KR101039742B1 - 전동식 파워 스티어링 장치 - Google Patents

전동식 파워 스티어링 장치 Download PDF

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Abstract

개시된 본 발명은 전동식 파워 스티어링 장치에 관한 것으로서 그 기술적인 구성은, 랙 하우징 일측에 연장 형성된 모터 하우징에 모터가 체결되어 이 모터에 의해 차량 조향에 필요한 조력을 발생토록 하는 전동식 파워 스티어링 장치에 있어서, 상기 모터 하우징에 체결되는 모터의 구동 샤프트 단부 내경과 이 모터로 부터 출력된 회전속도를 감속시켜주는 감속기의 베벨 피니언 종동 샤프트 단부 외경에 각각 경사진 테이퍼 스플라인부가 형성되어 상호 테이퍼 스플라인 치합되어 동력이 전달될 수 있도록 구성되는 것을 요지로 한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 모터와 감속기의 테이퍼 스플라인 연결부위에 유격이 발생되는 것을 조기에 차단하여 모터 구동시 이 유격으로 인해 발생되는 소음을 방지할 수 있으며, 모터와 모터 하우징 사이에는 연질의 플레이트가 개재되므로서, 상기 모터 샤프트의 축방향이동을 조절하여 스플라인 연결부위의 유격 및 물림률을 별도로 조율할 수 있고, 동시에 테이퍼 스플라인 연결부위의 마모로 인한 유격도 보상할 수 있게 된다.
랙 타입 전동식 스티어링 장치, 모터, 감속기, 테이퍼 스플라인, 플레이트

