KR20100064701A - 다단방식의 유성기어장치 - Google Patents

다단방식의 유성기어장치 Download PDF

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Abstract

동력원의 회전력을 입력받는 선 기어; 상기 선 기어에 치합되는 다수 개의 유성기어; 상기 다수 개의 유성기어에 치합되는 링 기어; 및 상기 유성기어 각각의 회전축에 결합하여 상기 유성기어의 공전속도에 대응되는 각속도로 회동하는 캐리어를 포함하며, 상기 유성기어는 각각 축 방향으로 기어 톱니수가 서로 다른 제 1 기어와 제 2 기어가 일체로 형성된 2단 기어이며, 상기 제 1 기어는 상기 선 기어와 치합하고, 상기 제 2 기어는 상기 링 기어와 치합하는 다단방식의 유성기어장치가 개시된다.
다단, 유성기어, 위성기어, 플래닛 기어, 토크, 기어 비

Description

다단방식의 유성기어장치{MULTISTEP PLANETARY GEAR APPARATUS}
본 발명은 다단방식의 유성기어장치에 관한 것으로, 특히 단순히 유성기어의 치합 방식을 변경함으로써 감속기나 가속기로 사용할 수 있는 다단방식의 유성기어장치에 관련한다.
일반적으로 공작기계나 자동차의 변속기 등과 같이 동력을 사용하는 기기에 있어서는 필요한 속도와 토크를 얻기 위해, 통상 동력원에서 전달되는 동력을 그대로 사용하지 않고 변속기를 사용하여 입력되는 동력의 속도와 토크를 변화시켜 사용하고 있다. 이러한 변속기는 웜과 웜 기어를 사용한 장치 또는 원반 마찰차를 이용한 장치 등이 있기는 하나, 필요에 따라 변속을 쉽게 제어할 수 있고 변속비를 크게 하는 경우 유성기어장치를 많이 사용하고 있다.
유성기어장치는 한 쌍의 서로 맞물린 기어에 있어서 2개의 기어가 각각 자전하는 동시에 한쪽 기어가 다른 쪽 기어의 축을 중심으로 하여 공전하여 회전수를 감속하며 토크(torque)를 크게 한다.
도 1은 종래의 유성기어장치의 일 예를 나타내는 단면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 외형을 이루며 내주에 치차 열이 형성된 링 기어(1)와, 이 링 기어(1)의 중심부에 배치되며 동력원에 의해 회전하는 선 기어(2)와, 선 기어(2)와 링 기어(1) 사이에 맞물리도록 배치된 다수 개의 유성기어(3)와, 유성기어(3)의 축(4) 단부가 결합하여 회전하도록 링 기어(1)의 측면에 배치되며 중심부위에 출력 축(6)이 마련된 원반 형태의 캐리어(5)를 갖추고 있다. 여기서, 링 기어(1)는 고정되어 있어서, 선 기어(2)의 회전에 의해 유성기어(3)는 자전 및 공전운동을 하게 된다. 따라서 선 기어(2)의 회전속도가 유성기어(3)의 공전운동에 의해 감속되며, 아울러 유성기어(3)의 공전운동에 의해 캐리어(5)가 회전한다. 이때, 캐리어(5)의 출력 축(6)으로는 선 기어(2)의 입력보다 회전속도는 감속되는 반면에 토크는 증대된 상태로 출력이 발생한다.
이러한 유성기어장치의 단 수를 늘리기 위해서는 출력 축(6)을 선 기어로 하는, 즉 입력으로 하는 같은 구성의 유성기어장치를 후단에 결합하여 다단으로 구성하는데, 이와 같은 구조에 의하면, 축 방향의 길이가 증가한다는 문제점이 있다.
또한, 선 기어와 링 기어를 같은 크기의 톱니를 사용해야 하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 축 방향 길이를 증가하지 않고 다단으로 구성할 수 있는 다단방식의 유성기어장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 선 기어와 링 기어의 톱니 크기 등 기계적인 특성을 달리할 수 있는 다단방식의 유성기어장치를 제공하는 것이다.
상기의 목적은, 동력원의 회전력을 입력받는 선 기어; 상기 선 기어에 치합되는 다수 개의 유성기어; 상기 다수 개의 유성기어에 치합되는 링 기어; 및 상기 유성기어 각각의 회전축에 결합하여 상기 유성기어의 공전속도에 대응되는 각속도로 회동하는 캐리어를 포함하며, 상기 유성기어는 각각 축 방향으로 기어 톱니수가 서로 다른 제 1 기어와 제 2 기어가 일체로 형성된 2단 기어이며, 상기 제 1 기어는 상기 선 기어와 치합하고, 상기 제 2 기어는 상기 링 기어와 치합하는 다단방식의 유성기어장치에 의해 달성된다.
바람직하게, 제 2 기어로 기어 톱니수가 제 1 기어에 비하여 적은 기어를 적용하여 상기 링 기어를 감속시키거나, 제 2 기어로 기어 톱니수가 제 1 기어에 비하여 많은 기어를 적용하여 상기 링 기어를 가속시킬 수 있다.
또한, 상기의 목적은, 동력원의 회전력을 입력받는 선 기어; 상기 선 기어를 중심으로 방사상으로 각각 서로 치합하며, 최 내부에 배치된 것이 상기 선 기어와 치합하는 다단의 유성기어군; 상기 유성기어군 중 최 외부에 배치된 유성기어군에 치합되는 링 기어; 및 상기 유성기어군의 유성기어 각각의 회전축에 결합하여 상기 유성기어군의 공전속도에 대응되는 각속도로 회동하는 캐리어를 포함하며, 상기 유성기어군을 구성하는 각 유성기어는 각각 축 방향으로 기어 톱니수가 서로 다른 제 1 기어와 제 2 기어가 일체로 형성된 2단 기어인 다단방식의 유성기어장치에 의해 달성된다.
