KR101851901B1 - 듀얼 사이클로 웜 감속기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마찰이 적고 높은 효율을 얻을 수 있도록 하며, 구동모터 외에 웜 감속부가 연결된 보조모터가 구비됨으로써 구동모터에 이상이 발생할 경우에는 보조모터에 의해 작동되어 상시 구동이 가능해지고 무부하 또는 저부하 상태에서도 저출력의 보조모터에 의해 작동되어 에너지 소비가 감소하도록 한 듀얼 사이클로 웜 감속기에 관한 것으로서,
구동모터(10)의 구동축(11)에 결합되는 구동측 사이클로 감속부(15)와; 출력축(25)이 결합되며 상기 구동측 사이클로 감속부(15)에 감속부 입력축(21)이 결합된 출력측 사이클로 감속부(20)와; 상기 구동모터(10)에 직교하도록 배치되어 상기 구동모터(10)에 이상이 발생할 경우에 작동되는 보조모터(30)와; 상기 보조모터(30)의 구동축(31)에 연결되어 보조모터(30)의 동력을 전달받은 후 상기 구동측 사이클로 감속부(15)의 출력측으로 감속 전달하는 웜 감속부(40);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

듀얼 사이클로 웜 감속기{Dual Cycloid Worm Reducer}

본 발명은 마찰이 적고 높은 효율을 얻을 수 있도록 한 사이클로 감속기에 관한 것으로서, 특히 구동모터 외에 웜 감속부가 연결된 보조모터가 구비되어 구동모터에 이상이 발생할 경우에는 보조모터에 의해 작동되어 상시 구동이 가능해지고 무부하 또는 저부하 상태에서도 저출력의 보조모터에 의해 작동되어 에너지 소비가 감소하도록 한, 듀얼 사이클로 웜 감속기에 관한 것이다.

일반적으로 감속기는 속도를 줄이는 기기로서, 속도는 빠르고 토크가 낮은 모터의 회전 출력을 속도는 늦고 토크가 큰 회전력으로 전환시키기 위하여 사용한다.

감속기는 기어를 이용하여 감속하는 경우가 대부분이며, 기어 결합의 종류에 따라 치차형 감속기, 웜 감속기, 유성치차 감속기 등으로 구분되고 있다. 이러한 기어형 감속기는 대부분 인벌류트형 기어를 사용하고 있는데, 인벌류트형 기어를 이용하게 되면 매끄러운 접촉이 아니어서 마모가 발생하고 소수의 치차에 하중이 집중되어 내구성이 낮은 단점이 있다.

이에 따라 내접식 유성치차 기구와 사이클로이드(Cycloid)형의 치차를 조합한 감속장치가 개발되었으며, 이를 사이클로 감속기라 한다.

사이클로 감속기는 감속비를 매우 크게 할 수 있으므로 기기의 소형, 경량화가 가능하다. 즉, 1단 감속시에도 1/6~1/87의 감속이 가능하며, 2단 이상의 다단 연결시에는 1/88~수백억 분의 1까지의 큰 감속비로 기기를 제작할 수 있다.

또한, 치차의 형상이 사이클로이드형의 연속 곡선으로 형성되어 구름 접촉하게 되므로 마찰이 적고 동시 치합되는 치차의 수가 많아 충격에 강하므로 내구성이 우수한 장점이 있다. 특히, 감속기구부의 주요부품은 특수합금강을 사용하여 정밀연마가공을 실시하므로, 내마모성 및 내마모성이 우수하여 수명이 길어진다.

그리고, 치차와 롤러(Roller)가 항상 구름 접촉하므로, 마찰 등에 의한 동력손실이 적어 높은 효율을 얻을 수 있다. 즉, 1단형의 경우 평균효율이 95%이상이며, 2단형의 경우 90%이상의 높은 효율을 얻을 수 있다.

