JP3197740U - 二つの入力特性を利用した遊星歯車システム、この歯車モジュール及びこの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】二つのモータ特性を利用して歯車変速の効果を有する二つの入力特性を利用した歯車システムを提供する。【解決手段】歯車システムは、第１歯車部１１０と、第１歯車部と噛み合って回るように形成された第２歯車部１２０と、第１歯車部または第２歯車部のうち少なくとも一つと噛み合って回るように形成された第３歯車部１３０と、駆動力を発生させる駆動源とを含み、第１乃至第３歯車部のうち二つの歯車部が駆動源からそれぞれの駆動力の伝達を受ける入力パーツになり、残りの一つの歯車部がそれぞれの駆動力が合成された合力を出す出力パーツになる。このような構成により、二つの入力特性を組み合わせて、必要に応じて、高速−低トルクまたは低速−高トルクの出力を生産することができ、小型ロボットでも自由自在に出力特性を変化させることができる。【選択図】図２

Description

二つの入力特性を利用した遊星歯車システム、これを有する歯車モジュール及びこれの制御方法が開示される。さらに詳しくは、二つのモータ特性を利用して歯車変速の効果を有する二つの入力特性を利用した遊星歯車システム、これを有する歯車モジュール及びこれの制御方法が開示される。

一般的に、ロボット及び機械システムを設計する時にこれを駆動するためのモータ及び減速歯車比の選択が重要である。即ち、ロボット及び機械システムが作動するために最大速度及び最大トルクを選定し、これを満足するモータを選択しなければならない。しかし、大部分の機械システムの場合、大きい負荷（荷重）における駆動（高トルク）は低速で、小さい負荷（荷重）における駆動（低トルク）は高速で動作する場合が多い。例えば、人の腕の動作及びこれを模倣したロボット腕の場合、ダンスをする動作（重い物体を持たない場合）は、速い速度で関節を駆動し、重い物体を持って移す動作では、低速で駆動する。

このような場合は、自動車の走行でも見られる。停止状態における加速または上り坂の走行などでは、高いトルクが必要であるため、高い減速歯車を用いて低速で走行し、加速後または平地の走行では、低い減速歯車を用いて高速で走行する。

このような理由により、ロボット及び機械システムを駆動するアクチュエータは、高速−低トルク運動、及び低速−高トルク運動ができなければならない。もし高速でも高トルクを生成することができるアクチュエータを使用すれば、このような駆動要件を全て満足させることができるが、このためには、高容量のモータを使用しなければならないという短所がある。高容量のモータの使用は、システムの重さ及び大きさを増加させる要因となる。また、システムを小型で製作し難くする要素となる。

従って、自動車の場合、エンジンの回転力を走行輪に伝達する過程で、変速歯車システムを使用して、高速−低トルク、低速−高トルクの特性を満足させている。また、変速歯車システムの使用は、効率的なエネルギーの利用によるエンジンの回転数で駆動することができるようにするため、その効率性がさらに高い。

しかし、頻繁に駆動方向及び駆動速度が変化される必要性のあるロボットには、機械的な歯車変換による変速システムの使用は、事実上難しい。

従って、モータで駆動される小型ロボット及び機械システムにも、このような変速歯車システムの効果を適用する必要性があり、これにより、ロボットの最大駆動トルク及び最大駆動速度を向上させることができ、エネルギーの側面で効率的な駆動ができるであろう。

本考案の実施例によると、互いに異なる特性を有する二つの駆動ユニットからそれぞれの駆動力の入力を受けて、二つの駆動力の合力を出力する二つの入力特性を利用した遊星歯車システム、これを有する歯車モジュール及びこれの制御方法が提供される。

また、二つの入力特性を組み合わせて、必要に応じて、高速−低トルクまたは低速−高トルクの出力を生産することができる二つの入力特性を利用した遊星歯車システム、これを有する歯車モジュール及びこれの制御方法が提供される。

また、小型モータを使用して小型システムにも効果的に採用されることができ、費用節減及び大量生産が可能になるように、モジュール化が容易な二つの入力特性を利用した遊星歯車システム、これを有する歯車モジュール及びこれの制御方法が提供される。

本考案の実施例による歯車システムは、第１歯車部と、前記第１歯車部と噛み合って回るように形成された第２歯車部と、前記第１歯車部または第２歯車部のうち少なくとも一つと噛み合って回るように形成された第３歯車部と、駆動力を発生させる駆動源とを含み、前記第１乃至第３歯車部のうち二つの歯車部が前記駆動源からそれぞれの駆動力の伝達を受ける入力パーツになり、残りの一つの歯車部が前記それぞれの駆動力が合成された合力を出す出力パーツになる。

本考案の実施例による歯車モジュールは、第１駆動力が伝達される第１歯車部と、第２駆動力が伝達される第２歯車部と、前記第１歯車部または第２歯車部のうち少なくとも一つと噛み合って回るように形成された第３歯車部とを含み、前記第３歯車部を通じて前記第１歯車部及び第２歯車部に入力された駆動力の合力が出力される。

