KR200249466Y1 - 전자클러치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 자력에 민감하게 작동하면서 큰 토크를 확보할 수 있는 구조 및 동력을 확실하게 전달할 수 있게 하는 전자클러치에 관한 것이다. 종래에는 마찰부재를 이용하여 토크를 전달하거나 또는 기어를 통해 토크를 전달하였는데 전자의 전자클러치는 정밀한 동력제어는 어렵고 또 마모에 따른 마찰부재의 교체, 로터와의 간극조절 및 동력손실 등의 단점이 있었으며 후자의 전자클러치는 아마추어가 축과 스플라인기어를 통해 연결되어 있으므로 스플라인기어를 제공하는 공정의 증가에 따라 가격상승 및 부피가 커지는 단점이 있다. 그리고 스프링의 구조상 유연탄성력이 떨어져 아마추어의 이동 폭이 좁으므로 로터와 아마추어의 간극이 좁아야만 한다. 그런데 그 간극이 미세하여 필히 아마추어와 로터간의 간극조절 작업이 필요하지만 그 작업이 어렵고 번거로운 단점이 있었다. 본 고안의 전자클러치는 큰 토크를 확보하면서도 유연탄력성이 양호한 스프링의 구조 및 기어이에 의해 토크가 전달되도록 되어 있다. 따라서 신속하고 정밀한 작동을 이룰 수 있고 확실한 동력전달을 이룰 수가 있다. 특히 스프링의 유연탄력성이 양호하여 아마추어의 이동범위가 커져 아마추어는 로터와 간극이 크더라도 충분히 밀착될 수 있으므로 간극조절이 종래 보다 상당히 쉽고 간편하다. 이러한 구조에 의해 종래의 전자클러치보다 5배정도의 토크를 확보할 수 있는 효과가 있다.

Description

전자클러치

본 고안은 전자석의 자력에 의해 동력을 전달 및 차단할 수 있도록 한 전자클러치에 관한 것으로, 특히 스테이터의 자력에 민감하게 작동하면서 큰 토크를 확보할 수 있음은 물론 동력을 확실하게 전달할 수 있게 하는 전자클러치에 관한 것이다.

종래의 전자클러치는 제1(a)도, 제1(b)도에서와 같이 한쪽 축(1O)단부에 일체로 회전되게 로터(11)가 설치되 있고, 이 로터(11)의 면에는 마찰부재(12)가 결합되어 있으며, 로터(11)가 설치된 축(1O)상에는 전원이 인가되면 자력을 발생시키는 스테이터(13)가 설치되어 있다. 또한 다른 축(15)의 단부에는 축관(17)의 단부에 플랜지(18)가 형성된 허브(16)가 고정 설치되어 있으며, 허브(16)의 플랜지(18)에는 스테이터(13)의 자력에 의해 로터(11)쪽으로 이동하는 마찰부재(12b) 및 이 마찰부재(12b)를 허브(16)의 플랜지(18)에 연결시키면서 로터(11)쪽으로 이동되는 마찰부재(12b)를 복원시키는 판스프링(19)이 설치되어 있다.

이러한 구조에 의해 전기가 인가되어 스테이터(13)가 자력을 발생하게 되면 마찰부재(12b)가 로터(11)쪽으로 이동하여 로터(11)의 마찰부재(12a)와 밀착되므로 마찰에 의해 토크가 전달되도록 되어 있다.

