KR20020065483A

KR20020065483A - 웜 및 웜 기어 전동장치

Info

Publication number: KR20020065483A
Application number: KR1020027004840A
Authority: KR
Inventors: 야콥 플레이트만
Original assignee: 야콥 플레이트만
Priority date: 1999-10-15
Filing date: 1999-10-15
Publication date: 2002-08-13
Also published as: EP1222412A4; WO2001029449A1; EP1222412A1; AU1208000A; CA2387678A1; JP2003515064A

Abstract

웜 및 웜 기어 전동장치(10, 16)는 엔벨로핑 나선(12)에 의해 생성된 24개 보다 작은 개수의 톱니를 갖는 엔벨로핑형 웜 기어(16)를 포함한다. 상기 1회전 나선의 각도는 15도 보다 크고, 상기 웜 기어(16)의 다른 형상은 변형된 웜 나선(12)에 의해 생성된다.

Description

웜 및 웜 기어 전동장치 {Worm/worm gear transmission}

전동장치는 여러 목적을 위한 회전운동을 전달하는데 사용된다. 상기 "전동장치(transmission)" 라는 표현은 차량 변속장치를 포함하는 것으로 이에 한정하여 언급되는 것은 아니다. 오히려, 본 발명은, 운동원(source of movement)이 구동부재를 통해 피동부재를 이동시키도록 전달되는 모든 시스템까지 확대된다. 이러한전동장치를 위한 하나의 잠재적 적용예로는 헬리콥터 로우터 구동장치가 있다. 잘 알려진 바와 같이, 이러한 헬리콥터 로우터 구동장치과 관련된 가장큰 문제들 중의 하나는 소음이다. 종래의 비평행 샤프트(non-parallel shaft) 기어 전동장치와 비교할 때, 웜 및 웜 기어형 전동장치는 최소한의 소음만을 발생시킨다. 그러나, 종래의 웜 및 웜 기어 전동장치는 낮은 효율 및 토오크 용량으로 인하여, 헬리콥터의 동력 전달 시스템에서의 사용이 어려웠다.

웜 및 웜 기어 전동장치, 특히, 더블 엔벨로핑(double enveloping) 감속기 또는 원뿔 구동식 웜 및 웜 기어는 기계적 동력 전달장치 분야에 널리 공지되어 있다. 상기 웜 기어는 함께 맞물린 웜의 회전에 의해 구동된다. 상기 웜 기어에 결합된 샤프트의 회전 속도는 웜 기어상의 톱니 개수와 웜 상의 나사산 개수간의 함수이다. 상기 웜은 단일 또는 다수의 나사산이 형성될 수도 있다. 종래의 웜 및 웜 기어 전동장치는 24개 이상의 톱니를 갖는 웜 기어를 구비한다. 특히, 미국 표준 규격의 "산업용 더블 엔벨로핑 웜 기어의 설계" (ANSI/AGMA-6030-C87)에서는 기어 톱니의 최소 개수로서 24개를 권장하고 있다. 또한 상기 웜 나선의 1회전에 대해 공지된 웜 기어의 엔벨로핑 각도는 15도를 넘지 않는다.

모든 표준 더블 엔벨로핑 웜 및 웜 기어 전동장치에 있어서, 상기 엔벨로핑 웜 기어는 웜의 엔벨로핑 나선 형상에 의해 발생된 표면을 갖는다. 여기서, "발생된"이라는 표현은 웜 기어 톱니의 형상이 어떻게 형성될 수 있는가를 의미한다. 상기 엔벨로핑 웜 나선의 표면 방정식과, 상기 웜 나선의 형상을 갖는 공구에 의한 기어 블랭크의 호빙(hobbing) 작업, 또는 컴퓨터 모델링 작업을 통해 상기 형상을규정하는 수학적 계산을 활용할 수 있다. 상기 컴퓨터 모델링 작업에 있어서, 3차원 고형 웜 기어의 형상은 3차원 고형 웜 나선의 형상에 의해 절삭된다. 종래의 엔벨로핑 웜 및 웜 기어 전동장치에서는, 톱니부 밑둥(root of the tooth)상의 언더컷(undercut)으로 인하여, 24개 이하의 엔벨로핑형 기어 톱니를 갖는 웜 기어를 사용하지 않았다. 상기 웜의 엔벨로핑 각은 웜 및 웜 기어 톱니부 상의 나선들 사이의 접촉 영역의 각도이다. 1회전 나선을 갖는 웜에 대해여, 결합하는 기어 톱니의 최대 개수는 2개이다. 알려진 바와 같이, 상기 엔벨로핑 나선 각은 다음과 같은 식에 의해 계산될 수 있다:

φ= 360°/N, 여기서, N은 웜 기어 톱니의 개수이다.

따라서, 24개의 톱니에 대한 φ₂₄= 15°이고, 12개의 톱니에 대한 φ₁₂= 30°이다. 또한, 이러한 각도는 상기 웜 기어를 위한 각도 피치(angular pitch)와 동일하다.

2개의 나선을 갖는 웜을 사용하는 경우, 상기 엔벨로핑 각은 웜 기어의 각도 피치 크기의 2배 정도가 되야 한다. 예를 들어, 6개의 톱니를 갖는 웜 기어에 대해 단일 나선형 웜의 엔벨로핑 각은 60도 이며, 6개의 톱니를 갖는 웜 기어에 대해 이중 나선형 웜의 엔벨로핑 각은 120도 이다. 그러므로, 다수의 나선을 갖는 웜에 대해, 상기 엔벨로핑 각은 식 φ= t * 360°/N에 의해 계산되며, 여기서, t는 나선의 수이다.

모든 표준 엔벨로핑 웜 및 웜 기어 전동장치에 있어서, 라인 접촉은 웜 나선과 웜 기어 톱니부 간에만 존재한다.

더욱이, 표준 이중 엔벨로핑 웜 및 웜 기어 전동장치는 5 이상의 비율에 대해서만 사용된다. 이러한 높은 비율로 인하여, 웜 기어로부터 웜으로 동력을 전달하기 위해 웜 기어와 웜을 각각 피동부재와 구동부재로서 사용하는 것은 실행 불가능한 것으로 생각되어 왔다.

연속적인 단방향 에너지를 전달하는 것과 상기 웜 및 웜 기어 전동장치의 셀프 록킹(self-locking) 특성을 이용하여 상기 비율을 변화시킴에 있어서, 서로 다른 많은 종래의 변경예들이 있다.

일반적으로, 종래 기술에서는 디퍼런셜 수단(differential means)의 결합체를 구비한 좁은 웜 및 웜 기어의 결합체를 사용한다.

이러한 전동장치의 예로서 엘스(Else)에 의한 미국특허 제2,853,140호, 코르프(Korff)에 의한 미국특허 제2,225,957호, 버터바우(Butterbaugh)에 의한 미국특허 제3,208,305호, 해리(Harry)에 의한 미국특허 제4,346,728호, 루시우스(Lucius)에 의한 미국특허 제4,917,200호, 슐쩌(Sulzer)에 의한 미국특허 제4,346,728호, 바우쉬(Bausch)에 의한 미국특허 제4,987,788호, 리(Lee)에 의한 미국특허 제4,973,295호, 존쇼이(Johnshoy)에 의한 미국특허 제Re33,278호, 홀바스(Horvath)에 의한 미국특허 제3,220,284호, 프레이(Frey)에 의한 미국특허 제5,033,996호 및 프레이(Frey)에 의한 미국특허 제5,015,898호가 있다.

상기 셀프 록킹 기능을 제공하기 위해서는 단 하나의 나선을 갖는 웜을 사용하는 것이 좋으며, 이는 리드 각도를 작게 만들기 때문이다. 좁은 웜을 갖는 종래기술에 있어서, 1회전 이상의 나선을 형성하므로써 그것이 가능했다. 이러한 설계로 인해 단지 2개의 웜 기어만이 나선들과 맞물리게 되는 결과를 초래했다. 전체 웜 기어 톱니가 24개 보다 많을 경우, 이로 인해 각각의 톱니부가 작아지게 되고 부하용량 또한 제한된다. 하나의 나선을 갖는 이전의 셀프 록킹 웜 시스템의 최소 비율은 24이다. 이러한 시스템의 경우, 웜 스피드는 웜 기어 스피드 보다 24배가 크며, 이것이 바로 상기 종래 기술이 실생활에 적용하여 사용되지 못한 이유이다. 상기 웜 기어 피치의 직경에 필적하도록 웜 피치 직경의 크기를 증대시키는 것은 상기 웜의 큰 몸체에 비하여 나선을 매우 작게 만들기 때문에, 이 또한 실용화될 수 없다. 24 이상의 웜 기어 톱니와 15도 이하인 웜 나선의 1회전에 대한 엔벨로핑 각도를 갖는 표준 이중 엔벨로핑 웜 및 웜 기어 전동장치를 사용하는 경우, 동일한 문제점에 직면하게 된다. 특히, 나선 대 웜 기어 톱니의 비율이 24 이상으로 높은 비율을 가지며, 작고 약한 톱니를 갖는 경우가 그러하다.

본 발명은 감속기(speed reducer)에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 종래의 전동장치 보다 더 높은 토오크 레벨을 전달할 수 있으며, 보다 효율적인 작동을 제공할 수 있는 단일 웜 및 웜 기어 전동장치와, 매우 낮은 비율을 갖는 감속기에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 입력된 기계적 힘을 단방향 출력 상태로 전달하는 복합 전동장치(combined transmission)에 관한 것으로, 이를 위해, (i) 기계적 진동 에너지가 입력부로 전달되고, 상기 전동장치 단방향 에너지를 출력부로 전달하도록 하는 것과, (ii) 연속된 단방향의 기계적 에너지가 상기 입력부로 전달되고, 상기 전동장치는 변속하여 출력부로 전달하도록 하는 2개의 메인 시스템이 제공된다. 우리는 전기적 에너지를 유추해 낼 수 있으며, 여기서, 2가지의 에너지원, 즉, 직류 및 교류가 사용될 수 있지만, 이러한 에너지를 사용하는 전기 모터는 단방향 운동을 한다.

