KR20170098555A - 전동식 조향장치의 감속기 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 웜축 하우징 및 웜휠 하우징을 구비한 열전도성 재질의 기어 하우징; 조향축과 연결되어 조향축의 회전시 연동 회전하는 웜휠 샤프트; 상기 웜휠 하우징 내에 수용되고, 제1면 및 제1면에 대향하는 제2면을 가지며, 상기 웜휠 샤프트가 결합되는 웜휠; 상기 웜휠의 제1면에 접촉하도록 구비되는 제1열전달판; 상기 제1열전달판과 접촉하도록 웜휠 샤프트에 결합되며, 외주면은 상기 웜휠 하우징에 접촉하는 제1베어링;을 포함하는 전동식 조향장치의 감속기를 제공한다.

Description

전동식 조향장치의 감속기{Reducer of Electronic Power Steering Apparatus}
본 발명은 전동식 조향장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 방열 성능을 향상시킨 전동식 조향장치의 감속기에 관한 것이다.
도 1은 일반적인 전동식 조향장치의 구성도이다.
도 1을 참고하면, 일반적인 전동식 조향장치(100)는, 운전석에 배치되는 조향휠(102)과 이에 연결된 조향축(106), 그리고 조향축을 차체에 고정할 수 있도록 하는 조향 컬럼(130), 조향축(106)으로부터 입력받은 회전력을 직선 운동으로 변환하는 랙 기어와 피니언 기어를 포함하는 랙피니언 기구부(110), 양단부에 타이로드(122)와 너클암(124)을 구비한 랙바(112)를 포함하여 구성된다.
조향 컬럼(130)은 조향축(106)이 조향휠(102)에 연결되어 조향휠(102)과 함께 회전하고 타측은 한 쌍의 유니버설 조인트(104)를 매개로 피니언축(108)에 연결된다. 또한, 피니언축(108)은 랙피니언 기구부(110)를 통해 랙바(112)에 연결되고, 랙바(112)의 양단은 타이로드(122)와 너클암(124)을 통해 차량의 바퀴(126)에 연결된다.
보조 동력 기구(140)는 운전자가 조향휠(102)에 가하는 토크를 감지하고 감지된 토크에 비례하는 전기 신호를 출력하는 토크 센서(142), 토크 센서(142)로부터 전해지는 전기신호에 기초하여 제어 신호를 발생하는 전자 제어 장치(144), 전자 제어 장치(144)로부터 전해지는 제어 신호에 기초하여 보조 동력을 발생시키는 모터(146) 및 모터(146)에서 발생한 보조 동력을 조향축(106)에 전달하기 위하여 웜(152) 및 웜휠(156)을 구비한 감속기(150)를 포함하여 구성된다.
따라서, 전동식 조향장치는 조향휠(102)의 회전에 의해 발생한 토크가 랙피니언 기구부(110)를 거쳐서 랙바(112)에 전달되고, 발생된 토크에 따라 모터(146)에서 발생한 보조 동력이 랙바(112)에 전달되도록 구성된다.
즉, 조향휠(102)의 회전에 의해 발생한 토크와 모터(146)에서 발생한 보조 동력이 합쳐져서 랙바(112)를 축 방향으로 운동하도록 하는 것이다.
도 2는 종래 기술에 의한 전동식 조향장치의 감속기를 나타내는 단면도이다.
도 2를 참고하면, 종래의 감속기(150)는 웜(152)이 형성된 웜축(254)이 구비되고 웜축(254)의 양단에는 웜축베어링(257)이 각각 설치되어 웜축(254)을 지지하며, 웜축베어링(257)이 웜축(254)의 축 방향으로 유격되는 것을 방지하기 위해 플러그 볼트(210)가 댐핑 커플러(240)와 웜축베어링(257) 사이에 체결되고, 플러그 볼트(210)는 플러그 너트(220)에 의해 고정된다.
웜축(254)은 모터(146)와 댐핑 커플러(240)를 매개로 연결되어 모터(146)의 구동에 의해 회전한다.
