KR20160047012A

KR20160047012A - 자동차용 조향 장치의 록킹 기구

Info

Publication number: KR20160047012A
Application number: KR1020140142334A
Authority: KR
Inventors: 김연수; 이완철; 김기동; 장명수; 이성열; 주영식; 김원규; 김동우; 박준영
Original assignee: 대동모벨시스템 주식회사
Priority date: 2014-10-21
Filing date: 2014-10-21
Publication date: 2016-05-02

Abstract

본 발명은 자동차용 조향 장치의 록킹 기구에 관한 것으로, 자동차용 조향 장치의 회전축의 회전을 선택적으로 제한하는 록킹 기구로서, 고정 몸체와; 상기 고정 몸체에 대하여 멀어지고 가까와지도록 왕복 이동하고, 상기 회전축에 고정되어 함께 회전하는 걸림 플레이트의 돌기와 맞물리도록 왕복 이동하는 록킹 플런저가 끝단에 고정된 이동 몸체와; 상기 이동 몸체를 이동시키는 힘을 작용시키도록 상기 이동 몸체의 둘레에 배치된 솔레노이드와; 상기 솔레노이드를 감싸는 케이스와; 상기 고정 몸체와 상기 이동 몸체의 사이에 개재되어, 탄성 복원력에 의하여 상기 이동 몸체가 상기 고정 몸체에 대하여 멀어지는 방향으로 이동하는 힘을 작용시키는 스프링을; 포함하여 구성되어, 전력 소모량과 발열량을 최소화하면서 장시간 동안 신뢰성있는 작동이 가능해지고, 록킹 플런저의 왕복 이동 제어에 선형성을 확보하어, 록킹 플런저의 위치 제어의 정확성을 향상시키는 자동차용 조향 장치의 록킹 기구를 제공한다.

Description

자동차용 조향 장치의 록킹 기구 {LOCKING DEVICE OF STEERING APPARATUS FOR VEHICLE}

본 발명은 자동차용 조향 장치의 록킹 기구(locking device)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 운전자의 자동차의 방향 조작 시에 필요한 스티어링 부하를 전동력을 이용하여 보조하는 조향 장치에 있어서, 스티어링 부하를 보조하지 않는 동안에 발열량을 최소화하면서 회전축 스티어링 부하의 전달을 확실하게 차단할 수 있는 자동차용 조향 장치의 록킹 기구 및 이를 구비한 조향 장치에 관한 것이다.

자동차용 조향 장치는 차량의 진행 방향을 조절하는 장치로서, 조향 장치라고도 한다. 조향 장치는 운전석에 설치된 스티어링 휠을 시계 방향 또는 반시계방향으로 회전시키는 것에 의해 차량의 진행 방향을 조절한다.

그러나, 스티어링 휠을 회전시키는 데 있어서 차량 중량의 일부가 바퀴 등에 작용하므로, 특히 차량이 정지한 상태에서 운전자의 힘에만 의지하여 조작하는 것은 큰 힘(스티어링 부하)이 소요된다. 이에 따라, 도1 및 도2에 도시된 바와 같이, 스티어링 휠로부터 연장되는 스핀들(10)을 회전 구동하는 조향 장치(Motor Driving Power Steering: MDPS)가 장착된다. 즉, 스핀들(10)에 구비된 워엄 휠(11)은 스티어링 모터(20)에 의해 회전 구동되는 구동축(22)의 워엄 기어(21)와 맞물려 설치되어, 운전자의 조작에 큰 힘이 소요될 필요가 있는 경우에는 스티어링 휠을 회전시키는 방향으로 스티어링 모터(20)가 동작하여 손쉽게 스티어링 휠을 회전시킬 수 있도록 하고, 차량의 진행 속력이 높아 스티어링 휠이 쉽게 회전하는 것을 방지할 필요가 있는 경우에는 스티어링 휠의 회전 방향과 반대 방향으로 스티어링 모터(20)가 회전 부하를 가하여 스티어링 휠이 쉽게 회전하지 못하도록 한다.

그러나, 도1 및 도2에 도시된 바와 같이, 스티어링 모터(20)는 스티어링 휠로부터 연장된 스핀들(10)과 90도의 사잇각을 이루도록 배치되어, 스핀들(10)이 이루는 축선 방향과 별도로 스티어링 모터를 배치하기 위하여 별도의 케이싱이 구비되어야 하고, 엔진 룸의 공간을 많이 차지하는 문제가 있었다.

이 뿐만 아니라, 워엄 휠(11)과 워엄 기어(21)의 사이에서 발생되는 기계적 소음에 의하여 운전자로 하여금 불쾌감을 야기하므로, 보다 정숙한 스티어링 조작을 할 수 있도록 하는 방안의 필요성이 크게 대두되고 있다. 더욱이, 스티어링 모터(20)의 작동에 의하여 워엄 기어(21)에 진동이 전달되면, 워엄 휠(11)과 워엄 기어(21) 사이에서 진동에 의한 이빨의 맞물림 소음이 보다 커져, 조작에 따른 소음의 불쾌감이 발생되는 문제가 있었다.

