KR100988215B1

KR100988215B1 - 전위기어를 이용하는 하모닉 감속기

Info

Publication number: KR100988215B1
Application number: KR1020080059800A
Authority: KR
Inventors: 조창현; 김문상
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2008-06-24
Filing date: 2008-06-24
Publication date: 2010-10-18
Also published as: WO2009157607A1; KR20100000342A; US20110088496A1; US8656800B2

Abstract

본 발명에 따른 하모닉 감속기는 복수 개의 내접 기어; 상기 각 내접 기어에 맞물리는 치를 외주면에 구비하고, 상기 내접 기어의 피치원주 길이보다 작은 피치원주 길이를 가지는 띠형 가요성 기어; 및 상기 가요성 기어의 내측에 설치되어 회전하면서 상기 가요성 기어를 변형시켜 복수의 하모닉 운동을 발생시키는 파동 발생부를 포함한다. 또한, 상기 가요성 기어는 상기 복수 개의 내접 기어에 일체로 맞물리게 형성되어, 상기 복수의 하모닉 운동을 중첩시키며, 상기 복수 개의 내접 기어 및 상기 가요성 기어 중 하나 이상이 전위 기어로 이루어진다.

하모닉, 감속, 중첩, 전위

Description

전위기어를 이용하는 하모닉 감속기 {HARMONIC DRIVE USING PROFILE SHIFTED GEAR}

본 발명은 하모닉 감속기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가요성 기어를 이용하여 액추에이터를 감속시키는 하모닉 감속기에 관한 것이다.

일반적으로 하모닉 감속기는 기본적으로 원통형의 내접 기어, 컵 형태의 가요성 기어 및 파동 발생기로 구성되어 있다. 파동 발생기는 통상 타원 형상을 이루며 상기 가요성 기어의 내측에 설치된다. 상기 파동 발생기가 장착된 가요성 기어는 상기 내접 기어의 내주면에 설치된다. 일반적으로 내접 기어 내주면과 가요성 기어 외주면에는 치형이 가공되어 미끌림이 발생되지 않도록 구성된다.

이러한 하모닉 감속기에서 내접 기어를 고정시키고, 파동 발생기를 회전시키면 가요성 기어와 내접 기어의 원주 길이 차이로 인하여 미세한 회전이 가요성 기어에서 발생하며 이를 하모닉 운동이라 한다. 이와 같은 하모닉 운동을 이용한 것이 바로 하모닉 감속기인 것이다.

상기한 하모닉 운동이 가능하려면 컵 형태의 가요성 기어에서, 컵의 입구에 해당되는 부분은 유연해야 하고, 가요성 기어의 출력을 만들기 위해서는 컵의 바닥에 해당되는 부분은 단단해야 한다. 즉, 하나의 부품에서 서로 다른 물리적인 성질을 요하게 되며, 이로 인해 설계 및 제작 시 많은 어려움이 따른다. 예를 들면, 컵의 길이를 줄이는데 한계가 있어 감속기의 크기가 커지는 부담이 있다.

이러한 문제를 극복하기 위해 띠형의 가요성 기어를 적용한 하모닉 감속기가 개발되었다. 띠형의 가요성 기어의 회전을 유효한 출력으로 만들기 위해서는 가요성 기어와 추가적으로 맞물리는 추가의 내접 기어가 필요하며, 이때 추가의 내접 기어는 띠형의 가요성 기어와 동일한 잇수를 갖게 설계되어 추가의 내접 기어와 띠형의 가요성 기어 사이의 상대 회전 운동이 발생하지 않도록 한다.

그러나, 띠형의 가요성 기어는 타원형상인 파동 발생기에 의해 변형되므로 추가의 내접 기어와 띠형태의 가요성 기어 사이의 반경방향 상대운동이 발생한다. 즉, 타원 형상의 파동 발생기의 장축과 단축의 차이만큼의 상대운동이 발생하며, 이러한 상대운동에 의해 백래쉬가 발생하는 문제점이 있다.

띠 형태의 가요성기어를 적용한 하모닉 감속기 중에 이중 하모닉 운동을 이용한 하모닉 감속기가 있으나, 가요성 기어에 복수 개의 서로 다른 피치 지름을 갖는 치열 구성이 필요하여 제작상 많은 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 제작이 용이할 뿐만 아니라 이물림률을 개선하여 동력전달 특성이 향상되며, 이중의 하모닉 운동을 중첩시킬 수 있는 하모닉 감속기를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 하모닉 감속기는 복수 개의 내접 기어; 상기 각 내접 기어에 맞물리는 치를 외주면에 구비하고, 상기 내접 기어의 피치원주 길이보다 작은 피치원주 길이를 가지는 띠형 가요성 기어; 및 상기 가요성 기어의 내측에 설치되어 회전하면서 상기 가요성 기어를 변형시켜 복수의 하모닉 운동을 발생시키는 파동 발생부를 포함한다. 또한, 상기 가요성 기어는 상기 복수 개의 내접 기어에 일체로 맞물리게 형성되어, 상기 복수의 하모닉 운동을 중첩시키며, 상기 복수 개의 내접 기어 및 상기 가요성 기어 중 하나 이상이 전위 기어로 이루어진다.

또한, 상기 복수 개의 내접 기어 중 하나 이상은 전위 치를 구비하는 전위 기어로 이루어지고, 상기 가요성 기어는 상기 복수 개의 내접 기어에 맞물리는 단일의 표준 치를 구비하는 표준 기어로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 복수 개의 내접 기어는 동일한 피치 지름의 표준 치를 각각 구비하는 표준 기어로 이루어지고, 상기 가요성 기어는 상기 각 내접 기어의 표준 치에 맞물리는 하나 이상의 전위 치를 구비할 수 있다.

