KR20160048268A - 전동식 조향장치 - Google Patents

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KR20160048268A
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Abstract

본 발명은 전동식 조향장치에 관한 것으로, 하우징부와, 하우징부에 내장되고 윔기어가 형성되는 웜샤프트부와, 웜기어에 맞물려 회전되는 웜휠부와, 웜샤프트부의 단부에 형성되고 각도가 변경되는 틸팅부와, 하우징부에 장착되고 틸팅부를 지지하는 베어링부와, 하우징부에 장착되고 베어링부의 외측으로 복원력을 제공하는 복원부를 포함하여, 비포장 도로에서도 래틀 이음을 억제할 수 있다.

Description

전동식 조향장치{ELECTRIC POWER STEERING DEVICE}
본 발명은 전동식 조향장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 안티래틀(anti rattle) 구조를 변경하여 노이즈를 감소시키는 전동식 조향장치에 관한 것이다.
일반적으로 전동식 조향장치는 차속 센서 및 조향 토크 센서 등에서 감지한 차량의 운행 조건에 따라 전자 제어 장치에서 모터를 구동시켜 운전자의 조향력을 보조함으로써, 저속 운행시에는 가볍고 편안한 조향 상태를 제공하고, 고속 운행시에는 무겁고 안정적인 조향 상태를 제공하며, 돌발적인 비상 상황에서는 이에 대처하여 급속한 조향이 가능하도록 하는 등 운전자에게 최적의 조향감을 유지할 수 있도록 하는 조향 성능을 제공한다.
전동식 조향장치에는 모터, 모터와 연결되어 회전되는 웜샤프트, 웜샤프트와 맞물려 회전되는 웜휠이 구비된다. 이때, 웜휠은 운전자가 조작하는 조향휠의 회전력을 전달하는 조향축에 장착된다.
전동식 조향장치는 웜샤프트와 웜휠의 기어 백레쉬를 보상하기 위해 안티래틀(anti rattle) 구조를 채택하고 있다. 안티래틀 구조란, 웜샤프트와 직각방향으로 스프링력이 작용하여 윔샤프트의 단부 베어링을 밀어주는 구조이다.
그러나, 종래의 안티래틀 구조는 차량 요철로 주행시 계속적인 역입력 즉, 고주파성의 역입력으로 인해 베어링을 지지하는 핀과 베어링간의 이음 및 스프링 마찰음을 야기하는 문제점이 있다. 따라서, 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2013-0020046호(2013.02.27 공개, 발명의 명칭 : 전동 조향장치용 웜샤프트)에 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 웜샤프트의 수직 방향 외에 웜샤프트의 축방향 소음을 완화할 수 있는 전동식 조향장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 전동식 조향장치는: 하우징부; 상기 하우징부에 내장되고, 윔기어가 형성되는 웜샤프트부; 상기 웜기어에 맞물려 회전되는 웜휠부; 상기 웜샤프트부의 단부에 형성되고, 각도가 변경되는 틸팅부; 상기 하우징부에 장착되고, 상기 틸팅부를 지지하는 베어링부; 및 상기 하우징부에 장착되고, 상기 베어링부의 외측으로 복원력을 제공하는 복원부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 틸팅부는: 상기 베어링부의 내측에 회전 가능하도록 장착되는 틸팅삽입부; 및 상기 웜샤프트부의 단부에서 연장되고, 상기 틸팅삽입부에 볼조인트 결합되는 틸팅결합부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 틸팅결합부는: 상기 웜샤프트부의 단부에서 연장되고, 상기 틸팅삽입부 방향으로 갈수록 단면적이 줄어드는 결합축부; 및 상기 결합축부의 단부에 형성되고, 상기 틸팅삽입부에 삽입되어 회전되도록 곡률을 갖는 결합볼부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 틸팅부는: 상기 틸팅결합부를 감싸도록 형성되고, 상기 틸팅삽입부에 지지되어 상기 웜샤프트부에 복원력을 제공하는 틸팅탄성부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 복원부는: 상기 하우징부에 고정되는 복원고정부; 상기 복원고정부에 삽입되어 이동되고, 상기 베어링부와 접촉되는 복원핀부; 및 상기 복원고정부와 상기 복원핀부 사이에 형성되고, 상기 복원핀부에 복원력을 제공하는 복원탄성부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전동식 조향장치는 틸팅부와 복원부에 의해 웜샤프트부와 웜휠부간의 래틀 이음을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 전동식 조향장치는 틸팅부의 각도가 변경되어 비포장도로에서 발생될 수 있는 역입력에 의한 소음을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 전동식 조향장치는 틸팅결합부가 틸팅삽입부에 볼조인트 결합되어 외력에 따른 각도 변경이 원활하게 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 전동식 조향장치는 틸팅탄성부의 복원력에 의해 각도 변경된 틸팅결합부가 원위치로 복구될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치에서 틸팅부를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치에서 틸팅부의 틸팅결합부가 상방으로 이동된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치에서 틸팅부의 틸팅결합부가 하방으로 이동된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치에서 복원부를 개략적으로 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 전동식 조향장치의 실시예를 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치(1)는 하우징부(10)와, 웜샤프트부(20)와, 웜휠부(30)와, 틸팅부(40)와, 베어링부(50)와, 복원부(60)를 포함한다.