도 1은 본 발명의 원리에 따라 3개의 톱니부를 갖는 웜 기어를 구비하는 웜 및 웜 기어 전동장치의 단면도이고;

도 2는 본 발명의 원리에 따라 6개의 톱니부를 갖는 웜 기어를 구비하는 웜 및 웜 기어 전동장치의 측면도이며;

도 3은 단면도에 도시된 웜 기어를 구비한 웜 및 웜 기어 전동장치의 측면도 이고;

도 4는 웜 기어 형상의 형성을 위한 2개의 나선을 갖는 엔벨로핑 웜의 측면도이며;

도 5는 상기 웜 기어 톱니부의 형상 형성을 위한 엔벨로핑 나선의 사용을 설명하는 도면이고;

도 6은 상기 웜 기어의 톱니부 형상의 형성을 위한 짧은 나선의 도면이며;

도 7은 본 발명의 원리에 따른 엔벨로핑 웜 기어의 측면도이고;

도 8은 상기 웜 기어의 일 측면을 지지하는 구동 샤프트를 구비한 변형된 웜 기어의 측면도이며;

도 9는 변형된 웜을 구비한 웜 및 웜 기어 전동장치의 측면도이고;

도 10은 상기 웜의 일 측면을 지지하는 구동 샤프트를 구비한 웜 및 웜 기어 전동장치의 측면도이며;

도 11은 편심된 위치에서 변형된 웜을 구비한 웜 및 웜 기어 전동장치의 측면도이고;

도 12는 편심된 위치에서 2개의 변형된 웜을 구비한 웜 및 웜 기어 전동장치의 측면도이며;

도 13은 동일 구동 샤프트에 연결되며 동일 회전축 상에 위치된 2개의 변형 웜을 구비한 웜 및 웜 기어 전동장치의 측면도이고;

도 14는 다른 회전축 상에 위치된 2개의 변형된 웜을 구비한 웜 및 웜 기어 전동장치의 측면도이며;

도 15는 다른 형상의 톱니부를 갖는 엔벨로핑 웜 기어를 나타내는 도면이고;

도 16은 다른 회전축 상에 위치된 2개의 엔벨로핑 웜을 구비한 웜 및 웜 기어 전동장치의 측면도이며;

도 17은 3개의 웜 기어 톱니부를 갖는 도 1의 웜 및 웜 기어 전동장치의 사시도이고;

도 18은 웜 상의 2개의 나선과 6개의 웜기어 톱니부를 구비한 도 2의 웜 및 웜 기어 전동장치의 사시도이며;

도 19는 10개의 웜기어 톱니부와 단일 나선 웜을 구비한 웜 및 웜 기어 전동장치의 사시도이고;

도 20은 웜 상에 3개의 나선을 갖는 변형된 웜과 9개의 웜 기어 톱니부를 구비한 웜 및 웜 기어 전동장치의 사시도이며;

도 21은 6개의 톱니부를 가지며, 웜과 결합되는 접촉면을 설명하기 위하여 톱니부의 표면상에 어두운 점이 표시된 웜 기어의 사시도이고;

도 22는 2개의 나선을 가지며, 웜 기어와 결합되는 접촉면을 설명하기 위하여 나선의 표면상에 어두운 점이 표시된 웜 기어의 사시도이며;

도 23은 일반적인 하이포이드형 기어의 크기와 비교하여 도 20의 웜 및 웜 기어 전동장치의 다른 크기를 설명하는 도면이고;

도 24는 온/오프 클러치를 포함하는 기어 열을 구비한 본 발명의 웜 및 웜 기어 전동장치의 단면도이며;

도 25는 온/오프 클러치와 가요성 샤프트를 포함하는 기어 열을 구비한 본 발명의 웜 및 웜 기어 전동장치의 단면도이고;

도 26은 온/오프 클러치와 가요성 샤프트를 포함하는 풀리 구동장치를 구비한 본 발명의 웜 및 웜 기어 전동장치의 단면도이며;

도 27은 본 발명의 원리를 병합하여 웜 및 웜 기어 전동장치에 연결된 태양 기어를 구비한 스파이더 디퍼런셜의 단면도이고;

도 28은 본 발명의 원리에 따라 웜 및 웜 기어 전동장치의 웜 기어에 연결된 태양 기어와 링 기어를 포함하는 스파이더 디퍼런셜의 단면도이며;

도 29는 본 발명의 원리에 따라 웜 및 웜 기어 전동장치의 웜 기어에 연결된 링 기어를 구비한 스파이더 디퍼런셜의 단면도이고;

도 30은 본 발명의 원리에 따라 웜 및 웜 기어 전동장치의 웜 기어에 연결된 캐리어를 구비한 스파이더 디퍼런셜의 단면도이며;

도 31은 본 발명의 원리에 따라 웜 및 웜 기어 전동장치의 웜 기어에 연결된 캐리어를 구비한 링 기어를 포함하는 스파이더 디퍼런셜의 단면도이고;

도 32는 본 발명의 원리에 따라 웜 및 웜 기어 전동장치의 웜 기어에 연결된 베벨 기어를 구비한 베벨 디퍼런셜의 단면도이며;

도 33은 본 발명의 원리에 따라 웜 및 웜 기어 전동장치의 웜 기어에 연결된 개리어를 구비한 베벨 디퍼런셜의 단면도이고;

도 34는 본 발명의 원리에 따라 한 쌍의 웜 및 웜 기어 전동장치의 제2웜 기어에 연결된 베벨 기어와 제1웜 기어에 연결된 캐리어를 구비한 베벨 디퍼런셜의 단면도이며;

도 35는 본 발명의 원리에 따라 한 쌍의 웜 및 웜 기어 전동장치의 제2웜 기어에 연결된 태양 기어와 제1웜 기어에 연결된 캐리어를 구비한 스파이더 디퍼런셜의 단면도이고;

도 36은 본 발명의 원리에 따라 한 쌍의 웜 및 웜 기어 전동장치의 제2웜 기어에 연결된 링 기어와 제1웜 기어에 연결된 태양 기어를 구비한 스파이더 디퍼런셜의 단면도이며;

도 37은 본 발명의 원리에 따라 한 쌍의 웜 및 웜 기어 전동장치의 제2웜 기어에 연결된 링 기어와 제1웜 기어에 연결된 캐리어어를 구비한 스파이더 디퍼런셜의 단면도이고;

도 38은 온/오프 클러치를 포함하는 기어 열을 구비하는 본 발명의 원리에 따라 한 쌍의 웜 및 웜 기어 전동장치의 제2웜 기어에 연결된 태양 기어와 제1웜 기어에 연결된 캐리어를 구비한 스파이더 디퍼런셜의 단면도이며;

도 39는 온/오프 클러치 및 보조 모터를 구비한 기어 열을 포함하는 본 발명의 원리에 따라 한 쌍의 웜 및 웜 기어 전동장치의 제2웜 기어에 연결된 태양 기어와 제1웜 기어에 연결된 캐리어를 구비한 스파이더 디퍼런셜의 단면도이고;

도 40은 본 발명의 원리에 따라 한 쌍의 웜 및 웜 기어 전동장치의 제2웜 기어에 연결된 링 기어와 제1웜 기어에 연결된 태양 기어를 구비한 베벨 디퍼런셜의 단면도이며;

도 41은 하나의 고정된 로우터를 구비하는 본 발명의 원리에 따라 한 쌍의 웜 및 웜 기어 전동장치의 제1 및 제2웜기어에 연결된 베벨 디퍼런셜의 단면도이고;

도 42는 두개의 고정된 로우터를 구비하는 본 발명의 원리에 따라 한 쌍의 웜 및 웜 기어 전동장치의 제1 및 제2웜기어에 연결된 베벨 디퍼런셜 및 스파이더 디퍼런셜의 단면도이며;

도 43은 본 발명의 원리에 따라 톱니부가 원 및 웜 기어 전동장치의 스플릿 웜의 일부 상에서 나선과 맞물린 상태에서의 웜 기어의 단면도이고;

도 44는 웜 기어의 톱니부와 웜의 절반부 상의 랜드(lands) 합치면(congruent surface)의 단면도이며;

도 45는 마찰 클러치를 구비한 한 개의 토오션 스프링 열을 구비한 스플릿웜 및 웜 기어의 단면도이고;

도 46은 마찰 클러치를 구비한 두개의 토오션 스프링 열을 구비한 스플릿 웜 및 웜 기어의 단면도이며;

도 47은 몸체가 없는 웜을 구비한 웜 및 웜 기어 전동장치의 측면도이고;

도 48은 도 47에 도시된 몸체가 없는 엔벨로핑 웜의 측면도이며;

도 49는 웜 나선을 지지하기 위해 제공된 지지부재를 구비한 몸체가 없는 엔벨로핑 웜의 측면도이고;

도 50은 웜 나선의 단부를 지지하기 위한 지지부재를 갖는 스플릿 웜의 몸체없는 부분에 대한 측면도이며;

도 51은 다른 것과 결합하기 위한 웜 및 웜 기어의 방향을 설명하기 위한 이중 엔벨로핑 웜 및 웜 기어의 사시도이다.

24 이하의 톱니를 갖는 엔벨로핑 웜 및 웜 기어 전동장치는, 일반적으로, 웜 기어 톱니부 밑둥 상의 언더 컷으로 인해 그러한 전동장치를 만들 수 없는 것으로 믿어지기 때문에, 상업적으로 이용되지 않았다. 지금까지, 본 분야의 숙련자들은 24 이하의 톱니를 갖는 엔벨레핑형 웜 기어가 작업 가능하다는 것에 회의적이었다. 즉, 극복할 수 없는 장벽을 제공하는 것으로 생각했다. 이와는 대조적으로, 본 발명의 엔벨로핑형 웜 및 웜 기어 전동장치는, 웜 나선의 1회전에 대한 보다 큰 엔벨로핑 각으로 인해, 언더 컷되는 기어 톱니가 없는 웜 기어를 활용한다.

종래의 엔벨로핑형 웜 및 웜 기어 전동장치와 비교하여, 24 이하의 기어 톱니와 나선의 1회전에 대한 보다 큰 엔벨로핑 각을 갖는다면, 하나의 나선에 대한 최소 비율을 2까지 낮출수 있었으며, 본 발명의 효율을 99 퍼센트까지 이룰 수 있었다. 이에 반하여, 종래의 엔벨로핑형 웜 및 웜 기어 전동장치는 웜의 하나의 나선에 대한 24의 최소 비율과 상기 웜의 5개의 나선에 대한 5의 비율을 갖는다. 상기 새로운 웜 및 웜 기어 전동장치의 효율은 공지된 하이포이드 기어 전동장치(hypoid gearing)에서 보다 매우 크며, 저율 직각 구동장치에 사용된다. 따라서, 본 발명은 그 낮은 비율로 인해 많은 적용예에서 하이포이드 또는 베벨 기어 전동장치를 대체할 수 있다. 또한, 이러한 새로운 웜 및 웜 기어 전동장치는 웜 기어로부터 웜으로 토오크를 전달하므로써 후진 구동을 할 수 있다. 동일 크기에 대하여, 본 발명은 종래의 하이포이드 기어 전동장치의 2배의 용량을 갖는다.

