KR20110064018A - 전동식 파워스티어링 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 종래의 댐퍼를 대신하여, 별도의 댐퍼를 설치하지 않고도 조향륜으로부터 역으로 입력되는 하중에 대하여, 항상 안정되고 적절한 댐핑 성능을 제공할 수 있도록 함으로써, 래틀소음을 현저히 저감시킬 뿐만 아니라, 별도의 댐퍼 배제를 통한 조립성 향상을 가져올 수 있고, 그 내구성도 충분히 확보될 수 있도록 한다.

래틀, 소음, 베어링, 조향, 댐핑

Description

전동식 파워스티어링 장치{Motor Driven Power Steering}

본 발명은 전동식 파워스티어링 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 운전자의 조타력을 보조하기 위하여 모터에서 제공되는 동력을 웜샤프트와 웜휠을 통해 전달하도록 된 전동식 파워스티어링 장치에서, 상기 웜샤프트를 지지하는 댐퍼에 관한 기술이다.

도 1은 종래의 전동식 파워스티어링의 구조를 도시한 것으로서, 스티어링샤프트에 연결되는 웜휠(500)과, 상기 웜휠(500)에 치합되어 모터(506)에 의한 구동력을 상기 웜휠(500)로 제공하는 웜샤프트(502)가 구비되어 있으며, 상기 웜샤프트(502)와 웜휠(500)의 안정된 치합상태를 확보하도록 하기 위한 댐퍼(504)가 구비되어 있다.

차량이 험로나 요철 등을 주행하는 경우에 조향륜으로부터 역으로 전달되어 오는 반복적인 하중이 상기 웜휠(500)을 좌우로 회동시키게 되면, 상기 웜샤프트(502)는 모터(506)와 동축을 이루지 못하고 화살표로 표시된 바와 같이 상하 좌우로 운동하게 되는데, 이 과정이 빠르게 반복되면서 웜휠(500)과 웜샤프트(502)가 치합된 부분이 이격되면서 서로 치가 부딪히게 되어 래틀 소음이 발생되는데, 상기 댐퍼(504)는 상기 웜샤프트(502)와 웜휠(500)의 치합부가 이격되는 현상을 줄여 래틀 소음을 저감 또는 제거하는 기능을 한다.

도 2는 상기한 바와 같은 댐퍼(504)의 종래 구조를 도시한 것으로서, 상기 웜샤프트(502)를 감싸는 베어링(508)의 외주에 결합되는 인너케이스(510)와, 상기 인너케이스(510)와 일정한 간격을 두고 이격되며 댐퍼(504)를 하우징(512)에 고정시키는 아웃터케이스(514) 및 상기 인너케이스(510)와 아웃터케이스(514) 사이에 구비된 러버층(516)으로 이루어져, 상기 러버층(516)이 상기 아웃터케이스(514)에 대해 인너케이스(510)를 미세하게 이동될 수 있도록 하여, 상기 웜샤프트(502)의 자세변화를 흡수하고 웜샤프트(502)로부터의 진동을 흡수 및 감쇄시켜주게 된다.

따라서, 상기한 바와 같은 구조의 댐퍼(504)를 채용한 경우에는, 조향륜으로부터 웜휠(500)을 통해 역으로 입력되는 힘에 대하여 상기 웜샤프트(502)가 웜휠(500)로부터 이격되는 것을 줄여주는 댐핑 역할을 상기 러버층(516)에만 의존하게 되기 때문에, 상기 러버의 사출량에 의해 그 성능이 민감하게 달라질 수 있다.

특히, 상기 러버층(516)의 반경방향 두께가 얇기 대문에 적정한 댐퍼(504)의 품질을 확보하는 것이 매우 어려운 실정이다.

또한, 차량의 사용 기간이 길어짐에 따라, 온도 변화에 따른 러버층(516)의 열화, 잦은 역하중 입력으로 러버층(516)의 피로누적 등의 이유로 러버층(516)이 영구적인 변형을 초래하여 웜샤프트(502)의 적절한 지지가 어려워짐에 따라, 조향성능의 저하를 초래하고 래틀소음의 증가가 발생할 수 있다.

또한, 상기한 바와 같은 러버층(516)의 변형만에 의존하기에, 너무 과도한 역하중이 입력되면, 상기 러버층(516)의 변형 한계를 벗어나 소음이 유발되고 댐퍼(504)의 급격한 성능저하가 발생될 수 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 종래의 댐퍼를 대신하여, 별도의 댐퍼를 설치하지 않고도 조향륜으로부터 역으로 입력되는 하중에 대하여, 항상 안정되고 적절한 댐핑 성능을 제공할 수 있도록 함으로써, 래틀소음을 현저히 저감시킬 뿐만 아니라, 별도의 댐퍼 배제를 통한 조립성 향상을 가져올 수 있고, 그 내구성도 충분히 확보될 수 있도록 한 전동식 파워스티어링 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 전동식 파워스티어링 장치는

