KR20130141866A - 다중 출력 차동 장치 - Google Patents

다중 출력 차동 장치 Download PDF

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KR20130141866A
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Abstract

본 발명은 다중 출력 차동 장치에 관한 것이며, 본 발명의 다중 출력 차동 장치는 외부로부터 동력을 인가받으며, 외부 저항의 인가시 외부 동력과 상이한 회전 속도를 갖는 제1 출력을 발생하는 제1 출력기어, 상기 제1 출력기어와 연동하에 구동하여 중간출력을 발생하는 중간 기어를 구비하는 제1 차동기어부, 상기 제1 차동기어부로부터 상기 중간 출력을 전달받으며, 외부 저항의 인가시 상기 중간 출력과 상이한 회전 속도를 갖는 제2 출력을 발생하는 제2 출력기어, 상기 제2 출력기어로부터 연동되어 상기 제2 출력과 상이한 회전 속도를 갖는 제3 출력을 발생하는 제3 출력기어를 구비하는 제2 차동기어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에 의하면, 외부에서 인가받는 하나의 동력으로부터 3개의 출력기어들을 통해 3개의 출력을 발생할 수 있는 다중 출력 차동 장치가 제공된다.

Description

다중 출력 차동 장치{ APPARATUS HAVING MULTI-OUT DIFFERENTIAL GEAR}
본 발명은 다중 출력 차동 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하나의 입력을 통해 3개 이상의 출력을 얻을 수 있는 다중 출력 차동 장치에 관한 것이다.
차동 장치는 서로 연동하면서 치합하는 3개 이상의 기어 중 2개의 기어에 회전이 가해지면 나머지 하나의 기어의 회전도 결정되는 기어장치를 의미한다.
일반적으로, 각 산업 분야에서는 용도에 따라 산업기계나 감속기, 증속기, 윈치, 엘리베이터, 에스컬레이터 및 자동차와 같은 구륜장비 등 매우 다양한 분야에서 주원동력의 입력회전수를 용도에 맞게 기어비를 통해 변속시켜 구동축의 구동수단으로 변속된 출력회전수를 전달하는 다양한 형태의 차동 장치를 사용하고 있다.
그 중에서도 특히, 근래에는 간단한 구조로 큰 동력을 전달할 수 있는 유성기어유닛의 각 회전부에 대한 회전비를 이용한 증속기 또는 감속기가 널리 사용되고 있으며, 특히 고비율을 얻기 위하여 여러 개의 유성기어 유닛을 2중 또는 3중으로 직렬 결합시킨 다양한 형태의 차동 장치가 개발되고 있다.
즉, 중앙에 배치된 태양기어와 외곽의 내접기어, 태양기어와 내접기어 사이의 유성기어와 유성기어들을 하나로 연결하는 유성기어 캐리어로 이루어진 유성기어유닛을 이용한 차동장치는 태양기어, 내접기어, 유성기어로 구성된 이 세가지 요소들 중 두 개의 요소를 입출력 축으로 사용하고 나머지 하나의 요소에 별로의 동력제어기구를 연결 또는 고정하여 출력회전축의 회전력을 변속하게 된다.
다만, 이러한 유성기어유닛을 사용하는 일반적인 차동 장치들은 서로 반대방향으로 두 개의 출력만을 제공하게 되며 3개 이상의 출력을 얻고자 한다면 기존의 차동 장치를 사용할 수 없다는 문제점이 발생한다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 외부로부터 입력받는 하나의 동력으로 복수개의 차동 기어부를 통해 복수개의 출력을 발생할 수 있는 다중 출력 차동 장치를 제공함에 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 외부로부터 동력을 인가받으며, 외부 저항의 인가시 외부 동력과 상이한 회전 속도를 갖는 제1 출력을 발생하는 제1 출력기어, 상기 제1 출력기어와 연동하에 구동하여 중간출력을 발생하는 중간 기어를 구비하는 제1 차동기어부, 상기 제1 차동기어부로부터 상기 중간 출력을 전달받으며, 외부 저항의 인가시 상기 중간 출력과 상이한 회전 속도를 갖는 제2 출력을 발생하는 제2 출력기어, 상기 제2 출력기어로부터 연동되어 상기 제2 출력과 상이한 회전 속도를 갖는 제3 출력을 발생하는 제3 출력기어를 구비하는 제2 차동기어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 출력 차동 장치에 의해 달성된다.
여기서, 상기 제1 차동기어부는 내주면에 톱니가 마련되며, 상기 중간 기어는 상기 제1 출력기어의 내부에 상기 제1 출력기어의 내측으로부터 이격되어 마련되며, 상기 제1 차동기어부는 상기 제1 출력기어의 내주면 및 상기 연결기어의 외주면에 동시에 치합되는 복수개의 제1 유성기어를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 제1 유성기어는 3개가 상기 제1 차동기어부의 중심축을 기준으로 등각을 이루며 형성된 것이 바람직하다.