하우징부(10)는 차체에 장착되고, 웜샤프트부(20)는 하우징부(10)에 내장된다. 웜샤프트부(20)의 외주면에는 웜기어(21)가 형성된다. 운전자가 조향휠을 회전시키면, 모터부(70)가 구동되어 웜샤프트부(20)를 회전시킨다.
웜휠부(30)는 하우징부(10)에 내장되고, 웜기어(21)와 맞물려 회전된다. 운전자가 조작하는 조향휠의 회전력을 전달하는 조향축에 웜휠부(30)가 장착된다.
틸팅부(40)는 윔샤프트부(20)의 단부에 형성되고, 베어링부(50)는 틸팅부(40)를 지지한다. 베어링부(50)는 하우징부(10)에 장착되어 위치가 고정되고, 베어링부(50)에 회전 가능하도록 장착되는 틸팅부(40)는 상하로 이동 가능하다. 그 외, 틸팅부(40)는 좌우로 이동될 수 있다. 즉, 수평하게 배치되는 틸팅부(40)는 외력에 의해 각도 변경이 가능하다. 틸팅부(40)는 요철 주행에 의한 지속적인 역입력에 의해 발생하는 베어링부(50)의 이음 외에 래틀 노이즈를 감소시킬 수 있다.
복원부(60)는 하우징부(10)에 장착되고, 베어링부(50)의 외측으로 복원력을 제공한다. 복원부(60)는 웜샤프트부(20)와 웜휠부(30)간의 기어 공차에 의한 백래쉬 발생을 억제할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치에서 틸팅부를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치에서 틸팅부의 틸팅결합부가 상방으로 이동된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치에서 틸팅부의 틸팅결합부가 하방으로 이동된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 틸팅부(40)는 틸팅삽입부(41)와 틸팅결합부(42)를 포함한다.
틸팅삽입부(41)는 베어링부(50)의 내측에 회전 가능하도록 장착된다. 본 실시예에서, 틸팅삽입부(41)는 삽입돌기부(411)와, 삽입체결부(412)를 포함할 수 있다. 삽입돌기부(411)는 원띠 형상을 갖는 베어링부(50)의 내측에 압입되어 회전될 수 있다. 삽입체결부(412)는 삽입돌기부(411)에서 웜샤프트부(20) 방향으로 연장되고, 틸팅결합부(42)가 삽입되도록 삽입홈부(414)가 형성될 수 있다. 삽입돌기부(411)의 외경은 베어링부(50)의 내경과 대응될 수 있으며, 삽입체결부(412)의 외경은 베어링부(50)의 내경보다 더 길게 형성됨으로써, 삽입체결부(412)가 베어링부(50)의 내측으로 삽입됨을 제한할 수 있다.
