KR20090120762A - 전동식 파워 스티어링의 플렉시블 커플링 - Google Patents

전동식 파워 스티어링의 플렉시블 커플링 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전동식 파워 스티어링의 플렉시블 커플링에 관한 것으로, 플렉시블 커플링(22)에 구비된 탄성돌기(22d)를 통해 웜샤프트(12) 및 틸트베어링(13)의 내륜(13a)이 축의 길이방향으로 유동하는 것을 없앨 수 있게 됨으로써, 스티어링 휠의 조타 후 릴리즈시나 또는 노면으로부터 큰 반력이 스티어링 샤프트로 전달될 때에 발생하는 심한 소음을 예방할 수 있도록 된 것이다.
MDPS, 플렉시블 커플링, 돌기, 틸트베어링

Description

전동식 파워 스티어링의 플렉시블 커플링{Flexible coupling of motor driven power steering}
본 발명은 틸트베어링을 구성하는 내륜이 웜샤프트의 축방향으로 유동되는 현상을 없앨 수 있도록 함으로써 스티어링 휠의 조타시 발생하는 소음 및 래틀소음의 발생을 예방할 수 있도록 하는 전동식 파워 스티어링에 관한 기술이다.
일반적으로, 파워 스티어링은 오일의 유압을 이용하는 방식과 전기모터의 동력을 이용하는 방식이 있다.
상기 유압식은 유압펌프가 엔진의 힘으로 유체를 펌핑하여 유압을 형성하고 있다가 운전자가 핸들을 돌릴 때 조향하는 방향으로 유압을 보내어 핸들링이 가벼워지도록 하는 것이고, 전동식 파워 스티어링(motor driven power steering; 이하, MDPS라 한다)은 전기모터를 이용해 조타력을 향상시키도록 하는 것이다.
상기 MDPS는 주행 조건에 따라 전기모터가 자동으로 제어기능을 발휘하게 되며, 이에 따라 상기 유압식 파워 스티어링에 비해 보다 향상된 조타성능 및 조타감을 갖출 수 있게 된다.
한편, 상기 MDPS는 스티어링 샤프트가 관통하여 결합되는 웜휠 및 상기 웜휠 과 치합을 이루는 웜샤프트를 구비하고 있으며, 또한 상기 웜휠과 상기 웜샤프트의 치합을 최적화시킬 수 있도록 틸트베어링을 포함하여 이루어지는 구성으로 되어 있다.
하지만, 상기와 같은 종래의 MDPS는 정차 상태에서 스티어링 휠의 조타 후 릴리즈시 탁탁거리는 둔탁한 소음이 발생하고, 또한 차량이 험로나 또는 요철로를 주행함에 따라 노면으로부터 큰 반력이 스티어링 샤프트로 전달될 때에 상기 웜휠과 상기 웜샤프트사이의 유격발생으로 인해 래틀소음(rattle noise)이 발생하는 문제점이 있다.
상기와 같은 소음들은 상기 틸트베어링을 구성하는 내륜이 상기 웜샤프트의 축방향으로 유동함에 따라 발생하는 것이다.
