KR20090039109A - 소음 저감 부재를 구비하는 전동식 동력 보조 조향장치 - Google Patents

소음 저감 부재를 구비하는 전동식 동력 보조 조향장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소음 저감 부재를 구비하는 전동식 동력 보조 조향장치에 관한 것이다.
본 발명은 감속기구가 구비된 전동식 동력 보조 조향장치에 있어서, 상기 감속기구는 전자 제어 장치에 의해 구동이 제어되는 모터; 상기 모터와 연결되며, 외주면에 웜휠과 치합하는 웜이 형성되되 원주면을 따라 삽입홈이 형성된 웜축; 상기 웜축의 양측 단부에 구비되되 내주면이 상기 삽입홈을 감싸는 베어링 및 상기 삽입홈에 삽입되며 상기 베어링의 내주면과 접촉하여 상기 감속기구에서 발생하는 소음을 저감시키는 소음 저감 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치를 제공한다.
본 발명에 의하면, 베어링의 내주면과 웜축의 외주면 사이에 소음 저감 부재를 구비함으로써, 웜 및 웜휠의 치 물림에 의해 발생하는 백래쉬 및 베어링과 웜축 간의 마찰에 의해 발생하는 소음을 저감시키는 효과가 있다.
컬럼, 전동, 소음, 탄성체, 웜, 웜휠, 감속기구

Description

소음 저감 부재를 구비하는 전동식 동력 보조 조향장치{Electric Power Steering Apparatus Equipped With Noise Reduction Member}
본 발명은 소음 저감 부재를 구비하는 전동식 동력 보조 조향장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 베어링의 내주면과 웜축의 외주면 사이에 소음 저감 부재를 구비함으로써, 웜 및 웜휠의 치 물림에 의해 발생하는 백래쉬 및 베어링과 웜축 간의 마찰에 의해 발생하는 소음을 저감시키는 소음 저감 부재를 구비하는 전동식 동력 보조 조향장치에 관한 것이다.
일반적으로, 조향장치는 자동차의 진행 방향을 운전자가 의도하는 바에 따라 임의로 바꿀 때 조작되는 모든 장치로서, 조향휠(Steering Wheel)을 회전시켜 조향 기어에 그 회전력을 전달함으로써, 차륜의 각도를 바꾸어 차량의 진행 방향을 바꿀 수 있도록 한 것이다.
이와 같은 조향장치는 조향 상태의 안정성 및 부드럽고 편안한 조향감 등 안전과 함께 운전자의 편리성을 추구하는 방향으로 연구개발이 이루어지고 있다.
이러한 개발 추세에 따라 운전자의 조향감을 향상시키기 위한 방법으로 유압식 동력 보조 조향장치(HPS: Hydraulic Power Steering System) 또는 전동식 동력 보조 조향장치(EPS: Electrical Power Steering System) 등의 다양한 동력 보조 조향장치들이 개발되고 있는데, 유압 펌프에서 만들어진 유압을 조향휠 혹은 조향축의 회전에 따라 적절한 양을 적시에 구동식 피스톤에 보내는 유압식 동력 보조 조향장치와는 달리, 모터의 회전력을 이용하여 운전자의 조향력을 쉽게 해주며 환경 친화적인 전동식 동력 보조 조향장치의 설치가 1990년대 이후부터 점차적으로 증가되는 추세이다.
이와 같은 전동식 동력 보조 조향장치는 조향휠이 회전하여 토크가 발생되면 전기 에너지로 구동되는 모터가 조향 보조 동력을 제공한다. 전동식 동력 보조 조향장치를 사용하는 경우 유압식 동력 보조 조향장치에 비해 차량의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래 전동식 동력 보조 조향장치의 구성도이다. 이에 도시된 바와 같이, 전동식 동력 보조 조향장치(100)는 조향휠(102)로부터 양측 바퀴(126)까지 이어지는 조향 계통(130) 및 조향 계통(130)에 조향 보조 동력을 제공하는 보조 동력 기구(140)를 포함하여 구성된다.
