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KR101195466B1 - 전동식 파워 스티어링 장치의 모터 커플링 - Google Patents

전동식 파워 스티어링 장치의 모터 커플링 Download PDF

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KR101195466B1
KR101195466B1 KR1020120022374A KR20120022374A KR101195466B1 KR 101195466 B1 KR101195466 B1 KR 101195466B1 KR 1020120022374 A KR1020120022374 A KR 1020120022374A KR 20120022374 A KR20120022374 A KR 20120022374A KR 101195466 B1 KR101195466 B1 KR 101195466B1
Authority
KR
South Korea
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bushing
motor
output shaft
outer bushing
inner bushing
Prior art date
Application number
KR1020120022374A
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English (en)
Inventor
김영주
이영두
손중락
서보민
정명철
Original Assignee
한국델파이주식회사
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Publication date
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Abstract

모터 커플링은 전동식 파워 스티어링 장치의 모터 출력 샤프트와 웜 샤프트를 연결하며, 아웃터 부싱(outer bushing), 상기 아웃터 부싱 내측에 배치되는 인너 부싱(inner bushing), 그리고 상기 아웃터 부싱과 상기 인너 부싱 사이에 형성되는 러버 층을 포함한다. 상기 아웃터 부싱과 상기 인너 부싱 중 어느 하나에는 홈(groove)이 형성되고 다른 하나에는 상기 홈에 삽입되도록 돌출되는 러그(lug)가 형성되고, 상기 러버 층은 상기 러그가 상기 홈에 삽입되어 배치되는 상태에서 상기 홈과 상기 러그 사이의 공간을 채우도록 형성된다.

Description

전동식 파워 스티어링 장치의 모터 커플링{Motor coupling of electric power steering apparatus}
본 발명은 차량의 전동식 파워 스티어링 장치의 모터 커플링에 관한 것이다.
모터의 구동력을 이용하여 차량의 조향력을 어시스트(assist)하는 전동식 파워 스티어링 장치가 알려져 있다. 전동식 파워 스티어링 장치 중 스티어링 칼럼(steering column)과 같은 스티어링 샤프트(steering shaft)에 모터의 구동력이 전달되도록 하여 조향력을 보조하는 칼럼 타입의 전동식 파워 스티어링 장치가 소개된 바 있다.
전동식 파워 스티어링 장치는 차속 센서, 조향 토크 센서 등 차량의 운행 조건에 따라 모터를 구동하여 조향력을 보조하고 조향감을 향상시킬 수 있도록 작용하는 것이 일반적이다.
칼럼 타입의 전동식 파워 스티어링 장치는 모터의 출력 샤프트에 연결되는 샤프트에 웜 기어를 설치하고 스티어링 샤프트에 웜 휠을 설치하여 양자가 서로 기어 치합되도록 함으로써 모터의 구동력이 스티어링 샤프트에 전달될 수 있도록 한다. 이때 모터의 출력 샤프트와 웜 기어가 형성된 샤프트(즉 웜 샤프트)는 모터 커플링(motor coupling)을 통해서 서로 연결된다. 즉, 모터 커플링은 모터의 어시스트 토크를 웜 샤프트에 전달하는 중간 매개자 역할을 한다.
그러나 종래의 모터 커플링은, 스티어링 휠의 방향이 급격하게 전환되는 경우, 그 관성으로 인하여 반응이 지연되어 운전자의 조향 의지에 따라 조향 보조력이 즉각적으로 추종되지 못하는 문제가 있었다.
또한 종래의 모터 커플링은 모터 출력 샤프트와 웜 샤프트를 연결하는 중간 매개자로서 양 샤프트의 동축 공차를 충분히 흡수하지 못하여 공차에 의한 진동 및 소음 발생, 내구성 저하 등을 일으키는 문제가 있었다.
