KR20100107627A - 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기 - Google Patents

전동식 동력 보조 조향장치의 감속기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 관한 것이다.
본 발명은 웜휠과 치합되는 웜이 형성되어 있는 웜축의 모터 결합부위 반대쪽 단부를 지지하는 웜축 베어링과; 상기 웜축 베어링의 외륜을 감싸면서 압입 결합되되, 상기 웜축의 중심과 이격된 위치에 중심이 위치하도록 결합되어 상기 웜축 베어링을 지지하는 편심판과; 일측 단부의 내측면에 상기 편심판이 삽입 결합되는 요홈이 구비되어 있는 기어 하우징; 및 상기 기어 하우징에 장착되되 일측 단부는 상기 편심판에 결합되고 타측 단부는 상기 기어 하우징에 지지되어, 상기 편심판의 회전시 상기 웜축이 웜휠 방향으로 지지되도록 상기 편심판에 회전 탄성력을 가하는 탄성지지체;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기를 제공한다.
본 발명에 의하면 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 있어서, 웜과 웜휠의 마모에 의한 유격을 방지하고 백래쉬에 의한 래틀 노이즈의 발생을 막게 되며, 회전 토크의 변화에 따른 유격변화량을 최소화함으로써 운전자의 조향휠 조작력을 정확하게 보조할 수 있게 되는 효과가 있다.
조향장치, 감속기, 플러그 볼트, 플러그 너트, 모터

Description

전동식 동력 보조 조향장치의 감속기{Reducer of Electronic Power Steering Apparatus}
본 발명은 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 있어서, 웜과 웜휠의 마모에 의한 유격을 방지하고 백래쉬에 의한 래틀 노이즈의 발생을 막게 되며, 회전 토크의 변화에 따른 유격변화량을 최소화함으로써 운전자의 조향휠 조작력을 정확하게 보조할 수 있는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 관한 것이다.
도 1은 종래 전동식 동력 보조 조향장치의 구성도로서, 도 1에서 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 감지된 토크에 비례하는 전기 신호를 출력하는 토크 센서(142), 토크 센서(142)로부터 전해지는 전기신호에 기초하여 제어 신호를 발생하는 전자 제어 장치(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 감속기(150)를 포함하여 구성된다.
따라서, 전동식 동력 보조 조향장치는 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, 조향휠(102)의 회전에 의해 발생한 토크와 모터(146)에서 발생한 보조 동력이 합쳐져서 랙바(112)를 축 방향으로 운동하도록 하는 것이다.
도 2는 종래 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기를 나타내는 단면도로서, 도 2에서 도시된 바와 같이 감속기(150)는 웜(152)이 형성된 웜축(254)이 구비되고 웜축(254)의 양단에는 웜축 베어링(257)이 각각 설치되어 웜축(254)을 지지하며, 웜축 베어링(257)이 웜축(254)의 축방향으로 유격되는 것을 방지하기 위해 플러그 볼트(210)가 댐핑 커플러(240)와 웜축 베어링(257) 사이에 체결되고, 플러그 볼트(210)는 플러그 너트(220)에 의해 고정된다.
웜축(254)은 모터(146)와 댐핑 커플러(240)를 매개로 연결되어 모터(146)의 구동에 의해 웜축(254)이 회전하는 구조로 되어 있다.
그리고 웜축(254) 상에 형성된 웜(152)과 치물림될 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(254)의 회전력이 조향축(106)에 전달되는 구조이다.
기어 하우징(260)에는 웜(152), 웜휠(156) 등이 내주하고 기어 하우징(260)의 일측으로 웜축(254)에 구동력을 제공하는 모터(146)가 구비되며, 기어 하우징(260)과 모터(146)는 모터 커버(230)에 의해 볼트(250)로 결합된다.
웜축 베어링(257)은 내륜(280)과 외륜(270) 사이에 볼(258)이 결합되어 있어서, 기어 하우징(260)의 끝단부에서 모터(150)와 연결된 웜축(254)의 회전을 지지하게 된다.
이와 같은 구조로 이루어진 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기는 차량 운행조건에 따라 차량에 구비된 전자 제어 장치에 의해 모터의 구동을 제어하고, 모터의 구동에 의한 웜축의 회전력이 운전자가 조작하는 조향휠의 회전력에 부가하여 조향축에 전달됨으로써, 운전자의 조향 운전 상태를 부드럽고 안정적으로 유지할 수 있도록 한 것이다.
