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KR102369866B1 - 전동식 조향장치의 웜휠 - Google Patents

전동식 조향장치의 웜휠 Download PDF

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KR102369866B1
KR102369866B1 KR1020170129100A KR20170129100A KR102369866B1 KR 102369866 B1 KR102369866 B1 KR 102369866B1 KR 1020170129100 A KR1020170129100 A KR 1020170129100A KR 20170129100 A KR20170129100 A KR 20170129100A KR 102369866 B1 KR102369866 B1 KR 102369866B1
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Abstract

본 발명은 웜휠의 내륜 및 외륜 사이에 댐퍼를 삽입 배치함으로써, 조향축으로부터 웜휠을 통해서 웜축으로 전달되는 하중을 웜휠이 비틀림 작용을 하여 하중을 완화하고, 비틀림 작용에 의해 발생하는 진동을 완화하여 웜축의 웜 및 웜휠의 기어부의 변성과 마모를 줄일 수 있는 전동식 조향장치의 웜휠에 관한 것이다.
본 발명의 전동식 조향장치의 웜휠은 조향축과 결합되는 내륜, 내륜의 외주 측에 배치되며, 외주면에 웜축의 웜과 치합되는 기어부가 형성되는 외륜 및 내륜과 외륜 사이에 삽입 배치되는 댐퍼를 포함한다.

Description

전동식 조향장치의 웜휠{Worm Wheel of Electric Power Steering Device}
본 발명은 전동식 조향장치의 웜휠에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 웜휠의 내륜 및 외륜 사이에 댐퍼를 삽입 배치함으로써, 조향축으로부터 웜휠을 통해서 웜축으로 전달되는 하중을 웜휠이 비틀림 작용을 하여 하중을 완화하고, 비틀림 작용에 의해 발생하는 진동을 완화하여 웜축의 웜 및 웜휠의 기어부의 변성과 마모를 줄일 수 있는 전동식 조향장치의 웜휠에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 조향장치는 자동차의 진행방향을 운전자의 의지대로 변경할 수 있도록 하기 위한 장치로서 자동차의 앞바퀴가 선회하는 회전 중심을 임의로 변경하여 운전자가 원하는 방향으로 자동차를 진행시킬 수 있도록 보조하는 장치이다.
이러한 자동차의 조향장치에 있어서 모터에 의해 조향력이 조절되는 전동식 파워 스티어링 장치(MDPS: motor-driven power steering)가 있으며, 이는 차속 센서 및 조향 토크 센서 등과 같은 각종 센서에서 감지된 차량의 운행 조건에 따라 전자 제어 장치에서 모터를 정밀하게 구동하고, 모터에서 발생한 토크가 감속기를 거쳐 조향컬럼 또는 피니언에 전달되어서 조향컬럼 및 피니언에 연결된 조향휠을 조작하는 운전자의 조향력을 돕게 된다.
이에 따라, 전동식 파워 스티어링 장치는 저속 주행시에는 가볍고 편안한 조향 상태를 제공하고, 고속 주행시에는 무겁고 안정적인 조향 상태를 제공하며, 돌발적인 비상 상황에서는 이에 대처하여 급속한 조향 운전이 가능하도록 하는 등 운전자에게 최적의 조향 조건을 유지할 수 있도록 하는 조향 성능을 제공한다.
이러한 전동식 조향장치는 장착되는 위치에 따라 여러 가지 종류로 나눠질 수 있는데, 주로 운전석의 조향휠과 차량 하부의 기어박스를 연결하는 조향축을 차체에 고정하기 위한 조향컬럼 부위, 또는 랙바와 결합되는 피니언이 내장된 기어박스 부위 등에 모터를 구비한 감속기를 설치하고, 운전자가 조작하는 조향휠의 회전력이 모터와 감속기에 의해서 랙바에 전달될 수 있도록 하는 장치이다.
