WO2022245143A1

WO2022245143A1 - 링기어 없는 자동체결 기능을 갖는 감속장치 및 그 감속장치의 자동체결 방법

Info

Publication number: WO2022245143A1
Application number: PCT/KR2022/007159
Authority: WO
Inventors: 권오완
Original assignee: 권오완
Priority date: 2021-05-20
Filing date: 2022-05-19
Publication date: 2022-11-24
Also published as: EP4343170A1; CN117321317A; JP2024519762A; US20240011541A1; KR102400973B1; GB2621086A

Abstract

본 발명은 링기어 없는 자동체결 기능을 갖는 감속장치 및 그 감속장치의 자동체결 방법에 관한 것으로, 특히 입력측인 캐리어의 일측에 제1, 제2, 제3 유성기어가 서로 다른 위치에 지지되어 자전 및 공전 가능하게 구성되어 n개 세트로 배치되며, 상기 제1 선기어 또는 제2 선기어 중 어느 하나를 고정시키고 나머지 하나의 선기어를 입력축으로 바꾸어 회전시키면 Self-locking 기능으로 증속되지 않고 증속비가 0(Zero)(입력으로 사용되는 선기어 자체가 회전할 수 없는 정지 상태)이 되어 작동이 불가능하게 되는 자동체결(Self-Locking) 이 되도록 하는 것에 그 특징이 있다.

Description

링기어 없는 자동체결 기능을 갖는 감속장치 및 그 감속장치의 자동체결 방법

본 발명은 링기어 없는 자동체결 기능을 갖는 감속장치 및 그 감속장치의 자동체결 방법에 관한 것으로, 특히 입력측인 캐리어의 일측에 제1, 제2, 제3 유성기어가 서로 다른 위치에 지지되어 자전 및 공전 가능하게 구성되어 n개 세트로 배치되며, 상기 제1 선기어 또는 제2 선기어 중 어느 하나를 고정시키고 나머지 하나의 선기어를 입력축으로 바꾸어 회전시키면 Self-locking 기능으로 증속되지 않고 증속비가 0(Zero)(입력으로 사용되는 선기어 자체가 회전할 수 없는 정지 상태)이 되어 작동이 불가능하게 되는 링기어 없는 자동체결 기능을 갖는 감속장치 및 그 감속장치의 자동체결 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 구동원인 엔진이나 모터 등은 그 효율상 빠른 속도로 회전함으로 장치에 따라서는 일정비율로 회전수를 감속시킴으로써 적정 RPM으로 동력을 공급받아 사용하는데, 이때 사용되는 감속기는 일반적으로 다수의 기어를 조합하여 치(齒)수차로 인한 감속을 도모하고 있다. 이와 같은 감속기로서 유성기어장치가 적용된다. 유성기어 감속장치는 중심축에 선기어가 설치되고, 이 선기어와 맞물려 그 주위를 공전과 자전하는 복수개의 유성기어가 배치되고, 상기 유성기어를 캐리어로 지지하여 회전을 하는 구조로 상기 유성기어의 외측에 맞물리는 링기어로 구성된다.

또한, 감속기의 구조로는 큰 감속을 도모하기 위해서 기어 간의 연결이 3단 이상 이루어져야 하므로 대소 직경의 많은 기어와 다수의 축으로 인하여 부피와 무게가 커지고, 직경 차가 클수록 저단으로 큰 감속을 이룰 수 있어서 기어 간의 직경 차를 크게 하는 것이 바람직하다.

그러나 통상의 유성기어 감속장치에는 링기어가 마련되므로, 제작하는데 어려움이 있을 뿐 아니라 제작 비용이 증가되는 문제가 있었다. 또, 고비율의 감속이나 저비율의 감속 혹은 증속이 필요한 경우 다단으로 구성하여야 하기 때문에 제작 비용과 부피가 증가되는 문제가 있다.

또한, 자동체결(Self-Locking) 기능이 되지 않아 역전방지가 필요하거나 무거운 물건을 끌어올려 정지해야 되는 상황에서 별도의 브레이크 장치를 사용하여 제어하므로, 사용 상태가 불편하고, 제어의 용이성이 떨어지는 문제도 있었다.

한편, 유성기어를 선기어 둘레에 배치하는 데 있어 잇수에 관련된 제약 조건으로 유성기어 개수를 줄여 제조비용을 줄이거나 유성기어 개수를 늘려 강도를 증가시키는데 어려움도 있다.

이러한 기술의 일 예가 하기 특허 문헌 1 내지 3 등에 개시되어 있다.

예를 들어, 하기 특허문헌 1에는 내접기어가 형성되어 그 축심방향으로 순차로 유성기어와 선기어가 기어결합되는 하우징, 상기 하우징으로 관입되어 선기어에 결합되는 구동축, 상기 내접기어와 병렬로 배치되어 유성기어에 함께 물리는 내접기어보다 치수가 다른 구동기어에 연결되는 출력축으로 이루어지고, 구동축에 부하가 걸려도 유성기어의 치에 내접기어와 구동기어의 치홈이 함께 물려있어 하우징에 고정된 내접기어로 인하여 구동기어가 자결(self lock)되는 감속장치에 대해 개시되어 있다.

또 하기 특허문헌 2에는 모터의 회전축에 설치되는 태양기어, 상기 태양기어와 치합되도록 태양기어 주위에 배치된 복수의 유성기어, 상기 유성기어들의 축과 연결되어 회전하는 캐리어, 상기 유성기어들의 외측에 일정간격 이격되어 고정된 고정형 내접기어와 상기 유성기어 및 캐리어의 외측과 치합되어 회전하는 회전형 내접기어를 구비하는 내접기어 유닛 및 상기 고정형 내접기어에 마련되어 전원의 공급 및 차단에 따라 상기 회전형 내접기어를 회전축의 길이방향으로 진퇴시키는 이동수단을 구비한 감속기에 대해 개시되어 있다.

한편, 하기 특허문헌 3에는 2개의 피니언기어가 조합된 캐리어를 포함하는 더블 피니언 유성기어에 싱글 피니언 유성기어가 일체로 구성된 라비뇨(Ravigneaux) 기어열, 2개 이상의 클러치 등을 이용하여, 엔진 출력을 주행 휠로 분배할 수 있는 2종류 이상의 엔진 고정 기어단을 구현하여 연비 향상을 도모할 수 있도록 한 하이브리드 차량용 동력전달장치에 대해 개시되어 있다.

상술한 바와 같은 특허문헌 1에 개시된 기술에서는 고비율의 감속이나 저비율의 감속 혹은 증속이 필요한 경우 다단으로 구성하여야 하고, 기어들의 잇수에 제약이 따른다는 문제가 있었다.

또, 상기 특허문헌 2에 개시된 기술에서는 모터의 회전력을 증폭하여 전달함으로써 제동시 응답성을 향상시킬 수 있지만, 특허문헌 1과 같이 기어들의 잇수에 제약이 따른다는 문제가 있었다.

한편, 상기 특허문헌 3에 개시된 기술에서는 싱글 피니언 유성기와 더블 피니언 유성기어를 일체화시킨 라비뇨 기어열 및 2개 이상의 클러치를 이용하지만, 고비율 감속을 실행할 수 없다는 문제가 있었다.

즉, 상술한 바와 같은 종래의 기술에서 사용된 단순 유성기어, 더블 유성기어, 라비뇨 유성기어 방식은 고비율 감속이 되지 않으며, 1겹으로 나올 수 있는 감속비가 최대 1/11 정도이며, 고비율 감속이 필요한 경우 2겹(2중) 이상의 결합방식으로 해야 하는 문제가 있었다. 또, 링기어와 유성기어의 잇수를 유성기어 세트 개수의 배수로 지정하여 배치해야 하는 제작상의 제약이 있었다.

