KR20000055811A - 자동차용 전동식 파워스티어링 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 전동식 파워스티어링 장치에 대한 것으로서, 발명의 주된 목적은 랙바와 랙하우징간에 센터감지수단을 구비하여 랙바의 이동에 따른 신속한 대응과 정확한 조향이 이루어 질 수 있도록 하는데 있으며, 또 다른 한편으로는 랙바의 나사부에 결합되는 암나사부를 모터샤프트와 분리하여 형성하므로써, 암나사부 가공과 로터조립공정을 각각 따로 실시할 수 있도록 하는데 있으며, 또 다른 한편으로는 따로 형성한 암나사부를 스플라인으로써 연결하여 유격을 최소한으로 줄여 정,역회전 절환시 곧바로 동력이 전달될 수 있도록 하는데 있는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 특징적인 수단으로는 조향축의 끝단에 연결된 피니언과 치합된 채 좌,우 이동이 가능하도록 하되, 일측단에 수나사부를 형성한 랙바, 상기한 랙바의 외주연에 끼운 모터샤프트, 상기 모터샤프트의 외주연에 감합 고정한 마그네트 회전자와, 그 둘레의 모터하우징 내경에 설치한 코일 고정자를 포함하는 모터로써, 전동 파워스티어링 장치를 구성한 것에 있어서, 상기한 랙바의 중단에 형성한 단턱부와, 그 외측의 랙바하우징의 내경측에 매설한 코일부로써 센터감지수단을 형성하며, 상기한 모터샤프트의 일측 끝단 외경에는 스플리인축부를 형성하고, 상기한 수나사부에 결합될 암나사부를 가지도록 너트를 별도로 형성한 후, 상기 너트의 일측단 내경에 스플라인홈부를 형성하여 결합하며, 스플라인홈부가 형성된 외경에 지지베어링을 개입시켜 구성하는데 있다.

Description

자동차용 전동식 파워스티어링 장치{Electromotive power steering apparatus for car}

본 발명은 자동차용 전동식 파워스티어링 장치에 대한 것으로서, 더 상세하게는 조향을 위한 어시스트 수단으로 전동 모터를 사용하되, 센터감지수단을 개량하는 한편, 전동모터의 회전운동을 직선운동으로 바꾸기 위한 너트의 결합구조를 개선한 것이다.

일반적으로 자동차용 스티어링 장치는 배력장치가 없는 매뉴얼 스티어링장치가 있고, 이를 개선하여 유압의 힘으로 배력을 제공하는 유압식 스티어링 장치가 있으며, 근래에는 전동모터로써 배력을 제공하는 전동 스티어링 장치가 개발되고 있다.

종래의 전동식 파워스티어링 장치는 도 1에서 보는 바와 같이 랙바(1)의 일측부분에 수나사부(11)를 형성하고, 상기 랙바(1)의 둘레에 파이프 타입의 모터샤프트(2)를 끼우되, 상기한 모터샤프트(2)와 그 둘레의 모터하우징(6)간에 고정자(32) 및 회전자(31)를 구성하여 모터를 형성하며, 모터에 의해 회전 가능한 모터샤프트(2)의 내경에 암나사부(21)를 형성하여 상기한 랙바(1)의 수나사부(11)에 치합시켰을 때, 모터가 정,역회전 구동함에 따라 랙바(1)가 좌측 또는 우측으로 이동할 수 있도록 되어 있어 조향 배력을 제공할 수 있게 되는 것이다.

