KR20150019239A - 유성 기어 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유성 기어 장치에 관한 것으로, 본 발명의 실시예들에 의하면, 절개된 캐리어에 원주방향으로 지지력이 가해짐으로써, 유성 기어들과 링 기어 및 선 기어 사이의 유격을 보상하여 소음과 진동의 발생을 방지할 수 있는 효과가 있게 된다

Description

유성 기어 장치{Planetary Gear Apparatus}
본 발명은 유성 기어 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동차의 유성 기어 장치에 있어서 절개된 캐리어에 원주방향으로 지지력이 가해짐으로써, 유성 기어들과 링 기어 및 선 기어 사이의 유격을 보상하여 소음과 진동의 발생을 방지할 수 있는 유성 기어 장치에 관한 것이다.
도 1은 종래의 자동차 조항장치를 나타내는 구성도이고, 도 2는 종래의 자동차 조항장치 중 유성 기어 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 자동차 조향장치는 조향휠(101), 조향휠(101)에 연결되는 조향축(103), 조향축(103)을 둘러싸는 조향컬럼(105), 조향컬럼(105)의 하단에 형성되는 입력각 센서(107), 입력각 센서(107)의 하측에 형성되는 유성 기어 장치(109), 유성 기어 장치(109)를 구동하기 위한 제 1 모터(111), 제 1 모터(111)에 구비되는 제 1 모터 위치 센서(113), 유성 기어 장치(109)의 하측에 형성되는 출력각 센서(115), 자동차의 속도를 감지하는 차속 센서(117), 유성 기어 장치(109)의 하측에 형성되되 조향축(103)의 회전 운동을 랙바(119)의 직선 운동으로 변환하는 랙-피니언 기구부(121), 랙바(119)에 조향 보조 동력을 공급하기 위한 제 2 모터(123), 입력각 센서(107)와 제 1 모터 위치 센서(113) 및 출력각 센서(115)로부터 각종 신호를 전달받는 ECU(125) 등을 포함하여 구성된다.
그리고 도 2에서 도시된 바와 같이, 종래의 유성 기어 장치는 입력축(210), 입력축(210)의 하단에 형성되어 있는 제 1 선 기어(220), 제 1 선 기어(220)와 외접하는 제 1 단 유성 기어(270), 제 1 단 유성 기어(270)와 유성 기어 축(275)으로 연결되는 제 2 단 유성 기어(280), 제 2 단 유성 기어(280)와 외접하는 제 2 선 기어(230), 제 2 선 기어(230)와 연결된 출력축(240), 웜휠(250) 및 웜(260) 등을 포함하는 유성 기어 장치로 구성된다.
이러한 구성을 가지는 종래의 유성 기어 장치의 작동 원리는 다음과 같다.
운전자가 조향휠(101)을 조작함에 따라 입력축(210)이 회전하면 입력축(210)의 하단에 형성되어 있는 제 1 선 기어(220)가 입력축(210)과 연동하여 회전한다.
또한, 이 경우 제 1 선 기어(220)와 외접하고 있는 제 1 단 유성 기어(270)가 회전하게 되고 제 1 단 유성 기어(270)와 유성 기어 축(275)으로 연결되어 있는 제 2 단 유성 기어(280)가 회전하게 된다.
최종적으로 제 2 단 유성 기어(280)와 외접하는 제 2 선 기어(230)가 회전하게 되고 이에 따라 제 2 선 기어(230)로부터 연장되어 형성된 출력축(240)이 회전하게 됨으로써 운전자의 조향휠(101) 조작에 따라 발생한 조향력이 랙-피니언 기구부(121)에 전달되게 되는 것이다.
그런데, 위의 과정은 제 1 모터(111)가 작동하지 않는 경우이고, 제 1 모터(111)가 작동하는 경우에는 다음과 같은 변화가 생긴다.
자동차의 속도를 감지하는 차속 센서(117), 조향각의 변화를 감지하는 입력각 센서(107) 및 출력각 센서(115), 그리고 제 1 모터 위치 센서(113)로부터 각각 전기적 신호가 발생하여 ECU(125)에 전달되면 ECU(125)는 제 1 모터(111)에 전기적 신호를 전달하여 제 1 모터(111)를 구동하게 된다.