또한, 상기의 목적은, 내주에 기어 열이 형성되어 외부에 배치되는 제 1 링 기어; 상기 제 1 링 기어의 중심에 배치되어 동력원에 의해 회전하는 선 기어; 상기 제 1 링 기어와 상기 선 기어 사이에 배치되고 내주와 외주에 각각 기어 열이 형성된 제 2 링 기어; 상기 선 기어와 제 2 링 기어 사이에 배치되어 상기 선 기어 및 제 2 링 기어와 치합하고 그 축이 자전 가능하게 고정된 제 1 유성기어; 및 상기 제 1 링 기어와 제 2 기어 사이에 배치되어 상기 제 1 및 제 2 링 기어와 치합하는 제 2 유성기어를 포함하는 다단방식의 유성기어장치에 의해 달성된다.
여기서, 상기 제 2 링 기어와 제 2 유성기어 사이에는, 상기 제 2 유성기어와 동일한 크기와 형상의 유성기어 및 상기 제 2 링 기어와 형상이 동일하고 크기가 큰 링 기어가 쌍으로 반복 설치되어 다단을 구성할 수 있다.
상기의 구성에 의하면, 축 방향 길이를 증가하지 않고 다단으로 구성할 수 있으며, 기존의 단에 따라 기어의 기계적 토크 특성을 달리할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유성기어장치를 나타내는 사시도이다.
도 2를 참조하면, 링 기어(100)는 내주에 기어 열이 형성되어 고정되고, 링 기어(100)의 중심에는 동력원에 의해 회전하는 선 기어(140)가 배치된다. 또한, 링 기어(100)와 선 기어(140) 사이에 맞물리도록 다수 개의 유성기어(130)가 배치되며, 유성기어(130)의 축 단부에는 캐리어(150)가 결합하여 회전한다. 따라서, 선 기어(140)의 회전에 의해 유성기어(130)는 자전 및 공전운동을 하게 된다.
이 실시 예에 따르면, 유성기어(130)는 각각 축 방향으로 기어 톱니수가 서로 다른 제 1 기어(110)와 제 2 기어(120)의 2단 기어로 형성되며, 기어 톱니수가 적은 제 1 기어(110)는 링 기어(100)와 치합하고 기어 톱니수가 많은 제 2 기어(120)는 선 기어(140)와 치합한다.
이 실시 예에서는, 유성기어(130)가 2단으로 구성된 것을 예로 들었으나, 이에 한정되지 않고 다단으로 구성할 수 있다. 또한, 이 실시 예에서는 기어 톱니수가 적은 제 1 기어(110)는 링 기어(100)와 치합하고 기어 톱니수가 많은 제 2 기어(120)는 선 기어(140)와 치합하여 감속기를 구성하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 이와 반대로 구성함으로써 가속기를 구성할 수 있으며, 이 경우에는 기어의 형상의 변경이 필요할 수 있다.
상기한 구성에 의하면, 선 기어(140)의 동력이 유성기어(130)의 제 2 기 어(120)를 통하여 제 1 기어(110)에 전달될 때 감속이 이루어져서 링 기어(100)에 전달되는 회전속도는 선 기어(140)의 회전속도에 대하여 감속이 이루어진다.
따라서, 출력속도는 다음과 같이 산출된다.
Figure 112008084031525-PAT00001
Figure 112008084031525-PAT00002
Figure 112008084031525-PAT00003
Figure 112008084031525-PAT00004
여기서,
Figure 112008084031525-PAT00005
은 선 기어와 유성 기어 사이에서의 감속 또는 가속비,
Figure 112008084031525-PAT00006
는 첫 번째 유성기어와 두 번째 유성 기어 사이의 기어 비,
Figure 112008084031525-PAT00007
는 선 기어의 기어 톱니수,
Figure 112008084031525-PAT00008
는 첫 번째 유성기어의 톱니수, 그리고
Figure 112008084031525-PAT00009
은 링 기어의 기어 톱니수를 나타낸다. 또한,
Figure 112008084031525-PAT00010
는 선 기어의 각속도,
Figure 112008084031525-PAT00011
는 출력 각속도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 유성기어장치를 나타내는 사시도이고, 도 4는 도 3의 분해 사시도이다.
도 3과 4를 참조하면, 2단 유성기어가 하나 더 추가되어 다단방식의 유성기어장치를 구성하고 있다.
구체적으로, 링 기어(100)는 내주에 기어 열이 형성되어 고정되고, 링 기어(100)의 중심에는 동력원에 의해 회전하는 선 기어(140)가 배치된다. 또한, 링 기어(100)와 선 기어(140) 사이에는 서로 맞물린 제 1 및 제 2 유성기어(130, 180)가 배치되며, 유성기어(130, 180)의 축 단부에는 캐리어(150)가 결합하여 회전한다. 따라서, 선 기어(140)의 회전에 의해 유성기어(130, 180)는 자전 및 공전운동을 하게 된다.
이 실시 예에 따르면, 제 1 및 제 2 유성기어(130, 180)는 각각 축 방향으로 기어 톱니수가 서로 다른 제 1 기어(120, 170)와 제 2 기어(110, 160)의 2단 기어로 형성된다. 선 기어(140)는 제 2 유성기어(180)의 기어 톱니수가 많은 제 2 기어(170)와 치합하고, 제 1 기어(160)는 제 1 유성기어(130)의 기어 톱니수가 많은 제 2 기어(110)와 치합하고, 제 1 기어(120)는 링 기어(100)와 치합한다. 이에 따라, 결합한 기어의 기어 비에 따라 다단으로 감속된다.
