KR20040111392A - 액추에이터 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하우징 고정된 제 1 중앙 휠(16) 및 회전 가능한 제 2 중앙 휠(18)을 구비한 유성 기어 구조의 기어 장치(14)를 통해 피동축(32)을 구동시키는 전기 모터(12)를 포함하고, 상기 양 중앙 휠들(16, 18)이 각각 적어도 하나의 유성 휠(20, 22)과 함께 상이한 감속비를 가진 기어단을 형성하고, 제 1 중앙 휠(16)에 속하는 유성 휠(20)이 제 2 중앙 휠(18)에 속하는 유성 휠(22)에 회전 불가능하게 연결되는 액추에이터(10)에 관한 것이다. 상기 전기 모터(12)는 상기 유성 휠들(20, 22)이 회전 가능하게 지지되어 있는 유성 캐리어(26)를 구동시킨다.
Description
기본적으로 항상 성능이 강하고 콤팩트한 액추에이터에 대한 소망은 있다. 자동차 산업에서 이러한 액추에이터는 예컨대 윈드 실드 와이퍼, 윈도우 리프터, 시이트, 선샤인 루프 등의 구동을 위해 사용된다. 특히 2 모터-와이퍼 장치에서는 매우 높은 모멘트를 발생시키고 가장 좁은 구동 공간에 제공되어야 하는 액추에이터가 필요하다. 초당 60 사이클을 가진 리버스 가능한 전기 모터에 의해 35 Nm의 피동 모멘트를 발생시키는 예컨대 대략 500 cm3의 구조 체적을 가진 액추에이터를 제조하는 것이 목적이다.
DE 100 03 350 A1 에는 제 1 부재에 대한 제 2 부재의 변위, 특히 관절부, 예컨대 로봇 관절부의 변위를 위한 변위 장치가 공지되어 있다. 상기 장치는 전기 모터, 작은 토크를 가진 작은 구조 크기의 예컨대 신속하게 작동하는 전기 모터를 포함하고, 상기 전기 모터는 높은 변속비를 가진 유성 기어를 통해 제 2 부품에 대해 제 1 부품을 변위시킨다. 유성 기어는 짧은 볼프롬(Wolfrom) 기어라고도 불리는 감속된 커플 기어로서 형성된다. 상기 유성 기어는 내치를 가진 중공 휠로서형성된 2 개의 중앙 휠을 포함하고, 각각 상응하는 외치를 가진 유성 휠과 맞물린다. 하나의 중앙 휠은 제 1 부품에 고정 연결되는 반면, 다른 중앙 휠은 제 2 부품에 고정 연결되고 제 1 중앙 휠에 대해 회전될 수 있도록 지지된다. 상기 제 1 부품이 전기 모터의 하우징 부분에 연결됨으로써 일반적으로 제 1 부품은 위치 고정된다. 제 1 중앙 휠은 여기에 할당된 유성 휠과 함께 제 1 기어 단을 형성하는 반면에, 제 2 중앙 휠은 여기에 할당된 유성 휠과 함께 제 2 기어 단을 형성한다. 2 개의 기어단의 유성 휠은 각각 회전 불가능하게 서로 연결된다. 기어 단 중 하나는 전기 모터의 모터 샤프트에 의해 선 휠을 통해 구동된다. 기어단의 변속의 선택에 의해 구동기에 대한 액추에이터의 피동기가 동일한 또는 반대 회전 방향을 가진다. 또한 상응하는 효율에 연결된 공지된 유성 기어의 높은 변속비로 인해 셀프 록킹이 발생됨으로써, 토크가 구동기로부터 피동기까지 전달될 수는 있지만, 반대 방향으로 피동기로부터 구동기로는 전달되지 않는다.
또한 이러한 유성 기어는 VDI-보고서 672, Verein deutscher Ingenieure "유성 기어, 구동 기술의 효율적인 부품(Planetengetriebe, eine leistungsfaehige Komponente der Antriebstechnik)"(VDI-출판사 1988)에 공지되어 있다. 146-147 페이지에서 도 2 및 3에 셀프 록킹하는 유성 기어가 도시되어 있고 147 페이지의 부호 3 아래에는 셀프 록킹에 대한 식이 규정되어 있다.
US 4 918 344 에는 로봇 및 유사하게 자동으로 제어될 수 있는 기계용으로 느리게 작동하는 서보 구동기가 공지되어 있다. 구동 모터는 예컨대 정류 모터, 교류 전류 모터, 직접 구동 모터 또는 스텝 모터를 포함하고, 상기 스텝 모터는 많이 감속시키는 유성 기어와 함께 작동한다. 유성 기어는 마찰 유성 기어이고, 상기 유성 기어에서 기어 부재, 중앙 휠과 유성 휠 사이의 모멘트는 넌-포지티브하게 마찰에 의해 전달된다. 중앙 휠과 유성 휠은 롤러로서 형성된다. 기어 부재들 사이의 슬립에 의해 피동기에서 위치 이동을 위한 구동기에서 위치 이동의 정확한 할당이 보장되지 않는다.
