KR20130074074A - 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치 - Google Patents

자동차의 전기식 동력 보조 조향장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 의하면, 바퀴로부터 과도한 역입력 토크가 전달되더라도 전기식 동력 보조 조향장치의 파손을 방지할 수 있는 효과가 있게 된다.

Description

자동차의 전기식 동력 보조 조향장치{Electric Power Steering Apparatus for Vehicle}
본 발명은 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치에 있어서, 바퀴로부터 전달된 과도한 역입력 토크가 감속기로 전달되는 것을 차단하여 감속기를 보호할 수 있는 전기식 동력 보조 조향장치에 관한 것이다.
자동차의 조향장치는 운전자가 조향 핸들을 돌려 자동차의 진행 방향을 자유로이 바꿀 수 있게 하는 장치로서, 자동차의 앞 바퀴가 선회하는 회전 중심을 임의로 변경하여 운전자가 원하는 방향으로 자동차를 진행시킬 수 있도록 보조하는 장치다. 이러한 조향장치에 있어서 운전자의 힘을 덜어주기 위해 보조 동력 기구로써 동력 조향장치(Power Steering System)가 사용되는데, 이러한 동력 조향장치에는 크게 엔진의 힘을 이용하여 유압 펌프를 작동시켜 조향력을 보조하는 유압을 이용한 유압식 동력 보조 조향장치와 전기 모터를 이용한 전기식 동력 보조 조향장치가 있다.
유압식 동력 보조 조향장치는 조향 핸들의 회전을 감지하여 엔진에서 회전력을 받아 유압 펌프를 작동시키고 이 유압을 랙바 혹은 조향축에 구성된 실린더와 같은 구동부에 보내어 운전자의 조향력을 보조해 주는 구조를 가진다.
전기식 동력 보조 조향장치는 조향 핸들의 회전을 감지하여 랙 혹은 조향축에 설치되어 회전 운동을 도와주는 모터를 가동시켜 조향장치가 원활하게 작동되도록 하는 구조를 가지며, 전기식 동력 보조 조향장치는 크게 랙 구동형(R-EPS)과 조향축 구동형(C-EPS)이 있다.
도 1은 종래의 전기식 동력 보조 조향장치의 개략도이다.
도 1을 참고하면, 전기식 동력 보조 조향장치는 조향 계통(100)과 보조 동력 기구(120)를 포함한다. 조향 계통(100)은 조향휠(101)로부터 양측 바퀴(108)까지 이어진다. 보조 동력 기구(120)는 조향 계통(100)에 조향 보조 동력을 제공한다.
조향 계통(100)은 조향축(102)을 포함한다. 조향축(102)은 일측이 조향휠(101)에 연결되어 조향휠(101)과 함께 회전하고 타측은 한 쌍의 유니버설 조인트(103)를 매개로 피니언축(104)에 연결된다. 또한, 피니언축(104)은 랙-피니언 기구부(105)를 통해 랙바에 연결되고, 랙바의 양단은 타이로드(106)와 너클암(107)을 통해 차량의 바퀴(108)에 연결된다. 랙-피니언 기구부(105)는 피니언축(104)에 형성되어 있는 피니언 기어(111)와 랙바의 외주면 일측에 형성되어 있는 랙 기어(112)가 서로 맞물려서 형성되므로 운전자가 조향휠(101)을 조작하면 조향 계통(100)에서 토크가 발생하고, 발생된 토크에 의해서 랙-피니언 기구부(105)와 타이로드(106)를 통하여 바퀴(108)를 조향하게 된다.
보조 동력기구(120)는 운전자가 조향휠(101)에 가하는 토크를 감지하고, 감지된 토크에 비례하는 전기신호를 출력하는 토크 센서(125), 토크 센서로부터 전해지는 전기 신호에 기초하여 제어 신호를 발생하는 전자 제어 장치(123, ECU: Electronic Control Unit), 전자 제어 장치로부터 전해지는 신호에 기초하여 보조 동력을 발생시키는 구동 모터(130) 및 구동 모터(130)에서 발생한 보조 동력을 조향축(102)에 전달하는 모터 감속기구(140)를 포함한다.
