KR20230068037A

KR20230068037A - Compound roller reducer using friction driving

Info

Publication number: KR20230068037A
Application number: KR1020210153924A
Authority: KR
Inventors: 최동일; 김다윗; 신승철; 허성용
Original assignee: 명지대학교 산학협력단
Priority date: 2021-11-10
Filing date: 2021-11-10
Publication date: 2023-05-17

Abstract

The present invention comprises: a planetary roller having a cylindrical shape with predetermined height to have a curved side surface; a linear roller connected to a central shaft and having an outer circumferential surface to correspond to the curved side surface of the planetary roller to be inserted and coupled to the side surface of the planetary roller; and a ring roller having an inner circumferential surface to correspond to the curved side surface of the planetary roller to be inserted and coupled to the side surface of the planetary roller. The present invention is driven by using frictional force by surface contact between the plurality of rollers to enable smooth transmission of torque and be effective in reducing vibration and a noise.

Description

마찰구동을 이용한 복합 롤러 감속기{COMPOUND ROLLER REDUCER USING FRICTION DRIVING}Composite roller reducer using friction drive {COMPOUND ROLLER REDUCER USING FRICTION DRIVING}

본 발명은 구름 접촉에 의한 마찰력을 이용하여 회전을 감속하면서 토크를 증가시키는 시킬 수 있는 감속장치에 관한 것이다.The present invention relates to a deceleration device capable of increasing torque while decelerating rotation by using frictional force due to rolling contact.

모터의 출력은 토크와 회전 속도(각속도)의 곱으로 나타나며, 동일한 출력의 모터라도 토크에 따라 고속/저속 모터로 구분될 수 있다. 이때 감속기(reducer)는 동력원인 모터에 결합하여 출력 회전수를 감소시켜 높은 회전 출력 토크를 얻을 수 있도록 한다. 따라서, 감속기를 통해 출력 회전수를 조절함으로써 원하는 출력 토크를 얻을 수 있다.The output of a motor is expressed as a product of torque and rotational speed (angular speed), and even motors with the same output can be classified as high-speed/low-speed motors according to torque. At this time, the reducer is coupled to the motor, which is a power source, to reduce the number of output revolutions so that high rotational output torque can be obtained. Therefore, a desired output torque can be obtained by adjusting the output rotation speed through the reducer.

다양한 감속기 중 복합기어 유성 기어 감속기(Compound gear planetary reducer)는 단위 부피당 동력 전달 비율이 큰 것이 특징으로, 같은 크기의 기어 감속기 대비 높은 역구동성과 동력 전달 효율을 높게 유지하여 간단한 구조에서 높은 감속비를 낼 수 있어 널리 사용된다. 유성 기어 감속기는 맞물리는 1쌍의 기어 한쪽은 고정되어 있고, 다른 쪽은 이와 맞물린 상태로 그 주위를 회전하는 전동 장치를 말한다. Among various reducers, the compound gear planetary reducer is characterized by a large power transmission ratio per unit volume. can be widely used. A planetary gear reducer refers to a transmission device in which one pair of interlocking gears is fixed and the other rotates around them while being engaged with them.

도 1은 종래 치차 형식의 유성 기어 감속기를 나타낸다. 유성 기어 감속기는 선 기어(20)가 중심에 고정되고, 기어의 외곽을 형성하는 링 기어(10)와 선 기어(20)의 중간에 유성 기어(30)가 위치하며, 하면에는 유성 기어를 동일한 간격을 지지하는 캐리어가 포함된다. 종래의 링 기어(10), 선 기어(20) 및 유성 기어(30)는 치차 형식으로 맞물려 있어 서로 치합되는 기어에 동력을 전달하여 구동된다. 엔진 등 동력원에서 전달된 동력으로 중심부에 위치한 선 기어(20)가 회전하면, 선 기어(20)와 치합되는 기어를 통해 유성 기어(30)도 동력을 전달받아 회전한다. 이에 따라 유성 기어(30)에 치합되는 외곽의 링 기어(10)가 회전하며, 링 기어(10)와 연결되는 출력축의 회전이 감속하고 토크가 증가하게 된다.1 shows a conventional gear type planetary gear reducer. In the planetary gear reducer, the sun gear 20 is fixed at the center, the planetary gear 30 is located in the middle of the ring gear 10 and the sun gear 20 forming the outer circumference of the gear, and the planetary gear is the same on the lower surface. A carrier supporting the gap is included. The ring gear 10, the sun gear 20, and the planetary gear 30 of the related art are meshed in gear form, and are driven by transmitting power to the gears meshing with each other. When the sun gear 20 located in the center rotates with power transmitted from a power source such as an engine, the planetary gear 30 also receives power and rotates through the gear meshing with the sun gear 20. Accordingly, the outer ring gear 10 meshed with the planetary gear 30 rotates, the rotation of the output shaft connected to the ring gear 10 is reduced, and the torque is increased.

