KR101714070B1 - 전동식 파워스티어링 및 컴프레서 일체화 장치 - Google Patents

전동식 파워스티어링 및 컴프레서 일체화 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전동식 파워스티어링 및 컴프레서 일체화 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량의 전동식 파워스티어링 장치에 에어컨용 컴프레서를 일체화시켜서, 기능 통합에 따른 부품수 절감 및 작업 공수 절감을 실현할 수 있도록 한 전동식 파워스티어링 및 컴프레서 일체화 장치에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 스티어링샤프트에 연결된 감속기어박스와; 감속기어박스에 조향력을 제공하는 모터와; 상기 감속기어박스와 모터의 제1축 간에 장착되어, 모터의 동력을 감속기어박스에 전달 또는 해제하는 제1전자클러치와; 상기 모터의 동력을 컴프레서쪽으로 전달하는 동력전달기어세트와; 모터의 제2축과 동력전달기어셋트의 입력측 간에 장착되어, 모터의 동력을 동력전달기어셋트로 전달 또는 해제하는 제2전자클러치와; 상기 동력전달기어셋트의 출력측에 연결되는 에어컨용 컴프레서; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전동식 파워스티어링 및 컴프레서 일체화 장치를 제공한다.

Description

전동식 파워스티어링 및 컴프레서 일체화 장치{Device combined motor driven power steering with compressor}
본 발명은 전동식 파워스티어링 및 컴프레서 일체화 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량의 전동식 파워스티어링 장치에 에어컨용 컴프레서를 일체화시켜서, 기능 통합에 따른 부품수 절감 및 작업 공수 절감을 실현할 수 있도록 한 전동식 파워스티어링 및 컴프레서 일체화 장치에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 차량의 파워스티어링 장치는 스티어링 휠의 각회전 조작력 경감을 위한 장치로서, 유압을 이용한 파워스티어링(Power Steering)방식이 지속적으로 사용되어 왔다.
상기 유압식 파워스티어링 장치는 엔진에 의해 구동되는 유압펌프로부터 스티어링 휠 조작을 위한 작동실린더로 유압이 공급되어 구동되어, 저속시에는 스티어링 휠에 대한 조타력은 가볍게 만들어주고, 고속 주행시에는 주행 안전성을 위해 무겁게 만들어주게 된다.
최근에 출시되는 차량에는 주행속도에 따른 조타력을 변화시키기 위해 전동식 파워스티어링 장치(MDPS: motor driven power steering)가 탑재되고 있다.
상기 전동식 파워스티어링 장치는 차속 감응형 파워스티어링 장치로서, 전동식 파워스티어링 모듈의 ECU가 차량속도에 따라 조향각 및 모터 움직임을 제어하면서 최적의 조향감을 운전자에게 제공하는 기능을 한다.
좀 더 상세하게는, 전동식 스티어링 장치는 첨부한 도 6에서 보는 바와 같이 모터의 회전력으로 조향 파워를 어시스트(assist)하는 장치로서, 조향을 위한 동력 발생용 모터(14)와, 모터(14)의 출력축과 스티어링샤프트(10) 간을 연결하는 랙 구동형 감속기어박스(12)와, 차속을 입력받아 모터의 구동을 제어하는 ECU(32) 등으로 구성되어, 조향력을 어시스트(assist)하는 기능을 한다.
한편, 차량에는 전동식 파워스티어링 장치에 포함되는 모터 뿐만 아니라, 에어컨 작동을 위한 전동식 컴프레서에도 모터가 포함되어 있다.
즉, 첨부한 도 7에 도시된 바와 같이 전동식 컴프레서는 인버터(34)를 비롯하여 모터(36) 및 컴프레서(30)가 조합된 장치로서, 에어컨이 온되는 순간 모터(36)의 구동으로 컴프레서(30)가 작동하는 구조로 되어 있다.
