KR102324721B1

KR102324721B1 - 사이클로이드 감속기

Info

Publication number: KR102324721B1
Application number: KR1020210082832A
Authority: KR
Inventors: 김창현
Original assignee: 주식회사 본시스템즈
Priority date: 2021-06-25
Filing date: 2021-06-25
Publication date: 2021-11-11
Also published as: KR102324721B9

Abstract

본 발명은 사이클로이드 감속기에 관한 것으로, 구체적으로는 중공이 형성된 입력부재를 구비함으로써 박형 구조를 실현할 수 있는 사이클로이드 감속기에 관한 것이다.

Description

사이클로이드 감속기{A CYCLOID REDUCER}

일반적으로 감속기라 함은 동력장치에서 입력되는 고속의 저 토크를 소정 비율로 감속하여 저속의 고 토크로 출력되도록 하기 위한 장치로서, 사용하고자 하는 용도에 따라, 다양한 형태를 이루게 된다.

특히, 사이클로이드 감속기(cycloid reducer)는 작은 부피에도 큰 토크의 전달이 가능하고 감속비가 크며 구름 접촉으로 효율이 높기 때문에 각종 기계장치에서 감속기구로 사용되어 왔으며, 그 적용처가 점차적으로 확대되고 있다.

이러한 사이클로이드 감속기는 입력축, 싸이클로이드 디스크인 외치 기어, 상기 외치 기어와 치합하는 구름핀을 갖는 내치 기어, 편심축, 그리고 출력축을 포함하여 구성된다.

특히 최근에는 기존 감속시스템 대비 고감속, 초정밀, 초소형 등 특정 용도에 부합하는 특화형 감속기 개발을 위한 일환으로 새로운 치형설계 기술 연구가 활발히 진행되고 있으나, 아직까지 이들을 활용한 대부분의 감속기들은 내구성이 떨어지고 수명이 짧을 뿐만 아니라 폭 넓은 감속비를 구현하는데 문제점이 있다.

한편 하기 선행기술문헌은 풍력발전기의 수평축을 일정각도 수평회전시키되 일정 속도로 감속된 상태로 안정적으로 풍력발전기 타워가 회전될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 풍력발전기 타워 회전용 싸이클로이드 감속기를 개시하고 있을 뿐 본 발명의 기술적 요지는 개시하고 있지 않다.

대한민국 공개특허공보 제10-2011-0116574호

본 발명의 일 실시예에 따른 사이클로이드 감속기는 전술한 문제점을 해결하기 위하여 다음과 같은 해결과제를 목적으로 한다.

큰 감속비의 확보뿐만 아니라 내구성 및 정숙성 또한 담보할 수 있는 사이클로이드 감속기를 제공하는 것이다.

아울러, 박형 구조를 제안함으로써 사이클로이드 감속기가 적용되는 장치 등의 설계자유도를 높일 수 있는 사이클로이드 감속기를 제공하는 것이다.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 사이클로이드 감속기는, 일측이 모터의 로터에 결합되고, 상기 로터에 동조하여 회전하는 어댑터; 원통형상으로 형성되되 내부에 상기 어댑터의 타측을 삽입하기 위한 제1 삽입공이 형성되는 입력부재; 상기 입력부재의 외주면에 형성된 제1 영역이 삽입되는 제1 중공이 형성되는 제1 외치기어; 상기 입력부재의 외주면에 형성된 제2 영역이 삽입되는 제2 중공이 형성되는 제2 외치기어; 내주면에 상기 제1 외치기어와 제2 외치기어의 외주면에 형성된 치형과 대응되는 치형을 갖는 내치기어가 형성되는 하우징; 및 상기 어댑터의 내부에 삽입되는 출력축이 형성되고, 상기 제1 외치기어와 제2 외치기어의 편심회전에 기초하여 감속 회전하는 출력부재를 포함한다.

상기 어댑터는 상기 제1 삽입공에 삽입되고, 내부에 상기 출력축을 삽입하기 위한 제2 삽입공이 형성되는 입력부재어댑터; 및 상기 입력부재어댑터의 단부에 연결되어 상기 로터에 결합되는 로터어댑터를 포함한다.

