KR101173705B1

KR101173705B1 - 차량 좌석용 조절 부재

Info

Publication number: KR101173705B1
Application number: KR1020067019144A
Authority: KR
Inventors: 롤프 쉴러; 미하엘 베레스; 베른트 보쓰만스; 카르스텐 칼무스; 크리스토프 ？; 하인츠 포스
Original assignee: 카이퍼 게엠베하 운트 코. 카게
Priority date: 2004-04-15
Filing date: 2005-04-05
Publication date: 2012-08-14
Also published as: BRPI0509864A; JP4589380B2; DE102004019466A1; WO2005100078A3; JP2007532210A; DE102004019466B4; WO2005100078A2; KR20060132732A; CN1947325A; EP1735896A2; US7544142B2; PL1735896T3; US20070029893A1; EP1735896B1; CN100595996C

Abstract

본 발명은 로드 이송 전달장치(load-carrying transmission)를 형성하며 구동 유닛(10)에 의해 서로에 대해 변위될 수 있는 둘 이상의 부품(81,82)을 포함하는, 차량 좌석, 특히 자동차 좌석용 조절 부재(80)에 관한 것이다. 상기 구동 유닛(10)은 특히 전자 정류 모터(12)와 전달 스테이지(14)를 포함한다. 본 발명에 따르면, 구동 유닛은 로드 이송 전달장치에 통합되며, 모터(12)는 축선(A)을 중심으로 회전하며 로드 이송 전달장치에 의해 장착되는 하나 이상의 로터(22,24)를 포함한다.

Description

차량 좌석용 조절 부재{REGULATING ELEMENT FOR A VEHICLE SEAT}

본 발명은 특허청구범위 제1항의 전제부의 특징을 갖는 차량 좌석용 조절기에 관한 것이다.

이러한 조절기는 탑승자를 위한 최적의 착석 위치를 얻기 위하여 개별적인 부품들을 서로에 대해 이동시킴으로써 조정 가능한 자동차 좌석에 사용된다. 브러시 정류(brush-commutated) 및 전자 정류(electronically commutated) 모터는 모두 공지기술이다. 기어 스테이지에 의하여, 회전 속도는 감소되며, 동시에 전달된 토크는 증가될 수 있다.

본 발명의 목적은 전술한 유형의 조절기를 개선하는 것이다. 이러한 목적은 특허청구범위 제1항의 특징을 갖는 조절기에 의해 본 발명에 따라 해결된다. 유리한 실시예는 종속항들의 내용이다.

조절기, 축선을 중심으로 회전하는 로터를 직접적으로 또는 간접적으로 지지하는 조절기의 하중 지지 기어에 구동 유닛이 통합되는 조절기는, 구동 유닛과 하중 지지 기어 사이에 로터용의 별개의 베어링 부재뿐만 아니라 예를 들면 저효율 웜 기어 등과 같은 별개의 전달 부재가 불필요한 이점을 갖는다. 또한, 로터가 기어 스테이지를 통해 하중 지지 기어에 임의의 유극 없이 연속적으로 지지되는 경우, 가동 소음이 크게 감소될 것이다.

많은 경우, 하중 지지 기어를 형성하는 부속 부분들 - 또는 부속 부분들 중 하나 이상 - 은 예를 들면, 휠(wheel)의 중앙을 중심으로 이동 가능한 치형 랙(toothed rack)과 맞물리는 기어 휠, 또는 편심을 중심으로 이동 가능한 편심 유성 기어의 두 개의 연동 부속 부분(interlocking fitting parts)과 같이, 중앙을 중심으로 또는 중앙에 대해 이동 가능하다. 크기가 매우 작도록 유지될 수 있는 구동 유닛(모터와 기어 스테이지)은 하중 지지 기어에 통합되며, 바람직하게는 중앙에, 즉 대체로 부속 부분 또는 부분들이 움직이는 동일한 평면(또는 보다 정확하게는 층) 내에 - 적어도 개략적으로 - 배치된다. 바람직하게 하중 지지 기어의 중앙에 배치된 구동 유닛은 부속 부분들 사이의 기어 연결을 위한 맞물림보다 직경이 작거나 최대로 이와 동일한 직경을 갖는다. 이러한 구동 유닛의 통합에 의하여, 필요한 설치 공간은, 특히 바람직하게 상기 평면에 수직으로 배치된 모터의 축선에 의해 형성된 축선 방향에서 작게 유지된다. 공지된 방법에 비해 얻어진 설치 공간의 크기는 충돌할 경우 부하 흡수(load absorption)를 개선하는데 사용될 수 있다.

이러한 조절기의 적용 범위는 차량 좌석에 제한되지 않는다. 대신, 이러한 조절기는 예를 들면 윈도우 리프터(window lifter), 외부 미러(outside mirror) 또는 슬라이딩 루프(sliding roof)와 같은 자동차의 다른 부분에도 사용될 수 있다.

조절기의 제조 비용을 최소로 유지하기 위한 목적은 한편으로는 전력소모가 낮고 토크가 작은 저가의 모터를 사용하고, 다른 한편으로는 예를 들면 차량 좌석의 서로 다른 측면 상에 있는 두 개의 단식 조절기를 결합 및 동기화하는 경우와 같이, 전자 제어 및 기계적 분해에 의한 결합이 바람직한 고감속 기어 스테이지를 사용하는 것이다.

전자적으로 정류된 브러시리스 모터(electronically commutated brushless motors)는 공간을 거의 차지하지 않는 동시에 매우 적은 소음을 발생시키면서 고도의 전자기계적 효율을 제공한다. 몇몇 모터들은 임의의 상당한 별도의 노력 없이도 관련 전자 시스템을 이용하여 회전 속도 또는 위치에 대하여 서로 동기화될 수 있다. 정류 방법은, 저지 상태(blocking state)를 탐지하는 단계, 최대 허용 저지력(blocking force)을 전자적으로 형성하는 단계, 및 온도를 감시하는 단계의 가능성을 제공하여 브러시 모터(brush motors)에 비해 전자기 변환기(electromagnetic converter)의 고 에너지 밀도를 얻을 수 있는 가능성을 제공하며, 이로 인해 설치 공간 및 중량이 상당히 감소할 수 있다. 제어 전자 기기를 모터에 통합하면 저지 위치를 인지하고, 현재 센서를 평가하며, 예를 들면 모터 기능의 파라미터를 기록하거나 프로그래밍할 때, 구동되는 장치와 전자 기능 사이의 조화를 얻을 수 있는 이점이 있다.

상이한 회전 속도로 및/또는 상이한 방향에서 회전하는 두 개의 로터를 이용하면, 회전 속도에 대한 절대값과 비교하여 속도가 낮으며, 또한 출력측 상의 토크를 증가시키기 위해 기어 스테이지에 의해 더 감소될 수 있는 상대 운동을 발생시킬 수 있다. 로터의 상이한 회전 속도 및/또는 상이한 회전 방향은 바람직하게는 로터들 사이에서 로터가 상이한 개수의 폴(poles)을 갖도록 보장함으로써 설계상 단순한 방식으로 이루어지고, 폴의 개수는 또한 바람직하게 스테이터 폴(stator poles)의 개수와 상이하며, 로터의 회전 속도는 스테이터의 자기장 회전 속도로부터 편향된다.

2:3 및 3:2와 상이한 스테이터 폴 대 로터 폴의 비율은 회전 속도 및/또는 회전 방향에 차이를 허용하며, 그 결과 - 예를 들면 두 개의 로터를 사용하는 경우 - 출력 토크가 증가되는 동시에 회전 속도의 감소를 이끄는 소규모의 상대 운동이 발생될 수 있다.

모터의 저소음 또는 무성 가동, 낮은 마찰, 적은 열발생 및 낮은 전력 소모를 위하여, 바람직하게 스테이터는 전자 정류되는 반면, 바람직하게 로터는 폴로서 영구 마그넷을 구비한다. 스테이터의 원주 방향에서, 인접한 스테이터 폴에 걸쳐서 자기력선속 회로를 완비하기 위하여, 스테이터는 정확히 하나씩 걸러서 코일을 구비한다. 스테이터와 로터는 중심 축선에 대해 반경 방향 배열(radial sequence) 또는 축방향 배열(디스크 전기자)로 배치될 수 있다. 상이한 회전 속도를 발생시키기 위해, 스테이터와 로터의 폴들은 예를 들면 2개 만큼 상이할 수 있다. 특히, 희토류(rare earths)로부터 선택된 금속으로 제조된 영구 마그넷을 이용하면, 저전류에서도 비교적 큰 토크를 발생시키는 와인딩(winding) 유형 및 각 경우에 폴의 개수들의 비율의 조합이 요구되는 설치 공간의 크기를 더 감소시키는데 도움이 된다.