상기와 같은 컬럼식 전동식 조향장치가 적용된 차량의 운행시 노면으로부터 전달되는 충격 등의 요인으로 인해 역입력 하중이 들어오거나, 기어간에 치합되어 회전력을 전달하는 구조에서는 사용 경과에 따라 회전부의 접촉부들 간에 마모가 점진적으로 발생해 특히, 웜축의 축 방향 유격이 증가함으로써 웜축과 웜휠이 맞물려 회전하는 부분에서 래틀 노이즈(Rattle Noise)가 필연적으로 발생하게 된다.
이와 같은 현상을 방지하도록 통상 래틀 스프링(Rattle Spring)을 이용하여 웜축과 웜휠간의 유격(Gap)을 없애도록 웜축쪽을 가압하여 주는 유격방지수단이 사용된다.
따라서, 종래의 컬럼식 전동식 조향장치는 상기와 같이 래틀현상을 예방하기 위한 수단을 구비하는 것이 일반적이고, 이러한 수단은 상기 웜샤프트와 웜휠기어의 유격을 보상함으로써 이루어지며, 예를 들어, 상기 웜휠 양단에 러버 구조물을 넣거나, 상기 웜휠을 틸팅시키는 구조가 적용되고 있다.
래틀 소음 방지를 위한 선행기술로는 한국 등록특허공보 제10-0645766호 "래틀 소음 방지타입 차량용 전동 스티어링 장치"(등록일자: 2006.11.06)에 개시된 바와 같이, 운전자의 조타력을 회전력으로 변환하는 모터에 의해 회전되는 웜축과 조향축에 연결된 기어박스를 작동하는 조향 파워를 전달하는 웜휠 사이에 유격 발생을 차단하는 유격방지수단이, 조향 파워를 어시스트하는 모터에 의해 회전되는 웜축의 끝단 축 부에 결합된 지지베어링과, 기어박스에 연결되는 조향축으로 회전력을 전달하도록 상기 웜축에 치합되어 회전되는 웜휠을 수용한 하우징의 내측면과 상기 지지베어링 사이의 공간으로 끼워져 웜축으로 지속적인 가압력을 가하는 테이퍼 슬라이더로 이루어진 것이다.
상기한 선행기술은 웜축에 적용된 것이며, 이와 반대로 웜휠에 적용된 다른 선행기술로는 한국 공개특허공보 제 10-2012-0137027호 "전동식 조향장치"(공개일자: 2012.12.20)에 개시된 바와 같이, 웜기어가 구비되는 웜샤프트부와, 웜기어에 외주면이 맞물려 회전되는 웜휠부와, 웜휠부의 내주면과 맞물려 회전되는 허브부와, 웜샤프트부를 회전시키는 모터부 및 허브부에 장착되어 소음을 억제하는 방진부를 포함한 것이다.
그런데 기존 웜축과 관련된 래틀방지구조는 유격방지수단을 구비하고 있으나, 웜축에 지속적인 가압력을 제공하는 방식이므로 웜축에 외부 충격이 직접 전달되어 반복적인 충격에 의해 쉽게 부품이 손상될 우려가 있다.
또한, 기존 웜휠에 마련된 래틀방지구조는 점성유체 및 커버판을 갖는 방진부를 구비하여 소음을 억제하는 구조로 되어 있으나, 이 경우에는 점성유체가 외부로 유출될 경우 오염이 될 뿐만 아니라, 정상적인 방진 기능을 상실할 우려가 있으며 수시로 점성유체를 주입해야 하는 번거로움이 있다.
한국등록특허 제10-0645766호
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 전동식 조향장치의 웜휠에 댐퍼를 삽입 배치함으로써, 요철이 심한 도로를 주행하는 경우에 조향축으로부터 웜휠을 통해 웜축으로 전달되는 하중에 대해 웜휠이 비틀림 작용을 하여 하중을 완화하는 것을 기술적 과제로 한다.
또한, 비틀림 작용에 의해 발생하는 진동을 완화하여 웜축의 웜 및 웜휠의 기어부의 변성과 마모를 줄이는 것을 기술적 과제로 한다.
위에서 언급된 본 발명의 기술적 과제 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술되거나, 그러한 기술 및 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 전동식 조향장치의 웜휠은 조향축과 결합되는 내륜; 상기 내륜의 외주 측에 배치되며, 외주면에 웜축의 웜과 치합되는 기어부가 형성되는 외륜; 및 상기 내륜 및 외륜 사이에 배치되는 댐퍼;를 포함할 수 있다.
