KR100651157B1 - 기어 비 변환 장치 및 이를 구비한 자동차의 능동 전륜조향장치 - Google Patents

기어 비 변환 장치 및 이를 구비한 자동차의 능동 전륜조향장치 Download PDF

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KR100651157B1 KR1020050095515A KR20050095515A KR100651157B1 KR 100651157 B1 KR100651157 B1 KR 100651157B1 KR 1020050095515 A KR1020050095515 A KR 1020050095515A KR 20050095515 A KR20050095515 A KR 20050095515A KR 100651157 B1 KR100651157 B1 KR 100651157B1
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Abstract

본 발명은 기어 비 변환 장치에 관한 것이다.
본 발명은, 하단에 제 1 입력 베벨 기어가 형성되어 있으며 회전 가능한 입력축; 상단에 상기 입력축이 관통 결합하고 외주면 일측에 웜휠이 형성되며 하우징에 내장되는 슬리브; 상기 웜휠과 맞물리는 웜축; 상기 슬리브의 하단에 관통 결합하되 상단에 제 1 출력 베벨 기어가 형성되어 있으며 회전 가능한 출력축; 및 상기 슬리브의 내측 직경 방향으로 돌출 형성되되 전단에 상기 제 1 입력 베벨 기어와 맞물리는 제 2 입력 베벨 기어, 상기 제 1 출력 베벨 기어와 맞물리는 제 2 출력 베벨 기어 및 상기 제 2 입력 베벨 기어 및 상기 제 2 출력 베벨 기어에 결합되는 가변 기어 축을 포함하는 가변 기어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기어 비 변환 장치를 제공한다.
본 발명에 의하면, 입력축과 출력축 사이에 2단으로 구성된 베벨 기어를 구비한 가변 기어부를 형성함으로써 제작 공정이 간편하고 기어 간의 치합이 용이하도록 하며, 베벨 기어에 축 방향으로 힘을 가함으로써 유격을 보상하는 효과가 있다.
기어 비, 베벨 기어, 유격, 능동 전륜 조향장치

Description

기어 비 변환 장치 및 이를 구비한 자동차의 능동 전륜 조향장치{Variable Gear Ratio Transmission and Active Front Wheel Steering System of Automobile Including Same}
도 1은 종래 기술에 따른 자동차의 능동 전륜 조향장치의 구성도,
도 2는 종래 기술에 따른 자동차의 능동 전륜 조향장치에 사용되는 기어 비 변환 장치를 나타내는 부분 단면도,
도 3은 일반적인 헬리컬 기어의 사시도,
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기어 비 변환 장치를 나타내는 종단면도,
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기어 비 변환 장치를 나타내는 일부 절개 사시도,
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기어 비 변환 장치를 나타내는 종단면도,
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 기어 비 변환 장치를 나타내는 종단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
105: 입력축117: 출력축
120: 기어 비 변환 장치121: 캐리어
123: 유성 기어125: 내 기어
131: 웜 축133: 웜 휠
401: 제 1 입력 베벨 기어403: 하우징
405: 슬리브407: 제 1 출력 베벨 기어
409: 제 2 입력 베벨 기어411: 제 2 출력 베벨 기어
413: 가변 기어 축415: 가변 기어부
417: 입력축 지지 베어링419: 상부 슬리브 지지 베어링
421: 하부 슬리브 지지 베어링423: 출력축 지지 베어링
425: 가변 기어 축 지지 베어링427: 탄성 부재
601: 보조축701: 지지 플레이트
본 발명은 기어 비 변환 장치 및 이를 구비한 자동차의 능동 전륜 조향장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 입력축과 출력축 사이에 2단으로 구성된 베벨 기어를 구비한 가변 기어부를 형성함으로써 입력축과 출력축의 회전비의 차이가 발생하도록 하는 기어 비 변환 장치 및 이를 구비한 자동차의 능동 전륜 조향장치에 관한 것이다.
자동차의 조향장치는 자동차의 진행 방향을 운전자의 의지대로 변경할 수 있도록 하기 위한 장치로서 앞바퀴가 선회하는 회전 중심을 임의로 변경하여 운전자가 원하는 방향으로 자동차를 운행할 수 있도록 보조하는 장치이다.
또한, 동력 보조 조향장치(Power Steering Apparatus)는 운전자가 조향 휠(Steering Wheel)을 조작할 경우에 조향 보조 동력을 제공해 주는 장치를 이용하여 운전자의 조향 휠 조작력을 보조하여 줌으로써 보다 작은 힘으로 용이하게 자동차의 진행 방향을 변경할 수 있도록 하는 장치이다.
이와 같은 동력 보조 조향장치는 유압식 동력 보조 조향장치(HPS: Hydraulic Power Steering Apparatus)와 전기식 동력 보조 조향장치(EPS: Electric Power Steering Apparatus)로 크게 구분된다.