출력측에 의해 전달된 토크 힘(torque force)을 차단하기 위해, 예를 들면 모터 피니언을 통해 중간 기어를 구동시키도록 모터를 제공하는 것이 가능하며, 중간 기어는 형상결합식으로 차단되거나 마찰식으로 차단될 수 있다.

바람직하게, 몇몇 모터들은 결합되어 상황에 따라 다양한 성능 요구조건을 충족시킬 수 있는 동시에, 소형이며 인체공학적으로 유리한 다중 모터(multimotor)를 형성한다. 예를 들면, 모터들은, 하나의 공통 중간 기어 휠이 다중 모터의 출력부를 형성하는 상태에서, 공통 모터 캐리어의 평행한 슬롯들 내에 구조적으로 단순하게 배치된다. 모듈 전력 한정의 가능성으로 인해, 단기간동안 초고 전력 출력(extremely high power outputs)이 소집될 수 있다. 예를 들면 다중 모터의 모터들이 일반적으로 직렬로 연결되는 반면, 다중 모터의 모터들은 또한 고전압을 기초로 더 높은 성능을 이끌어내기 위해 특정한 상황에서 병렬로 연결될 수 있다. 이러한 상황은 예를 들면 차량의 충돌 또는 급격한 충돌일 수 있다.

바람직하게 모터는 예를 들면 방사상 형태의 내부 로터, 외부 로터 또는 2중 로터 모터와 같은, 몇몇 모터의 변형체로부터 선택할 수 있다. 몇몇 유형의 기어 스테이지로부터 선택될 수 있음으로써 몇몇 기어 스테이지들을 서로 겹치도록 연결할 수 있는 기어 스테이지와 결합하여, 모듈 시스템은 단지 약간의 모듈만으로서 다양한 요구조건을 충족시키기 위해 다수의 구동 유닛을 생산하는데 이용할 수 있다.

두 개의 상이한 회전 속도 및/또는 회전 방향을 이용함으로써 샤프트를 중심으로 출력의 이동을 야기하는 서로 다른 기어로 기어 스테이지를 설계하면, 출력부에 낮은 회전속도를 허용하는 현저히 작은 상대 운동을 발생시킬 수 있다. 두 개의 상이한 회전 속도 및/또는 회전 방향은 모터에 의해 기어 스테이지로 입력될 수 있거나, 기어 스테이지 자체에 의해 발생될 수 있으며, 그러한 회전 속도를 갖는 하나의 부품을 로킹시킴으로써 다른 부품의 출력과 같이 선택될 수 있다.

기어 스테이지는 바람직하게 전자 정류 스테이터 및 영구 마그넷을 구비하고, 축선을 중심으로 회전하며, 스테이터와 자기적으로 상호작용하는 하나 이상의 로터를 갖는 모터에 바람직하게 연결된다. 이러한 모터는 소음을 거의 발생시키지 않으며 마찰이 거의 없는 상태에서 작동한다. 기어 스테이지는 중공 및/또는 중실 롤러를 갖는 마찰 휠 구조로 설계될 수 있거나, 중공 롤러를 갖는 마찰 췰 구조가 제조하기 더 단순하지만, 이 또한 중량을 감소시키고 로터의 베어링을 형성할 수도 있는 기어 휠 구조로 설계될 수도 있다.

모터의 전자기계적 효율 외에도, 기어 스테이지의 효율도 구동 유닛의 전체 효율에 중요한데, 이는 특히 마찰 휠 구조에서 임의의 추가 베어링 없이 그대신 자체 베어링 기능을 가지며 가능한 가장 적은 개수의 개별적인 베어링을 갖는 동축의 완전 대칭형 기어 구조가 바람직하기 때문이다.

기어 스테이지는 태양 기어, 일련의 롤러 또는 유성 기어 및 중공 기어를 갖는 단일 스테이지 유성 차동 기어(single-stage planetary differential gear)일 수 있으며, 태양 기어와 중공 기어는 각각 모터 내의 로터에 회전방향으로 견고하게 연결되는 반면, 유성 롤러 또는 기어를 지지하고 있는 유성 캐리어는 출력부로서 작용한다.

그러나 기어 스테이지는, 중심 축선에 동심으로 배치되는 하나 또는 그보다 많은 태양 기어, 하나 또는 그보다 많은 세트의 내부 유성 롤러, 하나 또는 그보다 많은 세트의 외부 유성 롤러 및 하나 또는 그보다 많은 외부 링을 갖는 다중-스테이지(즉, 두 개 이상의 스테이지) 유성 차동 기어로서 설계될 수도 있으며, 태양 기어 또는 외부 링은 축선에 대해 축방향으로 인접 배치된다. 두 개의 태양 기어들 사이의 상이한 외경 또는 두 개의 외부 링들 사이의 상이한 내경(또는 비교적 상이한 탄성력)은 회전 속도에 약간의 차이를 초래한다.

또한, 기어 스테이지는 중심 축선에 동심으로 배치된 하나 또는 그보다 많은 태양 기어, 바람직하게는 무단인(unstepped) 일련의 유성 롤러 및 하나 또는 그보다 많은 중공 기어를 갖는 단일 스테이지 유성 차동 기어로서 설계될 수 있으며, 태양 기어 또는 중공 기어는 축선에 대해 축방향으로 인접 배치된다. 두 개의 태양 기어들의 상이한 탄성력 및 상이한 외경 또는 두 개의 중공 기어들의 상이한 내경은 회전 속도에 약간의 차이를 초래한다.

상기 회전 속도의 차이는 예를 들면, 직경이 상이한 두 개의 상기 인접한 기어 부재들 중 하나가 하우징에 부착되고, 다른 하나가 출력부와 연결되는 경우에 나타날 수 있다. 두 개의 외부링을 포함하는 구성에서, 하우징에 부착되는 하나의 외부 링은 스테이터에 연결되는 반면에 구동 부재로서 작용하는 태양 기어는 모터 내의 로터에 회전방향으로 견고하게 연결된다.

한편으로는 서로 결합하도록 예비인장력을 가하고 기어 스테이지를 중심에 맞추며, 다른 한편으로는 공차를 보상하기 위하여, 바람직하게 중공 기어 또는 외부 링은 금속링이 놓이는 탄성 금속 링과 탄성 중합체 베드를 구비한다. 바람직하게 금속 링과 함께 탄성 중합체 베드를 수용하며 이들을 축방향으로 고정시키는 지지부는 중공 샤프트로서 설계된 출력부의 종형 부분에 연결된다.

출력부의 회전 방향은 모터의 회전 방향을 변화시킬 필요 없이 스위치 기어에 의해 임의로 선택될 수 있다. 이로 인해 모터에 요구되는 전자기기를 상당히 간소화할 수 있다. 스위칭은 바람직하게 스위칭 코일에 의해 형성된 전자석을 제공함으로써 제조하기 용이한 디자인으로 이루어진다. 전자석은 마찰 수단 또는 형상결합 수단에 의해 유사한 기어 부재들을 로킹하기 위해, 2개의 인접해 있는 유사한 기어 부재들과 기하구조적으로 결합된 두 개의 상호작용적으로 반발하는 영구 지지 마그넷들과 상호작용한다. 스위치 기어를 이용하면 두 개의 상이한 기어비들 사이에서 스위치 기어를 선택할 수 있다.

바람직하게 기어 스테이지는 몇몇 유형의 기어 스테이지로부터 선택될 수 있다. 몇몇 모터의 변형예들로부터 선택할 수 있는 모터와 결합하여, 다양한 요구조건들을 충족시키기 위해 단지 일부의 모듈들을 이용하여 다수의 구동 유닛을 생성하는 모듈 시스템이 이용가능하다.

두 개의 상호 연결된 단일 조절기를 위한 두 개의 구동 유닛을 사용할 경우, 공간적으로 동일하게 변위되도록 임의의 전달 부재(transmission element) 또는 임의의 추가 스테이지를 제공할 필요가 없다. 또한, 각각의 조절기의 하중 지지 기어는 저지력으로서 전체 힘의 절반만을 견뎌야 하며, 저지력은 전달 부재를 필요로 하지 않는다는 사실 이외에도, 이러한 요구조건을 충족시키기 위해 각각의 하중 지지 기어에 요구되는 디자인 노력을 상당히 감소시킨다.

