KR100763466B1 - 전동휠체어의 구동장치에 사용되는 기어드 모터 - Google Patents

전동휠체어의 구동장치에 사용되는 기어드 모터 Download PDF

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Abstract

경량, 컴팩트, 정음(靜音), 저(低)진동의 각 특성을 동시에 실현할 수 있어서, 저(低)코스트이며 또한 고성능의 전동휠체어 구동용 기어드 모터를 얻는다.
DC모터(26)의 동력에 의해서 차륜축(32)을 구동하는 전동휠체어(20)의 구동장치(24)에 있어서, DC모터(26)를, 그 모터축(26A)을 차륜축(32)과 직각의 방향을 향하여 배치함과 동시에, 이 모터축(26A)과 상기 차륜축(32)의 사이에, 하이포이드 피니언(34) 및 하이포이드 기어(40)를 가지는 하이포이드 감속기구를 개재ㆍ배치한다.
전동휠체어, 구동장치, 기어드모터, 차륜축, 하이포이드

Description

전동휠체어의 구동장치에 사용되는 기어드 모터{Geared motor used in the driving apparatus of electric wheelchair}
도 1은, 본 발명이 적용된 전동휠체어의 구동장치의 예의 주요구성(기어드 모터 부분)을 나타낸 일부 파단의 정면도.
도 2는, 도 1의 감속기 부분의 중심축선을 따른 종단면도.
도 3은, 본 구동장치의 전체를 나타낸 것으로, (A)는 평면도, (B)는 정면도.
도 4는, 종래의 전동휠체어의 전체 구성을 나타낸 측면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
20 : 전동휠체어
22 : 구동륜
24 : 구동장치
26 : DC모터
26A : 모터축
28 : 하이포이드 감속기
30 : 하이포이드 기어드 모터
32 : 차륜축(출력축)
34 : 하이포이드 피니언
36 : 케이싱
36A : 본체
36B : 커버
40 : 하이포이드 기어
42 : 중간축
44 : 제2단 피니언
45 : 출력축(차륜축)
45A : 수(雄)스플라인
46 : 출력기어(내치기어)
46A : 암(雌)스플라인(외치기어)
48 : 슬라이드체(體)
50 : 슬라이드 핀
52 : 핸들
54 : 편심 캠 축
56 : 핀
60 : 스프링
70, 72, 74, 76, 78, 80 : 지지홀
본 발명은, 전동휠체어의 구동장치에 사용되는 기어드 모터에 관한 것이다.
최근, 휠체어는 도로나 보도 등의 플랫화, 혹은 실내 플로어의 플랫화의 보급에 수반하여, 신체가 부자유스러운 사람들(장애인) 이외에, 노령화에 따라서 보행이 차츰 곤란해진 사람들, 혹은 병원 내에서 이동하는 사람들에게도 널리 사용되게 되었다.
휠체어를 이용하는 사람들은, 그 차륜을 수동으로 구동하는 것이 곤란한 경우가 많다. 또한, 반드시 항상 곁에 돌봐 주는 사람이 있는 것은 아니다. 이러한 배경에서, 최근에는 모터의 동력에 의해서 그 차륜축을 구동하는 이른바 전동휠체어도 많이 제안되고 있다(예컨대 특허문헌 1 참조).
도 4에 특허문헌 1에 있어서 개시되고 있는 전동휠체어의 예를 나타낸다.
전동휠체어(1)는, 골격을 이루는 프레임(2)과, 이 프레임(2)의 전방(도 4의 좌측)에 장착된 보조륜(4)과, 프레임(2)의 후방(도 4의 우측)에 장착된 구동륜(5)과, 프레임(2)의 앞부분 상방에 장착된 운전조작반(6)을 구비한다. 이 휠체어(1)는, 배터리(7) 및 모터(도시생략)에 의하여, 구동륜(5)의 차륜축(12)을 구동할 수 있다. 모터는, 그 모터축(도시생략)이 차륜축(12)과 평행해지도록 배치되어 있으며, 도시하지 않은 평행축 기어기구를 통하여 차륜축(12)에 동력이 전달되는 구성으로 되어 있다.
[특허문헌 1] 일본국 특허공개 2000-070304호 공보
특히 병원 안이나 가정 내에서의 사용이 고려되는 경우, 전동휠체어의 구동 장치에는 저소음일 것이 요구된다. 또한, 진동도 가능한 한 작을 것이 요구된다. 더 나아가서는, 경량, 콤팩트성도 중요한 요구 요소가 된다.
