KR101242268B1 - 전동 휠체어의 구동장치 - Google Patents

전동 휠체어의 구동장치 Download PDF

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KR101242268B1 KR1020110120566A KR20110120566A KR101242268B1 KR 101242268 B1 KR101242268 B1 KR 101242268B1 KR 1020110120566 A KR1020110120566 A KR 1020110120566A KR 20110120566 A KR20110120566 A KR 20110120566A KR 101242268 B1 KR101242268 B1 KR 101242268B1
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Abstract

본 발명은 회전동력을 발생시키는 전동기의 회전력을 받아 회전하는 원통형상의 회전자의 중심에 헬리컬기어가 형성된 입력기어가 설치된다.
상기 입력기어를 중심축으로 맞물리게 등분배치된 다수개의 제1감속기어가 상기 회전자에 수용되고, 상기 제1감속기어의 상부에 제2감속기어가 일체로 형성되고, 상기 원통형상의 회전자에 수용되며, 다수개의 관통홀이 생성되어 있는 원반형상의 캐리어가 설치된다.
상기 제2감속기어의 중심에 맞물리게 배치되고, 일측에 스플라인이 형성되어 있는 휠샤프트가, 다수개의 결합가능한 관통홀이 생성되어 있는 플랜지와 스플라인으로 결합되는 것을 포함하는 전동 휠체어의 구동장치를 제공한다.

Description

전동 휠체어의 구동장치{Driving device for electric wheelchair}
본 발명은 전동 휠체어의 구동장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 2단으로 형성된 다수개의 감속부를 원주방향으로 배치하여 작동시 안정성 및 저소음을 가지고, 상기 2단으로 형성된 다수개의 감속부에 형성된 제1감속기어 및 제2감속기어의 중심에 입력과 출력이 맞물리게 배치되어 인라인 형태로 구성되며, 또한 상기 감속부가 회전자 내부에 수용되어 컴팩트한 구조를 가질 수 있고, 외치형태의 구조상 다양한 감속비를 가지질 수 있는 전동 휠체어의 구동장치에 관한 것이다.
종래에도 다양한 전동 휠체어의 구동장치가 있었으나 일반적으로 유성 기어 감속기를 채용하고 있으며, 회전자의 회전 출력을 유성 기어 감속기를 개재하여 휠에 전달하는 방식으로 출력은 캐리어 또는 링기어를 출력으로 가지게 된다.
미국특허 5,382,854 '플레네타리 기어링을 가진 전기모터 구동장치'를 보면 회전자에 고정되어 함께 회전하는 선기어 플랜지에 선기어가 함께 회전하게 설치 되고, 상기 선기어의 회전력을 전달받은 유성기어가 컵형상의 캐리어커버 및 캐리어와 함께 회전하게 된다.
상기 선기어 플랜지와 캐리어커버 사이에는 스러스트 니들 베어링을 설치하여 회전시 작용하는 스러스트힘을 억제시키게 되고, 상기 유성기어와 맞물려 있는 고정링기어를 거쳐 캐리어가 감속된 회전을 하게 되고, 또한 상기 캐리어의 일측에 스플라인을 형성하여 출력축과 결합시켜 출력을 전달하는 방식이다.
상기와 같은 구조는 구성이 복잡하고 조립이 어려우며, 유성기어와 연결된 캐리어의 감속된 출력으로 작동하게 되므로 감속비를 자유롭게 설정할 수 없고, 여러단계의 조립체를 거치게 되므로 직결력이 떨어지고 지지구조가 약하게 되는 문제가 있었다.
본 발명은 종래의 기술이 가지는 문제점을 극복하기 위하여 발명된 것으로 2단으로 형성된 다수개의 감속부를 설치하여 입력과 출력을 상기 감속부의 제1감속기어 및 제2감속기어에 인라인으로 맞물리게 형성함으로서 한번에 맞물리는 기어의 수가 많고 순차적으로 기어들이 맞물림으로서 회전시 진동이 적고 과부하에도 견딜 수 있는 내구성과, 일반적으로 사용하는 링기어 및 캐리어출력 대신 외치로 형성된 출력을 사용함으로서 타이어 및 휠의 부하에 대한 지지강도를 높일 수 있고, 또한 상기 감속부 기어들이 회전자 내부에 수용되어 매우 컴팩트하고, 다양한 감속비를 가질 수 있는 전동 휠체어의 구동장치를 가지는 것을 목적으로 한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 회전력을 받아 회전하는 원통형상의 회전자의 중심에 헬리컬기어가 형성된 입력기어가 설치된다.