本考案の実施例による歯車システムの制御方法は、前記歯車システムが低速−高トルクの駆動をする場合は、前記低速−高トルク特性を有するモータのみが駆動され、前記歯車システムが高速−低トルクの駆動をする場合は、前記高速−低トルク特性を有するモータのみを駆動するか、前記低速−高トルク特性を有するモータと高速−低トルク特性を有するモータとを同時に駆動する。また、前記歯車システムが前記高速−低トルクモータの最大トルク領域中で駆動する場合は、前記低速−高トルク特性を有するモータと高速−低トルク特性を有するモータとに同一の電流を供給して同一のトルクを生成するようにすることが好ましい。

本考案の実施例によると、歯車システムが互いに異なる特性を有する二つの駆動ユニットから駆動力の入力を受けてその合力を出力することで、必要に応じて、多様な速度、トルク組合の出力を提供することができる。これにより、歯車変速の効果を得ることができる。

また、二つの入力特性を組み合わせて、必要に応じて、高速−低トルクまたは低速−高トルクの出力を生産することができ、小型ロボットでも自由自在に出力特性を変化させることができる。

また、小型モータを使用して小型システムにも効果的に採用されることができ、費用節減及び大量生産が可能になるようにモジュール化が容易である。

また、使用モータの大きさ及び重さに比べて、最大速度及び最大トルクが増加することができ、モータの負荷によってエネルギー使用を調節することができるので、エネルギー効率が良くなる。

本考案の一実施例による歯車システムの概略的な様子を示した斜視図である。 図１の歯車システムを概略的に示した分解斜視図である。 二つの入力特性を利用した遊星歯車システムの入出力関係を概略的に示した斜視図である。 二つの入力特性を利用した遊星歯車システムの入出力関係を概略的に示した斜視図である。 二つの入力特性を利用した遊星歯車システムの入出力関係を概略的に示した斜視図である。 本考案の一実施例による歯車システムの力の合成原理を説明するために概略的に示した図面である。 本考案の一実施例による歯車システムの力の合成原理を説明するために概略的に示した図面である。 歯車システムの作動による合成されたトルク−速度グラフである。 本考案の第２実施例による歯車システムの一つの駆動ユニットにバックドライブを防止するための構成が取り付けられた状態を概略的に示した図面である。 本考案の第３実施例による歯車システムの一つの駆動ユニットにバックドライブを防止するためのフライホイールが取り付けられた状態を概略的に示した図面である。 本考案の第４実施例による歯車システムで駆動力を入力するための一つの駆動源が手動入力に適用された状態を示した図面である。 本考案の第５実施例による歯車システムに差動歯車が適用された状態を示した図面である。

以下、本考案の実施例を添付した図面を参照して詳しく説明する。

本考案の第１実施例による歯車システム１００は、互いに異なる二つの駆動ユニットの特性を合成して多様な出力を出すことができるシステムである。このような歯車システム１００は、状況によって出力特性の変化が必要な多様な分野で活用されることができる。即ち、一つの歯車システム１００を通じて高速−低トルクの出力、または低速−高トルクの出力を自由自在に変換することができる。

本考案の第１実施例による歯車システム１００は、第１歯車部１１０、第２歯車部１２０、そして第３歯車部１３０を含む。特に、その中で二つの歯車部が駆動力が入力される入力パーツになり、残りの一つの歯車部が駆動力の合力が出力される出力パーツになる。

さらに詳しい説明のために、図１及び図２を提示する。図１は、本考案の第１実施例による歯車システムの概略的な様子を示した斜視図であり、図２は、図１の歯車システムを概略的に示した分解斜視図である。

第１歯車部１１０と第２歯車部１２０とは、互いに噛み合って回るように位置する。そして、第３歯車部１３０は、第１歯車部１１０または第２歯車部１２０のうち少なくとも一つと噛み合って回るように形成される。

以下の実施例では、第１歯車部乃至第３歯車部１１０、１２０、１３０を遊星歯車の太陽歯車、キャリアに連結された遊星歯車、そして輪歯車で例示する。即ち、本考案の第１実施例による歯車システム１００に、太陽歯車、キャリア、遊星歯車及び輪歯車からなる遊星歯車ユニットが使用されると例示する。しかし、二つの歯車部に入力パーツになる他の形状の歯車が用いられてもよいことは当然である。以下は、遊星歯車ユニットが使用されると例示して説明する。

第１歯車部１１０は、太陽歯車１１１、及び太陽歯車１１１と連結されて駆動力を太陽歯車１１１に伝達するか、太陽歯車１１１から駆動力の伝達を受ける太陽歯車軸１１２を含む。第２歯車部１２０は、キャリア１２２と、キャリア１２２の一側上に安着された状態で自転することができる少なくとも一つ以上の遊星歯車１２１、及びキャリア１２２の他側に連結形成されて駆動力を伝達するキャリア軸１２３を含む。

