KR20030070522A - 중공 회전축을 가진 전동모터를 이용한 감속기와 이를이용한 전동 파워 스티어링 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량의 전동식 파워스티어링 장치에 관한 것으로서, 특히 중공 회전축을 구비한 전동수단과 동심축 상에 입력축과 출력축을 가지는 감속기와 조향 핸들의 회전을 검출하는 토크센서가 일체로 구성된 전동식 파워스티어링 장치에 관한 것이다. 본 발명은 차량의 핸들에 연결된 조향축을 통해 수동으로 조타할 수 있으며, 전동수단을 이용하여 조향축을 용이하게 회전시킬 수 있도록 전동수단의 회전 입력과 조향축의 회전 출력이 동심축에서 이루어지는 전동 파워스티어링 장치를 제공하고, 전동수단의 일측에 설치된 감속수단의 출력이 상기 전동수단의 타측에도 출력되는 감속기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

Description

중공 회전축을 가진 전동모터를 이용한 감속기와 이를 이용한 전동 파워 스티어링 장치 {Reducer Using Electric Motor Having Hollowed Rotational Shaft and Electric Motivated Power Steering System Using the Same}
본 발명은 차량의 전동식 파워스티어링 장치에 관한 것으로서, 특히 중공 회전축을 구비한 전동수단과 동심축 상에 입력축과 출력축을 가지는 감속기와 조향 핸들의 회전을 검출하는 토크센서가 일체로 구성된 전동식 파워스티어링 장치에 관한 것이다.
일반적으로 전동식 파워스티어링 장치, 즉 전동수단을 사용한 파워스티어링 장치는, 운전자가 차량의 조향 핸들을 용이하게 조작할 수 있도록 한 장치로서, 유압 등을 이용하는 종래의 유압식 파워 스티어링 장치와는 상이하게 모터의 회전력을 보조 회전력으로 사용하며, 이러한 모터의 회전은 감속기에서 적정한 회전비율로 감속하여 조향축을 구동시킨다.
도 1은 종래의 전동식 조향장치의 단면도이다. 전동식 파워스티어링 장치는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 조향을 위한 핸들(100)에 연결되는 제 1 조향축(101)과, 이 조향축(101)의 하단부에 토션바 (102)를 통해서 그 상단부가 동축적으로 연결되고, 그 하단부가 차륜에 연결되는 조향기구에 연결되는 제 2 조향축(103)과, 핸들(100)을 회전하는 것에 의해서 제 1 조향축(101)에 가해지는 토크를 상기 토션바(102)에 생기는 비틀림에 의해서 검출하는 토크센서(104)와, 이 토크센서(104)의 검출결과에 따라 구동되는 조향 보조용 모터(105)와, 이 모터(105)의 출력축에 연결되고, 이 출력축의 회전을 감속하여 상기 제 2 조향축(103)에 전달하는 감속기어(106a, 106b, 106c)로 구성된다.
이러한, 종래의 전동식 파워스티어링 장치는 차량의 조향을 위하여 핸들(100)을 회전시킬 경우 이 핸들(100)에 연결된 조향축의 회전을 검출하는 토크센서(104)에서 비틀림을 감지하며, 컨트롤러(미도시)를 통해 비틀린 방향으로 조향 보조용 모터(105)를 회전시키고 감속기(106)를 통해 조향축을 회전시킨다.
그러나, 이러한 전동식 파워스티어링 장치는 설치하기 위한 공간과 각 장치들을 조립하는 효율성이 저하되는 문제점이 있으며, 평기어, 웜기어 등을 이용한 감속기는 감속비율이 낮고, 소음이 많이 발생하는 문제점이 있다.
따라서 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 중공 회전축을 구비한 전동수단과 상기 중공 회전축과 상기 전동수단의 회전 입력을 감속하여 출력하는 감속수단의 출력축이 동심축에 설치된 감속기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 차량의 핸들에 연결된 조향축을 통해 수동으로 조타할 수 있으며, 전동수단을 이용하여 조향축을 용이하게 회전시킬 수 있도록 전동수단의 회전 입력과 조향축의 회전 출력이 동심축에서 이루어지는 전동 파워스티어링장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1 은 종래의 전동식 파워스티어링 장치를 나타낸 사시도.