그러나, 종래의 전동휠체어의 구동장치는, 반드시 이러한 요구에 합치하는 것은 아니었다.
본 발명은, 이와 같은 현상을 고려하여 개발된 것으로서, 저소음, 저진동, 경량, 콤팩트 등의 각 특성을 동시에 실현가능한, 전동휠체어의 구동장치에 적용하는데 적합한 기어드 모터를 제공하는 것을 그 과제로 하고 있다.
본 발명은, 모터와, 이 모터의 회전을 감속하는 감속기를 구비하고, 모터의 동력에 의해서 휠체어의 차륜축을 구동하는 전동휠체어의 구동장치에 사용되는 기어드 모터에 있어서, 상기 감속기가, 상기 모터의 모터축에 의하여 회전하는 하이포이드 피니언과, 이 하이포이드 피니언과 맞물림 가능한 하이포이드 기어와, 이 하이포이드 기어의 축심과 평행하게 배치된 출력축을 구비한 구성으로 함으로써, 상기 과제를 해결한 것이다.
본 발명에서는, 모터의 모터축을 휠체어의 차륜축과 직각의 방향을 향하여 배치하는 것이 가능하게 되므로 콤팩트성이 뛰어나다.
또한, 모터축과 차륜축의 사이에, 하이포이드 피니언 및 하이포이드 기어를 가지는 하이포이드 감속기구를 개재ㆍ배치하도록 하였기 때문에, 회전축의 직각방향의 변경과 감속을 동시에 실현할 수 있고, 게다가, 예컨대 베벨기어 등에 비하여 그 감속비를 높게 취할 수 있으므로, 구동장치 전체의 감속단수를 감소(예컨대 3단 에서 2단으로 감소)시킬 수 있다. 이 감속단수의 감소는 특히 기어드 모터의 경량, 콤팩트성의 실현에 기여한다.
더 나아가서는, 하이포이드 감속기구는, 그 맞물림율을 크게 설정할 수 있으므로, 저소음, 저진동화도 실현할 수 있고, 또한, 전달효율도 그다지 낮지 않기 때문에, 배터리의 소비전력의 증대도 거의 없다.
<실시예>
이하, 도면에 근거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은, 본 발명이 적용된 전동휠체어의 구동장치의 주요구성(기어드 모터 부분)을 나타낸 일부 파단의 정면도, 도 2는 동(同) 종단면도, 도 3은 본 구동장치의 전체를 나타낸 것으로, (A)는 평면도, (B)는 정면도이다.
도 3을 참조하여, 본 구동장치의 전체 개략 구성부터 설명한다. 도 3은, 전동휠체어(20)의 편측(片側) 구동륜(22)의 구동장치(24)를 나타내고 있다. 그리고, 타측(他側) 구동륜의 구동장치는 이와 완전히 대칭으로 구성되어 있기 때문에, 도시는 생략한다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 본 구동장치(24)는, DC모터(26)와, 하이포이드 감속기(28)를 가지는 하이포이드 기어드 모터(30)를 구비한다. DC모터(26)는, 그 모터축(26A) 축심(O1)이 전동휠체어(20) 구동륜(22)의 차륜축(32) 축심(O2)과 직각의 방향에 배치되어 있고, 하이포이드 기어드 모터(30)에 의하여 그 회전방향이 90도 변환되는 구성으로 되어 있다. 하이포이드 기어드 모터(30)는, 그 출력축(45)이 그대로 전동휠체어(20) 구동륜(22)의 차륜축(32)을 겸하고 있다.
도 1 및 도 2를 참조하여, DC모터(26)의 모터축(26A) 선단에는, 하이포이드 피니언(34)이 기어 컷팅(gear cutting) 형성되어 있다. 하이포이드 피니언(34)은, 하이포이드 감속기(28)의 케이싱(36) 본체(36A) 안으로 향하여져서, 하이포이드 기어(40)와 맞물려 있다. 하이포이드 피니언(34)의 축심(즉 모터축(26A)의 축심)(O1)과, 하이포이드 기어(40)가 장착되어 있는 중간축(42)의 축심(O3)은, 쉬프트량(E1)을 두고 평면에서 볼 때 서로 직각으로 교차하고 있다.