본 발명은, 스티어링 부하를 보조하는 전동력을 차단할 필요가 있을 때에, 록킹 플런저를 잡아당긴 상태로 유지시키는 데 소요되는 전력 소모량과 발열량을 최소화하면서 확실하게 차단하는 것을 목적으로 한다.

그리고, 본 발명은 스티어링 부하를 차단하고자 록킹 플런저의 왕복 이동을 제어하는 데 있어서 선형성을 확보하여, 록킹 플런저의 위치 제어의 정확성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 솔레노이드를 이용하여 록킹 기구의 이동 몸체를 이동 제어하는 과정에서, 솔레노이드에 의하여 형성되는 자기장이 균일하게 유지시켜, 록킹 플런저의 위치 제어의 정확성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기와 같은 과제를 달성하기 위하여 도출된 것으로서, 자동차용 조향 장치의 회전축의 회전을 선택적으로 제한하는 록킹 기구로서, 자석으로 형성된 고정 몸체와; 상기 고정 몸체에 대하여 멀어지고 가까와지도록 왕복 이동하고, 상기 회전축에 고정되어 함께 회전하는 걸림 플레이트의 돌기와 맞물리도록 왕복 이동하는 록킹 플런저가 끝단에 고정되며 자성체로 이루어진 이동 몸체와; 상기 이동 몸체가 상기 고정 몸체와 잡아당기는 방향으로 자화되어 상기 고정 몸체를 향하여 이동시키는 힘을 작용시키도록 상기 이동 몸체의 둘레에 배치된 솔레노이드와; 상기 솔레노이드를 감싸는 케이스와; 상기 고정 몸체와 상기 이동 몸체의 사이에 개재되어, 탄성 복원력에 의하여 상기 이동 몸체가 상기 고정 몸체에 대하여 멀어지는 방향으로 이동하는 힘을 작용시키는 스프링을; 포함하여 구성되고, 상기 이동 몸체와 상기 고정 몸체 중 어느 하나에는 경사진 사면이 형성된 요입부가 형성되고, 상기 이동 몸체와 상기 고정 몸체 중 다른 하나에는 경사진 사면이 형성된 돌출부가 형성되어, 상기 이동 몸체가 상기 고정 몸체에 근접한 상태에서 상기 돌출부가 상기 요입부에 일부 이상 삽입되는 것을 특징으로 하는 자동차용 조향 장치의 록킹 기구를 제공한다.

이는, 스티어링 부하를 보조하는 동안에만 솔레노이드가 작동하여 걸림 플레이트의 걸림 돌기와 록킹 플런저와의 간섭을 해제시키고, 스티어링 부하를 보조하지 않는 록킹 상태에서는 스프링의 탄성 복원력에 의하여 걸림 플레이트의 걸림 돌기와 록킹 플런저의 간섭하도록 하기 위함이다. 이와 같이, 스티어링 부하를 보조하는 동안에만 솔레노이드가 작동하여 회전축의 회전을 허용함에 따라, 스티어링 부하를 보조하지 않아도 되는 경우에는 스프링의 탄성 복원력을 이용하여 기계적으로 스티어링 휠의 회전을 차단함으로써, 정지 중인 경우에는 확실하게 스티어링 휠의 회전을 차단할 수 있는 잇점이 얻어진다.

또한, 상기 이동 몸체와 상기 고정 몸체 중 어느 하나에는 경사진 사면이 형성된 요입부가 형성되고, 상기 이동 몸체와 상기 고정 몸체 중 다른 하나에는 경사진 사면이 형성된 돌출부가 형성되어, 상기 이동 몸체가 상기 고정 몸체에 근접한 상태에서 상기 돌출부가 상기 요입부에 일부 이상 삽입되도록 구성된다. 이와 같이, 자성체로 이루어진 이동 몸체와 자석으로 이루어진 고정 몸체의 대향하는 면에 테이퍼진 사면으로 요입부와 돌출부를 형성함으로써, 이들 사이의 대향 면적이 경사면에 해당하는 만큼 더 커지게 되므로, 이동 몸체와 고정 몸체 사이의 거리 차이에 따른 힘의 비선형성을 보상하여 힘의 선형성을 확보할 수 있으며, 동시에 보다 높은 힘을 발휘할 수 있게 된다.

한편, 솔레노이드 액츄에이터의 특성에 따라, 스트로크(거리)가 점점 큰 경우에는 큰 전류가 인가되어야 이동 몸체를 이동시키는 것이 가능하지만, 이동 몸체가 고정 몸체에 근접하여 이들 사이의 거리가 짧아지면 자화된 이동 몸체와 자석인 고정 몸체 사이에 서로 잡아당기는 자력이 커지므로 작은 전류를 인가하더라도 솔레노이드에 의하여 발현되는 힘이 커지게 된다. 따라서, 본 발명은 상기 솔레노이드에 인가하는 전류는 제1전류로 인가하다가, 정해진 시간이 경과한 이후에는 상기 제1전류보다 낮은 제2전류로 인가하는 것에 의하여, 록킹 기구의 작동에 소요되는 전력 사용량을 절감하고, 솔레노이드에서 발생되는 발열량을 최소화할 수 있다.