나아가 모터 커플링이 모터에서 발생하는 진동 및 웜 샤프트에서 역 방향으로 전달되는 진동 및 충격력을 보다 잘 흡수해야 할 필요가 있으며, 급격한 충격력 전달 및 관련 부품의 내구성 저하로 인한 모터 커플링의 파손을 위한 기계적인 안전 장치가 요구되고 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 스티어링 휠의 급격한 전환이 있는 경우에도 신속히 추종되는 조향 보조력의 형성이 가능하도록 하며, 소음 및 진동 발생의 최소화, 향상된 내구성 등이 가능한 전동식 피워 스티어링 장치의 모터 커플링을 제공하는 것이다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 한 실시예에 따른 모터 커플링은 전동식 파워 스티어링 장치의 모터 출력 샤프트와 웜 샤프트를 연결하며, 아웃터 부싱(outer bushing), 상기 아웃터 부싱 내측에 배치되는 인너 부싱(inner bushing), 그리고 상기 아웃터 부싱과 상기 인너 부싱 사이에 형성되는 러버 층을 포함한다. 상기 아웃터 부싱은 일측 단에서 축 방향으로 함몰되어 형성되는 홈(groove)을 구비하고, 상기 인너 부싱은 일측 단에서 반경 방향 외측으로 돌출되어 상기 홈에 삽입되는 러그(lug)를 구비하며, 상기 러버 층은 상기 러그가 상기 홈에 삽입되어 배치되는 상태에서 인서트 몰딩(insert molding)에 의해 상기 아웃터 부싱과 상기 인너 부싱 사이의 공간 및 상기 홈과 상기 러그 사이의 공간을 채우도록 형성된다.
상기 홈은 상기 아웃터 부싱에 형성될 수 있고, 상기 러그는 상기 인너 부싱에 형성될 수 있다.
상기 홈은 상기 아웃터 부싱의 일측 단에서 축 방향으로 함몰되어 형성될 수 있고, 상기 러그는 상기 인너 부싱의 일측 단에서 반경 방향 외측으로 돌출되어 상기 홈에 삽입될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 모터 커플링은 상기 아웃터 부싱의 양측 중 상기 모터 출력 샤프트가 연결되는 쪽에 체결되는 모터 출력 샤프트 인너 부싱을 더 포함할 수 있으며, 상기 모터 출력 샤프트 인너 부싱은 상기 아웃터 부싱보다 강도가 큰 재질로 형성될 수 있다.
상기 모터 출력 샤프트 인너 부싱은 소결 금속(powder metal) 제작 방식 또는 압입 방식으로 상기 아웃터 부싱에 체결될 수 있다.
상기 아웃터 부싱의 내주면 및 상기 인너 부싱의 외주면에는 세레이션(serration)이 형성될 수 있고, 상기 러버 층은 상기 세레이션에 치합되는 상태로 형성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 아웃터 부싱과 인너 부싱에 홈과 러그가 각각 형성되고 그 사이에 러버 층이 채워짐으로써, 큰 충격력이 전달되는 경우에도 홈과 러그의 기계적 작용에 의한 스톱퍼 기능이 구현되어 모터 커플링의 파손이 방지될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모터 커플링이 적용될 수 있는 파워 스티어링 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 절개한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 모터 커플링의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 모터 커플링의 측면도이다.
도 5는 도 4의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 절개한 단면도이다.
도 6은 도 5의 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 절개한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터 커플링의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 모터 커플링의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 모터 커플링의 측면도이다.
도 10은 도 9의 Ⅴ-Ⅴ선을 따라 절개한 단면도이다.
이하에서 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 모터 커플링이 적용되는 전동식 파워 스티어링 장치는 모터의 동력을 이용하여 조향 보조력(steering assist torque)를 제공하는 장치이다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 모터 커플링(100)이 적용될 수 있는 전동식 파워 스티어링 장치에 대해서 개략적으로 설명한다.
전동식 파워 스티어링 장치는 웜 기어(worm gear)(11)가 구비되는 웜 샤프트(worm shaft)(10)를 구비한다. 웜 샤프트(10)는 모터(20)의 출력 샤프트(21)와 일체로 회전하도록 모터 커플링(100)을 통해서 출력 샤프트(21)에 연결된다.