조향 계통(130)은 일측이 조향휠(102)에 연결되어 조향휠(102)과 함께 회전하고 타측은 한 쌍의 유니버설 조인트(104)를 매개로 피니언축(108)에 연결되는 조향축(106)을 포함하여 구성된다. 또한, 피니언축(108)은 랙-피니언 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 감 지된 토크에 비례하는 전기 신호를 출력하는 토크 센서(142), 토크 센서(142)로부터 전해지는 전기신호에 기초하여 제어 신호를 발생하는 전자 제어 장치(Electronic Control Unit: 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 감속기구(150)를 포함하여 구성된다.
이와 같은 전동식 동력 보조 조향장치(100)는 조향휠(102)의 회전에 의해 발생한 토크가 랙-피니언 기구부(110)를 거쳐서 랙바(112)에 전달되고, 발생된 토크에 따라 모터(146)에서 발생한 보조 동력이 랙바(112)에 전달되도록 구성된다. 즉, 조향 계통(130)에서 발생한 토크와 모터(146)에서 발생한 보조 동력이 합쳐져서 랙바(112)를 축 방향으로 운동하도록 하는 것이다.
도 2는 종래 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기구의 단면도를 나타낸 도면이다. 이에 도시된 바와 같이, 감속기구(200)는 웜(152)이 형성된 웜축(202)이 구비되고 웜축(202)의 양단에는 구름 베어링(210)이 각각 설치되어 웜축(202)을 지지하며, 웜축(202)은 모터(146)의 모터축(204)과 연결되어 모터(146)의 구동에 의해 웜축(202)이 회전하는 구조로 되어 있다.
그리고 웜축(202) 상에 형성된 웜(152)과 이물림 될 수 있도록 웜(152)의 외경 일측에는 웜휠(156)이 구비되며, 웜휠(156)은 운전자가 조작하는 조향휠(102)의 회전력을 전달하는 조향축(106)에 장착되어 모터(146)의 구동에 의한 웜축(202)의 회전력이 조향축(106)에 전달되는 구조이다.
이와 같은 구조로 이루어진 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기구(150)는 차량 운행 조건에 따라 차량에 구비된 전자 제어 장치(144)에 의해 모터(146)의 구동을 제어하고, 모터(146)의 구동에 의한 웜축(202)의 회전력이 운전자가 조작하는 조향휠(102)의 회전력에 부가하여 조향축(106)에 전달됨으로써, 운전자의 조향 운전 상태를 부드럽고 안정적으로 유지할 수 있도록 한 것이다.
하지만, 반복적으로 계속되는 조향으로 인하여 웜(152)과 웜(152)에 이물림되는 웜휠(156)로부터 발생하는 백래쉬(Backlach)로 인한 소음과 웜축(202)이 회전하면서 베어링(210)의 내주면과 마찰하면서 발생하는 소음 등이 자동차의 운전석까지 전달되는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 베어링의 내주면과 웜축의 외주면 사이에 소음 저감 부재를 구비함으로써, 웜 및 웜휠의 치 물림에 의해 발생하는 백래쉬 및 베어링과 웜축 간의 마찰에 의해 발생하는 소음을 저감시키는 데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 감속기구가 구비된 전동식 동력 보조 조향장치에 있어서, 상기 감속기구는 전자 제어 장치에 의해 구동이 제어되는 모터; 상기 모터와 연결되며, 외주면에 웜휠과 치합하는 웜이 형성되되 원주면을 따라 삽입홈이 형성된 웜축; 상기 웜축의 양측 단부에 구비되되 내주면이 상기 삽입홈을 감싸는 베어링 및 상기 삽입홈에 삽입되며 상기 베어링의 내주면과 접촉하여 상기 감속기구에서 발생하는 소음을 저감시키는 소음 저감 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 베어링의 내주면과 웜축의 외주면 사이에 소음 저감 부재를 구비함으로써, 웜 및 웜휠의 치 물림에 의해 발생하는 백래쉬 및 베어링과 웜축 간의 마찰에 의해 발생하는 소음을 저감시키는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 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 구 성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기구의 단면도이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기구의 웜축 및 베어링을 나타낸 요부 사시도이다. 그리고 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기구의 웜축 및 베어링을 나타낸 요부 단면도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기구(300)는 조향력을 보조하기 위해 자동차의 조향 컬럼에 설치되는 것으로서, 이와 같은 감속기구(300)는 조향축(106)과 연결된 웜휠(302), 전자 제어 장치(144)에 의해 보조 동력을 발생시키는 모터(310), 모터(310)와 연결되며 외주면에 웜(322)이 형성되고 원주면을 따라 삽입홈(324)이 형성된 웜축(320), 웜축(320)이 더욱 원활하게 회전할 수 있도록 웜축(320)의 양측 단부에 구비되는 베어링(330), 내부에 웜(322) 및 웜휠(302)이 설치되는 하우징(340), 웜축(320)의 삽입홈(324)에 삽입되어 감속기구(300)에서 발생하는 소음을 저감시키는 소음 저감 부재(350)을 포함하여 구성된다.