즉, 이동 몸체와 고정 몸체 사이의 거리가 멀리 떨어진 경우에는 높은 제1전류(예컨대, 약 3A)를 인가하고, 이동 몸체가 고정 몸체에 충분히 근접한 상태(예를 들어 3초 경과 시점)에는 제1전류의 1/30배 내지 3/20배 정도의 낮은 제2전류(예컨대, 약 0.2A)로 인가하더라도, 록킹 플런저가 걸림 플레이트로부터 후퇴한 상태를 적은 전력 소모와 낮은 발열량을 유지하면서 지속적으로 유지할 수 있다. 이를 통해, 장시간 동안 사용하더라도 발열에 의한 고장 가능성을 줄일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

그리고, 상기 케이스의 내부에는 상기 솔레노이드를 제어하는 제어 회로가 수용 설치되되, 상기 제어 회로는 상기 고정 몸체를 중심으로 상기 이동 몸체가 위치하는 반대편에 위치하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 솔레노이드를 제어하는 제어 회로가 솔레노이드의 측면에 위치하지 않고 고정 몸체의 반대편에 위치함으로써, 솔레노이드 제어 회로의 설치가 간편하고 전체적으로 콤팩트한 구조가 되며, 솔레노이드 주변을 감싸는 케이스의 형상이 원기둥 형태를 유지할 수 있게 되고, 솔레노이드 주변에 형성되는 자력의 경로가 대칭으로 일정하게 확보되어, 자력의 균일한 분포에 의하여 정확한 솔레노이드의 제어가 가능해지는 잇점을 얻을 수 있다.

상기 록킹 플런저는 반복하여 걸림 플레이트의 걸림 돌기와 접촉하므로 높은 내구성과 경도의 확보가 필요하다. 이를 위하여, 록킹 플런저는 열처리가 용이한 강재(예를 들어, SM45C)로 제작하는 것이 바람직하다. 반면에, 이동 몸체는 솔레노이드의 OFF 상태에서는 자화되지 않고 ON 상태에서만 자화되어야 하므로, 순철 또는 순철에 가까운 재질(탄소량이 적은 재질)로 형성되는 것이 바람직하다. 적어도, 록킹 플런저의 재질에 비하여 탄소 함유량이 적게 형성되는 것이 좋다.

한편, 발명의 다른 분야에 따르면, 본 발명은, 자동차의 스티어링 휠로부터 연장된 입력축의 둘레에 회전 가능하게 배치된 중공 회전축과; 상기 중공 회전축을 회전 구동시키는 구동 모터와; 상기 중공 회전축의 회전 속도를 감속하고, 감속된 회전 속도의 회전 구동력을 출력축에 전달하는 감속부와; 다수의 걸림 돌기가 원주 방향을 따라 돌출 형성된 상기 걸림 플레이트의 외주면을 향하여 상기 록킹 플런저가 왕복이동하여 선택적으로 상기 걸림 돌기의 사이에 상기 록킹 플런저의 일부가 위치하도록 상기 록킹 플런저를 왕복 이동시키는 상기 록킹(locking) 기구를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 보조 장치를 제공한다.

상기 구성에 의하여, 스티어링 휠의 조타각 정보와 각종 센서를 통한 자동차의 정보를 입력받아 ECU를 통해 산출된 제어값으로 상기 구동 모터에 의하여 중공 회전축을 회전 구동하면, 상기 중공 회전축과 동축으로 배열된 하모닉 감속부에 의하여 출력축의 회전속도를 감속하여 출력축을 회전 구동하도록 작용한다. 이를 통해, 입력축과 출력축이 동축 상에 배열되고, 구동 모터에 의하여 회전 구동되는 중공 회전축도 동축상에 배열되므로, 적은 부피를 차지하는 콤팩트한 구조로 될 수 있다.

또한, 감속비가 크면서 정숙한 하모닉 감속부에 의하여 구동 모터의 회전 속도를 출력축에 전달하도록 구성되므로, 하나의 중심축을 기준으로 모든 구성 요소를 콤팩트하게 구성하면서도, 전동 모터를 이용하여 스티어링 부하를 보조하는 작용을 보다 정숙하게 구현할 수 있는 잇점도 얻어진다.

더욱이, 상기 하모닉 감속부는 상기 중공 회전축과의 직진도가 확보되도록 상기 중공 회전축의 축선 방향을 따라 연장되다가 반경 내측으로 절곡 형성된 직진도 가이드가 형성되고, 상기 직진도 가이드의 끝단이 조향 장치의 중심축인 입력축에 접촉 지지되도록 구성됨에 따라, 작동 중에 발생되는 진동 등이 발생하여 하모닉 감속부에 전달되더라도, 하모닉 감속부의 중심축이 중공 회전축의 중심축과 동축으로부터 약간의 치우침이 허용되지 않은 상태로 견고하게 유지되므로, 하모닉 감속부의 기어 이빨이 맞물리는 소음을 낮은 상태로 유지할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

본 명세서 및 특허청구범위에 기재된 '내륜'은 하모닉 감속부의 입력측과 접하여 함께 회전하는 부분을 지칭하는 것이고, '외륜'은 하모닉 감속부의 출력측과 접하여 함께 회전하는 부분을 지칭하는 것이다.