Description

전동식 파워 스티어링 장치{An Electric Type Power Steering System}
도 1은 종래의 랙 타입 전동식 파워스티어링 장치(R-EPS)를 나타낸 개략 구성도.
도 2는 종래 전동식 파워 스티어링 장치의 전동 모터 설치부를 확대 도시한 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 전동식 파워 스티어링 장치의 전동 모터 설치부를 확대 도시한 요부 확대 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 전동식 파워 스티어링 장치의 베벨 피니언을 확대 도시한 측면도.
도 5는 본 발명인 전동식 파워 스티어링 장치의 유격조절상태를 보인 작동 상태 단면도.
*도면의 주요 부위에 대한 부호 설명*
100...랙 하우징 101...모터 하우징
110...랙바 112...스크류부
120...모터 122...구동 샤프트
124,134...테이퍼 스플라인부 130...베벨 피니언
132...종동 샤프트 140...베벨 기어
150...플레이트 160...볼너트
162...스틸볼 164...베어링
본 발명은 모터에 의해 차량 조향에 필요한 조력(助力)을 발생토록 하는 전동식 파워 스티어링 장치에 관한 것으로, 이는 특히, 랙타입 전동식 스티어링 장치내에서 조향에 필요한 조력을 발생토록 하는 모터 구동 샤프트와 이 모터로 부터 출력된 회전속도를 감속시켜주는 감속기의 종동 샤프트를 상호 테이퍼 스플라인(Taper spline) 형식으로 연결토록 하므로서, 조립후 상기 스플라인 연결부위에 유격이 발생되는 것을 조기차단하여 모터 구동시 유격으로 인한 소음을 미연에 방지할 수 있도록 한 전동식 파워 스티어링 장치에 관한 것이다.
일반적으로 차량에는 조향상태의 안정성을 보장하기 위해 파워 스티어링 시스템이 적용되는바, 이와 같은 파워 스티어링 장치는 기존에는 유압을 이용한 유압식 파워 스티어링 장치(HPS; Hydraulic Power Steering System)가 차량에 널리 이용되었으나, 최근에는 유압을 사용하던 기존의 방식과는 달리 모터의 회전력을 이용하여 운전자의 조향력을 쉽게 해주며 환경친화적인 전동식 파워 스티어링 장치(EPS; Electrical Power Steering System)의 설치가 증가되는 추세이다.
상기 전동식 파워 스티어링 장치는, 차속센서 및 조향토크센서 등에서 감지한 차량의 운행조건에 따라 ECU에서 모터를 구동시켜 저속 운행시에는 가볍고 편안한 조향감을 부여하고, 고속 운행시에는 무거운 조향감과 더불어 양호한 방향 안정성을 부여하며, 비상 상황에서는 급속한 조향이 이루어지도록 하여 운전자에게 최적의 조향 조건을 제공하게 된다.
한편, 이와 같은 전동식 파워 스티어링 장치는 그 설치상태에 따라 칼럼타입(C-EPS)과, 피니언 타입(P-EPS) 및 랙 타입(R-EPS)으로 세분된다.
상기와 같은 전동식 파워 스티어링 장치 중 상기 랙 타입(R-EPS) 스티어링 장치는, 랙 하우징 일측에 둔각 또는 예각의 기울기를 지니며 설치된 전동 모터의 피니언 기어가 랙바 일측 외주부를 지지하고 있는 볼 너트의 종동기어와 치합된 상태에서 전동 모터의 구동력에 의해 볼 너트를 회전시키게 되고, 이 회전력에 의해 랙바를 좌·우 슬라이딩 시키므로서, 핸들 조타에 따른 조력(助力)을 발생하게 된다.
도 1은 이와 같은 랙 타입 전동식 파워스티어링 장치(R-EPS)의 전체적인 구성상태를 도시한 단면도 로서, 이에 도시된 바와 같이 랙 타입 전동식 파워스티어링 장치는, 그 외주면 일측에 랙 기어(Rack gear;20)를 갖는 랙바(Rack bar;2)가 랙 하우징(1)에 내설되며, 상기 랙바(2) 양단부에는 타이로드(Tie load;3)가 볼 조인트(Ball joint)되어 랙바(2)의 슬라이딩에 의한 상기 타이로드의 작동에 의해 차륜이 가변되도록 구성된다.
그리고, 랙바(2) 일측에는 조향축으로 부터 회전토크를 전달받아 전술한 바 와 같이 랙바(2)를 슬라이딩 토록하는 피니언 축(4)이 설치되고, 이 피니언 축(4) 일단에는 피니언 기어(미도시)가 구비되어 랙바(2) 일측에 형성된 상기 랙 기어(20)와 치합되어 피니언 축(4)의 회전운동을 랙바(2)의 수평운동으로 변환하게 된다.
계속해서, 상기 랙 하우징(1) 타측에는 전술한 피니언 축(4)에 의한 랙바 슬라이딩 운동을 어시스트(assist)하는 전동 모터(5)가 랙바의 중심축선과 예각 또는 둔각 등을 이루며 설치된다.