또한, 상기 복수 개의 내접 기어 및 상기 가요성 기어의 모든 치가 전위 치로 이루어질 수 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 하모닉 감속기는 동일 중심으로 평행하게 배치되는 복수 개의 외접 기어; 상기 복수 개의 각 외접 기어와 맞물리는 치를 내주면에 구비하고, 상기 외접 기어의 피치원주 길이보다 큰 피치원주 길이를 가지는 띠형 가요성 기어; 및 상기 가요성 기어의 외주면을 부분적으로 가압하면서 회전하여 상기 외접 기어와 상기 가요성 기어의 맞물림을 발생시키는 파동 발생부를 포함한다. 여기서, 상기 복수 개의 외접 기어 및 상기 가요성 기어 중 하나 이상은 전위 기어로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 복수 개의 외접 기어 중 하나 이상은 전위 치를 구비하는 전위 기어로 이루어지고, 상기 가요성 기어는 상기 복수 개의 외접 기어에 맞물리는 단일의 표준 치를 구비하는 표준 기어로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 복수 개의 외접 기어는 동일한 피치 지름의 표준 치를 각각 구비하는 표준 기어로 이루어지고, 상기 가요성 기어는 상기 각 외접 기어의 표준 치에 맞물리는 하나 이상의 전위 치를 구비할 수 있다.

또한, 상기 복수 개의 외접 기어 및 상기 가요성 기어의 모든 치가 전위 치로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 파동 발생부는, 상기 가요성 기어의 외주면을 구르면서 회전하는 복수 개의 니들 롤러; 상기 외접 기어의 양측에 설치되어 상기 니들 롤러를 연결하 는 연결 스프로킷; 및 상기 니들 롤러의 반대 측에 회전 밸런싱을 위해 설치된 무게 추를 포함할 수 있다.

또한, 상기 파동 발생부는, 상기 가요성 기어의 외주면을 구르면서 회전하는 복수 개의 볼; 상기 볼이 구속되는 홈을 내주면에 구비하는 하우징부; 상기 외접 기어의 양측에 설치되어 상기 하우징부를 연결하는 연결 스프로킷; 및 상기 하우징부의 반대 측에 회전 밸런싱을 위해 설치된 무게 추를 포함할 수 있다.

또한, 상기 파동 발생부는, 상기 가요성 기어의 외주면을 가압하면서 슬라이딩하는 면접촉부; 상기 외접 기어의 양측에 설치되어 상기 면접촉부를 연결하는 연결 스프로킷; 및 상기 면접촉부의 반대측에 회전 밸런싱을 위한 무게 추를 포함할 수 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 하모닉 감속기는, 동일 중심으로 평행하게 배치되는 복수 개의 외접 기어; 상기 복수 개의 각 외접 기어와 맞물리는 치를 내주면에 구비하며, 상기 외접 기어의 피치원주 길이보다 큰 피치원주 길이를 가지는 띠형 가요성 기어; 및 상기 가요성 기어의 내측에서 상기 외접 기어와 소정간격을 유지하면서 회전하여, 상기 외접 기어와 상기 가요성 기어의 맞물림을 발생시키는 파동 발생부를 포함하며, 상기 복수 개의 외접 기어 및 상기 가요성 기어 중 하나 이상이 전위 기어로 이루어진다.

본 발명에 따른 이중 하모닉 감속기에 따르면, 가요성 기어는 전위기어의 사용으로 인하여 두께를 최소화할 수 있으므로 가요성 기어의 변형시 발생하는 에너지의 손실을 최소화하여 동력전달의 효율을 높일 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 하모닉 감속기는 띠형의 가요성 기어와 외접기어 간의 이물림율을 개선하여 동력전달 특성을 향상시켜 고감속비를 얻을 수 있으며, 이중의 하모닉 운동을 중첩시켜 다양한 감속비를 얻을 수 있고, 백래쉬를 제거할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 하모닉 감속기는 가요성 기어, 외접 기어 및 연결 스프로킷를 몰드에 의해 성형이 가능하므로, 대량 생산시 제작단가를 감소시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 하모닉 감속기를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 하모닉 감속기의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 하모닉 감속기의 단면도이다.

도 1을 참고하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 하모닉 감속기(100)는 복수 개의 원통형 내접 기어(110), 가요성 기어(120) 및 파동 발생부(130)를 포함한다.

내접 기어(110)는 병렬적으로 배치되는 제1 내접 기어(111)와 제2 내접 기어(112)로 이루어지며, 그 내주면에는 각각 제1 내접 치(齒)(113)와 제2 내접 치(齒)(114)가 형성된다. 여기서, 제1 내접 치(113)는 전위 치로 이루어지고, 제2 내접 치(114)는 표준 치로 이루어진다. 이에 따라, 제1 내접 기어(111)와 제2 내접 기어(112)는 동일 모듈로 구성되는 경우, 동일 피치 지름에 서로 다른 잇수를 가지게 된다. 만약. 표준 치형으로 구성된 제1 내접 기어(111)와 제2 내접 기어(112)가 각각 100과 102의 잇수를 갖는다고 가정하고, 제1 내접 기어(111)와 제2 내접 기어(112)를 동일 모듈로 구성하고자 한다면, 제1 내접 기어(111)와 제2 내접 기어(112)는 서로 다른 피치원 지름을 갖게 된다. 그러나, 본 발명의 실시예를 따르면, 내접 기어중 하나를 피치원 반지름 차에 맞춰 전위시키면 각각의 내접 기어는 표준 치형의 잇수를 그대로 유지한 채 동일한 피치원 지름을 갖게 된다.