웜축(254)의 일측에는 웜축(254)의 외주면에 형성된 웜(152)과 치물림될 수 있도록 웜휠(156)이 구비되며, 웜휠(156)은 운전자가 조작하는 조향휠(도 1의 102참조)의 회전력을 전달하는 조향축(106)에 장착되어 모터(146)의 구동에 의한 웜축(254)의 회전력이 조향축(106)에 전달되는 구조이다.
웜축(254), 웜휠(156)은 기어 하우징(260) 내에 수용되고, 기어 하우징(260)의 일측으로 웜축(254)에 구동력을 제공하는 모터(146)가 구비되며, 기어 하우징(260)과 모터(146)는 모터 커버(230)에 의해 볼트(250)로 결합된다.
이와 같은 구조로 이루어진 전동식 조향장치의 감속기는 차량 운행조건에 따라 차량에 구비된 전자 제어 장치에 의해 모터의 구동을 제어하고, 모터의 구동에 의한 웜축의 회전력이 운전자가 조작하는 조향휠의 회전력에 부가하여 조향축에 전달됨으로써, 운전자의 조향 운전 상태를 부드럽고 안정적으로 유지할 수 있도록 한 것이다.
그런데 종래의 전동식 조향장치의 감속기는 동력을 발생하는 모터와 연결된 웜축(Worm-Shaft)이 조향축(Steering-Shaft)과 연결되어 있는 웜휠(Worm Wheel)을 회전시켜 조향력을 보조하게 된다.
그러나 종래의 전동식 조향장치는 그 특성상 웜축과 웜휠을 이용함에 따라, 특히 부하가 많이 걸리는 주차 시와 같이 고속 조타의 경우에는 조향 조작력을 위한 동력을 발생하는 모터의 고속 회전에 따른 웜축과 웜휠의 고속 회전으로 인한 기어치의 접촉 마찰열이 발생할 수밖에 없고, 이로 인해 전체적인 외관을 이루는 기어 하우징 내부로 수용된 웜축과 웜휠에서 발생하는 열이 그 내부에 축적되는 구조적인 한계가 있다.
한국공개특허 제10-2006-0101622호
본 발명은 조향장치의 구동 시 고속 회전하는 웜축과 웜휠의 기어 치형 접촉 마찰열을 원활히 방열시켜, 플라스틱(Plastic) 재질로 형성된 기어치의 열로 인한 내구성 저하를 방지할 수 있도록 한 전동식 조향장치의 감속기를 제공한다.
본 발명의 목적은 전술한 바에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 전동식 조향장치의 감속기는, 웜축 하우징 및 웜휠 하우징을 구비한 열전도성 재질의 기어 하우징; 조향축과 연결되어 조향축의 회전시 연동 회전하는 웜휠 샤프트; 상기 웜휠 하우징 내에 수용되고, 제1면 및 제1면에 대향하는 제2면을 가지며, 상기 웜휠 샤프트가 결합되는 웜휠; 상기 웜휠의 제1면에 접촉하도록 구비되는 제1열전달판; 상기 제1열전달판과 접촉하도록 웜휠 샤프트에 결합되며, 외주면은 상기 웜휠 하우징에 접촉하는 제1베어링;을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 열전달판은 웜휠 샤프트가 결합되도록 축공을 구비하며, 상기 축공 둘레에 제1베어링과 접촉되도록 접촉돌기가 돌출될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1베어링은, 상기 웜휠 샤프트에 체결되며 상기 열전달판의 접촉돌기에 접촉되는 내륜; 상기 내륜과 이격되어 웜휠 하우징에 결합되는 외륜; 상기 내륜과 외륜 사이에 구비되는 볼을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 열전달판은 축공을 중심으로 방사상으로 복수의 통풍구가 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 열전달판은 그 외주면에 웜휠의 기어치와 대응되도록 복수의 치형돌기가 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 웜휠의 제2면에 접촉하도록 구비되는 제2열전달판; 상기 제2열전달판과 접촉하도록 웜휠 샤프트에 결합되며, 외주면은 상기 웜휠 하우징에 접촉하는 제2베어링;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 웜축과 치합된 웜휠에서 발생한 열이 열전달판을 매개체로 베어링, 웜휠 샤프트를 통해 웜휠 하우징의 외부로 배출되므로, 플라스틱 재질의 치형부를 구비한 웜휠의 열 축적을 방지하여 웜휠의 내구성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 일반적인 전동식 조향장치의 구성도이다.
