KR102030484B1 - 가변 유효 반경 롤러를 갖는 순 롤링 사이클로이드 - Google Patents

Abstract

본 발명의 장치는, 개방된 환형 공간 및 내주면 상에 배치된 가변-폭 홈을 포함하는 제1 링; 상기 제1 링의 개방된 환형 공간 내에서 회전 가능하며 외주면 상에 배치된 각각의 가변-폭의 홈을 갖는 제2 링; 및 상기 제1 링의 내주면과 상기 제2 링의 외주면 사이에 배치되어, 상기 제1 링의 내주면과 상기 제2 링의 외주면 상에서 롤링하도록 구성되며, 이들 사이에서 회전 가능한, 복수의 롤러; 를 포함한다.

Description

가변 유효 반경 롤러를 갖는 순 롤링 사이클로이드{PURE ROLLING CYCLOIDS WITH VARIABLE EFFECTIVE DIAMETER ROLLERS}

본 출원은, 2015년 6월 26일자로 출원되고 "Pure Rolling Cycloids"라는 명칭의 미국 가출원 제 62/185,502호의 우선권을 주장하는바, 이는 본 명세서에서 충분히 설명된 것처럼 참고 문헌으로 포함된다.

본 발명은 부분적으로 미국 육군에 의해 수여된 계약 번호 W31P4Q-13-C-0046에 따른 미국 정부의 지원으로 이루어진 것이다. 미국 정부는 본 발명에 대해 특정 권리를 가질 수 있다.

용어 "변속기"는 일반적으로, 회전 동력원으로부터 다른 장치로 속도 및 토크 변환을 제공하는 시스템을 지칭할 수 있다. 산업 기계, 의료 로봇 및 가전 기기가 이러한 변속기를 활용할 수 있다. 변속기를 선택하거나 설계하는 것은 여러 요소를 고려해야 한다. 그러한 요소의 예로는 부하 용량, 효율성 및 비용이 있다.

본 발명은, 가변 유효 직경 롤러를 갖는 순 롤링 사이클로이드(pure rolling cycloids)와 관련된 시스템 및 장치에 관한 실시예를 기술한다.

일 양태에서, 본 명세서는 하나의 장치를 설명한다. 상기 장치는, 개방된 환형 공간을 갖는 제1 링과, 상기 제1 링의 내주면 상에 배치된 일련의 가변-폭의 컷아웃(cutouts)을 포함한다. 상기 장치는 또한, 제1 링의 개방된 환형 공간 내에 회전 가능한 제2 링을 포함하는바, 이때 제2 링은 제2 링의 외주면 상에 배치된 일련의 가변-폭 컷아웃을 갖는다. 상기 장치는 추가로, 제1 링의 내주면과 제2 링의 외주면 사이에 배치되고 그 위에서 롤링되도록 구성된 복수의 롤러를 더 포함하며, 이들 롤러는 그 사이에서 회전 가능하다. 제1 링은 많은 개수의 가변-폭 컷아웃을 가지며, 제2 링도 많은 개수의 가변-폭 컷아웃을 가지는바, 제2 링의 가변-폭 컷아웃의 총 개수는 제1 링의 가변-폭 컷아웃의 총 개수보다 작고, 상기 다수의 롤러들의 총 개수는 상기 제1 링의 가변-폭 컷아웃의 총 개수보다 작고 상기 제2 링의 가변-폭 컷아웃의 총 개수보다 크다.

다른 양태에서, 본 명세서는 하나의 장치를 설명한다. 상기 장치는, 개방된 환형 공간을 갖는 제1 링과, 상기 제1 링의 내주면을 따라 공간적으로 직렬 배치된 복수의 오목부(depressions)를 포함하는바, 이때 하나의 홈이, 상기 복수의 오목 부를 포함하는 내주면에 배치된다. 상기 장치는 또한, 제1 링의 개방된 환형 공간 내에서 회전 가능한 제2 링을 포함하는바, 이때 제2 링은 제2 링의 외주면을 따라 공간상으로 직렬 배치된 복수의 오목부를 각각 가지며, 각각의 홈이 상기 복수의 오목부를 각각 포함하는 외주면에 배치된다. 상기 장치는 추가로, 상기 제2 링이 상기 제1 링의 개방된 환형 공간 내에서 회전할 때, 상기 내주면에 배치된 상기 홈과 상기 외주면에 배치된 상기 해당 홈과 맞물리도록 및 그 안에서 회전하도록 구성되는 복수의 롤러를 더 포함한다.

또 다른 양태에서, 본 명세서는 하나의 장치를 설명한다. 상기 장치는, 개방된 환형 공간을 갖는 제1 링 및 상기 제1 링의 내주면 상에 배치된 가변-폭 홈을 포함한다. 상기 장치는 또한, 제1 링의 개방된 환형 공간 내에서 회전 가능한 제2 링을 포함하는바, 이때 제2 링은 제2 링의 외주면 상에 배치된 가변-폭의 홈을 각각 갖는다. 이 장치는 추가로, 제1 링의 가변-폭 홈 및 제2 링의 각각의 가변-폭 홈과 맞물리면서 그들 사이에서 회전 가능한 그리고 제1 링의 내주면과 제2 링의 외주면 사이에 배치되고 그 위에서 롤링하도록 구성된 복수의 롤러를 포함한다.

본 발명에 의하면 비-정수 변속비를 갖는 장치 및 큰 변속비를 갖는 장치를 제공할 수 있다.

전술한 요약은 단지 예시적인 것이며 어떤 방식으로든 제한하려는 것은 아니다. 전술한 예시적인 양태들, 실시예들 및 특징들에 더하여, 추가적인 양태들, 실시예들 및 특징들은, 도면 및 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 명백해질 것이다.

도 1a는 예시적인 구현에 따른, 링 내에서 롤링하는 원을 도시한다.
도 1b는 예시적인 구현예에 따른, 링 내에서 원을 굴림으로써 생성된 사이클로이드 곡선을 도시한다.
도 2a는 예시적인 구현예에 따른, 제1 링을 도시한다.
도 2b는 예시적인 구현예에 따른, 도 2a에 도시된 제1 링의 개방된 환형 공간 내에서 회전 가능한 제2 링을 도시한다.
도 2c는 예시적인 구현예에 따른, 도 2a의 제1 링 내에서 회전 가능한 도 2b의 제2 링을 갖는 사이클로이드 드라이브를 도시한다.
도 2d는 예시적인 구현예에 따른, 도 2c에 도시된 장치의 개략도를 도시한다.
도 2e는 예시적인 구현에 따른, 피치 원과 편심 사이의 관계를 도시한다.
도 2f는 예시적인 구현예에 따른, 접촉점과 피치 원의 중심을 갖는 순간 회전 중심을 연결시키는 삼각형의 닮음꼴(similarity)을 도시한다.
도 3a는 예시적인 구현예에 따른, 비-구형 롤러를 갖는 도 2c의 장치의 부분 전개도를 도시한다.
도 3b는 예시적인 구현예에 따른, 도 3a에 도시된 롤러들 중에서 하나의 롤러의 단면을 도시한다.
도 4a는 예시적인 구현예에 따른, 대안적인 제2 링을 도시한다.
도 4b는 예시적인 구현예에 따른, 도 4a의 제2 링에 대응하는 롤러를 도시한다.
도 5a는 예시적인 구현예에 따른, 대안적인 제2 링을 도시한다
도 5b는 예시적인 구현예에 따른, 도 5a의 제2 링에 대응하는 롤러를 도시한다.
도 6a는 예시적인 구현예에 따른, 2개의 나란한 홈을 갖는 대안적인 제2 링을 도시한다.
도 6b는 예시적인 구현예에 따른, 도 6a의 제2 링에 대응하는 롤러를 도시한다.
도 7a는 예시적인 구현예에 따른, 나이프-에지(knife-edge)식의 롤러-홈(roller-groove) 구성을 도시한다.
도 7b는 예시적인 구현예에 따른, 스너그-핏(snug-fit)식의 롤러-홈 구성을 도시한다.
도 7c는 예시적인 구현예에 따른, 모따기식의 롤러-홈 구성을 도시한다.
도 7d는 예시적인 구현예에 따른, 고딕-아치(gothic-arch)식의 롤러-홈 구성을 도시한다.
도 8은 예시적인 구현예에 따른, 차동 사이클로이드 드라이브의 사시 단면을 도시한다.
도 9a는 예시적인 구현예에 따른, 병렬로 연결된 2 개의 사이클로이드 드라이브를 도시한다.
도 9b는 예시적인 구현예에 따른, 서로에 대해 병렬로 연결되고 오프셋된 2 개의 사이클로이드 드라이브를 도시한다.
도 10은 예시적인 구현예에 따른, 백래시(backlash)를 감소시키도록 구성된 사이클로이드 드라이브의 예를 도시한다.
도 11은 예시적인 구현예에 따른, 동축으로 정렬되지 않은 2 개의 샤프트를 연결하는데 사용되는 커플링을 도시한다.
도 12a는 예시적인 구현예에 따른, 사이클로이드 드라이브의 출력에서의 편심을 보상하기 위한 커플링 구성의 분해도를 도시한다.
도 12b는 예시적인 구현예에 따른, 다른 시야각으로부터의 도 12a의 커플링 구성의 분해도를 도시한다.
도 13a는 예시적인 구현예에 따른, 사이클로이드 드라이브의 출력에서의 편심을 보상하기 위한 구성의 분해도를 도시한다.
도 13b는 예시적인 구현예에 따른, 다른 시야각으로부터의 도 13a의 구성의 분해도를 도시한다.
도 14는 예시적인 구현예에 따른, 사이클로이드 드라이브의 편심을 보상하기 위한 또 다른 구성을 도시한다.

특징 및 기능을 설명한다. 여기에 기술된 예시적인 시스템 및 방법의 실시예는 제한하려는 것이 아니다. 개시된 시스템 및 방법의 특정 양태는, 본 명세서에서 모두 고려되는 다양한 상이한 구성들로 배열되고 결합될 수 있는 것으로 기꺼이 이해되어 질 수 있다.