위와 같이, 차량에는 전동식 파워스티어링 장치 및 전동식 컴프레서 등에 여러개의 모터가 포함됨에 따라, 부품수 증가 및 조립 공수 증가, 제조비용 증가, 설치 공간 감소 등의 원인이 되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 차량의 전동식 파워스티어링 장치에 사용되는 모터를 전동식 컴프레서용 모터로도 사용할 수 있도록 일체화시킴으로써, 모터 기능 통합에 따른 부품수 절감 및 작업 공수 절감 등을 실현할 수 있도록 한 전동식 파워스티어링 및 컴프레서 일체화 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: 스티어링샤프트에 연결된 감속기어박스와; 감속기어박스에 조향력을 제공하는 모터와; 상기 감속기어박스와 모터의 제1축 간에 장착되어, 모터의 동력을 감속기어박스에 전달 또는 해제하는 제1전자클러치와; 상기 모터의 동력을 컴프레서쪽으로 전달하는 동력전달기어세트와; 모터의 제2축과 동력전달기어셋트의 입력측 간에 장착되어, 모터의 동력을 동력전달기어셋트로 전달 또는 해제하는 제2전자클러치와; 상기 동력전달기어셋트의 출력측에 연결되는 에어컨용 컴프레서; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전동식 파워스티어링 및 컴프레서 일체화 장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 상기 동력전달기어셋트는: 모터의 제2축과 제2전자클러치에 의하여 연결되는 구동기어와; 상기 구동기어에 동시에 맞물리는 제1 및 제2원웨이 베어링과; 상기 제1원웨이 베어링과 동축으로 연결되는 동력전달매개기어와; 일측단은 제2원웨이 베어링과 동축으로 연결되고, 타측단은 컴프레서의 입력축과 연결되는 출력기어; 로 구성된 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 동력전달매개기어와 출력기어는 평행하게 배열되어 동력 전달 가능하게 서로 맞물리는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1원웨이 베어링은 구동기어가 반시계반향으로 회전할 때 동력전달매개기어에 동력을 전달하고, 구동기어가 시계방향으로 회전할 때 공회전하면서 동력을 차단하는 것으로 채택된 것임을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2원웨이 베어링은 구동기어가 시계반향으로 회전할 때 출력기어에 동력을 전달하고, 구동기어가 반시계방향으로 회전할 때 공회전하면서 동력을 차단하는 것으로 채택된 것임을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
본 발명에 따르면, 차량의 전동식 파워스티어링(MDPS)에 사용되는 모터를 전동식 에어컨 컴프레서를 구동시키는 용도로 겸용되도록 함으로써, 부품수 절감 및 그에 따른 제조비용 절감을 실현할 수 있고, 조립 작업 공수를 절감할 수 있으며, 부품 탑재공간을 좀 더 확보하여 패키지 레이아웃을 개선할 수 있다.
특히, 전동식 파워스티어링 모터는 양방향 회전이 필요하고, 컴프레서는 일방향 회전만이 필요한 점을 감안하여, 모터와 컴프레서 간에 동력전달기어셋트를 조합시킴으로써, 모터의 양방향 회전력을 모두 컴프레셔 구동에 이용할 수 있어 컴프레서 작동 효율을 증대시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전동식 파워스티어링 및 컴프레서 일체화 장치를 나타내는 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 전동식 파워스티어링 및 컴프레서 일체화 장치를 나타내는 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 전동식 파워스티어링 및 컴프레서 일체화 장치의 동력전달기어셋트를 나타내는 사시도,
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 전동식 파워스티어링 및 컴프레서 일체화 장치의 동력전달기어셋트 작동도,
도 5는 본 발명에 따른 전동식 파워스티어링 및 컴프레서 일체화 장치의 작동 모드를 설명하는 개략도,
도 6은 기존의 전동식 파워스티어링 구성을 설명하는 개략도,
도 7은 기존의 전동식 컴프레서 구성을 설명하는 개략도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명은 차량의 전동식 파워스티어링 장치(MDPS)에 사용되는 모터를 컴프레서 구동용 모터로 겸용할 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.