또, 치차의 치합율이 높고 연속 구름 접촉하므로 운전이 원할하고, 동력전달부는 정밀치형 연마가공을 하였기 때문에 진동 및 소음이 적다. 그리고, 구조가 간단하여 분해조립이 용이하고 입,출력이 동일선상에 있어 취급이 편리하다.

그러나, 통상적인 사이클로 감속기는 하나의 구동모터만 연결되어 있어 구동모터에 이상이 발생할 경우 감속기에 연결된 장치를 사용할 수 없을 뿐 아니라 무부하 상태 또는 저부하 상태에서도 구동모터가 작동되어 에너지가 낭비되는 문제점이 있다.

한편, 본 발명과 관련한 선행기술을 조사한 결과 다수의 특허문헌이 검색되었으며, 그 중 일부를 소개하면 다음과 같다.

특허문헌 1은, 모터의 구동축에 결합되는 편심 캠과, 상기 편심 캠에 베어링을 개재하여 결합되고 외주면에 복수의 기어치가 형성된 디스크와, 상기 디스크의 기어치에 치합되는 기어치가 내주면에 형성된 디스크 박스와, 상기 디스크와 출력축을 연결하는 복수의 연결핀으로 구성된 사이클로 감속부를 구비한 사이클로 감속기에 있어서; 상기 사이클로 감속부의 디스크 박스는 외주면에 웜 기어가 형성된 웜 휠로 이루어지고, 상기 웜 휠의 웜 기어에 치합되는 웜이 구비되어 상기 모터가 구동되지 않을 때 상기 웜 휠을 회전시키는 웜 샤프트와, 상기 웜 샤프트에 결합되는 핸들로 이루어진 수동 구동부를 포함함으로써, 모터가 작동되지 않더라도 기기를 작동시킬 수 있고, 수동 구동시 과도한 힘을 요구하지 않아 수동 구동이 용이한, 사이클로 감속기를 개시하고 있다.

특허문헌 2는, 중심 샤프트에 전달되는 축을 가로지르는 하중을 받는 드럼 셸을 구비하는 유형의 모터형 드럼에 사용하기 위한 감속기 장치로서, n개의 외부 기어 치형부를 갖는 입력 기어, 복수의 가이드 핀, 상기 복수의 가이드 핀의 각각을 수용하기 위한 관통구를 갖는 사이클로이달 디스크, 및 상기 입력 기어의 회전 운동에 응답해서 상기 입력 기어의 외부 기어 치형부와 맞물리기 위해 적어도 n+1개의 내부 기어 치형부를 갖는 출력 기어를 구비하는 사이클로이달 회전 속도 감속기; 상기 중심 샤프트를 둘러싸도록 그리고 상기 입력 기어를 통해 연장되도록 배치되며, 상기 입력 기어와 연결하기 위해 그 외부에 편심 요소를 갖춘 실질적으로 관형의 구성을 갖는 입력 샤프트; 및 상기 입력 샤프트에 결합 되는 제1 부분 및 회전 입력을 수용하도록 구성되는 제2 부분을 구비하며, 상기 중심 샤프트의 축을 가로지르는 하중에서 기인하는 축을 가로지르는 변위를 수용하도록 형성된 커플러 장치를 포함하는, 사이클로 감속기 장치를 개시하고 있다.

특허문헌 3은, 구동원에 연결된 입력축의 편심체에 의해 병진운동하는 사이클로이드 디스크의 외치가 출력축의 내치와 맞물려 회전함에 따라 입력축의 회전력을 감속하여 출력축에 전달하는 사이클로이드 감속기에 있어서, 상기 사이클로이드 디스크는 서로 분리 제작된 제1 사이클로이드 디스크와 제2 사이클로이드 디스크 1쌍이 서로 대면한 상태로 1조 1세트를 이루도록 설치된 구성을 특징으로 가진다. 이러한 구성적 특징에 따르면, 서로 대면하는 1쌍의 사이클로이드 디스크가 병진운동시 각 치형 사이에 형성되는 미소한 위상차이로 인하여 기어운동이 정밀하게 제어됨으로써, 백래쉬의 저감에 의한 위치 정밀도의 향상과 더불어 소음 및 진동이 감소되도록 한, 사이클로이드 감속기를 개시하고 있다.

