KR20170024556A - 감속 베어링 및 전기 모터 - Google Patents

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deceleration
inner ring
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KR1020160107507A
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볼라크 미로슬라브
바르나 조제프
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센젠 볼멘 프리시전 메카니컬 테크놀로지 컴퍼니 리미티드
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Abstract

본 발명은 내부 링, 중앙 링 및 외부 링을 포함하는 적어도 3개의 동심 링 및 롤링 부재들의 적어도 2개의 동심 링을 가진 감속 베어링에 관한 것으로, 내부 링과 중앙 링은 롤링 부재들을 구비하거나 롤링 부재들로 이루어진 적어도 2개의 동심 링의 내측을 위한 베어링 레이스로서 구성되고, 중앙 링과 외부 링은 롤링 부재들을 구비하거나 롤링 부재들로 이루어진 적어도 2개의 동심 링의 외측을 위한 베어링 레이스로서 구성된다. 본 발명은 추가로 전기 모터에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 감속 베어링은 적어도 하나의 감속 스테이지를 가지고, 내부 링, 중앙 링 및 외부 링은 각각 감속 베어링의 축방향으로 연장되며 공통의 감속 스테이지 평면에 놓여있는 내부 링 연장부, 중앙 링 연장부 및 외부 링 연장부를 가지고, 중앙 링 연장부는 내부 링 연장부와 외부 링 연장부 간에 파형 감속 작용을 전달하도록 구성된다.

Description

감속 베어링 및 전기 모터{Reduction Bearing and Electric Motor}
본 발명은, 내부 링, 중앙 링 및 외부 링을 포함하는 적어도 3개의 동심 링; 및 롤링 부재들을 구비하거나 롤링 부재들로 이루어진 적어도 2개의 동심 링;을 가진 감속 베어링에 관한 것으로, 내부 링과 중앙 링은 롤링 부재들을 구비하거나 롤링 부재들로 이루어진 적어도 2개의 동심 링의 내측을 위한 베어링 레이스들로서 구성되고, 중앙 링과 외부 링은 롤링 부재들을 구비하거나 롤링 부재들로 이루어진 적어도 2개의 동심 링의 외측을 위한 베어링 레이스들로서 구성된다. 본 발명은 추가로 전기 모터에 관한 것이다.
롤링 부재들을 구비하거나 롤링 부재들로 이루어진 동심 링들과 함께 개재되는 동심 링들을 가진 반경방향 베어링들은, 동심 링들의 공통 중심축을 중심으로 하는 베어링의 내부 링과 연결된 회전 부분들의 회전 운동을 허용하면서 반경방향 힘들을 지탱하기 위해 주로 이용된다.
기어박스들(gearboxes)의 입력부에 적용되는 회전 부재의 회전 속력을 기어박스의 출력부에서의 보다 느린 회전으로 감속시키는데 이용되는 회전 운동용 기어박스들이 알려져 있다. 이것은 본 출원에서 감속 작용(reduction action) 또는 감속하는 작용(reducing action)이라 한다.
통상 알려진 기어박스들 그 자체는 반경방향 힘들을 지탱할 수 없거나 지탱하기에 적합하지 않고, 이에 따라 통상적으로 외부의 또는 추가적인 반경방향 베어링들과 조합하여 이용된다. 많은 기술적인 응용물들이 감속하는 작용을 필요로 하지만 베어링들과의 조합된 통상 알려진 기어박스들은 엄청나게 대형이라는 문제점에 직면한다. 그러한 한가지 기술 분야는 로봇공학(robotics)으로, 강력하고 정밀한 회전 속도 감속과 더불어 소형화에 대한 특히 강한 요구를 가진다. 본 발명이 이용될 수 있는 다른 기술 분야는 자동차로서, 특히 전기 자동차들(electric cars) 및 전동휠들(electric wheels)이다.
따라서, 본 발명의 목적은, 신뢰할 수 있고 정교하게 조절할 수 있는, 회전 부재의 회전 속도를 감속하기 위한 소형의 수단을 제공하는 것이고, 이는 추가로 로봇공학, 전기 자동차들 또는 전동휠들의 분야에서 사용하기에 특히 적합할 수 있다.
본 발명의 목적은, 내부 링, 중앙 링 및 외부 링을 포함하는 적어도 3개의 동심 링; 및 롤링 부재들을 구비하거나 롤링 부재들로 이루어진 적어도 2개의 동심 링;을 가진 감속 베어링에 의해 달성되는데, 내부 링과 중앙 링은 롤링 부재들의 적어도 2개의 동심 링의 내측을 위한 베어링 레이스들로서 구성되고, 중앙 링과 외부 링은 롤링 부재들의 적어도 2개의 동심 링의 외측을 위한 베어링 레이스들로서 구성되고, 감속 베어링은 적어도 하나의 감속 스테이지를 가지고, 내부 링, 중앙 링 및 외부 링은 각각 감속 베어링의 축방향으로 연장되며 공통의 감속 스테이지 평면에 놓여있는 내부 링 연장부, 중앙 링 연장부 및 외부 링 연장부를 가지고, 중앙 링 연장부는 내부 링 연장부와 외부 링 연장부 간에 파형 감속 작용(wave-type reduction action)을 전달하도록 구성된다.
유리한 실시예에 있어서, 내부 링 연장부는 중심 개구를 구비하거나 구비하지 않는 디스크 형상으로 형성되며 하나 이상의 피크부를 가진 외주 표면을 가지고, 외부 링 연장부는 톱니(toothing) 또는 그루브들(grooves)을 가진 내주 표면을 가지고, 또는 내부 링 연장부는 중심 개구를 구비하거나 구비하지 않는 디스크 형상으로 형성되며 톱니 또는 그루브들을 가진 외주 표면을 가지고, 외부 링 연장부는 하나 이상의 피크부를 가진 내주 표면을 가진다.
유리한 실시예에 있어서, 내부 링은 적어도 하나의 베어링 레이스를 가지고, 특히 내부 링 연장부는 적어도 하나의 프로파일 베어링 레이스(profile bearing race)를 가지거나 적어도 하나 바람직하게는 2개의 동심 베어링 레이스를 가지고, 특히 중앙 링은 베어링 부분에 적어도 2개의 베어링 레이스들을 가지고, 중앙 링 연장부는 하나 이상의 반경방향 부재들을 구비한 적어도 하나의 반경방향 채널을 가진다.
반경방향 베어링 능력(radial bearing capacity)을 갖지 않는 기어박스들과 반경방향 베어링들의 알려진 조합물들과 비교하여, 본 발명의 감속 베어링은 구조적으로 베어링의 적어도 3개의 동심 링들의 연장부들에 내장된 파형 감속 작용을 위한 적어도 하나의 감속 스테이지의 형태로 추가된 감속 기능을 가진 반경방향 베어링이다. 감속 베어링에 파형 감속 스테이지를 통합하면, 이전의 해결책들에 대하여 상당한 소형화가 가능하게 된다. 본 발명의 감속 베어링은, 베어링들 및 기어박스들 심지어 파형(wave type)이나 하모닉 드라이브형(harmonic drive type) 기어박스들의 알려진 조합물들보다 축방향으로 2배 이상 짧아질 수 있다.
이것은, 3개의 동심 링이 반경방향 힘들을 지탱하면서 서로에 대해 자유롭게 회전할 수 있도록 롤링 부재들을 구비하거나 롤링 부재들로 이루어진 2개의 동심 링을 위한 베어링 레이스들로서 구성된 적어도 3개의 동심 링을 이용하되, 이른바 하모닉 드라이브(harmonic drive) 또는 이른바 네스트형 속도 변환 트랜스미션들(nested speed converting transmissions)과 같은 시스템들에서 구현되는 것으로 알려져 있는, 알려진 파형 감속 원리에 기초한, 적어도 3개의 동심 링의 연장부들에의 파형 감속 스테이지의 통합과 조합되어 가능하게 된다.