또한, 전자클러치는 제2(a)도, 제2(b)도에서와 같은 구조로 이루어진 것도 있는데, 그 구조를 보면 한쪽 축(10)단에는 제1(a)도, 제1(b)도에서와 같이 스테이터(13)와 로터(21)가 구비되고, 다른 축(15)에는 아마추어(23)와, 이 아마추어(23)의 이면 중앙부에 스플라인 기어식으로 연결되면서 축(15)에 고정되는 스플라인판(24)과, 이 스플라인판(24)과 아마추어(23)의 사이에 개재되어 로터(21)쪽으로 이동하는 아마추어(23)를 복귀시키는 판스프링(25)으로 구성되어 있다. 그리고 로터(21)와 아마추어(23)의 대면부 둘레에는 기어이(26a)(26b)가 설치되어 있다. 또한 판스프링(25)은 방사형으로 6개의 돌출편(27a)(27b)을 구비하고 이를 교호되는 구조로 양분하여 일부 돌출편(27a)은 스플라인판(24)에 나사결합시키고, 다른 일부 돌출부(27b)는 아마추어(23)에 홈(23a)을 형성하여 이에 끼워 결합시킨다.

이러한 구조에 의해 전기가 인가되어 스테이터(13)가 아마추어(23)를 흡인하게 되고, 아마추어(23)는 로터(21)와 밀착되어 기어이(26a)(26b)가 맞물리게 되므로 토크가 전달된다. 아마추어(23)가 이동할 때 스플라인판(24)은 축(15)에 고정되어 있으므로 아마추어(23)는 축방향으로 슬라이딩 이동하게 된다. 그리고 토크는 이 스플라인 기어를 통해 전달된다.

그러나, 제1(a)도,제1(b)도와 같은 종래의 전자클러치는 마찰부재(12a)(12b)에 의해 토크가 전달되므로 관성력의 변동이 큰 장치에서는 정확한 동력연결 및 제동을 걸수 없는 단점이 있다. 또 판스프링(19)이 단순히 링형 원형판으로 되어 결합부가 일정간격으로 구분하여 교호되는 구조로 양분시키고, 양분된 결합부들 중 일측 결합부들을 마찰부재(12a)에 나사결합시키고, 다른 결합부들은 허브(16)의 플랜지(18)에 나사 결합시켰기 때문에 그 결합부의 간격이 좁아 판스프링(19)의 탄력폭이 좁아져 마찰부재(12b)의 이동 폭이 줄어든다. 이는 마찰부재(12b)와 로터(11)와의 간극이 마찰부재(12b)의 이동폭 보다 작아야 함과 동시에 마찰부재(12b)와 로터의 마찰부재(12a)와는 접촉되지 않는 간극을 가져야만 로터(11)의 토크를 마찰부재(12b)에 용이하게 전달할 수가 있는 것이다. 그러나 그 간극이 미세하여 마찰부재(12b)와 로터(11)간의 간극 조절시 별도의 도구를 이용하여 간극조절을 해야하는 등 작업이 번거롭고 어려우며 시간이 많이 소요되는 폐단이 있다. 또한 전자클러치의 장시간 사용하면 마찰부재(12a)(12b)가 마모되어 간극이 벌어지게 되므로 수시로 간극 조절을 해주어야만 할 뿐 아니라 마찰부재(12a)(12b)의 마모상태를 정기적으로 점검하여 마모정도가 심하면 이를 교체해 주어야만 하므로 작업이 번거롭고 어려우며 소모품 교체에 따른 비용이 소요되는 폐단이 있다. 그리고 마찰에 의해 동력을 전달하는 구조이므로 슬립현상에 따른 동력손실이 발생되는 단점이 있다.

또한 제2(a)도, 제2(b)도의 전자클러치는 기어이(26a)(26b)에 의해 토크를 전달하기 때문에 정확한 토크전달을 확보할 수 있는 반면 판스프링(25)의 둘레에 다수개의 돌출편(27a)(27b)을 형성하고, 이를 교호로 양분하여 그 일부 돌출편(27a)들을 스플라인판(24)에 나사결합시키고, 다른 일부 돌출부(27b)들은 아마추어(23)에 홈(23a)을 형성하여 사용하므로 때때로 판스프링(25)이 아마추어(23)로부터 이탈 될 우려가 있다. 그리고 아마추어(23)와 스플라인판(24)이 스플라인 기어로 결합되어 있기 때문에 제품의 제조가 어렵고 단가가 높아지며, 또 아마추어(23)의 내부에서 스플라인판(24)이 설치되어 그 내부에서 유동되므로 아마추어(23)의 두께를 두껍게 형성할 수밖에 없으므로 전자클러치의 부피가 커지는 단점이 있다.