이와 같은 종래의 구성에 있어서 크게 지적되는 문제점은 센터감지 수단이 구성되어 있지 않았을 뿐만 아니라 모터샤프트(2)의 내경에 형성한 암나사부(21)와, 랙바(1)의 외주면에 형성한 수나사부(11)가 나사 결합 되어 있는 바, 모터가 정회전을 하다가 역회전을 하는 경우, 또 그 반대로 역회전을 하다가 정회전을 하는 경우, 수나사 산과 암나사 골이 갖는 공차 때문에 백래쉬가 발생하여 정확한 동력전달이 이루어지지 못하는 경우가 있으며, 암나사부(21)가 모터샤프트(2)에 일체로 되어 있기 때문에 로터의 마그네트 조립공정, 암나사부 가공공정 등 여러공정을 나누어 실시할 수 없어 생산성이 떨어지는 것이었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위해 안출한 것으로서, 발명의 주된 목적은 랙바와 랙하우징간에 센터감지수단을 구비하여 랙바의 이동에 따른 신속한 대응과 정확한 조향이 이루어 질 수 있도록 하는데 있으며, 또 다른 한편으로는 랙바의 나사부에 결합되는 암나사부를 모터샤프트와 분리하여 형성하므로써, 암나사부 가공과 로터조립공정을 각각 따로 실시할 수 있도록 하는데 있으며, 또 다른 한편으로는 따로 형성한 암나사부를 스플라인으로써 연결하여 유격을 최소한으로 줄여 정,역회전 절환시 곧바로 동력이 전달될 수 있도록 하는데 있는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 특징적인 수단으로는 조향축의 끝단에 연결된 피니언과 치합된 채 좌,우 이동이 가능하도록 하되, 일측단에 수나사부를 형성한 랙바, 상기한 랙바의 외주연에 끼운 모터샤프트, 상기 모터샤프트의 외주연에 감합 고정한 마그네트 회전자와, 그 둘레의 모터하우징 내경에 설치한 코일 고정자를 포함하는 모터로써, 전동 파워스티어링 장치를 구성한 것에 있어서, 상기한 랙바의 중단에 형성한 단턱부와, 그 외측의 랙바하우징의 내경측에 매설한 코일부로써 센터감지수단을 형성하며, 상기한 모터샤프트의 일측 끝단 외경에는 스플리인축부를 형성하고, 상기한 수나사부에 결합될 암나사부를 가지도록 너트를 별도로 형성한 후, 상기 너트의 일측단 내경에 스플라인홈부를 형성하여 결합하며, 스플라인홈부가 형성된 외경에 지지베어링을 개입시켜 구성하는데 있다.

도 1은 종래의 전동식 파워스티어링장치를 보인 단면도

도 2는 본 발명의 전동식 파워스티어링장치를 보인 단면도

도 3은 본 발명의 센터감지수단을 보인 확대 단면도

도 4는 본 발명의 센터감지수단의 또 다른 실시예의 단면도

도 5는 본 발명의 너트결합구조를 보인 확대 단면도

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 랙바 2 : 모터샤프트

3 : 모터 4 : 랙바하우징

5 : 센터감지수단 6 : 모터하우징

7 : 너트 8 : 지지베어링

11 : 나사부 22 : 스플라인축부

31 : 회전자 32 : 고정자

33 : 홀소자 34 : 다극착자 마그네트

51 : 단턱부 52 : 코일

53 : 자로유도부재 71 : 스플라인홈부

81 : 반원홈 72 : 암나사부

82 : 볼 83 : 볼케이지

84 : 외륜

이하 본 발명의 실시예를 첨부 도면에 따라 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단면도이고, 도 3은 본 발명의 센터감지수단(5)을 보인 것이고, 도 4는 센터감지수단의 또 다른 실시예의 단면도이며, 도 5는 본 발명의 너트의 결합구조를 상세히 보인 요부 확대 단면도이다.

도 2에서 보듯이 본 발명의 전동식 파워스티어링 장치의 구성은 랙바하우징(4)의 내부에 내장된 랙바(1)와, 랙바(1)의 일측 외주연에 끼워진 모터샤프트(2)와, 모터샤프트의 외주연에 형성한 모터(3)로 이루어져 있다.