太陽歯車１１１は、遊星歯車１２１の間に介在してそれぞれが互いに噛み合って回る形状をとる。従って、一般的に、太陽歯車１１１の回転方向と遊星歯車１２１の回転方向とは反対になる。そして、第２歯車部１２０は、キャリア１２２の回転によって遊星歯車１２１の自転及び公転を可能にする。

第３歯車部１３０は輪歯車になる。このような輪歯車は、リング状の内部に内接歯車が形成されるように形成することが好ましい。輪歯車で例示される第３歯車部１３０は、第２歯車部１２０の遊星歯車の外側に外接して噛み合うように位置する。従って、第２歯車部１２０の回転によって第３歯車部１３０が回転する。

このような相互の噛み合いによってそれぞれの歯車部の回転が互いに影響を受けて、入力された力が合成して出力される。

この時、第１歯車部乃至第３歯車部１１０、１２０、１３０のうち二つの歯車部が入力パーツになる。即ち、駆動ユニットから駆動力の伝達を受ける歯車部が二つになる。

さらに具体的な説明のために、図３乃至図５を提示する。図３乃至図５は、二つの入力特性を利用した遊星歯車システムの入出力関係を概略的に示した斜視図である。

図３を参考すると、第１歯車部１１０及び第２歯車部１２０が入力パーツになり、前記二つの歯車部１１０、１２０を通じて駆動力が入力Ｉｎ１、Ｉｎ２される。このように入力された駆動力の合力が第３歯車部１３０を通じて出力Ｏｕｔされる。従って、第１歯車部１１０及び第２歯車部１２０の歯車特性を調節するか、このような歯車部１１０、１２０に伝達される駆動力の特性を調節しながら、多様な出力を第３歯車部１３０を通じて発生させることができる。

図４を参考すると、第１歯車部１１０及び第３歯車部１３０が入力パーツになって駆動力を入力Ｉｎ１、Ｉｎ２し、第２歯車部１２０が出力パーツになって合力を出力Ｏｕｔする。また、図５を参考すると、第２歯車部１２０及び第３歯車部１３０が入力パーツになって駆動力を入力Ｉｎ１、Ｉｎ２し、第１歯車部１１０が出力パーツになって合力を出力Ｏｕｔする。このように入出力パーツにあたる歯車部は、歯車システムが適用される対象の特性及び製作方法などによって変わってもよく、力の伝達原理は、上記で説明した通りである。

以下は、太陽歯車１１１を含む第１歯車部１１０、及び遊星歯車１２１とキャリア１２２とを含む第２歯車部１２０が入力パーツになり、輪歯車で例示される第３歯車部１３０が出力パーツになる例を基準として説明する。

第１歯車部１１０及び第２歯車部１２０は、互いに異なる駆動源１４０からそれぞれの駆動力の伝達を受けることが好ましい。この時、駆動源は、第１駆動ユニット１４１及び第２駆動ユニット１４２を含む。このような駆動源１４０は、駆動力を伝達することができるモータ、ポンプ、シリンダー等の多様な駆動力伝達ユニットが使用されてもよい。以下の実施例では、モータが使用されることで例示する。

第１駆動ユニット１４１は、第１歯車部１１０に駆動力を入力する。この時、第１駆動ユニットの回転によって第１連結歯車１１３が回転し、これにより、太陽歯車軸１１２が回転しながら太陽歯車１１１が回転する。

これと同様に、第２駆動ユニット１４２は、第２連結歯車１２４を通じて第２歯車部１２０に駆動力を入力する。

第１駆動ユニット１４１及び第２駆動ユニット１４２は、互いに異なる出力を有することが好ましい。例えば、モータで例示される第１駆動ユニット１４１及び第２駆動ユニット１４２は、互いに異なる容量を有するか、互いに異なる減速比を有することが好ましい。

さらに詳しくは、第１駆動ユニット１４１は、最大駆動速度は低いが、最大駆動トルクは高い特性（低速−高トルク）を有するように設定し、第２駆動ユニット１４２は、最大駆動速度は高いが、最大駆動トルクは低い特性（高速−低トルク）を有するように設定する。即ち、第１駆動ユニット１４１と第２駆動ユニット１４２との特性を互いに反対に設定する。従って、それぞれの駆動力の特性を調節して第３歯車部１３０に出力される駆動合力の特性を制御することができる。

一方、第１駆動ユニット１４１または第２駆動ユニット１４２のうち少なくとも一つは、ウォーム歯車１４３、１４４を通じて駆動力を入力する。このようなウォーム歯車１４３、１４４は、それぞれ第１連結歯車１１３及び第２連結歯車１２４と連結される。このようなウォーム歯車１４３、１４４を通じて二つの入力間の干渉による駆動ユニットのバックドライブを防止することができる。即ち、二つのモータを使用する場合に低い減速伝達比を有するモータは、高い減速伝達比を有するモータの駆動によってバックドライブが発生し得る。従って、二つのモータの減速伝達比の差が大きい場合は、ウォーム歯車１４３、１４４をさらに追加してバックドライブを防止することができる。