여기서, 상기 제1 차동기어부는 상기 제1 출력기어와 마주보는 면에 상기 제1 유성기어들이 삽입되어 각각 개별적으로 회전하도록 제1 고정축이 형성된 제1 상부커버, 상기 제2 차동기어부로부터 연장되어 상기 중간기어와 결합하는 결합축이 통과하도록 중앙부에 제1 관통홈이 형성되며, 상기 제1 상부커버와 마주보는 면에 상기 제1 고정축이 삽입되는 제1 삽입홈이 형성되는 제1 하부커버를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1 차동기어부는 상기 제1 출력기어와 마주보는 면에 상기 제1 유성기어들이 삽입되어 각각 개별적으로 회전하도록 제1 돌출부가 형성된 제1 상부커버, 상기 제2 차동기어부로부터 연장되어 상기 중간기어와 결합하는 축이 통과하도록 중앙부에 제1 관통홈이 형성되며, 상기 제1 상부커버와 마주보는 면에 상기 제1 돌출부와 대응되도록 제2 돌출부가 형성된 제1 하부커버를 더 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 제2 출력기어 및 제3 출력기어는 내주면에 톱니가 형성되며,상기 제2 차동기어부는 상기 제2 출력기어의 내주면과 치합되며 상기 제2 출력기어와 연동되어 회전하는 복수개의 제2 유성기어, 상기 제2 유성기어 및 제3 출력기어의 내주면에 동시에 치합되어 상기 제2 유성기어 및 상기 제3 출력기어와 연동하여 회전하는 제3 유성기어를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 제2 유성기어 및 제3 유성기어들은 3개가 상기 제2 차동기어부의 중심축을 기준으로 등각을 이루며 형성된 것이 바람직하다.
여기서, 상기 제2 차동기어부는 상기 제2 출력기어와 제1 차동기어부 사이에 마련되어 상기 중간 기어로부터 중간 출력을 전달받으며, 상기 제2 출력기어와 마주보는 면에 상기 제2 유성기어 및 제3 유성기어들이 삽입되어 각각 개별적으로 회전하도록 제2 고정축이 형성된 제2 상부커버, 상기 제2 상부커버와 마주보는 면에 상기 제2 고정축이 삽입되는 제2 삽입홈이 형성된 제2 하부커버를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제2 차동기어부는 상기 제2 출력기어와 제1 차동기어부 사이에 마련되어 상기 제1 차동기어부로부터 중간 출력을 전달받으며, 상기 제2 출력기어와 마주보는 면에 상기 제2 유성기어 및 제3 유성기어들이 삽입되어 각각 개별적으로 회전하도록 제3 돌출부가 형성된 제2 상부커버, 상기 제2 상부커버와 마주보는 면에 제3 돌출부와 대응되도록 제4 돌출부가 형성된 제2 하부커버를 더 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 제2 차동기어부는 상기 제2 출력기어와 상기 제3 출력기어가 접촉하여 마모되지 않도록 상기 제2 내접기어와 상기 제3 내접기어 사이에 판 베어링을 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 제1 출력기어, 제2 출력기어 또는 제3 출력기어는 외주면에 톱니가 형성된 것이 바람직하다.
여기서, 상기 제1 차동기어부는 복수개의 출력기어를 구비하며, 외부 저항의 인가시 상기 출력기어들은 상기 외부 동력과 다른 회전 속도를 갖는 복수개의 출력들을 발생하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 외부에서 인가받는 하나의 동력으로부터 3개의 출력기어들을 통해 3개의 출력을 발생할 수 있는 다중 출력 차동 장치가 제공된다.
또한, 판 베어링을 통해 제2 출력기어와 제3 출력기어가 회전시 발생할 수 있는 접촉에 의한 마모를 방지할 수 있다.
또한, 제1 차동기어부에 복수개의 출력기어를 구비함으로써, 3개 이상의 출력도 발생할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 다중 출력 차동 장치를 개략적으로 도시한 사시도이고,
도 2는 도 1의 다중 출력 차동 장치를 개략적으로 도시한 분해 사시도이고,
도 3은 도 1의 다중 출력 차동 장치에서 제1 차동기어부를 개략적으로 도시한 정면도이고,
도 4는 도 1의 다중 출력 차동 장치에서 제1 차동기어부의 안내부와 유성기어가 결합되는 모습을 개략적으로 도시한 단면도이고,
도 5는 도 1의 다중 출력 차동 장치에서 제2 차동기어부를 개략적으로 도시한 분해 사시도이고,
도 6는 도 1의 다중 출력 차동 장치에서 제2 차동기어부에서 제2 기어부의 결합관계를 개략적으로 도시한 사시도이고,
도 7은 도 1의 다중 출력 차동 장치에서 각 출력기어의 속도 관계를 파악하기 위한 실험 환경을 도시한 도면이고,
도 8은 도 7의 실험 환경에서 실험한 결과를 개략적으로 도시한 그래프이고,
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 다중 출력 차동 장치를 개략적으로 도시한 사시도이고,
도 10은 도 9의 다중 출력 차동 장치를 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.
설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 다중 출력 차동 장치에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 다중 출력 차동 장치를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 다중 출력 차동 장치를 개략적으로 도시한 분해 사시도이고, 도 3은 도 1의 다중 출력 차동 장치에서 제1 차동기어부를 개략적으로 도시한 정면도이고, 도 4는 도 1의 다중 출력 차동 장치에서 제1 차동기어부의 안내부와 유성기어가 결합되는 모습을 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 5는 도 1의 다중 출력 차동 장치에서 제2 차동기어부를 개략적으로 도시한 분해 사시도이고, 도 6는 도 1의 다중 출력 차동 장치에서 제2 차동기어부에서 제2 기어부의 결합관계를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 1 또는 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 다중 출력 차동 장치(100)는 외부로부터 하나의 입력을 받아 복수개의 출력기어를 통해 복수개의 출력을 발생할 수 있는 장치로서 후술할 각각의 출력기어으로 인가되는 외부 저항에 의해 차동이 발생할 수 있다. 본 발명의 제1실시예에 따른 다중 출력 차동 장치(100)은 동일한 중심축을 갖는 제1 차동기어부(110)와 제2 차동기어부(150)를 포함한다.