중간축(42)에는, 제2단 피니언(44)이 직접 형성되어 있다. 제2단 피니언(44)은, 출력축(45)에 슬라이딩 가능하게 장착된 출력기어(46)와 맞물려 있다. 출력축(45)은, 베어링(47, 49)을 통하여 이 중간축(42)과 평행(즉 모터축(26A)과 직각)하게 배치되어 있으며, 상술한 바와 같이 전동휠체어(20) 구동륜(22)의 차륜축(32)을 겸한다. 출력축(45)의 외주(外周)의 일부에는 수(雄)스플라인(외치기어)(45A)이 형성되어 있다. 한편, 출력축(45)에는 출력기어(46)가 슬라이딩 가능하게 장착되어 있다. 이 출력기어(46)에는 자신의 내주(內周)에 이 수(雄)스플라인(45A)과 맞물림 가능한 암(雌)스플라인(46A)이 형성되어 있다. 즉, 출력기어(46)는, 제2단 피니언(44)과 맞물리는 외치기어임과 동시에, 수(雄)스플라인(45A)과 맞물리는 내치기어이기도 하다.
출력기어(46)는, 그 외주의 일부에 링 형상의 오목부(46B)를 가지며, 이 오목부(46B)에 슬라이드체(體)(48)의 계지부(係止部)(48A)가 맞물려 있다. 슬라이드체(48)는, 출력축(45)과 평행하게 별도로 설치된 슬라이드 핀(50)을 따라서 슬라이드 가능하게 되어 있다. 이 슬라이드체(48)에는 상기 계지부(48A)와 반대측(하이포 이드 기어드 모터(30)의 상방측)에 캠면(48B)이 형성되어 있다. 한편, 핸들(52)에는, 그 중심축(H1)의 둘레로 이 핸들(52)과 일체적으로 회전하는 편심 캠 축(54)이 배치되어 있다. 이 편심 캠 축(54)에는, 중심축(H1)으로부터 소정의 거리(L2)를 두고 핀(56)이 설치되어 있다. 즉, 핀(56)은, 핸들(52)의 회전에 따라 중심축(H1)에 대하여 공전(公轉) 가능하고, 이 공전에 의하여 슬라이드체(48)의 캠면(48B)을 가압 가능하다. 슬라이드체(48)는 슬라이드 핀(50)을 따라서만 이동이 가능하므로, 핀(56)측으로부터의 가압력에 의하여 슬라이드체(48)의 슬라이드 핀(50)방향의 구동력(분력(分力))이 얻어진다. 그리고, 슬라이드체(48)는 스프링(60)에 의하여 항상 도면의 좌측방향(출력기어(46)의 암(雌)스플라인(46A)을 출력축(45)의 수(雄)스플라인(45A)과 맞물림시키는 방향)으로 힘이 가해져 있다.
핸들(52), 편심 캠 축(54), 슬라이드체(48), 출력기어(46)의 암(雌)스플라인(46A), 및 출력축(45)의 수(雄)스플라인(45A)이, 차륜축(32)(출력축(45))과 하이포이드 기어(40) 사이의 동력전달을 단접(斷接; 끊기 잇기) 가능한 클러치기구(62)를 구성하고 있다.
한편, 하이포이드 감속기(28)의 케이싱(36)은, 본체(36A)와 커버(36B)로 주로 구성되고, 실링 링(64)을 통하여 장착볼트(66)에 의하여 일체화되어 있다. 커버(36B)는, 하이포이드 감속기(28) 내의 각 축, 즉 중간축(42), 출력축(45), 및 슬라이드 핀(50)을 지지하기 위한 지지홀(70, 72, 74)을 구비하고, 케이싱(36)의 본체(36A)측은 대응하는 지지홀(76, 78, 80)을 구비한다. 중간축(42)은 베어링(82, 83)을 통하여, 출력축(45)은 베어링(47, 49)을 통하여, 슬라이드 핀(50)은 직접적 으로, 이들 지지홀(70, 72, 74, 76, 78, 80)에 의하여 회전 가능하게 지지되어 있다. 커버(36B)측에 형성된 지지홀(70, 72, 74)의 중심은, 동일한 가상평면(S1) 상에 늘어서 있으며, 또한, 이 커버(36B)를 본체(36A)측에 장착하기 위한 상기 장착볼트(66)를 삽입 관통하기 위한 장착홀(본체(36A)측의 대응홀(68) 참조)은, 이 가상평면(S1)에 대하여, 각각 대칭으로 형성되어 있다. 이것은, 하이포이드 감속기(28)를, 그 커버(36B)를 포함하여 전동휠체어(20)의 좌우 어느 한쪽의 구동륜(22)에 대해서도 사용할 수 있도록 하기 위한 구성이다.
