KR20090081254A

KR20090081254A - 전동식 동력 보조 조향장치

Info

Publication number: KR20090081254A
Application number: KR1020080007229A
Authority: KR
Inventors: 송준규
Original assignee: 주식회사 만도
Priority date: 2008-01-23
Filing date: 2008-01-23
Publication date: 2009-07-28

Abstract

본 발명은 전동식 동력 보조 조향장치에 관한 것으로, 이는 자동차의 가로 방향으로 연장되고 외주면 일측에 랙 기어부를 형성하고 있는 랙바와, 랙 기어부와 맞물리는 피니언 기어부를 형성하고 있는 피니언축, 볼을 매개로 랙바 상에서 회전하도록 설치된 볼너트를 갖춘 볼스크류부, 볼너트와 직접 또는 간접적으로 연결되어 회전구동시키는 모터를 포함하여 구성되는 전동식 동력 보조 조향장치에 있어서, 상기 볼스크류부에는, 볼스크류가 외주면에 형성되어 있는 중공의 볼스크류 샤프트가 랙바와 볼너트 사이에 추가로 개재되어 있고, 상기 볼스크류 샤프트의 길이방향 양끝단에 완충부재를 구비하여서, 피니언축의 요동으로 인하여 생긴 소음을 저감시키게 됨과 더불어, 랙바와 볼스크류를 분리형으로 하여 장치의 제조공정을 단순화시키고 제품의 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

전동식 동력 보조 조향장치{Electric Power Steering Apparatus}

본 발명은 전동식 동력 보조 조향장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 랙바와 볼스크류가 분리형으로 되도록 랙바와 볼너트 사이에 중공의 볼스크류 샤프트를 개재시키고 그 양단에 완충부재를 구비함으로써 소음 저감과 더불어, 장치의 제조 공정을 단순화할 수 있도록 하는 전동식 동력 보조 조향장치에 관한 것이다.

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

기존의 유압식 동력 보조 조향장치는 동력을 보조해 주는 동력원인 유압 펌프가 엔진에 의해 구동되어 조향휠의 회전 여부와 관계없이 항상 에너지를 소모하는 데 비해서 전동식 동력 보조 조향장치는 조향휠이 회전하여 토크가 발생되면 전기 에너지로 구동되는 모터가 조향 보조 동력을 제공한다. 따라서 전동식 동력 보조 조향장치를 사용하는 경우 유압식 동력 보조 조향장치에 비해 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 자동차의 전동식 동력 보조 조향장치 중 벨트 타입의 한 예를 도시한 구성도로서, 이에 도시된 전동식 동력 보조 조향장치는 조향휠(101)부터 양측 바퀴(108)까지 이어지는 조향 계통(100) 및 조향 계통에 조향 보조 동력을 제공하는 보조 동력 기구(120)를 포함하여 구성된다.

조향 계통(100)은 일측이 조향휠(101)에 연결되어 조향휠(101)과 함께 회전하고 타측은 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 랙바(109)에 연결되고, 랙바(109)의 양단은 타이로드(106)와 너클암(107)을 통해 차량의 바퀴(108)에 연결된다.

랙-피니언 기구부(105)는 피니언축(104)에 형성되어 있는 피니언 기어부(111)와 랙바(109)의 외주면 일측에 형성되어 있는 랙 기어부(112)가 서로 맞물려서 형성되므로 운전자가 조향휠(101)을 조작하면 조향 계통(100)에서 토크가 발생하고, 발생한 토크에 의해서 랙-피니언 기구부(105)와 타이로드(106)를 통하여 바퀴(108)를 조향하게 된다.

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

따라서, 이러한 전동식 동력 보조 조향장치는 조향휠(101)의 회전에 의해 발생한 토크가 랙-피니언 기구부(105)를 거쳐서 랙바(109)에 전달되고, 발생된 토크에 따라 모터(130)에서 발생한 보조 동력이 벨트식 전동장치(140)에 의해 볼스크류부(150)를 거쳐서 랙바(109)에 전달되도록 형성된다. 즉, 조향 계통(100)에서 발생한 토크와 모터(130)에서 발생한 보조 동력이 합쳐져서 랙바(109)를 축 방향으로 운동하도록 하는 것이다.

도 2는 도 1에 도시된 전동식 동력 보조 조향장치의 일부를 상세히 도시한 단면도로서, 이 전동식 동력 보조 조향장치는 차량의 가로 방향으로 연장되고 외주면 일측에 랙 기어부(112:도 1 참조)를 형성하고 있는 랙바(109)와, 랙 기어부와 맞물리는 피니언 기어부(111:도 1 참조)를 형성하고 있는 피니언축(104), 볼(201)을 매개로 랙바(109)에 형성된 볼스크류(203)와 맞물리는 볼너트(205)로 구성되는 볼스크류부(150), 볼너트(205)와 모터축(221)을 연결하는 벨트식 전동장치(140) 및, 모터(130)를 포함하여 구성된다.

