KR100695450B1 - 웜 기어 유격 보상 장치를 구비한 전동식 동력 보조조향장치 - Google Patents

웜 기어 유격 보상 장치를 구비한 전동식 동력 보조조향장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 조향축에 웜휠이 장착되고 상기 웜휠에 이물림되는 웜이 형성된 웜 샤프트가 모터에 의해 구동되는 전동식 동력 보조 조향장치에 있어서, 웜휠과 웜의 이물림 유격을 보상하여 진동 및 소음을 방지하는 웜 기어 유격 보상 장치를 구비한 전동식 동력 보조 조향장치에 관한 것이다.
본 발명은, 조향축에 웜휠이 장착되고 상기 웜휠에 이물림되는 웜이 형성된 웜 샤프트가 모터에 의해 구동되는 전동식 동력 보조 조향장치에 있어서, 상기 조향축의 베어링에 경방향 하중을 가하여 상기 웜휠과 상기 웜이 유격없이 이물림되도록 하며, 상기 베어링을 포함하고 고정하는 하우징의 내부에 삽입되는 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 웜 기어 유격 보상 장치를 구비한 전동식 동력 보조 조향장치를 제공한다.
본 발명에 의하면, 웜휠과 웜의 이물림에 유격이 발생한 경우 탄성력을 가진 부쉬와 베어링에 경방향 하중을 가하는 스프링에 의해 조향축에 변위를 발생시켜 웜휠과 웜의 이물림 유격을 보상함으로써 전동식 동력 보조 조향장치를 장착한 차량의 조향 운전시에 웜 기어 이물림 유격에 의해 발생할 수 있는 진동과 소음을 방지함으로써 운전자에게 부드럽고 편안한 조향감을 제공할 수 있는 효과가 있다.
웜휠, 웜, 웜 샤프트, 조향축, 부쉬, 스프링

Description

웜 기어 유격 보상 장치를 구비한 전동식 동력 보조 조향장치{Electric Power Steering System Equipped with Clearance Compensator for Use in Worm Gear}
도 1은 종래 사용하는 컬럼 타입 전동식 동력 보조 조향장치의 내부 구조를 나타낸 수평 단면도,
도 2는 종래 사용하는 컬럼 타입 전동식 동력 보조 조향장치의 내부 구조를 나타낸 수직 단면도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 컬럼 타입 전동식 동력 보조 조향장치의 웜 기어 유격 보상 장치 구조를 간략하게 나타낸 분해 사시도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 컬럼 타입 전동식 동력 보조 조향장치의 웜 기어 유격 보상 장치 구조에 관한 내부 수직 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
102: 웜 104: 웜 샤프트
106: 웜 샤프트 베어링 108: 모터축
110: 모터 112: 조향축
114: 웜휠 116: 하우징
202: 조향축 제 1 베어링 204: 조향축 제 2 베어링
306: 브라켓 308: 부쉬
310: 스프링 312: 홈
본 발명은 웜 기어 유격 보상 장치를 구비한 전동식 동력 보조 조향장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 조향축에 웜휠이 장착되고 웜휠에 이물림되는 웜이 형성된 웜 샤프트가 모터에 의해 구동되는 전동식 동력 보조 조향장치에 있어서, 스프링을 이용해 조향축의 베어링에 경방향 하중을 발생시켜 웜 기어에 마모가 발생하더라도 웜휠이 웜에 치합되도록 하중이 작용함으로써 유격의 발생을 방지하는 웜 기어 유격 보상 장치를 구비한 전동식 동력 보조 조향장치에 관한 것이다.
차량 조향장치의 최근 기술 동향은 조향 상태의 안정성 및 부드럽고 편안한 조향감 등 안전과 함께 운전자의 편리성을 추구하는 방향으로 연구개발이 이루어지고 있다. 이러한 개발 추세에 따라 운전자의 조향감을 향상시키기 위한 방법으로 유압식 또는 전동식 등의 다양한 동력 보조 조향장치들이 개발되고 있는데, 유압식에 비해 전동식이 경량화되고 에너지 소모량이 적으며 차량 연비가 향상 되는 잇점 때문에 전동식 동력 보조 조향장치들의 사용이 늘어나고 있는 추세이다.