하이포이드 감속기(28)는, 볼트구멍(78)을 통하여 전동휠체어(20)의 도시하지 않은 프레임에, 좌우 대칭으로 설치되고, 각각의 출력축(45)에 좌우 구동륜(22)이 장착된다. 출력축(45)의 선단에 형성된 수나사(45C)는, 구동륜(22)을 고정시키기 위한 너트(도시생략)를 조여 넣기 위한 것이다. 즉, 이 하이포이드 감속기(28)는, 전체적으로 전동휠체어(20)의 구동륜(22)을 한쪽에서 지지한 상태로 지지하고 있는 「베어링박스」로서 기능하고 있는 것이 된다.
그리고, 도면의 부호 81은, 볼트(81A), 스프링(81B), 볼(81C)로 이루어지는 편심 캠 축(54)의 위치결정기구로서, 편심 캠 축(54)의 중심축(H1)방향의 움직임을 구속하기 위한 것이다. 또한, 부호 82는, DC모터(26)를 하이포이드 감속기(28)의 케이싱(36) 본체(36A)에 연결하기 위한 볼트이다.
다음으로 이 실시예에 관련되는 전동휠체어(20)의 구동장치(24)의 작용을 설명한다.
DC모터(26)의 모터축(26A)이 회전하면, 이 모터축(26A)의 선단에 형성된 하 이포이드 피니언(34)이 일체적으로 회전한다. 하이포이드 피니언(34)이 회전하면, 이와 맞물려 있는 하이포이드 기어(40)에 전달되어, 중간축(42)에 직접 기어 컷팅 형성된 제2단 피니언(44)이 회전한다. 제2단 피니언(44)의 회전은 출력기어(46)에 전달된다.
여기서, 통상 사용할 때는, 핸들(52)의 위치가 스프링(60)의 기능에 의하여 슬라이드체(48)를 도 2의 실선 위치에 위치결정하고 있기 때문에, 이 출력기어(46)의 암(雌)스플라인(46A)은 출력축(45)의 수(雄)스플라인(45A)과 맞물려 있어서, 출력기어(46)의 회전은 그대로 출력축(45)(즉 차륜축(32))의 회전이 되어서 구동륜(22)을 회전시킨다.
한편, 예컨대 가정 내에서의 이동을 행할 때 등에 있어서는, DC모터에 의한 구동을 행하기보다도 탄 사람이 직접 손으로 구동륜(22)을 회전시키는 것이 편리한 경우가 있다. 이와 같은 때에, 차륜축(32)(즉 출력축(45))이 제2단 피니언(44)이나 하이포이드 기어(40) 및 하이포이드 피니언(34)을 통하여 모터축(26A)과 연결상태에 있으면, 큰 구동저항이 발생한다. 그래서, 이 경우에는, 핸들(52)을 회전시킴으로써 편심 캠 축(54)의 핀(56)을 중심축(H1)에 대하여 공전시킨다. 그러면, 이 공전에 의하여 슬라이드체(48)가 캠면(48B)을 통하여 핀(56)으로부터 슬라이드 핀(50) 축방향의 분력을 얻을 수 있고, 슬라이드체(48)는, 스프링(60)의 미는 힘을 이겨내서 도 2의 우측방향으로 슬라이드하고, 그 계지부(48A)를 통하여 출력기어(46)를 도 2의 우측방향으로 슬라이딩시킨다. 이 결과, 출력기어(46)의 암(雌)스플라인(46A)과 출력축(45)의 수(雄)스플라인(45A)의 맞물림이 풀리고, 출력축 (45)(차륜축(32))은 DC모터(26)로부터의 동력전달계통으로부터 벗어난다. 이 결과, 탄 사람은 이 클러치기구(62)의 존재에 의하여, 구동륜(22)을 용이하게 회전시킬 수 있다.
또한, 이 클러치기구(62)를, 출력축(45)에 형성된 수(雄)스플라인(45A)에 대하여, 암(雌)스플라인(46A)을 가지는 출력기어(46)를 출력축(45)을 따라서 슬라이딩시켜서, 이 수(雄)스플라인(45A)과 암(雌)스플라인(46A)의 맞물림, 분리를 행하게 하는 구성으로 하고 있기 때문에, 클러치기구(62) 자체의 구성이 간이하고, 저(低)코스트화를 실현할 수 있다.