바람직한 조절기는 다기능 회전 조절기로 설계되며, 특히 구동 유닛에 의해 구동된 편심의 작용을 통해 서로에 대해 회전하는 제 1 부속 부분과 제 2 부속 부분을 갖는 자체 로킹 기어드 부속품(self-locking geared fitting)으로 설계된다. 구동 유닛들은 일체로 형성된 칼라 또는 부착된 슬리브를 각각 가질 수 있으며, 이들에 의해 구동 유닛들은 편심을 지지하며/지지하거나 구동 유닛의 적어도 일부분, 바람직하게는 정류 전자기기를 포함하여 전체 구동 유닛을 수용한다. 바람직하게는 하나의 칼라 또는 슬리브 상에 작용된 편심은 구동 가능한 구동부, 상기 구동부가 유극(play)과 맞물리는 폭이 좁은 측면들 사이에 있는 두 개의 곡선형 웨지부, 및 상기 웨지부의 대향하는 두 개의 폭이 넓은 측면들 사이에 맞물리며 유극을 제거하기 위하여 원주방향으로 상기 웨지부를 떨어지게 하는 스프링에 의해 형성되는 것이 바람직하다.

필요한 부품 개수를 가능한 적게 하기 위해, 모터, 기어 스테이지 및 하중 지지 기어, 특히 기어드 부속품은, 바람직하게 접촉영역의 부품들이 몇몇 기능들을 실행하고, 특히 부속 부분들이 동시에 모터 및/또는 기어 스테이지의 기능을 가진 부분이 되도록 통합된다. 예를 들면, 칼라는 제 1 외부 링과 연결될 수 있거나 제 1 외부링을 형성할 수 있으며, 또는 하우징에 로킹시킴으로서 정지되어야 하는 중공 기어에 연결될 수 있거나, 중공 기어를 형성할 수 있다. 구동부는 기어 스테이지의 출력, 특히 제 2 외부 링 또는 중공 기어 상에 형성되거나, 이에 부착될 수 있다. 부속 부분은 동시에 모터의 자기 회로의 일부분이 될 수 있다.

본 발명은 복수의 모터 변형예, 기어 스테이지 유형 및 각각의 수정예와 함께 도면에 도시된 예시적인 실시예를 기초로 하기에 상세히 설명된다.

도 1은 예시적인 실시예의 원리 설계도,

도 2a는 제 1 모터 변형예,

도 2b는 제 2 모터 변형예,

도 2c는 제 3 모터 변형예,

도 3a는 마찰 휠을 통합한 제 1 기어 스테이지 유형,

도 3b는 기어 휠을 통합한 제 1 기어 스테이지 유형,

도 4는 도 5의 화살표 IV 방향에서 본 제 2 기어 스테이지 유형의 개략적 부분도,

도 5는 도 4의 V-V 라인을 따르는 단면도,

도 6은 도 5의 확대도,

도 7은 제 3 기어 스테이지 유형의 개략도,

도 8은 도 7의 VIII-VIII 라인을 따르는 단면도,

도 9는 전환 가능한 기어 스테이지의 정면도,

도 10은 도 9에 도시되어 있는 기어 스테이지의 측면도,

도 11은 도 9의 XI-XI 라인을 따르는 단면도,

도 12는 도 9에 도시되어 있는 기어 스테이지의 수정예,

도 13a는 저지 상태에서 외부측에 전해진 저지 토크 힘(blocking torque forces)을 위한 모터용 로킹 장치,

도 13b는 모터가 시동 상태인 도 13a에 도시되어 있는 로킹 장치,

도 14는 모터의 슬롯이 여전히 비어 있는 다중 모터(multimotor),

도 15는 다중 모터의 단일한 모터들의 공통 출력부,

도 16은 다중 모터의 단일한 모터용 전기 회로,

도 17은 두 가지 상태에 있는 단일 모터용 대안 회로,

도 18은 자체 로킹 기어드 부속품으로 설계된 조절기의 분해도, 및

도 19는 도 18에 도시되어 있는 조절기의 수정예이다.

구동 유닛(10)은 모터(12) 및 모터(12)의 출력측에 제공되는 기어 스테이지(14)를 포함한다. 모터(12)는 스테이터(16)를 갖는 전자 정류 모터이며, 스테이터(16)의 스테이터 폴(18)은 축선(A)을 중심으로 별-형상으로 배치된다. 도 2a 내지 도 2c에서 도면의 평면에 수직인 축선(A)은 원통 좌표계에서 다음 방향성 데이터(following directional data)를 한정한다. 코일(20)은 12개의 폴(18)들을 하나씩 걸러서 둘러싸고 있으며, 코일(20)은 여기 상세히 도시되지 않은 DC-공급 전자 회로에 의해 여기된 서로에 대해에 주기적으로 엇갈린 거리에 있으며, DC-공급 전자 회로는 공간적으로 회전하는 자기장을 발생시키기 위해 모터(12)에 통합된다.

세 개의 상이한 모터 변형예를 가짐으로써, 내부-로터 모터가 되는 모터(12)는 스테이터(16)(제 1 모터 변형예) 내부에 반경 방향으로 배치된 내부 로터(22)를 구비하고, 외부-로터 모터가 되는 모터(12)는 스테이터(16)(제 2 모터 변형예) 외부에 반경 방향으로 배치된 외부 로터(24)를 구비하거나, 축소형 2중 모터인 이중-로터 모터가 되는 모터(12)는 내부 로터(22)와 외부 로터(24)(제 3 모터 변형예)를 구비한다. 세 개의 모든 변형예에서, 내부 로터(22) 또는 외부 로터(24)는 축선(A)을 중심으로 회전하고, 스테이터(16)를 향하는 외주 표면을 따라 영구 마그넷(26)을 구비하며, 상기 마그넷은 원주 방향에서 서로 엇갈려 지지된다. 바람직하게 본 발명에 사용된 모든 영구 마그넷(26)들은 예를 들면 희토류 그룹의 금속을 함유함으로써 고도의 투자성(permeability)을 나타낸다. 제 1 및 제 3 모터 변형예에서 내부 로터(22)에 사용되고 제 2 모터 변형예에서 스테이터(16)에 사용된 내부 플럭스 링(28)과, 제 1 모터 변형예에서 스테이터(16)에 사용되고 제 2 및 제 3 모터 변형예에서 외부 로터(24)에 사용된 외부 플럭스 링(30)은 자기력선속 회로(magnetic flux circuit)를 완성한다. 필요한 경우, 두 개의 플럭스 링(28,30)은 동시에 영구 마그넷(26)의 캐리어로서 작용한다. 외부 로터(24)는 (내부 로터(22)에 비해) 더 큰 직경에 걸쳐 작용하는 자기력으로 인해 더 많은 양의 토크를 제공한다. 바람직하게 세 개의 모터 변형예는 모두 중공형 샤프트 디자인이며, 즉 축선(A) 둘레의 영역이 개방되어 있다.

영구 마그넷(26)의 개수는 영구 마그넷(26) 대 스테이터 폴(18)의 개수의 비율이 2:3 또는 3:2로 같지 않도록 선택되며, 그 결과, 내부 로터(22) 또는 외부 로터(24)의 회전은 스테이터(16) 내의 자기장의 회전으로부터 편향된다. 본 발명의 경우, 내부 로터(22)는 10개의 영구 마그넷(26)을 포함하고, 외부 로터(24)는 14개의 영구 마그넷(26)을 포함한다. 영구 마그넷(26)의 개수를 상이하게 유지할 때, 제 3 모터 변형예(2중 모터)에서 내부 로터(22)와 외부 로터(24)는 본 발명의 경우, 도면에서 화살표로 지시되어 있는 바와 같이 상이한 회전 속도(5:7)에서 반대되는 회전 방향으로 회전한다.

방사상 구조를 갖는 대신, 모터는 축방향 배치, 즉 로터(디스크 전기자; disc armature)와 스테이터가 축방향으로 서로 겹쳐서 배치된다.

기어 스테이지(14)의 목적은 모터(12)에 의해 전달된 토크를 전달하는 동시에 모터(12)의 회전 속도를 감소시키는 것이다. 기어 스테이지(14)는 상이한 기어 시스템으로서 설계되며, 다양한 유형의 기어 시스템이 하기에 설명된다. 각각의 유형은 편평한 치형 유성 기어를 갖는 치형 휠 유성 차동기어 또는, 중공형 또는 중실형일 수 있는 - 썬 휠(sun wheel)과 같은 - 원통형 평활 유성 롤러(cylindrical, smooth planet rollers)를 갖는 마찰 휠 유성 차동 기어의 형태의 바람직한 구조로 존재한다. 중심 축선 둘레의 영역이 자유롭게 남아 있는 기어 스테이지(14)의 중공 샤프트 디자인이 바람직하다.

기어 스테이지의 제 1 유형은 단일 스테이지 유성 차동 기어이며, 단일 스테이지 유성 차동 기어는 마찰 휠 구조에서 먼저 설명될 것이다. 기어 스테이지(14)는 모터(12)의 중심 축선(A)과 정렬된다. 태양 기어(32)는 축선(A)을 중심으로 배치되며, 중공 기어(36)에 의해 또한 둘러싸이는 세 개의 유성 롤러(34)는 태양 기어의 외주면을 따라 이동한다. 중공 기어(36)는 임의의 미끄러짐이 발생하지 않는 상태에서 반경 방향 예비인장 및 그에 따른 유성 롤러(34)의 우수한 롤링(rolling)을 제공한다. 환형 유성 캐리어(38)는 축방향 핀 상에 유성 롤러(34)를 지지한다.

