KR100219326B1 - 이중 내접유성식 회전기구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내부에서 치형을 갖는 제1 고정 내치차와, 상기 제1 고정 내치차의 회전 중심에 대해 편심 위치된 회전 중심을 갖고 상기 제1 고정 내치차의 치형과 맞물리는 외부 치형을 갖는 주회전체로 구성된 내접유성식 회전기구에 관한 것으로, 주회전체가 제2 내치차로서도 작용하도록 주회전체 내부에 치형을 가공하고, 주회전체의 내부 치형과 맞물리는 외부 치형을 구비하여 주회전체 내에 삽입되는 최종 회전체를 구성하여 이중의 내접 유성식으로 한 것이다. 최종 회전체는 상기 제1 고정 내치차의 회전 중심과 일치하는 회전 중심을 갖고 있어서 회전기구의 편심을 상쇄시키도록 되어 있다. 본 발명에 의한 이중 내접 유성식 회전기구에서는 주회전체의 편심 회전 운동이 최종 회전체에서 상쇄되므로, 편심 회전 운동의 전달에 필요한 드라이버 등의 매개 요소가 불필요하여 종래의 회전기구보다 주회전체의 회전을 고속화하는 것이 가능하며, 주회전체에서 최종 회전체로 운동을 전달하는 과정에서 회전 속도가 증가되기 때문에 종래의 회전기구에 비해 회전속도를 수배 증가시킬 수 있다. 또한, 최종 회전체와 출력축을 일체로 제작하는 것이 가능하므로 내접유성식 회전기구를 사용하는 장치의 구조를 단순화시킬 수 있다.

Description

이중 내접유성식 회전기구

본 발명은 내접유성식 회전기구에 관한 것으로, 주회전체의 편심 회전 운동을 전달하는 경우에 있어서, 고정 내치차와 주회전체의 편심량과 동일한 편심량을 갖는 최종 회전체를 사용하여 주회전체의 편심 운동을 상쇄시키고 최종 회전체를 통하여 회전 운동만이 전달되도록 구성한 편심이 없는 이중 내접유성식 회전기구(double internal planetary rotating mechanism)에 관한 것이다.

내접유성식 회전기구는 유압 모터 또는 감속기에 사용되는데, 본 명세서에서는 예로서 유압 모터의 경우에 대해서 설명하기로 한다. 도1에 도시된 종래의 유압 모터용 내접유성식 회전기구는 7개의 원호 치형(11)이 형성된 고정 내치차(1)와, 고정 내치차의 원호 치형에 의해 창성되는 트로코이드 곡선을 치형(21)으로 하고 창성시 치형 개수가 고정 내치차의 치형 개수보다 1개 작은 6개인 주회전체(2)로 구성된다. 주회전체(2)의 중심(20)은 고정 내치차(1)의 중심(10)에 대하여 편심되어 있으며, 고정 내치차의 모든 원호 치형(11)은 주회전체(2)의 치형(21)과 맞물리게 된다. 내접유성식 회전기구를 사용하는 유압 모터에서는 고정 내치차의 원호 치형(11)과 주회전체의 치형(21)과의 접촉에 의하여 밀폐되는 공간 중 회전에 따라 체적이 증가되는 부분에만 고압유가 공급되고 체적이 감소되는 부분은 귀환 유로와 연결된다. 도1에서 빗금친 부분은 주회전체가 시계 방향으로 회전할 때의 고압 부분을 나타내며, 주회전체의 회전에 따라 고압이 공급되는 부분의 위치는 회전과 동기되어 변화하게 된다. 따라서, 주회전체(2)의 일부 구역에만 고압이 작용되므로, 주회전체에 작용하는 힘은 불균형 상태가 주회전체를 회전하게 한다. 이때, 주회전(2)는 고정 내치차의 중심(10)에 대하여 편심되어 있기 때문에 편심 회전 운동을 하게 된다.

종래의 내접유성식 회전기구에서는 주회전체(2)의 편심 회전 운동을 출력축에 전달하기 위하여, 도1에 도시된 바와 같이 주회전체의 내부에 내측 스플라인(22)을 형성하고 출력축에 내측 스플라인을 형성하여 두 개의 스플라인을 크라우닝 형상의 외측 스플라인을 갖는 드라이버로 경사지게 연결하거나, 유니버설 조인트 등의 매개 요소를 사용하여 편심 운동을 상쇄하면서 동력을 출력하는 방식을 채용하고 있다. 이러한 매개 요소의 사용은 장치를 복잡하게 할뿐만 아니라, 주회전체의 회전을 고속화하는 것에 제한을 가한다.

본 발명은 내접유성식 회전기구의 편심 회전 운동 전달 방법을 개선하여 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 착안된 것으로서, 주회전체의 편심 운동을 상쇄시켜 전체 장치가 편심이 없는 이중 내접유성식 회전기구를 제공하기 위한 것이다.

