KR20120086474A - 고압 유체의 맥동 감소를 위해 구조 개선한 전동식 구동 조향 펌프 - Google Patents

고압 유체의 맥동 감소를 위해 구조 개선한 전동식 구동 조향 펌프 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전동식 구동 조향 펌프에 관한 것으로, 본 발명에 따른 전동식 구동 조향 펌프는, 전기모터와; 상기 전기모터와 결합되어 유체를 가압하는 펌프 어셈블리와; 일측에 상기 전기모터를 지지 가능하게 결합하는 하부 하우징과; 상기 하부 하우징의 타측에 상기 하부 하우징과 결합되어 상기 펌프 어셈블리를 수용하는 상부 하우징과; 상기 펌프 어셈블리와 상기 상부 하우징 사이에 개재되어 상기 펌프 어셈블리에서 가압되어 토출되는 유체를 저장하는 공간부를 형성 가능하게 상기 하부 하우징에 결합된 플레이트 커버;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에, 유체의 맥동을 감소시킬 수 있으며, 펌프 어셈블리의 충격 내지 진동을 완화 및 흡수할 수 있고, 펌프 어셈블리의 밀봉 효과를 향상시킬 수 있다.

Description

고압 유체의 맥동 감소를 위해 구조 개선한 전동식 구동 조향 펌프 {Electro-Hydraulic Power Steering Pump having improved structure to reduce the pulsation of highly pressurized liquid}
본 발명은 전동식 구동 조향 펌프에 관한 것으로, 보다 자세하게는, 펌프 어셈블리에서 토출되는 고압 유체의 맥동을 감소시키기 위한 구조를 개선한 전동식 구동 조향 펌프에 관한 것이다.
자동차는 많은 부품들이 결합되어 이루어지는 현대의 대표적인 운송 수단이다. 이러한 자동차는 통상적으로 운전자가 자동차의 진행방향을 조정하기 위하여 조향 휠을 회전시키게 된다. 이에, 조향 휠에 연결된 바퀴가 회전되어 운전자는 자동차의 진행 방향을 조정하면서 달리게 된다. 자동차의 여러 부품 중 조향장치는 운전자가 자동차의 진행 방향을 의도하는 대로 진행하도록 조정하는 기능을 한다.
이러한 조향장치 중에는 운전자가 더욱 용이하게 조향 휠을 회전시킬 수 있도록 운전자가 제공하는 조향 휠의 회전력에 조력하기 위한 유압을 공급하는 펌프를 구비한 유압식 동력 조향장치가 있다.
이러한 유압식 동력 조향장치(Power Steering Device, 이하에서 ‘조향장치’라고 함)는 조향 휠에 연결되는 조향 링키지의 중간에 설치된 조향 펌프로부터 공급되는 유압을 동력 조향 기어에 의해 배력시켜 출력축을 통해 조향륜(전륜 또는 후륜)에 가함으로써 조향력을 증대시켜, 운전자가 적은 힘으로 가볍고 신속한 조향을 할 수 있도록 해준다. 즉, 조향장치는 운전자에 의한 조향 휠의 조작력을 감소시킬 수 있고, 노면으로부터 전륜을 통해 조향 휠에 충격이 전달되는 것을 방지할 수 있는 역할을 한다.
이러한 조향장치는, 조향력을 발생시켜 조향력을 전달하거나 조향력 방향을 변경하는 입력전달기구와, 조향 보조력을 발생시키거나 조향 보조력을 경감시키는 배력기구와, 입력 토크와 변위를 적절하게 변환하거나 조향력의 방향을 변경시키는 출력기구로 통상 구성된다. 여기서, 입력전달기구에는 조향 휠, 드래그 링크 및 중간축과 같은 조향 링키지 등이 포함되고, 배력기구에는 조향 펌프, 컨트롤 밸브 등이 포함되며, 출력기구에는 파워 실린더 등을 갖는 조향 기어, 타이 로드 및 엔드 등이 포함된다.