상기 댐퍼는 복수의 철부와 복수의 요부가 교대로 배치되는 댐핑부; 및 상기 댐핑부의 철부에 양단이 연결되어 상기 내륜 및 외륜을 고정하는 고정부;를 포함할 수 있다.
상기 고정부는 일단은 상기 댐핑부의 철부의 내주면에서 내측으로 돌출되고, 타단은 인접한 철부의 내주면에 연결되는 내륜 고정부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 고정부는 일단은 상기 댐핑부의 철부의 외주면에서 외측으로 돌출되고, 타단은 인접한 철부의 외주면에 연결되는 외륜 고정부;를 포함할 수 있다.
상기 댐핑부는 내륜의 내부에 수용되도록 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 댐핑부의 철부 외주면은 내륜의 외주면과 일치되거나, 또는 상기 댐핑부의 철부의 외주면은 내륜의 외주면 내측에 이격되도록 위치될 수 있다.
상기 댐퍼는 폐쇄된 링 형상으로 형성될 수 있다.
상기 댐퍼는 금속 재질로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 전동식 조향장치의 웜휠은, 웜휠의 내륜과 외륜 사이에 댐퍼를 삽입 배치함으로써, 요철이 심한 도로를 주행하는 경우에 조향축으로부터 웜휠을 통해서 웜축으로 전달되는 하중을 웜휠이 비틀림 작용을 하여 하중을 완화할 수 있다.
또한, 비틀림 작용에 의해 발생하는 진동을 완화하여 웜휠의 변성과 마모를 줄일 수 있다.
이를 통해 웜축의 웜 및 웜휠의 기어부의 마모를 줄일 수 있고, 궁극적으로는 웜축의 웜 및 웜휠의 기어부의 마모에 의해 발생되는 래틀 노이즈(Rattle Noise)를 감소시킴으로써, 유격방지수단을 갖추지 않을 수도 있다.
본 발명에 따른 전동식 조향장치의 웜휠에 댐퍼를 삽입 배치함으로써, 요철이 심한 도로를 주행하는 경우에 조향축으로부터 웜휠을 통해 웜축으로 전달되는 하중에 대해 웜휠이 비틀림 작용을 하여 하중을 완화할 수 있다.
이를 통해 웜축의 웜과 웜휠의 기어부의 마모를 줄일 수 있고, 궁극적으로는 웜축의 웜과 웜휠의 기어부의 마모에 의해 발생되는 래틀 노이즈(Rattle Noise)를 감소시킴으로써, 유격방지수단을 갖추지 않을 수도 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전동식 조향장치의 감속기의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전동식 조향장치의 웜휠의 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 웜휠의 댐퍼의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전동식 조향장치의 웜휠의 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 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 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전동식 조향장치의 감속기의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 감속기(100)는 중간부에 웜(120)이 형성된 금속 재질의 웜축(110)이 구비되고, 웜축(110)의 양단에는 웜베어링(130)이 각각 설치되어 웜축(110)을 지지하며, 웜축(110)과 모터축(140)이 연결되어 모터(150)의 구동에 의해 웜축(110)이 회전하는 구조로 되어 있다.
감속기어로서 웜축(110)의 중간부에 형성된 웜(120)과 치합될 수 있도록 웜(120)의 외경 외측에는 웜휠(200)이 구비된다.
웜휠(200)은 운전자가 조작하는 조향휠의 회전력을 전달하는 조향축(300)에 장착되어, 모터(150)의 구동에 의해 발생하는 웜축(110)의 회전력을 조향축(300)으로 전달한다.
외부의 충격에 의해 조향축(300)이 회전력을 발생시키고 이를 웜휠(200)에 전달하면, 웜휠(200)은 조향축(300)을 통해 전달받은 회전력을 웜축(110)으로 전달한다.
웜축(110)과 웜휠(200)은 웜기어 방식으로 치합되고, 외부로부터 보호를 받기 위해서 하우징(160)의 내부에 장착된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전동식 조향장치의 웜휠의 분해사시도이다.