도 2는 종래의 전기식 동력 보조 조향장치 중 모터 및 모터 감속기구의 단면도이다.
도 2를 참고하면, 전기식 동력 보조 조향장치의 모터 및 모터 감속기구는 구동 모터(130), 구동축(205), 내측 로터(220), 외측 로터(215), 탄성체(210), 제 1 베어링(250), 웜 축(235), 웜 축 기어(245), 제 2 베어링(270), 압축 나사(255), 압축 스프링(265) 및 기어 하우징(260)을 포함하여 구성된다.
구동 모터(130)는 구동 모터 하우징 외부로 연장된 구동축(205)을 가지며, 외측 로터(215)는 내부가 중공으로 일측이 구동축(215)과 연결되어 연동된다. 제 2 베어링(270)과 제 1 베어링(250)은 웜 축 기어(245)를 토션바(230)가 내장된 조향축에 설치된 웜 기어(240) 쪽으로 고정한다. 압축 스프링(265)은 압축 나사(255)를 단 삼아 웜 축 기어(245)를 웜 기어(240) 방향으로 지지하며 제 2 베어링(270)을 지지한다. 따라서, 압축 나사(255)를 죄면 압축 나사(255)가 이동하여 압축 스프링(265)이 수축하게 되며 결국, 압축 스프링(265)의 압축력으로 웜 축 기어(245)가 웜 기어(240)와 견고하게 물릴 수 있도록 한다. 웜 축(235)에는 내측 로터(220)가 연결되는데, 내측 로터(220)는 일측이 구동축(205)과 연결되는 외측 로터(215)의 내부로 삽입되는 구조를 가진다.
도 3은 종래의 전기식 동력 보조 조향장치 중 모터와 모터 감속기구의 일부 분해 사시도이다.
도 3을 참고하면, 전기식 동력 보조 조향장치는 외측 로터(215), 탄성체(310) 및 내측 로터(220)로 구성되는 댐핑 커플러(360)와 구동축 끝단과 연결된 보스(310), 웜 축(235)을 포함하여 구성된다. 외측 로터(215)는 내측 로터(220)를 내삽할 수 있는 구조로 되어 있으며 내측 로터(220)와 외측 로터(215)사이에는 탄성체(310)가 구비된다. 또한, 내측 로터(220)에는 축방향의 세레이션이 형성된 홀(345)이 뚫려 있어서 대향되는 세레이션(350)이 가공된 웜 축(235)과 연결되며, 세레이션이 형성된 홀(미도시)을 구비한 외측 로터(215)는 외주면에 축방향의 세레이션(342)이 형성된 보스(310)와 연결되고, 축방향의 세레이션이 형성된 홀(340)을 구비한 보스(310)는 모터의 구동축(205)과 연결된다.
그런데, 이러한 종래의 전기식 동력 보조 조향장치는 바퀴로부터 큰 역입력 토크가 전달되는 경우, 구동 모터와 기어들이 파손되는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 전술한 배경에서 안출된 것으로, 자동차의 주행중 노면으로부터 바퀴를 통해 전달되는 과도한 역입력 하중이 감속기에 과도한 토크를 발생시켜도 과토크로부터 구동 모터, 웜, 웜휠 등으로 구성된 감속기를 보호하는 데 있다.
