KR102419583B1 - 전동식 조향장치의 감속기 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 모터의 구동에 의해 회전하며, 외주면에 웜이 형성된 웜축; 조향휠의 회전력을 전달하는 조향축과 결합되는 웜휠샤프트; 제1면 및 상기 제1면과 대향되는 제2면을 구비하고, 외주면이 상기 웜과 치합되도록 상기 웜휠샤프트에 장착되며, 상기 웜휠샤프트와의 심간 거리가 점차 증가 또는 감소하도록 외주면이 경사지게 형성된 웜휠; 상기 웜휠의 일측면에 접촉되도록 조향축에 결합되는 댐핑부재;를 포함하는 전동식 조향장치의 감속기를 제공한다.

Description

전동식 조향장치의 감속기{Reducer of Electronic Power Steering Apparatus}
본 발명은 자동차 조향장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 웜과 웜휠 간의 유격보상이 가능하도록 한 전동식 조향장치의 감속기에 관한 것이다.
도 1은 종래 전동식 조향장치의 구성도이다.
도 1을 참고하면, 종래의 전동식 조향장치(100)는, 운전석에 배치되는 조향휠(102)과 이에 연결된 조향축(106), 그리고 조향축을 차체에 고정할 수 있도록 하는 조향 컬럼(130), 조향축(106)으로부터 입력받은 회전력을 직선 운동으로 변환하는 랙 기어와 피니언 기어를 포함하는 랙피니언 기구부(110), 양단부에 타이로드(122)와 너클암(124)을 구비한 랙바(112)를 포함하여 구성된다.
조향 컬럼(130)은 조향축(106)이 조향휠(102)에 연결되어 조향휠(102)과 함께 회전하고 타측은 한 쌍의 유니버설 조인트(104)를 매개로 피니언축(108)에 연결된다. 또한, 피니언축(108)은 랙피니언 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 조향장치는 조향휠(102)의 회전에 의해 발생한 토크가 랙피니언 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 조향장치의 감속기를 나타내는 단면도이다.
도 2를 참고하면, 종래의 감속기(150)는 웜(152)이 형성된 웜축(254)이 구비되고 웜축(254)의 양단에는 웜축베어링(257)이 각각 설치되어 웜축(254)을 지지하며, 웜축베어링(257)이 웜축(254)의 축 방향으로 유격되는 것을 방지하기 위해 플러그 볼트(210)가 댐핑 커플러(240)와 웜축베어링(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 회전한다.
웜축(254)의 일측에는 웜축(254)의 외주면에 형성된 웜(152)과 치물림될 수 있도록 웜휠(156)이 구비되며, 웜휠(156)은 운전자가 조작하는 조향휠(도 1의 102참조)의 회전력을 전달하는 조향축(106)에 장착되어 모터(146)의 구동에 의한 웜축(254)의 회전력이 조향축(106)에 전달되는 구조이다.
웜축(254), 웜휠(156)은 기어 하우징(260) 내에 수용되고, 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.
이와 같은 구조로 이루어진 전동식 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 조향장치의 감속기는 웜축과 모터축의 결합부위에 제조상의 오차와 조립상의 오차가 누적되어 베어링의 걸림감이 발생되고 웜축의 회전 저항이 증대되는 문제점이 있었다.
또한, 웜과 웜휠이 내구가 진행되면 마모에 의해 유격이 발생되고, 백래쉬로 인한 래틀 노이즈가 발생되는 문제점과, 노면으로부터 바퀴와 조향축을 통해 전달되는 충격으로 발생되는 래틀 노이즈로 인해 운전자에게 조향휠 조작시 불쾌감을 일으키게 되는 문제점이 있었다.
한국공개특허 제10-2006-0101622호
본 발명은 웜과 웜휠의 마모로 인한 유격을 보상할 수 있도록 한 자동차 조향장치를 제공한다.
본 발명의 과제는 전술한 바에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 과제 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 전동식 조향장치의 감속기는, 모터의 구동에 의해 회전하며, 외주면에 웜이 형성된 웜축; 조향휠의 회전력을 전달하는 조향축과 결합되는 웜휠샤프트; 제1면 및 상기 제1면과 대향되는 제2면을 구비하고, 외주면이 상기 웜과 치합되도록 상기 웜휠샤프트에 장착되며, 상기 웜휠샤프트와의 심간 거리가 점차 증가 또는 감소하도록 외주면이 경사지게 형성된 웜휠; 상기 웜휠의 일측면에 인접하도록 상기 웜휠샤프트에 결합되는 댐핑부재;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 웜휠의 외경은 제1면으로부터 제2면으로 갈수록 점차 감소할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 댐핑부재는 상기 웜휠의 제1면에 인접하도록 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 댐핑부재는 NR(Natural Rubber), BR(Polybutadiene Rubber), NBR(Nitrile Butadiene Rubber), CR(Chloroprene Rubber), EPDM(Ethylene Propylene Terpolymer), FPM(Fluoro Elastomer), SBR(Styrene Butadine Rubber), CSM(Chlorosulphonated Polyethylene), 실리콘, 우레탄 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 웜과 웜휠이 서로 연동되어 회전할 때 또는 요철이 있는 도로와 같은 외부로부터 바퀴를 타고 전달되는 충격에 의해 웜이 급격한 운동을 하게 되면, 웜휠의 일측에 인접하게 배치된 댐핑부재가 축 방향의 탄성력을 발생시켜 웜휠의 경사진 외주면이 웜축 방향으로 탄력 지지됨으로써 웜휠과 웜축 간의 유격이 보상되어 진동 및 소음을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 일반적인 전동식 조향장치의 구성도이다.