이러한 적용에 있어서, 웜기어 톱니부와 웜 나선부 간의 "표면 대 표면" 접촉이 가능하므로써 상기 엔벨로핑형 웜 및 웜 기어 전동장치의 토오크 용량을 증가시킬 수 있다. 이는, 웜 나선의 1회전에 대한 엔벨로핑 각이 15도 보다 클 때, 실현 가능하게 된다. 모든 표준 엔벨로핑형 웜 및 웜 기어 전동장치(Faydor Litvin 1994, 기어 기하학 및 적용이론(Gear Geometry and Applied Theory), PTR Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey)에 있어서, 나선 및 웜 기어 톱니부 또는 나선 종동부 간에는 선 접촉만이 이루어진다. 이러한 물리적 특성은 예기치 않은 새로운 결과를 달성했다.

본 발명에 있어서, 상기 웜은 스플릿 웜의 절반 또는 절반 보다 작게되어 단하나의 지지축 만을 갖도록 할 수 있으며, 상기 웜 기어, 또한, 스플릿 웜 기어의 절반 또는 절반 보다 작게되어 단 하나의 지지축 만을 갖도록 할 수 있다. 스플릿 웜 기어 또는 웜의 절반 또는 절반 보다 작은 크기를 가지므로써 웜과 웜 기어 간의 조립을 보다 쉽게 할 수 있다.

본 발명은 일방향 클러치를 설계하는데 사용되는 웜 및 웜 기어 간의 "셀프 록킹" 효과를 설명한다. 이러한 "셀프 록킹"이라는 말은, 창의적인 웜 및 웜 기어 결합체를 설명하기 위해 본 명세서에 사용된 바와 같이, 웜 기어의 톱니부가 웜의 나선과 접촉시 그 축에 대해 웜을 회전시키지 못하도록 하는 것을 필요로 한다. 상기 톱니부는 나선상에서 미끄러지지 않으므로써 나선이 자신의 축에 대해 회전하도록 한다. 본 분야의 일반적인 기술을 갖는 당업자는 각 톱니 및 나선의 재료와 각각의 각도를 신중히 선택하므로써 이러한 목적을 이룰 수 있다. 통상적으로, 종래 기술에 있어서, 웜의 자유로운 운동은 전기 모터에 의해 제공되어 왔다. 이것은 전달 토오크의 방향을 역전시키는 목적을 위해서는 중요하지만, 상기 웜은 웜 기어 및 웜의 기어 톱니와 나선의 비율과 같은 비율로 효과적으로 회전해야만 한다. 본 발명에서 새로운 것은 기어 열(gear train) 또는 풀리 구동장치(가요성 샤프트는 선택사항) 이며, 상기 기어 열 또는 풀리 구동장치는 상기 기어 열 (구동장치)의 출력부로부터 구동되는 웜 및 웜 기어에 의해 구동되는 상기 기어 열 (구동장치)의 입력부 및 온/오프 클러치를 포함한다.

상기 웜 및 웜 기어 결합체는 상기 웜이 로우터 내에서 회전하도록 장착되는 시스템 내에 병합된다. 상기 로우터는 구동 웜 기어를 둘러싸며, 회전 입력이 웜기어에 적용된다. 상기 웜 기어의 톱니부는 웜 상의 나선과 맞물리며, 웜 및 로워는 웜 기어의 축에 대해 회전한다. 이러한 회전은 웜의 맞물린 톱니부와 웜 기어 간의 상대 이동 없이 이루어진다.

상기 로우터 상에는 보조 모터 (또는 온/오프 스위치)가 장착되는 것이 바람직하며, 상기 보조 모터는 웜을 웜 기어에 대해 회전시켜 상기 웜 기어를 원래의 위치로 복귀시키든가 또는, 진동 입력이 사용되는 경우, 웜 기어가 웜에 대해 이동하도록 한다. 진동 입력을 받는 경우, 상기 웜 및 로우터는 기계적 다이오드로서의 역할을 하여 단일 방향으로의 출력을 발생시킨다. 온/오프 클러치를 포함하는 기어 열 대신에 모터를 사용하는 경우, 웜 기어의 진동에 따라 상기 클러치의 온/오프 동작을 동조시킬 필요가 있다.

다른 버전(version)의 전동장치를 설명함에 있어서, 설계 기점은 웜을 지지하는 접지 로우터(grounded rotor)이다. 이로 인해, 작동부재가 360도 이상으로 자유롭게 회전하더라도, 전기적 연결부를 상기 작동부재에 연결시키는데 아무런 문제도 발생하지 않으며, 상기 로우터의 발란싱(balancing) 작업 또한 쉬워진다. 스파이더 디퍼런셜 및 베벨 디퍼런셜과 같은 다른 부재에 부착된 웜 기어를 구비하는 설계 버전은 본 발명의 기초를 이룬다. 다른 비율을 갖는 전동장치는 이러한 설계의 결합체로서 제공된다. 예를 들어, 본 특허 출원에서 설명된 사항은 모(parent) 특허 출원에서는 기재되지 않는다. 본 발명은 진동 입력을 이용한 회전 전달 뿐만 아니라 종래의 동력 정달을 위한 토오크 절달에도 사용된다. 예를 들면, 이러한 시스템은 차량 변속기 즉, 변경 가능한 비율을 갖는 기어 박스로서 사용될 수 있다.

본 발명의 적용 가능한 다른 영역은 이하 제공되는 상세한 설명으로부터 분명하게 될 것이다. 그러나, 이러한 상세한 설명 및 특정 예들은 본 발명의 양호한 실시예들로서 본 발명의 설명만을 위한 것임을 이해해야 하며, 당업자에 의해 이러한 상세한 설명으로부터 본 발명의 정신 및 범주 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능하게 될 것이다.

도 1에는 본 발명의 웜 및 웜 기어 전동장치(8)의 일 실시예를 나타낸다. 상기 전동장치는 적어도 하나의 스크류 나선(12)을 구비한 엔벨로핑형 웜(10)을 갖는다. 상기 엔벨로핑형 웜(10)은 샤프트(13) 상에 지지된다. 상기 나선(12)은 3개의 톱니부(14)를 갖는 엔벨로핑형 웜 기어(16)의 적어도 하나의 톱니부(14)와 맞물린다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 엔벨로핑 웜(10)은 양호한 실시예에 있어서 단일 나선(12)을 가지며, 웜 기어(16)는 그 원주를 따라 이격된 3개의 톱니부(14)를 갖는다. 도시된 바와 같이, 웜 기어(16) 상의 톱니부와 엔벨로핑 웜(10) 상의 나선 간에는 갭 "G" 이 존재한다. 상기 엔벨로핑 웜(10)은 엔벨로핑 웜 기어(16)의 둘레를 감싸며, 상기 엔벨로핑 웜 기어(16)는 또한 엔벨로핑 웜(10)을 감싼다.

본 발명의 원리에 따르면, 상기 웜 상의 하나의 나선에 대한 웜 기어 상의 톱니 개수의 최소비율은 2이다. 따라서, 웜 기어의 회전에 의해, 상기 웜은 높은 속도로 회전하게 된다. 상기 웜 기어(16) 및 웜(10)은 도 1에 도시되지 않은 하우징 내에 설치된다. 통상적으로, 상기 하우징은 금속으로 만들어지며, 상기 유닛(unit)의 기어, 베어링 및 밀봉부재를 윤활 및 냉각시키기 위한 윤활유용 저장실을 형성한다. 상기 하우징은 기어, 베어링, 밀봉부재 및 이들과 관련된 부품(도시되지 않음)을 장착하기 위한 견고한 지지부를 형성한다.

도 17은 단일 나선(12)을 갖는 엔벨로핑 웜(10)과 3개의 기어 톱니(14)를 갖는 웜 기어(16)를 포함하는 도 1에 도시된 웜 및 웜 기어 전동장치(8)에 대응하는 사시도이다. 이를 통해 이해할 수 있는 바와 같이, 상기 웜(10)이 화살표 A의 방향으로 회전할 때, 톱니(14a)와 맞물린 나선(12)은 톱니(14a) 상에서 아래쪽을 향해 가압되어 웜 기어(16)가 화살표 B의 방향으로 회전하도록 한다. 상기 웜 기어(16)가 회전하면, 상기 기어 톱니(14a)는 나선(12)과 해제되면서, 그 다음으로, 기어 톱니(14b)가 나선(12)과 맞물리게 되어, 웜 기어(16)를 또 다시 회전시키도록 작용한다.

엔벨로핑 형의 웜 기어를 사용하는 이유는 이러한 형태의 웜 기어가 다른 형태의 나선 종동부와는 전혀 다른 자연적인 형상의 톱니면을 갖기 때문이다. 이러한 웜 기어 톱니부의 형상은 웜의 나선 또는 나선들의 형상에 의해 생성된다. 상기 웜 기어 톱니부의 형상을 생성하기 위해 컴퓨터 모델 시뮬레이션이 활용될 수 있다.그런다음, 상기 웜 기어는 호빙(hobbing) 또는 캐스팅(casting)과 같은 공지된 기술을 사용하여 형성될 수 있다. 상기 웜 기어 톱니부가 같은 엔벨로핑 각에 대해 (짧아진) 다른 길이를 갖는 웜의 나선 형상에 의해 생성될 경우, 웜 톱니부의 형상은 달라진다.