또한, 본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 운전자의 조향력을 보조하는 모터를 구비한 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치에 관한 것으로, 상기 모터의 구동축 끝단에 결합되고, 일측에 제 1 스플라인부가 형성된 제 1 클러치 샤프트; 웜 축의 끝단에 결합되고, 상기 제 1 클러치 샤프트의 상기 제 1 스플라인부와 밀착되도록 일측에 제 2 스플라인부가 형성된 제 2 클러치 샤프트; 상기 제 1 클러치 샤프트와 상기 제 2 클러치 샤프트를 감싸는 하우징; 및 상기 제 2 클러치 샤프트와 상기 하우징 사이에 제공되고, 상기 제 2 클러치 샤프트에 탄성력을 제공하는 탄성 부재를 포함하는 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제 2 클러치 샤프트는, 일면에 상기 제 2 스플라인부가 돌출형성된 원통 형상의 제 1 몸체; 및 상기 제 1 몸체로부터 축방향으로 연장되며, 상기 제 1 몸체보다 그 직경이 작은 원통 형상의 제 2 몸체를 포함하는 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제 2 클러치 샤프트는, 상기 제 1 몸체의 외주면으로부터 반경 방향으로 돌출연장된 원판 형상의 지지부를 더 포함하고, 상기 하우징은, 상기 웜 축의 말단이 삽입되는 관통홀 주변의 걸림턱을 가지며, 상기 탄성 부재는 상기 지지부와 상기 걸림턱 사이에 위치하는 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제 2 클러치 샤프트는, 상기 제 2 몸체가 끼워지는 아우터 링을 더 포함하고, 상기 제 2 몸체의 외경과 상기 아우터 링의 외경은 동일한 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제 2 클러치 샤프트는, 상기 제 2 몸체와 상기 아우터 링 사이에 제공되는 완충 부재를 더 포함하는 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치가 제공될 수 있다.
이와 같은 본 발명의 실시예에 의하면, 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치에 있어서, 자동차의 주행중 노면으로부터 바퀴를 통해 전달되는 과도한 역입력 하중이 감속기에 과도한 토크를 발생시켜도 과토크로부터 구동 모터, 웜, 웜휠 등으로 구성된 감속기를 보호하는 효과를 갖게 된다.
도 1은 종래의 전기식 동력 보조 조향장치의 개략도이다.
도 2는 종래의 전기식 동력 보조 조향장치 중 모터 및 모터 감속기구의 단면도이다.
도 3은 종래의 전기식 동력 보조 조향장치 중 모터와 모터 감속기구의 일부 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전기식 동력 보조 조향장치의 일부 분해 사시도이다.
도 5는 도 4의 전기식 동력 보조 조향장치의 일부 단면도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세히 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 있어서, 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 설명하는데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전기식 동력 보조 조향장치의 일부 분해 사시도이다. 도 5는 도 4의 전기식 동력 보조 조향장치의 일부 단면도이다.
도 4와 도 5를 참고하면, 전기식 동력 보조 조향장치(400)는 제 1 클러치 샤프트(410), 제 2 클러치 샤프트(430), 하우징(450), 그리고 탄성 부재(470)를 포함한다.
즉, 본 발명의 일실시예에 의한 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치(400)는 운전자의 조향력을 보조하는 모터를 구비한 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치에 관한 것으로, 상기 모터의 구동축(401) 끝단에 결합되고, 일측에 제 1 스플라인부(411)가 형성된 제 1 클러치 샤프트(410); 웜 축(403)의 끝단에 결합되고, 상기 제 1 클러치 샤프트(410)의 상기 제 1 스플라인부(411)와 밀착되도록 일측에 제 2 스플라인부(431)가 형성된 제 2 클러치 샤프트(430); 상기 제 1 클러치 샤프트(410)와 상기 제 2 클러치 샤프트(430)를 감싸는 하우징(450); 상기 제 2 클러치 샤프트(430)와 상기 하우징(450) 사이에 제공되고, 상기 제 2 클러치 샤프트(430)에 탄성력을 제공하는 탄성 부재(470)를 포함하여 구성된다.
제 1 클러치 샤프트(410)는 구동 모터의 구동축(401) 끝단에 결합된다. 제 1 클러치 샤프트(410)의 일측에는 제 1 스플라인부(411)가 형성된다. 제 1 스플라인부(411)는 요철(凹凸) 구조를 가지되, 요부와 철부는 완만하게 연결된다.