상기 입력부재의 내주면과 상기 입력부재어댑터의 외주면이 상호 접하여 상기 입력부재와 입력부재어댑터가 동조하여 회전하는 것이 바람직하다.

상기 입력부재의 내주면과 상기 입력부재어댑터의 외주면에 상호 대향하여 접하는 접촉면이 형성되는 것이 바람직하다.

상기 출력축의 외주면과 입력부재어댑터의 내주면 사이에 간극이 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 사이클로이드 감속기는 삽입공이 형성되는 입력부재와, 로터와 입력부재 간에 배치되는 어댑터와, 내치기어가 형성된 하우징과, 두 개의 외치기어 및 출력부재로 구성됨으로써 박형 구조를 실현할 수 있는 장점이 있다.

아울러, 종래의 사이클로이드 감속기 대비 다수의 롤러핀 등의 삭제가 가능하므로 제작이 용이하고 제조단가를 낮출 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클로이드 감속기의 일측 방향 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클로이드 감속기의 타측 방향 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클로이드 감속기의 일측 방향 분해사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클로이드 감속기의 타측 방향 분해사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클로이드 감속기 중 입력부재의 단면도이다.
도 6은 도 1의 A-A'부의 단면도이다.
도 7은 도 6의 B-B'부의 단면도이다.
도 8은 도 6의 C-C'부의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클로이드 감속기 중 입력부재와 어댑터의 분해사시도이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클로이드 감속기의 하우징의 다른 예를 나타내는 정면도, 분해사시도이다.
도 12는 도 11에 도시된 유격보상기어의 회전에 의한 탄성체의 변형을 나타내는 개념도이다.
도 13 및 도 14는 도 11에 도시된 유격보상기어, 외측기어, 내측기어 간 치합과정을 나타내는 개념도이다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.

이하, 도 1 내지 도 14를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클로이드 감속기에 대하여 설명하도록 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 사이클로이드 감속기(이하, '감속기'라 함)는 일측이 모터의 로터에 결합되고, 로터에 동조하여 회전하는 어댑터(900), 원통형상으로 형성되되 내부에 어댑터(900)의 타측을 삽입하기 위한 제1 삽입공(140)이 형성되는 입력부재(100), 입력부재(100)의 외주면에 형성된 제1 영역(110)이 삽입되는 제1 중공(210)이 형성되는 제1 외치기어(200)를 포함한다.

그리고, 감속기는 입력부재(100)의 외주면에 형성된 제2 영역(120)이 삽입되는 제2 중공(310)이 형성되는 제2 외치기어(300), 내주면에 제1 외치기어(200)와 제2 외치기어(300)의 외주면에 형성된 치형과 대응되는 치형을 갖는 내치기어(410)가 형성되는 하우징(400), 어댑터(900)의 내부에 삽입되는 출력축(510)이 형성되고, 제1 외치기어(200)와 제2 외치기어(300)의 편심회전에 기초하여 감속 회전하는 출력부재(500)를 포함한다.

어댑터(900)는 제1 삽입공(140)에 삽입되고, 내부에 출력축(510)을 삽입하기 위한 제2 삽입공(911)이 형성되는 입력부재어댑터(910), 입력부재어댑터(910)의 단부에 연결되어 로터에 결합되는 로터어댑터(920)를 포함한다.

로터의 회전력이 입력부재(100)에 전달되기 위하여 입력부재(100)의 내측면과 입력부재어댑터(910)의 외측면이 상호 접하여 입력부재(100)와 입력부재어댑터(910)가 동조하여 회전한다.

즉, 출력축(510)의 내부에는 제3 삽입공(511)이 형성되고, 외부 구동장치의 회전축이 제3 삽입공(511)에 삽입되어 출력부재(500)에 고정됨으로써 출력부재(500)의 회전력을 전달받을 수 있다.

그리고, 제1 삽입공(140)에 출력축(510)과 어댑터(900)가 삽입됨으로써 감속기의 폭을 줄일 수 있어서 감속기의 전체적인 구조가 박형으로 구현할 수 있다.