또한, 문맥에서 달리 제시하지 않는 한, 각각의 도면에 도시된 특징은 서로 조합하여 사용될 수 있다. 따라서, 모든 도시된 특징들이 모든 구현에 대해 필요한 것은 아니라는 것을 이해함과 동시에, 상기 도면들은, 하나 이상의 전반적인 구현의 구성 요소로서 일반적으로 고려되어야 한다.

추가적으로, 본 명세서 또는 청구범위에서의 요소, 블록 또는 단계의 모든 열거는 명확성의 목적이다. 따라서 이러한 열거는, 이들 요소, 블록 또는 단계가 특정 배열을 고수하거나 특정 순서로 수행된다는 것을 요구하거나 암시하는 것으로 해석되어서는 안된다.

"실질적으로"라는 용어는, 인용된 특성, 파라미터 또는 값이 정확히 달성될 필요는 없다는 사실을, 그러나 예를 들어 공차, 측정 오차, 측정 정확도 제한 및 당업자에게 공지된 기타 요인을 포함하는 편차 또는 변이가, 그러한 특성이 제공되도록 의도되었던 효과를 불가능하게 하는 것이 아닌 양만큼 발생할 수 있다는 사실을 의미한다.

I. 개관

특정 애플리케이션에 대한 변속기를 선택하거나 설계하는 것은, 다수의 요인을 고려하는 것을 포함한다. 예시적인 요인은, 부하 용량, 효율성 및 비용이 있다. 큰 부하 용량을 위해 설계된 경우 변속기 시스템이 무거울 수 있다. 다른 한편, 소형 변속기 시스템은 작은 부하 용량을 갖는 경향이 있다. 또한, 효율, 백래시 등과 같은 파라미터에 의해 정의되는 고성능이 요구되는 경우, 변속기 시스템은 고가인 경향이 있다. 따라서, 주어진 크기에 대한 부하 용량을 증가시킬 수 있고 또한 제조 비용을 감소시킬 수 있는 변속기 시스템이 유리할 수 있다.

몇몇 실시예에서, 변속기는 다른 것들을 희생하여 몇몇 목표를 충족시키도록 설계된다. 예를 들어, 볼 또는 롤러 베어링이 고효율을 달성하기 위해 변속기 시스템에 사용될 수 있다. 그러나 이러한 베어링은 롤러의 크기가 작기 때문에 응력 집중이 발생한다. 응력 집중을 완화하기 위해, 대신 고정식 슬라이딩 접점을 사용할 수 있지만, 슬라이딩 접점은 일반적으로 효율이 낮다.

롤러 베어링보다 클 수 있는 순 롤링 부품을 사용하는 사이클로이드 드라이브 및 시스템을 포함하는 변속기가 이하에 개시되어, 변속기의 주어진 중량에 대해 큰 토크 용량을 제공한다. 또한, 개시된 시스템은, 사이클로이드 드라이브의 출력을 수집하고, 사이클로이드 드라이브의 고유한 이심률을 보상하는 구성을 이용한다.

II. 사이클로이드 동작

본원에 사용된 바와 같이, 용어 "사이클로이드"는, 바퀴가 미끄러짐없이 직선 또는 원형 경로를 따라 구르면서 원형 바퀴의 림(rim) 상의 일 지점에 의해 추적되는 곡선을 지칭한다. 예를 들어, 원형 휠이 메인 서클(circle) 또는 링(ring) 내에서 구를 때, 사이클로이드 운동이 발생한다. 도 1a는 예시적인 구현예에 따른, 링(102) 내에서 롤링하는 서클(100)을 도시한다. 서클(100)이 링(102)의 내측면을 따라 이동함에 따라, 서클(100)의 림 상의 일 지점(104)이 사이클로이드 커브를 따라 간다.

도 1b는 예시적인 구현예에 따른, 링(102) 내에서 서클(100)을 롤링함으로써 생성된 사이클로이드 곡선(106)을 도시한다. 서클(100)이 링(102) 내에서 롤링함에 따라 상기 사이클로이드 곡선(106)이 상기 지점(104)에 의해 추적된다. 상기 서클(100)의 운동은, 상기 링(102)이 정지 상태로 유지되는 동안, 사이클로이드 운동으로 지칭될 수 있다.

본 발명은 이러한 사이클로이드 운동을 이용하는 변속기 시스템 및 장치의 예를 개시한다. 이들 시스템 및 장치는, 고효율 및 경량 또는 소형 폼 팩터(form factor)를 달성할 수 있는 유리한 구성을 제공할 수 있다. 이러한 변속기 시스템은, 모터 및 변속기가 로봇의 본체로부터 일정 거리에 장착될 수 있는 로봇 어플리케이션에 사용될 수 있다. 자동차, 중공업, 및 에너지 생성은, 다른 애플리케이션 중에서도, 여기에 설명된 변속기를 활용하면 도움이 될 수 있다.

III. 사이클로이드 드라이브의 예

도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 2d, 도 2e 및 도 2f는, 예시적인 구현에 따른, 예시적인 사이클로이드 드라이브를 도시한다. 특히, 도 2a는, 예시적인 구현예에 따른, 제1 링(200)을 도시한다. 제1 링(200)은, 개방된 환형 공간(202)과, 제1 링(200)의 내주면(206) 상에 배치된 일련의 가변-폭 컷아웃(204A, 204B, 204C, 204D, 204E 및 204F)을 갖는다.

도 2b는, 예시적인 구현예에 따른, 제1 링(200)의 개방된 환형 공간(202) 내에서 회전 가능한 제2 링(208)을 도시한다. 제2 링(208)은, 제2 링(208)의 외주면(212) 상에 배치된 컷아웃(210A, 210B, 210C 및 210D)과 같은 각각의 일련의 가변-폭 컷아웃을 갖는다.

제1 링(200)의 일련의 가변-폭 컷아웃(204A-F) 및 제2 링(208)의 일련의 가변-폭 컷아웃(210A-D)의 각각의 컷아웃은, 상기 컷아웃의 제1 단부에서 제1 폭으로 시작된다. 그 후, 상기 폭은 컷아웃의 중심에서 제1 폭보다 큰 제2 폭으로 증가한 다음, 컷아웃의 제2 단부에서 제1 폭으로 다시 좁아진다. 예시를 위해, 제2 링(208)의 컷아웃(210A)은 제1 단부(214A) 및 제2 단부(214B)를 갖는다. 제1 단부(214A)에서의 컷아웃(210A)의 폭은 작다. 그 후, 상기 폭은 컷아웃(210A)의 중심에서 폭 "d"로 점진적으로 증가하고, 상기 폭이 제1 단부(214A)에서의 폭과 유사한 제2 단부(214B)까지 점차적으로 감소한다.

도 2a 및도 2b는 각각 내주면(206) 및 외주면(212)의 블랭크 영역에 의해 분리되는 분리된 컷아웃(204A-F 및 210A-D)을 도시한다. 예를 들어, 도 2a에 도시된 제1 링(200)을 참조하면, 상기 컷아웃(204A-F)은 서로 구별되고 서로 분리되어 있으며, 내주면(206) 상의 블랭크 영역에 의해 분리되어 있다.

그러나, 다른 예시적인 구현예들에서, 면(206, 212)들은 각각 연속적인 가변-폭 채널 또는 홈(groove)을 그 안에 배치할 수 있다. 각각의 연속적인 가변-폭 채널 또는 홈은 베어링의 궤도(raceway)와 유사할 수 있다. 이 유사성에서, 상기 링(200 및 208)은 베어링의 레이스(races)와 유사하게 작동한다. 가변-폭 홈의 폭은 제1 폭과 제1 폭보다 큰 제2 폭 사이에서 점진적으로 변할 수 있다. 예를 들어, 제1 폭은 컷아웃(210A)의 제1 단부(214A)에서의 폭과 유사할 수 있고, 제2 폭은 컷아웃(210A)의 중심에서의 폭 "d"와 유사할 수 있다. 가변-폭 컷아웃(204A-F 및 210A-D)은, 제1 폭에서 제2 폭으로 증가하여 제1 폭으로 다시 되돌아가는 가변-폭 홈의 영역을 나타낼 수 있다. 그 후, 가변-폭 컷아웃들(204A-F 및 210A-D)은, 제1 폭 또는 임의의 다른 폭 (예컨대, 도 5a 참조) 을 갖는 가변-폭 홈의 일부와 같은 부분들에 의해 분리될 수 있다. 이러한 방식으로, 가변-폭 컷아웃(204A-F 및 210A-D)은 각각의 가변-폭 연속 홈 또는 궤도의 일부일 수 있다.

도 2c는 예시적인 구현예에 따른, 제1 링(200) 내에서 회전 가능한 제2 링(208)을 갖는 사이클로이드 드라이브(216)를 도시한다. 상기 장치(216)는, 제1 링(200)과 제2 링(208) 사이에 배치되고 복수의 롤러(220A, 220B, 220C, 220D, 및 220E)들을 서로 결합하도록 구성된 롤러 케이지(218)를 포함한다. 롤러 케이지(218)는, 복수의 롤러 (220A-E)가 제1 링(200)의 내주면(206)과 제2 링(208)의 외주면(212) 사이에서 및 그 위에서 롤링함에 따라 제1 링(200)의 개방된 환형 공간(202) 내에서 회전 가능하다. 롤러 케이지(218)는 롤러(220A-E)들이 서로 등거리가 되도록 롤러(220A-E)들을 연결한다.