한편, 조향 펌프는 구동되는 방법에 따라 일반적으로 두 가지로 나누어진다. 하나는 엔진으로부터 동력을 전달받는 것이고, 다른 하나는 엔진에서 동력을 전달받지 않고 별도의 전기 모터가 조향 펌프를 구동하는 것이다. 최근에는 보다 효율적이고 친환경적인 자동차를 추구하기 위해 필요한 경우에만 조향 펌프를 작동시킬 수 있는 전동식 구동 조향 펌프가 선호되고 있는 실정이다.
이러한 전동식 구동 조향 펌프를 포함하는 조향 펌프 시스템은 종래의 엔진 구동 조향 펌프와 다소 상이한 구조를 갖는다. 조향 펌프 시스템은 동력을 제공하는 전기 모터와, 전기 모터의 회전에 의해 유체를 압축시키는 펌프 어셈블리와, 전기 모터와 펌프 어셈블리는 지지하고 유체를 저장 내지 안내하는 하우징과 조향 휠 등의 각도 조향 펌프의 압력 등에 기초하여 전기 모터를 제어하는 제어부로 나눌 수 있다.
조향 펌프는 엔진이나 전기 모터의 구동에 의해 기어가 회전함에 따라 흡입 호스를 통해 오일을 흡입하여 압축된 오일을 토출시킨다. 또한, 조향펌프에는 일반적으로 토출되는 오일을 량을 조절하는 유량조절밸브가 결합된다. 즉, 조향펌프의 1회전 당 토출량은 일정하기 때문에 단위 시간당 토출량은 엔진 회전수에 비례해 증감한다. 그리고, 조향 펌프에는 필요 이상의 고압이 작동하지 않도록 발행되는 유체 압력의 최대치를 조절할 수 있는 릴리프 밸브가 설치된다.
또한, 저압의 유체가 펌프 어샘블리로 유입되거나 고압의 유체가 펌프 어셈블리에서 가압되어 토출되는 과정에서 맥동을 최소화할 수 있는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명의 목적은, 유체의 맥동을 절감할 수 있는 전동식 구동 조향 펌프를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 펌프 어셈블리의 충격을 흡수할 수 있으며, 실링을 효과적으로 유도할 수 있는 전동식 구동 조향 펌프를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 제작이 간단하고 편리한 전동식 구동 조향 펌프를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은, 전동식 구동 조향 펌프에 있어서, 전기모터와; 상기 전기모터와 결합되어 유체를 가압하는 펌프 어셈블리와; 일측에 상기 전기모터를 지지 가능하게 결합하는 하부 하우징과; 상기 하부 하우징의 타측에 상기 하부 하우징과 결합되어 상기 펌프 어셈블리를 수용하는 상부 하우징과; 상기 펌프 어셈블리와 상기 상부 하우징 사이에 개재되어 상기 펌프 어셈블리에서 가압되어 토출되는 유체를 저장하는 공간부를 형성 가능하게 상기 하부 하우징에 결합된 플레이트 커버;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 구동 조향 펌프에 의해 달성된다.
또한, 상기 플레이트 커버에 대하여 상기 펌프 어셈블리를 상기 하부 하우징측을 향하여 탄성 가압하는 탄성 부재;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 플레이트 커버 내측은 판면으로부터 돌출 내지 함몰된 압력 분산부;를 포함하는 포함하는 것이 바람직하다.
상기 압력 분산부는 상기 탄성 부재의 이동을 저지 가능하게 마련된 포함하는 것이 바람직하다.