그런데, 종래 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기는 모터의 구동에 의해 회전하는 웜과 웜휠이 내구가 진행되면 마모에 의해 발생되는 유격과 백래쉬로 인한 래틀 노이즈가 발생되는 문제점이 있었다.
또한, 이로 인해 운전자의 조향휠 조작력을 보조하는 조향 보조력을 정확하게 제공할 수 없게 되는 문제점이 있었다.
전술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 있어서, 웜과 웜휠의 마모에 의한 유격을 방지하고 백래쉬에 의한 래틀 노이즈의 발생을 막게 되며, 회전 토크의 변화에 따른 유격변화량을 최소화함으로써 운전자의 조향휠 조작력을 정확하게 보조할 수 있는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기를 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 웜휠과 치합되는 웜이 형성되어 있는 웜축의 모터 결합부위 반대쪽 단부를 지지하는 웜축 베어링과; 상기 웜축 베어링의 외륜을 감싸면서 압입 결합되되, 상기 웜축의 중심과 이격된 위치에 중심이 위치하도록 결합되어 상기 웜축 베어링을 지지하는 편심판과; 일측 단부의 내측면에 상기 편심판이 삽입 결합되는 요홈이 구비되어 있는 기어 하우징; 및 상기 기어 하우징에 장착되되 일측 단부는 상기 편심판에 결합되고 타측 단부는 상기 기어 하우징에 지지되어, 상기 편심판의 회전시 상기 웜축이 웜휠 방향으로 지지되도록 상기 편심판에 회전 탄성력을 가하는 탄성지지체;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기를 제공한다.
본 발명에 의하면 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 있어서, 웜과 웜휠의 마모에 의한 유격을 방지하고 백래쉬에 의한 래틀 노이즈의 발생을 막게 되며, 회전 토크의 변화에 따른 유격변화량을 최소화함으로써 운전자의 조향휠 조작력을 정확하게 보조할 수 있게 되는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 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 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기 일부를 나타내는 사시도이고, 도 4a와 도 4b는 본 발명의 다른 실시예들에 의한 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기를 웜축 방향으로 바라본 도면이다.
본 발명의 실시예에 의한 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기(300)는, 웜휠(156)과 치합되는 웜(152)이 형성되어 있는 웜축(254)의 모터(146) 결합부위 반대쪽 단부를 지지하는 웜축 베어링(257)과; 상기 웜축 베어링(257)의 외륜(270)을 감싸면서 압입 결합되되, 상기 웜축(254)의 중심과 이격된 위치에 중심이 위치하도 록 결합되어 상기 웜축 베어링(257)을 지지하는 편심판(310)과; 일측 단부의 내측면에 상기 편심판(310)이 삽입 결합되는 요홈이 구비되어 있는 기어 하우징(도 2의 260 참조); 및 상기 기어 하우징에 장착되되 일측 단부는 상기 편심판(310)에 결합되고 타측 단부는 상기 기어 하우징에 지지되어, 상기 편심판(310)의 회전시 상기 웜축(254)이 웜휠(156) 방향으로 지지되도록 상기 편심판(310)에 회전 탄성력을 가하는 탄성지지체(320);를 포함하여 구성된다.
본 발명에 의한 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기(300)는 기어 하우징의 내부에서 탄성지지체(320)가 웜축(254)이 웜휠(156) 방향으로 지지되도록 편심판(310)에 회전력을 가함으로써, 웜(152)과 웜휠(156)의 회전 내구시 백래쉬가 없어지고, 외부로부터의 충격으로 웜(152)이 급격한 구동을 하며 웜휠(156)과 이격되려는 경우 편심판(310)이 기어 하우징에 지지되며 탄성지지체(320)에 의해 회전력을 발생하여 웜축(254)을 웜휠(156) 방향으로 지지하여 래틀 노이즈를 예방하게 되는 구조를 구비하고 있다.