도 2는 상기와 같은 전동식 파워 스티어링 장치의 전동 모터 설치부를 확대 도시한 단면도 로서, 전동 모터(5)의 회전 샤프트(50) 단부 내경과 감속기의 베벨 피니언(6)의 샤프트(60) 외경에는 각각 스플라인(또는 세레이션)부가 형성되어 상호 평 스플라인(또는 세레이션) 연결되어 동력을 전달토록 구성되며, 랙 하우징(1) 내에서 랙바(2)의 타측을 지지토록 구비된 볼너트(8)의 외측에는 베벨기어(7)가 구비되어 상기 베벨 피니언(6)과 치합되어 감속기를 이룬다.
상기 볼너트(8)는 랙 하우징 내에서 볼 베어링(9)에 의해 회전토록 설치되되 그 내측에는 스크류(22)가 형성된 랙바(2) 타측이 볼(10)을 매개로 슬라이딩 가능토록 삽입토록 구성되어 모터 구동에 의한 볼너트의 회전으로 랙바의 좌,우 슬라이딩 운동을 어시스트하게 된다.
그러나, 이와 같은 구성되는 랙 타입 전동식 파워 스티어링 장치에 있어서, 종래에는 전술한 바와 같이 모터(5)의 회전 샤프트(50)와 감속기의 베어링에 의해 지지되는 베벨 피니언(6)의 샤프트(60)가 동축선상에서 평 스플라인(또는 세레이션) 연결되어 동력을 전달토록 구성되므로서, 모터 구동시에 모터와 베벨 피니언이 연결된 축의 길이방향 및 직각방향으로 작용하는 가진에 의해 상기 스플라인 연결부위에는 유격이 발생되었고, 이렇게 발생된 유격은 차량의 내구성을 저하시킴과 동시에, 소음을 발생시켜 제품의 신뢰도를 저하시키는 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 전동식 파워 스티어링장치에 따른 문제점을 개선시키기 위해 안출된 것으로 그 목적은, 랙타입 전동식 스티어링 장치내에서 조향에 필요한 조력을 발생토록 하는 모터의 구동 샤프트와 이 모터로 부터 출력된 회전속도를 감속시켜주는 감속기의 베벨 피니언 구동 샤프트를 상호 테이퍼 스플라인(Taper spline) 형식으로 연결토록 하므로서, 조립후 상기 스플라인 연결부위에 유격이 발생되는 것을 조기에 차단하여 모터 구동시 이 유격으로 인해 발생되는 소음을 방지함과 아울어 장치의 내구성을 향상시킬 수 있는 전동식 파워 스티어링 장치를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 기술적인 수단으로서 본 발명은, 랙 하우징 일측에 연장 형성된 모터 하우징에 모터가 체결되어 이 모터에 의해 차량 조향에 필요한 조력을 발생토록 하는 전동식 파워 스티어링 장치에 있어서, 상기 모터 하우징에 체결되는 모터의 구동 샤프트와, 상기 구동 샤프트에 결합되는 베벨 피니언의 종동 샤프트 단부 외경에 각각 경사진 테이퍼 스플라인부가 형성되어 상호 테이퍼 스플라인 치합되어 동력이 전달될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 장치를 마련함에 의한다.
그리고, 본 발명은 상기 테이퍼 스플라인 연결되는 모터의 구동 샤프트와 베벨 피니언 종동 샤프트의 축방향 물림률을 조율할 수 있도록 상기 모터하우징의 플랜지 단부에는 연질의 플레이트가 더 포함되어 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부도면에 의거하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 전동식 파워 스티어링 장치의 전동 모터 설치부를 확대 도시한 요부 확대 단면도 로서, 차륜을 가변시키도록 하는 랙바(110)가 랙 하우징(100)에 내설된 상태에서 회전되는 볼너트(160)에 의해 그 일측이 지지토록 구성되되, 상기 볼너트(160)는 랙 하우징 내에서 볼 베어링(164)에 의해 회전토록 설치되며 그 내측에는 상기 랙바(110) 타측의 스크류부(112)가 볼(162)을 매개로 슬라이딩 가능토록 설치되어 모터(120) 구동에 의한 볼너트(160)의 회전으로 랙바(110)의 좌,우 슬라이딩 운동을 어시스트하게 된다.
그리고, 상기 볼너트(160) 외측에는 베벨기어(140)가 구비되고, 랙 하우징(100)에 일체로 연장형성된 모터 하우징(101)내에는 베벨 피니언(130)이 베어링에 의해 회전토록 지지된채로 상기 베벨기어(140)와 치합되어 감속기를 이룬 다.
계속해서, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 베벨 피니언(130)의 종동 샤프트(132) 단부 외경에는 일측으로 갈수록 경사진 테이퍼 각(α)를 갖는 테이퍼 스플라인부(134)가 형성되며, 전술한 모터 하우징(101)에 나사체결토록 되는 모터(120)의 구동 샤프트(122) 내경에 역시 일측으로 갈수록 경사진 테이퍼 각(α)를 갖는 테이퍼 스플라인부(124)가 형성되어 이 모터(120)의 구동 샤프트(122)가 상기 베벨 피니언의 종동 샤프트(132)와 테이퍼 스플라인 결합된다.
