해 회전 가능하게 지지되는 웜축(210)을 포함하여 구성되는데, 웜(201)은 조향축(102)의 외주면 일정 위치에 형성되어 있는 웜휠(203)과 맞물리도록 형성되고 웜축(210)은 모터축(207)을 통해 모터(130)로부터 회전력을 전달받아 구동한다.
따라서, 전기식 동력 보조 조향장치는 조향휠(101)의 회전에 의해 발생한 토크가 랙-피니언 기구부(105)를 거쳐서 랙 바(109)에 전달되고, 발생된 토크에 따라 모터(130)에서 발생한 보조 동력이 랙 바(109)에 전달되도록 형성된다. 즉, 조향 계통(100)에서 발생한 토크와 모터(130)에서 발생한 보조 동력이 합쳐져서 랙 바(109)를 축 방향으로 운동하도록 하는 것이다.
그런데 이러한 종래 기술에 의하는 경우 각각 별개로 제작되는 모터축(207)과 웜축(210)을 서로 연결하는 경우 각각의 축 중심이 서로 일직선 위에 존재하도록 맞추는 것이 매우 어렵기 때문에 어느 정도의 어긋남이 발생할 수 있다.
또한, 웜휠(203)과 웜(201) 사이의 유격을 방지하기 위해 웜휠(203) 방향으로 웜축(210)에 탄성력을 가하는 경우 웜축(210)의 축 중심과 모터축(207)의 축 중심이 서로 어긋나게 되기도 한다.
이렇게 모터축(207)과 웜축(210)의 어긋남이 발생하는 경우에는 모터축(207)의 회전력이 웜축(210)에 원활하게 전달될 수 없기 때문에 동력의 손실이 발생하는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 결합 돌기가 형성되어 있는 모터축 및 웜축을 연결 부재를 통해 연결함으로써 모터축의 회전력이 웜축으로 원활하게 전달되게 하여 동력 손실을 방지하는 데 그 주된 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 자동차의 조향휠과, 상기 조향휠에 연결되되 일측에 웜휠이 형성되어 있는 조향축과, 상단이 상기 조향축에 연결되는 피니언축과, 상기 조향축의 회전에 의해 발생한 토크를 감지하는 토크 센서와, 상기 토크 센서로부터 전기적 신호를 전달 받는 전자 제어 장치와, 상기 전자 제어 장치에 의해 구동이 제어되는 모터와, 상기 모터에 의해 회전하는 모터축과, 상기 웜휠 및 외주면에 웜이 형성되어 있는 웜축을 포함하되 상기 모터에 의해 구동되는 감속기구를 포함하는 상기 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치에 있어서, 상기 감속기구는, 상기 모터축의 출력단으로부터 돌출 형성되는 제 1 결합 돌기; 상기 웜축의 입력단으로부터 돌출 형성되는 제 2 결합 돌기; 및 상기 제 1 결합 돌기가 삽입되되 상기 제 1 결합 돌기의 내측단과 소정 간격을 가지도록 형성되는 제 1 결합 홈 및 상기 제 2 결합 돌기가 삽입되되 상기 제 2 결합 돌기의 내측단과 소정 간격을 가지도록 형성되는 제 2 결합 홈을 구비하는 연결 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치를 제공한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 3a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치의 감속기구를 나타내는 측단면도이고, 도 3b는 연결 부재가 웜축 및 모터축에 결합되는 모습을 나타내는 요부 분해 사시도이며, 도 3c는 도 3a의 A - A′방향의 단면도이다.
도 3a 내지 3c에서 각각 도시하는 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치의 감속기구는, 전자 제어 장치로부터 전달되는 제어 신호에 기초하여 보조 동력을 발생시키는 모터(103)와, 모터(103)에 의해 구동되는 모터축(207)과, 조향축(102)에 형성되어 있는 웜휠(203)과, 웜휠(203)과 맞물리는 웜(201)이 외주면에 형성되어 있는 웜축(210)과, 모터축(207)과 웜축(210)을 연결하는 연결 부재(300)를 포함하여 구성된다.