상기 제1 차동기어부(110)는 외부로부터 동력을 인가받으며, 외부 저항 인가시 외부 동력과는 상이한 회전 속도를 갖는 제1 출력을 발생하고 제1 출력과 연동하여 외부 동력보다 회전 속도가 감소된 중간 출력을 제2 차동기어부(150)로 전달한다. 제1 차동기어부(110)는 제1 기어부(120)와 제1 상부커버(130)와 제1 하부커버(140)를 포함한다.
도 3을 참조하면, 상기 제1 기어부(120)는 제1 출력기어(121)와 3개의 제1 유성기어(122)와 중간 기어(123)를 포함하며, 외부 저항이 인가됨과 동시에 외부 동력과 상이한 회전 속도를 갖는 제1 출력을 발생하고, 외부동력보다 회전속도가 감소된 중간 출력을 발생하게 된다. 여기서 감소된 회전 속도량은 치합되는 기어비에 따라 달라지게 되며, 즉 제1 출력기어(121)로부터 중간 기어(122)로 연동되는 경우에 제1 출력기어(121)의 내주면에 마련된 톱니의 기어 잇수와 중간 기어(123)의 기어 잇수의 비만큼 제1 출력이 중간 기어(123)로 전달된다. 이러한 수식은 후술할 본 발명의 제1실시예의 작동에서 상세히 설명한다.
상기 제1 출력기어(121)는 내주면 및 외주면에 톱니가 형성되어 있으며, 내주면의 톱니는 제1 유성기어(122)와 치합하며, 외주면의 톱니는 외부로 제1 출력을 전달한다. 즉, 외주면의 톱니는 외부 저항을 인가받음과 동시에 외부 저항과 연동되어 외부 동력과는 상이한 회전 속도를 갖는 제1 출력을 외부로 전달한다.
상기 제1 유성기어(122)는 제1 출력기어(121)의 내주면에 치합하며, 3개가 제1 차동기어부(120)의 중심축을 기준으로 각각 120°의 각을 형성하도록 배치된다. 제1 유성기어(122)는 제1 출력기어(121)로부터 전달받는 외부 저항이 고려된 제1 출력을 후술할 중간 기어(123)로 전달한다. 다만, 제1 유성기어(122)의 개수 및 배열은 여기에 제한되는 것은 아니며 필요에 따라 자유롭게 개수 또는 배열의 선택이 가능함은 당연하다.
상기 중간 기어(123)는 외부 저항이 없을시 회전을 하지 않으며, 외부 저항이 인가되면 제1 출력기어(121)와 연동하여 외부 동력보다 회전 속도가 감소된 중간 출력을 제2 차동기어부(150)로 전달한다.
상술한 제1 기어부(120)의 결합관계를 다시 설명하면, 제1 출력기어(121)의 내주면으로 제1 유성기어(122)들이 치합하며, 이러한 제1 유성기어(122)들과 치합하는 중간 기어(123)가 다중 출력 차동 장치(100)의 중심축과 동일한 중심축을 갖도록 배치된다. 반대로, 중간 기어(123)의 외주면을 따라 제1 유성기어(122)들이 치합하게 배치되고, 이러한 제1 유성기어(122)들과 내주면을 따라 마련된 톱니들이 치합되도록 제1 출력기어(121)가 배치된다. 여기서, 제1 출력기어(121)와 중간 기어(123)는 동일한 중심축을 갖으며, 이는 제1 차동기어부(110)의 중심축과도 동일하다.
도 4를 참조하면, 상기 제1 상부커버(130)는 외부로부터 동력을 인가받으며, 제1 유성기어(122)들을 지지하도록 제1 안내부(131)가 마련된다.
외부로부터 동력을 인가받기 위하여 제1 차동기어부(110)와 동일한 중심축을 갖고 제1 상부커버(130)와 일체로 회전하는 평기어가 결합하여 외부 동력을 인가받을 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 제1 상부커버(130)로 직접 외부 동력을 전달받는 것도 가능하다.
한편, 제1 상부커버(130)에서 후술할 제1 하부커버(140)와 마주보는 면에는 제1 유성기어(122)들이 각각 개별적으로 회전하도록 위치를 고정하는 제1 안내부(131)가 형성된다. 이러한 안내부에 의하여 제1 상부커버(130)가 외부 동력을 인가받아 회전하게 되면 제1 유성기어(122)들이 제1 차동기어부(110)의 중심축을 중심으로 각각의 제1 유성기어의 중심축을 연결하는 가상의 동심원을 따라서 원운동을 하게 된다. 이러한 안내부는 제1 유성기어(122)들이 삽입되도록 제1 고정축 또는 제1 돌출부로 마련될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
제1 안내부(131)가 제1 고정축으로 형성되는 경우, 제1 고정축이 후술할 제1 하부커버(140)의 제1 삽입홈으로 삽입되도록 제1 고정축의 길이가 제1 유성기어의 두께길이보다 길어야 한다.
