KR20200103576A - 고토크의 순간 가속이 가능한 회전 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정/역 회전 전환에 효율적이며, 강한 토크 출력 및 순간 가속 구현이 가능한 회전 장치에 관한 것으로, 제1 기어를 구비하는 제1 기어부; 상기 제1 기어와 연결되어 상기 제1 기어와 상대 회전하는 제2 기어를 구비하는 제2 기어부; 상기 제2 기어와 연결되어 상기 제2 기어와 상대 회전하는 제3 기어를 구비하는 제3 기어부; 및 상기 제1 내지 제3 기어부 중 두 개의 기어부인 제1 및 제2 입력 기어부에 회전 구동력을 각각 제공하여 나머지 기어부인 출력 기어부의 회전 출력을 결정하는 제1 및 제2 구동부를 포함하고, 상기 제1 및 제2 구동부 중 적어도 하나는 상기 제1 및 제2 입력 기어부 중 적어도 하나의 회전 속력을 변경하여 상기 출력 기어부의 회전 속도를 변화시키는 순간 가속 구현이 가능한 회전 장치이다.

Description

고토크의 순간 가속이 가능한 회전 장치{ROTATING APPARATUS CAPABLE OF RAPID ACCELERATING HAVING HIGH TORQUE}

본 발명은 정/역 회전 전환에 효율적이며, 강한 토크 출력 및 순간 가속 구현이 가능한 회전 장치에 관한 것이다.

시스템을 움직이거나 제어하는데 쓰이는 액추에이터(actuator)와 같은 원동 구동 장치를 정교하게 제어하고자 하는 연구가 계속되고 있다. 또한, 낮은 비용이나 복잡하지 않은 장치로 강한 토크를 필요로 하며, 정/역 회전에 효율적인 장치를 필요로 하고 있으며, 순간 가속력이 큰 회전 장치를 필요로 하고 있다.

본 발명의 목적은 안정적인 상태의 회전력을 제공하는 장치로서, 정지 상태 또는 일정 속도로 회전하는 운동 상태에서 강한 토크력을 안정적으로 유지하도록 하는 장치를 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명은 출력의 회전 방향을 시계 방향에서 반시계 또는 그 반대 방향으로 안정적으로 변환시킬 수 있는 회전 장치를 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명은 출력의 회전력을 안정적으로 급변시키는 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 순간 가속 구현이 가능한 회전 장치는, 제1 기어를 구비하는 제1 기어부; 상기 제1 기어와 연결되어 상기 제1 기어와 상대 회전하는 제2 기어를 구비하는 제2 기어부; 상기 제2 기어와 연결되어 상기 제2 기어와 상대 회전하는 제3 기어를 구비하는 제3 기어부; 및 상기 제1 내지 제3 기어부 중 두 개의 기어부인 제1 및 제2 입력 기어부에 회전 구동력을 각각 제공하여 나머지 기어부인 출력 기어부의 출력 파워를 결정하는 제1 및 제2 구동부를 포함하고, 상기 제1 및 제2 구동부 중 적어도 하나는 상기 제1 및 제2 입력 기어부 중 적어도 하나의 회전 속력을 변경하여 상기 출력 파워인 출력 회전 속도 및 출력 토크 중 적어도 하나를 변화시키고, 상기 출력 파워의 변화 전후의 상기 제1 입력 기어부의 각각의 회전 방향은 상기 제1 입력 기어부의 초기 회전 방향과 동일하고, 상기 출력 파워의 변화 전후의 상기 제2 입력 기어부의 각각의 회전 방향은 상기 제2 입력 기어부의 초기 회전 방향과 동일할 수 있다.

또한, 상기 출력 회전 속도 및 출력 토크 중 적어도 하나가 0이 아닌 경우, 상기 제1 및 제2 입력 기어부의 회전 속력은 0을 초과할 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 구동부는 상기 출력 회전 속도가 0이고 상기 출력 토크가 0을 초과하도록 구동하는, 순간 가속 구현이 가능할 수 있다.