이러한 엔벨로핑형의 웜 기어를 사용하는 주요 이점은 더 많은 토오크 용량을 갖는다는 것이다. 상기 웜 나선은 증가된 효율을 제공하는 웜 기어 톱니부와의 회전 작동 접촉관계를 갖는다. 또한, 웜 기어 중심부의 피치 직경과 동일한 웜 중심부의 직경을 갖는 것이 유익하다. 하나 이상의 나선과 큰 엔벨로핑 각을 갖는 표준 웜 설계의 경우, 웜과 웜 기어의 조립이 불가능하다는 것이 주요한 장애 사항으로 생각되었었다. 본 발명의 웜 및 웜 기어의 경우, 상기 웜 및 웜 기어는, 도 51에 도시된 바와 같이, 웜 나선과 웜 톱니간의 방향을 적절히 맞추므로써 쉽게 조립될 수 있다. 특히, 2개의 나선(162)을 갖는 웜(160)은, 도시된 바와 같이, 웜 기어 톱니부(164)가 반경 방향으로부터 웜 나선(162)과 직접적으로 결합되도록 지향되어, 2개의 인접한 웜 기어 톱니부(166, 168)가 웜 기어(170)의 기어 톱니(166, 168)의 일 측면(166A, 168A)으로부터 나선(162)과 부분적으로만 결합되게 된다. 상기 나선들(162) 간의 거리는, 웜 기어(17)의 톱니와의 직접 결합시, 상기 톱니를 수용할 수 있을 정도로 충분히 크다.

도 2에는 본 발명의 웜 및 웜 기어 전동장치(20)의 다른 실시예를 나타내는 도면이다. 상기 전동장치는 2개의 동일한 스크류 나선(24)을 구비한 엔벨로핑 웜(22)을 갖는다. 이러한 나선(24)은 6개의 톱니(28)를 갖는 엔벨로핑형 웜기어(26) 중의 적어도 하나의 톱니와 결합된다. 웜 기어(26)는 샤프트(30)에 연결되는 한편, 웜(22)은 샤프트(32)에 연결된다. 도 3에 있어서, 웜 기어(26)는 단면도로 도시된다. 도 4는 2개의 동일한 나선(24)과 지지 샤프트(32)를 갖는 엔벨로핑 웜(22)의 측면도이다.

도 18은 2개의 나선(24)을 갖는 엔벨로핑 웜(22)과 맞물리는 6개의 톱니(28)를 갖는 엔벨로핑 웜 기어(26)가 포함된 도 2의 웜 및 웜 기어 전동장치를 나타내는 사시도이다.

도 5는 웜 기어(26) 상에 6개의 톱니(28)를 형성하기 위해 사용된 엔벨로핑 웜 나선(24)을 위한 120도의 엔벨로핑 각을 나타낸다. 이러한 엔벨로핑 웜 나선(24)은 회전축을 360도로 회전하는 1회전 나선을 갖는다. 엔벨로핑 웜 나선을 위한 1회전을 설명하기 위해 다음과 같은 예를 사용할 수 있다: 상기 웜 나선의 단부들은 동일한 단면을 갖지만, 한 위치로부터 다른 위치로 이동되어 또 다른 120도의 각도를 가질 수 있다. 이것은 한쪽 단부로부터 웜 나선(24)을 따라 다른 단부로 웜의 단면을 이동시키므로써 가능하게 된다. 이 경우, 상기 단면은 샤프트(32)에 대한 회전축 둘레를 360도 회전하게 된다.

본 발명의 엔벨로핑 웜 및 웜 기어 전동장치는 24개 보다 작은 개수의 톱니를 갖는 웜 기어를 위해 제공되며, 또한, 도 21 및 22에 도시된 바와 같이, 웜의 나선과 웜 기어의 톱니간에 면 접촉을 제공한다. 도 21은 6개의 톱니(28)를 갖는 웜 기어(26)에 대한 2개의 면 접촉점(100a, 100b)을 나타낸다. 도 22는 2개의 나선(24)을 구비한 웜(22)에 대한 2개의 대응하는 면 점촉점(102a, 102b)을 나타낸다.

도 6은 120도의 엔벨로핑 각을 갖는 나선의 짧아진 부분에 대응하는 웜 기어 톱니의 생성을 위한 웜 나선(38)을 나타낸다.

도 7은 6개의 톱니(28)를 구비한 엔벨로핑 웜 기어(26)의 측면도를 나타내며, 도 8은 구동 샤프트(46) 둘레의 회전축을 따라 기어를 단축시키므로써 도 7에 도시된 웜 기어(26)로부터 변형된 6개의 톱니(34)를 갖는 엔벨로핑 웜 기어(44)를 나타낸다. 실제적으로, 상기 웜 기어(44)는 종방향을 따라 2개의 절반부로 분할되어 짧아진 한쪽부 즉 이미 짧아진 블랭크(blank)로 생성된 웜 기어만을 사용할 수 있었다. 변형된 웜 기어(44)는 단일 단축 유니트 내에 쉽게 조립되며, 이것은, 엔벨로핑 웜과 엔벨로핑형 웜 기어간의 조립이 어려울 경우, 작은 압력 각도를 갖는 기어를 위해 매우 중요하다. 많은 적용예에 있어서, 단 하나의 변형된 웜 기어(44)만으로 충분하다. 상기 엔벨로핑 웜 기어(44)는 한쪽 측면만으로부터 웜 기어(44)를 지지하기 위한 구동 샤프트(46)에 연결되거나 또는 양쪽 측면 상에서 지지될 수 있었다.

상기 엔벨로핑 웜 기어(26 및 44)의 몸체는 축 방향으로 연장된 단부 플랜지를 가지며, 이러한 단부 플랜지는 웜을 적정 위치에 유지시키기 위해 인접 칼라들(collars)의 플랜지부 밑에 걸리게 된다. 상기 웜 및 웜 기어 몸체의 한쪽 또는 양쪽은 구동 또는 피동되는 샤프트에 쐐기로 고정되거나 다른 방식으로 고정된다. 웜 또는 웜 기어의 어느 한쪽 또는 양쪽의 비교적 약한 종방향 이동에 의해 전체 웜 기어-칼라-샤프트 조립체가 분해된다.

본 발명에 있어서, 웜(10) 상의 나선(12) 개수에 대한 웜 기어(16) 상의 톱니(14) 개수의 비는 11 내지 1 이하인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 상기 비율은 3 또는 그 이하인 것이 좋다. 웜 기어(16) 상에 단지 2개의 톱니(14)만을 사용하는 것도 가능하며, 본 발명에 사용되는 웜 및 웜 기어 전동장치는, 또한, 셀프 록킹될 수도 있다.

본 발명의 웜 및 웜 기어 조립체를 성명하기 위해 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 상기 "셀프 록킹"이라는 표현은 웜 기어의 톱니부가, 웜의 나선과의 접촉시, 웜의 축에 대해 웜을 회전시킬 수 없다는 것을 의미한다. 상기 톱니(14)는 나선(12) 상에서 미끄러지지 않으므로써 상기 나선(12)이 그 자신의 축에 대해 회전하도록 한다. 상기 톱니(14) 및 나선(12)의 재료 및 각각의 각도를 신중히 선택하므로써, 본 분야의 당업자라면 이러한 목표를 달성할 수 있을 것이다. 특히, 본 발명의 웜 및 웜 기어 전동장치는, 순수 마찰형 셀프 록킹장치와 대비되는 바와 같이, 기하학적 작동에 적합하다.

도 9는 비록 웜 기어 톱니의 개수는 같지만, (도 2 및 7에 도시된) 웜 기어(26)의 톱니(28)와 비교하여, 다른 형상의 톱니(53)를 가지며, 엔벨로핑형의 웜 기어(52)를 구비한 단축된 엔벨로핑 웜(50)을 나타낸다. 이러한 형상은 단축된 엔벨로핑 웜(50)을 위한 단축된 엔벨로핑 나선(54)에 의해 생성되기 때문이다.

도 10에 있어서, 엔벨로핑 웜(50)은 한쪽 측면으로부터 상기 웜(50)을 지지하는 구동 샤프트(56)에 연결된다. 도 11은 변형된 엔벨로핑 스플릿 웜(60)이 6개의 톱니(63)를 갖는 엔벨로핑형 웜 기어(62)에 대하여 편심된 위치에서 2개의나선(61)을 갖는 웜 및 웜 기어 전동장치를 나타낸다.

도 12는 2개의 변형된 웜(60)이 편심된에서 2개의 나선(61)을 가지며, 각기 다른 구동 샤프트(62 및 64)에 연결되고, 또한, 각기 웜 기어(62)와 맞물려 있는 웜 및 웜 기어 전동장치의 측면도이다.

도 13은 편심된 위치의 2개의 변형된 웜(60)이 동일 회전측 상에 위치되며 동일 구동 샤프트(32) 상에 연결되어 있는 웜 및 웜 기어 전동장치의 측면도이다.

상기 변형된 웜이 나선들의 다른 각도 위상을 구비한 공통 샤프트에 연결될 때, 작동시 한쪽 웜의 나선들이 웜 기어의 톱니와 맞물리게 되고, 다른쪽 웜의 나선은 맞물림이 해제되는 것을 의미한다. 상기 위상차의 목적은 접촉 비율을 증가시키고 맞물림을 부드럽게 하기 위한 것이다.

도 14는 웜 나선(68)을 갖는 2개의 변형된 웜(60)이 서로 다른 회전축 상에 위치되며 각기 다른 구동 샤프트(70 및 72)에 연결되어 있는 웜 및 웜 기어 전동장치를 나타낸다. 각각의 웜(60)은 톱니(64)를 갖는 웜 기어(62)와 맞물린다.

도 15는, 도 14에 도시된 바와 같이, 웜(60)의 엔벨로핑 나선(68)에 의해 생성된 다른 형상의 톱니(64)를 구비한 엔벨로핑 웜 기어(62)의 측면도이다.

도 16은 서로 대응하는 웜 나선(24)을 갖는 2개의 엔벨로핑 웜(22)이 다른 회전축 상에 위치되어 각각의 구동 샤프트(32)에 연결되어 있는 웜 및 웜 기어 전동장치를 나타낸다. 웜(22)의 각각은 엔벨로핑 웜 기어(26)와 맞물린다.

도 19는 나선(86)을 포함하는 엔벨로핑 스플릿 웜(84)과 맞물리며 10개의 톱니(82)를 구비한 웜 기어(80)를 포함하는 웜 및 웜 기어 전동장치의 사시도이다.

도 20은 3개의 나선(96)을 구비한 변형된 엔벨로핑 스플릿 웜(94)과 맞물리며 9개의 톱니(92)를 갖는 웜 기어(90)의 사시도이다.

도 23은 일반적인 하이포이드 기어(106)의 크기와 비교하여 도 20의 웜 및 웜 기어 전동장치의 크기 차이를 설명하는 도면이다.

