KR20140045159A - 전동식 조향장치의 축 연결 부재 - Google Patents

전동식 조향장치의 축 연결 부재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전동식 조향장치의 축 연결 부재에 관한 것으로, 본 발명에 의하면, 종래의 전동식 조향장치의 축 연결 부재에 비하여 내측 로터와 외측 로터 사이의 유격에 의한 노이즈를 없앨 수 있게 되고, 구동축과 종동축과 결합되는 부품을 공용화함으로써 제조 공정을 줄이고 원가를 절감할 수 있으며, 동력의 전달시 부딛침과 진동에 의한 노이즈를 방지할 수 있게 되는 효과가 있게 된다.
또한, 과도한 토크가 발생되는 경우 구동축과 종동축의 물리적 결합을 단절함으로써 모터와 같은 동력원의 파손을 방지하여 자동차 조향의 안정성을 높이는 효과가 있게 된다.

Description

전동식 조향장치의 축 연결 부재{Axis Coupling Device of Electric Power Steering Apparatus}
본 발명은 전동식 조향장치의 축 연결 부재에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 종래의 전동식 조향장치의 축 연결 부재에 비하여 내측 로터와 외측 로터 사이의 유격에 의한 노이즈를 없앨 수 있게 되고, 구동축과 종동축과 결합되는 부품을 공용화함으로써 제조 공정을 줄이고 원가를 절감할 수 있으며, 동력의 전달시 부딛침과 진동에 의한 노이즈를 방지할 수 있게 되고 또한, 과도한 토크가 발생되는 경우 구동축과 종동축의 물리적 결합을 단절함으로써 모터와 같은 동력원의 파손을 방지하여 자동차 조향의 안정성을 높이는 전동식 조향장치의 축 연결 부재에 관한 것이다.
자동차의 조향장치는 운전자가 조향 핸들을 돌려 자동차의 진행 방향을 자유로이 바꿀 수 있게 하는 장치로서, 자동차의 앞 바퀴가 선회하는 회전 중심을 임의로 변경하여 운전자가 원하는 방향으로 자동차를 진행시킬 수 있도록 보조하는 장치다. 이러한 조향장치에 있어서 운전자의 힘을 덜어주기 위해 보조 동력 기구로써 동력 보조 조향장치(Power Steering System)가 사용되는데, 이러한 동력 보조 조향장치는 크게 엔진의 힘을 이용하여 유압 펌프를 작동시켜 조향력을 보조하는 유압을 이용한 유압식 동력 보조 조향장치와 전기 모터를 이용한 전동식 동력 보조 조향장치가 있다.
유압식 동력 보조 조향장치는 조향휠의 회전을 감지하여 엔진에서 회전력을 받아 유압 펌프를 작동시키고 이 유압을 랙바 혹은 조향축에 구성된 실린더와 같은 구동부에 보내어 운전자의 조향력을 보조해 주는 구조를 가진다.
전동식 동력 보조 조향장치는 조향휠의 회전을 감지하여 랙 혹은 조향축에 설치되어 회전 운동을 도와주는 모터를 가동시켜 조향장치가 원활하게 작동되도록 하는 구조를 가지며, 전동식 동력 보조 조향장치는 크게 랙 구동형(R-EPS)과 조향축 구동형(C-EPS)이 있다.
도 1은 종래의 전동식 동력 보조 조향장치의 개략도이다.
도 1에서 도시하는 바와 같이 전동식 동력 보조 조향장치는 조향휠(101)부터 양측 바퀴(108)까지 이어지는 조향 계통(100) 및 조향 계통(100)에 조향 보조 동력을 제공하는 보조 동력 기구(120)를 포함하여 구성된다.
조향계통(100)은 일측이 조향휠(101)에 연결되어 조향휠(101)과 함께 회전하고 타측은 한 쌍의 유니버설 조인트(103)를 매개로 피니언축(104)에 연결되는 조향축(102)을 포함하여 구성된다. 또한, 피니언축(104)은 랙-피니언 기구부(105)를 통해 랙바에 연결되고 랙바의 양단은 타이로드(106)와 너클암(107)을 통해 차량의 바퀴(108)에 연결된다. 랙-피니언 기구부(105)는 피니언축(104)에 형성되어 있는 피니언 기어(111)와 랙바의 외주면일측에 형성되어 있는 랙 기어(112)가 서로 맞물려서 형성되므로 운전자가 조향휠(101)을 조작하면 조향계통(100)에서 토크가 발생하고 토크에 의해서 랙-피니언 기구부(105)와 타이로드(106)를 통하여 바퀴(108)를 조향하게 된다.