이러한 기어 스테이지의 제 1 유형의 바람직한 결합은 제 3 변형예의 2중 모터와 이루어지지만, 브러시 정류 모터(brush-commutated motors)를 포함한 다른 모터 변형예와도 이루어질 수 있다. 내부 로터(22)는 태양 기어(32)에 회전방향으로 견고하게 연결되는 반면, 외부 로터(24)는 중공 기어(36)에 회전방향으로 견고하게 연결된다. 유성 캐리어(38)는 구동 유닛(10)으로 기능한다. 각각의 직경 크기는 로터(22,24)들의 회전 속도, 토크 힘 및 회전 방향에 맞춰진다. 바람직하게 태양 기어(32), 유성 롤러(34) 및 중공 기어(36)의 축방향 길이는 내부 로터(22)와 외부 로터(24)가 기어 스테이지(14)에 의해 스테이터(16)에 충분히 지지되도록 길게 선택된다.

부품들의 표면 특성을 제외하면, 치형 휠 구조는 마찰 휠 구조와 동일하며, 그런 이유로 대응하는 부품의 참조 부호에는 아포스트로피(')가 추가되었다. 태양 기어(32'), 유성 기어(34') 및 중공 기어(36')는 각각 치형이지만, 모터(12)와 동일한 방식으로 결합되어 동일한 상대 운동을 실행하며, 유성 캐리어(38)는 다시 출력부로서 사용된다.

기어 스테이지의 제 2 유형은 반경 방향으로 층진 마찰 휠 구조로 다시 설명되는 다중 스테이지 유성 차동 기어이지만, 치형 휠 디자인으로서 존재할 수도 있다. 또한, 중실형 및/또는 중공형 부품이 사용될 수도 있다. 또한, 태양 기어(32)는 축선(A)을 중심으로 배치되며, 태양 기어의 외주면 상에는 일련의 내부 유성 롤러(34)가 배치된다. 축방향으로 나란히 배치된 제 1 외부 유성 롤러(40)와 제 2 외부 유성 롤러(42)는 각각의 간격으로 삽입되며, 이때 각각의 이들 유성 롤러는 축방향으로 내부 유성 롤러(34)의 약 절반만큼 길며, 제 2 외부 유성 롤러(42)는 제 1 외부 유성 롤러(40)에 비해 직경이 다소 작으며, 이는 예를 들면, 한편으로 미터 치수를 갖거나 다른 한편으로 인치 기준 치수를 갖는 원통형 롤러를 이용함으로써 용이하게 이루어진다. 원통형 형상 대신 롤 본체를 위해 다른 형상이 이용될 수도 있다.

각각이 중공형 기어로서 기능하는, 제 1 외부 유성 롤러(40)를 반경 방향 외부에서 둘러싸는 제 1 외부 링(44)과, 제 2 외부 유성 롤러(42)를 반경 방향 외부에서 둘러싸는 제 2 외부 링(46)은 동시에 태양 기어(32)를 향하는 모든 접촉 지점에서 유성 롤러(40,42,34)를 예비 인장시킨다. 반경 방향으로 층진 2열의 롤러들을 이렇게 예비 인장시키면, 모든 롤러들이 서로를 지지하여 동심 반경 방향 대칭의 미끄럼 없는 배치를 얻을 수 있도록 보장되며, 이는 기어 스테이지(14)의 고도의 효율성을 초래한다. 유성 캐리어 및 그에 따른 유성 롤러의 내부 베어링은 꼭 필요한 것은 아니지만 배제되지도 않는다. 태양 기어(32)의 단부면에, 태양 기어(32)는 축방향으로 정위치에 유성 롤러를 유지하기 위해 반경 방향 외부로 돌출한 림을 구비할 수 있다. 이는 다른 유형의 기어 스테이지의 경우에서도 가능할 수 있다.

두 개의 외부 링(44,46)은 주로 동일한 방식으로 구성되므로 이하 제 1 외부 링(44)만 설명될 것이다. 제 1 외부 링(44)은 강으로 제조된 탄력성 금속 링(48)을 포함하고, 탄력성 금속 링(48)은 반경 방향 내측을 향하는 표면이 제 1 외부 유성 롤러(40)와 접촉하며, 예비인장을 가하기 위하여, 둘러싸인 롤러의 기하구조적 배치에 의해 요구되는 것보다 더 작은 내경을 갖는다. 반경 방향 외측으로 향하는 측면과 양쪽 축방향 표면들 상에는 제 1 외부 링(44) 상의 탄성 중합체 베드(50) 내에 금속링(48)이 위치된다. 플라스틱으로 서로 제조된 금속 링(48)과 탄성 중합체 베드(50)는 매우 균일한 압력이 가해지도록 보장한다. 또한, 탄성 중합체 베드(50)는 가동 소음을 차단하고 모멘트 충격을 감소시킨다. 두 부분으로 설계된 여기 설명된 제 1 외부 링(44)은 제 1 유형의 기어 스테이지의 중공 기어(36 또는 36')에 일체화될 수 있다. 지지부(52)는 금속 링(48)과 탄성 중합체 베드(50)를 갖는 제 1 외부 링(44)을 축방향으로 고정하기 위하여, 조립의 목적으로 지지부를 구비하며, 지지부는 두 부분의 구조를 가지며, 탄성 중합체 베드(50)를 정면 단부들의 두 개의 플랜지와 외부에서 방사상으로 결합시키며, 이러한 형상은 다른 두 유형의 기어 스테이지에서 일체화될 수도 있다.

가동 소음을 방지하도록 돕는 회전 대칭을 위하여, 금속 링(48)과 탄성 중합체 베드(50)는 바람직하게 원주 방향에서 연속적인 디자인을 가질 수 있지만, 예를 들면 회전 고정식으로 지지부(52)에 연결되어야 할 때, 금속 링(48)과 탄성 중합체 베드(50)가 분할되거나 슬롯을 형성할 수 있으며, 특히 화살 형상의 슬롯을 가질 수 있다. 기어 스테이지(14)에 발생된 열을 발산하기 위해, 바람직하게 탄성 중합체 베드(50)는 우수한 열전도성을 가지며, 우수한 열전도성은 예를 들면 금속성 또는 다른 열전도성 섬유를 삽입하거나 열 전도성 재료로 중공형 공간 및 리세스를 채움으로써 얻어진다. 또한, 금속 링(48)과 탄성 중합체 베드(50) 사이에 열전도성 페이스트(paste)가 제공될 수도 있다.

제 1 외부 유성 롤러(40)와 제 2 외부 유성 롤러(42) 사이 직경의 작은 차이 및 그에 따른 제 1 외부 링(44) 및 제 2 외부 링(46) 사이의 직경의 작은 차이는 두 개의 외부 링(44,46)들을 상이한 속도로 회전하게 한다. 이러한 회전 속도의 작은 차이는 기어 스테이지(14)가 모터(12)에 연결될 때, 기어 스테이지(14)에 상당한 감속(예를 들면 200)을 이루도록 이용된다.

바람직하게 이러한 제 2 유형의 기어 스테이지는 제 1 또는 제 2 모터 변형예와 결합되지만, 브러시 정류 모터를 포함하는 다른 모터 변형예와 결합될 수도 있다. 제 1 외부 링(44), 보다 정확하게는 제 1 외부 링(44)의 지지부(52)는 예를 들면 하우징, 즉 스테이터(16)에 연결된다. 구동 휠로서 작용하는 태양 기어(32)는 내부 로터(22) (또는 외부 로터(24) 또는 유성 캐리어(38))에 연결되는 반면, 제 2 외부 링(46)은 출력부(54)로 작용한다. 이 경우, 예를 들면 중공 샤프트일 수 있는 출력 샤프트는 종 형상 단부 피스(end piece)에 의해 제 2 외부 링(46)에, 보다 정확하게는 제 2 외부 링(46)의 지지부(52)에 부착된다. 본 발명의 경우, 제 2 외부 링(46)은 태양 기어(32)와 동일한 방향으로 회전한다. 제 2 유형의 기어 스테이지로 선택된 구성은 태양 기어(32) 및 그에 따른 내부 로터(22) (또는 외부 로터(24)) 및 제 2 외부 링(46), 즉 출력부(54)에 별도의 베어링을 제공할 필요가 없게 하지만, 그러한 가능성을 배제하지는 않는다. 그러나 기어 스테이지(14)의 내부 로터(22) (또는 외부 로터(24))의 베어링은 유극이 없어서 내부 로터(22) (또는 외부 로터(24))가 소음 없이 가동되는 이점을 갖는다.