웜휠(302)은 합성수지재의 재질로 제작되며, 조향축(106)의 외주 일면에 형성되되 웜축(320)의 외주면에 형성된 웜(322)과 치합되어 있어서 모터(310)의 구동으로 발생하는 웜축(320)의 회전력을 조향축(106)으로 전달한다.
모터(310)는 전자 제어 장치(144)에 의해 그 구동이 제어되는 장치로서 모터 축(312)에 연결된 웜축(320)을 회전시켜 조향축(106)에 조향 보조 동력을 공급한다.
또한, 모터(310)의 모터축(312)과 웜축(320)은 커플링(314)을 매개체로 연결된다. 여기서, 커플링(314)은 웜축(320)의 축 중심이 일정량 벗어났을 경우에도 모터축(312)과 연결될 수 있도록 플렉시블 커플링(Flexible Coupling)이 사용된다.
플렉시블 커플링은 어느 정도의 축 중심의 어긋남이나 각도의 어긋남이 있어도 오차에 의한 진동이나 충격의 흡수가 가능한 것으로, 플렉시블 커플링을 사용함으로써 웜축(320)에 무리가 적게 가도록 하고 진동이나 충격을 완화할 수 있는 것이다.
웜축(320)은 하우징(340)에 내장되되 모터(310)에 의해 구동되어 이 모터(310)의 구동에 의해 발생하는 회전력을 윔휠(302)을 통해 조향축(106)으로 전달하는 것으로 외주면에 웜휠(302)과 이물림되는 웜(322)이 형성된다. 또한, 웜축(320)의 양측 단부에는 베어링(330)이 구비되어 웜축(320)을 회전 가능하게 지지한다.
한편, 웜축(320)의 외주면 일측에는 웜축(320)의 원주면을 따라서 다수의 삽입홈(324)이 형성된다. 이 삽입홈(324)은 웜축(320)의 축 방향에 대해 길이 방향으로 길게 형성되되 키홈의 형상으로 형성되어 후술할 소음 저감 부재(350)가 삽입된다.
또한, 삽입홈(324)은 후술할 소음 저감 부재(350)가 베어링(330)의 내주면과 접촉하도록 웜축(320)의 외주면 일측을 감싸는 베어링(330)이 설치되는 부분에 형 성된다. 즉, 베어링(330)의 내주면이 삽입홈(324)을 감싸도록 웜축(320)의 외주면 일측에 형성되는 것이다.
이러한 삽입홈(324)은 웜축(320)의 원주면을 따라 소정 간격 이격되게 형성되되 적어도 2개 이상 다수개 형성된다. 하지만, 이에 한정하는 것은 아니며 웜축(320)의 원주면을 따라 환형의 형상으로 형성될 수도 있을 것이다.
여기서, 웜축(320)의 외주면 일측이라함은 웜축(320)이 모터(310)와 연결되는 부분으로 웜(322)과 커플링(314)에 결합되는 부분 사이를 말하며, 더욱 상세하게는 웜축(320)의 외주 양측 단부에 구비되는 베어링(330) 중 제 1 베어링(332)이 구비되는 부분을 말한다.
베어링(330)은 웜축(320)의 양측 단부에 구비되는 것으로 웜축(320)의 외주면 일측 다시 말해, 웜축(320)의 외주면에 소음 저감 부재(350)가 삽입되어 있는 부분에 구비되는 제 1 베어링(332) 및 웜축(320)의 타측 즉, 제 1 베어링(332) 및 모터(310)와 대향하는 방향에 구비되는 제 2 베어링(334)으로 구성된다.
여기서, 웜축(320)의 일측에 구비되는 제 1 베어링(332)은 자동조심 베어링이 사용되며, 웜축(320)의 타측에 구비되는 제 2 베어링(334)은 구름 베어링이 사용됨이 바람직하나 이에 한정하는 것은 아니다.