파형 감속 작용의 작동 원리는, 외주 표면상에 하나 이상의 피크부를 가진 최내곽 디스크 형상의 부재의 고속 회전 운동이 반경방향으로 가요성인, 개재된 원형 구조체(interposed circular structure)에 의해 외부 링의 저속 회전 운동으로 변환되는 것이거나 그 반대의 작용이다. 그러나 개재된 원형 구조체는 최내곽 디스크 형상의 부재와 함께 회전하지 않으며, 최내곽 부재가 회전함에 따라 그의 형상을 따른다. 반경방향 가요성 구조체는 다수의 톱니들 또는 다수의 규칙적으로 이격된 외향 돌출 부재들을 가지는 반면, 외부 링은 가요성 구조체의 톱니 또는 돌출 부재들과 마주하여 그의 내주 표면상에 그루브들 또는 톱니를 가진다. 외부 링 및 가요성 구조체의 톱니 또는 그루브들의 개수는 일치하지 아니한다. 따라서, 디스크 형상의 최내곽 부재들의 회전은 일체형이거나 다수의 부재들일 수 있는 반경방향 가요성 구조체에 있어서 파형 운동을 유도하고, 외부 링 톱니 또는 그루브 구조체에 있어서의 일련의 이웃한 그루브들 내에서 톱니들 또는 돌출 부재들이 슬라이딩하도록 하면서, 각각이 최내곽 디스크 형상의 부재의 피크부를 통과하고, 그에 의해 감속 작용을 전달한다. 감속 작용은 내주 표면상에 하나 이상의 피크부를 가진 외부 링으로부터 외주 표면상에 톱니 또는 그루브들을 가진 최내곽 디스크 형상의 부재로 전달될 수도 있다.
따라서, 감속 스테이지는, 예를 들면, 반경방향 가요성 롤러 베어링과 함께 하모닉 드라이브와 유사한 반경방향 가요성 부재 또는 반경방향 채널들과 반경방향 채널들에서 선형적으로 이동하는 부재들을 구비할 수 있고, 이에 따라 반경방향으로 가요성인 구조를 생성한다. 이러한 감속 스테이지는 본 발명의 감속 베어링의 3개의 동심 링 간의 운동 관계를 고정시킨다. 통상적으로, 3개의 링 중 하나는 지지 구조체에 부착될 것이다. 이것은 대개의 경우 중앙 링 또는 외부 링이지만, 반드시 그렇지는 않다. 입력부는 내부 링일 수 있고, 출력부는 중앙 링이나 외부 링일 수 있으나 어느 경우든 지지 구조체에 부착되지 않는다. 입력부와 출력부는 반대로 될 수 있다.
출력부의 회전 속도 및 방향과 입력부의 회전 속도 간의 감속비는, 내부 링의 연장부의 외부 표면상의 피크부의 개수, 중앙 링에 있어서의 반경방향 채널들이나 톱니들의 개수 및 외부 링의 연장부 내부상의 그루브들이나 톱니들의 개수에 의해 결정된다. 출력부의 방향은 중앙 링 연장부에서 또는 중앙 링 연장부 상의 채널들이나 톱니들의 개수가 외부 링의 연장부에서의 그루브들의 개수보다 많거나 적은지에 의해 결정된다.
비한정적인 예시에 의하면, 내부 링 연장부는 서로 반대되는 위치에 2개의 피크부를 가질 수 있다. 또한, 외부 링 연장부에는 100개의 그루브들 및 중앙 링 연장부에는 반경방향 가동 부재들을 가진 98개의 채널들 또는 톱니들이 각각 존재할 수 있고, 감속 스테이지는 내부 링 입력부와 외부 링 출력부간에 50:1의 속도비를 가지며, 회전 방향은 출력부와 입력부에서 동일할 것이다. 동일한 상황에서, 외부 링이 부착되고 중앙 링이 출력부로서 선택되면, 중앙 링의 회전 방향은 입력부의 회전 방향에 대해 반대로 될 것이다. 또한, 감속비는 약간 작아지게 될 것이다.
유리한 일 실시예에 있어서, 중앙 링 연장부는 외부 링 연장부의 내부 표면 및 내부 링 연장부의 외주 표면과 접촉하는 반경방향 가동 부재들을 수용하는 반경방향 채널들을 형성하는 구조체들을 가지고, 특히 내부 링 연장부의 외주 표면 또는 외부 링 연장부의 내주 표면에서의 그루브들의 개수는 중앙 링 연장부의 반경방향 채널들의 개수보다 많거나 적고, 특히 반경방향 채널들을 형성하는 중앙 링의 구조체들은 중앙 링과 일체형이거나 교체가능하다. 이것은, 중앙 링 내측에서 회전함에 따라 피크부들을 가진 디스크 형상의 내부 링 연장부들의 형상을 따르고 반복할 수 있는 돌출 부재들을 구성하는 반경방향 가동 부재들을 가진 상술한 멀티-파트(multi-part) 반경방향 가요성 구조체의 실시예를 구성한다. 이러한 해결책은 기계적으로 안정적이며 비용-효율적이다.
반경방향 채널들을 형성하는 중앙 링의 구조체들이 교체가능한 경우, 감속 베어링의 수리가 쉽게 이루어진다. 또한, 감속 베어링은 그 구성에 있어서 가요성이 있다. 한편, 중앙 링과 일체인 구조체들을 가진 중앙 링들은 추가적인 안정성을 제공한다.
유리한 실시예에 있어서, 중앙 링 연장부의 반경방향 채널들은 공통의 감속 스테이지 평면과 적어도 실질적으로 평행하게 배열된 적어도 하나의 열에 배치된다. 기어박스나 감속 베어링의 능력을 증가시키기 위해, 공통의 감속 스테이지 평면과 적어도 실질적으로 평행하게 배열된 반경방향 채널들의 2 이상의 열이 존재한다.
바람직하게, 특히 외부 링 연장부의 내주 표면에 있어서의 그루브들의 반경방향 깊이는, 특히 내부 링 연장부의 외주 표면상의 피크부 또는 피크부들의 반경방향으로의 높이와 같거나 그 이상이다. 이러한 조치에 의해, 감속 베어링이 그의 운동을 방해할 수도 있는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 특히, 바람직하게 내부 링 연장부의 외주 표면상의 피크부들의 형상은 특히 외부 링 연장부상의 그루브들의 형상의 반대로 나타난다. 이로써, 반경방향 채널들에 있어서의 선형 가동 부재들은 움직이지 않거나 거의 움직이지 않게 될 것이고, 이에 따라 관련된 모든 부품들의 마모를 감소시킨다.
반경방향 가동 부재들은, 바람직하게 슬라이딩 또는 롤링 부재들, 특히 니들들(needles), 볼들(balls) 또는 실린더들(cylinders)의 하나 이상의 열을 포함한다. 이러한 조치는 롤링 부재들의 마모를 감소시키는데, 그 이유는 슬라이딩 또는 롤링 부재들의 개수가 2배 이상 배가되어 이들 각각의 응력(stress)을 감소시키기 때문이다.
유리하게, 하나 이상의 피크부를 가진 원주 표면은 베어링 레이스들을 가진 하나 이상의 동심 원주 또는 원형 표면들에 의해 대체되거나 형성된다. 이러한 실시예는 매우 낮은 마찰을 가진 감속 베어링으로 이어진다. 롤링 부재들이 운반되는 2개의 동심 원주 또는 원형 표면들 또는 2개의 동심 링들이 이용된다면, 감속 스테이지에서 파형 감속 작용은 매우 정교하게 된다. 유리하게 원형 형상의 단면으로 이루어진 원주 표면들은 바람직하게 감속 스테이지에 위치된다.
유리하게, 반경방향 가요성 롤러 베어링은 중앙 링 연장부와 외부 링 연장부의 외주 표면 사이에 개재된다. 반경방향 가요성 롤러 베어링은 디스크 형상의 내부 링 연장부의 형상을 따르고, 이러한 형상을 반경방향 가동 부재들에 전달한다. 반경방향 가요성 롤러 베어링의 외부 베어링 레이스는 중앙 링 연장부에 대해 회전하지 않으며, 이에 따라 반경방향 가요성 롤러 베어링과 반경방향 가동 부재들 간의 마찰이 낮다. 전체적으로 마찰이 크게 감소되고 효율이 증대된다.
바람직한 대안적인 실시예에 있어서, 중앙 링 연장부는 반경방향으로 가요적이며 가요성 롤러 베어링에 의해 내부 링 연장부에 체결되고, 이에 따라 내부 링 연장부를 중심으로 자유롭게 회전하면서 내부 링 연장부의 외부 형상을 따르게 되고, 반경방향 가요성 중앙 링 연장부의 외주 표면은 톱니를 가지고, 반경방향 가요성 중앙 링 연장부의 외주 표면상의 톱니들의 개수는 외부 링 연장부의 내주 표면상의 톱니들의 개수보다 많거나 적다. 이러한 대안적인 실시예는, 선형 가동 부재들과 내부 링 연장부와 외부 링 연장부 간에 마찰이 발생하기 쉬운 슬라이딩 운동을 수반하지 않기 때문에, 상술한 실시예에 대하여 마찰을 감소시킨다.
