KR101246933B1 - 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기 - Google Patents

전동식 동력 보조 조향장치의 감속기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 관한 것이다.
본 발명은 웜휠과 치합되는 웜이 형성되어 있는 웜축의 모터 결합부위 반대쪽 단부를 지지하는 웜축 베어링과; 상기 웜축 베어링의 외륜에 압입 결합되며, 상기 웜축의 중심으로부터 조향축의 축방향으로 연장 형성되는 피봇부재가 구비되어 있는 베어링 홀더; 및 상기 베어링 홀더의 피봇부재에 결합 고정되되, 일측은 상기 베어링 홀더에 지지되고 타측은 기어 하우징에 지지되어, 상기 웜축 단부를 상기 웜휠 방향으로 밀착시키도록 상기 피봇부재를 축으로 회전력을 가하는 탄성지지체;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기를 제공한다.
본 발명에 의하면 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 있어서, 웜과 웜휠의 마모에 의한 유격을 방지하고 백래쉬에 의한 래틀 노이즈의 발생을 막게 되며, 회전 토크의 변화에 따른 유격변화량을 최소화함으로써 운전자의 조향휠 조작력을 정확하게 보조할 수 있게 되는 효과가 있다.
조향장치, 감속기, 플러그 볼트, 플러그 너트, 모터

Description

전동식 동력 보조 조향장치의 감속기{Reducer of Electronic Power Steering Apparatus}
본 발명은 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 있어서, 웜과 웜휠의 마모에 의한 유격을 방지하고 백래쉬에 의한 래틀 노이즈의 발생을 막게 되며, 회전 토크의 변화에 따른 유격변화량을 최소화함으로써 운전자의 조향휠 조작력을 정확하게 보조할 수 있는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 관한 것이다.
도 1은 종래 전동식 동력 보조 조향장치의 구성도로서, 도 1에서 도시된 바와 같이 전동식 동력 보조 조향장치(100)는 조향휠(102)로부터 양측 바퀴(126)까지 이어지는 조향 계통(130) 및 조향 계통(130)에 조향 보조 동력을 제공하는 보조 동력 기구(140)를 포함하여 구성된다.
조향 계통(130)은 일측이 조향휠(102)에 연결되어 조향휠(102)과 함께 회전하고 타측은 한 쌍의 유니버설 조인트(104)를 매개로 피니언축(108)에 연결되는 조향축(106)을 포함하여 구성된다. 또한, 피니언축(108)은 랙-피니언 기구부(110)를 통해 랙바(112)에 연결되고, 랙바(112)의 양단은 타이로드(122)와 너클암(124)을 통해 차량의 바퀴(126)에 연결된다.
보조 동력 기구(140)는 운전자가 조향휠(102)에 가하는 토크를 감지하고 감지된 토크에 비례하는 전기 신호를 출력하는 토크 센서(142), 토크 센서(142)로부터 전해지는 전기신호에 기초하여 제어 신호를 발생하는 전자 제어 장치(144), 전자 제어 장치(144)로부터 전해지는 제어 신호에 기초하여 보조 동력을 발생시키는 모터(146) 및 모터(146)에서 발생한 보조 동력을 조향축(106)에 전달하기 위하여 웜(152) 및 웜휠(156)을 구비한 감속기(150)를 포함하여 구성된다.
따라서, 전동식 동력 보조 조향장치는 조향휠(102)의 회전에 의해 발생한 토크가 랙-피니언 기구부(110)를 거쳐서 랙바(112)에 전달되고, 발생된 토크에 따라 모터(146)에서 발생한 보조 동력이 랙바(112)에 전달되도록 구성된다.
즉, 조향휠(102)의 회전에 의해 발생한 토크와 모터(146)에서 발생한 보조 동력이 합쳐져서 랙바(112)를 축 방향으로 운동하도록 하는 것이다.