본 실시예에서, 틸팅삽입부(41)는 삽입보조부(413)를 더 포함할 수 있다. 삽입보조부(413)는 삽입홈부(414)에 삽입되고 틸팅결합부(42)의 단부를 감싸도록 형성될 수 있다. 삽입보조부(413)는 삽입체결부(412)와 틸팅결합부(42)간의 직접적인 접촉에 의한 마모 및 소음을 억제하도록 윤활재질을 포함하여 이루어질 수 있다.
틸팅결합부(42)는 웜샤프트부(20)의 단부에서 연장되고, 틸팅삽입부(41)에 볼조인트 결합된다. 틸팅결합부(42)가 틸팅삽입부(41)에 볼조인트 결합됨으로써, 웜샤프트부(20)에 외력이 작용하더라도 충격 흡수를 위해 틸팅결합부(42)가 상하방향으로 각도 변경이 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 틸팅결합부(42)는 결합축부(421)와 결합볼부(422)를 포함한다. 결합축부(421)는 웜샤프트부(20)의 단부에서 연장되고, 틸팅삽입부(41) 방향으로 갈수록 단면적이 줄어드는 형상을 한다. 결합볼부(422)는 결합축부(421)의 단부에 형성되고, 틸팅삽입부(41)에 삽입되어 회전되도록 곡률을 갖는다. 일 예로, 틸팅삽입부(41)에 형성되는 삽입홈부(414)에 압입되는 구 형상의 결합볼부(422)는 삽입홈부(414)에 삽입된 상태에서 회전될 수 있다. 결합볼부(422)가 삽입홈부(414)에 삽입되더라도 삽입홈부(414)에는 여유공간이 형성되어 틸팅결합부(42)의 좌우 유동이 가능할 수 있다. 결합볼부(422)의 원활한 회전이 가능하도록, 삽입홈부(414)에 삽입되는 삽입보조부(413)에 결합볼부(422)가 삽입될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 틸팅부(40)는 틸팅탄성부(43)를 더 포함할 수 있다. 틸팅탄성부(43)는 틸팅결합부(42)를 감싸도록 형성되고, 틸팅삽입부(41)에 지지되어 웜샤프트부(20)에 복원력을 제공할 수 있다. 일 예로, 틸팅탄성부(43)는 코일스프링 형상을 하여 결합축부(421)를 감싸도록 형성될 수 있다. 도 2를 기준으로 틸팅탄성부(43)의 우측단부는 웜기어(21)에 지지되고, 틸팅탄성부(43)의 좌측단부는 삽입체결부(412)에 지지될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치에서 복원부를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 1과 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 복원부(60)는 복원고정부(61)와, 복원핀부(62)와, 복원탄성부(63)를 포함한다.
복원고정부(61)는 하우징부(10)에 고정 설치된다. 일 예로, 복원고정부(61)의 상단부는 하우징부(10)에 장착되고, 베어링부(50)의 외측면을 마주보도록 배치될 수 있다.
복원핀부(62)는 복원고정부(61)에 삽입되어 상하 방향으로 이동될 수 있다. 복원핀부(62)의 하단부는 베어링부(50)의 외측면과 접촉된다.
복원탄성부(63)는 복원고정부(61)와 복원핀부(62) 사이에 형성되고, 복원핀부(62)를 지지하여 복원핀부(62)에 복원력을 제공한다.
따라서, 복원부(60)는 웜샤프트부(20)를 지지하는 베어링부(50)의 상하 유동 발생시 베어링부(50)를 지지하고 충격을 흡수하여 소음을 억제할 수 있다.
상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.
모터부(70)에 의해 웜샤프트부(20)가 회전되고, 웜샤프트부(20)에 맞물려 회전되는 웜휠부(30)는 차량의 조향각을 제어하기 위한 동력을 제공한다.
웜샤프트부(20)의 단부에서 연장되는 틸팅결합부(42)는 베어링부(50)에 회전 가능하도록 장착되는 틸팅삽입부(41)에 볼조인트 방식으로 체결되고, 틸팅탄성부(43)는 틸팅결합부(42)를 탄성 지지한다. 한편, 복원부(60)는 웜샤프트부(20)의 수직방향으로 배치되어 베어링부(50)를 탄성 지지한다.