제 2 클러치 샤프트(430)는 웜 축(403)의 끝단에 결합된다. 제 2 클러치 샤프트(430)의 일측에는 제 2 스플라인부(431)가 형성된다.
제 2 스플라인부(431)는 제 1 클러치 샤프트(430)의 제 1 클러치 샤프트(430)와 유사한 형상을 가지며, 제 2 스플라인부(431)는 제 1 클러치 샤프트(430)의 제 1 스플라인부(411)와 밀착된다. 즉, 제 1 스플라인부(411)의 요부와 철부에는 제 2 스플라인부(431)의 철부와 요부가 각각 밀착된다.
제 2 클러치 샤프트(430)는 제 1 몸체(432), 지지부(433), 제 2 몸체(434), 아우터 링(435), 그리고 완충 부재(436)를 포함한다.
제 1 몸체(432)는 그 일면에 제 2 스플라인부(431)가 돌출형성되고, 제 1 몸체(432)는 원통 형상으로 제공된다. 지지부(433)는 제 1 몸체(432)의 외주면으로부터 반경 방향으로 돌출연장된다. 지지부(433)는 원판 형상으로 제공된다.
제 2 몸체(434)는 제 1 몸체(432)로부터 축방향(즉, 제 1 클러치 샤프트(410)와 제 2 클러치 샤프트(430)가 연결되는 길이 방향)으로 연장되며, 제 2 몸체(434)의 직경은 제 1 몸체(432)의 직경보다 작다.
제 2 몸체(434)는 원통 형상으로 제공된다. 아우터 링(435)은 제 2 몸체(434)를 감싼다. 즉, 제 2 몸체(434)는 아우터 링(435)에 끼워진다. 제 2 몸체(434)의 외경과 아우터 링(435)의 외경은 동일하다. 완충 부재(436)는 제 2 몸체(434)와 아우터 링(435) 사이에 제공된다.
실시예로, 완충 부재(436)는 고무 재질로 형성된다. 완충 부재(436)는 구동축(401)과 웜 축(403) 사이의 충격을 흡수한다.
하우징(450)은 제 1 클러치 샤프트(410)와 제 2 클러치 샤프트(430)를 감싼다. 실시예로, 하우징(450)은 원통 형상으로 제공된다. 하우징(450)의 일측에는 웜 축(403)의 말단이 삽입되는 관통홀(451)이 형성된다. 관통홀(451)의 직경은 하우징(450)의 직경보다 작다. 관통홀(451)의 주변으로 걸림턱(453)이 형성된다.
탄성 부재(470)는 제 2 클러치 샤프트(430)와 하우징(450) 사이에 제공된다. 탄성 부재(470)는 제 2 클러치 샤프트(430)에 탄성력을 제공한다.
실시예로, 탄성 부재(470)는 코일 스프링으로 제공된다. 탄성 부재(470)는 지지부(433)와 걸림턱(453) 사이에 위치된다. 탄성 부재(470)는 제 2 클러치 샤프트(430)에 끼워지되, 그 일측은 제 2 클러치 샤프트(430)의 지지부(433)에 의해 지지되고, 타측은 하우징(450)의 걸림턱(453)에 의해 지지된다.
도 4와 도 5를 참고하여, 전기식 동력 보조 조향장치의 작동 과정을 설명한다.
정상적인 상태에서 제 2 클러치 샤프트(430)의 제 2 스플라인부(431)는 탄성 부재(470)의 탄성력에 의해 제 1 클러치 샤프트(410)의 제 1 스플라인부(411)에 밀착결합되고, 구동 모터로부터 제공된 구동력은 제 1 클러치 샤프트(410)와 제 2 클러치 샤프트(430)를 통해 웜 축(403)으로 전달된다.