상기와 같은 본 발명은 고비율의 감속과 저비율의 감속까지 다양한 기어속비를 실현할 수 있는 감속장치에 있어서, 링기어의 요소가 없어지고 외접기어로만 이루어져 있어, 제작의 어려움이 없어지고 공간을 줄여 제작 비용 절감효과를 가져오는 한편, 가공의 용이성으로 대량생산에 적합하게 된다는 효과가 얻어진다. 또한 자동체결(Self-Locking)기능으로 역전방지가 되기 때문에 제어가 용이하여 다양하게 활용할 수 있는 링기어 없는 자동체결 기능을 갖는 감속장치 및 그 감속장치의 자동체결 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 감속장치에 있어서,

입력으로 회전하는 캐리어, 상기 캐리어와 동심으로 마련된 제1 선기어, 상기 제1 선기어와 맞물린 제1 유성기어, 상기 제1 유성기어와 맞물린 제2 유성기어, 상기 제2 유성기어와 맞물린 제3 유성기어, 상기 캐리어와 동심이며 상기 제1 선기어에 병렬로 마련되고 상기 제3 유성기어와 맞물린 제2 선기어를 포함하고,

상기 제1 선기어의 잇수와 상기 제2 선기어의 잇수는 1개 이상 차이가 나며, 상기 캐리어의 일측에 상기 제1, 제2, 제3 유성기어가 서로 다른 위치에 지지되어 자전 및 공전 가능하게 구성되어 n개 세트로 배치되고,

상기 캐리어는 입력이고, 상기 제1 선기어는 고정이고, 상기 제2 선기어는 출력으로 하고 Z1을 상기 제1 선기어의 잇수로 정의하고, Z2를 상기 제2 선기어의 잇수로 정의하며,

Z1 < Z2이고 (Z2-Z1) < Z1이면 상기 제2 선기어의 출력은 동방향 감속

Z1 > Z2이고 (Z1-Z2) < Z2이면 상기 제2 선기어의 출력은 역방향 감속이 되며,

상기 감속이 실행되는 조건 중 하나만 만족하면서 제2 선기어를 입력으로 바꾸어 회전시키면 Self-locking 기능으로 증속이 되지 않고 증속비가 0(Zero)(입력으로 사용되는 선기어 자체가 회전할 수 없는 정지 상태)이 되는 것을 특징으로 하는 링기어 없는 자동체결 기능을 갖는 감속장치에 의하여 달성된다.

본 발명의 다른 구조로는 감속장치에 있어서, 입력으로 회전하는 캐리어, 상기 캐리어와 동심으로 마련된 제1 선기어, 상기 제1 선기어와 맞물린 제1 유성기어, 상기 제1 유성기어와 맞물린 제2 유성기어, 상기 제2 유성기어와 맞물린 제3 유성기어, 상기 캐리어와 동심이며 상기 제1 선기어에 병렬로 마련되고 상기 제3 유성기어와 맞물린 제2 선기어를 포함하고, 상기 제1 선기어의 잇수와 상기 제2 선기어의 잇수는 1개 이상 차이가 나며, 상기 캐리어의 일측에 상기 제1, 제2, 제3 유성기어가 서로 다른 위치에 지지되어 자전 및 공전 가능하게 구성되어 n개 세트로 배치되고, 상기 캐리어가 입력이고, 상기 제2 선기어가 고정이고, 상기 제1 선기어를 출력으로 하고 Z1을 상기 제1 선기어의 잇수로 정의하고, Z2를 상기 제2 선기어의 잇수로 정의하며,

Z1 > Z2이고 (Z1-Z2) < Z2이면, 상기 제1 선기어의 출력은 동방향의 감속, Z1 < Z2이고 (Z2-Z1) < Z1이면, 상기 제1 선기어의 출력은 역방향 감속이 되며,

상기 감속이 실행되는 조건 중 하나만 만족하면서 제1 선기어를 입력으로 바꾸어 회전시키면 Self-locking 기능으로 증속되지 않고 증속비가 0(Zero)(입력으로 사용되는 선기어 자체가 회전할 수 없는 정지 상태)이 되는 것을 특징으로 하는 링기어 없는 자동체결 기능을 갖는 감속장치에 의하여 달성된다.

상기와 같은 본 발명에 있어서 감속장치의 자동체결 방법은 입력으로 회전하는 캐리어, 상기 캐리어와 동심으로 마련된 제1 선기어, 상기 제1 선기어와 맞물린 제1 유성기어, 상기 제1 유성기어와 맞물린 제2 유성기어, 상기 제2 유성기어와 맞물린 제3 유성기어, 상기 캐리어와 동심이며 상기 제1 선기어에 병렬로 마련되고 상기 제3 유성기어와 맞물린 제2 선기어를 포함하고, 상기 제1 선기어의 잇수와 상기 제2 선기어의 잇수는 1개 이상 차이가 나며, 상기 캐리어의 일측에 상기 제1, 제2, 제3 유성기어가 서로 다른 위치에 지지되어 자전 및 공전 가능하게 구성되어 n개 세트로 배치되고, 상기 캐리어는 입력이고, 상기 제1 선기어는 고정이고, 상기 제2 선기어는 출력으로 하고 Z1을 상기 제1 선기어의 잇수로 정의하고, Z2를 상기 제2 선기어의 잇수로 정의하며,

상기 감속이 실행되는 조건 중 하나만 만족하면서 제2 선기어를 입력으로 바꾸어 회전시키면 Self-locking 기능으로 증속이 되지 않고 증속비가 0(Zero)(입력으로 사용되는 선기어 자체가 회전할 수 없는 정지 상태)이 되는 것을 특징으로 하는 감속장치의 자동체결 방법에 의하여 달성된다.

한편 본 발명의 다른 방법으로는 감속장치의 자동체결 방법은 입력으로 회전하는 캐리어, 상기 캐리어와 동심으로 마련된 제1 선기어, 상기 제1 선기어와 맞물린 제1 유성기어, 상기 제1 유성기어와 맞물린 제2 유성기어, 상기 제2 유성기어와 맞물린 제3 유성기어, 상기 캐리어와 동심이며 상기 제1 선기어에 병렬로 마련되고 상기 제3 유성기어와 맞물린 제2 선기어를 포함하고, 상기 제1 선기어의 잇수와 상기 제2 선기어의 잇수는 1개 이상 차이가 나며, 상기 캐리어의 일측에 상기 제1, 제2, 제3 유성기어가 서로 다른 위치에 지지되어 자전 및 공전 가능하게 구성되어 n개 세트로 배치되고, 상기 캐리어가 입력이고, 상기 제2 선기어가 고정이고, 상기 제1 선기어를 출력으로 하고 Z1을 상기 제1 선기어의 잇수로 정의하고, Z2를 상기 제2 선기어의 잇수로 정의하며,

Z1 > Z2이고 (Z1-Z2) < Z2이면, 상기 제1 선기어의 출력은 동방향의 감속,

Z1 < Z2이고 (Z2-Z1) < Z1이면, 상기 제1 선기어의 출력은 역방향 감속이 되며,

상기 감속이 실행되는 조건 중 하나만 만족하면서 제1 선기어를 입력으로 바꾸어 회전시키면 Self-locking 기능으로 증속되지 않고 증속비가 0(Zero)(입력으로 사용되는 선기어 자체가 회전할 수 없는 정지 상태)이 되는 것을 특징으로 하는 감속장치의 자동체결 방법에 의하여 달성된다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 고비율의 감속과 저비율의 감속까지 다양한 기어속비를 실현할 수 있는 감속장치에 있어서, 링기어의 요소가 없어지고 외접기어로만 이루어져 있어, 제작의 어려움이 없어지고 공간을 줄여 제작 비용 절감효과를 가져오는 한편, 가공의 용이성으로 대량생산에 적합하게 된다는 효과가 있으며, 또한 자동체결(Self-Locking)기능으로 역전방지가 되기 때문에 제어가 용이하여 다양하게 활용할 수 있게 된다는 이점이 얻어진다.

도 1은 본 발명에 링기어 없는 자동체결 기능을 갖는 감속장치의 사시도.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 직선형 톱니부를 구비하고 유성기어 n 세트 개수 구성을 도시한 사시도.

도 3a은 본 발명의 실시 예에 따른 제1 형식 기어속비와 자동체결(Self-Locking)기능을 도시한 단면도.

도 3b는 도 3a에 따른 V-V를 따라 절단하여 도시한 단면도.

도 4a는 본 발명의 실시 예에 따른 제2 형식 기어속비와 자동체결(Self-Locking)기능을 도시한 단면도.

도 4b는 도 4a에 따른 I-I를 따라 절단하여 도시한 단면도.

도 5는 본 발명에 있어서 자전 및 공전 회전 해석을 보여주는 예시도.

