KR20020000578A - 토크미터 부착형 유성기어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유성기어장치에 관한 것으로, 더욱 자세하게는, 진동 및 소음이 저감되어, 보다 정확한 토크치를 검출할 수 있는 토크미터 부착형 유성기어장치에 관한 것이다.

본 발명에 의한 토크미터 부착형 유성기어장치는, 회전을 지지하는 고정요소에 작용하는 반력에 의해 변형되며, 일정간격으로 구비된 복수개의 탄성부재와; 상기 고정요소에 연결되어, 상기 고정요소에 작용하는 반력을 이용하여 유성기어장치로 전달되는 토크를 계산하는 토크미터를 포함하여 구성된다.

본 발명에 의하면 고정요소에 작용하는 모멘트 힘을 상쇄시켜 고정요소의 처짐에 의한 진동 및 소음을 방지할 수 있어, 결과적으로 정확한 토크치를 검출할 수 있다.

Description

토크미터 부착형 유성기어장치{The planetary gear assembly with torque-meter}

본 발명은 유성기어장치에 관한 것으로, 더욱 자세하게는, 동력전달시 회전력을 지지하는 고정요소에 발생하는 처짐을 방지하여, 진동 및 소음이 저감되고, 보다 정확한 토크치를 검출할 수 있는 토크미터 부착형 유성기어장치에 관한 것이다.

차량 또는 자전거의 변속기 등 회전동력을 이용하는 동력장치에 있어서, 동력원으로부터 전달된 토크를 요구되는 토크로 변환시키기 위한 증감속기로서 일반적으로 유성기어장치를 사용한다. 이러한 유성기어장치는 링기어의 내측에 위치한 복수개의 유성기어들과, 유성기어들 중심에 위치한 선기어를 포함하여 구성되며, 상기 유성기어들은 캐리어에 의해 연결되어 함께 연동하도록 구성된다. 상기 유성기어들은 전달된 토크에 의해 자전함과 동시에, 상기 링기어 내주연을 따라 공전할 수 있는 특성을 갖는다.

상기 유성기어장치에 의한 기어비의 변경은, 동력 전달시 상기 링기어, 선기어, 캐리어 중 하나가 고정되고 나머지 두 요소가 회전하며 감속 또는 가속되는 방식으로 구성된다. 즉, 회전운동을 하는 요소는 두 개이고 한 요소는 회전력을 지지하는 역할을 하는 것이다. 예를 들어, 상기 캐리어를 고정하고 상기 선기어를 회전시켜 상기 링기어로 동력을 전달하거나, 상기 선기어를 고정하고 상기 링기어를 회전시켜 상기 캐리어로 동력을 전달하는 방식으로 증속 또는 감속이 이루어지게 된다.

상기 유성기어장치에는 필요한 경우 토크치를 검출하기 위한 토크미터가 장착되어, 검출된 토크치를 통해 동력원에 어느 정도의 부하가 작용하고 있는지 검출하고, 전달되는 동력에 따라 특정시스템의 가동여부를 판단할 수 있도록 구성된다.

상기 토크미터는 일반적으로 회전형 토크미터가 사용되며, 동력전달 과정 중 회전하는 요소의 중심축에 설치되어 상기 회전요소로부터 토크치를 검출하는 기능을 수행한다. 그러나 상기와 같은 회전형 토크미터는 토크미터의 내부가 복잡하고, 가격이 고가인데다, 회전요소 중간에 설치되므로 불필요한 공간을 차지하게 되는 단점이 있다. 이러한 단점을 보완하기 위해, 최근에는 회전요소가 아닌 고정요소로부터 토크치를 검출할 수 있는 토크미터가 사용되고 있다.

도 1은 종래의 고정요소로부터 토크치를 검출할 수 있도록 구성된 유성기어장치의 분해사시도이고 도 2는 정면도이다. 도시된 유성기어장치는 선기어 고정형으로, 상기 선기어는 고정되어 회전을 지지하고, 캐리어와 링기어가 회전하며 동력이 전달되는 구조로 이루어져있다.