도 2는 종래 기술에 의한 전동식 조향장치의 감속기를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 전동식 조향장치의 감속기를 도시한 단면도이다.
도 4는 도 3에 따른 조향축과 웜휠의 결합 상태를 도시한 사시도이다.
도 5는 도 3에 따른 조향축으로부터 베어링이 분리된 상태를 도시한 분해 사시도이다.
도 6은 도 3에 따른 조향축과 웜휠의 결합 상태를 도시한 정면도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이때, 종래 기술과 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면번호를 부여한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 전동식 조향장치의 감속기를 도시한 단면도이고, 도 4는 도 3에 따른 조향축과 웜휠의 결합 상태를 도시한 사시도이며, 도 5는 도 3에 따른 조향축으로부터 베어링이 분리된 상태를 도시한 분해 사시도이고, 도 6은 도 3에 따른 조향축과 웜휠의 결합 상태를 도시한 정면도이다.
도 3내지 도 6을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 전동식 조향장치는 기어 하우징(300), 웜축(330), 웜휠(350), 댐핑부재(360)를 포함한다.
기어 하우징(300)은 웜축(330)을 수용하는 웜축 하우징(310), 웜휠(350)을 수용하는 웜휠 하우징(320)을 포함할 수 있다.
웜축(330)은 웜축 하우징(310)의 내부에 수용되며, 기어 하우징(300)의 일측에 배치된 모터축(도시 생략)과 연결되어 모터의 구동 시 모터축과 연동 회전한다. 웜축(330)의 외주면에는 웜휠(350)과 치합되도록 웜(331)이 형성된다.
웜휠샤프트(340)는 조향휠의 회전력을 전달하는 조향축과 연결되어 조향축의 회전시 연동 회전한다.
웜휠(350)은 제1면(351) 및 제1면(351)과 대향되는 제2면(352)을 갖는 원판 형상으로 이루어진다. 도 6을 참고할 때, 제1면(351)은 웜휠(350)의 상면을, 제2면(352)은 웜휠(350)의 저면을 지칭한다. 웜휠(350)은 웜휠샤프트(340)에 압입 결합되며, 웜휠샤프트(340)의 회전시 일체로 회전한다. 웜휠(350)의 외주면에는 기어치가 형성되어 웜축(330)의 웜(331)과 치합된다. 웜휠(350)은 스틸 또는 엔지니어링 플라스틱 재질로 형성될 수 있으며, 기어치가 형성된 웜휠의 외주면은 엔지니어링 플라스틱으로 형성될 수도 있다.
웜휠(350)의 외주면은 일측 방향으로 경사지게 형성된다. 즉, 웜휠(350)의 외주면은 웜휠샤프트(340)로부터의 거리가 점차 증가 또는 감소하도록 형성된다. 예를 들면, 본 발명의 실시예에서 웜휠(350)의 외경은 제1면(351)으로부터 제2면(352)으로 갈수록 점차 감소하도록 형성될 수 있다. 즉, 도 6을 참고하면 웜휠(350)은 정면에서 봤을 때 윗변(제1면)의 길이가 아랫변(제2면)의 길이보다 긴 사다리꼴의 형태를 취하게 된다. 따라서, 웜휠(350)은 제1면(351)에 가까울수록 웜휠샤프트(340)와 외주면과의 심간 거리(D1)가 증가하고, 제2면(352)에 가까울수록 웜휠샤프트(340)와 외주면과의 심간 거리(D2)가 감소할 수 있다.
웜휠(350)의 제1면(351) 및 제2면(352)의 근접 위치에는 제1베어링(341) 및 제2베어링(342)이 웜휠샤프트(340)에 결합되어 웜휠샤프트(340)의 회전을 지지한다. 제1베어링(341)의 일측에는 플러그볼트(370)가 장착될 수 있으며, 플러그볼트(370)는 댐핑부재의 축방향 탄성력을 조절할 수 있도록 웜휠 하우징(320)과 나사 결합될 수 있다.