전술한 바와 같이, 전동식 파워스티어링 장치는 ECU가 차량속도에 따라 모터 움직임을 제어하여 최적의 조향감을 운전자에게 제공할 수 있도록 한 것으로서, 모터의 구동에 따라 랙 구동형 스티어링샤프트가 좌우로 움직이면서 조향이 이루어진다.
첨부한 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 스티어링샤프트(10)에는 모터(14)의 동력을 감속시켜 스티어링샤프트(10)로 전달하는 감속기어박스(12)의 출력단이 연결되고, 감속기어박스(12)의 입력단에는 조향을 위한 동력을 제공하는 모터(14)가 연결된다.
상기 모터(14)는 양방향 회전을 하는 모터이면서, 양측단을 통해 제1축 및 제2축이 돌출된 형태로 채택된다.
이때, 첨부한 도 1 및 도 2에서 보듯이 상기 감속기어박스(12)의 입력단과 모터(14)의 제1축 간에는 통상의 제1전자클러치(16)가 장착되어, 모터(14)의 동력을 감속기어박스(12)에 전달 또는 해제하는 역할을 하게 된다.
보다 상세하게는, 제1전자클러치(16)가 감속기어박스(12)의 입력기어(미도시됨)와 연결된 상태에서, 제1전자클러치(16)에 전류이 인가되면 모터(14)의 제1축으로 제1전자클러치(16)가 이동하여 붙게 됨으로써, 동력 전달이 이루어지는 상태가 되고, 반대로 전류 인가가 해제되면 제1전자클러치(16)는 리턴스프링(미도시됨)의 복원력에 의하여 모터(14)의 제1축으로부터 단락되어 동력 전달이 해제된다.
한편, 상기 모터(14)의 반대쪽에 돌출된 제2축(28)에는 모터(14)의 동력을 컴프레서(30)쪽으로 전달하는 동력전달기어세트(20)가 연결된다.
이때, 모터(14)의 제2축(28)과 동력전달기어셋트(20)의 구동기어(21) 사이에는 모터(14)의 동력을 동력전달기어셋트(20)로 전달 또는 해제하는 제2전자클러치(18)가 장착된다.
즉, 상기 제2전자클러치(18)에 구동기어(21)의 축이 연결된 상태에서, 제2전자클러치(18)에 전류이 인가되면 모터(14)의 제2축(28)으로 제2전자클러치(18)가 이동하는 동시에 제2전자클러치(18)의 일면 중심에 형성된 연결홈(26)에 각이 진 형태의 제2축(28)이 삽입 결합됨으로써, 모터(14)의 동력이 구동기어(21)로 전달 되는 상태가 되고, 반대로 전류 인가가 해제되면 제2전자클러치(18)는 리턴스프링(미도시됨)의 복원력에 의하여 모터(14)의 제2축(28)으로부터 단락되어 동력 전달이 해제된다.
여기서, 모터와 컴프레서를 동력 전달 가능하게 연결하는 동력전달기어셋트의 구성을 첨부한 도 3을 참조로 살펴보면 다음과 같다.
상기 동력전달기어셋트(20)의 일 구성중, 구동기어(21)의 중심축이 제2전자클러치(18)와 연결되고, 구동기어(21)의 치면에는 제1 및 제2원웨이 베어링(22,23)이 동시에 맞물린다.
이때, 상기 제1원웨이 베어링(22)에는 컴프레서(30)의 몸체부에 힌지로 연결된 동력전달매개기어(24)가 동축으로 연결되고, 제2원웨이 베어링(23)에는 컴프레서(30)의 입력축과 일체로 연결된 출력기어(25)가 동축으로 연결된다.
상기 제1 및 제2원웨이 베어링(22,23)은 마치 자전거의 뒷바퀴 베어링과 같이 한쪽 방향으로만 동력을 전달하는 원웨이 클러치 형태의 베어링으로서, 제1 및 제2원웨이 베어링(22,23)은 서로 다른 일방향으로 회전할 때 동력을 전달하고, 서로 다른 타방향으로 회전할 때 동력을 차단하게 된다.
