WO2021210892A1 - 조향 보조 장치 - Google Patents

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WO2021210892A1
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wound
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신준호
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주식회사 만도
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    • B62D5/0445—Screw drives
    • B62D5/0448—Ball nuts

Definitions

  • the present disclosure relates to a steering assistance device.
  • a power-assisted steering system is used in a vehicle as a means to reduce the steering force of a steering wheel (steering wheel) to ensure the stability of the steering state.
  • a power-assisted steering system includes a hydraulic power steering system (HPS) Steering System) has been widely used in the past, and recently, unlike the conventional method that used hydraulic pressure, it uses the rotational force of the motor to facilitate the driver's steering and is an environmentally friendly electric power steering system (EPS). It is commonly used in this vehicle.
  • HPS hydraulic power steering system
  • EPS environmentally friendly electric power steering system
  • the electronic steering system applies an ECU (Electronic Controller Unit) to achieve the above-mentioned purpose
  • ECU Electronic Controller Unit
  • the ECU refers to an electronic control device that controls the states of the vehicle's engine, automatic transmission, ABS, etc. with a computer.
  • the ECU is also playing a role in controlling all parts of the vehicle, such as the automatic transmission control, the drive system, the braking system, and the steering system.
  • the ECU includes a new ECU, but also a steering motor such as a motor using a rack bar is also a part of the redundancy system.
  • a dual-winding motor that winds two or more coils in one motor is being used so that it can function properly when it stops or cannot perform its normal role.
  • the present disclosure intends to provide a steering assistance device connected to a rack bar so that vibration generated according to a winding pattern is minimized when at least one coil fails.
  • the present disclosure includes a stator in which a plurality of coils are wound, a rotor rotationally driven by the stator, and a connection unit that transmits a rotational force generated as the rotor rotates to a rack bar,
  • the connection unit provides a steering assistance device that is connected to the rack bar in a direction in which vibration generated according to a winding pattern of the stator is minimized when at least one of the coils of the stator fails.
  • the steering assistance apparatus may reduce vibration and noise of the steering assistance apparatus when the coil of the stator fails by changing the connection direction of the rack bar according to the winding pattern of the stator.
  • FIG. 1 is a view exemplarily showing a steering assistance device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a view showing a winding pattern of a stator according to an embodiment.
  • FIG. 3 is a view exemplarily showing the vibration direction and intensity of the steering assist device when the second U-phase, V-phase, and W-phase coils fail in the winding pattern of the stator of FIG. 2 according to an embodiment.
  • FIG 4 is a view for explaining that the connecting portion according to an embodiment transmits the rotational force to the rack bar through the drive belt.
  • FIG. 5 is a view showing a winding pattern of a stator according to another embodiment.
  • FIG. 6 is a view exemplarily illustrating the vibration direction and intensity of the steering assist device when the second U-phase, V-phase, and W-phase coils fail in the winding pattern of the three-phase coils of FIG. 5 according to an embodiment.
  • FIG. 7 is a view for explaining that the connecting portion transmits the rotational force to the rack bar through the drive belt according to another embodiment.
  • connection part 8A and 8B are diagrams for explaining that a connection part is connected in a vibration generating direction to reduce vibration according to an exemplary embodiment.
  • 9A and 9B are diagrams for explaining that a connection part is connected in a vibration generating direction to reduce vibration according to another exemplary embodiment.
  • FIG. 10 is a view exemplarily showing that the housing according to an embodiment is fixed to the rack bar.
  • temporal precedence relationship such as "after”, “after”, “after”, “before”, etc.
  • a flow precedence relationship when a flow precedence relationship is described, it may include a case where it is not continuous unless “immediately” or "directly” is used.
  • FIG. 1 is a view exemplarily showing a steering assistance device 10 according to an embodiment of the present disclosure.
  • a steering assistance device 10 may include a rotor 110 , a stator 120 , a connection part 130 , a housing 140 , and the like.
  • the steering assistance device 10 includes a rotor 110 (Rotor) made of a permanent magnet and a stator 120 (Stator) having a coil wound around the rotor 110, and a current to the stator 120 It may be a motor that converts electrical energy into mechanical energy by rotating the rotor 110 in the axial direction due to a magnetic field relationship generated between the stator 120 and the rotor 110 as ⁇ is applied.
  • the steering assist device 10 transmits the rotational force to the rack bar 410 , and is connected to the rack bar 410 in a direction in which the vibration generated thereby is minimized, thereby reducing the vibration of the steering assist device 10 .
  • the stator 120 may accommodate the rotor 110 at the center.
  • the stator 120 may include a plurality of coil slots capable of accommodating the coil.
  • the stator 120 may include a coil wound with a thin metal wire through which an electric current can flow to generate a magnetic field.
  • the stator 120 may include a coil slot to accommodate the coil.
  • the coil slots may be disposed while maintaining a constant distance from the rotor 110 , and may be formed in an even number.
  • the plurality of coil slots may be disposed while maintaining a constant distance from each other along the circumferential direction.
  • Each coil slot may include two winding poles protruding from the stator 120 in the direction of the rotor 110 to which the conductive wire is wound.
  • each coil slot may implement three phases, and each phase may be shown as U, V, and W.
  • the rotor 110 may be rotationally driven by the stator 120 and may be formed of a permanent magnet. In addition, when a current is applied to the stator 120 , the rotor 110 may rotate clockwise or counterclockwise with respect to the rotation axis according to the magnetic field relationship between the rotor 110 and the stator 120 .
  • connection unit 130 may transmit a rotational force generated as the rotor 110 rotates to the rack bar 410 .