제 2 유형의 기어 스테이지의 변형된 설계에서, (더 작은) 제 2 외부 링(46)은 하우징에 부착되고 (더 큰) 제 1 외부 링(44)은 출력부에 부착되어 태양 기어(32) 및 제 1 외부 링(44)의 역회전(counter-rotation)이 일어난다. 하우징에 외부 링(44,46)을 선택적으로 부착함으로써, 예를 들면 하기에 보다 상세히 설명되는 두 개의 폴 시스템(pawl systems) 또는 회로에 의해 출력부에 변화를 초래하여, 태양 기어(32)의 회전 방향을 동일하게 유지하면서 출력부의 회전 방향을 반대로 할 수 있다. 그러면 모터(12)에 필요한 전자 시스템의 디자인이 매우 단순화될 수 있어서, 모터(12)의 제조도 단순화된다.

제 2 유형의 기어 스테이지는 상이한 개수의 롤러 세트를 제공함으로써 더 변형될 수 있다. 일반적으로, 나란히 축방향으로 배치된 하나 또는 그보다 많은 태양 기어, 동일한 개수의 축방향으로 적절히 배치된 내부 유성 롤러, 아마도 동기화를 위한 일련의 중간 유성 롤러, 나란히 축방향으로 배치된 하나 또는 그보다 많은 외부 롤러 세트, 및 동일한 개수의 축방향으로 적절히 배치된 외부 링을 제공할 수 있다. 회전 속도의 작은 차이는 두 개의 인접한 기어 부재들 사이에서 설명된 방식으로 줄어든다. 일련의 내부 유성 롤러 및 태양 기어 대신 직접적으로 단지 유성 롤러의 다음 외부 세트 상에서 회전하는 적절히 큰 직경의 태양 기어를 사용할 수도 있으며/있거나 외부 링 및 일련의 외부 유성 롤러 대신 직접적으로 단지 유성 롤러의 다음 내부 세트 상에서 회전하는 적절히 작은 직경의 외부 링을 사용할 수도 있다.

치형 휠(toothed wheel) 구조가 또한 가능할 수도 있지만, 제 3 유형의 기어 스테이지는 또한 반경 방향으로 층을 이룬 마찰 휠 구조로서 다시 설명되는 단일 스테이지 유성 차동 기어이다. 기어 스테이지(14)는 모터(12)의 중심 축선(A)과 정렬된다. 태양 기어(32)는 축선(A)을 중심으로 배치되며, 세 개의 유성 롤러(34)는 원주 표면을 따라 회전한다. 축방향 길이를 따르는 도중에 무단 유성 롤러(34)는 낮은 탄성을 갖는, 즉 비교적 강성인 환형의 제 1 중공 기어(36)에 의해 둘러싸인다. 축방향 길이의 다른 쪽 절반에서 유성 롤러(34)는 제 2 중공 기어(56)에 의해 둘러싸이며, 제 2 중공 기어(56)는 고도의 탄성률 및 제 1 중공 기어(36)보다 더 작은 내측 원주를 갖는다. 이들 두 요인들은 모두 유성 롤러(34)와의 접촉으로 야기되는 제 2 중공 기어(56)의 원 형상에서 벗어난 약간 삼각형 형상을 형성하고, 이러한 삼각형 형상은 도면에 다소 과장되어 있으며 작동중에 동적으로 변화한다. 탄성률의 차이는 적절한 재료를 선택함으로써 획득된다.

양 중공 기어(36,56)들이 모두 높은 압력으로 반경 방향 예비인장을 제공하여 임의의 미끄러짐이 없는 상태에서 유성 롤러(34)의 우수한 롤링을 보장하며, 태양 기어(32)는 반경 방향 힘을 보상한다. 유성 캐리어를 통하는 대신 태양 기어(32)를 통하는 구동 입력부로 인해, 중공 기어들의 내측 원주비는 200의 기어비를 위해 200/199가 되어야만 하지는 않지만, 그 대신 보다 큰 비율 및 그로 인하여 공차에 덜 민감한 비율이 선택될 수 있다. 또한, 태양 기어(32) 외에, 또는 태양 기어(32) 대신에 유성 롤러를 구비하는 유성 캐리어가 제 1 유형의 기어 스테이지 디자인과 유사한 입력 드라이브로서 사용될 수 있거나, 유성 롤러를 위치시키는 베어링 케이지(bearing cage)가 제공될 수도 있다. 변형 실시예에서, 나란히 축방향으로 정렬된 상이한 탄성률을 갖는 두 개의 태양 기어가 중공 기어와 결합하여 제공될 수 있거나, 상이한 탄성률을 갖는 중공 기어들 및 연속적이거나 분리된 태양 기어의 다른 결합이 제공될 수 있다. 또한, 유성 롤러는 단차질 수도 있다.

제 2 중공 기어(56)의 변형을 출력부(54)용 강성 샤프트에 전달하기 위해, 또는 대안적으로 하우징에 이러한 변형을 가하기 위해, 제 2 중공 기어(56)는 예를 들면, 외부에서 반경 방향으로 둘러싸이는 고무 링과 같은 탄성 중합체 베드(50)에 장착되며, 이러한 링은 또한 지지부(52) 내에 반경 방향으로 배치된다. 탄성 중합체 베드(50)는 금속 링을 포함하는 중공 기어(56)의 추가 구성요소로서 생각될 수도 있다. 탄성 중합체 베드(50) 대신, 제 2 중공 기어(56)용 탄성 스포크(elastic spokes) 또는 축방향 또는 반경 방향 파워 픽오프(power pick-off)는 변형 가능한 벽부를 갖는 컵의 삽입 또는 댐퍼 부재를 포함하는 천공 디스크를 구비할 수 있다. 약간 비균일한 중공 기어(56)의 운동은 바람직하게 보상되지 않거나 약간만 보상된다.

바람직하게 제 3 유형의 기어 스테이지는 제 1 또는 제 2 모터 변형예와 결합되지만, 브러시 정류 모터를 포함하는 다른 모터 변형예와 결합될 수도 있다. 제 1 중공 기어(36)는 예를 들면 하우징, 즉 스테이터(16)에 부착된다. 드라이브로서 작용하는 태양 기어(32)는 내부 로터(22)(또는 외부 로터(24))에 연결되는 반면, 제 2 중공 기어(56)는 출력부(54)로서 작용한다. 이 경우, 예를 들면 중공 샤프트일 수 있는 파워 출력 샤프트는 종 형상 단부 피스에 의해 제 2 중공 기어(56)에, 보다 구체적으로는 제 2 중공 기어(56)의 지지부(52)에 부착될 수 있다. 각각의 직경은 직경의 선택을 통해 다른 비율이 가능할 수 있도록 항상 동일한 차수가 되어야 한다. 바람직하게 태양 기어(32), 유성 롤러(34) 및 중공 기어(36)의 축방향 길이는 충분히 길어서, 내부 로터(22) 및 외부 로터(24)는 기어 스테이지(14)에 의해 스테이터(16)에 대해 위치될 수 있다. 또한, 제 3 유형의 기어 스테이지에 대해 선택된 구성으로 인하여 제 2 중공 기어(56), 즉 출력부(54) 뿐만 아니라 태양 기어(32) 및 그에 따른 내부 로터(22) (또는 외부 로터(24))의 별도의 베어링을 제공할 필요가 없지만, 그러한 가능성을 배제하지는 않는다.

기어 스테이지(14)는 스위치 기어로서 설계될 수 있으며, 스위치 기어는 제 2 유형의 기어 스테이지를 기초로 하기에 보다 상세히 설명되는 모터(12)의 불변하는 단 하나의 회전 방향을 유지하면서, 두 개의 상이한 출력부(54)의 회전 방향들 사이에서 선택할 수 있다. 제 2 유형의 기어 스테이지로 설명된 바와 같이, 일련의 내부 유성 롤러(34)는 태양 기어(32) 상에 놓이고, 또한 일련의 제 1 유성 롤러(40)는 유성 롤러(34)의 상부에 배치되며, 이로부터 축방향으로 편향된 제 1 외부 링(44)에 의한 예비인장 하에서 정위치에 유지되며, 일련의 제 2 유성 롤러(42)는 제 2 외부 링(46)에 의한 예비인장 하에서 정위치에 유지된다. 제 2 외부 링(46)은 출력부(54)의 일부를 형성한다. 내부 유성 롤러(34)의 축방향 길이는, 제 3 외부 링(58)이 제 2 외부 링(46)으로부터 먼 쪽을 향하는 측면 상에서 제 1 외부 링(44)을 따라 축방향으로 배치되어 예비인장 하에서 내부 유성 롤러(34)를 직접 에워싸도록 선택된다. 제 1 외부 링(44) 및 제 3 외부 링(58)의 외부 직경은 적어도 대략적으로 일치한다.