도시된 바와 같이, 기어치가 형성된 링기어(5)의 내주연에는 다수개의 유성기어(4)가 설치되어 있다. 상기 유성기어(4)들의 내측은 선기어(1)와 맞물려 있고, 각각의 회전요소 역할을 하는 캐리어핀(3)으로 캐리어(2)와 결합되어 있다. 상기 캐리어(2)는 도시되지 않은 동력전달축에 연결되어, 상기 동력전달축으로부터 입력된 동력을 상기 유성기어(4)들을 통해 상기 링기어(5)로 전달하거나, 상기 링기어(5)로부터 입력된 동력을 상기 동력전달축으로 전달하게 될 것이다. 그리고 상기 캐리어핀(3)의 타측에는 캐리어커버(6)가 체결되어 상기 유성기어(4)들의 이탈을 방지하게 된다.

상기 선기어(1)의 축방향 단부에는 상기 선기어(1)를 고정하기 위한 선기어고정암(9)이 체결되고, 상기 선기어고정암(9)의 일측에는 돌출된 돌기부가 형성되어 있다. 도 2를 참조하면, 상기 돌기부(9a)의 일측면에는 코일스프링 등의 탄성부재(8)가 설치되어, 유성기어장치를 기어박스 케이스(27) 내에 안착시, 후술하는 바와 같이 상기 선기어(1)에 반력이 작용하는 경우, 상기 탄성부재(8)가 상기 돌기부(9a) 및 상기 케이스(27) 사이에서 지지력을 발휘하고, 반력이 제거되면 상기 선기어고정암(9)을 다시 원상태로 복원시키는 역할을 하게 된다.

그리고 상기 돌기부(9a)의 타측면에는 상기 돌기부(9a)의 회전량을 감지하여 저항값을 변화시킴으로써 작용하는 토크를 계산하는 포텐쇼미터(11)가 설치되어 있다. 상기 포텐쇼미터(11)는 실질적으로 토크를 검출하기 위한 장치로서, 반력에 의한 상기 돌기부(9a)의 회전변위를 이용하여 현재 유성기어장치에 전달되고 있는 토크치를 검출하게 된다. 이렇게 상기 포텐쇼미터(11)에서 계산된 수치는 상기 포텐쇼미터(11)와 연결된 디스플레이장치(12)에 수신되어 시각적으로 표시되게 된다.

상기한 구성을 통한 토크치 검출과정을 살펴보면, 예를 들어 상기 링기어(5)를 입력축으로 하고 상기 캐리어(2)를 출력축으로 할 때, 상기 링기어(5)가 회전함에 따라 상기 링기어 내주연에 맞물린 유성기어(4)들이 상기 캐리어핀(3)을 중심으로 회전함과 동시에, 상기 선기어(1)를 중심으로 상기 링기어(5) 내주연을 선회하게 된다. 이렇게 되면 상기 캐리어핀(3)도 회전하게 되고, 상기 캐리어핀(3)과 일체로 고정된 캐리어(2)가 회전하게 되어 도시되지 않은 출력축을 회전시키게 된다.

이 때, 상기 선기어(1)에는 상기 유성기어(4)들의 회전에 의한 반작용력이발생하게 된다. 즉, 도 2를 참조하여 설명하면, 예를 들어 링기어(5)가 반시계방향으로 회전하는 경우, 상기 유성기어(4)들 또한 상기 링기어(5)의 내주연을 따라 반시계방향으로 선회하게 된다. 이렇게 되면 상기 유성기어(4)들의 선회중심이 되는 선기어(1)에는 상기 선기어(1)를 상기 유성기어(4)의 선회방향과 반대되는 방향, 즉 시계방향으로 회전시키려고 하는 반력이 작용하게 되고, 이러한 반력은 상기 선기어(1)와 상기 선기어(1)에 고정된 상기 선기어고정암(9)의 돌기부(9a)를 회전시켜, 상기 돌기부(9a)와 상기 케이스(7) 사이에 위치한 상기 탄성부재(8)를 압축시키게 된다.