その他に、駆動力が入力に伝達される時に、平歯車、傘歯車、ベルト駆動などの一般的な全ての動力伝達システムを使用することができる。

第１駆動ユニット１４１及び第２駆動ユニット１４２から駆動力の入力を受けて、第１歯車部１１０及び第２歯車部１２０が駆動力を合成し、このように合成された駆動力は、第３歯車部１３０を通じて出力される。第３歯車部１３０の回転によって第３連結歯車１３１が回転し、これと噛み合った出力歯車１３２が回転しながら出力軸１３３を通じて駆動力が出力される。従って、出力軸１３３と連結された多様なロボット、機械システムなどを駆動することができる。

一方、図示していないが、駆動ユニットの駆動速度及び角度を測定するために、それぞれの駆動ユニットの出力軸にエンコーダを取り付けてもよい。また、それぞれの歯車と軸との間には軸受が具備されてもよく、遊星歯車ユニットの位置は、固定されるが、回転は自由にすることが好ましい。

一例によると、歯車システム１００は、第１駆動力が伝達される第１歯車部１１０、第２駆動力が伝達される第２歯車部１２０、そして前記第１駆動力及び第２駆動力との合力を出力する第３歯車部１３０からなる歯車モジュール形態である。この時、第１駆動力及び第２駆動力は、互いに異なる出力特性を有することが好ましい。

このようなモジュール化により、大きさ、重さ、生産費用を減らすことができ、大量生産が可能である。このような歯車モジュールは、必要に応じて、多様な駆動ユニット（モータ等）を連結して使用してもよい。または、特定歯車比を有するモータを含んで一体でモジュール化してもよい。歯車モジュールは、連結される駆動ユニットのバックドライブを防止するために、ウォーム歯車をさらに含んでもよい。

前記のような構成を有する二つの入力特性を利用した遊星歯車システム１００の作動及び制御方法を説明するために、図６乃至図８を提示する。

図６及び図７は、本考案の第１実施例による歯車システム１００の力の合成原理を説明するために概略的に示した図面であり、図８は、歯車システム１００の作動による合成されたトルク−速度グラフである。

図６を参考すると、第１駆動ユニット１４１及び第２駆動ユニット１４２は、それぞれ第１回転角速度θ_１及び第２回転角速度θ_２を有し、第１歯車比ｒ_１及び第２歯車比ｒ_２を有する。この時、第１駆動ユニット１４１または第２駆動ユニット１４２には、減速歯車１４５、１４６がさらに含まれてもよい。

第１歯車部１１０の太陽歯車１１１の歯数をｚ_ａといい、輪歯車で例示される第３歯車部１３０の歯数をｚ_ｃという。この時、駆動ユニット１４１、１４２の回転力が入力パーツである歯車部１１０、１２０に入力Ｉｎ１、Ｉｎ２で伝達される過程で、歯車比と歯数を調節して多様な出力Ｏｕｔ特性を生成することができる。

図７の（ａ）は、第１駆動ユニット１４１のみを駆動させ、第２駆動ユニット１４２は停止した状態を概略的に示す。これを参考すると、第１駆動ユニット１４１が一定角度Δθ_１回転し、第２駆動ユニットは回転しない。第１駆動ユニット１４１の回転によって太陽歯車１１１が特定方向に回転するようになり、これによって第３歯車部１３０が特定出力角度Δθ_ｏｕｔを有する。

第１駆動ユニット１４１の回転角度に対する第３歯車部１３０の微小出力角度は、以下の通りである。

前記数１の微小出力角度を速度に変換すれば、以下のような式が得られる。

従って、第１駆動ユニット１４１の回転角速度と第１及び第３歯車部１１０、１３０の歯車歯数とによって出力特性が決定される。

図７の（ｂ）は、第２駆動ユニット１４２のみを駆動させ、第１駆動ユニット１４１は停止した状態を概略的に示す。これを参考すると、第２駆動ユニット１４２が一定角度 Δθ_２回転し、第１駆動ユニットは回転しない。第２駆動ユニット１４２の回転によって遊星歯車１２１が特定方向に回転するようになり、これによって第３歯車部１３０が特定出力角度Δθ_ｏｕｔを有する。

第２駆動ユニット１４２の回転角度に対する第３歯車部１３０の微小出力角度は、以下の通りである。

前記数３の微小出力角度を速度に変換すれば、以下のような式が得られる。

従って、第２駆動ユニット１４２の回転角速度と第２及び第３歯車部１２０、１３０の歯車歯数によって出力特性が決定される。

図７の（ｃ）は、第１及び第２駆動ユニット１４１、１４２の両方とも駆動する場合を示す。この場合、二つの駆動ユニット１４１、１４２の入力に対する出力速度式は、以下の通りである。

