KR101905908B1 - 다중 리니어 모터를 이용한 전동식 조향장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전동식 조향장치에 관한 것으로서, 단순한 구성을 가지면서 부품 수를 축소할 수 있고, 회전모터를 채용한 종래의 전동식 조향장치가 가지는 문제점, 즉 NVH 성능이나 중량, 원가, 응답성 및 에너지 효율 측면을 개선할 수 있는 리니어 모터를 이용한 전동식 조향장치를 제공하는데 그 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 제어기에 의해 구동 제어되는 모터의 구동토크에 의해 랙바가 축방향 선형 이동됨으로써 운전자의 조타력을 보조하도록 구성되는 전동식 조향장치에 있어서, 상기 모터로서 n개의 리니어 모터 복수개를 포함하며, 상기 랙바의 일측 부분이 랙바와 일체로 축방향 선형 이동되는 n개의 축으로 분기되어, 상기 분기된 n개의 각 축과, 상기 분기된 각 축들을 둘러싸도록 형성된 랙 하우징의 하우징부 사이에 상기 제어기에 의해 구동 제어되는 리니어 모터가 구성되는 것을 특징으로 하는 다중 리니어 모터를 이용한 전동식 조향장치를 제공한다.

Description

다중 리니어 모터를 이용한 전동식 조향장치{Motor driven power steering apparatus using multiple linear motor}
본 발명은 전동식 조향장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 단순한 구성을 가지면서 부품 수를 축소할 수 있고, 회전모터를 채용한 종래의 전동식 조향장치가 가지는 문제점, 즉 NVH 성능이나 중량, 원가, 응답성 및 에너지 효율 측면을 개선할 수 있는 다중 리니어 모터를 이용한 전동식 조향장치에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차의 조향시 운전자의 조타력을 저감시키기 위한 동력 보조 조향장치로는 유압펌프에서 유압을 형성하여 조타력을 어시스트(assist)하는 유압식 조향장치(Hydraulic Power Steering)와, 전동모터의 구동토크(회전력)를 이용하여 조타력을 어시스트하는 전동식 조향장치(Motor Driving Power Steering, MDPS)가 사용되고 있다.
이 중에서 최근에 출시되는 대부분의 차량에는 주행속도에 따라 조타력을 변화시키기 위해 전동식 조향장치가 탑재되고 있다.
이러한 전동식 조향장치는 토크센서(torque sensor), 제어기(ECU) 및 전동모터를 포함하며, 상기 토크센서는 조향휠의 회전에 따른 입력축 및 출력축의 상대 회전 변위를 감지하여 전기적 신호를 생성하고 제어기로 전송하는 역할을 수행한다.
그리고, 제어기는 토크센서로부터 조타력을 나타내는 토크 검출신호를 수신하여 차량의 주행상태에 따라 전동모터의 구동을 제어하기 위한 제어신호를 생성하고, 이를 통해 전동모터의 구동을 제어하게 된다.
이러한 전동식 조향장치(MDPS)의 일례로는 동력을 발생하는 모터와 이에 연결된 감속기인 웜축(worm shaft)이 조향축(steering shaft)과 연결되어 있는 웜휠(worm wheel)을 회전시켜 조타력을 어시스트하는 구조가 제시된 바 있다.
또한 MDPS 중 랙 어시스트식 조향장치인 R-MDPS(Rack assist Motor Driven Power Steering)는 모터에 의한 구동토크를 받아 랙바(rack bar)의 축 이동을 구현하는 타입이다.
도 1은 종래기술에 따른 R-MDPS의 구성을 나타내는 사시도로서, 도면부호 1은 회전모터를, 도면부호 2는 토크센서의 검출값에 기초하여 모터의 구동을 제어하는 제어기를 나타낸다.
또한 도면부호 3는 랙바가 내장된 기어박스(3)의 랙 하우징(4)을 나타내며, 도면부호 5, 6은 랙바 양단부에 연결된 좌, 우측의 타이로드를 나타낸다.