도 6은 본 발명의 기술적 요지인 자동체결방법의 원리를 해석하기 위한 예시도.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어 등간격 세트 개수 n개 배치를 도시한 정면도.

도 8b는 본 발명의 실시 예에 따른 사잇각 변경 전 기어이 맞물림 불가능을 도시한 정면도.

도 8c는 도 8a에 따른 측면을 도시한 측면도.

도 8d는 도 8c에 따른 P-P를 따라 절단하여 도시한 단면도.

도 8e는 도 8c에 따른 W-W를 따라 절단하여 도시한 단면도.

[규칙 제91조에 의한 정정 15.07.2022]　
도 8f는 본 발명의 실시 예에 따른사잇각의 위치를 도시한 정면도. 도 9a는 일반적인 지렛대 원리를 설명하기 위한 예시도. 도 9b는 일반적인 유성기어세트와 링기어의 작동을 보여주는 예시도.

본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.

이하, 본 발명에 따른 실시 예를 도면에 따라서 설명한다.

도 1은 본 발명에 링기어 없는 자동체결 기능을 갖는 감속장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 직선형 톱니부를 구비하고 유성기어 n 세트 개수 구성을 도시한 사시도이다.

본 발명에 따른 감속장치는 링기어 없이 고비율부터 저비율까지 실현되는 감속장치로서, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 입력으로 회전하는 캐리어(200), 상기 캐리어(200)와 동심으로 마련된 제1 선기어(300), 상기 제1 선기어(300)와 맞물린 제1 유성기어(500), 상기 제1 유성기어(500)와 맞물린 제2 유성기어(600), 상기 제2 유성기어(600)와 맞물린 제3 유성기어(700), 상기 캐리어(200)와 동심이며 상기 제1 선기어(300)에 병렬로 마련되고 상기 제3 유성기어(700)와 맞물린 제2 선기어(400)를 포함한다.

상기 제1 선기어(300)의 잇수와 상기 제2 선기어(400)의 잇수는 1개 이상 차이가 나게 마련되며, 상기 캐리어(200)의 일측에 상기 제1, 제2, 제3 유성기어(500, 600, 700)가 서로 다른 위치에 지지되어 자전 및 공전 가능하게 구성되고 n개 세트로 배치되며, 상기 제2 유성기어(600)의 이끝원은 상기 제1 선기어(300)와 상기 제2 선기어(400)의 이끝원과 분리되어 마련된다. 한편, 도 2에서는 제1, 제2, 제3 유성기어(500, 600, 700)가 3개의 세트로 마련된 구성을 나타내었지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 2개 또는 4개 이상의 세트로 마련될 수도 있다.

본 발명에 따른 감속장치에서는 제1 형식으로서, 상기 캐리어(200)가 입력으로 기능하며, 상기 제1 선기어(300)가 고정되고, 상기 제2 선기어(400)가 출력으로 기능 하도록 마련될 수 있다. 또, 본 발명에 따른 유성기어장치에서는 제2 형식으로서, 상기 캐리어(200)가 입력이고, 상기 제2 선기어(400)가 고정이고, 상기 제1 선기어(300)를 출력으로 기능하도록 마련될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 감속장치에서는 상기 제1, 제2 선기어(300, 400)들과 상기 제1, 제2, 제3 유성기어(500, 600, 700)들은 동일 모듈로 마련할 수도 있다.

한편, 본 발명에 따른 감속장치에서는 상기 제1, 제2 선기어(300, 400)들과 상기 제1, 제2, 제3 유성기어(500, 600, 700)들은 인볼류트 치형(involute tooth), 사이클로이드 치형(cycloidal tooth), 직선형 톱니부, 나선형형 톱니부 중의 어느 하나의 형태로 마련될 수도 있다.

다음에, 본 발명에 따른 감속장치에서 기어속비와 자동체결(Self-Locking) 기능에 대해 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다.

도 3a는 본 발명의 실시 예에 따른 제1 형식 기어속비와 자동체결(Self-Locking)기능을 도시한 단면도이고, 도 3b는 도 3a에 도시된 V-V 선을 따라 절단하여 도시한 단면도이고, 도 4a는 본 발명의 실시 예에 따른 제2 형식 기어속비와 자동체결(Self-Locking) 기능을 도시한 단면도이며, 도 4b는 도 4a에 도시된 I-I 선을 따라 절단하여 도시한 단면도이다.

도 3a, 도 3b 및 도 4a, 도 4b에서 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 감속장치는 캐리어(200), 제1 선기어(300), 제2 선기어(400), 제1 유성기어(500), 제2 유성기어(600), 제3 유성기어(700)를 포함하며, 상기 캐리어(200), 상기 제1 선기어(300), 상기 제2 선기어(400) 중 입력, 출력, 고정의 위치에 따라 도 3에 도시된 제1 형식(800)과 도 4에 도시된 제2 형식(900)의 기어속비로 나누어지며, 상기 제1 선기어(300)의 잇수와 상기 제2 선기어(400)의 잇수에 따라 방향과 속도가 다른 출력이 나오게 된다.

상기 제1 형식(800)의 기어속비는 도 3a 및 도 3b에서 도시한 바와 같이, 입력기어(190)에 연결된 캐리어(200)가 회전하면, 상기 캐리어(200)에 지지되어 있는 상기 제1 유성기어(500)가 고정된 하우징(101)에 볼트(950)로 체결된 상기 제1 선기어(300)의 둘레로 자전과 공전을 하면서 맞물려 있는 상기 제2 유성기어(600)를 회전시키고, 상기 제2 유성기어(600)는 맞물려 있는 상기 제3 유성기어(700)를 회전시키고, 상기 제3 유성기어(700)는 맞물려 있는 상기 제2 선기어(400)를 회전하게 만들어 상기 제2 선기어(400)와 함께 축(103)이 출력 회전하게 된다. 한편, 도 3에서, 부호 (201)은 캐리어 회전지지대이다.

이때, 상기 제3 유성기어(700)는 제1 유성기어(500)와 동일한 잇수만큼 회전하기 때문에 캐리어(200)가 1 회전할 때, 제2 선기어(400)의 회전수는 고정된 제1 선기어(300)에 대하여 잇수 차이만큼의 편차 상대회전운동을 하게 되어, 상기 제1 선기어(300)와 제2 선기어(400)의 잇수 차이가 곧 입력과 출력의 회전수 차이가 된다. 이것이 제1 형식(800)의 기어속비이다.

도 3에 도시된 제1 형식(800)의 기어속비를 식으로 나타내면 하기 식(1-1)과 같다.

R1 = Z2/(Z2-Z1) … 식(1-1)

(여기서 R1 : 제1 형식의 기어속비, Z1 : 제1 선기어의 잇수, Z2 : 제2 선기어의 잇수)

상기 제1 형식(800)의 기어속비에서, 상기 제2 선기어(400)의 잇수가 상기 제1 선기어(300)의 잇수보다 많고 상기 제2 선기어의 잇수(400)에서 상기 제1 선기어(300)의 잇수를 뺀 값이 상기 제1 선기어(300)의 잇수보다 적은 경우 출력의 방향과 속도는 동방향의 감속이 되며, 상기 제2 선기어(400)의 잇수가 상기 제1 선기어(300)의 잇수보다 많고 상기 제1 선기어(300)의 잇수에서 상기 제2 선기어(400)의 잇수를 뺀 값이 상기 제2 선기어(400)의 잇수보다 적은 경우 방향과 출력의 속도는 역방향의 감속이 된다.

상기 내용을 정리하면,

Z1 < Z2 이고 (Z2-Z1) < Z1 경우, 출력은 동방향의 감속

Z1 > Z2 이고 (Z1-Z2) < Z2인 경우, 출력은 역방향 감속

(여기서 Z1 : 제1 선기어의 잇수, Z2 : 제2 선기어의 잇수)

하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 예 1에서 상기 제1 선기어(300)의 잇수가 49개이고 상기 제2 선기어(400)의 잇수가 50개일 때 기어속비는 50/(50-49)=50/1로, 상기 입력 캐리어(200)가 50 회전할 때 상기 제2 선기어(400)의 출력은 1회전으로 고비율의 감속비가 나오며 방향과 속도는 동방향의 감속이 된다.