본 발명의 특허 명세서에 기재된 본 발명은 2가지의 다른 형태로 작동될 수 있다. 상기 웜 및 웜 기어 전동장치가 셀프 록킹 기능을 갖지 않은 경우, 운동은 구동 샤프트로부터 엔벨로핑 웜(12) 및 엔벨로핑형 웜 기어(16)를 통해 출력 샤프트로 전달되거나, 또는 출력 샤프트로부터 구동 샤프트(32)로 역전될 수 있었다. 동일한 작동이 구동 샤프트로부터 피동 샤프트로, 또는 피동 샤프트로부터 다른 실시예의 구동 샤프트로의 운동에 적용될 수 있다.

선택적으로, 웜 및 웜 기어 전동장치가 셀프 록킹 기능을 갖는 경우, 운동이 단지 구동 샤프트로부터 엔벨로핑 웜 및 엔벨로핑형 웜 기어를 통해 출력 샤프트로만 제공될 수 있다. 따라서, 웜에 연결된 독립된 구동 샤프트들을 구비한 도 12, 14 및 16에 도시된 웜 및 웜 기어 전동장치는, 고속 엔진으로부터 로우터 구동 샤프트로 에너지를 전달하기 위해, 헬리콥터의 스프릿 동력 전달장치에 사용될 수 있었다. 이 경우, 상기 웜 기어는 직접 (또는 기어 열에 의해) 헬리콥터 로우터 구동 샤프트에 연결될 수 있었으며, 웜은 직접 (또는 기어 열에 의해) 헬리콥터 엔진의 출력부에 연결될 수 있었다. 헬리콥터 동력 트레인의 일부 설계에 있어서, 본 발명의 웜 및 웜 기어 전동장치가 베벨 기어를 대신할 수 있었다.

본 발명에 따르면, 웜 나선의 1회전에 대한 보다 큰 엔벨로핑 각은 언터컷부분이 없는 웜 기어 톱니의 사용을 가능하게 한다.

본 발명의 일 특징에 있어서, 웜 및 웜 기어 결합체는 하나의 웜 나선과 웜 기어 톱니간의 가장 작은 비율로 회전을 전달하도록 사용된다. 종래에 있어서, 웜 기어가 이중 엔벨로핑 웜 및 웜 기어 결합체와 함께 사용되기 위해서는 적어도 24개의 톱니가 필요한 것으로 믿어져 왔다. 그러나, 본 발명에 있어서, 종래의 웜 및 웜 기어와의 큰 차이는 톱니의 개수에서뿐만 아니라 웜 기어 톱니의 형상 형성을 위해 사용되는 웜 나선의 엔벨로핑 각에서도 있다. 이러한 엔벨로핑 각은, 웜 기어 톱니의 개수가 단지 2개일 경우, 나선의 1회전에 대해 180도 정도의 크기로 될 수 있으며, 15도 보다 큰 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 셀프 록킹 웜 및 웜 기어 결합체는 10 이하의 바람직한 웜 기어 대 웜 나서의 비를 가질 수 있다.

이러한 시스템은 상술된 웜 및 웜 기어 조립체의 각각이 종래의 시스템과 비교하여 매우 높은 토오크 부하를 전달할 수 있다.

종래에 있어서, 웜 및 웜 기어는 낮은 마찰 계수를 갖는 금속으로 만들어 졌으며, 통상적으로 웜 기어는 단지 청동으로만 만들어 졌었다. 그러나, 본 발명의 경우, 웜 및 웜 기어는 강철과 같은 강한 재료로 만들어질 수 있었다. 상기 웜 및 웜 기어를 위한 나선 및 톱니의 바람직한 형상이 도면에 도시되어 있으나 다른 형상을 가질 수도 있다. 그렇지만, 본 분야의 당업자라면 다른 형상이 본 발명의 범주 내에서 이루어 질 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

본 실시예에 있어서, 상기 엔벨로핑 웜 및 웜 기어 전동장치의 토오크 용량을 증가시키는 것은 웜 기어 톱니와 웜 나선간의 면 대 면 회전 접촉이다. 이는 웜 기어 톱니의 생성을 위한 웜 나선의 엔벨로핑 각이 15도 이상 또는 30도일 때 이루어 질 수 있다. 상기 새로운 웜 및 웜 전동장치의 효율은 낮은 비율을 갖는 직각 구동에 사용되는 잘 알려진 하이포이드 전동장치와 같거나 보다 크다. 상기 웜 기어가 피동부재이고 웜이 구동부재일 경우, 후진 구동에 관해서는 상기 웜 및 웜 기어 전동장치가, 하이포이드 기어 세트와 비교하여, 높은 효율을 가진다.

여러 적용예에 있어서, 본 발명이 하이포이드 또는 베벨 전동장치를 대체할 수 있다는 것이 본 발명에 따른 강철 웜 및 웜 기어 전동장치의 다이노 테스트(dyno test)에 의해 확인되었다. 하이포이드 및 베벨 기어 전동장치와 비교하여 상기 웜 및 웜 기어 전동장치의 낮은 소음은, 특히, 헬리콥터 또는 자동차 동력 트레인 적용에 있어서 본 발명의 웜 및 웜 기어 전동장치의 사용을 보다 유리하게 만든다. 동일 크기에 있어서, 본 발명은 24개 이상의 톱니를 갖는 하이포이드 전동장치 보다 2배 이상의 용량을 갖는다. 동일 원주를 갖는 하이포이드 기어에서 보다 작은 개수의 톱니는 본 발명의 각 톱니를 보다 두껍고 그에 따라 보다 강하게 만든다. 도 23에 도시된 도면에 있어서, 하이포이드 전동장치의 피니언과 유사한 형상 및 크기를 갖는 3개의 나선(96)을 구비한 변형된 웜(94)을 볼수 있다. 동일한 크기의 변형된 웜(94)과 하이포이드 기어(106)의 피니언에 있어서, 하이포이드 기어(106)의 직경은 웜 기어(90) 직경의 2배이다. 지금까지, 본 분야의 숙련자들은 24개 보다 작은 개수의 톱니를 갖는 엔벨로핑형 웜 기어가 작업 가능하다는 것에 회의적이었다. 즉, 극복할 수 없는 장벽을 제공하는 것으로 생각했다.

도 47 내지 도 50에 있어서, 엔벨로핑 웜 기어(204)와 결합된 나선(202)을 갖는 몸체 없는 엔벨로핑 웜(200)이 도시되어 있다. 상기 엔벨로핑 웜(200)의 나선(202)은 지지부재(206)에 의해 그 대향 단부(202A, 202B)에서 지지되어 있다. 상기 나선(202)은 캐스팅 또는 기계가공에 의해 지지부재(206)와 일체로 형성되거나, 또는 상기 지지부재(206)에 용접되거나, 또는 다른 공지된 기술에 의해 부착될 수 있다. 도 47 및 48에 도시된 실시예에 있어서, 전체 엔벨로핑 웜은 지지부재(206)와 연결된 나선(202)을 구비한다. 도 49는 나선(202)의 2개의 단부들(202A, 202B) 사이의 중간 위치에서 나선들(202) 간의 연결을 위해 사용되는 부가적인 지지 디스크(208)를 나타낸다. 상기 지지 디스크(208)는 나선(202)에 부가적인 강도 및 경도를 제공한다.

도 50은 베이스 지지부재(216)과 단부 지지부재(218)에 연결된 나선(214)을 갖는 몸체 없는 스프릿 엔벨로핑 웜(212)을 나타낸다. 상기 몸체 없는 스플릿 엔벨로핑 웜(212)은 베이스 지지부재(216)에 의해 회전하도록 지지되어 있다. 상술된 바와 같은 상기 몸체 없는 엔벨로핑 웜의 설계는 웜 및 웜 기어 전동장치로의 토오션 스파이크(torsional spikes)를 흡수할 수 있는 가요성 웜을 제공한다. 또한, 상기 몸체 없는 엔벨로핑 웜의 설계는 나선의 전체 길리를 따라 개선된 윤활성에 도움이 된다.

본 발명의 창의적인 기본 시스템은 많은 다른 기계적 전동장치로 변형될 수 있다. 예를 들면, 상기 시스템은 차량의 전방축 구동장치 및 후방축의 디퍼런셜 구동장치, 파우어 윈도우, 에스컬레이터 구동장치 등에 사용될 수 있다.

상술된 바와 같은 엔벨로핑 웜 및 웜 기어는 도 24에 도시된 바와 같이 진동 입력부를 사용하여 회전을 전달하기 위한 장치에 사용될 수 있다. 상기 장치는 로우터(112) 내에 설치된 웜(111)을 포함한다. 상기 로우터(112)는 베어링을 설치하기 위한 견고한 지지부를 형성한다. 최적의 결과를 위해, 상기 웜(111)은 웜 기어(113) 둘레를 감싸고 있으며, 상기 웜 기어(113)는 또한 웜(111)의 둘레를 감싸고 있다. 상기 웜(111)이 회전하는 동안, 상기 웜 기어(113)는 저속으로 회전한다. 상기 웜(111) 상에 제공된 하나의 웜 나선과 웜 기어 톱니의 개수간의 최소 비율은 2이다. 한편, 상기 웜 기어(113)의 회전에 의해, 웜(111)은 고속으로 회전한다. 본 발명에서는 웜 기어(113)에 대응하여 회전축에 대해 웜(111)을 회전시키는 수단을 포함한다. 상기 수단은 보조 모터일 수 있으며, 또는 하이포이드 기어 세트, 스피로이드(spiroid) 기어 세트, 베벨 기어 세트 또는 헬리콘(helicon) 기어 세트를 포한하는 기어 열 내에서 온/오프 클러치(118)를 구비한 기어들(116, 117)로 구성될 수도 있다. 상기 기어 열의 입력부는 입력 샤프트(114)로부터 웜 기어(113)에 의해 구동되며, 상기 웜(111)은 상기 기어 열의 출력부(온/오프 클러치)에 의해 구동된다. 상기 로우터(112)는 출력 샤프트(115)에 연결되며, 온/오프 클러치(118)는 "온" 또는 "오프"와 같은 자연적 조건을 갖는 마찰 전자 기계식 클러치 일 수 있다. 상기 기어 열의 비는 웜(111) 상의 나선에 대응하는 웜 기어(113) 상의 톱니 개수의 비와 같거나 또는 그보다 크다. 상기 웜(111) 및 웜 기어(113)는 셀프 록킹 특성을 갖는다.