그러나, 도 1과 같이 종래의 치차 형식의 유성 기어 감속기는 치각이 동일하여 치합이 맞물리면서 동작하기 때문에, 치각이 동일하지 않을 경우에는 원활한 구동이 불가능하므로 이를 정밀하게 가공하는 것이 어려운 문제가 있다. 또한, 이러한 치차 형식의 복합 기어는 기어 간의 물림 또는 기어 간의 이격 거리로 인해 소음, 진동이 발생하는 문제가 있으며, 장기간 작동하는 경우에는 마찰면의 마모로 인해 소음 및 진동이 더욱 심해지며, 동력 전달 효율이 떨어지는 문제가 있다.However, as shown in FIG. 1, since the conventional gear type planetary gear reducer has the same tooth angle and operates while the teeth are meshed, smooth driving is impossible when the tooth angle is not the same, so it is difficult to precisely process it. In addition, these gear-type composite gears have a problem in that noise and vibration occur due to the bite between gears or the distance between gears. There is a problem of low efficiency.

또한, 종래에 감속기를 최적으로 설계하기 위해서는 기어의 설계요소를 설정하고 동역학을 해석하는 과정을 수차례 반복하여 목표함수의 최적해, 최적 감속비를 산출하였기 때문에 최적 설계를 위한 소요시간이 길다는 단점이 있었다. In addition, conventionally, in order to optimally design a reducer, the process of setting the design elements of the gear and analyzing the dynamics was repeated several times to calculate the optimal solution of the target function and the optimal reduction ratio, so the time required for optimal design was long. there was.

이에 본 출원인은 복수 개의 기어의 옆면을 치차 형식의 치합 결합이 아닌 면접촉에 의한 마찰구동을 하여 치합에 따라 발생하는 종래의 문제를 해결하고자 연구 개발을 진행하였다. 또한, 본 출원인은 최적 감속비 등 기어 설계에 적용되는 최적해를 일반적인 최적화 문제로 변형하여 기어 설계가 정확하고 빠르게 수행되도록 하였다.Accordingly, the present applicant conducted research and development to solve the conventional problems caused by meshing by frictionally driving the sides of a plurality of gears by surface contact rather than gear-type meshing. In addition, the present applicant transforms the optimal solution applied to gear design, such as the optimal reduction ratio, into a general optimization problem so that gear design can be performed accurately and quickly.

한국등록특허 제10-1301702호Korean Patent Registration No. 10-1301702 한국등록특허 제10-1256849호Korean Patent Registration No. 10-1256849

본 발명은 복수의 롤러 간 물림이 발생하지 않고 마찰력 조절이 가능하여 소음과 진동이 적고 높은 동력 전달 효율을 갖는 감속기를 제공하고자 한다. 본 발명은 최적화된 수치로서 최적 감속비가 반영되며, 최적 설계에 소요되는 시간이 단축된 감속기를 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide a speed reducer having low noise and vibration and high power transmission efficiency by controlling frictional force without causing bite between a plurality of rollers. An object of the present invention is to provide a speed reducer in which the optimal reduction ratio is reflected as an optimized value and the time required for optimal design is reduced.

본 발명이 해결하려는 과제들은 앞에서 언급한 과제들로 제한되지 않는다. 본 발명의 다른 과제 및 장점들은 아래 설명에 의해 더욱 분명하게 이해될 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned above. Other problems and advantages of the present invention will be more clearly understood from the description below.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,일정 높이를 가진 원기둥 형상으로 측면이 굴곡진 유성 롤러; 중심축에 연결되며, 상기 유성 롤러의 굴곡진 측면에 대응되도록 외주면이 형성되어 상기 유성 롤러의 측면과 끼움 결합하는 선 롤러; 및 상기 유성 롤러의 굴곡진 측면에 대응되도록 내주면이 형성되어 상기 유성 롤러의 측면과 끼움 결합하는 링 롤러를 포함하여, 면접촉에 의한 마찰구동을 이용한 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention is a planetary roller with a curved side in a cylindrical shape having a certain height; a line roller connected to a central axis and having an outer circumferential surface corresponding to the curved side of the planetary roller to be fitted with the side surface of the planetary roller; and a ring roller having an inner circumferential surface formed to correspond to the curved side surface of the planetary roller and fitted with the side surface of the planetary roller, characterized in that frictional driving by surface contact is used.

바람직하게, 상기 유성 롤러는, 측면에 볼록한 돌기가 형성되고, 상기 선 롤러 또는 상기 링 롤러는, 상기 유성 롤러의 상기 돌기가 삽입되도록 외주면 또는 내주면에 각각 홈이 형성되어, 상기 유성 롤러의 측면과 상기 선 롤러의 외주면 또는 상기 링 롤러의 내주면은 끼움 결합될 수 있다.Preferably, the planetary roller has convex projections formed on its side, and the line roller or the ring roller has grooves formed on its outer or inner circumferential surface so that the projections of the planetary roller are inserted, respectively, so that the side surface and An outer circumferential surface of the line roller or an inner circumferential surface of the ring roller may be fitted.

바람직하게, 상기 유성 롤러는, 일정 높이에 따라 복수 개의 섹션으로 구분되며, 상기 선 롤러 또는 상기 링 롤러는, 상기 유성 롤러의 상기 섹션따라 각각 복수 개 마련될 수 있다.Preferably, the planetary roller is divided into a plurality of sections along a predetermined height, and a plurality of line rollers or ring rollers may be provided along the section of the planetary roller.

