KR20140145347A - 유성 기어 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유성 기어 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일실시예에 의하면, 유성 기어들의 기어치와 선 기어들의 기어치가 마모되더라도, 탄성부재가 유성 기어들을 캐리어의 중심 방향으로 밀어주므로 유성 기어들과 선 기어들 사이의 유격이 보상되어 소음 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

유성 기어 장치{Planetary Gear Apparatus}
본 발명은 유성 기어 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 입력 유성 기어들과 출력 유성 기어들을 연결하는 연결축들 중 어느 하나에 경방향으로 탄성력이 가해짐으로써, 유성 기어들과 선 기어들 사이의 유격을 보상하여 소음 발생을 방지할 수 있는 유성 기어 장치에 관한 것이다.
도 1은 종래 자동차의 능동 전륜 조항장치의 구성도이다. 도 2는 종래 자동차의 능동 전륜 조항장치의 기어비 변환장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 자동차의 능동 전륜 조향장치는 조향휠(101), 조향휠(101)에 연결되는 조향축(103), 조향축(103)을 둘러싸는 조향컬럼(105), 조향컬럼(105)의 하단에 형성되는 입력각 센서(107), 입력각 센서(107)의 하측에 형성되는 기어비 변환장치(109), 기어비 변환장치(109)를 구동하기 위한 제 1 모터(111), 제 1 모터(111)에 구비되는 제 1 모터 위치 센서(113), 기어비 변환장치(109)의 하측에 형성되는 출력각 센서(115), 자동차의 속도를 감지하는 차속 센서(117), 기어비 변환장치(109)의 하측에 형성되되 조향축(103)의 회전 운동을 랙바(119)의 직선 운동으로 변환하는 랙-피니언 기구부(121), 랙바(119)에 조향 보조 동력을 공급하기 위한 제 2 모터(123), 입력각 센서(107)와 제 1 모터 위치 센서(113) 및 출력각 센서(115)로부터 각종 신호를 전달받는 전자제어장치(Electronic Control Unit, ECU, 125) 등을 포함하여 구성된다.
그리고 도 2에서 도시된 바와 같이, 종래 기어비 변환장치는 입력축(210), 입력축(210)의 하단에 형성되어 있는 제 1 선 기어(220), 제 1 선 기어(220)와 외접하는 제 1 단 유성 기어(270), 제 1 단 유성 기어(270)와 유성 기어 축(275)으로 연결되는 제 2 단 유성 기어(280), 제 2 단 유성 기어(280)와 외접하는 제 2 선 기어(230), 제 2 선 기어(230)와 연결된 출력축(240), 웜휠(250) 및 웜(260) 등을 포함하는 유성 기어 장치로 구성된다.
이러한 구성을 가지는 종래 자동차의 능동 전륜 조향장치와 기어비 변환장치의 작동 원리는 다음과 같다.
운전자가 조향휠(101)을 조작함에 따라 입력축(210)이 회전하면 입력축(210)의 하단에 형성되어 있는 제 1 선 기어(220)가 입력축(210)과 연동하여 회전한다.
또한, 이 경우 제 1 선 기어(220)와 외접하고 있는 제 1 단 유성 기어(270)가 회전하게 되고 제 1 단 유성 기어(270)와 유성 기어 축(275)으로 연결되어 있는 제 2 단 유성 기어(280)가 회전하게 된다.
최종적으로 제 2 단 유성 기어(280)와 외접하는 제 2 선 기어(230)가 회전하게 되고 이에 따라 제 2 선 기어(230)로부터 연장되어 형성된 출력축(240)이 회전하게 됨으로써 운전자의 조향휠(101) 조작에 따라 발생한 조향력이 랙-피니언 기구부(121)에 전달되게 되는 것이다.
그런데, 위의 과정은 제 1 모터(111)가 작동하지 않는 경우이고, 제 1 모터(111)가 작동하는 경우에는 다음과 같은 변화가 생긴다.
자동차의 속도를 감지하는 차속 센서(117), 조향각의 변화를 감지하는 입력각 센서(107) 및 출력각 센서(115), 그리고 제 1 모터 위치 센서(113)로부터 각각 전기적 신호가 발생하여 전자제어장치(125)에 전달되면 전자제어장치(125)는 제 1 모터(111)에 전기적 신호를 전달하여 제 1 모터(111)를 구동하게 된다.