상기와 같은 R-MDPS에서는 모터(1)의 회전력을 랙바의 축방향 직선 이동력으로 전환해주기 위한 수단이 요구되는데, 예컨대 모터의 회전력을 랙바에 전달해주면서 회전력을 랙바의 축방향 직선 이동력으로 전환해주기 위한 구성, 즉 벨트와 풀리, 볼너트, 베어링, 스크류(screw) 타입의 랙바가 사용된다.
즉, 감속기(7) 내부에서 볼너트가 베어링에 의해 회전 가능하게 지지된 상태로 랙바에 결합되고, 구동풀리가 모터(1)의 구동축에, 종동풀리가 랙바에 결합된 볼너트에 회전력을 전달하도록 고정되며, 모터 쪽의 구동풀리와 볼너트 쪽의 종동풀리 간에는 벨트로 연결되어, 모터의 회전력을 풀리 및 벨트를 통해 랙바에 전달하게 된다.
여기서, 모터(1)는 회전모터로서, 이 회전모터(1)의 토크를 이용하는 기존의 R-MDPS는 저 토크, 고 PRM의 자체 특성으로 인해 감속기의 역할과 더불어 토크를 증폭시킬 수 있는 복잡한 토크 증폭기구(구동풀리, 종동풀리, 벨트, 볼너트, 베어링, 스크류 타입 랙바 등)의 구성이 필요하다.
결국, 기존의 R-MDPS는 상기와 같은 복잡한 구성 및 부품 수 과다로 인해 내구성 및 조립성이 좋지 못한 단점을 가지며, NVH 성능이나 중량, 원가 측면에서도 여러 불리한 점을 가지고 있다.
아울러, 모터의 회전력을 벨트와 스크류 방식에 의해 랙바의 직선 이동력으로 전달 및 변환하는 구성이므로 응답성 및 에너지 효율 측면에서도 불리하여 개선이 필요한 실정이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 단순한 구성을 가지면서 부품 수를 축소할 수 있고, 회전모터를 채용한 종래의 전동식 조향장치가 가지는 문제점, 즉 NVH 성능이나 중량, 원가, 응답성 및 에너지 효율 측면을 개선할 수 있는 리니어 모터를 이용한 전동식 조향장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 제어기에 의해 구동 제어되는 모터의 구동토크에 의해 랙바가 축방향 선형 이동됨으로써 운전자의 조타력을 보조하도록 구성되는 전동식 조향장치에 있어서, 상기 모터로서 n개의 리니어 모터 복수개를 포함하며, 상기 랙바의 일측 부분이 랙바와 일체로 축방향 선형 이동되는 n개의 축으로 분기되어, 상기 분기된 n개의 각 축과, 상기 분기된 각 축들을 둘러싸도록 형성된 랙 하우징의 하우징부 사이에 상기 제어기에 의해 구동 제어되는 리니어 모터가 구성되는 것을 특징으로 하는 다중 리니어 모터를 이용한 전동식 조향장치를 제공한다.
바람직한 실시예에서, 상기 분기된 n개의 축은 양단부가 연결부를 매개로 하여 일체 결합되어, 상기 n개의 축을 포함한 랙바 전체가 일체로 선형 이동 가능하게 된 것을 특징으로 한다.
또한 상기 랙바의 분기된 축은 랙바에 동일 축선 상으로 배치되도록 일체 형성된 메인축과, 상기 메인축과 나란한 방향으로 설치되고 양단부가 상기 메인축과 연결부를 매개로 일체 결합되어 일체로 축방향 선형 이동 가능하게 고정되는 단수 또는 복수개의 보조로드로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 각 리니어 모터는 상기 분기된 각 축에 설치되는 이동자와, 상기 각 하우징부 내측면에 고정 설치되는 고정자로 구성되고, 상기 각 이동자는 분기된 각 축 상에 N극과 S극을 갖는 복수개의 영구자석들을 축방향을 따라 배열하여 구성되며, 상기 각 고정자는 하우징부 내측면에 이동자의 영구자석 주변으로 배치되도록 권선된 코일을 설치하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 분기된 각 축 상에 링형의 영구자석을 끼워 설치함으로써 상기 각 리니어 모터의 이동자가 구성되고, 상기 하우징부 내측면에 해당 이동자의 영구자석들을 둘러싸도록 원통형의 코일 권선을 고정 설치함으로써 상기 각 리니어 모터의 고정자가 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 각 리니어 모터에서 이동자의 영구자석들은 각 분기된 축 상에서 전체 리니어 모터 간에 서로 축방향의 L/n만큼 이동된 상태가 되도록 배치되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명의 다중 리니어 모터를 이용한 전동식 조향장치에서는 회전모터를 채용한 종래의 전동식 조향장치와 비교할 때 다음과 같은 이점이 제공된다.