이상에서 기재된 바와 같이, 본 발명은, 조향 장치의 록킹 기구를 구성함에 있어서, 록킹 플런저와 일체로 왕복 이동하는 이동 몸체에 경사진 사면이 형성된 요입부가 형성되고, 상기 고정 몸체에는 경사진 사면이 형성된 돌출부가 형성되어, 상기 이동 몸체가 상기 고정 몸체에 근접한 상태에서 상기 돌출부가 상기 요입부에 일부 이상 삽입되도록 구성되어, 이들 사이의 대향 면적을 크게 확보함으로써, 보다 높은 힘으로 이동 몸체를 이동시킬 수 있게 될 뿐만 아니라, 이동 거리 차이에 따라 힘이 비선형적으로 작용하는 경향성을 완화할 수 있게 되어, 록킹 플런저의 이동 제어가 용이해지고 정확해지는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

그리고, 본 발명은, 상기 솔레노이드에 인가하는 전류는 제1전류로 인가하다가, 정해진 시간이 경과한 이후에는 상기 제1전류보다 낮은 제2전류로 인가하는 것에 의하여, 록킹 기구의 작동에 소요되는 전력 사용량을 절감하고 발열량을 크게 줄일 수 있는 잇점도 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 록킹 기구의 솔레노이드를 제어하는 제어 회로를 케이스 내에 설치하되 솔레노이드로부터 고정 몸체 건너편에 위치시킴으로써, 솔레노이드 제어 회로의 설치가 간편하고 전체적으로 콤팩트한 구조가 되며, 솔레노이드 주변을 감싸는 케이스의 형상이 원기둥 형태를 유지하여 형성되는 자력의 경로를 대칭으로 균일하게 확보할 수 있게 되어, 자력의 균일한 분포를 통해 솔레노이드의 정교한 제어가 가능해지는 잇점을 얻을 수 있다.

도1은 일반적인 자동차용 조향 장치의 구성을 도시한 개략도
도2는 도1의 조향 장치의 부하 보조 장치의 구성을 도시한 도면
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 조향 장치의 외관을 도시한 사시도,
도4는 도3의 평면도,
도5는 도4의 절단선 X-X에 따른 종단면도,
도6은 도5의 'A'부분의 확대도,
도7은 도5의 'B'부분의 확대도,
도8은 도5의 'C'부분의 확대도,
도9는 도3의 일부 분해 사시도,
도10은 도3의 출력축과 제2케이싱의 정렬 구조를 도시한 사시도,
도11은 도3의 록킹 기구의 종단면도,
도12은 도3의 하모닉 감속부의 구성을 도시한 확대 단면도,
도13a는 도3의 솔레노이드에 인가하는 전압 파형 그래프,
도13b는 스트로크(거리)에 따른 흡인력의 변화 그래프이다.
도11은 도3의 하모닉 감속부의 구성을 도시한 확대 단면도,

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 록킹 기구(160)가 장착된 조향 장치(100)를 상술한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 조향 장치의 외관을 도시한 사시도, 도4는 도3의 평면도, 도5는 도4의 절단선 X-X에 따른 종단면도, 도6은 도5의 'A'부분의 확대도, 도7은 도5의 'B'부분의 확대도, 도8은 도5의 'C'부분의 확대도, 도9는 도3의 일부 분해 사시도, 도10은 도3의 출력축과 제2케이싱의 정렬 구조를 도시한 사시도, 도11은 도3의 록킹 기구의 종단면도, 도12은 도3의 하모닉 감속부의 구성을 도시한 확대 단면도, 도13a는 도3의 솔레노이드에 인가하는 전압 파형 그래프, 도13b는 스트로크(거리)에 따른 흡인력의 변화 그래프이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 조향 장치(100)는 자동차의 스티어링 휠로부터 연장된 스핀들로 이루어지는 입력축(110')과, 입력축(110')을 감싸는 형태로 설치되는 중공 회전축(120)과, 중공 회전축(120)을 회전 구동하는 구동 모터(130)와, 중공 회전축(120)의 제1회전속도를 1/30배 내지 1/60배의 제2회전속도로 감속시키는 하모닉 감속부(140)와, 하모닉 감속부(140)의 외륜(145)과 함께 회전하여 구동 모터(130)의 구동력에 의해 보조된 회전력으로 출력 회전되는 출력축(110)과, 중공 회전축(120)에 일체로 고정되어 함께 회전하고 외주면에 다수의 걸림 돌기(152)가 형성된 걸림 플레이트(150)와, 선택적으로 직선 운동하여 록킹 플런저(165)가 걸림 플레이트(150)의 걸림 돌기(152)사이에 끼워지게 하여 중공 회전축(120)의 회전을 제한하는 록킹 기구(locking unit, 160)으로 구성된다.

상기 입력축(110')은 스티어링 휠로부터 연장되며, 입력축(110')의 조향각 및 속도 등은 센서(미도시)에 의하여 감지되어, 자동차의 ECU로 전달된다. 이 때, 도면에 도시되지 않았지만, 입력축(110')의 조향각 및 회전 속도를 감지하는 센서는 구동 모터(130)를 감싸는 하우징(139) 내에 설치될 수 있다. 그리고, 입력축(110')의 끝단은 하우징(139)에 설치된 베어링에 의하여 회전 지지되며, 도8에 도시된 바와 같이 출력축(110)과 도면부호 y로 표시된 길이만큼 이격되어, 입력축(110')과 출력축(110)이 동축 상에 위치하면서도 서로 독립적으로 회전될 수 있게 된다.