보조 동력기구(120)는 운전자가 조향휠(101)에 가하는 토크를 감지하고 감지된 토크에 비례하는 전기신호를 출력하는 토크 센서(125), 토크 센서로 부터 전해지는 전기 신호에 기초하여 제어 신호를 발생하는 전자 제어 장치(Electronic Control Unit; 123), 전자 제어 장치로부터 전해지는 신호에 기초하여 보조 동력을 발생시키는 모터(130) 및 모터에서 발생한 보조 동력을 조향축(102)에 전달하는 감속기(140)를 포함하여 구성된다.
도 2는 종래의 전동식 조향장치의 축 연결 부재를 나타내는 단면도이다.
도 2에서 도시하는 바와 같이 전동식 조향장치의 축 연결 부재는 모터(130), 구동축(205), 내측 로터(220), 외측 로터(215), 탄성체(210), 제 1 베어링(250), 웜축(235), 웜 기어(245), 제 2 베어링(270), 압축 나사(255), 압축 스프링(265) 및 기어 하우징(260)을 포함하여 구성된다.
모터(130)는 모터 하우징 외부로 연장된 구동축(205)을 가지며, 외측 로터(215)는 내부가 중공으로 일측이 구동축(215)과 연결되어 연동된다. 제 2 베어링(270)과 제 1 베어링(250)은 웜 기어(245)를 조향축에 설치된 웜휠 기어(240)쪽으로 고정한다. 압축 스프링(265)은 압축 나사(255)에 의해 웜 기어(245)를 웜휠 기어(240) 방향으로 지지하며 제 2 베어링(270)을 지지한다. 따라서, 압축 나사(255)를 죄면 압축 나사(255)가 이동하여 압축 스프링(265)이 수축하게 되며 결국, 압축 스프링(265)의 압축력으로 웜 기어(245)가 웜휠 기어(240)와 견고하게 물릴 수 있도록 한다.
웜축(235)에는 내측 로터(220)가 연결되는데, 내측 로터(220)는 일측이 구동축(205)과 연결되는 외측 로터(215)의 내부로 삽입되는 구조를 가진다.
그러나, 이러한 종래의 전동식 조향장치의 축 연결 부재는 내측 로터와 외측 로터가 단순히 압입되어 결합되며 내측 로터와 외측 로터의 내측이 직접 맞닿는 구조로 되어 있어서, 어느 정도 내구가 진행되거나 오프로드와 같은 도로를 주행시 큰 충격이 조향축을 타고 역입력되어 접촉에 의한 유격의 마모 및 노이즈가 밸생되는 문제점이 있었다.
또한, 내측 로터와 외측 로터의 조립 공정 및 이들 사이에 그리스를 도포하는 공정이 필요하여 조립 공정이 늘어나고 원가가 높아지는 문제점이 있었다.
또한, 과도한 토크가 발생되는 경우 모터와 같은 동력원의 파손이 발생되어 조향 안정성에 치명적인 문제를 발생시키는 원인이 되었다.
이에 본 발명은 전술한 배경에서 안출된 것으로, 종래의 전동식 조향장치의 축 연결 부재에 비하여 내측 로터와 외측 로터 사이의 유격에 의한 노이즈를 없앨 수 있게 되고, 구동축과 종동축과 결합되는 부품을 공용화함으로써 제조 공정을 줄이고 원가를 절감할 수 있으며, 동력의 전달시 부딛침과 진동에 의한 노이즈를 방지하는 데에 그 목적이 있다.
또한, 과도한 토크가 발생되는 경우 구동축과 종동축의 물리적 결합을 단절함으로써 모터와 같은 동력원의 파손을 방지하여 자동차 조향의 안정성을 높이는 데에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 구동축과 종동축에 각각 결합되어 동력을 전달하도록, 단부에서 서로 대향되는 축방향으로 돌출되며 원주방향으로 이격된 수개의 결합부가 서로 맞물려 결합되는 한쌍의 제1결합부재와 제2결합부재; 상기 종동축과 상기 제2결합부재의 사이에 결합되어 상기 제2결합부재에 축방향의 탄성력을 가하는 탄성부재를 포함하는 전동식 조향장치의 축 연결 부재를 제공한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 종래의 전동식 조향장치의 축 연결 부재에 비하여 내측 로터와 외측 로터 사이의 유격에 의한 노이즈를 없앨 수 있게 되고, 구동축과 종동축과 결합되는 부품을 공용화함으로써 제조 공정을 줄이고 원가를 절감할 수 있으며, 동력의 전달시 부딛침과 진동에 의한 노이즈를 방지할 수 있게 되는 효과가 있게 된다.