랩 스프링(60)은 하우징의 중앙에 부착되며, 그렇지 않을 경우, 권선의 일부는 제 1 외부 링(44) 둘레에 감기며, 권선의 나머지 일부는 제 3 외부 링(58) 둘레에 감긴다. 각 경우, 영구 마그넷은 랩 스프링(60)의 양쪽 자유 단부에 지지 자석(61)으로서 배치되며, 상호 마주하는 두 개의 지지 자석(61)의 극(poles)들은 서로 반발한다. 바람직하게 지지 자석(61)은 예를 들면 희토류 그룹으로부터의 금속을 함유하고 있기 때문에, 높은 투자율(permeability)을 갖는다. 두 개의 지지 자석(61) 사이에는 임의의 극성으로 전압이 가해질 수 있는 스위칭 코일(63)이 둘레에 감기는 연철 코어(62)가 배치된다.

여기되지 않은 상태의 스위칭 코일(63)에 의해, 두 개의 지지 자석(61)은 코어(62)와 접촉하며, 코어는 국소적으로 자기력 선속 회로를 완성한다. 외부 링(44,58) 및 그에 따른 기어 스테이지(14)는 그 결과 정위치에 유지된다. 스테이터(16)의 코일(20)이 여기될 때, 스위칭 코일(63) 또한 여기된다. 전류의 방향에 따라, 두 개의 지지 자석(61) 중 하나는 계속해서 끌어당기는 반면, 다른 하나는 반발된다. 그 결과, 지지 자석이 랩 스프링(60)의 이러한 측면을 들어올림으로써 대응하는 외부 링(44 또는 58)을 해제한다. 일반적으로 회전 속도에 차이를 야기하는 외부 링(44,58)의 작은 직경차로 인해, 제 2 외부 링(46) 및 그로 인한 출력부(54)의 회전 방향은 외부 링(44 또는 58)이 차단됨에 따라 형성되는 반면, 모터(12) 및 그에 따른 태양 기어(32)의 회전 방향은 일정하게 유지되지만, 두 개의 가능한 출력부의 회전 방향이 서로 대향된다(단반향 모터).

마찰형 로킹 장치를 갖는 전술한 스위치 기어 외에도, 설계 변형예에서, 형상결합으로 작용하는 로킹 방법을 갖는 스위치 기어를 채용할 수도 있다. 도 12에 도시되어 있는 바와 같이, 예를 들면 지지 자석(61)은 치형 외부 링을 각각 전환 가능하게 로킹하는 치형 폴(64) 상에 배치된다. 기능은 전술한 바와 같다.

또한, 아이들 상태의 출력부(54)에 의해 전달된 토크 힘을 차단하는데 로킹 장치가 사용될 수 있다. 이러한 차단 작용은 기어 스테이지(14) 내에서 발생해야할 필요는 없지만, 모터(12)와 기어 스테이지(14) 사이에 적용될 수도 있다.

도 13a에 도시되어 있는 바와 같이, 예를 들면 모터(12)의 출력 샤프트는 한편으로 태양 기어(32)에 연결된 중간 기어(67)에 맞물리는 모터 피니언(66)을 구비하며, 다른 한편으로는 두 개의 캠 돌기(68')를 갖는 디스크 캠(68)과 마찰 연결된다. 아이들 상태에서, 두 개의 스프링이 장착된 치형 폴(64)은 중간 기어(67)에 적어도 거의 형상결합으로 맞물려, 특히 출력부 측에 전달된 토크 힘에 대해 중간 기어(67)를 차단한다. 모터(12)가 회전하기 시작하면, 디스크 캠(68)이 모터(12)와 함께 회전하고, 캠 돌기(68')가 치형 폴(64)의 제어 윤곽(64')과 접촉하여, 도 13b에 도시되어 있는 바와 같이, 치형 폴(64)을 중간 기어(67)와의 맞물림으로부터 들어올린다. 이제 중간 기어(67)는 임의의 장애물 없이 구동될 수 있으며, 바람직하게 디스크 캠(68)과의 마찰 접촉이 제거된다. 실시예의 바람직한 변형예에서, 디스크 캠(68)은 회전 축선과의 마찰 접촉으로 지지되지 않지만, 모터의 비회전부에 회전방향으로 견고하게 연결되며, 또한 하우징에 대한 작은 각도 범위에 걸쳐 회전 가능하게 지지된다. 이러한 방식으로 모터 피니언(66) 및 디스크 캠(68) 사이에 가해진 토크로 인하여, 이제 디스크 캠(68)은 모터(12)가 전환될 때 자동으로 회전하며, 이에 따라 치형 폴이 자동으로 해제된다. 모터 정류 유형은 이러한 로킹 장치에서 중요하지 않다. 또한, 로킹 작용은 마찰로 일어날 수도 있다.

본 발명에 따라 제공된 구동 유닛(10)은 단일 모터(12)와 단일 기어 스테이지(14)와의 결합에 제한되지 않는다. 특정한 성능 필요조건에 대해 예를 들면, 일시적으로 상이한 요구조건을 충족시키기 위해, 복수의 모터(12)를 결합할 수도 있다. 모터 캐리어(70)는 공통 중간 기어(67)의 중심 베어링 둘레에 배치되는 복수의 모터 슬롯(71)을 포함한다. 모터 슬롯 내부에 삽입되는 모터(12) - 예를 들면 세 개의 모터 - 는 이러한 중간 기어의 모터 피니언(66)과 맞물리며, 중간 기어는 - 전술한 바와 같이 - 출력부 측에 전달된 임의의 토크 힘에 대해 로킹될 수 있다. 이에 따라 형성된 다중 모터(72)는 그 후 중간 기어(67)에 의해 기어 스테이지(14)에 결합되며, 예를 들면 전술한 기어 스테이지 유형들 중 하나의 태양 기어(32)에 결합될 수도 있다. 모터 정류 유형은 이러한 연결에 있어서 중요하지 않다.

기계적으로 병렬 연결된 모터(12)는 일반적으로 전기식으로 연속하여 작동된다. 이는 도 16에서 두 개의 모터(12)를 이용하여 설명되며, 그 원리는 복수의 모터들을 포함하는 공지된 방식으로 확대될 수 있다. 전자 등가 회로로서 이해될 수 있는 하나 이상의 릴레이(74)가 모터(12)들 사이에 제공될 수 있다. 일반적으로, 직렬 연결로 인해, 작동 전압은 현재 모터(12)들 사이에 적어도 거의 균일하게 분배된다.

특정한 상황에서, 구동 유닛(10)이 더 높은 회전 속도 및/또는 더 높은 토크를 나타내는 것이 바람직할 수 있다. 구동 유닛(10)이 차량에 사용되는 경우, 이러한 상황은 충돌일 것이다. 그 후 구동 유닛(10)에 의해 구동된 장치는 탑승자의 보호 범위를 넓히기 위해 특정한 설정을 가능한 신속하게 취하려 한다. 이 경우, 구동 유닛(10)은 계속해서 사용할 수 없는 것으로 인정된다. 다른 특정한 상황은 예를 들면, 일련의 뒷좌석에 대한 접근을 용이하게 사용하도록(용이한 출입) 하기 위해 종방향 조정장치와 결합된 등받이를 전방으로 접는 것(자유로이 회전시키는 것)과 같이, 넓은 범위에 걸쳐 차량 좌석의 하나 또는 그보다 많은 조절기를 신속하게 설정하는 것일 것이다.

이러한 신속한 조정의 기계적 방법은, 외부 링(44,46)의 기하구조 또는 중공 기어(36,56)의 탄성의 차이가 충분히 큰 경우, 선택 가능한 기어비를 갖는 스위치 기어 유닛으로서 구성되는 제 2 및 제 3 유형의 기어 스테이지를 이용하여 이루어질 수 있다. 대안적으로 전환될 때 외부 링(44 또는 46) 또는 중공 기어(36 또는 56)를 정확히 로킹하는 스위치 기어 유닛에 제공된 로킹 장치를 이용하면, 상이한 속도를 발생시킬 수 있으며, 그에 따라 출력부에 상이한 기어비를 발생시킬 수 있다. 모터(12)의 회전 방향이 일정하게 유지되는 경우, 출력부의 회전 방향은 단방향 모터에 대해 전술한 위치에 대응하는 상태를 변화시킨다. 출력부의 일정한 회전 방향은 - 로킹 장치의 전환과 별개로 - 모터(12)의 회전 방향을 변화시킴으로써 발생될 수 있다.

