KR102532010B1 - 하이포사이클로이드 기어 구조 및 이를 포함한 감속기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 감속기에 적용되는 하이포사이클로이드 기어 조합에서는 내기어의 잇수가 외기어의 잇수보다 하나 더 많다. 기어의 맞물림 개수를 증대시켜 회전력을 확실히 전달할 수 있으며, 내기어와 외기어를 동일한 방향으로 회전시킬 수 있다.

Description

하이포사이클로이드 기어 구조 및 이를 포함한 감속기{Hypocycloid gear structure and reducer including the same}

본 발명은 하이포사이클로이드 기어 구조 및 이를 포함한 감속기에 관한 것이다.

기하학에서 하이포사이클로이드(hypocycloid)는 큰 원에서 작은 원을 굴렸을 때 작은 원 위의 한 정점이 그리는 궤적을 말한다. 큰 원의 반지름을 R, 작은 원의 반지름을 r로 한 경우, 각각 R = 5r 및 R = 6r일 때 하이포사이클로이드 곡선의 개형은 도 1과 같다.

하이포사이클로이드의 형상을 이용한 기어 조합이 공지되어 있다. 상기 기어는 작은 부피에도 큰 토크의 전달이 가능하고 감속비가 크며 구름 마찰로 효율이 높기 때문에 자동차의 감속기에도 활용된다. 예를 들어 특허 제10-1422411호의 감속기 기어는 도 2에 도시한 것과 같이 하이포사이클로이드 기어를 이루는 외기어(30')와 내기어(32')를 도시하고 있다. (31')은 훌라후프 기어이다. 특허 공보에서 명시하듯이 외기어(30')의 잇수는 (N+1)개이며, 내기어(32')의 잇수는 N이다. 또, 통상 외기어(30')와 내기어(32') 사이에 롤러가 개재되어 있어 도 2에서 알 수 있는 것과 같이 내기어(32')의 회전 방향과 외기어(30')의 회전 방향이 서로 반대이고 따라서 입력축과 출력축의 회전 방향도 반대이다.

특허 제10-1690151호 역시 하이포사이클로이드 기어를 개시하고 있으나, 외기어의 개수가 내기어의 개수보다 많아야 하며, 이 기어 잇수의 차이값에 따라 두 기어 사이의 편심량을 정하고 있다.

이와 같이 대부분의 특허 문헌은 외기어의 잇수가 내기어의 잇수보다 작은 구조를 토대로 한 것이며, 반대의 경우는 전혀 상정하고 있지 않다.

본 발명은 이상의 선행 기술의 한계를 극복하고 새로운 구조의 감속기에 적합한 하이포사이클로이드 기어 구조를 제공하기 위하여 안출된 것이다.

본 발명은 입력축과 출력축을 동일한 방향으로 회전시킬 수 있으며, 동력의 전달이 확실하고 컴팩트한 구조를 실현할 수 있으며 부품수를 줄이고 원가를 절감할 수 있는 하이포사이클로이드 기어 구조 및 이를 포함한 감속기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 자동차의 조향 장치의 감속기로서, 상기 감속기는 하이포사이클로이드 기어 조합을 포함하며, 상기 하이포사이클로이드 기어 조합은 바깥에 위치하는 외기어와 안쪽에 위치하는 내기어를 포함하며, 상기 내기어의 외주에 형성되는 복수의 외치차의 전체 개수는 상기 외기어의 내주에 형성되는 복수의 내치차의 개수보다 하나 더 많은, 감속기를 제공한다.

상기 내치차는 뾰족한 정점을 기준으로 그 좌우가 외주를 향하여 하향하는 곡선을 이루는 형상이며, 상기 외치차는 내치차와 상보하는 형상으로 뾰족한 정점을 중심으로 그 좌우가 내주를 향하여 하향하는 곡선을 이루는 형상이다.

입력축의 회전으로 회전하는, 내기어 보다 안쪽에 위치한 소직경의 회전기어를 더 포함하며, 상기 회전기어의 회전으로 내기어와 외기어가 동시에 동일한 방향으로 회전할 수 있다.

상기 회전기어는 구형의 롤 또는 구름베어링이 내주와 외주 사이에 개재된 회전기어일 수 있다.

또한, 본 발명은 자동차의 조향 장치의 감속기로서, 상기 감속기는 하이포사이클로이드 기어 조합을 포함하며, 상기 하이포사이클로이드 기어 조합은 바깥에 위치하는 외기어와 안쪽을 향하여 차례로 위치하는 제 1내기어 및 제 2내기어를 포함하며, 상기 제 1내기어의 외주에 형성되는 복수의 외치차의 전체 개수는 상기 외기어의 내주에 형성되는 복수의 내치차의 개수보다 하나 더 많고, 제 1내기어의 내주에 안쪽으로 볼록하게 형성된 복수의 제 2내치차의 전체 개수는 제 2내기어의 외주에 바깥으로 볼록하게 형성된 복수의 제2외치차의 전체 개수보다 하나 더 적은, 감속기를 제공한다.