조향축에 장착된 웜휠허브와;

상기 웜휠허브와 동심축을 이루어 결합되어 웜휠을 이루며 원주면에 기어치를 구비하여 웜샤프트에 치합되는 웜휠기어와;

상기 웜휠기어와 웜휠허브 사이에 상호 회전력을 전달할 수 있도록 다수 구비되며, 상기 웜휠허브와 웜휠기어 사이의 반경방향 상대변위와 원주방향 상대변위를 탄성적으로 흡수할 수 있도록 구비된 다수의 댐핑유닛;

을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 종래의 댐퍼를 대신하여, 별도의 댐퍼를 설치하지 않고도 조향륜으로부터 역으로 입력되는 하중에 대하여, 항상 안정되고 적절한 댐핑 성능을 제공할 수 있도록 함으로써, 래틀소음을 현저히 저감시킬 뿐만 아니라, 별도의 댐퍼 배제를 통한 조립성 향상을 가져올 수 있고, 그 내구성도 충분히 확보될 수 있도록 한다.

도 3과 도 4를 참조하면, 본 발명 실시예는 조향축(1)에 장착된 웜휠허브(3)와; 상기 웜휠허브(3)와 동심축을 이루어 결합되어 웜휠을 이루며 원주면에 기어치를 구비하여 웜샤프트(5)에 치합되는 웜휠기어(7)와; 상기 웜휠기어(7)와 웜휠허브(3) 사이에 상호 회전력을 전달할 수 있도록 다수 구비되며, 상기 웜휠허브(3)와 웜휠기어(7) 사이의 반경방향 상대변위와 원주방향 상대변위를 탄성적으로 흡수할 수 있도록 구비된 다수의 댐핑유닛(9)을 포함하여 구성된다.

즉, 종래 별도의 댐퍼에서 구현하던 댐핑기능을 본 발명에서는 어차피 필수적으로 사용되는 웜휠에 자체적으로 댐핑기능을 발휘할 수 있도록 구현한 것이다.

상기 댐핑유닛(9)은 상기 웜휠허브(3)의 외주면에 구비된 허브홈(11)과 상기 웜휠기어(7)의 내주면에 구비된 기어홈(13) 양쪽에 함께 삽입되는 니들롤러(15)와; 상기 니들롤러(15)와 결합되어 상기 웜휠허브(3)에 대하여 상기 웜휠기어(7)의 반경방향 및 원주방향의 탄성력을 발생시키도록 절곡되어 삽입된 판스프링(17)을 포함하여 구성된다.

상기 댐핑유닛(9)은 상기 웜휠허브(3)와 웜휠기어(7) 사이에 원주방향을 따라 균일한 간격으로 다수개가 배치되고, 상기 판스프링(17)은 상기 니들롤러(15)와 상기 웜휠기어(7) 사이에 개재되어 상기 니들롤러(15)의 상기 웜휠기어(7)에 대한 반경방향 탄성변위와 원주방향 탄성변위를 흡수할 수 있도록 형성된다.

즉, 상기 웜휠허브(3)와 웜휠기어(7) 사이의 회전력의 전달은 상기 기어홈(13)과 니들롤러(15) 및 상기 허브홈(11)에 의해 기본적으로 이루어지도록 하고, 여기에 상기 판스프링(17)이 개재되어 상기 웜휠허브(3)와 웜휠기어(7) 사이의 축방향 및 반경방향 상대 운동을 흡수 및 댐핑할 수 있도록 한 것이다.

본 실시예에서, 상기 니들롤러(15)는 상기 웜휠허브(3)의 축방향으로 볼 때, 웜휠허브(3)와 웜휠기어(7) 사이의 반경방향을 따라 긴 타원형 단면을 가진다.

상기 판스프링(17)은 상기 니들롤러(15)가 상기 웜휠기어(7)의 기어홈(13)에 삽입되는 부분을 감싸면서, 이 감싼 부분을 중심으로 원주방향 양쪽으로 상기 기어홈(13)과 공간을 형성하도록 절곡된다.

상기 판스프링(17)이 기어홈(13)과 형성하는 공간이 상기 웜휠기어(7)와 웜휠허브(3) 사이의 원주방향 상대 운동을 탄성적으로 지지하면서 흡수할 수 있도록 하는 공간이다.

즉, 상기 공간에서 상기 판스프링(17)의 탄성력이 발휘되도록 구성된 것이다.

상기 기어홈(13)에는 상기 판스프링(17)이 상기 니들롤러(15)를 감싼 부분이 탄성적으로 변형되어 진입할 수 있는 반경방향추가홈(19)이 추가적으로 구비된다.

상기 반경방향추가홈(19)에 의해 상기 니들롤러(15)의 상기 웜휠기어(7)에 대한 반경방향 상대 운동이 상기 판스프링(17)에 의해 흡수될 수 있도록 된 것이다.