1) 종래의 회전모터를 채용한 R-MDPS는 자체 특성(저 토크, 고 RPM)으로 인하여 감속기의 역할을 하면서 토크를 증폭시킬 수 있는 복잡한 구성의 토크 증폭기구(구동풀리, 종동풀리, 벨트, 볼너트, 베어링, 스크류 타입 랙바 등)가 필요한 반면, 본 발명에서는 고정자와 이동자로 이루어지는 간단한 구성의 리니어 모터를 랙바와 랙 하우징 사이에 구성함으로써 구조 및 구성의 단순화가 가능해지며, 이에 따라 내구성 및 조립성이 개선될 수 있는 이점이 있게 된다.
2) 복잡한 구성의 토크 증폭기구가 삭제됨으로써 NVH 성능이 개선될 수 있고, 중량 저감(차량 경량화 및 연비 향상의 이점 제공), 원가 절감의 이점이 있게 된다.
3) 기존의 벨트를 이용한 에너지 전달이나 스크류에 의한 에너지 변환(회전력→직선 이동력) 등의 과정이 없는 직접적인 어시스트 방식이 적용됨으로써 조타감 및 응답성 향상, 에너지 효율 향상의 이점이 있게 된다.
도 1은 종래기술에 따른 R-MDPS의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 다중 리니어 모터를 채용한 전동식 조향장치의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 다중 리니어 모터를 채용한 전동식 조향장치의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 제2실시예에서 다중 리니어 모터로 구성되는 구동부를 확대하여 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예 및 제2실시예에서 리니어 모터의 자석 배치방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 모터를 이용한 전동식 조향장치(MDPS)에 관한 것으로서, 모터의 구동토크를 받아 랙바(rack bar)를 축 이동시키는 랙 어시스트식 조향장치(R-MDPS)에 관한 것이다.
특히, 본 발명은, 기존의 벨트를 이용한 에너지 전달이나 스크류에 의한 에너지 변환(회전력→직선 이동력) 등의 방식을 배제하고 이동자와 고정자 간의 상호 작용으로 랙바를 직접적으로 축방향 선형 이동(직선 이동)시키는 리니어 모터를 채용한 전동식 조향장치에 관한 것이며, 랙바의 축방향 선형 이동을 위한 충분한 어시스트 토크 제공을 위해 복수개의 리니어 모터를 채용한 구성에 주된 특징이 있는 것이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 다중 리니어 모터를 채용한 전동식 조향장치의 구성을 나타내는 사시도이고, 도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 다중 리니어 모터를 채용한 전동식 조향장치의 구성을 나타내는 사시도이며, 도 4는 도 3에 도시된 제2실시예에서 다중 리니어 모터로 구성되는 구동부를 확대하여 도시한 사시도이다.
도 2의 제1실시예는 구동부에 2개의 리니어 모터를 채용한 실시예이고, 도 3의 실시예는 3개의 리니어 모터를 채용한 실시예이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전동식 조향장치는, 운전자의 조향횔 회전조작에 따른 조향 토크를 검출하는 토크센서(10), 기어박스(20)의 랙 하우징(21)에 내장되고 양단부가 좌. 우측의 타이로드(23,24)에 연결되는 랙바(22), 상기 랙바(22)의 위치를 검출하는 위치검출센서(30), 상기 토크센서(10)와 위치검출센서(30)의 검출신호에 기초하여 구동부의 구동을 제어하기 위한 제어신호를 생성 및 출력하는 제어기(ECU)(2), 상기 제어기(2)의 제어신호에 따라 랙바(22)를 축방향으로 선형 이동시키는 구동부를 포함하여 구성된다.