보다 구체적으로, 어댑터(900)와 로터는 볼트체결되어 고정될 수 있으며, 입력부재(100)의 내주면과 입력부재어댑터(910)의 외주면에 상호 대향하여 접하는 접촉면(930)이 형성된다.

접촉면(930)은 평면 형태이며 복수 개로 이루어져 입력부재(100)의 둘레를 따라 입력부재(100)의 내주면과 입력부재어댑터(910)의 외주면에 형성될 수 있고, 입력부재(100)와 입력부재어댑터(910)가 접촉면(930)을 매개로 상호 맞물림으로서 입력부재(100)와 어댑터(900)가 동조하여 회전할 수 있다.

입력부재(100)의 외주면에는 제1 외치기어(200) 및 제2 외치기어(300)가 결합되는데, 제1 외치기어(200) 및 제2 외치기어(300)의 회전축은 입력부재(100)의 회전축(C0)과 편심되도록 배치되어야 한다.

이를 위하여 입력부재(100)의 외주면에는 도 5에 도시된 바와 같이 제1 영역(110), 제2 영역(120)이 형성되어야 한다.

제1 영역(110)은 제1 외치기어(200)가 결합되는 영역으로, 제1 영역(110)의 중심축인 제1 편심축(C2)은 입력부재(100)의 회전축(C0)으로부터 미리 설정된 거리만큼 일측 방향으로 이격되도록 제1 영역(110)을 형성하여야 한다.

제2 영역(120)은 제2 외치기어(300)가 결합되는 영역으로, 제2 영역(120)의 중심축인 제2 편심축(C1)은 입력부재(100)의 회전축(C0)으로부터 미리 설정된 거리만큼 타측 방향으로 이격되도록 제2 영역(120)을 형성하여야 한다.

즉, 제1 편심축(C2) 및 제2 편심축(C1)은 입력부재(100)의 회전축(C0)을 중심으로 상호 대향되도록 배치되며, 나아가 제1 편심축(C2)과 입력부재(100)의 회전축(C0)과의 이격거리는 제2 편심축(C1)과 입력부재(100)의 회전축(C0)과의 이격거리와 동일하다.

제1 외치기어(200)는 입력부재(100)의 외주면에 형성된 제1 영역(110)에 회전 가능하도록 결합되는 구성으로, 제1 영역(110)과의 결합을 위하여 중심부에 제1 중공(210)이 형성되며, 나아가 제1 중공(210)의 중심을 기준으로 방사형으로 배치되는 복수 개의 제1 출력공(220)이 형성된다.

아울러, 제1 외치기어(200)의 내주면, 즉 제1 중공(210)의 측면과 제1 영역(110)의 외주면 사이에는 제1 베어링부재(240)가 배치될 수 있으며, 이를 통하여 제1 외치기어(200)의 원활한 회전을 담보할 수 있게 된다.

제2 외치기어(300)는 입력부재(100)의 외주면에 형성된 제2 영역(120)에 회전 가능하도록 결합되는 구성으로, 제2 영역(120)과의 결합을 위하여 중심부에 제2 중공(310)이 형성되며, 나아가 제2 중공(310)의 중심을 기준으로 방사형으로 배치되는 복수 개의 제2 출력공(320)이 형성된다.

아울러, 제2 외치기어(300)의 내주면, 즉 제2 중공(310)의 측면과 제2 영역(120)의 외주면 사이에는 제2 베어링부재(340)가 배치될 수 있으며, 이를 통하여 제2 외치기어(300)의 원활한 회전을 담보할 수 있게 된다.

하우징(400)은 제1 외치기어(200) 및 제2 외치기어(300)를 수용하는 구성으로, 내주면에는 제1 외치기어(200) 및 제2 외치기어(300)에 치합되는 내치기어(410)가 형성된다.

제1 외치기어(200) 및 제2 외치기어(300)의 외주면에 형성된 외치(250)와 대응되는 내치(420)가 내치기어(410)의 내주면에 형성된다.

아울러, 하우징(400)의 양측에는 제1 외치기어(200) 및 제2 외치기어(300)를 지지하기 위한 상부 커버(430)와 하부 커버(440)가 배치되고, 어댑터(900)의 원활한 회전을 담보하기 위해 하부 커버(440)와 로터어댑터(920) 간에 제3 베어링부재(450)가 배치되고, 로터어댑터(920)와 출력축(510) 간에 제4 베어링부재(530)가 배치된다.

