KR101137109B1 - Electric Power Steering Apparatus of Non-circulating Ball Screw Type Equipped with Elastic Spacer - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비순환형 볼 스크류 전동식 조향장치에 관한 것이다.The present invention relates to an acyclic ball screw electric steering device.
본 발명은 조향 보조 동력을 공급하기 위한 모터를 포함하는 전동식 조향장치에 있어서 외주면에 제 1 스크류홈을 구비하는 랙바, 상기 제 1 스크류홈에 대향하는 제 2 스크류홈을 내주면에 구비하되 상기 랙바를 둘러싸는 볼 너트, 상기 제 1 스크류홈 및 상기 제 2 스크류홈에 접하는 볼, 상기 볼의 이동을 구속하는 멈춤부, 상기 볼 사이에 삽입되는 스페이서(Spacer)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 비순환형 볼스크류 전동식 조향장치를 제공한다.The present invention provides an electric steering apparatus including a motor for supplying steering auxiliary power, wherein a rack bar having a first screw groove on an outer circumferential surface thereof is provided on an inner circumferential surface thereof with a second screw groove facing the first screw groove. Non-circulating comprising a ball nut surrounding, the ball in contact with the first screw groove and the second screw groove, a stop for restraining the movement of the ball, a spacer inserted between the ball It provides a type ball screw electric steering device.
본 발명에 의하면 볼 사이에 탄성이 있는 스페이서를 구비한 비순환형 볼 스크류 전동식 조향장치를 제공함으로써 기존의 전동식 조향장치에 비하여 마찰 및 소음을 줄이면서 볼이 끝단에 이르렀을 경우에도 에너지를 흡수하여 조향 기구부에서의 끝단 걸림 현상이 없는 효과가 있다.According to the present invention, by providing a non-circulating ball screw electric steering device having a spacer with elasticity between the balls, steering is absorbed by absorbing energy even when the ball reaches the end while reducing friction and noise as compared to the conventional electric steering device. There is no effect of end jamming in the mechanism part.
비순환형 볼 스크류 전동식 조향장치, 볼, 볼너트, 스페이서 Acyclic Ball Screw Electric Steering, Ball, Ball Nut, Spacer
Description
도 1은 종래 기술에 의한 전동식 조향장치의 개략적인 구성도,1 is a schematic configuration diagram of an electric steering apparatus according to the prior art,
도 2는 종래 기술에 의한 전동식 조향장치의 부분 단면도,2 is a partial cross-sectional view of the electric steering apparatus according to the prior art,
도 3는 종래 기술에 의한 스페이서를 구비하지 않은 비순환형 볼스크류 전동식 조향장치의 단면도,3 is a cross-sectional view of a non-cyclic ball screw electric steering apparatus having no spacer according to the prior art;
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 스페이서를 구비한 비순환형 볼스크류 전동식 조향장치의 단면도,4 is a cross-sectional view of an acyclic ball screw electric steering apparatus having a spacer according to a first embodiment of the present invention;
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 스페이서의 단면도,5 is a cross-sectional view of a spacer according to a second embodiment of the present invention;
도 6는 본 발명의 볼과 스페이서가 끝단에 위치한 경우의 비순환형 볼스크류 전동식 조향장치의 단면도,Figure 6 is a cross-sectional view of the acyclic ball screw electric steering apparatus when the ball and the spacer of the present invention is located at the end,
도 7a는 종래 기술에 의한 볼의 진행 방향을 나타내는 개략도,7A is a schematic diagram showing a traveling direction of a ball according to the prior art;
도 7b는 본 발명에 의한 볼과 스페이서의 진행 방향을 나타내는 개략도이다.7B is a schematic view showing the advancing direction of the ball and the spacer according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
135: 랙 피니언 기구부 315: 볼135: rack pinion mechanism 315: ball
405: 볼너트 410: 랙바405: ball nut 410: rack bar
415: 스페이서(Spacer) 420: 제 1 스크류홈415: spacer 420: first screw groove
425: 제 2 스크류홈 430: 멈춤부425: second screw groove 430: stop
본 발명은 비순환형 볼스크류 전동식 조향장치에 관한 것이다. The present invention relates to an acyclic ball screw electric steering device.