또한 제1 돌출부로 형성되는 경우, 제1 유성기어(122)가 후술할 제1 하부커버(140)의 제2 돌출부가 삽입되는 것을 고려하여 형성되어야 한다. 즉, 제1 돌출부와 제2 돌출부의 길이의 합은 제1 유성기어(122)의 두께길이보다 작아야 한다. 여기서 돌출부는 너트나 핀을 이용하여 형성할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 제1 하부커버(140)는 제1 상부커버(130)와 결합하여 제1 기어부(120)의 기어들이 정해진 위치에서 회전하도록 안내하며, 중간 출력이 제2 차동기어부(150)로 전달되기 위한 통로역할을 수행한다. 제1 하부커버(140)가 통로역할을 수행하기 위하여 중앙부에는 후술할 제2 차동기어부(150)로부터 연장되는 결합축(171)이 중간 기어(123)와 결합하도록 안내하는 제1 관통홈(142)이 형성된다.
한편, 제1 하부커버(140)에도 제1 상부커버(130)와 마주보는 면에 제1 유성기어(122)들이 각각 개별적으로 회전하도록 제1 상부커버(130)에 형성된 제1 안내부(131)와 대응되는 제2 안내부(141)들이 형성된다. 다만, 제1 하부커버(140)에 형성된 제2 안내부(141)는 제1 상부커버(130)에 형성된 제1 안내부(131)의 형태에 따라, 제1 삽입홈 또는 제2 돌출부로 마련된다.
즉, 제1 상부커버(130)에 제1 고정축이 형성되면 제1 하부커버(140)에는 제1 고정축이 삽입되는 제1 삽입홈이 형성되며, 제1 상부커버(130)에 제1 돌출부가 형성되면 제1 하부커버(140)에는 제1 돌출부와 대응되는 제2 돌출부가 형성된다.
도 5를 참조하면, 상기 제2 차동기어부(150)는 중간 기어(123)으로부터 중간 출력을 전달받아 제2 출력기어(161) 및 제3 출력기어(162)를 통해 외부로 출력을 발생시키며, 외부 저항의 인가시 중간 출력과는 상이한 회전 속도를 갖는 제2 출력 및 제2 출력과는 상이한 회전 속도를 갖는 제3 출력을 제2 출력기어(161) 및 제3 출력기어(162)를 통해 발생시킨다. 본 발명의 제1실시예에 따른 다중 출력 차동 장치(100)는 제2 기어부(160)와 제2 상부커버(170)와 제2 하부커버(180)을 포함한다.
상기 제2 기어부(160)는 제2 출력기어(161)과 제3 출력기어(162)와 3개의 제2 유성기어(163)와 3개의 제3 유성기어(164)과 판 베이링(165)를 포함하며, 외부 저항이 없을시 중간 출력과 동일한 출력을 각각 제2 출력기어(161)과 제3 출력기어(162)를 통해 발생시키며, 외부 저항이 제2 출력기어(161) 또는 제3 출력기어(162)로부터 인가시 중간 출력과는 상이한 회전 속도를 갖는 제2 출력을 제2 출력기어(161)를 통해 발생시키고 제2 출력기어(161)와 연동하여 제2 출력에서 차동된 제3 출력을 제3 출력기어(162)를 통해 발생시킨다.
또한, 중간 출력이 없는 경우에는 제2 출력기어(161) 측으로 외부 저항이 인가되면, 제2 출력기어(161), 제2 유성기어(163) 및 제3 유성기어(164)의 연동에 의하여 외부 저항이 인가되어 제2 출력기어(161)가 회전하는 방향의 반대 방향으로 제3 출력기어(162)가 회전하게 된다.
상기 제2 출력기어(161)는 내주면 및 외주면에 톱니가 형성되어 있으며, 내주면의 톱니는 제2 유성기어(163)와 치합하며, 외주면의 톱니는 외부로 제2 출력을 전달한다. 즉, 외주면의 톱니는 외부 저항을 인가받음과 동시에 외부 저항과 연동되어 중간 출력과는 상이한 회전 속도를 갖는 제2 출력을 외부로 전달한다.
상기 제3 출력기어(162)는 내주면 및 외주면에 톱니가 형성되어 있으며, 내주면의 톱니는 제3 유성기어(164)와 치합하며, 외주면의 톱니는 외부로 제3 출력을 전달한다. 즉, 외주면의 톱니는 외부 저항을 인가받음과 동시에 외부 저항과 연동되어 외부 동력보다 상이한 회전 속도를 갖는 제3 출력을 외부로 전달한다.
도 6을 참조하면, 상기 제2 유성기어(163)는 제2 출력기어(161)의 내주면에 치합하고 제3 유성기어(164)와 각각 치합하며, 3개가 제2 차동기어부(150)의 중심축을 기준으로 각각 120°를 형성하도록 배치된다. 제2 유성기어(163)는 제2 출력기어(161)로부터 전달받는 외부 저항을 후술할 제3 유성기어(164)로 전달한다. 다만, 제2 유성기어(163)의 개수 및 배열이 여기에 제한되는 것은 아니며 필요에 따라 자유롭게 개수 또는 배열의 선택이 가능함은 당연하다.
상기 제3 유성기어(164)는 제3 출력기어(162)의 내주면에 치합하고 제2 유성기어(163)와 치합하며, 3개가 제2 차동기어부(150)의 중심축을 기준으로 각각 120°를 형성하도록 배치된다. 제3 유성기어(164)는 제3 출력기어(162)로부터 전달받는 외부 저항을 제2 유성기어(163)로 전달한다. 한편, 제3 유성기어(164)의 개수 및 배열은 상기 제2 유성기어(163)와 대응하도록 선택되는 것이 바람직하다.