전동식 동력 보조 조향장치는 차속 센서 및 조향 토크 센서 등에서 감지한 차량의 운행 조건에 따라 전자 제어 장치에서 모터를 구동시켜 운전자의 조향 토크를 보조함으로써, 저속 운행시에는 가볍고 편안한 조향 상태를 제공하고, 고속 운 행시에는 무겁고 안정적인 조향 상태를 제공하며, 돌발적인 비상 상황에서는 이에 대처하여 급속한 조향 운전이 가능하도록 하는 등 운전자에게 최적의 조향감을 유지할 수 있도록 하는 조향 성능을 제공한다.
이러한 전동식 동력 보조 조향장치는 장착되는 위치에 따라 여러 가지 종류로 나눠질 수 있는데, 컬럼 타입 전동식 동력 보조 조향장치(C-EPS: Column Assist Type Electric Power Steering System)는 운전석의 조향 휠과 차량 하부의 기어박스를 연결하는 조향축을 차체에 고정하기 위한 조향 컬럼 부위에 전동 모터를 구비한 동력 보조 조향장치를 설치하여 운전자가 조작하는 조향 휠의 회전력이 동력 보조 조향장치에 의해서 기어박스에 전달될 수 있도록 하는 장치이다.
도 1은 종래 사용하는 컬럼 타입 전동식 동력 보조 조향장치의 내부 구조를 나타낸 수평 단면도이고, 도 2는 종래 사용하는 컬럼 타입 전동식 동력 보조 조향장치의 내부 구조를 나타낸 수직 단면도이다.
중간부에 웜(102)이 형성된 웜 샤프트(104)가 구비되고 웜 샤프트(104)의 양단에는 웜 샤프트 베어링(106)이 각각 설치되어 웜 샤프트(104)를 지지하며 웜 샤프트(104)는 모터축(108)과 연결되어 모터(110)의 구동에 의해 웜 샤프트(104)가 회전하는 구조로 되어 있다.
웜 샤프트(104)의 중간부에 형성된 웜(102)과 이물림될 수 있도록 웜(102)의 외경 일측에는 웜휠(114)이 구비되며, 웜휠(114)은 운전자가 조작하는 조향 휠(미도시)의 회전력을 전달하는 조향축(112)에 장착되어, 모터(110)의 구동에 의한 웜 샤프트(104)의 회전력이 조향축(112)에 전달되는 구조이다.
따라서, 차량 운행 조건에 따라 차량에 구비된 전자 제어 장치에 의해 모터(110)의 구동을 제어하고 모터(110)의 구동에 의한 웜 샤프트(104)의 회전력이 운전자가 조작하는 조향 휠(미도시)의 회전력에 부가하여 조향축(112)에 전달됨으로써 운전자의 조향 운전 상태를 부드럽고 안정적으로 유지할 수 있게 된다.
웜 기어 방식으로 이물림되는 웜휠(114)과 웜 샤프트(104)는 외부로부터의 보호를 위해 하우징(116) 내부에 장착되지만, 도 2의 웜 기어 치형 확대도에서 점선으로 도시한 바와 같이 사용에 따라 접촉되는 기어의 치는 마모가 발생하며 마모량이 커짐에 따라 웜휠(114)과 웜(102)의 이물림에 유격이 증가하고 또한 웜휠(114)이 장착된 조향축(112)의 제 2 베어링(204)과 끼워맞춤되는 하우징(116) 내부 형상의 변형 또는 제작 공차 등의 이유로 제 2 베어링(204)이 하우징(116) 내부에서 경방향의 유격이 발생하게 되면 웜휠(114)과 웜(102)의 이물림에 유격이 발생하게 되므로, 이러한 유격에 따른 진동 및 소음이 발생하고 운전자의 조향감을 저해하는 문제점이 있었다.
