KR20120107756A - 토크증대장치 - Google Patents

Abstract

회전력을 증대시키기 위한 수단으로,
입력기어로부터 회전력을 전달받아 회전하는 중간기어;
상기 중간기어에 기어결합되는 입력부의 복수개의 밸런스 기어들;
상기 밸런스 기어들이 설치되는 복수개의 크랭크 축들;
상기 복수개의 크랭크 축의 양측 끝단부에 설치되어 수평상태로 상하운동하는 제1,2 토크증대부재;
상기 제1,2 토크증대부재의 일측 끝단부에 힘점을 이루기 위하여 로딩되는 중량체;
상기 밸런스 기어로부터 회전력을 전달받아 회전하는 복수개의 출력부의 밸런스 기어들;
상기 출력부의 밸런스 기어들이 설치되며 상기 제1,2 토크증대부재의 타측단에 설치되어 작용점 및 받침점을 이루는 출력부의 복수개 크랭크 축들;
상기 출력부의 밸런스 기어와 기어결합되는 출력기어;
상기 복수개의 크랭크 축들의 회전을 지지하는 내외측 지지대를 갖는 프레임;
을 포함하는 토크증대장치를 개시한다.

Description

토크증대장치{Torque increasing device}

본 발명은 토크증대장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 회전력(torque)을 크게하여 회전력의 이용효율을 향상시킬 수 있는 장치에 관한 것이다.

다양한 종류의 터빈들, 엔진 및 모터 등과 같이 회전력을 발생하는 수단들은 산업분야 전반에 걸쳐 이용되고 있다. 이하에서는 이러한 수단들을 회전력발생수단이라 칭한다.

예를 들면, 가스터빈, 스팀터빈, 수력터빈 등은 터빈으로부터 나오는 회전력을 발전장치에 이용하여 전기를 생산하게 되는데, 실질적으로 터빈에서 출력되는 회전력은 다양한 형태의 마찰구조들에 의하여 이용효율이 떨어진다.

동력전달 과정에서 회전력은 기계적 마찰들로부터 저항을 받게 되므로 큰 회전력을 필요로 하는 분야에서는 큰 용량의 터빈을 사용해야 한다.

따라서 다양한 산업분야에서 회전력을 증가시키기 위한 장치들이 사용되고 있다. 예를 들면 자동 변속기 차량의 토크 컨버터를 통하여 엔진으로부터 나오는 회전력의 크기를 증가시킴으로써 엔진의 출력이용율을 높이고 있다.

그러나 현재 이용되고 있는 회전력 증대장치들은 만족할만한 토크 증대효과를 갖지 못하고 있다.

본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 본 발명의 목적은 회전발생수단으로부터 나오는 회전력을 증대시켜 회전력의 이용효율을 향상시킬 수 있는 회전력증대장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 일실예에 의한 회전력증대장치는, 입력기어로부터 회전력을 전달받아 회전하는 중간기어;

상기 중간기어에 기어결합되는 입력부의 복수개의 밸런스 기어들;

상기 밸런스 기어들이 설치되는 복수개의 크랭크 축들;

상기 복수개의 크랭크 축의 양측 끝단부에 설치되어 수평상태로 상하운동하는 제1,2 토크증대부재;

상기 제1,2 토크증대부재의 일측 끝단부에 힘점을 이루기 위하여 로딩되는 중량체;

상기 밸런스 기어로부터 회전력을 전달받아 회전하는 복수개의 출력부의 밸런스 기어들;

상기 출력부의 밸런스 기어들이 설치되며 상기 제1,2 토크증대부재의 타측단에 설치되어 작용점 및 받침점을 이루는 출력부의 복수개 크랭크 축들;

상기 출력부의 밸런스 기어와 기어결합되는 출력기어;

상기 복수개의 크랭크 축들의 회전을 지지하는 내외측 지지대를 갖는 프레임을 포함한다.