상기 롤러(220A-E)들의 각각의 롤러가 제2 링(208)의 내주면(206) 및 외주면(212) 상에서 롤링함에 따라, 상기 롤러들은 컷아웃(204A-F 및 210A-D)을 가로지른다. 상기 롤러(220A-E)들 중의 하나의 롤러가 상기 컷아웃(204A-F 및 210A-D)들 중의 하나의 컷아웃을 가로지를 때, 그 롤러는 좁은 폭을 갖는 컷아웃의 영역으로부터 더 넓은 영역 (즉, 컷아웃의 중심 영역 근처로) 으로 이동한다. 따라서, 그 롤러가 컷아웃 위를 지나갈 때, 다소간의 롤러들이 컷아웃에 맞물리게 된다. 특히, 컷아웃의 보다 넓은 영역에서, 그 롤러는, 컷아웃이 배치되는 표면, 즉, 내주면(206) 또는 외주면(212)을 통하여 더욱 깊게 통과한다. 따라서, 그 롤러가 컷아웃을 통과할 때, 제1 링(200)의 중심과 롤러 사이의 반경 방향 거리가 변한다.

예시를 위해, 도 2c에 도시된 바와 같이, 롤러(220E)는 컷아웃(204B)의 일 단부 근처에 있기 때문에, 상기 롤러 (220E)는 컷아웃(204B)과 덜 결합된다. 반면에, 다른 롤러(220D)는 컷아웃 (204C)과 더 맞물린다. 즉, 상기 롤러(220D)가 컷아웃(204C)의 중심에 근접함에 따라, 상기 롤러(220D)는 컷아웃(204C) 내에 더욱 깊게 배치된다. 심지어 롤러 '220C'는 실질적으로 컷아웃(204D)의 중심에 있기 때문에, 롤러 (220C)는 컷아웃 '204C'와 결합되는 것보다 컷아웃 '204D'와 더욱 맞물린다. 상기 롤러(220A-E)들이 컷아웃(210A-D)을 가로 지르면서, 상기 롤러(220A-E)들은 제2 링(208)의 컷아웃(210A-D)과 더 많거나 더 적게 결합하며 유사하게 행동한다. 컷아웃을 정의하는 컷아웃 또는 홈의 가변-폭은, 롤러가 컷아웃 또는 홈을 가로지르면서 롤러의 가변 유효 직경이 생성되는 수단이다. 이들 가변 유효 직경 롤러는, 상기 장치(216)에서 순 롤링 운동을 유지할 수 있게 한다.

전술한 바와 같이, 컷아웃(204A-F 및 210A-D)은 베어링의 궤도와 유사하게 작동하는 각각의 가변-폭 홈의 일부일 수 있다. 따라서, 원칙적으로, 상기 롤러(220A-220C)들의 각각은 단일 지점에서 각 궤도와 접촉한다. 그러나 무한히 작은 점에 대한 하중은 무한히 높은 접촉 압력을 유발한다. 실제로는, 롤러가 각 궤도에 닿는 곳에서 롤러가 약간 변형(평편화)되며, 타이어가 도로에 닿는 곳에서 타이어가 평편해진다. 상기 궤도는 각 롤러가 누를 때 약간 움푹 들어간다. 따라서 롤러와 궤도 사이의 접촉은 한정된 크기이며 유한 압력을 갖는다.

일례에서, 상기 장치(216)는 입력축의 속도를 일정 비율만큼 감소시키도록 구성된 사이클로이드 속도 감속기로서 작동할 수 있다. 예를 들어, 제2 링(208)은 베어링을 통해 입력축 (도시되지 않음) 에 편심 장착될 수 있다. 이러한 구성에서, 입력축은, 제1 링(200)의 개방된 환형 공간(202) 내에서 커브진 경로를 따라서 제2 링(208)을 구동한다. 또한, 일 실시예에서, 제1 링(200)은 사이클로이드 감속기의 고정자로서 구성될 수 있다 (즉, 제1 링(200)은 고정될 수 있다). 그 후, 출력축은 제2 링(208)에 연결될 수 있으며, 출력축은 입력축에 비해 감소된 속도를 갖는다. 다른 예에서, 제1 링(200)은 출력축에 결합되고 회전 가능할 수 있는 반면, 제2 링(208)은 고정되고 사이클로이드 감속기의 고정자로서 작동하도록 구성될 수 있다. 따라서 입력, 출력 및 고정자 지정은 서로 바꿔 사용할 수 있다.

상기 장치(216)가 사이클로이드 감속기로서 작동하기 위해, 제2 링(208)의 가변-폭 컷아웃(210A-D)의 총 개수는 제1 링(200)의 가변-폭 컷아웃(204A-F)의 총 개수보다 적다. 또한, 롤러 (220A-E)의 총 개수는 제1 링(200)의 가변-폭 컷아웃(204A-F)의 총 개수보다 적고, 제2 링(208)의 가변-폭 컷아웃(210A-D) 의 총 개수보다 크다. 상기 기술된 장치(216)에서, 상기 제1 링(200)은 6개의 컷아웃을 가지고, 상기 제2 링(208)은 4개의 컷아웃을 가지며, 5개의 롤러(220A-E)가 상기 제1 링(200)과 제2 링(208) 사이에 배치되어 있다.

사이클로이드 감속기의 감속비는 롤러 (220A-E)의 총 개수에 기초하여 결정된다. 특히, 감속비는 다음 방정식을 사용하여 계산할 수 있다.

여기서, R은 감속비이며, Nr은 롤러 개수다.

상기 장치(216)의 한 가지 이점은, <수학식 1>에 기초하여, 상기 장치(216)가 비-정수 감소비를 제공할 수 있다는 점이다. 예를 들어, 제1 링(200)이 7개의 컷아웃을 갖고, 제2 링(208)은 5개의 컷아웃을 가지며, 6개의 롤러가 제1 링(200)과 제2 링(208) 사이에 배치되는 경우, 상기 비율 R은 <수학식 1>에 의해 2.5:1 이다.

여러 실시예에서, 컷아웃 및 롤러의 총 개수는 3개의 연속적인 정수들인바, 예를 들면. 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이, 제2 링(208)에 대해 4개의 컷아웃, 롤러 케이지(218)에 5개의 롤러, 및 제1 링(200)에 6개의 컷아웃을 포함한다. 그러나, 다른 패턴을 갖는 사이클로이드 드라이브가 또한 가능한바, 제2 링(208)에 대해 4개의 컷아웃, 롤러 케이지(218)에 6개의 롤러 및 제1 링(200)에 8개의 컷아웃이 또한 가능하다.

IV. 롤링 동작

순 롤링(pure rolling)은, 접촉점에서의 강체의 선형 속도의 크기 및 방향이 모두 일치할 때 발생한다. 도 2d는 예시적인 구현예에 따른, 상기 장치(216)의 단순화된 다이어그램을 도시한다. 다음의 분석은 어떤 개수의 롤러 또는 감속비에도 적용된다. 도 2d는, 롤러 (220A-E)의 순 롤링을 달성하는 파라미터들 간의 관계 및 장치(216)의 분석을 용이하게 한다.

도 2d는, 서클(circle) 또는 실린더로서, 제1 링(200), 제2 링(208) 및 롤러 케이지(218)를 도시한다. 제1 링(200) 및 제2 링(208)의 실린더는, 롤러 (220A-E)가 접촉하는 표면을 규정한다. 따라서, 이들 실린더는 제1 링(200) 및 제2 링(208)의 홈 또는 궤도 내에 놓일 것이다. 제1 링(200), 제2 링(208) 및 롤러 케이지(218) 각각은, 거기에 각각 동심으로 부착되고 강성인 해당 피치 서클을 갖는다. 도 2d에서, 피치 서클 '222'는 제1 링(200)에 대응하고, 피치 서클 '224'는 제2 링(208)에 대응하며, 피치 서클 '226'은 롤러 케이지(218)에 대응한다.

링(200 및 208)을 규정하는 표면이 여기서는 실린더로 설명되지만, 원뿔형 단면일 수도 있으며, 이때 그 각각의 단면은 원형이다. 이 구현은 베벨 기어 타입의 구성과 유사한다.

상기 3개의 피치 서클(222, 224, 226)은, 입력축과 제2 링(208) 사이의 편심량 및 상기 장치(216)에 의해 달성될 바람직한 감속비에 의해 규정될 수 있다. 특히, 피치 서클 직경들의 비 및 제1 링(200), 제2 링(208) 및 롤러 케이지(218)의 직경의 비는, 각 구성 요소가 갖는 컷아웃 또는 롤러의 정수의 비와 동일하다. 예를 들어, 피치 서클 '222'의 직경과 피치 서클 '224'의 직경 사이의 비는, 제1 링(200)의 컷아웃 개수와 제2 링(208)의 컷아웃 개수 사이의 비율과 동일하다. 마찬가지로, 제1 링(200)과 제2 링(208)의 직경의 비 역시, 제1 링(200)의 컷아웃 개수와 제2 링(208)의 컷아웃 개수 사이의 비율과 동일하다. 다른 예로서, 피치 서클 '222'의 직경과 피치 서클 '226'의 직경의 비는, 제1 링(200)의 컷아웃 개수와 롤러 케이지(218)에 결합된 롤러의 개수 사이의 비율과 동일하다. 유사하게, 제1 링(200)과 롤러(218) 사이의 비율은 또한, 제1 링(200)의 컷아웃 개수와 롤러 케이지(218)에 결합된 롤러의 개수 사이의 비율과 동일하다.

피치 서클(222, 224, 226)을 규정하는 것을 용이하게 하는 또 다른 제약은 입력축과 제2 링(208) 간의 편심량이다. 도 2e는 예시적인 구현에 따른, 편심량과 피치 서클(222, 224, 226) 사이의 관계를 도시한다. 구체적으로, 피치 서클 '222'의 반경과 피치 서클 '226'의 반경의 차(227A)는 편심량의 절반이다. 또한, 피치 서클 '222'의 반경과 피치 서클 '224'의 반경의 차(227B)는 편심량과 동일하다. 설명의 예로서, 전술한 개수의 컷아웃 및 롤러를 갖는 장치(216)의 편심량은 20mm 일 수 있다. 이 예에서, 피치 서클 '222'의 반경은 60mm 일 수 있고, 피치 서클 '226'의 반경은 50mm 일 수 있고, 피치 서클 '224'의 반경은 40mm 일 수 있다.