상기한 상태에서, 차량이 일반 도로를 통과하면서 약한 역입력이 발생하는 경우, 복원부(60)가 베어링부(50)에 대한 완충기능을 수행하여 웜샤프트부(20)와 웜휠부(30)간의 소음을 억제할 수 있다.
즉, 약한 역입력에 의해 웜휠부(30)의 상하 방향 진동(도 1 기준)이 발생하더라도, 복원부(60)의 복원력에 의해 웜샤프트부(20)와 웜휠부(30)간의 맞물림이 유지될 수 있다.
그리고, 차량이 비포장 도로를 통과하면서 상대적으로 강한 역입력이 발생하는 경우, 복원부(60) 외에 틸팅결합부(42)가 상하 방향으로 꺾이도록 변형됨으로써, 웜샤프트부(20)와 웜휠부(30)간의 소음을 억제할 수 있다.
즉, 강한 역입력에 의한 웜휠부(30)의 유동력이 복원부(60)의 복원력을 초과하더라도, 복원부(60)의 복원력 외에 틸팅결합부(42)가 상방향으로 경사(도 3 참조)를 갖거나, 하방향으로 경사(도 4 참조)를 갖도록 기울어져 웜샤프트부(20)와 웜휠부(30)간의 맞물림이 유지될 수 있다. 이때, 복원부(60)는 베어링부(50)와 접촉 상태를 유지하므로, 베어링부(50)의 타격음 삭제가 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치(1)는 틸팅부(40)와 복원부(60)에 의해 웜샤프트부(20)와 웜휠부(30)간의 래틀 이음을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치(1)는 틸팅부(40)의 각도가 변경되어 비포장도로에서 발생될 수 있는 역입력에 의한 소음을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치(1)는 틸팅결합부(42)가 틸팅삽입부(41)에 볼조인트 결합되어 외력에 따른 각도 변경이 원활하게 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치(1)는 틸팅탄성부(43)의 복원력에 의해 각도 변경된 틸팅결합부(42)가 원위치로 복구될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10 : 하우징부 20 : 웜샤프트부
21 : 웜기어 30 : 웜휠부
40 : 틸팅부 41 : 틸팅삽입부
42 : 틸팅결합부 43 : 틸팅탄성부
50 : 베어링부 60 : 복원부
61 : 복원고정부 62 : 복원핀부
63 : 복원탄성부 70 : 모터부
411 : 삽입돌기부 412 : 삽입체결부
413 : 삽입보조부 421 : 결합축부
422 : 결합볼부

Claims (5)

  1. 하우징부;
    상기 하우징부에 내장되고, 윔기어가 형성되는 웜샤프트부;
    상기 웜기어에 맞물려 회전되는 웜휠부;
    상기 웜샤프트부의 단부에 형성되고, 각도가 변경되는 틸팅부;
    상기 하우징부에 장착되고, 상기 틸팅부를 지지하는 베어링부; 및
    상기 하우징부에 장착되고, 상기 베어링부의 외측으로 복원력을 제공하는 복원부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 틸팅부는
    상기 베어링부의 내측에 회전 가능하도록 장착되는 틸팅삽입부; 및
    상기 웜샤프트부의 단부에서 연장되고, 상기 틸팅삽입부에 볼조인트 결합되는 틸팅결합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 틸팅결합부는
    상기 웜샤프트부의 단부에서 연장되고, 상기 틸팅삽입부 방향으로 갈수록 단면적이 줄어드는 결합축부; 및
    상기 결합축부의 단부에 형성되고, 상기 틸팅삽입부에 삽입되어 회전되도록 곡률을 갖는 결합볼부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 틸팅부는
    상기 틸팅결합부를 감싸도록 형성되고, 상기 틸팅삽입부에 지지되어 상기 웜샤프트부에 복원력을 제공하는 틸팅탄성부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 복원부는
    상기 하우징부에 고정되는 복원고정부;
    상기 복원고정부에 삽입되어 이동되고, 상기 베어링부와 접촉되는 복원핀부; 및
    상기 복원고정부와 상기 복원핀부 사이에 형성되고, 상기 복원핀부에 복원력을 제공하는 복원탄성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치.
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