또한, 과도한 토크가 발생되는 경우 구동축과 종동축의 물리적 결합을 단절함으로써 모터와 같은 동력원의 파손을 방지하여 자동차 조향의 안정성을 높이는 효과가 있게 된다.
도 1은 종래의 전동식 조향장치의 개략도,
도 2는 종래의 전동식 조향장치의 축 연결 부재를 나타내는 단면도,
도 3은 본 발명에 의한 전동식 조향장치의 축 연결 부재가 결합된 상태를 나타내는 측면도,
도 4는 본 발명에 의한 전동식 조향장치의 축 연결 부재를 나타내는 분해 사시도,
도 5는 본 발명에 의한 전동식 조향장치의 축 연결 부재 중 결합부재를 나타내는 사시도,
도 6은 본 발명에 의한 전동식 조향장치의 축 연결 부재를 나타내는 단면도,
도 7은 본 발명에 의한 전동식 조향장치의 축 연결 부재의 작동 상태를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 의한 전동식 조향장치의 축 연결 부재가 결합된 상태를 나타내는 측면도, 도 4는 본 발명에 의한 전동식 조향장치의 축 연결 부재를 나타내는 분해 사시도, 도 5는 본 발명에 의한 전동식 조향장치의 축 연결 부재 중 결합부재를 나타내는 사시도, 도 6은 본 발명에 의한 전동식 조향장치의 축 연결 부재를 나타내는 단면도, 도 7은 본 발명에 의한 전동식 조향장치의 축 연결 부재의 작동 상태를 나타내는 도면이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 전동식 조향장치의 축 연결 부재는, 구동축(301a)과 종동축(301b)에 각각 결합되어 동력을 전달하도록, 단부에서 서로 대향되는 축방향으로 돌출되며 원주방향으로 이격된 수개의 결합부(315)가 서로 맞물려 결합되는 한쌍의 제1결합부재(310a)와 제2결합부재(310b); 상기 종동축(301b)과 상기 제2결합부재(310b)의 사이에 결합되어 상기 제2결합부재(310b)에 축방향의 탄성력을 가하는 탄성부재(320)를 포함하여 구성된다.
축 연결 부재는 모터, 펌프 등의 동력원과 연결되어 회전하는 구동축(301a)과 동축상에 연결되어 동력원으로부터 종동축(301b)으로 회전력을 전달하는데, 본 발명의 상세한 설명에서는 구동축(301a)으로는 모터축, 종동축(301b)으로는 웜축으로 이루어진 전동식 조향장치를 일례로 설명하기로 한다.
참고로, 이 경우에 축 연결 부재는 전동식 조향장치의 보조 동력을 발생시키는 모터축과 웜축을 연결하여 모터에서 발생된 보조 동력을 웜휠(도 2의 240 참조)에 결합되어 있는 조향축에 전달하여 줌으로써 운전자의 조향력을 보조하는 동력 연결 장치로 이용된다.
이러한 축 연결 부재는 구동축(301a)과 종동축(301b)을 동축상으로 연결하며 동력을 전달할 수 있도록, 결합부재(310)가 구동축(301a)과 종동축(301b)에 각각 결합되며 이들 결합부재(310)의 사이에는 댐핑부재(330)가 결합될 수 있다.
결합부재(310)는 동일한 형상의 한쌍으로 형성되는 제1결합부재(310a)와 제2결합부재(310b)로 이루어지는데, 서로 대향되는 축방향으로 돌출되며 원주방향으로 이격된 수개의 결합부(315)가 각각 형성되어 있으며, 이들 제1결합부재(310a)와 제2결합부재(310b)의 결합부(315)가 서로 원주 방향으로 엇갈리게 결합되게 되어 있다.
즉, 제1결합부재(310a)의 결합부(315)들 사이의 이격된 위치에 제2결합부재(310b)의 결합부(315)가 맞물리게 되어 제1결합부재(310a)의 결합부(315)와 제2결합부재(310b)의 결합부(315)가 서로 교번으로 맞물리게 되어 있다.