또한, 위의 과정에 의해 제 1 모터(111)가 구동함에 따라 모터 축(미도시)에 연결되어 있는 웜(260)도 회전하고 이에 따라 웜(260)과 맞물리도록 형성되어 있는 웜휠(250)이 회전하며 최종적으로 웜휠(250)과 일체로 구성되어 있는 캐리어(290)가 회전하게 됨으로써 입력각에 대한 출력각의 비를 조절할 수 있게 된다.
자동차의 조향장치는 자동차가 고속으로 주행하는 경우에는 운전자가 조향휠(101)을 일 방향으로 조작하여 입력축(210), 제 1 선 기어(220) 및 제 1 단 유성 기어(270)가 회전하더라도 ECU(125)가 웜휠(250), 더 나아가 캐리어(290)가 제 1 단 유성 기어(270)와 연결되어 있는 제 2 단 유성 기어(280)의 회전을 방해하는 방향으로 회전하도록 제 1 모터(111)를 제어함으로써 결국에는 입력축(210)의 회전각도에 비하여 출력축(240)의 회전각도가 작도록 하여 안전한 운전을 할 수 있도록 보조한다.
한편, 자동차의 조향장치는 자동차가 주차 등을 위해 저속 상태에 있는 경우에는 입력축(210)의 회전각도에 비하여 출력축(240)의 회전각도가 크도록 하는 방향으로 제 1 모터(111)를 제어함으로써 운전자가 보다 작은 힘으로 용이한 운전을 할 수 있게 하여 준다.
그러나, 이와 같은 종래의 유성 기어 장치는 제작 및 조립 오차로 인한 백래시의 조정이 어려워 백래시가 기준값보다 크거나 작은 경우에는 자동차 조향 작동감이 떨어지고 소음과 진동이 커지는 문제점이 있었다.
또한, 어느 정도 내구가 진행된 후에는 기어치의 마모로 발생되는 백래시의 증대로 인해 정밀한 조향 제어가 어려운 문제점이 있었고, 특히 백래시의 증대로 인해 발생하는 소음과 진동이 조향시 운전자에게 불쾌감을 일으키는 한편 기어치의 마모가 진행됨에 따라 소음과 진동이 점점 커지게 되는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 배경에서 안출된 것으로, 자동차의 유성 기어 장치에 있어서 절개된 캐리어에 원주방향으로 지지력이 가해짐으로써, 유성 기어들과 링 기어 및 선 기어 사이의 유격을 보상하여 소음과 진동의 발생을 방지하는데 그 목적이 있다.
그리고, 본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 입력 선 기어에 외접하고 제1링기어에 내접하는 복수개의 입력 유성 기어, 제2링기어에 내접하며 상기 입력 유성 기어 각각과 연결축으로 연결되는 복수개의 출력 유성 기어, 상기 연결축이 회전가능하게 결합되며 내주면에서 외주면까지 경방향으로 절개된 절개부가 형성되어 있는 캐리어, 상기 절개부에 결합되어 상기 캐리어를 원주방향으로 이격시키는 지지부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 유성 기어 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 절개된 캐리어에 원주방향으로 지지력이 가해짐으로써, 유성 기어들과 링 기어 및 선 기어 사이의 유격을 보상하여 소음과 진동의 발생을 방지할 수 있는 효과가 있게 된다
도 1은 종래의 자동차 조항장치를 나타내는 구성도,
도 2는 종래의 자동차 조항장치 중 유성 기어 장치를 개략적으로 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 유성 기어 장치의 분해사시도,
도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 유성 기어 장치의 다른 실시예들을 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 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 일실시예에 따른 유성 기어 장치의 분해사시도, 도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 유성 기어 장치의 다른 실시예들을 나타내는 단면도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 유성 기어 장치는, 입력 선 기어(303a)에 외접하고 제1링기어(307)에 내접하는 복수개의 입력 유성 기어(310a), 제2링기어(309)에 내접하며 상기 입력 유성 기어(310a) 각각과 연결축으로 연결되는 복수개의 출력 유성 기어(310b), 상기 연결축이 회전가능하게 결합되며 내주면에서 외주면까지 경방향으로 절개된 절개부(325)가 형성되어 있는 캐리어(320), 상기 절개부(325)에 결합되어 상기 캐리어(320)를 원주방향으로 이격시키는 지지부재(330)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명에 있어서 설명 및 예시의 편의를 위해 이하에서는 도면들에 도시된 바와 같이 입력 유성 기어(310a)와 출력 유성 기어(310b)가 각각 3개씩 구비된 예를 도시 및 설명하기로 하며, 본 발명의 실시예들에 따른 유성 기어 장치가 자동차의 조향장치에 사용되는 예를 기준으로 설명하기로 한다.