유압식 동력 보조 조향장치는 엔진의 회전축에 연결된 유압 펌프가 작동유를 작동 실린더로 공급하면, 작동유의 유압에 의한 조향 보조 동력이 제공되어 랙 바(Rack Bar)가 수평 방향으로 운동하게 되고 그에 따라 양쪽 바퀴가 선회되므로 운전자로 하여금 작은 힘으로 조향을 할 수 있도록 하는 장치이다. 반면, 전기식 동력 보조 조향장치는 유압 펌프와 작동 실린더 대신에 랙 바 또는 컬럼에 모터 및 전자 제어 장치(ECU: Electronic Control Unit)를 포함하고 있어 모터의 구동에 의해 조향 보조 동력이 공급되는 장치이다.
최근에는 주행 중 강하게 불어오는 횡풍이나 좌우가 대칭적이지 않은 노면의 상태 등의 외부 환경에 능동적으로 대처할 수 있도록 조향 휠과 조향 컬럼 사이의 조향 축을 분리한 것으로, 운전자의 조향 휠 조작으로 인한 조향각을 직접 조향 컬럼에 전달하지 않고 수시로 변화하는 조향각을 지속적으로 감지하여 이를 차량의 각종 정보와 비교분석한 후 조향 컬럼의 조향 축의 회전을 제어하는 모터에 전기적 신호로 전달함으로써 조향각을 조절하는 이른바 능동 전륜 조향장치(AFS: Active Front Wheel Steering)가 등장하였다. 또한, 이러한 능동 전륜 조향장치에는 기어 장치에서 입력과 출력 사이의 기어 비를 변환시키는 기어 비 변환 장치가 구비되어 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 자동차의 능동 전륜 조향장치의 구성도이고, 도 2는 종래 기술에 따른 자동차의 능동 전륜 조향장치에 사용되는 기어 비 변환 장치를 나타내는 부분 단면도이다.
도 1 및 도 2에서 도시하는 바와 같이 종래 기술에 따른 자동차의 능동 전륜 조향장치는 조향 휠(101)과, 조향 휠(101)에 연결되는 조향 축(103)과, 상단이 조향 축(103)에 연결되는 입력축(105)과, 자동차의 속도를 감지하는 차속 센서(107)와, 조향 축(103)의 회전에 의한 조향각의 변화를 감지하는 조향각 센서(109)와, 조향 축(103)의 회전에 의해 발생한 토크를 감지하는 토크 센서(111)와, 차속 센서(107), 조향각 센서(109) 및 토크 센서(111)로부터 전기적 신호를 전달 받는 전자 제어 장치(113)와, 전자 제어 장치(113)에 의해 구동이 제어되는 모터(115)와, 모터(115)에 의해 제어되는 기어 비 변환 장치(120)와, 조향 휠(101)의 회전에 의해 발생한 조향력을 상기 자동차의 랙-피니언 기어부에 전달하는 출력축(117)을 포함하여 구성된다.
이러한 구성을 가지는 종래 기술에 따른 자동차의 능동 전륜 조향장치의 작동 원리는 다음과 같다.
운전자가 조향 휠(101)을 조작함에 따라 조향 축(103)이 회전하면 조향 축(103)에 연결되어 있는 입력축(105)이 회전하고, 또한 입력축(105)의 하단에 형성되어 있는 캐리어(121)가 입력축(105)과 연동하여 회전한다. 또한, 이 경우 캐리어(121)에 의해 회전 가능하게 지지되고 있는 유성 기어(123)가 회전하게 되고, 유성 기어(123)와 접하고 있는 내 기어(125)는 유성 기어(123)의 회전에 의해 회전력을 전달받음으로써 회전하게 된다.
최종적으로는 내 기어(125)의 하단에 형성되어 있는 출력축(117)이 회전함으로써 운전자의 조향 휠(101) 조작에 따라 발생한 조향력이 랙-피니언 기어부에 전달되게 되는 것이다.
그런데, 위의 과정은 전자 제어 장치(113)가 작동하지 않는 경우이고, 전자 제어 장치(113)가 작동하는 경우는 다음과 같이 변화가 생긴다.
자동차의 속도를 감지하는 차속 센서(107), 조향각의 변화를 감지하는 조향각 센서(109), 그리고 조향 휠(101)의 회전에 따라 발생하는 토크를 감지하는 토크 센서(111)로부터 각각 전기적 신호가 발생하여 전자 제어 장치(113)에 도달하면 전자 제어 장치(113)는 모터(115)에 전기적 신호를 전달하여 모터(115)를 구동하게 된다.
또한, 위의 과정에 의해 모터(115)가 구동함에 따라 모터 축에 연결되어 있는 웜축(131)도 회전하고 그에 따라 웜축(131)과 맞물리도록 형성되어 있는 웜휠(133)이 회전하며 최종적으로 웜휠(133)과 일체로 구성되어 있는 태양 기어(135)가 회전하게 된다.