상기 장치(216)에 의해 달성될 바람직한 감축비 및 전술한 편심량 모두에 기초하여 규정된 피치 서클은, 공통의 순간 회전 중심(228)에서 교차할 것이다. 즉, 순간 속도 중심이라고도 하는 순간 회전 중심(instant center of rotation)(228)은, 특정 시점에서 속도가 0 인 지점과, 평면 운동을 수행하는 바디에 고정된 점이다. 이 순간에, 바디의 다른 점의 궤적의 속도 벡터는, 그 지점 주위의 순 회전(pure rotation)에 의해 생성된 것과 동일한 이 지점 주위에 원형 필드를 생성한다.

제1 링(200), 제2 링(208) 및 롤러 케이지(218)가 순간 회전 중심(228)을 공유함에 따라, 제1 링(200) 및 제2 링(208)과 롤러의 접촉점은, 롤러의 중심을 통과하는, 그리고 또한 순간 회전 중심(228)을 통과하는 라인을 따라서 존재한다. 예를 들어, 롤러(220D)에 대한 라인은, 도 2e에서 라인 '230' 으로 표시된다.

이 구성의 결과로서, 상기 장치(216) 내의 강체 (예를 들어, 롤러 (220D), 제1 링(200) 및 제2 링(208)) 사이의 접촉점에서의 속도의 방향이 일치한다. 즉, 다음 순간에 강체가 교차하거나 분리되지 않는다. 이는, 순 롤링을 위한 비 간섭 조건이라고 할 수 있다. 그러나, 순 롤링이 발생하기 위해서, 적어도 하나의 다른 조건이 충족된다. 특히, 순 롤링이 발생하기 위해서는, 속도의 방향을 맞추는 것 이외에, 그 접촉점에서의 강체 쌍의 절대 속도 (즉, 속도의 스칼라 크기) 도 일치해야 한다. 각 접점은, 그 지점에서 연결된 강체의 큰 세트의 동작에 대한 또 다른 제약 조건이다.

강체의 임의의 점의 절대 속도는, 강체의 각속도와, 강체의 순간 회전 중심 및 지점간의 거리를, 곱하여 구할 수 있다. 그러므로, 상기 절대 속도를 일치시키기 위해서, 강체의 알려진 각속도의 세트가 주어지면, 이들 접점은 미끄럼을 방지할 수 있도록 순간 회전 중심으로부터 특정 거리에 있어야 한다.

상기 장치(216)의 경우, 각각의 롤러(220A-E)는 제1 링(200)과 제2 링(208) 양자와 접촉하면서 그들 사이에서 롤링한다. 롤러와 제1 및 제2 링(200, 208) 사이의 결과적인 2개의 접촉점은, 미끄러짐을 방지하기 위해 각각 동일한 각속도를 가져야한다.

일반적으로, 물체에 대한 순간 회전 중심은 고정된 기준 프레임에 종속적이다. 3개의 피치 서클(222, 224, 226) 모두가 공통의 순간 회전 중심을 공유하기 때문에, 임의의 피치 서클이 기준 프레임으로서 선택될 수 있다. 고정된 기준 프레임으로서 롤러 케이지(218)를 나타내는 피치 서클(226)을 선택하는 것은, 본 명세서에 제시된 분석에 부가적인 이점을 갖는다. 피치 서클(226)을 고정된 기준 프레임으로 취급하는 것은, 각 롤러의 각각의 중심이 이제 고정되고 그 순간 회전 중심이 그 기하학적 중심과 일치한다는 사실을 나타낸다. 예를 들어, 롤러(220D)의 기하학적 중심(231)은 그것의 순간 회전 중심과 일치한다. 그러나, 그 결과들은, 예를 들어 그 피치 서클(222)이 고정된 다른 구성들에 대해, 동일할 것이다.

따라서, 이 분석의 목적상, 롤러 케이지(218)를 고정하고 제1 및 제2 링(200, 208)은 회전하게 하는 것이 편리하다. 도 2e에 도시된 바와 같이, 2개의 접촉점(232A, 232B)은, 롤러(220D)의 기하학적 중심(231)과 일치하는 순간 회전 중심으로부터 동일한 거리에 있다. 따라서, 도 2e의 롤러(220D)를 참조하면, 2개의 접촉점(232A 및 232B)에서의 절대 속도는, 롤러(220D)가 미끄러지지 않도록 하기 위해, 동일하면서 반대가 되어야 한다.

3개의 피치 서클(222, 224, 226)의 중심은 서로 이격된 고정된 거리에 있다. 따라서, 피치 서클(222 및 224)의 중심(234A 및 234B) 사이의 거리는, 편심량 (즉, 227B) 과 동일하고, 이들은 고정된 기준 프레임의 중심 (즉, 피치 서클(226)의 중심 (235)) 으로부터 동일한 거리에 있다. 따라서, 미끄러짐을 방지하기 위해, 상기 중심(234B 및 234A)의 절대 속도는 동일해야 한다. 상기 중심 (234A 및 234B)이 피치 서클(222 및 224)의 중심이기 때문에, 그들의 속도를 기술하기 위해 다른 방정식을 작성할 수 있다:

여기서, "B"는 피치 서클 '222'의 반지름, "A"는 피치 서클 '224'의 반지름, "w1"은 피치 서클 '222' 및 제1 링(200)의 각속도, "w3" 피치 서클 '224' 및 제2 링(208)의 각속도를 나타낸다. 각속도 "w1" 및 "w3"은 원하는 감속비로부터 결정될 수 있지만, 아래의 분석에 도시된 바와 같이, 이들 각속도는 이 분석에서 제외되고, 순 롤링을 나타내는 것으로 결정되지 않을지도 모른다.

도 2e에 도시된 바와 같이, "B" 및 "A"는 동일선 상에 있다. 즉, 피치 서클(222 및 224) 각각의 중심(234A 및 234B)과 교차하는, 그리고 순간 회전 중심(228)으로부터 연장하는 라인(233)이 존재한다. <수학식 2>에 기초하여:

도 2f는 예시적인 구현예에 따른, 순간 회전 중심(228)을 피치 서클(222 및 224)의 중심 (234A 및 234B)과 연결시키는 및 접촉점(232A 및 232B)과 연결시키는 삼각형(236A 및 236B)의 닮은꼴을 도시한다. 상기 삼각형(236A 및 236B)들은, 도 2f에 도시된 바와 같이, 각 θ 및 φ 를 공유한다. 상기 삼각형(236A 및 236B)들의 도시된 닮은꼴에 기초하여:

여기서, "D"는 접촉점(232A)과 순간 회전 중심(228) 사이의 거리이고, "C"는 접촉점(232B)과 순간 회전 중심(228) 사이의 거리이다. 따라서:

즉:

다시, 도 2d를 참조하면:

여기서, "V3" 및 "V1"은 각각, 접촉점(232A 및 232B)에서의 선형 스칼라 속도이다. <수학식 6> 및 <수학식 7>에 기초하여 :

<수학식 8>에 따르면, 접촉점(232A 및 232B)에서의 속도 "V3" 및 "V1"은 각각 크기가 동일하고, 따라서 롤러(20D)에 의해 제공되는 구속 조건과 일치하고, 결국 어떤 미끄러짐도 발생하지 않을 것이다.

도 2d 및 2e는 동적 기하학적 구성의 스냅 샷을 나타내는바, 이때 순간 회전 중심(228)은 사이클로이드 속도 감속기에 연결된 입력축의 각 회전에 대한 궤도를 완료한다. 롤러(220A-E)의 유효 직경은 궤도를 통해 끊임없이 변화한다. 그럼에도 불구하고, 위의 분석은 불변 파라미터에 의존하므로, 사이클을 통한 모든 구성에 대해 유지되며, 결국 모든 롤러 접점에 대해 유지된다.

따라서, 상기 장치(216)의 롤러(220A-E)들이, 예를 들어, 식 (2) 내지(8)에 의해 상술된 및 도 2d, 2e 및 2f에 도시된 치수 관계를 가지면, 미끄럼 없이 롤링해야 한다.

도 2d 내지 도 2f를 참조하면, 롤러(220A-E)들과 제1 링(200) 및 제2 링(208) 사이의 간섭이 존재하는 것으로 보인다. 예를 들어, 도 2f에 도시된 영역(238)은 롤러(220B)와 제1 링(200) 사이의 간섭인 것으로 보인다. 그러나, 상기 영역(238)은 간섭이 아니다. 상기 영역(238)은, 제1 링(200) 내의 각각의 홈 또는 컷아웃 (일례로, 컷아웃(204A-F)의 컷아웃) 에서 롤러(220B)가 더 깊게 위치함을 나타낸다. 다시 말하면, 롤러(220B)는, 상기 롤러(220B)가 제1 링(200)에서 더 깊게 가라 앉도록 하면서, 충분히 넓은 홈이나 컷아웃 내의 일 지점에 우연히 존재한다.

V. 사이클로이드 드라이브에 대한 예시적인 대안적인 구성들

도 2a 내지 도 2f에 설명된 장치(216)에 대한 몇몇 예시적인 대안적인 구성들이 이제 설명된다. 전술한 구성에서, 롤러(220A-E)는 구형으로 도시되어 있다. 도 3a 내지 도 3b는 예시적인 구현예에 따른, 비-구형 롤러의 사용을 도시한다.

특히, 도 3a는 예시적인 구현예에 따른, 비-구형 롤러 (300)를 도시하는 장치(216)의 부분 전개도를 도시한다. 롤러 '300'은 롤러(220A-E)를 대체하고 제1 링(200)과 제2 링(208) 사이를 롤링하도록 구성된다.