또한 웜휠(114)과 웜(102)의 이물림 유격을 보상하기 위한 방법으로 웜 샤프트(104)에 변위를 발생시켜 웜휠(114)과 웜(102)이 치합되도록 하는 경우에는 웜 샤프트(104)의 변위 발생에 따라 구동 모터(110)에 노이즈가 유발될 수 있어 부드럽고 편안한 조향 운전을 저해하게 되는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 조향축에 웜휠이 장착되고 웜휠에 이물림되는 웜이 형성된 웜 샤프트가 모터에 의해 구동 되는 전동식 동력 보조 조향장치에 있어서, 웜휠과 웜의 이물림에 유격이 발생한 경우 웜 샤프트의 위치는 고정 상태로 유지하고, 조향축의 베어링의 외주면에 접촉하도록 탄성력을 가진 원통형 부쉬를 베어링과 하우징 사이에 삽입하여 베어링의 하우징 내부에서의 경방향 유격에 의한 진동을 방지하고, 조향축의 베어링에 스프링을 이용한 경방향 하중을 가함으로써 조향축에 축의 직각 방향으로 변위를 발생시켜 조향축과 웜 샤프트 사이의 축간 거리를 좁혀 웜휠과 웜의 이물림 유격을 보상하는 장치를 구비한 전동식 동력 보조 조향장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 조향축에 웜휠이 장착되고 상기 웜휠에 이물림되는 웜이 형성된 웜 샤프트가 모터에 의해 구동되는 전동식 동력 보조 조향장치에 있어서, 상기 조향축의 베어링에 경방향 하중을 가하여 상기 웜휠과 상기 웜이 유격없이 이물림되도록 하며, 상기 베어링을 포함하고 고정하는 하우징의 내부에 삽입되는 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 웜 기어 유격 보상 장치를 구비한 전동식 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 경 우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 컬럼 타입 전동식 동력 보조 조향장치의 웜 기어 유격 보상 장치 구조를 간략하게 나타낸 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 컬럼 타입 전동식 동력 보조 조향장치의 웜 기어 유격 보상 장치 구조에 관한 내부 수직 단면도이다.
운전자가 조작하는 조향 휠(미도시)의 회전력을 하부의 유니버설 조인트까지 전달하는 조향축(112)에 웜휠(114)을 장착하고 웜휠(114)과 이물림되는 웜(102)이 형성된 웜 샤프트(104)를 구비한다. 웜 샤프트(104)의 중간부에 웜(102)이 형성되고 웜 샤프트(104)의 양단에는 베어링이 각각 설치되어 웜 샤프트(104)를 지지하며 웜 샤프트(104)의 일단측은 모터축과 연결되어 모터(110)의 구동에 의해 웜 샤프트(104)가 회전하는 구조이다.
모터(110)의 구동에 의한 웜 샤프트(104)의 회전에 의해 웜 샤프트(104)에 형성된 웜(102)과 이물림되는 웜휠(114)이 회전하는 구조이므로 모터(110)의 구동에 의한 웜 샤프트(104)의 회전력을 웜 샤프트(104)의 축방향과 직각 방향인 조향축(112)으로 전달하게 된다. 따라서 운전자가 조작하는 조향 휠(미도시)의 회전력과 모터(110)의 구동에 의한 회전력이 합성되어 조향 운전이 되는 구조이다.
웜(102)과 웜휠(114)을 포함하여 웜 기어를 형성하는 부위는 하우징(116) 내부에 설치되어 고정된다. 웜휠(114)이 장착된 조향축(112)은 하우징(116) 내부에서 웜휠(114)이 장착된 부위의 하단부에 제 1 베어링(202)과 제 2 베어링(204)에 의해 지지되며, 제 1 베어링(202)은 제 2 베어링(204)의 상부에 설치되고 제 2 베어링 (204)은 일측단이 하우징(116) 밑면과 동일 면상에 위치하도록 설치된다.