KR 20-0433879 Y1 KR 10-2014-0053827 A KR 10-1424739 B1

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 구동모터와는 별개로 웜 감속부가 연결된 보조모터를 더 구비하여 구동모터에 이상이 발생하거나 무부하 또는 저부하 상태에서는 보조모터에 의해 작동되도록 함으로써 상시 구동이 가능하고 에너지 소비를 줄일 수 있도록 한, 듀얼 사이클로 웜 감속기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 구동모터의 구동축에 결합되는 구동측 사이클로 감속부와; 출력축이 결합되며 상기 구동측 사이클로 감속부에 감속부 입력축이 결합된 출력측 사이클로 감속부와; 상기 구동모터에 직교하도록 배치되어 상기 구동모터에 이상이 발생할 경우에 작동되는 보조모터와; 상기 보조모터의 구동축에 연결되어 보조모터의 동력을 전달받은 후 상기 구동측 사이클로 감속부의 출력측으로 감속 전달하는 웜 감속부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 듀얼 사이클로 웜 감속기에 따르면, 상기 보조모터는 구동모터에 비해 출력이 작은 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 듀얼 사이클로 웜 감속기에 따르면, 상기 웜 감속부는 보조모터의 구동축에 커플링으로 연결되고 웜이 구비된 웜 샤프트와, 상기 구동측 사이클로 감속부의 외측에 배치되어 내측은 구동측 사이클로 감속부의 출력측에 치합되고 외측은 상기 웜 샤프트의 웜이 치합되는 웜 기어를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 듀얼 사이클로 웜 감속기에 따르면, 상기 출력측 사이클로 감속부에 작용하는 외부 부하를 감지하여 상기 구동모터와 보조모터의 작동을 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 듀얼 사이클로 웜 감속기에 따르면, 상기 보조모터의 반대쪽에서 웜 샤프트 끝단에 결합되어 웜 샤프트를 수동으로 회전시키는 핸들;이 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 듀얼 사이클로 웜 감속기에 따르면, 상기 웜 감속부의 웜 샤프트에 작용하는 토크를 감지하여 구동모터 및 보조모터의 작동을 제어하도록 웜 샤프트의 일측에 설치되는 토크 리미터;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 듀얼 사이클로 웜 감속기는 구동모터 외에 보조모터가 구비되어 구동모터에 이상이 발생할 경우 보조모터가 작동됨으로써 상시 구동이 가능하고, 무부하시 또는 저부하시, 그리고 비상시에는 저출력의 보조모터에 의해 운전됨으로써 에너지 소비를 줄일 수 있는 효과가 있다.

또, 본 발명의 듀얼 사이클로 웜 감속기에 따르면, 보조모터가 작동될 경우 웜 감속부에서 큰 감속비로 감속이 이루어지고 출력측 사이클로 감속부에서도 감속이 이루어짐에 따라 보조모터의 적은 출력으로도 큰 토크를 얻을 수 있게 되는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 듀얼 사이클로 웜 감속기에 따르면, 웜 감속부의 웜 샤프트 끝단에 핸들이 설치됨에 따라 전원 공급이 중단되어 구동모터와 보조모터를 모두 사용할 수 없더라도 핸들을 이용하여 출력축을 회전시키거나 보조모터에 구비된 DC 배터리에 의해 보조모터가 작동되어 출력축을 회전시킴으로써 출력축에 연결된 장치를 비상 작동시킬 수 있게 되는 효과가 있다.