이러한 능동 전륜 조향장치는 자동차가 고속으로 주행하는 경우에는 운전자가 조향 휠(101)을 일 방향으로 조작하여 입력축(105), 캐리어(121) 및 유성 기어(123)가 회전하더라도 전자 제어 장치(113)가 웜휠(133), 더 나아가 태양 기어(135)가 유성 기어(123)의 회전을 방해하는 방향으로 회전하도록 제어함으로써 안전한 운전을 할 수 있도록 보조한다.
한편, 능동 전륜 조향장치는 자동차가 주차 등을 위해 저속 상태에 있는 경우에는 유성 기어(123)의 회전을 보조하는 방향으로 제어함으로써 보다 작은 힘으로 용이한 운전을 할 수 있게 하여 준다.
이러한 구성을 가지는 능동 전륜 조향장치에는 기어 비 변환 장치(120)로서 태양 기어(135), 유성 기어(123) 및 내 기어(125)로 구성되는 유성 기어 장치가 구비되어 있다.
태양 기어(135)와 유성 기어(123)는 일반적으로 헬리컬 기어로서 형성되는데 도 3에서 도시하는 바와 같이 헬리컬 기어는 기어치의 열이 기어의 회전축과 평행하지 않고 비스듬하게 경사를 이루면서 형성되어 있다. 이러한 헬리컬 기어는 기어치의 열이 기어의 회전축과 평행한 경우와 비교하여 볼 때 서로 맞물리는 기어치 끼리 서로 접촉하는 부분의 길이가 길기 때문에 더 큰 힘을 전달할 수 있고 기어치의 열이 경사져 있기 때문에 보다 원활하게 회전하므로 소음도 더 적다.
그러나 이러한 종래 기술에 의하는 경우 태양 기어(135), 유성 기어(123) 및 내 기어(125)를 각각 제조하여야 하므로 그 제작 공정이 복잡한 문제점이 있었다.
또한 종래 기술에 의하는 경우 헬리컬 기어는 기어치의 열이 경사져 있으므로 서로 치합하게 배치하기 어려운 문제점이 있었다.
또한 종래 기술에 의하는 경우 기어의 마모에 의해 기어 치 간에 유격이 발생하는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 입력축과 출력축 사이에 2단으로 구성된 베벨 기어를 구비한 가변 기어부를 형성함으로써 제작 공정이 간편한 기어 비 변환 장치 및 이를 구비한 자동차의 능동 전륜 조향장치를 제공하는 데 그 주된 목적이 있다.
또한 본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 유성 기어 장치 대신 베벨 기어를 사용함으로써 기어 간의 치합이 용이한 기어 비 변환 장치 및 이를 구비한 자동차의 능동전륜 조향장치를 제공하는 데 그 주된 목적이 있다.
또한 본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서 기어의 마모에 의한 유격 발생을 보상할 수 있는 기어 비 변환 장치 및 이를 구비한 자동차의 능동 전륜 조향장치를 제공하는 데 그 주된 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 하단에 제 1 입력 베벨 기어가 형성되어 있으며 회전 가능한 입력축; 상단에 상기 입력축이 관통 결합하고 외주면 일측에 웜휠이 형성되며 하우징에 내장되는 슬리브; 상기 웜휠과 맞물리는 웜축; 상기 슬리브의 하단에 관통 결합하되 상단에 제 1 출력 베벨 기어가 형성되어 있으며 회전 가능한 출력축; 및 상기 슬리브의 내측 직경 방향으로 돌출 형성되되 전단에 상기 제 1 입력 베벨 기어와 맞물리는 제 2 입력 베벨 기어, 상기 제 1 출력 베벨 기어와 맞물리는 제 2 출력 베벨 기어 및 상기 제 2 입력 베벨 기어 및 상기 제 2 출력 베벨 기어에 결합되는 가변 기어 축을 포함하는 가변 기어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기어 비 변환 장치를 제공한다.
또한, 이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 하단에 제 1 입력 베벨 기어가 형성되어 있으며 회전 가능한 입력축; 상단에 상기 입력축이 관통 결합하고 외주면 일측에 웜휠이 형성되며 하우징에 내장되는 슬리브; 상기 웜휠과 맞물리는 웜축; 상기 슬리브의 하단에 관통 결합하되 상단에 제 1 출력 베벨 기어가 형성되어 있으며 회전 가능한 출력축; 상기 슬리브의 내측 직경 방향으로 돌출 형성되되 전단에 상기 제 1 입력 베벨 기어와 맞물리는 제 2 입력 베벨 기어, 상기 제 1 출력 베벨 기어와 맞물리는 제 2 출력 베벨 기어 및 상기 제 2 입력 베벨 기어 및 상기 제 2 출력 베벨 기어에 결합되는 가변 기어 축을 포함하되 상기 슬리브의 축을 중심으로 서로 대향하도록 형성되는 두 개의 가변 기어부; 및 상기 두 개의 가변 기어부에 구비된 가변 기어 축을 서로 연결하되 일단은 상기 가변 기어 축 중 하나에 고정되고 타단은 상기 가변 기어 축 중 다른 하나에 회전 가능하게 결합되는 보조축을 포함하는 것을 특징으로 하는 기어 비 변환 장치를 제공한다.