도 3b는 예시적인 구현예에 따른, 롤러(300)의 롤러 단면을 도시한다. 도시된 바와 같이, A-A' 단면은 제2 링(208)의 회전축에 평행한 면에서, 즉, 화살표(302)에 평행한 면에서, 마름모꼴이다. 제2 링(208)의 회전축에 수직인, 즉, 화살표(302)에 수직인, 면에서의 단면은, 롤러(220A-E)의 단면과 유사한 원형 단면이다. 제1 링(200) 및 제2 링(208)의 홈 또는 컷아웃은 또한, 롤러 (300)의 형상과 일치하도록 변경될 수 있다. 롤러 및 홈의 다른 형상들도 또한 가능하다. 그러나, 롤러의 형상에 대한 하나의 제한은, 롤러가 그 회전축에 대해 대칭이어야 한다는 것이다.

도 4a는 대안적인 제2 링(400)을 도시하고, 도 4b는 예시적인 구현예에 따른, 대응하는 롤러(402)를 도시한다. 제2 링(208)과 같은 폭 가변 컷아웃을 갖는 대신, 상기 제2 링(400)은, 제2 링(400)의 외주면(406)을 따라 공간적으로 직렬로 공간적으로 배열된 오목부(404)와 같은 복수의 함몰부들을 갖는다. 홈 또는 채널(408)이, 외주면(406)을 따라 배치된다. 채널 (408)은, 도 4a에 도시된 바와 같이 오목부(404)를 따라서 딥핑한다. 대응하는 제1 링 (도시되지 않음) 은, 제2 링(400) 및 롤러(402)와 매칭되는 유사 오목부 및 채널을 갖는다.

도 5a는 대안적인 제2 링(500)을 도시하고, 도 5b는 예시적인 구현예에 따른, 대응하는 롤러(502)를 도시한다. 제2 링(500)은 제2 링(500)의 외주면(506) 상에 배치된 가변-폭 홈(504)을 갖는다. 가변-폭 홈(504)의 폭은, 제1 폭 "d1"과 제1 폭 "d1" 보다 큰 제2 폭 "d2" 사이에서 공간적으로 주기적인 방식으로 변한다. 상응하는 제1 링 (도시되지 않음) 은 제2 링(500) 및 롤러(502)와 매칭되는 유사한 홈을 가질 것이다.

롤러(502)는 가변-폭 홈(504)의 윤곽과 일치하는 형상을 갖는다. 상기 롤러(300)들과 유사하게, 상기 롤러(502)는, 제2 링(500)의 회전축에 평행한 면에서 마름모꼴 단면을 가질 수 있다. 그러나, 상기 롤러(502)는 상기 롤러(300)들에 비해 더 긴 원추형 부분(508A-508B)을 갖는다. 긴 원추형 부분(508A-508B)은, 롤러(502)가 가변-폭 홈(504)을 따라 구르면서, 롤러(502)를 가로질러 더 일관성 있는 강성을 부여한다.

도 6a는 2 개의 나란한 홈(602A 및 602B)을 갖는 대안적인 제2 링(600)을 도시하고, 도 6b는 예시적인 구현예에 따른, 대응하는 롤러(604)를 도시한다. 홈(602A, 602B)은 제2 링(600)의 외주면(606)에 배치된다. 홈 '504'와 마찬가지로, 홈 '602A' 및 '602B'의 폭은, 제1 폭 "d3"과 제1 폭 "d3" 보다 큰 제2 폭 "d4" 사이에서 공간적으로 주기적인 방식으로 변한다. 상응하는 제1 링 (도시되지 않음) 은 제2 링(600)의 홈(602A 및 602B) 및 롤러(604)와 매칭되는 유사한 평행 홈을 가질 것이다.

롤러(604)는 홈(602A, 602B)의 각각의 프로파일에 일치하는 형상을 갖는다. 특히, 롤러(604)는 나란하게 배치된 2개의 롤러(608A, 608B)로 구성될 수 있다. 어떤 예들에서, 롤러(608A 및 608B)는 서로 결합될 수 있다; 그러나, 다른 예들에서, 이들은 서로 결합되지 않을 수도 있다.

실시예에서, 2 개 이상의 홈 및 2 개 이상의 롤러가 나란히 적층될 수 있다. 롤러(604)의 이러한 구성은, 보다 많은 수의 접촉점 사이에서 부하가 분산되도록 하기 때문에, 사이클로이드 드라이브의 부하 용량을 증가시킨다.

또한, 나란히 가는 롤러(608A-608B)를 사용하는 것은, 주어진 부하 용량에 대해 직경을 감소시키는 것을 용이하게 한다. 작은 롤러 직경을 사용함에 따라, 제2 링(600)에 대한 입력축의 편심이 감소될 수 있다. 편심을 출력 단계에서 제거할 수 있기는 하지만 (도 11-14 참조), 편심이 작으면 감쇠나 제거가 더 용이할 수 있으며, 사이클로이드 드라이브가 더 적은 진동을 겪을 수 있다.

도 2a 내지 도 6b에 설명된 구현예는 예시를 위한 것이고, 다른 예시적인 구현예가 고려될 수 있다. 예를들어, 어떤 장치가 제1 링(200) 없이 제2 링(208)을 가질 수 있다는 점이 고려될 수 있다. 이 예에서, 제2 링(208)은 가변-폭 홈을 가질 수 있고, 상기 롤러(220A-220E)들은 상기 가변-폭 홈을 횡단할 수 있으며, 따라서, 롤러(220A-E)의 유효 직경이 변경된다. 다른 예에서, 링(200 및 208)은 형태상 원이 아니지만, 다른 여러 비-원형 형상들을 가질 수 있다. 예를 들어, 링(200 및 208)을 규정하는 표면은 원추형 단면일 수 있다. 이러한 구현은 베벨 기어 타입의 구성과 유사하다. 다른 예에서, 가변-폭 홈은, 링의 주연면 주위의 원형 경로 대신에 나선형 경로를 따라갈 수 있다. 이 예에서, 롤러는, 위에서 설명한 도면들에 표시된 원형 경로 대신 나선형 경로를 따를 수 있다. 다른 구현도 물론 가능하다.

VI. 예시적인 롤러-홈 구성

도 2a-2c, 3a-3b, 4a-4b, 5a-5b 및 6a-6b와 관련하여 전술한 구성은, 가변 유효 직경 롤러를 갖는 사이클로이드 드라이브의 다양한 예시적인 구현예를 도시한다. 다양한 다른 형태의 홈, 컷아웃 또는 채널이, 대응하는 롤러 구성 및 형상과 함께 사용될 수 있다. 또한, 롤러의 축 대칭을 유지하는 다른 롤러 단면들이 사용될 수 있다.

롤러 구성, 형상 및 프로파일, 그리고 홈의 대응하는 구성은, 부하 용량, 하중 분배, 강성, 효율성 및 마찰, 접촉 응력, 사이클로이드 드라이브의 토크 출력, 및 사이클로이드 드라이브의 운동학적 제약에 임팩트를 가한다. 따라서, 롤러의 구성은, 사이클로이드 드라이브의 부하 용량 및 효율성과 같은 다양한 요건의 균형을 맞추기 위해 조정될 수 있는 설계 파라미터로서 고려될 수 있다.

도 7a-7d는 롤러-홈 구성의 예를 도시한다. "홈"이라는 용어는 홈 이외에 "컷아웃", "채널" 및 "궤도"라는 용어를 포함하도록 도 7a-7d와 관련하여 이 섹션에서 사용된다. 위에서 언급했듯이, 홈은 베어링의 궤도(raceway)와 유사하며, 링은 베어링의 레이스(races)과 유사하다.

도 7a-7d는, 외측의 또는 제1 링(704)의 외부 홈(702)과, 내측의 또는 제2 링(708)의 내부 홈(706) 사이에 놓이는 롤러(700)의 단면도를 도시한다. 도 7a-7d는, 4개의 상이한 롤러-홈의 예시적인 설계를 도시한다. 롤러(700)가 구형 롤러로서 도시되어 있지만, 다른 롤러 형상이 사용될 수 있다. 롤러(700)는 전술한 임의의 롤러를 나타낼 수 있다. 또한, 제1 링(704)은, 전술한 제1 링 중 어느 하나를 나타낼 수 있고, 제2 링(708)은 전술한 임의의 제2 링을 나타낼 수 있다.

롤러(700)는 4개의 위치(710A, 710B, 710C, 710D)에서 홈(702, 706)과 인터페이스한다. 이 인터페이스는 효율성, 부하 용량, 마모, 등과 같은 여러 가지 특성에 맞게 최적화될 수 있다.

도 7a는 예시적인 구현예에 따른, 나이프-에지 롤러-홈 구성을 도시한다. 도 7a에 도시된 나이프-에지 형상은, 인터페이스 위치(710A-710D)가 고부하 하에서 쇼트 라인 컨택트(short line contact)로 퍼지는 실질적으로 단일-점 접촉 또는 접촉 패치인 것을 특징으로 한다. 이러한 스타일은 모든 하중에서 높은 효율을 제공할 수 있지만, 마모가 증가할 수 있다.

도 7b는, 예시적인 구현예에 따른, 포켓 또는 스너그-피트(snug-fit) 롤러-홈 구성을 도시한다. 이러한 스너그-피트(snug-fit) 구성에서, 각각의 위치 (710A-710D)는 길이 "w"를 갖는 더 긴 라인 접촉 패치를 갖는다. 이러한 구성은 고 부하 용량을 가질 수 있다. 고 부하에서, 인터페이스 위치(710A-710D)에서의 라인 접촉 패치는 약간 두꺼워져서, 부하 용량을 증가시킨다. 그러나, 이러한 인터페이스 구성은, 롤러(700)와 링(704, 708) 사이의 약간의 스크러빙으로 인해 더 낮은 효율을 야기한다.