본 발명의 실시예에 의한 토크증대장치는, 지렛대가 수평상태로 상하 왕복이동을 하는데, 상측으로 이동시에는 입력 회전력이 작용하고 하측으로 이동시에는 지렛대에 로딩된 중량체의 무게가 작용하므로 지렛대에는 큰 힘이 작용하게 되고 이 큰 힘의 하강이동은 토크증대부재의 회전력을 증가시키게 되므로 토크의 증대를 실현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전력증대장치의 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전력증대장치의 평단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전력증대장치의 입력부 측단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 동력전달부의 측면도.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 회전력증대장치의 구성을 설명하기 위한 사시도이도, 도 2는 평면도이며, 도 3은 측단면도로서, 도면부호 2는 터빈, 엔진, 모터와 같은 회전력발생수단을 지칭한다.

상기 회전력발생수단(2)의 출력단에는 회전수를 줄이기 위한 일반적인 감속장치(4)가 연결된다.

본 실시예에 의한 프레임(6)은, 동력전달부(8)를 지지하는 1쌍의 내측 지지대(10)와, 이들 내측 지지대(10)와 소정 간격을 띄우고 위치하는 중간 지지대(12) 및 이 중간 지지대(12)와 간격을 띄우고 위치하는 외측 지지대(14)로 이루어진다.

이들 지지대는 상기 프레임의 좌우 양측에 각각 일정한 거리를 두고 설치되므로서 내측 공간부(C)와 중간 공간부(M)와 외측 공간부(P)를 구성한다.

상기 동력전달부(8)는 기어들의 물림으로 회전력 전달이 가능한 구조로서, 상기 회전력발생수단(2)으로부터 회전력을 전달받는 제1 입력 기어(16)와, 이 입력단 기어(16)와 기어결합되어 회전력을 전달받는 중간기어(18)와, 이 중간기어(18)와 기어결합으로 회전력을 전달받는 제1 밸런스 기어(20)를 포함한다. 이들 구성에 의해 입력부가 이루어진다. 이하의 설명은 입력부(I)에 대한 구성을 설명하고 있는데, 출력부(O) 구성은 입력부 설명 다음에 이어진다.

상기 제1 입력 기어(16)는 내측 지지대(10)와 외측 지지대(14)에 회전가능하게 설치된 입력축(22)을 통하여 감속장치(4)로부터 회전력을 전달받아 상기 중간기어(18)로 전달하게 된다.

상기 입력축(22)과 상기 감속장치(4) 사이에는 통상의 축이음수단(23)이 설치된다.

상기 중간기어(18)는 상기 내측 지지대(10)에 회전가능하게 설치되어 있는데, 상기 제1 입력 기어(16)와 중간기어(18)는 회전수가 감소될 수 있는 기어비를 갖도록 설치된다.

상기 제1 밸런스 기어(20)는 제1 토크증대부재(24)와 제2 토크증대부재(26)와 연결된다.

본 실시예에 따른 상기 제1,2 토크증대부재(24,26)는 대략 6면체 구조로 일정한 길이를 갖으며, 상기 중간 지지대(12)와 외측 지지대(14) 사이에 각각 형성된 외측 공간부(P)에 위치한다.

상기 제1 밸런스 기어(20)는 제1 크랭크 축(28)을 통하여 제1,2 토크증대부재(24)(26)와 연결됨으로서, 이 크랭크 축의 회전운동을 이들 부재로 전달할 수 있으며, 이 회전력은 상하 직선운동으로 변환된다.

상기 제1 밸런스 기어(20)는 상기 제1 입력 기어(16) 및 중간기어(18)와 상하방향으로 결합되므로, 상기 제1,2 토크증대부재(24,26)에 높이보상부(30)를 만들어 이 높이보상부를 통하여 제1 크랭크 축(28)의 결합을 행하고 있다.

상기 높이 보상부(30)는 대략 삼각형상을 하고 있는데, 좌우 꼭지점 부분에 제2 크랭크 축(32)과 제3 크랭크 축(34)이 결합된다.

상기 제2 크랭크 축(32)에는 상기 중간기어(18)와 기업결합되어 회전을 하는 제2 밸런스 기어(36)가 설치되며, 상기 제3 크랭크 축(34)도 상기 중간기어(18)와 기어결합되어 회전을 하는 제3 밸런스 기어(38)가 설치된다.