상기 중공 회전축(120)은 도6에 도시된 바와 같이 입력축(110')과 소정의 간극(d)을 두고 배치되며, 하우징(130)에 설치된 베어링(138)에 의하여 회전 지지된다. 이에 따라, 중공 회전축(120)은 입력축(110')에 대하여 서로 다른 회전 속도로 회전되는 것이 가능해진다.

상기 구동 모터(130)는 중공 회전축(120)의 둘레를 감싸는 형태로 배치되어 직접 중공 회전축(120)을 회전구동한다. 이를 위하여, 로터(rotor)에 해당하는 부분는 중공 회전축(120)의 둘레에 일체로 형성되고, 고정자(stator)에 해당하는 부분은 로터와 간극을 두고 배치된다.

구동 모터(130)의 둘레에는 하우징(139)이 설치되어, 구동 모터(130)의 고정자가 하우징(130)에 수용 설치된다. 제1케이싱(159)의 일단이 끼워지는 끝단에는 제1단턱이 형성되어 있어서, 제1케이싱(159)을 끼우는 것에 의하여 제1케이싱(159)에 위치 고정되는 구성 요소와 하우징(139)에 위치 고정되는 구성 요소가 입력축(110')의 중심선을 기준으로 정확하게 정렬된 상태가 된다. 마찬가지로, 도9에 도시된 바와 같이, 제2케이싱(149)이 끼워지는 제1케이싱(159)의 끝단에도 제2단턱(159a)이 형성되어, 제2단턱(159a)의 내측면에는 출력축(110)의 저면 외주면(119a)이 끼워지고, 제2단턱(159a)의 외측면에는 제2케이싱(149)의 일단이 끼워지면서, 제1케이싱(159)과 제2케이싱(149) 및 출력축(110)이 정확하게 정렬된다.

따라서, 본 발명에 따른 조향 장치(100)의 조립 공정이 보다 용이해지며, 정확한 정렬 상태로 인하여 작동 시에 발생되는 소음과 진동을 크게 줄일 수 있는 잇점이 얻어진다.

상기 하모닉 감속부(140)는 도11에 도시된 바와 같이 제1회전속도로 회전 구동되는 중공 회전축(120)과 맞닿은 상태로 제1회전속도로 회전하는 내륜(140a)과, 내륜(140a)의 제1회전속도에 비하여 30배 내지 60배만큼 감속된 제2회전속도로 회전하는 외륜(145)과, 제2회전속도로 회전하는 외륜(145)으로부터 입력축(110')의 축선 방향으로 연장되었다가 반경 내측으로 절곡 형성된 직진도 가이드(142)를 구비한다.

내륜(140a)은 구동 모터(130)에 의하여 고속으로 회전하는 중공 회전축(120)과 함께 회전하며, 외륜(145)은 내륜(140a)과의 사이에 공지된 하모닉 감속기어에의하여 내륜(140a)의 제1회전속도에 비하여 약 1/50배의 감속된 제2회전속도로 회전 구동된다. 그리고, 외륜(145)은 출력축(110)의 연결부(115)와 일체로 회전하여, 출력축(110)이 제2회전속도로 회전 구동되도록 한다. 따라서, 상기 출력축(110)은 제2케이싱(149)의 관통구(149b)를 통해 연장 형성되고, 중공 회전축(120)의 제1회전속도 보다 약 1/50배로 감속된 제2회전속도로 하모닉 감속부(140)로부터 전달되는 회전 구동력에 의하여 회전 구동된다.

그리고, 직진 가이드(142)의 끝단은 입력축(110')에 접촉된 상태를 유지하여, 구동 모터(130)의 작동이나 외부로부터의 진동이나 충격이 전달되더라도, 내륜(140a) 및 외륜(145)이 중공 회전축(120)의 축선 방향에 정렬되는 자세로 항상 견고하게 유지되므로, 내륜(140a)과 외륜(145) 사이에서 맞물리는 이빨의 소음 및 진동이 낮은 수준으로 유지시킬 수 있게 된다.

이 때, 외륜(145)의 제2회전속도는 입력축(110')의 회전 속도와 유사하므로, 직진 가이드(142)의 끝단이 입력축(110')의 외주면과 미끄럼 접촉을 할 수도 있고, 회전 가능한 볼이 설치되어 입력축(110')의 외주면과 구름 접촉을 할 수도 있다.

상기 걸림 플레이트(150)는 중공 회전축(120)의 외주면에 일체로 결합되어, 중공 회전축(120)과 함께 회전한다. 도9에 도시된 바와 같이 걸림 플레이트(150)는 외주면에 주기적으로 걸림 돌기(152)가 돌출 형성된다.

상기 록킹 기구(160)는 도9에 도시된 바와 같이 제1케이싱(159)의 내부에 록킹 플런저(165)의 끝단이 위치하여, 솔레노이드(163)에 의한 작동으로 록킹 플런저(165)와 걸림 돌기(152)의 간섭을 선택적으로 해제한다.