도 7c는, 예시적인 구현예에 따른, 모따기 롤러-홈 구성을 도시한다. 이러한 인터페이스는 저압에서 점 접촉으로 시작하여 부하가 있는 타원 모양으로 커진다. 이러한 인터페이스는 기하학적 구조가 단순화되어 일부 롤러 형상의 경우 제조가 더 쉬울 수 있다.

도 7d는, 예시적인 구현예에 따른, 고딕-아치(gothic-arch) 롤러-홈 형상을 도시한다. 도 7d에 도시된 구성에서, 홈(702, 706)들은 롤러(700)의 곡률보다 작은 곡률을 가질 수 있어서, 상기 위치(710A-710D)에서의 접촉 패치가 고효율을 유지하면서 부하 하에서보다 보다 빠르게 성장한다.

실시예에서, 도 7a-7d에 도시된 구성은 사이클로이드 드라이브 내에서 개별적으로 일관되게 사용될 수 있다. 그러나, 이들 구성은 홈 (즉, 홈(702) 및/또는 홈(706)) 의 길이를 따라 최적의 효과를 위해 사이클로이드 드라이브 내에서 결합될 수 있다. 예를 들어, 홈의 가장 넓은 부분은, 도 7c에 도시된 모따기 인터페이스 구성을 가질 수 있는 반면, 홈의 가장 높은 부하 용량 부분은, 도 7b에 도시된 스너그-피트(snug-fit) 구성을 가질 수 있다. 실시예에서, 롤러(700)와의 접촉을 일시적으로 느슨하게 하도록, 절벽이 홈의 단면에 부가될 수 있다. 이는 부품의 재 정렬 또는 마모의 감소를 허용하기 위해 수행될 수 있다.

VII. 예시적인 평행 또는 차동 사이클로이드 드라이브 구성

도 8은 예시적인 구현예에 따른, 차동 사이클로이드 드라이브(800)의 사시도를 도시한다. 차동 사이클로이드 드라이브(800)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 차동적으로 연결된 2개의 사이클로이드 드라이브(802 및 804)를 포함한다. 사이클로이드 드라이브(802 및 804)는, 전술한 구성들 중의 어느 것을 가질 수 있고 서로에 대해 상이한 감소 비율을 가질 수 있다.

제1 사이클로이드 드라이브(802)의 제2 링(806)은, 커플링 부재(810)를 통해 제2 사이클로이드 드라이브(804)의 제2 링(808)에 연결되거나 접속된다. 입력축 (도시되지 않음) 이, 베어링 또는 구동 부재(812A, 812B)에 편심되게 결합되도록 구성될 수 있다. 입력축 및 구동 부재(812A)는, 제1 사이클로이드 드라이브(802)의 고정되거나 정지된 제1 링(814) 내에서 제2 링(806)을 구동한다. 달리 말하면, 제1 링(814)은 차동 사이클로이드 드라이브(800)를 위한 기계적 접지로 고려된다. 반대로, 제2 사이클로이드 드라이브(804)의 제1 링(816)은 자유롭게 회전한다.

이러한 구성은 큰 감속비를 허용한다. 구체적으로, 제1 사이클로이드 드라이브(802)는, 감소비 "R1"을 갖고, 제2 사이클로이드 드라이브(804)는 감소비 "R2"를 갖는 것으로 가정하면, 결과적인 차동 사이클로이드 드라이브(800)의 감소비(Rd)는 다음의 식에 의해 결정될 수 있다:

예를 들어, "R1"이 2:1 (즉, R1 = 1/2) 이고 "R2"가 2.5:1 (즉, R2 = 1/2.5)이면, Rd는 <수학식 9>에 의해 1/14로 계산될 수 있다. 이와 같이, 큰 감속비가 차동 사이클로이드 드라이브(800)로 달성 가능하다.

차동 사이클로이드 드라이브(800)의 또 다른 이점은, 제1 사이클로이드 드라이브(802)의 편심이 제2 사이클로이드 드라이브(804)의 각각의 편심에 의해 상쇄되거나 보상된다는 것이다. 이러한 방식으로, 제1 링(816)에서 출력을 정류하기 위해 (즉, 편심을 보상하기 위해) 차동 사이클로이드 드라이브(800)에 어떤 추가적인 메커니즘도 결합되지 않는다.

차동 사이클로이드 드라이브(800)와 같은 차동 사이클로이드는, 차동적으로 연결된 2개의 사이클로이드 드라이브(802 및 804)를 포함한다. 상기 사이클로이드 드라이브(802 및 804)는 또한 병렬로 연결되거나 함께 적층될 수 있다. 도 9a는 예시적인 구현예에 따른, 병렬로 연결된 2개의 사이클로이드 드라이브(802 및 804)를 도시한다. 도 9a에 도시된 구성은, 도 6a 및 도 6b에 도시된 구성과 유사하다. 구동 부재(812A 및 812B)는 입력축 (902)에 편심 장착되고 각각의 제2 링(806 및 808)을 구동하도록 구성된다.

동일한 배향으로 서로 꼭대기에 적층된 (즉 평행하게 적층된) 사이클로이드 드라이브(802 및 804)와 같은 다수의 순 롤링 사이클로이드를 사용하면, 대단한 증가 부품의 대가가 없이도, 하중이 다수의 사이클로이드 드라이브 사이에 분배될 때, 더 큰 부하 용량이 가능해진다. 일 실시예에서, 이러한 구성의 제조를 용이하게 하기 위해, 각각의 사이클로이드로부터의 매칭된 구성요소가, 단일 부분품으로서 제조될 수 있다. 예를들어, 단일 외부 링이 2개의 제1 링(814 및 815)을 대체하도록 제조될 수 있다. 유사하게, 도 6a에 도시된 링(600)과 같은 단일 내부 링이, 두 개의 제2 링(806 및 808)을 대체하도록 제조될 수 있다.

여러 실시예에서, 다수의 순 롤링 사이클로이드가 서로에 대해 오프셋된 상태로 서로의 꼭대기에 적층될 수 있다. 도 9b는 예시적인 구현예에 따른, 사이클로이드 드라이브(804)에 대해 오프셋된 사이클로이드 드라이브(802)와 병렬로 연결된 2개의 사이클로이드 드라이브(802 및 804)를 도시한다. 도 9b에 도시된 바와 같이, 사이클로이드 드라이브(802)의 제2 링(806) 및 구동 부재(812A)는, 사이클로이드 드라이브(804)의 제2 링(808) 및 구동 부재(812B)에 대해 상방향으로 시프트된다.이러한 구성은, 보다 큰 부하 용량 및 한층 더 균일한 부하 전송을 허용한다. 그러나, 제2 링(806 및 808)들에 연결된 출력들은, 단일 출력으로 합쳐지지 않을 수도 있고, 독립적으로 수집될 수도 있다.

VIII. 백래시 감소를 갖는 예시적인 구현

기계 시스템에서는 백래시를 감소시키거나 제거하는 것이 바람직하다. 전술한 장치 및 시스템에서의 백래시의 한 가지 원인은, 롤러와 채널, 홈 또는 컷아웃 사이의 제조 허용 오차이다.

도 10은 예시적인 구현예에 따른, 백래시를 감소시키도록 구성된 예시적인 사이클로이드 드라이브(1000)를 도시한다. 사이클로이드 드라이브(1000)의 제1 (외측) 링(1002)은, 2개의 절반부(1004A 및 1004B)로 분할될 수 있다. 2개의 절반 부(1004A-1004B)는 스크류 '1006' 같은 스크류들 또는 강성 스프링들에 의해 함께 결합될 수 있다. 스크류(1006)(들)를 조임으로써, 홈 (채널 또는 컷아웃)(1008 및 1010)의 폭이 감소될 수 있으므로, 홈(1008, 1010) 및 롤러(1012)(들) 사이의 간섭을 야기하게 된다. 나사가 더 조여질수록, 백래시가 더 감소된다. 그러나, 롤러(1012)와 홈(1008, 1010) 사이의 마찰이 증가하기 때문에 효율이 감소된다.

사이클로이드 드라이브(1000)는 또한 통합 오버라이드 클러치(integrated overriding clutch)로서 사용될 수 있다. 입력 토크가 임계값을 초과하면, 출력은 입력에 대해 상대적으로 미끄러진다. 사이클로이드 드라이브(1000)를 통합된 오버라이드 클러치로서 사용하기 위해, 2개의 절반부(1004A-1004B)를 연결하는 나사(1006)는 상당히 변위될 수 있는 강성 스프링으로 대체될 수 있다. 입력 토크가 임계값을 초과할 때, 2개의 절반부(1004A 및 1004B)는 서로 멀어져, 롤러(1012)(들)로 하여금 홈 (예를 들어, 홈(1008 및 1010)) 을 통과하도록 허용하는바, 그렇지않으면 너무 작아서 롤러(1012)(들)가 이를 통과할 수 없을 것이다. 롤러(1012)(들)가 홈을 가로지를 때, 입력 토크가 여전히 문턱값을 초과하지 않는 한, 홈의 다음 섹션에 붙잡힐 수 있다. 이러한 클러치의 장점은, 추가되는 부품이 거의 없어도 변속기에 직접 통합되어질 수 있다는 것이다.

사이클로이드 드라이브(1000)는, 도 10에 도시된 바와 같은 외측 링(1002), 내측 링(1014) 또는 이들 모두를 분할함으로써 구성될 수 있다.

IX. 편심 보상

전술한 바와 같이, 사이클로이드 드라이브의 제2 (내측) 링 (예를 들어, 제2 링(208, 400, 500, 600 및 806) 중 임의의 것)은, 베어링 또는 구동 부재를 통해 입력축에 편심되게 장착된다. 사이클로이드 드라이브의 출력축은, 사이클로이드 드라이브의 제2 링에 연결되어 있으므로, 상기 출력축은 편심 운동을 하고 제2 링의 회전축에 수직 방향으로 변위된다. 동심원 각도 회전(concentric angular rotation)을 전달하기 위해, 변위가 제거될 수 있다.