또한 이와 같이 전자클러치의 두께가 커짐에 따라 기존의 마찰식 전자클러치를 사용하는 장치에 부착시킬 때에는 마찰식 전자클러치보다 두께가 두꺼워 필히 주변장치의 구조를 변경시켜야 하기 때문에 작업이 복잡하고 비용이 많이 추가되는 폐단이 있다.

본 고안은 이러한 종래의 단점 및 폐단을 해소하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 전자클러치의 판스프링 구조를 개선하여 아마추어가 민감하게 작동하도록 하므로써 신속 정확하게 큰 토크를 전달할 수 있고, 아마추어의 이동폭을 넓혀 아마추어와 로터간의 간극조절을 쉽고 간편하게 할 수 있도록 하는데 있다.

본 고안의 다른 목적은 로터와 아마추어의 확실한 토크전달이 이루어지도록 하여 슬립현상에 따른 동력손실을 방지하여 에너지 효율을 높일 수 있도록 하는데 있다.

또한 본 고안의 다른 목적은 판스프링을 이용하여 토크를 전달하도록 하므로 종래의 스플라인 기어를 이용한 전자클러치와 같이 확실한 토크를 전달할 수 있도록 함과 동시에 마찰부재를 이용한 전자클러치와 같이 콤팩트한 두께를 갖도록 하여 기존의 마찰식 전자클러치와 교체하고자 할 때 주변 장치를 전혀 변경하지 않고 교체할 수 있도록 하는 전자클러치를 제공하는데 있다.

제1(a)도는 종래의 기술에 따른 전자클러치의 구조를 나타낸 분리사시도.

제1(b)도는 제1(a)도의 조립단면도.

제2(a)도는 종래의 기술에 따른 전자클러치의 구조를 나타낸 분리사시도.

제2(b)도는 제2(a)도의 조립단면도.

제3도는 본 고안에 따른 전자클러치의 구조를 나타낸 분리사시도.

제4도는 본 고안에 따른 전자클러치의 조립단면도.

제5도는 본 고안에 따른 스프링의 구조를 나타낸 평면도.

제6도는 본 고안의 제1실시 예에 따른 요부상세도.

제7도는 본 고안의 제2실시 예에 따른 요부상세도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

30 : 제1축 31 : 로터

32 : 기어이 33 : 절결구멍

34 : 관형부재 35 : 스테이터

36 : 코일 37 : 하우징

38 : 홈 39 : 베어링

40 : 제2축 41 : 아마추어

42 : 기어이 43 : 판스프링

44 : 탄성편 45 : 축판

46 : 슬립링 47 : 마찰부재

48 : 기어이

상기한 목적을 달성하기 위한 본 고안은 회전방향을 달리하는 제1,제2축과, 상기 제1축단에 일체로 회전되게 설치된 로터와, 상기 제2축단에 로터와 소정의 간극을 유지하도록 설치됨과 동시에 상기 로터쪽으로 이동 및 복귀작동이 가능한 아마추어와, 상기 제1축상에 유설되어 정지된 상태를 유지하면서 전기가 인가되면 자장을 발생시켜 상기 아마추어를 끌어당겨 로터와 말착시켜 동력을 전달 또는 정지 시키는 전자수단으로 구성된 전자클러치에 있어서, 상기 로터와 아마추어의 대면부둘레에 촘촘하게 설치되어 밀착시 서로 맞물리는 기어이가 구비되고, 링형 원판의 둘레에 방사형태로 돌출되다가 원호형으로 절곡된 다수개의 탄성편을 갖는 판스프링을 구비하여 원판은 제2축과 결합되고 탄성편은 아마추어에 결합되어 상기 아마추어가 로터쪽으로 이동 및 복귀가 가능케 하여 전자수단에 공급되는 전원의 단속에 의해 동력을 전달 또는 정지시키도록 하여 달성된다.