그리고 상기 돌기부(9a)가 상기 탄성부재(8)에 의해 지지되며 회전한 변위는 상기 포텐쇼미터(11)에 의해 저항값의 변화로 계산되어 토크치로 변환되고, 그 값이 디스플레이장치(12)를 통해 외부로 표시되게 된다.

그러나 상기와 같은 종래의 토크미터 장착형 유성기어장치는 다음과 같은 단점이 있다.

종래의 유성기어장치는 상기 선기어고정암(9)의 돌기부(9a) 및 탄성부재(8)가 일측에만 형성되어 있어, 회전을 지지하는 선기어(1)에 작용하는 반력 또한 일측에서만 지지된다. 도 2를 참조하면, 유성기어장치에 동력이 입력되어 상기 선기어(1)에 시계방향의 반력이 작용하는 상태에서는, 상기 선기어고정암(9)의 도면 상의 상측은 상기 탄성부재(8)에 의해 지지되고 있지만, 하측에는 어떠한 지지력도 존재하지 않는 상태이다. 즉, 상기 선기어고정암(9) 상측과 하측 사이에 지지력의 불균형이 발생하는 것이다.

따라서 상기 선기어고정암(9)에는 상기 탄성부재(8)와 케이스(7)의 접촉점을 중심으로 시계방향으로 회전하려는 모멘트 힘이 발생하게 되고, 상기 모멘트 힘에 의해 상기 선기어고정암(9)이 틀어지게 되어, 결과적으로 도 3에 점선으로 도시된 바와 같이, 상기 선기어(1)의 회전중심이 원래의 위치에서 휘어지는 처짐현상이 발생하게 된다. 그런데 상기 선기어(1)의 타측은 도면에 도시되지는 않았지만 상기 선기어(1)를 지지하기 위한 베어링과 결합되어 있다. 따라서 상기와 같은 처짐은 상기 베어링에 하중을 가하게 되어, 마찰을 증가시킴으로써 유성기어장치의 진동 및 소음을 유발하게 된다.

또한 유성기어장치의 진동은 직접적으로 상기 탄성부재(8)의 진동을 촉발하게 되어, 정확한 토크치의 검출이 어려워지는 문제점이 있는 것이다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 정확한 토크치를 검출할 수 있는 토크미터 부착형 유성기어장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 진동 및 소음이 저감된 토크미터 부착형 유성기어장치를 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 토크미터 부착형 유성기어장치의 분해사시도.

도 2는 종래의 토크미터 부착형 유성기어장치의 정면도.

도 3은 종래의 토크미터 부착형 유성기어장치에서 고정요소에 반력이 작용하고 있는 상태를 도시한 정면도.

도 4는 본 발명에 의한 토크미터 부착형 유성기어장치의 분해사시도.

도 5는 본 발명에 의한 토크미터 부착형 유성기어장치의 정면도.

※ 도면의 주요부분에 대한 설명※

21 : 선기어 22 : 캐리어

23 : 캐리어핀 24 : 유성기어

25 : 링기어 26 : 캐리어커버

27 : 기어박스 케이스 28a,28b : 탄성부재

29 : 선기어고정암 29a,29b : 돌기부

31 : 포텐쇼미터 32 : 디스플레이장치

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의하면, 내주연에 기어치가 형성된 링기어와; 상기 링기어 내주연에 맞물려 회전하는 유성기어와; 상기 유성기어와 결합되어, 상기 유성기어와 연동되어 회전하는 캐리어와; 상기 유성기어에 맞물려 상기 유성기어의 선회중심이 되는 선기어를 포함하여 구성되는 유성기어장치에 있어서, 본 발명에 의한 토크미터 부착형 유성기어장치는 동력전달시, 회전을 지지하는 고정요소에 작용하는 반력에 의해 변형되며, 일정간격으로 구비된 복수개의 탄성부재와; 상기 고정요소에 연결되어, 상기 고정요소에 작용하는 반력을 이용하여 유성기어장치로 전달되는 토크를 계산하는 토크미터를 더 포함하여 구성된다.