상기 토크센서(10)와 랙바(22), 위치검출센서(30), 제어기(2)는 통상의 전동식 조향장치에 구비되는 구성부이므로 본 명세서에서 이들에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이들 구성부 중 랙바(22)는 기어박스(20)의 랙 하우징(21)에 내장되며, 본 발명에서 구동부의 구동력을 전달받아 축방향으로 선형 이동을 하는바, 랙바(22)가 구동부에 의해 축방향으로 선형 이동됨에 따라 차륜과 연결된 타이로드(23,24)가 움직이면서 조향조작이 이루어지게 된다.
한편, 본 발명에서는 전술한 바와 같이 복수개의 리니어 모터로 구성되는 구동부를 포함하며, 이 구동부는 도 2에 예시된 바와 같이 2개의 리니어 모터로 구성되거나, 도 3에 예시된 바와 같이 3개의 리니어 모터(도 5에서 M1,M2,M3임)로 구성될 수 있다.
상기 리니어 모터는 랙바(22)와, 이 랙바(22)가 내장되는 랙 하우징(21) 사이에 구성되는 것으로, 본 발명에서는 복수개의 리니어 모터를 구성하기 위해 랙바(22)의 중간 부분이 나란한 3개의 축(25,26,27)으로 분기된 구조를 가진다.
일례로, 도 2 및 도 3에 예시된 바와 같이, 본 발명에 따른 조향장치에서, 상기 랙바(22)의 분기된 축은 랙바(22)에 동일 축선 상으로 배치되도록 일체 형성된 메인축(25)과, 상기 메인축(25)에 나란한 방향으로 설치되고 양단부가 상기 메인축(25)과 연결부(28)를 매개로 일체 결합되어 메인축(25)을 포함한 랙바(22) 전체와 일체로 축방향 선형 이동 가능하게 고정되는 단수 또는 복수개의 보조로드(26,27)로 구성될 수 있다.
물론, 상기와 같이 동일 축선 상에 배치되는 메인축(25)을 갖는 구조 대신, 랙바(22)의 중간 부분에 일체로 축방향 선형 이동되는 2개 또는 3개의 분기된 축을 갖는 구조라면 적용이 가능하다.
이때, 랙바(22)가 수납된 랙 하우징(21)에서 분기된 각 축(25,26,27)이 위치한 부분에는 이들 축(25,26,27)들을 각각 둘러싸는 원통형의 하우징부(21a)가 구비된다.
또한 분기된 각각의 축, 예컨대 상기 메인축(25)과 보조로드(26,27)에 각각 리니어 모터를 구성하는 이동자(44)가 설치되고, 각 축의 이동자(44) 주변으로 각 리니어 모터의 고정자(46)가 설치된다.
좀더 상세히 설명하면, 상기한 구조의 랙바(22)에 축방향을 따라 복수개의 영구자석(45)을 고정 설치하여 구성되는 이동자(44)가 일체로 구비되는데, 분기된 각 축, 즉 메인축(25)과 보조로드(26,27)에 축방향(랙바의 길이방향)을 따라 N극과 S극을 갖는 복수개의 영구자석(45)을 고정 설치한다.
또한 상기 분기된 각 축(25,26,27)이 넣어진 하우징부(21a)의 내주면에는 랙바(22)의 이동자(44) 주변을 둘러싸도록 코일(47)을 권선하여 구성되는 고정자(46)가 설치된다.
상기 각 리니어 모터에서 이동자(44)의 구성을 살펴보면, 각 이동자(44)는 복수개의 링(ring)형 영구자석(45)을 랙바(22)의 분기된 각 축(25,26,27) 상에 끼워 축방향을 따라 배열 및 고정 설치한 구성을 가지며, 이에 축 상에 배열된 영구자석(45)을 포함하는 이동자(44), 그리고 각각의 분기된 축(25,26,27) 및 랙바(22)가 모두 일체로 축방향 선형 이동하도록 되어 있다.
또한 각 리니어 모터에서 고정자(46)는 원통형 철심의 슬롯에 코일(47)을 권선한 구성을 가지며, 원통형의 고정자(46), 즉 권선 코일(47)을 이동자(44)의 주변을 둘러싸도록 각 리니어 모터의 하우징부(21a) 내주면에 고정 설치하여 구성된다.