모터(20)는 전자 제어 유닛(ECU, 도시되지 않음)의 제어 신호에 의해 작동이 제어될 수 있으며, 전자 제어 유닛은 조향 토크(torque)를 검출하는 조향 토크 센서, 조향각을 검출하는 조향각 센서, 그리고 차속을 검출하는 차속 센서의 신호를 기초로 모터(20)를 제어하기 위한 제어신호를 생성하여 출력할 수 있다. 조향 토크, 조향각, 차속 등을 기초로 조향 보조력을 제공하는 모터(20)를 제어하는 것은 종래에 알려진 방식으로 이루어질 수 있기 때문에 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
웜 샤프트(10)의 웜 기어(11)는 스티어링 샤프트(steering shaft)(1)에 결합되어 있는 웜 휠(worm wheel)(3)에 치합됨으로써 모터(20)의 구동력이 웜 샤프트(10)를 통해서 웜 훨(3)로 전달되고 그 결과 스티어링 샤프트(1)로 조향 보조력이 전달될 수 있다. 웜 및 웜 휠 방식의 감속기 구조의 채택에 의해 조향 보조력을 증대시킬 수 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 웜 샤프트(10)는 하우징(housing)(40) 내에 배치될 수 있다. 이를 위해 하우징(40) 내에는 관통공이 구비되며, 웜 샤프트(10)가 하우징(40)의 관통공에 회전 가능하게 설치된다. 그리고 하우징(40)의 일측에는 모터(20)가 고정되며, 모터(20)의 출력 샤프트(21)가 하우징(40) 내부로 유입되어 웜 샤프트(10)에 체결될 수 있다. 한편, 하우징(40)은 스티어링 샤프트(1)의 일부 및 웜 휠(3)을 수용할 수 있는 형태로 형성될 수 있다. 즉, 웜 휠(3)과 웜 샤프트(10)가 하우징(40) 내에서 서로 체결된 상태로 배치될 수 있다.
웜 샤프트(10)는 웜 기어(11)의 양측에 각각 배치되는 한 쌍의 지지 베어링(50, 60)에 의해 회전 가능하게 지지될 수 있다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 모터 커플링에 대해 구체적으로 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 모터 커플링(100)은 웜 샤프트(10)와 모터 출력 샤프트(21)를 동심으로 연결한다.
모터 커플링(100)은 아웃터 부싱(outer bushing)(110)과 인너 부싱(inner bushing)(120)을 포함한다. 인너 부싱(120)은 아웃터 부싱(110)의 내측에 배치된다.
예시적으로, 아웃터 부싱(110)은 축 방향(즉, 모터 출력 샤프트와 웜 샤프트의 축 방향)을 따라 통공 또는 함몰부가 구비될 수 있다.
아웃터 부싱(110)과 인너 부싱(120)은 각각 금속 재질로 형성될 수 있으며, 아웃터 부싱(110)에는 모터 출력 샤프트(21)와의 체결을 위한 부분이 구비될 수 있으며 인너 부싱(120)에는 웜 샤프트(10)와의 체결을 위한 부분이 구비될 수 있다. 예를 들어, 도 5를 참조하면, 아웃터 부싱(110)의 일측에는 모터 출력 샤프트(21)가 삽입되어 체결될 수 있는 함몰부(111)가 구비될 수 있으며, 인너 부싱(120)의 일측에는 웜 샤프트(10)가 삽입되어 체결될 수 있는 함몰부(121)가 구비될 수 있다. 이때, 예를 들어, 모터 출력 샤프트(21)는 압입 방식(press fitting) 또는 슬라이딩 방식(sliding fitting)으로 아웃터 부싱(110)의 함몰부(111)에 삽입되어 체결될 수 있으며, 체결력의 향상을 위해 아웃터 부싱(110)의 함몰부(111)를 형성하는 내주면에 세레이션(serration)(112)이 형성될 수 있다. 그리고 웜 샤프트(10)는 슬라이딩 방식으로 인너 부싱(120)의 함몰부(121)에 삽입되어 체결될 수 있으며, 체결력의 향상을 위해 인너 부싱(120)의 함몰부(121)를 형성하는 내주면에 세레이션(122)이 형성될 수 있다.
아웃터 부싱(110)과 인너 부싱(120) 사이에는 러버(rubber) 층(130)이 형성되다. 예를 들어, 러버 층(130)은 충격 및 진동 흡수 특성이 양호한 러버 재질로 형성될 수 있다.
