KR19990002009A - 위상 변위차를 이용한 감속장치 - Google Patents

Abstract

유성치차를 이용하여 작은 단수로서도 고감속비를 얻을 수 있도록 하여 구조를 단순화함과 아울러 감속기의 크기 및 중량을 최소화하고, 부품수를 저감하며 또한 동력 전달의 효율을 향상할 수 있도록 한 위상 변위차를 이용한 감속장치에 관한 것으로, 입력축과 연결되고 이와 일체로 회전하는 제1태양기어와, 상기한 제1태양기어의 외주에 등분간격으로 배치되는 복수의 제1유성기어와, 케이스에 고정되며 상기한 제1유성기어와 내접하여 맞물리는 제1링기어와, 상기한 제1유성기어의 중심축을 서로 연결한 제1유성캐리어를 보유하는 제1유성기어세트와; 상기한 제1태양기어와 동일한 입력축에 배치되고 상기한 입력축과 편심되면서 일체로 설치되는 캠축과, 상기한 캠축의 외주에 등분간격으로 결합되는 제2유성기어와, 상기한 제2유성기어와 내접하여 맞물리고 제1유성캐리어와 일체로 설치되는 제2링기어와, 상기한 제2유성기어와 연결되고 출력축과 함께 회전되는 제2유성캐리어를 보유하는 제2유성기어세트를 포함한다.

Description

위상 변위차를 이용한 감속장치

본 발명은 위상 변위차를 이용한 감속장치에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 유성치차를 이용하여 작은 단수로서도 고감속비를 얻을 수 있도록 하여 구조를 단순화함과 아울러 감속기의 크기 및 중량을 최소화하고, 부품수를 저감하며 또한 동력 전달의 효율을 향상할 수 있는 위상 변위차를 이용한 감속장치에 관한 것이다.

일반적으로 기계장치에 사용되는 감속장치에는 피니언기어를 조합한 감속장치와 워엄기어를 이용한 감속장치 및 유성기어를 이용한 감속장치 등이 있다.

상기한 피니언 기어를 조합한 감속장치에 있어서 큰 감속비를 얻고자 할 경우에는 많은 수의 부품이 소요되고 외형이 크게 되므로 설치공간 및 중량이 증가하게 되며 또한 제조원가가 상승함과 아울러 긴 동력전달 경로로 인하여 백래쉬의 상승 및 동력전달 효율이 저하되는 문제점이 있었다.

또한 상기한 워엄기어를 이용한 감속장치는 작은 크기에도 불구하고 큰 감속비를 얻을 수 있으나 입력축과 출력축이 동일 축선상에 있지 않으며 출력단에서 입력단으로 역전이 되지 않음과 아울러 마찰 손실이 크다는 문제점이 있었다.

그리고 최근에는 가장 구조가 간단하면서 큰 감속비를 얻을 수 있는 하모닉 드라이브 감속장치가 많이 사용되고 있으나 제조원가가 상승되며 큰 힘을 전달하기 곤란할 뿐만 아니라 소음이 증가하게 되는 문제점이 있었다.

따라서 큰 감속비를 얻기 위하여는 주로 유성기어를 이용한 감속장치가 주로 이용되고 있다. 상기한 유성기어를 이용한 감속장치의 일실시예로 종래에는 도 4에서 도시한 바와 같이 입력축(101)에 연결되어 함께 회전하는 태양기어(103)와, 상기한 태양기어(103)의 외주에 복수의 유성기어(105)를 등분 배치하며 출력축(107)과 연결되는 유성캐리어(109)와, 상기한 복수의 유성기어(105)와 내접하여 맞물리고 고정단으로 작용하는 링기어(111)로 이루어진다.

또한 종래의 유성기어를 이용한 감속장치의 다른 실시예는 도 5에서 도시한 바와 같이 입력축(113)과 동일한 축상에 일체로 편심되게 설치되는 캠축(115)과, 상기한 캠축(115)의 외주에 등분간격으로 결합되는 유성기어(117)와, 상기한 유성기어(117)와 내접하여 맞물리고 고정단으로 작용하는 링기어(119)와, 상기한 유성기어(117)와 연결되고 출력축(121)과 함께 회전하는 유성캐리어(123)로 이루어진다.

상기와 같이 도 4에서 도시한 바와 같이 출력을 유성캐리어에서 얻게 되는 경우의 감속비는 다음과 같이 얻어진다.

먼저 입력단의 각속도 관계식을 구하면 수학식 1과 같다.

