KR20070105651A

KR20070105651A - 유성 기어 장치를 감속기로서 구비하는 전동식 조향장치

Info

Publication number: KR20070105651A
Application number: KR1020060038082A
Authority: KR
Inventors: 정성준; 송준규
Original assignee: 주식회사 만도
Priority date: 2006-04-27
Filing date: 2006-04-27
Publication date: 2007-10-31
Also published as: KR100804570B1

Abstract

본 발명은 전동식 조향장치에 관한 것이다.

본 발명은, 입력축; 상기 입력축의 외주면을 둘러싸도록 형성되는 회전자를 구비하는 모터; 상기 입력축에 연결되는 캐리어; 상기 입력축의 외주면을 둘러싸되 상기 회전자에 연결되는 태양 기어; 상기 태양 기어에 외접하되 상기 캐리어에 의해 지지되는 유성 기어; 상기 유성 기어가 내접하는 링 기어; 및 상기 캐리어에 연결되는 출력축을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치를 제공한다.

본 발명에 의하면, 입력축과 동축 상에 구비되는 모터 및 유성 기어 장치를 구비함으로써 모터가 차지하는 공간을 감소시켜서 조향장치를 설계함에 있어서 자유도를 높이는 효과가 있다.

감속, 모터, 유성 기어, 조향장치

Description

유성 기어 장치를 감속기로서 구비하는 전동식 조향장치{Electric Power Steering Apparatus Having Planetary Gear Train as Speed Reduction Mechanism}

도 1은 종래 기술에 따른 전동식 조향장치의 구성도,

도 2는 종래 기술에 따른 감속기구를 나타내는 단면도,

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 조향장치의 구성도,

도 4a는 도 3의 A - A 방향의 단면도,

도 4b는 도 3의 B - B 방향의 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

101: 조향휠121: 토크 센서

123: 전자 제어 장치130: 모터

301: 입력축303: 캐리어

305: 태양 기어307: 유성 기어

309: 링 기어311: 출력축

313: 회전자315: 회전축

317: 기어 하우징

본 발명은 전동식 조향장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 입력축과 동축 상에 구비되는 모터 및 유성 기어 장치를 구비함으로써 모터가 차지하는 공간을 감소시킬 수 있는 유성 기어 장치를 감속기로서 구비하는 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 구성도이고, 도 2는 종래 기술에 따른 감속기구를 나타내는 단면도이다.

도 1 및 도 2에서 각각 도시하는 바와 같이 일반적으로 전동식 조향장치는 조향휠(101)부터 양측 바퀴(108)까지 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 너클암(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 모터(130)에서 발생한 조향 보조 동력을 조향축(102)에 전달하기 위하여 웜(201) 및 웜휠(203)을 구비한 감속기구(140)를 포함하여 구성된다.

감속기구(140)는 외주면 일측에 웜(201)이 형성되어 있고 양단이 베어링(205, 206)에 의해 회전 가능하게 지지되는 웜축(210)을 포함하여 구성되는데, 웜(201)은 조향축(102)의 외주면 일정 위치에 형성되어 있는 웜휠(203)에 맞물리도록 형성되고 웜축(210)은 모터(130)에 의해 구동된다.

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 감속기구(140)에 의해 조향축(102)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.

그런데, 이러한 구성을 가지는 종래 기술에 따른 전동식 조향장치의 경우 모터(130)가 조향축(102)에 대하여 소정 각도를 이루도록 배치되므로 모터(130)가 차지하는 공간이 커서 자동차 설계의 자유도가 낮아질 수밖에 없는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 입력축과 동축 상에 구비되는 모터 및 유성 기어 장치를 구비함으로써 모터가 차지하는 공간을 감소시킬 수 있는 유성 기어 장치를 감속기로서 구비하는 전동식 조향장치를 제공하는 데 그 주된 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 입력축; 상기 입력축의 외주면을 둘러싸도록 형성되는 회전자를 구비하는 모터; 상기 입력축에 연결되는 캐리어; 상기 입력축의 외주면을 둘러싸되 상기 회전자에 연결되는 태양 기어; 상기 태양 기어에 외접하되 상기 캐리어에 의해 지지되는 유성 기어; 상기 유성 기어가 내접하는 링 기어; 및 상기 캐리어에 연결되는 출력축을 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 조향장치의 구성도이다. 또한, 도 4a는 도 3의 A - A 방향의 단면도이고, 도 4b는 도 3의 B - B 방향의 단면도이다.

도 3, 도 4a 및 도 4b에서 각각 도시하는 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 조향장치는 입력축(301), 모터(130), 캐리어(303), 태양 기어(305), 유성 기어(307), 링 기어(309) 및 출력축(311)을 포함하여 구성된다.

입력축(301)은 운전자가 조향휠(101)을 조작함에 따라 회전하면서 캐리어(303)에 회전력을 전달한다. 필요에 따라 입력축(301)은 캐리어(303)와 일체로 형성될 수도 있다.

모터(130)는 입력축(301)의 외주면을 둘러싸는 중공 형상으로 이루어지는 회전자(313)를 구비하며, 회전자(313)는 태양 기어(305)에 연결되어 모터(130)의 회전력을 태양 기어(305)에 전달한다. 또한, 회전자(313)는 입력축(301)과 동축 상에 형성되는 것이 바람직하다.

