KR101434483B1

KR101434483B1 - 복수의 모터 결합을 위한 기어 장치

Info

Publication number: KR101434483B1
Application number: KR1020120132386A
Authority: KR
Inventors: 이호열; 박동현
Original assignee: 주식회사 하이코어
Priority date: 2012-08-14
Filing date: 2012-11-21
Publication date: 2014-08-26
Also published as: KR20140022333A

Abstract

본 발명은 같거나 서로 다른 복수의 모터를 기어 시스템을 통해 결합함으로써 각각의 모터의 본래의 특성 및 합성된 특성을 모두 출력으로 생성할 수 있는 복수의 모터 결합을 위한 기어 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일 측면에 따른 복수의 모터 결합을 위한 기어 장치는, 제1 기어부; 상기 제1 기어부와 맞물려 돌아가도록 형성된 제2 기어부; 상기 제1 기어부 또는 제2 기어부 중 적어도 하나와 맞물려 돌아가도록 형성된 제3 기어부; 및 구동력을 발생시키는 구동원을 포함하고, 상기 제1 내지 제3 기어부 중 두 개의 기어부가 상기 구동원으로부터 각각의 구동력을 전달 받는 입력파트가 되고, 나머지 하나의 기어부가 상기 각각의 구동력이 합성된 합력을 내보내는 출력파트가 되며, 상기 구동원은 서로 같거나 다른 출력을 가지는 모터를 각각 포함하는 제1 구동유닛 및 제2 구동유닛을 포함하고, 상기 제1 구동유닛 및 제2 구동유닛 중 적어도 하나는 상기 모터에 연결된 제4 기어부를 포함하며, 상기 제4 기어부는 동일한 하나의 모터에 설치되고 모터가 정회전 및 역회전함에 따라 각각 정회전 및 역회전 하는 정회전기어 및 역회전기어를 구비함으로써 모터의 정회전 또는 역회전에 따라 감속비는 다르게 하되 상기 출력파트에 전달되는 출력의 구동 방향은 같게 할 수 있다.

Description

복수의 모터 결합을 위한 기어 장치{GEAR APPARATUS FOR COMBINING MULTIPLE MOTORS}

본 발명은 복수의 모터 특성을 결합하여 합성된 출력을 생성하기 위한 기술에 관한 것으로, 보다 자세하게는 같거나 서로 다른 복수의 모터를 기어 시스템을 통해 결합함으로써 각각의 모터의 본래의 특성 및 합성된 특성을 모두 출력으로 생성할 수 있는 복수의 모터 결합을 위한 기어 장치에 관한 것이다.

일반적으로 로봇 및 기계 시스템을 제어 하기 위해서 모터가 많이 사용되는데, 이때 요구된 작업(작동, 동작)을 위해서 이를 만족하게 하는 모터의 용량을 선택하여야 한다. 모터의 용량은 모터의 크기, 무게, 비용과 밀접한 관계를 가지고 있다.

로봇 및 기계 시스템이 큰 토크, 빠른 속도로 구동 되어야 할 필요성이 있는 경우 높은 용량의 모터가 필요하게 되며, 이에 의해서 로봇 및 기계 시스템의 크기, 무게, 비용이 증가 되게 된다.

자동차의 경우 경사로에서 주행을 원활하게 하기 위한 고 토크 출력, 빠른 주행을 위한 고속 출력을 모두 얻기 위해서 엔진의 회전력을 바퀴에 전달하는 과정에서 기어 비를 변화 시키는 기어 변속 장치를 사용하게 된다. 하지만, 기어 변속 시스템은 기구적인 구성의 복잡함, 가격, 무게 등의 문제로 소형 모터 시스템에 사용이 어렵다.

따라서, 본 발명에서는 소형 모터 시스템에 간단히 적용될 수 있도록 자동 모터 차의 변속 기어 시스템과 같이 복잡한 기계적인 시스템을 사용하지 않고 이와 유사한 특성을 얻을 수 있도록 서로 다른 모터의 특성을 조합하여 사용하는 기술을 제안한다.