웜 기어(113)에 대응하여 그 회전축에 대해 웜(111)을 회전시키기 위한 구동수단의 예가 도 25 및 도 26에 도시되어 있다. 도 25에 도시된 상기 수단은 스퍼(spur) 기어(119, 120), 가요성 샤프트(121) 및 온/오프 클러치(118)를 포함하는 기어 열이다. 도 26에 도시된 구동 수단은 벨트(162)를 구비한 풀리(160, 161), 가요성 샤프트(161) 및 온/오프 클러치(118)를 포함하는 풀리 구동장치이다. 상기 가요성 샤프트(121)를 구비한 구동 수단은 단일 단축 유닛내에 조립되기가 수월하다. 상기 웜(111)의 축 둘레에 일방향으로 프리로드(preload)를 제공하고, 웜 기어(113)의 톱니와 웜(111) 나선간의 백래시(backlash)를 제거하기 위해, 보조 모터를 사용하는 것이 좋다.

상기 로우터(112)가 접지된 경우, 웜 기어(113)는 디퍼런셜 기어 세트의 부재들 중의 하나에 연결된다. 도 27에 도시된 바와 같이, 상기 디퍼런셜 기어 세트는 스파이더 기어(124)를 구비한 태양 기어(122, 123), 하우징(125) 및 캐리어(126)를 포함하는 스파이더 디퍼런셜이며, 상기 태양 기어(122)는 웜 기어(113)에 연결된다. 간편한 설명을 위해, 상기 구동수단은 보조 모터(127)이다.

도 28에 도시된 바와 같이, 상기 디퍼런셜 기어 세트는 태양 기어(123), 스파이더 기어(130)를 구비한 링 기어(128), 하우징(125) 및 캐리어(126)를 포함하는 스파이더 디퍼런셜이며, 상기 태양 기어(123)는 웜 기어(113)에 연결된다.

도 29에 도시된 바와 같이, 상기 디퍼런셜 기어 세트는 태양 기어(123), 스파이터 기어(130)를 구비한 링 기어(128), 하우징(125) 및 캐리어(126)를 포함하는 스파이더 디퍼런셜이고, 상기 링 기어(128)는 웜 기어(113)에 연결된다.

도 30에 도시된 바와 같이, 상기 디퍼런셜 기어 세트는 이중 스파이더기어(124)를 구비한 태양 기어(122), 하우징(125) 및 캐리어(126)를 포함하는 스파이더 디퍼런셜이며, 상기 캐리어(126)는 웜 기어(113)에 연결된다.

도 31에 도시된 실시예에 있어서, 상기 디퍼런셜 기어 세트는 태양 기어(123), 스파이더 기어(130)를 구비한 링 기어(128), 하우징(125) 및 캐리어(126)를 포함하는 스파이더 디퍼런셜이며, 상기 캐리어(126)는 웜 기어(113)에 연결된다.

도 32에 도시된 바와 같이, 상기 디퍼런셜 기어 세트는 아이들러 베벨 기어(131)를 구비한 베벨 기어(129, 134), 하우징(132) 및 캐리어(133)를 포함하는 베벨 디퍼런셜이고, 상기 베벨 기어(134)는 웜 기어(113)에 연결된다.

도 33에 도시된 바와 같이, 상기 디퍼런셜 기어 세트는 아이들러 베벨 기어(131)를 구비한 베벨 기어(129, 134), 하우징(132) 및 캐리어(133)를 포함하는 베벨 디퍼런셜이고, 상기 캐리어(133)는 웜 기어(113)에 연결된다.

도 34에 도시된 바와 같이, 상기 디퍼런셜 기어 세트는 스파이더 베벨 기어(131)를 구비한 베벨 기어(129, 134), 하우징(132) 및 캐리어(133)를 포함하는 베벨 디퍼런셜이고, 상기 캐리어(133)는 웜 기어(136)에 연결된다. 베벨 기어(134)는 웜 기어(113)에 연결되고, 엑스트라 샤프트(138)는 반대 방향으로의 회전을 제공한다. 간편한 설명을 위해, 상기 구동 수단은 보조 모터(127, 137)이다.

상기 전동장치의 비를 변경시키기 위해 또는 회전 방향을 역전시키기 위해, 각각의 웜 기어(113, 136)가 독립된 샤프트(114 및 115)에 의해 구동될 수 있는 상태에서, 로우터(112 및 127)를 구비한 한 쌍의 웜(111 및 135)이 상기 웜 기어와디퍼런셜의 부재를 연결시키기 위한 디퍼런셜을 갖는다.

도 35에 도시된 바와 같이, 상기 디퍼런셜 기어 세트는 스파이더 기어(139)를 구비한 태양 기어(122, 123, 128), 하우징(125) 및 캐리어(126)를 포함하는 스파이더 디퍼런셜이고, 상기 태양 기어(128)는 제 2 웜 기어(136)에 연결되며, 상기 캐리어(126)는 제 1 웜 기어(113)에 연결된다. 간편한 설명을 위해, 상기 구동 수단은 보조 모터(127 및 137)이다.

도 36에 도시된 바와 같이, 상기 디퍼런셜 기어 세트는 태양 기어(122, 123), 링 기어(128), 하우징(125), 스파이더 기어(124) 및 캐리어(126)를 포함하는 스파이더 디퍼런셜이고, 상기 태양 기어(123)는 제 1 웜 기어(113)에 연결되며, 상기 링 기어 (128)는 제 2 웜 기어(136)에 연결된다. 간편한 설명을 위해, 상기 구동 수단은 보조 모터(127 및 137)이다.

도 37에 도시된 바와 같이, 상기 디퍼런셜 기어 세트는 태양 기어(122, 123), 링 기어(128), 하우징(125), 스파이더 기어(124) 및 캐리어(126)를 포함하는 스파이더 디퍼런셜이고, 상기 캐리어(126)는 제 1 웜 기어(113)에 연결되며, 상기 링 기어 (128)는 제 2 웜 기어(136)에 연결된다. 간편한 설명을 위해, 상기 구동 수단은 보조 모터(127 및 137)이다.

도 38에 도시된 바와 같이, 상기 디퍼런셜 기어 세트는 스파이더 기어(139)를 구비한 태양 기어(122, 123, 128), 하우징(125) 및 캐리어(126)를 포함하는 스파이더 디퍼런셜이고, 상기 태양 기어(128)는 제 2 웜 기어(136)에 연결되며, 상기 캐리어 (126)는 제 1 웜 기어(113)에 연결된다. 상기 제 1 구동수단은 온/오프 클러치(118)를 구비한 기어(116 및 117)이고, 제 2 구동수단은 보조 모터(127)이다.

도 39에 도시된 바와 같이, 상기 디퍼런셜 기어 세트는 태양 기어(122, 123), 링 기어(128), 하우징(125), 스파이더 기어(124) 및 캐리어(126)를 포함하는 스파이더 디퍼런셜이고, 상기 캐리어(126)는 제 1 웜 기어(113)에 연결되며, 상기 링 기어 (128)는 제 2 웜 기어(136)에 연결된다. 상기 제 1 구동수단은 온/오프 클러치(118)를 구비한 기어(116 및 117)이고, 제 2 구동수단은 보조 모터(127)이다.

도 40에 도시된 바와 같이, 상기 디퍼런셜 기어 세트는 태양 기어(122, 123), 링 기어(128), 하우징(125), 스파이더 기어(124) 및 캐리어(126)를 포함하는 스파이더 디퍼런셜이고, 상기 태양 기어(123)는 제 1 웜 기어(113)에 연결되며, 상기 링 기어 (128)는 제 2 웜 기어(136)에 연결된다. 상기 제 1 구동수단은 온/오프 클러치(118)를 구비한 기어(116 및 117)이고, 제 2 구동수단은 온/오프 클러치(142)를 구비한 기어(140, 141)이다.

도 41은 도 24 및 도 33의 결합체이다. 도 41에 도시된 바와 같이, 상기 디퍼런셜 기어 세트는 아이들러 베벨 기어(131)를 구비한 베벨 기어(129, 134), 하우징(132) 및 캐리어(133)를 포함하는 베벨 디퍼런셜이고, 상기 캐리어(133)는 웜 기어(113) 및 웜 기어(136)에 연결된다. 상기 로우터(112)는 접지된다.

도 42에 도시된 바와 같이, 상기 디퍼런셜 기어 세트는 태양 기어(122, 123), 캐리어(126)를 구비한 하우징(125)을 포함하는 스파이더 디퍼런셜과, 베벨 기어(129, 134) 및 아이들러 베벨 기어(131)를 포함하는 베벨 디퍼런셜이며, 여기서, 상기 캐리어(126)는 제 1 웜 기어(113)에 연결되고, 태양 기어(122)는 제 2 웜기어(136) 및 캐리어(133)에 연결된다. 상기 제 1 구동 수단은 온/오프 클러치(118)를 구비한 기어(116 및 117)이고, 제 2 구동수단은 구동 모터(127)이다.

도 43은 로우터(144) 내에 장착된 스플릿 웜(143)과 보조 모터(145)를 나타낸다. 발란싱(balancing)을 위해, 로우터(144)의 몸체는 제거 가능한 발란싱 요소(146)를 지지한다. 상기 웜(143)의 절반 또는 절반 이하가 웜 기어(147)와 조립하기 쉽다.

도 44는 웜 기어(147)의 톱니부와 웜(143)의 절반부 상의 랜드의 합치면(congruent surface)을 나타내는 단면도이다.

도 45는 토오션 스프링(148)의 열과 마찰 클러치(149)를 구비한 웜(143)의 절반부와 웜 기어(147)의 단면도이다.

도 46은 마찰 클러치(149)를 구비한 토오션 스프링(148)과 마찰 클러치(152)를 구비한 토오션 스프링(151)을 포함하는 2개의 열을 갖는 웜 기어(147)와 웜(143 및 150)의 2개의 절반부를 나타내는 단면도이다.

도 24에 도시된 바와 같이, 출력 샤프트(114)는 웜 기어(1130를 구동시키며, 출력 샤프트(115)는 로우터(112)와 회전한다. 전원은 상기 온/오프 클러치(118) 또는, 선택적으로, 보조 모터에 공급되며, 브러쉬 정류 연결이 본 명세서에 기술된 진보된 목적을 위해 사용될 수 있다. (도시되지 않은) 제어 시스템은 전원 및 보조 모터 또는 온/오프 클러치간의 동력을 차단한다. 일반 조건 "온"을 갖는 온/오프 클러치에 있어서, 동력을 출현은 상기 조건을 "오프"로 변경시킨다.