구체적으로, 도7 및 도12에 도시된 바와 같이, 상기 록킹 기구(160)는 내부에 수용 공간이 형성된 원통 형상의 케이스(169)와, 케이스(169)의 일단부에 위치하고 자석으로 형성된 고정 몸체(161)와, 고정 몸체(161)에 대향하는 면이 구비되고 고정 몸체(161)에 대하여 멀어지고 가까와지도록 왕복 이동하고 자성체로 형성되는 이동 몸체(162)와, 이동 몸체(162)를 이동시키는 자기력을 발생시키도록 이동 몸체(162)의 둘레에 형성되는 솔레노이드(163, 액츄에이터)와, 고정 몸체(161)와 이동 몸체(162)의 스프링 수용부(161z, 162z)에 안착된 스프링(164)과, 이동 몸체(162)의 끝단부에 고정되어 이동 몸체(162)와 함께 이동하는 록킹 플런저(165)와, 케이스(169)의 끝단부에 위치한 제어 회로(168)로 구성된다.

상기 케이스(169)는 솔레노이드(163)의 형상에 따라 원통 형상으로 형성되며, 도3에 도시된 바와 같이 제1케이싱(139)에 볼트로 위치 고정된다.

상기 고정 몸체(161)와 이동 몸체(162)는 케이스(169) 내에서 위치하며, 자성체로 형성된다. 그리고, 이동 몸체(162)에 대향하는 고정 몸체(161)에는 경사진 테이퍼 형태로 돌출부(161a)가 형성되며, 고정 몸체(161)에 대향하는 이동 몸체(162)에는 경사진 테이퍼 형태의 요입부(162a)가 형성된다. 이 때, 경사진 테이퍼 형태의 돌출부는 이동 몸체(162)의 이동 방향에 대하여 45도 이하로 뾰족하게 형성되는 것이 바람직하며, 거의 완전한 선형성을 확보하기 위해서는 20도(이동 방향에 수직한 기준축에 대해서는 70도) 이하로 형성되는 것이 바람직하다.

이와 같이, 고정 몸체(161)와 이동 몸체(162)가 서로 근접한 상태에서 돌출부(161a)가 요입부(162a)에 의하여 형성된 공간(160s)에 삽입되도록 구성됨에 따라, 돌출부(161a) 및 요입부(162a)는 이동 몸체(162)가 고정 몸체(161)에 대하여 왕복이동하는 경로를 안내하는 역할을 할 뿐만 아니라, 대향하는 표면적이 증대되어 보다 큰 힘으로 이동 몸체(162)를 이동시킬 수 있게 되고, 이동 몸체와 고정 몸체 사이의 거리 차이에 따른 힘의 비선형성을 보상하여 힘의 선형성을 확보할 수 있는 잇점을 얻을 수 있다.

도면에는 고정 몸체(161)에 돌출부(161a)가 형성되고 이동 몸체(162)에 요입부(162a)가 형성된 구성을 예로 들었지만, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 고정 몸체(161)에 요입부가 형성되고 이동 몸체(162)에 요입부가 형성될 수도 있다.

한편, 상기 스프링(164)은 고정 몸체(161)와 이동 몸체(162)의 안착부(161z, 162z)에 압축 설치되어, 고정 몸체(161)와 이동 몸체(162) 사이의 간격을 벌리려는 탄성 복원력이 작용한다. 이 때, 스프링 안착부(161z, 162z)가 고정 몸체(161)의 돌출부(161a)와 이동 몸체(162)의 요입부(162a)에 형성됨에 따라, 전자기력에 의하여 이동 몸체(162)가 왕복 이동하게 하는 힘(163F)과 스프링(164)의 탄성 복원력(164F)이 동축 상에서 작용하게 되므로, 이동 몸체(162)가 왕복 이동하면서 비틀리려는 힘의 성분을 없앨 수 있다. 이를 통해, 반영구적으로 고장없이 이동 몸체(162)의 왕복 이동을 신뢰성있게 구현할 수 있다.

상기 솔레노이드(163)는 코일이 감겨 형성되어, 솔레노이드(163)에 전류를 인가하여, 솔레노이드(163)의 중심에 위치한 이동 몸체(162)를 자화시키면서 록킹 플런저(165)를 후퇴시키는 힘(163F)을 작용시킨다.