또한, 이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 자동차의 조향 휠과, 상기 조향 휠에 연결되는 조향 축과, 상단이 상기 조향 축에 연결되는 입력축과, 상기 자동차의 속도를 감지하는 차속 센서와, 상기 조향 축의 회전에 의한 조향각의 변화를 감지하는 조향각 센서와, 상기 조향 축의 회전에 의해 발생한 토크를 감지하는 토크 센서와, 상기 차속 센서, 상기 조향각 센서 및 상기 토크 센서로부터 전기적 신호를 전달 받는 전자 제어 장치와, 상기 전자 제어 장치에 의해 구동이 제어되는 모터와, 상기 모터에 의해 구동되는 기어 비 변환 장치와, 상기 조향 휠의 회전에 의해 발생한 조향력을 상기 자동차의 랙-피니언 기어부에 전달하는 출력축을 포함하는 상기 자동차의 능동 전륜 조향장치에 있어서, 상기 입력축의 하단에는 제 1 입력 베벨 기어가 형성되어 있고, 상기 출력축의 상단에는 제 1 출력 베벨 기어가 형성되어 있으며, 상기 기어 비 변환 장치는, 상단에 상기 입력축이 회전 가능하게 관통 결합하고, 하단에는 상기 출력축이 회전 가능하게 결합하며, 외주면 일측에 웜휠이 형성되되 하우징에 내장되는 슬리브; 상기 웜휠과 맞물리되 상기 모터에 의해 회전하는 웜축; 및 상기 슬리브의 내측 직경 방향으로 돌출 형성되되 전단에 상기 제 1 입력 베벨 기어와 맞물리는 제 2 입력 베벨 기어, 상기 제 1 출력 베벨 기어와 맞물리는 제 2 출력 베벨 기어 및 상기 제 2 입력 베벨 기어 및 상기 제 2 출력 베벨 기어를 회전 가능하게 지지하는 가변 기어 축을 포함하는 가변 기어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 능동 전륜 조향장치를 제공한다.
또한, 이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 자동차의 조향 휠과, 상기 조향 휠에 연결되는 조향 축과, 상단이 상기 조향 축에 연결되는 입력축과, 상기 자동차의 속도를 감지하는 차속 센서와, 상기 조향 축의 회전에 의한 조향각의 변화를 감지하는 조향각 센서와, 상기 조향 축의 회전에 의해 발생한 토크를 감지하는 토크 센서와, 상기 차속 센서, 상기 조향각 센서 및 상기 토크 센서로부터 전기적 신호를 전달 받는 전자 제어 장치와, 상기 전자 제어 장치에 의해 구동이 제어되는 모터와, 상기 모터에 의해 구동되는 기어 비 변환 장치와, 상기 조향 휠의 회전에 의해 발생한 조향력을 상기 자동차의 랙-피니언 기어부에 전달하는 출력축을 포함하는 상기 자동차의 능동 전륜 조향장치에 있어서, 상기 입력축의 하단에는 제 1 입력 베벨 기어가 형성되어 있고, 상기 출력축의 상단에는 제 1 출력 베벨 기어가 형성되어 있으며, 상기 기어 비 변환 장치는, 상단에 상기 입력축이 회전 가능하게 관통 결합하고, 하단에는 상기 출력축이 회전 가능하게 결합하며, 외주면 일측에 웜휠이 형성되되 하우징에 내장되는 슬리브; 상기 웜휠과 맞물리되 상기 모터에 의해 회전하는 웜축; 상기 슬리브의 내측 직경 방향으로 돌출 형성되되 전단에 상기 제 1 입력 베벨 기어와 맞물리는 제 2 입력 베벨 기어, 상기 제 1 출력 베벨 기어와 맞물리는 제 2 출력 베벨 기어 및 상기 제 2 입력 베벨 기어 및 상기 제 2 출력 베벨 기어에 결합되는 가변 기어 축을 포함하되 상기 슬리브의 축을 중심으로 서로 대향하도록 형성되는 두 개의 가변 기어부; 및 상기 두 개의 가변 기어부에 구비된 가변 기어 축을 서로 연결하되 일단은 상기 가변 기어 축 중 하나에 고정되고 타단은 상기 가변 기어 축 중 다른 하나에 회전 가능하게 결합되는 보조축을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 능동 전륜 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 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기어 비 변환 장치를 나타내는 종단면도이고, 도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기어 비 변환 장치를 나타내는 일부 절개 사시도이다.