또한, 예 2에서 상기 제1 선기어(300)의 잇수가 50개이고 상기 제2 선기어(400)의 잇수가 26개일 때 기어속비는 26/(26-50)=(-1.08333)으로, 상기 입력 캐리어(200)가 (-1.08333) 회전할 때 상기 제2 선기어(400)의 출력은 1회전으로 저비율의 감속비가 나오며, (-)는 역방향을 의미하는 것으로 방향과 속도는 역방향의 감속이 된다.

이를 비교해 보면 표 1과 같다. 표 1은 본 발명의 실시 예에 따른 제1 형식의 고비율 및 저비율을 나타낸다.

제1 형식	예 1	예 2
Z1	49	50
Z2	50	26
기어속비 R1	50	-1.08333
결과	동방향 감속	역방향 감속
비고	고비율	저비율

상기 표 1에서 '-' 부호는 입력되는 회전 방향 대비 출력은 역회전을 의미한다.상기 표 1에서 알 수 있듯이 기어의 잇수를 조금만 달리하여도 고비율 감속, 저비율 감속의 다양한 기어 비율이 되는 것을 쉽게 알 수 있다.여기서, 상기 제2 선기어(400)를 입력으로 바꾸어 회전시키면, 상기 제2 선기어(400)와 맞물린 상기 제3 유성기어(700)가 자전하게 되고, 상기 제3 유성기어(700)는 맞물려 있는 상기 제2 유성기어(600)를 자전시키고, 상기 제2 유성기어(600)는 맞물려 있는 상기 제1 유성기어(500)를 자전시키고, 상기 제1 유성기어(500)는 맞물려 있는 상기 제1 선기어(300)를 회전시킨다.

이때, 상기 제1 선기어(300)는 고정되어 있어 회전시킬 수 없기에, 상기 제1 유성기어(500)는 상기 제1 선기어(300)와의 맞물림을 벗어나려 하고 상기 캐리어(200)가 지지하고 있는 지지점에서 이탈시키려는 현상이 발생하게 된다.

그렇지만, 이러한 현상은 상기 제1 유성기어(500)가 상기 캐리어(200)의 지지점에서 이탈할 수 없고, 상기 제1 선기어(300)와의 맞물림을 벗어날 수 없으므로, 고정된 상기 제1 선기어(300)에서 회전이 멈추게 되어, 상기 제2 선기어(400)의 입력으로 바꾸어 회전시키는 것은 실현되지 못하고 정지된 회전 0(Zero)의 증속 불가능 상태로 증속비가 0(Zero)인 역전방지의 자동체결(Self-Locking) 기능이 된다.

좀더 구체적으로 설명하면 상기 제1 또는 제2선기어 중 어느 하나를 입력으로 바꾸었을 때 선기어에 회전 입력이 들어와도 회전할 수 없는 정지 상태가 되는 것이다.

여기서 제1 유성기어(500)가 회전하지 않고, 상기 제2 선기어(400)의 입력으로 동력이 전달되지 않는 구체적 이유를 설명하면 다음과 같다.

[규칙 제91조에 의한 정정 15.07.2022]　
일반 유성기어 세트의 자전 및 공전 회전의 지렛대 원리는 도 9a과 같다.

[규칙 제91조에 의한 정정 15.07.2022]　

[규칙 제91조에 의한 정정 15.07.2022]　
상기 도 9a에서 F는 힘, W는 작용점, A는 받침점이며, r1과 r2는 거리다. 3가지 지렛대 원리의 관계식은 W x r1 = F x r2 이다.

[규칙 제91조에 의한 정정 15.07.2022]　
여기서 일반 유성기어세트의 캐리어 회전은 아래 도 9b와 같다.

[규칙 제91조에 의한 정정 15.07.2022]　

[규칙 제91조에 의한 정정 15.07.2022]　
도 9b의 일반유성기어세트에서 링기어는 고정시키고 선기어를 시계방향으로 회전시키면, 도 9b의 F지점은 오른쪽으로 이동하게 되며 , F지점의 이동은 유성기어를 자전（반시계방향）시킴과 동시에 링기어의 둘레와동심으로 시계방향으로 공전되면서 감속된다.

[규칙 제91조에 의한 정정 15.07.2022]　
상기 유성기어의 공전은 도 9b와 같이 유성기어에 지지되어 있는 캐리어가 회전하게 되는 것이며,상기 유성기어의 공전 회전은 제 2종지렛대 원리에서 찾을수 있으며, 도 9b에서 유성기어의 순간회전중심은 A점으로, 이는 제 2종 지렛대에서 받침점 A와 같으며, 도 9b에서 유성기어의 F점은 제 2종지렛대에서 힘점 F와 같고, 도 9b에서 유성기어의 W점은 제 2종 지렛대에서 작용점 W와 같은 것이다.

힘점F가 움직임에 따라 작용점W가 움직이게 되었으며, 작용점의 연속적인 움직임이 캐리어의 회전이 되는 것으로, 이때, 힘F를 구하게 되면 2종 지렛대 원리의 관계식에 의해 작용점W가 유성기어의 중심이기 때문에 힘F의 2배로 나와, 적은 힘F로 캐리어의 공전을 원활히 회전할 수 있게 되는 것이다.

한편, 캐리어를 입력으로 바꾸어 증속하게 되는 경우, 3종 지렛대 원리가 적용되어, 캐리어의 중심은 힘F가 되고, A지점은 받침대가 되고, 유성기어와 선기어와 맞물리는 부분은 작용점W가 되어, 작용점W를 움직이는 힘F은 2배가 됨을 알 수 있다. 감속과 증속의 경우를 비교해보면, 감속하는 경우보다 증속하는 경우의 회전력 힘F가 훨씬 크고 작용점W가 작다는 것을 알 수 있다.

일반적인 감속장치에서 자전과 공전 회전의 해석을 본 발명에 적용하여 보면 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1선기어(300)는 고정, 제2선기어(400)을 입력으로 바꾸어 자전 회전(시계방향) 하는 경우, 도 5에서 보는 바와 같이 제3유성기어(700)와 제1유성기어(500)는 반시계방향으로 자전 회전하게 되고, 제1유성기어(500)의 반시계방향 자전 회전은 제1선기어(300)의 둘레를 공전 회전하는 것으로 지지된 캐리어(200)도 반시계 방향으로 회전하게 된다.

그렇지만, 본 발명의 제1형식(800) 기어속비 내용에서 상기 캐리어(200)는 입력이고, 상기 제1 선기어(300)는 고정이고, 상기 제2 선기어(400)는 출력으로 하고 Z1을 상기 제1 선기어(300)의 잇수로 정의하고, Z2를 상기 제2 선기어(400)의 잇수로 정의하며, Z1 < Z2이고 (Z2-Z1) < Z1 이면 상기 제2 선기어의 출력은 동방향 감속”으로 되어 있으므로, 캐리어(200)의 시계방향 회전은 제2선기어(400)의 시계방향 회전이 되는 것이다.

본 발명의 자동체결(Self-Locking)의 원리 해석은 첨부도면 도 6에 도시된 바와 같이 상기 제2선기어(400)이 고정되어 있는 경우 제1선기어(300)가 회전함에 따라 제1유성기어(500)의 회전이 이루어지려 한다. 제2선기어(400)가 고정되어 있으므로 제1유성기어(500)와 제2선기어(400)의 맞물린 지점이 순간회전중심A가 되며, 제1유성기어(500)의 접선력 방향은 순간회전중심A를 기준으로 회전하는 분리접선력F1과 제2유성기어(600)와 맞물린 회전접선력 F2가 있다.

예를 들어 각 유성기어의 회전수를 구해보면,

상기 Z1를 제1선기어(300)의 잇수,

상기 Z2를 제2선기어(400)의 잇수,

상기 Z5를 제1유성기어(500)의 잇수,

상기 Z6을 제2유성기어(600)의 잇수,

상기 Z7을 제3유성기어(700)의 잇수라 하고,

상기 캐리어(200)가 입력 1회전으로 하고, Z1= 50개, Z2= 45개, Z5=15, Z6=15, Z7=15라 할 때,

상기 제1유성기어(500)의 회전수는 1+(Z2/Z5)으로 4회전,

상기 제2유성기어(600)의 회전수는 1-(Z2/Z6)으로 (-)2회전,

상기 제3유성기어(700)의 회전수는 1+(Z2/Z7)으로 4회전,

상기 제1선기어(300)의 회전수는 1-(Z2/Z1)으로 1/10 회전이다.