즉, 랙바(1)는 조향축의 끝단에 연결된 피니언과 치합된 채 랙바하우징(4)의 속에서 좌,우 이동이 가능하도록 하되, 일측단에 수나사부(11)를 형성한 것이며, 모터샤프트(2)는 상기한 랙바(1)의 외주연에 끼우되, 일측으로 암나사부(21)를 연결하여 상기 랙바(1)의 나사부에 치합시킨 것이고, 모터(3)는 상기 모터샤프트(2)의 외주면에 부착 고정한 마그네트 회전자(31)와, 그 둘레의 모터하우징(6) 내경에 설치한 코일 고정자(32)와, 상기한 모터샤프트(2)의 일단에 감합한 다극착자 마그네트(34)와, 리어브라켓(35)의 기판(36)상에 고정된 홀센서(33)로써 모터(3)를 형성한 것이다.

상기 구성에서 센터감지수단(5)을 형성하되, 랙바(1)의 중단에는 단턱부(51)를 형성하고, 그 외측의 랙바하우징(4)에는 코일부(52)와, 코일부 사이의 자로유도부재(53)를 매설하는 것이다.

여기서 상기한 코일부(52)는 자로유도부재(53)를 중앙에 두고 좌,우로 배치할 수도 있고, 자로유도부재 없이 코일부(52)만으로 구성할 수도 있다.

한편, 모터샤프트(2)의 끝단 외경에는 스플라인축부(22)를 형성하고, 그 끝에 스플라인홈부(71)를 갖는 너트(7)를 연결한 후, 이 너트를 지지베어링(8)으로써 결합하는데 특징이 있는 것이다.

즉, 내경의 암나사부(72)가 랙바(1)의 수나사부(11)에 나삽되는 너트(7)를 별도로 형성한 후, 그 내경 일단에 스플라인홈부(71)를 형성하고, 상기한 모터샤프트(2)의 끝단 외경에 상기 스플라인홈부(71)에 맞는 스플라인축부(22)를 형성하여 서로 결합하므로써 같이 회전될 수 있도록 하고, 상기 스플라인홈부(71)의 외경과 모터하우징(6)과의 사이에는 지지베어링(8)을 개입시킨다. 이 지지베어링(8)은 너트(7)의 외경에 형성한 반원홈(81)을 내륜으로 하고, 링모양의 볼케이지(83)에 의해 단속되는 다수의 볼(82)과, 볼의 외측을 감합한 외륜(84)으로 형성한 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 조향핸들을 돌렸을 때, 조향축이 회전하게 되고, 조향축이 회전하면 피니언이 치합된 랙바(1)가 좌,우 이동을 할 수 있게 된다.

이때, 랙바(1)의 좌,우 이동을 어시스트하는 작동은 모터(3)에 의해 실시된다. 즉, 모터하우징(6)의 내부에 고정된 코일 고정자(32)에 전원이 공급되면 모터샤프트(2)에 감합고정된 마그네트 회전자(31)가 회전을 하게 되며, 회전자의 회전과 함께 모터샤프트(2)가 회전을 하면 그 스플라인축부(22)에 스플라인홈부(71)가 결합된 너트(7)가 지지베어링(8)에 의해 지지된 채 제자리에서 함께 회전 하므로 너트 내경의 암나사부(72)는 수나사부(11)를 좌측 또는 우측으로 이동시키게 된다.

따라서 조향핸들을 돌리는 방향으로 랙바(1)의 이동을 어시스트하게 되는 것이며, 상기와 같이 랙바(1)가 이동하면 랙바(1)에 형성된 단턱부(51)에 의해 센터감지수단(5)이 작동하여 조타량을 측정하게 된다.

더 자세히 말해서 랙바(1)의 단턱부(51)가 좌측으로 또는 우측으로 이동을 하게 되면, 그 단턱부의 높이차이가 외측의 랙하우징(4)에서 자로유도부재(53)를 기준으로 좌측 및 우측에 구비된 각각의 코일부(52)에 자력선의 변화를 주므로 즉, 인덕턴스값을 달리하게 되므로 랙바의 이동상태를 감지할 수 있게 되는 것이며, 따라서 랙바(1)가 좌,우 어느쪽으로도 움직이지 않은 상태일때를 코일부(52)의 센터값과 일치시키면 센터를 측정할 수 있게 되는 것이다.

