KR20160120071A - 하이토크 전동용 소형 싸이클로 차동감속장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 싸이클로 차동감속장치에 있어서: 본체(10); 상기 본체(10) 상에 회전 가능하게 지지되고, 상류단(21)과 하류단(22)을 편심 상으로 지니는 구동축(20); 상기 본체(10) 내부에서 구동축(20)의 하류단(22)에 회전 가능하게 결합되고, 외주면 또는 내주면에 N개의 사이클로이드 치형을 지니는 전동디스크(30); 및 상기 전동디스크(30)의 치형에 부분적으로 접하도록 N과 상이한 수량의 피동핀(41)을 구비하는 피동판(40);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 전동기의 전기력을 기계력으로 전환하여 소정의 작업을 수행함에 있어 소형의 구조를 기반으로 하면서 고하중이나 충격하중을 감당할 수 있을 뿐더러 내구성 저하를 방지하는 효과가 있다.

Description

하이토크 전동용 소형 싸이클로 차동감속장치{Cyclo speed reducing apparatus for small sized and high torque transmission}

본 발명은 싸이클로 차동감속장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 전동기의 전기력을 기계력으로 전환하여 소정의 작업을 수행하는 하이토크 전동용 소형 싸이클로 차동감속장치에 관한 것이다.

싸이클로 감속기는 사이클로이드 치형을 기반으로 소형ㆍ경량화가 가능하면서 감속비를 크게 유지하고 완충성과 내구성이 높아 산업전반에서 점차적으로 활용성이 증대되고 있다. 예를 들어, 우주항공이나 반도체장비 분야의 정밀제어는 물론 소형 전동장치로서 장선기나 와인더용 전동윈치 또는 전기자전거용 기어드허브모터 등에도 적용이 확대된다.

이와 관련되어 참고할 수 있는 선행기술문헌으로서, 한국 공개특허공보 제2014-0053287호(선행문헌 1), 한국 공개특허공보 제2014-0132216호(선행문헌 2) 등이 알려져 있다.

선행문헌 1은 모터형 드럼으로서, 드럼 셸; 상기 드럼 셸 내부에 배치되며 모터 로터를 구비하는 모터; 출력부에서 상기 모터의 회전 속도에 대해 감소된 회전 속도를 생성하는 사이클로이달 감속기; 및 복수의 다양한 부품이 통과하여 수용되는 중공 입력 샤프트를 포함한다. 이에, 광범위한 속도 범위에 걸쳐 비교적 일정한 토크 및 효율 곡선을 유지하는 효과를 기대한다.

선행문헌 2는 고정자 와인딩의 자화로 회전하게 되며, 입력샤프트 상에 장착된 편심베어링 상에 장착되어, 상기 고정자 와인딩의 자계에 의한 자전과 상기 편심베어링에 의한 공전을 하게 되는 회전자 코어를 포함한다. 이에 따라, 영구자석을 삭제함으로써 비용이 절감되고, 제조 공정이 심플한 효과를 기대한다.

그러나, 선행문헌 1에서 사이클로이달 디스크의 개구에 가이드 핀을 연결하는 방식과 선행문헌 2에서 회전자 코어의 구동구멍에 롤러를 수용하는 방식에 의하면 싸이클로 차동감속장치의 소형화에 한계성을 보일뿐더러 고하중이나 충격하중을 전달하는 경우 마모증대에 의한 내구성 저하가 우려된다.

1. 한국 공개특허공보 제2014-0053287호 "사이클로 감속기 장치" (공개일자 : 2014. 5. 7.) 2. 한국 공개특허공보 제2014-0132216호 "인휠모터 시스템" (공개일자 : 2014. 11. 17.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 전동기의 전기력을 기계력으로 전환하여 소정의 작업을 수행함에 있어 소형의 구조를 기반으로 하면서 고하중이나 충격하중을 감당할 수 있는 하이토크 전동용 소형 싸이클로 차동감속장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 싸이클로 차동감속장치에 있어서: 본체; 상기 본체 상에 회전 가능하게 지지되고, 상류단과 하류단을 편심 상으로 지니는 구동축; 상기 본체 내부에서 구동축의 하류단에 회전 가능하게 결합되고, 외주면 또는 내주면에 N개의 사이클로이드 치형을 지니는 전동디스크; 및 상기 전동디스크의 치형에 부분적으로 접하도록 N과 상이한 수량의 피동핀을 구비하는 피동판;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 피동핀은 외접기어의 전동디스크에 대응하여 (N+1)개를 구비하고, 내접기어의 전동디스크에 대응하여 (N-1)개를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 피동판의 피동핀은 동심상에 독립적으로 회전 가능하게 배치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 피동판은 구동축을 동심으로 감싸는 권취보빈의 일단에 동심상으로 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 권취보빈은 한 쌍의 대향하는 안내판 상에 회전 가능하게 지지되고, 타단에서 전동기와 연결되어 윈치의 기능을 수행하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 전동기의 전기력을 기계력으로 전환하여 소정의 작업을 수행함에 있어 소형의 구조를 기반으로 하면서 고하중이나 충격하중을 감당할 수 있을 뿐더러 내구성 저하를 방지하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 장치가 적용된 일예를 나타내는 구성도
도 2는 본 발명에 따른 장치의 주요부를 나타내는 구성도
도 3 및 도 4는 본 발명의 변형예에 따른 장치의 주요부를 나타내는 구성도
도 5는 본 발명에 따른 장치의 작동상태를 순차적으로 나타내는 모식도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 싸이클로 차동감속장치에 관하여 제안한다. 싸이클로 감속기는 편심 차동 방식의 감속기로서 사이클로이드 기어를 기반으로 하여 소형이면서 높은 감속비와 정숙한 구동을 구현한다.