도 2 는 본 발명에 따른 중공 회전축을 가진 전동모터를 이용한 감속기와 이를 사용한 전동 파워스티어링 장치의 구성을 나타낸 분해 사시도.
도 3 은 본 발명에 따른 중공 회전축을 가진 전동모터를 이용한 감속기와 이를 사용한 전동 파워스티어링 장치의 구성을 나타낸 단면도.
도 4 는 싸이클로이드 기어를 작동시키는 중공 회전축의 편심추를 나타낸 사시도
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
200 : 토크센서201 : 제 1 연결축
202 : 제 2 연결축203 : 고정공
210 : 조향축211 : 걸림홈
215 : 컨트롤러220 : 전동모터
221 : 고정홈222 : 고정공
230 : 중공 회전축231 : 편심추
240 : 조향축 회전판241 : 시프트 핀
242 : 시프트 핀 홀243 : 걸림턱
250 : 싸이클로이드 기어252 : 시프트 핀 홀
260 : 싸이클로이드 기어 하우징270 : 감속기어 하우징
271 : 고정홈280 : 고정볼트
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 전동수단을 구비하고, 상기 전동수단의 회전을 소정 비율로 감속하는 감속수단으로 구성된 감속기로서, 상기 전동수단은 중공 회전축을 구비하고, 상기 감속수단의 출력축이 상기 중공 회전축과 동심축 상에 설치된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 차량의 핸들에서 연장된 축에 일단부가 연결되고, 차량의 조타륜에 연결된 조향축에 타단부가 연결되어 핸들의 회전력을 차량의 조타륜에 전달하며 핸들의 회전방향을 검출하는 검출수단과; 상기 검출수단의 하부에 설치되고, 상기 조향축이 관통하도록 중공 회전축이 형성된 전동수단과; 상기 전동수단의 일측에 설치되며, 상기 검출수단의 출력에 따라 상기 전동수단을 제어하는 제어수단과; 상기 전동수단의 하부에 설치되며, 상기 전동수단의 회전을 소정 비율로 감속하여 상기 중공 회전축과 동심축 상에 설치된 조향축으로 출력하는 감속수단을 포함한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 중공 회전축을 가진 전동모터를 이용한 감속기와 이를 이용한 전동 파워스티어링 장치의 구성을 나타낸 분해 사시도이다. 도 2에서, 핸들의 회전을 검출하는 토크센서(200)는 제 1 연결축(201)을 통해 핸들에 연결된 조향축(미도시)의 일단부에 연결되며, 제 2 연결축(202)을 통해 조타륜에 연결되는조향축(210)이 연결된다.
전동모터(220)는 조향축(210)을 회전시키며, 회전자의 중심부에 관통공이 형성된 중공 회전축(230)을 구비한다. 상기 전동모터(220)는 AC모터, 스테핑 모터, DC모터, 비엘디씨(Brush Less DC)모터 등을 사용할 수도 있으며, 바람직하게 비엘디씨 모터이다. 상기 중공 회전축(230)은 일단부에 싸이클로이드 기어(250)를 구동시키기 위한 편심추(231)를 구비한다. 상기 전동모터(220)의 하우징에는 토크센서(200)에서 출력된 회전 방향값에 따라 전동모터(220)를 제어하기 위한 컨트롤러(215)가 설치된다.
조향축 회전판(240)과 결합된 싸이클로이드 기어(250)는 둘레에 싸이클로이드 기어 하우징(260)을 구비하며 감속기어 하우징(270)에 고정된다.
도 3은 본 발명에 따른 중공 회전축을 가진 전동모터를 이용한 감속기와 이를 이용한 전동 파워스티어링 장치의 구성을 나타낸 단면도로서, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 전동 파워스티어링 장치를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
토크센서(200)는 제 1 연결축(201)에 결합된 핸들의 비틀림을 검출하고, 핸들이 회전하는 방향에 대한 방향값을 전기적으로 출력하며, 핸들이 회전하는 방향으로 제 2 연결축(202)에 결합된 조향축(210)을 회전시킨다. 상기 토크센서(200)는 이미 공지된 토크센서를 사용할 수도 있으며, 본 발명의 다른 실시예로 조향축의 회전을 검출하는 센서를 구비할 수도 있다. 상기 토크센서(200)는 하우징에 형성된 고정공(203)과 전동모터(220)의 상부에 형성된 고정홈(221)이 볼트(미도시)로 결합되며, 상기 토크센서(200)의 제 2 연결축에 결합된 조향축(210)은 전동모터(220)를 관통한다.