또한, 위의 과정에 의해 제 1 모터(111)가 구동함에 따라 모터 축(미도시)에 연결되어 있는 웜(260)도 회전하고 이에 따라 웜(260)과 맞물리도록 형성되어 있는 웜휠(250)이 회전하며 최종적으로 웜휠(250)과 일체로 구성되어 있는 캐리어(290)가 회전하게 됨으로써 입력각에 대한 출력각의 비를 조절할 수 있게 된다.
자동차의 능동 전륜 조향장치는 자동차가 고속으로 주행하는 경우에는 운전자가 조향휠(101)을 일 방향으로 조작하여 입력축(210), 제 1 선 기어(220) 및 제 1 단 유성 기어(270)가 회전하더라도 전자제어장치(125)가 웜휠(250), 더 나아가 캐리어(290)가 제 1 단 유성 기어(270)와 연결되어 있는 제 2 단 유성 기어(280)의 회전을 방해하는 방향으로 회전하도록 제 1 모터(111)를 제어함으로써 결국에는 입력축(210)의 회전각도에 비하여 출력축(240)의 회전각도가 작도록 하여 안전한 운전을 할 수 있도록 보조한다.
한편, 자동차의 능동 전륜 조향장치는 자동차가 주차 등을 위해 저속 상태에 있는 경우에는 전자제어장치(125)가 입력축(210)의 회전각도에 비하여 출력축(240)의 회전각도가 크도록 하는 방향으로 제 1 모터(111)를 제어함으로써 운전자가 보다 작은 힘으로 용이한 운전을 할 수 있게 하여 준다.
그러나, 이와 같은 종래 기어비 변환장치는 기어치의 마모로 발생되는 백래시로 인해 정밀한 조향 제어가 어려운 문제점이 있었고, 특히 자동차의 조향장치의 경우 백래시 때문에 발생하는 소음은 조향시 불쾌감을 일으키는 한편 기어치의 마모가 진행됨에 따라 소음이 점점 커지게 되는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 배경에서 안출된 것으로, 입력 유성 기어들과 출력 유성 기어들을 연결하는 연결축들 중 어느 하나에 경방향으로 탄성력이 가해짐으로써, 유성 기어들과 선 기어들 사이의 유격을 보상하여 소음 발생을 방지할 수 있는 유성 기어 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 입력축과 연동되어 회전하는 입력 선 기어; 출력축과 연동되어 회전하는 출력 선 기어; 입력 선 기어에 외접하는 복수개의 입력 유성 기어; 입력 유성 기어들 각각과 연결축으로 연결되며, 출력 선 기어에 외접하는 복수개의 출력 유성 기어; 연결축들 중 어느 하나가 관통되며 회전가능하게 결합되는 베어링 케이스; 베어링 케이스가 경방향으로 슬라이딩 가능하게 결합되는 결합홈이 형성되어 있으며, 베어링 케이스에 관통결합된 연결축을 제외한 나머지가 관통되며 회전가능하게 결합되는 캐리어; 베어링 케이스에 경방향으로 탄성력을 제공하는 탄성지지체; 및 캐리어의 외주면에 결합되며, 탄성지지체의 타단을 지지하는 지지부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유성 기어 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 입력 유성 기어들과 출력 유성 기어들을 연결하는 연결축들 중 어느 하나에 경방향으로 탄성력이 가해짐으로써, 유성 기어들과 선 기어들 사이의 유격을 보상하여 소음 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 자동차의 능동 전륜 조항장치의 구성도이다.
도 2는 종래 자동차의 능동 전륜 조항장치의 기어비 변환장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 유성 기어 장치의 사시도이다.
도 4는 도 3의 유성 기어 장치의 일부 분해 사시도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 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 따른 유성 기어 장치의 사시도이다. 도 4는 도 3의 유성 기어 장치의 일부 분해 사시도이다.
이들 도면들과 도 1을 함께 참조하면, 본 발명의 일실시예들에 따른 유성 기어 장치(300)는, 입력축(311)과 연동되어 회전하는 입력 선 기어(411); 출력축(333)과 연동되어 회전하는 출력 선 기어(331); 입력 선 기어(411)에 외접하는 복수개의 입력 유성 기어(351); 각각의 입력 유성 기어(351)들과 연결축(431)으로 연결되며, 출력 선 기어(331)에 외접하는 복수개의 출력 유성 기어(371); 연결축들 중 어느 하나가 관통되며 회전가능하게 결합되는 베어링 케이스(320); 베어링 케이스(320)가 경방향으로 슬라이딩 가능하게 결합되는 결합홈(491)이 형성되어 있으며, 베어링 케이스(320)에 관통결합된 연결축(431)을 제외한 나머지가 관통되며 회전가능하게 결합되는 캐리어(390); 베어링 케이스(320)에 경방향으로 탄성력을 제공하는 탄성지지체(340); 및 캐리어(390)의 외주면에 결합되며, 탄성지지체(340)의 타단을 지지하는 지지부재(360);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하에서는, 도면들에 도시된 바와 같이 입력 유성 기어(351)와 출력 유성 기어(371)가 각각 3개씩 구비된 예와, 본 발명의 실시예에 따른 유성 기어 장치가 능동 전륜 조향장치에 사용되는 예를 기준으로 설명하기로 한다.