즉, 상기 제1원웨이 베어링(22)은 구동기어(21)가 반시계반향으로 회전할 때 동력전달매개기어(24)에 동력을 전달하고, 구동기어(21)가 시계방향으로 회전할 때 공회전하면서 동력을 차단하는 기능을 하며, 또한 상기 제2원웨이 베어링(23)은 구동기어(21)가 시계반향으로 회전할 때 출력기어(25)에 동력을 전달하고, 구동기어(21)가 반시계방향으로 회전할 때 공회전하면서 동력을 차단하는 기능을 한다.
이때, 상기 동력전달매개기어(24)와 출력기어(25)는 서로 평행하게 배열되어 각 치면이 동력 전달 가능하게 서로 맞물리게 된다.
여기서, 상기한 구성으로 이루어진 본 발명의 전동식 파워스티어링 및 컴프레서 일체화 장치에 대한 작동 흐름을 설명하면 다음과 같다.
첨부한 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전동식 파워스티어링 및 컴프레서 일체화 장치의 작동모드에는 차량의 주행시 조향을 위한 MDPS 작동모드와, 주정차시 에어컨만이 작동하는 에어컨 작동모드와, 조향 및 에어컨이 모두 작동하는 MDPS+에어컨 작동모드가 포함된다.
상기 MDPS 작동모드는 전동식 파워스티어링 장치에 의한 조향 모드로서, 제1전자클러치(16)에 전류가 인가되어 제1전자클러치(16)가 모터(14)의 제1축과 결합되는 상태가 되고, 제2전자클러치(18)에는 전류가 인가되지 않음에 따라 모터(14)의 동력이 전달되지 않는 상태가 된다.
따라서, 모터(14)의 동력이 제1전자클러치(16)를 통하여 감속기어박스(12)로 전달되는 동시에 스티어링샤프트(10)가 감속기어박스(12)의 출력동력을 전달받아 동작함으로써, 모터(14)에 의한 조향이 이루어지게 된다.
상기 에어컨 작동모드는 예를 들어, 전동식 파워스티어링 장치에 의한 조향이 이루어지지 않는 주정차시 에어컨을 작동하였을 때의 작동모드로서, 제2전자클러치(18)에 전류가 인가되어 제2전자클러치(18)가 모터(14)의 제2축(28)과 결합되는 상태가 되고, 제1전자클러치(16)에는 전류가 인가되지 않음에 따라 모터(14)의 동력이 감속기어박스(12)로 전달되지 않는 상태가 된다.
따라서, 모터(14)의 동력이 제2전자클러치(18)를 통하여 동력전달기어셋트(20)로 전달됨과 함께 컴프레서(30)가 작동하여 에어컨이 작동하게 된다.
상기 MDPS+에어컨 작동모드는 조향이 이루어짐과 함께 에어컨이 동시에 작동하는 모드로서, 상기와 같은 MDPS 작동모드 및 에어컨 작동모드가 동시에 이루어지게 된다.
여기서, 상기 에어컨 작동모드와, MDPS+에어컨 작동모드에서 컴프레서로 동력이 전달되는 과정을 첨부한 도 4a 및 도 4b를 참조로 좀 더 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 모터(14)가 시계방향으로 회전하며 구동하면, 제2전자클러치(18)를 통해 구동기어(21)로 동력이 전달되는 동시에 구동기어(21)도 모터(14)와 동일한 시계방향으로 회전을 하게 된다.
이때, 상기 구동기어(21)에 동시에 맞물려 있는 제1 및 제2원웨이 베어링(22,23)중, 동력전달매개기어(24)와 동축으로 연결된 제1원웨이 베어링(22)은 공회전하면서 동력을 차단하는 역할을 하고, 반면에 제2원웨이 베어링(23)은 반시계방향으로 회전하면서 구동기어(21)의 동력을 출력기어(25)로 전달하게 된다.
따라서, 상기 출력기어(25)가 반시계방향으로 회전하면서 컴프레서(30)의 구동이 이루어지게 되어, 에어컨이 작동하게 된다.