이에 본 발명은, 틸트베어링을 구성하는 내륜이 웜샤프트의 축방향으로 유동할 수 없는 구조를 갖도록 개선하여, 소음발생을 예방할 수 있도록 하고 이를 상품에 대한 소비자의 신뢰를 높일 수 있도록 하는 전동식 파워 스티어링의 플렉시블 커플링을 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명 전동식 파워 스티어링의 플렉시블 커플링은, 모터축의 선단으로 끼워짐과 동시에 커플링케이스의 속으로 끼워져서 상기 커플링케이스와 일체로 결합되어 회전하는 몸통부와, 상기 몸통부의 양측면으 로부터 일체로 돌출 형성되면서 각각의 선단이 상기 커플링케이스와 웜샤프트의 플랜지에 지지되는 다수개의 탄성돌기;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 플렉시블 커플링에 구비된 탄성돌기를 통해 웜샤프트 및 틸트베어링의 내륜이 축의 길이방향으로 유동하는 것을 없앨 수 있게 됨으로써, 스티어링 휠의 조타 후 릴리즈시나 또는 노면으로부터 큰 반력이 스티어링 샤프트로 전달될 때에 발생하는 심한 소음을 예방할 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링(MDPS)은 도 1에 도시된 바와 같이, 스티어링 샤프트(1)에 관통되어 일체로 결합된 웜휠(11)과, 상기 웜휠(11)에 치합되어 결합된 웜샤프트(12)와, 상기 웜샤프트(12)의 양단에 일체로 결합된 틸트베어링(13) 및 웜샤트프베어링(14)과, 상기 틸트베어링(13)을 관통한 상기 웜샤프트(12)의 일단에 결합되면서 전자제어유니트(ECU)의 제어에 의해 구동하여 상기 웜샤프트(12)로 동력을 전달하는 모터(15)와, 일단은 상기 웜휠(11)을 감싸는 부위의 하우징(16)에 볼트(17)를 매개로 고정 결합되고 기역(ㄱ)자로 절곡된 타단은 상기 하우징(16)을 관통하여 그 끝이 상기 웜샤트프베어링(14)을 가압하도록 설치된 리프스프링(18)을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 리프스프링(18)은 자체의 탄성력으로 상기 웜샤트프베어링(14) 을 상기 웜휠(11)쪽으로 가압하게 되고, 이를 통해 상기 웜휠(11)에 대한 상기 웜샤프트(12)의 상하방향 유격을 없앨 수 있도록 하는 것인 바, 이를 위해 상기 웜샤프트(12)는 상기 리프스프링(18)의 가압력에 의해 축방향 중심선(C1)으로부터 상하방향으로 틸팅 동작(C2,C3)을 할 수 있어야 하며, 상기 웜샤프트(12)의 틸팅 동작을 가능하게 하는 것이 상기 틸팅베어링(13)인 것이다.
즉, 상기 틸팅베어링(13)은 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 웜샤프트(12)의 외주면에 압입 결합되는 내륜(13a)과, 상기 하우징(16)에 고정 결합되는 외륜(13b) 및, 상기 내,외륜(13a,13b)의 베어링홈(13c,13d)속에 설치되어 상기 내,외륜(13a,13b)의 상대회전을 가능하게 하는 다수개의 볼베어링(13e)으로 구성된다.
여기서, 상기 내,외륜(13a,13b)에 형성된 베어링홈(13c,13d)이 상기 볼베어링(13e)보다 큰 타원모양으로 형성되어 있음으로 인해, 상기 틸팅베어링(13)이 상기 웜샤프트(12)의 틸팅 동작을 가능하게 하는 것이다.
한편, 상기 MDPS에서 상기 웜샤프트(12)와 상기 틸트베어링(13) 및 상기 모터(15)의 결합구조에 대해 도 3의 확대 단면도를 통해 보다 상세히 설명한다.
상기 모터(15)는 모터축(15a)과 모터케이스(15b)를 포함하여 구성되고, 상기 모터축(15a)에는 커플링케이스(21)가 세레이션(serration)을 매개로 결합되어 상기 모터축(15a)과 일체로 회전한다.
상기 모터케이스(15b)는 상기 MDPS의 하우징(16)과 결합된 구조이다.
상기 커플링케이스(21)에서 상기 웜샤프트(12)를 향하는 전면에는 케이스홈(21a)이 형성되고, 상기 케이스홈(21a)에는 플렉시블 커플링(22)이 설치된다.
상기 플렉시블 커플링(22)은 상기 모터축(15a)의 선단으로 끼워짐과 동시에 상기 커플링케이스(21) 및 상기 웜샤프트(12)와 암수 결합되어, 상기 커플링케이스(21)의 회전동력을 상기 웜샤프트(12)로 전달하는 역할을 수행한다.