컨트롤러(215)는 상기 토크센서(200)에서 출력된 회전 방향값에 따라 전동모터(220)를 제어하는 신호를 출력하며, 상기 컨트롤러(215)는 전동모터(220)의 하우징 일측면 또는 상기 토크센서(200)와 전동모터(220) 사이에 일체로 설치될 수도 있다. 또한, 다른 실시예로 전동모터(220)의 하우징 일측면에 삽입 포트를 설치하여, 새로운 제어프로그램으로 업데이트 할 수 있는 카트리지 형태의 컨트롤러가 설치될 수도 있으며, 전동모터(220)의 외부에 분리하여 설치할 수도 있다. 또한, 상기 컨트롤러(215)는 상기 토크센서(200)에서 검출된 핸들의 회전속도, 또는 비틀림 속도에 따라 핸들의 회전속도가 빠르면 전동모터(220)의 회전 속도를 증가시키고, 핸들의 회전속도가 늦으면 전동모터(220)의 회전속도를 감속시킨다. 또한, 상기 컨트롤러(215)에 차량의 속도를 측정하는 차속센서(미도시)에서 검출된 차량의 속도를 입력하여 차량이 고속으로 주행할 경우 전동모터(220)의 회전을 감소시키고, 차량이 저속으로 주행할 경우 전동모터(220)의 회전을 증가시킬 수도 있으며, 상기 제어방법은 이미 공지된 기술을 사용할 수도 있다.
상기 전동모터(220)는 상기 컨트롤러(215)에서 출력된 회전 방향값에 따라 중공 회전축(230)을 회전시킨다. 상기 중공 회전축(230)의 하단부에는 감속기어를 구동시키기 위한 편심추(231)가 결합되며, 상기 편심추(231)는 싸이클로이드 기어(250)를 구동시킨다. 상기 전동모터(220)는 하우징에 형성된 고정공(222)과 감속기어 하우징(270)에 형성된 고정홈(271)이 고정볼트(280)로 결합된다.
상기 감속기어 하우징(270)의 내부에는 싸이클로이드 기어 하우징(260)이 고정 설치되고, 상기 하우징(270)을 관통하여 상기 조향축(210)이 관통한다. 상기 조향축(210)에 형성된 걸림홈(211)은 조향축 회전판(240)에 형성된 걸림턱(243)과 결합하여 고정되고, 상기 결합된 조향축 회전판(240)은 회전판(240)에 형성된 시프트 핀 홀(242)과 상기 중공 회전축(230)의 회전에 따라 구동되는 싸이클로이드 기어(250)에 형성된 시프트 핀 홀(252)이 시프트 핀(241)을 통해 결합된다. 상기 감속기어의 다른 실시예로 유성치차, 니들 베어링 등을 이용하여 감속기를 사용할 수도 있으며, 싸이클로이드 기어, 유성치차, 및 니들 베어링 등을 조합하여 감속기어를 사용할 수도 있다.
한편, 상기 중공 회전축(230)을 구비한 전동모터(220)와 상기 전동모터(220)의 일측에 싸이클로이드 기어, 유성치차, 니들 베어링 등을 이용한 감속기어 만을 결합하여 감속기로 사용할 수 있으며, 상기 감속장치는 감속기어의 출력축을 상기 중공 회전축(230)을 관통하여 전동모터(220)의 타측으로 연장하여 양방향 출력을 할 수도 있다.