그리고, 감속기는 출력부재(500)와 하부 커버(440) 사이에 배치되고, 내부에 하우징(400)을 삽입하기 위한 제4 삽입공(620)이 형성되는 커버링(600)을 더 포함하고, 출력부재(500)와 하우징(400) 사이에는 출력부재(500)의 원활한 회전을 담보하기 위한 제5 베어링부재(610)가 배치되는 것이 바람직하다.

한편, 상술한 바와 같이 제1 외치기어(200) 및 제2 외치기어(300)는 입력부재(100)의 제1 영역(110) 및 제2 영역(120)에 삽입되는 2 Stage 구조의 외치기어부를 형성하며, 제1 외치기어(200)는 제1 편심축(C2)을 중심으로 자전하되 입력부재(100)의 회전축(C0)을 중심으로 내치(420)를 따라 공전하며, 제2 외치기어(300)는 제2 편심축(C1)을 중심으로 자전하되 입력부재(100)의 회전축(C0)을 중심으로 내치(420)를 따라 공전하게 된다.

즉, 제1 외치기어(200) 및 제2 외치기어(300)는 입력부재(100)의 회전축(C0)을 중심으로 편심회전을 하되, 특히 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 제1 외치기어(200) 및 제2 외치기어(300)는 상호 위상이 180도가 되도록 편심회전이 이루어지도록 할 수 있다.

이는 하나의 외치기어만을 구비할 경우 감속기 전체의 하중 및 무게중심이 지속적으로 변경됨으로써 발생될 수 있는 소음 및 진동 등의 문제점이 발생할 수 있는데, 상술한 바와 같이 제1 외치기어(200) 및 제2 외치기어(300)가 상호 180도 위상을 갖도록 편심회전하도록 구성함으로써 상술한 문제점을 방지할 수 있다.

출력부재(500)는 제1 외치기어(200)의 제1 출력공(220) 및 제2 외치기어(300)의 제2 출력공(320)에 삽입되는 출력핀(520)이 형성되는 구성이다.

출력핀(520)은 제1 출력공(220) 및 제2 출력공(320)과 대응되도록 출력부재(500)의 하부에 형성되어야 하며, 출력핀(520)의 직경은 제1 출력공(220) 및 제2 출력공(320)의 직경보다 작게 형성되어야 한다.

즉, 모터가 구동되면 로터에 동조하여 어댑터(900)가 회전하고, 어댑터(900)에 맞물린 입력부재(100)가 동조하여 회전하게 되고, 입력부재(100)의 회전에 기초하여 제1 외치기어(200) 및 제2 외치기어(300)가 하우징(400)에 형성된 내치(420)를 따라서 상호 대향되도록 편심회전하게 된다.

이후, 제1 외치기어(200) 및 제2 외치기어(300)의 편심회전 시 제1 중공(210) 및 제2 중공(310)의 회전에 의하여 출력핀(520) 또한 회전하게 되며, 이로 인하여 출력부재(500)는 모터의 회전속도에서 미리 설정된 감속비에 의하여 감속된 속도로 회전하게 된다.

여기서, 출력축(510)의 외주면과 입력부재어댑터(910)의 내주면 사이에 간극(t)이 형성됨으로써 출력부재(500)와 어댑터(900)가 분리되어 상호간 회전간섭이 배제될 수 있다.

외치기어(200,300)가 내치기어(410)에 치합 시, 외치(250)와 내치(420) 간 유격에 의해 래틀(rattle) 소음이 발생할 수 있다.

이를 방지하기 위해, 도 10 내지 도 14에 도시된 바와 같이, 감속기는 내치(420)에 대응되는 유격보상치(710)가 외주면에 형성되고, 내치기어(410)와 평행하게 하우징(400)에 설치되는 유격보상기어(700), 내치기어(410)에 설치되어 내치기어(410)와 유격보상기어(700)가 일정각도만큼 상호 어긋하게 배치되도록 내치기어(410)에 설치되어 유격보상기어(700)를 지지하는 탄성체(800)를 더 포함한다.

