KR101450314B1 - 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 관한 것으로, 본 발명의 일실시예에 의하면 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 있어서, 웜과 웜휠의 마모에 의한 유격을 방지하고 노면으로부터 전달되는 충격음과 백래쉬에 의한 래틀 노이즈를 줄이며, 회전 토크의 변화에 따른 유격변화량을 최소화함으로써 운전자의 조향휠 조작력을 정확하게 보조할 수 있게 되는 효과가 있다.

Description

전동식 동력 보조 조향장치의 감속기{Reducer of Electric Power Steering Apparatus}

본 발명은 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 있어서, 웜과 웜휠의 마모에 의한 유격을 방지하고 노면으로부터 전달되는 충격음과 백래쉬에 의한 래틀 노이즈를 줄이며, 회전 토크의 변화에 따른 유격변화량을 최소화함으로써 운전자의 조향휠 조작력을 정확하게 보조할 수 있는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 관한 것이다.

도 1은 종래 전동식 동력 보조 조향장치의 구성도로서, 도 1에서 도시된 바와 같이 전동식 동력 보조 조향장치(100)는 조향휠(102)로부터 양측 바퀴(126)까지 이어지는 조향 계통(130) 및 조향 계통(130)에 조향 보조 동력을 제공하는 보조 동력 기구(140)를 포함하여 구성된다.

조향 계통(130)은 일측이 조향휠(102)에 연결되어 조향휠(102)과 함께 회전하고 타측은 한 쌍의 유니버설 조인트(104)를 매개로 피니언축(108)에 연결되는 조향축(106)을 포함하여 구성된다. 또한, 피니언축(108)은 랙-피니언 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 동력 보조 조향장치는 조향휠(102)의 회전에 의해 발생한 토크가 랙-피니언 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 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기를 나타내는 단면도로서, 도 2에서 도시된 바와 같이 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 축방향으로 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 웜축(254)이 회전하는 구조로 되어 있다.

그리고 웜축(254) 상에 형성된 웜(152)과 치물림될 수 있도록 웜(152)의 외경 일측에는 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.

기어 하우징(260)에는 웜(152), 웜휠(156) 등이 내주하고 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 동력 보조 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, 종래 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기는 웜축과 모터축의 결합부위에 제조상의 오차와 조립상의 오차가 누적되어 베어링의 걸림감이 발생되고 웜축의 회전 저항이 증대되는 문제점이 있었고, 또한 웜과 웜휠이 내구가 진행되면 마모에 의해 유격이 발생되고, 백래쉬로 인한 래틀 노이즈가 발생되는 문제점과, 노면으로부터 바퀴와 조향축을 통해 전달되는 충격으로 래틀 노이즈로 인해 운전자에게 조향휠 조작시 불쾌감을 일으키게 되는 문제점이 있었다.

그런데, 종래 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기는 모터의 구동에 의해 회전하는 웜과 웜휠이 내구가 진행되면 마모에 의해 발생되는 유격으로 노이즈가 발생되는 문제점이 있었다.

또한, 노면으로부터 바퀴와 조향축을 타고 전달되는 충격음과 웜과 웜휠의 백래쉬로 인한 노이즈가 발생되는 문제점이 있었다.

따라서, 이와 같은 문제점들로 인해 운전자의 조향휠 조작력을 보조하는 조향 보조력을 정확하게 제공할 수 없게 되는 문제점도 있었다.

이에 본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 있어서, 웜과 웜휠의 마모에 의한 유격을 방지하고 노면으로부터 전달되는 충격음과 백래쉬에 의한 래틀 노이즈를 줄이며, 회전 토크의 변화에 따른 유격변화량을 최소화함으로써 운전자의 조향휠 조작력을 정확하게 보조하는 데에 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 웜축의 양단부 중 모터축 연결부의 단부에 축방향으로 결합되며 일측이 모터 플러그에 지지되어 상기 웜축의 축방향 하중과 회전을 지지하는 스러스트 베어링; 상기 스러스트 베어링의 타측과 상기 웜축의 웜 형성부 외측에 축방향으로 결합되어 상기 웜축이 축방향과 소정의 각로로 비틀리는 운동을 지지하는 피봇부재; 상기 웜축의 양단부 중 모터축 연결부의 반대쪽 단부에 결합되어 상기 웜축의 회전과 경방향 하중을 지지하는 웜축베어링을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기를 제공한다.

본 발명에 의하면 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 있어서, 웜과 웜휠의 마모에 의한 유격을 방지하고 노면으로부터 전달되는 충격음과 백래쉬에 의한 래틀 노이즈를 줄이며, 회전 토크의 변화에 따른 유격변화량을 최소화함으로써 운전자의 조향휠 조작력을 정확하게 보조할 수 있게 되는 효과가 있다.