[수학식 1]

상기식에서 ε은 상대각속비, ω₁은 입력단의 각속도(ω_i) 즉, 태양기어의 각속도, ω₃은 링기어의 각속도, ω_c는 유성캐리어의 각속도 즉, 출력단의 각속도, D₁은 태양기어의 직경, D₃은 링기어의 직경이다.

다음으로 태양기어의 입력에 대한 유성캐리어의 출력에 대한 관계식을 구하면 다음 수학식 2와 같다.

[수학식 2]

상기한 수학식 2를 정리하면 감속비(R)는 다음과 같다.

[수학식 3]

또한 도 5에서 도시한 바와 같이 출력을 유성기어의 자전운동에 의하여 얻는 경우의 감속비는 다음과 같이 얻어진다.

[수학식 4]

상기식에서 ω₁은 입력단의 각속도(ω_i), ω₂은 출력단의 각속도, Z₁은 유성기어의 잇수, Z₂은 링기어의 잇수이다.

그러나 종래의 유성기어를 이용한 감속장치는 보다 큰 감속비를 얻기 위하여 2단 이상으로 구성할 경우 구조가 복잡해지게 되고, 구성 단수에 비례하여 부품수가 증가함과 아울러 부피가 커지게 되는 문제점이 있었다.

또한, 여러 단계를 거쳐 동력이 전달되므로 동력 전달의 효율이 낮으며, 소음 발생이 많다는 문제점도 내재되어 있었다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 유성치차를 이용하여 작은 단수로서도 고감속비를 얻을 수 있도록 하여 구조를 단순화함과 아울러 감속기의 크기 및 중량을 최소화하고, 부품수를 저감하며 또한 동력 전달의 효율을 향상할 수 있도록 한 위상 변위차를 이용한 감속장치를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 입력축과 연결되고 이와 일체로 회전하는 제1태양기어와, 상기한 제1태양기어의 외주에 등분간격으로 배치되는 복수의 제1유성기어와, 케이스에 고정되며 상기한 제1유성기어와 내접하여 맞물리는 제1링기어와, 상기한 제1유성기어의 중심축을 서로 연결한 제1유성캐리어를 보유하는 제1유성기어세트와; 상기한 제1태양기어와 동일한 입력축에 배치되고 상기한 입력축과 편심되면서 일체로 설치되는 캠축과, 상기한 캠축의 외주에 등분간격으로 결합되는 제2유성기어와, 상기한 제2유성기어와 내접하여 맞물리고 제1유성캐리어와 일체로 설치되는 제2링기어와, 상기한 제2유성기어와 연결되고 출력축과 함께 회전되는 제2유성캐리어를 보유하는 제2유성기어세트를 포함한다.

이에 따라 입력축이 회전됨에 따라 제2단순유성기어세트의 캠축이 입력축과 동일한 각속도로 회전하게 되고, 제1유성캐리어와 일체로 설치된 제2링기어는 제1유성캐리어의 각속도와 동일한 각속도로 회전하게 된다.

이와 같이 상기한 캠축과 제2링기어가 서로 다른 각속도로 인하여 상대속도의 차이에 의하여 위상 차이가 발생하게 되며, 이 위상 차이는 제2유성기어세트의 제2유성기어를 회전시켜 주고, 상기한 제2유성기어에 연결된 제2유성캐리어에는 회전 운동이 발생하게 되고, 상기한 제2유성캐리어에 연결된 출력축이 큰 감속비로 회전하게 되는 것이다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 위상 변위차를 이용한 감속장치를 도시한 부분 단면도.

도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 위상 변위차를 이용한 감속장치를 도시한 부분 단면도.

도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 위상 변위차를 이용한 감속장치를 도시한 부분 단면도.

도 4은 종래 기술의 일실시예에 의한 위상 변위차를 이용한 감속장치를 도시한 부분 단면도.

도 5는 종래 기술의 다른 실시예에 의한 위상 변위차를 이용한 감속장치를 도시한 부분 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 위상 변위차를 이용한 감속장치를 도시한 부분 단면도이다.

제1실시예에 따른 감속장치는 입력축(1)과 연결되고 이와 일체로 회전하는 제1태양기어(3)와, 상기한 제1태양기어(3)의 외주에 등분간격으로 배치되는 복수의 제1유성기어(5)와, 케이스(7)에 고정되며 상기한 제1유성기어(5)와 내접하여 맞물리는 제1링기어(9)와, 상기한 제1유성기어(5)의 중심축을 서로 연결한 제1유성캐리어(11)를 보유하는 제1단순유성기어세트를 포함한다.