前記数５を利用すれば、二つのモータ特性を合成して出力を得ることができる。このような二つのモータ特性を合成したグラフを図８を通じて確認することができる。

図８のグラフ（ａ）は、高い減速比特性により、最大駆動速度は低いが、最大駆動トルクは高いモータのトルク−速度グラフである。そして、グラフ（ｂ）は、低い減速比特性により、最大駆動速度は高いが、最大駆動トルクは低いモータのトルク−速度グラフである。

結局、第１駆動ユニット１４１が高い減速比特性を有し、第２駆動ユニット１４２が低い減速比特性を有する場合は、二つの入力を合成して、グラフ（ｃ）のように、高速度−低トルクまたは低速度−高トルクの出力を全て生成することができる。

即ち、１個の駆動ユニット（例えば、１個のモータ）を使用する場合は、グラフ（ａ）またはグラフ（ｂ）のように、高い速度または高いトルクのある一特性のみを表すしかない。しかし、二つの駆動ユニットを通じた二つの互いに異なる入力特性を合成することにより、高い速度を有するか、高いトルクを有するという全ての場合が可能になった。グラフ（ｃ）は、自動車のような変速歯車を使用する場合、２段変速歯車の特性グラフと類似した形態を示すが、本考案による歯車システム１００の場合、２個の小型モータのみを使用してこのような特性結果を得ることができる。

一般的なロボットの駆動は、低い負荷では速い速度（高速度−低トルク）、高い負荷では低い速度（低速度−高トルク）で駆動されるため、通常、グラフ（ｃ）のような領域のみで主に動作する。従って、自動車の変速歯車システムのように、複雑でかつ大型の歯車システムや、高容量のモータを使用する必要がなく、小型モータの二つのみを利用してこれらの特性を適切に合成することにより歯車変速効果を出すことで、小型ロボットシステムに効率的に適用されることができる歯車システムを提供することができる。

このように二つの入力特性が合成された出力特性は、それぞれの駆動ユニットの特性及び回転力を入力パーツに伝達する過程で、歯車比及び歯車の歯数などによって多様な特性を有することができる。

また、２段変速歯車と類似した効果及び特性を得ることで、負荷（または、駆動トルク）によって最適の（効率的な）速度で駆動されることで、電流の消費を少なくすることができる。即ち、高いトルクで駆動する場合は、高い歯車減速効果（低速−高トルク）を有する一つの駆動ユニットのみを駆動して、第１歯車部１１０または第２歯車部１２０のうち一つの歯車部のみを通じて駆動力を入力する制御方法を通じて、駆動トルクに比べて低い電流を使用することができる。それだけでなく、速い速度が必要な場合は、高速−低トルク特性を有する駆動ユニットのみを駆動するか、二つの駆動ユニットを全て駆動して第１歯車部１１０及び第２歯車部１２０に同時に駆動力を入力する制御方法を通じて、速い速度を有する出力を提供することができる。

一方、歯車システムが高速−中トルクで駆動する場合、即ち、高速−低トルクを有する駆動ユニットの最大トルクより小さいトルク領域で駆動する場合は、二つの駆動ユニットの電流を同一に使用するように制御することが好ましい。従って、二つの駆動ユニットが同時に同一のトルクを生成する。このように、二つの駆動ユニット（モータ）が同一のトルクを生成するようにして、可能な範囲内で同一の力を出すために二つのモータが同一の力を出すことが、エネルギー効率の側面で好ましい。

前記のような制御方法によって、モータの過負荷などによる多くの電流の消耗を防止することができる。

このような歯車システム１００または歯車モジュールは、多様な小型ロボット、装置、システムに採用されることができる。また、回転型タイヤ駆動や関節駆動などの多様な力または速度で回転するシステムが必要な多様な分野に適用されることができる。

一方、以下では、本考案の第２実施例による歯車システムに対して詳述し、前述した第１実施例の歯車システムと同一の部分に対しては、その説明を省略する。

図９は、本考案の第２実施例による歯車システムの一つの駆動ユニットにバックドライブを防止するための構成が取り付けられた状態を概略的に示した図面である。

図示のように、本実施例の歯車システム２００は、前述した第１実施例の歯車システム１００（図１参照）と違って、バックドライブを防止することができるウォーム歯車１４３、１４４（図２参照）が適用されず、他の構成が適用されるので、エネルギー効率をさらに向上させることができる。

前述したように、高トルクを出力にすることができる第１駆動ユニット２４１のモータを駆動して高いトルクを出力する場合、相対的に低トルクを出力にする第２駆動ユニット２４２のモータが自ら回転するバックドライブが発生し得る。すると、高トルク特性が出力に出ないこともある。

従って、このような現象を防止するために、第２駆動ユニット２４２のモータに逆電流を印加してバックドライブを抑制するか、または図９に示すように、別途の構成を第２駆動ユニット２４２のモータに取り付けることができる。

ここで、第２駆動ユニット２４２のモータに取り付けることができる構成２４３としては、ブレーキタイプの電子ブレーキ、または機械的な作動によってブレーキングをする機械ブレーキが適用されてもよく、また、軸受タイプのワンウェイ（ｏｎｅ−ｗａｙ）軸受またはクラッチ軸受が適用されてもよい。