입력 선 기어(411)는 조향휠(101)과 연결되는 입력축(311)에 구비되어 입력축(311)과 연동되어 회전하게 되는데, 입력축(311)에는 웜과 치합하는 웜휠이 결합되어 있어서, 웜휠이 회전하게 되면 입력축(311) 및 입력 선 기어(411)가 연동되어 회전하게 된다.
출력 선 기어(331)는 출력축(333)에 구비되어서 출력축(333)과 연동되어 회전하게 되는데, 출력축(333)은 랙-피니언 기구부(121)에 연결되게 된다.
입력 유성 기어(351)들은 입력 선 기어(411)에 외접하며 치결합되어 있어서, 입력 선 기어(411)가 회전함에 따라 입력 유성 기어(351)들 역시 연동되어 회전하게 된다.
출력 유성 기어(371)들은 출력 선 기어(331)에 외접하며 치결합되어 있는데, 각각의 출력 유성 기어(371)들은 입력 유성 기어(351)들과 연결축으로 연결되어 있어서, 입력 유성 기어(351)가 회전함에 따라 출력 유성 기어(371) 역시 연동되어 회전하게 된다.
베어링 케이스(320)는 육면체의 박스 형상으로 이뤄질 수 있으며, 입력 유성 기어(351)들과 출력 유성 기어(371)들을 연결하는 연결축들 중 어느 하나의 연결축(431)이 관통되며 회전가능하게 결합되도록 구비된다.
즉, 베어링 케이스(320)에는 하나의 연결축(431)이 관통되며 결합되도록 축방향으로 관통홀(421)이 형성되어 있으며, 여기서 '축방향'은 입력축(311)과 출력축(333)의 길이방향을 의미한다.
한편, 베어링 케이스(320)에는, 후술할 탄성지지체(340)의 일단을 지지하도록 경방향 외주면에 요홈 형상으로 이뤄진 지지홈(423)이 형성되는데, 이처럼 베어링 케이스(320)에 지지홈(423)을 형성함으로써, 탄성지지체(340)가 안정적으로 베어링 케이스(320)에 탄성력을 제공할 수 있게 되고, 더불어 베어링 케이스(320)의 원주방향 일측면 또는 양측면에는 가이드홈(425)이 형성되어서 후술할 캐리어(390)의 결합홈(491)에 형성된 가이드돌기(493)가 삽입되게 된다.
또한, 베어링 케이스(320)의 관통홀(421)에는, 연결축(431)과의 사이에서 회전 마찰력을 줄이도록 회전지지부재(450)가 결합되게 되는데, 이러한 회전지지부재(450)는 일 예로, 부시베어링으로 제공될 수 있다.
물론, 이러한 회전지지부재(450)는 베어링 케이스(320)의 관통홀(421)에 관통되어 회전가능하게 결합되는 연결축(431)의 외주면에 결합되는 이외에, 나머지 연결축들의 외주면에도 결합될 수 있다.
캐리어(390)는 원판 형상으로 이뤄질 수 있는데, 입력 유성 기어(351)들과 출력 유성 기어(371)들을 연결하는 연결축들 중 베어링 케이스(320)에 관통결합된 연결축(431)을 제외한 연결축들이 관통되며 결합되고, 전술한 베어링 케이스(320)가 경방향으로 슬라이딩 가능하게 결합되게 된다.
이를 위해 캐리어(390)에는 경방향으로 외측이 개구된 결합홈(491)이 형성되어서, 결합홈(491)에 베어링 케이스(320)가 슬라이딩 결합하게 되며, 더불어 결합홈(491)의 양측면에는 베어링 케이스(320)의 가이드홈(425)에 삽입되는 가이드돌기(493)가 형성된다.