가요성 기어(120)는 상기 제1 내접 치(113)와 제2 내접 치(114)에 맞물리는 단일의 외접 치(121)를 외주면에 일체로 구비하고 있다. 여기서, 외접 치(121)는 표준 치로 이루어진다. 가요성 기어(120)의 피치원주 길이는 상기 내접 기어(110)의 피치원주 길이보다 작다.

또한, 가요성 기어(120)는 일례로 띠 형태로 이루어지며, 고무, 합성고무, 합금, 플라스틱 등 탄성을 가지는 재질로 이루어진다. 따라서, 가요성 기어(120)는 후술할 파동 발생부(130)의 회전에 의해 변형하면서 회전하게 된다.

파동 발생부(130)는 입력축(131)에 고정되는 타원 형상의 캠(132) 및 캠(132)의 외주면에 장착되는 베어링부(133)로 구성된다. 베어링부(133)는 도시된 바와 같이, 한 쌍으로 분리되어 형성될 수 있으나, 서로 일체로 형성될 수도 있다.

상기와 같은 구성을 가진 하모닉 감속기(100)는 복수의 하모닉 운동을 중첩한다. 하모닉 감속기(100)의 작용을 살펴보면, 제1 내접 기어(111)를 고정시키고 입력축(131)을 회전시키면 파동 발생부(130) 전체가 회전하게 된다. 파동 발생부(130)의 회전에 의해, 본 발명의 제1 실시예에 따른 하모닉 감속기(100)는 제1 하모닉 운동과 제2 하모닉 운동을 중첩시켜 최종적으로 제2 내접 기어(112)로 출력을 발생시킨다.

먼저, 제1 하모닉 운동은 제1 내접 기어(111), 가요성 기어(120)의 외접 치(121) 및 파동 발생부(130)에 의해 발생한다. 제1 내접 기어(111)는 고정되어 있다고 가정한다. 파동 발생부(130)가 회전하면, 가요성 기어(120)가 변형하면서 제1 내접 기어(111)와 외접 치(121) 사이의 상호 작용으로 가요성 기어(120)는 파동 발생부(130)의 회전 방향과 반대 방향으로 회전하게 되며, 이로써 제1 하모닉 운동이 생성된다.

다음으로, 제2 하모닉 운동은 제2 내접 기어(112), 가요성 기어(120)의 외접 치(121) 및 파동 발생부(130)에 의해 발생한다. 여기서, 가요성 기어(120)는 고정되었다고 가정한다. 파동 발생부(130)가 회전하면, 가요성 기어(120)가 변형하면서 제2 내접 기어(112)와 외접 치(121) 사이의 상호 작용으로 제2 내접 기어(112)는 파동 발생부(30)의 회전 방향과 동일한 방향으로 회전하게 되며, 이로써 제2 하모닉 운동이 생성된다.

상기와 같은 제1 하모닉 운동과 제2 하모닉 운동은 가요성 기어(120)가 일체로 형성되어 있으므로 서로 합쳐지며, 이에 따라 최종적으로 제2 내접 기어(112)로 출력이 발생한다.

상기와 같은 구동 과정에서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 하모닉 감속 기(100)는, 하모닉 운동을 한번 더 발생시킴으로써, 단순히 동력 전달만을 목적으로 구성한 하모닉 감속기보다, 이물림률을 개선하고, 백래쉬를 감소시킬 수 있다. 즉, 본 발명은 기존 하모닉 감속기의 특징을 그대로 이용하면서 보다 안정된 출력을 취출할 수 있다.

또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 하모닉 감속기(100)는, 복수 개의 내접 기어 중 하나 이상에 전위 치를 적용함으로써, 복수 개의 내접 기어가 동일 피치 지름에 서로 다른 잇수를 가지도록 한다. 이에 따라, 본 발명의 제1 실시예에 따른 하모닉 감속기(100)는 단일 피치 지름을 갖는 가요성 기어를 구성할 수 있어 가요성 기어의 두께를 최소화 할 수 있어 가요성 기어의 변형시 발생하는 에너지의 손실을 최소화하여 감속기의 효율을 증대시킬 수 있다.

또한, 기존 이중 하모닉 운동 감속기에서 적용되었던 이중 치열을 가요성 기어에서 배제함으로써 제작이 용이해 졌다.

상기에서는 제2 내접 기어(112)를 출력으로 취출하는 경우에 대해서 설명하였으나, 제1 내접 기어(111) 및 가요성 기어(120)로 출력을 취출할 수도 있다. 또한, 상기에서는 내접 기어가 2개인 경우에 대해서 설명하였으나, 내접 기어의 개수는 증가될 수 있다.

도 2를 참고하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 하모닉 감속기(200)는 서로 다른 잇수를 구비하기 위해, 제1 및 제2 내접 기어(211, 212)를 표준 기어로 구성하고, 가요성 기어(220)를 전위 기어로 구성한다. 즉, 제1 및 제2 내접 기어(211, 212)의 제1 및 제2 내접 치(213, 214)는 동일한 잇수의 표준 치로 이루어지고, 가 요성 기어(220)는, 제1 내접 치(213)에 맞물리는 제1 외접 치(221)가 전위 치로 이루어지고, 제2 내접 치(214)에 맞물리는 제2 외접 치(222)가 표준 치로 구성된다.

즉, 본 발명의 제2 실시예에서 따른 하모닉 감속기(200)는, 상기 제1 실시예에서의 내접 기어의 잇수 차이를 가요성 기어에 구현하고, 그 대신 내접 기어가 동일 잇수를 갖도록 한 것이다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 하모닉 감속기(200)도 제1 실시예와 같이 복수의 하모닉 운동을 구현할 수 있다.