加えると、電子ブレーキは、電子力を利用して制動する方式が適用されるブレーキであり、このような作動によってバックドライブを防止することができる。そして、ワンウェイ軸受及びクラッチ軸受は、一方向のみに回転力を提供し、他方向への回転は一般軸受のように自由に回転する特性がある。従って、ワンウェイ軸受を固定部位（回転が起きない部分）と第２駆動ユニット２４２とに取り付けることで、一方向にはモータの回転力を遊星歯車システム２００に伝達し、第２駆動ユニット２４２を駆動しない場合、第１駆動ユニット２４１のみを駆動する時に逆方向への回転（バックドライブ）を防止することができる。

このように、本考案の第２実施例の場合、相対的に低トルク出力を有する第２駆動ユニット２４２に別途のブレーキまたは軸受のような構成２４３を取り付けることで、バックドライブが発生することを阻止することができ、他の歯車に比べて（一般的な平歯車など）に比べて優れたエネルギー効率が得られる。

一方、以下では、本考案の第３実施例による歯車システムに対して詳述し、前述した実施例の歯車システムと同一の部分に対しては、その説明を省略する。

図１０は、本考案の第３実施例による歯車システムの一つの駆動ユニットにバックドライブを防止するためのフライホイールが取り付けられた状態を概略的に示した図面である。

図示のように、本実施例の歯車システム３００は、バックドライブを防止するために、回転慣性の大きいフライホイール３４３が第２駆動ユニット３４２のモータに取り付けられる。このようなフライホイール３４３は、現在の運動現象を維持する傾向があるため、高トルクを有する第１駆動ユニット３４１のモータの回転が出力パーツである第３歯車部３３０に伝達される過程で、低トルクを有する第２駆動ユニット３４２に結合された第２歯車部３２０がバックドライブする現象を減少または防止することができる。従って、このようなフライホイール３４３が適用される場合、別途のブレーキがなくても逆電流のみを印加することで、バックドライブを防止することができる。

フライホイール３４３の特性を利用してバックドライブを阻止する方法についてさらに説明すると、一般的に、フライホイール３４３は、大きい回転慣性を有するため、例えば自動車の場合、エンジンの回転力を維持する用途で使用される。従って、一般的なモータシステム（モータ１個によって駆動軸を駆動するシステム）において、フライホイールが結合されれば、それほど慣性が追加されて、モータの速度変換特性が悪くなり得る。

しかし、本実施例のモータシステム、即ち、歯車システム３００は、二つのモータを利用して一つの出力を作り出すため、瞬間的な加速及び急激な速度変化は、加減速の特性に優れたモータ、即ち、第１駆動ユニット３４１のモータを利用し、加減速の特性が低いモータ、即ち、第２駆動ユニット３４２のモータは、１回加速させた後、急激に速度を変化させず一定の速度を維持しながら、第１駆動ユニット３４１のモータの速度変化を利用して全体的な出力速度を調節することができ、これにより、高速走行中に発生する高速モータの急激な速度変化によるエネルギー損失を減らすことができる。

また、本実施例の歯車システム３００は、２個の入力が一つの出力として出る冗長性のあるシステムであるため、二つの駆動ユニット３４１、３４２のモータを特定の速度で制御することで、最終出力が発生しないようにすることもできる。加えると、フライホイール３４３が取り付けられた第２駆動ユニット３４２のモータを加速させる時に、実際の出力に負荷が発生されずフライホイール３４３のみを加速させることができ、これにより、フライホイール３４３が取り付けられた第２駆動ユニット３４２のモータの加速がより容易になり、一度加速されたフライホイール３４３の回転力を利用して実際負荷を駆動する時に、停止状態で駆動されるより電流消耗を少なくすることができる。このような電流消耗によってエネルギー効率は高くなり、また停止状態で加速のための必要トルクが小さくなることで、小容量のモータを適用することができる。

一方、以下では、本考案の第４実施例による歯車システムに対して詳述し、前述した実施例の歯車システムと同一の部分に対しては、その説明を省略する。

図１１は、本考案の第４実施例による歯車システムにおいて、駆動力を入力するための一つの駆動源が手動入力に適用された状態を示した図面である。

図示のように、本実施例の場合、第２歯車部４２０に駆動ユニットが結合されるのではなく、第２歯車部４２０には、作業者の手動動作によって加えられる駆動力が入力される。自転車のペダル構造に例えて説明すると、第２歯車部４２０に加えられる駆動力は、自転車のペダルのような手動装置４４２によって加えられる。

このような構成により、手動装置４４２だけで出力軸を駆動することができ、第１駆動ユニット４４１のモータ、そして手動装置４４２を同時に使用して、第３歯車部４３０、即ち、出力軸を駆動することもできる。

ここで、手動装置４４２による駆動力の入力時に、第１駆動ユニット４４１のモータが出力軸を反対方向に回転させるための方向に回転すれば、実際の手動入力に対する出力軸の速度が減少されるため、歯車比の変換効果を発生させることができる。従って、特定の領域内で無限変速歯車のような機能を発生させることができる。