도1은 유압 모터에 사용되는 종래의 내접유성식 회전기구의 개략도.

도2는 본 발명에 따른 이중 내접유성식 회전기구의 개략도.

도3은 내접유성식 회전기구의 운동을 피치원의 운동으로 등가하여 나타낸 선도.

도4는 본 발명에 따른 이중 내접유성식 회전기구의, 도2의 위치로부터 회전된 상태를 도시하는 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 고정 내치차

2, 3 : 주회전체

4 : 최종 회전체

10 : 고정 내치차의 중심

11, 21, 31, 41 : 치형

20 : 주회전체의 회전 중심

22 : 스플라인

50 : 피치점

51 : 내치차의 피치원

52 : 회전체의 피치원

본 발명에 따르면, 제1 고정 내치차와, 제1 고정 내치차의 회전 중심에 대해 편심 위치된 회전 중심을 갖고 제1 고정 내치차의 치형과 맞물리는 외부 치형을 갖는 주회전체로 구성된 내접유성식 회전기구에 있어서, 주회전체가 제2 내치차로서도 작용하도록 주회전체 내부에 치형을 가공하고, 주회전체의 내부 치형과 맞물리는 외부 치형을 구비하여 주회전체 내에 삽입되는 최종 회전체를 구성하여, 주회전체의 편심 회전 운동이 최종 회전체에서 상쇄되도록 한 내접유성식 회전기구가 제공된다.

이하, 첨부 도면 중 도2 내지 도4에 도시된 본 발명의 실시예를 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

우선, 도2를 참조하면, 본 발명의 이중 내접유성식 회전기구는 제1 고정 내치차(1)와, 제1 고정 내치차(1)의 회전 중심(10)에 대해 편심 위치된 회전 중심(20)을 갖고 제1 고정 내치차(1)의 치형(11)과 맞물리는 외부 치형(21)을 갖는 주회전체(3)와, 주회전체(3)의 내부에 삽입되는 최종 회전체(4)로 구성되어 있다. 또한, 주회전체(3)의 내부에는 주회전체(3)가 제2 내치차로서도 작용하도록 내부 치형(31)이 형성되어 있으며, 최종 회전체(4)의 외부에는 주회전체(3)의 내부 치형(31)에 의해 창성되어 서로 맞물리는 외부 치형(41)이 형성되어 있다.

본 실시예에서는, 주회전체 내부에는 4개의 원호 형상의 치형(31)이 형성되고, 최종 회전체(4)에는 주회전체의 원호 형상의 치형에 의해 창성된 3개의 치형(41)이 형성되어 있다. 그러나, 주회전체가 6개의 치형이므로 설계에 따라서는 주회전체의 내부 치형 개수와 최종 회전체의 치형 개수를 5개와 4개의 조합, 또는 6개와 5개의 조합도 가능하다.

고정 내치차(1)의 치형(11)과 주회전체(3)의 치형(31) 사이에 형성된 공간은 고압유가 공급 및 배제되는 공간으로서, 이러한 고압유의 작용에 의해 주회전체(3)가 회전하게 되며, 주회전체의 회전에 따라 이러한 공간은 체적이 변하게 된다.

종래의 내접유성식 회전기구의 문제점을 해결하는 방안으로서 주회전체(3)와 고정 내치차(1)의 편심을 상쇄하기 위해서는, 최종 회전체(4)의 형상 창성시 주회전체와 고정 내치차의 편심량과 동일한 편심량을 사용하면 된다. 즉, 고정 내치차(1)와 주회전체(3)의 편심량과 동일한 편심량을 사용하여 최종 회전체(4)를 설계하면, 최종 회전체(4)의 중심은 고정 내치차(1)의 중심(10)과 일치하게 되며, 최종 회전체는 창성된 치형에 의해 주회전체의 내부와 맞물리는 상태가 됨으로써, 주회전체가 편심 운동을 하면 최종 회전체는 고정 내치차의 중심(10)을 기준으로 회전하게 되어 주회전체의 편심 운동이 상쇄된다. 따라서, 종래의 회전기구처럼 편심 운동 전달을 위한 유니버설 조인트 등의 매개 요소가 불필요하게 되므로, 최종 회전체(4)에 동축으로 출력축이 일체로 연장 형성될 수 있다.

도3은 도4의 이중 내접유성식 회전기구의 운동을 설명하기에 앞서 내치차와 회전체의 운동을 피치원의 운동으로 등가하여 일반적으로 도시한 것이다. 내접유성식 회전기구에서는 내치차의 치형 개수가 회전체의 치형 개수보다 한 개 더 많은 것이 통상적이므로, 이 경우에 대해서만 회전 특성을 설명하기로 한다.

