KR20070092019A - 비순환형 볼너트를 구비한 전동식 조향장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비순환형 볼너트를 구비한 전동식 조향장치에 관한 것이다.

본 발명은, 조향 보조 동력을 공급하기 위한 모터를 포함하는 전동식 조향장치에 있어서, 벨트를 통해 상기 모터의 구동 풀리에 연결되어 구동력을 전달받되, 축 방향으로 소정 길이를 가지는 볼홈이 내주면에 형성되는 볼 너트; 외주면에 나사산이 형성되는 랙바; 및 상기 볼홈의 내측 및 상기 나사산의 양측에 각각 접하는 한 쌍의 볼을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치를 제공한다.

본 발명에 의하면, 전동식 조향장치에 있어서 볼이 순환하지 않도록 하고 볼이 접하는 부분의 면적을 감소시킴으로써 소음을 저감시키는 효과가 있다.

볼, 볼 너트, 볼홈, 소음, 비순환

Description

비순환형 볼너트를 구비한 전동식 조향장치{Electric Power Steering Apparatus Equipped with Non-circuating Ball Nut}

도 1은 종래 기술에 따른 전동식 조향장치의 구성도,

도 2는 종래 기술에 따른 전동식 조향장치의 부분 단면도,

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 조향장치를 나타내는 단면도,

도 4는 도 3의 부분 확대도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

109: 랙바130: 모터

301: 벨트303: 구동 풀리

305: 볼홈307: 볼 너트

309: 나사산311: 볼

313: 볼 너트 풀리315: 경계턱

401: 제 1 볼403: 제 2 볼

본 발명은 비순환형 볼너트를 구비한 전동식 조향장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 볼이 순환하지 않으면서 랙바에 조향 보조 동력을 공급하는 한편 볼이 접하는 부분의 면적을 감소시킴으로써 소음의 발생을 저감시키는 비순환형 볼너트를 구비한 전동식 조향장치에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 조향장치로는 유압 펌프의 유압을 이용한 유압식 조향장치(Hydraulic Power Steering Apparatus)가 사용되고 있지만, 1990년대 이후 모터를 이용한 전동식 조향장치(Electric Power Steering Apparatus)가 점차로 보편화되어 가고 있다.

기존의 유압식 조향장치는 조향 보조 동력을 공급하는 동력원인 유압 펌프가 엔진에 의해 구동되어 조향휠의 회전 여부와 관계없이 항상 에너지를 소모하는 데 비해서 전동식 조향장치는 조향휠의 회전에 의해 조향 토크가 발생되면 모터가 발생된 조향 토크에 비례하는 조향 보조 동력을 공급한다. 따라서 전동식 조향장치를 사용하는 경우에는 유압식 조향장치를 사용하는 경우에 비해 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 전동식 조향장치의 구성도이다.

도 1에서 도시하는 바와 같이 일반적으로 전동식 조향장치는 조향휠(101)부터 양측 바퀴(108)에까지 이어지는 조향 계통(100) 및 조향 계통에 조향 보조 동력을 공급하는 보조 동력 기구(120)를 포함하여 구성된다.

조향 계통(100)은, 상단이 조향휠(101)에 연결되어 조향휠(101)과 함께 회전하고 하단은 한 쌍의 유니버설 조인트(103)를 매개로 피니언축(104)에 연결되는 조향축(102)을 포함하여 구성된다. 또한, 피니언축(104)은 랙-피니언 기구부(105)를 통해 랙 바(109)에 연결되고, 랙 바(109)의 양단은 타이로드(106) 및 너클암(107)을 통해 자동차의 바퀴(108)에 연결된다.

랙-피니언 기구부(105)는 피니언축(104)의 하단에 형성되는 피니언 기어(111)와 랙 바(109)의 외주면 일측에 형성되어 있는 랙 기어(112)가 서로 맞물려서 형성되며, 랙-피니언 기구부(105)를 통해 피니언축(104)의 회전 운동이 랙 바(109)의 직선 운동으로 변화한다. 따라서, 운전자가 조향휠(101)을 조작하면 피니언축(104)이 회전하고, 피니언축(104)의 회전에 따라 랙 바(109)가 축 방향으로 직선 운동을 하며, 랙 바(109)의 직선 운동이 타이 로드(106) 및 너클 암(107)을 통해 바퀴(108)를 조향하게 된다.