도 11은 예시적인 실시예에 따른, 동축으로 정렬되지 않은 2개의 샤프트를 연결하는데 사용되는 커플링(1100)을 도시한다. 상기 커플링(1100)은 3개의 디스크(1102, 1104, 1106)를 포함한다. 디스크(1102)와 같은 외측 디스크 중 하나가, 입력축에 연결될 수 있는 반면, 다른 외측 디스크(1106)는 출력축에 연결될 수 있다.

중간 디스크(1104)는, 도시된 바와 같이 설편 (즉, 키) 및 홈 (즉, 키홈) 구성에 의해 양 외측 디스크에 결합된다. 용어 "설편" 및 "키"는 여기서 상호 교환적으로 사용된다. 유사하게, 용어 "홈" 및 "키홈"은 여기서 상호 교환적으로 사용된다.

특히, 외측 디스크(1102)는 홈(1108)을 가지며, 중간 디스크(1104)는 외측 디스크(1102)와 대향하는 측면 상에 설편(1110)을 가지므로, 홈(1108)에 대응하고 그와 결합한다. 마찬가지로, 중간 디스크(1104)는 외측 디스크(1106)와 대향하는 측면 상에 홈(1112)을 가지며, 외측 디스크(1106)는 홈(1112)에 대응하고 그와 결합하는 설편(1114)을 갖는다. 설편(1110)은 홈(1112)에 수직이다. 따라서, 중간 디스크(1104)는, 디스크(1102, 1104 및 1106)가 회전함에 따라, 외측 디스크(1102 및 1106)에 대해 반경 방향으로 슬라이딩하도록 구성된다.

비 정렬된 입력축 및 출력축이, 외측 디스크(1102 및 1106)에 연결되고, 중간 디스크(1104)는 입력축의 회전을 출력축으로 전달한다. 중간 디스크(1104)가 외측 디스크(1102, 1106)에 대해 반경 방향으로 슬라이딩하도록 구성되기 때문에, 입력 및 출력축 사이의 오정렬의 영향이 제거된다.

상기 커플링(1100)은 전술한 사이클로이드 드라이브의 편심을 제거하기 위해 사용될 수 있다. 예로서, 도 2c를 다시 참조하면, 커플링(1100)의 외측 디스크들(1102 및 1106) 중 하나가 제2 링(208)에 결합될 수 있다. 그후, 출력축은 다른 외측 디스크에 결합될 수 있다. 따라서, 제2 링(208)이 편심 방식으로 회전함에 따라, 중간 디스크(1104)가 외측 디스크(1102 및 1106)에 대해 반경 방향으로 슬라이딩할 수 있는 능력은, 출력축에서의 편심 효과를 보상한다.

도 12a-12b는 예시적인 구현예에 따른, 사이클로이드 드라이브의 출력에서의 편심을 보상하기 위한 커플링 구성(1200)을 도시한다. 도 12a-12b에 도시된 사이클로이드 드라이브는 제1 링 및 제2 링을 갖는 사이클로이드 드라이브 장치(216)와 유사하다. 롤러 및 롤러 케이지는 도 12a 내지 도 12b의 시각적 난잡함을 감소시키기 위해 생략되었다.

상기 구성(1200)에서, 도 11에 도시된 비교적 큰 설편 및 홈 배열과 대조적으로, 사이클로이드 드라이브는 더 작은 설편 및 홈 어레이를 갖는다. 다수의 평행한 소형 설편 및 홈을 사용함으로써, 커플링의 부하 용량이 주어진 체적에 대해 증가하므로, 상기 구성(1200)으로 하여금 주어진 부하 용량에 대해 보다 소형화될 수 있도록 한다.

도 12a는 하나의 시야각을 갖는 사이클로이드 드라이브의 분해도를 도시하고, 도 12b는 다른 시야각으로부터의 분해도를 도시하는바, 그리하여 상기 구성 요소들의 양 측이 모두 상기 도면들에 도시될 수 있다. 입력축은 상기 구성 요소(1201)의 중앙에서 상기 구성 요소(1201)에 결합될 수 있다 (즉, 입력축과 상기 구성 요소(1201)는 동심원이다). 베어링(1202)이 입력 구성 요소(1201)에 편심 장착된다. 편심 장착 베어링(1202)은 사이클로이드 드라이브의 제2 링(1204)에 결합된다. 제2 링(1204)은 (상기 장치(216)의 제2 링(208) 및 제1 링(200)의 구성과 유사한) 제1 링(1206) 내에 배치될 수 있다.

또한, 도 12b에 도시된 바와 같이, 제2 링(1204)은 출력 디스크(1102 및 1106) 중 하나로서 작동하도록 구성된다. 제2 링(1204)은 입력축 쪽을 향하는 제1 측면과 상기 제1 측면과 반대측인 제2 측면을 갖는다. 상기 제2 측면은, 단일 설편 (예를 들어, 설편(1114)) 또는 단일 홈 (예를 들어, 홈(1108)) 과 대향하는 다중 설편 및 홈(1208)을 포함한다.

상기 구성(1200)은, 도 11의 중간 디스크(1104)와 동등한, 어떤 하나의 중간 디스크(1210)를 포함한다. 상기 디스크(1104)의 단일 설편(1110) 및 단일 홈(1112) 대신에, 상기 디스크(1210)는 디스크 양 측면에 다중 설편 및 홈(1212 및 1214)을 갖는다. 특히, 디스크(1210)의 제1 측면은, 제2 링(1204) 쪽을 향하고 상기 설편 및 홈(1212)을 가지며, 반면에 제1 측면의 반대 면인 제2 측면은, 상기 설편 및 홈(1214)을 갖는다. 상기 설편 및 홈 '1212'은 상기 설편 및 홈 '1214'와 수직이다.

디스크(1216)는, 외측 디스크(1102 및 1106) 중 하나와 유사한 출력 디스크이다. 디스크(1216)는 디스크(1210)의 설편 또는 홈(1214)과 결합하도록 구성된 다수의 설편 또는 홈(1218)을 갖는다. 동작시, 제2 링(1204)이 편심 방식으로 움직이므로, 디스크(1210)는 제2 링(1204) 및 출력 디스크(1216) 둘 모두에 대해 반경 방향으로 슬라이딩하며, 따라서 출력의 편심이 제거된다.

도 13a-13b는 예시적인 구현예에 따른, 사이클로이드 드라이브의 출력에서의 편심을 보상하기 위한 다른 구성(1300)의 분해도를 도시한다. 상기 구성(1300)은 편심을 보상하기 위해 링크를 사용한다.

입력축이 편심 장착 베어링(1302)에 연결될 수 있다. 베어링(1302)은 이전 구성에서 설명된 바와 같이 입력축에 대해 편심되어 있다. 상기 구성(1300)은 제1 링(1306) 내에서 회전 가능한 제2 (내부) 링(1304)을 포함한다. 제2 링(1304)은 입력축 쪽을 향하는 제1 측면 및 상기 제1 측면의 반대측인 제2 측면을 갖는다.

상기 구성(1300)은 4개의 링크(1308A, 1308B, 1308C, 1308D)를 포함하며, 각각의 링크는 2개의 쐐기(peg)를 갖는다. 더 많거나 적은 개수의 링크를 사용할 수 있으며, 각 링크는 더 많거나 적은 개수의 쐐기를 가질 수 있다. 상기 링크들(1308A, 1308B, 1308C, 및 1308D)은 서로 연결되거나 결합되고, 제2 링(1304)의 각 평면에 평행한 평면에 배치된다. 상기 링크들(1308A, 1308B, 1308C 및 1308D)의 쐐기들은 상기 평면에 수직인 방향으로 돌출된다.

상기 구성(1300)은 또한, 도시된 바와 같이 4개의 홀을 갖는 중간 부재(1310)를 갖는다. 상기 구성(1300)은 또한, 홀(1314)과 같은, 2개의 홀을 갖는 출력 부재(1312)를 갖는다. 상기 링크(1308A, 1308B, 1308C 및 1308D)의 어느 부분 집합의 쐐기들은, 중간 부재(1310) 및 출력 부재(1312) 쪽을 향하면서 거기에 결합되어 있는 반면, 또다른 부분 집합의 쐐기들은 제2 링(1304) 쪽을 향하면서 제2 링(1304)에 결합된다.

도 13b의 점선은, 상기 링크(1308A, 1308B, 1308C 및 1308D)의 쐐기들 중 절반이 다른 부재의 홀에 결합되는 방법을 도시한다. 예를들어, 상기 링크(1308D)의 쐐기(1316)는 중간 부재(1310)를 넘어서 연장되며, 출력 부재(1312)의 홀(1314)에 결합된다. 링크(1308D)의 쐐기(1318)는 중간 부재(1310)의 홀(1319)에 결합된다. 링크(1308D)의 쐐기(1320)는 중간 부재(1310)의 홀(1322)에 결합된다. 링크(1308B)의 쐐기(1324)은 제2 링(1304)의 홀(1326)에 결합된다. 도면의 시각적 혼란을 줄이기 위해, 각각의 홀과 쐐기 결합의 절반 만이 도시되어 있다.

각각의 쐐기는, 그 쐐기가 수용되는 그리고 결합되는, 대응하는 홀 내에서 자유롭게 회전할 수 있다. 이전의 구성에서 설명한 바와 같이, 제2 링(1304)은 편심 방식으로 회동한다. 링크(1308A, 1308B, 1308C, 1308D)의 길이는, 편심을 보상하기 위해, 제2 링(1304)의 편심량보다 실질적으로 커야한다. 제2 링(1304)은, 그에 연결된 쐐기를 통해, 링크(1308A-D) 및 중간 부재(1310)로 하여금, 편심 운동을 제거하거나 감소시키는 방식으로 이동하도록 한다. 따라서, 출력 부재(1312)는 또한, 편심없이 회동한다. 따라서, 출력 부재에 연결된 샤프트는 편심 운동없이 회전할 것이다.

