KR100503712B1

KR100503712B1 - 무단 가변속 전동기

Info

Publication number: KR100503712B1
Application number: KR10-2002-0026602A
Authority: KR
Inventors: 김선조; 김선충
Original assignee: 김선조
Priority date: 2002-05-14
Filing date: 2002-05-14
Publication date: 2005-07-26
Also published as: KR20030088744A

Abstract

본 발명은 무단 가변속 출력을 갖는 무단 가변속 전동기에 대한 것이다.

본 발명에 따르면, 전동기 하우징의 내측에 배치되는 고정자(25)와, 회전자(29) 및 출력축(17)을 포함하는 전동기에 있어서, 회전자(29)에 장착되며 일단부 내측을 따라 오목한 내경부(21,22)를 갖는 한 쌍의 외부레이스(1,2)와, 상기 한 쌍의 외부레이스(1,2)의 내측에 배치되어 전동기의 고정프레임(26)에 장착되며 오목한 내경부(23,24)를 갖는 한 쌍의 내부레이스(3,4)와, 상기 내경부(21,22,23,24)에 의해 이루어지는 링도너츠 형상의 공간부에 삽입되어 마찰접촉되어 자전 및 공전하는 복수개의 강구(5)와, 상기 강구(5) 사이에 배치되는 회전날개(12)가 장착되는 동력전달부재(10)와, 강구(5)와 레이스(1,2,3,4)의 접촉위치를 변경하는 접촉위치 변경수단을 포함하는 무단가변속 전동기가 제공된다.

Description

무단 가변속 전동기 {Continuously speed variable motor}

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전동기 내에 무단 가변속장치를 체결하여 무단 가변속 출력을 갖는 전동기에 있어서, 종래의 기계적 무단 가변속 전동기는 벨트와 접속하는 풀리를 이용하는 것과, 링과 접속하는 회전원뿔판을 이용하는 것과, 디스크 사이에 오일의 점도를 이용하는 것이 있다. 그런데 이러한 종래의 무단 가변속장치는 장치가 크고 별체로 이루어져서 공간을 많이 차지하고, 동력전달의 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.,

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본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 무단 가변속 전동기의 문제점에 착안하여 제안된 것으로서, 전동기 본체에 일체적으로 컴팩트하게 장착할 수 있어서 설치공간을 절약할 수 있으면서, 동력효율이 우수한 새로운 구조의 무단 가변속 전동기를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 한 특징에 따르면, 전동기 하우징의 내측 둘레부에 배치되는 고정자(25)와, 이 고정자(25)의 내부에 배치되는 회전자(29) 및 출력축(17)을 포함하는 전동기에 있어서, 상기 회전자(29)와 상기 출력축(17)을 구동적으로 연결하는 무단변속기구를 더 포함하고, 상기 무단변속기구는 상기 회전자(29)에 장착되며 일단부 내측을 따라 서로 대향하는 소정 반경의 오목한 내경부(21,22)를 갖는 한 쌍의 외부레이스(1,2)와, 상기 한 쌍의 외부레이스(1,2)의 내측에 배치되어 전동기의 고정프레임(26)에 장착되며 일단부 외측을 따라 상기 외부레이스(1,2)의 내경부(21,22)에 대향하는 소정 반경의 오목한 내경부(23,24)를 갖는 한 쌍의 내부레이스(3,4)와, 상기 네 개의 내경부(21,22,23,24)에 의해 이루어지는 링도너츠 형상의 공간부에 삽입되어 이들 내경부(21,22,23,24)와 마찰접측되어 자전 및 공전하는 복수개의 강구(5)와, 일측은 상기 전동기의 출력축(17)에 장착되고 타측에는 링도너츠 형상의 공간부 내에서 상기 강구(5) 사이에 배치되는 복수개의 회전날개(12)가 장착되는 동력전달부재(10)와, 상기 한 쌍의 외부레이스(1,2) 또는 한 쌍의 내부레이스(3,4)의 간격을 조절하여 강구(5)와 레이스(1,2,3,4)의 접촉위치를 변경하는 접촉위치변경수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 무단가변속 전동기가 제공된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 접촉위치변경수단은 수동손잡이(36) 또는 제어모터(37)에 연결되는 워엄(38)과, 이 워엄(38)에 치합되며 상기 내부레이스(3,4)중의 일측의 레이스(4)에 동축적으로 장착되는 워엄휠(39)을 포함하며, 상기 워엄(38)의 회전에 따라 상기 워엄휠(39)과 상기 내부레이스(4)가 출력축(17)의 일측에 동축배치된 지지축(16)을 따라 변위되도록 된 것을 특징으로 하는 무단 가변속 전동기가 제공된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 강구(5)의 표면과 상기 레이스(1,2,3,4) 사이에는 오일이 충전된 것을 특징으로 하는 무단 가변속 전동기가 제공된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 한 쌍의 외부레이스(1,2) 중 일측의 레이스(2)에는 스프링(6)이 탄설되어 이들 외부레이스(1,2)와 강구의 접촉압력을 유지하는 것을 특징으로 하는 무단 가변속 전동기가 제공된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 전동기의 회전자(29)의 양측에 상기 무단변속장치와 출력축(17,17')을 대칭적으로 배치하여, 2개의 전동기 출력을 갖는 것을 특징으로 하는 무단 가변속 전동기가 제공된다.