상기 플렉시블 커플링(22)의 형상은 도 4에 보다 상세히 도시된 바와 같이, 상기 모터축(15a)과의 결합을 위해 중심부에 모터축구멍(22a)이 형성된 몸통부(22b)와, 상기 몸통부(22b)에서 방사상으로 형성된 다수개의 돌출가지(22c)를 구비한 구성이고, 또한 돌출가지(22c)마다 양측면에 탄성돌기(22d)가 일체로 돌출 형성된 구조이다.
일례로 상기 돌출가지(22c)는 도시된 바와 같이 8개이고, 상기 돌출가지(22c)사이의 홈도 8개인 바, 상기 커플링케이스(21)에는 상기 돌출가지(22c)사이의 홈으로 한 칸씩 건너뛰어서 삽입되는 4개의 케이스돌기(미도시)가 구비되어 있고, 상기 웜샤프트(12)에는 상기 케이스돌기가 삽입되지 않은 나머지 4개의 홈으로 삽입되는 4개의 샤프트돌기(미도시)가 구비되어 있다.
따라서, 상기 커플링케이스(21)와 상기 웜샤프트(12)는 상기 플렉시블 커플링(22)을 통해 결합되며, 상기 모터축(15a)의 회전동력은 상기 커플링케이스(21)와 상기 플렉시블 커플링(22)을 통해 상기 웜샤프트(12)로 전달이 가능하게 되는 것이다.
상기 모터축(15a)에 상기 플렉시블 커플링(22)이 끼워진 후, 상기 플렉시블 커플링(22)을 관통한 상기 모터축(15a)의 선단에는 상기 웜샤프트(12)가 끼워져 결합된다.
상기 웜샤프트(12)에는 축의 길이방향으로 샤프트홈(12a)이 형성되어 상기 샤프트홈(12a)으로 상기 모터축(15a)이 끼워지고, 상기 모터축(15a)이 끼워지는 일단쪽에는 반경방향으로 확장된 플랜지(12b)가 구비된다.
따라서, 상기 웜샤프트(12)가 상기 모터축(15a)에 끼워지면, 상기 플렉시블 커플링(22)의 탄성돌기(22d)는 상기 커플링케이스(21)의 케이스홈(21a) 및 상기 웜샤프트(12)의 플랜지(12b)에 각각 지지되도록 설치된다.
상기 웜샤프트(12)의 샤프트홈(12a)에는 다수 조작으로 절개된 부시(23)가 상기 모터축(15a)에 끼워져 설치되고, 상기 부시(23)는 스프링부재(24)에 의해 상기 모터축(15a)방향으로 탄성력을 가압받도록 설치된다.
상기 부시(23)는 상기 스프링부재(24)의 탄성력에 의해 상기 웜샤프트(12)의 플랜지(12b)에 지지되는 구조로서, 상기 부시(23)가 상기 스프링부재(24)의 탄성력에 의해 상기 웜샤프트(12)의 플랜지(12b)에 지지되면, 상기 웜샤프트(12)도 상기 플렉시블 커플링(22)쪽으로 이동한 상태가 되고, 이로 인해 상기 웜샤프트(12)는 축의 길이방향으로 상기 웜휠(11)과의 치간 결합에 유격이 발생하지 않게 된다.
상기 웜샤프트(12)의 바깥 둘레면에는 상기 틸트베어링(13)의 내륜(13a)이 결합되는데, 상기 내륜(13a)의 일측면은 상기 웜샤프트(12)의 플랜지(12b)에 지지되도록 설치된다.
따라서, 본 발명의 실시예는 플렉시블 커플링(22)에 형성된 탄성돌기(22d)가 상기 웜샤프트(12)의 플랜지(12b)를 가압하는 구조이고, 이에 따라 상기 플랜지(12b)는 상기 틸트베어링(13)의 내륜(13a)을 상기 웜샤프트(12)의 축의 길이방향 으로 가압하는 구조가 되어, 상기 내륜(13a)은 상기 웜샤프트(12)의 축의 길이방향으로 유동할 수 없는 상태가 된다.