입력 선 기어(303a)는 조향휠(도 1의 101 참조)과 중간축을 매개로 연결되는 입력축(303)에 구비되어 입력축(303)과 연동되어 회전하게 되는데, 중공으로 형성되는 입력축(303)은 모터와 같은 동력부재와 연결되어 구동되며, 입력 선 기어(303a)가 입력축(303)에 연동되어 회전하게 된다.
입력 유성 기어(310a)들은 입력 선 기어(303a)에 외접하고 제1링기어(307)에 내접하며 치결합되어 있어서, 입력 선 기어(303a)가 회전함에 따라 입력 유성 기어(310a)들 역시 연동되어 회전하게 된다.
출력 유성 기어(310b)들은 제2링기어(309)에 내접하며 치결합되어 있는데, 각각의 출력 유성 기어(310b)들은 입력 유성 기어(310a)들과 연결축으로 연결되어 있어서, 입력 유성 기어(310a)가 회전함에 따라 출력 유성 기어(310b) 역시 연동되어 회전하게 된다.
출력 유성 기어(310b)에 의해 회전하는 제2링기어(309)는 출력축(305)과 일체로 결합되어 출력축(305)을 회전시키고, 출력축(305)은 랙-피니언 기구부에 연결되어 회전력을 전달하게 된다.
출력축(305)은 하단부가 제2링기어(309)에 결합되고 상단부는 중공의 입력축(303)에 삽입 관통되어 조향축과 결합된다.
따라서, 평상시에는 출력축(305)이 조향축과 연동되어 회전하지만, 모터와 같은 동력부재가 구동되면 입력축(303)에 구비된 입력 선 기어(303a), 입력 유성 기어(310a), 제1링기어(307), 출력 유성 기어(310b), 제2링기어(309) 등을 통해 전달되는 동력이 합쳐져서 출력축(305)으로 전달된다.
그리고, 캐리어(320)는 소정의 두께를 갖는 원판 형상으로 형성되며, 입력 유성 기어(310a)들과 출력 유성 기어(310b)들을 연결하는 연결축들이 회전가능하게 관통되며 결합된다.
여기서 캐리어(320)에는 입력 선 기어(303a) 및 입력 유성 기어(310a)와 제1링기어(307)의 유격과, 출력 유성 기어(310b)와 제2링기어(309)의 유격을 보상할 수 있도록 캐리어(320)의 내주면에서 외주면까지 경방향으로 절개된 절개부(325)가 형성되어 있다.
그리고 캐리어(320)의 절개부(325)에 지지부재(330)가 결합되어 절개부(325)를 기준으로 캐리어(320)를 원주방향으로 이격시켜 전술한 유격을 보상하게 되어 있다.
이러한 지지부재(330)는 본 발명에서 여러 실시예가 예시되어 있는데, 먼저 도 4에 도시된 지지부재(330)는 일측단에서 타측단으로 갈수록 두께가 증대되도록 일측면 또는 양측면이 경사면으로 형성되어 절개부(325)의 사이에 압입된다.
그리고, 절개부(325)의 대향되는 면이 전술한 지지부재(330)의 일측면 또는 양측면에 형성된 경사면과 대응되는 경사면으로 형성되어 있어서 절개부(325)의 대향되는 면이 일정한 간격을 유지하는 경우보다 지지부재(330)의 이탈이 방지되게 되어 있다.
또한, 유격 보상량이 1mm 미만의 미세한 량이기 때문에 지지부재(330)가 절개부(325)에 압입된 상태에서 압입량을 조금만 늘려도 최대한의 유격 보상이 가능하게 되어 있다.
한편, 도 5에 도시된 것처럼 지지부재(330)는 금속이나 플라스틱 재질의 막대 또는 판 형상을 절곡시킨 형상으로, 절곡된 단부에서 타측 단부로 갈수록 양쪽 끝단부의 폭이 벌어지며 증대되게 형성되어 있어서 절개부(325)에 압입시 폭방향으로 탄성 변형되도록 형성되어 있다.