상기 입력기어를 중심축으로 맞물리게 등분배치된 다수개의 제1감속기어가 상기 회전자에 수용되고, 상기 제1감속기어의 상부에 제2감속기어가 일체로 형성되어있으며, 상기 원통형상의 회전자에 수용되고, 다수개의 관통홀이 생성되어 있는 원반형상의 캐리어가 설치된다.
상기 제2감속기어의 중심에 맞물리게 배치되고, 일측에 스플라인이 형성되어 있는 휠샤프트가 다수개의 결합가능한 관통홀이 생성되어 있는 플랜지와 스플라인으로 결합되는 것을 포함하여 이루어지는 전동 휠체어의 구동장치
이와 같이 이루어지는 본 발명에 의한 전동 휠체어의 구동장치는 감속부가 회전자의 내부에 수용됨에 따라 컴팩트한 구성을 가질 수 있고, 감속부의 기어가 외치차로 형성되어 있어 다양한 감속비를 가질수 있으며, 입력과 출력이 인라인 형식으로 이루어져 있어 조립 및 설치가 용이함으로 다양한 차종에 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 단면도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 분해 사시도
도 3은 도 1의 A-A 방향 단면도
도 4는 도 1의 B-B 방향 단면도
이하, 본 발명에 따른 전동 휠체어의 구동장치에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 전동 휠체어의 구동장치에 대한 일예를 나타낸 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 전동 휠체어의 구동장치에 대한 일예를 나타낸 분해 사시도이고, 도 3 및 도 4는 각각 도 1의 A-A 방향 단면도 및 B-B 방향 단면도로써 본 발명에 따른 전동 휠체어의 구동장치의 감속부 결합모양을 나타내고 있다.
도시한 바와 같이 본 발명에 따른 전동 휠체어의 구동장치는 회전력을 발생시키는 전동기를 수용하고 있는 하우징(10)과 상기 하우징의 일측면을 덮고 있는 하우징커버(20), 상기 하우징(10) 및 하우징커버(20)의 내부에 형성된 다수개의 감속기어, 특히 2단으로 형성된 감속부(60)가 회전자(30) 내부에 수용되는 것이 특징이다.
상기 하우징(10)은 내부가 빈 그릇 형상을 하고 있으며, 일측면에 상기 하우징커버(20)를 고정하기 위한 다수개의 고정홀(11)이 형성되어 있고, 내 벽면에 형성된 단부(12)에 고정자(15)가 설치된다.
또한 하우징(10)의 내부 바닥면에는 고정가능한 다수개의 고정홀(16)이 형성되어 있으며, 동일면의 중심에는 관통홀(17)이 형성되어 있다. 상기 관통홀(17)에는 미끄럼부재(300)가 삽입되고 상기 미끄럼부재(300)의 이탈을 방지하기 위한 소정의 홈(18)이 형성되어 있는데 상기 홈(18)에는 스냅링(360)을 설치하는 것이 바람직하다.
상기 고정홀(11)에 다수개의 고정부재(410)로 고정되며, 일측면에 상기 고정자를 고정하는 단턱(25)이 형성되어 있는 하우징커버(20)가 조립된다.
상기 하우징커버(20)의 중심에는 소정의 보스(21)가 형성되어 있고 상기 보스(21)의 중심에는 미끄럼부재(310,320)를 수납할 수 있도록 수납홈(22) 및 관통홀(23)이 형성되어 있는데, 상기 수납홈(22)의 내주면에는 소정이 홈(24)이 형성되어 있고, 상기 홈(24)에는 후에 설명할 회전자(30)의 축방향 움직임을 제한하기 위해 스냅링(370)이 설치됨이 바람직하다.