추가적인 바람직한 실시예에 있어서, 롤러 베어링은 내부 링 연장부 및/또는 외부 링 연장부의 일체적인 부분이다. 내부 링 연장부 및/또는 외부 링 연장부가 일체적인 부분으로 되면, 롤러 베어링은 매우 정밀하게 제작될 수 있다. 따라서, 회전가능한 부재들 및 롤링 부재들의 운동 또한 매우 정밀하다. 기술 수준에 있어서, 롤러 베어링들은 정상적으로 여분의 링들로서 개구부들에 고정되거나 압입된다. 이러한 종류의 제조는 외부 링 연장부 및/또는 내부 링 연장부에 매우 정밀하게 장착되지 않는 롤러 베어링들을 초래한다.
매우 높은 정도의 공간 절약 및 소형화를 달성하기 위하여, 롤링 부재들을 구비하거나 롤링 부재들로 이루어진 적어도 2개의 동심 링들 및 적어도 3개의 동심 링들은 바람직하게 베어링 평면에 배열된다. 베어링 평면은, 캔틸레버 힘들(cantilever forces)을 도입하지 않으면서, 하나의 평면에서 가능한 가장 짧은 경로로 반경방향 힘들(radial forces)을 전달하는 추가적인 이점을 가진다.
유리하게, 외부 링 연장부의 내주 표면상에 또는 내부 링 연장부의 외주 표면상에 짝수개의 피크부들이 구비되거나, 대안으로 적어도 3개의 홀수개의 피크부가 구비된다. 이러한 특징점은 감속 베어링에 있어서의 반경방향 힘들을 제거하는데 도움을 주는데, 그 이유는 각 피크부에 의해 베어링에 도입되는 반경방향 힘들이 반대되는 피크부로부터의 반대되는 반경방향 힘들에 의해 상쇄되기 때문이다. 마찬가지로, 최소 3개의 피크부들을 가지고 동일하게 이격된 홀수 개의 피크부들을 이용하면, 반경방향 힘들의 벡터 가법(vector addition)에 의해 임의의 결과하는 반경방향 힘들이 상쇄된다.
매끄러운 동작을 보장하기 위해, 특히 외부 및 중앙 링 상의 톱니들 및/또는 그루브들의 개수는 피크부들의 개수보다 4배 이상, 바람직하게는 10배 이상 많아야 한다.
바람직하게, 내부 링 및/또는 중앙 링 및/또는 외부 링은 외부 지지 구조체에의 부착을 위한 관통 홀을 가진다. 이로써, 본 발명의 감속 베어링을 외부 지지 구조체에 고정시키고 필요에 따라 감속 베어링의 입력부 및 출력부를 선택하는 것이 가능하게 된다.
추가적인 유리한 실시예는 분리 부재가 제1 및 추가적인 롤링 부재들 사이에 반경방향으로 위치되는 것을 특징으로 한다. 롤링 부재들은 유리하게 볼들(balls) 또는 구 형상으로 이루어진다. 또한, 분리 부재는 롤링 부재와 접촉하는 원형 형상의 그루브를 가질 수 있다. 인접한 롤링 부재들 또는 인접한 볼들을 위한 2개의 원형 형상의 그루브들이 존재할 수도 있다. 분리 부재는, 예들 들면, 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene)(예컨대, 케무어스(Chemours)의 테프론(Teflon)®)과 같은 마찰 저감 재료의 전체 표면 또는 일부 표면을 포함할 수 있다. 분리 부재는 전체적으로 마찰 저감 재료로 이루어질 수 있다. 이러한 실시예에 의해, 마찰이 감소된다. 이러한 실시예에 있어서, 제1 롤링 부재는 하나의 링의 그루브들과 접촉할 수 있으며, 추가적인 롤링 부재는 반대의 링 상에 있는 하나 이상의 피크부를 가진 표면과 접촉할 것이다. 만일 롤링 부재들이 볼들 또는 실린더들로서 형성된다면, 롤링 부재들의 회전은 그들 사이에 위치된 분리 부재에 의해 분리되며, 이러한 실시예에 있어서 각 롤링 부재는 그들이 접촉하는 감속 스테이지의 각 표면의 움짐임에 의해 구동되는 그 자신의 속력으로 회전할 수 있다.
본 발명의 감속 베어링의 추가적인 이점은, 본 발명의 감속 베어링이 종래의 기어박스들에서는 달성될 수 없는 크기의 대형 중심 개구를 가질 수 있다는 것이다. 이러한 목적을 위해, 감속 베어링은, 바람직하게 외부 링의 외경의 90% 이하, 특히 35% 초과, 특히 50% 또는 60% 또는 70% 초과의 직경을 구비한 축방향 중심 개구를 가진다. 축방향 중심 개구의 크기는, 특히 외부 링의 외경 및 감속 베어링의 비율에 따라 좌우된다. 그러나, 알려진 유사 형태의 기어박스들은 그 직경이 디바이스의 외경의 30%를 초과하지 않는 중심 개구들을 가질 수 있다. 대형 중심 개구의 본 발명의 특징점은 로봇공학 분야에서 특히 유리하고, 많은 응용물에 있어서, 전기 자동차들이나 전동 휠들의 분야 또는 종래의 기어박스들에서 관통에 충분한 공간을 갖지 않을 수 있는 예를 들면 로봇 아암들(robot arms)의 조인트들(joints)에서 전기 케이블들의 다발들을 관통하는 것이 필요하다.
유리한 추가적인 개선점에 있어서, 감속 베어링은 적어도 하나의 제1 감속 스테이지가 적어도 하나의 제2 감속 스테이지에 구동가능하게 연결되도록 구성된 2 이상의 감속 스테이지들을 가지며, 감속 스테이지들은 서로 축방향으로 정렬되거나/정렬되고 서로 동심으로 위치된다. 본 발명의 감속 베어링은 2 이상의 감속 스테이지를 포함할 수 있다는 추가적인 이점을 가지고, 각각에는 평행하게 또는 순차로 결합될 수 있는 동심의 3-링 베어링 배열(three-ring bearing arrangement)이 제공된다. 이러한 조합에 의해, 매우 높은 감속비들이 달성될 수 있다. 예를 들면, 각각 100:1의 감속 비율을 가진 2개의 감속 베어링 스테이지의 조합은, 10,000:1의 감속 비율을 달성하기 위해 매우 적은 부품들로 10,000:1의 감속 비율을 초래할 것이다.
상기 조합은 유리하게 이른바 직렬 구성 또는 이른바 병렬 구성으로 달성될 수 있다. 직렬 구성에 있어서, 제1 감속 스테이지 및 제2 감속 스테이지는 축방향으로 정렬되고, 제1 감속 스테이지의 내부 링, 중앙 링 및 외부 링 중 하나는 특히 스플라인 연결부에 의해 제2 감속 스테이지의 내부 링, 중앙 링 및 외부 링 중 하나와 연결된다. 2개의 스테이지가 서로 축방향으로 정렬되어도, 감속 베어링의 전체 축방향 크기는 종래의 단일 스테이지 기어박스들의 크기보다 여전히 작다. 직렬 구성은 직렬 축방향 관계의 3개 이상의 감속 스테이지들에도 적합하다. 각 스테이지는 그 자신의 출력부를 가질 수 있고, 이에 따라 다중-스테이지 감속 베어링은 대안적으로 또는 동시에 사용될 다중 감속비들(multiple reduction ratios)을 유리하게 제공할 수 있다.
대안적인 병렬 구성에 있어서, 이는 3개 이상의 감속 스테이지를 달성하기 위해 직렬 조합으로 조합될 수도 있고, 제1 감속 스테이지 및 제2 감속 스테이지는 서로 동심으로 배치되고, 제2 감속 스테이지는 제1 감속 스테이지 주위에 동심으로 배열되고, 제1 감속 스테이지의 외부 링은 제2 감속 스테이지의 내부 링과 일체로 이루어진다.
이러한 구성은 실제로 반경방향 베어링을 구성하는 롤링 부재들을 구비하거나 롤링 부재들로 이루어진 4개의 개재된 링들을 가진 동심 5-링 배열(five-ring arrangement)이며, 5개의 동심 링 중 제3 링은 동시에 양 감속 스테이지의 부품이다. 베어링의 제2, 제3 및 제4 링은 내부 및 외부 베어링 레이스들을 가지고, 최내곽 링이 외부 베어링 레이스를 가지고, 최외곽 링이 내부 베어링 레이스를 가진다.