보다 상세하게는 랙바 또는 볼스크류홈에 형성된 멈춤부에 의해 볼이 순환하지 않으며, 볼과 볼 사이에 탄성이 있는 스페이서를 삽입함으로써 볼이 끝단에 이르렀을 경우에도 에너지를 흡수하여 조향 기구부에서의 끝단 걸림 현상이 없는 것을 특징으로 하는 비순환형 볼스크류 전동식 조향장치에 관한 것이다.More specifically, the ball does not circulate by the stops formed in the rack bar or the ball screw groove, and by inserting an elastic spacer between the ball and the ball, even when the ball reaches the end, it absorbs energy and ends at the steering mechanism part. It relates to a non-circulating ball screw electric steering device characterized in that there is no locking phenomenon.
자동차의 조향장치는 일반적으로 유압 펌프의 유압을 이용한 유압식 조향장치(Hydraulic Power Steering Apparatus)가 사용되고 있지만, 최근에는 모터를 이용한 전동식 조향장치(Electric Power Steering Apparatus)가 점차로 보편화 되어 가고 있다.As a steering device of a vehicle, a hydraulic power steering device (Hydraulic Power Steering Apparatus) using a hydraulic pressure of a hydraulic pump is generally used, but in recent years, an electric power steering device (Electric Power Steering Apparatus) using a motor is becoming more and more common.
도 1은 종래 기술에 의한 전동식 조향장치의 개략적인 구성도이다.1 is a schematic configuration diagram of an electric steering apparatus according to the prior art.
도 1에서 도시하는 바와 같이 일반적인 전동식 조향장치는 조향휠(105)부터 양측 바퀴(150)에까지 이어지는 조향 계통(100) 및 조향 계통에 조향 보조 동력을 공급하는 보조 동력 기구(160)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 1, a general electric steering device includes a
조향 계통(100)은, 상단이 조향휠(105)에 연결되어 조향휠(105)과 함께 회전하고 하단은 한 쌍의 유니버설 조인트(115)를 매개로 피니언축(120)에 연결되는 조 향축(110)을 포함하여 구성된다. 또한, 피니언축(120)은 랙-피니언 기구부(135)를 통해 랙바(155)에 연결되고, 랙바(155)의 양단은 타이로드(140) 및 너클암(145)을 통해 자동차의 바퀴(150)에 연결된다.The
랙-피니언 기구부(135)는 피니언축(120)의 하단에 형성되는 피니언 기어(125)와 랙바(155)의 외주면 일측에 형성되어 있는 랙 기어(130)가 서로 맞물려서 형성되며, 랙-피니언 기구부(135)를 통해 피니언축(120)의 회전 운동이 랙바(155)의 직선 운동으로 변화한다. 따라서, 운전자가 조향휠(105)을 조작하면 피니언축(120)이 회전하고, 피니언축(120)의 회전에 따라 랙바(155)가 축 방향으로 직선 운동을 하며, 랙바(155)의 직선 운동이 타이 로드(140) 및 너클 암(145)을 통해 바퀴(150)를 조향하게 된다.Rack-
보조 동력 기구(160)는 운전자가 조향휠(105)에 가하는 조향 토크를 감지하고 감지된 조향 토크에 비례하는 전기 신호를 출력하는 토크 센서(117), 토크 센서(117)로부터 전해지는 전기 신호에 기초하여 제어 신호를 발생하는 전자 제어 장치(ECU: Electronic Control Unit, 163), 전자 제어 장치(163)로부터 전해지는 제어 신호에 기초하여 조향 보조 동력을 발생시키는 모터(165) 및 벨트를 매개로 모터(165)에서 발생한 보조 동력을 랙바(155)에 전달하는 벨트식 전동장치(170)를 포함하여 구성된다.The
도 2는 종래 기술에 의한 전동식 조향장치의 부분 단면도이다.2 is a partial cross-sectional view of the electric steering apparatus according to the prior art.