  • the connection part 130 may include a shaft connected to the center of the rotor 110 and formed in the rotation axis direction from the center of the rotor 110 to rotate together with the rotor 110 .
  • the housing 140 may accommodate the stator 120 and the rotor 110 .
  • the housing 140 may form an outer shape of the steering assistance device 10 .
  • the housing 140 may be formed in a cylindrical shape, but is not limited to a specific shape as long as it accommodates the stator 120 and the rotor 110 and the rotor 110 can rotate.
  • the housing 140 may be made of metal so that its shape is maintained even at a high temperature.
  • FIG 2 is a view showing a winding pattern of the stator 120 according to an embodiment.
  • the stator 120 includes first U-phase (201, 201'), V-phase (202, 202') and W-phase (203, 203') coils and second U-phase (211, 211') coils. ), V-phase (212, 212') and W-phase (213, 213') may be a dual winding structure in which coils are wound. Specifically, the stator 120 may configure a winding pattern as shown in FIG.
  • the W-phase (203, 203') coil and the second U-phase (211, 211'), V-phase (212, 212') and W-phase (213, 213') coils may be wound by two, respectively. That is, there may be 12 coil slots implementing three phases.
  • the first U-phase (201, 201'), V-phase (202, 202') and W-phase (203, 203') coils are first U-phase (201, 201') as shown in FIG. 2 .
  • V-phases (202, 202') and W-phases (203, 203') two pairs are wound along the counterclockwise direction in the order of U-phase, V-phase, W-phase
  • the second U-phase (211, 211') , V-phases 212, 212', and two pairs of W-phases 213 and 213' may be wound in a counterclockwise direction in the order of U-phase, V-phase, and W-phase.
  • FIG. 3 shows that the second U-phase (211, 211'), V-phase (212, 212') and W-phase (213, 213') coils in the winding pattern of the stator 120 of FIG. 2 according to an embodiment are broken. case, it is a view exemplarily showing the vibration direction and intensity of the steering assistance device 10 .
  • T1 to T12 are the first U-phase (201, 201'), V-phase (202, 202') and W-phase (203, 203') coils of FIG. 2 and the second U-phase 211, 211'), V-phase (212, 212'), and W-phase (213, 213') coils may correspond to positions, respectively.
  • the first W 203 phase may correspond to T11 of FIG. 3 .
  • the connection part 130 is a second U-phase 211 continuous with the first U-phase (201, 201'), V-phase (202, 202') and W-phase (203, 203') coils continuous to the stator 120 . , 211'), V-phases (212, 212') and W-phases (213, 213')
  • the first U-phase (201, 201') continuous with the center of the stator 120 , V-phase (202, 202') and W-phase (203, 203') may be connected to the rack bar 410 in the middle direction of the angle formed by the coil.
  • the vibration intensity is similar to that of the V phases 202 and 202' and the W phases 203 and 203'.
  • the first (201, 201'), V-phases (202, 202') and W-phases (203, 203') continuous with the center of the stator 120 ' ) may be connected to the rack bar 410 in the middle direction of the angle formed. That is, it may be an intermediate value of the angles formed by T1 and T8 with respect to the center of the stator.
  • connection angle between the steering assistance device 10 and the rack bar 410 is the first (201, 201'), V-phase (202, 202') and W-phase 203, continuous with the center of the stator 120 described above.
  • 203') is not limited to the intermediate direction of the angle, and may vary according to actual measurement values. As an example, as shown in FIG. 3 , when the largest vibration is measured in the direction of T9 , the steering assistance device 10 may be connected to the rack bar 410 in a direction corresponding to T9 .
  • FIG 4 is a view for explaining that the connecting portion 130 according to an embodiment transmits the rotational force to the rack bar 410 through the drive belt 420.
  • the connection part 130 may include a driving belt 420 that transmits a rotational force generated while the rotor 110 rotates to the rack bar 410 .
  • the connection part 130 may include a motor pulley 430 and a nut pulley 450 in order to transmit a rotational force through the driving belt 420 .
  • the motor pulley 430 is coupled to one side of the driving belt 420 to transmit the rotational force of the rotor 110 through the driving belt 420
  • the nut pulley 450 is one side of the ball nut 450 . It is mounted on the outer circumferential surface and may be coupled to the other side of the drive belt 420 .
  • the ball nut 450 may be coupled to the rack bar 410 through the ball to rotate and slide the rack bar 410 . That is, current is applied to the stator 120 and the rotor 110 is rotationally driven by the magnetic field relationship between the coil wound on the faulty element and the permanent magnet of the rotor 110 , and the rotational driving of the rotor 110 is As the shaft rotates, the motor pulley 430 rotates and the nut pulley 450 connected to the drive belt 420 rotates, and the ball nut 450 to which the nut pulley 450 is coupled rotates while the rack bar (410) can be reciprocated.
  • connection part 130 Since the connection part 130 is connected to the rack bar 410 through the drive belt 420, the belt tension direction due to the drive belt 420 is a vibration direction due to the winding pattern of the stator 120 shown in FIG. can be connected to face. That is, the belt tension of the driving belt 420 may be formed as indicated by the arrow in FIG. 4 .
  • FIG. 5 is a view showing a winding pattern of the stator 120 according to another embodiment.
  • connection unit 130 is connected to the continuous first U-phase (201, 201'), V-phase (202, 202') and W-phase (203, 203') coils in the winding direction. may be connected to the rack bar 410 .
  • the first U-phase 201, V-phase 202 and W-phase 203 coils are first U-phase 201, V-phase 202, and W-phase 203, as shown in FIG. 5 .
  • the coils are wound counterclockwise in that order, and the second U-phase 211, V-phase 212 and W-phase 213 coils are the second U-phase 211, V-phase 212, and W-phase 213 in that order.