댐핑부재(360)는 웜휠(350)의 일측면에 접촉되도록 웜휠샤프트(340)에 결합된다. 댐핑부재(360)는 웜휠(350)을 일측 방향으로 탄성 지지하여 웜(331)과 웜휠(350)이 안정적으로 치합되도록 해 준다. 댐핑부재(360)는 웜휠(350)의 제1면(351)에 인접하도록 배치될 수 있다. 즉, 댐핑부재(360)는 웜휠(350)의 제1면(351)과 제1베어링(341) 사이에 개재되어 제1베어링(341)에 의해 지지됨으로써 웜휠(350)의 제1면(351)에서 제2면(352) 방향으로 탄성력을 제공할 수 있다.
또한, 댐핑부재(360)는 웜(331)과 웜휠(350)의 회전시 또는, 외부로부터의 충격으로 웜(331)과 웜휠(350)이 급격한 구동을 하는 경우 웜휠샤프트(340)에서 웜휠(350)의 축 방향 유동을 완충해 줌으로써 진동과 소음을 예방할 수도 있다.
댐핑부재(360)는 축 방향으로 전달되는 하중에 의해 탄성 변형이 가능한 재질 예컨대, NR(Natural Rubber), BR(Polybutadiene Rubber), NBR(Nitrile Butadiene Rubber), CR(Chloroprene Rubber), EPDM(Ethylene Propylene Terpolymer), FPM(Fluoro Elastomer), SBR(Styrene Butadine Rubber), CSM(Chlorosulphonated Polyethylene), 실리콘, 우레탄 중 어느 하나를 포함하여 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 댐핑부재(360)는 웜휠(350)의 제1면(351)에 인접하게 배치되어 있으나, 이에 한정될 필요는 없다. 예컨대, 댐핑부재(360)는 웜휠(350)의 제2면(352)에 인접하게 배치되어도 무방하며, 이 경우 웜휠(350)은 제1면(351)에서 제2면(352)으로 갈수록 직경이 증가하도록 형성되어야 한다.
이와 같이 구성된 전동식 조향장치의 감속기의 작용을 설명하면 다음과 같다.
차량 운행조건에 따라 차량에 구비된 전자제어 장치에 의해 모터(400)의 구동을 제어하고, 모터(400)의 구동에 의한 웜축(330)의 회전력이 웜휠(350)을 통하여 운전자가 조작하는 조향휠(102, 도 1참고)의 회전력에 부가하여 조향축(106, 도 1 참고)에 전달됨으로써, 운전자의 조향 운전 상태를 부드럽고 안정적으로 유지할 수 있게 된다.
더욱이, 댐핑부재(360)에 의해 웜(331)과 웜휠(350)이 서로 연동되어 회전할 때 또는 요철이 있는 도로와 같은 외부로부터 바퀴를 타고 전달되는 충격에 의해 웜(331)이 급격한 운동을 하게 되면, 웜휠(350)의 제1면(351)에 인접하게 배치된 댐핑부재(360)가 축 방향으로 탄성력을 발생하여 웜휠(350)의 경사진 외주면이 웜축(330) 방향으로 탄력 지지됨으로써 웜휠(350)과 웜(331) 간의 유격이 보상되어 진동 및 소음을 감소시킬 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
즉, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
따라서, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
300; 기어 하우징 310; 웜축 하우징
320; 웜휠 하우징 330; 웜축
340; 웜휠샤프트 350; 웜휠
351; 제1면 352; 제2면
360; 댐핑부재

Claims (4)

  1. 모터의 구동에 의해 회전하며, 외주면에 웜이 형성된 웜축;
    조향휠의 회전력을 전달하는 조향축과 결합되는 웜휠샤프트;
    제1면 및 상기 제1면과 대향되는 제2면을 구비하고, 외주면이 상기 웜과 치합되도록 상기 웜휠샤프트에 장착되며, 상기 웜휠의 외경은 상기 제1면으로부터 상기 제2면으로 갈수록 점차 감소하도록 경사지게 형성된 웜휠;
    상기 웜휠의 제1면에 인접하도록 상기 웜휠샤프트에 결합되어, 상기 웜휠을 상기 제1면에서 상기 제2면을 향하는 방향으로 축방향 탄성 지지하는 댐핑부재;
    을 포함하는 전동식 조향장치의 감속기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 댐핑부재는 NR(Natural Rubber), BR(Polybutadiene Rubber), NBR(Nitrile Butadiene Rubber), CR(Chloroprene Rubber), EPDM(Ethylene Propylene Terpolymer), FPM(Fluoro Elastomer), SBR(Styrene Butadine Rubber), CSM(Chlorosulphonated Polyethylene), 실리콘, 우레탄 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 감속기.
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