도 1은 종래 전동식 동력 보조 조향장치의 구성도;
도 2는 종래 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기를 나타내는 단면도;
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기를 나타내는 단면도이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 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 의한 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기를 나타내는 단면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의한 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기는, 웜축(254)이 축방향 또는 축방향과 소정의 각로로 비틀리는 하중 발생시 웜축(254)의 진동과 소음을 흡수하도록, 상기 웜축(254)의 양단부 중 모터축(146a) 연결부의 단부에 축방향으로 결합되며 일측이 플러그 볼트(210)에 지지되어 상기 웜축(254)의 축방향 하중과 회전을 지지하는 스러스트 베어링(305); 상기 스러스트 베어링(305)의 타측과 상기 웜축(254)의 웜 형성부 외측(254a)에 축방향으로 결합되어 상기 웜축(254)이 축방향과 소정의 각로로 비틀리는 운동을 지지하는 피봇부재(310); 상기 웜축(254)의 양단부 중 모터축(146a) 연결부의 반대쪽 단부에 결합되어 상기 웜축(254)의 회전시 경방향 하중을 지지하는 웜축베어링(257)을 포함하여 구성된다.

모터축(146a)과 결합되는 부위의 웜축(254) 단부에는 웜축(254)의 축방향 하중과 회전을 지지하는 스러스트 베어링(305)과 웜축(254)의 피봇운동을 지지하는 피봇부재(310)가 결합되고, 이의 반대쪽 단부에는 웜축베어링(257)이 내륜과 외륜 사이에 볼이 결합되어 웜축(254)의 회전을 지지하게 되어 있다.

이러한 감속기는 모터(146)의 구동력에 의해 웜(152)과 웜휠(156)이 연동되면서 조향축(106)을 회전시켜 운전자의 조향력을 보조하게 되는데, 조향축(106)과 연동되는 웜휠(156)과 웜축(254)은 기어 하우징(260)에 내장되어 있다.

스러스트 베어링(305)과 웜축베어링(257)은 기어 하우징(260)의 내측에 장착되며 웜축(254)의 양단에서 웜축(254)의 회전을 지지하며 웜축(254)의 회전 저항을 줄여주는데, 웜축(254)과 모터축(146a)이 결합되는 부위는 모터 보스(340)와 플러그 볼트(210)를 매개로 하는 축과 축의 연결부위여서, 제작 오차와 조립 오차가 누적되어 베어링의 걸림량이 커지게 되고, 이로 인해 웜축(254)의 회전 저항이 증대되게 된다.

또한, 노면으로부터 바퀴와 조향축(106)을 통해 전달되는 외력이 웜휠(156)로 전달될 때 축방향뿐만 아니라 웜휠(156)과 치합되는 웜축(254)이 축방향과 소정의 각도로 비틀리는 운동을 일으키게 된다.

따라서, 웜휠(156)을 통해 전달되는 외력과, 웜(152)과 웜휠(156)의 작동으로 웜축(254)이 축방향 또는 축방향과 소정의 각로로 비틀리는 하중 전달시 이로 인해 발생되는 진동과 소음을 흡수할 수 있도록 웜축(254)의 양단부 중, 모터축(146a) 결합 부위에는 피봇부재(310), 스러스트 베어링(305), 플러그 볼트(210) 등이 결합되어 있다.

그리고, 모터축(146a) 결합부위의 반대쪽 웜축(254) 단부에 결합된 웜축베어링(257)은 웜축(254)의 회전을 지지하면서 웜휠(156)을 통해 들어오는 외력이나 웜(152)과 웜휠(156)의 작동시 발생되는 웜축(254)의 회전과 경방향 하중을 지지하게 된다.

스러스트 베어링(305)은 볼, 롤러, 니들 등이 회전 가능하게 결합되는 결합부재(301)와, 결합부재(301)의 양측에 결합되는 지지부재(303) 등으로 이루어지며, 웜축(254)의 양단부 중 모터축(146a) 연결부의 단부에 축방향으로 결합된다.

스러스트 베어링(305)의 일측은 기어 하우징(260)에 고정되는 플러그 볼트(210)의 측면에 지지되고, 타측은 피봇부재(310)에 지지되며 웜축(254)에 결합된다.