이러한 제1결합부재(310a)와 제2결합부재(310b)는 판형상으로 형성된 몸체(313)의 중심부에 구동축(301a)이나 종동축(301b)을 향한 외측으로 연장 형성된 원통 형상의 체결부(311)가 구비되어 있고, 체결부(311)에는 구동축(301a) 또는 종동축(301b)이 결합되는 관통홀(311a)이 형성되어 있다.
또한, 관통홀(311a)의 내주면에는 구동축(301a) 또는 종동축(301b)과 결합되어 회전시 헛돌거나 분리되는 것을 방지하기 위하여 축방향으로 형성된 세레이션이 형성되어 있다.
또한, 제1결합부재(310a)와 제2결합부재(310b)의 결합부(315)는 몸체(313)에서 축방향으로 돌출되면서 점차적으로 원주방향 폭이 줄어드는 형상으로 형성되거나, 제1결합부재(310a)와 제2결합부재(310b)가 대향되는 축방향으로 뾰족한 사다리꼴 형상으로 형성된다.
즉, 결합부(315)는 결합부재(310)의 몸체(313)에서 축방향으로 가장 돌출된 부위인 상단부(315c)와 결합부재(310)의 몸체(313)에서 축방향으로 가장 함몰된 부위인 하단부(315d)가 서로 대응되는 형상으로 형성되어, 제1결합부재(310a)의 상단부(315c)가 제2결합부재(310b)의 하단부(315d)에 맞물리며 결합된다.
또한, 제1결합부재(310a)와 제2결합부재(310b) 각각의 결합부(315) 사이에는 댐핑부재(330)가 결합될 수 있는데, 이 경우 댐핑부재(330)의 위치를 고정할 수 있도록 제1결합부재(310a)와 제2결합부재(310b)의 결합부(315) 중 어느 한쪽 또는 양쪽에는 댐핑부재(330)가 지지되는 지지홈(315b)이 형성된다.
즉, 결합부재(310)의 상단부(315c)와 하단부(315d)를 연결하는 양쪽 측면부(315a)에 소정의 깊이로 형성된 지지홈(315b)이 형성되고, 이 지지홈(315b)에 댐핑부재(330)가 삽입되어 고정된다.
댐핑부재(330)는 폐쇄된 띠 또는 링 형상으로 형성되는데, 결합부(315)의 상단부(315c)와 하단부(315d)를 둘러싸도록 형성되어 있다.
이러한 댐핑부재(330)는 탄성력과 함께 내후성과 신축성 등을 구비하도록 폴리 아세탈(POM), 폴리 아미드(PA), 폴리 카보네이트(PC), 폴리 이미드(PI), 폴리 부틸렌 테레프 탈레이트(PBT) 등과 같은 엔지니어링 플라스틱계열 재질로 형성되거나, NR(Natural Rubber), NBR(Nitrile Butadiene Rubber), CR(Chloroprene Rubber), EPDM(Ethylene Propylene Terpolymer), FPM(Fluoro Rubber), SBR(Styrene Butadine Rubber), CSM(Chlorosulphonated Polyethylene), 우레탄, 실리콘 등과 같은 재질로 형성되어 소음과 진동을 흡수하는 댐핑 역할을 하게 된다.
따라서, 제1결합부재(310a)의 결합부(315)가 제2결합부재(310b)의 결합부(315)와 직접 접촉하지 않고, 댐핑부재(330)가 결합부(315)와 접촉되며 결합됨으로써 접촉이나 충격에 의한 노이즈를 흡수하게 되어 있다.
그리고, 댐핑부재(330)와 결합부재(310)의 결합시, 댐핑부재(330)가 결합부재(310)의 결합부(315) 사이에서 탄성 변형되며 결합됨으로써 댐핑부재(330)가 어느 한쪽으로 밀리거나 이탈되는 조립 불량을 방지하게 된다.
댐핑부재(330)의 눌림량은 대략적으로 댐핑부재(330) 직경의 20 ~ 30 % 가 되게끔 형성되며, 댐핑부재(330)의 눌림량이 20 % 보다 작은 경우에는 노이즈가 40 dB을 상회하여 노이즈가 커짐과 동시에 조향휠의 떨림량이 증대하게 되고, 30 % 보다 큰 경우에는 댐핑부재(330)와 결합부재(310)와의 결합이 어려워지고 결합시 댐핑부재(330)가 밀리는 불량이 발생하여 역시 노이즈가 커지고 조향휠의 떨림량이 증대하게 된다.