상기 입력 샤프트(114)의 정회전(positive rotation)에 대해, 상기 클러치(118)는 "오프" 조건을 갖는다. 웜 기어(113)가 자신의 축에 대해 회전하는 상태서 정방향으로의 상기 입력 샤프트(114) 회전은 상기 웜(111)이 로우터(112)를 구비한 웜 기어(113)의 축에 대해 회전하도록 한다. 이러한 회전은 웜(111)과 웜 기어(113)간의 상대 이동 없이 이루어진다. 즉, 상기 웜 기어(113)의 톱니는 웜(111) 상의 나선에 직접 결합되며, 이러한 동력전달 중에는 상대 이동이 없다. 이러한 회전은 웜 상의 나선에 대한 웜 기어 톱니로부터의 수직력(normal force)에 의해 제공된다. 상대 이동이 없기 때문에, 효율은 최대가 된다. 이러한 방식으로, 출력 샤프트(115)의 회전이 이루어진다. 상술된 바와 같이, 톱니 및 나선이 "셀프 록킹"되도록 설계된 경우, 이러한 회전이 이루어진다. 본 분야의 일반적 기술을 가진 자라면 셀프 록킹 기어 세트를 설계하는 방법을 알수 있을 것이다. 입력 샤프트(114)의 역회전(negative rotation)에 대해, 상기 클러치(118)는 "온"의 조건을 갖는다. 상기 입력 샤프트(114)의 회전은 또한 기어(116, 117)와 웜(111)을 회전시킨다. 이러한 회전은 웜(111) 상의 나선이 웜 기어(113) 상의 톱니로부터의 모든 힘을 회피하므로써 상기 웜(111) 및 로우터(112)로의 회전력 전달을 회피하도록 제공된다. 상기 기어 열의 비율이 웜 기어 대 웜의 비율 보다 크더라도, 상기 클러치(118)는 기어 열이 망가지는 것을 방지하기 위해 미끄러지게 되며, 상기 입력 샤프트(114)로부터의 회전은 출력 샤프트(115)에 전달되지 않는다.

웜(111)과 웜 기어(113)상의 톱니간에 얼마간의 갭을 갖는 것 또한 바람직하다. 상기 갭은 회전력을 전달하기 이전에 감소되며, 처음에는 낮은 토오크 부하로서 접촉이 감소되는 것이 바람직하다. 이러한 특성을 이전의 적용예에서 보다 상세히 설명된다.

일 예로서, 도 25 및 26에 도시된 바와 같은 웜(111)은 가요성 샤프트(121)를 통한 회전력의 전달에 의해 회전된다. 이러한 설계는 보다 작은 공간을 차지한다. 웜(111) 및 웜 기어(113)간의 비율은 보조 모터 또는 기어 열을 필요로 하게 되어, 입력 속도가 매우 높을 경우 실행 불가능하게되는 웜 기어(113) 상의 톱니와의 상호 작용을 피하기 위해 웜(111)을 회전시키게 된다. 보다 바람직하게는, 웜 및 웜 기어간의 비율은 12 이하이다. 단지 2개의 톱니만이 웜 기어(113)상에 활용되는데 필요하도록 할 수 있다. 상술된 바와 같이, 웜 기어(113)로부터 웜(111)으로의 동력 전달은 상대 이동 없이 일어나며, 이는 웜 및 웜 기어 결합체를 구비한 통상적인 경우이다. 반대로, 웜 기어(113)의 톱니는 웜(111) 상의 나선과 접촉되며, 상기 웜 기어(113)는 자신의 축에 대해 회전하지 못하게 된다. 웜 기어(113)에 힘이 가해져 웜 기어(113)의 축에 대해 웜(111)을 구동시키며, 이에 따라, 회전력이 로우터(112)로 전달된다.

상기 웜 및 웜 기어는 톱니 및 나선들간을 상호 결합시키기 위한 표준 기어로서 활용되지 않기 때문에, 상기 부재들은 위해 선택된 재료는 종래에 사용되었던 재료와는 다르다. 종래에 있어서, 상기 웜 및 웜 기어는 낮은 마찰계수를 갖는 재료로 이루어졌으며, 통상적으로 윤활유가 사용된다. 본 발명에 있어서, 윤활유는 필요없으며, 더욱이, 상기 웜 및 웜 기어는 강철과 같은 강한 재료로 이루어진다. 톱니, 나선, 웜 및 웜 기어의 형상은 셀프 록킹 특성을 이룰 수 있도록 설계된다.또한, 실질적으로 마찰을 증가시키는 재료가 톱니 및 나선상에 위치될 수도 있다. 다시 말해서, 셀프 록킹 특성을 이루는 것보다는 웜 과 웜 기어간의 부드러운 이동을 이루는 것이 목적이다. 또한, 웜 기어 상의 톱니 개수의 감소는 웜 기어의 관성을 감소시키며, 이에 따라, 웜 기어가 진동 입력부 사이에서 쉬프트할 수 있는 속도를 증가시킨다. 마지막으로, 허용 가능한 갭을 이루기 위해, 단순히 웜 기어 톱니의 개수를 감소시키기 보다는 웜 나선의 두께가 감소 될 수 있다.

온/오프 클러치 또는 보조 모터를 구비한 기어 열 또는 풀리는 상대적으로 낮은 토오크를 가지며, 그것의 기능은 웜 기어의 톱니에 대한 상호작동 없이 웜을 회전시키며, 웜이 웜 기어에 의해 고정되더라도, 과부하에 의해 정지하도록 하는 것이다. 따라서, 높은 토오크 모터 또는 온/오프 클러치가 사용될 필요가 없다. 이러한 이유 때문에, 상기 온/오프 클러치 또는 보조 모터를 작동시키는 데에는 적은 량의 전기 에너지만을 필요로 한다.

상기 온/오프 클러치 또는 보조 모터를 회전시키기 위한 전기 에너지의 공급은 부가적인 불편을 초래한다. 게다가, 많은 적용예에 있어서, 전달 토오크 즉 회전 속도를 변경하고 출력 샤프트의 방향을 변경시키는 것이 필요하다. 이러한 목적을 위해, 2도의 자유도를 갖는 디퍼런셜 장치를 사용한다. 1도의 자유도를 빼앗기므로써(움직이지 못하게 되므로써), 상기 디퍼런셜은 유성 연동 전동장치(planetary transmission)으로 변환된다. 이러한 설계의 다른 예가 도 27 내지 33에 도시되어 있다.

도 27 및 도 30은 다른 토오크를 갖는 입력 샤프트(114)의 정/부 회전을 전달하기 위한, 또는 상기 출력 샤프트(115)를 입력 샤프트(114)로부터 분리시키기 위한 전동장치들은 나타낸다. 상기 비율은 기어(122 및 123)의 톱니 개수에 따른다.

도 28, 29 및 31은 다른 토오크를 갖는 입력 샤프트(114)로 부터의 회전 방향을 변경시키기 위한, 또는 상기 출력 샤프트(115)를 입력 샤프트(114)로부터 분리시키기 위한 전동장치들은 나타낸다. 상기 비율은 기어(128 및 123)의 톱니 개수에 따른다.

도 32 및 33은 동일한 토오크를 갖는 회전 방향을 변경시키기 위한, 또는 출력 샤프트(115)를 입력 샤프트(114)로부터 분리시키기 위한 전동장치들은 나타낸다.

한 쌍의 웜(111 및 135), (보조 모터(127 및 137), 또는 기어(116, 117)를 구비한 기어 열, 온/오프 클러치(118), 기어(140, 141)를 구비한 기어 열(140) 및 온/오프 클러치(142)와 같은) 구동수단을 구비한 로우터(112 및 133)와, 각각의 웜 기어가, 독립된 입력 샤프트에 의해, 웜 기어를 디퍼런셜의 부재들과 연결시키기 위한 디퍼런셜 장치로 구동되는 상태의 웜 기어(113 및 136)를 추가할 경우, 제 1 개수로부터 제 2 개수로의 비율을 변경시키거나 또는 회전 방향을 변경시킬 수 있다.

도 34는 상기 샤프트(114)로부터 샤프트(115 또는 138)로의 회전 방향을 변경시키거나 또는 상기 출력 샤프트(115)를 입력 샤프트(114)로부터 분리시키기 위한 전동장치를 나타낸다. 상기 웜 기어(113)가 웜 기어(111)에 의해 유지되는 경우, 상기 샤프트(138)는 입력 샤프트(114)의 회전 방향을 갖는다. 또한 상기 기어(136)가 웜(135)에 의해 유지되는 경우, 상기 샤프트(115)는 입력 샤프트(114)과 반대의 회전 방향을 갖는다.

도 35 내지 40은, 웜 기어(136)가 웜(135)에 의해 유지되는 경우, 입력 샤프트(114)를 출력 샤프트(115)와 연결시키기 위한 1의 비율을 갖는 전동장치를 나타낸다. 또한, 이러한 설계는, 상기 웜 기어(113)가 웜(111)에 의해 유지되는 경우, 입력 샤프트(114) 및 출력 샤프트(115)간의 비율을 변경시키거나, 또는 상기 웜 기어(113 및 136)가 자유롭게 된 경우, 출력 샤프트(115)로부터 입력 샤프트(114)를 분리시키기 위해 사용된다. 도 35 내지 37은 웜(111 및 135)을 회전시키기 위해 사용되는 구동 수단 내에서의 도 38 내지 40과는 다르다.

도 24 내지 40에 도시된 전동장치의 결합체에 의해, 여러 가지의 많은 전동장치의 설계를 이룰 수 있다. 이러한 종류의 설계예가 도 41 및 42에 도시되어 있다. 도 41은 도 33의 장치와 도 24의 장치의 결합체이며, 로우터(113) 만이 접지되어 있다. 도 42에 있어서, 로우터(113 및 133)가 접지되어 있다. 그러나, 이러한 결합체는 다른 특성을 갖는다. 상기 웜(135)이 웜 기어(136)를 지지하는 경우, 입력 샤프트(114)와 출력 샤프트(115) 간의 비율은 1이다. 상기 웜(111)이 웜 기어(113)를 지지하는 경우, 입력 샤프트(114)와 출력 샤프트(115) 간의 비율은 -1이다.