도 2에서 도시하는 바와 같이 일반적인 전동식 조향장치는 자동차의 횡 방향으로 연장되어 외주면 일측에 랙 기어를 구비하는 랙바(155), 랙 기어와 맞물리는 피니언 기어를 구비하는 피니언축(120), 볼(210)을 매개로 볼 스크류(215)와 맞물리는 볼 너트(205)를 포함하는 볼 스크류부(200), 볼 너트(205)와 모터축(235)을 연결하는 벨트식 전동장치(170) 및 모터(165)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 2, a general electric steering device includes a
피니언축(120)은 조향축을 통해 조향휠에 연결되고, 외주면 일측에 일정 길이의 스크류가 형성되어 있는 랙바(155)는 랙 하우징(230)에 내장된다. 또한, 랙 하우징(230)은 랙 기어 측의 제 1 하우징(225)과 모터 측의 제 2 하우징(220)으로 나뉜다.The
벨트식 전동장치(170)는 모터축(235) 및 볼 너트(205)를 연결하는 벨트를 포함하여 형성되며, 조향휠에 가해진 조향 토크에 비례하여 모터(165)에서 발생하는 조향 보조 동력을 볼 너트(205)를 통해 랙바(155)에 전달한다.Belt-
도 3은 종래 기술에 의한 스페이서를 구비하지 않은 비순환형 볼스크류 전동식 조향장치의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of an acyclic ball screw electric steering apparatus having no spacer according to the prior art.
도 3에서 도시하는 바와 같이 종래 기술에 의한 스페이서를 구비하지 않은 비순환형 볼스크류 전동식 조향장치는 본 출원인이 2006년 8월 10일자로 출원한 제 10-2006-0075639호의 발명 내용으로 본원 발명의 설명을 위해 그 구성요소를 설명한다. 스페이서를 구비하지 않은 비순환형 볼스크류 전동식 조향장치는 외주면에 제 1 스크류홈(320)을 구비하는 랙바(310), 내주면에 제 2 스크류홈(325)을 구비하는 볼 너트(305), 제 1 스크류홈(320) 및 제 2 스크류홈(325)에 접하는 볼(315) 및 볼(315)의 이동을 구속하는 멈춤부(330)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 3, the non-cyclic ball screw electric steering apparatus having no spacer according to the prior art is described in the present invention as filed with No. 10-2006-0075639 filed on August 10, 2006 by the present applicant. Its components are described for this purpose. The non-cyclic ball screw electric steering apparatus without a spacer includes a
이러한 종래의 기술에 의하는 경우 볼이 끝단에 도달 했을때 충격 에너지를 흡수하지 못해 끝단 걸림 현상이 발생 되고 볼이 완전한 구름 마찰을 하지 못하는 문제점이 있다.According to the conventional technology, when the ball reaches the end, the impact energy cannot be absorbed when the ball reaches the end, so that the ball does not have complete rolling friction.
따라서 본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 볼이 완전한 구름 마찰을 하여 소음을 줄이면서 볼이 끝단에 이르렀을 경우에도 에너지를 흡수하여 조향 기구부에서의 끝단 걸림 현상이 없는 탄성이 있는 스페이서를 구비한 비순환형 볼스크류 전동식 조향장치를 제공하는 데 그 주된 목적이 있다.Therefore, the present invention has been invented to solve the above problems, the ball absorbs energy even when the ball reaches the end while reducing the noise by the complete rolling friction, so that the elasticity without the end catching phenomenon in the steering mechanism portion The main object of the present invention is to provide a non-cyclic ball screw electric steering apparatus having a spacer.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 조향 보조 동력을 공급하기 위한 모터를 포함하는 전동식 조향장치에 있어서 외주면에 제 1 스크류홈을 구비하는 랙바, 상기 제 1 스크류홈에 대향하는 제 2 스크류홈을 내주면에 구비하되 상기 랙바를 둘러싸는 볼 너트, 상기 제 1 스크류홈 및 상기 제 2 스크류홈에 접하는 볼, 상기 볼의 이동을 구속하는 멈춤부 및 상기 볼 사이에 삽입되는 스페이서(Spacer)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 비순환형 볼스크류 전동식 조향장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a rack bar having a first screw groove on an outer circumferential surface of an electric steering apparatus including a motor for supplying steering auxiliary power, and an inner circumferential surface of a second screw groove facing the first screw groove. And a ball nut surrounding the rack bar, a ball contacting the first screw groove and the second screw groove, a stop portion for restraining the movement of the ball, and a spacer inserted between the balls. It provides a non-circulating ball screw electric steering device characterized in that the.
