KR101074730B1 - 2단 변속모터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 2단 변속모터에 관한 것으로, 모터의 초기 구동시 동력 전달 효율이 높으면서도 소망하는 속도로의 변속이 가능하고, 가격경쟁력이 있으며, 제품의 활용성을 높여 다양한 분야에서 사용할 수 있도록 할 목적으로, 일측 및 타측에 각각 제1풀리 및 제2풀리가 설치되고 전기적으로 구동하는 모터축(100); 상기 제1 및 제2풀리 중 적어도 하나와 상기 모터축을 연결하는 원심클러치(110); 일측에 상기 제1풀리와 연동하는 제3풀리가 설치되고 타측에 상기 제2풀리와 연동하는 제4풀리가 설치된 종동축(200); 상기 제3 및 제4풀리 중 어느 하나와 상기 종동축을 연결하는 일방향(one-way)클러치(210);의 결합으로 이루어진 2단 변속모터가 제공된다.

Description

2단 변속모터{MOTOR WITH TRANSMISSION}
본 발명은 2단 변속모터에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 모터축과 종동축에 각각 원심클러치와 일방향(one-way)클러치를 설치하여 자체적으로 저속 및 고속 구동이 가능한 2단 변속모터에 관한 것이다.
일반적으로 모터에 의한 동력 전달 방식은, 모터의 구동축에 기어(gear)를 설치하고 종동축에 상기 기어와 맞물린 종동기어를 설치하여 직접 전달 방식을 통해 동력을 전달하는 방식이 있고, 이때 기어의 크기(직경)를 적절하게 조절하면 회전 속도에 비례하여 속도가 증가 혹은 감소하게 된다.
또 다른 방식으로는 모터의 구동축에 스프로킷(sprocket) 또는 풀리를 설치하고 종동축에 상기 스프로킷 또는 풀리와 대응하는 종동 스프로킷 또는 종동 풀리를 설치하여 이들을 각각 체인이나 벨트로 연결하여 동력을 전달하는 방식이 있으며, 이때 스프로킷 또는 풀리의 직경에 따라 속도가 감속 혹은 증가하게 된다.
그러나 이러한 구동 방식은 모터의 초기 구동시 그것과 연결된 기계장치를 구동하기 위한 출력이 충분하지 않기 때문에 모터에 부하가 걸려서 수명이 단축되는 문제점이 있고, 또한 모터 기동에 따른 출력 손실이 발생하므로 에너지 효율성이 낮다는 문제점이 있다.
더욱이 종래의 모터 구동 구조에서 변속이 필요한 경우 그 구조가 복잡하여 제조비가 많이 소요되고 경량화 및 소형화가 어렵기 때문에 제품의 적용 범위가 제한적이라는 문제점이 있다.
뿐만 아니라 종래 모터는 적용 목적에 따라 다양한 형태의 감속 모터가 존재하고 있으나, 모터 자체에서 증속되는 모터는 없기 때문에 경량이면서도 소형화 가능한 변속 모터가 절실히 요구되고 있는 실정이다.
상기의 종래 기술이 가지는 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 모터의 초기 구동시 동력 전달 효율이 높으면서도 소망하는 속도로의 변속이 가능하고, 가격경쟁력이 있으며, 제품의 활용성을 높여서 다양한 분야에서 적의 사용할 수 있도록 하는 2단 변속모터를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 일측 및 타측에 각각 제1풀리 및 제2풀리가 설치되고 전기적으로 구동하는 모터축; 상기 제1 및 제2풀리 중 적어도 하나와 상기 모터축을 연결하는 원심클러치; 일측에 상기 제1풀리와 연동하는 제3풀리가 설치되고 타측에 상기 제2풀리와 연동하는 제4풀리가 설치된 종동축; 상기 제3 및 제4풀리 중 어느 하나와 상기 종동축을 연결하는 일방향(one-way)클러치;의 결합으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이때 상기 일방향클러치는 모터 구동시 초기 저속동력전달용 풀리에 설치된다.
본 발명의 바람직한 실시예로서, 상기 원심클러치는, 모터축에 고정되고 탄성체를 매개로 연결되어 원심력에 의해 직경이 확장되는 라이닝 슈로 이루어지고, 상기 원심클러치와 연결된 풀리는 모터축에 연결된 베어링과, 상기 라이닝 슈의 확장시 동기(動機)하는 드럼을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이러한 2단 변속모터는 상기 종동축 일단에 스프로킷을 설치하고, 상기 스프로킷은 원동기, 압축기, 스쿠터, 전기자동차 등의 각종 기계장치와 체인, 벨트, 기어 등의 각종 연결수단으로 상호 연결될 수 있다.