제 1 베어링(202)은 하우징(116) 내측면에 형성된 단턱에 의해 상하 고정되고 제 1 베어링(202)의 외주면이 하우징(116)에 형성된 내측면과 접촉하여 경방향 고정된다. 제 2 베어링(204)은 하우징(116) 내측면에 형성된 단턱과 하우징(116) 밑면에 부착한 차량 장착용 브라켓(306)에 의해 상하 고정되고 제 2 베어링(204)의 외주면에 접촉하도록 제 2 베어링(204)의 외주면과 하우징(116)의 내측면 사이에 탄성력을 가진 부쉬(308)를 삽입하여 부쉬(308)의 탄성력에 따라 경방향 변위를 가질 수 있으며 진동을 흡수할 수 있는 구조로 한다.
또한 제 2 베어링(204)의 부쉬(308)에 접촉하는 하우징(116) 내측면에 홈(312)을 형성하고 홈(312)에 스프링(310)을 삽입하여 스프링(310)의 탄성력에 의해 제 2 베어링(204)에 경방향 하중을 가할 수 있는 구조로 한다. 스프링(310)에 의해 작용하는 제 2 베어링(204)에 대한 경방향 하중에 의해 제 2 베어링(204)과 함께 조향축(112)은 경방향 변위가 발생하게 되고, 이 경우 변위가 발생할 수 없도록 유격 없이 하우징(116)에 고정된 제 1 베어링(202)를 중심으로 하여 조향축(112)에 모멘트가 발생하므로 힘의 평형 원리에 의해 조향축(112)의 제 1 베어링(202)이 장착된 부위를 중심으로 한 상부와 하부는 서로 동일 평면상의 반대 방향 변위가 발생하게 된다. 즉, 제 2 베어링(204)에 스프링(310)에 의한 경방향 하중이 작용하여 조향축(112)에 변위가 발생한 경우, 웜휠(114)이 장착된 부위의 조향축(112)의 변위는 제 1 베어링(202)이 장착된 부위의 상부이므로 제 1 베어링(202)이 장착된 부위의 하부인 제 2 베어링(204)이 장착된 부위의 조향축(112) 변위와 동일 평면상의 반대 방향으로 발생하게 된다.
따라서, 제 2 베어링(204)에 경방향 하중을 가하도록 스프링(310)이 삽입된 하우징(116)의 내측면에 형성된 홈(312)의 위치에 따라 스프링(310)의 하중 방향 및 조향축(112)의 변위 방향이 변화하게 되므로 웜휠(114)이 장착된 부위의 조향축(112) 변위가 도 4에 도시한 화살표 방향인 웜 샤프트(114) 방향으로 발생하고 제 2 베어링(204) 부위의 조향축(112) 변위는 반대 방향으로 발생할 수 있도록 원통형의 하우징(116) 내측면 전체 부위 중에 웜 샤프트(104) 방향의 반원에 해당하는 부위에 홈(312)을 형성한 구조로 하며, 바람직하게는 홈(312)의 중심이 웜 샤프트(104)로부터 최단 거리에 위치하는 부위에 홈(312)을 형성한 구조로 한다.
또한 하우징(116) 내측면에 형성된 홈(312)은 하우징(116) 밑면이 개방된 구조로 되도록 하우징(116) 밑면까지 연장되어 하우징(116) 밑면에서 홈(312)에 스프링(310)을 삽입하고 개방된 하우징(116) 밑면은 차량 장착용 브라켓(306)을 부착하여 마감함으로써 작업 공정을 편리하게 하는 구조로 하는 것이 바람직하다.
이상에서 설명한 바와 같이 도 4의 웜 기어 치형 확대 단면도에 도시된 웜휠(114)과 웜(102)의 이물림 유격이 발생한 경우 스프링(310)을 이용한 경방향 하중에 의해 도 4에 도시한 화살표 방향으로 웜휠(114)이 장착된 부위의 조향축(112)에 변위를 발생시킴으로써 유격없이 이물림하는 구조이다.