콤팩트하고 가볍게 설계된 유성 기어는 적어도 부분적으로 전기 모터의 중공 실린더형 회전자의 내부에 제공된다. 회전자는 디스크를 통해 제 1 기어단의 선 휠을 구동시키고, 상기 제 1 기어단의 유성 기어는 선 휠 및 중공 휠과 넌-포지티브하게 연결되고, 상기 제 1 중공 휠은 전기 모터의 하우징과 회전 불가능하게 연결된다. 제 1 기어단의 유성 휠이 회전될 수 있도록 지지되어 있는 유성 캐리어는 추가 선 휠에 결합되고, 상기 추가 선 휠은 상응하는 유성 휠 및 제 2 중공 휠과 함께 제 2 기어단에 속한다. 제 2 기어단의 유성이 회전 가능하도록 지지되는 제 2 유성 캐리어가 액추에이터의 피동축에 결합되는 반면, 유성 휠은 넌-포지티브하게 제 2 하우징 고정된 중공 휠에 지지된다. 1단 기어로서 형성될 수 있는 유성 기어는 셀프 록킹하지 않는다.
본 발명은 청구항 제 1항의 전제부에 따른 액추에이터에 관한 것이다.
도 1은 도 2의 라인 I-I에 상응하는 횡단면도이고,
도 2는 도 1의 라인 II-II에 상응하는 종단면도이다.
본 발명에 따라 전기 모터는 유성 캐리어를 구동시키고, 상기 유성 캐리어에 2 개의 기어단의 회전 불가능하게 서로 연결된 유성 휠이 회전 가능하도록 지지된다. 유성 휠은 2 개의 중앙 투쓰 휠과 맞물리고, 상기 투쓰 휠은 기본적으로 외부로 맞물린 선 휠로서 형성될 수 있지만, 바람직하게 내부로 맞물린 중공 휠일 수있다. 2 개의 중앙 휠 중에서 제 1 중앙 휠은 전기 모터의 하우징에 고정 연결되는 반면에, 제 2 중앙 휠은 회전 가능하도록 배치되어 피동축에 결합된다. 중앙 휠 및 할당된 유성 기어로 형성된 기어단은 약간 다른 변속비를 가짐으로써, 전체적으로 높은 전체 변속비가 발생된다. 그럼에도 불구하고 유성 기어는 기어의 셀프 록킹이 생략될 필요 없이, 많이 감속시키는 다른 기어와 비교해 볼 때, 예컨대 웜 기어와 비교해 볼 때 더 개선된 효율을 이용하게 된다.
유성 기어가 실질적으로 회전 대칭형 구조형태를 가지기 때문에, 유성 캐리어가 전기 모터의 회전자에 회전 불가능하게 연결되고 바람직하게는 이와 함께 구조 유닛을 형성함으로써 상기 유성 기어는 전기 모터에 양호하게 통합될 수 있다. 중공 휠로서 형성된 중앙 휠은 유성 캐리어의 휠 디스크의 양측에 배치되고, 상기 휠 디스크는 허브에 의해 회전 가능하도록 피동축에 지지된다. 짧은 구조 길이를 얻기 위해, 중앙 휠이 단락링으로서 형성된 유성 캐리어의 외장에 의해 적어도 부분적으로 축방향으로 중첩되는 것이 바람직하고, 상기 유성 캐리어에 전기 모터에 회전자가 배치된다.
본 발명에 따른 이러한 액추에이터는 특히 전자식으로 정류된 직류 모터와 연결되어 자동차의 윈드 실드 와이퍼의 작동에 적합한데, 그 이유는 상기 액추에이터가 출력 밀도 및 셀프 록킹이 클 경우 작은 구조 공간만을 필요로 하기 때문이다. 셀프 록킹은 예컨대
- 기어가 작동되는 유성 캐리어 및 고정된 선 휠(중공- 또는 정면휠)을 가진 간단한 3-축-유성 기어이고,
- 유성축에서 모멘트의 상이한 부호가 발생되도록 하우징 및 피동기가 양 내치 또는 양 외치를 가지고,
- 작동시 피동측으로부터 유성축으로 작용하는 모멘트가 거의 보상되고 또는 힘방향의 반대로 작용하는 모멘트가 동적 효과에 작용하는 모멘트보다 클 경우에 보장된다.
추가 장점은 하기의 도면 설명에 제시된다. 도면에는 본 발명의 실시예가 도시된다. 도면, 설명부 및 청구항은 다수의 장점을 조합하여 포함한다. 당업자는 상기 장점을 목적에 따라 개별적으로 관찰하거나 추가로 조합하여 요약할 수 있다.
액추에이터(10)는 고정자(28) 및 회전자(30)를 구비한 전기 모터(12), 바람직하게 전자식으로 정류된 직류 모터를 포함한다. 고정자(28)에는 권선용 공간(23)이 제공된다. 권선에는 통상적인 방법으로 자세히 도시되지 않은 제어 유닛을 통해 전류가 공급된다.
