KR102415785B1 - 전동조향장치 - Google Patents

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    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0442—Conversion of rotational into longitudinal movement
    • B62D5/0454—Worm gears

Abstract

전동조향장치에 관한 발명이 개시된다. 본 발명에 따른 전동조향장치는: 웜샤프트; 웜샤프트에 장착되는 제1커플러; 제1커플러와 결합되는 제2커플러; 제2커플러가 장착되고, 동력을 전달하는 모터; 및 제1커플러와 제2커플러의 결합에 의해 형성되는 수용 공간에 장착되는 커플링을 포함하고, 커플링은, 탄성 변형 가능한 재질을 포함하여 이루어지는 탄성부; 및 탄성부에 장착되고, 탄성부 보다 강성 재질을 포함하여 이루어지는 고형부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전동조향장치{MOTOR DRIVEN POWER STEERING}
본 발명은 전동조향장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 커플링의 내구성을 향상시켜 소음 발생과 성능 저하를 개선하는 전동조향장치에 관한 것이다.
일반적으로 전동조향장치(Motor Driven Power Steering, MDPS)는 유압을 이용하지 않고, 모터 동력으로 조향파워를 어시스트(assist)한다. 이를 위해, 전동조향장치는 전자제어장치(Electronic Control Unit, ECU)에 의해 제어되어 동력을 발생하는 모터와, 모터를 통해 회전되는 웜샤프트(Worm Shaft)와, 웜샤프트에 치합된 웜휠(Worm Wheel)을 구비함으로써, 웜휠의 회전력을 기어박스쪽으로 전달해 조타력을 어시스트한다.
전동조향장치에서 모터와 감속기의 웜샤프트를 연결하는 구조는, 모터와, 모터의 토크를 전달받아 출력을 배가하는 감속기와, 모터와 감속기를 연결하는 커플링과, 커플링을 구속하기 위해 모터측과 감속기측에 각각 형성되는 커플러로 구성된다. 모터와 웜샤프트의 축은 축 어긋남이 발생되고, 이 상태에서 모터에서 발생하는 토크를 웜샤프트에 그대로 전달하는 경우, 소음을 유발하거나 지지하는 타부품에 과도한 부하를 가하여 부품의 수명을 단축시킨다. 이러한 문제를 해결하기 위해 모터와 감속기 웜샤프트 사이에 동력을 전달하되 축의 어긋남을 보상해주는 고무 재질의 커플링이 위치하게 된다.
기존 고무재질의 커플링은 초기 조립시 예압이 형성된 상태(압축)에서 회전방향과 축방향의 모터 토크에 의한 피로하중을 받아서 일정 내구가 진행이 되면 내구 열화에 의해 초기 대비 축방향 및 회전방향의 강성 저하가 발생된다. 또한 차량의 운행 조건 및 환경 조건에 따라 내구열화에 의한 강성저하는 차이를 보이는데, 강성저 하가 과도하게 발생되면 소음 및 이음에 의한 품질 문제가 발생될 수 있고, 조타시 응답성 지연에 의한 조향성능 저하를 유발하는 문제점이 있다. 따라서 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-1382034호(2014.03.31 등록, 발명의 명칭: 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기)에 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 커플링의 내구성을 향상시켜 소음 발생과 성능 저하를 개선하는 전동조향장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 전동조향장치는: 웜샤프트; 상기 웜샤프트에 장착되는 제1커플러; 상기 제1커플러와 결합되는 제2커플러; 상기 제2커플러가 장착되고, 동력을 전달하는 모터; 및 상기 제1커플러와 상기 제2커플러의 결합에 의해 형성되는 수용 공간에 장착되는 커플링을 포함하고, 상기 커플링은, 탄성 변형 가능한 재질을 포함하여 이루어지는 탄성부; 및 상기 탄성부에 장착되고, 상기 탄성부 보다 강성 재질을 포함하여 이루어지는 고형부를 포함한다.
본 발명에서 상기 탄성부는, 중공형의 원형부; 및 상기 원형부의 외측면에 상기 원형부의 원주 방향을 따라 복수 개가 부착되고, 상기 고형부가 장착되는 기둥부를 포함한다.
본 발명에서 상기 기둥부는, 원기둥 형상으로 형성되고, 상기 고형부가 장착되는 안착부; 및 상기 안착부의 양단에 형성되고, 상기 고형부가 상기 안착부에서 이탈되는 것을 차단하는 돌출부를 포함한다.