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 설명을 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First of all, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are used as much as possible even if displayed on different drawings. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 스페이서를 구비한 비순환형 볼스크류 전동식 조향장치의 단면도이다.4 is a cross-sectional view of an acyclic ball screw electric steering apparatus having a spacer according to a first embodiment of the present invention.
도 4에서 도시하는 바와 같이 본 발명의 제 1 실시예에 의한 스페이서(415)를 구비한 비순환형 전동식 조향장치는 외주면에 제 1 스크류홈(420)을 구비하는 랙바(410), 상기 제 1 스크류홈(420)에 대향하는 제 2 스크류홈(425)을 내주면에 구비하되 상기 랙바(410)를 둘러싸는 볼 너트(405), 상기 제 1 스크류홈(420) 및 상기 제 2 스크류홈(425)에 접하는 볼(315), 상기 볼(315)의 이동을 구속하는 멈춤부(430) 및 상기 볼(315) 사이에 삽입되는 스페이서(415)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 4, the non-cyclic electric steering apparatus including the
제 1 스크류홈(420)은 랙바(410)의 외주면에 나선 형상으로 형성되며, 제 2 스크류홈(425)은 제 1 스크류홈(420)에 대향하되 볼 너트(405)의 내주면에 형성된다. 볼 너트(405)는 랙바(410)의 외주면을 둘러싸고 볼(315)은 제 1 스크류홈(420) 및 제 2 스크류홈(425)에 접하면서 볼 너트(405)의 회전 운동이 랙바(410)의 직선 운동으로 바뀌게 함으로써 모터(미도시)의 동력이 랙바(410)에 전달된다.The
멈춤부(430)는 제 1 스크류홈(420)의 일측에 형성되어 볼(315)의 이동을 구속하는데, 필요에 따라 제 1 스크류홈(420)의 양측에 형성될 수도 있으며 제 2 스크류홈(425)에 형성될 수도 있다.The
또한 멈춤부(430)는 제 1 스크류홈(420)에 핀이나 볼 등을 삽입함으로써 형성될 수도 있고, 제 1 스크류홈에 스프링과 같은 탄성체나 돌출부를 구비함으로써 형성될 수도 있다.In addition, the
비순환형 볼스크류 전동식 조향장치에 의하면 볼(315)이 제 1 스크류홈(420) 및 제 2 스크류홈(425)을 따라 이동하다가 멈춤부(430)에 의해 이동이 제한되므로 순환을 하지 않게 되고 이때문에 순환형 볼스크류에 비해 소음이나 마찰이 줄어들게 되는 것이다.According to the non-circulating ball screw electric steering device, the
이때 스페이서를 구비하지 않은 비순환형 볼스크류 전동식 조향장치의 경우 볼(315)이 멈춤부(330)에 도달하는 순간 탄성이 없는 금속재의 볼(315)들로만 구성되어 있어서 부딪침에 의한 충격에너지를 흡수할 수 없기 때문에 조향휠 조작시 조향휠을 포함하는 조향 기구부에서 끝단 걸림 현상이 발생하게 된다.At this time, in the case of the non-cyclic ball screw electric steering device without the spacer, the
따라서 본 발명에 의하면 탄성이 있는 스페이서가 볼사이에 삽입됨으로써 구형의 스페이서가 탄성에 의해 타원형으로 변형되면서 볼들의 부딪침에 의한 충격량을 흡수하여 조향휠 작동 효율이 완만하게 떨어져 끝단 걸림 현상이 없어지게 된다. Therefore, according to the present invention, since the spacer having elasticity is inserted between the balls, the spherical spacer is deformed into an elliptical shape by elasticity and absorbs the impact amount caused by the impact of the balls, so that the steering wheel operation efficiency is smoothly dropped so that the end locking phenomenon is eliminated. .
스페이서(415)는 그 크기가 볼(315)에 비하여 직경이 약 0.01~0.09mm 작고 볼과 볼 사이에서 접촉되며 구름 이동되는데, 이렇게 볼사이에 삽입되는 스페이서(415)의 배치는 볼(315)과 교번으로 배치되는 것이 바람직하나 반드시 그에 한정되는 것은 아니며, 끝단 걸림 정도나 소음의 정도에 따라 스페이서 사이에 볼이 둘이상 배치되게 할 수 있다.The
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 비순환형 볼스크류 전동식 조향장치의 스페이서의 단면도이다.5 is a cross-sectional view of a spacer of the acyclic ball screw electric steering apparatus according to the second embodiment of the present invention.