도 2는 종래 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기를 나타내는 단면도로서, 도 2에서 도시된 바와 같이 감속기(150)는 웜(152)이 형성된 웜축(254)이 구비되고 웜축(254)의 양단에는 웜축 베어링(257)이 각각 설치되어 웜축(254)을 지지하며, 웜축 베어링(257)이 웜축(254)의 축방향으로 유격되는 것을 방지하기 위해 플러그 볼트(210)가 댐핑 커플러(240)와 웜축 베어링(257) 사이에 체결되고, 플러그 볼트(210)는 플러그 너트(220)에 의해 고정된다.
웜축(254)은 모터(146)와 댐핑 커플러(240)를 매개로 연결되어 모터(146)의 구동에 의해 웜축(254)이 회전하는 구조로 되어 있다.
그리고 웜축(254) 상에 형성된 웜(152)과 치물림될 수 있도록 웜(152)의 외경 일측에는 웜휠(156)이 구비되며, 웜휠(156)은 운전자가 조작하는 조향휠(102)의 회전력을 전달하는 조향축(106)에 장착되어 모터(146)의 구동에 의한 웜축(254)의 회전력이 조향축(106)에 전달되는 구조이다.
기어 하우징(260)에는 웜(152), 웜휠(156) 등이 내주하고 기어 하우징(260)의 일측으로 웜축(254)에 구동력을 제공하는 모터(146)가 구비되며, 기어 하우징(260)과 모터(146)는 모터 커버(230)에 의해 볼트(250)로 결합된다.
웜축 베어링(257)은 내륜(280)과 외륜(270) 사이에 볼(258)이 결합되어 있어서, 기어 하우징(260)의 끝단부에서 모터(150)와 연결된 웜축(254)의 회전을 지지하게 된다.
이와 같은 구조로 이루어진 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기는 차량 운행조건에 따라 차량에 구비된 전자 제어 장치에 의해 모터의 구동을 제어하고, 모터의 구동에 의한 웜축의 회전력이 운전자가 조작하는 조향휠의 회전력에 부가하여 조향축에 전달됨으로써, 운전자의 조향 운전 상태를 부드럽고 안정적으로 유지할 수 있도록 한 것이다.
그런데, 종래 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기는 모터의 구동에 의해 회전하는 웜과 웜휠이 내구가 진행되면 마모에 의해 발생되는 유격과 백래쉬로 인한 래틀 노이즈가 발생되는 문제점이 있었다.
또한, 이로 인해 운전자의 조향휠 조작력을 보조하는 조향 보조력을 정확하게 제공할 수 없게 되는 문제점이 있었다.
전술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 있어서, 웜과 웜휠의 마모에 의한 유격을 방지하고 백래쉬에 의한 래틀 노이즈의 발생을 막게 되며, 회전 토크의 변화에 따른 유격변화량을 최소화함으로써 운전자의 조향휠 조작력을 정확하게 보조할 수 있는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기를 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 웜휠과 치합되는 웜이 형성되어 있는 웜축의 모터 결합부위 반대쪽 단부를 지지하는 웜축 베어링과; 상기 웜축 베어링의 외륜에 압입 결합되며, 상기 웜축의 중심으로부터 조향축의 축방향으로 연장 형성되는 피봇부재가 구비되어 있는 베어링 홀더; 및 상기 베어링 홀더의 피봇부재에 결합 고정되되, 일측은 상기 베어링 홀더에 지지되고 타측은 기어 하우징에 지지되어, 상기 웜축 단부를 상기 웜휠 방향으로 밀착시키도록 상기 피봇부재를 축으로 회전력을 가하는 탄성지지체;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기를 제공한다.