도 4는 싸이클로이드 기어를 작동시키는 중공 회전축의 편심추를 나타낸 사시도로로서, 도 2 및 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 전동 파워스티어링 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다. 운전자가 핸들을 조타하게 되면, 상기 핸들의 조향축에 연결된 토크센서(200)는 회전 또는 비틀림을 감지하고, 회전 방향값을 컨트롤러(215)로 출력한다. 상기 컨트롤러(215)는 회전 방향값에 따라 전동모터(220)를 제어하고, 상기 전동모터(220)는 핸들의 회전방향으로 회전하게 된다. 상기 전동모터(220)의 중공 회전축(230)에 결합된 편심추(231)는 전동모터(220)가 회전함에 따라 함께 회전한다. 이 경우, 편심추(231)가 회전함으로써 싸이클로이드 기어(250)는 편심추가 회전하는 방향으로 싸이클로이드 기어 하우징(260)의 치차열을 따라 감속되어 회전하게 된다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 전동 파워스티어링 장치는 차량의 핸들에 연결된 조향축이 전동모터를 관통함으로서 전동모터의 고장시에도 수동으로 조타할 수 있는 장점이 있으며, 전동모터를 이용하여 조향축을 회전시켜 쉽게 조타시킬 수 있는 장점이 있다. 또한, 입력축과 출력축이 동심에서 이루어져 설치가 간편하고, 조립의 효율성이 향상되는 장점이 있으며, 평기어, 웜기어 등을 이용한 감속기보다 향상된 감속비를 출력할 수 있고, 감속기에서 발생되는 소음과 진동을 충분히 감소시킬 수 있는 장점이 있다. 또한, 전동모터와 감속기어로 구성된 감속장치는 중공 회전축을 관통한 감속기어의 출력축을 전동모터의 양방향으로 출력을 할 수 있는 장점이 있다.
이상에서는, 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.

Claims (13)

  1. 전동수단과 상기 전동수단에서 출력되는 회전을 소정 비율로 감속하는 감속수단을 포함하는 감속기에 있어서,
    상기 전동수단은 중공 회전축을 구비하고, 상기 감속수단의 출력 회전축이 상기 중공 회전축과 동심축 상에 설치된 것을 특징으로 하는 중공 회전축을 가진 전동모터를 이용한 감속기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전동수단은 비엘디씨 모터인 것을 특징으로 하는 중공 회전축을 가진 전동모터를 이용한 감속기.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 감속수단은 싸이클로이드 기어를 이용한 것을 특징으로 하는 중공 회전축을 가진 전동모터를 이용한 감속기.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 감속수단은 유성치차를 이용한 것을 특징으로 하는 중공 회전축을 가진 전동모터를 이용한 감속기.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 감속수단은 니들 베어링을 이용한 것을 특징으로 하는 중공 회전축을 가진 전동모터를 이용한 감속기.
  6. 차량의 핸들에서 연장된 축에 일단부가 연결되고, 차량의 조타륜에 연결된 조향축에 타단부가 연결되어 핸들의 회전력을 차량의 조타륜에 전달하며, 핸들의 회전방향을 검출하는 검출수단과; 상기 검출수단의 하부에 설치되며, 상기 조향축이 관통하도록 회전축에 중공이 형성된 전동수단과; 상기 전동수단의 일측에 설치되며, 상기 검출수단의 출력에 따라 상기 전동수단의 동작을 제어하는 제어수단과; 상기 전동수단의 하부에 설치되며, 상기 전동수단의 회전을 소정 비율로 감속하여 상기 중공 회전축과 동심축 상에 설치된 조향축으로 출력하는 감속수단을 포함하는 전동 파워스티어링 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 검출수단은 핸들의 비틀림을 검출하는 토크센서인 것을 특징으로 하는 전동 파워스티어링 장치.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 제어수단은 교체 가능한 카트리지형 컨트롤러인 것을 특징으로 하는 전동 파워스티어링 장치.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 제어수단은 검출수단과 전동수단 사이에 일체로 설치되는 것을 특징으로 하는 전동 파워스티어링 장치.
  10. 제 6 항에 있어서, 상기 전동수단은 비엘디씨 모터인 것을 특징으로 하는 전동 파워스티어링 장치.
  11. 제 6 항에 있어서, 상기 감속수단은 싸이클로이드 기어를 이용한 것을 특징으로 하는 전동 파워스티어링 장치.
  12. 제 6 항에 있어서, 상기 감속수단은 유성치차를 이용한 것을 특징으로 하는 전동 파워스티어링 장치.
  13. 제 6 항에 있어서, 상기 감속수단은 니들 베어링을 이용한 것을 특징으로 하는 전동 파워스티어링 장치.
KR1020020039217A 2002-02-25 2002-07-08 중공 회전축을 가진 전동모터를 이용한 감속기와 이를이용한 전동 파워 스티어링 장치 KR20030070522A (ko)

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