실질적으로 중공 실린더형 회전자(30)의 내부에는 유성 기어 구조의 기어 장치(14)가 제공되고, 약어로 유성 기어라고 칭한다. 상기 유성 기어는 유성 캐리어(26)를 포함하고, 상기 유성 캐리어는 외장(38) 및 휠 디스크(40)를 구비하고 허브(36)에 의해 피동축(32)에 회전 가능하도록 지지된다. 유성 캐리어(26)의 외장(38)은 회전자(30)에 회전 불가능하게 연결되어 이와 함께 바람직하게 구조 유닛을 형성한다. 상기 외장은 적어도 부분적으로 2 개의 중앙 휠(16, 18)을 커버하고, 상기 중앙 휠은 동일한 방식으로 즉 중공 휠로서 형성된다. 제 1 중앙 휠(16)은 전기 모터(12)의 하우징 부품(42)에 회전 고정되도록 연결되는 반면, 제 2 중앙 휠(18)은 피동축(32)에 결합된다.
유성 캐리어(26)에는 유성 휠(20 및 22)이 유성축(24)에 의해 회전 가능하도록 지지된다. 유성 휠들(20)(이들 중 4개는 각각 둘레에 걸쳐 분포됨)은 제 1 중앙 휠(16)과 함께 제 1 기어단을 형성하는 반면에 유성 휠들(22)은 동일한 방식으로 제 2 중앙 휠(18)과 함께 제 2 기어단을 형성한다. 제 1 기어단의 유성 휠들(20)에는 각각 제 2 기어단의 유성 휠(22)이 할당된다. 서로 할당된 유성 휠들(20, 22)은 서로 회전 불가능하게 연결된다. 양 중앙 휠(16, 18) 및/또는 해당 유성 휠(20, 22)이 상이한 투쓰 개수를 가짐으로써 양 기어단의 감속비가 약간 달라지고, 따라서 전체적으로 유성 기어(14)의 높은 감속이 발생된다.
액추에이터(10)의 구동은 유성 기어(14)의 유성 캐리어(26) 상의 전기 모터(12)의 회전자(30)를 통해 이루어지고, 유성 휠(20)은 고정된 제 1 중앙 휠(16)에서 롤링되고 이 경우 유성 휠(22)을 구동시킨다. 상기 유성 휠은 제 2 중앙 휠(18)을 구동시키고, 상기 제 2 중앙 휠은 회전 불가능하게 피동축(32)에 연결된다.
기본적으로 제 2 중앙 휠(18)이 하우징 부분(42)에 고정 연결되는 반면, 제 1 중앙 휠(16)은 회전 불가능하게 피동축(32)에 배치될 수 있다. 기어단 감속비의적절한 선택에 의해, 유성 기어(14)의 효율이 많이 손상되지 않고 또는 셀프 록킹이 상실되지 않으면서 유성 기어(14)의 전체 감속비가 폭넓게 변경될 수 있다. 변속비, 효율 그리고 셀프 록킹의 관계는 예컨대 필적할만한 유성 기어에 대한 책인 구조책 "기어 장치(Zahnrad-getriebe)"(제 26권, 요하네스 로만 저, 스프링어 출판사 베를린 1970, 26-31 페이지)에 서술되어 있다.
Claims (6)
- 하우징 고정된 제 1 중앙 휠(16) 및 회전 가능한 제 2 중앙 휠(18)을 구비한 유성 기어 구조의 기어 장치(14)를 통해 피동축(32)을 구동시키는 전기 모터(12)를 포함하고,상기 양 중앙 휠들(16, 18)이 각각 적어도 하나의 유성 휠(20, 22)과 함께 상이한 감속비를 가진 기어단을 형성하고, 제 1 중앙 휠(16)에 속하는 유성 휠(20)이 제 2 중앙 휠(18)에 속하는 유성 휠(22)에 회전 불가능하게 연결되는,액추에이터(10)에 있어서,상기 전기 모터(12)는 상기 유성 휠들(20, 22)이 회전 가능하게 지지되어 있는 유성 캐리어(26)를 구동시키는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
- 제 1항에 있어서,상기 기어단의 감속비는 상기 유성 기어(14)가 셀프 록킹되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 양 중앙 휠들(16, 18)이 중공 휠이고, 상기 중앙 휠들 사이에 유성 캐리어(26)의 휠 디스크(40)가 배치되고, 허브(36)에 의해 피동축(32)에 지지되고 외부 둘레에 실린더형 외장(38)을 포함하며, 상기 외장에 전기 모터(12)의 회전자(30)가 배치되는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
- 제 3항에 있어서,상기 중앙 휠들(16, 18)이 상기 외장(38)에 의해 축방향으로 적어도 부분적으로 중첩되는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
- 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,상기 전기 모터(12)가 전자식으로 정류된 직류 모터인 것을 특징으로 하는 액추에이터.
- 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,상기 액추에이터가 자동차의 윈드 실드 와이퍼의 작동을 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
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