본 발명의 구체적인 실시예에 의하면, 상기 고정요소는 선기어이고, 상기 선기어의 회전요소 단부에는 상기 선기어를 고정하기 위한 선기어고정암이 체결된다.

그리고 상기 선기어고정암의 외주연에는 상기 탄성부재의 수에 대응하는 수의 돌기부가 돌출형성되어, 상기 돌기부에 상기 탄성부재가 설치되어 반력을 지지하게 된다.

또한 상기 돌기부 중 일측 돌기부에 상기 토크미터가 설치되어 유성기어장치에 전달되는 토크치를 검출하게 된다.

상기와 같은 구성에 의하면, 회전에 대한 반력에 의해 고정요소에 작용하는 모멘트 힘이 상쇄되어, 고정요소의 처짐에 의한 진동을 방지하고, 결과적으로 정확한 토크치를 획득하는 것이 가능할 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명에 의한 유성기어장치의 구성을 도시하고 있는 분해사시도이고 도 5는 본 발명에 의한 유성기어장치의 정면도이다. 도면에 도시된 유성기어장치는 선기어 고정형으로, 회전력을 지지하는 선기어를 고정하기 위한 선기어고정암과 케이스 사이에 탄성부재가 설치되어 있음을 알 수 있다.

도시된 바와 같이, 유성기어장치를 구성하는 요소와 동력전달계통은 종래와 동일하며, 고정된 선기어(21)를 선회중심으로 하여 링기어(25)와 캐리어(22) 사이에서 유성기어(24)들이 회전하여 동력이 전달되도록 구성되어 있다. 상기 유성기어(24)들이 캐리어핀(23)에 의해 상기 캐리어(22)에 결합되고, 상기 캐리어핀(23)의 타측에는 캐리어커버(26)가 체결됨은 물론이다.

본 발명에 의한 선기어고정암(29)에는 종래와 달리 돌출되어 형성된 한 쌍의 돌기부(29a,29b)가 상기 선기어고정암(29)의 중심에 대해 서로 마주보는 위치에 형성된다. 그리고 상기 돌기부(29a,29b)의 일측면에는 상기 선기어(21)에 작용하는 반력을 지지할 수 있도록 각각 코일스프링 등의 탄성부재(28a,28b)가 설치된다. 상기 탄성부재(28a,28b)는 일측단이 상기 돌기부(29a29b)에 고정되고 타측단이 기어박스 케이스(27)에 밀착됨으로써, 상기 선기어(21)에 작용하는 반력을 각각 탄성적으로 지지할 수 있도록 구성되는 것이다. 따라서 상기 선기어(21)에 작용하는 반력이 서로 대칭되는 위치에 분산지지됨으로써 종래에 상기 선기어(21)에 발생하던 모멘트 힘이 해소될 수 있다.

예를 들어, 도 4를 참조하면, 상기 선기어(21)에 시계방향의 반력이 작용하게 되면, 상기 돌기부(29a,29b)가 반력에 의해 회전하며 각각에 고정된 탄성부재(28a,28b)를 압축시키게 된다. 상기의 경우 상기 선기어(21)에 작용하는 반력은 각각의 탄성부재(28a,28b)에 분산된다. 즉, 각각의 탄성부재(28a,28b)가 작용하는 반력을 나누어 지지하는 것이다. 따라서 상기 선기어고정암(29)에는 서로 대칭되는 위치에 동일한 크기의 지지력이 형성되어, 상기 선기어(21)가 모멘트 힘에 의해 처지는 것이 방지되게 된다.

그리고 일측 돌기부(29a)에는 상기 탄성부재(28a)와 반대되는 면에, 반력에 의한 상기 돌기부(29a)의 회전변위에 따라 변화하는 저항값을 측정하여, 작용하는 토크치를 계산하도록 포텐셔미터(31)가 설치되고, 상기 포텐셔미터(31)는 계산된 토크치를 외부로 표시하기 위한 디스플레이 장치(32)와 연결되어 있다.