또, 본 발명의 듀얼 사이클로 웜 감속기에 따르면, 웜 감속부의 웜 샤프트에 토크 리미터가 구비됨에 따라 과부하로 인한 구동모터 및 보조모터의 손상이 방지되는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 듀얼 사이클로 웜 감속기에 따르면, 출력측 사이클로 감속부에서 외부 부하를 감지하여 외부 부하의 크기에 따라 구동모터 또는 보조모터가 선택적으로 구동되도록 설정함으로써 구동모터와 보조모터의 작동을 자동 제어할 수 있게 되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 듀얼 사이클로 웜 감속기가 도시된 외관 사시도.
도 2는 본 발명의 듀얼 사이클로 웜 감속기의 정면도.
도 3은 본 발명의 요부인 감속부를 나타낸 단면도.
도 4는 도 3의 'A-A'선 단면도.
도 5는 본 발명의 듀얼 사이클로 웜 감속기에서 구동모터 작동시의 동력전달경로를 나타낸 참고도.
도 6은 본 발명의 듀얼 사이클로 웜 감속기에서 보조모터 작동시의 동력전달경로를 나타낸 참고도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 듀얼 사이클로 웜 감속기에 대하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 듀얼 사이클로 웜 감속기는 도 1 내지 4에 도시된 바와 같이, 구동모터(10)의 구동축(11)에 결합되는 구동측 사이클로 감속부(15)와; 출력축(25)이 결합되며 상기 구동측 사이클로 감속부(15)에 감속부 입력축(21)이 결합된 출력측 사이클로 감속부(20)와; 상기 구동모터(10)에 직교하도록 배치되어 상기 구동모터(10)에 이상이 발생할 경우에 작동되며 구동모터(10)에 비해 작은 출력을 갖는 보조모터(30)와; 상기 보조모터(30)의 구동축(31)이 연결되어 보조모터(30)의 동력을 전달받은 후 상기 구동측 사이클로 감속부(15)의 출력측으로 감속 전달하는 웜 감속부(40)와; 상기 보조모터(30)의 반대쪽에서 웜 샤프트(41) 끝단에 결합되어 웜 샤프트(41)를 수동으로 회전시키는 핸들(50)과; 상기 웜 감속부(40)의 웜 샤프트(41)에 작용하는 토크를 감지하여 구동모터(10)와 보조모터(30)의 작동을 제어하도록 웜 샤프트(41)의 일측에 설치되는 토크 리미터(60)와; 상기 출력측 사이클로 감속부(20)에 작용하는 외부 부하를 감지하여 상기 구동모터(10)와 보조모터(20)의 작동을 제어하는 제어부;를 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 구동측 사이클로 감속부(15)와 출력측 사이클로 감속부(20)는 통상의 사이클로이드 감속 구조를 적용하므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

그리고, 상기 웜 감속부(40)는 보조모터(30)의 구동축(31)에 커플링(44)으로 연결되고 웜(41)이 구비된 웜 샤프트(42)와, 상기 구동측 사이클로 감속부(15)의 외측에 배치되어 내측은 구동측 사이클로 감속부(15)의 출력측에 치합되고 외측은 상기 웜 샤프트(42)의 웜(41)이 치합되는 웜 기어(43)를 포함하며, 상기 토크 리미터(60)는 핸들(50)이 결합되는 부분의 안쪽에 설치된다.

상기 제어부는 구동모터(10) 및 보조모터(30)로 공급되는 전원을 공급하는 전기 제어반(control box)으로서, 구동모터가 기동된 후 출력측 사이클로 감속부(20)에서 외부 부하를 감지하고 이 부하 신호에 따라 구동모터(10) 및 보조모터(30)의 작동을 제어하게 된다. 즉, 감지된 부하 신호가 저 부하인 경우 전기 제어반에서 보조모터(30)를 구동하고, 추가 부하가 발생할 경우에는 역으로 전기 제어반에서 구동모터(10)를 작동시키게 되는 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 듀얼 사이클로 웜 감속기는 보통 상태에서는 구동모터에 의해 작동되고, 구동모터에 이상이 발생하거나 무부하 또는 저부하 상태에서는 보조모터에 의해 작동된다.