본 발명의 목적은 서로 다르거나 같은 특성의 모터 출력을 합성하여 새로운 출력을 생성하는 복수의 모터 결합을 위한 기어 장치를 제공하기 위한 것으로, 보다 상세하게는 각각의 모터의 특성을 개별적인 출력으로 사용하거나, 필요에 따라 각각의 모터 특성을 합성하여 하나의 출력으로 생성할 수 있으며, 또한 각각의 모터의 특성을 다르게 하거나 각각의 모터의 감속 비를 다르게 하여 모터의 출력 특성을 다양하게 함으로써, 필요에 따라 최적의 속도 및 토크로 모터를 구동할 수 있도록 하는, 복수의 모터 결합을 위한 기어 장치를 제공하기 위한 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 복수의 모터 결합을 위한 기어 장치는, 제1 기어부; 상기 제1 기어부와 맞물려 돌아가도록 형성된 제2 기어부; 상기 제1 기어부 또는 제2 기어부 중 적어도 하나와 맞물려 돌아가도록 형성된 제3 기어부; 및 구동력을 발생시키는 구동원을 포함하고, 상기 제1 내지 제3 기어부 중 두 개의 기어부가 상기 구동원으로부터 각각의 구동력을 전달 받는 입력파트가 되고, 나머지 하나의 기어부가 상기 각각의 구동력이 합성된 합력을 내보내는 출력파트가 되며, 상기 구동원은 서로 같거나 다른 출력을 가지는 모터를 각각 포함하는 제1 구동유닛 및 제2 구동유닛을 포함하고, 상기 제1 구동유닛 및 제2 구동유닛 중 적어도 하나는 상기 모터에 연결된 제4 기어부를 포함하며, 상기 제4 기어부는 동일한 하나의 모터에 설치되고 모터가 정회전 및 역회전함에 따라 각각 정회전 및 역회전 하는 정회전기어 및 역회전기어를 구비함으로써 모터의 정회전 또는 역회전에 따라 감속비는 다르게 하되 상기 출력파트에 전달되는 출력의 구동 방향은 같게 할 수 있다.

상기 모터는 서로 다른 용량을 갖거나 서로 다른 감속비를 가질 수 있으며, 상기 모터 중 하나는 저속-고 토크 특성을 갖고, 다른 하나는 고속-저 토크 특성을 가질 수 있다.

일 예로, 상기 제1 기어부는 선기어를 포함하고, 상기 제2 기어부는 유성기어 및 캐리어를 포함하고, 상기 제3 기어부는 링기어를 포함하고, 상기 선기어 및 캐리어가 입력파트가 되고, 상기 링기어가 출력파트가 되도록 할 수 있다.

다른 예로, 상기 제1 기어부는 선기어를 포함하고, 상기 제2 기어부는 유성기어 및 캐리어를 포함하고, 상기 제3 기어부는 링기어를 포함하고, 상기 선기어 및 링기어가 입력파트가 되고, 상기 캐리어가 출력파트가 되도록 할 수 있다.

또 다른 예로, 상기 제1 기어부는 선기어를 포함하고, 상기 제2 기어부는 유성기어 및 캐리어를 포함하고, 상기 제3 기어부는 링기어를 포함하고, 상기 링기어 및 캐리어가 입력파트가 되고, 상기 선기어가 출력파트가 되도록 할 수 있다.

상기 제4 기어부는 상기 정회전기어 및 역회전기어와 각각 연동하여 해당 입력파트에 구동력을 입력하는 제1 입력기어 및 제2 입력기어, 상기 정회전기어와 제1 입력기어의 사이 또는 상기 역회전기어와 제2 입력기어의 사이에 맞물려 돌아가도록 형성된 적어도 하나의 중간기어를 포함할 수 있고, 상기 정회전기어 및 역회전기어는 각각 클러치 베어링 또는 원-웨이(one-way) 베어링을 포함할 수 있다.
상기 클러치 베어링 또는 원-웨이 베어링은 상기 정회전기어 및 역회전기어가 설치된 모터와 동일한 모터에 설치될 수 있다.