소음 저감 부재(350)는 소정의 탄성력을 가지는 탄성체로서, 고무의 재질로 제작되되 키의 형상으로 형성되어 웜축(320)에 형성된 키 홈 형상의 삽입홈(324)에 삽입된다.
이러한 소음 저감 부재(350)는 웜축(320)에 형성되는 삽입홈(324)과 마찬가 지로 웜축(320)의 원주면에 적어도 2개 이상 다수개 구비되어 삽입홈(324)에 삽입되는 것이 바람직하다.
이와 같은 소음 저감 부재(350)는 삽입홈(324)에 완전히 고정되도록 삽입되되, 그 외측면이 웜축(320)을 감싸는 베어링(330)의 내주면과 접촉하여 웜축(320)이 회전할 때, 베어링(330)의 내주면과 웜축(320)의 외주면 간의 마찰에 의해 발생하는 소음을 소음 저감 부재(350)가 흡수하므로 베어링(330)과 웜축(320) 사이에서 발생하는 소음을 저감할 수가 있는 것이다.
또한, 웜(322) 및 웜휠(302)에서 발생하는 백래쉬로 인한 소음 역시 웜축(320)의 외주면에 삽입되어 있는 소음 저감 부재(350)에 의해 흡수되기 때문에 결국, 백래쉬에 의한 소음 역시 소음 저감 부재(350)에 의해 저감되는 것이다.
특히, 웜축(320)에 모터(310)의 회전력이 과도하게 입력되면 웜축(320)과 베어링(330) 사이에 소정의 압력이 발생하면서 소음 저감 부재(350)를 압축시킴으로써, 압축된 소음 저감 부재(350)는 그 내구력이 더욱 증대되어 결국, 베어링(330)과 웜축(320)에서 발생하는 더욱 큰 소음을 흡수할 수가 있게 된다.
이와 같은 본 발명에 바람직한 실시예에 따른 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기구(300)는 웜축(320)의 외주면 일측에 웜(322) 및 웜휠(302)의 백래쉬와 베어링(330)의 내주면과 웜축(320)의 외주면이 마찰하면서 발생하는 소음을 저감시키는 소음 저감 부재(350)를 구비함으로써, 감속기구(300)에서 발생하는 소음이 조향 컬럼을 통해 자동차의 운전석까지 전달되는 것을 방지함으로써, 운전자는 더욱 편한한 조향감을 느낄 수 있도록 한 것이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 종래 전동식 동력 보조 조향장치의 구성도,
도 2는 종래 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기구의 단면도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기구의 단면도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기구의 웜축 및 베어링을 나타낸 요부 사시도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기구의 웜축 및 베어링을 나타낸 요부 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
300: 감속기구 302: 웜휠
310: 모터 312: 모터축
314: 커플링 320: 웜축
322: 웜 324: 삽입홈
330: 베어링 332: 제 1 베어링
334: 제 2 베어링 340: 하우징
350: 소음 저감 부재

Claims (4)

  1. 감속기구가 구비된 전동식 동력 보조 조향장치에 있어서,
    상기 감속기구는
    전자 제어 장치에 의해 구동이 제어되는 모터;
    상기 모터와 연결되며, 외주면에 웜휠과 치합하는 웜이 형성되되 원주면을 따라 삽입홈이 형성된 웜축;
    상기 웜축의 양측 단부에 구비되되 내주면이 상기 삽입홈을 감싸는 베어링 및
    상기 삽입홈에 삽입되며 상기 베어링의 내주면과 접촉하여 상기 감속기구에서 발생하는 소음을 저감시키는 소음 저감 부재
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 삽입홈은 키홈의 형상으로 형성되되 상기 웜축의 원주면을 따라 적어도 2개 이상 다수개 형성되어 상기 소음 저감 부재가 삽입되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 소음 저감 부재는 적어도 2개 이상 다수개 형성되어 상기 삽입홈에 삽 입되되, 키의 형상으로 형성되며, 소정의 탄성력이 제공되는 탄성체인 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 베어링은 상기 웜축의 일측 단부에 구비되되 내주면이 상기 삽입홈을 감싸도록 형성되는 제 1 베어링; 및
    상기 제 1 베어링과 대향하는 상기 웜축의 타측 단부에 구비되는 제 2 베어링
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치.
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