이하 본 고안의 구체적인 수단을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제3도는 본 고안에 따른 전자클러치의 구조를 나타낸 분리사시도이고, 제4도는 본 고안에 따른 전자클러치의 조립단면도로서, 도시된 바와 같이 회전방향을 달리 하는 제1,제2축(3O)(40)이 일정한 간격을 유지하면서 서로 대향되게 나란히 설치되어 있고, 그 사이에 동력을 전달 또는 차단하는 전자클러치가 설치된다.

전자클러치는 제1축(3O)의 단부에 일체로 회전되게 설치된 로터(31)와, 자력을 발생시키는 스테이터(35)와, 제2축(4O)에 단부에 고정 설치된 축관(45)과, 로터(31)와 소정의 간극으로 대향되게 설치되어 자력에 의해 로터(31)에 밀착되어 동력을 전달 또는 차단하는 아마추어(41)와, 로터(31)쪽으로 밀착된 아마추어(41)를 복귀시키면서 제2축(4O)에 토크를 전달하는 판스프링(43)으로 구성되어 있다.

로터(31)는 아마추어(41)쪽 방향의 면 둘레에 기어이(32)가 총츰히 형성되어 있고, 중심부에는 축방향으로 연장된 관형부재(34)가 구비되어 있고, 관형부재(34)와 기어이(32)의 중간 부위에는 자력의 통과가 용이하도록 절결구멍(33)이 형성되어 있다. 그리고 관형부재(34)를 통해 제1축(3O)의 단부에 끼워진 후 키로서 고정되어 아마추어(41)는 제1축(3O)과 일체로 회전된다.

전자수단(이하 스테이터라 함)은 자기를 발생시키는 코일(36)과, 이 코일(36)을 감싸는 코일하우징(37)으로 구성되는데, 아마추어(41) 반대측 로터(31)면에근접되게 설치되며, 코일(36)은 로터(31)방향으로 개구된 코일하우징(37)의 홈(38)내에 설치된다. 코일하우징(37)과 제1축(30)과의 사이에는 베어링(39)이 개재되어있어 코일하우징(37)은 제1축(30)과 회전이 되지 않으며, 도면에 도시되지 않은 지지물에 고정설치되어 정지된 상태로 있게 된다.

아마추어(41)는 로터(31)쪽면 둘레에 로터(31)의 기어이(32)와 맞물리는 기어이(42)가 형성되어 있고, 중심부는 제2축(4O)의 지름정도의 지름을 갖는 구멍이형성되어 있다. 또 판스프링(43)은 도 5에서와 같이 링형상의 원판(44a)의 둘레에네방향으로 돌출됨과 동시에 그 단부가 원호형상으로 절곡된 탄성편(44b)들이 형성되어 있는데, 원판(44a)은 제2축(4O) 단면에 나사로 결합되어 있고, 탄성편(44b)들은 아마추어(41)에 나사로 결합되어 있다.

한편, 로터(31)와 아마추억〈41)의 사이에는 슬립링(46)이 개재되어 있다. 이 슬립링(46)은 로터(31)와 아마추어(41)의 사이에 개재되어 슬라이딩되고 또 그 길이가 일정하기 때문에 조립시 서로간의 간극을 일정하게 유지해준다.

이와 같은 구조를 갖는 본 고안의 작동관계를 보면 다음과 같다.

제1축(3O)과 제2축(4O)은 서로 다른 회전속도를 갖거나 제1축(3O)은 회전하고 제2축(4O)은 정지된 상태를 갖는 경우로 예상할 수가 있다. 둘 중 어떠한 경우 라도 일측 축에 의해 다른 한쪽 축의 회전력이 영향을 받게 됨으로 궁극적으로 그동작은 동일하다. 따라서 본 고안에서는 제1축(3O)은 회전 동작되고 제2축(4O)은 회전하지 않는 상태로 가정하여 설명하기로 한다.