도 2는 종래 기술에 의한 전동식 조향장치의 감속기를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 전동식 조향장치의 감속기의 일부 구성을 도시한 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 전동식 조향장치의 감속기의 일부를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 전동식 조향장치의 감속기의 요부를 도시한 측면도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 전동식 조향장치의 감속기의 일부 구성을 도시한 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 전동식 조향장치의 감속기의 일부를 도시한 단면도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 전동식 조향장치의 감속기의 요부를 도시한 측면도이다.
도 3 내지 도 5를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 전동식 조향장치는 기어 하우징(300), 웜축(도시 생략), 웜휠 샤프트(340), 웜휠(350), 제1열전달판(360)을 포함한다.
기어 하우징(300)은 웜축을 수용하는 웜축 하우징(310), 웜휠(350)을 수용하는 웜휠 하우징(320)을 포함할 수 있다. 기어 하우징(300)은 그 내부에서 발생한 열을 전달받아 방열 기능을 수행하는 히트 싱크의 역할을 한다. 이에 따라 기어 하우징(300)은 열전도성 재질로 이루어지며, 특히 중량을 최소화하기 위해서 알루미늄(Al) 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 히트 싱크로서의 기능을 증대시키기 위해 기어 하우징(300)의 표면에는 복수의 요철부가 형성될 수도 있다.
웜축(도시 생략)은 웜축 하우징(310)의 내부에 수용되며, 웜축 하우징(310)의 일측에 배치된 모터축(도시 생략)과 연결되어 모터의 구동 시 모터축과 연동 회전한다. 웜축의 외주면에는 웜휠(350)과 치합되도록 웜(도시 생략)이 형성된다.
웜휠 샤프트(340)는 조향휠의 회전력을 전달하는 조향축(도시 생략)과 연결되어 조향축의 회전시 연동 회전한다. 웜휠 샤프트(340)는 웜휠(350)의 중앙에 형성된 축공에 압입 결합되며, 그 단부는 웜휠 하우징(320)의 외부로 돌출된다.
웜휠(350)은 웜휠 하우징(320)의 내부에 수용되며, 웜축의 웜과 치합된다. 웜휠(350)은 제1면(350a) 및 제1면(350a)과 대향되는 제2면(350b)을 가질 수 있다. 웜휠(350)은 웜휠 샤프트(340)에 압입 결합되도록 중앙에 축공이 형성되며, 웜휠 샤프트(340)의 회전시 일체로 회전한다. 웜휠(350)의 외주면에는 웜축의 웜(331)과 치합되도록 기어치가 형성된 치형부(351)가 구비된다. 웜휠(350)은 스틸 또는 엔지니어링 플라스틱 재질로 형성될 수 있으며, 기어치가 형성된 치형부(351)는 엔지니어링 플라스틱으로 형성될 수 있다.
제1열전달판(360)은 대략 원판 형으로 형성되며, 그 중앙에는 웜휠 샤프트(340)가 삽입 결합되도록 축공(361)이 형성된다. 제1열전달판(360)은 웜휠(350)과 제1베어링(380) 사이에 배치된다. 즉, 제1열전달판(360)은 웜휠(350)의 제1면(350a)에 접촉되어 웜휠(350)에서 발생한 열을 제1베어링(380)으로 전달한다. 제1열전달판(360)은 열전도성 재질 예컨대, 금속 재질로 이루어지며, 인서트 사출 등에 의해 웜휠(350)의 제1면(350a)에 일체로 형성될 수 있다.