이 경우, 제1 감속 스테이지의 내부 링과 중앙 링 중 하나 및 제2 감속 스테이지의 중앙 링과 외부 링 중 하나가 지지 구조체에 부착되거나 부착될 수 있다. 제1 스테이지와 제2 스테이지에 공통된 링이 부착되지 않아야 하고, 그 이유는 그 링이 2개의 스테이지를 분리하기 때문이다.
병렬 구성의 감속 베어링은 상이한 감속 스테이지들에서 상이한 감속값들의 2개의 출력부를 가진다. 이는 2개 이상의 스테이지를 가진 감속 베어링의 융통성을 증가시키며, 상이한 감속값들을 가진 출력부들이 대안적으로 또는 동시에 사용될 수 있다.
본 발명의 목적은 전기 모터에 의해서도 달성되며, 그 전기 모터는 전기 모터 내에 또는 전기 모터와 통합된 상술한 본 발명에 따른 적어도 하나의 감속 베어링을 가지고, 전기 모터의 케이싱은 감속 베어링을 위한 지지 구조체를 형성하며, 전기 모터의 로터는 감속 베어링의 입력 링과 구동가능하게 연결되거나 그와 일체로 이루어져 있다. 통합된 감속 베어링을 가진 이러한 전기 모터는 로봇공학 응용물과 다른 응용물에 유리하게 이용될 수 있으며, 전기 모터 및 통합된 본 발명의 감속 베어링의 조합물의 작은 크기는 특히 유용하다.
본 발명의 추가적인 특징점들은 청구범위와 첨부된 도면들과 함께 본 발명에 따른 실시예의 설명으로부터 명확해질 것이다. 본 발명에 따른 실시예들은 개별적인 특징점들 또는 여러 특징점들의 조합을 수행할 수 있다.
본 발명은, 본 발명의 일반적인 취지를 제한하지 않으면서 예시적인 실시예들을 기초로 후술되며, 참조부호는 명세서에서 보다 상세하게 설명되지 않는 본 발명에 따른 모든 상세점들의 개시에 대하여 도면들에 명확하게 부여된다. 도면에서:
도 1은 본 발명의 제한 베어링의 개략적인 단면도,
도 2는 도 1의 감속 베어링의 개략적인 사시도,
도 3a 내지 3c는 본 발명의 감속 베어링의 내부 링의 개략도,
도 3d 내지 3f는 2개의 동심 링이 감속 스테이지에 이용된 본 발명의 감속 베어링의 실시예의 내부 링의 개략도,
도 4a 내지 4c는 본 발명의 감속 베어링의 중앙 링의 개략도,
도 4d는 추가적인 실시예로서 본 발명의 감속 베어링의 중앙 링의 개략도,
도 5a 내지 5c는 본 발명의 감속 베어링의 외부 링의 개략도,
도 6a 내지 6d는 본 발명에 따른 감속 베어링의 감속 스테이지의 개략도,
도 7a 내지 7e는 본 발명에 따른 감속 베어링의 다른 실시예의 개략도,
도 7f 내지 7h는 감속 스테이지에서 2개의 동심 링을 가진 본 발명의 실시예에 따른 감속 베어링의 감속 스테이지의 개략도,
도 8a 내지 8d는 본 발명의 병렬 구성의 2 스테이지 감속 베어링의 개략도,
도 9a 내지 9d는 본 발명의 직렬 구성의 2 스테이지 감속 베어링의 개략도,
도 10a 및 10b는 본 발명에 따른 전기 모터의 개략도, 및
도 10c는 본 발명에 따른 전기 모터의 추가적인 실시예의 개략도이다.
도면에서 동일하거나 유사한 형태의 부재들 또는 각 대응하는 부품들에는, 그 항목을 다시 소개해야 하는 것을 방지하기 위해 동일한 참조부호들이 부여된다.
도 1에는 본 발명에 따른 감속 베어링(5)의 예시적인 실시예의 단면이 개략적으로 도시된다. 감속 베어링(5)은 3개의 동심 링(concentric rings), 즉 내부 링(10), 중앙 링(20) 및 외부 링(30)을 포함한다. 좌측 부분에는 베어링 평면(41)이 표시되고, 베어링 평면(41)은 3개의 동심 링(10,20,30) 및 내부 링(10)과 중앙 링(20) 사이 및 중앙 링(20)과 외부 링(30) 사이에 각각 위치되는, 롤링 부재들(rolling elements)(50,51)을 구비하거나 롤링 부재들(50,51)로 이루어진 2개의 동심 링의 부분들을 포함한다. 따라서, 베어링 평면(41)에서의 부재들은 3개의 회전가능한 링(10,20,30)을 가진 반경방향 롤링 베어링(radial rolling bearing)을 구성한다. 롤링 부재들(50,51)은 예시로서 실린더들(cylinders)이지만, 볼들(balls)과 니들들(needles) 등과 같은 베어링들에서 이용되는 롤링 부재들을 구비하거나 롤링 부재들로 이루어진 임의의 다른 종류가 이용될 수도 있다.
3개의 링들(10,20,30)은 링들(10,20,30)로부터 축방향으로 각각 연장되며 공통의 감속 스테이지 평면(reduction stage plane)(42)에 놓여 있는 연장부들(16,26,36)을 가진다. 이들은, 중앙 링 연장부(26) 내측의 반경방향으로 배향된 채널들(radially oriented channels) 내에 가두어진 반경방향 가동 부재들(radially moving elements)(40)과 외주에서 접촉하는 디스크-형상의 내부 링 연장부(16) 및 반경방향 가동 부재들(40)과 내주 표면에서 접촉하는 외주 링 연장부(36)로 구성된 감속 스테이지(reduction stage)(7)를 구성한다. 외부 링 연장부(36)와 내부 링 연장부(16)의 원주 표면들(12)의 구조는 도 3, 5 및 6과 관련하여 설명될 것이다.
도 2에는 도 1에 따른 감속 베어링(5)의 개략적인 사사도가 도시된다. 베어링 부품의 롤링 부재들(50,51)이 롤링 부재 케이지들(rolling element cages)(52,53)에 가두어져 있는 것을 볼 수 있다. 감속 베어링(5)은 그의 전체 직경의 상당 부분을 구성하는 중심 개구(13)를 가진 것이 도시된다. 추가적으로, 중앙 링(20)과 외부 링(30)에는 입력 수단과 출력 수단에 대한 연결 및 부착을 위한 3개의 홀(holes)이 도시되는데, 즉 내부 링 연장부(16)에서의 입력 연결부(18), 중앙 링(20)에서의 출력 연결부(28) 및 지지 구조체에 대한 부착을 위한 외부 링(30)에서의 관통 홀(through hole)(38)이 도시된다.
도 3a, 3b, 3c, 3d, 3e 및 3f에는 내부 링(10)의 상세도가 도시된다. 도 3a에는 대형 중심 개구(13)를 가진 내부 링(10) 및 원형 베어링 레이스(bearing race)(11)로서 구성된 베어링 부품의 사시도가 도시된다. 이러한 베어링 레이스(11)는 도 1 및 2에 도시된 롤링 부재들(50)을 구비하거나 롤링 부재들(50)로 이루어진 내측 서클(inner circle)을 지지한다. 축방향에 있어서, 비원형 외주 표면(12)을 가진 디스크-형상의 내부 링 연장부(16)가 도시된다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 참조 부호 16에 인접한 부분은 최소 직경을 구비한 밸리부(valley)(15)로서 구성되는 반면, 그 부분의 위와 아래의 원주 표면(12)에는 2개의 얕은 피크부(peak)(14, 14')가 나타나고, 전체 원주 표면(12)은 타원형으로 된다. 밸리부(15)의 반대측에는 다른 밸리부가 위치된다. 표면(12)은 3개 이상의 피크부를 가질 수도 있다.
도 3b에는 내부 링(10)의 보다 상세한 단면도가 도시되고, 도 3c에는 도 3b의 부분 C의 확대도가 도시된다. 원주 표면(12)은 그의 경계들 위로 약간 상승된, 피크부(14)로 표시된 중심부(central part)를 가진다. 이 상승된 중심부는 2개의 피크부(14,14')의 사이에 있는 밸리부(15)의 위치에서 사라질 것이다. 밸리부 위치에서의 표면은 도 3c에서 점선으로 표시된다. 이러한 높이의 변화는, 도 1 및 2에 도시된 선형 가동 부재들(40)이 중앙 링 연장부(26)의 각 반경방향 채널들에서 반경방향 이동을 수행하도록 한다.