바람직하게, 상기 유성 롤러의 상기 섹션은, 일정 높이에 따른 측면이 지름의 차이에 따라 구분될 수 있다.Preferably, the section of the planetary roller may be divided according to a difference in diameter on the side along a certain height.

바람직하게, 상기 유성 롤러는, 상기 섹션마다 측면에 볼록한 돌기가 형성되고, 복수 개의 상기 선 롤러 또는 상기 링 롤러는 각각 홈이 형성되어, 상기 섹션과 결합할 수 있다.Preferably, the planetary roller has a convex projection formed on a side surface of each section, and each of the plurality of line rollers or the ring roller has a groove formed thereon, so that the section may be coupled with the one.

바람직하게, 상기 유성 롤러는, 우레탄 소재로 형성되며, 상기 선 롤러 또는 상기 링 롤러는, 플라스틱 또는 금속으로 형성되어, 상기 유성 롤러와 상기 선 롤러 또는 상기 링 롤러의 접촉 시 마찰력이 증가할 수 있다.Preferably, the planetary roller is made of a urethane material, and the line roller or the ring roller is made of plastic or metal, so that frictional force may increase when the planetary roller and the sun roller or the ring roller come into contact with each other. .

본 발명에 따르면, 감속기를 구성하는 복수의 롤러가 서로 간 면접촉에 의한 마찰력을 이용하여 구동되므로, 토크 전달이 부드럽고, 진동 및 소음이 감소하는 장점을 가진다. 특히, 본 발명의 유성 롤러는 높이에 따라 복수 개의 섹션으로 구분될 수 있으며, 각 섹션마다 별개의 선 롤러 또는 링 롤러와 접함으로써, 마찰구동을 통한 마찰력 조절이 용이하다.According to the present invention, since the plurality of rollers constituting the reducer are driven using frictional force due to surface contact between them, torque transmission is smooth and vibration and noise are reduced. In particular, the planetary roller of the present invention can be divided into a plurality of sections according to the height, and each section is in contact with a separate line roller or ring roller, so that frictional force can be easily adjusted through a friction drive.

본 발명은 최적 감속비가 반영될 수 있는 최적 파라미터를 도출하여, 이를 본 발명의 감속기 설계에 적용함으로써 동력 전달 효율이 높은 장점을 가진다.The present invention has the advantage of high power transmission efficiency by deriving an optimal parameter that can reflect an optimal reduction ratio and applying it to the design of the reducer of the present invention.

또한, 유성 롤러의 예압을 캐리어를 통해 조절하여 토크 전달 효율 제어가 가능하고 마모에 대한 보상이 가능한 이점이 있다.In addition, by adjusting the preload of the planetary roller through the carrier, torque transmission efficiency can be controlled and wear compensation can be provided.

도 1은 종래 치차 형식의 유성 기어 감속기를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 감속기의 종단면을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 유성 롤러의 모습을 나타낸다.1 shows a conventional gear type planetary gear reducer.
2 shows a longitudinal cross-section of a reducer according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 shows the appearance of the planetary roller according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 예시적 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일 참조부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부재를 나타낸다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the contents described in the accompanying drawings. However, the present invention is not limited or limited by exemplary embodiments. The same reference numerals in each figure indicate members performing substantially the same function.

본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.The objects and effects of the present invention can be naturally understood or more clearly understood by the following description, and the objects and effects of the present invention are not limited only by the following description. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 감속기(1)의 종단면을 나타낸다. 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 유성 롤러(170)의 모습을 나타낸다.2 shows a longitudinal cross-section of a reducer 1 according to an embodiment of the present invention. 3 shows the appearance of the planetary roller 170 according to an embodiment of the present invention.

감속기(1)는 복수 개의 롤러를 포함하며, 롤러 간 접촉을 통해 동력을 전달하거나, 면접촉에 의한 마찰구동을 이용하여 접촉면에서 마찰력에 의해 출력 회전수를 조절하여, 다양한 동력전달이 필요한 장치에 활용될 수 있다. 감속기(1)는 유성 롤러(170), 선 롤러(131, 133), 링 롤러(151, 153) 및 캐리어(190)를 포함할 수 있다.The reducer 1 includes a plurality of rollers, transmits power through contact between rollers, or adjusts the output rotation speed by frictional force on the contact surface using friction drive by surface contact, so that various power transmission is required. can be utilized The reducer 1 may include a planetary roller 170, line rollers 131 and 133, ring rollers 151 and 153, and a carrier 190.

선 롤러(131, 133)는 중심축(111)에 연결되어, 동력은 중심축(111)으로부터 선 롤러(131, 133)로 전달되며, 선 롤러(131, 133)와 접하는 유성 롤러(170)로 전달되고, 유성 롤러(170)와 접하는 링 롤러(151, 153)로 순차적으로 전달될 수 있다.The sun rollers 131 and 133 are connected to the central axis 111, power is transmitted from the central axis 111 to the sun rollers 131 and 133, and the planetary roller 170 in contact with the sun rollers 131 and 133 and may be sequentially transmitted to the ring rollers 151 and 153 in contact with the planetary roller 170.

선 롤러(131, 133)의 외주면은 굴곡진 형상일 수 있으며, 이는 유성 롤러(170)의 굴곡진 측면에 대응되도록 형성된 것으로, 유성 롤러(170)의 측면과 끼움 결합할 수 있다. The outer circumferential surfaces of the sun rollers 131 and 133 may have a curved shape, which is formed to correspond to the curved side surface of the planetary roller 170, and can be fitted with the side surface of the planetary roller 170.