본 발명에서 상기 돌출부는, 상기 고형부의 내경보다 작게 형성되는 선단부; 및 상기 안착부와 접하는 스토퍼부를 포함하고, 상기 선단부에서 상기 스토퍼부를 향할수록 외경의 크기가 점점 크게 형성되며, 상기 스토퍼부의 외경의 크기는 상기 고형부의 외경의 크기보다 더 크게 형성된다.
본 발명에서 상기 고형부는 플라스틱 재질을 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따른 전동조향장치는 커플링이 탄성 재질과 강성 재질로 이루어져 내구성이 향상될 수 있다.
또한 본 발명에 따르면 전동조향장치에서 조향시 소음 발생을 감소시켜 안정적인 승차감을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동조향장치를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 커플링을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 커플링을 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 4는 본 발 발명의 일 실시예에 따른 커플링이 제1커플러와 제2커플러에 장착된 상태를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 커플링이 제1커플러와 제2커플러에 장착된 상태를 개략적으로 나타내는 정면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 커플링에서 설정 범위 이하로 하중이 인가되는 경우의 상태를 개략적으로 나타내는 정면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 커플링에서 설정 범위 초과로 하중이 인가되는 경우의 상태를 개략적으로 나타내는 정면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 전동조향장치의 일 실시예를 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동조향장치를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 커플링을 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 커플링을 개략적으로 나타내는 분해 사시도이고, 도 4는 본 발 발명의 일 실시예에 따른 커플링이 제1커플러와 제2커플러에 장착된 상태를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 커플링이 제1커플러와 제2커플러에 장착된 상태를 개략적으로 나타내는 정면도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동조향장치는 웜샤프트(100), 제1커플러(200), 제2커플러(300), 모터(400), 커플링(500)을 포함한다.
웜샤프트(100)는 모터(400)의 동력을 제1커플러(200), 커플링(500), 제2커플러(300)를 통해 전달받아 웜휠(미도시)에 전달한다. 웜샤프트(100)의 단부에는 제1축(110)이 형성된다, 웜샤프트(100)의 제1축(110)는 제1커플러(200)가 제1축홀(210)에 압입 결합된다. 따라서 웜샤프트(100)와 제1커플러(200)는 모터(400)의 동력에 따라 동일한 방향으로 회전된다.
제1커플러(200)는 웜샤프트(100)에 장착된다. 제1커플러(200)는 금속 재질을 포함하여 이루어진다. 제1커플러(200)에는 커플링(500)이 수용되는 공간이 형성되고, 제1축홀(210), 제1지지부(220), 제1고정부(230)를 포함한다.
제1축홀(210)은 웜샤프트(100)의 제1축(110)의 직경에 대응되게 형성되고, 제1축홀(210)에 제1축(110)이 압입 결합된다. 제1지지부(220)는 제1커플러(200)의 외측부분을 이루고, 제2커플러(300)의 제2지지부(320)에 치합되게 제1커플러(200)의 외주면을 따라 복수 개가 이격 형성된다. 제1고정부(230)는 제1지지부(220)에서 돌출 형성되고, 커플링(500)에서 이격된 기둥부(513) 사이에 삽입된다.
제2커플러(300)는 일측(도 1 기준 하측)이 제1커플러(200)에 결합되고, 타측(도 1 기준 상측)이 모터(400)에 장착된다. 제2커플러(300)는 금속 재질을 포함하여 이루어진다. 제2커플러(300)에는 커플링(500)이 수용되는 공간이 형성되고, 제2축홀(310), 제2지지부(320), 제2고정부(330)를 포함한다. 제2커플러(300)는 제1커플러(200)에 대응되게 형성된다.
제2축홀(310)은 모터(400)의 제2축(410)의 직경에 대응되게 형성되고, 제2축홀(310)에 제2축(410)이 압입 결합된다. 제2지지부(320)는 제2커플러(300)의 외측부분을 이루고, 제1커플러(200)의 제1지지부(220)에 치합되게 제2커플러(300)의 외주면을 따라 복수 개가 이격 형성된다. 제2고정부(330)는 제2지지부(320)에서 돌출 형성되고, 커플링(500)에서 이격된 기둥부(513) 사이에 삽입된다.