고정되어 있는 기준 좌표에 대하여 치가 m개인 회전체의 피치원(52)이 시계 방향으로 각도 A만큼 회전하고 내치차의 피치원(51)이 각도 B만큼 회전하면, 피치점(50)은 반시계 방향으로 회전되는데, 이때 기준 좌표에 대한 피치점의 회전각 D는 기어의 물음 법칙에 따라 다음의 수학식 1을 만족하여야 한다.

(A + D)/(B + D) = (m + 1)/m

즉, 회전체의 중심(20)은 내치차에 대해 반시계 방향으로 D = mA -(m + 1)B만큼 회전한다.

도3으로부터 얻은 결과를 도4에 도시된 본 발명에 따른 이중 내접유성식 회전기구에 적용하면, 고정 내치차(1)는 회전하지 않으므로, 주회전체(3)가 각도 A만큼 회전하면 주회전체(3)의 중심(20)은 고정 내치차(1)의 중심(10)에 대해 주회전체(3)의 회전 방향과 반대 방향으로 각도 mA만큼 회전된다. 주회전체(3)의 내부에 소형의 유성기구를 삽입 설치하게 되면, 주회전체와 상기 유성기구와의 관계에서만 볼 때 주회전체(3)는 내치차에 상당하게 되며, 이때의 주회전체의 회전각은 각도 A를 유지한다. 최종 회전체(4)의 치형 개수를 s, 회전각을 C라 하면, 내치차에 상당하는 주회전체(3)의 회전각은 각도 A이기 때문에 두 중심의 상대 회전각 θ는 다음의 수학식 2와 같이 결정된다.

θ = sC - (s + 1)A

이 상대 회전각 θ는 고정 내치차(1)와 주회전체(3)의 물림시 두 중심의 회전각인 mA와 같아야 한다. 따라서, 주회전체(3)의 회전각 A에 대한 최종 회전체(4)의 회전각 C는 다음의 수학식 3과 같이 결정된다.

C = {(m + s + 1)/s}·A

도4의 실시예에서 주회전체(3)와 최종 회전체(4)의 치형 개수는 각각 m = 6 및 s = 3이므로, 최종 회전체(4)의 회전속도는 주회전체의 회전속도의 10/3배가 된다. 도4에서 알 수 있는 바와 같이, 도2의 초기 상태에서 일직선 상에 위치하였던 주회전체(3) 및 최종 회전체(4) 상에 표시된 흑색 점은 최종 회전체의 흑색 점이 주회전체의 흑색 점보다 시계 방향으로 더 큰 각도로 회전되어 있다.

종래의 내접유성식 회전기구는 주회전체(2)의 편심 회전 운동을 출력으로 사용하는데 비하여, 본 발명의 이중 내접유성식 회전기구는 주회전체를 거쳐 다시 최종 회전체(4)를 회전시키고 이 최종 회전체의 회전을 출력으로 사용하므로, 주회전체(3)의 회전을 최종 회전체(4)로 전달하는 과정에서 편심은 상쇄되고 회전속도가 증가된 출력을 얻을 수 있다.

본 발명에 따른 이중 내접유성식 회전기구는 전술한 바와 같이 주회전체(3)의 편심 운동이 최종 회전체(4)에서 상쇄되기 때문에 편심 회전 운동의 전달에 필요한 드라이버 등의 매개 요소가 불필요하게 되어 종래의 회전기구보다 주회전체의 회전속도를 수배로 고속화할 수 있다. 또한, 최종 회전체(4)와 출력축을 일체로 제작할 수 있으므로 내접유성식 회전기구를 사용하는 장치의 구조를 단순화시킬 수 있다.

Claims (3)

1. 제1 고정 내치차(1)와, 상기 제1 고정 내치차(1)의 회전 중심(10)에 대해 편심 위치된 회전 중심(20)을 갖고 상기 제1 고정 내치차(1)의 치형(11)과 맞물리는 외부 치형(21)을 갖는 주회전체(3)로 구성된 내접유성식 회전기구에 있어서,

   상기 주회전체(3)가 제2 내치차로서도 작용하도록 주회전체 내부에 치형(31)을 가공하고,

   주회전체(3)의 내부 치형(31)과 맞물리는 외부 치형(41)을 구비하여 주회전체 내에 삽입되는 최종 회전체(4)로 구성된 것을 특징으로 하는 내접 유성식 회전기구.
2. 제1항에 있어서, 최종 회전체(4)는 상기 제1 고정 내치차(1)의 회전 중심(10)과 일치하는 회전 중심을 갖고 있어서 회전기구의 편심을 상쇄시키도록 된 것을 특징으로 하는 내접유성식 회전기구.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 최종 회전체(4)는 그에 동축으로 일체로 연장 형성된 출력축을 포함하는 것을 특징으로 하는 내접유성식 회전기구.

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