이들 밸런스 기어(20,36,38)는 상기 중간기어(18)의 외주에 일정한 간격을 두고 동일한 기어비로 세지점에 결합되므로 동일한 회전방향을 갖으며 동일한 회전력을 는다. 따라서 이들 3개의 밸런스 기어는 동일한 힘을 안정적으로 상기 제1,2 토크 증대부재(24,26)에 전달할 수 있다.

어떤 경우에는 제1 밸런스 기어(20)를 사용하지 않을 수 있다. 즉, 제1 밸런스 기어는 더욱 안정적 작동을 위한 수단으로 제공되는 것이다.

또한 상기 제1,2,3 크랭크 축(28,32,34)에는 상기 기어들로부터 일방향의 회전만을 전달받고, 다른 방향으로는 회전력 전달이 안되는 통상적인 구조의 일방향 클러치(40,42,44)들이 각각 설치된다. 1개의 크랭크 축에 기어를 중심으로 좌우측에 각각 설치된다.

상기 제3 밸런스 기어(38)는 상기 입력부로부터 회전력을 출력부로 전달하기 위한 중간기어(46)와 기어결합을 이루고 있다.

이 중간기어(46)는 상기 내측 지지대(10)에 회전 가능하게 설치되는데, 1쌍의 기어로 이루어지며 이들 중간기어들(46,47) 사이에는 일방향 클러치(48)가 설치된다.

후단부 측의 중간기어(47)는 상기 외측 지지대(14)에 일방향 클러치(50)를 통하여 결합되는 출력부(O) 측의 제1 크랭크 축(52)으로 회전력을 전달하도록 구성된다.

이를 위하여 상기 출력부(O) 측의 제1 크랭크 축(52)에는 상기 중간기어(47)와 기어결합이 이루어지는 출력부 측의 제1 밸런스 기어(54)가 설치된다.

상기 제1 밸런스 기어(54)는 내측 지지대(10)에 회전가능하게 설치된 중간기어(56)와 기어결합을 이루고 있으며, 이 중간기어(56)에는 상기 제1 밸런스 기어(54)와 반대방향에 제2 밸런스 기어(58)가 기어결합되어 있다.

상기 제2 밸런스 기어(58)는 상기 외측 지지대(14)에 일방향 클러치(60)를 통하여 결합된 제2 크랭크 축(62)에 설치된다. 물론 상기 중간기어(56)의 위쪽으로 입력부(I)에서와 같이 보다 안정된 작동을 필요로 한다면 또 다른 밸런스 기어를 설치할 수도 있다.

이와 같이 본 실시예에 의한 입력부(I) 측의 제1,2,3 크랭크 축(28,32,34) 및 출력부(O) 측의 제1,2 크랭크 축(52,62)는 각각 프레임(6)을 구성하는 외측 지지대(14)에 설치되므로서 입력부 측으로부터 회전력이 전달되면 크랭크 운동이 이루어진다.

상기 크랭크 축들은 좌우측 부분의 크랭크 핀 부분이 180도의 위치에 존재한다. 이러한 구조는 크랭크 핀 부분이 예를 들면, 좌측이 위쪽에 있다면 우측은 아래쪽에 있음을 의미한다.(도3참조)

상기 중간기어(56)에는 출력기어(64)가 기어결합되어 예를 들면 발전기(G)로 회전력을 전달할 수 있도록 구성된다.

본 실시예에서 출력기어(64)와 발전기(G) 사이에는 증속장치(66)가 설치되고, 이와 함께 통상의 축이음수단(68)이 설치된다.

또한 본 실시예에 의한 회전력 증대장치는 제1,2 토크증대부재(24,26)의 입력부(I) 측 끝단부에 중량체(70)를 로딩하여 항상 아래측으로 힘을 가하도록 구성된다.