한편, 자로유도부재없이 코일부(52)를 하나로 하였을 때도 자력선의 변화에 따라 센터위치를 측정할 수 있다. 이때도 단턱부(51)의 높은 위치가 코일부(52)와 얼마나 넓게 겹쳐지느냐에 따라 인덕턴스값이 달라지기 때문이다.

위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명은 랙바(1)의 외주면에 형성한 단턱부(51)와, 랙하우징(4)의 내면에 매설한 코일부(52)로써 단턱에 의해 발생하는 인덕턴스값을 측정할 수 있도록 하였기 때문에 그 인덕턴스값에 의한 랙바의 이동정도를 파악하여 센터를 감지할 수 있는 것이다.

따라서 랙바(1)의 좌,우 이동에 따른 상기 모터(3)의 신속한 대응이 가능하고, 그 외에 조향작동의 정밀도가 향상된다.

뿐만 아니라 수나사부(11)가 형성된 랙바(1)를 좌,우 이송시키되, 모터샤프트(2)의 회전력을 스플라인축부(22) 및 스플라인홈부(71)로써 연결한 별도의 너트(7)가 지지베어링(8)에 지지된 채 회전되도록하였기 때문에 정,역회전에 따른 유격을 최소한으로 줄여 방향전환에 따른 동력전달이 즉시즉시 이루어질 수 있도록 되는 것이며, 더 나가서 모터를 구성해야하는 모터샤프트(2)와, 암나사부(72)를 정밀하게 가공하여야 하는 너트(7)를 따로 분리형성하였기 때문에 각각 따로 가공 및 조립할 수 있어 생산성이 향상되며, 더 나가서 상품성이 우수해지는 장점이 있다.

Claims (3)

1. 조향축의 끝단에 연결된 피니언과 치합된 채 좌,우 이동이 가능하도록 하되, 일측단에 수나사부(11)를 형성한 랙바(1),

   상기한 랙바(1)의 외주연에 끼운 모터샤프트(2),

   상기 모터샤프트의 외주연에 감합 고정한 마그네트 회전자(31)와, 그 둘레의 모터하우징(6) 내경에 설치한 코일 고정자(32)를 포함하는 모터(3)로써, 전동 파워스티어링 장치를 구성한 것에 있어서,

   상기한 랙바(1)의 중단에 형성한 단턱부(51)와, 그 외측의 랙바하우징(4)의 내경측에 매설한 코일부(52)로써 센터감지수단(5)을 형성하며, 상기한 모터샤프트(2)의 일측 끝단 외경에는 스플라인축부(22)를 형성하고, 상기한 수나사부에 결합될 암나사부(72)를 가지도록 너트(7)를 별도로 형성한 후, 상기 너트의 일측단 내경에 스플라인홈부(71)를 형성하여 결합하며, 스플라인홈부(71)가 형성된 외경에 지지베어링(8)을 개입시켜서 됨을 특징으로 하는 자동차용 전동식 파워스티어링 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기한 센터감지수단(5)은 코일부(52)의 사이에 자로유도부재(53)를 내장하여 인덕턴스값의 변화를 감지하기에 용이하도록 하여서 됨을 특징으로 하는 자동차용 전동식 파워스티어링 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기한 지지베어링(8)은 너트(7)의 스플라인홈부(71)가 형성된 외경에서 모터하우징(6)과의 사이에 개입시키되, 너트의 외경에 직접 형성한 반원홈(81)과 반원홈에 안착시키되, 볼케이지(83)에 의해 단속되는 볼(82)과, 볼의 외측에 감합된 외륜(84)으로 구성하여서 됨을 특징으로 하는 자동차용 전동식 파워스티어링 장치.