이때, 고정자(46)를 구성하는 원통형의 권선 코일(47)과 이동자(44)를 구성하는 각 축의 영구자석(45) 사이에는 간극을 가지도록 배치한다.
이러한 리니어 모터의 구동 및 그 제어는 토크센서(10) 및 위치검출센서(30)의 검출신호(조향 토크 및 랙바의 위치)에 기초하여 제어기(2)가 고정자 코일(47)에 인가되는 전류를 제어함에 의해 이루어지는데, 고정자(46) 측의 코일(47)로 교번하는 전력을 보내주게 되면, 고정자(46)와 이동자(44)의 사이에 작용하는 전자력에 의해 영구자석(45)을 포함한 이동자(44)가 어느 한 방향으로 이동하게 된다.
이때, 고정자(46) 측의 코일(47)로 공급되는 전류의 방향을 바꿔주게 되면, 이동자(44)는 반대쪽 방향으로 이동하게 된다.
이와 같이 이동자(44)가 고정자(46) 측으로 공급되는 전류의 방향에 따라 좌측 방향 또는 우측 방향으로 이동하게 되고, 이로써 분기된 각 축(25,26,27) 및 랙바(22), 좌, 우측의 타이로드(23,24)가 일체로 축방향 선형 이동을 하여 좌, 우측의 차륜이 움직이면서 조향조작이 이루어지게 된다.
상기 리니어 모터의 개수는 충분한 토크 어시스트가 가능하도록 차종 및 차급(차량 중량)에 따라 결정될 수 있으며, 예시된 3개의 리니어 모터 외에 리니어 모터를 추가로 설치하여 구성하는 것도 가능하다.
이와 같이 본 발명에서 리니어 모터의 개수는 해당 차종 및 차급에서 필요한 어시스트 토크에 맞추어 적절히 변경될 수 있다.
요컨대, n개의 리니어 모터가 사용되는 경우, 랙바(22)의 분기된 축은 n개가 되어야 하는바, 이때 메인축(25)이 1개, 보조로드(26,27)가 n-1개가 구비되어야 하고, 또한 메인축(25)과 보조로드(26,27)에 각각 영구자석(45)을 설치하여 n개의 이동자(44)를 구비하여야 한다.
또한 각각의 분기된 축(25,26,27)이 수납되는 각 하우징부(21a) 내측면에 코일(47)을 설치하여 n개의 고정자(46)를 구비하여야 한다.
이와 같이 본 발명에서는 랙바(22)의 축방향 선형 이동을 위한 충분한 어시스트 토크 제공을 위해 복수개의 리니어 모터를 사용하여 전체 리니어 모터가 필요한 어시스트 토크 총량을 적절히 분담하도록 한다.
이는 단수의 리니어 모터를 사용하는 경우 나타나는 문제점, 즉 저 토크 및 고속 이동의 문제점을 해결할 수 있도록 하는데, 만약 리니어 모터를 단수로 사용하게 되면, 리니어 모터의 특성(저 토크 및 고속 이동)으로 인해 실제 리니어 모터를 조향장치에 적용하는 것이 어렵고, 충분한 어시스트 토크를 얻을 수 없음은 물론 제어가 어려워지는 문제가 있다.
또한 단수의 리니어 모터를 사용하는 경우에는 조향장치에서 요구되는 충분한 토크를 내기 위해 이동자(44)의 크기, 즉 영구자석(45)의 외경을 크게 해야 함은 물론, 보다 긴 축방향 구간을 따라 더욱 많은 자석(45)들을 설치하여야 하는바, 이는 차량 패키지를 고려할 때(서프브레임, 차체, 머플러 등과의 간섭 등 발생) 현실적으로 적용에 많은 어려움이 있다.
따라서, 본 발명에서는 차종 및 차급에 따른 충분한 어시스트 토크 출력이 이루어지도록 복수개의 리니어 모터를 사용하며, 복수개의 리니어 모터가 다양하게 위치 변경될 수 있으므로 차량 내 패키지 측면에서 유리한 이점이 있게 된다(패키지 자유도 향상).