한편, 상기 모터(14)가 조향을 위하여 반시계방향으로 구동하게 되면, 제2전자클러치(18)를 통해 구동기어(21)로 동력이 전달되는 동시에 구동기어(21)도 모터(14)와 동일한 반시계방향으로 회전을 하게 된다.
이때, 상기 구동기어(21)에 동시에 맞물려 있는 제1 및 제2원웨이 베어링(22,23)중, 동력전달매개기어(24)와 동축으로 연결된 제1원웨이 베어링(22)은 시계방향으로 회전하면서 동력전달매개기어(24)에 동력을 전달하게 되고, 반면에 제2원웨이 베어링(23)은 공회전하면서 출력기어(25)에 대한 동력을 차단하는 역할을 한다.
따라서, 상기 동력전달매개기어(24)가 시계방향으로 회전하는 동시에 동력전달매개기어(24)와 맞물려 있는 출력기어(25)가 반시계방향으로 회전하면서 컴프레서(30)의 구동이 이루어지게 되어, 에어컨이 작동하게 된다.
10 : 스티어링샤프트
12 : 감속기어박스
14 : 모터
16 : 제1전자클러치
18 : 제2전자클러치
20 : 동력전달기어세트
21 : 구동기어
22 : 제1원웨이 베어링
23 : 제2원웨이 베어링
24 : 동력전달매개기어
25 : 출력기어
26 : 연결홈
28 : 제2축
30 : 컴프레서
32 : ECU

Claims (5)

  1. 스티어링샤프트(10)에 연결된 감속기어박스(12)와;
    감속기어박스(12)에 조향력을 제공하는 모터(14)와;
    상기 감속기어박스(12)와 모터(14)의 제1축 간에 장착되어, 모터(14)의 동력을 감속기어박스(12)에 전달 또는 해제하는 제1전자클러치(16)와;
    상기 모터(14)의 동력을 컴프레서(30)쪽으로 전달하는 동력전달기어세트(20)와;
    모터(14)의 제2축과 동력전달기어셋트(20)의 입력측 간에 장착되어, 모터(14)의 동력을 동력전달기어셋트(20)로 전달 또는 해제하는 제2전자클러치(18)와;
    상기 동력전달기어셋트(20)의 출력측에 연결되는 에어컨용 컴프레서(30);
    를 포함하고,
    상기 동력전달기어셋트(20)는:
    모터(14)의 제2축과 제2전자클러치(18)에 의하여 연결되는 구동기어(21)와;
    상기 구동기어(21)에 동시에 맞물리는 제1 및 제2원웨이 베어링(22,23)과;
    상기 제1원웨이 베어링(22)과 동축으로 연결되는 동력전달매개기어(24)와;
    일측단은 제2원웨이 베어링(23)과 동축으로 연결되고, 타측단은 컴프레서(30)의 입력축과 연결되는 출력기어(25);
    로 구성된 것을 특징으로 하는 전동식 파워스티어링 및 컴프레서 일체화 장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 동력전달매개기어(24)와 출력기어(25)는 평행하게 배열되어 동력 전달 가능하게 서로 맞물리는 것을 특징으로 하는 전동식 파워스티어링 및 컴프레서 일체화 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1원웨이 베어링(22)은 구동기어(21)가 반시계반향으로 회전할 때 동력전달매개기어(24)에 동력을 전달하고, 구동기어(21)가 시계방향으로 회전할 때 공회전하면서 동력을 차단하는 것으로 채택된 것임을 특징으로 하는 전동식 파워스티어링 및 컴프레서 일체화 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2원웨이 베어링(23)은 구동기어(21)가 시계반향으로 회전할 때 출력기어(25)에 동력을 전달하고, 구동기어(21)가 반시계방향으로 회전할 때 공회전하면서 동력을 차단하는 것으로 채택된 것임을 특징으로 하는 전동식 파워스티어링 및 컴프레서 일체화 장치.
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