  • the first U-phase 201, V-phase 202, and W-phase 203 coils are wound next to the above-mentioned first U-phase 201', V-phase 202' and W in a counterclockwise direction.
  • the phase 203' coil is the second U-phase 211, V-phase 212 and W-phase ( 213) is wound after the coil, and the other second U-phase 211', V-phase 212' and W-phase 213' coils are the aforementioned second U-phase 211, V-phase 212 and W-phase coils.
  • the phase 213 coil may be wound after the first U-phase 201', V-phase 202', and W-phase 203' coils in the same order as the coil.
  • the connection part 130 is the first U-phase 201 , the V-phase 202 and the W-phase 203 coil wound in the winding direction or another first direction.
  • the U-phase 201', V-phase 202', and W-phase 203' coils may be connected to the rack bar 410 in the winding direction.
  • FIG. 6 is a case in which the second U-phase (211, 211'), V-phase (212, 212') and W-phase (213, 213') coils in the winding pattern of the three-phase coils of FIG. 5 according to an embodiment fail , a diagram exemplarily showing the vibration direction and intensity of the steering assistance device 10 .
  • connection unit 130 is a coil of the first U-phase (201, 201'), V-phase (202, 202') and W-phase (203, 203'). It may be connected to the rack bar 410 in this winding direction.
  • the connection unit 130 may be connected in a direction in which any one of the first U-phase (201, 201'), V-phase (202, 202') and W-phase (203, 203') coils is wound, as shown in FIG. In the same case, it may be connected in the T8 direction. Conversely, when the first U-phase (201, 201'), V-phase (202, 202') and W-phase (203, 203') coils fail, the second continuous U-phases 211, 211', V-phase Vibration intensity and direction will appear in both directions (212, 212') and W-phase (213, 213'), and accordingly, the connection part 130 is connected to the second U in order to minimize the vibration of the steering assistance device 10 . Phase (211, 211'), V-phase (212, 212') and W-phase (213, 213') coils may be connected to the rack bar 410 in the winding direction.
  • the steering assist device 10 changes the connection direction with the rack bar 410 according to the winding pattern in the winding pattern of the stator 120 , so that the second U-phases 211 and 211 ', the V-phase ( When the coils 212 and 212' and the W-phase 213 and 213' are out of order, vibration and noise of the steering assistance device 10 driven can be minimized.
  • FIG. 7 is a view for explaining that the connecting portion 130 according to another embodiment transmits the rotational force to the rack bar 410 through the drive belt 420.
  • connection unit 130 may transmit a rotational force to the rack bar 410 through the drive belt 420 .
  • the connection part 130 may be connected so that the belt tension direction due to the driving belt 420 is formed in the vibration direction due to the winding pattern of the stator 120 shown in FIG. 6 .
  • the connection unit 130 may be connected in any one of the two directions. That is, it may be connected to the rack bar 410 in either direction of T2 or T8 of FIG.
  • the connection unit 130 may transmit the rotational force of the rotor 110 to the rack bar 410 by using a reducer including a worm shaft and a worm wheel to the rack bar 410 .
  • the connection unit 130 is connected to the reducer in a direction in which vibration and noise of the steering assistance device 10 are minimized according to the winding pattern of the stator 120 , and the reducer is a pinion gear with the rotational force transmitted from the connection unit 130 . It can be made to reciprocate the rack bar 410 through.
  • connection part 130 is connected in a vibration generating direction to reduce vibration according to an exemplary embodiment.
  • the stator 120 of FIG. 8A includes the same coil as in FIG. 2 , and second U phases 211 and 211 ′, V phases 212 and 212 ′ and W phases 213 and 213 ′.
  • the rotor rotates according to the current applied only to the first U-phase (201, 201'), V-phase (202, 202') and W-phase (203, 203') coils, as shown in FIG. 8a. Vibrations may be generated in left and right directions (eg, in the T9 and T4 directions of FIG. 3 ). Therefore, in order to reduce the vibration of the steering assistance device 10, referring to FIG.
  • connection part 130 can be connected to the stator 120 in the direction in which the vibration is generated. have. And, by holding the steering assist device 10 vibrating in the up and down directions with the belt tension formed in the rack bar direction (downward direction) by the drive belt 420, the vibration of the steering assist device 10 can be reduced. have. That is, as the stator 120 is rotated counterclockwise so that the vibration direction is up and down, the vibration of the steering assistance device 10 can be reduced.
  • connection part 130 is connected in a vibration generating direction to reduce vibration according to another exemplary embodiment.
  • FIG. 9a shows the second U-phase (211, 211'), V-phase (212, 212') and W-phase (213, 213') coils according to the winding pattern as shown in FIG. 8a. Vibration may occur in the left and right directions. Therefore, in order to reduce the vibration of the steering assistance device 10 , referring to FIG. 9B , the connection part 130 may be connected to a stator disposed so that the vibration direction of the stator 120 is directed to the rack bar. The position of the stator 120 is moved from the upper surface of the rack bar 410 to the side, so that the rack bar 410 is positioned in the vibration direction of the steering assistance device 10 , and the steering assistance device 10 is connected to the driving belt 420 . ) through the rack bar 410, the vibration of the steering assistance device 10 vibrating in the left and right directions can be reduced.
  • a change in the connection position of the steering assistance device 10 may be defined as a change in the connection part 130 .
  • FIG 10 is a view exemplarily showing that the housing 140 according to an embodiment is fixed to the rack bar 410 .
  • connection part 130 may be connected to the rack bar 410 so that one surface of the housing 140 facing the rack bar 410 is spaced apart from each other.