전술한 바와 같이 본 발명의 다양한 측면에 따르면, 모터의 회전 방향에 따라 감속 비는 다르며 출력의 구동 방향은 같게 하는 시스템을 구현할 수 있고, 서로 다른 모터를 사용하거나 동일한 모터에 서로 다른 감속 비를 적용한 모터의 출력을 두 개의 입력 축과 하나의 출력 축을 가지는 유성기어 시스템을 사용하여 결합하는 방법을 사용하여 모터의 구동 방향, 구동 속도에 따라 다양한 속도-토크의 특성을 생성할 수 있는 시스템을 구현할 수 있다. 또한, 필요에 따라 각각의 모터 특성 및 감속 비를 적절히 조정하여 이를 조합하면 로봇 또는 기계 시스템의 구동 시 최대 토크, 최대 속도를 높일 뿐 아니라 에너지 효율 적인(전류 사용이 적은) 모터 구동을 할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 다양한 측면에 따르면 서로 다른 특성을 갖는 두 개의 구동 유닛으로부터 구동력을 입력 받아 그 합력을 출력하되, 특히 동일 구동 유닛으로부터도 모터의 회전 방향에 따라 감속 비는 다르며 출력의 구동 방향은 같게 하는 구동력을 입력 받을 수 있도록 함으로써, 필요에 따라 다양한 속도, 토크 조합의 출력을 제공할 수 있고, 이로 인해 기어 변속의 효과를 얻을 수 있다.

또한, 두 개의 입력 특성을 조합하여 필요에 따라 고속-저토크 또는 저속-고토크의 출력을 생산할 수 있어 소형 로봇이라도 자유 자재로 출력 특성을 변화시킬 수 있다.

또한, 소형 시스템에도 효과적으로 채용될 수 있고, 비용절감 및 대량생산이 가능하도록 모듈화가 용이하다.

또한, 사용 모터의 크기 및 무게에 비해 최대 속도 및 최대 토크를 증가하게 할 수 있고, 출력 축의 부하에 따라 다양한 방법으로 모터를 구동 할 수 있기 때문에 에너지 효율이 좋아진다.

도 1-2는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 모터 결합을 위한 기어 장치를 나타낸 도면,
도 3-4는 도 1의 유성 기어 시스템을 나타낸 도면,
도 5 내지 도 7는 도 3의 유성 기어 시스템에서의 두 개의 입력 특성을 이용한 다양한 입출력 관계를 설명하기 위한 예시도,
도 8 내지 도 10은 도 2의 모터 결합 장치에서의 입출력 관계를 설명하기 위한 예시도,
도 11은 도 8 내지 도 10의 단독 작동에 따른 출력(토크-속도) 그래프의 예를 나타낸 도면,
도 12는 도 8 내지 도 10의 결합 작동에 따른 출력(토크-속도) 그래프의 예를 나타낸 도면,
도 13은 도 1의 기어 장치의 적용예를 나타낸 도면이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 구체적으로 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 한다. 또한, 본 발명의 실시예에 대한 설명 시 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1-2는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 모터 결합을 위한 기어 장치(100)를 나타낸 도면으로, 도 1은 기어 장치(100)의 개략적인 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 기어 장치(100)의 결합 상태를 도식화하여 나타낸 도면이다.

이하 설명의 편의를 위해 두 개의 모터를 사용하는 것을 예를 들어 설명하되, 두 개의 모터를 사용하여 합성된 출력을 다른 모터와 결합하는 방법을 사용하면 다수의 모터의 특성을 합성할 수 있을 것이다.

본 실시예에 따른 기어 장치(100)는 서로 다른 두 개의 구동유닛의 특성을 합성하여 다양한 출력을 낼 수 있다. 이러한 기어 장치(100)는 상황에 따라 출력 특성의 변화가 필요한 다양한 분야에서 활용될 수 있다. 즉, 하나의 기어 장치(100)를 통하여 고속-저토크의 출력 또는 저속-고토크의 출력을 자유 자재로 변환할 수 있는 것이다.

기어 장치(100)는 제1 기어부(110), 제2 기어부(120), 제3 기어부(130), 및 제4 기어부(140)를 포함한다. 특히, 제1 내지 제3 기어부(110~130) 중 두 개의 기어부가 구동력이 입력되는 입력파트가 되고, 나머지 하나의 기어부가 구동력의 합력이 출력되는 출력파트가 될 수 있는데, 본 실시예에서는 제1,3 기어부(110,130)를 입력파트로 제2 기어부(120)를 출력파트로 하여 설명한다.