도 3d, 3e 및 3f에는 내부 링(10)의 개략도가 도시된다. 도 3d는 단면도이고, 도 3e는 도 3d의 부분 B의 확대도이고, 도 3f는 내부 링(10)의 사시도이다. 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된다. 감속 스테이지에서, 2개의 피크부를 가진 하나의 디스크 대신 원형 형상의 2개의 동심 링(19,19')이 이용된다. 2개의 동심 링(19,19')의 원주 표면은 서로에 대해 그리고 또한 내부 링의 공통 축에 대하여 반경방향으로 시프트된 2개의 링들에 의해 형성된다. 이러한 조치에 의해, 2개의 피크부(14,14')와 2개의 밸리부(15,15')가 내부 링의 연장부 상에 생성된다. 밸리부(15)는 밸리부(15')의 반대측에 있으며 피크부(14)는 피크부(14')의 반대측에 있다. 2개의 링(19,19')의 베어링 레이스들(17,17')이 프로파일(profile)되며 내부 링 연장부와 일체적인 부분을 이룬다. 이러한 실시예에서는, 롤링 부재들로서 볼들(balls)을 이용하는 것이 바람직하다. 베어링 레이스들(17,17')이 내부 링 연장부와 일체로 형성되면, 베어링 레이스들(17,17')이 매우 정밀하게 형성된다.
도 4a, 4b 및 4c에는 중앙 링(20)이 보다 상세하게 개략적으로 도시된다. 도 4a의 사시도에 도시된 바와 같이, 중앙 링(20)은 외측면 상의 원형 베어링 레이스(21)와 내측면 상의 원형 베어링 레이스(22)을 가진 베어링 부품으로 구성되고, 베어링 레이스들(21,22)은 도 1 및 2의 롤링 부재들(50,51)과 각각 접촉한다.
축방향 중앙 링 연장부(26)는, 도 1 및 2에 도시된 반경방향 가동 부재들(40)의 선형 이동을 안내하기 위한 반경방향 채널들(24)을 가진 케이지(cage)를 포함한다. 중앙 링 연장부(26) 그 자체는 원통 형상으로 이루어져 있다. 그의 내경은 피크부(14,14') 직경에서의 내부 링 연장부(16)의 외경보다 약간 더 크다.
도 4d에는, 중앙 링 연장부(26)가 추가적으로 연장되며 그루브들(grooves)일 수도 있는 추가적인 반경방향 채널들(124)이 추가된 것이 도시된다. 이러한 실시예에 의해, 감속 베어링의 운반 능력(carrying capacity)이 증대된다. 반경방향 채널들(24,124)은 2열로 배열된다.
도 5a, 5b 및 5c에는, 도 1 및 2의 본 발명의 감속 베어링(5)의 외부 링(30)의 개략도가 도시된다. 외부 링(30)은 도 1 및 2에 도시된 롤링 부재들을 구비하거나 롤링 부재들로 이루어진 외부 링의 롤링 부재들(51)과 접촉하는 베어링 레이스(31)로서 구성되는 내주 베어링 표면을 가진다. 축 방향에 있어서, 외부 링 연장부(36)는 베어링 레이스(31)의 직경보다 작은 직경을 갖는 내주 표면을 가지며, 내부 링 연장부(16)의 피크부들의 피크부(14,14') 높이와 밸리부(15,15') 높이 간의 차이에 대략 부합하는 깊이를 갖는 그루브들(32)을 가진다. 그루브들(32)의 반경방향 높이의 변화는 내부 링 연장부(10)의 원주 표면(12)의 변화를 따르며 감속 스테이지의 감속비만큼 원주 방향으로 짧아진다.
그루브들(32)의 개수는 중앙 링 연장부(26)에 있어서의 반경방향 채널들(24,124)의 개수와 약간 차이가 있는데, 특히 2개의 피크부의 경우 통상 2개 만큼 차이가 있다.
도 6a, 6b 및 6c에는, 감속 스테이지 평면(42)의 단면에 있어서, 내부 링(10), 중앙 링(20) 및 외부 링(30)을 가진 본 발명에 따른 단일-스테이지 감속 베어링(5)의 추가적인 예시적 실시예가 도시된다. 세퍼레이터(separator)(23)로서 제작된 중앙 링 연장부(26)는 원형 형상으로 이루어져 있다. 내부 링 연장부(16)의 외주 표면(12)은, 도 6a의 좌측 위치와 우측 위치에서 세퍼레이터(23)의 내부 표면에 대해 좁은 간극(narrow gap)을 남기면서, 정상 위치와 바닥 위치에서 세퍼레이터(23)의 내경에 일치된다. 이는, 외부 링 세퍼레이터(16)의 외주 표면(12)이 원형이 아니라 상부 위치와 바닥 위치에서 도시된 바와 같이 2개의 피크부가 나타난다는 것을 시사한다. 이와 대조적으로 외부 링 연장부(36)의 내주 표면에는, 세퍼레이터(23)의 반경방향 채널들(24) 내측에 위치된 반경방향 가동 부재들(40)보다 약간 넓은 다수의 그루브들(32)이 나타난다.
감속 베어링의 최소 직경을 유지하는 것과 관련하여, 감속 베어링의 운반 능력을 증가시키기 위해, 보다 많은 롤링 부재들(40)이 2 이상의 열로 반경방향 그루브들(24)을 가진 케이지에 위치될 수 있다. 예를 들면, 도 6b를 참조하라.
감속 베어링의 운반 능력을 추가적으로 강화시키기 위해, 세퍼레이터에서의 모든 제2 그루브(every second groove)가 생략될 수 있고, 이에 의해 감속비가 유지되면서 세퍼레이터들(23)의 벽 두께가 확장된다. 세퍼레이터들(23)의 확장된 벽을 통해, 개구들(29)이 중앙 링(20)을 통해 축방향으로 안내될 수 있다. 예컨대, 스크류(screw)가 안내된 개구(29) 내에 체결될 수 있다.
도 4d에서 알 수 있는 바와 같이, 감속 베어링의 운반 능력의 추가적인 강화는, 중앙 링 연장부(26)의 연장 및 반경방향으로 하나의 톱니만큼 시프트된 추가적인 그루브들(124)과 롤링 부재들의 추가에 의해 달성될 수 있다.
내부 링(10)의 회전에 의해 세퍼레이터(23)에서 반경방향 가동 부재들(40)이 집합적인 회전 파형 운동(collective revolving wave type motion)을 하게 된다. 그루브들의 개수가 반경방향 채널들(24)의 개수보다 2개 만큼 더 많기 때문에, 본 발명의 감속 베어링(5)의 입력으로서의 내부 링(10)의 회전에 의해 반경방향 가동 부재들(50)이 피크부(14,14') 통과시 그루브들(32)의 편심(off-center)으로부터 중심(center)으로 외부 링 연장부(36)의 각 그루브들(32) 내로 밀려나게 되고, 이의 의해 각각이 내부 링 연장부(16)의 외주 표면(12) 상의 피크부(14,14')를 통과하면서, 즉 내부 링(10)의 반회전(half revolution)마다 중앙 링(20)과 외부 링(30)이 하나의 그루브(32)의 량만큼 서로 상대적으로 회전하게 된다.
도 6b 및 6c에는 도 6a의 F 및 G, 즉 피크부(14) 높이 및 밸리부(15) 높이에서의 확대도가 각각 도시된다. 피크부(14) 높이에서는, 도 6b에 도시된 바와 같이, 중앙에 도시된 반경방향 가동 부재들(40)이 대향하는 그루브들(32) 내로 최대한 밀려나 있다. 밸리부(15) 높이에서는, 도 6c에 도시된 바와 같이, 선형 가동 부재들(40)이 2개의 이웃한 그루브들(32) 사이의 에지(edge)에 의해 반대로 밀려나 있다. 내부 링(10)의 추가적인 회전에 의해, 내부 링(10)의 회전 방향에 따라 세퍼레이터(23)는 시계방향 또는 반시계방향으로 조금 회전하게 될 것이고, 이에 따라 내부 링 연장부(16)의 외주 표면(12) 상의 다음의 피크부(next peak)(14)의 도착과 함께, 선형 가동 부재들(40)은 다음의 이웃한 그루브(next adjacent groove)(32) 내로 밀려나게 될 것이다.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 매우 컴팩트한 설계가 달성되며, 이와 동시에 감속 작용 및 반경방향 베어링 능력이 보장된다.