한편, 종동축(301b)의 일단에는 탄성부재(320)가 지지되는 단턱부(301c)가 형성되어 있어서, 탄성부재(320)의 일단은 종동축(301b)의 단턱부(301c)에 지지되고 타단은 제2결합부재(310b)에 지지되는데, 탄성부재(320)의 압축과 팽창에 의해 제1결합부재(310a)와 제2결합부재(310b)의 결합과 분리가 이루어지도록 되어 있다.
즉, 도 7에 도시된 것처럼 평상시에는 탄성부재(320)가 제2결합부재(310b)를 제1결합부재(310a)쪽으로 탄성 지지하고 있어서 구동축(301a)으로부터 전달되는 회전력이 종동축(301b)으로 전달되지만, 기준이 되는 토크값을 초과하는 동력이 전달되면 제1결합부재(310a)와 제2결합부재(310b)의 결합부(315)에서 슬립이 발생되면서 제2결합부재(310b)가 종동축(301b)쪽으로 밀리면서 탄성부재(320)를 압축하게 되고, 이 때 제1결합부재(310a)와 제2결합부재(310b)가 분리되어 동력 전달이 끊어지게 되어 있다.
특히, 전동식 조향장치의 보조 동력을 발생시키는 모터축과 웜축을 연결하여 모터에서 발생된 보조 동력을 웜휠(도 2의 240 참조)에 결합되어 있는 조향축에 전달하는 경우와 같이 자동차에 설치되는 경우에는 노면에서 역입력되는 충격 하중이 조향축을 매개로 그대로 전달되어 과도한 토크로 인한 모터의 파손 등으로 인한 안전 사고가 발생되는 것을 방지할 수 있게 된다.
따라서, 이와 같은 축 연결부재를 구비함에 따라서 구동축과 연결되어 있는 모터와 같은 동력원의 파손을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 종동축(301b)과 연결된 출력 부재들의 파손을 방지할 수 있게 되어 있다.
이와 같은 구조와 형상을 갖는 본 발명에 의하면, 종래의 전동식 조향장치의 축 연결 부재에 비하여 내측 로터와 외측 로터 사이의 유격에 의한 노이즈를 없앨 수 있게 되고, 구동축과 종동축과 결합되는 부품을 공용화함으로써 제조 공정을 줄이고 원가를 절감할 수 있으며, 동력의 전달시 부딛침과 진동에 의한 노이즈를 방지할 수 있게 되는 효과가 있게 된다.
또한, 과도한 토크가 발생되는 경우 구동축과 종동축의 물리적 결합을 단절함으로써 모터와 같은 동력원의 파손을 방지하여 자동차 조향의 안정성을 높이는 효과가 있게 된다.
301a: 구동축 301b: 종동축
310: 결합부재 310a: 제1결합부재
310b: 제2결합부재 311: 체결부
313: 몸체 315: 결합부
320: 탄성부재 330: 댐핑부재

Claims (7)

  1. 구동축과 종동축에 각각 결합되어 동력을 전달하도록, 단부에서 서로 대향되는 축방향으로 돌출되며 원주방향으로 이격된 수개의 결합부가 서로 맞물려 결합되는 한쌍의 제1결합부재와 제2결합부재;
    상기 종동축과 상기 제2결합부재의 사이에 결합되어 상기 제2결합부재에 축방향의 탄성력을 가하는 탄성부재;
    를 포함하는 전동식 조향장치의 축 연결 부재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1결합부재와 제2결합부재는 각각 판형상으로 형성된 몸체의 중심부에 외측으로 연장 형성된 체결부가 구비되며 상기 체결부에는 상기 구동축 또는 종동축이 결합되는 관통홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 축 연결 부재.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 결합부는 상기 몸체에서 축방향으로 돌출되면서 점차적으로 원주방향 폭이 줄어드는 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 축 연결 부재.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 결합부는 상기 대향되는 축방향으로 뾰족한 사다리꼴 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 축 연결 부재.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 제1결합부재와 제2결합부재 각각의 결합부 사이에는 댐핑부재가 결합되는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 축 연결 부재.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1결합부재와 제2결합부재의 결합부 중 어느 한쪽 또는 양쪽에는 상기 댐핑부재가 지지되는 지지홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 축 연결 부재.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 종동축의 일단에는 상기 탄성부재가 지지되는 단턱부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 축 연결 부재.
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