본 발명은 종래 복합 기어 감속기의 치차 형식의 치합 결합에서 발생하는 문제인 소음, 진동 및 마찰면 마모로 인한 동력 전달 효율 감소를 해결하고자 하는 것으로, 종래와 같이 선 롤러(131, 133) 또는 링 롤러(151, 153)는 둘레에 복수 개의 철기(凸起)(이빨)를 갖지 않는다. 본 발명의 선 롤러(131, 133) 또는 링 롤러(151, 153)는 유성 롤러(170)와 면접촉하여 일정 수준의 마찰력을 통해 구동될 수 있다. 따라서, 유성 롤러(170)와 접하는 선 롤러(131, 133)의 외주면은 일정 수준 이상의 마찰력을 형성될 수 있는 범위 내에서 형성될 수 있으며, 마찰력이 발생되도록 표면처리가 될 수 있다.The present invention is intended to solve the reduction in power transmission efficiency due to noise, vibration, and wear of friction surfaces, which are problems occurring in the gear-type meshing of a conventional composite gear reducer, 151, 153) do not have a plurality of iron teeth (teeth) around them. The sun rollers 131 and 133 or the ring rollers 151 and 153 of the present invention may be driven by a certain level of frictional force in surface contact with the planetary roller 170. Accordingly, outer circumferential surfaces of the sun rollers 131 and 133 in contact with the planetary roller 170 may be formed within a range capable of forming frictional force of a certain level or more, and may be surface treated to generate frictional force.

또한, 선 롤러(131, 133)는 유성 롤러(170)의 측면에 형성된 돌기(1710, 1730)에 대응되어, 돌기(1710, 1730)에 삽입되도록 외주면에 홈이 형성될 수 있다. 선 롤러(131, 133)의 홈과 유성 롤러(170)의 돌기(1711, 1731)가 결합함으로써 구름 접촉하는 양 롤러는 안정적으로 결합 및 구동될 수 있다.Further, the sun rollers 131 and 133 may correspond to the protrusions 1710 and 1730 formed on the side surfaces of the planetary roller 170, and may have grooves formed on their outer circumferential surfaces so as to be inserted into the protrusions 1710 and 1730. When the grooves of the sun rollers 131 and 133 and the protrusions 1711 and 1731 of the planetary roller 170 are coupled, both rollers in rolling contact can be stably engaged and driven.

선 롤러(131, 133)는 유성 롤러(170)의 섹션(1710, 1730) 따라 각각 복수 개 마련될 수 있다. 도 2를 참고하면, 선 롤러(131, 133)는 유성 롤러(170)의 섹션(1710, 1730) 따라 상하로 제1 선 롤러(131) 및 제2 선 롤러(133)로 구분될 수 있다. 후술하는 바와 같이, 유성 롤러(170)는 일정 높이에 따른 지름의 차이에 따라 제1 섹션(1710) 또는 제2 섹션(1730)으로 구분될 수 있다. 이에 선 롤러(131, 133) 또한 제1 섹션(1710)과 접하는 제1 선 롤러(131)과 제2 섹션(1730)과 접하는 제2 선 롤러(133)으로 구분되어, 각각 구름 접촉할 수 있다. 유성 롤러(170)의 제1 섹션(1710) 또는 제2 섹션(1730)이 지름이 상이한 것과 유사하게, 제1 선 롤러(131) 또는 제2 선 롤러(133) 또한 중심축(111)에서 유성 롤러(170)까지의 길이가 상이할 수 있다. 또한, 유성 롤러(170)의 제1 섹션(1710) 또는 제2 섹션(1730)에 각각 형성된 돌기(1711, 1731)에 따라, 제1 선 롤러(131) 또는 제2 선 롤러(133)에 형성된 홈은 크기 또는 깊이가 상이할 수 있다.A plurality of sun rollers 131 and 133 may be provided along the sections 1710 and 1730 of the planetary roller 170, respectively. Referring to FIG. 2 , the sun rollers 131 and 133 may be divided into a first sun roller 131 and a second sun roller 133 vertically along sections 1710 and 1730 of the planetary roller 170 . As will be described later, the planetary roller 170 can be divided into a first section 1710 or a second section 1730 according to a difference in diameter according to a certain height. Accordingly, the line rollers 131 and 133 are also divided into a first line roller 131 in contact with the first section 1710 and a second line roller 133 in contact with the second section 1730, respectively, and can make rolling contact. . Similar to the first section 1710 or the second section 1730 of the planet roller 170 having different diameters, the first line roller 131 or the second line roller 133 also has a planet at the central axis 111. The length to the roller 170 may be different. In addition, according to the protrusions 1711 and 1731 formed on the first section 1710 or the second section 1730 of the planetary roller 170, respectively, formed on the first line roller 131 or the second line roller 133. The grooves may be of different sizes or depths.

선 롤러(131, 133)는 플라스틱 또는 금속으로 형성될 수 있으며, 유성 롤러와 접촉 시 마찰력이 증가하도록 표면처리가 더 수행된 재질일 수 있다.The sun rollers 131 and 133 may be formed of plastic or metal, and may be made of a material further subjected to surface treatment to increase frictional force when in contact with the planetary roller.