피니언축(104)은 조향축(102)을 통해 조향휠(101)에 연결되고(도 1 참조), 외주면 일측에 일정 길이의 볼스크류(203)가 형성되어 있는 랙바(109)는 랙하우징(223)에 내장된다. 또한, 랙하우징(223)은 랙 기어부 측의 제1하우징(225)과 모터 측의 제2하우징(227)으로 구성된다.

벨트식 전동장치(140)는 모터축(221) 및 볼너트(205)를 연결하는 벨트(229)를 포함하여 형성되며, 조향휠에 가해진 조향 토크에 비례하여 모터(130)에서 발생 하는 보조 동력을 볼너트(205)를 통해 랙바(109)에 전달한다.

이러한 벨트식 전동장치(140)는 모터축(221)과 볼너트(205) 및 랙바(109)가 평행한 상태를 유지하여야만 모터(130)에서 발생한 동력을 랙바(109)로 최대한 전달할 수 있다. 또한, 벨트(229)가 모터축(221)과 볼너트(205)에 팽팽하게 결합되지 않으면 충분한 동력 전달을 할 수 없게 된다.

이때, 피니언축(104)이 그 축방향으로 흔들리거나 요동하게 되면, 볼스크류부(150)에 과도한 토크가 발생하게 되는데, 볼스크류부(150)에서 이러한 힘을 흡수하지 못하고 변형이 가해지면서 소음이 발생하게 되는 문제점이 있었다. .

한편, 이러한 종래 기술에 따른 전동식 동력 보조 조향장치에서는 랙바(109) 상에 랙 기어부(112)와 함께 볼스크류(203)를 가공해야 하는데, 이들 두 부분을 동시에 가공하기 어렵고 만일 랙 기어부(112)의 가공 다음에 볼스크류(203)를 가공할 때 후자 쪽에서 불량이 생기면 랙바(109) 전체가 불량품으로 되는 등 랙바의 제조공정이 복잡하고 번거로우며, 결과적으로 제품 단가가 상승하는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 랙바와 볼너트 사이에 중공의 볼스크류 샤프트를 개재시키고 그 양단에 완충부재를 구비함으로써, 피니언축의 요동으로 인하여 생긴 소음을 저감시키게 됨과 더불어, 랙바와 볼스크류를 분리형으로 하여 장치의 제조공정을 단순화시키고 제품의 수율을 향상시킬 수 있도록 하는 전동식 동력 보조 조향장치를 제공하는 데에 그 주된 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 자동차의 가로 방향으로 연장되고 외주면 일측에 랙 기어부를 형성하고 있는 랙바와, 랙 기어부와 맞물리는 피니언 기어부를 형성하고 있는 피니언축, 볼을 매개로 랙바 상에서 회전하도록 설치된 볼너트를 갖춘 볼스크류부, 볼너트와 직접 또는 간접적으로 연결되어 회전구동시키는 모터를 포함하여 구성되는 전동식 동력 보조 조향장치에 있어서, 상기 볼스크류부에는, 볼스크류가 외주면에 형성되어 있는 중공의 볼스크류 샤프트가 랙바와 볼너트 사이에 추가로 개재되어 있고, 상기 볼스크류 샤프트의 길이방향 양끝단에 완충부재를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 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.

전동식 동력 보조 조향장치 중 벨트 타입의 기본적인 구성은 도 1 및 도 2에 도시되어 있는바, 이들 도면에 도시된 바와 같이, 자동차의 조향휠(101)과, 이 조향휠(101)에 연결되고 일측에 피니언 기어부(111)가 형성되어 있는 피니언축(104)과, 자동차의 양쪽 바퀴(108)에 연결되고 일측에는 피니언 기어부(111)와 맞물리는 랙 기어부(112)가 형성되어 있는 랙바(109)와, 조향휠(101)에 의해 발생된 토크에 비례하는 조향 보조 동력을 일으키는 모터(130)와, 볼(201)을 매개로 랙바(109) 상에서 회전하도록 설치된 볼너트(205)를 갖춘 볼스크류부(150)와, 상기 모터(130)의 모터축(221)과 볼너트(205)를 연결하는 벨트(229)를 포함하여 구성된다.

피니언축(104)은 조향축(102)을 통해 조향휠(101)에 연결되고, 일측에 피니언 기어부(111)가 형성되어 있다.

랙바(109)는 양단이 타이로드(106)와 너클암(107)을 통해 차량의 바퀴(108)에 연결되고 랙하우징(223)에 내장된다. 또한, 피니언 기어부(111)와 맞물리는 랙 기어부(112)가 랙바(109)의 일측에 형성되어 있고 랙바(109)의 양단 내측 일정 지점에는 윤활제의 누출을 방지하기 위한 실(Seal)이 설치되어 있다. 더불어, 랙바(109)는 벨트(229)를 매개로 모터축(221)으로부터 동력을 전달받도록 되어 있다.

모터(130)의 모터축(221)은 랙바(109)와 평행하게 배치되는데, 이에 벨트(229)가 연결됨으로써, 조향휠에 가해진 조향 토크에 비례하여 모터(130)에서 발생하는 보조 동력을 랙바(109)에 전달할 수 있다.