상기 펌프 어셈블리로 유체가 흡입되는 저압 흡입구는 상기 하부 하우징에 마련되고, 상기 펌프 어셈블리의 가압실에서 가압된 유체가 토출되는 고압 토출부는 상기 하부 하우징과 대향되는 상기 펌프 어셈블리에 형성되며, 상기 하부 하우징에는 상기 플레이트 커버로 안내된 유체를 압력을 필요로 하는 영역으로 안내하는 고압 덕트가 형성된 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 유체의 맥동을 절감할 수 있는 전동식 구동 조향 펌프를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 펌프 어셈블리의 충격을 흡수할 수 있으며, 실링을 효과적으로 유도할 수 있는 전동식 구동 조향 펌프를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 제작이 간단하고 편리한 전동식 구동 조향 펌프를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전동식 구동 조향 펌프의 단면도,
도 2는 도 1의 를 따라 절단한 단면도,
도 3은 도 1의 유체의 흐름을 표시한 단면도이다.
본 발명에 따른 모터 구동 조향 펌프(10, 이하에서 '조향 펌프'라 함)를 일실시예로 도 1 내지 도 3을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 이하에서는 기어에 의해 유체가 가압되는 조향 펌프(100)에 대하여 설명을 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전동식 구동 조향 펌프의 단면도이고, 도 2는 도 1의 를 따라 절단한 단면도이며, 도 3은 도 1의 유체의 흐름을 표시한 단면도이다.
조향 펌프(100)는, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 전원의 공급에 의해 구동되는 전기모터(110)와, 전기모터(110)와 결합되어 유체를 가압하는 펌프 어셈블리(210)와, 일측에 전기모터(110)를 지지 가능하게 결합하는 하부 하우징(130)과, 하부 하우징(130)의 타측에 하부 하우징(130)과 결합되어 펌프 어셈블리(210)를 수용하는 상부 하우징(150)을 구비하고, 펌프 어셈블리(210)와 상부 하우징(150) 사이에 개재되어 펌프 어셈블리(210)에서 가압되어 토출되는 유체를 저장하는 공간부(260)를 형성할 수 있도록 하부 하우징(130)에 결합된 플레이트 커버(250)를 포함한다. 또한, 조향 펌프(100)는 플레이트 커버(250)에 대하여 펌프 어셈블리(210)를 하부 하우징(130)측을 향하여 탄성 가압하는 탄성 부재(270)를 더 구비할 수 있다. 또한, 조향 펌프(100)는 릴리프 밸브(310)를 더 포함할 수 있다. 또한, 전기모터(110)를 제어하는 제어부(190)를 더 구비할 수 있다.
전기모터(110)는 외부에서 공급되는 전원에 의해 구동되어 펌프 어셈블리(210)에 회전력을 제공한다. 전기모터(110)의 회전수는 조향 휠의 조향 각도 센서(미도시), 펌프 어셈블리(210)에서 발생되는 압력 센서(미도시) 등에 기초하여 제어부(190)에 의해 제어된다.
하부 하우징(130)은 일측은 전기모터(110)가 결합되어 지지되고, 타측은 펌프 어셈블리(210)가 지지될 수 있도록 결합된다. 하부 하우징(130)은 전기모터(110)와 펌프 어셈블리(210)를 연결하면서 회전력을 전달하는 구동축(140)을 지지하는 지지 리브(135)를 구비한다. 지지 리브(135)에서는 베어링(미도시) 등으로 구동축(140)이 지지된다.
지지 리브(135)의 일면은 전기모터(110)가 결합되어 지지되고, 타면은 펌프 어셈블리(210)가 결합되어 지지된다. 그리고, 지지 리브(135)를 가로질러 전기모터(110)와 펌프 어셈블리(210)를 연결하여 회전력을 전달하는 구동축(140)이 배치된다. 구동축(140)을 지지하는 베어링(미도시) 등은 지지 리브(135)에 지지된다. 그리고, 지지 리브(135)에는 펌프 어셈블리(210)에서 가압되어 배출되는 고압 덕트(215)가 구비될 수 있다. 지지 리브(135)에서 고압 덕트(215)가 형성되는 영역만 그 두께를 두껍게 형성시킬 수 있다. 고압 덕트(215)는 공간부(260)에 저장되어 있는 유체를 압력을 필요로 하는 곳으로 안내할 수 있다.