본 발명에 따르면 본체(10)는 주요 작동품을 수용하는 하우징(11)을 포함하는 의미로 정의된다. 도 1은 장선기나 와인더와 같은 전동식 윈치를 예시하는 것으로 본체(10)는 중앙부분에 개구를 형성하는 구조이다.

또, 본 발명에 따르면 상류단(21)과 하류단(22)을 편심 상으로 지니는 구동축(20)이 상기 본체(10) 상에 회전 가능하게 지지되는 구조이다. 구동축(20)의 상류단(21)과 하류단(22)은 동력이 전달되는 흐름을 기준으로 명명된다. 하류단(22)은 상류단(21)과 편심을 이루도록 일체로 형성된다. 즉, 전체적으로 상류단(21)과 동일한 형태이고 일부에 하류단(22)이 형성되는 구조이다. 구동축(20)은 본체(10)의 하우징(11) 상에 베어링을 개재하여 회전 가능하게 지지된다.

또, 본 발명에 따르면 외주면 또는 내주면에 N개의 사이클로이드 치형을 지니는 전동디스크(30)가 상기 본체(10) 내부에서 구동축(20)의 하류단(22)에 회전 가능하게 결합되는 구조이다. 전동디스크(30)는 싸이클로 감속기에서 사이클로이드 기어에 해당하는 부분으로서 구동축(20)의 하류단(22)에 편심베어링을 개재하여 편심회전 가능하게 설치된다. 도 2에서 전동디스크(30)는 외주면에 (N=9)개의 사이클로이드 치형을 지닌 외접기어 상태로 예시된다.

또, 본 발명에 따르면 피동판(40)이 상기 전동디스크(30)의 치형에 부분적으로 접하도록 N과 상이한 수량의 피동핀(41)을 구비하는 구조를 특징으로 한다. 피동핀(41)은 본체(10)의 내면에 인접하지만 구동축(20)과 동심상으로 배치되는 피동판(40) 상에 설치된다. 피동핀(41)의 수량이 전동디스크(30)의 치형수와 상이한 것은 싸이클로 감속기의 기본적 작동원리를 적용하기 위함이다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 피동핀(41)은 외접기어의 전동디스크(30)에 대응하여 (N+1)개를 구비하고, 내접기어의 전동디스크(30)에 대응하여 (N-1)개를 구비하는 것을 특징으로 한다. 도 2는 외접기어의 전동디스크(30)로서 9개의 치형에 대응하여 10개의 피동핀(41)을 구비한다. 도 3(a)는 외접기어의 전동디스크(30)로서 6개의 치형에 대응하여 7개의 피동핀(41)을 구비하고, 도 3(b)는 내접기어의 전동디스크(30′)로서 8개의 치형에 대응하여 7개의 피동핀(41)을 구비한다. 도 4(a)는 외접기어의 전동디스크(30)로서 19개의 치형에 대응하여 20개의 피동핀(41)을 구비하고, 도 4(b)는 내접기어의 전동디스크(30′)로서 21개의 치형에 대응하여 20개의 피동핀(41)을 구비한다.

도 2의 설계예로서, 구동축(20)의 상류단(21)은 직경 12㎜, 하류단(22)은 직경 18㎜, 편심베어링(25)의 외경은 24㎜, 전동디스크(30)의 이끝(31) 직경은 59㎜, 피동핀(41)의 직경은 12㎜, 피동핀(41)의 중심이 배치되는 원주의 직경(피치경)은 65㎜이다. 도 4의 설계예로서, 구동축(20)의 상류단(21)과 하류단(22)의 편심은 1.8㎜, 전동디스크(30)의 이끝(31) 직경은 68.4㎜, 피동핀(41)의 직경은 7.2㎜, 피동핀(41)의 피치경은 72㎜이다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 피동판(40)의 피동핀(41)은 동심상에 독립적으로 회전 가능하게 배치되는 것을 특징으로 한다. 피동핀(41)은 피동판(40) 상에 베어링을 개재하여 회전 가능하게 설치된다. 다수의 피동핀(41)이 순차적으로 전동디스크(30)에 의하여 접촉하는 동안 미끄럼 마찰을 줄이면서 감속과 더불어 토크증대의 기능을 수행한다.