도 14는 예시적인 구현예에 따른, 사이클로이드 드라이브의 편심을 보상하기 위한 또다른 구성(1400)을 도시한다. 이전에 도시된 구성은 단일의 제2 링을 포함하지만, 상기 구성(1400)은 2개의 제2 링(1402 및 1404)을 갖는 복합 제2 링(1401)을 포함한다. 2개의 제2 링(1402 및 1404)은 서로 부착되어, 동일한 속도로 하나의 유닛처럼 회전한다.

상기 구성(1400)은 또한, 제2 링(1402)이 제1 링(1406) 내에서 회전하고 제2 링(1404)이 제1 링(1408) 내에서 회전하도록, 2개의 대응하는 제1 링(1406 및 1408)을 포함한다. 상기 제1 링 중 하나는 접지되고 (즉, 고정되고), 다른 제1 링은 자유롭게 회전할 수 있다 (즉, 플로팅이다).

두 개의 제2 링(1402 및 1404)의 피치 직경은 임계량 이하 만큼 상이하다. 예를 들어, 제2 링(1402)의 피치 직경은 55mm 일 수 있고 제2 링(1404)의 피치 직경은 50mm 일 수 있다. 유사하게, 2개의 제1 링(1406 및 1408)의 피치 직경은 임계량 이하 만큼 상이하지만, 제1 링(1406 및 1408)의 피치 직경의 차이는 제2 링(1402 및 1404)의 피치 직경의 차이와 동일하다. 예를 들어, 제1 링(1406)의 피치 직경은 60mm 일 수 있고 제1 링(1408)의 피치 직경은 55mm 일 수 있다.

도 14는 또한, 편심 요소(1412)에 연결된 입력축(1410)을 도시한다. 제2 링(1402, 1404)은, 편심 요소(1412)를 둘러싸도록 구성된 롤러 베어링(1414)에 장착된다. 작동 시, 입력축(1410)이 회전함에 따라, 제2 링(1402 및 1404)은 모두, 각각의 제1 링(1406 및 1408) 내에서 편심 방식으로 각각 이동한다.

제1 링(1406)이 "접지" 링 (즉, 이동하지 않는 제1 링) 으로 고려된다면, 출력은 자유롭게 회전하거나 플로팅 상태인 제1 링(1408)으로부터 수집될 수 있다. 제2 링(1404) 및 제1 링(1408)의 배열은, 제1 링(1406) 내에서의 제2 링(1402)의 회전의 편심을 상쇄시킨다. 따라서, 출력은 편심을 갖지 않는다. 이러한 구성에서, 상기 구성(1400)의 감속비는 각각의 제1 링 및 제2 링의 쌍 사이의 2 개의 감속비의 곱이므로, 큰 감속비가 얻어질 수 있다.

X. 결론

여기에 기술된 구성은 단지 예시의 목적을 위한 것으로 이해되어야 한다. 이와 같이, 당업자는, 다른 구성 및 다른 요소 (예를 들어, 기계, 인터페이스, 치수(orders) 및 동작 그룹화 등) 가 대신 사용될 수 있고, 일부 요소는 원하는 결과에 따라 생략될 수도 있다는 것을 이해할 것이다 .

다양한 양태들 및 구현예들이 본 명세서에 개시되었지만, 다른 양태들 및 구현예들이 당업자에게 명백할 것이다. 본 명세서에 개시된 다양한 양태 및 구현예는 예시의 목적을 위한 것이며, 다음의 청구 범위에 의해 지시되는 진정한 권리 범위와 함께, 그러한 청구 범위가 부여되는 등가물의 전체 권리 범위와 함께, 제한하려고 의도되는 것은 아니다. 본 명세서에서 사용되는 용어는 특정 구현예를 단지 설명하기 위한 것이며, 제한하려는 의도가 아니라는 것으로 이해되어야 한다.

200 : 제1 링 208 : 제2 링
216 : 사이클로이드 드라이브

Claims (15)

1. 개방된 환형 공간 및 내주면 상에 배치된 제1-외부-링 가변-폭 홈을 갖는 제1 외부 링;
   상기 제1 외부 링의 개방된 환형 공간 내에서 회전 가능하며, 외주면 상에 배치된 제1-내부-링 가변-폭 홈을 갖는 제1 내부 링;
   상기 제1 외부 링의 내주면과 상기 제1 내부 링의 외주면 사이에 배치되어, 상기 제1 외부 링의 내주면과 상기 제1 내부 링의 외주면 상에서 롤링하도록 구성되며, 이들 사이에서 상기 제1-외부-링 가변-폭 홈과 상기 제1-내부-링 가변-폭 홈을 결합하는 동안에 회전 가능한, 제1 복수개의 롤러;
   개방된 환형 공간 및 내주면 상에 배치된 제2-외부-링 가변-폭 홈을 갖는 제2 외부 링;
   상기 제2 외부 링의 개방된 환형 공간 내에서 회전 가능하며, 외주면 상에 배치된 제2-내부-링 가변-폭 홈을 갖는 제2 내부 링; 및
   상기 제2 외부 링의 내주면과 상기 제2 내부 링의 외주면 사이에 배치되어, 상기 제2 외부 링의 내주면과 상기 제2 내부 링의 외주면 상에서 롤링하도록 구성되며, 이들 사이에서 상기 제2-외부-링 가변-폭 홈과 상기 제2-내부-링 가변-폭 홈을 결합하는 동안에 회전 가능한, 제2 복수개의 롤러;
   를 포함하며,
   상기 제1 외부 링은 상기 제2 외부 링에 결합되고 상기 제1 내부 링은 상기 제2 내부 링에 결합되는 것을 특징으로 하는 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 외부 링의 내주면은 상기 제2 외부 링의 내주면과 정렬되는 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제1 내부 링의 외주면은 상기 제2 내부 링의 외주면과 정렬되는 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제2 복수개의 롤러의 롤러들은 상기 제1 복수개의 롤러의 롤러들과 정렬되는 것을 특징으로 하는 장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제2 복수개의 롤러의 롤러들은 상기 제1 복수개의 롤러의 롤러들과 정렬되지 않는 것을 특징으로 하는 장치.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1-외부-링 가변-폭 홈은 복수의 영역을 규정하여, 상기 복수의 영역 중 각각의 영역이 상기 영역의 제1 단부에서 제1 폭으로 시작하고, 상기 영역의 중심에서 상기 제1 폭보다 큰 제2 폭으로 증가하며, 상기 영역의 제2 단부에서 상기 제1 폭으로 다시 좁아지며,
   상기 제1-내부-링 가변-폭 홈은 각각의 복수의 영역을 규정하여, 상기 각각의 복수의 영역 중 각각의 해당되는 영역이 상기 각각의 영역의 각각의 제1 단부에서 제1 폭으로 시작하고, 상기 각각의 영역의 각각의 중심에서 제2 폭으로 증가하며, 상기 각각의 영역의 각각의 제2 단부에서 상기 제1 폭으로 좁아지는 것을 특징으로 하는 장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 제1-내부-링 가변-폭 홈에 의해 규정된 영역의 총 개수는 상기 제1-외부-링 가변-폭 홈에 의해 규정된 영역의 총 개수보다 작고,
   상기 제1 복수개의 롤러의 총 개수는 상기 제1-외부-링 가변-폭 홈에 의해 규정된 영역의 총 개수보다 작고 상기 제1-내부-링 가변-폭 홈에 의해 규정된 영역의 총 개수보다는 큰 것을 특징으로 하는 장치.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 제2-외부-링 가변-폭 홈은 복수의 영역을 규정하여, 상기 복수의 영역 중 각각의 영역이 상기 영역의 제1 단부에서 제1 폭으로 시작하고, 상기 영역의 중심에서 상기 제1 폭보다 큰 제2 폭으로 증가하며, 상기 영역의 제2 단부에서 상기 제1 폭으로 다시 좁아지며,
   상기 제2-내부-링 가변-폭 홈은 각각의 복수의 영역을 규정하여, 상기 각각의 복수의 영역 중 각각의 해당되는 영역이 상기 각각의 영역의 각각의 제1 단부에서 제1 폭으로 시작하고, 상기 각각의 영역의 각각의 중심에서 제2 폭으로 증가하며, 상기 각각의 영역의 각각의 제2 단부에서 상기 제1 폭으로 좁아지는 것을 특징으로 하는 장치.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 제2-내부-링 가변-폭 홈에 의해 규정된 영역의 총 개수는 상기 제2-외부-링 가변-폭 홈에 의해 규정된 영역의 총 개수보다 작고,
   상기 제2 복수개의 롤러의 총 개수는 상기 제2-외부-링 가변-폭 홈에 의해 규정된 영역의 총 개수보다 작고 상기 제2-내부-링 가변-폭 홈에 의해 규정된 영역의 총 개수보다는 큰 것을 특징으로 하는 장치.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 내부 링 및 상기 제2 내부 링과 결합되는 입력 샤프트;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 내부 링이 상기 입력 샤프트로부터 동일 방향으로 오프셋되도록 상기 제1 및 제2 내부 링이 상기 입력 샤프트에 편심 결합되는 것을 특징으로 하는 장치.
12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 내부 링이 상기 입력 샤프트로부터 다른 방향으로 오프셋되도록 상기 제1 및 제2 내부 링이 상기 입력 샤프트에 편심 결합되는 것을 특징으로 하는 장치.
13. 제 10 항에 있어서,
    상기 입력 샤프트에 편심 탑재되며 상기 제1 내부 링에 결합되는 제1 구동 부재; 및
    상기 입력 샤프트에 편심 탑재되며 상기 제2 내부 링에 결합되는 제2 구동 부재;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
14. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 내부 링 혹은 상기 제2 내부 링 중의 적어도 하나에 결합된 출력;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
15. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 내부 링에 결합된 제1 출력; 및
    상기 제2 내부 링에 결합된 제2 출력;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.

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