N 단으로 구성하는 경우, 전체 기어 비는 다음과 같다.
Figure 112008084031525-PAT00012
Figure 112008084031525-PAT00013
Figure 112008084031525-PAT00014
여기서,
Figure 112008084031525-PAT00015
은 선 기어와 첫 번째 유성 기어 사이의 기어 비,
Figure 112008084031525-PAT00016
는 첫 번째 유성기어와 두 번째 유성 기어 사이의 기어 비,
Figure 112008084031525-PAT00017
은 (n-1)번째와 n번째 유성 기어 사이의 기어 비를 나타내며,
Figure 112008084031525-PAT00018
은 전체 기어 비를 나타낸다. 또한,
Figure 112008084031525-PAT00019
는 선 기어의 각속도,
Figure 112008084031525-PAT00020
는 출력 각속도를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 다단방식의 유성기어장치를 나타내는 정면도이고, 도 6은 분해 사시도이다.
도 5와 6을 참조하면, 외부에 배치되는 제 1 링 기어(100)는 내주에 기어 열이 형성되어 고정되고, 제 1 링 기어(100)의 중심에는 동력원에 의해 회전하는 선 기어(140)가 배치된다.
또한, 제 1 링 기어(100)와 선 기어(140) 사이에는 내주와 외주에 각각 기어 열이 형성된 제 2 링 기어(200)가 배치되며, 이에 따라 제 2 링 기어(200)와 선 기어(140) 사이에는 제 1 유성기어(180)가 배치되어 제 2 링 기어(200)의 내주 기어 및 선 기어(140)와 치합하고, 제 1 및 제 2 링 기어(100, 200) 사이에는 제 2 유성기어(130)가 배치되어 제 1 링 기어(100) 및 제 2 링 기어(200)의 외주 기어와 치합한다.
이 실시 예에 따르면, 제 1 유성기어(180)는 그 축이 베이스(미도시)에 고정되어 제 2 링 기어(200)가 1차 캐리어와 2차 선 기어의 역할을 하게 되므로, 결국 제 2 링 기어(200)의 회전에 의해 제 2 유성기어(130)는 자전 및 공전운동을 하게 된다.
따라서, 선 기어(140)의 회전속도가 제 1 유성기어(180)의 자전에 의해 1차 감속되어 제 2 링 기어(200)에 전달된다. 이어, 제 2 링 기어(200)가 2차 선 기어로 동작함으로써 제 2 유성기어(130)가 공전하고, 이 공전에 의해 캐리어(150)가 2차 감속하여 회전한다. 따라서, 캐리어(150)의 출력 축으로는 선 기어(140)의 입력 보다 회전속도는 감속되는 반면에 토크는 증대된 상태로 출력이 발생한다.
이러한 유성기어장치의 단 수를 늘리기 위해서는 최종 단의 링 기어를 선 기어로 하여 이에 치합하는 유성기어를 추가하고, 추가된 유성기어의 공전에 의해 회전하는 링 기어를 추가하여 구성할 수 있다. 물론, 이 경우 추가되는 링 기어는 내주와 외주에 기어 열이 형성된 제 2 링 기어와 형상이 같으며, 크기가 증가한다.
이러한 구성에 의하면, 다단으로 구성하여도 축 방향으로 길이는 같도록 구성할 수 있다.
전체 기어 비는 다음과 같다.
Figure 112008084031525-PAT00021
Figure 112008084031525-PAT00022
Figure 112008084031525-PAT00023
여기서,
Figure 112008084031525-PAT00024
은 선 기어와 제 1 링 기어 사이에서의 감속비,
Figure 112008084031525-PAT00025
은 제 1 링 기어와 제 2 링 기어 사이에서의 감속비를 나타내며,
Figure 112008084031525-PAT00026
는 선 기어(도 6의 140)의 톱니수,
Figure 112008084031525-PAT00027
은 제 1 링 기어(도 6의 200)의 내주 기어의 톱니수,
Figure 112008084031525-PAT00028
은 제 1 링 기어의 외주 기어의 톱니수,
Figure 112008084031525-PAT00029
는 제 2 링 기어(도 6의 100)의 톱니수를 나타낸다. 또한,
Figure 112008084031525-PAT00030
는 선 기어의 각속도,
Figure 112008084031525-PAT00031
는 출력 각속도를 나타낸다.
이상에서는 본 발명의 실시 예들을 중심으로 설명하였지만, 당업자 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗 어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
도 1은 종래의 유성기어장치의 일 예를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유성기어장치를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 유성기어장치를 나타내는 사시도이ㄷ다.
도 4는 도 3의 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 다단방식의 유성기어장치를 나타내는 정면도이다.
도 6은 분해 사시도이다.