도 4 및 도 5에서 각각 도시하는 바와 같이 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기어 비 변환 장치는, 하단에 제 1 입력 베벨 기어(401)가 형성되어 있으며 회전 가능한 입력축(105)과, 상단에 입력축(105)이 관통 결합하고 외주면 일측에 웜휠(133)이 형성되며 하우징(403)에 내장되는 슬리브(405)와, 웜휠(133)과 맞물리는 웜축(131)과, 슬리브(405)의 하단에 관통 결합하되 상단에 제 1 출력 베벨 기어(407)가 형성되어 있으며 회전 가능한 출력축(117)과, 슬리브(405)의 내측 직경 방향으로 돌출 형성되되 전단에 제 1 입력 베벨 기어(401)와 맞물리는 제 2 입력 베벨 기어(409) 및 제 1 출력 베벨 기어(407)와 맞물리는 제 2 출력 베벨 기어(411)를 구비하되 후단에 제 2 입력 베벨 기어(409) 및 제 2 출력 베벨 기어(411)에 결합되는 가변 기어 축(413)을 구비하는 가변 기어부(415)를 포함하여 구성된다.
입력축(105)은 초기에 회전력이 입력되는 장치로서 하단에 제 1 입력 베벨 기어(401)가 형성되어 있다. 입력축(105)이 회전하면 제 1 입력 베벨 기어(401)는 제 2 입력 베벨 기어(409)와 맞물려 회전하면서 회전력을 가변 기어부(415)에 전달한다. 한편 입력축(105)의 원활한 회전을 위해 입력축(105)의 외주면과 슬리브(405)의 내주면 사이에는 입력축 지지 베어링(417)이 구비되어 있다.
슬리브(405)는 입력축(105)을 중심으로 입력축(105)의 회전 방향과 같은 방향 또는 반대 방향으로 회전하면서 입력축(105)의 회전에 필요한 힘의 크기를 변화시키는 장치이다.
슬리브(405)는 중공의 원통 형상으로 이루어지되 하우징(403)에 내장되며 상단에는 입력축(105)이 관통 결합하고 외주면 일측에는 웜축(131)과 맞물리는 웜휠(133)이 형성되어 있다. 따라서 웜축(131)이 회전하면 슬리브(405)는 하우징(403)의 내측에서 입력축(105)을 중심으로 회전한다.
슬리브(405)의 내측 직경 방향으로는 가변 기어부(415)가 돌출 형성되어 있으며 슬리브(405)의 하단에는 출력축(117)이 관통 결합하고 있다.
한편 슬리브(405)의 원활한 회전을 위해 슬리브(405)의 상단 외주면과 하우징(403)의 내주면 사이에는 상부 슬리브 지지 베어링(419)이 형성되고, 슬리브(405)의 하단 외주면과 하우징(403)의 내주면 사이에는 하부 슬리브 지지 베어링(421)이 형성된다.
웜축(131)은 웜휠(133)과 맞물려서 슬리브(405)에 회전력을 전달하는 역할을 하며 모터(115)를 비롯한 각종 액추에이터(Actuator)에 의해 구동된다.
출력축(117)은 입력축(105)에 입력된 회전력이 기어 비 변환 장치에 의해 변환된 채 출력되는 장치로서 상단에 제 1 출력 베벨 기어(407)가 형성되어 있다.
제 1 출력 베벨 기어(407)는 가변 기어부(415)에 구비된 제 2 출력 베벨 기어(411)와 맞물리도록 형성되므로, 가변 기어부(415)의 가변 기어 축(413)이 회전하면 제 2 출력 베벨 기어(411)와 맞물리는 제 1 출력 베벨 기어(407)가 구동하여 출력축(117)이 회전한다. 한편 출력축(117)의 원활한 회전을 위하여 출력축(117)의 외주면과 슬리브(405)의 내주면 사이에는 출력축 지지 베어링(423)이 구비되어 있다.
가변 기어부(415)는 입력축(105)에 입력되는 회전력과 출력축(117)을 통해 출력되는 회전력 간의 차이를 발생시키는 역할을 하는데 제 2 입력 베벨 기어(409), 제 2 출력 베벨 기어(411) 및 가변 기어 축(413)을 포함하여 구성된다.
가변 기어부(415)는 슬리브(405)의 축을 중심으로 서로 대향하도록 두 개가 형성될 수도 있고, 슬리브(405)의 축을 중심으로 하는 원주 상에서 같은 간격으로 세 개 이상이 형성될 수도 있다.
제 2 입력 베벨 기어(409)는 입력축(105) 하단의 제 1 입력 베벨 기어(401)와 맞물리도록 형성됨으로써 입력축(105)의 회전에 연동하여 구동된다. 즉, 입력축(105)에 가해진 회전력이 제 1 입력 베벨 기어(401) 및 제 2 입력 베벨 기어(409)를 거쳐 가변 기어부(415)에 전달됨으로써 가변 기어 축(413)을 회전하게 한다.
제 2 출력 베벨 기어(411)는 출력축(117) 상단의 제 1 출력 베벨 기어(407)와 맞물리도록 형성됨으로써 가변 기어 축(413)의 회전에 따라 발생한 회전력을 출력축(117)에 전달하는 역할을 한다. 또한 제 2 출력 베벨 기어(411)와 제 2 입력 베벨 기어(409)의 기어치의 수가 서로 다르기 때문에 이 과정에서 기어 비가 변환된다.