  • the connection unit 130 may be connected to the rack bar 410 in a direction in which vibration and noise of the steering assistance device 10 are minimized according to the winding pattern of the stator 120 .
  • the connection unit 130 may be connected to the rack bar 410 and spaced apart from each other by a predetermined interval.
  • the housing 140 is coupled to the rack bar 410 in a bolting structure such that one surface of the housing 140 facing is fixed, thereby further reducing vibration and noise of the steering assistance device 10 .
  • the housing 140 may be coupled in a bolting structure such that one surface of the housing 140 facing the rack housing surrounding the rack bar 410 is fixed to the rack housing.
  • the steering assistance device 10 changes the connection direction with the rack bar 410 according to the winding pattern of the stator 120, so that when the coil of the stator 120 fails, Vibration and noise of the steering assist device 10 may be minimized.

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Abstract

본 개시는 조향 보조 장치에 관한 것이다. 구체적으로 본 개시에 따른 조향 보조 장치는 복수의 코일이 권선된 고정자, 고정자에 의해 회전 구동되는 회전자 및 회전자가 회전함에 따라 생성되는 회전력을 랙 바로 전달하는 연결부를 포함하고, 연결부는, 고정자의 코일 중 적어도 하나가 고장난 경우, 고정자의 권선 패턴에 따라 발생하는 진동이 최소화되는 방향으로 랙 바에 연결된다.

Description

조향 보조 장치
본 개시는 조향 보조 장치에 관한 것이다.
일반적으로 차량에는 스티어링 휠(핸들)의 조향력을 경감하여 조향 상태의 안정성을 보장하기 위한 수단으로서 동력 보조 조향 장치가 사용되는데, 이와 같은 동력 보조 조향 장치에는 유압을 이용한 유압식 조향 시스템(HPS: Hydraulic Power Steering System)이 기존에 널리 이용되어 왔고, 최근에는 유압을 사용하던 기존의 방식과는 달리 모터의 회전력을 이용하여 운전자의 조향력을 쉽게 해주며 환경 친화적인 전자식 조향 시스템(EPS: Electric Power Steering System)이 차량에 보편적으로 이용되고 있다.
그리고, 이러한 전자식 조향 시스템이 전술한 목적을 달성하기 위해서 ECU(Electronic Controller Unit)을 적용하는데, ECU는 자동차의 엔진, 자동변속기, ABS 등의 상태를 컴퓨터로 제어하는 전자제어 장치를 의미한다. 또한, 차량과 컴퓨터 성능의 발전과 함께 자동변속기 제어를 비롯해 구동계통, 제동계통, 조향계통 등 차량의 모든 부분을 제어하는 역할까지 하고 있다.
최근 이러한 ECU는 중요한 역할을 수행함에 따라 이에 대한 신뢰성 요구 사항이 증가하고 있다. 이에 따라, 하나의 ECU에 의존하는 것이 아닌, 기존에 역할을 수행하던 ECU가 오류 또는 물리적인 충격으로 동작을 정지하거나 정상적인 역할을 수행할 수 없을 때, 대기중인 새로운 ECU가 기존의 ECU를 대신하는 리던던시 시스템(Redundancy system)이 적용되게 되었다.
리던던시 시스템의 범위 확대로, ECU만이 새로운 ECU를 포함하는게 아니라, 랙 바를 이용시키는 모터와 같은 조향 모터 역시 리던던시 시스템의 일환으로 모터의 핵심 구성인 코일이 전술한 ECU와 같이 오류 또는 물리적인 충격으로 동작을 정지하거나 정상적인 역할을 수행할 수 없을 때, 제 역할을 할 수 있도록 하나의 모터에 두 개 이상의 코일을 권선하는 듀얼 와인딩 모터(Dual Winding Motor)가 이용되고 있다.
그리고, 듀얼 와인딩 모터가 구동됨에 따라 진동이 발생하는데, 이러한 진동을 최소화하는 방안이 요구되고 있다.
이러한 배경에서, 본 개시는 적어도 하나의 코일이 고장난 경우, 권선 패턴에 따라 발생되는 진동이 최소화되도록 랙 바와 연결되는 조향 보조 장치를 제공하고자 한다.
전술한 과제를 해결하기 위하여, 일 측면에서, 본 개시는 복수의 코일이 권선된 고정자, 고정자에 의해 회전 구동되는 회전자 및 회전자가 회전함에 따라 생성되는 회전력을 랙 바로 전달하는 연결부를 포함하고, 연결부는, 고정자의 코일 중 적어도 하나가 고장난 경우, 고정자의 권선 패턴에 따라 발생하는 진동이 최소화되는 방향으로 랙 바에 연결되는 조향 보조 장치를 제공한다.
본 개시에 의하면, 조향 보조 장치는 고정자의 권선 패턴에 따라 랙 바와 연결 방향을 달리함으로써, 고정자의 코일이 고장났을 때, 조향 보조 장치의 진동과 소음을 저감할 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 조향 보조 장치를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 고정자의 권선 패턴을 나타낸 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 도 2의 고정자의 권선 패턴에서 제2 U상, V상 및 W상 코일이 고장난 경우, 조향 보조 장치의 진동 방향과 세기를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 연결부가 구동 벨트를 통해 랙 바로 회전력을 전달하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 다른 일 실시예에 따른 고정자의 권선 패턴을 나타낸 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 도 5의 3상 코일들의 권선 패턴에서 제2 U상, V상 및 W상 코일이 고장난 경우, 조향 보조 장치의 진동 방향과 세기를 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 다른 일 실시예에 따른 연결부가 구동 벨트를 통해 랙 바로 회전력을 전달하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 일 실시예에 따른 연결부가 진동 발생 방향으로 연결되어 진동이 저감되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 9a 및 도 9b는 다른 일 실시예에 따른 연결부가 진동 발생 방향으로 연결되어 진동이 저감되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 하우징이 랙 바와 고정되는 것을 예시적으로 나타낸 도면이다.