이하에서 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 도 1과 도 2는 본 발명의 일 실시예의 측단면도와 정단면도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 전동기의 하우징의 내측 둘레부에 배치되는 고정자(25)와, 이 고정자(25)의 내부에 배치되는 회전자(29) 및 출력축(17)을 포함하는 전동기에서, 회전자(29)에는 일단부 내측을 따라 서로 대향하는 소정반경의 오목한 내경부(21,22)를 갖는 한 쌍의 외부레이스(1,2)가 장착되어, 회전자(29)와 함께 회전되도록 구비된다. 한편, 이에 대응하여, 상기 한 쌍의 외부레이스(1,2)의 내측에 배치되어 전동기의 고정프레임(26)에 장착되는 한 쌍의 내부레이스(3,4)가 구비된다. 이 내부레이스(3,4)의 일단부 외측을 따라 상기 외부레이스(1,2)의 내경부(21,22)에 대향하는 소정반경의 오목한 내경부(23,24)가 형성된다.

상기 레이스(1,2,3,4)의 내경부(21,22,23,24)의 반경은 강구(5)의 반경보다 다소 크게 제작된다. 따라서, 회전하는 외부레이스(1,2)와 고정된 내부레이스(3,4) 사이의 내경부(21,22,23,24)에 의해 형성되는 링도너츠 형상의 공간부에는 복수개의 강구(5)가 끼워져서 마찰접촉된다. 이에 따라, 회전자(29)에 일체로 장착되어 회전자(29)와 동일한 속도로 회전하는 외부레이스(1,2)와 마찰접촉되어 회전력을 얻은 강구(5)는 자전운동을 하면서 고정된 내부레이스(3,4)의 오목한 내경부(23,24)를 따라 공전하게 된다.

한편, 상기 외부레이스(1,2) 중 바깥쪽 레이스(2)의 외측에는 스프링(6)이 탄설되어 레이스(2)를 강구쪽을 향해 가압함으로써 강구(5)와 외부레이스(1,2)와의 마찰접촉이 잘 이루어지도록 유지한다. 그리고, 외부레이스(1,2) 상호간, 그리고 내부레이스(3,4) 상호간에는 서로 나사 또는 볼스크류(32,33)로 결합되어 상대적으로 접근 또는 이격가능하게 구성된다.

그리고, 레이스들(1,2,3,4)의 내경부(21,22,23,24)에 의해 형성되는 링도너츠형상의 공간부 내의 복수개의 강구(5) 사이에는 각각 회전날개(12)가 배치되는데, 이 회전날개(12)의 타측은 전동기의 출력축(17)에 장착되어 동력전달부재(10)를 이루게 된다. 그리고, 이 회전날개(12)와 강구(5) 사이의 원활한 접촉을 위해 회전날개(12)에는 강구(5)와 구름접촉되는 롤러(13)가 구비된다. 따라서, 강구(5)의 공전작용에 의해 동력전달부재(10)의 회전날개(12)가 내경부(21,22,23,24)를 따라 회전하게 되고, 이 회전날개(12)에 일체로 연결되는 출력축(17)이 회전날개(12)와 동일한 속도로 회전하게 된다.