본 발명은 입력축과 출력축을 동일한 방향으로 회전시킬 수 있으며, 기어의 맞물림 지점의 증가로 동력의 전달이 확실하고, 컴팩트한 구조를 실현할 수 있는 하이포사이클로이드 기어 구조 및 이를 포함한 감속기를 제공한다는 효과를 발휘한다.

본 발명은 하이포사이클로이드 기어에 필요한 부품수를 줄이고 원가를 낮출 수 있다는 효과를 발휘한다.

도 1은 하이포사이클로이드 곡선의 개형을 예로 도시한 도면;
도 2는 종래 기술의 감속기의 하이포사이클로이드 기어 조합의 도면;
도 3은 본 발명의 하이포사이클로이드 기어 조합을 포함하는 감속기의 정면도;
도 4는 본 발명의 하이포사이클로이드 기어 조합을 포함하는 감속기의 사시도; 그리고
도 5는 본 발명의 다른 실시예로서, 복렬식 하이포사이클로이드 기어를 도시한 정면도이다.

이하 본 발명의 일부 실시예를 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

본 실시예의 구성요소를 설명하는 데 있어서 제1, 제2, ⅰⅱa), b) 등의 부호를 사용할 수 있다. 이러한 부호는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 부호에 의해 해당 구성요소의 본질 또는 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함' 또는 '구비'한다고 할 때, 이는 명시적으로 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에서 '연결', '설치' 또는 '부착'한다고 할 때 이는 구성요소간의 직접적인 연결 또는 직접적인 설치나 부착만을 의미하는 것이 아니라 간접적인 것 또는 다른 구성요소를 통한 연결, 설치 또는 부착을 포함하는 것으로 최대한 광의로 해석되어야 한다.

도 3은 본 발명의 하이포사이클로이드 기어 조합을 포함하는 감속기(1)의 정면도이다. 자동차의 조향 장치에 이용되는 감속기(1)는 하이퍼사이클로이드 기어 조합에서 바깥에 위치하는 외기어(10)와 안쪽에 위치하는 내기어(20)를 포함한다.

외기어(10)의 외주는 원주를 이루며, 내주에는 뾰족한 정점을 기준으로 그좌우가 외주를 향하여 하향하는 곡선을 이루는, 동일 형상의 복수의 내치차(12)가 연속하여 형성된다. 도시한 예에서는 내치차(12)가 9개 형성되어 있으며, 각각의 내치차(12)의 정점에 Zi1, Zi2, …, Zi9의 기호를 붙였다. 당연하지만 내치차(12)의 형상이나 숫자가 본 발명의 권리범위를 제한하는 것은 아니다.

내기어(20)의 외주에는 내치차(12)와 상보하는 형상으로 뾰족한 정점을 중심으로 그 좌우가 내주를 향하여 하향하는 곡선을 이루는, 동일 형상의 복수의 외치차(22)가 연속하여 형성된다. 도시한 예에서는 외치차(22)가 10개 형성되어 있으며, 각각의 외치차(22)의 정점에 Ze1, Ze2, …, Ze10의 기호를 붙였다. 당연하지만 외치차(22)의 형상이나 숫자가 본 발명의 권리범위를 제한하는 것은 아니다.

본 발명에서는 외기어(10)의 내주면의 잇수(Zi)가 내기어(20)의 외주면의 잇수(Ze)보다 하나 작은 것을 특징으로 한다. 즉, Ze = Zi + 1의 관계가 성립한다.

도 3에서, (30)은 입력축, (40)은 허브, (50)은 구형의 롤 또는 구름베어링(500)이 내주와 외주 사이에 개재된 회전기어이다.

도 4는 본 발명의 하이포사이클로이드 기어를 포함하는 감속기(1)의 사시도로서, 내기어(20)에 형성된 출력핀의 도시는 이를 생략하였다.

도시한 것과 같이 입력축(30)이 시계 방향으로 회전하면, 회전기어(50)가 시계 방향으로 회전하고, 따라서 내기어(20)와 외기어(10)도 시계 방향으로 회전하며, 출력축(60)이 시계 방향으로 회전한다. 즉 입력축(30)과 출력축(60)의 회전 방향이 동일하다. 이것이 가능한 이유는 외기어와 내기어 사이에 위치하던 종래의 롤러를 없애고, 입력축(30)과 동일한 방향으로 회전하는 회전기어(50)의 회전으로 외기어(10)와 내기어(20)가 동시에 회전하도록 단순화하였기 때문이다. 도 3에서 알 수 있는 것과 같이 내기어(20)의 외치차(22)와 외기어(10)의 내치차(12)가 맞물리는 지점은 최소한 6개 이상 존재하므로 롤러를 제외하여도 회전력의 전달에 문제가 없다.