제4 기어부(140)는 모터의 회전 방향에 따라 감속 비는 다르며 출력의 구동 방향은 같게 하는 것으로, 입력파트에 구동력을 전달하는 구동원으로서의 제1 구동유닛(150) 및 제2 구동유닛(160) 중 적어도 하나에 제4 기어부(140)를 포함하여 구성할 수 있는데, 본 실시예에서는 제1 구동유닛(150)에 제4 기어부(140)를 포함하여 구성한 것을 일 예로 설명한다.

제1 기어부(110)와 제2 기어부(120)는 서로 맞물려 돌아가도록 위치된다. 그리고 제3 기어부(130)는 제1 기어부(110) 또는 제2 기어부(120)중 적어도 하나와 맞물려 돌아가도록 형성된다.

이하 실시예에서는 제1 기어부 내지 제3 기어부(110, 120, 130)를 각각 유성기어 시스템의 선기어, 캐리어에 연결된 유성기어, 그리고 링기어로 예시한다. 즉 본 발명의 실시예에 따른 기어 장치(100)에 선기어, 캐리어, 유성기어 및 링기어로 이루어진 유성기어유닛이 사용되는 것으로 예시한다. 그러나 두 개의 기어부가 입력파트가 되는 다른 형상의 기어가 사용될 수 있음은 당연하다. 이하는 유성기어유닛이 사용되는 것으로 예시하여 설명한다.

제1 기어부(110)는 선기어(111) 및 그 선기어(111)와 연결되어 구동력을 선기어(111)에 전달하거나 선기어(111)로부터 구동력을 전달받는 선기어축(112)를 포함할 수 있다. 제2 기어부(120)는 캐리어(122)와 그 캐리어(122)어의 일측 상에 안착된 상태로 자전할 수 있는 적어도 하나 이상의 유성기어(121), 및 캐리어(122)의 타측으로 연결형성되어 구동력을 전달하는 캐리어축(123)을 포함할 수 있다.

선기어(111)는 유성기어(121)의 사이에 게재되어 각각이 서로 맞물려 돌아가는 형상을 취한다. 따라서 일반적으로 선기어(111)의 회전방향과 유성기어(121)의 회전방향은 반대가 된다. 그리고 제2 기어부(120)는 캐리어(122)의 회전으로 인해 유성기어(121)의 자전 및 공전을 가능하게 한다.

제3 기어부(130)는 링기어가 된다. 이러한 링기어는 링 형상의 내부에 내접기어가 형성되게 형성되는 것이 일반적이다. 링기어로 예시되는 제3 기어부(130)는 제2 기어부(120)의 유성기어(121)의 외측에 외접하여 맞물리게 위치된다. 따라서, 제2 기어부(120)의 회전에 의해 제3 기어부(130)가 회전한다.

이러한 서로간의 맞물림으로 인하여 각각의 기어부의 회전이 서로 영향을 받아 입력된 힘이 합성되어 출력된다. 이때 제1 기어부 내지 제3 기어부(110, 120, 130) 중 두 개의 기어부가 입력파트가 된다. 즉, 구동유닛으로부터 구동력을 전달받는 기어부가 두 개가 되는 것이다.

제4 기어부(140)는 모터의 정회전 및 역회전 시 각각 정회전 및 역회전 하는 정회전기어(141) 및 역회전기어(142), 정회전기어(141)와 맞물려 돌아가도록 형성되어 해당 입력파트의 선기어축(112)에 구동력을 입력하는 제1 입력기어(144), 역회전기어와 맞물려 돌아가도록 형성된 중간기어(145), 중간기어(145)와 맞물려 돌아가도록 형성되어 해당 입력파트의 선기어축(112)에 구동력을 입력하는 제2 입력기어(146)를 포함할 수 있다.

정회전기어(141) 및 역회전기어(142)는 모터의 회전 방향에 따라 한쪽 방향으로만 회전하도록 하기 위해 각각 클러치 베어링(141a, 142a) 또는 원-웨이(one-way) 베어링을 포함할 수 있다.