이때, 상기 테이퍼 스플라인으로 연결되는 모터의 구동 샤프트(122)와 베벨 피니언 종동 샤프트(132)의 축방향 물림률 및 축 직각방향의 유격을 조율할 수 있도록 상기 모터 하우징(101)의 플랜지 단부에는 연질의 플레이트(150)가 구비된다.
따라서, 상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명은, 전술한 바와 같이 조향력 어시스트를 위해 설치된 모터(120)의 구동 샤프트(122)와, 상기 모터(120)로 부터 회전토크를 전달받아 출력된 회전속도를 감속시켜주는 감속기의 베벨 피니언 종동 샤프트(132)가 서로 테이퍼 스플라인(또는 세레이션) 치합형태로 연결되므로서, 모터(120) 구동시 또는 차량 주행에 따른 차량진동에 의해 상기 샤프트(122,132)의 연결부위가 가진되었을때 샤프트의 축 직각방향으로 발생되는 유격을 없앨 수 있어 이 유격으로 발생되는 불규칙한 소음을 미연에 방지할 수 있게 된다.
이에 더하여, 상기 모터 하우징(101)의 플랜지 단부에는 연질의 플레이트(150)가 구비되므로서, 테이퍼 스플라인으로 연결되는 모터의 구동 샤프트(122)와 베벨 피니언 종동 샤프트(132)의 축방향 물림률 및 축 직각방향의 유격을 조율할 수 있게 된다.
즉, 도 5의 작동 상태도에서 보이는 바와같이 일반적인 나선체결방식으로 체결되는 모터(120)의 단부와 모터 하우징(101)의 플랜지 사이에 상기한 바와 같이 연질의 플레이트(150)를 개재하면 상호 나선체결정도에 따라 모터(120)의 구동 샤프트(122)가 그 축방향으로 이동되어 베벨 피니언 종동 샤프트(132)와의 최적의 스플라인 물림상태를 조절할 수 있게 되며, 동시에 스플라인 연결부위에서 발생되는 축 직각방향의 유격을 없앨 수 있게 된다.
또한, 테이퍼 스플라인 연결부위의 마모로 인해 유격이 발생될 경우에도 상기 모터(120)와 모터 하우징(101)에는 전술한 연질의 플레이트(150)가 개재되어 있기 때문에 간단히 체결정도를 조율하므로서 마모에 따른 유격을 보상 할 수 있게 된다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명인 전동식 파워 스티어링 장치에 의하면, 랙타입 전동식 스티어링 장치내에서 차량의 조타력을 어시스트하는 모터의 구동 샤프트와 이 모터로 부터 출력된 회전속도를 감속시켜주는 감속기의 베벨 피니언 종동 샤프트가 상호 테이퍼 스플라인(Taper spline) 형식으로 연결되므로서, 조립후 상기 스플라인 연결부위에 유격이 발생되는 것을 조기에 차단하여 모터 구동시 이 유격으로 인해 발생되는 소음을 방지함과 아울어 장치의 내구성을 향상시킬 수 있 고, 모터와 모터 하우징 사이에는 연질의 플레이트가 개재되므로서, 상기 모터의 구동 샤프트의 축방향이동을 조절하여 스플라인 연결부위의 유격 및 물림률을 별도로 조율할 수 있으며, 동시에 테이퍼 스플라인 연결부위의 마모로 인한 유격도 보상할 수 있는 우수한 효과가 있다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구의 범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자는 용이하게 알수 있음을 밝혀두고자 한다.

Claims (2)

  1. 랙 하우징(100) 일측에 연장 형성된 모터 하우징(101)에 모터(120)가 체결되어 이 모터(120)에 의해 차량 조향에 필요한 조력을 발생토록 하는 전동식 파워 스티어링 장치에 있어서,
    상기 모터 하우징(101)에 체결되는 모터(120)의 구동 샤프트(122)와, 상기 구동 샤프트(122)에 결합되는 베벨 피니언의 종동 샤프트(132)에는 각각 경사진 테이퍼 스플라인부(124,134)가 형성되어 상호 테이퍼 스플라인 결합되어 동력이 전달될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    테이퍼 스플라인 연결되는 모터(120)의 구동 샤프트(122)와 베벨 피니언(130)의 종동 샤프트(132)의 유격을 없앨 수 있도록 상기 모터 하우징(101)의 플랜지 단부에는 연질의 플레이트(150)가 더 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 장치.
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