이하, 본 개시의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 이하, 이하, 본 개시의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 이하, 본 개시의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 실시예들을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 기술 사상의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다. 본 명세서 상에서 언급된 "포함한다", "갖는다", "이루어진다" 등이 사용되는 경우 "~만"이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별한 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함할 수 있다.
또한, 본 개시의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, 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 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다.
구성 요소들의 위치 관계에 대한 설명에 있어서, 둘 이상의 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속" 등이 된다고 기재된 경우, 둘 이상의 구성 요소가 직접적으로 "연결", "결합" 또는 "접속" 될 수 있지만, 둘 이상의 구성 요소와 다른 구성 요소가 더 "개재"되어 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 여기서, 다른 구성 요소는 서로 "연결", "결합" 또는 "접속" 되는 둘 이상의 구성 요소 중 하나 이상에 포함될 수도 있다.
구성 요소들이나, 동작 방법이나 제작 방법 등과 관련한 시간적 흐름 관계에 대한 설명에 있어서, 예를 들어, "~후에", "~에 이어서", "~다음에", "~전에" 등으로 시간적 선후 관계 또는 흐름적 선후 관계가 설명되는 경우, "바로" 또는 "직접"이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
한편, 구성 요소에 대한 수치 또는 그 대응 정보(예: 레벨 등)가 언급된 경우, 별도의 명시적 기재가 없더라도, 수치 또는 그 대응 정보는 각종 요인(예: 공정상의 요인, 내부 또는 외부 충격, 노이즈 등)에 의해 발생할 수 있는 오차 범위를 포함하는 것으로 해석될 수 있다.
이하에서는 도 1을 참조하여 본 개시의 일 실시예에 따른 조향 보조 장치(10)를 설명하기로 한다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 조향 보조 장치(10)를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 조향 보조 장치(10)는 회전자(110), 고정자(120), 연결부(130) 및 하우징(140) 등을 포함할 수 있다.
조향 보조 장치(10)는 영구 자석으로 이루어진 회전자(110)(Rotor)와 회전자(110)를 감싸고 권선된 코일을 구비한 고정자(120)(Stator)를 포함하고, 고정자(120)에 전류가 인가됨에 따라 고정자(120)와 회전자(110)간에 발생하는 자기장 관계에 의해 회전자(110)가 축방향으로 회전함으로써 전기 에너지를 기계적인 에너지로 변환하는 모터(Motor)일 수 있다.
조향 보조 장치(10)는 회전력을 랙 바(410)로 전달하고, 이에 따라 발생하는 진동이 최소화되는 방향으로 랙 바(410)에 연결됨으로써 조향 보조 장치(10)의 진동을 줄일 수 있다.
고정자(120)는 중심에 회전자(110)를 수용할 수 있다. 고정자(120)는 코일을 수용할 수 있는 코일 슬롯을 복수 개 포함할 수 있다. 구체적으로, 고정자(120)는 자기장을 발생시키기 위해 전류가 흐를 수 있는 얇은 금속 선으로 권선된 코일을 포함할 수 있다. 그리고, 고정자(120)는 코일을 수용하기 위해 코일 슬롯을 포함할 수 있다.
코일 슬롯은 회전자(110)와 일정한 거리를 유지하며 배치될 수 있으며, 짝수 개로 형성될 수 있다. 또한, 복수의 코일 슬롯은 원주 방향을 따라 서로간에 일정한 간격을 유지하며 배치될 수 있다. 각각의 코일 슬롯은 고정자(120)에서 회전자(110) 방향으로 돌출되어 도선이 권선되는 2개의 권선폴을 포함할 수 있다. 그리고, 각각의 코일 슬롯은 3상을 구현할 수 있으며, 각 상은 U, V 및 W로 도시할 수 있다.
회전자(110)는 고정자(120)에 의해 회전 구동될 수 있고, 영구 자석으로 이루어질 수 있다. 또한, 회전자(110)는 고정자(120)에 전류가 인가되면, 회전자(110)와 고정자(120)의 자기장 관계에 따라 회전축을 기준으로 시계 또는 반시계 방향으로 회전할 수 있다.
연결부(130)는 회전자(110)가 회전자(110)가 회전함에 따라 생성되는 회전력을 랙 바(410)로 전달할 수 있다. 여기서 연결부(130)는 회전자(110)의 중심에 연결되고 회전자(110)의 중심에서 회전축방향으로 형성되어 회전자(110)와 함께 회전하는 샤프트를 포함할 수 있다.
하우징(140)은 고정자(120)와 회전자(110)를 수용할 수 있다. 하우징(140)은 조향 보조 장치(10)의 외형을 형성할 수 있다. 하우징(140)은 원통 형상으로 형성될 수 있으나, 고정자(120)와 회전자(110)를 수용하고 회전자(110)가 회전할 수 있다면, 특정 형상에 한정되지 않는다. 그리고, 하우징(140)은 고온에서도 그 형상이 유지되도록 금속으로 이루어질 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 고정자(120)의 권선 패턴을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 고정자(120)는 제1 U상(201, 201'), V상(202, 202') 및 W상(203, 203') 코일과 제2 U상(211, 211'), V상(212, 212') 및 W상(213, 213') 코일이 권선되는 듀얼 와인딩 구조일 수 있다. 구체적으로, 고정자(120)는 복수의 코일 슬롯에서 각각 3상을 구현함으로써 도 2와 같은 권선 패턴을 구성할 수 있으며 제1 U상(201, 201'), V상(202, 202') 및 W상(203, 203') 코일과 제2 U상(211, 211'), V상(212, 212') 및 W상(213, 213') 코일은 각각 두 개씩 권선될 수 있다. 즉, 3상을 구현하는 코일 슬롯이 12개일 수 있다.