도 3-4는 도 1의 유성 기어 시스템(또는 유닛이라 칭함)을 나타낸 도면으로, 도 3은 유성 기어 시스템의 결합 사시도이고, 도 4는 도 3을 도식화하여 나타낸 도면이다.

일반 적인 유성기어 시스템은 선기어, 링기어, 및 유성기어에 연결된 캐리어로 구성된다. 일반적으로 감속기어 시스템으로 사용되는 유성기어 시스템은 선기어, 링기어, 캐리어 중에서 1개를 입력 축으로 하여 모터를 연결하고 다른 1개를 고정하여서 또 다른 1개를 출력 축으로 사용하게 되지만, 본 실시예에서는 고정 축을 사용하지 않고 2개를 입력으로 하고 1개를 출력으로 하여 유성기어 시스템 내에서 두 개의 입력이 합성되도록 한다.

도 3의 유성 기어 유닛은 선기어(111)의 축(112) 및 링기어(130)의 축(133)을 입력으로 하고 캐리어(122)의 축(123)을 출력으로 하는 시스템을 예를 들어 나타낸 것이다. 도 3을 간략히 도식화하여 나타내면 도 4와 같고, 각각의 기어에는 회전을 원활하게 하기 위해 베어링(170)을 사용 할 수 있다.

도 5 내지 도 7는 도 3의 유성 기어 시스템에서의 두 개의 입력 특성을 이용한 다양한 입출력 관계를 설명하기 위한 예시도이다.

도 5를 참고하면, 제1 기어부(110) 및 제2 기어부(120)가 입력파트가 되어 상기 두 개의 기어부(110, 120)를 통해 구동력이 입력(In1, In2)된다. 이렇게 입력된 구동력의 합력이 제3 기어부(130)를 통하여 출력(Out)된다. 따라서 제 1 기어부(110) 및 제 2 기어부(120)의 기어 특성을 조절하거나 이러한 기어부(110,120)에 전달되는 구동력의 특성을 조절하면서 다양한 출력을 제 3 기어부(130)를 통하여 발생시킬 수 있다.

도 6을 참고하면, 제1 기어부(110) 및 제3 기어부(130)가 입력파트가 되어 구동력을 입력(In1, In2)하고, 제2 기어부(120)가 출력파트가 되어 합력을 출력(Out)한다. 또한, 도 7을 참고하면, 제2 기어부(120) 및 제3 기어부(130)가 입력파트가 되어 구동력을 입력(In1, In2)하고, 제1 기어부(110)가 출력파트가 되어 합력을 출력(Out)한다. 이렇게 입출력 파트에 해당하는 기어부는 기어 시스템이 적용되는 대상의 특성 및 제작 방법 등에 따라 변할 수 있으며, 힘의 전달 원리는 위에 설명한 것과 같다.

이하는 선기어(111)를 포함하는 제1 기어부(110) 및 링기어(130)로 예시되는 제3 기어부(130)가 입력파트가 되고 유성기어(121)와 캐리어(122)를 포함하는 제2 기어부(120)가 출력파트가 되는 예를 기준으로 설명한다.

제1 기어부(110) 및 제3 기어부(130)는 서로 다른 구동원으로부터 각각의 구동력을 전달받는 것이 바람직하다. 이때 구동원은 제1 구동유닛(150) 및 제2 구동유닛(160)를 포함할 수 있다. 제1 구동유닛(150) 및 제2 구동유닛(160)은 구동력을 전달할 수 있는 모터, 펌프, 실린더 등 다양한 구동력 전달 유닛이 사용될 수 있는데, 이하 실시예에서는 모터가 사용되는 것으로 예시한다.

제1 구동유닛(150)은 제1 기어부(110)에 구동력을 입력한다.

일 예로, 제 1 구동유닛(150)의 모터(151)가 오른쪽 방향으로 정회전하면 정회전기어(141)가 회전하고, 그 정회전기어(141)와 맞물려 있는 제1 입력기어(144)가 회전하며, 이에 따라 선기어축(112)이 회전하면서 선기어(111)가 회전한다. 다른 예로, 제 1 구동유닛(150)의 모터(151)가 왼쪽 방향으로 역회전하면 역회전기어(142)가 회전하고, 그 역회전기어(142)와 맞물려 있는 중간기어(145)와 제2 입력기어(146)가 회전하며, 이에 따라 선기어축(112)이 회전하면서 선기어(111)가 회전한다.