또한, 도면으로 도시하지는 않았지만, 제1 및 제2 내접 기어(211, 212)의 제1 및 제2 내접 치(213, 214) 및 상기 가요성 기어(220)의 제1 및 제2 외접 치(221, 222)는 모두 전위 치로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 제1 내접 기어(211)의 제1 내접 치(213) 및 가요성 기어(220)의 제1 외접 치(221)는 +전위를 구비하고, 제2 내접 기어(212)의 제2 내접 치(214) 및 가요성 기어(220)의 제2 외접 치(222)는 -전위를 구비하여 동일 피치원 지름에 서로 다른 잇수를 구현할 수 있다.

요컨대, 본 발명은 복수 개의 내접 기어 및 가요성 기어 중 하나 이상을 전위 기어로 구성하여 서로 다른 잇수에 의한 복수의 하모닉 운동을 중첩시킬 수 있다.

다음으로, 전위 기어를 이용한 다른 형태의 하모닉 감속기에 대하여 살펴본다.

도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 하모닉 감속기의 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 하모닉 감속기의 단면도이다.

도 3 및 도 4를 참고하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 하모닉 감속기(300) 는 동일 중심으로 평행하게 배치되는 제1 외접 기어(321) 및 제2 외접 기어(331)를 포함한다. 상기 제1 외접 기어(321)의 중심에는 양측으로 회전축(323)이 연장되며, 회전축(323)의 일측에는 제2 외접 기어(331)가 끼워진다.

또한, 제1, 제2 외접 기어(321, 331)의 외측에는 원형 띠 형상의 가요성 기어(310)가 배치된다. 가요성 기어(310)는 내주면에는 상기 제1, 제2 외접 기어(321, 331)의 제1, 제2 외접 치(322, 332)과 맞물리는 제1 및 제2 내접 치(311, 312)를 각각 구비한다. 또한, 가요성 기어(310)의 피치원주 길이는 상기 제1, 제2 외접 기어(321, 331)의 원주 길이보다 크다.

본 발명의 제3 실시예에 다른 하모닉 감속기(300)는, 제1 및 제2 실시예와 마찬가지로, 서로 다른 잇수을 갖기 위해, 제1, 제2 외접 기어(321, 331) 및 가요성 기어(310) 중 하나 이상을 전위 기어로 구성한다. 예를 들면, 가요성 기어(310)의 제1 및 제2 내접 치(311, 312)는 동일 잇수의 표준 치로 이루어지고, 제1 외접 기어(321)의 제1 외접 치(322)는 전위 치로 이루어지고, 제2 외접 기어(331)의 제2 외접 치(332)는 표준 치로 이루어질 수 있다.

가요성 기어(310)의 외측에는 복수 개의 롤러(350)가 배치된다. 상기 롤러(350)는 가요성 기어(310)의 외주면을 구르면서 가요성 기어(310)와 제1, 제2 외접 기어(321, 331) 간의 맞물림을 유지시킨다. 상기 각 롤러(350)는 서로 간의 간격이 일정하게 유지될 수 있게 연결 스프로킷(340)에 연결되어 회전한다.

연결 스프로킷(340)은 제1 외접 기어(321)의 회전축(323)에 끼워져 회전하며, 그 외주면에는 롤러(350)의 개수에 대응하는 수만큼 연결바(341)가 외측으로 돌출 형성된다. 각 연결바(341)에는 롤러(350)가 끼워져 회전한다.

이로써, 연결 스프로킷(340)이 회전하면, 연결 스프로킷(340)에 연결된 롤러(350)는, 연결바(341)에 끼워져 자전함과 동시에 가요성 기어(310)를 사이에 두고 제1, 제2 외접기어(321, 331) 주위를 공전하게 된다. 이와 같이, 롤러(350)와 연결 스프로킷(340)은 하모닉 감속기(300)의 파동 발생기로서 기능을 한다.

또한, 복수 개의 롤러(350)는, 회전시 밸런스를 맞출 수 있도록 연결 스프로킷(340)의 회전 중심을 기준으로 대칭적인 구조로 배치되는 것이 바람직하다.

상기와 같은 구성을 갖는 하모닉 감속기는, 제1 하모닉 감속기(320)와 제2 하모닉 감속기(330)가 연결 스프로킷(340)과 가요성 기어(310)를 공유하는 형태로 이루어진 것으로 볼 수 있다.

즉, 제1 하모닉 감속기(320)는 제1 외접 기어(321), 롤러(350), 연결 스프로킷(340) 및 제1 내접 치(311)를 갖는 가요성 기어(310) 부분으로 이루어진 것으로 볼 수 있다. 또한, 제2 하모닉 감속기(330)는 제2 외접 기어(331), 롤러(350), 연결 스프로킷(340) 및 제2 내접 치(312)를 갖는 가요성 기어(310) 부분으로 이루어진 것으로 볼 수 있다.

따라서, 본 발명의 제3 실시예에 따른 하모닉 감속기(300)는 제1 하모닉 감속기(320)에 의한 제1 하모닉 운동과 제2 하모닉 감속기(330)에 의한 제2 하모닉 운동이 중첩된 이중 하모닉 운동을 발생시킬 수 있다.

먼저, 제1 하모닉 감속기(320)에 의한 제1 하모닉 운동을 살펴본다. 이때, 제1 하모닉 감속기는 제2 하모닉 감속기와 분리된 것으로 가정한다. 제1 외접 기 어(321)를 고정시키고 연결 스프로킷(340)을 일 방향으로 회전시키면, 가요성 기어(310)는 제1 외접 기어(321)와 가요성 기어(310)의 피치원주 길이 차이만큼 연결 스프로킷(340)의 회전방향으로 회전한다.

다음으로, 제2 하모닉 감속기(330)에 의한 제2 하모닉 운동을 살펴본다. 이때에도 제2 하모닉 감속기는 제1 하모닉 감속기와 분리된 것으로 가정한다. 제2 외접 기어(331)를 고정시키고 연결 스프로킷(340)을 일 방향으로 회전시키면, 가요성 기어(310)는 제2 외접기어(331)의 외접 치(332)와 가요성 기어(310)의 내접 치(312)의 잇수 차이만큼 연결 스프로킷(140)의 회전방향으로 회전한다.