상기 판 베어링(165)는 제2 출력기어(162)와 제3 출력기어(163) 사이에 마련되어, 제2 출력기어(162) 및 제3 출력기어(163)가 회전운동시 접촉하여 마모가 발생하지 않도록 한다. 판 베어링(165)의 위치를 고정하기 위하여 후술할 제2 상부커버(170)와 제2 하부커버(180)에 마련된 안내부에 판 베어링(165)이 결합하도록 관통구가 형성될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
제2 기어부(160)의 결합관계를 다시 설명하면, 제2 출력기어(161)의 내주면으로 제2 유성기어(163)들이 치합하며, 이러한 제2 유성기어(163)들은 제3 유성기어(164)들과 각각 치합하게 된다. 또한, 제3 유성기어(164)들은 제3 출력기어(162)의 내주면에 치합한다. 다만, 제2 유성기어(163)의 일부와 제3 유성기어(164)의 일부만이 치합하게 되므로, 제2 유성기어(163)과 제3 출력기어(162)가 치합한다거나 또는 제3 유성기어(164)와 제2 출력기어(161)가 직접 치합하지는 않게 된다.
또한, 제2 출력기어(161)와 제3 출력기어(162)는 제2 차동기어부(150)의 중심축을 따라서 서로 이웃하도록 배치되며, 제2 출력기어(161)와 제3 출력기어(162) 사이에는 판 베어링(165)이 배치되어 제2 출력기어(161)와 제3 출력기어(162)가 회전운동시 접촉을 방지하게 된다. 다중 출력 차동 장치(100)의 중심축과 동일한 중심축을 갖도록 배치된다.
상기 제2 상부커버(170)는 제1 차동기어부(110)과 마주보는 면에 중간 기어(123)로부터 중간 출력을 인가받도록 제2 차동기어부(150)의 중심축을 따라서 중간 기어(123)와 결합하는 결합축(171)이 형성되고, 제2 출력기어(161)과 마주보는 면에 제2 유성기어(163), 제3 유성기어(164) 및 판 베어링(165)을 지지하도록 제3 안내부(172)가 마련된다.
중간 기어(123)로부터 중간 출력을 인가받기 위하여 결합축(171)이 제1 하부커버(140)의 제1 관통홈(141)을 통과하여 중간 기어(123)에 결합하게 된다. 중간 기어(123)로부터 직접 중간 출력을 전달받기 때문에 외부 저항에 의하여 중간 출력이 제2 차동기어부(150)로 차동되어 전달되는 것은 아니다.
한편, 제2 상부커버(170)에서 후술할 제2 하부커버(180)와 마주보는 면에는 제2 유성기어(163) 및 제3 유성기어(164)들이 각각 고정된 위치에서 회전하도록 제3 안내부(172)가 형성된다. 이러한 제3 안내부(172)는 제2 유성기어(163) 및 제3 유성기어(164)들이 삽입되도록 제2 고정축 또는 제3 돌출부로 마련될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
제3 안내부(172)가 제2 고정축로 형성되는 경우, 제2 고정축은 후술할 제2 하부커버(180)의 제2 삽입홈으로 삽입되도록 제2 고정축의 길이는 제2 유성기어(163) 또는 제3 유성기어(164)의 두께길이보다 길어야 한다. 또한 제3 돌출부로 형성되는 경우, 제2 유성기어(163) 및 제3 유성기어(164)가 후술할 제2 하부커버(180)의 제4 돌출부가 삽입되는 것을 고려하여 형성되어야 한다. 즉, 제3 돌출부와 제4 돌출부의 길이의 합은 제2 유성기어(163) 또는 제3 유성기어(164)의 두께길이보다 작아야 한다.
상기 제2 하부커버(180)는 2 상부커버(170)와 결합하여 제2 기어부(160)의 기어들이 정해진 위치에서 회전하도록 안내한다. 제2 하부커버(180)가 제2 기어부(160)를 구성하는 각 기어들의 위치를 고정하기 위하여 제2 상부커버(170)와 마주보는 면에 제2 유성기어(163) 및 제3 유성기어(164)들이 각각 고정된 위치에서 회전하도록 제2 상부커버(170)에 형성된 제3 안내부(172)와 대응되는 제4 안내부(181)들이 형성된다. 다만, 제2 하부커버(180)에 형성된 제4 안내부(181)는 제2 상부커버(170)에 형성된 제3 안내부(172)의 형태에 따라, 제2 삽입홈 또는 제4 돌출부로 마련된다.
이러한 제3 안내부(172) 및 제4 안내부(181)의 대응관계는 상술한 제1 차동기어부(110)에서 제1 상부커버(130) 및 제1 하부커버(140)에 마련된 제1 안내부(131) 및 제2 안내부(141)들의 관계와 동일하므로 자세한 설명을 생략한다.
지금부터는 상술한 다중 출력 차동 장치의 제1실시예(100)의 작동에 대하여 각 구성요소별로 외부 저항이 인가되는 경우를 기준으로 작동 방법에 대하여 설명한 후 다중 출력 차동 장치의 전체적 작동에 대하여 설명한다.