상기와 같은 구성에 의한 본 발명 실시예의 작동을 도면을 참조하여 자세하게 설명하면 다음과 같다. 이하 설명하는 과정에서, 동력원에서 발생한 동력은 링기어(25)로 입력되고, 상기 링기어(25)는 반시계방향으로 회전하는 것으로 가정한다.

도 5를 참조하면, 유성기어장치에 동력이 입력되어 상기 링기어(25)가 반시계방향으로 회전하게 되면, 상기 링기어(25)의 내주연에 설치된 유성기어(24)들 또한 상기 캐리어핀(23)을 회전중심으로 자전함과 동시에, 상기 선기어(21)를 선회중심으로 상기 링기어(25) 내주연을 반시계방향으로 선회하며 입력된 동력을 캐리어(22)에 전달하게 된다. 이렇게 되면 상기 유성기어(24)들의 선회에 의해 상기 선기어(21)에는 시계방향의 반력이 작용하게 되고, 이 때, 상기 선기어(21)에 작용하는 반력은 상기 선기어고정암(29)에 형성된 돌기부(29a,29b)를 통해 각각의 돌기부(29a,29b)에 고정된 탄성부재(28a,28b)에 압축력을 가하게 된다.

따라서 상기 탄성부재(28a,28b)에 의해 지지되며 회전하는 상기 돌기부(29a,29b)의 회전변위는 상기 탄성부재(28a,28b)의 타측에 설치된 상기 포텐쇼미터(31)에 저항값의 변화로 입력되어 유성기어장치에 전달되는 토크치로 계산되고, 그 값은 디스플레이장치(32)를 통해 외부로 표시된다.

한 편, 상기와 같이 상기 탄성부재(28a,28b)가 압축되어 반력을 지지하는 상황에서, 일측 탄성부재(28a)와 케이스(27)의 접촉점을 중심으로 하는 반력방향의 모멘트 힘은 타측 탄성부재(28b)와 케이스(27)의 지지에 의해 상쇄된다. 다시 말해 상기 선기어(21)에 작용하는 반력은 대칭되는 위치에 형성된 각각의 탄성부재(28a,28b)에 분산되는 것이다.

따라서 종래에 문제가 되었던 모멘트 힘에 의한 상기 선기어(21)의 처짐을 방지할 수 있어, 유성기어장치의 진동 및 소음을 저감시킬 수 있고, 결과적으로 보다 정확한 토크치의 검출이 가능해진다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 유성기어장치에 있어서, 동력전달시 회전을 지지하는 고정요소에 작용하는 반력을 지지하기 위한 탄성부재(28a,28b)를 다수개 구비하고, 서로 동일한 지지력을 발휘할 수 있는 위치에 설치함으로써, 반력에 대한 지지력이 편중되는 것에 의해 모멘트 힘이 발생하여 상기 고정요소의 회전중심이 틀어지는 것을 방지하도록 구성하는 것을 기본적인 기술사상으로 하고 있음을 알 수 있다.

이와 같은 기술적 범위 내에서 통상의 기술자에 있어서는, 본 발명을 응용한 다른 변형이 가능함은 물론이다.

상술한 실시예에 있어서는 선기어(21)가 고정되는 유성기어장치를 예로 들어 설명하였다. 그러나 본 발명은 이와 같은 선기어(21) 고정형에만 국한되는 것은 아니다. 즉, 캐리어(22) 고정형 유성기어장치의 경우 상기 캐리어(22)에 작용하는 반력을 측정할 수 있는 소정위치에 복수개의 돌기부를 형성하고, 마찬가지로 링기어(25) 고정형의 경우 상기 링기어(25)에 작용하는 반력을 측정할 수 있는 소정위치에 복수개의 돌기부를 형성하여, 각각의 돌기부에 탄성부재를 고정하고, 동력전달시 반력에 의한 일측 돌기부의 변위를 측정함으로써 작용하는 토크치를 검출하는 방법도 가능한 것이다. 따라서 유성기어장치에 있어서 동력전달시 회전을 지지하는 어떠한 고정요소에도 본 발명과 같은 토크미터 장착구조를 적용함이 가능할 것이다.