본 발명의 다중 모터(72) 실시예에서 기존의 릴레이(74)는 보다 상세히 도시되어 있지 않지만 직렬 연결이 해제되고 모터(12)가 병렬로 연결되도록 존재하는 차량의 전자 시스템에 의한 특정 상황에서 작동된다. 인가된 전압이 증가하면, 적어도 잠시동안, 바람직하게는 구동된 장치가 원하는 설정에 도달할 때까지, 단일 모터(12)와 다중 모터(72)의 전력 흡수(power uptake)가 전체로서 증가한다. 짧은 작동 시간으로 인하여, 이때 열역학적 영향은 무시될 수 있다. 충돌 상황에 적용된다면, 릴레이(74)는 차량의 전자 시스템에 제공된 충돌 센서가 임박한 충돌에 대한 신호를 제공하는 경우, 실제 충돌이 일어나기 전에 트리거될 수 있다. 따라서 이 방법은 사전에 구조할 수 있게 한다.

모터(12) 또는 다중 모터(72)가 별 형상으로 연결된 회로에서 코일(20)에 의해 작동되는 경우, 도 17에 표시되어 있는 바와 같이, 특정한 상황에서 유효 저항을 감소시키고 또한 짧은 시간동안 성능을 증진시키기 위해 중심 탭을 갖는 별 형상으로 연결된 시스템으로 작업을 전환할 수 있다. 또한, 별 형상으로 연결된 회로를 이용하여 모터에 전압을 가하는 것은 제 3 모터 변형예 및 로킹 장치를 수반하는 결합에 대한 특히 우수한 방법이다. 특별한 상황이 발생한 경우, 제 3 모터 변형예의 두 개의 로터 중 하나는 로킹 장치에 의해 기계적으로 차단된다. 그 후 하류 기어 스테이지(14)가 높은 기어비(작은 감속)를 갖는 차동 기어로서 작용한다. 스위치가 중간 탭으로 만들어진 후, 다른 로터가 작은 저항으로 인해 높은 전력 흡수를 갖도록 가동되며, 이로 인해 궁극적으로 출력부(54)에 원하는 전력 증가를 발생시킨다.

본 발명에 따라 제공되는 구동 유닛(10)은 본 발명의 경우에 차량 내의 조정기(80)를 구동하는데 사용되지만, 구동 유닛(10)은 다른 곳에도 사용될 수 있다. 일반적으로, 조정기(80)는 서로에 대해 이동 가능한 두 개의 구성요소들을 포함하며, 두 개의 구성요소들 사이에서 구동 유닛(10)은 출력부(54)와 작동한다. 출력부(54)의 낮은 회전 속도는 많은 양의 토크를 발생시킨다. 조정기(80)에는 출력부(54)의 회전 운동을 선형 동작으로 전환하도록 하는 수단이 제공될 수 있다. 조정기(80)의 각각의 조정 방향에 대해 별도의 구동 유닛이 제공될 수도 있다. 조정기(80)가 사용될 수 있는 방법의 예시는 차량 좌석의 경우, 특히 자체 로킹 기어드 부품, 4절 기구의 2개의 기어 부재들 사이에서 작동하는 좌석 높이 조정기, 좌석 쿠션의 전방 에지를 피벗시키는 좌석 경사 조정기 또는 차량 좌석을 레일 상에서 길이 방향으로 이동시키는 길이방향 좌석 조정기 형태인 등받이 경사 조정기이다. 또한, 조정기(80)는 윈도우 리프터 또는 외부 미러 조정기로서 사용될 수 있다.

몇몇 적용에서, 두 개의 유사한 단일 조정기(80)는 구성요소들을 공동으로 이동시키기 위해 함께 작동한다. 예를 들면, 일반적으로 차량 좌석에서 동일한 단일 조정기(80)는 공지된 방식으로 좌석의 양 측면에 존재하며, 이러한 조정기는 회전 가능한 전달 로드(transmission rod)에 의해 쌍으로 결합되어 동기화된다. 본 발명에 따른 구동 유닛(10)을 사용하면, 매우 작은 설치 공간을 차지하며, 자체 구동 유닛(10)을 갖는 한 쌍으로 각각의 단일 조정기(80)를 제공할 수 있다. 이들 구동 유닛은 예를 들면, 모터(12)의 전자 정류에 사용되는 전자 시스템에 의해서, 또는 - 차량 좌석의 경우 - 차량 좌석 구조의 강성을 통하여 동기화된다.

이하, 본 발명에 따른 구동 유닛(10)의 바람직한 적용예로서, 자체 로킹 기어드 부품으로서 설계되며 예를 들면 차량 좌석의 등받이 경사를 조정하는데 사용되는 하중 지지 기어를 갖는 조정기(80)로의 통합에 대해 설명된다. 조정기(80)는 치형 림(81a)이 중공 기어와 같이 설계되는 제 1 부속 부분(81) 및 제 1 부속 부분(81)과 기어드 연결되는 기어 휠(82a)을 갖는 제 2 부속 부분(82)을 포함하며, 두 부속 부분(81,82)은 모두 하중 지지 기어를 형성한다. 기어 휠(82a)의 이끝원(tip circle)의 직경은 거의 치형 림(81a)의 이뿌리원(root circle) 직경보다 작은 하나의 치형의 높이이며, 기어 휠(82a)의 치형 개수는 치형 림(81a) 상의 치형 개수보다 적다. 구동 유닛에 의해 후술하는 방식으로 구동되는 경우, 치형 림(81a) 상에서 기어 휠(82a)의 상대 구름 운동(rolling movement)이 가능하며, 이는 중첩된 텀블링 동작(superimposed tumbling motion)으로 인한 두 개의 부속 부분(81,82)의 상대 회전으로서 도시되어 있다.

베어링을 위해, 제 1 칼라(81b)는 치형 림(81a)에 동심으로 제 1 부속 부분(81) 상에 형성되어 제 2 축선(B)을 형성하고, 제 2 칼라(82b)는 기어 휠(82a)에 동심으로 제 2 부속 부분(82) 상에 형성되어 (또는 그 대신 슬리브가 그 자리에 가압되어), 중심 축선(A)을 형성한다. 제 2 칼라(82b)의 직경은 제 1 칼라(81b)의 직경보다 크다.

전술한 바와 같이, 여기서 제 1 모터 변형예의 모터(12) 및 마찰 휠을 갖는 제 2 기어 스테이지 유형의 기어 스테이지(14)의 결합으로 이루어지는 본 발명에 따른 구동 유닛(10)은, 임의의 다른 결합으로 구성될 수도 있지만, 하중 지지 기어의 중심의 최적 공간에 배치되어, 제 2 부속 부분(82), 보다 정확하게는 제 2 칼라(82b)로 통합된다. 외부 플럭스 링(30)을 갖는 스테이터(16)는 여기 보다 상세히 도시되지 않은 전자 유닛을 갖는 제 1 부속 부분(81)으로부터 축방향으로 먼 쪽을 향하는 절반에서 제 2 칼라(82b)에 가압되며, 또한 제 1 부속 부분(81)으로부터 축방향으로 먼 쪽을 향하는 측면 상에서 제 2 칼라(82b) 내에 배치된다.

내부 로터(22)는 스테이터(16) 내부에 배치되며, 중공 태양 기어(32)는 내부 플럭스 링(28) 상에 형성되거나 내부 플럭스 링(28) 상에 동심으로 지지된다. 내부 유성 롤러(34)는 태양 기어(32) 상에 반경 방향 일렬로 배치되는 반면, 제 1 외부 유성 롤러(40) 및 제 2 외부 유성 롤러(42)는 내부 유성 롤러(34) 상에 일렬로 배치된다. 제 1 외부 링(44) 및 제 2 외부 링(46)은 인장 하에서 유성 롤러를 함께 지지하는 동시에 내부 로터(22)가 임의의 유극 없이 지지되도록 보장한다. 또한, 제 2 외부 링(44)은 제 2 칼라(82b) 내부로 가압되며, 즉 스테이터(16)와 같이 하우징에 부착되거나, 제 2 칼라(82b) 자체가 제 1 외부 링(44)을 형성한다.

작은 직경으로 인해, 제 2 외부 링(46)은 구동 유닛(10)의 출력부(54)로서 작용하는 동시에 제 2 칼라(82b) 내에서 회전 가능하며, 제 2 칼라(82b)는 슬라이드 베어링 부시로서 형성되거나, 이러한 부시는 축방향으로 제 1 부속 부분을 향하는 제 2 칼라(82b)의 단부로 가압된다. 제 2 외부 링(46) 상에는 원주의 약 1/4에 걸쳐 연장되며 축방향으로 돌출하는 구동부(85)가 형성된다. 구동부(85)는 제 2 외부 링(46)에 회전방향으로 견고하게 부착되며 별도로 형성되는 링 상에 배치될 수도 있다. 구동부(85)와 동일한 평면에는 제 1 칼라(81a) 상에 배치되는 두 개의 곡선형 웨지부(86)가 제공되는 반면, 구동부(85)는 웨지부(86)의 좁은 측면들 사이에서 유극과 맞물린다. 서로를 향하는 웨지부(86)의 넓은 측면들 사이에 맞물리는 스프링(87)은 웨지부(86)를 원주 방향으로 이격시킨다. 동시에, 구동부(85)와 웨지부(86)는 편심기(88)를 형성한다.