여기서, 제1 외접 기어(321)와 제2 외접 기어(331)는 전위기어로 인하여 동일 피치지름에 서로 다른 잇수를 가지므로, 연결 스프로킷(340)의 회전으로 발생하는 제1 하모닉 운동과 제2 하모닉 운동은 차이가 발생한다. 또한, 제1 하모닉 감속기(320)와 제2 하모닉 감속기(330)는 상기에서 가정한 것처럼 분리된 것이 아니라, 가요성 기어(310)로 연결되어 있고 연결 스프로킷(340)으로 동일한 입력을 받으므로, 제1 하모닉 운동과 제2 하모닉 운동은 중첩된다. 이에 따라, 본 발명의 제3 실시예에 따른 하모닉 감속기(300)는 제1 하모닉 운동과 제2 하모닉 운동의 차이만큼 이중의 하모닉 운동을 발생시킨다.

예들 들어, 본 발명의 제3 실시예에 따른 하모닉 감속기(300)에서, 제1 외접 기어(321)을 고정시키고, 연결 스프로킷(340)을 회전시키면, 자유회전이 가능한 제2 외접 기어(331)가 제1 하모닉 감속기(320)의 제1 하모닉 운동과 제2 하모닉 감속기(330)의 제2 하모닉 운동의 차만큼 회전하게 된다. 상기 제2 외접 기어(331)를 출력으로 사용하면 이중의 하모닉 운동을 이용한 감속이 이루어진다.

본 발명의 실시예에 따른 하모닉 감속기(300)는 가요성 기어(310)와 제1, 제2 외접 기어(321, 331) 간의 이물림 수가 종래의 하모닉 감속기보다 증대된다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 하모닉 감속기는 2개의 하모닉 감속기(320, 330)를 중첩 시킨 형태로 이루어졌으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 3개 이상의 하모닉 감속기를 중첩시킨 형태로 이루어질 수도 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 하모닉 감속기는 연결 스프로킷(340)을 일측에만 구비하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 양측에 모두 구비할 수도 있다.

도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 하모닉 감속기의 측면도이고, 도 6은 도 5에 도시된 하모닉 감속기의 파동 발생부의 사시도이다.

도 5 및 도 6을 참고하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 하모닉 감속기(400)는 제3 실시예에 따른 하모닉 감속기(300)와는 다른 형태의 파동 발생부를 구비한다. 즉, 본 발명의 제4 실시예에 따른 하모닉 감속기(400)는 외접 기어(420)의 양측에 배치되는 한 쌍의 연결 스프로킷(440) 및 연결 스프로킷(440) 사이에 배치되는 복수 개의 니들 롤러(441)를 포함한다. 연결 스프로킷(440)은 반원 형상으로 이루어질 수 있으며, 이에 따라, 니들 롤러(441)는 연결 스프로킷(440)의 원주를 따라 소정 간격으로 배치된다.

또한, 본 발명의 제4 실시예에 따른 하모닉 감속기(400)는 비대칭 구조의 연결 스프로킷에 의해 발생하는 회전의 비평형을 맞추기 위해, 니들 롤러(441)의 반 대측에 회전 밸런싱을 위한 무게추(442)를 구비한다.

도 7은 본 발명의 제5 실시예에 따른 하모닉 감속기의 파동 발생부의 측면도이고, 도 8은 도 7에 도시된 하모닉 감속기의 파동 발생부의 사시도이다.

도 7 및 도 8을 참고하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 하모닉 감속기는 반원 형상으로 이루어진 한 쌍의 연결 스프로킷(540) 사이에 하우징부(541)를 구비한다. 하우징부(541)의 내측면에는 외접 기어와 가요성 기어의 맞물림을 발생시키는 볼(542)이 설치된다. 볼(542)은 하우징부(541)의 내측면에 형성된 홈(543)에 설치되며, 리테이너(retainer)에 의해 간격이 유지된다.

본 실시예에서도, 회전 밸런싱을 위해, 하우징부(541)의 반대측에 호 형상의 무게추(544)가 형성된다.

상기 제5 실시예에서는 하우징부(541)의 내면에 볼(542)이 설치되었으나, 다른 실시예로서, 가요성 기어의 외면과 파동 발생부의 면접촉을 위해 볼이 설치되지 않을 수 있다. 이 경우, 마찰력을 감소시키기 위해, 가요성 기어와 파동 발생부 사이에 윤활제가 첨가될 수 있다.

도 9는 본 발명의 본 발명의 제6 실시예에 따른 하모닉 감속기의 연결 스프로킷를 도시한 사시도이다.

도 9를 참고하면, 본 발명의 제6 실시예에 따른 하모닉 감속기는 각 연결바(641)의 단부를 서로 연결하는 동력 전달부(642)를 구비한 연결 스프로킷(640)을 구비한다. 동력 전달부(642)의 외주면에는 동력 전달을 위한 치(643)가 형성되어 있다. 이로써, 연결 스프로킷(640)은 1차 감속을 유도할 수 있다. 도 9에서는 치 형이 동력 전달부의 외주면에 형성되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 치형은 동력 전달부의 내주면에도 형성될 수 있다.

도 10은 본 발명의 제7 실시예에 따른 하모닉 감속기의 단면도이고, 도 11은 도 10에 도시된 하모닉 감속기의 측면도이다.