먼저, 도면에 도시되지 않은 구동수단에 의해 제1축(30)이 회전하면 그 단부에 설치된 로터(31)도 함께 회전한다. 이때 아마추어(41)는 판스프링(43)의 탄성력에 의해 제2축(4O)단부 쪽으로 이동된 상태이므로 로터(31)와 아마추어(41)가 일정한 간극을 유지한다. 이 상태에서 스테이터(35)내의 코일(36)에 전기가 인가되면 자력이 발생하여 아마추어(41)를 흡인시킨다. 아마추어(41)는 탄성편(44b)의 탄성력에 의해 로터(3D쪽으로 이동하여 촘촘하게 형성된 기어이(42)가 로터(31)의 기어이(32)와 맞물리게 된다. 이와 같이 되면 아마추어(41)가 정지된 상태로 있기 때문에 회전하고 있던 로터(31)에 제동이 걸린다. 이때 아마추어(41)에는 제1축(30)에 의해 구동되고 있던 도면에 도시 생략된 장치(컨베이어 등) 및 이동되고 있던 물품의 관성력이 작용하게 되는데, 판스프링(43)의 탄성편(44b) 단부가 제5도에서와 같이 호형을 이루면서 회전방향으로 절곡되어 있기 때문에 그 길이가 길어 유연탄력성이 좋으므로 자력에 의해 아마추어(41)가 민감하게 반응함을 물론 토크에 대한 응력을 확보한다. 즉, 클러치반응속도가 빠르기 때문에 정밀한 제어를 할 수 있는 반면 판스프링(43)이 예민하면서도 아마추어(41)와 결합된 점이 제2축(4O)의 중심에서 가깝기 때문에 큰 모멘트가 걸리지 않게 된다. 이 때문에 로터(31)에 의해 아마추어(41)에 큰 토크가 전달되더라도 그 힘이 증폭되지 않아 큰 토크에도 충분히 견딜 수 있는 응력을 확보할 수 있다.

한편, 장치를 재 가동할 때에는 스테이터(35)에 인가되던 전원을 차단하면 아마추어(41)를 흡인하고 있던 자력이 소멸되며 아마추어(41)는 자유롭게 되어 탄성편(44b)의 탄성력에 의해 원위치로 복귀된다. 이 작동에 의해 로터(31)가 아마추어(41)로부터 자유롭게 되어 제1축(3O)과 함께 회전되게 된다.

또한, 제6도는 본 고안의 제1실시 예에 따른 요부상세도로서, 도시된 바와 같이 로터(31) 및 아마추어(41)의 대면부에 마찰계수가 높은 마찰부재(47a)(47b)가 설치되어 있다. 이러한 구조는 비교적 정밀한 동력의 단속 작동이 필요없는 장치에 적당한 구조로서, 스테이터(35)에 동력이 인가되면 자력이 발생하여 아마추어(41)를 흡인하게 되므로 아마추어(41)는 로터(31)와 밀착된다. 이때 로터(31)와 아마추어(41)의 대면부에는 마찰부재(47a)(47b)가 설치되어 있으므로 서로간에 밀착되어 마찰된다. 이 마찰력에 의해 로터(31)의 토크가 아마추어(41)에 전달되고 또 판스프링(43)을 통해 고정된 제2축(4O)에 전달되어 로터(31) 및 제1축(30)은 정지하게 된다.

이와 같이 마찰부재(47a)(47b)의 마찰력에 의해 제동이 걸리게 되면 마찰력이 발생하여 로터(31)가 정지될 때까지 얼마간의 시간이 걸리게 된다. 이를 제동시간이라 하는데 그 시간은 관성에 따라 유동적이며, 특히 관성력이 크게 작용할 때 더욱 길어진다. 따라서 장치가 급제동 또는 정밀한 작동이 필요 없거나 작업특성상스무스한 제동이 필요할 때 적당하다.