링 롤러(151, 153)는 감속기(100)의 외곽에 위치하며, 감속기(100)의 하우징에 의하여 지지될 수 있다. 링 롤러(151, 153)의 내주면은 유성 롤러(170)와 접촉하여 마찰력을 통해 유성 롤러(170)로부터 동력을 전달받을 수 있다. 따라서, 링 롤러(151, 153)의 내주면과 유성 롤러(170)의 측면이 접하며, 링 롤러(151, 153)의 내주면은 유성 롤러(170)의 굴곡진 측면에 대응되도록 형성되어 양 롤러는 끼움 결합될 수 있다.The ring rollers 151 and 153 are located outside the reducer 100 and may be supported by the housing of the reducer 100. The inner circumferential surfaces of the ring rollers 151 and 153 may contact the planetary roller 170 and receive power from the planetary roller 170 through frictional force. Therefore, the inner circumferential surface of the ring rollers 151 and 153 and the side surface of the planetary roller 170 are in contact, and the inner circumferential surface of the ring rollers 151 and 153 is formed to correspond to the curved side surface of the planetary roller 170, so that both rollers are fitted. can be combined

도 2를 참고하면, 링 롤러(151, 153) 또한 전술한 선 롤러(131, 133)와 유사하게 상하로 구분된 유성 롤러(170)의 제1 섹션(1710), 제2 섹션(1730)에 따라 제1 링 롤러(151) 및 제2 링 롤러(153)로 구분 형성되어 유성 롤러(170)의 개별 섹션(1710, 1730)과 각각 결합할 수 있다. 제1 링 롤러(151) 및 제2 링 롤러(153) 또한 제1 섹션(1710) 및 제2 섹션(1730)에 따라 크기가 상이할 수 있다. 유성 롤러(170)의 각 섹션(1710, 1730)에 형성된 각 돌기(1711, 1731)에 따라, 제1 링 롤러(151) 또는 제2 링 롤러(153)에 형성된 홈은 크기 또는 깊이가 상이할 수 있다. Referring to FIG. 2 , the ring rollers 151 and 153 are also similar to the above-described line rollers 131 and 133 in the first section 1710 and the second section 1730 of the upper and lower planetary rollers 170. Accordingly, the first ring roller 151 and the second ring roller 153 may be divided into separate sections 1710 and 1730 of the planetary roller 170, respectively. The first ring roller 151 and the second ring roller 153 may also have different sizes according to the first section 1710 and the second section 1730 . Depending on the protrusions 1711 and 1731 formed on each section 1710 and 1730 of the planetary roller 170, the size or depth of the groove formed on the first ring roller 151 or the second ring roller 153 may be different. can

링 롤러(151, 153)는 플라스틱 또는 금속으로 형성될 수 있으며, 유성 롤러와 접촉 시 마찰력이 증가하도록 표면처리가 더 수행된 재질일 수 있다. The ring rollers 151 and 153 may be formed of plastic or metal, and may be a material further subjected to surface treatment to increase frictional force when in contact with the planetary roller.

유성 롤러(170)는 감속기(100) 내에서 복수 개 마련될 수 있으며, 일정 높이를 가진 원기둥 형상으로, 측면이 굴곡지게 형성될 수 있다. 유성 롤러(170)의 측면은 선 롤러(131, 133)의 외주면 또는 링 롤러(151, 153)의 내주면과 끼움 결합될 수 있으며, 측면의 일 지점이 서로 접하여 구동될 수 있다. 유성 롤러(170)는 선 롤러(131, 133)의 회전에 따라 자전하면서 동시에 공전할 수 있고, 유성 롤러(170)의 회전에 따라 링 롤러(151, 153)가 회전하여 동력이 전달될 수 있다.A plurality of planetary rollers 170 may be provided in the reducer 100, and may be formed in a cylindrical shape with a certain height and curved side surfaces. The side surface of the planetary roller 170 may be fitted with the outer circumferential surface of the sun rollers 131 and 133 or the inner circumferential surface of the ring rollers 151 and 153, and one point of the side surface may be driven in contact with each other. The planetary rollers 170 may rotate and revolve at the same time as the sun rollers 131 and 133 rotate, and the ring rollers 151 and 153 rotate according to the rotation of the planetary rollers 170 to transmit power. .

유성 롤러(170)는 둘레에 복수 개의 철기(凸起)(이빨)를 갖는 종래의 톱니바퀴 형태와 달리, 둘레에 톱니를 형성하지 않고 측면이 매끈할 수 있다. 이에 선 롤러(131, 133) 또는 링 롤러(151, 153) 또한 둘레에 톱니를 형성하지 않고 유성 롤러(170)의 측면과 대응되는 형태로 형성될 수 있다. 따라서 유성 롤러(170)와 선 롤러(131, 133) 또는 링 롤러(151, 153)는 톱니끼리 맞물려 동력을 전달하는 대신 양 면이 일정 수준 이상의 마찰로 구름 접촉하며 구동할 수 있다.The planetary roller 170 may have a smooth side surface without forming teeth on the circumference, unlike a conventional gear wheel shape having a plurality of convex teeth (teeth) around the circumference. Accordingly, the line rollers 131 and 133 or the ring rollers 151 and 153 may also be formed in a shape corresponding to the side surface of the planetary roller 170 without forming teeth around them. Therefore, the planetary roller 170 and the sun rollers 131 and 133 or the ring rollers 151 and 153 may be driven in rolling contact with a certain level of friction between both surfaces instead of transmitting power by meshing with each other.