상부 하우징(150)은 하부 하우징(130)과 결합되어 펌프 어셈블리(210)를 수용한다. 상부 하우징(150)은 펌프 어셈블리(210)에서 가압되어 소정 압력을 갖는 유체가 필요로 하는 곳에서 압력을 전달한 후 되돌아 와서 펌프 어셈블리(210)에 유입되기 전에 저장되어 펌프 어셈블리(210)의 저압 흡입구(213)로 유입된다. 이에, 상부 하우징(150)은 비교적 넓은 공간을 형성하여 유체의 맥동 등을 예방할 수 있다.
이에, 유입구(153)에서 유입된 유체는 유로가 다소 길어져 유체 내부에 발생될 수 있는 기포 등이 바로 펌프 어셈블리(210)로 유입되지 않게 할 수 있다. 이에, 기포 등으로 인하여 펌프 내부 내지 유체의 유로에서 발생 가능성이 있는 캐비테이션 등을 예방할 수 있고 소음을 저감시킬 수 있다.
제어부(190)는 운전자가 조작하는 조향 휠(미도시)의 각도를 감지하는 센서(미도시), 펌프 어셈블리(210)의 가압된 유체의 압력 등을 감지하는 센서, 주행속도 등에 기초하여 펌프 어셈블리(210)의 회전수 등을 제어할 수 있다.
펌프 어셈블리(210)는 전기모터(110)이 회전력을 전달받아 유체를 가압시킨다. 펌프 어셈블리(210)에는 저압 유체를 흡입하는 저압 흡입구(213)와 구동축(140)과 연결된 가압수단의 회전에 의해 유체를 가압된 유체를 배출하는 고압 토출구(214)가 각각 구비되어 있다. 고압 토출구(214)는 펌프 어셈블리(210)의 상측에 마련되어 플레이트 커버(250)와 펌프 어셈블리(210) 사이의 공간인 공간부(260)와 연통되어 있다.
플레이트 커버(250)는 펌프 어셈블리(210)를 수용하고 내측에 펌프 어셈블리(210)와 사이에 공간인 공간부(260)를 형성한다. 플레이트 커버(250)는 컵 형상을 포함한다. 플레이트 커버(250)는 상부 하우징(150) 내부에 수용되어 하부 하우징(130)과 결합된다. 플레이트 커버(250)는 펌프 어셈블리(210)에서 발생되는 고압의 유체를 수용하고 유체의 압력을 충분하게 견딜 수 있는 강도를 가지며, 다이캐스팅 등의 주물로 제조될 수 있다. 플레이트 커버(250)는 내측면에 내측 판면(253)으로부터 함몰 내지 돌출된 압력 분산부(255)를 구비한다.
이에, 플레이트 커버(250)에 유체를 수용하고 저장할 수 있는 공간부(260)를 확보할 수 있어 펌프 어셈블리(210)의 회전에 의해 발생하는 맥동을 감소시킬 수 있는 기능을 수행할 수 있다.