전술한 두 가지 구동 예와 같이 본 실시예의 제1 구동유닛(150)의 제4 기어부(140)에 의해 하나의 모터(151)로부터 모터의 회전 방향에 따라 감속 비는 다르지만 출력의 구동 방향은 같게 하는 구동력을 제1 기어부(110)로 제공할 수 있다.

또 다른 구동 예로, 제2 구동유닛(160)은 모터(161), 링기어축(133), 및 연결기어(131,132)를 통해 제3 기어부(130)에 구동력을 입력한다.

제1 구동유닛(150) 및 제2 구동유닛(160)은 서로 다른 출력을 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어 제1 구동유닛(150)의 모터(151) 및 제2 구동유닛(160)의 모터(161)는 서로 다른 용량을 갖거나 서로 다른 감속비를 갖는 것이 바람직하다.

보다 자세하게, 제1 구동유닛(150)은 최대 구동 속도는 낮으나 최대 구동 토크는 높은 특성(저속-고 토크)을 갖게 설정하고, 제2 구동유닛(160)은 최대 구동속도는 높으나 최대 구동 토크는 낮은 특성(고속-저 토크)을 갖게 설정할 수 있다. 즉, 제 1 구동유닛(150)과 제 2 구동유닛(160)의 특성을 서로 반대되게 설정할 수 있다.

따라서, 각각의 구동력의 특성을 조절하여 제2 기어부(120)로 출력되는 구동 합력의 특성을 제어할 수 있다.

한편, 도시하지는 않았으나, 구동유닛의 구동 속도 및 각도를 측정하기 위해 각각의 구동유닛의 출력축에 엔코더를 장착할 수 있다. 또한, 각각의 기어와 축 사이에는 베어링이 구비될 수 있으며, 유성기어유닛의 위치는 고정되되 회전은 자유롭게 하는 것이 바람직하다.

일 측에 따르면, 기어 장치(100)는 제1 구동력이 전달되는 제1 기어부(110), 제2 구동력이 전달되는 제3 기어부(130), 그리고 제 1 구동력 및 제 2 구동력의 합성력을 출력하는 제2 기어부(120)로 이루어지는 기어 모듈 형태로 구현할 수 있다. 이때 제1 구동력 및 제2 구동력은 서로 다른 출력 특성을 갖는 것이 바람직하다.

이러한 모듈화로 인해, 크기, 무게, 생산 비용을 줄일 수 있고 대량생산이 가능할 수 있다. 이러한 기어 모듈은 필요에 따라 다양한 구동유닛(모터 등)을 연결해 사용할 수 있다. 또는, 특정 기어 비를 갖는 모터를 포함하여 일체로 모듈화 할 수도 있다. 기어 모듈은 연결되는 구동유닛의 백드라이브를 방지하기 위해 웜기어를 더 포함할 수 있다.

도 8 내지 도 10은 도 2의 기어 장치(100)에서의 입출력 관계를 설명하기 위한 예시도이다.

도 8에서 (a)와 (b)는 본 발명의 실시예에서 사용되고 있는 클러치 베어링(또는 원-웨이 베어링 또는 락 베어링)의 구동 예를 나타내고 있다. 도 8의 (a)는 모터의 입력이 클러치 베어링을 통해 출력으로 전달되는 것을 나타낸 것이며, 모터가 (a)와 반대 방향으로 회전하는 경우 (b)와 같이 회전력이 출력 축에 전달 되지 않게 된다.