유성 롤러(170)는 측면에 볼록한 돌기가 형성될 수 있다. 유성 롤러(170)의 측면에 돌기(1711, 1731)가 형성된 경우, 선 롤러(131, 133) 또는 링 롤러(151, 153)에는 유성 롤러(170)는 돌기(1711, 1731)에 대응하는 홈에 형성되어 끼움 결합될 수 있다. 유성 롤러(170)의 돌기(1711, 1731)와 선 롤러(131, 133) 또는 링 롤러(151, 153)의 홈이 결합함으로써 구름 접촉하는 양 롤러는 안정적으로 결합 및 구동할 수 있다.The planetary roller 170 may have convex projections formed on its side. When the projections 1711 and 1731 are formed on the side surface of the planetary roller 170, the planetary roller 170 has grooves corresponding to the projections 1711 and 1731 in the line rollers 131 and 133 or the ring rollers 151 and 153. It can be formed in and fitted. When the protrusions 1711 and 1731 of the planetary roller 170 and the grooves of the line rollers 131 and 133 or the ring rollers 151 and 153 are coupled, both rollers in rolling contact can be stably engaged and driven.

유성 롤러(170)는 일정 높이에 따라 복수 개의 섹션(1710, 1730)으로 구분될 수 있다. 유성 롤러(170)의 섹션(1710, 1730)은, 일정 높이에 따른 측면의 지름에 따라 구분될 수 있다. 도 3을 참고하면, 유성 롤러(170)는 하단부 보다 원의 지름이 작은 상단부를 제1 섹션(1710), 상단부보다 지름이 큰 하단부를 제2 섹션(1730)으로 구분될 수 있다. 본 발명의 유성 롤러(170)는 제1 섹션(1710)과 제2 섹션(1730)이 구분 결합된 형태로서, 하기 [수학식 1]과 같이 제1 섹션(1710)의 지름(P1)과 제2 섹션(1730)의 지름(P2)의 비율(P2/P1)을 조절함으로써 원하는 높은 감속비(Gear ratio) 산출이 가능하다. 따라서, 유성 롤러(170)를 섹션별로 구분하여 마찰 구동을 제어할 수 있다. 유성 롤러(170)의 제1 섹션(1710)은 제1 선 롤러(131), 제1 링 롤러(151)와 결합할 수 있고, 제2 섹션(1730)은 제2 선 롤러(151), 제2 링 롤러(153)와 각각 결합할 수 있다. 유성 롤러(170)는 각 섹션(1710, 1730)마다 측면에 볼록한 돌기(1711, 1731)가 형성될 수 있으며, 선 롤러(131, 133) 또는 링 롤러(151, 153)는 각 섹션(1710, 1730)에 맞는 홈이 각각 형성되어, 각 섹션(1710, 1730)과 결합할 수 있다.The planetary roller 170 may be divided into a plurality of sections 1710 and 1730 according to a certain height. The sections 1710 and 1730 of the planetary roller 170 may be divided according to the diameter of the side along a certain height. Referring to FIG. 3 , the planetary roller 170 may be divided into a first section 1710 at an upper end having a smaller diameter than the lower end and a second section 1730 at a lower end having a larger diameter than the upper end. The planetary roller 170 of the present invention is a form in which a first section 1710 and a second section 1730 are separately combined, and the diameter P1 of the first section 1710 and A desired high gear ratio can be calculated by adjusting the ratio (P2/P1) of the diameter (P2) of the second section (1730). Therefore, the friction drive can be controlled by dividing the planetary roller 170 by section. The first section 1710 of the planetary roller 170 may be combined with the first line roller 131 and the first ring roller 151, and the second section 1730 may be coupled with the second line roller 151, It can be combined with the two ring rollers 153, respectively. In the planetary roller 170, convex protrusions 1711 and 1731 may be formed on the side of each section 1710 and 1730, and the sun rollers 131 and 133 or the ring rollers 151 and 153 may have respective sections 1710 and 1731, respectively. 1730 is formed, respectively, to engage with each section (1710, 1730).