상기한 제1단순유성기어세트의 제1태양기어(3)와 동일한 입력축(1)에 배치되고 상기한 입력축(1)과 편심되면서 일체로 설치되는 설치되는 캠축(13)과, 상기한 캠축(13)의 외주에 결합되는 제2유성기어(15)와, 상기한 제2유성기어(15)와 내접하여 맞물리고 제1유성캐리어(11)와 일체로 설치되는 제2링기어(17)와, 상기한 제2유성기어(15)와 연결되고 출력축(19)와 함께 회전되는 제2유성캐리어(21)를 보유하는 제2단순유성기어세트를 포함한다.

이에 따라 먼저 입력축(1)을 회전시키면 입력축(1)과 연결된 제1단순유성기어세트의 제1태양기어(3)가 회전되고, 상기한 제1태양기어(3)의 회전에 따라 복수의 제1유성기어(5)가 회전된다.

상기한 제1유성기어(5)는 케이스(7)에 고정된 제1링기어(9)와 제1태양기어(3)의 사이에서 자전 운동과 공전 운동을 동시에 하게 되는데, 상기한 제1태양기어(3)의 주위를 회전하는 제1유성기어(5)의 공전 운동이 제1유성캐리어(3)를 통하여 출력된다.

이때 입력축(1)의 입력에 대한 제1유성기어세트의 제1유성기어(5)의 공전속도 즉, 제1유성캐리어(11)는 일정한 감속비로 자전하게 된다.

그리고 상기한 입력축(1)이 회전됨에 따라 제2단순유성기어세트의 캠축(13)이 입력축(1)과 동일한 각속도로 회전하게 되고, 제1유성캐리어(11)와 일체로 설치된 제2링기어(17)는 제1유성캐리어(11)의 각속도와 동일한 각속도로 회전하게 된다.

이와 같이 상기한 캠축(13)과 제2링기어(17)가 서로 다른 각속도로 인하여 상대속도의 차이에 의하여 위상 차이가 발생하게 되며, 이 위상 차이는 제2유성기어세트의 제2유성기어(15)를 회전시켜 주고, 상기한 제2유성기어(15)에 연결된 제2유성캐리어(21)에는 회전 운동이 발생하게 되고, 상기한 제2유성캐리어(21)에 연결된 출력축(19)이 큰 감속비로 회전하게 되는 것이다.

그리고 상기와 같이 작동되는 본 발명의 일실시예에 따른 위상 변위차를 이용한 감속장치에서 얻어지는 감속비에 대하여 설명한다.

본 발명의 일실시예에 따른 감속장치의 감속비는 입력단의 감속비와 출력단의 감속비의 대수적 합을 취하면 되는 것이다.

먼저 입력단의 각속도 관계식은 다음 수학식 5와 같다.

[수학식 5]

상기식에서 ω_1i은 입력 각속도(=ω_i) 즉, 제1태양기어의 각속도, ω_ci은 제1유성캐리어의 각속도, D_1i은 제1태양기어의 직경, D_3i은 제1링기어의 직경이다.

다음으로 출력단의 각속도 관계식을 구하면 다음 수학식 6과 같다.

[수학식 6]

상기식에서 ω_1o입력 각속도, ω_2o은 출력 각속도, Z_1o은 제2유성기어의 잇수, Z_2o은 제2링기어의 잇수이다.

상기한 수학식 5와 수학식 6에서의 ω_1i와 ω_1o는 입력단의 제1유성기어와 출력단의 캠축이 일체형이므로 같으며 합성 각속도를 구하면 수학식 7과 같다.

[수학식 7]

상기식에서 ω_o는 입력단과 출력단의 합성 출력 각속도이다.

따라서 본 발명의 일실시예에 의한 감속장치의 감속비는 수학식 8과 같다.

[수학식 8]

도 2에서 도시한 본 발명의 제2실시예에 따른 위상 변이차를 이용한 감속장치는 하기의 사항 이외에는 제1실시예와 동일하다. 제2실시예는 상기한 제2단순유성기어세트의 출력축(19)을 입력축으로 하여 함께 회전하는 제3태양기어(23)와, 상기한 제3태양기어(23)의 외주에 등분간격으로 결합하는 제3유성기어(25)와, 상기한 제3유성기어(25)의 중심축을 서로 연결하며 출력축(27)과 연결되는 제3유성캐리어(29)와, 상기한 제3유성기어(25)와 내접하여 맞물리고 케이스(7)에 고정되어 고정단으로 작용하는 제3링기어(31)를 보유하는 제3단순유성기어세트를 포함한다.