제1열전달판(360)은 그 일면에 제1베어링(380)의 내륜과 접촉되는 접촉돌기(362)를 구비할 수 있다. 예컨대, 접촉돌기(362)는 제1베어링(380)의 내륜과의 접촉 면적을 최대화할 수 있도록 축공(361)을 중심으로 그 둘레 전체에 걸쳐 돌출 형성될 수 있다. 제1열전달판(360)은 축공(361)을 중심으로 방사상으로 복수의 통풍구(363)가 형성될 수 있다. 통풍구(363)는 제1열전달판(360) 및 웜휠(350)의 회전시 공기가 웜휠(350) 측으로 유입되도록 하여 냉각 효과를 증대시킬 수 있도록 유도한다. 제1열전달판(360)은 그 외주면에 복수의 치형돌기(364)가 형성될 수 있다. 복수의 치형돌기(364)는 웜휠(350)의 기어치가 형성된 치형부(351)와 대응되도록 형성됨으로써 치형부(351)로부터 열전달이 보다 신속하게 이루어지도록 하는 한편, 치형부(351)의 측면에 치형돌기(364)가 중첩되는 형태를 취함으로써 치형부(351)의 강도를 증대시킬 수 있다.
웜휠(350)의 일측에는 제1베어링(380)이 웜휠 샤프트(340)에 결합되어 웜휠 샤프트(340)의 회전을 지지한다. 제1베어링(380)은 웜휠 샤프트(340)에 체결되어 웜휠 샤프트(340)의 회전시 일체로 회전하는 내륜(381), 내륜(381)과 이격 배치되는 외륜(382), 내륜(381)과 외륜(382) 사이에 구비되는 볼(383)을 포함한다. 내륜(381)은 제1열전달판(360)의 접촉돌기(362)에 접촉된다. 웜휠 샤프트(340)의 회전시 내륜(381)과 접촉돌기(362) 간의 지속적인 접촉을 위해 내륜(381)의 직경과 접촉돌기(362)의 직경은 동일하게 형성될 수 있다. 외륜(382)은 웜휠 하우징(320)에 압입 결합될 수 있다. 접촉돌기(362)로부터 내륜(381)으로 전달된 열은 외륜(382)을 통해 웜휠 하우징(320)으로 전달되고, 비교적 큰 표면적을 갖는 웜휠 하우징(320)에서 냉각이 이루어진다.
웜휠(350)의 타측에는 제2베어링(390)이 웜휠 샤프트(340)에 결합되어 웜휠 샤프트(340)의 회전을 지지한다. 제2베어링(390)의 구성은 제1베어링의 구성과 유사하므로 자세한 설명은 생략한다.
웜휠(350)의 제2면에는 제2열전달판(370)이 더 마련되어 방열 효과를 보다 증대시킬 수 있다. 제2열전달판(370)은 제1열전달판과 동일한 구성을 갖고 있으므로 별도의 설명은 생략한다. 다만, 제2열전달판(370)은 웜휠(350)과 제2베어링(390) 사이에 마련되고, 웜휠(350)의 제2면에 접촉되어 웜휠(350)에서 발생한 열을 제2베어링(390)으로 전달하도록 축공 둘레에 제2베어링(390) 측으로 돌출된 접촉돌기(372)를 구비한다. 즉, 제1열전달판(360)의 접촉돌기(362)와 제2열전달판(370)의 접촉돌기(372)는 서로 대향되는 방향으로 돌출된다.
이와 같이 구성된 일 실시예에 의한 전동식 조향장치는, 운전자의 조향휠 조타력 정보를 입력받는 ECU의 제어에 따라 회전력을 발생시키는 모터와 웜축 및 웜휠의 구동 시, 웜휠에서 발생하는 열을 기어 하우징의 외부로 빠르게 방출할 수 있고, 이로 인해 웜휠의 열 적층으로 인한 제반 현상을 발생시키지 않도록 할 수 있다.