여기서, 상기 제1선기어(300)을 반대로 회전시키면,

상기 제1유성기어(500)의 회전는 40회전으로 증속,

상기 제2유성기어(600)의 회전는 (-)20회전으로 증속,

상기 제3유성기어(700)의 회전는 40회전으로 증속이 되려 한다.

그러나, 상기 도 6에서 순간회전중심A를 기준으로 제1유성기어(500)가 캐리어의 지지대에서 이탈하려는 힘F1은 큰 반면에, F2의 접선력은 증속으로 아주 작은 회전력이 된다.

따라서, 제1유성기어(500)는 회전되지 못하고 정지하게 되며, 상기 캐리어(200) 또한 지지점이 중심으로부터 멀어지는 이탈현상이 있으므로 회전하지 못하고 정지상태에 머물게 되어 자동체결(Self-Locking) 기능이 이루어지는 것이다.

상기 제2 형식의 기어속비는 도 4a 및 도 4b에서 도시한 바와 같이, 입력으로 상기 캐리어(200)가 회전하면, 상기 캐리어(200)에 지지되어 있는 상기 제3 유성기어(700)가 고정된 하우징커버(102)에 볼트(950)로 체결된 상기 제2 선기어(400)의 둘레로 자전과 공전을 하면서 맞물려 있는 상기 제2 유성기어(600)를 회전시키고, 상기 제2 유성기어(600)는 맞물려 있는 상기 제1 유성기어(500)를 회전시키고, 상기 제1 유성기어(500)는 맞물려 있는 상기 제1 선기어(300)를 회전하게 만들어 상기 제1 선기어(300)와 함께 축(103)이 출력 회전하게 된다.

이때, 상기 제1 유성기어(500)는 제3 유성기어(700)와 동일한 잇수만큼 회전하기 때문에 상기 캐리어(200)가 1 회전할 때 상기 제1 선기어(300)의 회전수는 고정된 상기 제2 선기어(400)에 대하여 잇수 차이만큼의 편차 상대회전운동을 하게 되어, 상기 제1 선기어(300)와 상기 제2 선기어(400)의 잇수 차이가 곧 입력과 출력의 회전수 차이가 된다. 이것이 제2 형식(900)의 기어속비이다.

상기 제2 형식(900)의 기어속비를 식으로 나타내면 하기의 식 (1-2)와 같다.

R2 = Z1/(Z1-Z2) … 식 (1-2)

(여기서 R2 : 제2 형식의 기어속비, Z1 : 제1 선기어의 잇수, Z2 : 제2 선기어의 잇수)

상기 제2 형식(900)의 기어속비에서, 상기 제1 선기어(300)의 잇수가 상기 제2 선기어(400)의 잇수보다 많고 상기 제1 선기어의 잇수(300)에서 상기 제2 선기어(400)의 잇수를 뺀 값이 상기 제2 선기어(400)의 잇수보다 적은 경우 출력의 방향과 속도는 동방향의 감속이 되며, 상기 제2 선기어(400)의 잇수가 상기 제1 선기어(300)의 잇수보다 많고 상기 제2 선기어(400)의 잇수에서 상기 제1 선기어(300)의 잇수를 뺀 값이 상기 제1 선기어(300)의 잇수보다 적은 경우 출력의 방향과 속도는 역방향의 감속된 상기 내용을 정리하면,

Z1 > Z2 이고 (Z1-Z2) < Z2 경우, 출력은 동방향의 감속

Z1 < Z2 이고 (Z2-Z1) < Z1인 경우, 출력은 역방향 감속

(여기서 Z1 : 제1 선기어의 잇수, Z2 : 제2 선기어의 잇수)

예를 들어, 하기 표 2의 도시와 같이 예 5에서 상기 제1 선기어(300)의 잇수가 100개이고 상기 제2 선기어(400)의 잇수가 99개일 때 기어속비는 100/(100-99)=100/1으로, 입력 캐리어(200)가 100 회전할 때 상기 제1 선기어(300)의 출력은 1회전하는 고비율의 감속비가 나오며 방향과 속도는 동방향의 감속이 된다.

또한, 예 6에서 상기 제1 선기어(300)의 잇수가 51개이고 상기 제2 선기어(400)의 잇수가 100개일 때, 기어속비는 51/(51-100)= (-1.0408)로 입력의 상기 캐리어(200)가 (-1.0408) 회전할 때 상기 제1 선기어(300)의 출력은 1 회전하는 저비율의 감속비가 나오며, (-)는 역방향을 의미하는 것으로 방향과 속도는 역방향의 감속이 된다.

이를 비교해 보면 표 2와 같다. 표 2는 본 발명의 실시 예에 따른 제2 형식의 고비율 및 저비율의 예시를 나타낸다.

제2 형식	예 5	예 6
Z1	100	51
Z2	99	100
기어속비 R2	100	-1.0408
결과	동방향 감속	역방향 감속
비교	고비율	저비율

상기 표 2에서 '-'부호는 입력되는 회전 방향 대비 출력은 역회전을 의미한다.

상기 표 2에서 알 수 있듯이 기어의 잇수를 조금만 달리하여도 고비율 감속, 저비율 감속이 되는 것을 쉽게 알 수 있다.

여기서, 상기 제1 선기어(300)를 입력으로 바꾸어 회전시키면, 상기 제1 선기어(300)와 맞물린 상기 제1 유성기어(500)가 자전하게 되고, 상기 제1 유성기어(500)는 맞물려 있는 상기 제2 유성기어(600)를 자전시키고, 상기 제2 유성기어(600)는 맞물려 있는 상기 제3 유성기어(700)를 자전시키고, 상기 제3 유성기어(700)는 맞물려 있는 상기 제2 선기어(400)를 회전시킨다.

이때, 상기 제2 선기어(400)는 고정되어 있어 회전시킬 수 없기에, 상기 제3 유성기어(700)는 상기 제2 선기어(400)와의 맞물림을 벗어나려 하고 상기 캐리어(200)가 지지하고 있는 지지점에서 이탈시키려는 현상이 발생하게 된다.

그렇지만, 이러한 현상은 상기 제3 유성기어(700)가 상기 캐리어(200)의 지지점에서 이탈할 수 없고, 상기 제2 선기어(400)와의 맞물림을 벗어날 수 없으므로, 고정된 상기 제2 선기어(400)에서 회전이 멈추게 되어, 상기 제1 선기어(300)를 입력으로 바꾸어 회전시키는 것은 실현되지 못하고 정지된 회전 0(Zero)의 증속 불가능 상태로 증속비가 0(Zero)(입력으로 사용되는 선기어 자체가 회전할 수 없는 정지 상태)인 역전방지의 자동체결(Self-Locking) 기능이 된다.

여기서, 상기 제3 유성기어(700)가 회전하지 않고, 상기 제1 선기어(300)의 입력으로 동력 전달되지 않는 역전방지의 자동체결(Self-Locking) 기능은 상기 도 6에서 도시한 내용에 있으므로 구체적으로 언급하지 않고 생략하기로 한다.

본 발명에 따른 유성기어장치에서 상술한 기어들(300, 400, 500, 600, 700)은 중심 거리들을 조정할 수 있어 표준기어나 전위기어 모두 어떠한 제약 조건 없이 제작할 수 있으며, 외접기어로만 이루어져 있어 통상의 기술자라면 누구나 쉽게 제작할 수 있는 것을 나타낸다. 즉, 기어를 제작하기 위해 기어들 각각의 잇수를 선정하게 되고, 상기 제1, 제2, 제3 유성기어(500, 600, 700)가 몇 개의 세트 개수로 등간격 배치될 것인지 선정할 수 있다. 본 발명에 따른 감속장치에서 상기 제1 선기어(300)의 잇수와 상기 제2 선기어(400)의 잇수에 따라 기어속비가 정해질 뿐 아니라 유성기어의 세트 개수 등간격 배치에도 상관관계가 있어, 제1 선기어(300)의 잇수에서 상기 제2 선기어(400)의 잇수를 뺀 값이 유성기어 세트 개수(n)의 배수로 지정하면, 상기 제1 선기어(300)의 잇수와 상기 제2 선기어(400)의 잇수는 하기의 식 (1-3)과 같이 결정될 수 있다.