또한 상기 하우징커버(20) 외부 일측면에는 전자브레이크(250)가 부착되게 되는데 상기 전자브레이크(250)는 후에 설명할 입력기어(40)과 결합되어 하우징커버(20) 일측면에 고정부재(430)로 고정되게 된다.
상기 하우징(10)의 중심에 회전력을 받아 회전하는 회전자(30)가 설치되고, 상기 회전자(30)의 외주면에 영구자석(35)이 장착되어 있다.
상기 회전자(30)는 원통형 구조로 일측에 삽입공(31)이 형성되어 있으며, 타측에 상기 하우징커버(20)와 회전가능하게 지지되는 축(32)이 형성되어 있고, 축(32)의 끝단부에 상기 회전자(30)의 축방향 이동을 제한하기 위한 홈(33)이 형성되어 있다.
또한, 상기 회전자(30)의 중심부에 상기 삽입공(31)의 일측면과 상기 축(32)을 관통하는 관통홀(36)이 형성되어 있으며, 상기 관통홀(36) 주위에 다수개의 고정홈(37)이 형성되어 있다.
한편, 지지축(41)의 외주면에 다수개의 고정홈(42)이 형성되어 있고, 상기 지지축(41)의 상부에 소정의 각도를 가진 헬리컬기어가 형성되어 있는 입력기어(40)가 상기 회전자(30)의 관통홀(36)에 삽입된다
상기 입력기어(40)는 지지축(41)의 일측이 전자브레이크(250)와 결합되고, 상기 지지축(41) 외주면에 형성된 고정홈(42)에 키(440)가 결합 되는데, 상기 회전자의 관통홀(36)에 형성된 고정홈(37)에 끼워맞춤 됨이 바람직하다.
상기와 같이 결합 되므로 회전자(30)와 입력기어(40)가 일체화되어 회전할 수 있고, 전자브레이크(250)에 의한 브레이킹시에도 일체화된 회전자(30)를 쉽게 멈출 수 있는 구조가 되며, 또한 상기 회전자(30)의 내부에 입력기어(40)가 위치함에 따라 공간을 비약적으로 절약할 수 있게 되는 것이다.
상기 입력기어(40)의 상부에 형성된 헬리컬기어를 중심으로 원주방향으로 맞물리게 등분된 다수개의 감속부(60)가 상기 회전자(30)의 삽입공(31)에 설치된다.
상기 감속부(60)는 2단으로 형성된 헬리컬기어로, 하부에 상기 입력기어(40)와 맞물리게 등분배치된 제1감속기어(50)가 형성되어 있고, 상부에는 상기 제1감속기어(50)와 다른 방향의 각도로 이빨이 형성되어 있는 제2감속기어(55)가 일체로 형성되어 있다.
또한, 상기 제2감속기어(55)의 일측에는 2단으로 형성된 감속부를 회전가능하게 지지하기 위한 지지축(56)이 형성되어 있는데, 상기 지지축(56)의 외주면에 소정의 홈(57)이 형성되어 있다.
상기와 같이 감속부를 2단으로 형성하는 것은 일반적인 기술이나 보통 1단부와 2단부를 따로 가공하여 압입, 또는 키결합 등으로 일체화하여 많이 사용되고 있고 지지부를 상부와 하부에 형성하는 것이 일반적이다.
하지만 본 발명의 2단으로 형성된 감속부(60)는 일체로 형성된 소재에 제1감속기어(50)와 제2감속기어(55)의 사이에 지지부(56)를 형성함으로서 감속부(60) 전체의 길이를 줄일 수 있고, 또한 가공시에도 제1감속기어(50)의 호브(HOB)와 제2감속기어(55)의 호브(HOB)를 동시에 사용하여 가공할 수 있으므로 저 코스트 및 생산성 향상을 꾀할 수 있다.
또한 제1감속기어(50)의 비틀림방향과 제2감속기어(55)의 비틀림방향이 서로 다른 방향으로 구성되어 있어 헬리컬기어의 특성상 회전시 일방향으로 스러스트힘을 발생시키는 것을 감소시킬 수 있게 된다. 즉, 제1감속기어(50)의 비틀림방향이 오른쪽이 되고 제2감속기어(55)의 비틀림방향으로 왼쪽이 되면 제1감속기어(50)는 상승하려는 힘이 작용하고 제2감속기어(55)는 하강하려는 힘이 작용하게 되므로, 서로의 힘을 상쇄해 주는 효과를 가질 수 있게 되는 것이다.