이와 같이, 상기 틸트베어링(13)을 구성하는 내륜(13a)이 상기 웜샤프트(12)의 축의 길이방향으로 유동할 수 없게 되면, 스티어링 휠의 조타 후 릴리즈시 탁탁거리는 둔탁한 소음의 발생을 예방할 수 있게 된다.
즉, 스티어링 휠의 조타 후 릴리즈시 웜샤프트(12)는 웜휠(11)의 회전에 의해 축의 길이방향으로 움직이려는 힘을 갖게 되는데, 이때 플렉시블 커플링(22)의 탄성돌기(22d)가 웜샤프트(12)를 축의 길이방향으로 지지하고 있음으로 인해 상기 웜샤프트(12)는 축의 길이방향으로 유동할 수 없게 되고, 이 결과 상기 웜샤프트(12)에 결합된 상기 틸트베어링(13)의 내륜(13a)도 상기 웜샤프트(12)의 축의 길이방향으로 유동할 수 없게 되어, 스티어링 휠의 조타 후 릴리즈시 탁탁거리는 둔탁한 소음의 발생을 예방할 수 있게 되는 것이다.
또한, 본 발명의 실시예는 래틀소음(rattle noise)의 발생도 예방할 수 있게 된다.
즉, 차량이 험로나 또는 요철로를 주행하면, 노면으로부터 큰 반력이 스티어링 샤프트로 전달되고, 이로 인해 웜휠(11)이 회전하고 동시에 웜샤프트(12)는 축의 길이방향으로 움직이려는 힘을 갖게 된다.
이때에도, 플렉시블 커플링(22)의 탄성돌기(22d)가 웜샤프트(12)를 축의 길이방향으로 지지하고 있음으로 인해, 틸트베어링(13)의 내륜(13a)은 상기 웜샤프트(12)의 축의 길이방향으로 유동할 수 없게 되고, 이 결과 래틀소음(rattle noise)의 발생도 효과적으로 예방할 수 있게 되는 것이다.
만약, 본 발명의 실시예와 같은 탄성돌기(22d)가 플렉시블 커플링(22)에 구비되어 있지 않다면, 웜샤프트(12)를 축의 길이방향으로 지지할 수 없게 되고, 이로 인해, 스티어링 휠의 조타 후 릴리즈시나 또는 노면으로부터 큰 반력이 스티어링 샤프트로 전달될 때에 틸트베어링(13)의 내륜(13a)이 웜샤프트(12)의 축의 길이방향으로 유동하면서 심한 소음을 발생하게 된다.
따라서, 본 발명의 실시예는 MDPS의 구성에서 소음발생을 예방할 수 있게 됨으로써 실내 정숙성을 보다 향상시킬 수 있게 되고, 아울러 상품에 대한 소비자의 신뢰를 더욱 높일 수 있는 장점이 있게 된다.
도 1은 일반적인 전동식 파워 스티어링의 구성을 설명하기 위한 도면,
도 2는 전동식 파워 스티어링을 구성하는 틸트베어링의 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 플렉시블 커플링을 통해 웜샤프트가 설치된 상태를 보여주기 위한 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 플렉시블 커플링의 사시도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
11 - 웜휠 12 - 웜샤프트
13 - 틸트베어링 15 - 모터
21 - 커플링케이스 22 - 플렉시블커플링

Claims (3)

  1. 모터축의 선단으로 끼워짐과 동시에 커플링케이스의 속으로 끼워져서 상기 커플링케이스와 일체로 결합되어 회전하는 몸통부와,
    상기 몸통부의 양측면으로부터 일체로 돌출 형성되면서 각각의 선단이 상기 커플링케이스와 웜샤프트의 플랜지에 지지되는 다수개의 탄성돌기;
    를 포함하는 전동식 파워 스티어링의 플렉시블 커플링.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 탄성돌기는,
    상기 몸통부에서 방사상으로 형성된 다수개의 돌출가지마다 양측면에 일체로 형성된 것;
    을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링의 플렉시블 커플링.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 탄성돌기는 폴리우레탄(polyurethane)으로 형성된 것;
    을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링의 플렉시블 커플링.
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