일반적인 경우에는 도 5와 같이, 구동모터(10)가 작동되어 출력축(25)을 회전시키게 된다. 구동모터(10)가 작동되면, 구동축(11)이 결합된 구동측 사이클로 감속부(15)에 의해 1차 감속이 이루어진다. 이어, 상기 구동측 사이클로 감속부(15)의 출력측에 감속부 입력축(21)이 연결된 출력측 사이클로 감속부(20)에서 2차 감속이 이루어진다. 이때, 상기 구동측 사이클로 감속부(15)의 출력측이 치합된 웜 감속부(40)의 웜 기어(43)는 정지된 상태를 유지하며, 상기 구동측 사이클로 감속부(15)는 보조모터(30)와는 무관하게 작동된다. 그리고, 상기 출력측 사이클로 감속부(20)에 연결된 출력축(25)이 회전하게 되고, 상기 출력축(25)이 연결된 장치가 작동하게 된다.

한편, 상기 구동모터(10)에 이상이 발생하는 경우에는 도 6과 같이, 보조모터(30)가 작동되어 출력축(25)을 회전시키게 된다. 보조모터(30)가 작동되면, 보조모터(30)의 구동축(31)에 커플링(44)으로 연결된 웜 샤프트(42)가 구동축(31)과 동일한 속도로 회전하게 된다. 상기 웜 샤프트(42)의 회전에 따라 웜(41)에 치합된 웜 기어(43)가 서서히 회전하여 1차 감속이 이루어지게 되고, 상기 웜 기어(43)의 내측이 치합된 상기 구동측 사이클로 감속부(15)의 출력측도 회전하게 된다.

이때, 상기 구동측 사이클로 감속부(15)의 입력측은 구동모터(10)가 정지되어 있으므로 회전하지 않으며, 상기 구동측 사이클로 감속부(15)의 출력측은 구동모터(10)와는 무관하게 회전된다. 그리고, 상기 웜(41)과 웜 기어(43)가 직교하도록 배치되어 있으므로, 웜 감속부(40)에서는 큰 감속비의 감속이 이루어진다.

이어, 상기 구동측 사이클로 감속부(15)의 출력측에 감속기 입력축(21)이 연결된 출력측 사이클로 감속부(20)에서 2차 감속이 이루어지고, 상기 출력측 사이클로 감속부(20)에 연결된 출력축(25)이 회전하여 출력축(25)이 연결된 장치가 작동하게 된다.

즉, 상기 보조모터(30)가 작동될 경우에는 상기 웜 감속부(40)에서 큰 감속비로 1차 감속이 이루어진 후 상기 출력측 사이클로 감속부(20)에서 2차 감속이 이루어진다. 따라서, 상기 보조모터(30)의 출력이 낮더라도 출력축(25)은 충분한 토크로 회전하게 된다.

그리고, 전원 공급이 중단되어 상기 구동모터(10)와 보조모터(30)를 모두 사용할 수 없는 경우에는 상기 웜 샤프트(42)의 끝단에 설치된 핸들(50)을 이용하거나 보조모터(30)에 DC 배터리를 연결하여 보조모터(30)를 구동시켜 웜 샤프트(42)를 회전시키면 된다. 이와 같이, 상기 핸들(50) 또는 DC 배터리가 연결된 보조모터(30)을 이용하여 웜 샤프트(42)를 회전시키면 상기 출력축(25)이 서서히 회전된다. 따라서, 전원이 공급되지 않는 비상시에도 핸들(50)을 이용하거나 DC 배터리를 보조모터에 연결하여 출력축(25)을 회전시킴으로써, 출력축(25)이 연결된 장치를 작동시킬 수 있게 된다.

이상에서는 구동모터(10)에 이상이 발생하여 보조모터(30)가 작동하는 것에 대하여 설명하였으나, 구동모터(10)에 이상이 발생하지 않더라도 구동모터(10) 대신 보조모터(30)가 작동될 수도 있다. 즉, 무부하 또는 저부하 상태에서는 구동모터(10) 대신 보조모터(30)가 작동됨으로써 구동모터(10)의 작동에 따른 에너지 소비를 줄이게 되는 것이다.