一方、以下では、本考案の第５実施例による歯車システムに対して詳述し、前述した実施例の歯車システムと同一の部分に対しては、その説明を省略する。

図１２は、本考案の第５実施例による歯車システムに差動歯車が適用された状態を示した図面である。

図示のように、本実施例の歯車システム５００は、二つの歯車部によって発生する２個の入力が一つの歯車部を通じて出力を発生する差動歯車システムであり、第１歯車部５１０及び第２歯車部５２０のそれぞれは、相互対応する差動サイド歯車５１１、５２１を含み、第３歯車部５３０は、第１歯車部５１０及び第２歯車部５２０の差動サイド歯車５１１、５２１の間に結合される一対の差動ピニオン歯車５３１が結合される輪歯車５３２を含む。また、輪歯車５３２は、駆動軸５５０の駆動ピニオン歯車５５１と噛合い結合されて、輪歯車５３２の回転を通じて駆動軸５５０を回転させる。

ここで、第１歯車部５１０の差動サイド歯車５１１、第２歯車部５２０の差動サイド歯車５２１が駆動源からそれぞれの駆動力の伝達を受ける入力パーツになり、第３歯車部５３０がそれぞれの駆動力が合成された合力を出力に出す出力パーツになる。但し、これに限らず、３個の歯車部５１０、５２０、５３０が選択的に２個の入力パーツ及び１個の出力パーツになることができることは当然である。

このような差動歯車システム５００は、前述した第１実施例の遊星歯車システム１００（図１参照）と同様に、３個の回転軸と内部に具備される１個の軸とを有するため、２個の回転軸を入力にし、一つの回転軸を出力にすれば、２個の入力が１個の出力に合成されることができる。

このように、前述した実施例で提示される２個のモータ特性を合成する方法は、製作方法または使用目的によって遊星歯車または差動歯車に適用されるが、これに限らず、３個の駆動軸と内部に１個の軸とが存在する全ての歯車システムに適用することができることは当然である。

一方、前述した歯車モジュール、即ち、２個の入力が一つの出力に生成される歯車モジュールは、運送装置に具備されて使用されてもよい。さらに具体的に説明すると、運送装置は、互いに異なる入力特性が伝達可能な第１歯車部及び第２歯車部、そしてこれらの合力が出力に生成される第３歯車部を有する歯車モジュールと、第１歯車部または第２歯車部に伝達される駆動力を選択的に制御して第３歯車部に出力される駆動力を制御する制御部とを含んでもよい。

このような運送装置は、少なくとも一つの歯車部が電気で駆動される電気自転車であってもよい。このような電気自転車の場合、第１歯車部に入力される第１駆動力は、使用者が調節して入力することができる手動入力であってもよく、第２歯車部に入力される第２駆動力は、電気供給によって生成される駆動力であってもよい。従って、平地または丘などの場所によって、第１歯車部または第２歯車部を選択的に駆動させることができ、エネルギー効率を高めることができる。例えば、丘などを上がる時に、手動入力による第１歯車部を使用するより、電気供給によって駆動される第２歯車部を使用することが好ましい。この時、第２歯車部としては、低速−高トルク特性を有するモータが使用されることができる。

但し、歯車モジュールが適用される運送装置は、電気自転車に限らず、他の運送装置または移動手段に適用されてもよいことは当然である。また、駆動力を入力する２個の歯車部のうち一つの歯車部が手動入力のための歯車部であり、他の一つの歯車部が電気供給によって駆動力を入力する歯車部であると説明したが、これに限らず、２個の歯車部が全て手動入力で駆動される歯車部として構成されてもよく、２個の歯車部が電気供給によって駆動力を生成する歯車部として構成されても良い。

一方、前述した歯車システム、即ち、第１歯車部及び第２歯車部が駆動源からそれぞれの駆動力を受けて入力パーツになり、第３歯車部がそれぞれの駆動力が合算された合力を出す出力パーツになる歯車システムも、運送装置に具備されて使用されることができる。加えると、運送装置は、このような歯車部を含む歯車システムと、歯車部のうち選択された歯車部に伝達される駆動力をそれぞれ制御して出力を制御する制御部とを含んでもよい。

運送装置は、例えば、入力パーツである第１歯車部及び第２歯車部のうち少なくとも一つの歯車部が電気で駆動される電気自転車であってもよい。電気自転車の場合、第１歯車部に入力される駆動力は、使用者が調節することができる手動入力であってもよく、第２歯車部に入力される駆動力は、電気供給によって生成される駆動力であってもよい。従って、第１歯車部または第２歯車部を選択的に駆動させることができ、エネルギー効率を高めることができる。例えば、丘などを上がる時に、手動入力による第１歯車部を使用するより、電気供給によって駆動される第２歯車部を使用することができる。この時、第２歯車部としては、低速−高トルク特性を有するモータが使用されることができる。