아웃터 부싱(110)와 인너 부싱(120) 중 어느 하나에는 홈(groove)(113)이 형성되고 다른 하나에는 홈(110)에 삽입되도록 돌출되는 러그(lug)(123)이 형성된다. 도면에는 아웃터 부싱(110)에 홈(113)이 형성되고 인너 부싱(120)에 러그(123)가 형성되는 경우가 예시적으로 도시되어 있으나, 홈이 인너 부싱(120)에 형성되고 러그가 아웃터 부싱(110)에 형성되도록 무방하다.
이때, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 러버 층(130)은 러그(123)가 홈(113)에 삽입된 상태에서 홈(113)과 러그(123) 사이의 공간을 채우도록 형성된다.
홈(113)과 러그(123)의 형상을 좀 더 구체적으로 살펴 보면, 홈(113)은 아웃터 부싱(110)의 일측 단에서 축 방향(도 3에서 좌우 방향)으로 함몰되어 형성되고, 러그(123)는 인너 부싱(120)의 일측 단에서 반경 외측 방향(도 4 및 도 5에서 상하 방향)으로 돌출되어 홈(113)에 삽입된다.
그리고 러버 층(130)은 아웃터 부싱(110)과 인너 부싱(120) 사이의 공간에 형성되는 제1 부분(131), 그리고 러그(123) 주위의 홈(113)의 공간을 채우는 제2 부분(132)을 포함할 수 있다. 이때, 러버 층(130)은 러그(123)가 홈(113)에 삽입된 상태에서 인서트 몰딩(insert molding) 방식으로 형성될 수 있다.
한편, 도 3 내지 도 5를 참조하면, 러그(123)는 홈(113)을 형성하는 면(113a, 113b, 113c)로부터 모두 이격되도록 형성되고, 러그(123)와 홈(113)을 형성하는 면(113a, 113b, 113c) 사이에 러브 층(130)이 채워지도록 형성된다. 이에 따라 아웃터 부싱(110)과 인너 부싱(120)이 직접 부딪히는 것을 방지하여 충격 완충 효과를 높일 수 있다. 특히 아웃터 부싱(110)과 인너 부싱(120) 사이에 러버 층(130)만이 개재되어 토크 전달 및 충격 전달 시에 완충 작용을 하는 것이 아니라, 아웃터 부싱(110)와 인너 부싱(120) 사이에 러버 층(130)이 개재되어 충격 완충 작용을 함과 동시에 아웃터 부싱(110)의 홈(113)에 인너 부싱(120)의 러그(123)가 삽입되어 있는 구조를 갖기 때문에 러버 재질보다 강성이 더 큰 재질에 의한 기계적 안전 장치가 구비되는 것이며 이러한 기계적 안전 장치에 의해 큰 충격력이 발생한 경우 아웃터 부싱(110)와 인너 부싱(120)가 일정 크기 이상으로 상대 회전하는 것을 막을 수 있는 스톱퍼(stopper) 기능이 구현되므로 큰 충격력 또는 관련 부품의 내구성 저하로 인한 모터 커플링(100)의 파손을 효과적으로 방지할 수 있다.
한편, 도 6을 참조하면, 아웃터 부싱(110)의 내주면(115)과 인너 부싱(120)의 외주면(125)에는 각각 세레이션(116, 126)이 형성될 수 있으며, 러버 층(130)은 이들 세레이션(116, 126)에 치합되는 상태로 형성될 수 있다. 이러한 구조에 의해 러버 층(130)과 아웃터 부싱(110) 및 인너 부싱(120) 사이의 접착력을 높여 토크 전달 특성이 개선될 수 있으며 내구 수명이 향상될 수 있다.
이하에서, 도 7을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터 커플링에 대해서 설명한다. 위에서 설명한 실시예에 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하며 중복되는 부분에 대한 설명은 생략한다.
도 7을 참조하면, 아웃터 부싱(210)의 양측 중 모터 출력 샤프트(21)가 연결되는 쪽에 체결되는 모터 출력 샤프트 인너 부싱(300)이 더 구비된다. 모터 출력 샤프트 인너 부싱(300)은 아웃터 부싱(210)보다 강도가 큰 재질로 형성될 수 있다.