제1 차동기어부(110)의 작동에 대하여 살펴본다. 먼저, 제1 출력기어(121) 측으로 외부 저항이 인가되지 않는 경우를 설명하면 외부 동력에 의해 제1 상부커버(130) 및 제 1 하부커버(140)가 회전하게 되며, 안내부에 의해 제1 유성기어(122)가 중간 기어(123)의 외주면을 따라 회전하게 된다. 이때, 중간 기어(123)는 정지상태를 유지하고 제1 출력기어(121)은 외부 동력과 동일한 회전 방향으로 회전하게 되며 회전 속도는 제1 출력기어(121)의 기어 잇수와 제1 유성기어(122)의 기어 잇수의 비에 따라 달라진다.
즉, 이 경우, 중간 기어(123)는 정지상태에 있기 때문에 중간 출력도 0이 되며, 제2 차동기어부(150)도 외부 저항이 인가되지 않는다면 정지상태에 있게 된다.
다만, 제1 출력기어(121) 측으로 외부 저항이 인가된다면, 제1 출력기어(121)가 외부 저항에 의해 외부 동력의 회전속도와는 상이한 제1 출력을 발생하게 되고, 제1 기어부(120)의 기어들의 연동되어 중간 기어(123)에서 중간 출력을 발생하게 된다. 이에 의하여 중간 기어(123)는 외부 동력에 대한 차동의 기능을 수행하게 된다.
한편, 제2 차동기어부(150)의 작동 방법에 대하여 살펴보면, 제2 차동기어부(150)로 전달되는 중간 출력이 0이라면 외부 저항이 인가되는지 여부에 따라 제2 출력기어(161) 및 제3 출력기어(162)에 의한 제2 출력 및 제3 출력에 영향을 미치게 된다. 외부 저항이 인가되지 않으면 상술한 바와 같이 제2 출력 및 제3 출력 모두 발생하지 않으나, 외부 저항이 제2 출력기어(161)의 또는 제3 출력기어(162) 측으로 인가된다면 제2 출력기어(161)와 제3 출력기어(162)가 연동하여 회전하면서 제2 출력 및 제3 출력을 발생시킨다.
여기서, 중간 출력이 제2 차동기어부(150)로 인가되고 외부 저항이 제2 출력기어(161) 측으로 인가된다면 제2 출력기어(161) 는 중간 출력과는 상이한 회전 속도를 갖는 제2 출력을 발생시키고 이와 연동하는 제3 출력기어(162)는 제2 출력과는 상이한 회전 속도를 갖는 제3 출력을 발생하게 된다.
이와 반대로 외부 저항이 제3 출력기어(162) 측으로 인가되어도 상술한 제2 출력기어 측으로 외부 저항이 인가되는 경우와 동일한 작동을 수행하며, 제2 출력기어(161) 및 제3 출력기어(162) 측으로 모두 외부 저항이 인가된다면, 더 큰 외부 저항이 인가되는 측으로만 외부 저항이 인가되는 것으로 보고 상술한 바와 같이 작동한다고 볼 수 있다. 즉, 제2 출력기어(161) 및 제3 출력기어(162)는 모두 차동의 기능을 수행하게 된다.
본 발명의 제1실시예에 따른 다중 출력 차동 장치(100)의 전체적인 작동 방법에 대하여 설명한다. 외부 동력이 인가되지 않는 경우에는 제1 출력기어(121), 제2 출력기어(161) 및 제3 출력기어(162)는 연동되는 기어들의 기어 잇수에 따라 회전 속도가 달라지나 동일한 회전 방향을 갖도록 회전하게 된다.
한편, 3개의 출력기어가 모두 같은 방향으로 같은 속도로 회전해야 한다면 내부에서 기어들의 상대속도는 0이지만, 서로 다른 속도를 가져야 한다면 즉 출력기어들이 차동의 기능을 수행한다면 각 출력기어들의 상대속도가 달라지며 이는 하기 수식으로 설명할 수 있다.
Figure pat00001
여기서 ω1 은 외부동력의 회전속도를 의미하며, ω2 는 제1 출력기어의 회전속도를 의미하며, ω5 는 제2 출력기어의 회전속도를 의미하며, ω8 은 제3 출력기어의 회전속도를 의미하며, ω4/1 는 외부동력에 대한 중간 기어의 상대속도를 의미하며, ω6/4 는 중간기어에 대한 제2 유성기어의 상대속도를 의미한다. 또한 n3 은 제1 유성기어의 기어 잇수를 의미하며, n2 는 제1 출력기어의 기어 잇수를 의미하며, n4 는 중간 기어의 기어 잇수를 의미하며, n3 은 제1 유성기어의 기어 잇수를 의미한다. 또한, n6 은 제2 유성기어의 기어 잇수를 의미하며, n5 는 제2 출력기어의 기어 잇수를 의미하며, n7 은 제3 유성기어의 기어 잇수를 의미하고 n8 은 제3 출력기어의 기어 잇수를 의미한다.