이와 같이 이루어지는 본 발명의 실시예에 따른 토크증대장치는, 도면에서 볼때 제1,2 토크증대부재(24,26)의 우측에 중량체(70)가 실려있게 되므로 지렛대의 원리로 볼때 우측부분이 힘점에 해당하고, 제1,2 토크증대부재(24,26)의 좌측 부분에 축수부가 설치되고 양끝단부가 프레임의 외측 지지대(14)에 설치된 제2 크랭크 축(62)의 축수부는 지렛대의 작용으로 볼 때 받침점에 해당한다. 따라서 제1 크랭크 축(52)의 축수부는 작용점으로 작용하게 된다. 이러한 지렛대의 원리를 기본으로 한 본 발명의 토크증대장치는 아래와 같이 토크증대가 이루어진다.

상기 회전력 발생수단(2)으로부터 회전력은 상기 제1 입력기어(16)로 전달되면서 이와 기어결합을 이루고 있는 중간기어(18)로 전달된다. 이때 감속장치(4)를 통하면서 회전속도가 감속되며, 또 중간기어(18)로 전달되면서 이들 기어(16,18)의 기어비 의해 감속이 더 이루어진다.

이와 같이 감속된 회전력은 중간기어(18)를 통하여 이 기어와 결합되어 있는 제1,2,3 밸런스 기어들(20)(36)(38)을 회전시키게 된다.

이들 밸런스 기어들은 중간기어(18)와 일정한 간격을 유지하면서 기어결합을 이루고 있으며, 이들 밸런스 기어는 각각 제1 크랭크 축(28), 제2 크랭크 축(32) 및 제3 크랭크 축(34)에 설치되어 있으므로 이들 밸런스 기어의 회전은 제1,2,3 크랭크 축들을 회전시키게 된다.

이들 제1,2,3 크랭크 축(28)(32)(34)들은 각각 프레임(6)의 내외측 지지대(10)(14)에 회전가능하게 지지설치되어 있으므로 이들 크랭크 축들은 지지점을 중심으로 크랭크 운동을 하게 된다.

상기 제1,2,3 크랭크 축(28)(32)(34)의 좌우측에는 각각 제1,2 토크증대부재(24)(26)가 크랭크 핀에 결합되어 있으므로 크랭크 축들의 크랭크 운동은 상기 제1,2 토크증대부재(24)(26)를 상하 직선운동으로 변환시키게 된다.

그런데 상기 제1,2,3 크랭크 축(28)(32)(34)의 좌우측에 설치된 제1,2 토크증대부재(24)(26)는 도3에 표시된 바와 같이 제1 토크증대부재(24)가 상측에 위치한다면 제2 토크증대부재(26)는 하측에 위치하는 결합관계를 갖고 있으므로 상기 크랭크 운동은 제1,2 토크증대부재(24)(26)를 교번하여 상하운동을 가능하게 한다.

따라서 예를 들면, 제1 토크증대부재(24)가 상측에 위치하고 있다면, 제2 토크증대부재(26)는 하측에 위치한 상태이므로 이들 토크증대부재의 위치가 바뀌게 된다.

이와 같이 토크증대부재의 위치가 바뀌는 과정에서 상측에 위치한 제1 토크증대부재(24)는 아래측으로 이동을 하게 되는데, 토크증대부재의 우측단에는 중량체(70)가 로딩되어 있으므로 이 중량체(70)의 중량이 토크증대부재에 작용하게 되면서 제1 토크증대부재(24)는 중량체의 중량에 의해 아래측으로 이동을 하게 된다.

즉, 제1,2 토크증대부재(24)(26) 중에서 상측으로 올라가는 토크증대부재는 밸런스 기어들(20)(36)(38)의 회전력을 받아서 크랭크 운동으로 상승하지만, 반대로 하강을 할 때에는 중량체의 무게의 의해 하강을 하게 된다.

이것은 지렛대의 원리가 적용되지만 제1,2 토크증대부재(24)(26)가 같은 위치에서 회전하면서 상하운동만 하도록 되어 있으므로 지레가 수평이동하는 것과 같다.

따라서 중량체(70)가 위치하는 부분이 지레에서 힘점이 되고, 출력부(O)의 제1 크랭크 축(52)이 지레의 작용점이 되고, 제2 크랭크 축(62)이 지레의 받침점이 되는 것이다.