압력 분산부(255)는 플레이트 커버(250) 내측의 판면(253)에 돌출 내지 함몰되어 형성되어 있다. 압력 분산부(255)는 다양한 형상을 포함하고, 도 2에 도시된 바와 같이, 필요에 따라 탄성 부재(270)가 이동하지 않도록 지지하는 가이드 기능도 할 수 있다. 즉, 압력 분산부(255)는 일실시예와 같이 상측이 절단된 원뿔형상뿐만 아니라, 상측이 절단된 구 형상, 반원 형상 등의 다양한 형상으로, 다양한 크기로 마련되고, 다양한 형상과 크기로 구비되어 플레이트 커버(250)의 내측(필요에 따라서는 상측뿐만 아니라 컵 형상의 측면도 포함)에 다양하게 배치될 수 있다. 압력 분산부(255)는 플레이트 커버(250) 내측의 표면적을 증대시킴과 동시에 유체가 플레이트 커버(250) 내측에 다양한 방향으로 접촉할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
이에, 펌프 어셈블리(210)에서 토출되는 고압의 유체가 공간부(260) 내부에서 유체에서 발생되는 수직 방향 압력이 함몰되거나 돌출 형성된 압력 분산부(255)를 따라 다양한 여러 방향으로 분산될 수 있어 유체의 압력 방향을 다양한 방향으로 분산시킬 수 있다. 이러한 압력의 분산은 경우에 따라 맥동을 다소 감소시키는 효과를 제공할 수 있다.
탄성 부재(270)는 플레이트 커버(250)에 지지되어 플레이트 커버(250)에 대하여 펌프 어셈블리(210)를 하부 하우징(130)쪽을 향하여 탄성 가압한다. 탄성 부재(270)는 일실시예의 코일 스프링뿐만 아니라 전술하는 기능을 할 수 있는 웨이브 스프링 등의 다양한 스프링을 포함할 수 있다.
이에, 펌프 어셈블리(210)가 하부 하우징(130)에 밀착될 수 있어 펌프 어셈블리(210)의 결합력을 높임과 동시에 실링 효과를 향상시킬 수 있고, 펌프 어셈블리(210)의 작동에 따른 충격 내지 진동을 흡수할 수 있는 장점을 갖는다.
본 발명의 일실시예에 조향 펌프(100)의 유체의 흐름을 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 조향 펌프(100)에서 유체가 펌프 어셈블리(210)로 유입 과정은 다음과 같다. 먼저, 유입구(153)로 유입된 유체는 지지 리브(135)를 가로질러 펌프 어셈블리(210)의 저압 흡입구(213)로 유입된다. 그리고, 저압 흡입구(213)로 유입된 유체는 펌프 어셈블리(210)의 가압에 의해 고압 토출구(214)로 배출되어 플레이트 커버(250)에 의해 형성된 공간부(260)로 유입된다. 공간부(260)에 유입되어 저장된 유체는 고압을 필요로 하는 곳으로 하부 하우징(130)의 지지 리브(135)에 형성된 고압 덕트(215)를 통해 조향 펌프(100) 외부로 이송되어 저압으로 된 후에 유입구(153)로 되돌아 와서 전술한 과정을 반복한다.
이 과정에서 공간부(260)는 유체 중에서도 고압의 유체를 저장할 수 있으며, 유체가 접하는 그 내측에는 압력 분산부(255)가 형성되어 압력이 작용하는 방향을 다양하게 변화시킬 수 있다. 이에, 본 발명에 따르면, 공간부(260)가 일정의 완충 기능을 담당하여 맥동을 방지하고 압력을 여러 방향으로 분산시킬 수 있어 맥동을 더 예방할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
여기서, 경우에 따라 공간부(260)에서 필요 이상의 압력이 작용하면 릴리프 밸브(310)가 작동하여 고압의 유체를 저압측으로 배출시켜 공간부(260) 내부에서는 일정한 압력 이하로 유지시킬 수 있다.
또한, 탄성 부재(270)는 펌프 어셈블리(210)을 하부 하우징(130)를 향하여 탄성 가압하여 펌프 어셈블리(210)의 작동에 의해 발생할 수 있는 충격을 흡수할 수 있을 뿐만 아니라 펌프 어셈블리(210)를 하부 하우징(130)에 밀착시킬 수 있어 밀봉 효과를 향상시킬 수 있다.
이러한 구성을 갖는 조향 펌프(100)의 조립 과정을 살펴보면 다음과 같다.