이는 조향휠 조타력 정보에 따른 ECU 제어를 통해 조향 조작(assist)이 이루어지도록 회전력을 발생하는 감속기의 구조적 특징에 따른 것으로, 모터와 등속으로 고속 회전하는 웜축과, 이에 치합되어 회전하는 웜휠(350)은 약 10~20대 1의 감속비와 더불어 큰 부하를 갖고, 또한 조향 장치의 특성으로 인해 이음 방지를 위해 치형부(351)의 소재는 금속이 아닌 엔지니어링 플라스틱(Plastic)이 적용될 수 있다.
따라서, 고속 회전하면서 큰 부하가 걸리는 웜축과 웜휠(350)은 작동 시 발열이 일어나게 되며, 특히 서로 맞물려 회전하는 웜축과 웜휠(350)에 형성된 치형부(351)의 플라스틱 재질이 발열에 매우 취약하므로, 일 실시예에 의한 감속기는 베어링(380)(390) 및 웜휠 샤프트(340)를 통해 기어 하우징(300) 외부로의 열 배출 작용이 유도된다.
즉, 웜축과 치합되어 회전하는 웜휠(350)로부터 발생한 열은 제1열전달판(360) 및 제2열전달판(370)으로 전달되고, 제1열전달판(360)의 접촉돌기(362) 및 제2열전달판(370)의 접촉돌기(372)를 통해 제1베어링(380) 및 제2베어링(390)으로 전달되며, 이후 제1베어링(380) 및 제2베어링(390)과 접촉하는 웜휠 하우징(320)으로 전달되면서 외기에 의해 냉각된다.
또한, 제1베어링(380) 및 제2베어링(390)으로 전달된 열의 일부는 웜휠 샤프트(340)를 관통하도록 결합된 웜휠 샤프트(340)를 통해 웜휠 하우징(320) 외부로 배출될 수 있다.
이와 같이 웜축과 치합된 웜휠(350)에서 발생한 열이 열전달판(360)(370)을 매개체로 베어링(380)(390), 웜휠 샤프트(340)를 통해 웜휠 하우징(320)의 외부로 배출되므로, 플라스틱 재질의 치형부를 구비한 웜휠의 열 축적을 방지하여 웜휠의 내구성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
즉, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
따라서, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
300; 기어 하우징 310; 웜축 하우징
320; 웜휠 하우징 340; 웜휠 샤프트
350; 웜휠 351; 치형부
360; 제1열전달판 370; 제2열전달판
380; 제1베어링 390; 제2베어링

Claims (6)

  1. 웜축 하우징 및 웜휠 하우징을 구비한 열전도성 재질의 기어 하우징;
    조향축과 연결되어 조향축의 회전시 연동 회전하는 웜휠 샤프트;
    상기 웜휠 하우징 내에 수용되고, 제1면 및 제1면에 대향하는 제2면을 가지며, 상기 웜휠 샤프트가 결합되는 웜휠;
    상기 웜휠의 제1면에 접촉하도록 구비되는 제1열전달판;
    상기 제1열전달판과 접촉하도록 웜휠 샤프트에 결합되며, 외주면은 상기 웜휠 하우징에 접촉하는 제1베어링;
    을 포함하는 전동식 조향장치의 감속기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열전달판은 웜휠 샤프트가 결합되도록 축공을 구비하며, 상기 축공 둘레에 제1베어링과 접촉되도록 접촉돌기가 돌출되는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 감속기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1베어링은, 상기 웜휠 샤프트에 체결되며 상기 열전달판의 접촉돌기에 접촉되는 내륜; 상기 내륜과 이격되어 웜휠 하우징에 결합되는 외륜; 상기 내륜과 외륜 사이에 구비되는 볼을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 감속기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열전달판은 축공을 중심으로 방사상으로 복수의 통풍구가 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 감속기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 열전달판은 그 외주면에 웜휠의 기어치와 대응되도록 복수의 치형돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 감속기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 웜휠의 제2면에 접촉하도록 구비되는 제2열전달판;
    상기 제2열전달판과 접촉하도록 웜휠 샤프트에 결합되며, 외주면은 상기 웜휠 하우징에 접촉하는 제2베어링;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 감속기.
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