가변 기어 축(413)은 전단이 제 2 입력 베벨 기어(409) 및 제 2 출력 베벨 기어(411)에 결합되며 후단은 슬리브(405)에 직경 방향으로 삽입되는 회전축이다. 그리고 가변 기어 축(413)의 원활한 회전을 위하여 가변 기어 축(413)의 외주면과 슬리브(405)의 내주면 사이에는 가변 기어 축 지지 베어링(425)이 구비되어 있다.
그런데 가변 기어 축(413)은 축 중심을 따라 자전하는 동시에 슬리브(405)가 입력축(105)을 중심으로 회전함에 따라 입력축(105)을 중심으로 공전을 하기도 한다.
따라서 이 경우 가변 기어 축 베어링(425)은 축 방향 및 직경 방향의 하중을 모두 받게 되므로 가변 기어 축 지지 베어링(425)으로는 특히 앵귤러 컨택트 볼 베어링(Angular Contact Ball Bearing)을 사용함이 바람직하다.
한편 기어 비 변환 장치를 계속 사용함에 따라 제 1 입력 베벨 기어(401)와 제 2 입력 베벨 기어(409) 사이 또는 제 1 출력 베벨 기어(407)와 제 2 출력 베벨 기어(411) 사이에는 유격이 발생할 수 있다. 기어 사이에 유격이 발생하면 진동이나 소음이 발생하는 것은 물론 기어치의 마모가 촉진되어 결과적으로 기어의 내구성이 악화된다.
따라서 이러한 유격을 보상하기 위해서 제 2 입력 베벨 기어(409)의 후단과 가변 기어 축(413) 사이에서 제 2 입력 베벨 기어(409)에 축 방향으로 일정한 힘을 가하는 탄성 부재(427)가 구비된다. 탄성 부재(427)로는 스프링이 통상적으로 사용되지만 합성고무나 천연고무 등도 사용될 수 있다.
이상과 같은 구성을 가지는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기어 비 변환 장치의 작동을 설명하면 다음과 같다.
출력축(117)을 회전시키기 위하여 통상적인 경우보다 더 큰 회전비가 요구되는 경우에는, 모터(115)가 슬리브(405)로 하여금 입력축(105)의 회전 방향과 같은 방향으로 회전하도록 한다.
즉, 기어 비 변환 장치가 입력축(105)이 시계 방향으로 회전하면 가변 기어 축(413)이 반시계 방향으로 회전하도록 구성된 경우에 있어서, 슬리브(405)를 시계 방향으로, 즉 입력축(105)의 회전 방향과 같은 방향으로 회전하도록 하면 입력축(105)의 회전에 의해 가변 기어 축(413)의 회전 중심이 입력축(105)의 회전 방향과 같은 방향으로 이동하면서 입력축(105)의 회전을 돕는 것이다.
이 경우에는 입력축(105)에 회전력을 가하여 제 1 입력 베벨 기어(401) 및 제 2 입력 베벨 기어(409)를 통해 가변 기어 축(413)을 회전시키는 경우 가변 기어 축(413)이 입력축(105)의 회전 방향으로 회전함에 따라 통상적인 경우보다 더 큰 회전비가 실현되어 출력축(117)의 회전각이 커지게 된다.
즉, 이 경우 출력축(117)에는 통상적인 경우보다 더 큰 회전비가 구현되는 것이다.
출력축(117)을 회전시키기 위하여 통상적인 경우보다 더 작은 회전비가 요구되는 경우에는, 모터(115)가 슬리브(405)로 하여금 입력축(105)의 회전 방향과 반대 방향으로 회전하도록 한다. 즉, 이 경우는 전술한 바와 반대 방향으로 회전하게 된다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기어 비 변환 장치를 나타내는 종단면도이다.
도 6에서 도시하는 바와 같이 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기어 비 변환 장치에 있어서 가변 기어부(415)는 슬리브(405)의 축을 중심으로 서로 대향하도록 두 개가 형성되어 있다. 또한 가변 기어 축(413)은 중공 형상으로 이루어지되 내측에는 소정 길이의 보조축(601)이 관통 결합한다.
보조축(601)은 슬리브(405)의 축 중심을 가로 질러 두 개의 가변 기어부(415)를 서로 연결한다. 보조축(601)의 일단은 일측 가변 기어 축(413)에 고정되나 타단은 타측 가변 기어 축(413)에 회전 가능하게 결합되되 탄성 부재(427)에 의해 지지된다.
따라서 제 1 입력 베벨 기어(401) 및 제 2 입력 베벨 기어(409) 사이 또는 제 1 출력 베벨 기어(407) 및 제 2 출력 베벨 기어(411) 사이에서 마모 등이 일어나 기어 치 간에 유격이 발생하는 경우 보조축(601)이 탄성 부재(427)에 의해 축 방향으로 힘을 받게 되어 발생된 유격을 보상할 수 있다.