또한, 도 6d에 도시된 바와 같이, 제1 및 추가적인 가동 부재들, 본 실시예의 경우, 2개의 가동 부재들(40) 사이에 위치되며 가동 부재들(40)과 함께 반경방향으로 이동가능한 분리 부재(43)에 의해 가동 부재들(40)을 반경방향으로 분리시키는 것이 유리하다. 이러한 분리 부재(43)는 바람직하게 저마찰 표면들을 가지거나 전체적으로 저마찰 재료로 이루어져 있으며, 롤링 부재들(40)의 회전을 서로로부터 분리하고, 이에 따라 롤링 부재들(40)의 마모 및 마찰을 줄인다.
도 7a 내지 7e에는 본 발명에 따른 감속 베어링(5)의 추가적인 실시예가 도시된다. 도 7a의 반개 사시도(half-open perspective)에 도시된 감속 베어링(5)의 구조는, 반경방향 가요성 롤러 베어링(60)이 반경방향 가동 부재들(40)을 가진 세퍼레이터(23) 및 내부 링 연장부(16)의 외주 표면(12) 사이에 개재되어 있다는 것을 제외하고, 도 1 및 2에 도시된 것과 거의 동일하다. 도 7e에서 가장 잘 알 수 있는 바와 같이, 반경방향 가요성 롤러 베어링(60)은 내부 베어링 레이스(62) 및 외부 링 베어링 레이스(63) 사이에 위치된 롤링 부재들(61)을 포함한다. 도 7b, 7c 및 7d에는 추가적인 상세 단면도 및 사시도가 도시된다. 반경방향 가요성 롤러 베어링(60)을 이용함으로써 마찰을 감소시키고 감속 베어링(5)의 수명 및 효율을 증대시킨다. 반경방향 가요성 롤러 베어링(60) 그 자체는 큰 반경방향 힘들을 지탱할 필요가 없으며, 그 힘들은 베어링 평면(41)에 있어서의 롤링 부재들(50,51)에 의해 흡수된다.
도 7f, 7g 및 7h에 도시된 바람직한 실시예에 있어서, 베어링 링(62)은 베어링 레이스로서 작용할 수 있는 내부 링(12)의 프로파일된 연장부(profiled extension)에 의해 대체될 수 있다. 도 7f에는 본 발명에 따른 감속 베어링의 개략적인 단면도가 도시되고, 이 경우, 2개의 동심 링(19,19')이 도 3d, 3e 및 3f에 도시된 내부 링(10)의 연장부로서 및 도 4d의 중앙 링의 연장부로서 이용된다.
도 7g에는 도 7f의 구역 K의 확대도가 개략적으로 도시된다. 도 7h에는 실시예의 개략적인 3-차원 도면이 도시된다. 또한, 베어링 레이스들(17,17')은 링들(19,19')의 표면의 일부 또는 링들(19,19')에 일체화된 것이 도시된다. 또한, 표준 베어링들(standard bearings)로부터 이용될 수 있는 링들(63,63')뿐만 아니라 롤링 부재들(60,61,40,40')이 삽입된다. 2개의 동심 링들(19,19')의 축은 동심이다. 이러한 실시예에 있어서, 가요성 롤러 베어링(roller bearing) 또는 롤러 레이싱(roller racing)은 존재하지 않는다. 이러한 실시예는 2개의 동심 링들(19,19') 대신에 2개의 피크부와 2개의 밸리부를 가진 타원체가 이용되는 실시예보다 높은 정밀도로 제작되기에 보다 용이하다. 타원체의 경우에는, 하나의 롤러 레이싱 또는 하나의 베어링 링은 가요적인 것이 유리하다.
도 8a 내지 8d에는 내측에 서로 동심으로 배열되는 2개의 감속 스테이지(107,108)를 가진 본 발명의 감속 베어링(105)의 추가적인 예시적 실시예가 도시된다. 도 8a에 도시된 제1 감속 스테이지(107)는 내부 링(10), 중앙 링(107) 및 외부 링(30)을 포함한다. 제2 감속 스테이지(109)는 내부 링(110), 중앙 링(120) 및 외부 링(130)을 포함한다. 제1 감속 스테이지(107)의 외부 링(30)은 제2 감속 스테이지(109)의 내부 링(110)과 동일하다. 다시 말해, 도 8에 도시된 동심의 2-스테이지 병렬 구성의 중간 링(30/110)은 베어링 평면에서 2개의 베어링 레이스, 즉 외측면 상에 하나 그리고 내측면 상에 하나를 가진다. 따라서, 도 8의 병렬 구성의 2-스테이지 감속 베어링(105)은 베어링 평면에 있어서 롤링 부재들(50,51)의 4개의 동심 서클(concentric circles)을 가진다.
5개의 링(10,20,30/110,120,130)의 각각은 그 자신의 축방향 연장부들을 가지고, 그 연장부들은 원칙적으로 이전 도면들에 도시된 것들과 동일한 방식으로 구성된다.
도 8b는 감속 베어링(105) 내부의 다른 부품들을 보여주기 위해 3개의 영역을 개구한 도면으로, 일측으로부터 2-스테이지 감속 베어링(105)을 도시한다. 상부 우측의 개구된 영역에는, 롤링 부재들(50,51,50',51') 및 링들(10,20,30/110,120,130)이 감속 베어링(105)의 반경방향 베어링 기능을 구성하는 베어링 평면(41)이 도시된다.
도 8d에는 영역 A의 최하위 개구가 확대 도시된다. 최내곽의 제1 스테이지(107)는 예컨대 도 6의 단일 스테이지 실시예와 동일한 방식으로 구성됨을 명확히 알 수 있을 것이다. 도 8c에는 영역 B의 확대도가 도시된다. 도 8c 및 8d는 도 6b 및 6c의 도면들에 각각 대응한다.
영역 B를 포함하는 내부도에 있어서, 제2 감속 스테이지(109)의 감속 스테이지 평면(42) 내측이 일별(glimpse)될 수 있는데, 제2 감속 스테이지(109)에서의 반경방향 가동 부재들(40)은 예를 들면 도 8b의 영역 B에 도시된 제1 스테이지(107)의 반경방향 가동 부재들보다 더 큰 것으로 도시된다. 제2 감속 스테이지(109)의 작용 원리는 제1 감속 스테이지의 작용 원리와 동일하다.
이러한 병렬 동심 구성에 의해, 제1 감속 스테이지(107)의 감속 비율(reduction factor)과 제2 감속 스테이지(109)의 감속 비율의 승산으로 산출되는 매우 큰 감속 비율을 가진 감속 작용으로 2개의 감속 스테이지를 조합하는 것이 가능하게 된다. 이에 따라 10,000 이상의 감속 지수(reduction factor)가 달성될 수 있다.
본 발명의 감속 베어링(5,105)의 베어링 평면(41)에서의 베어링 부품들에 의해 반경방향 힘들이 유지되기 때문에, 감속 스테이지 평면(42)에서의 구조체들에 포함된 감속 작용은 반경방향 힘들을 크게 받지 않으며, 이에 따라 반경방향 힘들로 인한 차단(blocking)이 효과적으로 제거된다.
도 9a 내지 9d에는 본 발명의 감속 베어링(205)의 추가적인 예시적 실시예가 도시된다. 감속 베어링(205)은 직렬 구성의 2-스테이지이며, 즉 2개의 스테이지(207,209)는 감속 베어링(205)의 중심축(6)을 따라 축방향으로 정렬되고, 감속 베어링은, 도 9b에 도시된 바와 같이, 다시 기본적으로 원형 형상을 가진다. 2개의 감속 스테이지(207,209)의 각각은, 이전 도면들에 도시된 바와 같이 주로 구성된 3개의 동심 링(10,20,30,210,220,230)을 각각 포함한다.
도 9a에 도시된 구성에 있어서, 제1 감속 스테이지(207)의 내부 링(10)은 입력 연결부(18)에 의해 구동된다. 외부 링(30)은 관통 홀(38)에 의해 지지 구조체(미도시)에 부착될 수 있다. 내부 링(10)의 회전은 제1 감속 스테이지(207)의 중앙 링(20)의 저속 회전을 초래할 것이다.