구체적으로, 제1 U상(201, 201'), V상(202, 202') 및 W상(203, 203') 코일은 도 2에 도시된 바와 같이 제1 U상(201, 201'), V상(202, 202') 및 W상(203, 203') 2쌍은 U상, V상, W상 순서로 반시계 반대 방향을 따라 권선되고, 제2 U상(211, 211'), V상(212, 212') 및 W상(213, 213') 2쌍은 U상, V상, W상 순서로 반시계 방향을 따라 권선될 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 도 2의 고정자(120)의 권선 패턴에서 제2 U상(211, 211'), V상(212, 212') 및 W상(213, 213') 코일이 고장난 경우, 조향 보조 장치(10)의 진동 방향과 세기를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, T1 내지 T12는 도 2의 제1 U상(201, 201'), V상(202, 202') 및 W상(203, 203') 코일과 제2 U상(211, 211'), V상(212, 212') 및 W상(213, 213') 코일이 위치와 각각 대응될 수 있다. 예를 들면, 제1 W(203)상은 도 3의 T11과 대응될 수 있다.
연결부(130)는 고정자(120)에 연속된 제1 U상(201, 201'), V상(202, 202') 및 W상(203, 203') 코일과 연속된 제2 U상(211, 211'), V상(212, 212') 및 W상(213, 213') 코일이 대칭 구조로 권선된 경우, 고정자(120)의 중심과 연속된 제1 U상(201, 201'), V상(202, 202') 및 W상(203, 203') 코일이 이루는 각도의 중간 방향으로 랙 바(410)와 연결될 수 있다. 구체적으로, 도 2에서 3상 코일들의 배치는 연속된 제1 U상(201, 201'), V상(202, 202') 및 W상(203, 203')의 방향으로 진동 세기와 방향이 나타나고, 이와 대칭되는 방향인 연속된 제2 U상(211, 211'), V상(212, 212') 및 W상(213, 213')의 방향에서 제1 U상(201, 201'), V상(202, 202') 및 W상(203, 203')과 유사한 진동 세기로 나타난다는 것을 알 수 있다. 이에 따라, 조향 보조 장치(10)의 진동을 최소화하기 위해, 고정자(120)의 중심과 연속된 제1 (201, 201'), V상(202, 202') 및 W상(203, 203')이 이루는 각도의 중간 방향으로 랙 바(410)와 연결될 수 있다. 즉, 고정자의 중심을 기준으로 T1 및 T8이 이루는 각도의 중간 값이 될 수 있다.
조향 보조 장치(10)와 랙 바(410) 간에 연결 각도는 전술한 고정자(120)의 중심과 연속된 제1 (201, 201'), V상(202, 202') 및 W상(203, 203')이 이루는 각도의 중간 방향에 한정되는 것은 아니고, 실제 측정치에 따라 변동될 수 있다. 일 예로서, 도 3과 같이, T9의 방향에서 진동이 가장 크게 측정되면, T9와 대응되는 방향으로 조향 보조 장치(10)가 랙 바(410)와 연결될 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 연결부(130)가 구동 벨트(420)를 통해 랙 바(410)로 회전력을 전달하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 연결부(130)는 회전자(110)가 회전하면서 생성된 회전력을 랙 바(410)로 전달하는 구동 벨트(420)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 연결부(130)는 구동 벨트(420)를 통해 회전력을 전달하기 위해, 모터 풀리(430) 및 너트 풀리(450)를 포함할 수 있다. 여기서 모터 풀리(430)는 구동 벨트(420)의 일측에 결합되어 회전자(110)의 회전력을 구동 벨트(420)를 매개로 전달할 수 있고, 너트 풀리(450)는 볼 너트(450)의 일측 외주면에 장착되며 구동 벨트(420)의 타측에 결합될 수 있다. 여기서 볼 너트(450)는 볼을 매개로 랙 바(410)와 결합되어 회전하며 랙 바(410)를 슬라이딩시킬 수 있다. 즉, 고정자(120)에 전류가 인가되어 고장자에 권선된 코일과 회전자(110)의 영구 자석간에 자기장 관계에 의해 회전자(110)가 회전 구동하고, 회전자(110)의 회전 구동에 따라 샤프트가 회전하면, 모터 풀리(430)가 회전하면서 구동 벨트(420)로 연결된 너트 풀리(450)를 회전하게 되고, 너트 풀리(450)가 결합되어 있는 볼 너트(450)가 회전하면서 랙 바(410)를 왕복운동 시킬 수 있다.
연결부(130)는 구동 벨트(420)를 통해 랙 바(410)와 연결됨에 있어서, 구동 벨트(420)로 인한 벨트 텐션 방향이 도 3에 도시된 고정자(120)의 권선 패턴으로 인한 진동 방향으로 향하도록 연결될 수 있다. 즉, 구동 벨트(420)의 벨트 텐션은 도 4의 화살표와 같이 형성될 수 있다.