이 때, 제 1 스플라인부(411)와 제 2 스플라인부(431) 사이의 마찰력에 의해 제 1 클러치 샤프트(410)와 제 2 클러치 샤프트(430) 사이에는 슬립이 발생하지 않는다.
즉, 제 1 스플라인부(411)의 요부와 철부, 제 2 스플라인부(431)의 철부와 요부에 발생하는 축방향 힘이 탄성 부재(470)의 축방향 힘보다 작아 슬립이 발생하지 않게 된다.
한편, 바퀴로부터 역입력 토크가 웜 축(403)으로 전달되었을 때, 전달된 역입력 토크가 제 1 스플라인부(411)와 제 2 스플라인부(431) 사이의 마찰력 및 탄성 부재(470)의 탄성력을 더한 값보다 큰 경우, 제 2 클러치 샤프트(430)가 뒤로 밀리면서 제 1 스플라인부(411)와 제 2 스플라인부(431) 사이에 슬립이 발생하게 되고, 따라서 역입력 토크가 웜 축(403)으로부터 구동축(401)으로 전달되지 않게 된다.
이와 같은 본 발명의 실시예에 의하면 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치에 있어서, 자동차의 주행중 노면으로부터 바퀴를 통해 전달되는 과도한 역입력 하중이 감속기에 과도한 토크를 발생시켜도 과토크로부터 구동 모터, 웜, 웜휠 등으로 구성된 감속기를 보호하는 효과를 갖게 된다.
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. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
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.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
100 : 조향 계통 120 : 보조 동력 기구
130 : 구동 모터 140 : 모터 감속 기구
210 : 탄성체 220 : 내측 로터
230 : 토션바 240 : 웜기어
250 : 제 1 베어링 260 : 기어 하우징
270 : 제 2 베어링 310 : 보스
360 : 댐핑 커플러 400 : 전기식 동력 보조 조향장치
401 : 구동축 403 : 웜 축
410 : 제 1 클러치 샤프트 430 : 제 2 클러치 샤프트
450 : 하우징 470 : 탄성 부재

Claims (5)

  1. 운전자의 조향력을 보조하는 모터를 구비한 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치에 관한 것으로,
    상기 모터의 구동축 끝단에 결합되고, 일측에 제 1 스플라인부가 형성된 제 1 클러치 샤프트;
    웜 축의 끝단에 결합되고, 상기 제 1 클러치 샤프트의 상기 제 1 스플라인부와 밀착되도록 일측에 제 2 스플라인부가 형성된 제 2 클러치 샤프트;
    상기 제 1 클러치 샤프트와 상기 제 2 클러치 샤프트를 감싸는 하우징;
    상기 제 2 클러치 샤프트와 상기 하우징 사이에 제공되고, 상기 제 2 클러치 샤프트에 탄성력을 제공하는 탄성 부재;
    를 포함하는 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 클러치 샤프트는,
    일면에 상기 제 2 스플라인부가 돌출형성된 원통 형상의 제 1 몸체;
    상기 제 1 몸체로부터 축방향으로 연장되며, 상기 제 1 몸체보다 그 직경이 작은 원통 형상의 제 2 몸체를 포함하는 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 클러치 샤프트는,
    상기 제 1 몸체의 외주면으로부터 반경 방향으로 돌출연장된 원판 형상의 지지부를 더 포함하고,
    상기 하우징은,
    상기 웜 축의 말단이 삽입되는 관통홀 주변의 걸림턱을 가지며,
    상기 탄성 부재는 상기 지지부와 상기 걸림턱 사이에 위치하는 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 클러치 샤프트는,
    상기 제 2 몸체가 끼워지는 아우터 링을 더 포함하고,
    상기 제 2 몸체의 외경과 상기 아우터 링의 외경은 동일한 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 클러치 샤프트는,
    상기 제 2 몸체와 상기 아우터 링 사이에 제공되는 완충 부재를 더 포함하는 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치.
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