본 발명에 따르면 모터축과 종동축에 설치된 풀리의 크기 및 원심클러치의 기동 속도 설계를 통해 소망하는 속도로의 변속이 용이하고, 초기 모터 기동시의 출력이 커서 동력 손실을 최소화할 수 있으며, 구조가 간단하고 가격이 저렴할 뿐 아니라, 전기자동차나 전기스쿠터, 압축기 등 다양한 기계장치에 적용할 수 있어 그 활용도가 매우 폭넓다는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 2단 변속 모터의 단면 구조도.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 2단 변속모터의 저속 동력 전달 흐름도.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 2단 변속모터의 고속 동력 전달 흐름도.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 2단 변속모터의 단면 구조도 및 저/고속 동력 전달 흐름도.
도 5는 본 발명에 따른 2단 변속모터의 사용상태를 개략적으로 보인 구조도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 보인 첨부의 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 첨부된 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 실시예이므로 본 발명을 한정하는 것으로 의도되지 않으며, 또한 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 기술이거나 용이하게 도출되는 정도의 기술에 대해서는 그에 관한 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 2단 변속 모터의 단면 구조도이다.
도 1을 참조하는 바와 같이 본 발명의 2단 변속모터는 전기적으로 구동하는 모터축(100)과, 상기 모터축(100)과 평행하게 설치되어 모터축(100)의 구동에 연동하여 회동하는 종동축(200)으로 대별된다.
상기 모터축(100)의 일측에는 제1풀리(120)가 설치되고, 타측에는 제2풀리(130)가 설치되며, 이때 상기 제1풀리(120)는 베어링(121)을 통해 모터축(100)과 연결되는 한편 외면에는 드럼(122)이 형성된다.
또한 상기 제1풀리(120)는 원심클러치(110)와 연결된다. 상기 원심클러치(110)는 모터축(100)에 고정된 것으로 최 외측에 라이닝 슈(111)가 설치되고, 상기 라이닝 슈(111)는 스프링과 같은 탄성체(112)로 연결된다.
이에 따라 상기 라이닝 슈(111)는 모터축(100)이 구동하는 속도에 따라 원심력에 의해 외측으로 확장되어 직경이 증가하며, 상기 라이닝 슈(111)는 드럼(122) 내에 설치되어 있으므로 라이닝 슈(111) 확장시 상기 드럼(122)과 접하게 되어 제1풀리(120)가 회전된다.
물론 상기 원심클러치(110)는 제2풀리(130)와 연결될 수 있으며, 본 발명은 그 방향이나 설치 위치에는 제한이 없다.
한편, 상기 종동축(200)의 일측에는 제3풀리(220)와 제4풀리(230)가 설치되고, 상기 제3풀리(220)는 상기 제1풀리(120)와 제1벨트(B1)를 통해 연결되어 제1풀리(120) 회전시 연동하여 회전함에 따라 종동축(200)을 회전시킨다.
또한, 상기 제4풀리(230)는 상기 제2풀리(130)와 제2벨트(B2)를 통해 연결되어 제2풀리(130) 회전시 연동하여 회전함에 따라 종동축(200)을 회전시키는데, 이때 상기 제4풀리(230)는 일방향클러치(210)를 통해 종동축(200)과 연결된다.
상기 일방향클러치(one-way clutch)(210)는 일측 회전 방향만 물려서 동력을 전달하고 반대 회전 방향으로는 동력을 전달하지 않는 구조의 클러치로서, 롤러 클러치와 스프라그 클러치 등이 있는데, 이는 일반적으로 시판되고 있는 제품을 적용할 수 있으므로 이에 관한 구체적인 구조의 설명은 생략한다.
물론 상기 일방향클러치(210)는 설계에 따라 제3풀리(220)에 설치될 수 있는데, 제3풀리(220) 또는 제4풀리(230) 중 모터 구동시 초기의 저속 동력이 전달되는 풀리에 설치되는 바, 이에 대해서는 후술하여 더욱 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 2단 변속모터의 저속 동력 전달 흐름도이고, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 2단 변속모터의 고속 동력 전달 흐름도로서, 이하의 설명를 통해 본 발명의 2단 변속모터가 더욱 구체화될 것이다.
도 2를 참조하는 바와 같이 제1풀리(120)와 제3풀리(220)의 직경은 각각 동일하여 1:1의 비율로 되고, 제2풀리(130)와 제4풀리(230)의 직경은 각각 1:2로서, 즉 제2풀리(130)가 1회전시 제4풀리(230)는 1/2회전하여 감속되도록 설계된 것이다.
이 상태에서 모터(10) 구동에 의해 모터축(100)이 회전하면 제1풀리(120)는 베어링(121)과 연결되어 있으므로 회전하지 않지만 제2풀리(130)는 모터축(100)에 직접 연결되어 있으므로 회전한다.
제2풀리(130) 회전시 제2벨트(B2)를 통해 제4풀리(230)가 회전하는데, 그 속도는 모터(100)의 구동속도에 비하여 1/2로 감소한 속도이다. 제4풀리(230)의 회전 동력은 일방향클러치(210)를 통해 종동축(200)을 회전시킴으로써 저속 구동이 가능하다.