또한, 상기 출력 파워의 변화는 상기 출력 회전 속도가 일정하고 상기 출력 토크가 변동하는 경우, 상기 출력 회전 속도가 변동하고 상기 출력 토크가 일정한 경우, 및 상기 출력 회전 속도 및 상기 출력 토크가 변동하는 경우 중 어느 하나일 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 구동부는 상기 출력 회전 속도가 제1 방향에서 제2 방향으로 변동하도록 구동하는, 순간 가속 구현이 가능할 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 구동부 중 적어도 하나는 상기 제1 및 제2 입력 기어부 중 적어도 하나의 회전을 급정지하여 상기 출력 기어부의 회전 속도를 상기 급정지에 대응하여 급변시킬 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 입력 기어부 중 적어도 하나는 회전 관성을 유지하는 플라이 휠을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 두 개의 기어부 중 어느 하나는 다른 하나 보다 회전 관성이 더 크고, 상기 두 개의 기어부 중 회전 관성이 더 작은 기어부의 회전을 급정지하여 상기 나머지 기어부의 회전 속도를 상기 회전 급정지에 대응하여 급변시킬 수 있다.

또한, 동일한 축으로 배열된 링(ring) 기어와 선(sun) 기어, 캐리어(carrier)로 연결되어 상기 링 기어 및 선 기어 간을 접속 연결하는 유성 기어부를 구비하는 유성 기어 열을 더 포함하고, 상기 제1 기어부는 상기 링 기어를 구비하고, 상기 제2 기어부는 상기 캐리어를 구비하고, 상기 제3 기어부는 상기 선 기어를 구비할 수 있다.

또한, 상기 제2 기어부는 회전 가능하고 주동 기어를 수납하는 차동 케이스를 구비하고, 상기 제1 및 제3 기어부는 상기 주동 기어에 베벨 기어 방식으로 치합되는 제1 및 제2 종동기어를 각각 구비할 수 있다.

또한, 상기 제1 기어부는 타원형의 웨이브 캠을 구비하고, 상기 제2 기어부는 상기 웨이브 캠의 외부에 장착되고, 외주면에 복수개의 치형이 성형되고, 상기 웨이브 캠에 의해 탄성 변형되는 플렉스 스플라인(flex spline)을 구비하고, 상기 제3 기어부는 상기 플렉스 스플라인을 수납하고 상기 플렉스 스플라인과 맞물리는 내부에 치형이 형성된 원형 스플라인을 구비할 수 있다.

본 발명에 따른 회전 장치 제어 방법은, 제1 기어를 구비하는 제1 기어부; 상기 제2 기어와 연결되어 상기 제2 기어와 상대 회전하는 제3 기어를 구비하는 제3 기어부; 및 상기 제1 내지 제3 기어부 중 두 개의 기어부인 제1 및 제2 입력 기어부에 회전 구동력을 각각 제공하여 나머지 기어부인 출력 기어부의 출력 파워를 결정하는 제1 및 제2 구동부를 포함하는 순간 가속 구현이 가능한 회전 장치를 제어하는 방법으로서, 상기 제1 및 제2 구동부 중 적어도 하나는 상기 제1 및 제2 입력 기어부 중 적어도 하나의 회전 속력을 변경하여 상기 출력 파워인 출력 회전 속도 및 출력 토크 중 적어도 하나를 변화시키는 단계를 포함하고, 상기 출력 파워의 변화 전후의 상기 제1 입력 기어부의 각각의 회전 방향은 상기 제1 입력 기어부의 초기 회전 방향과 동일하고, 상기 출력 파워의 변화 전후의 상기 제2 입력 기어부의 각각의 회전 방향은 상기 제2 입력 기어부의 초기 회전 방향과 동일할 수 있다.

본 발명에 따른 회전 장치는 입력부의 구동 장치가 계속 회전하도록 하여, 회전 장치가 정지 상태 또는 회전 상태일 때 높은 출력의 토크를 가질 수 있다.

본 발명에 따른 회전 장치는 높은 가속 성능, 동력 전달 효율, 에너지 효율을 가질 수 있으며, 낮은 진동을 발생시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 장치의 구조 블럭도,
도 2는 도 1의 회전 장치의 일실시례를 도시한 도면,
도 3 및 도 4는 도 2에 도시된 회전 장치의 각각의 실시 예에 따른 기어열의 단면도,
도 5는 회전 장치의 다른 실시예를 도시한 도면,
도 6은 회전 장치의 또 다른 실시예를 도시한 도면이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 또한 네트워크 상의 제1 구성요소와 제2 구성요소가 연결되어 있거나 접속되어 있다는 것은, 유선 또는 무선으로 제1 구성요소와 제2 구성요소 사이에 데이터를 주고 받을 수 있음을 의미한다.

또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.