도 10 및 도 11을 참고하면, 본 발명의 제7 실시예에 따른 하모닉 감속기(700)는 동일 중심으로 배치되는 제1, 제2 외접 기어(721, 731) 및 상기 각 제1, 제2 외접 기어(721, 731)와 소정 거리 이격되어 배치되는 제1, 제2 파동 기어(722, 732)를 포함한다. 제1, 제2 파동 기어(722, 732)도 동일 중심으로 배치된다.

상기 제1, 제2 외접 기어(721, 731)와 제1, 제2 파동 기어(722, 732)는 연결 스프로킷(740)에 의해 연결된다. 연결 스프로킷(740)은 제1, 제2 외접 기어(721, 731)의 회전 중심축(736)에 회전가능하게 설치되는 연결바(741)와 제1, 제2 파동 기어(722, 732)의 중심을 관통하여 상기 연결바(741)의 일단에 고정되는 연결축(742)을 포함한다. 상기 연결바(741)는 제1, 제2 외접 기어(721, 731)의 외측에 각각 배치되어 한 쌍으로 이루어진다. 제1, 제2 파동 기어(722, 732)는 상기 연결축(742)에 베어링으로 지지되어 연결축(742)을 기준으로 회전한다.

또한, 연결 스프로킷(740)은 회전바(741)의 타측에 회전시 밸런싱을 위한 무게추(711)가 설치된다.

따라서, 연결 스프로킷(740)의 연결바(741)가 회전 중심축(736)을 중심으로 회전하면, 제1, 제2 파동 기어(722, 732)는 연결축(742)에 의해 일체로 회전하게 된다. 요컨대, 연결 스프로킷(740)과 제1, 제2 파동 기어(722, 732)는 파동 발생 부로서 기능하는 것이다.

상기 제1, 제2 외접 기어(721, 731)와 제1, 제2 파동 기어(722, 732)는 모두 띠 형상의 가요성 기어(750) 내측에 설치된다. 가요성 기어(750)는 내주면에 상기 제1, 제2 외접 기어(721, 731)의 제1, 제2 외접 치(723, 733)에 대응하는 제1 및 제2 내접 치(751, 752)를 각각 구비한다.

상기 실시예들과 마찬가지로, 본 발명의 제7 실시예에 따른 하모닉 감속기(700)는, 동일 피치지름에 서로 다른 잇수를 구비하기 위해, 제1, 제2 외접 기어(721, 731) 및 가요성 기어(750) 중 하나 이상을 전위 기어로 구성할 수 있다.

또한, 제1, 제2 파동 기어(722, 732)는 상기 가요성 기어(750)의 내접 치(751, 752)에 대응하는 외접 치를 구비한다.

이로써, 제1, 제2 외접 기어(721, 731)와 제1, 제2 파동 기어(722, 732)는 각각 가요성 기어(750)에 견고하게 맞물려 회전한다.

상기와 같은 구성을 갖는 하모닉 감속기(700)는 제1 하모닉 감속기(720)와 제2 하모닉 감속기(730)가 연결 스프로킷(740)과 가요성 기어(750)를 공유하는 형태로 이루어진 것으로 볼 수 있다.

즉, 제1 하모닉 감속기(720)는 제1 외접 기어(721), 제1 파동 기어(722), 연결 스프로킷(740) 및 제1 내접 치(751)를 갖는 가요성 기어(750) 부분으로 이루어진 것으로 볼 수 있다. 또한, 제2 하모닉 감속기(730)는 제2 외접 기어(731), 제2 파동 기어(732), 연결 스프로킷(740) 및 제2 내접 치(752)를 갖는 가요성 기어(750) 부분으로 이루어진 것으로 볼 수 있다.

따라서, 본 발명의 제7 실시예에 따른 하모닉 감속기(700)는 제1 하모닉 감속기(720)에 의한 제1 하모닉 운동과 제2 하모닉 감속기(730)에 의한 제2 하모닉 운동이 중첩된 이중 하모닉 운동을 발생시킬 수 있다.

먼저, 제1 하모닉 감속기(720)에 의한 제1 하모닉 운동을 살펴본다. 이때, 제1 하모닉 감속기는 제2 하모닉 감속기와 분리된 것으로 가정한다. 제1 외접 기어(721)를 고정시키고 연결 스프로킷(740)을 일 방향으로 회전시키면, 가요성 기어(750)는 제1 외접기어(721)의 제1 외접 치(723)와 가요성 기어(750)의 제1 내접 치(751)의 잇수 차이만큼 연결 스프로킷(740)의 회전방향으로 회전한다.

다음으로, 제2 하모닉 감속기(730)에 의한 제2 하모닉 운동을 살펴본다. 이때에도 제2 하모닉 감속기는 제1 하모닉 감속기와 분리된 것으로 가정한다. 제2 외접 기어(731)를 고정시키고 연결 스프로킷(740)을 일 방향으로 회전시키면, 가요성 기어(750)는 제2 외접기어(731)의 제2 외접 치(733)과 가요성 기어(750)의 제2 내접 치(752)의 잇수 차이만큼 연결 스프로킷(740)의 회전방향으로 회전한다.

여기서, 제1 외접 기어(721)와 제2 외접 기어(731)는 전위 기어의 사용으로 인하여 동일 피치 지름에 서로 다른 잇수를 가지므로, 연결 스프로킷(740)의 회전으로 발생하는 제1 하모닉 운동과 제2 하모닉 운동은 차이가 발생한다. 또한, 제1 하모닉 감속기(720)와 제2 하모닉 감속기(730)는 상기에서 가정한 것처럼 분리된 것이 아니라, 가요성 기어(750)로 연결되어 있으므로, 제1 하모닉 운동과 제2 하모닉 운동은 중첩되고, 이에 따라, 제1 하모닉 운동과 제2 하모닉 운동의 차이만큼 이중의 하모닉 운동이 발생한다.