모터(400)는 제2커플러(300)가 장착되고, 동력을 전달하는 것으로, 단부에 제2축(410)이 회동 가능하게 형성된다. 제2축(410)은 제2축홀(310)에 압입 결합되어, 모터(400)의 동력이 제2커플러(300), 제1커플러(200)를 통해 웜샤프트(100)로 전달된다.
커플링(500)은 제1커플러(200)와 제2커플러(300)의 결합에 의해 형성되는 수용 공간에 장착된다. 커플링(500)은 모터(400)의 회전 방향의 토크와, 제1축(110)과 제2축(410)의 축방향 하중을 지지한다.
커플링(500)은 탄성부(510)와 고형부(550)를 포함한다. 탄성부(510)는 탄성변형 가능한 재질을 포함하여 이루어진다. 탄성부(510)는 회전하는 제1커플러(200) 또는 제2커플러(300)로부터 회전 방향 또는 축방향으로 설정 범위 이하의 하중이 전달되면, 제1커플러(200)와 제2커플러(300)와 초기 결합시 인가된 예압만으로 탄성 변화되면서 모터(400)의 토크를 전달한다. 이때는 입력되는 하중이 설정 범위 이하이기 때문에 커플링(500)의 열화(劣化, deterioration)나 영구 변화량은 미미하다. 탄성부(510)는 탄성 변화 가능한 재질로, 고무 등을 포함하여 이루어진다.
고형부(550)는 탄성부(510)에 장착되고, 탄성 변형 가능한 탄성부(510) 보다 강성 재질을 포함하여 이루어진다. 고형부(550)는 탄성부(510)에 장착되는 링 형상으로 형성된다. 회전하는 제1커플러(200) 또는 제2커플러(300)로부터 회전 방향 또는 축방향으로 설정 범위 초과의 하중이 전달되면, 탄성부(510)는 탄성 변화되고, 고형부(550)가 지지하여 모터(400)의 토크를 전달한다. 이때 고형부(550)는 탄성부(510)의 과도한 열화나 영구 변형을 방지하여, 제1커플러(200)와 제2커플러(300)에 장착된 커플링(500)의 유격 발생을 방지할 수 있다. 따라서 소음이나 이음 유발을 막아주며, 강성 저하량이 적게 되어 조향 성능을 일정하게 유지시켜준다. 고형부(550)는 고무 재질로 이루어진 탄성부(510) 보다 강성 재질을 포함하여 이루어진다. 고형부(550)는 고무 보다 강성 재질을 플라스틱 등을 포함하여 이루어진다.
탄성부(510)는 원형부(511)와 기둥부(513)을 포함하여 이루어진다. 원형부(511)는 중공형으로 형성되는 것으로, 웜샤프트(100)의 제1축(110)과, 모터(400)의 제2축(410)이 서로 간섭되지 않게 한다.
기둥부(513)는 원형부(511)의 외측면에 원형부(511)의 원주 방향을 따라 이이격되어 복수 개가 부착된다. 기둥부(513)가 서로 이격된 간격은 제1커플러(200)의 제1고정부(230)와 제2커플러(300)의 제2고정부(330)이 장착될 수 있게 형성된다. 기둥부(513)에는 고형부(550)가 장착된다. 기둥부(513)는 안착부(515)와 돌출부(517)을 포함한다.
안착부(515)는 원기둥 형상으로 형성되고, 고형부(550)가 장착되는 공간을 제공한다. 안착부(515)의 외경은 고형부(500)의 내경보다 크거나 같게 형성된다. 따라서 고형부(500)는 안착부(515)에 압입 결합된다.
돌출부(517)는 안착부(515)의 양단(도 3 기준 상단과 하단)에 형성되고, 안착부(515)에 장착된 고형부(500)의 이탈을 차단한다. 돌출부(517)는 돔 형상, 반구 형상, 반추 형상으로 형성되는 것으로, 선단부(518)와 스토퍼부(519)를 포함한다. 선단부(518)는 고형부(550)가 진입하는 부분으로, 고형부(550)의 내경보다 작게 형성된다. 스토퍼부(519)는 안착부(515)와 접하는 부분이다. 돌출부(517)는 선단부(518)에서 스토퍼부(519)를 향할수록 외경의 크기가 점점 크게 형성된다.