또한, 제7도는 본 고안의 제2실시 예에 따른 요부 상세도로서, 도시된 바와같이 로터(31)와 아마추어(41)의 대면부에 형성된 기어이(48a)(48b)가 부분적으로분포되어 있고 또 서로 고유의 대응점이 있어 자기 자리에서만 맞물리게 되어 있다.

이러한 구조에 의해 스테이터(35)에 자력 발생에 의해 아마추어(41)가 로터(31)와 밀착되더라도 기어이(48a)(48b)는 자기의 자리가 아닐 경우에는 슬라이딩되며 자기자리와 위치하게 되면 비로소 서로 맞물려 토크가 전달된다. 이와 같이 기어이(48a)(48b)가 고유하게 맞물리는 자리가 있으므로 물림상태가 보다더 확실한 하고 큰 토크를 전달할 수 있는 장점이 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 고안의 전자클러치는 큰 토크를 확보하면서도 유연탄력성이 양호한 스프링의 구조에 의해 신속하고 정밀한 작동을 이룰 수 있으며, 큰 토크를 충분히 전달할 수 있는 장점이 있다. 특히 스프링의 탄성편이 유연 탄력성이 양호하므로 아마추어의 이동 폭이 커 로터와 아마추어간의 간극이 약간 멀리 있다 하더라도 스테이터의 자력에 의해 아마추어는 로터와 충분히 밀착될 수있기 때문에 로터와 아마추어간의 간극조정이 쉽고, 이와 더불어 미리 간극조절을 위해 길이가 지정된 슬립링을 단순히 개재시키기만 하면 간극조절이 이루어지므로 종래 보다 간극조절이 상당히 간편하고 쉽다.

또한 로터와 아마추어가 촘촘하게 형성된 기어이에 의해 맞물려 토크가 전달되기 때문에 확실한 동력전달을 이룰 수가 있어 기존의 마찰식 전자클러치에서 발생하는 슬립현상에 따른 동력손실이 최소화되므로 에너지 효율이 높아지고, 또 상술한 바와 같이 유연탄력성 및 큰 토크를 확보하는 스프링의 구조에 의해 종래의 전자클러치보다 5배정도의 토크를 확보할 수 있는 효과가 있다.

또한, 판스프링을 이용하여 토크를 전달하도록 하므로 종래의 스플라인 기어를 이용한 전자클러치와 같이 확실한 토크를 전달할 수 있도록 함과 동시에 마찰부재를 이용한 전자클러치와 같이 콤펙트한 두께를 갖도록 하여 기존의 마찰식 전자클러치와 교체하고자 할 때 주변 장치를 전혀 변경하지 않고 교체할 수 있으므로 적은 비용으로도 본 고안의 전자클러치를 적용시킬 수 있으며, 작업 또한 신속 간편하게 이루어지는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 회전방향을 달리하는 제1, 제2축과, 상기 제1축단에 일체로 회전되게 설치된 로터와, 상기 제2축단에 로터와 소정의 간극을 유지하도록 설치됨과 동시에 상기 로터쪽으로 이동 및 복귀작동이 가능한 아마추어와, 상기 제1축상에 유설되어 정지된 상태를 유지하면서 전기가 인가되면 자장을 발생시켜 상기 아마추어를 끌어당겨 로터와 밀착시켜 동력을 전달 또는 정지시키는 전자수단으로 구성된 전자클러치에 있어서, 상기 로터와 아마추어의 대면부 둘레에 촘촘하게 기어를 각각 설치하여 밀착시 서로 맞물리도록 하고, 링형 원판의 둘레에 방사형태로 돌출 되다가 원호형으로 절곡된 다수개의 탄성편을 구비한 판스프링의 원판은 제2축과 결합하면서 탄성편은 아마추어에 결합하여 상기의 아마추어가 로터쪽으로 이동 및 복귀가 가능한 것을 특징으로 하는 전자 클러치.