보조 동력 기구(120)는 운전자가 조향휠(101)에 가하는 조향 토크를 감지하고 감지된 조향 토크에 비례하는 전기 신호를 출력하는 토크 센서(121), 토크 센서(121)로부터 전해지는 전기 신호에 기초하여 제어 신호를 발생하는 전자 제어 장치(ECU: Electronic Control Unit, 123), 전자 제어 장치(123)로부터 전해지는 제어 신호에 기초하여 조향 보조 동력을 발생시키는 모터(130) 및 벨트를 매개로 모터(130)에서 발생한 보조 동력을 랙 바(109)에 전달하는 벨트식 전동장치(140)를 포함하여 구성된다.

따라서, 전동식 조향장치는 조향휠(101)의 회전에 의해 발생한 조향 토크가 랙-피니언 기구부(105)를 거쳐서 랙 바(109)에 전달되고, 발생된 조향 토크에 따라 모터(130)에서 발생한 조향 보조 동력이 벨트식 전동장치(140)에 의해 랙 바(109)에 전달되도록 구성된다. 즉, 조향 계통(100)에서 발생한 조향 토크와 모터(130)에서 발생한 조향 보조 동력이 합쳐져서 랙 바(109)를 축 방향으로 운동하도록 하는 것이다.

한편, 전동식 조향장치는 모터(130)에서 발생한 조향 보조 동력을 조향축(102) 또는 피니언축(104)에 전달하는 방식으로 구성될 수도 있다.

도 2는 종래 기술에 따른 전동식 조향장치의 부분 단면도이다.

도 2에서 도시하는 바와 같이 종래 기술에 따른 전동식 조향장치는 자동차의 가로 방향으로 연장되되 외주면 일측에 랙 기어를 구비하는 랙 바(109), 랙 기어와 맞물리는 피니언 기어를 구비하는 피니언축(104), 볼(201)을 매개로 볼 스크류(203)와 맞물리는 볼 너트(205)를 포함하는 볼 스크류부(210), 볼 너트(205)와 모터축(221)을 연결하는 벨트식 전동장치(140) 및 모터(130)를 포함하여 구성된다.

피니언축(104)은 조향축을 통해 조향휠에 연결되고, 외주면 일측에 일정 길이의 스크류가 형성되어 있는 랙 바(109)는 랙 하우징(223)에 내장된다. 또한, 랙 하우징(223)은 랙 기어 측의 제 1 하우징(225)과 모터 측의 제 2 하우징(227)으로 나뉜다.

벨트식 전동장치(140)는 모터축(221) 및 볼 너트(205)를 연결하는 벨트를 포함하여 형성되며, 조향휠에 가해진 조향 토크에 비례하여 모터(130)에서 발생하는 조향 보조 동력을 볼 너트(205)를 통해 랙 바(109)에 전달한다.

그런데, 이러한 종래 기술에 의하는 경우 볼 너트의 구동에 의해 볼이 볼스크류를 따라 순환하면서 순환 통로의 내주면 또는 볼스크류면과 마찰하면서 많은 소음을 발생시키는 문제점이 있었다.

또한, 볼이 볼 너트 및 볼스크류에 접할 때 접하는 부분의 면적이 크므로 마찰 및 소음이 커지는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 볼 너트에 접하는 볼이 순환하지 않게 하는 한편 볼이 접하는 부분의 면적을 감소시킴으로써 소음을 저감시키는 전동식 조향장치를 제공하는 데 그 주된 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 조향 보조 동력을 공급하기 위한 모터를 포함하는 전동식 조향장치에 있어서, 벨트를 통해 상기 모터의 구동 풀리에 연결되어 구동력을 전달받되, 축 방향으로 소정 길이를 가지는 볼홈이 내주면에 형성되는 볼 너트; 외주면에 나사산이 형성되는 랙바; 및 상기 볼홈의 내측 및 상기 나사산의 양측에 각각 접하는 한 쌍의 볼을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치를 제공한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 조향장치를 나타내는 단면도이다.

도 3에서 도시하는 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 조향장치는, 조향 보조 동력을 공급하기 위한 모터(130), 벨트(301)를 통해 모터(130)의 구동 풀리(303)에 연결되어 구동력을 전달받되 축 방향으로 소정 길이를 가지는 볼홈(305)이 내주면에 형성되는 볼 너트(307), 외주면에 나사산(309)이 형성되는 랙바(109) 및 볼홈(305)의 내측 및 나사산(309)의 양측에 각각 접하는 한 쌍의 볼(311)을 포함하여 구성된다.