탄성 부재(427)로는 압축 스프링을 사용함이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니고 합성고무나 천연고무 등을 사용할 수도 있다. 또한 탄성 부재(427)는 보조축(601)의 고정된 단부에 구비될 수도 있다.
기타의 구성 및 작용은 본 발명의 제 1 실시예와 동일하기 때문에 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙이고, 그 상세한 설명 및 작용의 설명은 생략한다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 기어 비 변환 장치를 나타내는 종단면도이다.
도 7에서 도시하는 바와 같이 본 발명의 제 3 실시예에 따른 기어 비 변환 장치에 있어서 가변 기어 축(413)의 양단에는 탄성 부재(427)가 구비되어 있다.
따라서 제 1 입력 베벨 기어(401) 및 제 2 입력 베벨 기어(409) 사이 또는 제 1 출력 베벨 기어(407) 및 제 2 출력 베벨 기어(411) 사이에서 마모 등이 일어나 기어 치 간에 유격이 발생하는 경우 각각의 가변 기어 축(413)을 슬리브(405)의 직경 방향으로 밀어 주어 발생된 유격을 보상할 수 있다.
탄성 부재(427)로는 접시 스프링을 사용함이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니고 합성고무나 천연고무 등을 사용할 수도 있다. 또한 탄성 부재(427)를 지지하도록 탄성 부재(427)의 일측에 지지 플레이트(701)를 구비할 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, 입력축과 출력축 사이에 유성 기어 장치 대신에 2단으로 구성된 베벨 기어를 구비한 가변 기어부를 형성함으로써 제작 공정이 간편하고 기어 간의 치합이 용이하게 하는 효과가 있다.
또한 본 발명에 의하면, 기어의 마모에 의해 유격이 발생하더라도 베벨 기어에 축 방향으로 힘을 가하도록 함으로써 유격을 보상하는 효과가 있다.

Claims (18)

  1. 하단에 제 1 입력 베벨 기어가 형성되어 있으며 회전 가능한 입력축;
    상단에 상기 입력축이 관통 결합하고 외주면 일측에 웜휠이 형성되며 하우징에 내장되는 슬리브;
    상기 웜휠과 맞물리는 웜축;
    상기 슬리브의 하단에 관통 결합하되 상단에 제 1 출력 베벨 기어가 형성되어 있으며 회전 가능한 출력축; 및
    상기 슬리브의 내측 직경 방향으로 돌출 형성되되 전단에 상기 제 1 입력 베벨 기어와 맞물리는 제 2 입력 베벨 기어, 상기 제 1 출력 베벨 기어와 맞물리는 제 2 출력 베벨 기어 및 상기 제 2 입력 베벨 기어 및 상기 제 2 출력 베벨 기어에 결합되는 가변 기어 축을 포함하는 가변 기어부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 기어 비 변환 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬리브의 상단 외주면과 상기 하우징의 내주면 사이에는 상부 슬리브 지지 베어링이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 기어 비 변환 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 슬리브의 하단 외주면과 상기 하우징의 내주면 사이에는 하부 슬리브 지지 베어링이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 기어 비 변환 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 입력축과 상기 슬리브의 내주면 사이에는 입력축 지지 베어링이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 기어 비 변환 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 출력축과 상기 슬리브의 내주면 사이에는 출력축 지지 베어링이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 기어 비 변환 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 가변 기어 축과 상기 제 2 입력 베벨 기어 사이에는 탄성 부재가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 기어 비 변환 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 탄성 부재는 스프링인 것을 특징으로 하는 기어 비 변환 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 가변 기어부는 상기 슬리브의 축을 중심으로 서로 대향하도록 두 개가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 기어 비 변환 장치.
  9. 하단에 제 1 입력 베벨 기어가 형성되어 있으며 회전 가능한 입력축;
    상단에 상기 입력축이 관통 결합하고 외주면 일측에 웜휠이 형성되며 하우징에 내장되는 슬리브;
    상기 웜휠과 맞물리는 웜축;
    상기 슬리브의 하단에 관통 결합하되 상단에 제 1 출력 베벨 기어가 형성되어 있으며 회전 가능한 출력축;
    상기 슬리브의 내측 직경 방향으로 돌출 형성되되 전단에 상기 제 1 입력 베벨 기어와 맞물리는 제 2 입력 베벨 기어, 상기 제 1 출력 베벨 기어와 맞물리는 제 2 출력 베벨 기어 및 상기 제 2 입력 베벨 기어 및 상기 제 2 출력 베벨 기어에 결합되는 가변 기어 축을 포함하되 상기 슬리브의 축을 중심으로 서로 대향하도록 형성되는 두 개의 가변 기어부; 및
    상기 두 개의 가변 기어부에 구비된 가변 기어 축을 서로 연결하되 일단은 상기 가변 기어 축 중 하나에 고정되고 타단은 상기 가변 기어 축 중 다른 하나에 회전 가능하게 결합되는 보조축
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 기어 비 변환 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 가변 기어 축은 중공 형상으로 이루어지되 내측에 상기 보조축이 삽입되는 것을 특징으로 하는 기어 비 변환 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 보조축의 일단 또는 양단에는 탄성 부재가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 기어 비 변환 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 탄성 부재는 스프링인 것을 특징으로 하는 기어 비 변환 장치.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 가변 기어축의 일단에는 탄성 부재가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 기어 비 변환 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 탄성 부재는 접시 스프링인 것을 특징으로 하는 기어 비 변환 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 접시 스프링은 스프링 지지 플레이트에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 기어 비 변환 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 가변 기어축의 외주면에는 앵귤러 콘택트 베어링(Angular Contact Bearing)이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 기어 비 변환 장치.