모터(130)는 전자 제어 장치에 의해 그 구동이 제어되는 장치로서 모터축(207) 및 연결 부재(300)를 통해 웜축(210)에 회전력을 전달함으로써 조향축(102)에 조향 보조 동력을 공급한다.
모터축(207)의 출력단(301)에는 제 1 결합 돌기(303)가 형성되어 있으며, 제 1 결합 돌기(303)가 연결 부재(300)의 제 1 결합 홈(305)에 삽입됨으로써 모터축(207)과 연결 부재(300)가 서로 연결된다.
제 1 결합 돌기(303)는 모터축(207)의 축 중심으로부터 소정 거리 이격되어 마주보는 한 쌍으로 형성되며, 그 형상은 모터축(207)의 직경 방향으로 긴 장방형으로 이루어진다.
웜휠(203)은 조향축(102)의 외주면 일측에 형성되는데, 웜축(210)의 외주면 일측에 형성된 웜(201)과 맞물린다. 모터(130)의 회전에 의한 웜축(210)의 회전력이 웜(201) 및 웜휠(203)을 통하여 조향축(102)에 전달되는 것이다. 웜휠(203)은 주로 플라스틱 재질로 이루어지나 이에 한정되는 것은 아니다.
웜축(210)은 외주면 일측에 웜(201)이 형성되어 있어서 웜휠(203)과 맞물려서 회전하며 웜휠(203)에 회전력을 전달하는 장치이다. 웜축(210)은 연결 부재(300)를 통해 모터축(207)에 연결된다. 또한, 웜축(210)의 양단에는 베어링(205, 206)이 구비되어 웜축(210)을 회전 가능하게 지지한다.
웜축(210)의 입력단(310)에는 제 2 결합 돌기(311)가 형성되어 있으며, 제 2 결합 돌기(311)가 연결 부재(300)의 제 2 결합 홈(313)에 삽입됨으로써 웜축(210)과 연결 부재(300)가 서로 연결된다.
제 2 결합 돌기(311)는 웜축(210)의 축 중심으로부터 소정 거리 이격되어 마주보는 한 쌍으로 형성되며, 그 형상은 모터축(210)의 직경 방향으로 긴 장방형으로 이루어진다.
연결 부재(300)는 각각의 중심선이 서로 직교하도록 형성되는 제 1 결합 홈(305) 및 제 2 결합 홈(313)을 포함하여 구성되며 원판 형상으로 이루어진다. 또한, 필요에 따라 연결 부재(300)의 재질을 탄성체로 할 수도 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
제 1 결합 홈(305)은 모터축(207)의 제 1 결합 돌기(303)가 삽입되도록 연결 부재(300)의 직경 방향으로 긴 장방형으로 형성되며 연결 부재(300)의 외주면 방향으로 개방되어 있다. 또한, 도 3c에서 도시하는 바와 같이 연결 부재(300)의 중심과 모터축(207)의 중심이 일치하게 된 경우, 제 1 결합 홈(305)의 제 1 내측면(315)과 제 1 결합 돌기(303)의 제 1 내측단(317) 사이에는 제 1 공간(319)이 형성된다.
제 2 결합 홈(313)은 웜축(210)의 제 2 결합 돌기(311)가 삽입되도록 연결 부재(300)의 직경 방향으로 긴 장방형으로 형성되며 연결 부재(300)의 외주면 방향으로 개방되어 있다. 또한, 도 3c에서 도시하는 바와 같이 연결 부재(300)의 중심과 웜축(210)의 중심이 일치하게 된 경우, 제 2 결합 홈(313)의 제 2 내측면(321)과 제 2 결합 돌기(311)의 제 2 내측단(323) 사이에는 제 2 공간(325)이 형성된다.
도 4는 모터축이 직경 방향으로 변위를 일으킨 상태를 나타내는 단면도이다.
도 4에서 도시하는 바와 같이 모터축(207)이 직경 방향으로 변위를 일으킨 경우에는 모터축(207)의 중심을 기준으로 좌측의 제 1 공간(319)은 축소되고 우측의 제 1 공간(319)은 확대된다.