그리고, 이러한 지지부재(330)에 대응되도록 절개부(325)의 대향되는 일측면 또는 양측면이 경사면으로 형성되며, 지지부재(330)의 이탈을 방지하도록 지지부재(330)의 일측면 또는 양측면과 절개부(325)의 경사면에는 수개의 단턱부가 형성되어 각각의 단턱부가 맞물림되며 결합하게 되어 있다.
이러한 도 5에 도시된 실시예의 경우 각각의 단턱부가 결합되면 지지부재(330)의 이탈이 방지됨과 더불어 압입량을 각각의 단턱부 길이만큼 단계적으로 조정할 수 있게 된다.
또한, 도 6에 도시된 지지부재(330)는 절개부(325)에 삽입되는 일측단에서 타측단으로 갈수록 외경이 증대 또는 감소되며 외주면에 나사부가 형성되어 있고, 절개부(325)의 대향되는 양측면에도 나사홀이 형성되어 지지부재(330)와 나사 결합되는 실시예이다.
이 경우 지지부재(330)가 절개부(325)에 나사 체결되므로 지지부재(330)의 이탈이 방지됨과 더불어 나사 체결량을 미세하게 조정할 수 있어서 유격 보상량도 미세하게 조정할 수 있게 된다.
따라서, 본 발명의 유성 기어 장치는 입력 선 기어(303a), 입력 유성 기어(310a), 제1링기어(307), 출력 유성 기어(310b), 제2링기어(309)를 조립 한 후 전술한 바와 같이 지지부재(330)에 의해 유격 보상을 하게 되면 제조 및 조립 공차에 의한 유격을 보상할 수 있을 뿐만 아니라, 내구 진행후에도 지지부재(330)를 이용하여 마모에 의한 유격 보상을 용이하게 할 수 있게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 의하면, 자동차 조향장치의 유성 기어 장치에 있어서 절개된 캐리어에 원주방향으로 지지력이 가해짐으로써, 유성 기어들과 링 기어 및 선 기어 사이의 유격을 보상하여 소음과 진동의 발생을 방지할 수 있는 효과가 있게 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. 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. 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.
303: 입력축 303a: 입력 선 기어
305: 출력축 307: 제1링기어
309: 제2링기어 310a: 입력 유성 기어
310b: 출력 유성 기어 320: 캐리어
325: 절개부 330: 지지부재

Claims (7)

  1. 입력 선 기어에 외접하고 제1링기어에 내접하는 복수개의 입력 유성 기어;
    제2링기어에 내접하며 상기 입력 유성 기어 각각과 연결축으로 연결되는 복수개의 출력 유성 기어;
    상기 연결축이 회전가능하게 결합되며 내주면에서 외주면까지 경방향으로 절개된 절개부가 형성되어 있는 캐리어;
    상기 절개부에 결합되어 상기 캐리어를 원주방향으로 이격시키는 지지부재;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 유성 기어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지부재는 일측단에서 타측단으로 갈수록 두께가 증대되도록 일측면 또는 양측면이 경사면으로 형성되며 상기 절개부의 사이에 압입되는 것을 특징으로 하는 유성 기어 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 절개부의 대향되는 면이 상기 지지부재의 일측면 또는 양측면에 형성된 경사면과 대응되는 경사면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유성 기어 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지부재는 절곡된 단부에서 타측 단부로 갈수록 양쪽 끝단부가 벌어지는 폭이 증대 되며 폭방향으로 탄성 변형되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 유성 기어 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 지지부재에 대응되도록 상기 절개부의 대향되는 일측면 또는 양측면이 경사면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유성 기어 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 지지부재의 이탈을 방지하도록 상기 지지부재의 일측면 또는 양측면과 상기 절개부의 경사면에는 수개의 단턱부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유성 기어 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지부재는 일측단에서 타측단으로 갈수록 외경이 증대 또는 감소되며 외주면에 나사부가 형성되고 상기 절개부의 대향되는 양측면에도 나사홀이 형성되어 상기 지지부재와 나사 결합되는 것을 특징으로 하는 유성 기어 장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019009517A1 (ko) * 2017-07-05 2019-01-10 (주)에이테크오토모티브 Moc 액츄에이터 기어박스의 기어 고정구조

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