상기한 바와 같이 구성된 전동식 파워스티어링 장치에서, 모터(21)가 회전되면서 발생시키는 동력은 상기 웜샤프트(5)를 통해 상기 웜휠기어(7)로 전달되고, 상기 웜휠기어(7)에서는 상기 니들롤러(15)와 판스프링(17)을 통해 상기 웜휠허브(3)로 전달함으로써, 상기 웜휠허브(3)에 연결된 조향축(1)을 통해 운전자의 조향력을 보조하게 된다.

그런데, 차량이 험로나 요철로 등을 주행함에 의해 조향륜으로부터 역으로 도 5에 도시된 바와 같이 역하중이 입력되면, 조향축(1)을 통해 상기 웜휠허브(3)가 좌우로 회동하게 되는데, 이때 상기 댐핑유닛(9)들은 상기 웜휠허브(3)의 좌우 회동력을 댐핑하여 상기 웜휠기어(7)로 전달되는 것을 최대한 차단함으로써, 상기 웜휠기어(7)가 상기 웜샤프트(5)와의 사이에서 상대적인 변위가 형성되는 것을 억제하여, 래틀소음을 발생시키지 않도록 한다. 도 6참조.

또한, 상기 웜휠허브(3)와 웜휠기어(7) 사이의 반경방향 진동에 대해서는 상기 반경방향추가홈(19)이 형성하는 공간 내에서 상기 판스프링(17)이 상기 니들롤러(15)에 의해 변형되면서 흡수하여, 상기 웜휠기어(7)와 웜샤프트(5) 사이의 치합상태를 안정적으로 유지시켜 주게 되어, 결국 래틀노이즈를 방지함과 아울러, 상기 웜샤프트(5)로부터 제공되는 조작력을 원활하게 조향축(1)으로 전달할 수 있게 한다.

도 1은 종래의 전동식 파워스티어링의 래틀소음 발생 원인을 설명한 도면,

도 2는 종래의 댐퍼 구조를 설명한 도면,

도 3은 본 발명에 따른 전동식 파워스티어링 장치의 주요 구성을 도시한 사시도,

도 4는 도 3의 웜휠기어와 웜휠허브 및 댐핑유닛의 분해사시도,

도 5는 웜휠허브를 통해 역하중이 입력되는 상황을 묘사한 도면,

도 6은 도 5와 같은 역하중 입력시 본 발명의 작용을 설명한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

1; 조향축 3; 웜휠허브

5; 웜샤프트 7; 웜휠기어

9; 댐핑유닛 11; 허브홈

13; 기어홈 15; 니들롤러

17; 판스프링 19; 반경방향추가홈

Claims (4)

1. 조향축에 장착된 웜휠허브와;

   상기 웜휠허브와 동심축을 이루어 결합되어 웜휠을 이루며 원주면에 기어치를 구비하여 웜샤프트에 치합되는 웜휠기어와;

   상기 웜휠기어와 웜휠허브 사이에 상호 회전력을 전달할 수 있도록 다수 구비되며, 상기 웜휠허브와 웜휠기어 사이의 반경방향 상대변위와 원주방향 상대변위를 탄성적으로 흡수할 수 있도록 구비된 다수의 댐핑유닛;

   을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전동식 파워스티어링 장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 댐핑유닛은

   상기 웜휠허브의 외주면에 구비된 허브홈과 상기 웜휠기어의 내주면에 구비된 기어홈 양쪽에 함께 삽입되는 니들롤러와;

   상기 니들롤러와 결합되어 상기 웜휠허브에 대하여 상기 웜휠기어의 반경방향 및 원주방향의 탄성력을 발생시키도록 절곡되어 삽입된 판스프링;

   을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전동식 파워스티어링 장치.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 댐핑유닛은 상기 웜휠허브와 웜휠기어 사이에 원주방향을 따라 균일한 간격으로 다수개가 배치되고;

   상기 판스프링은 상기 니들롤러와 상기 웜휠기어 사이에 개재되어 상기 니들롤러의 상기 웜휠기어에 대한 반경방향 탄성변위와 원주방향 탄성변위를 흡수할 수 있도록 형성된 것

   을 특징으로 하는 전동식 파워스티어링 장치.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 니들롤러는 상기 웜휠허브의 축방향으로 볼 때, 웜휠허브와 웜휠기어 사이의 반경방향을 따라 긴 타원형 단면을 가지고;

   상기 판스프링은 상기 니들롤러가 상기 웜휠기어의 기어홈에 삽입되는 부분을 감싸면서, 이 감싼 부분을 중심으로 원주방향 양쪽으로 상기 기어홈과 공간을 형성하도록 절곡되며;

   상기 기어홈에는 상기 판스프링이 상기 니들롤러를 감싼 부분이 탄성적으로 변형되어 진입할 수 있는 반경방향추가홈이 추가적으로 구비된 것

   을 특징으로 하는 전동식 파워스티어링 장치.

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