Z1 - Z2 = n의 배수…(식 1-3)

(여기서 Z1 : 제1 선기어의 잇수, Z2 : 제2 선기어의 잇수, n : 유성기어 세트 개수)

일반적으로, 상기 유성기어를 n(1, 2, 3, 4, 5) 세트 개수로 등간격으로 배치하려면, 상기 제1 선기어(300)의 잇수(Z1)를 임의의 값으로 정하고, 유성기어의 세트 개수가 n의 배수가 되도록 하고, 목표 기어비의 근사값을 탐색하여 선정하면 식 (1-3)에 의해 상기 제2 선기어(400)의 잇수(Z2)가 결정되며, 상기 제1, 제2, 제3 유성기어(500, 600, 700)의 잇수는 세트 간 중첩되지 않게 동일한 잇수로 자유로이 선정하면 된다.

예를 들면, 도 7에 도시한 실시 예와 같이, 유성기어의 세트 개수를 n = 3으로 하고, 상기 제1 선기어(300)의 잇수를 50개로 임의로 정하여 상기 제2 선기어(400)의 잇수를 선정해 보면, 상기 식 (1-3)에 의해 n은 양의 배수로 3, 6, 9, 12가 있고 음의 배수로는 -3, -6, -9, -12 등이 있다. 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어 등간격 세트 개수 n개 배치를 도시한 정면도이다.

따라서, 상기 제2 선기어(400)의 잇수를 양의 배수 기준으로 선정해 보면 53, 56, 59, 62 등이 있고, 음의 배수를 기준으로 선정해 보면 47, 44, 41, 38 등이 있다. 이 중 목표 기어비의 근사값에 맞는 잇수를 선정하면 된다.

도 7에 도시한 바와 같은 실시 예에서는 제2 선기어(400)의 잇수를 41개로 선정하였고, 제1 세트의 제1, 제2, 제3 유성기어(500, 600, 700)의 잇수는 각각 15, 15, 21개로 임의 선정하였으며, 제2 세트의 제1, 제2, 제3 유성기어(500, 600, 700)의 잇수도 상기 제1 세트의 유성기어(500, 600, 700)와 잇수가 같아야 하므로 각각 15, 15, 21개로 선정하고, 제3 세트의 제1, 제2, 제3 유성기어(500, 600, 700)의 잇수도 각각 15, 15, 21개로 하면 된다. 여기서, 유성기어들의 잇수는 12, 13 14, 15,… 20, 21,… 32, 33 등과 같이 임의의 잇수를 자유로이 선정하면 되나, 기어이(齒)의 중첩이나 실시 예에서 보여주지 않는 부분에서 타부품과의 맞물림 문제없이 제작하여야 함은 동분야에서 통상의 기술자라면 누구나 쉽게 알 수 있는 내용이므로 구체적으로 언급하지 않고 생략하기로 한다.

추가로, 예를 들어 상기 제1, 제2, 제3 유성기어(500, 600, 700)의 세트 개수를 n = 5로 하고, 상기 제2 선기어(400)의 잇수는 51개로 임의 정하고, 상기 제1 선기어(300)의 잇수를 선정해 보면, 상기 식 (1-3)에 의해 세트 개수 5의 양의 배수는 5, 10, 15 등과 같고, 음의 배수는 -5, -10, -15 등과 같으므로, 양의 배수를 적용하여 상기 제1 선기어(300)의 잇수를 선정해보면 56, 61, 66, … 등이 되고, 음의 배수를 적용하여 상기 제1 선기어(300)의 잇수를 선정해보면 46, 41, 36, … 등이 되어 이 중 목표 기어비의 근사값에 맞는 잇수를 선정하면 된다. 여기에서도, 유성기어의 잇수는 상기 설명한 내용과 같이 자유롭게 선정하면 된다.

다음에, 유성기어 세트 개수에 따른 기어이 맞물림에 대해 도 8을 참조하여 설명한다.

도 8a는 본 발명의 실시 예에 따른 사잇각 변경 후 유성기어 세트 개수 n개 배치를 도시한 정면도이고, 도 8b는 본 발명의 실시 예에 따른 사잇각 변경 전 기어이 맞물림 불가능을 도시한 정면도이고, 도 8c는 도 8a에 따른 측면을 도시한 측면도이고, 도 8d는 도 8c에 따른 P-P를 따라 절단하여 도시한 단면도이고, 도 8e는 도 8c에 따른 W-W를 따라 절단하여 도시한 단면도이며, 도 8f는 본 발명의 실시 예에 따른 사잇각의 위치를 도시한 정면도이다. 또, 도 8에서 A는 기어이 맞물림 정상 위치를 나타내고, B는 기어이 맞물림 불가능 위치이며, C는 기어이 맞물림 불가능 위치를 각각 나타낸다.

도 8a에 도시된 실시 예에서는 상기 제1 선기어(300)의 잇수 50개, 상기 제2 선기어(400)의 잇수 49개, 유성기어 세트 개수를 n = 3으로 배치하고 있는 것을 도시하고 있으며 기어들 사이에 정확한 기어이 맞물림을 보여주고 있다.

상기 제1 선기어(300)와 상기 제2 선기어(400)의 잇수차가 1개이므로 상기 식 (1-3)에 의해 유성기어의 세트 개수는 1개가 배치되어야 하나, 도 8b 내지 도 8f에 도시한 바와 같이 세트 개수 3개를 등간격으로 배치하면 도 8b에 도시한 바와 같이 제1 세트의 A 위치만 기어이 맞물림에 문제가 없고, 제2 세트의 B 위치와 제3 세트의 C 위치는 기어이 맞물림이 불가능하여 조립할 수 없는 문제가 발생하게 된다.

또한, 상기와 같이 선기어의 잇수가 1개 차이 나는 경우 기어속비가 최대가 나옴에도 불구하고, 유성기어 세트 개수 1개만 배치하였을 경우 저속을 하게 되면 문제없겠지만, 고속 회전을 하게 되면 과도한 진동이 발생하고 내구성이 떨어져 문제가 발생할 수 밖에 없다.

따라서, 상기 문제들을 해결하기 위해 도 8f에 도시한 실시 예와 같이 상기 캐리어(200)에서 기어의 중심과 중심을 연결한 직선들의 '사잇각 변경'을 이용하여 상기 식(1-3)의 조건과 상관없는 유성기어 세트 개수 n 개로 결정하는 것을 포함하여 설명한다.

우선, '사잇각 변경'은 도 8f에서 도시한 바와 같이 상기 캐리어(200)에서 제1 세트 위치 또는 제2 세트 위치 또는 제3 세트 위치에서 기어의 중심과 중심을 연결한 직선들 사이에 끼어있는 각도를 변경하는 것으로, 상기 제1 세트 위치의 제2 유성기어(600)를 기준으로 예를 들면, 제1 유성기어(500)의 중심에서 제2 유성기어 중심까지 연결한 직선과 상기 제3 유성기어의 중심에서 상기 제2 유성기어의 중심까지 연결한 직선사이에 끼어 있는 각도(A03)를 변경하는 것이다.

도 8f에 도시한 바와 같이, '사잇각'은 상기 제1 세트 위치에서 A01, A02, A03, A04의 4군데가 있고, 상기 제2 세트 위치에서도 B01, B02, B03, B04의 4군데가 있고, 상기 제3 세트 위치에서도 C01, C02, C03, C04의 4군데가 있다. 도 8f에서, A01은 제1 세트 위치의 제3 유성기어의 중심에서 캐리어의 중심까지 연결한 직선과 제1 유성기어의 중심에서 캐리어의 중심까지 연결한 직선 사이의 사잇각이고, A02는 제1 세트 위치의 캐리어의 중심에서 제1 유성기어 중심까지 연결한 직선과 제1 유성기어의 중심에서 캐리어의 중심까지 연결한 직선의 사잇각이고, A03은 제1 세트 위치의 제1 유성기어의 중심에서 제2 유성기어 중심까지 연결한 직선과 제3 유성기어의 중심에서 제2 유성기어의 중심까지 연결한 직선의 사잇각이며, A04는 제1 세트 위치의 캐리어의 중심에서 제3 유성기어 중심까지 연결한 직선과 제2 유성기어의 중심에서 제3 유성기어의 중심까지 연결한 직선의 사잇각을 나타낸다.