그러므로 아래측으로 하강하는 제1 토크부재(24)의 출력부(O) 측의 제2 크랭크 축(62)과 제1 크랭크 축(52)에도 중량체(70)의 중량에 의해 하강하는 제1 토크부재(24)의 힘이 작용하게 되는데, 중량체(70)로부터 제1 크랭크 축(52)과의 거리 및 중량체(70)와 제2 크랭크 축(62)과의 거리가 다르므로 각각 상이한 힘이 작용하게 된다. 즉, 거리에 중량체의 무게를 곱한 값이 힘으로 나타나게 되는데, 이 힘은 크랭크 축의 회전력을 증대하게 된다.

한편, 입력부(I) 측의 상기 제3 밸런스 기어(38)로부터 중간기어(46)(47)를 통하여 상기 기어들과 동시에 제1 밸런스 기어(54)도 회전력을 전달받게 된다.

이 제1 밸런스 기어(54)는 중간기어(56)를 통하여 제2 밸런스 기어(58)로 회전력을 전달하게 되므로 제1,2 밸런스 기어(54)(58)는 동일한 회전방향과 회전력으로 작동하게 된다.

따라서 이들 제1,2 밸런스 기어(54)(58)가 설치된 제1 크랭크 축(52)과 제2 크랭크 축(62)도 회전하면서 크랭크 운동을 하게 되므로 제1,2 토크증대부재(24)(26)는 수평한 상태로 승하강 운동을 하게 된다.

따라서 토크가 증대된 회전력이 출력기어(64)를 통하여 나가게 된다. 이 출력기어(64)는 증속장치(66)를 통하여 감속장치(4) 이전의 속도로 증속되면서 예를 들면 발전기의 입력축으로 연결됨으로서 발전을 할 수 있다.

6; 프레임
16; 입력기어
20,36,38; 제1,2,3 밸런스 기어
24,26; 제1,2 토크증대부재
28,32,34; 제1,2,3 크랭크 축
40,42,44,50,60; 일방향 클러치
70; 중량체
G; 발전기

Claims (6)

1. 회전력발생수단으로부터 회전력을 전달받아 회전하는 중간기어;
   상기 중간기어에 기어결합되는 입력부의 복수개의 밸런스 기어들;
   상기 밸런스 기어들이 설치되는 복수개의 크랭크 축들;
   상기 복수개의 크랭크 축의 양측 끝단부에 설치되어 수평상태로 상하운동하는 제1,2 토크증대부재;
   상기 제1,2 토크증대부재의 일측 끝단부에 힘점을 이루기 위하여 로딩되는 중량체;
   상기 밸런스 기어로부터 회전력을 전달받아 회전하는 복수개의 출력부의 밸런스 기어들;
   상기 출력부의 밸런스 기어들이 설치되며 상기 제1,2 토크증대부재의 타측단에 설치되어 작용점 및 받침점을 이루는 출력부의 복수개 크랭크 축들;
   상기 출력부의 밸런스 기어와 기어결합되어 발전기로 회전력을 전달하는 출력기어;
   상기 복수개의 크랭크 축들의 회전을 지지하는 내외측 지지대를 갖는 프레임;
   을 포함하는 토크증대장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 입력부 밸런스 기어들은 중간기어에 삼각배치되어 제1,2 토크증대부재의 수평 승강작용을 안정되도록 한 토크증대장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 입, 출력부 크랭크 축에는 밸런스 기어의 양측에 각각 일방향 클러치가 제공되는 토크증대장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 입력부 측 밸런스 기어들과 출력부 측 밸런스 기어들 사이에는 일방향 클러치로 연결된 중간기어들이 설치되는 토크증대장치.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1,2 토크증대부재는 각각 위 아래쪽으로 위치하여 크랭크 축에 설치되는 토크증대장치.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 프레임은 상기 밸런스 기어들을 위치시키기 위한 내측 지지대와, 상기 복수개의 크랭크 축들을 회전가능하게 지지하는 중간 지지대와, 상기 중간 지지대와 일정한 간격을 두고 위치하면서 상기 제1,2 토크증대부재를 위치시키는 외측 지지대를 포함하는 토크증대장치.

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