벨트(229)는 모터축(221) 및 볼너트(205)를 연결하여 모터(130)에서 발생한 보조 동력을 랙바(109)에 전달하는 역할을 한다. 필요에 따라 벨트(229)의 내주면에는 요철을 형성하여 미끄럼 없이 밀착하여 구동되도록 할 수도 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전동식 동력 보조 조향장치의 일부를 상세히 도시한 단면도로서, 이에 도시된 바와 같이 본 발명의 전동식 동력 보조 조향장치의 볼스크류부(150)는 볼스크류(203)가 형성되어 있는 볼스크류 샤프트(204)가 랙바(109)와 볼너트(205) 사이에 추가로 설치되어 있는데, 이 볼스크류 샤프트(204)는 랙바(109)의 일부를 완전히 둘러싸는 중공의 샤프트로서 볼(201)을 매개로 볼너트(205)와 맞물리게 되어 있다.

볼스크류 샤프트(204)의 길이방향 양끝단 주위에는 한 쌍의 스토퍼(206)가 설치되고서, 스토퍼(206)와 볼스크류 샤프트(204) 사이에는 완충부재(207)가 구비되어 있다. 이 완충부재(207)는 고무나 플라스틱 등과 같은 재질로 되고서 소정 두께를 가진 고리 형태의 원판으로 될 수 있다.

이와 더불어, 상기 볼스크류 샤프트(204)의 내주면과 랙바(109)의 외주면 사이에는 적어도 하나의 톨러런스링(tolerance ring:208)과 같은 탄성부재가 설치되는데, 이는 랙바(109)의 외주면 중 일부에 홈을 형성하고서 이 홈에 장착되게 된다.

볼너트(205)는 볼(201)을 매개로 상기 볼스크류 샤프트(204)의 볼스크류(203)와 맞물리되 랙바(109) 및 볼스크류 샤프트(204)의 외주면을 둘러싸게 된다. 이 볼너트(205)에 벨트(229)가 연결되고, 전술한 바와 같이 벨트(229)는 상기 모터(130)의 모터축(221)에 연결된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 전동식 동력 보조 조향장치에서는, 먼저 랙바(109)와 볼스크류(203)가 분리된 구조로 되어 있기 때문에, 랙바(109)와 볼스크류(203) 사이에 상대운동이 일어날 가능성 내지 자유도를 제공하여, 랙바(109)에 변형이 있게 되어도 볼스크류(203)가 이에 순응하여 움직이게 되어서 소음이 발생하지 않게 되는 한편, 랙바(109)에는 랙 기어부(112)만 가공하고 볼스크류 샤프트(204)에다 볼스크류(203)를 가공한 후에 이들을 조립하면 되므로, 랙바에 대한 제조공정을 단순화시키고 제품의 수율을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

더구나, 볼스크류 샤프트(204)의 길이방향 양끝단에 완충부재(207)가 설치되고 볼스크류 샤프트(204)의 내주면 쪽에 탄성부재, 즉 이 실시예에서는 톨러런스링(208)이 설치되어 있어서, 랙바(109)에 대하여 볼스크류 샤프트(204)가 축방향 및 반경방향으로 미소하게 운동할 수 있게 되어서, 소음을 대폭 저감시키는 장점이 있게 되는 것이다.

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.

예컨대, 상기한 설명과 도면에는 벨트(229)를 이용하는 벨트식 전동장치가 모터(130)와 볼너트(205) 사이에 개재되어 있는 구조가 주로 나타나 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 벨트식 전동장치 없이 모터(130)와 볼너트(205)가 직접 또는 동축상으로 연결되어 모터가 볼너트를 회전구동시키는 구조에도 바로 적 용될 수 있다.

따라서, 본 명세서에 개시된 실시예는 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 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.

도 1은 종래 기술에 따른 자동차의 전동식 동력 보조 조향장치 중 벨트 타입의 한 예를 도시한 구성도이다.

도 2는 도 1에 도시된 전동식 동력 보조 조향장치의 일부를 상세히 도시한 단면도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전동식 동력 보조 조향장치의 일부를 상세히 도시한 단면도이다.

Claims

자동차의 가로 방향으로 연장되고 외주면 일측에 랙 기어부를 형성하고 있는 랙바와, 랙 기어부와 맞물리는 피니언 기어부를 형성하고 있는 피니언축, 볼을 매개로 랙바 상에서 회전하도록 설치된 볼너트를 갖춘 볼스크류부, 볼너트와 직접 또는 간접적으로 연결되어 회전구동시키는 모터를 포함하여 구성되는 전동식 동력 보조 조향장치에 있어서,

상기 볼스크류부에는, 볼스크류가 외주면에 형성되어 있는 중공의 볼스크류 샤프트가 랙바와 볼너트 사이에 추가로 개재되어 있고,

상기 볼스크류 샤프트의 길이방향 양끝단에 완충부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치.
제1항에 있어서, 상기 볼스크류 샤프트의 내주면과 랙바의 외주면 사이에는 적어도 하나의 탄성부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치.
제2항에 있어서, 상기 탄성부재는 톨러런스링으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치.