본 발명에 의하면 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 있어서, 웜과 웜휠의 마모에 의한 유격을 방지하고 백래쉬에 의한 래틀 노이즈의 발생을 막게 되며, 회전 토크의 변화에 따른 유격변화량을 최소화함으로써 운전자의 조향휠 조작력을 정확하게 보조할 수 있게 되는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 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 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 의한 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기 일부를 나타내는 사시도이고, 도 3b는 본 발명의 실시예에 의한 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기 일부를 나타내는 분해 사시도이며, 도 4는 도 3a에 도시된 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기를 웜축 방향으로 바라본 도면이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 의한 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기(300)는, 웜휠(156)과 치합되는 웜(152)이 형성되어 있는 웜축(254)의 모터(146) 결합부위 반대쪽 단부를 지지하는 웜축 베어링(257)과; 상기 웜축 베어링(257)의 외륜(270)에 압입 결합되며, 상기 웜축(254)의 중심으로부터 조향축(106)의 축방향으로 연장 형성되는 피봇부재(313)가 구비되어 있는 베어링 홀더(310); 및 상기 베어링 홀더(310)의 피봇부재(313)에 결합 고정되되, 일측은 상기 베어링 홀더(310)에 지지되고 타측은 기어 하우징에 지지되어, 상기 웜축(254) 단부를 상기 웜휠(156) 방향으로 밀착시키도록 상기 피봇부재(313)를 축으로 회전력을 가하는 탄성지지체(320);를 포함하여 구성된다.
본 발명에 의한 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기(300)는 기어 하우징의 내부에서 탄성지지체(320)가 웜축(254)을 웜휠(156) 방향으로 지지하도록 베어링 홀더(310)를 선회시키는 구조로 되어 있어서, 웜(152)과 웜휠(156)의 회전 내구시 백래쉬가 없어지고, 래틀 노이즈를 예방하게 되는 데에 특징이 있다.
감속기는 모터(146)의 구동력에 의해 웜(152)과 웜휠(156)이 연동되면서 조향축(106)을 회전시켜 운전자의 조향력을 보조하게 되는데, 모터(146)의 구동시 모터(146)의 축과 연동되는 웜축(254)의 양단에는 웜축 베어링(257)이 체결되어 웜축(254)의 회전을 지지하며, 조향축(106)과 연동되는 웜휠(156)과 웜(152)은 기어 하우징에 내장되어 있다.
한편, 모터(146)의 반대 방향에는 내륜(280)과 외륜(270) 사이에 볼(258)이 결합되어 있는 웜축 베어링(257)이 기어 하우징의 끝단부에서 웜축(254)의 회전을 지지하게 되는데, 웜축 베어링(257)의 외륜(270)에는 베어링 홀더(310)가 삽입되며 베어링 홀더(310)의 외측에는 탄성지지체(320)가 베어링 홀더(310)와 결합된 웜축(254) 단부를 웜휠(156) 방향으로 지지하여 웜(152)과 웜휠(156)에서 발생되는 백래쉬를 방지하도록 되어 있다.
웜축 베어링(257)은 베어링 홀더(310)와 웜축(254) 사이에 장착되며 웜축(254)의 양단에서 웜축(254)의 회전을 지지하는데, 볼(258)이 베어링의 내륜(280)과 외륜(270) 사이에서 회전하며 웜축(254)의 회전 저항을 줄여준다.
이러한 웜축(254)의 회전 내구가 진행되면 웜(152)과 웜휠(156)의 마모로 인한 유격으로 노이즈와 백래쉬가 발생되는데, 이러한 유격을 보상할 수 있도록 웜축(254)의 모터 결합부의 반대쪽에는 웜축(254)을 웜휠(156) 쪽으로 밀어 유격을 없애는 탄성지지체(320)가 장착되어 있다.
베어링 홀더(310)는 강성을 구비하는 스틸 또는 아세탈 수지와 같은 엔지니어링 플라스틱으로 형성되며 중심부에 웜축(254) 단부가 관통되어 웜축 베어링(257)에 결합되는데, 웜축 베어링(257)의 외륜(270)을 감싸면서 일정한 유격을 유지하며 압입 결합되어 웜축 베어링(257)의 이탈을 방지하도록 되어 있다.
또한, 베어링 홀더(310)는 웜축(254)의 중심으로부터 조향축(106)의 축방향으로 연장하여 형성되는 피봇부재(313)가 웜축(254)과 평행한 방향으로 구비되어, 탄성지지체(320)에 의해 피봇부재(313)를 축으로 회전하는 피봇운동을 하게 됨으로써, 웜(152)과 웜휠(156)의 결합 방향 뿐만 아니라 웜(152)과 웜휠(156)의 결합 방향과 소정의 각도를 이루는 방향으로도 힘을 가할 수 있게 되어 있다.