구동 유닛(10)은 편심기(88)를 회전시키고, 회전 속도는 스테이터(16)의 자기장의 주파수에 비해 크게 감소되며, 토크는 크게 증가된다. 제 2 부속 부분(82)을 따라 활주하는 편심기(88)의 전체 1회전에 대해, 제 1 부속 부분(81)의 치형 림(81a)은 제 2 부속 부분(82)의 기어 휠(82a) 상의 하나의 치형에 의해 더 회전되며, 제 2 축선(B)은 축선(A)을 중심으로 동일한 범위까지 천천히 이동한다. 이는 조정 운동을 나타내는 전술한 중첩된 텀블링 동작에 따른 상대 회전을 초래한다. 텀블링 동작으로 인한 토크 변동은 모터(12)를 정류하는데 사용되는 전자기기에 의해, 예를 들면 회전 각도 및/또는 시간에 종속적인 회전 속도에 의해 보상될 수 있다.

조정기(80)의 하중 지지 기어로 구동 유닛(10)을 통합함에도 불구하고, 구동 유닛(10)은 중공 샤프트 드라이브로서 설계되며, 즉 모터(12) 및 기어 스테이지(14) 모두에서 축선(A)을 중심으로 한 중심 영역은 필요한 경우 전달 로드 등이 여전히 설치될 수 있도록 남아 있다.

조정기(80)의 큰 질량은 음향적인 이점을 제공한다. 고정되고 단단하며 예비 인장된 마찰 휠 구조에서 조정기(80)의 큰 질량에 내부 로터(22)의 작은 회전 질량을 유극 없이 연결함으로 인해, 내부 로터(22)의 고체 전파음(solid-borne sound) 진동이 안내되지만, 가속되어야 하는 큰 질량으로 인해 이러한 진동은 낮은 진폭에만 도달한다. 스테이터(16)와 하중 지지 기어 사이의 접촉을 통해, 조정기(80)의 큰 질량은 또한 열역학적 이점들을 제공한다.

구동 유닛을 조정기(80)에 통합하는 변형예에서, 스테이터(16)는 제 2 부속 부분(82)으로부터 먼 쪽을 향하는 제 1 부속 부분(81)의 외부 표면상에 편평하게 장착되며, 제 1 부속 부분의 제 1 칼라(81b)는 구동 유닛(10)에 대한 중심 축선(A)을 형성한다. 축선(A)에 동심인 외부 로터(24)는 축선(A)에 또한 동심인 내부 칼라를 가지며 태양 기어(32)를 형성하는 작은 직경을 갖는 컵의 원통형 벽부를 형성한다. 제 2 또는 제 3 유형의 기어 스테이지(14)는 태양 기어(32)와 제 1 칼라(81b) 사이에 공간적으로 배치되고 - 바람직하게는 동시에 제 1 외부 링(44)을 형성하며 - 전술한 방식으로 편심기(88)를 구동시키며, 이는 또한 제 2 부속 부분(82)을 차례로 이동시킨다. 이제 제 2 부속 부분(82)에 의해 형성된 제 2 축선(B)은 축선(A)을 중심으로 느리게 편향된다. 다른 양태에서, 이러한 특징 및 기능들은 전술한 실시예에 대응한다.

참조 부호 목록

10 구동 유닛

12 모터

14 기어 스테이지

16 스테이터

18 스테이터 폴

20 코일

22 내부 로터

24 외부 로터

26 영구 마그넷

28 내부 플럭스 링

30 외부 플럭스 링

32,32' 태양 기어

34 (내부) 유성 롤러

34' 유성 기어

36,36' (제 1) 중공 기어

38 유성 캐리어

40 제 1 외부 유성 롤러

42 제 2 외부 유성 롤러

44 제 1 외부 링

46 제 2 외부 링

48 금속 링

50 탄성 중합체 베드

52 지지부

54 출력부

56 제 2 중공 기어

58 제 3 외부 링

60 랩 스프링

61 지지 자석

62 코어

63 스위칭 코일

64 치형 폴

64' 제어 윤곽

66 모터 피니언

67 중간 기어

68 디스크 캠

68' 캠 돌기

70 모터 캐리어

71 모터 슬롯

72 다중 모터

74 릴레이

80 조정기

81 제 1 부속 부분

81a 치형 림

81b 제 1 칼라

82 제 2 부속 부분

82a 기어 휠

82b 제 2 칼라

85 구동부

86 웨지부

87 스프링

88 편심기

A 축선

B 제 2 축선

Claims

구동 유닛(10)에 의해 서로에 대해 이동 가능하며, 하중 지지 기어를 형성하는 둘 이상의 부속 부분(81,82)을 갖는 차량 좌석용 조절기(80)로서, 상기 구동 유닛(10)이 전자 정류 모터(12) 및 기어 스테이지(14)를 포함하며, 적어도 상기 기어 스테이지(14)가 상기 하중 지지 기어의 부속 부분(81,82)들 중 하나의 중앙에 배치되는, 차량 좌석용 조절기에 있어서,

상기 구동 유닛(10)은 상기 하중 지지 기어에 통합되고, 상기 모터(12)는 상기 하중 지지 기어 내에 지지되며 축선(A)을 중심으로 회전하는 하나 이상의 로터(22,24)를 포함하는 것을 특징으로 하는

차량 좌석용 조절기.
제 1 항에 있어서,

상기 로터(22,24)는 상기 기어 스테이지(14)로부터 상기 하중 지지 기어까지 유극이 없는 상태로 연속적으로 지지되는 것을 특징으로 하는

차량 좌석용 조절기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 구동 유닛(10)은 상기 하중 지지 기어의 부속 부분(81,82)들 중 하나의 중앙에 배치되는 것을 특징으로 하는

차량 좌석용 조절기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

두 개의 단식 조절기(80)가 함께 작용하며, 각각의 상기 단식 조절기(80)에서 상기 하중 지지 기어에 상기 구동 유닛(10)이 통합되는 것을 특징으로 하는

차량 좌석용 조절기.
제 4 항에 있어서,

두 개의 상기 구동 유닛(10)은 상기 모터(12)의 전자 정류를 위한 전자 수단에 의해 동기화되는 것을 특징으로 하는

차량 좌석용 조절기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 조절기(80)는 자체 로킹 기어드 부속품으로서 설계되며, 상기 조절기 내에서 상기 구동 유닛(10)에 의해 구동된 편심기(88)에 의해 제 1 부속 부분(81)과 제 2 부속 부분(82)이 서로에 대해 회전되는 것을 특징으로 하는

차량 좌석용 조절기.
제 6 항에 있어서,

상기 부속 부분(81,82)은 각각 일체로 형성된 칼라(81b,82b) 또는 부착된 슬리브를 포함하며, 상기 일체로 형성된 칼라(81b,82b) 또는 부착된 슬리브에 의해 상기 부속 부분(81,82)은 상기 편심기(88)를 지지하고/지지하거나, 상기 구동 유닛(10)의 적어도 일부분을 수용하는 것을 특징으로 하는

차량 좌석용 조절기.
제 6 항에 있어서,

상기 편심기(88)는 구동 가능한 구동부(85), 두 개의 곡선형 웨지부(86), 및 상기 웨지부(86)의 대향하는 폭이 넓은 측면들 사이에 맞물려 상기 폭이 넓은 측면들을 원주방향으로 멀어지게 하는 스프링(87)에 의해 형성되며, 상기 두 개의 곡선형 웨지부(86)들의 좁은 측면들 사이에서 상기 구동부(85)는 유극과 맞물리는 것을 특징으로 하는

차량 좌석용 조절기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 모터(12), 기어 스테이지(14) 및 하중 지지 기어 사이의 접촉영역의 부품들이 복수의 기능을 실행하는 것을 특징으로 하는

차량 좌석용 조절기.
제 8 항에 있어서,

상기 구동부(85)는 상기 기어 스테이지(14)의 출력부(54), 유성 캐리어(38), 외부 링(46) 또는 중공 기어(56) 상에 일체로 형성되거나 부착되는 것을 특징으로 하는

차량 좌석용 조절기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 모터 또는 모터들(12)의 회전 속도는 상기 구동된 부속 부분(81,82)이 주어진 각속도로 움직이도록 제어되고/제어되거나 조절되어 것을 특징으로 하는

차량 좌석용 조절기.