스토퍼부(519)의 외경의 크기는 고형부(550)의 외경의 크기보다 더 크게 형성된다. 따라서 안착부(515)에 고형부(550)를 장착할 때, 고형부(550)는 돌출부(517)의 선단부(518)를 통해 진입되고, 고형부(500)가 진입됨에 따라 돌출부(517)는 탄성 압축된다. 고형부(550)는 안착부(515)에 안착된 상태에서 스토퍼부(519)에 의해 안착부(515)에서 이탈되는 것이 차단된다.
도 6 및 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전동조향장치의 작동을 설명한다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 커플링에서 설정 범위 이하로 하중이 인가되는 경우의 상태를 개략적으로 나타내는 정면도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 커플링에서 설정 범위 초과로 하중이 인가되는 경우의 상태를 개략적으로 나타내는 정면도이다.
도 6을 참조하면, 회전하는 제1커플러(200)의 제1고정부(230) 또는 제2커플러(300)의 제2고정부(320)로부터 회전 방향 또는 축방향으로 설정 범위 이하의 하중이 전달되면, 탄성부(510)의 돌출부(517)는 제1커플러(200)와 제2커플러(300)와 초기 결합시 인가된 예압만으로 탄성 변화되면서 모터(400)의 토크를 전달한다. 이때는 입력되는 하중이 설정 범위 이하이기 때문에 커플링(500)의 열화(劣化, deterioration)나 영구 변화량은 미미하다.
도 7을 참조하면, 회전하는 제1커플러(200)의 제1고정부(230) 또는 제2커플러(300)의 제2고정부(320)로부터 회전 방향 또는 축방향으로 설정 범위 초과의 하중이 전달되면, 탄성부(510)이 돌출부(517)는 탄성 변화되고, 제1고정부(230) 또는 제2고정부(330)를 고형부(550)가 지지하여 모터(400)의 토크를 전달한다. 이때 고형부(550)는 탄성부(510)의 과도한 열화나 영구 변형을 방지하여, 제1커플러(200)와 제2커플러(300)에 장착된 커플링(500)의 유격 발생을 방지할 수 있다. 따라서 소음이나 이음 유발을 막아주며, 강성 저하량이 적게 되어 조향 성능을 일정하게 유지시켜준다.
본 발명에 따른 전동조향장치는 커플링이 탄성 재질과 강성 재질로 이루어져 내구성이 향상될 수 있다.
또한 본 발명에 따르면 전동조향장치에서 조향시 소음 발생을 감소시켜 안정적인 승차감을 제공할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100: 웜샤프트 110: 제1축
200: 제1커플러 210: 제1축홀
220: 제1지지부 230: 제1고정부
300: 제2커플러 310: 제2축홀
320: 제1지지부 330: 제2고정부
400: 모터 410: 제2축
500: 커플링 510: 탄성부
511: 원형부 513: 기둥부
515: 안착부 517: 돌출부
518: 선단부 519: 스토퍼부
550: 고형부

Claims (5)

  1. 웜샤프트;
    상기 웜샤프트에 장착되는 제1커플러;
    상기 제1커플러와 결합되는 제2커플러;
    상기 제2커플러가 장착되고, 동력을 전달하는 모터; 및
    상기 제1커플러와 상기 제2커플러의 결합에 의해 형성되는 수용 공간에 장착되는 커플링을 포함하고,
    상기 커플링은,
    탄성 변형 가능한 재질을 포함하여 이루어지는 탄성부; 및
    상기 탄성부에 장착되고, 상기 탄성부 보다 강성 재질을 포함하여 이루어지는 고형부를 포함하고,
    상기 탄성부는,
    중공형의 원형부; 및
    상기 원형부의 외측면에 상기 원형부의 원주 방향을 따라 복수 개가 부착되고, 상기 고형부가 장착되는 기둥부를 포함하고,
    상기 기둥부는,
    원기둥 형상으로 형성되고, 상기 고형부가 장착되는 안착부; 및
    상기 안착부의 양단에 형성되고, 상기 고형부가 상기 안착부에서 이탈되는 것을 차단하는 돌출부를 포함하고,
    상기 돌출부는,
    상기 고형부의 내경보다 작게 형성되는 선단부; 및
    상기 안착부와 접하는 스토퍼부를 포함하고,
    상기 선단부에서 상기 스토퍼부를 향할수록 외경의 크기가 점점 크게 형성되며,
    상기 스토퍼부의 외경의 크기는 상기 고형부의 외경의 크기보다 더 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 전동조향장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고형부는 플라스틱 재질을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전동조향장치.
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