그리고 모터 출력 샤프트 인너 부싱(300)은 소결 금속(powder metal) 제작 방식 또는 압입 방식으로 아웃터 부싱(210)에 체결될 수 있다. 이 실시예에서는 아웃터 부싱(210)이 모터 출력 샤프트(21)에 직접 체결되는 것이 아니라, 강도가 더 큰 재질로 형성되는 모터 출력 샤프트 인너 부싱(300)을 아웃터 부싱(210)에 형성한 후 여기에 모터 출력 샤프트(21)를 연결하는 것이다. 이에 따라 내구성 향상 등이 도모될 수 있다.
이하에서, 도 8 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 모터 커플링에 대해서 설명한다. 위에서 설명한 실시예에 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하며 중복되는 부분에 대한 설명은 생략한다.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 본 실시예에 따르면, 아웃터 부싱(310)에는 축 방향(도 10에서 좌우 방향)을 따라 관통공이 형성되는 튜브 또는 관 형태로 형성된다. 그리고 아웃터 부싱(310)의 관통공의 일측에는 모터 출력 샤프트(21)와의 체결을 위한 모터 출력 샤트프 인너 부싱(301)이 구비되고, 다른 일측에는 웜 샤프트(10)와의 체결을 위한 인너 부싱(320)이 체결된다.
웜 샤프트 인너 부싱(320)과 아웃터 부싱(310) 사이에는 러버 층(130)이 형성되며, 아웃터 부싱(310)의 홈(311) 및 인너 부싱(320)의 러그(321)는 위에서 설명한 실시예에서와 동일하게 형성될 수 있다.
그리고 모터 출력 샤프트 인너 부싱(301)은 소결 금속 제작 방식 또는 압입 방식으로 아웃터 부싱(310)에 고정될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.
1: 스티어링 샤프트 3: 웜 휠
10: 웜 샤프트 11: 웜 기어
20: 모터 21: 모터 출력 샤프트
100: 모터 커플링
110, 210, 310: 아웃터 부싱
120, 220, 320: 인너 부싱
300, 301: 모터 출력 샤프트 인너 부싱
111: 홈(groove)
123, 321: 러그(lug)

Claims (6)

  1. 전동식 파워 스티어링 장치의 모터 출력 샤프트와 웜 샤프트를 연결하는 모터 커플링으로서,
    아웃터 부싱(outer bushing),
    상기 아웃터 부싱 내측에 배치되는 인너 부싱(inner bushing), 그리고
    상기 아웃터 부싱과 상기 인너 부싱 사이에 형성되는 러버 층을 포함하며,
    상기 아웃터 부싱은 일측 단에서 축 방향으로 함몰되어 형성되는 홈(groove)을 구비하고,
    상기 인너 부싱은 일측 단에서 반경 방향 외측으로 돌출되어 상기 홈에 삽입되는 러그(lug)를 구비하며,
    상기 러버 층은 상기 러그가 상기 홈에 삽입되어 배치되는 상태에서 인서트 몰딩(insert molding)에 의해 상기 아웃터 부싱과 상기 인너 부싱 사이의 공간 및 상기 홈과 상기 러그 사이의 공간을 채우도록 형성되는 모터 커플링.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에서,
    상기 아웃터 부싱의 양측 중 상기 모터 출력 샤프트가 연결되는 쪽에 체결되는 모터 출력 샤프트 인너 부싱을 더 포함하며,
    상기 모터 출력 샤프트 인너 부싱은 상기 아웃터 부싱보다 강도가 큰 재질로 형성되는 모터 커플링.
  5. 제4항에서,
    상기 모터 출력 샤프트 인너 부싱은 소결 금속(powder metal) 제작 방식 또는 압입 방식으로 상기 아웃터 부싱에 체결되는 모터 커플링.
  6. 제1항에서,
    상기 아웃터 부싱의 내주면 및 상기 인너 부싱의 외주면에는 세레이션(serration)이 형성되고,
    상기 러버 층은 상기 세레이션에 치합되는 상태로 형성되는 모터 커플링.
KR1020120022374A 2012-03-05 2012-03-05 전동식 파워 스티어링 장치의 모터 커플링 KR101195466B1 (ko)

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