캐리어(303)는 상단이 입력축(301)에 연결되어 입력축(301)과 함께 회전하도록 구성되며, 회전축(315)을 통해 유성 기어(307)를 회전 가능하게 지지한다. 또한, 캐리어(303)의 하단에는 출력축(311)이 연결되므로 입력축(301), 캐리어(303) 및 출력축(311)이 모두 함께 회전한다. 한편, 입력축(301), 캐리어(303) 및 출력축(311)은 모두 동축 상에 형성됨이 바람직하다.

태양 기어(305)는 입력축(301)의 하단 외주면을 둘러싸도록 중공 형상으로 형성되며, 태양 기어(305)의 상단은 모터(130)의 회전자(313)에 연결된다. 또한, 태양 기어(305)와 회전자(313)는 일체로 형성될 수도 있다. 따라서, 회전자(313)의 회전에 따라 태양 기어(305)도 회전하게 된다. 또한, 태양 기어(305)는 입력축(301)과 동축 상에 형성됨이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 태양 기어(305)와 입력축(301)을 일체로 형성할 수도 있다.

유성 기어(307)는 태양 기어(305)에 외접하도록 형성되며 캐리어(303)로부터 돌출 형성되는 회전축(315)을 매개로 캐리어(303)에 의해 회전 가능하게 지지된다.

링 기어(30O)는 유성 기어(307)가 내측에 접하도록 형성되며, 링 기어(300)를 둘러싸는 기어 하우징(317)에 고정되어 있어서 회전하지 않는다.

출력축(311)은 상단이 캐리어(303)에 연결되도록 형성되며 운전자의 조향휠(101) 조작에 의해 발생한 조향 입력을 최종적으로 랙-피니언 기구 등의 구동부에 전달한다. 또한, 출력축(311)은 캐리어(303)와 일체로 형성되도록 함이 바람직하며, 입력축(301)과 출력축(311)의 기어비는 1 : 1이 되도록 함이 바람직하다.

이러한 구성을 가지는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 조향장치에 있어서 감속 과정은 다음과 같다.

운전자가 조향휠(101)을 회전하면 입력축(301), 캐리어(303) 및 출력축(311)이 회전하게 된다.

그런데, 한편으로는 운전자의 조향휠(101) 조작에 따라 토크 센서(121)가 조향 토크를 감지한 후 감지된 조향 토크의 크기에 비례하는 전기적 신호를 발생시켜서 전자 제어 장치(123)에 전달하고, 전자 제어 장치(123)가 모터(130)에 구동 신호를 보냄에 따라 모터(130)의 회전자(313)가 회전한다.

모터(130)의 회전자(313)가 회전하면 회전자(313)에 연결되어 있는 태양 기어(305)가 자전하고, 태양 기어(305)가 자전하면 유성 기어(307)가 자전함과 동시에 태양 기어(305)를 중심으로 공전한다.

또한, 유성 기어(307)가 자전 및 공전을 함에 따라 회전축(315)을 매개로 유성 기어(307)를 지지하는 캐리어(303)에 회전력이 더해지게 된다. 즉, 조향 보조 동력이 캐리어(303)에 공급되는 것이다.

즉, 태양 기어(305)와 유성 기어(307)의 맞물림에 의해 모터(130)의 감속이 일어나고, 최종적으로는 캐리어(303) 및 출력축(311)에 조향 보조 동력이 공급되어 운전자의 조향을 보조하게 되는 것이다.

다면, 링 기어(309)는 기어 하우징(317)에 고정되도록 구성함이 바람직하다. 링 기어(309)가 고정되어 있지 않으면 링 기어(309)의 회전 때문에 감속비가 변화하는 문제가 발생하기 때문이다.

이상에서 살펴 본 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 조향장치에 있어서는 모터(130)가 입력축(301)과 동축 상에 형성되므로 모터(130)가 차지하는 공간을 줄이는 한편 유성 기어 장치를 사용하여 적절한 감속비를 얻을 수도 있다.

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, 입력축과 동축 상에 구비되는 모터 및 유성 기어 장치를 구비함으로써 모터가 차지하는 공간을 감소시켜서 조향장치를 설계함에 있어서 자유도를 높이는 효과가 있다.

Claims

입력축;

상기 입력축의 외주면을 둘러싸도록 형성되는 회전자를 구비하는 모터;

상기 입력축에 연결되는 캐리어;

상기 입력축의 외주면을 둘러싸되 상기 회전자에 연결되는 태양 기어;

상기 태양 기어에 외접하되 상기 캐리어에 의해 지지되는 유성 기어;

상기 유성 기어가 내접하는 링 기어; 및

상기 캐리어에 연결되는 출력축

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

상기 입력축과 상기 캐리어는 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치.
제 2 항에 있어서,

상기 캐리어와 상기 출력축은 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치.
제 3 항에 있어서,

상기 태양 기어와 상기 회전자는 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 링 기어는 회전하지 않도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치.
제 5 항에 있어서,

상기 링 기어는 기어 하우징에 고정되는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치.
제 6 항에 있어서,

상기 입력축과 상기 출력축의 기어비는 1 : 1 인 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치.