한편, 상기 회전자(30)의 삽입공(31)에 동심으로 설치되고 일측면에 보스(75)가 형성되어 있는 캐리어(70)가 게시된다.
상기 캐리어(70)는 원반형 구조로 상기 보스(75)가 형성되어 있는 면에 미끄럼부재(330,340)를 수용할 수 있도록 다수개의 삽입공(71)이 형성되어 있고, 상기 삽입공(71)의 일측면에는 관통홀(72)이 형성되어 있으며, 상기 관통홀(72)을 통과하여 상기 제2감속기어(55)의 일측에 형성되어 있는 지지축(56)이 미끄럼부재(330,340)에 회전가능하도록 지지된다.
또한, 상기 미끄럼부재(330,340) 사이에 상기 지지축(56)에 형성된 소정의 홈(57)이 위치하게 되는데 상기 홈(57)에 2단으로 형성된 감속부(60)의 축 방향 움직임을 제한하기 위한 스냅링(390)이 설치된다.
그리고 상기 캐리어(70)의 타측면에은 다수개의 관통홀(76)이 형성되어 있는데, 상기 관통홀(76)에는 상기 캐리어(70)의 움직임을 억제하기 위한 고정부재(420)가 삽입되고, 상기 고정부재(420)는 상기 하우징(10)의 내면에 위치한 고정홀(16)에 고정되어 상기 캐리어(70)의 움직임을 억제하게 된다.
한편 상기 캐리어(70)의 고정부재(420)가 삽입되는 면의 중심부에는 상기 입력기어(40)의 상부에 형성된 헬리컬기어의 움직임에 간섭받지 않도록 소정의 센터홀(77)의 형성해 주는 것이 바람직하다.
상기와 같이 캐리어(70)가 고정됨으로 인해 입력기어(40)에서 동력을 전달받은 다수개의 감속부(60)는 제자리에서 회전을 하게되고 이는 캐리어와 함께 회전 하는것 보다 더욱 안정적인 동력을 전달할 수 있게 되는 것이다.
상기 캐리어(70)의 일측면에 형성된 보스(75)에 미끄럼부재(350)가 끼워지고 상기 미끄럼부재(350)에 회전가능하게 지지되는 휠샤프트(100)가 끼워진다.
상기 휠샤프트(100)는 상부에 다수개의 키 형상을 가진 스플라인(90)이 형성되어 있고, 하부에는 출력기어(80)가 형성되어 있는데, 상기 출력기어(80)는 상기 캐리어(70)의 관통홀(72)을 통과하여 형성되어 있는 다수개의 제2감속기어(55)의 중심에 맞물리게 형성되고, 상기 출력기어(80)의 일측면에는 상기 미끄럼부재(350)가 결합될 수 있는 수납홈(85)이 형성되어 있다.
또한 상기 스플라인(90)의 외주면 일측에는 휠샤프트(100)의 축방향 움직임을 제한하기 위해 소정의 홈(95)이 형성되어 있으며, 상기 하우징(10)에 삽입된 미끄럼부재(300)에 상기 스플라인(90)의 일측 외주면이 회전가능하게 지지되게 된다.
기존 전동 휠체어의 구동장치를 보면, 출력에는 캐리어 또는 링기어의 감속된 회전력을 출력으로 하고 있는 것이 일반적이나 상기와 같은 방식은 지지축에 부하가 많이 걸리고, 제한된 감속비를 가질 수밖에 없는 구조이다. 그러나 본 발명의 출력과 같이 구성하게 되면 지지축의 부하를 견딜 수 있는 구조를 자유롭게 만들 수 있고, 외치차로 형성된 기어들로 인해 감속비 또한 자유롭게 설계가 가능하다는 장점이 있다.
한편, 상기 스플라인(90)에 끼워맞춤되고, 상기 휠샤프트(100)의 회전에 따라 함께 회전하는 휠플랜지(110)가 삽입된다.