이와같이, 본 발명에 따르면, 모터의 출력을 변속하기 위해, 강구(5)와 외부레이스(1,2) 또는 내부레이스(3,4)의 접촉위치를 변경하게 되는데, 이러한 접촉위치변경수단은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 전동기 하우징의 외부로 돌출된 수동손잡이(36)에 축결되는 조절축(45)에 결합되는 워엄(38)과, 이 워엄(38)에 치합되며 상기 내부레이스(3,4) 중의 바깥쪽 레이스(4)에 동축적으로 장착되는 워엄휠(39)로 이루어진다. 그리고, 상기 조절축(45)에는 베벨기어기구(14)가 연결되는데, 이 베벨기어기구(14)에는 제어용 모터(34)가 축결된다. 따라서, 수동손잡이(36)를 통한 수동조작은 물론, 제어용 모터(34)에 의해 내부레이스(3,4)의 상대적인 간격을 조절하여 강구(5)의 공전속도를 변속시킬 수 있다. 수동손잡이(36)나 제어용 모터(37)의 위치는 조절축(45)을 조작할 수 있는 하우징 둘레의 적절한 위치에 배치될 수 있음은 물론이다.

한편, 이러한 본 발명의 무단변속기구는 도시안된 밀폐된 하우징 내에 내장되어, 트랙션 오일이 충전된다. 이러한 트랙션 오일은 강구(5)와 레이스(1,2,3,4) 사이의 접촉면에 코팅되어 충분한 마찰력 또는 견인력을 발휘하도록 하여 동력전달을 확실하게 보장한다.

도 3과 도 4를 참조하여 본 발명의 무단변속 동작을 설명한다. 강구(5)는 외부레이스(1,2)의 내경부(21,22)와의 마찰접촉에 의해 회전력을 얻어서 자전하면서 내부레이스(3,4)의 내경부(23,24)를 타고 공전하게 된다. 이 때, 각각의 레이스(1,2,3,4)는 강구(5)와 점 P1, P2, P3 및 P4 에서 접촉하게 된다. 그리고, P1 및 P2와 강구(5)의 자전축과의 거리를 각각 A와 B라고 칭하고, P3 및 P4와 모터의 회전축, 즉 강구(5)의 공전축과의 거리를 각각 C와 D라고 칭한다. 만일, 접촉위치변경수단을 조작하여 도 3의 상태에서 도 4의 상태와 같이, 내부레이스(3,4) 사이의 간격을 좁히면, 내부레이스(3,4)와 강구(5)의 접촉점 P2과 P3 및 외부레이스(1,2)와 강구(5)의 접촉점 P1과 P4가 위쪽으로 상승하게 된다. 그러므로, A, C 및 D가 증가되고 B는 감소된다.

여기서, 강구(5)와 공전축과의 거리 C와 D의 증가에 따른 출력속도의 변화는 유성기어에 있어서 외부 링기어가 회전하고 내부 선기어가 고정된 상태에서 위성기어의 공전속도의 변화와 같다. 그런데, 유성기어의 회전수 = 링기어의 회전수 ＊ D/(D+C) 이므로, 공전축 거리 C와 D의 증가로 인해 유성기어의 회전수는 변동되지만, 그 변화의 폭은 상대적으로 후술하는 자전축 거리 A와 B의 변화에 의한 회전수 변동에 비해 그리 크지 않다.

한편, 모터의 회전자의 회전속도가 일정한 상태에서 A의 증가는 강구(5)에 대한 입력측 자전 각속도의 감소효과를 나타낸다. 또한, B의 감소는 A에 의해 결정된 강구(5)의 자전 각속도에 대하여 내부 레이스(3,4)에 대한 강구(5)의 공전속도, 즉, 강구(5)의 진행속도의 감소를 초래한다. 이와 같이 A의 증가로 인한 강구(5)의 자전 각속도의 감소와 B의 감소로 인한 강구(5)의 공전속도의 감소가 상승작용을 하여, 강구(5)의 공전속도가 현저하게 감소되는 감속작용이 이루어진다.

이상에서 설명한 바와 같이, 접촉위치변경수단에 의해 내부레이스(3,4) 사이의 간격을 좁히면, 결과적으로 강구(5)의 공전속도가 감소되어 모터의 출력속도가 감소되고, 역으로, 접촉위치변경수단에 의해 내부레이스(3,4) 사이의 간격이 벌어지면, 전술한 바와 반대의 작용이 이루어져서, 결과적으로 강구(5)의 공전속도가 증가되어 모터의 출력속도가 증가된다.

또한, 이러한 본 발명에 따르면, 접촉위치변경수단에 의해 내각레이스(3,4) 사이의 간격이 더욱 좁아져서 강구(5)의 자전축과 P2와의 거리 B가 0이 되면 강구(5)의 공전속도가 0이 되어 모터의 출력속도가 0인 상태가 된다. 이에 따라 출력속도가 0인 상태에서도 정지토오크를 발휘할 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예로서, 상기 전동기의 회전자(29)의 양측에 상기 무단변속장치와 출력축(17,17')을 대칭적으로 배치하여, 2개의 전동기 출력을 갖도록 한 것이다. 이와 같이, 본 발명은 다양한 형태의 출력이 기능하다.