유성 롤러(170)는 우레탄 소재로 형성될 수 있으며, 플라스틱 또는 금속 소재로 형성된 선 롤러(131, 133) 또는 링 롤러(151, 153)와는 이러한 소재의 차이로 접하는 면의 마찰력이 증가할 수 있다. 유성 롤러(170)는 중심을 관통하는 볼트를 통해 하단에 위치한 캐리어(190)와 함께 조립되어 지지될 수 있으며, 캐리어(190)를 통해 예압이 조절되어 토크 전달 효율이 조절될 수 있다. 특히, 마찰력은 마찰면에 가해지는 압력 또는 하중에 하므로, 양 롤러가 접하는 접촉면 방향으로 압력이 가해지는 경우 양 롤러가 더욱 밀착되면서 마찰력이 증가할 수 있다. 이에 유성 롤러(170)가 탄성 성질을 가지는 우레탄 소재로 형성되는 경우, 캐리어(190)를 통해 받는 압력에 대해 마찰력이 탄력적으로 증가/감소할 있고 동력 전달 효율이 높을 수 있다. The planetary roller 170 may be formed of a urethane material, and the frictional force of the contacting surface may increase due to the difference in the material from the line rollers 131 and 133 or the ring rollers 151 and 153 formed of plastic or metal material. . The planetary roller 170 may be assembled and supported with the carrier 190 located at the bottom through a bolt passing through the center, and the preload may be adjusted through the carrier 190, so that the torque transmission efficiency may be adjusted. In particular, since the friction force depends on the pressure or load applied to the friction surface, when pressure is applied in the direction of the contact surface where both rollers come into contact, the friction force may increase as the two rollers come into close contact. Accordingly, when the planetary roller 170 is formed of a urethane material having elasticity, the frictional force against the pressure applied through the carrier 190 can be elastically increased/decreased, and power transmission efficiency can be high.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 감속기(100)는 SQP(Sequential Quadratic Programming) 최적화 기법이 적용되어 최적 감속비로 설계된 것을 특징으로 한다. 종래에는 감속기를 설계하는데 있어서, 즉각적으로 최적 감속비를 산출하여 적용하지 못하고, 기어의 설계요소 설정 및 동역학 해석의 과정을 반복하여야 했다. 따라서, 종래에는 감속기의 최적 설계를 위해 시간이 많이 소요되는 문제가 있었다.Meanwhile, the reducer 100 according to an embodiment of the present invention is characterized in that it is designed with an optimal reduction ratio by applying SQP (Sequential Quadratic Programming) optimization technique. Conventionally, in designing a reducer, it was not possible to immediately calculate and apply the optimal reduction ratio, and the process of setting design elements of the gear and dynamic analysis had to be repeated. Therefore, in the prior art, there was a problem in that a lot of time was required for optimal design of the reducer.

이에 본 발명은 감속비(Gear ratio)를 해석하는데 SQP 최적화 알고리즘을 적용함으로써 최적 파라미터를 도출할 수 있으며, 이를 통해 빠른 시간 내에 최적화된 감속기(100) 설계가 가능하다. 본 발명의 감속기(100)와 같이 제1 선 롤러(131)의 지름(S1), 제2 선 롤러(133)의 지름(S2), 유성 롤러(170)의 제1 섹션(1710)의 지름(P1), 유성 롤러(170)의 제2 섹션(1730)의 지름(P2), 제1 링 롤러(151)의 지름(R1), 제2 링 롤러(153)의 지름(R2)으로 구성된 3K 타입인 경우, 감속비(Gear ratio)는 하기 [수학식 1]로 산출될 수 있다.Therefore, the present invention can derive optimal parameters by applying the SQP optimization algorithm to analyze the gear ratio, and through this, it is possible to design an optimized reducer 100 in a short time. Like the reducer 100 of the present invention, the diameter (S1) of the first line roller 131, the diameter (S2) of the second line roller 133, the diameter of the first section 1710 of the planetary roller 170 ( P1), the diameter P2 of the second section 1730 of the planetary roller 170, the diameter R1 of the first ring roller 151, and the diameter R2 of the second ring roller 153. In the case of , the gear ratio may be calculated by the following [Equation 1].

위 [수학식 1]에서는 P1과 P2의 잇수비(P2/P1) 또는 R1과 R2의 잇수비(R1/R2)가 1 에 가까울수록 더 높은 감속비를 갖는다. In the above [Equation 1], the closer the ratio of the number of teeth of P1 and P2 (P2 / P1) or the ratio of the number of teeth of R1 and R2 (R1 / R2) to 1, the higher the reduction ratio.

전술한 바와 같이, 본 발명의 유성 롤러(170)가 제1 섹션(1710)과 제2 섹션(1730)으로 구분될 수 있는 바, 본 발명의 실시예로서 제2 섹션(1730)의 지름(P2)이 제1 섹션(1710)의 지름(P1)보다 긴 경우를 예시하였다. 이에 잇수비(P2/P1)가 보다 1에 가까워 [수학식 1]의 분모가 작아지도록 함으로써 높은 감속비를 가진 유성 롤러(170)를 설계할 수 있다.As described above, the planetary roller 170 of the present invention can be divided into a first section 1710 and a second section 1730, and as an embodiment of the present invention, the diameter P2 of the second section 1730 ) is longer than the diameter P1 of the first section 1710. Therefore, the planetary roller 170 with a high reduction ratio can be designed by making the denominator of [Equation 1] smaller so that the number of teeth ratio (P2/P1) is closer to 1.

비선형 최적화 문제를 해결하기 위한 알고리즘인 SQP 최적화 기법은 하기 [표 1]의 조건을 만족하도록 설정될 수 있으며, 본 발명의 감속기(100)는 SQP 최적화 기법이 적용되어 산출된 최적 감속기가 적용되어, 하기 [표 1]의 조건을 모두 만족할 수 있다. The SQP optimization technique, which is an algorithm for solving the nonlinear optimization problem, can be set to satisfy the condition of [Table 1] below, and the reducer 100 of the present invention is applied with the optimal reducer calculated by applying the SQP optimization technique, All of the conditions in [Table 1] below may be satisfied.