한편, 도13b에 도시된 바와 같이, 이동 몸체(162)와 고정 몸체(161) 사이의 거리가 클수록, 이동 몸체(162)의 자력과 고정 몸체(161)의 자력이 서로 잡아당기는 힘이 작아지므로, 보다 큰 전류가 인가되어야 이동 몸체를 이동시키는 데 필요한 임계 흡인력(F)이 작용한다. 반대로, 이동 몸체(162)와 고정 몸체(161) 사이의 거리가 작아지면, 자화된 이동 몸체와 자석인 고정 몸체 사이에 서로 잡아당기는 자력이 커지므로, 작은 전류를 인가하더라도 이동 몸체(162)의 이동한 상태를 유지시킬 수 있는 충분한 흡인력(F)을 작용시킬 수 있다. 따라서, 록킹 플런저(165)와 걸림 돌기(152) 사이의 간섭을 해제하고자 하는 경우에는, 도13a에 도시된 바와 같이 솔레노이드(163)에 인가하는 초기 전류는 상대적으로 높은 제1전류가 되도록 하는 전압(V1)을 인가하고, 정해진 시간(T1)이 경과하여 이동 몸체(162)가 고정 몸체(1161)에 충분히 근접한 이후에는 제1전류보다 낮은 제2전류가 솔레노이드(163)에 인가되도록 하는 전압(V2)을 인가한다. 솔레노이드(163)에 인가하는 전류값은 전류 제어 방식에 의할 수도 있지만, 펄스폭 제어(PWM) 방식으로 전압을 조절하는 것에 의하여 인가되는 전류값을 제어할 수도 있다. 이와 같이, 이동 몸체(162)의 위치에 따라 인가하는 전류값을 다르게 조절하는 것에 의하여, 록킹 기구(160)의 작동에 소요되는 전력 사용량을 줄이면서도 록킹 플런저(165)가 걸림 플레이트(150)로부터 후퇴한 상태를 지속적으로 유지할 수 있다. 이 때, 이동 몸체(162)가 고정 몸체(162)에 보다 근접할 수록 스프링(163)의 탄성복원력(163F)은 더 커지지만, 스프링(163)의 탄성복원력(163F)에 비하여 고정 몸체(161)와 이동 몸체(162) 사이에 작용하는 서로 잡아당기는 자력이 더 크기 때문에 가능해진다.

상기 제어 회로(168)는 케이스(169) 내에 설치되지만, 솔레노이드(163)에 의하여 생성되는 자기장을 방해하지 않도록 솔레노이드(163)의 반경 바깥 방향에 위치하지 않고, 솔레노이드(163)의 축선 방향으로 이격된 일측에 위치한다. 즉, 고정 몸체(161)의 일측에 수용 공간(169x)이 구비되어, 이 수용 공간(169x)에 제어 회로가 안착된다.

이와 같은 구성을 통하여, 제어 회로(168)를 별도로 설치하는 것에 비하여 조립 설치가 간편해지고 콤팩트한 구조가 되어 취급이 용이해지며, 무엇보다도 솔 레노이드(163) 주변을 감싸는 케이스(169)가 원기둥 형태를 유지할 수 있게 되어, 자력이 분포하는 공간 내에서의 주변 구조물이 대칭적으로 분포할 수 있게 된다. 따라서, 솔레노이드(163) 주변에 형성되는 자력의 경로가 대칭으로 일정하게 확보되므로, 자력의 균일 분포에 의하여 솔레노이드(163)에 의한 이동 몸체(162)의 왕복 이동 제어가 보다 정교하게 이루어질 수 있게 된다.

상기 록킹 플런저(165)는 반복하여 중공 회전축(120)에 위치 고정된 걸림 플레이트(150)의 걸림 돌기(152)와 접촉하므로, SM40C 이상의 탄소 함유량이 많은 강재로 형성된다. 이에 따라, 록킹 플런저(165)는 열처리된 상태로 조립되어 높은 경도와 내구성, 내충격성을 확보할 수 있게 된다. 록킹 플런저(165)와 함께 왕복 이동하는 이동 몸체(162)는 솔레노이드(163)의 ON/OFF에 따라 자화된 상태와 비자화된 상태를 교대로 거쳐야 하므로, 요크와 유사하게 순철이나 탄소량이 적은 순철(예를 들어, SM20C 이하)에 가까운 철로 형성되는 것이 좋다. 록킹 플런저(165)는 이동 몸체(162)와 서로 별개로 제작되어, 압입이나 체결 방식으로 고정된다.

록킹 플런저(165)가 왕복 이동하는 케이스(169)의 입구에는 록킹 플런저(165)가 요동없이 일정하게 왕복 이동하면서 마찰을 줄여주는 고체윤활 부싱(165a)이 설치된다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 록킹 기구(160)는, 솔레노이드(163)에 제1전압(V1)을 인가하여 제1전류가 흐르게 함으로써, 록킹 플런저(165)가 고정 몸체(161)로 이끌리는 흡입력(163F)이 작용하도록 함으로써, 록킹 플런저(165)와 걸림 돌기(152) 사이의 간섭이 해제되어, 중공 회전축(120)의 회전을 허용한다.

그리고, 이동 몸체(162)가 고정 몸체(161)에 근접하면, 솔레노이드(163)에 제1전압(V1)의 5% 내지 12%정도의 작은 제2전압(V2)을 인가함으로써, 솔레노이드(162)에는 제1전류보다 낮은 제2전류가 흐르게 되더라도, 이동 몸체(162)와 고정 몸체(161)의 근접 상태를 유지할 수 있다. 대략 0.1A 내지 0.3A의 작은 제2전류가 흐르더라도, 록킹 플런저(165)와 걸림 돌기(152)의 간섭 해제 상태가 유지되므로, 발열량이 획기적으로 낮아지면서 전력 소모량도 줄일 수 있게 된다.