但し、ここでも同様に、前述した歯車システムが適用可能な運送手段は、電気自転車に限らず、他の運送装置に適用されることができることは当然である。また、第１歯車部及び第２歯車部に入力される駆動力は、それぞれ異なる手動入力であってもよく、または全て電気供給によって発生する駆動力であってもよい。

以上のように、本考案は、限られた実施例と図面によって説明されたが、本考案は、前記の実施例に限らず、本考案が属する分野で通常の知識を持った者なら、このような記載から多様な修正及び変形が可能である。

従って、本考案の範囲は、説明された実施例に限って定められてはならず、後述する実用新案登録請求の範囲だけでなく、この実用新案登録請求の範囲と均等なものなどによって定められるべきである。

Claims (12)

1. 第１歯車部と、
   前記第１歯車部と直接噛み合って回るように形成された第２歯車部と、
   前記第１歯車部または第２歯車部のうち少なくとも一つと噛み合って回るように形成された第３歯車部と、
   駆動力を発生させ、互いに異なる出力を有する第１駆動ユニット及び第２駆動ユニットを含む駆動源と、
   を含み、前記第１駆動ユニットまたは前記第２駆動ユニットは減速齒車を有し、前記第１乃至第３歯車部のうち二つの歯車部が前記第１駆動ユニットまたは前記第２駆動ユニットからそれぞれの駆動力の伝達を受ける入力パーツになり、残りの一つの歯車部が前記それぞれの駆動力が合成された合力を出力する出力パーツになり、
   出力特性は、前記第１駆動ユニットまたは前記第２駆動ユニットの回転角速度と、入力パーツである前記第１歯車部の歯車歯数または前記第２歯車部の歯車歯数、および前記第３歯車部の歯車歯数とによって決定される歯車システム。
2. 前記第１駆動ユニット及び第２駆動ユニットは、それぞれモータを含み、前記モータは、互いに異なる容量を有するか互いに異なる減速比を有する請求項１に記載の歯車システム。
3. 前記モータのうち一つは低速−高トルク特性を有し、他の一つは高速−低トルク特性を有する請求項１に記載の歯車システム。
4. 前記第１歯車部は太陽歯車を含み、
   前記第２歯車部は遊星歯車及びキャリアを含み、
   前記第３歯車部は輪歯車を含み、
   前記太陽歯車及びキャリアが入力パーツになり、前記輪歯車が出力パーツになる請求項１に記載の歯車システム。
5. 前記第１歯車部は太陽歯車を含み、
   前記第２歯車部は遊星歯車及びキャリアを含み、
   前記第３歯車部は輪歯車を含み、
   前記太陽歯車及び輪歯車が入力パーツになり、前記キャリアが出力パーツになる請求項１に記載の歯車システム。
6. 前記第１歯車部は太陽歯車を含み、
   前記第２歯車部は遊星歯車及びキャリアを含み、
   前記第３歯車部は輪歯車を含み、
   前記輪歯車及びキャリアが入力パーツになり、前記太陽歯車が出力パーツになる請求項１に記載の歯車システム。
7. 前記第１駆動ユニットまたは第２駆動ユニットのうち少なくとも一つは、
   バックドライブを防止するようにウォーム歯車を通じて駆動力を伝達する請求項１に記載の歯車システム。
8. 前記第１駆動ユニットまたは前記第２駆動ユニットのうち少なくとも一つには、
   バックドライブを防止するように電子ブレーキまたは機械ブレーキが結合される請求項１に記載の歯車システム。
9. 回転が起きない固定部位に、および、前記第１駆動ユニットまたは前記第２駆動ユニットのうち少なくとも一つには、ワンウェイ（ｏｎｅ−ｗａｙ）軸受またはクラッチ軸受が結合される請求項１に記載の歯車システム。
10. 前記第１駆動ユニットまたは前記第２駆動ユニットのうち少なくとも一つには、
    慣性を有するフライホイールが結合される請求項１に記載の歯車システム。
11. 前記第１乃至第３歯車部のうち一つは、モータを有する前記駆動源によって駆動力が入力され、前記第１乃至第３歯車部のうち他の一つには、手動によって発生する駆動力が入力される請求項１に記載の歯車システム。
12. 前記第１歯車部及び前記第２歯車部のそれぞれは、相互対応する差動サイド歯車を含み、
    前記第３歯車部は、前記第１歯車部及び前記第２歯車部の前記差動サイド歯車の間に結合される一対の差動ピニオン歯車が結合される輪歯車を含み、
    前記輪歯車は駆動軸の駆動ピニオン歯車と噛合い結合されて、前記駆動軸は前記輪歯車の回転を通じて回転させられ、
    前記第１歯車部の前記差動サイド歯車、前記第２歯車部の前記差動サイド歯車及び前記第３歯車部の前記輪歯車のうち二つの歯車部が前記駆動源からそれぞれの駆動力の伝達を受ける入力パーツになり、残りの一つの歯車部が前記それぞれの駆動力が合成された合力を出力に出す出力パーツになる請求項１に記載の歯車システム。