도 7은 도 1의 다중 출력 차동 장치에서 각 출력기어의 속도 관계를 파악하기 위한 실험 환경을 도시한 도면이고, 도 8은 도 7의 실험 환경에서 실험한 결과를 개략적으로 도시한 그래프이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 다중 출력 차동 장치에서 각 출력기어의 속도 관계를 파악하기 위한 실험 환경은 직경 6 inch의 파이프 중에서 1.5D 의 곡률반경을 갖는 엘보이다. 상기 파이프를 이동하기 위하여 120°의 간격으로 배열된 3개의 바퀴가 각각의 출력기어에 연결되어 작동한다면 3개의 바퀴의 회전 속도가 모두 달라야 한다. 각 바퀴의 속도는 출력기어들의 회전 속도에 종속적인 관계를 갖게 되며 제1 출력기어에 연결된 바퀴와 파이프의 가장 바깥쪽이 이루는 각 θ를 0°~ 360 °까지 변화시킨 경우, 도 8과 같은 결과를 얻게 된다.
도 8에 따르면, 먼저 제1 출력기어의 속도(ω2), 제2 출력기어의 속도(ω5) 및 제3 출력기어의 속도(ω8)를 실선으로 표현하였으며, 외부 동력의 회전속도(ω1) , 외부동력에 대한 중간기어의 상대속도(ω4/1) 및 중간 기어에 대한 제2 유성기어의 상대속도(ω6/4)들은 각 순간을 점으로 표시하여 이들을 연결하는 연속적인 형태로 표현하였다. 이를 참고하면, θ에 따라 내부기어들의 상대속도가 달라지면서 차동되는 것을 확인할 수 있다.
다음으로 본 발명의 제2실시예에 따른 다중 출력 차동 장치(200)에 대하여 설명한다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 다중 출력 차동 장치를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 10은 도 9의 다중 출력 차동 장치를 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.
도 9 또는 도 10을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 다중 출력 차동 장치(200)는 동일한 중심축을 갖는 제1 차동기어부(210)와 제2 차동기어부(150)를 포함한다.
상기 제1 차동기어부(210)는 제1 기어부(220)와 제1 상부커버(230)와 제1 하부커버(240)와 제4 출력기어부(290)를 포함하며, 제1 기어부(220)와 제1 상부커버(230)와 제1 하부커버(240)는 본 발명의 제1실시예(100)와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
상기 제4 출력기어부(290)는 제4 출력기어(291)와 제4 유성기어(292)와 제2 중간기어(293)와 제3 상부커버(294)와 제3 하부커버(295)를 포함하며, 중간 기어(223)로부터 중간 출력을 전달받아 제4 출력기어(291)로부터 외부 저항을 인가시, 제4 출력기어(291)와 연동하는 제2 중간 기어(293)로 제2 중간 출력을 발생한다. 제2 중간 출력은 제2 중간 기어(293)와 결합하도록 마련된 제2 차동기어부(150)의 제2 상부커버(170)에서 연장되는 결합축(171)으로 전달된다.
제4 출력기어부(290)의 결합관계는 제1 차동기어부(210)와 동일하므로 자세한 설명은 생략하며, 다만 제1 차동기어부(210)에서 제4 출력기어부(290)의 결합관계를 설명하면, 제1 하부커버(240)와 제4 출력기어부(290)의 제3 상부커버(294)는 제1 차동기어부(210)의 중심축을 따라서 이웃하도록 배치되며, 제4 출력기어부(290)의 제3 상부커버(294)에서 연장되는 축이 제1 차동기어부(210)의 중간 기어(223)과 결합하게 되어 중간 출력을 전달받게 된다.
또한, 제4 출력기어부(290)의 제2 중간 기어(293)은 제2 차동기어부(150)의 결합축(171)과 결합하여 제2 중간 출력을 제2 차동기어부(150)로 전달하게 된다.
즉, 제4 출력기어부(290)는 본 발명의 제2실시예에 따른 다중 출력 차동 기어(200)의 중심축을 따라 일면은 제1 차동기어부(210)의 제1 하부커버(240)와 타면은 제2 차동기어부(150)의 제2 상부커버(170)와 결합하게 된다.
지금부터는 상술한 다중 출력 차동 장치의 제2실시예(200)의 작동에 대하여 상세히 설명한다.