한편, 스티어링 부하를 보조하지 않도록 하기 위하여 솔레노이드(163)에 인가하였던 전압을 차단하면, 솔레노이드(163)에 전류가 흐르지 않게 되므로 이동 몸체(162)를 잡아당겨두고 있던 흡인력이 사라지게 된다. 따라서, 고정 몸체(161)와 이동 몸체(162) 사이에 위치한 스프링(164)의 탄성 복원력에 의하여 록킹 플런저(165)가 고정 몸체(161)로부터 멀어지는 방향으로 이동하면서, 록킹 플런저(165)의 끝단이 걸림 돌기(162)의 사이의 간섭 상태가 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 조향 장치의 록킹 기구(160)는, 록킹 플런저(165)와 일체로 왕복 이동하는 이동 몸체(162)와 고정 몸체(161)에 각각 경사진 요입부(162a) 및 돌출부(161a)가 형성되어 서로 근접한 상태에서 돌출부(161a)가 요입부(162a)에 일부 이상 삽입되도록 구성됨으로써, 이들 사이의 대향 면적을 커져 보다 큰 힘으로 이동 몸체(162)를 이동시킬 수 있게 되고, 이동 몸체(162)의 이동 거리 차이에 따라 작용하는 힘을 보다 선형적으로 유도하여, 록킹 플런저(165)의 이동 제어를 보다 쉽고 정확하게 행할 수 있게 되는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은, 솔레노이드에 인가하는 전류를 초기에는 높은 제1전류로 인가하지만, 대략 1초~5초의 정해진 시간(T1)이 경과한 이후에는 이보다 낮은 제2전류로 인가함으로써, 록킹 작동에 소요되는 전력 사용량 및 발열량을 크게 줄이게 되어, 친환경적이고 장시간 동안 고장없이 신뢰성있는 작동을 구현할 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구 범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

100: 자동차용 조향 장치
110': 입력축 110: 출력축
120: 중공 회전축 130: 구동 모터
140: 하모닉 감속부 142: 직진도 가이드
150: 걸림 플레이트 160: 록킹 장치
161: 고정 몸체 162: 이동 몸체
162: 솔레노이드 164: 스프링
165: 록킹 플런저 168: 제어 회로
169: 케이스

Claims

자동차용 조향 장치의 회전축의 회전을 선택적으로 제한하는 록킹 기구로서,
자석으로 형성된 고정 몸체와;
상기 고정 몸체에 대하여 멀어지고 가까와지도록 왕복 이동하고, 상기 회전축에 고정되어 함께 회전하는 걸림 플레이트의 돌기와 맞물리도록 왕복 이동하는 록킹 플런저가 끝단에 고정되며 자성체로 이루어진 이동 몸체와;
상기 이동 몸체가 상기 고정 몸체를 향하여 이동하는 극으로 자화시켜 상기 고정 몸체를 향하여 이동시키는 힘을 작용시키도록 상기 이동 몸체의 둘레에 배치된 솔레노이드와;
상기 솔레노이드를 감싸는 케이스와;
상기 고정 몸체와 상기 이동 몸체의 사이에 개재되어, 탄성 복원력에 의하여 상기 이동 몸체가 상기 고정 몸체에 대하여 멀어지는 방향으로 이동하는 힘을 작용시키는 스프링을;
포함하여 구성되고, 상기 이동 몸체와 상기 고정 몸체 중 어느 하나에는 경사진 사면이 형성된 요입부가 형성되고, 상기 이동 몸체와 상기 고정 몸체 중 다른 하나에는 경사진 사면이 형성된 돌출부가 형성되어, 상기 이동 몸체가 상기 고정 몸체에 근접한 상태에서 상기 돌출부가 상기 요입부에 일부 이상 삽입되는 것을 특징으로 하는 자동차용 조향 장치의 록킹 기구.
제 1항에 있어서,
상기 솔레노이드에 인가하는 전류는 제1전류로 인가하다가, 정해진 시간이 경과한 이후에는 상기 제1전류보다 낮은 제2전류로 인가하는 것을 특징으로 하는 자동차용 조향 장치의 록킹 기구.
제 2항에 있어서,
상기 제2전류는 상기 제1전류의 1/30배 내지 3/20배인 것을 특징으로 하는 자동차용 조향 장치의 록킹 기구.
제 1항에 있어서,
상기 케이스의 내부에는 상기 솔레노이드를 제어하는 제어 회로가 수용 설치되되, 상기 제어 회로는 상기 고정 몸체를 중심으로 상기 이동 몸체가 위치하는 반대편에 위치하는 것을 특징으로 하는 자동차용 조향 장치의 록킹 기구.
제 1항에 있어서,
상기 록킹 플런저는 강재로 형성되고, 상기 이동 몸체는 상기 록킹 플런저에 비하여 탄소 함유량이 적은 자성체로 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 조향 장치의 록킹 기구.
자동차의 스티어링 휠로부터 연장된 입력축의 둘레에 회전 가능하게 배치된 중공 회전축과;
상기 중공 회전축을 회전 구동시키는 구동 모터와;
상기 중공 회전축의 회전 속도를 감속하고, 감속된 회전 속도의 회전 구동력을 출력축에 전달하는 감속부와;
다수의 걸림 돌기가 원주 방향을 따라 돌출 형성된 상기 걸림 플레이트의 외주면을 향하여 상기 록킹 플런저가 왕복이동하여 선택적으로 상기 걸림 돌기의 사이에 상기 록킹 플런저의 일부가 위치하도록 상기 록킹 플런저를 왕복 이동시키는 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 상기 록킹(locking) 기구를;
포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 보조 장치.