한편, 도 5는 본 발명의 제1실시예 및 제2실시예에서 리니어 모터의 자석 배치방법을 설명하기 위한 도면으로, (a)는 자석의 극간 거리(L)를 나타내는 도면이고, (b)와 (c)는 제1실시예(도 2 참조), 제2실시예(도 3 참조)에서 바람직한 영구자석(45)의 배치상태를 보여주고 있다.
도시된 바와 같이, 복수개의 리니어 모터를 이웃 배치함에 있어서, 코깅 토크(cogging torque)를 최소화하기 위해, 이웃한 리니어 모터 간의 영구자석 배치를 설정된 극간 거리가 되도록 조정해주어야 한다.
여기서, 코깅 토크는 이동자(44)(자석)와 고정자(46)(코일 & 슬롯) 간의 상호 작용으로 인해 발생하는 토크로서, 무전류 토크라고도 부르며, 모터에서 토크 저하를 유발하는 토크 성분이다.
코깅 토크는 모터에서 회전 또는 이동 위치에 따라 발생하는데, 주기는 자석의 극수와 슬롯의 극수에 영향을 받으며, 조타시 운전자 손에 그대로 전달되므로 매우 민감한 문제가 된다.
도 5의 (b)와 (c)를 참조하여 본 발명에 따른 각 리니어 모터의 영구자석 배치상태에 대해 설명하면 다음과 같다.
(b)는 리니어 모터 2개를 사용하는 경우 두 리니어 모터 간 영구자석 배치상태를 나타내고, (c)는 리니어 모터 3개를 사용하는 경우 두 리니어 모터 간 영구자석 배치상태를 나타낸다.
먼저, 각 리니어 모터에서 영구자석(45)의 극간 거리가 도 5의 (a)에 나타낸 바와 같이 L이라 할 때, 2개의 리니어 모터를 사용하는 경우, (b)에 나타낸 바와 같이, 두 번째 리니어 모터(M2)에서는 그 영구자석(45)들을 첫 번째 리니어 모터(M1) 대비 축방향으로 L/2만큼 이동하여 배치한다.
또한 3개의 리니어 모터를 사용하는 경우, (c)에 나타낸 바와 같이, 두 번째 리니어 모터(M2)에서는 그 영구자석(45)들을 첫 번째 리니어 모터(M1) 대비 축방향으로 L/3만큼 이동하여 배치하고, 세 번째 리니어 모터(M3)에서는 그 영구자석(45)들을 첫 번째 리니어 모터(M1) 대비 축방향으로 2L/3만큼 이동하여 배치한다.
요컨대, n개의 리니어 모터를 사용하는 경우, 각 리니어 모터에서 영구자석(45)들이 기준이 되는 어느 하나의 리니어 모터(예, 메인축에 구성된 리니어 모터) 대비 축방향으로 (n-1)L/n만큼 이동 배치되는 것이며, 각 리니어 모터 간에 영구자석(45)들이 L/n(L: 자석 극간 거리, n: 리니어 모터 개수)만큼 이동된 상태가 되도록 배치되는 것이다.
이와 같이 하여, 본 발명에 따른 다중 리니어 모터를 이용한 전동식 조향장치(즉, 조타력 어시스트를 위한 구동 액츄에이터로서 복수개의 리니어 모터를 채용한 R-MDPS)에 의하면, 회전모터를 채용한 종래의 전동식 조향장치와 비교할 때 다음과 같은 이점이 제공된다.
1) 종래의 회전모터를 채용한 R-MDPS는 자체 특성(저 토크, 고 RPM)으로 인하여 감속기의 역할을 하면서 토크를 증폭시킬 수 있는 복잡한 구성의 토크 증폭기구(구동풀리, 종동풀리, 벨트, 볼너트, 베어링, 스크류 타입 랙바 등)가 필요한 반면, 본 발명에서는 고정자와 이동자로 이루어지는 간단한 구성의 리니어 모터를 랙바와 랙 하우징 사이에 구성함으로써 구조 및 구성의 단순화가 가능해지며, 이에 따라 내구성 및 조립성이 개선될 수 있는 이점이 있게 된다.
2) 복잡한 구성의 토크 증폭기구가 삭제됨으로써 NVH 성능이 개선될 수 있고, 중량 저감(차량 경량화 및 연비 향상의 이점 제공), 원가 절감의 이점이 있게 된다.