제1 감속 스테이지(207)의 중앙 링(20)은, 스플라인 연결부(spline connection)로서 제작된 구동 연결부(212)를 통해 제2 감속 스테이지(209)의 내부 링(210)에 연결된다. 도 9d의 확대도에 도시된 스플라인 연결부는 도 9c의 확대도에 도시된 원주 톱니(circumferential toothing)를 가진다.
중앙 링(220)은 출력 연결부(225)를 가진다. 마찬가지로 외부 링(230)은 지지 구조체에의 연결을 위한 관통 홀(238)을 가진다. 따라서, 제1 감속 스테이지(207)의 내부 링(10)의 입력부(18)에서의 회전은 제2 감속 스테이지(209)의 중앙 링(220)에서의 출력부(225)의 초저속 회전을 초래한다.
감속 스테이지들(207,209)은 모듈러 방식(modular manner)으로 제작될 수 있으며, 이에 따라 감속 스테이지들이 원하는 감속비로 선택될 수 있으며 자유롭게 선택가능한 높은 감속비에 도달하도록 도 9에 도시된 방식으로 조합될 수 있다.
도 8d의 병렬 구성의 감속 베어링(105)의 경우에서와 같이, 2개의 감속 스테이지(207,209)의 회전 운동은 개별적으로 이용될 수 있고, 이와 함께 본 발명의 감속 베어링(205)의 융통성에 추가된다. 2개의 스테이지(207,209)는, 원하는 구성에 따라, 도 9a에 도시된 본 예시에서와 같이, 동일한 방식으로 배향되거나, 서로 마주하는 베어링 평면들 또는 감속 평면들을 가질 수 있다.
도 10a 및 10b에는 본 발명에 따른 전기 모터(2,2')의 2개의 예시적인 실시예가 개략적으로 도시된다.
도 10a에 도시된 전기 모터(2)는, 로터 코일들(rotor coils)(74)을 가진 로터(71) 주위에 배열되는 스테이터(stator)(71)를 하우징하는 케이싱(casing)(72)을 포함하고, 로터(rotor)(71)는 축방향으로 코일들(74)의 각 측면에 있는 모터 베어링들(70)에 의해 케이싱에 대하여 지지된다. 본 발명에 따른 감속 베어링(5)은 케이싱 연결부(casing connection)(76)를 통해 케이싱(72)에 부착된다. 로터(71)는 스플라인 연결부(spline connection)(75)에 의해 감속 베어링(5)의 내부 링(10)에 구동가능하게 연결된다. 중앙 링(20)은 로터(71)에 대하여 감속된 속도로 회전하는 출력 연결부(output connection)(28)를 가진다. 여기서, 감속 베어링(5)은 연결부들(75,76)에 의해 전기 모터(2)와 통합된다.
도 10b에 도시된 전기 모터(2')의 대안적인 실시예는, 감속 베어링(5)이 완전히 통합된다는 점에서 도 10a에 도시된 전기 모터와 상이하다. 케이싱(72)은 외부 링(30)과 일체이고, 로터(71)는 감속 베어링(30)의 내부 링(10)과 일체이다. 다른 측면 상의 반경방향 힘들은 감속 베어링, 특히 베어링 평면(41)에 배열된 베어링 부품들에 의해 생성되기 때문에, 단 하나의 모터 베어링(70)이 존재한다.
도 10c에 도시된 전기 모터(2,2')의 추가적인 실시예에서는, 보다 높은 통합이 이루어진다. 얇은-갭 타입 전기 모터(thin-Gap type electric motor)(2,2')가 도 10c에 도시된다. 감속 베어링(5)은 완전 통합형이다. 케이싱(172)은 중앙 링(20)과 일체이다. 로터(171)는 감속 베어링(5)의 내부 링(10)과 일체이다. 스테이터(173)는 로터(171)에 대해 작은 갭(small gap)을 가진다. 따라서, 매우 소형으로 제작될 수 있는 전기 모터(2,2')가 이용될 수 있다.
2개의 예시적인 실시예는 전기 모터(2,2')의 매우 효율적이고 컴팩트한 설계를 구성하는데, 이들은 컴팩트한 감속 전기 모터 작용을 필요로 하는 로봇공학 및 다른 기술 분야에서 매우 유용하다.
개별적인 특징들 및 도면들로부터 취해진 것들을 포함하고 다른 특징들과의 조합으로 개시된 모든 명명된 특징들은 단독으로 또는 조합으로 본 발명에 중요한 것을 간주된다. 본 발명에 따른 실시예들은 개별적인 특징들이나 여러 특징들의 조합을 통해 실시될 수 있다. "특히" 또는 "특별히"라는 표현과 함께 조합된 특징점들은 바람직한 실시예로서 취급된다.
2, 2', 2'': 전기 모터(electric motor)
5: 감속 베어링(reduction bearing)
6: 중심축(central axis)
7: 감속 스테이지(reduction stage)
10: 내부 링(inner ring)
11: 베어링 레이스(bearing race)
12: 원주 표면(circumferential surface)
13: 중심 개구(central opening)
14, 14': 피크부(peak)
15, 15': 밸리부(valley)
16: 내부 링 연장부(inner ring extension)
17, 17': 베어링 레이스(bearing race)
18: 입력 연결부(input connection)
19, 19': 동심 원주 표면(eccentric circumferential surface)
20: 중앙 링(center ring)
21: 베어링 레이스(bearing race)
22: 베어링 레이스(bearing race)
23: 세퍼레이터(separator)
24: 반경방향 채널들(radial channels)
26: 중앙 링 연장부(center ring extension)
28: 출력 연결부(output connection)
29: 개구(opening)
30: 외부 링(outer ring)
31: 베어링 레이스(bearing race)
32: 그루브들(grooves)
36: 외부 링 연장부(outer ring extension)
38: 관통 홀(through hole)
40, 40': 반경방향 가동 부재들(radially moving elements)
41: 베어링 평면(bearing plane)
42: 감속 스테이지 평면(reduction stage plane)
43: 세퍼레이팅 부재(separating element)
50, 50': 롤링 부재들(rolling elements)
51, 51': 롤링 부재들(rolling elements)
52, 53: 롤링 부재 케이지(rolling element cage)
60: 반경방향 가요성 롤러 베어링(radially flexible roller bearing)
61, 61': 롤링 부재(rolling element)
62: 내부 베어링 레이스(inner bearing race)
63, 63': 외부 링 레이스(outer bearing race)
70: 모터 베어링(motor bearings)
71: 로터(rotor)
72: 케이싱(casing)
73: 스테이터(stator)
74: 로터 코일들(rotor coils)
75: 스플라인 연결부(spline connection)
76: 케이싱 연결부(casing connection)
105: 감속 베어링(reduction bearing)
107: 제1 감속 스테이지(first reduction stage)
109: 제2 감속 스테이지(second reduction stage)
110: 내부 링(inner ring)
111: 베이링 레이스(bearing race)
120: 중앙 링(center ring)
121: 베어링 레이스(bearing race)
122: 베어링 레이스(bearing race)
123: 세퍼레이터(separator)
124: 추가적인 반경방향 채널(additional radial channel)
130: 외부 링(outer ring)
171: 로터(rotor)
172: 케이싱(casing)
173: 스테이터(stator)
205: 감속 베어링(reduction bearing)
207: 제1 감속 스테이지(first reduction stage)
209: 제1 감속 스테이지(second reduction stage)
210: 내부 링(inner ring)
211: 베어링 레이스(bearing race)
212: 구동 연결부(driving connection)
220: 중앙 링(center ring)
221: 베어링 레이스(bearing race)
222: 베어링 레이스(bearing race)
225: 출력 연결부(output connection)
230: 외부 링(outer ring)

Claims (15)

  1. 내부 링(10,110,210), 중앙 링(20,120,220) 및 외부 링(30,130,230)을 포함하는 적어도 3개의 동심 링(10,20,30;110,120,130;210,220,230); 및 롤링 부재들(50,51;50',51')을 구비하거나 롤링 부재들(50,51;50',51')로 이루어진 적어도 2개의 동심 링;을 가지고,
    상기 내부 링(10,110,210)과 상기 중앙 링(20,120,220)은 롤링 부재들(50,51;50',51')을 구비하거나 롤링 부재들(50,51;50',51')로 이루어진 상기 적어도 2개의 동심 링의 내측을 위한 베어링 레이스들(11,22)로서 구성되고, 상기 중앙 링(20,120,220)과 상기 외부 링(30,130,230)은 롤링 부재들(50,51;50',51')을 구비하거나 롤링 부재들(50,51;50',51')로 이루어진 상기 적어도 2개의 동심 링의 외측을 위한 베어링 레이스들(21,31)로서 구성되고,