이와 관련하여, 상기 출력측 사이클로 감속부(20)에 외부 부하를 감지하는 부하 감지부를 설치하고, 부하 감지부에 의해 감지된 부하에 따라 상기 구동모터(10)와 보조모터(20)를 자동으로 제어할 수도 있다. 구체적으로, 구동모터가 기동된 후 출력측 사이클로 감속부(20)에 구비된 부하 감지부에서 외부 부하를 감지하고, 이 부하 신호에 따라 제어부인 전기 제어반에서 구동모터(10) 및 보조모터(30)의 작동을 제어한다. 즉, 감지된 부하 신호가 저 부하인 경우 전기 제어반에서 보조모터(30)를 구동하고, 추가 부하가 발생할 경우에는 역으로 전기 제어반에서 구동모터(10)를 작동시키게 되는 것이다.

이 경우, 상기 웜 감속부(45)에 설치된 토크 리미터(50)는 상기 웜 샤프트(42)에 작용하는 토크를 감지하여 구동모터(10) 및 보조모터(30)의 작동을 제어하게 된다. 즉, 상기 토크 리미터(50)에 정해진 토크 이상의 부하가 감지될 경우에는 보조모터(30)의 작동이 중지되는 것이다. 이에 따라, 상기 보조모터(30)가 과부하에 의해 손상되는 일이 발생하지 않게 된다.

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 몇 가지 실시 예들과 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 명세서에 기재된 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

10...구동모터
11...구동축
15...구동측 사이클로 감속부
20...출력측 사이클로 감속부
21...감속부 입력축
25...출력축
30...보조모터
31...(보조모터의) 구동축
40...웜 감속부
41...웜
42...웜 샤프트
43...웜 기어
44...커플링
50...핸들
60...토크 리미터

Claims (6)

1. 구동모터(10)의 구동축(11)에 결합되는 구동측 사이클로 감속부(15)와;
   출력축(25)이 결합되며 상기 구동측 사이클로 감속부(15)에 감속부 입력축(21)이 결합된 출력측 사이클로 감속부(20)와;
   상기 구동모터(10)에 직교하도록 배치되어 상기 구동모터(10)에 이상이 발생할 경우에 작동되는 보조모터(30)와;
   상기 보조모터(30)의 구동축(31)에 커플링(44)으로 연결되고 웜(41)이 구비된 웜 샤프트(42)와, 상기 구동측 사이클로 감속부(15)의 외측에 배치되어 내측은 구동측 사이클로 감속부(15)의 출력측에 치합되고 외측은 상기 웜 샤프트(42)의 웜(41)이 치합되는 웜 기어(43)를 포함하며, 상기 보조모터(30)의 동력을 전달받아 상기 구동측 사이클로 감속부(15)의 출력측으로 감속 전달하는 웜 감속부(40)와;
   상기 보조모터(30)의 반대쪽에서 웜 샤프트(42) 끝단에 결합되어 웜 샤프트(42)를 수동으로 회전시키는 핸들(50)과;
   상기 웜 감속부(40)를 구성하는 웜 샤프트(41)에 작용하는 토크를 감지하여 구동모터(10) 및 보조모터(30)의 작동을 제어하되, 정해진 토크 이상의 부하가 감지될 경우에는 보조모터(30)의 작동을 중지시키도록 상기 핸들(50)이 결합되는 부분의 안쪽에서 웜 샤프트(41)에 설치되는 토크 리미터(60)와;
   상기 출력측 사이클로 감속부(20)에 작용하는 외부 부하를 감지하여 상기 구동모터(10)와 보조모터(30)의 작동을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 듀얼 사이클로 웜 감속기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 보조모터(30)는 구동모터(10)에 비해 출력이 작은 것을 특징으로 하는 듀얼 사이클로 웜 감속기.
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