  17. 자동차의 조향 휠과, 상기 조향 휠에 연결되는 조향 축과, 상단이 상기 조향 축에 연결되는 입력축과, 상기 자동차의 속도를 감지하는 차속 센서와, 상기 조향 축의 회전에 의한 조향각의 변화를 감지하는 조향각 센서와, 상기 조향 축의 회전에 의해 발생한 토크를 감지하는 토크 센서와, 상기 차속 센서, 상기 조향각 센서 및 상기 토크 센서로부터 전기적 신호를 전달 받는 전자 제어 장치와, 상기 전자 제어 장치에 의해 구동이 제어되는 모터와, 상기 모터에 의해 구동되는 기어 비 변환 장치와, 상기 조향 휠의 회전에 의해 발생한 조향력을 상기 자동차의 랙-피니언 기어부에 전달하는 출력축을 포함하는 상기 자동차의 능동 전륜 조향장치에 있어서,
    상기 입력축의 하단에는 제 1 입력 베벨 기어가 형성되어 있고,
    상기 출력축의 상단에는 제 1 출력 베벨 기어가 형성되어 있으며,
    상기 기어 비 변환 장치는,
    상단에 상기 입력축이 회전 가능하게 관통 결합하고, 하단에는 상기 출력축이 회전 가능하게 결합하며, 외주면 일측에 웜휠이 형성되되 하우징에 내장되는 슬리브;
    상기 웜휠과 맞물리되 상기 모터에 의해 회전하는 웜축; 및
    상기 슬리브의 내측 직경 방향으로 돌출 형성되되 전단에 상기 제 1 입력 베벨 기어와 맞물리는 제 2 입력 베벨 기어, 상기 제 1 출력 베벨 기어와 맞물리는 제 2 출력 베벨 기어 및 상기 제 2 입력 베벨 기어 및 상기 제 2 출력 베벨 기어를 회전 가능하게 지지하는 가변 기어 축을 포함하는 가변 기어부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 능동 전륜 조향장치.
  18. 자동차의 조향 휠과, 상기 조향 휠에 연결되는 조향 축과, 상단이 상기 조향 축에 연결되는 입력축과, 상기 자동차의 속도를 감지하는 차속 센서와, 상기 조향 축의 회전에 의한 조향각의 변화를 감지하는 조향각 센서와, 상기 조향 축의 회전에 의해 발생한 토크를 감지하는 토크 센서와, 상기 차속 센서, 상기 조향각 센서 및 상기 토크 센서로부터 전기적 신호를 전달 받는 전자 제어 장치와, 상기 전자 제어 장치에 의해 구동이 제어되는 모터와, 상기 모터에 의해 구동되는 기어 비 변환 장치와, 상기 조향 휠의 회전에 의해 발생한 조향력을 상기 자동차의 랙-피니언 기어부에 전달하는 출력축을 포함하는 상기 자동차의 능동 전륜 조향장치에 있어서,
    상기 입력축의 하단에는 제 1 입력 베벨 기어가 형성되어 있고,
    상기 출력축의 상단에는 제 1 출력 베벨 기어가 형성되어 있으며,
    상기 기어 비 변환 장치는,
    상단에 상기 입력축이 회전 가능하게 관통 결합하고, 하단에는 상기 출력축이 회전 가능하게 결합하며, 외주면 일측에 웜휠이 형성되되 하우징에 내장되는 슬리브;
    상기 웜휠과 맞물리되 상기 모터에 의해 회전하는 웜축;
    상기 슬리브의 내측 직경 방향으로 돌출 형성되되 전단에 상기 제 1 입력 베벨 기어와 맞물리는 제 2 입력 베벨 기어, 상기 제 1 출력 베벨 기어와 맞물리는 제 2 출력 베벨 기어 및 상기 제 2 입력 베벨 기어 및 상기 제 2 출력 베벨 기어에 결합되는 가변 기어 축을 포함하되 상기 슬리브의 축을 중심으로 서로 대향하도록 형성되는 두 개의 가변 기어부; 및
    상기 두 개의 가변 기어부에 구비된 가변 기어 축을 서로 연결하되 일단은 상기 가변 기어 축 중 하나에 고정되고 타단은 상기 가변 기어 축 중 다른 하나에 회전 가능하게 결합되는 보조축
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