상기 엔벨로핑 웜이 큰 엔벨로핑 각을 가질 경우, 웜을 기어와 조립하기가 복잡해진다. 회전축을 따라 스플릿 엔벨로핑 웜의 단지 절반 또는 절반 이하만을사용하면 조립작업이 보다 단순해진다(도 43). 상기 웜 기어의 톱니와 웜 절반부 상의 랜드의 합치면이 경사지게 형성되어 웜 기어가 일방향으로 회전시 웜이 정상 자유 회전(normal free-wheeling)하지만, 다른 방향으로의 웜 기어의 회전시에는 록킹 작동이 일어나도록 하는 경우, 기어 열 또는 보조 모터를 구비한 복잡한 수단을 사용할 필요가 없다. 이 경우(도 45), 스플릿 웜(143)의 절반 또는 절반 이하가 마찰 클러치(149)를 구비한 토오션 스프링(148)의 열을 포함하는 수단을 가지며, 여기서, 웜(143)은 토오션 스프링(148)에 부착되고, 마찰 클러치(149)가 로우터(144)에 부착된다. 토오션 스프링(148)은, 입력 샤프트(114)의 회전 방향이 각기 변화된 후, 웜 기어(147)의 톱니와 웜(143)의 나선간의 간극을 제거하는데 도움이 된다. 도 46은 상술된 각각의 웜(143 및 150)과 웜 기어(147) 조립체가 매우 높은 토오크 하중을 전달할 수 있는 것을 나타내는 도면이다.

상술된 모든 설계들은 전동장치가 상기 샤프트(114) 상의 진동 입력을 출력 샤프트(115) 상의 단일 방향 회전으로 전달할 수 있으며, 또한, 종래 기술과 비교하여 보다 많은 기능을 가질 수도 있다는 것을 나타낸다. 엔벨로핑 웜 및 엔벨로핑 웜 기어를 설명하는 도 24 내지 46의 실시예에 있어서, 상기 웜 및 웜 기어는 전체 스프릿 엔벨로핑 웜 및 웜 기어 설계를 포함하는 도 1 내지 23을 참조하여 설명된 형태로 되는 것이 바람직하다는 것을 이해해야한다.

상술된 모든 설계는 전동장치가 상기 샤프트(114) 상의 진동 입력을 출력 샤프트(115) 상의 단방향 회전으로 전달하는데 사용될 수 있으며, 또한 종래 기술과 비교하여 보다 많은 기능을 가질 수 있다는 것을 나타낸다. 본 발명을 전동장치의속도를 조절하는데 사용하기 위해, 본 발명은 디퍼런셜 시스템의 원리에 근거한다. 이러한 시스템은 입력부, 출력부 및 제어부재의 3개의 부재를 갖는다. 이러한 부재들과 웜 기어의 여러 가지 결합체들은 다른 성능 및 특성을 초래한다. 입력 파우어가 입력부로부터 디퍼런셜의 출력으로 진행되고, 상기 제어부재는 일반적으로 내부작용 하에서 고정된다. 상기 디퍼런셜의 입력부가 단방향의 기게적 에너지의 정속원(constant speed source)에 연결되는 경우, 출력 속도는 디퍼런셜의 제어부재의 속도에 따른다. 제어부제의 작동을 위해, 보조 모터가 웜 상에서의 내부작용과 함께 (내부작용의 방향에 대항하지 않는) 방향으로 웜을 회전시키므로써 웜 기어를 해제시킨다. 하중하에서 웜 기어의 해제 작동은, 입력부로부터 디퍼런셜의 출력부로의 동력 전달과 비교하여, 많은 동력을 필요로 하지 않는다. 상기 엔벨로핑 웜 및 웜 기어의 낮은 비율은 보조 모터로부터 많은 동력을 요하지 않는다.

상술된 본 발명은 몇몇 장점을 갖는다. 진동 운동을 전달하기 위해, 보조 모터에 의한 회전 방향을 변경시키므로써 출력 샤프트의 이동을 빠르게 역전시킨다. 웜 및 웜 기어는, 오직 상기 웜이 무부하 상태 및 웜 기어와 웜간의 백래쉬를 제거한 경우에만, 상대 운동을 하기 때문에, 작동부들 사이에서 윤활유를 필요로 하지 않는다. 다양한 속도의 전동장치에서의 속도 조절을 위해, 상기 웜의 해제 작동을 제공하도록 동력을 감소시키므로써 효율을 증가시키는 셀프 록킹 특성을 (웜 및 웜 기어 전동장치의 셀프 록킹 배열로 인해) 잃지 않고 작업부들 간의 윤활을 허용한다.

지금까지 본발명의 몇몇 실시예가 설명되었으며, 본 분야의 일반적인 기술을 갖는 자라면 본 발명의 범주 내에서 다양한 변경이 실시될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

이렇게 설명된 본 발명에서는 많은 방식으로 동일한 변경이 다양화될 수도 있다는 것은 자명하며, 이러한 다양성은 본 발명의 정신 및 범주를 벗어난 것으로 간주 할 수 없으며, 그러한 모든 변경은 당업자들에게는 후술되는 청구범위의 범주 내에 포함되는 것을 의미한다.

Claims

24보다 적은 개수의 톱니(14)를 구비한 엔벨로핑형 웜 기어(16); 및

상기 엔벨로핑 웜 기어(16)의 적어도 하나의 톱니(14)와 맞물리는 적어도 하나의 나선을 갖는 엔벨로핑 웜(10)을 포함하는 하는 것을 특징으로 하는 웜 및 웜 기어 전동장치.
제 1 항에 있어서, 상기 엔벨로핑형 웜 기어(16)는 12보다 작은 개수의 톱니를 갖는 것을 특징으로 하는 웜 및 웜 기어 전동장치.
제 1 항에 있어서, 상기 엔벨로핑 나선(12)의 형상에 의해 생성된 엔벨로핑형 웜 기어(16)의 톱니면은 상기 적어도 하나의 나선의 1회전에 대해 15도 보다 큰 엔벨로핑 각을 갖는 것을 특징으로 하는 웜 및 웜 기어 전동장치.
제 2 항에 있어서, 상기 엔벨로핑 나선(12)의 형상에 의해 생성된 엔벨로핑형 웜 기어(16)의 톱니면은 상기 적어도 하나의 나선의 1회전에 대해 30도 보다 큰 엔벨로핑 각을 갖는 것을 특징으로 하는 웜 및 웜 기어 전동장치.
제 1 항에 있어서, 상기 엔벨로핑형 웜 기어(16)는 상기 엔벨로핑 웜(10)의 회전축과는 다른 회전축 상에 위치된 제 2 엔벨로핑 웜의 적어도 하나의 나선과 맞물리는 것을 특징으로 하는 웜 및 웜 기어 전동장치.
제 3 항에 있어서, 상기 엔벨로핑 웜은 스프릿 웜(50)의 일부인 것을 특징으로 하는 웜 및 웜 기어 전동장치.
제 1 항에 있어서, 상기 엔벨로핑 웜은 상기 웜을 한쪽 측면만으로부터 지지하는 구동 샤프트(56)에 연결되는 것을 특징으로 하는 웜 및 웜 기어 전동장치.
제 1 항에 있어서, 상기 엔벨로핑형 웜 기어는 상기 엔벨로핑형 웜 기어를 한쪽 측면만으로부터 지지하는 구동 샤프트(46)에 연결되는 것을 특징으로 하는 웜 및 웜 기어 전동장치.
제 1 항에 있어서, 상기 엔벨로핑 웜(84)은 엔벨로핑형 웜 기어(80)에 대해 편심된 위치에 배열되는 것을 특징으로 하는 웜 및 웜 기어 전동장치.
제 1 입력부재, 제 2 입력부재(114) 및 출력부재(115)를 갖는 디퍼런셜 기어 세트와;

상기 디퍼런셜 기어 세트의 제 1 입력부재에 연결되며, 24 보다 적은 개수의 톱니를 갖는 엔벨로핑형 웜 기어(113)와;

상기 엔벨로핑형 웜 기어(113)와 결합되고, 상기 엔벨로핑형 웜 기어(113)와함께 엔벨로핑형 웜 기어(113)로부터의 구동에 대해 셀프 록킹되는 엔벨로핑 웜(111) 및;

해제 작동을 제공하기 위해 상기 엔벨로핑형 웜 기어(113)에 대해 엔벨로핑 웜(111)을 회전시키기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동장치.
제 10 항에 있어서, 상기 디퍼런셜 기어 세트는 2개의 태양 기어(122, 123)와 상기 태양 기어(122, 123)와 맞물리는 적어도 하나의 위성 피니언(124)을 지지하기 위한 위성 전동 캐리어(126)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동장치.
제 10 항에 있어서, 상기 디퍼런셜 기어 세트는 태양 기어(123), 상기 태양 기어(123)와 맞물리는 적어도 하나의 위성 피니언(130)을 지지하기 위한 위성 전동 캐리어(126) 및 상기 적어도 하나의 위성 피니언(130)과 맞물리는 링 기어(128)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동장치.
제 10 항에 있어서, 상기 디퍼런셜 기어 세트는 2개의 측면 기어(129, 134)과 맞물리는 한 쌍의 피니언 기어(131)를 회전 가능하게 지지하는 캐리어(133)를 포함하는 베벨 기어 디퍼런셜인 것을 특징으로 하는 전동장치.
제 10 항에 있어서, 상기 엔벨로핑 웜은 스플릿 웜(143)의 일부인 것을 특징으로 하는 전동장치.
웜 기어(204)와;

상기 웜 기어(204)의 적어도 하나의 톱니와 결합되는 적어도 하나의 나선(202)을 갖는 몸체 없는 엔벨로핑 웜(200)을 포함하는 것을 특징으로 하는 웜 및 웜 기어 전동장치.
제 15 항에 있어서, 상기 몸체 없는 엔벨로핑 웜의 적어도 하나의 나선(202)은 그 단부에서 제 1 및 제 2 지지부재(206)에 연결되는 것을 특징으로 하는 웜 및 웜 기어 전동장치.
제 15 항에 있어서, 상기 몸체 없는 엔벨로핑 웜(200)은 그 양쪽 대향 단부에서 한 쌍의 지지부재(206)에 각각 연결되는 적어도 2개의 나선(202)을 포함하며, 또한, 상기 단부들의 중간에 있는 적어도 2개의 나선(202) 사이에서 연장된 중간 지지부재(208)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웜 및 웜 기어 전동장치.
제 15 항에 있어서, 상기 몸체 없는 엔벨로핑 웜(212)은 스플릿 웜의 일부인 것을 특징으로 하는 웜 및 웜 기어 전동장치.