상기한 제3단순유성기어세트는 도 3에 도시한 바와 같이, 상기한 제2단순유성기어세트의 출력축(19)을 입력축으로 하고 이 출력축(19)과 일체로 편심되게 설치되는 캠축(33)과, 상기한 캠축(33)의 외주에 등분간격으로 결합되는 제4유성기어(35)와, 상기 제4유성기어(35)와 내접하여 맞물리고 케이스(7)에 고정되는 제4링기어(37)와, 상기한 제4유성기어(35)와 연결되고 출력축(39)과 함께 회전되는 제4유성캐리어(41)를 보유하여 이루어질 수 있다.

또한 본 발명의 제1실시예에 따른 위상 변이차를 이용한 감속장치는 보다 큰 감속비를 얻기 위하여 상기한 제1실시예의 제1단순유성기어세트와 제2단순유성기어세트를 2단 이상으로 직렬 연결하여 이루어질 수 있다.

그리고 제1실시예에 따른 위상 변위차를 이용한 감속장치는 보다 높은 감속비를 얻기 위하여 제1실시예의 제2단순유성기어세트의 출력축에 제2실시예와 제3실시예에 따른 제3단순유성기어세트를 2단 이상으로 직렬 연결하여 이루어질 수 있다.

이와 같이 본 발명은 제1단순유성기어세트와 제2단순유성기어세트의 조합에 의한 유성치차를 이용하여 작은 단수로서도 고감속비를 얻을 수 있도록 하여 구조를 단순화함과 아울러 감속기의 크기 및 중량을 최소화하고, 부품수를 저감하며 또한 동력 전달의 효율을 향상할 수 있도록 하는 효과가 있는 것이다.

Claims (5)

1. 입력축과 연결되고 이와 일체로 회전하는 제1태양기어와, 상기한 제1태양기어의 외주에 등분간격으로 배치되는 복수의 제1유성기어와, 케이스에 고정되며 상기한 제1유성기어와 내접하여 맞물리는 제1링기어와, 상기한 제1유성기어의 중심축을 서로 연결한 제1유성캐리어를 보유하는 제1유성기어세트와; 상기한 제1태양기어와 동일한 입력축에 배치되고 상기한 입력축과 편심되면서 일체로 설치되는 캠축과, 상기한 캠축의 외주에 등분간격으로 결합되는 제2유성기어와, 상기한 제2유성기어와 내접하여 맞물리고 제1유성캐리어와 일체로 설치되는 제2링기어와, 상기한 제2유성기어와 연결되고 출력축과 함께 회전되는 제2유성캐리어를 보유하는 제2유성기어세트를 포함하는 위상 변위차를 이용한 감속장치.
2. 제1항에 있어서, 제2단순유성기어세트의 출력축을 입력축으로 하여 함께 회전하는 제3태양기어와, 상기한 제3태양기어의 외주에 등분간격으로 결합하는 제3유성기어와, 상기한 제3유성기어의 중심축을 서로 연결하며 출력축과 연결되는 제3유성캐리어와, 상기한 제3유성기어와 내접하여 맞물리고 고정단으로 작용하는 제3링기어를 보유하는 제3단순유성기어세트를 더욱 포함하는 위상 변위차를 이용한 감속장치.
3. 제1항에 있어서, 상기한 제2단순유성기어세트의 출력축을 입력축으로 하고 이 출력축과 일체로 편심되게 설치되는 캠축과, 상기한 캠축의 외주에 등분간격으로 결합되는 제4유성기어와, 상기 제4유성기어와 내접하여 맞물리고 케이스에 고정되는 제4링기어와, 상기한 제4유성기어와 연결되고 출력축과 함께 회전되는 제4유성캐리어를 보유하는 제3단순유성기어세트를 더욱 포함하는 위상 변위차를 이용한 감속장치.
4. 제1항에 있어서, 상기한 제1단순유성기어세트와 제2단순유성기어세트를 보다 높은 감속비를 얻을 수 있도록 2단 이상으로 직렬 연결하여 이루어지는 위상 변위차를 이용한 감속장치.
5. 제2항 및 제3항에 있어서, 상기한 제2단순유성기어세트의 출력축에 보다 높은 감속비를 얻을 수 있도록 제3단순유성기어세트를 2단 이상으로 직렬 연결하여 이루어지는 위상 변위차를 이용한 감속장치.