도 2를 참조하면, 웜휠(200)은 조향축(300)과 결합되는 내륜(210), 내륜(210)의 외주 측에 배치되며, 외주면에 웜축(110)의 웜(120)과 치합되는 기어부(231)가 형성되는 외륜(230) 및 내륜(210)과 외륜(230) 사이에 삽입 배치되는 댐퍼(220)를 포함한다.
웜축(110) 또는 조향축(300)이 웜휠(200)에 회전력을 전달하면 내륜(210) 및 외륜(230)은 일체로 회전을 하지만, 웜휠(200)에 전달되는 회전력이 갑자기 크게 발생하는 경우(예를 들어, 요철이 심한 도로를 주행하는 경우에 바퀴로부터 랙바(미도시)와 조향축(300)에 전달되는 하중이 순간적으로 증가하는 경우)에는 내륜(210)과 외륜(230) 사이에 비틀림이 발생하게 된다.
댐퍼(220)는 내륜(210)과 외륜(230) 사이에 발생하는 비틀림의 효과를 증대시키고, 이를 통해 조향축(300)에서 전달되는 회전력을 완화시켜 웜축(110)에 전달한다.
또한, 댐퍼(220)는 웜휠(220)의 비틀림의 증대로 인하여 발생하는 진동을 완화시켜 웜휠(200)의 변형과 파손을 방지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 웜휠의 댐퍼의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 댐퍼(220)는 웜휠의 회전 시 댐핑 역할을 하는 댐핑부(221), 댐퍼를 외륜과 내륜에 결합되도록 하는 고정부(226)를 포함한다.
댐핑부(221)는 전체적으로 폐쇄된 링 형상으로 형성된다. 댐핑부(221)는 소정의 탄성력을 갖는 금속 재질로 형성되며, 전체적으로 반복된 요철 구조를 갖는다. 즉, 댐핑부(221)는 복수의 철부(凸部)(222)와 요부(凹部)(223)가 링 형태로 상호 연결되어 형성된다.
고정부(226)는 댐퍼(220)와 내륜(210)을 결합하는 내륜 고정부(227) 및 댐퍼(220)와 외륜(230)을 결합하는 외륜 고정부(228)를 포함한다. 내륜 고정부(227)와 외륜 고정부(228)는 서로 지그재그 형태로 연결될 수 있다.
내륜 고정부(227)는 내륜의 내부에 수용되어 댐핑부(221)의 철부(222)와 철부(222) 사이를 연결한다. 즉, 내륜 고정부(227)는 그 양단이 각각 절곡될 수 있고, 각각의 양단은 어느 하나의 철부와 이에 인접하는 다른 철부에 연결된다. 내륜 고정부(227)는 도 3을 참고하면 대략 “└┘” 형태의 단면을 가질 수 있다. 예컨대, 내륜 고정부(227)의 일단은 댐핑부(221)의 어느 하나의 철부(222)의 내주면(225)에서 내측(조향축 방향)으로 돌출되고, 타단은 인접한 철부(222)의 내주면에 연결된다. 이때, 내륜 고정부(227)는 댐핑부(221)의 요부(凹)(223)의 내주면과 유격 배치될 수 있다.
외륜 고정부(228)는 내륜의 외측에 배치되어 댐핑부(221)의 철부(222)와 철부(222) 사이를 연결한다. 즉, 외륜 고정부(228)는 그 양단이 각각 절곡될 수 있고, 각각의 양단은 어느 하나의 철부와 이에 인접하는 다른 철부에 연결된다. 외륜 고정부(228)는 도 3을 참고하면 대략 “┌┐” 형태의 단면을 가질 수 있다. 예컨대, 외륜 고정부(228)의 일단은 댐핑부(221)의 어느 하나의 철부(凸)(222)의 외주면(224)에서 외측(웜축 방향)으로 돌출되고, 타단은 인접한 철부(222)의 외주면에 연결된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전동식 조향장치의 웜휠의 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 댐퍼(220)는 내륜(210)과 외륜(230) 사이에 삽입 배치되고, 내륜 고정부(227)는 내륜(210)과 결합되고, 외륜 고정부(228)는 외륜(220)과 결합된다.