또, B01은 제2 세트 위치의 제3 유성기어의 중심에서 캐리어의 중심까지 연결한 직선과 제1 유성기어의 중심에서 캐리어의 중심까지 연결한 직선 사이의 사잇각이고, B02는 제2 세트 위치의 캐리어의 중심에서 제1 유성기어 중심까지 연결한 직선과 제1 유성기어의 중심에서 캐리어의 중심까지 연결한 직선의 사잇각이고, B03은 제2 세트 위치의 제1 유성기어의 중심에서 제2 유성기어 중심까지 연결한 직선과 제3 유성기어의 중심에서 제2 유성기어의 중심까지 연결한 직선의 사잇각이며, B04는 제2 세트 위치의 캐리어의 중심에서 제3 유성기어 중심까지 연결한 직선과 제2 유성기어의 중심에서 제3 유성기어의 중심까지 연결한 직선의 사잇각을 나타낸다.

또한, C01은 제3 세트 위치의 제3 유성기어의 중심에서 캐리어의 중심까지 연결한 직선과 제1 유성기어의 중심에서 캐리어의 중심까지 연결한 직선 사이의 사잇각이고, C02는 제3 세트 위치의 캐리어의 중심에서 제1 유성기어 중심까지 연결한 직선과 제1 유성기어의 중심에서 캐리어의 중심까지 연결한 직선의 사잇각이고, C03은 제3 세트 위치의 제1 유성기어의 중심에서 제2 유성기어 중심까지 연결한 직선과 제3 유성기어의 중심에서 제2 유성기어의 중심까지 연결한 직선의 사잇각이며, C04는 제3 세트 위치의 캐리어의 중심에서 제3 유성기어 중심까지 연결한 직선과 제2 유성기어의 중심에서 제3 유성기어의 중심까지 연결한 직선의 사잇각을 나타낸다.

상기의 세트들 위치 중 기어이 맞물림이 불가능한 세트에서 4군데 사잇각 중 1군데를 변경하면 기어이 맞물림의 불가능 문제를 해결할 수 있다. 또한, 상기 식 (1-3)의 상기 제1 선기어(300)와 상기 제2 선기어(400)의 잇수와 상관없이 유성기어 세트 개수를 증가시키거나 줄일 수도 있게 된다.

예를 들어, 도 8b에서 도시한 실시 예와 같이 기어이 맞물림 불가능 부분은 제2 세트 위치의 B 부분과 제3 세트 위치의 C 부분이므로, 상기 제2 세트 위치의 B 부분은 도 8f에서 제2 세트 위치의 B01 또는 B02 또는 B03 또는 B04의 사잇각 중 1군데를 변경하면 되고, 도 8b에서 제3 세트 위치의 C 부분은 도 8f에서 제3 세트 위치의 C01 또는 C02 또는 C03 또는 C04의 사잇각 중 1군데 변경을 하면 된다.

상기 제3 세트 위치의 C 부분으로 좀 더 구체적으로 예를 들면, 상기 캐리어(200)가 지지하고 있는 제3 세트 위치에 있는 상기 제2 유성기어(600)의 중심을 상기 캐리어(200)의 중심 반대방향으로 이동하게 되면, 상기 제1 유성기어(500)의 중심에서 상기 제2 유성기어(600)의 중심까지 연결한 직선과 상기 제3 유성기어(700)의 중심에서 상기 제2 유성기어(600)의 중심까지 연결한 직선 사이에 끼인 사잇각(C03)이 변경되면서, 상기 제2 유성기어(600)가 상기 제1 유성기어(500)의 둘레를 회전하게 되고, 맞물려 있는 제3 유성기어(700)도 회전시켜 기어이의 맞물림이 불가능했던 이두께(thickness of tooth) 부분만큼 회전, 이동함으로써 상대기어의 이홈(tooth space)에 맞게 맞물림이 되는 것이다.

상기 '사잇각 변경'에서 유성기어의 세트 개수가 n 개라면 맞물림이 정확하게 되어 있는 1개를 제외한 나머지 세트 개수에서 기어이가 간섭이 생긴 부분만 변경하며, 상기 '사잇각 변경'이 필요한 부분은 최대 n-1개가 될 것이다. 여기에서, 상기 제1, 제2, 제3 세트 위치에서 사잇각은 각각 4군데씩 형성되어 있고 각 상기 세트마다 4군데 사잇각 중 1군데만 변경하면 되는 것으로 상기 설명에서 언급한 바가 있다.

이는 '삼각함수'와 '제2 코사인법칙'에 의해 1군데의 사잇각이 정해지거나 변경되면 나머지 사잇각은 자동으로 정해지거나 변경되기 때문이다.

도 8b 및 8e에서 도시된 실시 예에서는 B 부분과 C 부분에서의 기어이 맞물림이 불가능했던 부분은, 도 8f에서 B02와 C02의 사잇각을 변경하여 기어이 맞물림의 간섭 문제를 해결하였으며, 상기 B02의 사잇각은 변경 전 97도에서 변경 후 95.4도로, 상기 C02의 사잇각은 변경 전 97도에서 변경 후 98.6도로 변경하여 '사잇각 변경'으로 기어이 맞물림 불가능의 문제를 해결하고 유성기어 세트 개수를 증가시키거나 줄일 수 있음을 확인할 수 있다.

상기 실시 예로 상기 B02와 상기 C02의 사잇각 변경뿐 아니라, 상기 사잇각 변경 전 97도, 사잇각 변경 후 98.6도와 95.4도는 실시 예들의 값으로 한정된 값은 아니며, 선기어들의 잇수와 유성기어 세트 개수의 증감, 유성기어들의 위치 변경에 따라 달라지는 값이므로 실시 예에 한정되지 않는다.

본 발명의 기술을 요약하면 링기어 없이 고비율부터 저비율까지 실현되는 자동체결(Self-Locking) 기능의 감속장치로서, 입력으로 회전하는 캐리어, 상기 캐리어와 동심으로 마련된 제1 선기어, 상기 제1 선기어와 맞물린 제1 유성기어, 상기 제1 유성기어와 맞물린 제2 유성기어, 상기 제2 유성기어와 맞물린 제3 유성기어, 상기 캐리어와 동심이며 상기 제1 선기어에 병렬로 마련되고 상기 제3 유성기어와 맞물린 제2 선기어를 포함하고, 상기 제1 선기어의 잇수와 상기 제2 선기어의 잇수는 1개 이상 차이가 나며, 상기 캐리어의 일측에 상기 제1, 제2, 제3 유성기어가 서로 다른 위치에 지지되어 자전 및 공전 가능하게 구성되어 n개 세트로 배치되고, 상기 제1 선기어 또는 제2 선기어 중 어느 하나를 고정시키고 나머지 하나의 선기어를 입력축으로 바꾸면 Self-locking 기능으로 증속이 되지 않고 증속비가 0(Zero)이 되는 것이다.

상기 Self-locking 기능의 구현은 상기 캐리어는 입력이고, 상기 제1 선기어는 고정이고, 상기 제2 선기어는 출력으로 하고 Z1을 상기 제1 선기어의 잇수로 정의하고, Z2를 상기 제2 선기어의 잇수로 정의하며,

Z1 < Z2이고 (Z2-Z1) < Z1 이면 상기 제2 선기어의 출력은 동방향 감속,

Z1 > Z2이고 (Z1-Z2) < Z2 이면 상기 제2 선기어의 출력은 역방향 감속이며,

상기 감속이 실행되는 조건 중 하나만 만족하면서 제2 선기어를 입력으로 바꾸어 회전하면 Self-locking 기능으로 증속이 되지 않고 증속비가 0(Zero)이 된다.

또한 상기 캐리어가 입력이고, 상기 제2 선기어가 고정이고, 상기 제1 선기어를 출력으로 하고 Z1을 상기 제1 선기어의 잇수로 정의하고, Z2를 상기 제2 선기어의 잇수로 정의하며,

Z1 < Z2이고 (Z2-Z1) < Z1이면, 상기 제1 선기어의 출력은 역방향 감속이며, 상기 감속이 실행되는 조건 중 하나만 만족하면서 제1 선기어를 입력으로 바꾸어 회전하면 Self-locking 기능으로 증속이 되지 않고 증속비가 0(Zero)이 되는 것이다.