물론, 도면에 도시된 바와 달리, 가이드홈(425)이 베어링 케이스(320)의 원주방향 일측면에만 형성되는 경우에는, 이에 대응되도록 가이드돌기(493) 역시 결합홈(491)의 일측면에만 형성되며, 가이드홈이 캐리어(390)의 결합홈(491)에 형성되고 가이드돌기가 베어링 케이스(320)에 형성될 수도 있다.
또한, 캐리어(390)의 외주면에는, 후술할 지지부재(360)가 삽입되어 고정되도록 안착홈(495)이 원주방향으로 형성되어 있다.
이처럼 캐리어(390)의 외주면에 요홈 형상의 안착홈(495)을 형성함으로써, 캐리어(390)의 외주면에 지지부재(360)가 안정적으로 결합되어 고정될 수 있게 된다.
이어서, 탄성지지체(340)는 베어링 케이스(320)에 경방향으로 탄성력을 제공하게 되는데, 이러한 탄성지지체(340)는 일 예로, 코일 스프링으로 제공될 수 있으며, 탄성지지체(340)의 일단은 베어링 케이스(320)의 지지홈(423)에 지지되고, 타단은 후술할 지지부재(360)에 의해 지지된다.
이와 같이 탄성지지체(340)가 베어링 케이스(320)에 경방향으로 탄성력을 제공함으로써, 베어링 케이스(320)에 관통결합된 연결축(431)이 경방향 내측으로 탄성력을 받아 유성 기어들(351,371)과 선 기어들(331,411) 사이의 유격을 보상할 수 있게 된다.
이어서, 지지부재(360)는 캐리어(390)의 외주면, 좀 더 구체적으로는 캐리어(390)의 외주면에 형성된 안착홈(495)에 결합되는데, 이러한 지지부재(360)는 일 예로, 스틸 재질의 링으로 제공될 수 있으며, 또한, 마찰 베어링으로 제공될 수도 있다.
이처럼 캐리어(390)의 외주면에 지지부재(360)를 결합함으로써, 탄성지지체(340)의 타단이 지지되며 고정되어서, 탄성지지체(340)의 탄성력이 효과적으로 베어링 케이스(320)에 전달되게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 의하면, 입력 유성 기어들과 출력 유성 기어들을 연결하는 연결축들 중 어느 하나에 경방향으로 탄성력이 가해짐으로써, 유성 기어들과 선 기어들 사이의 유격을 보상하여 소음 발생을 방지할 수 있는 효과가 있게 된다.
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. 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. 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.
300 : 본 발명의 일실시예에 따른 유성 기어 장치
311 : 입력축
320 : 베어링 케이스
331 : 출력 선 기어
333 : 출력축
340 : 탄성지지체
351 : 입력 유성 기어
360 : 지지부재
371 : 출력 유성 기어
390 : 캐리어
411 : 입력 선 기어
431 : 연결축
491 : 결합홈

Claims (5)

  1. 입력축과 연동되어 회전하는 입력 선 기어;
    출력축과 연동되어 회전하는 출력 선 기어;
    상기 입력 선 기어에 외접하는 복수개의 입력 유성 기어;
    상기 입력 유성 기어들 각각과 연결축으로 연결되며, 상기 출력 선 기어에 외접하는 복수개의 출력 유성 기어;
    상기 연결축들 중 어느 하나가 관통되며 회전가능하게 결합되는 베어링 케이스;
    상기 베어링 케이스가 경방향으로 슬라이딩 가능하게 결합되는 결합홈이 형성되어 있으며, 상기 연결축들 중 상기 베어링 케이스에 관통결합된 연결축을 제외한 나머지가 관통되며 회전가능하게 결합되는 캐리어;
    상기 베어링 케이스에 경방향으로 탄성력을 제공하는 탄성지지체; 및
    상기 캐리어의 외주면에 결합되며, 상기 탄성지지체의 타단을 지지하는 지지부재;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 유성 기어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 베어링 케이스에는, 경방향으로 상기 탄성지지체의 일단이 지지되는 지지홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유성 기어 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 베어링 케이스의 원주방향 일측면과 이에 마주하는 상기 결합홈의 일측면 중 어느 하나에는 가이드돌기가 형성되고, 나머지에는 상기 가이드돌기가 삽입되는 가이드홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유성 기어 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 베어링 케이스에 결합되는 상기 연결축의 회전 마찰력을 줄이도록, 상기 연결축의 외주면에 결합되는 회전지지부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유성 기어 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캐리어의 외주면에는, 상기 지지부재가 삽입되어 고정되도록 안착홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유성 기어 장치.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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