예들 들어, 본 발명의 제7 실시예에 따른 하모닉 감속기(700)에서, 제1 외접 기어(721)을 고정시키고, 연결 스프로킷(740)을 회전시키면, 자유회전이 가능한 제2 외접 기어(731)가 제1 하모닉 감속기(720)의 제1 하모닉 운동과 제2 하모닉 감속기(730)의 제2 하모닉 운동의 차만큼 회전하게 된다. 상기 제2 외접 기어(731)를 출력으로 사용하면 이중의 하모닉 운동을 이용한 감속이 이루어진다.

또한, 상기 가요성 기어, 연결 스프로킷, 내접 및 외접기어 등은 몰딩방법으로 제작할 경우 용이하게 제작할 수 있다. 몰드 성형을 한다면 고무, 플라스틱 또는 금속 분말을 사용할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 하모닉 감속기의 단면도이다.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 하모닉 감속기의 단면도이다.

도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 하모닉 감속기의 사시도이다.

도 4는 도 3에 도시된 하모닉 감속기의 단면도이다.

도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 하모닉 감속기의 측면도이다.

도 6은 도 5에 도시된 하모닉 감속기의 파동 발생부의 사시도이다.

도 7은 본 발명의 제5 실시예에 따른 하모닉 감속기의 파동 발생부의 사시도이다.

도 8은 도 7에 도시된 하모닉 감속기의 파동 발생부의 사시도이다.

도 10은 본 발명의 제7 실시예에 따른 하모닉 감속기의 단면도이다.

도 11은 도 10에 도시된 하모닉 감속기의 측면도이다.

Claims

삭제
복수 개의 내접 기어;

상기 각 내접 기어에 맞물리는 치를 외주면에 구비하고, 상기 내접 기어의 피치원주 길이보다 작은 피치원주 길이를 가지는 띠형 가요성 기어; 및

상기 가요성 기어의 내측에 설치되어 회전하면서 상기 가요성 기어를 변형시켜 복수의 하모닉 운동을 발생시키는 파동 발생부를 포함하며,

상기 가요성 기어는 상기 복수 개의 내접 기어에 일체로 맞물리게 형성되어, 상기 복수의 하모닉 운동을 중첩시키며,

상기 복수 개의 내접 기어 및 상기 가요성 기어 중 하나 이상이 전위 기어로 이루어지며,

상기 복수 개의 내접 기어 중 하나 이상은 전위 치를 구비하는 전위 기어로 이루어지고,

상기 가요성 기어는 상기 복수 개의 내접 기어에 맞물리는 단일의 표준 치를 구비하는 표준 기어인 것을 특징으로 하는 전위 기어를 이용하는 하모닉 감속기.
복수 개의 내접 기어;

상기 각 내접 기어에 맞물리는 치를 외주면에 구비하고, 상기 내접 기어의 피치원주 길이보다 작은 피치원주 길이를 가지는 띠형 가요성 기어; 및

상기 가요성 기어의 내측에 설치되어 회전하면서 상기 가요성 기어를 변형시켜 복수의 하모닉 운동을 발생시키는 파동 발생부를 포함하며,

상기 가요성 기어는 상기 복수 개의 내접 기어에 일체로 맞물리게 형성되어, 상기 복수의 하모닉 운동을 중첩시키며,

상기 복수 개의 내접 기어 및 상기 가요성 기어 중 하나 이상이 전위 기어로 이루어지며,

상기 복수 개의 내접 기어는 동일한 피치 지름의 표준 치를 각각 구비하는 표준 기어로 이루어지고,

상기 가요성 기어는 상기 각 내접 기어의 표준 치에 맞물리는 하나 이상의 전위 치를 구비하는 것을 특징으로 하는 전위 기어를 이용하는 하모닉 감속기.
복수 개의 내접 기어;

상기 각 내접 기어에 맞물리는 치를 외주면에 구비하고, 상기 내접 기어의 피치원주 길이보다 작은 피치원주 길이를 가지는 띠형 가요성 기어; 및

상기 가요성 기어의 내측에 설치되어 회전하면서 상기 가요성 기어를 변형시켜 복수의 하모닉 운동을 발생시키는 파동 발생부를 포함하며,

상기 가요성 기어는 상기 복수 개의 내접 기어에 일체로 맞물리게 형성되어, 상기 복수의 하모닉 운동을 중첩시키며,

상기 복수 개의 내접 기어 및 상기 가요성 기어 중 하나 이상이 전위 기어로 이루어지며,

상기 복수 개의 내접 기어 및 상기 가요성 기어의 모든 치가 전위 치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전위 기어를 이용하는 하모닉 감속기.
삭제
동일 중심으로 평행하게 배치되는 복수 개의 외접 기어;

상기 복수 개의 각 외접 기어와 맞물리는 치를 내주면에 구비하고, 상기 외접 기어의 피치원주 길이보다 큰 피치원주 길이를 가지는 띠형 가요성 기어; 및

상기 가요성 기어의 외주면을 부분적으로 가압하면서 회전하여 상기 외접 기어와 상기 가요성 기어의 맞물림을 발생시키는 파동 발생부를 포함하며,

상기 복수 개의 외접 기어 및 상기 가요성 기어 중 하나 이상이 전위 기어로 이루어지며,

상기 복수 개의 외접 기어 중 하나 이상은 전위 치를 구비하는 전위 기어로 이루어지고,

상기 가요성 기어는 상기 복수 개의 외접 기어에 맞물리는 단일의 표준 치를 구비하는 표준 기어인 것을 특징으로 하는 전위 기어를 이용하는 하모닉 감속기.
동일 중심으로 평행하게 배치되는 복수 개의 외접 기어;