감속기(300)는 모터(146)의 구동력에 의해 웜(152)과 웜휠(156)이 연동되면서 조향축(106)을 회전시켜 운전자의 조향력을 보조하게 되는데, 웜축(254)은 웜휠(156)과 치합되는 웜(152)이 형성되어 있고, 모터(146)의 구동시 모터(146)의 축과 연동되는 웜축(254)의 양단에는 웜축 베어링(257)이 체결되어 웜축(254)의 회전을 지지하며, 조향축(106)과 연동되는 웜휠(156)과 웜(152)은 기어 하우징에 내장되어 있다.
한편, 모터(146)의 반대 방향에는 내륜(280)과 외륜(270) 사이에 볼(258)이 결합되어 있는 웜축 베어링(257)이 기어 하우징의 끝단부에서 웜축(254)의 회전을 지지하게 되는데, 웜축 베어링(257)의 외륜(270)에는 편심판(310)이 삽입 결합된다.
편심판(310)은 강성을 요하므로 주로 스틸 재질로 형성되나, 스틸과 대등한 비강도를 구비하는 폴리아세탈수지나 폴리아미드수지 또는 유리섬유강화 플라스틱, 탄소섬유강화 플라스틱과 같은 엔지니어링 플라스틱으로 형성될 수도 있다.
이러한 편심판(310)은 중심이 웜축(254)과 편심되도록 웜축(254)과 결합되어 기어 하우징에 고정된다. 즉, 웜축(254)과 웜휠(156)이 결합되는 방향과 수직 또는 소정의 예각을 갖는 방향에 편심판(310)의 중심이 위치되도록 웜축(254)과 편심되게 결합되어 있다.
편심판(310)은 웜축(254)이 관통되어 웜축 베어링(257)에 결합되는데, 중심이 웜축(254)의 중심과 이격된 위치에 위치되도록 웜축 베어링(257)의 외륜(270)을 감싸면서 압입 결합되어 웜축(254)을 지지하도록 되어 있다.
따라서, 웜(152)과 웜휠(156)이 작동될 때 요철이 있는 도로와 같은 외부로부터 바퀴를 타고 전달되는 충격에 의해 웜(152)이 급격한 운동을 하게 되면 편심판(310)이 기어 하우징에 지지되면서 탄성지지체(320)에 의해 회전력을 발생시켜 웜축(254)을 지지하게 된다.
즉, 외부로부터의 충격으로 웜(152)과 웜휠(156)이 순간적으로 이격되는 경우 래틀 노이즈가 심하게 발생되는데, 웜휠(156)이 웜축(254)을 밀 때 웜축(254)의 중심과 편심되어 있는 편심판(310)의 회전하려는 힘에 의해 기어 하우징에 지지되 면서 웜축(254)을 웜휠(156) 방향으로 밀어주어, 웜(152)과 웜휠(156)이 이격되어 발생되는 래틀 노이즈를 방지하게 되는 것이다.
여기서, 편심판(310)은 웜축 베어링(257)의 외륜(270)이나 기어 하우징과의 접촉에 의한 노이즈를 줄이도록 테프론과 같은 저마찰 재질로 코팅될 수 있다.
편심판(310)의 외측에는 기어 하우징이 결합되고, 기어 하우징의 내측에는 탄성지지체(320)가 웜축(254) 단부와 결합된 편심판(310)에 회전력을 가하게 되는데, 편심판(310)에는 탄성지지체(320)의 일측 단부가 결합되어 회전 탄성력이 부가되는 지지부(315)가 형성되어 있다.
따라서, 편심판(310)의 회전력에 의해 웜축(254)이 웜휠(156) 방향으로 지지되어 웜(152)과 웜휠(156)에서 발생되는 백래쉬를 방지하도록 되어 있다.
즉, 도 3과 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 탄성지지체(320)가 편심판(310)을 시계방향으로 회전시키는 탄성력을 가함으로써 웜축(254)이 웜휠(156) 방향으로 지지되도록 되어 있다.
웜축 베어링(257)은 기어 하우징과 웜축(254) 사이에 장착되며 웜축(254)의 양단에서 웜축(254)의 회전을 지지하는데, 볼(258)이 베어링의 내륜(280)과 외륜(270) 사이에서 회전하며 웜축(254)의 회전 저항을 줄여준다.
이러한 웜축(254)의 회전 내구가 진행되면 웜(152)과 웜휠(156)의 마모로 인한 유격으로 노이즈와 백래쉬가 발생되는데, 이러한 유격을 보상할 수 있도록 웜축(254)의 모터(146) 결합부의 반대쪽에는 웜축(254)을 웜휠(156) 쪽으로 밀어 유격을 없애는 탄성지지체(320)가 장착되어 있다.