댐퍼(220)의 댐핑부(221)는 내륜(210)의 내부에 수용되도록 형성될 수 있다. 즉, 철부(222)의 외주면이 내륜(210)의 외주면과 일치되거나 또는 철부(222)의 외주면이 내륜(210)의 외주면 내측에 이격되도록 위치될 수 있다.
내륜(210)은 댐퍼(220)를 수용하도록 사출 방식으로 형성될 수 있고, 외륜(230)은 댐퍼(220)가 수용된 내륜(210)의 외측에 사출 방식으로 형성될 수 있다.
이러한 댐퍼(220)는 내륜(210) 및 외륜(230) 사이에서 비틀림 작용을 하는 스프링 역할과 비틀림에 의해 발생하는 진동을 완충하는 역할을 한다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 전동식 조향장치의 웜휠(200)은 웜휠(200)의 내륜(210)과 외륜(230) 사이에 댐퍼(220)를 삽입 배치함으로써, 요철이 심한 도로를 주행하는 경우에 조향축(300)으로부터 웜휠(200)을 통해서 웜축(110)으로 전달되는 하중을 웜휠(200)이 비틀림 작용을 하여 하중을 완화할 수 있다.
또한, 비틀림 작용에 의해 발생하는 진동을 완화하여 웜축(110)의 웜(120) 및 웜휠(200)의 기어부(231)의 변성과 마모를 줄일 수 있다.
이를 통해 웜축(110)의 웜(120)과 웜휠(200)의 기어부(231)의 마모를 줄일 수 있고, 궁긍적으로는 웜축(110)의 웜(120)과 웜휠(200)의 기어부(231)의 마모에 의해 발생되는 래틀 노이즈(Rattle Noise)를 감소시킴으로써, 유격방지수단을 갖추지 않을 수도 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 전동식 조향장치의 감속기 110: 웜축
120: 웜 130: 웜베어링
140: 모터축 150: 모터
160: 하우징 200: 웜휠
210: 내륜 220: 댐퍼
221: 댐핑부 222: 철부
223: 요부 224: 철부의 외주면
225: 철부의 내주면 226: 고정부
227: 내륜 고정부 228: 외륜 고정부
230: 외륜 231: 기어부

Claims (9)

  1. 조향축과 결합되는 내륜;
    상기 내륜의 외주 측에 배치되며, 외주면에 웜축의 웜과 치합되는 기어부가 형성되는 외륜; 및
    상기 내륜 및 외륜 사이에 배치되는 댐퍼를 포함하며,
    상기 댐퍼는,
    복수의 철부와 복수의 요부가 교대로 배치되는 댐핑부; 및
    상기 댐핑부의 철부에 양단이 연결되어 상기 내륜 및 외륜을 고정하는 고정부;
    를 포함하는 전동식 조향장치의 웜휠.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고정부는,
    일단은 상기 댐핑부의 어느 하나의 철부의 내주면에서 내측으로 돌출되고, 타단은 인접한 철부의 내주면에 연결되는 내륜 고정부;
    를 포함하는 전동식 조향장치의 웜휠.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고정부는,
    일단은 상기 댐핑부의 어느 하나의 철부의 외주면에서 외측으로 돌출되고, 타단은 인접한 철부의 외주면에 연결되는 외륜 고정부;
    를 포함하는 전동식 조향장치의 웜휠.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 댐핑부는 내륜의 내부에 수용되도록 형성되는 전동식 조향장치의 웜휠.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 댐핑부의 철부 외주면은 내륜의 외주면과 일치되는 전동식 조향장치의 웜휠.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 댐핑부의 철부의 외주면은 내륜의 외주면 내측에 이격되도록 위치되는 전동식 조향장치의 웜휠.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 댐퍼는 폐쇄된 링 형상으로 형성되는 전동식 조향장치의 웜휠.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 댐퍼는 금속 재질로 형성되는 전동식 조향장치의 웜휠.
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