제2 차동기어부(250)의 작동 방법은 본 발명의 제1실시예와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
먼저, 중간 기어(223)으로부터 중간 출력이 발생하면 중간 기어(223)와 결합하는 제4 출력기어부(290)의 제3 상부커버(294)의 축으로 전달된다. 제3 상부커버(294)로 전달된 중간 출력에 제4 출력기어부(290)가 작동하게 되며, 이는 본 발명의 제1실시예(100)에서의 제1 기어부(120)에서의 각 기어들의 작동과 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
제4 출력기어(291)로 외부 저항이 인가되어 제2 중간 기어(293)로부터 제2 중간 출력이 발생된다면, 이러한 제2 중간 출력은 제2 차동기어부(150)의 제2 상부커버(170)로 전달되어 제2 차동기어부(150)를 작동시키게 된다. 이 후의 제2 차동기어부(150)의 작동은 제1 실시예(100)에서의 작동과 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
본 발명의 제2실시예에 따른 다중 출력 차동 장치(200)에 의하면 하나의 외부 동력에 의하여 총 4개로 구성된 출력기어 측으로 4개의 출력을 발생시킬 수 있다. 이를 4륜 구동 자동차에 적용하여, 4륜 구동 자동차의 4개의 바퀴에서 모두 차동이 되는 효과를 누릴 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 제1 차동기어부(210)에 제5 출력기어부, 제 6출력기어부 등, 복수개의 출력기어를 더 포함하게 됨으로써, 하나의 외부 동력에 의해 사용자가 원하는 개수의 출력을 발생시킬 수 있게 된다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
100: 다중 출력 차동 장치 110: 제1 차동기어부
120: 제1 기어부 130: 제1 상부커버
140: 제1 하부커버 150: 제2 차동기어부
160: 제2 기어부 170: 제2 상부커버
180: 제2 하부커버 200: 다중 출력 차동 장치
210: 제1 차동기어부 290: 제4 출력기어부
291: 제4 출력기어 292: 제4 유성기어
293: 제2 중간기어 294: 제3 상부커버
295: 제3 하부커버

Claims (12)

  1. 외부로부터 동력을 인가받으며, 외부 저항의 인가시 외부 동력과 상이한 회전 속도를 갖는 제1 출력을 발생하는 제1 출력기어, 상기 제1 출력기어와 연동하에 구동하여 중간출력을 발생하는 중간 기어를 구비하는 제1 차동기어부;
    상기 제1 차동기어부로부터 상기 중간 출력을 전달받으며, 외부 저항의 인가시 상기 중간 출력과 상이한 회전 속도를 갖는 제2 출력을 발생하는 제2 출력기어, 상기 제2 출력기어로부터 연동되어 상기 제2 출력과 상이한 회전 속도를 갖는 제3 출력을 발생하는 제3 출력기어를 구비하는 제2 차동기어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 출력 차동 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 차동기어부는 내주면에 톱니가 마련되며,
    상기 중간 기어는 상기 제1 출력기어의 내부에 상기 제1 출력기어의 내측으로부터 이격되어 마련되며,
    상기 제1 차동기어부는 상기 제1 출력기어의 내주면 및 상기 연결기어의 외주면에 동시에 치합되는 복수개의 제1 유성기어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 출력 차동 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    제1 유성기어는 3개가 상기 제1 차동기어부의 중심축을 기준으로 등각을 이루며 형성된 것을 특징으로 하는 다중 출력 차동 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 차동기어부는 상기 제1 출력기어와 마주보는 면에 상기 제1 유성기어들이 삽입되어 각각 개별적으로 회전하도록 제1 고정축이 형성된 제1 상부커버; 상기 제2 차동기어부로부터 연장되어 상기 중간기어와 결합하는 결합축이 통과하도록 중앙부에 제1 관통홈이 형성되며, 상기 제1 상부커버와 마주보는 면에 상기 제1 고정축이 삽입되는 제1 삽입홈이 형성되는 제1 하부커버;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 출력 차동 장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 제1 차동기어부는 상기 제1 출력기어와 마주보는 면에 상기 제1 유성기어들이 삽입되어 각각 개별적으로 회전하도록 제1 돌출부가 형성된 제1 상부커버; 상기 제2 차동기어부로부터 연장되어 상기 중간기어와 결합하는 축이 통과하도록 중앙부에 제1 관통홈이 형성되며, 상기 제1 상부커버와 마주보는 면에 상기 제1 돌출부와 대응되도록 제2 돌출부가 형성된 제1 하부커버;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 출력 차동 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 출력기어 및 제3 출력기어는 내주면에 톱니가 형성되며,
    상기 제2 차동기어부는 상기 제2 출력기어의 내주면과 치합되며 상기 제2 출력기어와 연동되어 회전하는 복수개의 제2 유성기어; 상기 제2 유성기어 및 제3 출력기어의 내주면에 동시에 치합되어 상기 제2 유성기어 및 상기 제3 출력기어와 연동하여 회전하는 제3 유성기어;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 출력 차동 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    제2 유성기어 및 제3 유성기어들은 3개가 상기 제2 차동기어부의 중심축을 기준으로 등각을 이루며 형성된 것을 특징으로 하는 다중 출력 차동 장치
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 제2 차동기어부는 상기 제2 출력기어와 제1 차동기어부 사이에 마련되어 상기 중간 기어로부터 중간 출력을 전달받으며, 상기 제2 출력기어와 마주보는 면에 상기 제2 유성기어 및 제3 유성기어들이 삽입되어 각각 개별적으로 회전하도록 제2 고정축이 형성된 제2 상부커버; 상기 제2 상부커버와 마주보는 면에 상기 제2 고정축이 삽입되는 제2 삽입홈이 형성된 제2 하부커버;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 출력 차동 장치.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 제2 차동기어부는 상기 제2 출력기어와 제1 차동기어부 사이에 마련되어 상기 제1 차동기어부로부터 중간 출력을 전달받으며, 상기 제2 출력기어와 마주보는 면에 상기 제2 유성기어 및 제3 유성기어들이 삽입되어 각각 개별적으로 회전하도록 제3 돌출부가 형성된 제2 상부커버; 상기 제2 상부커버와 마주보는 면에 제3 돌출부와 대응되도록 제4 돌출부가 형성된 제2 하부커버;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 출력 차동 장치.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 제2 차동기어부는 상기 제2 출력기어와 상기 제3 출력기어가 접촉하여 마모되지 않도록 상기 제2 내접기어와 상기 제3 내접기어 사이에 판 베어링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 출력 차동 장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    제1 출력기어, 제2 출력기어 또는 제3 출력기어는 외주면에 톱니가 형성된 것을 특징으로 하는 다중 출력 차동 장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 차동기어부는 복수개의 출력기어를 구비하며,
    외부 저항의 인가시 상기 출력기어들은 상기 외부 동력과 다른 회전 속도를 갖는 복수개의 출력들을 발생하는 것을 특징으로 하는 다중 출력 차동 장치.
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