도 5에서 도시하는 바와 같이 본 발명에 의한 스페이서(415)를 구비한 비순 환형 볼스크류 전동식 조향장치의 스페이서(415)는 속이 꽉찬 구형의 탄성체(505)일 수도 있고, 속은 강체(510)이고 겉은 탄성체(515)로 구성된 구형일 수도 있으며, 속이 빈(520) 중공의 구형 탄성체(525)일 수도 있다. 탄성이 있는 스페이서의 재질로는 고무나 실리콘 등으로 이루어지는 탄성 부재가 사용되는 것이 바람직 하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 탄성에 의한 변형과 복원이 가능한 탄성 부재가 사용될 수 있다. As shown in FIG. 5, the
다만, 기타의 구성 및 작용은 본 발명의 제 1 실시예와 동일하기 때문에 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙이며, 그 상세한 설명은 생략한다.However, since the other configurations and operations are the same as in the first embodiment of the present invention, the same components are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
도 6은 본 발명에 의한 볼과 스페이서가 끝단에 위치한 경우의 비순환형 볼스크류 전동식 조향장치의 단면도이고, 도 7a는 종래 기술에 의한 볼의 진행 방향을 나타내는 개략도, 도 7b는 본 발명에 의한 볼과 스페이서의 진행 방향을 나타내는 개략도이다.Figure 6 is a cross-sectional view of the non-cyclic ball screw electric steering apparatus when the ball and the spacer according to the present invention is located at the end, Figure 7a is a schematic diagram showing the traveling direction of the ball according to the prior art, Figure 7b is a ball according to the present invention It is a schematic diagram which shows the advancing direction of a spacer.
도 6에서 도시하는 바와 같이 볼(315)이 끝단에 도달한 경우 멈춤부(430)에 의해서 더이상 제 1 스크류홈(420)을 이동할 수 없게 되고, 이때 볼(315)과 볼(315) 사이에 삽입된 스페이서(415)는 볼(315) 사이에서 탄성에 의해 타원형으로 변형되면서 볼과의 충돌 에너지를 흡수한다.As shown in FIG. 6, when the
따라서, 이와 같은 탄성 변형에 의하여 스페이서가 구비되지 않은 기존의 금속재 볼로만 구성된 비순환형 볼스크류 전동식 조향장치에 비하여 조향휠을 비롯한 조향 기구부의 끝단 걸림 현상이 없어지는 효과가 있다.Therefore, compared to the non-circulating ball screw electric steering apparatus which consists only of the existing metallic balls which do not have a spacer by such elastic deformation, there exists an effect that the edge locking phenomenon of a steering mechanism part including a steering wheel is eliminated.
또한, 도 7a에서 도시하는 바와 같이 스페이서가 구비되지 않은 비순환형 볼 스크류 전동식 조향장치의 볼의 구름 방향은 볼(315)과 볼(315)의 접촉부(705)에서 서로 반대 방향이 되어 역구름에 의한 충돌이 발생되나, 도 7b에서 와 같이 본 발명에 의한 스페이서를 구비한 비순환형 전동식 조향장치의 경우 볼(315)과 스페이서(415)의 구름 방향이 기어가 맞물려 회전하듯이 볼(315)과 스페이서(415)의 접촉부(710)에서 같은 방향이 되므로 역구름에 의한 충돌이 발생되지 않고 완전한 구름 마찰이 이루어져서 효율이 향상되고 소음이 줄어드는 효과가 있다.In addition, as shown in FIG. 7A, the rolling direction of the ball of the non-cyclic ball screw electric steering apparatus without a spacer is opposite to each other at the
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.The above description is merely illustrative of the present invention, and those skilled in the art will appreciate that various modifications and variations can be made without departing from the essential features of the present invention. Accordingly, the embodiments disclosed herein are not intended to limit the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 순환형 볼스크류 전동식 조향장치에 비하여 소음을 줄이면서, 볼이 끝단에 이르렀을 경우에도 에너지를 흡수하여 조향 기구부에서의 끝단 걸림이 없는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, there is an effect of absorbing energy even when the ball reaches the end, and reducing the noise in the steering mechanism part, while reducing the noise as compared to the circulation type screw screw electric steering device.
Claims (4)
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