이와 같은 구성요소들은 실제 응용에서 구현될 때 필요에 따라 2 이상의 구성요소가 하나의 구성요소로 합쳐지거나, 혹은 하나의 구성요소가 2 이상의 구성요소로 세분되어 구성될 수 있다. 도면 전체를 통하여 동일하거나 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하였고, 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소에 대한 자세한 설명은 전술한 구성요소에 대한 설명으로 대체되어 생략될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 장치의 구조 블럭도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 회전 장치는 제1 내지 제3 기어부(G1~G3), 및 제1 내지 제3 구동 공급부(D1~D3) 중 적어도 두 개를 포함할 수 있다.

제1 내지 제3 기어부(G1~G3) 각각은 입력 또는 출력 축으로 작동하는 제1 내지 제3 회전 축(a1~a3)을 구비할 수 있다. 제1 내지 제3 기어부(G1~G3) 중 적어도 하나는 회전 축(a1~a3 중 하나)에 체결되거나 연결된 기어(g1~g3 중 하나)를 구비할 수 있다. 예를 들어, 제1 회전 축(a1)은 제1 기어(g1)를 구비할 수 있으며, 제1 기어(g1)는 제1 회전 축(a1)과 동일 축을 가지도록 직접 체결되거나 기어 연결 또는 캐리어 등의 연결 바를 통해 연결될 수 있다.

제1 내지 제3 기어부(G1~G3)는 각각 제1 내지 제3 기어(g1~g3)를 구비할 수 있다. 제2 기어(g2)는 제1 기어(g1)에 연결되어 제1 기어(g1)와 상대 회전할 수 있다. 제2 기어(g2)는 제3 기어(g3)에 연결되어 제3 기어(g3)와 상대 회전할 수 있다. 각 기어의 회전은 자전을 기본으로 하며, 추가로 공전할 수 있다. 제1 내지 제3 회전 축(a1~a3) 중 어느 한 축의 회전 속도는 제1 내지 제3 기어(g1~g3)의 연결에 의해 제1 내지 제3 회전 축(a1~a3) 중 나머지 두 개의 회전 속도에 종속될 수 있다.

제1 내지 제3 구동 공급부(D1~D3)는 각각 제1 내지 제3 회전 축(a1~a3)에 연결될 수 있다. 각 구동 공급부는 연결된 각 회전 축이 회전하도록 구동력을 공급할 수 있으며, 제동기를 구비하여 회전 축의 회전을 감소시키거나 정지시킬 수 있다. 각 구동 공급부는 회전 관성을 크게 하기 위해 플라이 휠을 구비할 수 있다. 플라이 휠은 기어부의 회전축에 구동 공급부와 독립하여 체결될 수 있다.

본 회전 장치의 구성요소들은 입력부와 출력부로 구분될 수 있다.

입력부는 제1 내지 제3 구동 공급부(D1~D3) 중 두 개의 구동 공급부(이하, '제1 및 제2 구동부')를 구비할 수 있다. 입력부는 제1 내지 제3 기어부(G1~G3) 중 제1 및 제2 구동부 각각에 연결된 기어부(이하, '제1 및 제2 입력 기어부')를 더 구비할 수 있다. 제1 및 제2 구동부는 제1 및 제2 입력 기어부에 회전 구동력을 공급할 수 있다.

출력부는 제1 내지 제3 기어부(G1~G3) 중 입력부가 아닌 기어부(이하, '출력 기어부')를 구비할 수 있다. 출력부의 출력축은 출력 기어부의 회전 축일 수 있다.

출력부는 제1 내지 제3 구동 공급부(D1~D3) 중 입력부가 아닌 구동 공급부(이하, '출력 구동부')를 더 구비할 수 있다. 출력 구동부는 출력축에 추가로 동력(회전력)을 공급할 수 있다.

본 발명에 따른 회전 장치는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 제어부는 통상적으로 제1 및 제2 구동부의 동작을 제어하여 본 발명에 따른 회전 장치의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 제어부는 제1 및 제2 구동부 중 적어도 하나를 제어하여, 제1 및 제2 입력 기어부 중 적어도 하나의 회전 속력을 제어하고, 최종적으로 출력 기어부의 출력 파워를 결정할 수 있다.

출력 파워는 출력축의 출력 파워은 출력축의 회전 속도(이하, '출력 회전 속도') 및 토크(이하, '출력 토크')를 의미한다.

제1 및 제2 구동부는 제1 및 제2 입력 기어부에 회전 구동력을 각각 제공하여 출력 기어부의 출력 파워를 결정할 수 있다. 결정되는 출력 파워은 출력 회전 속도 및 출력 토크이거나, 출력 회전 속도 및 출력 토크 중 어느 하나일 수 있다. 초기 구동시 출력 회전 속도 및 출력 토크 모두가 결정되는 것이 바람직하다.