도 8에서 제2 구동유닛(160)의 모터(161)가 V1의 속도로 정방향 구동될 경우 최종 출력 축(123)의 구동 속도를 O1 이라 하고, 또한 도 9와 같이 제1 구동유닛(150)의 모터(151)가 V2a의 속도로 정방향 회전할 경우 최종 출력 축(123)의 구동 속도는 O2a라 하며, 또한, 도 10과 같이 제1 구동유닛(150)의 모터(151)가 V2b의 속도로 도 9의 V2a의 반대 방향인 역방향으로 회전(구동)할 경우 최종 출력 축(123)의 구동 속도를 O2b라 한다. 이때 도 9와 도 10에서의 모터(151)의 V2a, V2b의 회전 방향은 서로 반대이지만, 내부에 구성된 제1 내지 제4 기어들(110,120,130) 특히, 제4 기어부(140)에 의해 출력 O2a, O2b는 동일한 출력 방향을 가지게 된다.

도 11은 도 8 내지 도 10과 같이 모터의 단독 작동에 따른 출력(토크-속도) 그래프의 예를 나타낸 도면이고, 도 12는 도 8 내지 도 10의 모터의 결합 작동에 따른 출력(토크-속도) 그래프의 예를 나타낸 도면이다.

예를 들어, 두 개의 모터(151, 161)를 도 11의 (a)와 같은 토크-속도(Torque-RPM) 특성을 갖는 것을 사용한 것으로 가정할 때, 도 8과 같이 모터(161)가 단독 구동 된 경우 기어 장치(100)의 내부적인 감속 기어 비에 의해 최종 출력 축(123)의 출력 특성 O1은 도 11의 (b)과 같이 되며, 도 9 및 도 10과 같이 모터(151)의 정회전 또는 역회전 구동에 의해 발생 할 수 있는 최종 출력 축(123)의 출력 특성 O2a 및 O2b는 도 11의 (c) 및 (d)와 같이 됨을 알 수 있다.

이때, 도 3,6과 같이 두 개를 입력으로 하는 유성기어 시스템에서 각각의 입력 속도는 더해져서 출력으로 나오게 되기 때문에, 두 개의 모터(151, 161)를 동시에 구동하면 도 12 (c)와 같이 두 개의 출력 특성 O1+O2a, O1+O2b를 더 가질 수 있다.

즉, 도 12의 (a)는 두 개의 모터(161, 151)가 도 8 및 도 9와 같이 동시에 구동하여 선기어축(112)과 링기어축(133)으로 구동력 V1, V2a가 입력된 경우에 대한 최종 출력으로서의 캐리어축(123)의 출력 특성 O1+O2a을 나타내며, 도 12의 (b)는 두 개의 모터(161, 151)가 도 8 및 도 10과 같이 동시에 구동하여 선기어축(112)과 링기어축(133)으로 구동력 V1, V2b가 입력된 경우에 대한 최종 출력으로서의 캐리어축(123)의 출력 특성 O1+O2b를 나타낸다.

따라서 본 발명의 실시예에 따른 도 1-2의 기어 장치(100)에 의해 생성되는 최종 출력 특성은 도 12의 (c)와 같이 모터(151)의 구동 방향(정방향 또는 역방향)에 따라 O1+O2a 또는 O1+O2b의 출력 특성을 가지도록 할 수 있다.

도 13은 도 1의 기어 장치(100)를 적용하는 일 예를 나타낸 도면이다.

베벨기어(820)를 포함하는 회전 체(840)을 사용하여 기어장치(100)의 출력을 바퀴를 구동하는 시스템에 적용하기 용이하도록 모터를 감싸고 있는 회전 체(840)를 구동하는 방법을 예를 들어 나타낸 것이다. 도시 하지 않았지만, 회전 체(840)에 타이어, 구동 풀리, 자전거의 경우 바퀴 살 등을 추가적으로 장착하여서 사용 할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 실시 예에 의해 생성되는 기어 장치(100)의 최종 출력은 소형 모터 2개의 각각의 특성을 서로 다른 감속 비를 가지게 하여 합성 함으로써 도 12의 (c)와 같이 최대구동속도-최대구동토크를 향상 시킬 뿐 아니라 필요에 따라서 전류의 소모가 적은 특성(가장 효율적인 특성)에서 모터를 구동 할 수 있다. 앞서 설명한 것과 같이 두 개의 모터를 서로 다른 모터를 사용하거나, 각각의 모터 감속 비를 조정하게 되면 로봇 또는 기계 시스템에서 필요로 하는 특성을 소형 모터를 사용하여서 만들어 낼 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 기어 장치
110: 제1 기어부
111: 선기어
112: 선기어축
120: 제2 기어부
121: 유성기어
122: 캐리어
123: 캐리어축
130: 제3 기어부
131,132: 연결기어
133: 링기어축
140: 제4 기어부
141: 정회전기어
142: 역회전기어
141a,142a: 클러치 베어링
144: 제1 입력기어
145: 중간기어
146: 제2 입력기어
150,160: 구동유닛
151,161: 모터