피봇부재(310)는 웜축(254)이 축방향과 소정의 각도로 비틀리는 운동을 지지할 수 있도록 스러스트 베어링(305)의 타측과 웜축(254)의 웜 형성부 외측(254a)에 축방향으로 결합되는데, 스러스트 베어링(305)과 결합되는 면은 평면으로 형성되고 웜축(254)과 결합되는 면은 곡면으로 형성되며, 피봇부재(310)에 지지되는 웜축(254)의 웜 형성부 외측면(254a)도 곡면으로 형성될 수 있다.

따라서, 피봇부재(310)의 중심부에 삽입 결합된 웜축(254)의 단부를 기준으로 웜축(254)의 피봇운동이 가능하게 되는데, 이때 웜축(254)의 웜 형성부 외측면(254a)이 곡면으로 형성되어 있는 피봇부재(310)의 지지면(310a)에 지지되어 매끄럽게 운동할 수 있게 되어 있다.

또한, 웜축(254)의 웜 형성부 외측면(254a)과 피봇부재(310)의 지지면(310a)은 서로 대향되는 구면으로 형성될 수 있는데, 이 경우 웜축(254)의 웜 형성부 외측(254a)면과 피봇부재(310)의 지지면(310a)이 동일한 곡률반경을 갖는 구면으로 형성되어 웜축(254)의 피봇 운동을 보다 견고하게 지지할 수 있게 된다.

이와 같은 피봇부재(310)는 웜축(254)이 피봇부재(310)의 중심부를 관통하여 결합되며 축방향의 힘을 받게 결합되는데, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 경우에 따라서는 피봇부재(310)의 외주면에 나사산을 형성하여 이와 치합되는 나사골이 형성된 기어하우징(260)과 나사 결합될 수도 있다.

여기서, 피봇부재(310)는 스틸 재질로 형성되지만, 폴리 아세탈(POM), 폴리 아미드(PA), 폴리 카보네이트(PC), 폴리 이미드(PI), 폴리 부틸렌 테레프 탈레이트(PBT) 등과 같은 엔지니어링 플라스틱계열 재질로 형성될 수 있다.

한편, 웜축(254)의 양단부 중 모터축(146a) 연결부의 반대쪽 단부에는 기어 하우징(260)에 지지되어 웜축(254)을 웜휠쪽으로 탄성지지하는 탄성지지체(320)가 결합될 수 있으며, 이때 웜축(254)의 단부에는 탄성지지체(320)가 지지하는 홀더(330)가 결합될 수 있다.

즉, 마모로 인한 웜(152)과 웜휠(156)과의 유격을 보상하면서 노면으로부터 유입되는 충격 하중을 흡수할 수 있도록 웜축(254)의 양단부 중 모터축(146a) 연결부의 반대쪽 단부에 탄성지지체(320)를 결합하여 웜(152)과 웜휠(156)과의 결합방향으로 지지하게 할 수 있다.

이러한 형상과 구조를 갖는 본 발명의 실시예에 의하면, 웜과 웜휠의 마모에 의한 유격을 방지하고 노면으로부터 전달되는 충격음과 백래쉬에 의한 래틀 노이즈를 줄이며, 회전 토크의 변화에 따른 유격변화량을 최소화함으로써 운전자의 조향휠 조작력을 정확하게 보조할 수 있게 되는 효과가 있다.

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.

또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

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. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 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.

146: 모터 146a: 모터축
152: 웜 156: 웜휠
254: 웜축 257: 웜축 베어링
305: 스러스트 베어링 310: 피봇부재
320: 탄성지지체 330: 홀더

Claims (6)

1. 웜축의 양단부 중 모터축 연결부의 단부에 축방향으로 결합되며 일측이 플러그 볼트에 지지되어 상기 웜축의 축방향 하중과 회전을 지지하는 스러스트 베어링;
   상기 스러스트 베어링의 타측과 상기 웜축의 웜 형성부 외측에 축방향으로 결합되어 상기 웜축이 축방향과 소정의 각로로 비틀리는 운동을 지지하는 피봇부재;
   상기 웜축의 양단부 중 모터축 연결부의 반대쪽 단부에 결합되어 상기 웜축의 회전과 경방향 하중을 지지하는 웜축베어링을 포함하며,
   상기 피봇부재는 상기 웜축의 웜 형성부 외측과 지지되는 지지면이 곡면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 웜축의 웜 형성부 외측면이 곡면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 웜축의 웜 형성부 외측면과 상기 피봇부재의 지지면은 서로 대향되는 구면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 웜축의 양단부 중 모터축 연결부의 반대쪽 단부에는 기어 하우징에 지지되어 상기 웜축을 웜휠쪽으로 탄성지지하는 탄성지지체가 결합되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 웜축의 양단부 중 모터축 연결부의 반대쪽 단부에는 상기 탄성지지체가 지지하는 홀더가 결합되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.

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