탄성지지체(320)는 기어 하우징에 장착되며 일측 단부는 편심판(310)에 결합되고 타측 단부는 기어 하우징에 지지되어 웜축(254)을 웜휠(156) 쪽으로 밀어 웜(152)과 웜휠(156)의 유격을 보상하는 역할을 하는 것으로, 편심판(310)에 회전 탄성력을 가하게 된다.
이러한 탄성지지체(320)는 인장 압축 스프링이나 토션스프링 등이 이용될 수 있다.
인장 압축 스프링이나 토션스프링은, 그 일측 단부는 편심판(310)에 결합 지지되면서 장착되고 타측 단부는 기어 하우징에 지지되어 편심판(310)에 회전력을 가함으로써 웜축(254)을 웜휠(156) 방향으로 밀어주게 된다.
따라서, 도 3과 같이 웜(152)과 웜휠(156)이 결합하는 방향으로 편심판(310)이 회전되도록 인장 압축 스프링을 장착하거나, 도 4a와 같이 토션스프링을 편심판(310)의 중심에 위치하도록 기어 하우징의 돌기부(325)에 장착하고 일측 단부는 편심판의 지지부(315)에 결합하고 타측 단부는 기어 하우징에 결합하거나, 도 4b와 같이 웜(152)과 웜휠(156)이 결합하는 방향과 소정의 각도로 토션스프링을 기어 하우징의 돌기부(325)에 장착하는 것도 본 발명의 실시예에서 가능하다.
다만, 탄성지지체(320)의 종류와 위치는 도 3과 도 4a 및 도 4b에 도시된 것에 한정되지 않으며, 편심판(310)에 회전력을 가하여 웜축(254)을 웜휠(156) 방향으로 밀어주는 한, 그 어떠한 종류의 탄성지지체도 가능하며, 그 어떠한 위치에도 결합될 수 있을 것이다.
이러한 형상과 구조를 갖는 본 발명에 의하면 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 있어서, 웜과 웜휠의 마모에 의한 유격을 방지하고 백래쉬에 의한 래틀 노이즈의 발생을 막게 되며, 회전 토크의 변화에 따른 유격변화량을 최소화함으로써 운전자의 조향휠 조작력을 정확하게 보조할 수 있게 되는 효과가 있다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
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 감속기를 나타내는 단면도;
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기 일부를 나타내는 사시도;
도 4a와 도 4b는 본 발명의 다른 실시예들에 의한 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기를 웜축 방향으로 바라본 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
146: 모터 152: 웜
156: 웜휠 254: 웜축
257: 웜축 베어링 258: 볼
270: 외륜 280: 내륜
310: 편심판 315: 지지부
320: 탄성지지체 325: 돌기부

Claims (4)

  1. 웜휠과 치합되는 웜이 형성되어 있는 웜축의 모터 결합부위 반대쪽 단부를 지지하는 웜축 베어링;
    상기 웜축 베어링의 외륜을 감싸면서 압입 결합되되, 상기 웜축의 중심과 이격된 위치에 중심이 위치하도록 결합되어 상기 웜축 베어링을 지지하는 편심판;
    일측 단부의 내측면에 상기 편심판이 삽입 결합되는 요홈이 구비되어 있는 기어 하우징; 및
    상기 기어 하우징에 장착되되 일측 단부는 상기 편심판에 결합되고 타측 단부는 상기 기어 하우징에 지지되어, 상기 편심판의 회전시 상기 웜축이 웜휠 방향으로 지지되도록 상기 편심판에 회전 탄성력을 가하는 탄성지지체;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 편심판의 중심은 상기 웜축이 웜휠과 결합되는 방향과 수직 또는 예각을 갖는 방향에 위치되도록 상기 웜축과 편심되게 결합되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 편심판에는 상기 탄성지지체의 일측 단부가 결합되어 회전 탄성력이 부가되는 지지부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 편심판은 외주면과 내주면에 테프론 코팅이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US11492034B2 (en) * 2017-08-04 2022-11-08 Thyssenkrupp Presta Ag Reduction of play of a worm gear of an electromechanical power steering system by means of a bimetal spring

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