따라서, 단순히 웜축(254)을 웜(152)과 웜휠(156)의 결합 방향으로만 밀어주는 경우 발생되는 기어의 조기 마모와, 모터(146)의 정방향과 역방향의 구동시 웜축(254)에서 발생되는 충격 노이즈 및 래틀 노이즈를 방지할 수 있게 된다.
또한, 베어링 홀더(310)는 웜축(254)의 중심으로부터 웜축(254)과 수직인 조 향축(106)의 축방향으로 연장 형성되는 피봇부재(313)가 구비되고, 탄성지지체(320)가 이 피봇부재(313)에 결합 고정되어 있어서, 이로써 베어링 홀더(310)가 지지되게 되어 있다.
피봇부재(313)는 기어 하우징에 선회되게 고정되어, 이 피봇부재(313)를 축으로 베어링 홀더(310)가 회전하는 피봇운동을 할 수 있도록 되어 있는 바, 예컨대 중심에 하우징 결합홀(315)이 형성되어 있고, 이 하우징 결합홀(315)에 축부재(미도시)가 삽입되면서 기어 하우징에 고정되어 회전할 수 있게 되어 있다.
따라서, 베어링 홀더(310)에 결합된 웜축(254)이 베어링 홀더(310)의 외측에 결합되는 탄성지지체(320)에 의해 웜휠(156) 방향으로 밀착되는 피봇운동을 하게 된다.
여기서 탄성지지체(320)는 일측 단부가 상기 베어링 홀더(310)에 지지되고, 타측 단부는 상기 기어 하우징에 지지되도록 권선(捲線)되는 토션 스프링이 사용될 수 있다.
이러한 형상과 구조를 갖는 본 발명에 의하면 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 있어서, 웜과 웜휠의 마모에 의한 유격을 방지하고 백래쉬에 의한 래틀 노이즈의 발생을 막게 되며, 회전 토크의 변화에 따른 유격변화량을 최소화함으로써 운전자의 조향휠 조작력을 정확하게 보조할 수 있게 되는 효과가 있다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
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.
도 1은 종래 전동식 동력 보조 조향장치의 구성도;
도 2는 종래 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기를 나타내는 단면도;
도 3a는 본 발명의 실시예에 의한 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기 일부를 나타내는 사시도;
도 3b는 본 발명의 실시예에 의한 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기 일부를 나타내는 분해 사시도;
도 4는 도 3a에 도시된 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기를 웜축 방향으로 바라본 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
146: 모터 152: 웜
156: 웜휠 254: 웜축
257: 웜축 베어링 258: 볼
270: 외륜 280: 내륜
310: 베어링 홀더 313: 피봇부재
315: 하우징 결합홀 320: 탄성지지체

Claims (3)

  1. 웜휠과 치합되는 웜이 형성되어 있는 웜축의 모터 결합부위 반대쪽 단부를 지지하는 웜축 베어링;
    상기 웜축 베어링의 외륜에 압입 결합되며, 상기 웜축의 중심으로부터 조향축의 축방향으로 연장 형성되는 피봇부재가 구비되어 있는 베어링 홀더; 및
    상기 베어링 홀더의 피봇부재에 결합 고정되되, 일측은 상기 베어링 홀더에 지지되고 타측은 기어 하우징에 지지되어, 상기 웜축 단부를 상기 웜휠 방향으로 밀착시키도록 상기 피봇부재를 축으로 회전력을 가하는 탄성지지체를 포함하며,
    상기 베어링 홀더의 피봇부재는, 축부재를 매개로 상기 기어 하우징에 고정되어 회전할 수 있도록 중심에 하우징 결합홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄성지지체는 일측 단부가 상기 베어링 홀더에 지지되고, 타측 단부는 상기 기어 하우징에 지지되도록 권선(捲線)되는 토션 스프링인 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
  3. 삭제
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