    상기 감속 베어링(5,105,205)은 적어도 하나의 감속 스테이지(7;107,109;207,209)를 가지고, 상기 내부 링(10,110,210), 상기 중앙 링(20,120,220) 및 상기 외부 링(30,130,230)은 각각 상기 감속 베어링(5,105,205)의 축방향으로 연장되며 공통의 감속 스테이지 평면(42)에 놓여있는 내부 링 연장부(16), 중앙 링 연장부(26) 및 외부 링 연장부(36)를 가지고,
    상기 중앙 링 연장부(26)는 상기 내부 링 연장부(16)와 상기 외부 링 연장부(36) 간에 파형 감속 작용(wave-type reduction action)을 전달하도록 구성되는
    감속 베어링.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 링 연장부(16)는 중심 개구(13)를 구비하거나 구비하지 않는 디스크 형상이며 하나 이상의 피크부(14,14')를 가진 외주 표면(12)을 가지고, 상기 외부 링 연장부(36)는 그루브들(32)을 가진 내주 표면을 포함하거나, 또는
    상기 내부 링 연장부(16)는 중심 개구(13)를 구비하거나 구비하지 않는 디스크 형상이며 그루브들(32)을 가진 외주 표면을 가지고, 상기 외부 링 연장부(36)는 하나 이상의 피크부(14,14')를 가진 내주 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는
    감속 베어링.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 내부 링(10,110,210)은 적어도 하나의 베어링 레이스(11,111,211)를 가지고, 특히 상기 내부 링 연장부(16)는 적어도 하나의 프로파일된 베어링 레이스(62)를 가지거나 적어도 하나 바람직하게는 2개의 동심 베어링 레이스(17,17')를 가지고, 특히 상기 중앙 링(20,120,220)은 베어링 부분에 적어도 2개의 베어링 레이스(21,22,121,122,221,222)를 가지고, 상기 중앙 링 연장부(26)는 하나 이상의 반경방향 가동 부재(40,40')를 구비한 적어도 하나의 반경방향 채널(24,124)을 가지는 것을 특징으로 하는
    감속 베어링.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중앙 링 연장부(26)는 상기 외부 링 연장부(36)의 내부 표면 및 상기 내부 링 연장부(16)의 외주 표면(12)과 접촉하는 반경방향 가동 부재들(40,40')을 수용하는 반경방향 채널들(24,124)을 형성하는 구조체들을 가지고,
    특히, 상기 반경방향 채널들(24,124)은 상기 공통의 감속 스테이지 평면(42)에 적어도 실질적으로 평행하게 배열되는 적어도 하나의 열에 위치되고,
    특히, 상기 외부 링 연장부(36)의 내주 표면 또는 상기 내부 링 연장부(16)의 외주 표면에서의 그루브들(32)의 개수는 상기 중앙 링 연장부(26)의 반경방향 채널들(24,124)의 개수보다 많거나 적고,
    특히, 상기 반경방향 채널들(24,124)을 형성하는 상기 중앙 링(20,120,220)의 상기 구조체들은 상기 중앙 링(20,120,220)과 일체로 되거나 교체가능하고,
    특히, 상기 외부 링 연장부(36)의 상기 내주 표면에서의 상기 그루브들(32)의 반경방향 깊이는 특히 상기 내부 링 연장부(16)의 상기 외주 표면(12) 상의 상기 피크부 또는 피크부들(14,14')의 반경방향으로의 높이와 같거나 초과하고,
    특히, 상기 내부 링 연장부(16)의 상기 외주 표면(12) 상의 상기 피크부들(14,14')의 형상은 특히 상기 외부 링 연장부(16) 상의 그루브들(32)의 형상과 반대이고,
    특히, 상기 반경방향 가동 부재들(40,40')은 특히 니들들, 볼들 또는 실린더들과 같은 슬라이딩 또는 롤링 부재들의 하나 이상의 열을 포함하는 것을 특징으로 하는
    감속 베어링.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 피크부를 가진 원주 표면은 베어링 레이스들(17,17')을 가진 적어도 2개의 동심 원주 표면(19,19')에 의해 형성되거나 대체되는 것을 특징으로 하는
    감속 베어링.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    반경방향 가요성 롤러 베어링(60)은 상기 중앙 링 연장부(26)와 상기 내부 링 연장부(16)의 상기 외주 표면(12) 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는
    감속 베어링.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 롤러 베어링은 상기 내부 링 연장부(16) 및/또는 상기 외부 링 연장부(26)의 일체적인 부분인 것을 특징으로 하는
    감속 베어링.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 3개의 동심 링(10,20,30;110,120,130;210,220,230) 및 롤링 부재들(50,51';50',51')을 구비하거나 롤링 부재들(50,51';50',51')로 이루어진 적어도 2개의 동심 링은 베어링 평면(41)에 배열되고,
    특히, 상기 외부 링 연장부(36)의 내주 표면 상에 또는 상기 내부 링 연장부(16)의 외주 표면 상에 적어도 3개인 홀수 개의 피크부(14,14') 또는 짝수 개의 피크부(14,14')가 구비되는 것을 특징으로 하는
    감속 베어링.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    분리 부재는 2개의 롤링 부재(40,40') 사이에 반경방향으로 위치되는 것을 특징으로 하는
    감속 베어링.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부 링(10,110,210) 및/또는 상기 중앙 링(20,120,220) 및/또는 상기 외부 링(30,130,230)은 외부 지지 구조체에의 부착을 위한 관통 홀들을 가지는 것을 특징으로 하는
    감속 베어링.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감속 베어링(5,105,205)은, 상기 외부 링(30,130,230)의 외경의 특히 35% 초과, 특히 50% 또는 60% 또는 70% 초과이며 90% 이하의 직경을 구비한 축방향 중심 개구(13)를 가지는 것을 특징으로 하는
    감속 베어링.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감속 베어링(105,205)은, 적어도 하나의 제1 감속 스테이지(107,207)가 적어도 하나의 제2 감속 스테이지(109,209)에 구동가능하게 연결되도록 구성된 2 이상의 감속 스테이지들(107,207;109,209)을 가지고,
    상기 감속 스테이지들(107,207;109,209)은 서로 축방향으로 정렬되거나/정렬되고 서로 동심으로 위치되고,
    특히, 제1 감속 스테이지(207)와 제2 감속 스테이지(209)는 축방향으로 정렬되고,
    상기 제1 감속 스테이지(207)의 상기 내부 링(10), 상기 중앙 링(20) 및 상기 외부 링(30) 중 하나는 특히, 스플라인 연결부에 의해 상기 제2 감속 스테이지(209)의 상기 내부 링(210), 상기 중앙 링(220) 및 상기 외부 링(230) 중 하나와 연결되는 것을 특징으로 하는
    감속 베어링.
  13. 제 12 항에 있어서,
    제1 감속 스테이지(107)와 제2 감속 스테이지(109)는 서로 동심으로 위치되고,
    상기 제2 감속 스테이지(109)는 상기 제1 감속 스테이지(107) 주위에 동심으로 배열되고,
    상기 제1 감속 스테이지(107)의 외부 링(30)은 상기 제2 감속 스테이지(109)의 내부 링(110)과 일체이고,
    특히, 상기 제1 감속 스테이지(107)의 상기 내부 링(10)과 상기 중앙 링(20) 중 하나 및 상기 제2 감속 스테이지(109)의 상기 중앙 링(120)과 상기 외부 링(130) 중 하나는 지지 구조체에 부착되거나 부착가능한 것을 특징으로 하는
    감속 베어링.
  14. 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감속 베어링(105)은 상이한 스테이지들(107,109)에서 상이한 감속값들의 2개의 출력부를 가지는 것을 특징으로 하는
    감속 베어링.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 한 항에 따른 적어도 하나의 감속 베어링(5,105,205)은 전기 모터(2,2')와 또는 상기 전기 모터(2,2') 내에 통합되고,
    상기 전기 모터(2,2')의 케이싱(72)은 상기 감속 베어링(5)을 위한 지지 구조체를 형성하고, 상기 전기 모터(2,2')의 로터(71)는 상기 감속 베어링(5)의 입력 링에 구동가능하게 연결되거나 그와 일체인 것을 특징으로 하는
    전기 모터.
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