그리고 상술한 실시예에서는 상기 탄성부재(28a,28b)를 상기 돌기부(29a,29b)에 고정하였지만 상기 돌기부(29a,29b)가 아닌 케이스(27)에 고정하여 상기 고정요소에 작용하는 반력을 지지토록 구성하는 것도 가능함은 물론이다.

또한 상술한 실시예에서는 일측으로의 회전만 가능한 유성기어장치에 관하여 설명하였지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 상황에 따라 양방향, 즉 시계방향과 반시계방향으로의 회전동력이 번갈아 입력되는 유성기어장치의 경우, 고정요소에 형성된 복수개의 돌기부 양측면에 각각 탄성부재를 설치함으로써 각각의 회전방향에 대한 반력을 지지할 수 있다. 즉, 하나의 돌기부에 한 쌍의 탄성부재를 고정하여, 시계방향의 반력과 반시계방향의 반력 모두를 지지하도록 구성하는 것이다. 그리고 회전변위를 측정하기 위한 별도의 돌기부를 형성하여 포텐쇼미터를 설치하거나, 아니면 돌기부 중 일측에 포텐쇼미터를 연결함으로써, 각각의 회전방향에 따른 토크를 검출하는 것이 가능해진다.

따라서 상기의 경우, 반력에 대한 지지력의 편중에 의해 고정요소가 처지는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 양방향 토크검출이 가능해지는 장점이 있다. 또한 상기의 경우에도 마찬가지로, 작용하는 반력을 동일한 힘으로 지지하도록 다수개의 탄성부재를 구비하는 것을 기술적 요지로 하고 있기 때문에 다양한 변형이 가능할 것이다.

상기한 바와 같이 본 발명에 의하면, 동력전달시 고정요소에 작용하는 반력을 지지하는 탄성부재를 일정간격으로 복수개 구비하여, 각각이 동일한 지지력을 발휘하도록 구성하고 있다. 따라서 상기 고정요소에 작용하는 반력이 분산지지되어, 상기 고정요소가 모멘트 힘에 의해 처지는 것을 방지할 수 있어, 유성기어장치에서 발생하는 소음 및 진동의 저감효과를 기대할 수 있다.

그리고 유성기어장치의 진동은 구조적으로 탄성부재의 진동과 직접적으로 연관되어 있음을 알 수 있다. 따라서, 진동의 저감효과를 통해 보다 정확한 토크치를 획득하는 것이 가능할 것이다.

Claims (4)

1. 내주연에 기어치가 형성된 링기어와;

   상기 링기어 내주연에 맞물려 회전하는 유성기어와;

   상기 유성기어와 결합되어, 상기 유성기어와 연동되어 회전하는 캐리어와;

   상기 유성기어에 맞물려 상기 유성기어의 선회중심이 되는 선기어를 포함하여 구성되는 유성기어장치에 있어서,

   동력전달시, 회전을 지지하는 고정요소에 작용하는 반력에 의해 변형되며, 일정간격으로 구비된 복수개의 탄성부재와;

   상기 고정요소에 연결되어, 상기 고정요소에 작용하는 반력을 이용하여 유성기어장치로 전달되는 토크를 계산하는 토크미터를 더 포함하여 구성되는 토크미터 부착형 유성기어장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 고정요소는 선기어이고, 상기 선기어의 회전요소 단부에는 상기 선기어를 고정하기 위한 선기어고정암이 체결됨을 특징으로 하는 토크미터 부착형 유성기어장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 선기어고정암의 외주연에는 상기 탄성부재의 수에 대응하는 수의 돌기부가 돌출형성되고, 상기 돌기부에 탄성부재가 설치되어 반력을 지지함을 특징으로 하는 토크미터 부착형 유성기어장치.
4. 제 3항에 있어서, 상기 돌기부 중 일측 돌기부에 상기 토크미터가 설치됨을 특징으로 하는 토크미터 부착형 유성기어장치.