볼 너트(307)의 외주면에는 볼 너트 풀리(313)가 형성되고, 볼 너트 풀리(313)에 벨트(301)가 감겨진다. 또한, 벨트(301)는 구동 풀리(303)에 감겨지게 되므로 모터(130)의 구동력이 볼 너트(307)에 전달되게 된다. 따라서, 모터(130)가 구동하면 볼 너트(307)가 회전하게 된다.

볼 너트(307)의 내주면에는 볼홈(305) 및 경계턱(315)이 형성된다.

볼홈(305)은 볼 너트(307)의 내주면으로 소정 깊이를 가지는 한편 축 방향으로 소정 길이를 가지도록 형성된다.

경계턱(315)은 볼 너트(307)의 내주면으로부터 소정 거리 돌출되는데, 각각의 볼홈(305) 사이의 경계를 이룬다.

한 쌍의 볼(311)은 볼홈(305)의 내측에서 각각 경계턱(315)에 접하는데, 랙바(109)의 외주면에 형성된 나사산(309)에도 접하게 된다. 따라서, 한 쌍의 볼(311)은 서로 소정 거리 이격되어 움직이게 된다.

볼 너트(307)의 회전에 의해 랙바(109)가 좌우로 직선 운동을 하는 경우 볼(311) 역시 나사산(309)에 접하면서 움직이게 된다. 그런데, 볼이 순환하는 종래 기술과 달리 본 발명의 볼(311)은 경계턱(315)에 의해 볼홈(305)의 내측에서만 축 방향 변위를 발생시킬 뿐이다. 즉, 본 발명의 볼(311)은 볼홈(305)의 내측 양단 사이에서만 직선 변위를 발생하는 것이다.

결국, 본 발명에 의하면 랙바(109)의 축 방향 변위에 비례하도록 볼홈(305)의 길이를 형성하게 되면 랙바(109)의 축 방향 운동에 불구하고 볼(311)은 순환하지 않게 되는 것이다. 이 경우 볼(311)이 움직이는 거리가 작아지므로 결국 마찰에 의한 소음도 줄어들게 된다.

도 4는 도 3의 부분 확대도이다.

도 4에서 도시하는 바와 같이 한 쌍의 볼(311) 중 제 1 볼(401)은 나사산(309)의 오른쪽 경사면 및 경계턱(315)의 왼쪽 경사면에 접해 있고, 두 접점을 연결하면 랙바(109)의 축 방향에 대해 소정 각도로 경사지게 된다.

이 경우 제 1 볼(401)이 나사산(309) 및 경계턱(315)에 접하는 부분의 면적이 줄어들게 된다. 따라서, 랙바(109)가 회전하면서 왼쪽 방향으로 이동하는 경우 제 1 볼(401)과 나사산(309) 및 경계턱(315) 사이의 마찰이 줄어들게 되어 결과적으로 소음이 저감된다.

한편, 제 2 볼(403)은 나사산(309)의 왼쪽 경사면 및 경계턱(315)의 오른쪽 경사면에 접해 있고, 역시 두 접점을 연결하면 랙바(109)의 축 방향에 대해 소정 각도로 경사진다. 이 경우 랙바(109)가 오른쪽 방향으로 이동하는 경우 제 2 볼(403)과 나사산(309) 및 경계턱(315) 사이의 마찰이 줄어들어서 소음이 저감된다.

이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 전동식 조향장치에 있어서 볼이 순환하지 않도록 하고 볼이 접하는 부분의 면적을 감소시킴으로써 소음을 저감시키는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 조향 보조 동력을 공급하기 위한 모터를 포함하는 전동식 조향장치에 있어서,

   벨트를 통해 상기 모터의 구동 풀리에 연결되어 구동력을 전달받되, 축 방향으로 소정 길이를 가지는 볼홈이 내주면에 형성되는 볼 너트;

   외주면에 나사산이 형성되는 랙바; 및

   상기 볼홈의 내측 및 상기 나사산의 양측에 각각 접하는 한 쌍의 볼

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 볼홈은 경계턱에 의해 소정 거리 이격되는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 한 쌍의 볼이 상기 경계턱 및 상기 나사산에 접하는 각 접점을 연결한 선이 상기 랙바의 축 방향에 대해 소정 각도로 기울어지는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치.

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