상기 복수 개의 각 외접 기어와 맞물리는 치를 내주면에 구비하고, 상기 외접 기어의 피치원주 길이보다 큰 피치원주 길이를 가지는 띠형 가요성 기어; 및

상기 가요성 기어의 외주면을 부분적으로 가압하면서 회전하여 상기 외접 기어와 상기 가요성 기어의 맞물림을 발생시키는 파동 발생부를 포함하며,

상기 복수 개의 외접 기어 및 상기 가요성 기어 중 하나 이상이 전위 기어로 이루어지며,

상기 복수 개의 외접 기어는 동일한 피치 지름의 표준 치를 각각 구비하는 표준 기어로 이루어지고,

상기 가요성 기어는 상기 각 외접 기어의 표준 치에 맞물리는 하나 이상의 전위 치를 구비하는 것을 특징으로 하는 전위 기어를 이용하는 하모닉 감속기.
동일 중심으로 평행하게 배치되는 복수 개의 외접 기어;

상기 복수 개의 각 외접 기어와 맞물리는 치를 내주면에 구비하고, 상기 외접 기어의 피치원주 길이보다 큰 피치원주 길이를 가지는 띠형 가요성 기어; 및

상기 가요성 기어의 외주면을 부분적으로 가압하면서 회전하여 상기 외접 기어와 상기 가요성 기어의 맞물림을 발생시키는 파동 발생부를 포함하며,

상기 복수 개의 외접 기어 및 상기 가요성 기어 중 하나 이상이 전위 기어로 이루어지며,

상기 복수 개의 외접 기어 및 상기 가요성 기어의 모든 치가 전위 치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전위 기어를 이용하는 하모닉 감속기.
제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 파동 발생부는,

상기 가요성 기어의 외주면을 구르면서 회전하는 복수 개의 니들 롤러;

상기 외접 기어의 양측에 설치되어 상기 니들 롤러를 연결하는 연결 스프로킷; 및

상기 니들 롤러의 반대 측에 회전 밸런싱을 위해 설치된 무게 추를 포함하는 것을 특징으로 하는 전위 기어를 이용하는 하모닉 감속기.
제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 파동 발생부는,

상기 가요성 기어의 외주면을 구르면서 회전하는 복수 개의 볼;

상기 볼이 구속되는 홈을 내주면에 구비하는 하우징부;

상기 외접 기어의 양측에 설치되어 상기 하우징부를 연결하는 연결 스프로킷; 및

상기 하우징부의 반대 측에 회전 밸런싱을 위해 설치된 무게 추를 포함하는 것을 특징으로 하는 전위 기어를 이용하는 하모닉 감속기.
제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 파동 발생부는,

상기 가요성 기어의 외주면을 가압하면서 슬라이딩하는 면접촉부;

상기 외접 기어의 양측에 설치되어 상기 면접촉부를 연결하는 연결 스프로킷; 및

상기 면접촉부의 반대측에 회전 밸런싱을 위한 무게 추를 포함하는 것을 특징으로 하는 전위 기어를 이용하는 하모닉 감속기.
삭제
동일 중심으로 평행하게 배치되는 복수 개의 외접 기어;

상기 복수 개의 각 외접 기어와 맞물리는 치를 내주면에 구비하며, 상기 외접 기어의 피치원주 길이보다 큰 피치원주 길이를 가지는 띠형 가요성 기어; 및

상기 가요성 기어의 내측에서 상기 외접 기어와 소정간격을 유지하면서 회전하여, 상기 외접 기어와 상기 가요성 기어의 맞물림을 발생시키는 파동 발생부를 포함하며,

상기 복수 개의 외접 기어 및 상기 가요성 기어 중 하나 이상이 전위 기어로 이루어지며,

상기 복수 개의 외접 기어 중 하나 이상은 전위 치를 구비하는 전위 기어로 이루어지고,

상기 가요성 기어는 상기 복수 개의 외접 기어에 맞물리는 단일의 표준 치를 구비하는 표준 기어인 것을 특징으로 하는 전위 기어를 이용하는 하모닉 감속기.
동일 중심으로 평행하게 배치되는 복수 개의 외접 기어;

상기 복수 개의 각 외접 기어와 맞물리는 치를 내주면에 구비하며, 상기 외접 기어의 피치원주 길이보다 큰 피치원주 길이를 가지는 띠형 가요성 기어; 및

상기 가요성 기어의 내측에서 상기 외접 기어와 소정간격을 유지하면서 회전하여, 상기 외접 기어와 상기 가요성 기어의 맞물림을 발생시키는 파동 발생부를 포함하며,

상기 복수 개의 외접 기어 및 상기 가요성 기어 중 하나 이상이 전위 기어로 이루어지며,

상기 복수 개의 외접 기어는 동일한 피치 지름의 표준 치를 각각 구비하는 표준 기어로 이루어지고,

상기 가요성 기어는 상기 각 외접 기어의 표준 치에 맞물리는 하나 이상의 전위 치를 구비하는 것을 특징으로 하는 전위 기어를 이용하는 하모닉 감속기.
동일 중심으로 평행하게 배치되는 복수 개의 외접 기어;

상기 복수 개의 각 외접 기어와 맞물리는 치를 내주면에 구비하며, 상기 외접 기어의 피치원주 길이보다 큰 피치원주 길이를 가지는 띠형 가요성 기어; 및

상기 가요성 기어의 내측에서 상기 외접 기어와 소정간격을 유지하면서 회전하여, 상기 외접 기어와 상기 가요성 기어의 맞물림을 발생시키는 파동 발생부를 포함하며,

상기 복수 개의 외접 기어 및 상기 가요성 기어 중 하나 이상이 전위 기어로 이루어지며,

상기 복수 개의 외접 기어 및 상기 가요성 기어의 모든 치가 전위 치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전위 기어를 이용하는 하모닉 감속기.