더욱이, 이 출력기어(46)의 출력축(45)을 따른 슬라이딩을, 출력축(45)과 평행하게 배치한 슬라이드 핀(50) 상을 슬라이딩 가능한 슬라이드체(48)에 의하여 실현하도록 하였기 때문에, 공간적으로 비교적 여유가 있는 차륜축(32)의 상측 공간을 유효하게 이용할 수 있어서, 차륜축(32)의 하측 공간을 더욱 크게 확보할 수 있다. 이 때문에, 어느 정도의 장애물을 넘어가는 운전이 가능하게 되어, 주행의 자유도를 높일 수 있다.
또한, 이 구동장치(24)에 있어서는, 하이포이드 감속기(28)의 출력축(45)이 그대로 전동휠체어(20) 구동륜(22)의 차륜축(32)을 겸용하고 있기 때문에, 구동륜(22)의 장착 및 분리가 용이하고, 유지보수도 용이하다.
더 나아가서는, 케이싱(36)의 커버(36B)에 있어서의 본체(36A)에 대한 장착홀, 이와 대응하는 본체(36A)측의 대응홀(68) 및 감속기(28)의 각 축(42, 45, 50)을 지지하기 위한 지지홀(70, 72, 74, 76, 78, 80)이, 이 지지홀(70, 72, 74, 76, 78, 80)의 각각의 중심을 연결하는 가상평면에 대하여 각각 대칭으로 형성되어 있기 때문에, 케이싱(36)의 커버(36B)를 좌우 구동륜(22)의 각각의 하이포이드 기어드 모터(30)에 대하여 겸용할 수 있다. 즉, 도 2에 나타낸 바와 같은 도면의 우측이 열려 있는 본체(36A)에 대해서도, 또한, (다른쪽 구동륜(22)에 대하여 이용되는) 좌측이 열려 있는 본체(도시생략)에 대해서도, 같은 커버(36B)를 사용할 수 있다. 그 때문에, 전동휠체어(20) 전체의 코스트를 저감할 수 있다.
<산업상의 이용가능성>
본 발명에 의하여, 전동휠체어에 있어서 요구되는, 경량, 콤팩트, 정음(靜音), 저(低)진동의 각 특성을 동시에 실현할 수 있어서, 저(低)코스트이며 또한 고성능의 전동휠체어 구동용 기어드 모터를 제공할 수 있게 된다.
본 발명에 의하면, 전동휠체어에 있어서 요구되는, 경량, 콤팩트성, 정음(靜音), 및 저진동 등의 각 특성을 동시에 실현할 수 있다.

Claims (4)

  1. 모터와, 이 모터의 회전을 감속하는 감속기를 구비하고, 모터의 동력에 의해서 휠체어의 차륜을 구동하는 전동휠체어의 구동장치에 사용되는 기어드 모터에 있어서,
    상기 감속기가, 상기 모터의 모터축에 의하여 회전하는 하이포이드 피니언과, 이 하이포이드 피니언과 맞물림 가능한 하이포이드 기어와, 이 하이포이드 기어의 축심과 평행하게 배치된 출력축을 구비하며,
    이 기어드 모터에 있어서의 상기 감속기 및 상기 모터의 쌍방이, 상기 전동 휠체어의 상기 차륜의 외주의 반경방향 내측에 수용되도록 구성되며,
    상기 감속기의 출력축이, 상기 전동 휠체어의 차륜의 차륜축을 겸하도록 구성되며,
    상기 감속기의 케이싱이, 상기 전동휠체어의 상기 차륜의 베어링 박스로서 기능하고 있음을 특징으로 하는 전동휠체어의 구동장치에 사용되는 기어드 모터.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 감속기는, 케이싱 본체 및 케이싱 커버를 구비하며, 또한,
    이 케이싱 커버에 형성되어 있는 감속기 내의 각 축을 지지하기 위한 지지홀 및 이 케이싱 커버를 케이싱 본체에 장착하기 위한 장착홀이, 이 케이싱 커버 상의 상기 출력축을 지지하기 위한 지지홀 및 하이포이드 기어를 지지하기 위한 지지홀의 각각의 중심을 연결하는 가상평면에 대하여, 각각 대칭으로 형성되어 있음을 특징으로 하는 전동휠체어의 구동장치에 사용되는 기어드 모터.
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