출력 기어부가 특정 회전 속도로 회전할 때, 제1 및 제2 입력 기어부 각각의 회전 방향은 제1 및 제2 입력 기어부 각각의 초기 회전 방향과 동일하도록 구동하는 것이 바람직하다. 이는 제1 및 제2 구동부의 회전 방향 역전이 발생하지 않음을 의미한다. 예를 들어 구동부가 모터인 경우, 모터의 정역회전할 필요가 없어 정역회전에 따른 문제가 발생하지 않는다. 제1 및 제2 구동부는 계속해서 한 쪽 방향으로만 회전하면 되므로, 회전 방향 역전에 따른 모터의 기계 또는 전기적인 문제에 자유롭다. 이는 제1 및 제2 구동부에 다양한 모터를 채택할 수 있음을 의미할 수 있다. 제1 및 제2 구동부의 회전 방향 역전이 일어나지 않기 때문에, 회전 방향 역전에 따른 모터 등의 기계적인 충격, 진동, 고장률 등이 저하될 수 있으며, 모터에 공급하는 에너지원의 전압 변경 등에 따른 서지 전압 등을 예방할 수 있다.

출력 회전 속도 및 출력 토크 중 적어도 하나가 0이 아닌 경우, 제1 및 제2 입력 기어부의 회전 속력은 0을 초과하는 것이 바람직하다. 모터(제1 및 제2 구동부)의 일방향의 회전 속력만 변화되도록 하여 출력 파워의 변동이 가능하기 때문에, 제어가 용이해질 수 있다.

제어부는 제1 및 제2 입력 기어부의 회전 속력을 다양하게 하여, 특정 출력 회전 속도에 다양한 출력 토크를 가질 수 있다. 예를 들어, 제어부는 출력 회전 속도가 0이면서, 출력 토크를 변화시킬 수 있다. 이 때, 출력 토크는 0이 아닌 것이 바람직하다.

제1 및 제2 구동부 중 적어도 하나는 연결된 입력 기어부의 회전 속력을 변경하여 출력 기어부의 회전 출력을 변화시킬 수 있다. 회전 출력의 변화는, 출력 회전 속도가 일정하고 출력 토크가 변동하는 경우, 출력 회전 속도가 변동하고 출력 토크가 일정한 경우, 그리고, 출력 회전 속도 및 출력 토크 모두가 변동하는 경우 중 어느 하나일 수 있다.

회전 출력이 변화되는 경우, 제1 및 제2 입력 기어부 각각의 회전 방향은 초기 회전 방향과 동일한 것이 바람직하다. 모터가 일방향으로만 회전할 수 있기 때문다. 또한, 제1 및 제2 입력 기어부의 회전 속력은 0을 초과하는 것이 바람직하다. 즉각적인 출력 변동이 가능해지기 때문이다.

회전 출력 중 출력 회전 속도는 제1 방향에서 제2 방향으로 변동될 수 있다. 즉 제1 및 제2 입력 기어부의 방향 역전 없이 각각의 회전 속력 변화만으로 출력 회전 속도가 정회전에서 역회전으로 변동될 수 있다.

제1 및 제2 구동부 중 적어도 하나의 구동부는 연결된 입력 기어부의 회전을 급정지하여 출력 기어부의 회전 속도를 입력 기어부의 급정지에 대응하여 급변시킬 수 있다.

입력부 중 제1 입력 기어부는 제2 입력 기어부 보다 회전 관성이 큰 것이 바람직하다. 그 차이는 2 내지 10000의 비율인 것이 바람직하다. 제1 입력 기어부의 높은 회전 관성은 앞서 언급한 플라이 휠 등으로 구현될 수 있다. 이 때, 앞서 언급한 입력부의 급정지로 출력부의 급격한 회전 속도 변경 시, 회전 관성이 작은 제2 입력 기어부의 회전을 급정지하는 것이 바람직하다. 그리고, 회전 관성이 더 큰 제1 입력 기어부는 일정 속도를 유지하는 것이 바람직하다. 출력부가 급가속을 수행할 때, 회전 관성이 큰 제1 입력 기어부를 특정 속도로 회전되도록 하면 인정적이며 일관된 출력부의 급가속 성능이 유지될 수 있기 때문이다.

도 2는 도 1의 회전 장치의 일실시례를 도시한 도면이고, 도 3 및 도 4는 도 2에 도시된 회전 장치의 각각의 실시 예에 따른 기어열의 단면도이고, 도 7은 본 회전 장치 제어 방법의 일실시예에 따른 순서도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 회전 장치는 복수의 기어부(110, 130, 140, 120), 및 제1 및 제2 구동부(152, 162)를 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 감속 장치는 유성 기어 장치일 수 있다.