상술한 기능을 수행하는 한 회전기어(50)의 형상과 구조는 제시한 실시예에 국한되지 않는다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예로서, 복렬식 하이포사이클로이드 기어를 도시한다. 외부에서부터 차례로 외기어(10), 제 1내기어(100) 및 제 2내기어(200)가 위치한다. 외기어(10)의 내주에는 전술한 실시예와 동일한 형상의 내치차(12)가 24개 형성되어 있다. 제 1내기어(100)의 외주에는 전술한 실시예와 동일한 형상의 외치차(102)가 25개 형성되어 있다. 앞서의 실시예와 마찬가지로, Ze = Zi + 1의 관계가 성립한다.

나아가, 제 1내기어(100)의 내주에는 안쪽으로 볼록한 형상의 제 2내치차(104)가 예를 들어 33개 형성되어 있다. 이에 대응하여 제 2내기어(200)의 외주에는 바깥으로 볼록한 형상의 제 2외치차(202)가 32개 형성된다. 즉, 제 1내기어(100) 및 제 2 내기어(200)사이에서는 선행 기술과 같이 Zi = Ze + 1의 관계가 성립한다.

도 5와 같은 복렬식 하이포사이클로이드 기어는 컴팩트한 사이즈로 높은 감속비의 구현이 가능한 점에서 전술한 실시예보다 유리하다. 기어의 잇수는 감속비에 따라 변경 가능하다.

도 5의 실시예에 있어서는 제 2내기어(200)가 회전기어(50)의 역할을 겸하여도 좋고, 제 2내기어(200)의 내부에 입력축의 회전과 동시에 회전하는 회전기어(50)를 더 설치하여도 좋다. 이 경우 전술한 실시예와 같이 외기어와 내기어가 동시에 동일한 방향으로 회전하는 효과를 기대할 수 있다.

이상의 본 발명은 입력축과 출력축을 동일한 방향으로 회전시킬 수 있으며, 기어의 맞물림 지점의 증가로 동력의 전달이 확실하고, 컴팩트한 구조를 실현할 수 있는 하이포사이클로이드 기어 구조 및 이를 포함한 감속기를 제공한다는 효과를 발휘함을 알 수 있다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조로 설명하였으나, 이는 오직 예시를 위한 것이며, 본 발명의 권리범위는 이하 기술하는 청구범위와 동일 또는 균등한 영역에까지 미침은 자명하다.

Claims (6)

1. 자동차의 조향 장치의 감속기로서, 상기 감속기는 하이포사이클로이드 기어 조합을 포함하며, 상기 하이포사이클로이드 기어 조합은 바깥에 위치하는 외기어와 안쪽에 위치하는 내기어를 포함하며, 상기 내기어의 외주에 형성되는 복수의 외치차의 전체 개수는 상기 외기어의 내주에 형성되는 복수의 내치차의 개수보다 하나 더 많으며
   상기 내치차는 뾰족한 정점을 기준으로 그 좌우가 외주를 향하여 하향하는 곡선을 이루는 형상이며, 상기 외치차는 내치차와 상보하는 형상으로 뾰족한 정점을 중심으로 그 좌우가 내주를 향하여 하향하는 곡선을 이루는 형상이고,
   입력축의 회전으로 회전하는 내기어 보다 안쪽에 위치한 소직경의 회전기어를 더 포함하며, 상기 회전기어의 회전으로 내기어와 외기어가 동시에 동일한 방향으로 회전하는, 감속기.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 회전기어는 구형의 롤 또는 구름베어링이 내주와 외주 사이에 개재된 회전기어인, 감속기.
5. 자동차의 조향 장치의 감속기로서, 상기 감속기는 하이포사이클로이드 기어 조합을 포함하며, 상기 하이포사이클로이드 기어 조합은 바깥에 위치하는 외기어와 안쪽을 향하여 차례로 위치하는 제 1내기어 및 제 2내기어를 포함하며, 상기 제 1내기어의 외주에 형성되는 복수의 외치차의 전체 개수는 상기 외기어의 내주에 형성되는 복수의 내치차의 개수보다 하나 더 많고, 제 1내기어의 내주에 안쪽으로 볼록하게 형성된 복수의 제 2내치차의 전체 개수는 제 2내기어의 외주에 바깥으로 볼록하게 형성된 복수의 제2외치차의 전체 개수보다 하나 더 적으며,
   상기 외기어의 내치차는 뾰족한 정점을 기준으로 그 좌우가 외주를 향하여 하향하는 곡선을 이루는 형상이며, 상기 제 1내기어의 외치차는 내치차와 상보하는 형상으로 뾰족한 정점을 중심으로 그 좌우가 내주를 향하여 하향하는 곡선을 이루는 형상이고,
   입력축의 회전으로 회전하는 제 2내기어 보다 안쪽에 위치한 소직경의 회전기어를 더 포함하며, 상기 회전기어의 회전으로 제 1및 제 2내기어와 외기어가 동시에 동일한 방향으로 회전하는, 감속기.
6. 삭제

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