도 5는 다른 일 실시예에 따른 고정자(120)의 권선 패턴을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 고정자(120)에 연속된 제1 U상(201, 201'), V상(202, 202') 및 W상(203, 203') 코일과 연속된 제2 (211, 211'), V상(212, 212') 및 W상(213, 213') 코일이 번갈아가며 권선되고 제2 U상(211, 211'), V상(212, 212') 및 W상(213, 213') 코일이 고장난 경우, 연결부(130)는 연속된 제1 U상(201, 201'), V상(202, 202') 및 W상(203, 203') 코일이 권선된 방향으로 상기 랙 바(410)와 연결될 수 있다. 구체적으로, 제1 U상(201), V상(202) 및 W상(203) 코일은 도 5에 도시된 바와 같이 제1 U상(201), V상(202), W상(203) 순으로 반시계 방향으로 권선되고, 제2 U상(211), V상(212) 및 W상(213) 코일은 제2 U상(211), V상(212), W상(213) 순으로 반시계 방향으로 전술한 제1 U상(201), V상(202) 및 W상(203) 코일 다음으로 권선되고, 다른 제1 U상(201'), V상(202') 및 W상(203') 코일은 전술한 제1 U상(201), V상(202) 및 W상(203) 코일과 같은 순서로 제2 U상(211), V상(212) 및 W상(213) 코일 다음으로 권선되고, 다른 제2 U상(211'), V상(212') 및 W상(213') 코일은 전술한 제2 U상(211), V상(212) 및 W상(213) 코일과 같은 순서로 제1 U상(201'), V상(202') 및 W상(203') 코일 다음으로 권선될 수 있다. 그리고, 고정자(120)의 권선 패턴이 전술한 권선 패턴인 경우, 연결부(130)는 제1 U상(201), V상(202) 및 W상(203) 코일이 권선된 방향 또는 다른 제1 U상(201'), V상(202') 및 W상(203') 코일이 권선된 방향으로 랙 바(410)와 연결될 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 도 5의 3상 코일들의 권선 패턴에서 제2 U상(211, 211'), V상(212, 212') 및 W상(213, 213') 코일이 고장난 경우, 조향 보조 장치(10)의 진동 방향과 세기를 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 도 5에서 3상 코일들의 배치는 연속된 제1 U상(201, 201'), V상(202, 202') 및 W상(203, 203')의 방향 양쪽으로 진동 세기와 방향이 나타난다는 것을 알 수 있다. 이에 따라, 연결부(130)는 조향 보조 장치(10)의 진동을 최소화하기 위해, 제1 U상(201, 201'), V상(202, 202') 및 W상(203, 203') 코일이 권선된 방향으로 랙 바(410)와 연결될 수 있다. 연결부(130)는 제1 U상(201, 201'), V상(202, 202') 및 W상(203, 203') 코일 중 어느 한 코일이 권선된 방향으로 연결될 수 있으며, 도 6과 같은 경우, T8 방향으로 연결될 수 있다. 반대로, 제1 U상(201, 201'), V상(202, 202') 및 W상(203, 203') 코일이 고장난 경우에는 연속된 제2 U상(211, 211'), V상(212, 212') 및 W상(213, 213') 방향 양쪽으로 진동 세기와 방향이 나타날 것이며, 이에 따라, 연결부(130)는 조향 보조 장치(10)의 진동을 최소화하기 위해, 제2 U상(211, 211'), V상(212, 212') 및 W상(213, 213') 코일이 권선된 방향으로 랙 바(410)와 연결될 수 있다.
전술한 바에 따르면, 조향 보조 장치(10)는 고정자(120)의 권선 패턴에서 권선 패턴에 따라 랙 바(410)와의 연결 방향을 달리함으로써, 제2 U상(211, 211'), V상(212, 212') 및 W상(213, 213') 코일이 고장났을 경우, 구동되는 조향 보조 장치(10)의 진동과 소음을 최소화할 수 있다.
도 7은 다른 일 실시예에 따른 연결부(130)가 구동 벨트(420)를 통해 랙 바(410)로 회전력을 전달하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 도 6에서 도시된 조향 보조 장치(10)의 진동 방향 및 세기를 최소화하기 위해, 연결부(130)는 구동 벨트(420)를 통해 회전력을 랙 바(410)로 전달할 수 있다. 연결부(130)는 구동 벨트(420)로 인한 벨트 텐션 방향이 도 6에 도시된 고정자(120)의 권선 패턴으로 인한 진동 방향으로 형성되도록 연결될 수 있다. 연결부(130)는 도 6과 같이 진동의 방향성이 두 개 이상인 경우, 둘 중 어느 한 방향으로 연결될 수 있다. 즉, 도 6의 T2나 T8 중 어느 한 방향으로 랙 바(410)와 연결될 수 있다.
연결부(130)는 회전자(110)의 회전력을 랙 바(410)로 전달함에 있어서, 웜 축과 웜 휠을 포함하는 감속기를 이용하여 랙 바(410)로 전달할 수 있다. 구체적으로, 연결부(130)는 고정자(120)의 권선 패턴에 따라 조향 보조 장치(10)의 진동과 소음이 최소화되는 방향으로 감속기와 연결되고, 감속기는 연결부(130)로부터 전달 받은 회전력으로 피니언 기어를 통해 랙 바(410)를 왕복운동하도록 할 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 일 실시예에 따른 연결부(130)가 진동 발생 방향으로 연결되어 진동이 저감되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 8a를 참조하면, 도 8a의 고정자(120)는 도 2과 같은 코일이 배치되고, 제2 U상(211, 211'), V상(212, 212') 및 W상(213, 213') 코일이 고장난 경우, 제1 U상(201, 201'), V상(202, 202') 및 W상(203, 203') 코일만으로 인가된 전류에 따라 회전자가 회전하게 되면 도 8a와 같이 좌, 우 방향으로 진동이 발생(예를 들면, 도 3의 T9, T4 방향)될 수 있다. 따라서, 조향 보조 장치(10)의 진동을 저감하기 위해, 도 8b를 참조하면, 고정자(120)의 배치 각도를 바꿔줌으로써, 연결부(130)는 진동이 발생되는 방향으로 고정자(120)와 연결될 수 있다. 그리고, 상, 하 방향으로 진동하는 조향 보조 장치(10)를 구동 벨트(420)에 의해 랙 바 방향(아랫쪽 방향)으로 형성되는 벨트 텐션으로 잡아줌으로써 조향 보조 장치(10)의 진동을 저감 시킬 수 있다. 즉, 고정자(120)가 반시계 방향으로 진동방향이 상, 하로 되도록 회전됨으로써 조향 보조 장치(10)의 진동이 저감될 수 있다.