따라서 본 발명의 감속이 이루어지는 구조의 감속기에 있어서 출력측을 입력측으로 변경하여 사용하면 Self-locking 기능으로 증속이 되지 않아 증속비가 0(Zero)이 되는 즉, 작동 불가능한 장치가 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 고비율의 감속과 저비율의 감속까지 다양한 기어속비를 실현할 수 있는 감속장치에 있어서, 링기어의 요소가 없어지고 외접기어로만 이루어져 있어, 제작의 어려움이 없어지고 공간을 줄여 제작 비용 절감효과를 가져오는 한편, 가공의 용이성으로 대량생산에 적합하게 된다는 효과가 얻어진다. 또한 자동체결(Self-Locking)기능으로 역전방지가 되기 때문에 제어가 용이하여 다양하게 활용할 수 있게 된다는 이점이 얻어진다.

이상과 같이 본 발명은 링기어 없이 고비율부터 저비율까지 실현되는 자동체결기능(Self-Locking)의 감속장치를 제공하는 것을 기본적인 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있으며, 이와 같은 본 발명의 기본적인 사상의 범주 내에서 당 업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 다른 많은 변형이 가능함은 물론이다.

[부호의 설명]

101 : 고정 하우징

102 : 고정 하우징 커버

150 : 베어링

200 : 캐리어

201 : 캐리어 회전지지대

300 : 제1 선기어

400 : 제2 선기어

500 : 제1 유성기어

600 : 제2 유성기어

700 : 제3 유성기어

800 : 제1 형식 기어속비

900 : 제2 형식 기어속비

950 : 볼트

Claims

감속장치의 자동체결 방법에 있어서,

입력으로 회전하는 캐리어, 상기 캐리어와 동심으로 마련된 제1 선기어, 상기 제1 선기어와 맞물린 제1 유성기어, 상기 제1 유성기어와 맞물린 제2 유성기어, 상기 제2 유성기어와 맞물린 제3 유성기어, 상기 캐리어와 동심이며 상기 제1 선기어에 병렬로 마련되고 상기 제3 유성기어와 맞물린 제2 선기어를 포함하고,

상기 제1 선기어의 잇수와 상기 제2 선기어의 잇수는 1개 이상 차이가 나며, 상기 캐리어의 일측에 상기 제1, 제2, 제3 유성기어가 서로 다른 위치에 지지되어 자전 및 공전 가능하게 구성되어 n개 세트로 배치되고,

상기 캐리어는 입력이고, 상기 제1 선기어는 고정이고, 상기 제2 선기어는 출력으로 하고 Z1을 상기 제1 선기어의 잇수로 정의하고, Z2를 상기 제2 선기어의 잇수로 정의하며,

Z1 < Z2이고 (Z2-Z1) < Z1이면 상기 제2 선기어의 출력은 동방향 감속

Z1 > Z2이고 (Z1-Z2) < Z2이면 상기 제2 선기어의 출력은 역방향 감속이 되며,

상기 감속이 실행되는 조건 중 하나만 만족하면서 제2 선기어를 입력으로 바꾸어 회전시키면 Self-locking 기능으로 증속이 되지 않고 증속비가 0(Zero)(입력으로 사용되는 선기어 자체가 회전할 수 없는 정지 상태)이 되는 것을 특징으로 하는 링기어 없는 감속장치의 자동체결 방법.
감속장치의 자동체결 방법에 있어서,

입력으로 회전하는 캐리어, 상기 캐리어와 동심으로 마련된 제1 선기어, 상기 제1 선기어와 맞물린 제1 유성기어, 상기 제1 유성기어와 맞물린 제2 유성기어, 상기 제2 유성기어와 맞물린 제3 유성기어, 상기 캐리어와 동심이며 상기 제1 선기어에 병렬로 마련되고 상기 제3 유성기어와 맞물린 제2 선기어를 포함하고,

상기 제1 선기어의 잇수와 상기 제2 선기어의 잇수는 1개 이상 차이가 나며, 상기 캐리어의 일측에 상기 제1, 제2, 제3 유성기어가 서로 다른 위치에 지지되어 자전 및 공전 가능하게 구성되어 n개 세트로 배치되고,

상기 캐리어가 입력이고, 상기 제2 선기어가 고정이고, 상기 제1 선기어를 출력으로 하고 Z1을 상기 제1 선기어의 잇수로 정의하고, Z2를 상기 제2 선기어의 잇수로 정의하며,

Z1 > Z2이고 (Z1-Z2) < Z2이면, 상기 제1 선기어의 출력은 동방향의 감속,

Z1 < Z2이고 (Z2-Z1) < Z1이면, 상기 제1 선기어의 출력은 역방향 감속이 되며,

상기 감속이 실행되는 조건 중 하나만 만족하면서 제1 선기어를 입력으로 바꾸어 회전시키면 Self-locking 기능으로 증속되지 않고 증속비가 0(Zero)(입력으로 사용되는 선기어 자체가 회전할 수 없는 정지 상태)이 되는 것을 특징으로 하는 링기어 없는 감속장치의 자동체결 방법.
감속장치에 있어서,

입력으로 회전하는 캐리어, 상기 캐리어와 동심으로 마련된 제1 선기어, 상기 제1 선기어와 맞물린 제1 유성기어, 상기 제1 유성기어와 맞물린 제2 유성기어, 상기 제2 유성기어와 맞물린 제3 유성기어, 상기 캐리어와 동심이며 상기 제1 선기어에 병렬로 마련되고 상기 제3 유성기어와 맞물린 제2 선기어를 포함하고,

상기 제1 선기어의 잇수와 상기 제2 선기어의 잇수는 1개 이상 차이가 나며, 상기 캐리어의 일측에 상기 제1, 제2, 제3 유성기어가 서로 다른 위치에 지지되어 자전 및 공전 가능하게 구성되어 n개 세트로 배치되고,

상기 캐리어는 입력이고, 상기 제1 선기어는 고정이고, 상기 제2 선기어는 출력으로 하고 Z1을 상기 제1 선기어의 잇수로 정의하고, Z2를 상기 제2 선기어의 잇수로 정의하며,

Z1 < Z2이고 (Z2-Z1) < Z1이면 상기 제2 선기어의 출력은 동방향 감속

Z1 > Z2이고 (Z1-Z2) < Z2이면 상기 제2 선기어의 출력은 역방향 감속이 되며,

상기 감속이 실행되는 조건 중 하나만 만족하면서 제2 선기어를 입력으로 바꾸어 회전시키면 Self-locking 기능으로 증속이 되지 않고 증속비가 0(Zero)(입력으로 사용되는 선기어 자체가 회전할 수 없는 정지 상태)이 되는 것을 특징으로 하는 링기어 없는 자동체결 기능을 갖는 감속장치.
감속장치에 있어서,

입력으로 회전하는 캐리어, 상기 캐리어와 동심으로 마련된 제1 선기어, 상기 제1 선기어와 맞물린 제1 유성기어, 상기 제1 유성기어와 맞물린 제2 유성기어, 상기 제2 유성기어와 맞물린 제3 유성기어, 상기 캐리어와 동심이며 상기 제1 선기어에 병렬로 마련되고 상기 제3 유성기어와 맞물린 제2 선기어를 포함하고,

상기 제1 선기어의 잇수와 상기 제2 선기어의 잇수는 1개 이상 차이가 나며, 상기 캐리어의 일측에 상기 제1, 제2, 제3 유성기어가 서로 다른 위치에 지지되어 자전 및 공전 가능하게 구성되어 n개 세트로 배치되고,

상기 캐리어가 입력이고, 상기 제2 선기어가 고정이고, 상기 제1 선기어를 출력으로 하고 Z1을 상기 제1 선기어의 잇수로 정의하고, Z2를 상기 제2 선기어의 잇수로 정의하며,

Z1 > Z2이고 (Z1-Z2) < Z2이면, 상기 제1 선기어의 출력은 동방향의 감속,

Z1 < Z2이고 (Z2-Z1) < Z1이면, 상기 제1 선기어의 출력은 역방향 감속이 되며,

상기 감속이 실행되는 조건 중 하나만 만족하면서 제1 선기어를 입력으로 바꾸어 회전시키면 Self-locking 기능으로 증속되지 않고 증속비가 0(Zero)(입력으로 사용되는 선기어 자체가 회전할 수 없는 정지 상태)이 되는 것을 특징으로 하는 링기어 없는 자동체결 기능을 갖는 감속장치.