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이상에서 설명한 본 발명에 따르면, 무단변속기구의 외부레이스(1,2)를 전동기의 회전자(29)에 일체로 장착하고, 내부레이스(3,4)를 출력축(17)에 구동적으로 접속하는 방식을 택하여 무단변속기구를 전동기 본체에 일체적으로 컴팩트하게 장착할 수 있어서 설치공간을 절약할 수 있다. 또한, 무단변속기구의 접촉점의 위치를 광범위하게 변경함으로써, 전동기의 변속 범위를 폭넓게 조정할 수 있으며, 출력이 정지상태에서의 토오크를 발휘할 수도 있고, 단일의 전동기에서 2개의 출력축에 서로 다르게 변속된 출력을 얻을 수 있어서, 동력효율이 매우 우수한 무단 가변속 전동기를 달성할 수 있다.

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도 1은 본 발명의 실시예의 측단면도

도 2는 도 1의 선 A-A를 따라 취한 정단면도

도 3과 도 4는 본 발명의 실시예의 변속원리를 설명하는 개념도

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도 5는 본 발명의 다른 실시예의 단면구성도

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〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1,2,3,4. 레이스 5. 강구

10. 동력전달부재 12. 회전날개

17. 출력축 21,22,23,24. 내경부

25. 고정자 26. 고정프레임

29. 회전자

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Claims

전동기 하우징의 내측 둘레부에 배치되는 고정자(25)와, 이 고정자(25)의 내부에 배치되는 회전자(29) 및 출력축(17)을 포함하는 전동기에 있어서, 상기 회전자(29)와 상기 출력축(17)을 구동적으로 연결하는 무단변속기구를 더 포함하고, 상기 무단변속기구는 상기 회전자(29)에 장착되며 일단부 내측을 따라 서로 대향하는 소정 반경의 오목한 내경부(21,22)를 갖는 한 쌍의 외부레이스(1,2)와, 상기 한 쌍의 외부레이스(1,2)의 내측에 배치되어 전동기의 고정프레임(26)에 장착되며 일단부 외측을 따라 상기 외부레이스(1,2)의 내경부(21,22)에 대향하는 소정 반경의 오목한 내경부(23,24)를 갖는 한 쌍의 내부레이스(3,4)와, 상기 네 개의 내경부(21,22,23,24)에 의해 이루어지는 링도너츠 형상의 공간부에 삽입되어 이들 내경부(21,22,23,24)와 마찰접촉되어 자전 및 공전하는 복수개의 강구(5)와, 일측은 상기 전동기의 출력축(17)에 장착되고 타측에는 링도너츠 형상의 공간부 내에서 상기 강구(5) 사이에 배치되는 복수개의 회전날개(12)가 장착되는 동력전달부재(10)와, 상기 한 쌍의 외부레이스(1,2) 또는 한 쌍의 내부레이스(3,4)의 간격을 조절하여 강구(5)와 레이스(1,2,3,4)의 접촉위치를 변경하는 접촉위치변경수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 무단가변속 전동기.
제 1 항에 있어서, 상기 접촉위치변경수단은 수동손잡이(36) 또는 제어모터(37)에 연결되는 워엄(38)과, 이 워엄(38)에 치합되며 상기 내부레이스(3,4)중의 일측의 레이스(4)에 동축적으로 장착되는 워엄휠(39)을 포함하며, 상기 워엄(38)의 회전에 따라 상기 워엄휠(39)과 상기 내부레이스(4)가 출력축(17)의 일측에 동축배치된 지지축(16)을 따라 변위되도록 된 것을 특징으로 하는 무단 가변속 전동기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 강구(5)의 표면과 상기 레이스(1,2,3,4) 사이에는 오일이 충전된 것을 특징으로 하는 무단 가변속 전동기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 한 쌍의 외부레이스(1,2) 중 일측의 레이스(2)에는 스프링(6)이 탄설되어 이들 외부레이스(1,2)와 강구의 접촉압력을 유지하는 것을 특징으로 하는 무단 가변속 전동기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 전동기의 회전자(29)의 양측에 상기 무단변속장치와 출력축(17,17')을 대칭적으로 배치하여, 2개의 전동기 출력을 갖는 것을 특징으로 하는 무단 가변속 전동기.
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