Claims (6)

  1. 동력원의 회전력을 입력받는 선 기어;
    상기 선 기어에 치합되는 다수 개의 유성기어;
    상기 다수 개의 유성기어에 치합되는 링 기어; 및
    상기 유성기어 각각의 회전축에 결합하여 상기 유성기어의 공전속도에 대응되는 각속도로 회동하는 캐리어를 포함하며,
    상기 유성기어는 각각 축 방향으로 기어 톱니수가 서로 다른 제 1 기어와 제 2 기어가 일체로 형성된 2단 기어이며, 상기 제 1 기어는 상기 선 기어와 치합하고, 상기 제 2 기어는 상기 링 기어와 치합하는 것을 특징으로 하는 다단방식의 유성기어장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 2 기어로 상기 제 1 기어에 비하여 기어 톱니수가 적은 기어를 적용하여 상기 링 기어를 감속시키는 것을 특징으로 하는 다단 유성기어장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 2 기어로 상기 제 1 기어에 비하여 기어 톱니수가 많은 기어를 적용하여 상기 링 기어를 가속시키는 것을 특징으로 하는 다단 유성기어장치.
  4. 동력원의 회전력을 입력받는 선 기어;
    상기 선 기어를 중심으로 방사상으로 각각 서로 치합하며, 최 내부에 배치된 것이 상기 선 기어와 치합하는 다단의 유성기어군;
    상기 유성기어군 중 최 외부에 배치된 유성기어군에 치합되는 링 기어; 및
    상기 유성기어군의 유성기어 각각의 회전축에 결합하여 상기 유성기어군의 공전속도에 대응되는 각속도로 회동하는 캐리어를 포함하며,
    상기 유성기어군을 구성하는 각 유성기어는 각각 축 방향으로 기어 톱니수가 서로 다른 제 1 기어와 제 2 기어가 일체로 형성된 2단 기어인 것을 특징으로 하는 다단방식의 유성기어장치.
  5. 내주에 기어 열이 형성되어 외부에 배치되는 제 1 링 기어;
    상기 제 1 링 기어의 중심에 배치되어 동력원에 의해 회전하는 선 기어;
    상기 제 1 링 기어와 상기 선 기어 사이에 배치되고 내주와 외주에 각각 기어 열이 형성된 제 2 링 기어;
    상기 선 기어와 제 2 링 기어 사이에 배치되어 상기 선 기어 및 제 2 링 기어와 치합하고 그 축이 자전 가능하게 고정된 제 1 유성기어; 및
    상기 제 1 링 기어와 제 2 기어 사이에 배치되어 상기 제 1 및 제 2 링 기어 와 치합하는 제 2 유성기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 다단방식의 유성기어장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제 2 링 기어와 제 2 유성기어 사이에는, 상기 제 2 유성기어와 동일한 크기와 형상의 유성기어 및 상기 제 2 링 기어와 형상이 동일하고 크기가 큰 링 기어가 쌍으로 반복 설치되어 다단을 구성하는 것을 특징으로 하는 다단방식의 유성기어장치.
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