3) 기존의 벨트를 이용한 에너지 전달이나 스크류에 의한 에너지 변환(회전력→직선 이동력) 등의 과정이 없는 직접적인 어시스트 방식이 적용됨으로써 조타감 및 응답성 향상, 에너지 효율 향상의 이점이 있게 된다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
2 : 제어기 10 : 토크센서
20 : 기어박스 21 : 랙 하우징
21a : 하우징부 22 : 랙바
23, 24 : 타이로드 25 : 메인축
26, 27 : 보조로드 28 : 연결부
30 : 위치검출센서 44 : 이동자
45 : 영구자석 46 : 고정자
47 : 코일 M1, M2, M3 : 리니어 모터

Claims (8)

  1. 제어기(2)에 의해 구동 제어되는 모터의 구동토크에 의해 랙바(22)가 축방향 선형 이동됨으로써 운전자의 조타력을 보조하도록 구성되는 전동식 조향장치에 있어서,
    상기 모터로서 n개의 리니어 모터 복수개를 포함하며,
    상기 랙바(22)의 일측 부분이 랙바(22)와 일체로 축방향 선형 이동되는 n개의 축(25,26,27)으로 분기되어, 상기 분기된 n개의 각 축(25,26,27)과, 상기 분기된 각 축(25,26,27)들을 둘러싸도록 형성된 랙 하우징(21)의 하우징부(21a) 사이에 상기 제어기(2)에 의해 구동 제어되는 리니어 모터가 구성되고,
    상기 각 리니어 모터는 상기 분기된 각 축(25,26,27)에 설치되는 이동자(44)와, 상기 각 하우징부(21a) 내측면에 고정 설치되는 고정자(46)로 구성되며,
    상기 각 이동자(44)는 분기된 각 축 상에 N극과 S극을 갖는 복수개의 영구자석(45)들을 축방향을 따라 배열하여 구성되고,
    상기 각 고정자(46)는 하우징부(21a) 내측면에 이동자(44)의 영구자석(45) 주변으로 배치되도록 권선된 코일(47)을 설치하여 구성되며,
    상기 각 리니어 모터에서 이동자(44)의 영구자석(45)들은 각 분기된 축(25,26,27) 상에서 전체 리니어 모터 간에 서로 축방향의 L/n만큼 이동된 상태가 되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 다중 리니어 모터를 이용한 전동식 조향장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 분기된 n개의 축(25,26,27)은 양단부가 연결부(28)를 매개로 하여 일체 결합되어, 상기 n개의 축을 포함한 랙바(22) 전체가 일체로 선형 이동 가능하게 된 것을 특징으로 하는 다중 리니어 모터를 이용한 전동식 조향장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 랙바(22)의 분기된 축은 랙바(22)에 동일 축선 상으로 배치되도록 일체 형성된 메인축(25)과, 상기 메인축(25)과 나란한 방향으로 설치되고 양단부가 상기 메인축(25)과 연결부(28)를 매개로 일체 결합되어 일체로 축방향 선형 이동 가능하게 고정되는 단수 또는 복수개의 보조로드(26,27)로 구성되는 것을 특징으로 하는 다중 리니어 모터를 이용한 전동식 조향장치.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 분기된 각 축 상에 링형의 영구자석(45)을 끼워 설치함으로써 상기 각 리니어 모터의 이동자(44)가 구성되고,
    상기 하우징부(21a) 내측면에 해당 이동자(44)의 영구자석(45)들을 둘러싸도록 원통형의 권선 코일(47)을 고정 설치함으로써 상기 각 리니어 모터의 고정자(46)가 구성되는 것을 특징으로 하는 다중 리니어 모터를 이용한 전동식 조향장치.
  6. 삭제
  7. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 랙바(22)의 분기된 축이 2개이고, 리니어 모터(M1,M2) 2개(n=2)가 설치되는 것을 특징으로 하는 다중 리니어 모터를 이용한 전동식 조향장치.
  8. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 랙바(22)의 분기된 축이 3개이고, 리니어 모터(M1,M2,M3) 3개(n=3)가 설치되는 것을 특징으로 하는 다중 리니어 모터를 이용한 전동식 조향장치.
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