하우징(116) 내측면에 형성된 홈(312)에 삽입하여 제 2 베어링(204)에 경방향 하중을 가하는 스프링(310)은 판 스프링(310) 또는 코일 스프링(미도시)을 사용할 수 있으며 본 발명의 일 실시예에 따라 판 스프링(310)을 도시하였다. 또한 제 2 베어링(204)의 외주면과 하우징(116)의 내측면 사이에 삽입하는 탄성력을 가진 부쉬(308)는 고무를 재질로 하는 부쉬(308)를 도시하였으나 탄성력이 있는 다른 재질의 부쉬를 사용할 수도 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라 본 발명은 제 2 베어링(204)에 탄성력을 가진 부쉬(308)를 구비하고 제 2 베어링(204)에 경방향 하중을 가하는 스프링(310)이 하우징(116) 내측면에 형성된 홈(312)에 삽입되는 구조로 설정하였으나, 본 발명은 제 2 베어링(204)에 탄성력을 가진 부쉬(308)를 구비하는 것만으로 부쉬(308)의 탄성력에 의한 웜 기어의 유격 보상과 진동 흡수하는 구조이므로 제 2 베어링(204)에 탄성력을 가진 부쉬(308)를 구비하는 구조로 하여 본 발명의 일 실시예를 설정할 수 있다.
또한 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 컬럼 타입 전동식 동력 보조 조향장치에 대하여 설정하였으나 다양한 타입의 전동식 동력 보조 조향장치에 적용이 가능하며 컬럼 타입으로 한정되는 것은 아니다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 웜휠과 웜의 이물림에 유격이 발생한 경우 탄성력을 가진 부쉬와 베어링에 경방향 하중을 가하는 스프링에 의해 조향축에 변위를 발생시켜 웜휠과 웜의 이물림 유격을 보상함으로써 전동식 동력 보조 조향장치를 장착한 차량의 조향 운전시에 웜 기어 이물림 유격에 의해 발생할 수 있는 진동과 소음을 방지함으로써 운전자에게 부드럽고 편안한 조향감을 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 조향축에 웜휠이 장착되고 상기 웜휠에 이물림되는 웜이 형성된 웜 샤프트가 모터에 의해 구동되는 전동식 동력 보조 조향장치에 있어서,
    상기 조향축에 구비되는 베어링;
    상기 베어링을 둘러싸는 하우징; 및
    상기 베어링의 외부 및 상기 하우징의 내부 사이에 삽입되어 상기 베어링에 경방향 하중을 가함으로써 상기 웜휠과 상기 웜이 유격없이 이물림되도록 하는 스프링
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 웜 기어 유격 보상 장치를 구비한 전동식 동력 보조 조향장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 베어링 외주면에 접촉하도록 상기 베어링과 상기 하우징 사이에 삽입된 탄성력을 가진 원통형 부쉬를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 웜 기어 유격 보상 장치를 구비한 전동식 동력 보조 조향장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 하우징의 내부에 삽입되는 스프링은 상기 탄성력을 가진 원통형 부쉬의 외주면과 접촉하는 상기 하우징의 내측면에 홈을 형성하고 상기 홈에 상기 스프링이 삽입되는 것을 특징으로 하는 웜 기어 유격 보상 장치를 구비한 전동식 보조 조향장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 탄성력을 가진 원통형 부쉬는 고무 재질인 것을 특징으로 하는 웜 기어 유격 보상 장치를 구비한 전동식 동력 보조 조향장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스프링은 판 스프링으로서, 플레이트를 "V"자형으로 절곡하여 절곡된 상기 플레이트의 복원력을 이용한 것을 특징으로 하는 웜 기어 유격 보상 장치를 구비한 전동식 동력 보조 조향장치.
KR1020050054137A 2005-06-22 2005-06-22 웜 기어 유격 보상 장치를 구비한 전동식 동력 보조조향장치 KR100695450B1 (ko)

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