이와 같이 하여 본 발명의 전동디스크(30)는 종래 한 쌍의 사이클로이드 기어 중 하나를 생략하면서 이를 연결하는 핀을 생략할 수 있어 소형화 설계에 유리하고 전동디스크(30)의 치형면에 자전되는 피동핀(41)을 배치하여 마찰을 축소함에 의한 내구성 향상을 기대할 수 있다.

도 5(a) 내지 (d)를 참조하면, 구동축(20)이 시계방향으로 1회전하는 상태를 4등분하여 전동디스크(30)와 피동판(40)이 반시계방향으로 감속되어 회전하는 상태를 예시한다. 전동디스크(30)가 편심운동과 더불어 반시계방향으로 회전하면서 피동핀(41)의 자전과 공전을 유발한다. 이에 구동축(20)의 1회전 동안 피동판(40)은 A, A′, A″로 감속되어 회전함을 알 수 있다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 피동판(40)은 구동축(20)을 동심으로 감싸는 권취보빈(45)의 일단에 동심상으로 연결되는 것을 특징으로 한다. 도 1에 의하면 구동축(20)의 외부에 권취보빈(45)이 독립적으로 회전 가능하게 동심상으로 지지된 구조를 지닌다. 권취보빈(45)의 일단에는 피동판(40)이 동심상으로 연결되어 연동된다. 실제 제작에 있어서 피동판(40)과 권취보빈(45)은 일체형으로 형성되는 것이 소형화에 유리하다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 권취보빈(45)은 한 쌍의 대향하는 안내판(13) 상에 회전 가능하게 지지되고, 타단에서 전동기(15)와 연결되어 윈치의 기능을 수행하는 것을 특징으로 한다. 도 1에서 하우징(11) 상에 한 쌍의 안내판(13)이 고정되고, 안내판(13) 상에 권취보빈(45)이 회전 가능하게 수용된다. 일측 안내판(13)에서 전동기(15)에 수용된 로터(16)가 구동축(20)에 연결되고, 일측 안내판(13)에서 본체(10)에 수용된 전동디스크(30)가 구동축(20)에 연결된다. 안내판(13)의 내측에는 안내판(43)이 권취보빈(45)과 연동하도록 결합된다. 이에 전동기(15)가 작동하면 피동판(40)과 권취보빈(45)이 감속된 상태의 하이토크로 견인와이어(도시 생략)를 감아 윈치 기능을 수행할 수 있다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 본체 11: 하우징
13: 안내판 15: 전동기
16: 로터 20: 구동축
21: 상류단 22: 하류단
25: 편심베어링 30, 30′: 전동디스크
31: 이끝 32: 이뿌리
40: 피동판 41: 피동핀
43: 안내판 45: 권취보빈

Claims (5)

1. 싸이클로 차동감속장치에 있어서:
   본체(10);
   상기 본체(10) 상에 회전 가능하게 지지되고, 상류단(21)과 하류단(22)을 편심 상으로 지니는 구동축(20);
   상기 본체(10) 내부에서 구동축(20)의 하류단(22)에 회전 가능하게 결합되고, 외주면 또는 내주면에 N개의 사이클로이드 치형을 지니는 전동디스크(30); 및
   상기 전동디스크(30)의 치형에 부분적으로 접하도록 N과 상이한 수량의 피동핀(41)을 구비하는 피동판(40);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이토크 전동용 소형 싸이클로 차동감속장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 피동핀(41)은 외접기어의 전동디스크(30)에 대응하여 (N+1)개를 구비하고, 내접기어의 전동디스크(30)에 대응하여 (N-1)개를 구비하는 것을 특징으로 하는 하이토크 전동용 소형 싸이클로 차동감속장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 피동판(40)의 피동핀(41)은 동심상에 독립적으로 회전 가능하게 배치되는 것을 특징으로 하는 하이토크 전동용 소형 싸이클로 차동감속장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 피동판(40)은 구동축(20)을 동심으로 감싸는 권취보빈(45)의 일단에 동심상으로 연결되는 것을 특징으로 하는 하이토크 전동용 소형 싸이클로 차동감속장치.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 권취보빈(45)은 한 쌍의 대향하는 안내판(13) 상에 회전 가능하게 지지되고, 타단에서 전동기(15)와 연결되어 윈치의 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 하이토크 전동용 소형 싸이클로 차동감속장치.

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