Claims

제1 기어부;
상기 제1 기어부와 맞물려 돌아가도록 형성된 제2 기어부;
상기 제1 기어부 또는 제2 기어부 중 적어도 하나와 맞물려 돌아가도록 형성된 제3 기어부; 및
구동력을 발생시키는 구동원을 포함하고,
상기 제1 내지 제3 기어부 중 두 개의 기어부가 상기 구동원으로부터 각각의 구동력을 전달 받는 입력파트가 되고, 나머지 하나의 기어부가 상기 각각의 구동력이 합성된 합력을 내보내는 출력파트가 되며,
상기 구동원은 서로 같거나 다른 출력을 가지는 모터를 각각 포함하는 제1 구동유닛 및 제2 구동유닛을 포함하고,
상기 제1 구동유닛 및 제2 구동유닛 중 적어도 하나는 상기 모터에 연결된 제4 기어부를 포함하며,
상기 제4 기어부는 동일한 하나의 모터에 설치되고 모터가 정회전 및 역회전함에 따라 각각 정회전 및 역회전 하는 정회전기어 및 역회전기어를 구비함으로써 모터의 정회전 또는 역회전에 따라 감속비는 다르게 하되 상기 출력파트에 전달되는 출력의 구동 방향은 같게 하는 것을 특징으로 하는 복수의 모터 결합을 위한 기어 장치.
제1항에 있어서,
상기 모터는 서로 다른 용량을 갖거나 서로 다른 감속비를 갖는 것을 특징으로 하는 복수의 모터 결합을 위한 기어 장치.
제2항에 있어서,
상기 모터 중 하나는 저속-고 토크 특성을 갖고, 다른 하나는 고속-저 토크 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 복수의 모터 결합을 위한 기어 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 기어부는 선기어를 포함하고, 상기 제2 기어부는 유성기어 및 캐리어를 포함하고, 상기 제3 기어부는 링기어를 포함하고, 상기 선기어 및 캐리어가 입력파트가 되고, 상기 링기어가 출력파트가 되는 것을 특징으로 하는 복수의 모터 결합을 위한 기어 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 기어부는 선기어를 포함하고, 상기 제2 기어부는 유성기어 및 캐리어를 포함하고, 상기 제3 기어부는 링기어를 포함하고, 상기 선기어 및 링기어가 입력파트가 되고, 상기 캐리어가 출력파트가 되는 것을 특징으로 하는 복수의 모터 결합을 위한 기어 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 기어부는 선기어를 포함하고, 상기 제2 기어부는 유성기어 및 캐리어를 포함하고, 상기 제3 기어부는 링기어를 포함하고, 상기 링기어 및 캐리어가 입력파트가 되고, 상기 선기어가 출력파트가 되는 것을 특징으로 하는 복수의 모터 결합을 위한 기어 장치.
제1항에 있어서,
상기 정회전기어 및 역회전기어와 각각 연동하여 해당 입력파트에 구동력을 입력하는 제1 입력기어 및 제2 입력기어, 및 상기 정회전기어와 제1 입력기어의 사이 또는 상기 역회전기어와 제2 입력기어의 사이에 맞물려 돌아가도록 형성된 적어도 하나의 중간기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 모터 결합을 위한 기어 장치.
제7항에 있어서,
상기 정회전기어 및 역회전기어는 각각 클러치 베어링 또는 원-웨이(one-way) 베어링을 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 모터 결합을 위한 기어 장치.
제8항에 있어서,
상기 클러치 베어링 또는 원-웨이 베어링은 상기 정회전기어 및 역회전기어가 설치된 모터와 동일한 모터에 설치되는 것을 특징으로 하는 복수의 모터 결합을 위한 기어 장치.