하우징(400)은 유격보상기어(700)가 삽입되는 유격보상기어홈(460)이 형성되고, 내치기어(410)의 원주방향을 따라 내치기어(410)의 측면에 탄성체삽입홈(470)이 형성되고, 탄성체(800)가 탄성체삽입홈(470)에 삽입되어 탄성체(800)의 일단이 탄성체삽입홈(470)의 단부에 고정된다.

그리고, 유격보상기어(700)의 측면에 걸림돌기(720)가 형성되어 탄성체삽입홈(470)에 삽입되고, 탄성체(800)의 타단이 걸림돌기(720)에 고정된다.

즉, 외치기어(200.300)와 내치기어(410)의 치합 시, 유격보상치(710)가 우선 외치(250)에 접하여 유격보상기어(700)가 정회전한 후 내치(420)가 외치(250)에 치합됨으로써 래틀 소음을 줄여줄 수 있다.

이때, 유격보상기어(700)의 정회전 시, 걸림돌기(720)가 탄성체삽입홈(470)에서 회전하여 탄성체(800)를 압축변형시킨다.

외치기어(200,300)와 내치기어(410)의 분리 시, 탄성체(800)가 원상태로 복원되어 걸림돌기(720)를 밀고, 걸림돌기(720)와 유격보상기어(700)가 역회전하여 원위치로 복귀된다.

유격보상기어(700)는 내치기어(410)의 일측에 배치되어 제1 외치기어(200) 또는 제2 외치기어(300)에 치합되거나, 내치기어(410)의 양측에 배치되어 각각 제1 외치기어(200), 제2 외치기어(300)에 치합될 수 있다.

이에 따라, 유격보상기어홈(460)은 내치기어(410)의 양측에 배치되도록 하우징(400)에 형성되고, 탄성체삽입홈(470)도 내치기어(410)의 양측에 형성되며, 걸림돌기(720)도 제1 외치기어(200)와 제2 외치기어(300)의 측면에 각각 형성되어 탄성체삽입홈(470)에 삽입된다.

본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것이 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 입력부재
200: 제1 외치기어
300: 제2 외치기어
400: 하우징
500: 출력부재
600: 커버링
900: 어댑터
F : 고정링
B : 볼트

Claims

일측이 모터의 로터에 결합되고, 상기 로터에 동조하여 회전하는 어댑터;
원통형상으로 형성되되 내부에 상기 어댑터의 타측을 삽입하기 위한 제1 삽입공이 형성되는 입력부재;
상기 입력부재의 외주면에 형성된 제1 영역이 삽입되는 제1 중공이 형성되는 제1 외치기어;
상기 입력부재의 외주면에 형성된 제2 영역이 삽입되는 제2 중공이 형성되는 제2 외치기어;
내주면에 상기 제1 외치기어와 제2 외치기어의 외주면에 형성된 치형과 대응되는 치형을 갖는 내치기어가 형성되는 하우징; 및
상기 어댑터의 내부에 삽입되는 출력축이 형성되고, 상기 제1 외치기어와 제2 외치기어의 편심회전에 기초하여 감속 회전하는 출력부재;
를 포함하는 사이클로이드 감속기.
청구항 1에 있어서,
상기 어댑터는,
상기 제1 삽입공에 삽입되고, 내부에 상기 출력축을 삽입하기 위한 제2 삽입공이 형성되는 입력부재어댑터;
상기 입력부재어댑터의 단부에 연결되어 상기 로터에 결합되는 로터어댑터;
를 포함하는 사이클로이드 감속기.
청구항 2에 있어서,
상기 입력부재의 내주면과 상기 입력부재어댑터의 외주면이 상호 접하여 상기 입력부재와 입력부재어댑터가 동조하여 회전하는 사이클로이드 감속기.
청구항 2에 있어서,
상기 입력부재의 내주면과 상기 입력부재어댑터의 외주면에 상호 대향하여 접하는 접촉면이 형성되는 사이클로이드 감속기.
청구항 2에 있어서,
상기 출력축의 외주면과 입력부재어댑터의 내주면 사이에 간극이 형성되는 사이클로이드 감속기.