도 9a 및 도 9b는 다른 일 실시예에 따른 연결부(130)가 진동 발생 방향으로 연결되어 진동이 저감되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 도 9a는 도 8a와 같이 권선 패턴에 따라 제2 U상(211, 211'), V상(212, 212') 및 W상(213, 213') 코일이 고장난 경우, 좌, 우 방향으로 진동이 발생할 수 있다. 따라서, 조향 보조 장치(10)의 진동을 저감하기 위해, 도 9b를 참조하면, 연결부(130)는 고정자(120)의 진동 방향이 랙 바로 향하도록 배치된 고정자와 연결될 수 있다. 고정자(120)의 위치가 랙 바(410)의 상면에서 측면으로 이동되어 조향 보조 장치(10)의 진동 방향에 랙 바(410)가 위치하게 되고, 조향 보조 장치(10)가 구동 벨트(420)를 통해 랙 바(410)와 연결됨으로써 좌, 우 방향으로 진동하는 조향 보조 장치(10)의 진동이 저감될 수 있다.
본 명세서에서는 조향 보조 장치(10)의 연결 위치가 변화하는 것을 연결부(130)가 변화하는 것으로 정의할 수 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 하우징(140)이 랙 바(410)와 고정되는 것을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면, 연결부(130)는 랙 바(410)와 마주보는 하우징(140)의 일면이 이격되도록 상기 랙 바(410)와 연결될 수 있다. 구체적으로, 연결부(130)는 고정자(120)의 권선 패턴에 따라 조향 보조 장치(10)의 진동과 소음이 최소화되는 방향으로 랙 바(410)와 연결될 수 있다. 연결부(130)는 진동과 소음을 보다 낮추기 위해, 랙 바(410)와 소정의 간격만큼 이격되어 연결될 수 있다. 또한, 하우징(140)은 랙 바(410)와 마주보는 하우징(140)의 일면이 고정되도록 볼팅 구조로 결합됨으로써 조향 보조 장치(10)의 진동과 소음을 더 낮출 수 있다. 또한, 하우징(140)은 랙 바(410)를 감싸는 랙 하우징과 마주보는 하우징(140)의 일면이 랙 하우징과 고정되도록 볼팅 구조로 결합될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 개시에 의하면, 조향 보조 장치(10)는 고정자(120)의 권선 패턴에 따라 랙 바(410)와 연결 방향을 달리함으로써, 고정자(120)의 코일이 고장났을 때, 조향 보조 장치(10)의 진동과 소음을 최소화할 수 있다.
이상의 설명은 본 개시의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 기술 사상의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 또한, 본 실시예들은 본 개시의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로 이러한 실시예에 의하여 본 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 개시의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 개시의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
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Claims (7)

  1. 복수의 코일이 권선된 고정자;
    상기 고정자에 의해 회전 구동되는 회전자; 및
    상기 회전자가 회전함에 따라 생성되는 회전력을 랙 바로 전달하는 연결부를 포함하고,
    상기 연결부는,
    상기 고정자의 코일 중 적어도 하나가 고장난 경우, 상기 고정자의 권선 패턴에 따라 발생하는 진동이 최소화되는 방향으로 상기 랙 바에 연결되는 조향 보조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고정자는,
    제1 U상, V상 및 W상 코일과 제2 U상, V상 및 W상 코일이 권선되는 듀얼 와인딩 구조인 조향 보조 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 연결부는,
    상기 고정자에 상기 연속된 제1 U상, V상 및 W상 코일과 상기 연속된 제2 U상, V상 및 W상 코일이 대칭 구조로 권선된 경우,
    상기 고정자의 중심과 상기 연속된 제1 U상, V상 및 W상 코일 중 어느 하나의 코일이 이루는 각도의 중간 방향으로 상기 랙 바와 연결되는 조향 보조 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 연결부는,
    상기 고정자에 상기 연속된 제1 U상, V상 및 W상 코일과 상기 연속된 제2 U상, V상 및 W상 코일이 번갈아가며 권선되고, 상기 연속된 제2 U상, V상 및 W상 코일이 파손된 경우,
    상기 연속된 제1 U상, V상 및 W상 코일이 권선된 방향으로 상기 랙 바와 연결되는 조향 보조 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고정자 및 상기 회전자를 내부에 수용하는 하우징을 더 포함하고,
    상기 연결부는,
    상기 랙 바와 마주보는 상기 하우징의 일면이 이격되도록 상기 랙 바와 연결되는 조향 보조 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 하우징은,
    상기 하우징의 일면이 고정되도록 볼팅 구조로 결합되는 조향 보조 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 연결부는,
    상기 랙 바에 회전력을 전달하는 구동 벨트를 포함하고,
    상기 구동 벨트는,
    상기 진동이 최대가 되는 방향으로 벨트 텐션이 형성되도록 상기 랙 바와 감겨지는 조향 보조 장치.
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