위 [표 1]에서 정구동 효율(

)과 역구동 효율(

)은 수학식 2로 산출될 수 있다.In the above [Table 1], the positive driving efficiency (

) and back-drive efficiency (

) can be calculated by Equation 2.

위 [수학식 2]에서

는 S1과 P1 사이의 효울을 의미하며,

는 P1과 R1 사이의 효율을 의미하고,

는 P1과 R2 사이의 효율을 의미한다.In the above [Equation 2]

Means the efficiency between S1 and P1,

Means the efficiency between P1 and R1,

Means the efficiency between P1 and R2.

이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다. Although the present invention has been described in detail through representative embodiments, those skilled in the art will understand that various modifications are possible to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. will be. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments and should not be defined, and should be defined by all changes or modifications derived from the claims and equivalent concepts as well as the claims to be described later.

10 : 링 기어
20 : 선 기어
21 : 중심축
30 : 유성 기어
100: 감속기
111: 중심축
131 : 제1 선 롤러
133 : 제2 선 롤러
151 : 제1 링 롤러
153 : 제2 링 롤러
170 : 유성 롤러
1710 : 제1 섹션
1730 : 제2 섹션
190 : 캐리어10 : ring gear
20 : sun gear
21: central axis
30: planetary gear
100: reducer
111: central axis
131: first line roller
133: second line roller
151: first ring roller
153: second ring roller
170: planetary roller
1710: first section
1730: second section
190: carrier

Claims

일정 높이를 가진 원기둥 형상으로 측면이 굴곡진 유성 롤러;
중심축에 연결되며, 상기 유성 롤러의 굴곡진 측면에 대응되도록 외주면이 형성되어 상기 유성 롤러의 측면과 끼움 결합하는 선 롤러; 및
상기 유성 롤러의 굴곡진 측면에 대응되도록 내주면이 형성되어 상기 유성 롤러의 측면과 끼움 결합하는 링 롤러를 포함하여, 면접촉에 의한 마찰구동을 이용한 감속기.
A planetary roller with a curved side in a cylindrical shape with a certain height;
a sun roller connected to a central axis and having an outer circumferential surface corresponding to a curved side surface of the planetary roller to be fitted with the side surface of the planetary roller; and
A reducer using frictional drive by surface contact, including a ring roller having an inner circumferential surface formed to correspond to the curved side surface of the planetary roller and fitted with the side surface of the planetary roller.

제 1 항에 있어서,
상기 유성 롤러는,
측면에 볼록한 돌기가 형성되고,
상기 선 롤러 또는 상기 링 롤러는,
상기 유성 롤러의 상기 돌기가 삽입되도록 외주면 또는 내주면에 각각 홈이 형성되어,
상기 유성 롤러의 측면과 상기 선 롤러의 외주면 또는 상기 링 롤러의 내주면은 끼움 결합되는 것을 특징으로 하는 감속기.
According to claim 1,
The planetary roller,
A convex projection is formed on the side,
The line roller or the ring roller,
Grooves are formed on the outer circumferential surface or the inner circumferential surface so that the protrusion of the planetary roller is inserted,
Reducer characterized in that the side surface of the planetary roller and the outer circumferential surface of the line roller or the inner circumferential surface of the ring roller are fitted.

제 1 항에 있어서,
상기 유성 롤러는,
일정 높이에 따라 복수 개의 섹션으로 구분되며,
상기 선 롤러 또는 상기 링 롤러는,
상기 유성 롤러의 상기 섹션 따라 각각 복수 개 마련되는 것을 특징으로 하는 감속기.
According to claim 1,
The planetary roller,
It is divided into a plurality of sections according to a certain height,
The line roller or the ring roller,
Reducer, characterized in that a plurality of each provided along the section of the planetary roller.

제 3 항에 있어서,
상기 유성 롤러의 상기 섹션은,
일정 높이에 따른 측면이
지름의 차이에 따라 구분되는 것을 특징으로 하는 감속기.
According to claim 3,
The section of the planetary roller,
side at a certain height
A reducer characterized in that it is distinguished according to the difference in diameter.

제 3 항에 있어서,
상기 유성 롤러는,
상기 섹션마다 측면에 볼록한 돌기가 형성되고,
복수 개의 상기 선 롤러 또는 상기 링 롤러는 각각 홈이 형성되어, 상기 섹션과 결합하는 것을 특징으로 하는 감속기.
According to claim 3,
The planetary roller,
A convex projection is formed on the side of each section,
The plurality of line rollers or the ring rollers are each formed with grooves and coupled to the section.

제 1 항에 있어서,
상기 유성 롤러는,
우레탄 소재로 형성되며,
상기 선 롤러 또는 상기 링 롤러는,
플라스틱 또는 금속으로 형성되어, 상기 유성 롤러와 상기 선 롤러 또는 상기 링 롤러의 접촉 시 마찰력이 증가하는 것을 특징으로 하는 감속기.
According to claim 1,
The planetary roller,
It is made of urethane material,
The line roller or the ring roller,
It is formed of plastic or metal, and the frictional force increases when the planetary roller and the line roller or the ring roller contact.