즉, 모터축(207)이 우측으로 변위를 일으킴에 따라 좌측 및 우측의 제 1 결합 돌기(303)도 우측으로 변위를 일으킨 경우, 좌측 및 우측의 제 1 공간(319)이 발생한 변위를 흡수하는 것이다. 따라서, 모터축(207)이 직경 방향으로 변위를 일으키더라도 모터축(207)과 연결 부재(300)의 연결 상태는 견고하게 유지되기 때문에 모터축(207)과 웜축(210) 사이의 원활한 구동력 전달이 가능하게 되는 것이다.
도 5는 웜축이 직경 방향으로 변위를 일으킨 상태를 나타내는 단면도이다.
도 5에서 도시하는 바와 같이 웜축(210)이 직경 방향으로 변위를 일으킨 경우에는 웜축(210)의 중심을 기준으로 하측의 제 2 공간(325)은 축소되고 상측의 제 2 공간(325)은 확대된다.
즉, 웜축(210)이 상측으로 변위를 일으킴에 따라 상측 및 하측의 제 2 결합 돌기(311)도 상측으로 변위를 일으킨 경우, 상측 및 하측의 제 2 공간(325)이 발생한 변위를 흡수하는 것이다. 따라서, 웜축(210)이 직경 방향으로 변위를 일으키더라도 웜축(210)과 연결 부재(300)의 연결 상태는 견고하게 유지되기 때문에 모터축(207)과 웜축(210) 사이의 원활한 구동력 전달이 가능해진다.
한편, 연결 부재(300)의 재질이 탄성체인 경우에는 모터축(207) 또는 웜축(210)이 변위를 일으킴에 따라 모터축(207)과 웜축(210) 사이에서 발생하는 진동을 흡수할 수도 있다.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 결합 돌기가 형성되어 있는 모터축 및 웜축을 연결 부재를 통해 연결함으로써 모터축의 회전력이 웜축으로 원활하게 전달되게 하여 동력 손실을 방지하는 효과가 있다.

Claims (11)

  1. 자동차의 조향휠과, 상기 조향휠에 연결되되 일측에 웜휠이 형성되어 있는 조향축과, 상단이 상기 조향축에 연결되는 피니언축과, 상기 조향축의 회전에 의해 발생한 토크를 감지하는 토크 센서와, 상기 토크 센서로부터 전기적 신호를 전달 받는 전자 제어 장치와, 상기 전자 제어 장치에 의해 구동이 제어되는 모터와, 상기 모터에 의해 회전하는 모터축과, 상기 웜휠 및 외주면에 웜이 형성되어 있는 웜축을 포함하되 상기 모터에 의해 구동되는 감속기구를 포함하는 상기 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치에 있어서,
    상기 감속기구는,
    상기 모터축의 출력단으로부터 돌출 형성되는 제 1 결합 돌기;
    상기 웜축의 입력단으로부터 돌출 형성되는 제 2 결합 돌기; 및
    상기 제 1 결합 돌기가 삽입되되 상기 제 1 결합 돌기의 내측단과 소정 간격을 가지도록 형성되는 제 1 결합 홈 및 상기 제 2 결합 돌기가 삽입되되 상기 제 2 결합 돌기의 내측단과 소정 간격을 가지도록 형성되는 제 2 결합 홈을 구비하는 연결 부재
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 결합 돌기는 상기 모터축의 직경 방향에서 서로 대향하도록 형성되고,
    상기 제 2 결합 돌기는 상기 웜축의 직경 방향에서 서로 대향하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 결합 홈 및 상기 제 2 결합 홈은 각각의 중심선이 소정 각도를 가지면서 만나도록 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 결합 홈 및 상기 제 2 결합 홈은 상기 각각의 중심선이 직교하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 결합 돌기는 상기 모터축의 상기 직경 방향으로 긴 장방형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 결합 돌기는 상기 웜축의 상기 직경 방향으로 긴 장방형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 연결 부재는 원판 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 결합 홈 및 상기 제 2 결합 홈은 상기 연결 부재의 직경 방향으로 긴 장방형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 결합 홈은 상기 연결 부재의 외주면 방향으로 개방되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 결합 홈은 상기 연결 부재의 상기 외주면 방향으로 개방되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 연결 부재는 탄성체로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치.
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