도 3과 같이 모터축(100)의 회전속도가 증가하면, 그만큼 원심력도 증가하므로 원심클러치(110)의 라이닝 슈(111) 직경이 확장하여 드럼(122)과 접하게 되어 동기된다.
이때 제1풀리(120)와 제3풀리(220)는 1:1의 비율로 설계되어 있으므로 종동축(200)은 모터축(100)과 동일한 회전속도, 즉 고속 구동이 가능하며, 이 상태에서도 제4풀리(230)는 여전히 제2풀리(130)에 의해 1/2 감속된 속도로 회전하는데 이는 상기 일방향클러치(210)에 특성에 의해 가능하다.
즉 일방향클러치(210)는 일방향으로는 동력을 전달하지만 역방향으로는 자유한 특성이 있으므로 종동축(200)이 제4풀리(230)보다 더 빠르게 회전할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 2단 변속모터의 단면 구조도 및 저/고속 동력 전달 흐름도이다.
도 4를 참조하는 바와 같이, 원심클러치는 모터축(100)의 제1풀리(120) 및 제2풀리(130)에 모두 설치될 수 있으며, 각 풀리의 직경에 따라 저속 및 고속 등의 변속 속도를 설정할 수 있다.
즉, 도 4와 같이 제1풀리(120)와 제3풀리(220)의 직경은 동일한 1:1의 비율로 설계하고, 제2풀리(130)와 제4풀리(230)의 직경은 각각 1:1.8의 비율로 설계함으로써 제2풀리(130) 및 제4풀리(230)를 통해 감속 구동을 하도록 하였다.
동력 전달 과정을 간단하게 설명하면, 모터(10) 구동으로 모터축(100)이 회전하여 설정된 속도에 도달하면 제2원심클러치(110')가 제2풀리(130)를 동기하여 제4풀리(230)를 통해 종동축(200)을 구동시키는데, 이 경우 모터축(100)과 종동축(200)의 회전비는 1.8:1의 저속 모드이다.
이후, 모터축(100)의 속도가 증가하면 제4풀리(230)에 설치된 일방향클러치로는 더이상 동력이 전달되지 않고 제1풀리(120)에 설치된 원심클러치(110)가 작동하여 제3풀리(220)를 통해 종동축(200)이 1:1의 고속 모드로 회전한다.
이때 상기 일방향클러치(210)는 저속 구동력을 전달하는 풀리에 설치된다는 것을 알 수 있고, 또한 원심클러치의 동기 시점, 풀리의 회전비에 따라 적절하게 회전속도, 즉 변속폭을 조절할 수 있다는 것을 알 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 2단 변속모터의 사용상태를 개략적으로 보인 구조도로서, 도 1 및 도 5와 같이 종동축(200)의 일단부에는 스프로킷(300)이 설치되며, 상기 스프로킷(300)은 벨트, 체인 혹은 기어와 같은 기계적 연결수단(310)을 통해 기계장치(400)에 연결될 수 있다. 상기 기계장치(400)는 변속이 요구되는 장치이면 그 제한이 없으며, 예를 들면, 압축기나, 전기자동차, 스쿠터 등일 수 있다.
이상의 설명은 비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허청구범위에 속함은 자명하다.
100: 모터축 110: 원심클러치
111: 라이닝 슈 112: 탄성체
120: 제1풀리 121: 베어링 122: 드럼
130: 제2풀리
200: 종동축 210: 일방향클러치
220: 제3풀리 230: 제4풀리
300: 스프로킷 310: 연결수단
400: 기계장치

Claims (4)

  1. 일측 및 타측에 각각 제1풀리 및 제2풀리가 설치되고 전기적으로 구동하는 모터축(100);
    상기 제1 및 제2풀리 중 적어도 하나와 상기 모터축을 연결하는 원심클러치(110);
    일측에 상기 제1풀리와 연동하는 제3풀리가 설치되고 타측에 상기 제2풀리와 연동하는 제4풀리가 설치된 종동축(200);
    상기 제3 및 제4풀리 중 어느 하나와 상기 종동축을 연결하는 일방향(one-way)클러치(210);의 결합으로 이루어진 것을 특징으로 하는 2단 변속모터.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 일방향클러치는 모터 구동시 초기 저속동력전달용 풀리에 설치된 것을 특징으로 하는 2단 변속모터.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 원심클러치는, 모터축에 고정되고 탄성체(112)를 매개로 연결되어 원심력에 의해 직경이 확장되는 라이닝 슈(112)로 이루어지고,
    상기 원심클러치와 연결된 풀리는 모터축에 연결된 베어링(121)과, 상기 라이닝 슈의 확장시 동기(動機)하는 드럼(122)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2단 변속모터.
  4. 제 1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 종동축 일단에 스프로킷(300)이 설치되고, 상기 스프로킷은 기계장치(400)와 연결수단(310)으로 연결된 것을 특징으로 하는 2단 변속모터.
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