본 발명에 따른 조향 펌프(100)에서는 각각의 부품들이 먼저 조립된 상태에서 하부 하우징(130)에 결합된다는 특징이 있다. 즉, 펌프 어셈블리(210)와, 전기모터(110)와, 제어부(190)는 각각 미리 조립되어 있다.
이에, 전기모터(110)와 펌프 어셈블리(210) 중 어느 하나에 구동축(140)이 조립된 상태에서 전기모터(110)와 펌프 어셈블리(210)가 각각 하부 하우징(130)에 조립된다. 다음, 플레이트 커버(250) 내측에 탄성 부재(270)를 위치시킨 후 플레이트 커버(250)를 하부 하우징(130)에 결합한다. 그런 다음, 상부 하우징(150)을 하부 하우징(130)과 결합시킨다.
다음, 전기모터(110)를 폐쇄시키도록 하부 하우징(130)에 커버를 조립하고 제어부(190)를 커버에 결합하여 전기모터(110)와 전기적으로 연결한다.
이에, 전원이 인가되면 전기모터(110)가 회전하고 구동축(140)을 통해 펌프 어셈블리(210)로 회전력이 전달되어 펌프 어셈블리(210)에서 유체를 가압하여 원하는 곳으로 가압된 유체를 공급할 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 유체의 맥동을 절감할 수 있고, 펌프 어셈블리의 충격을 흡수할 수 있으며, 실링을 효과적으로 유도할 수 있는 전동식 구동 조향 펌프를 제공할 수 있다. 또한, 제작이 간단하고 편리하며, 유체에서 발생하는 기포 등을 제거하여 케비테이션 및 소음을 감소시킬 수 있는 조향 펌프를 제공할 수 있다.
여기서, 본 발명의 여러 실시예를 도시하여 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.
100 : 전동식 구동 조향 펌프 110 : 전기 모터
130 : 하부 하우징 135 : 지지 리브
140 : 구동축 150 : 상부 하우징
153 : 유입구
190 : 제어부 210 : 펌프 어셈블리
213 : 저압 흡입구 214 : 고압 토출구
215 : 고압 덕트 250 : 플레이트 커버
253 : 커버 판면 255 : 압력 분산부
260 : 공간부 270 : 탄성 부재
310 : 릴리프 밸브

Claims (5)

  1. 전동식 구동 조향 펌프에 있어서,
    전기모터와;
    상기 전기모터와 결합되어 유체를 가압하는 펌프 어셈블리와;
    일측에 상기 전기모터를 지지 가능하게 결합하는 하부 하우징과;
    상기 하부 하우징의 타측에 상기 하부 하우징과 결합되어 상기 펌프 어셈블리를 수용하는 상부 하우징과;
    상기 펌프 어셈블리와 상기 상부 하우징 사이에 개재되어 상기 펌프 어셈블리에서 가압되어 토출되는 유체를 저장하는 공간부를 형성 가능하게 상기 하부 하우징에 결합된 플레이트 커버;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 구동 조향 펌프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 플레이트 커버에 대하여 상기 펌프 어셈블리를 상기 하부 하우징측을 향하여 탄성 가압하는 탄성 부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 구동 조향 펌프.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 플레이트 커버 내측은 판면으로부터 돌출 내지 함몰된 압력 분산부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 구동 조향 펌프.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 압력 분산부는 상기 탄성 부재의 이동을 저지 가능하게 마련된 것을 특징으로 하는 전동식 구동 조향 펌프.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 펌프 어셈블리로 유체가 흡입되는 저압 흡입구는 상기 하부 하우징에 마련되고,
    상기 펌프 어셈블리의 가압실에서 가압된 유체가 토출되는 고압 토출부는 상기 하부 하우징과 대향되는 상기 펌프 어셈블리에 형성되며,
    상기 하부 하우징에는 상기 플레이트 커버로 안내된 유체를 압력을 필요로 하는 영역으로 안내하는 고압 덕트가 형성된 것을 특징으로 하는 전동식 구동 조향 펌프.
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