상기 휠플랜지(110)의 일측면에는 보스(115)가 형성되어 있고, 상기 보스(115)를 중심으로 다수개의 키홈형상의 스플라인(120)이 형성되어 있는데, 상기 스플라인(120)은 상기 휠샤프트(100)의 상부에 형성되어 있는 스플라인(90)과 끼워맞춤된 후 이탈되지 않도록 상기 스플라인(90)의 외주면 일측에 형성된 소정의 홈(95)에 스냅링(380)을 설치하는 것이 바람직하다.
또한 상기 휠플랜지(110)의 외주면을 따라 다수개의 등분된 고정가능한 관통홀(111)이 형성되어 있는데, 상기 관통홀(111)에 타이어(210)가 장착된 휠(200)이 고정되게 된다.
상기 설명한 바와 같이 구성되면, 회전자(30)의 내부에 입력기어(40)와 제1,2감속기어(50,55) 및 캐리어(70)가 수용되므로, 매우 컴팩트한 구조를 가질 수 있고 특히, 기존 내치차 및 캐리어 출력방식에서 탈피한 외치차로 구성함에 따라 다양한 감속비 및 견고한 구조를 가질 수 있으며, 입력과 출력이 인라인으로 구성되어 있어 다양한 차종에 적용이 가능한 전동 휠체어의 구동장치를 얻을 수 있다.
10 하우징 20 하우징커버 30 회전자
40 입력기어 50 제1감속기어 55 제2감속기어
60 감속부 70 캐리어 80 출력기어
90 스플라인 100 휠샤프트 110 휠플랜지

Claims (3)

  1. 하우징(10)의 중심에 설치되며, 일측에 형성된 축(32)이 하우징커버(20)에 회전가능하게 지지되고, 일측면 중심에 삽입공(31)이 형성되어 있으며, 상기 삽입공(31)의 바닥면에 관통홀(36)과 함께 키홈(37)이 형성되며, 외주면에 영구자석(35)이 형성되어 있는 원통 형상의 회전자(30)와;
    상기 관통홀(36) 및 키홈(37)에 결합되며, 일측에 헬리컬기어가 형성되어 있고, 타측이 전자브레이크(250)와 결합되는 입력기어(40)와;
    상기 원통 형상의 회전자(30)에 수용되며, 상기 입력기어(40)를 중심으로 맞물리게 등분배치된 다수개의 제1감속기어(50)와;
    상기 제1감속기어(50)의 상부에 형성되어 있으며, 일측에 지지축(56)이 형성되어 있고 상기 지지축(56)의 외주면에 소정의 홈(57)이 형성되어 있는 제2감속기어(55)와;
    상기 원통 형상의 회전자(30)에 수용되되, 다수개의 삽입공(71)과 관통홀(72)이 생성되어 있으며, 상기 제2감속기어(55)가 미끄럼부재(330,340)와 함께 상기 삽입공(71)에 수용되며, 일측면이 상기 하우징(10)과 결합부재(420)로 체결되는 원반형상의 캐리어(70)와;
    상기 제2감속기어(55)의 중심에 맞물리게 배치되는 출력기어(80)가 일측에 형성되어 있고 타측에 스플라인(90)이 형성되어 있는 휠샤프트(100)와;
    상기 휠샤프트(100)와 결합되며, 다수개의 결합가능한 관통홀(111)이 형성되어 있는 휠플랜지(110)를 포함하는 전동 휠체어의 구동장치
  2. 제1항에 있어서,
    제1감속기어(50) 및 제2감속기어(55)는 일체로 형성된 2단 타입 감속부(60)로, 제1감속기어(50)의 비틀림방향과 제2감속기어(55)의 비틀림방향이 서로 다르게 형성되어 있으며, 상기 입력기어(40)를 중심으로 적어도 2개이상의 감속부(60)를 가지는 것을 특징으로 하는 전동 휠체어의 구동장치
  3. 제1항에 있어서,
    입력기어(40)와 감속부(60) 및 캐리어(70)가 상기 회전자(30)의 내부에 수용되는 것을 특징으로 하는 전동 휠체어의 구동장치
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