복수의 기어부는 링(ring) 기어부(110), 캐리어부(120), 및 선(sun) 기어부(130)를 포함할 수 있다. 복수의 기어부는 도 1에 도시된 제1 내지 제3 기어부(G1~G3)에 각각 대응될 수 있다. 즉 제1 기어부(G1)는 링 기어부(110), 제2 기어부(G2)는 캐리어부(120)에, 제3 기어부(G3)는 선 기어부(130)에 각각 대응될 수 있다.

링 기어부(110)는 링 기어(112) 및 링 기어 축(115)을 구비할 수 있다. 링 기어(112) 및 링 기어 축(115)는 도 1의 제1 기어(g1) 및 제1 회전 축(a1)에 각각 대응될 수 있다.

선 기어부(130)는 선 기어(132) 및 선 기어 축(135)을 구비할 수 있다. 선 기어(132) 및 선 기어 축(135)은 도 1의 제3 기어(g3) 및 제3 회전 축(a3)에 각각 대응될 수 있다.

캐리어부(120)는 캐리어(122) 및 캐리어 축(125)을 구비할 수 있다. 캐리어부(120)는 는 유성 기어부(140)를 더 구비할 수 있다. 유성 기어부(140)는 적어도 하나의 유성 기어(142, 144)를 구비할 수 있다. 캐리어 축(125) 및 유성 기어(142, 144)는 도 1의 제2 회전 축(g2) 및 제2 기어(g2)에 각각 대응될 수 있다.

링 기어(112)와 선 기어(132)는 동일한 축 상에 배열될 수 있다. 링 기어(112)와 선 기어(132)는 유성 기어부(140)에 의해 서로 접속 연결될 수 있다. 유성 기어부(140)는 캐리어(122)에 의해 연결되며, 적어도 하나의 유성 기어로 구성될 수 있다. 본 실시예에서 유성 기어부(140)는 제1 및 제2 유성 기어(142, 144)으로 구현하였으나, 이에 한정되지 않고 1개 또는 3개 이상으로 구현될 수 있다. 링 기어(112), 선 기어(132), 유성 기어부(140), 및 캐리어(122)은 유성 기어 열(planet gear train)을 구성할 수 있다. 도 3은 유성 기어 열의 각 기어의 배치 상태를 나타낸 일례이며 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 3과 같이 캐리어 축(125)이 중공으로 형성되어 선 기어 축(135)이 외부로 돌출되거나, 도 4와 같이 링 기어 축(115)이 중공으로 형성되어 선 기어 축(135)이 링 기어 축의 중공을 통해 외부로 돌출될 수 있다. 도 4의 경우 캐리어 축(125)은 중공이 아닌 형상으로 제작될 수 있다.

제1 및 제2 구동부(152, 162)는 링 기어부(110), 선 기어부(130), 및 캐리어부(120) 중 두 개에 구동력을 공급할 수 있다. 이에 의해 복수의 기어부 중 두 개는 입력단이 되고, 나머지 하나는 출력단이 된다. 제1 및 제2 구동부(152, 162)는 회전력을 제공하는 모든 장치일 수 있으며, 본 실시예에서 모터로 도시하였으며, 이에 한정되지 않는다. 제1 및 제2 구동부(152, 162)는 링 기어부(110), 선 기어부(130), 및 캐리어부(120) 중 구동력을 입력 받을 유닛의 링 기어(112), 선 기어(132), 및 캐리어(122)에 직접 회전력을 제공하거나 입력 유닛의 기어의 각 축(115, 135, 125)에 직접 회전력을 제공하거나 기어나 벨트, 체인 등을 이용하여 회전력을 제공할 수 있다.

제1 및 제2 구동부(152, 162)는 제동기(미도시)를 더 구비할 수 있다. 제동기는 입력 유닛의 회전을 제동할 수 있다. 제동기는 일반적인 브레이크 구조가 사용될 수 있다. 제동기는 공기 저항, 회생 브레이크, AC 모터의 비상 정지 장치 등을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 회전 장치는 제어부(100)를 더 포함할 수 있다. 제어부(100)는 통상적으로 제1 및 제2 구동부(152, 162)의 동작을 제어하여 본 발명에 따른 회전 장치의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.

도 3을 참조하면, 본 실시예에서 제1 및 제2 구동부(152, 162)는 각각 링 기어부(110) 및 선 기어부(130)에 구동력을 제공하는 것으로 도시하였다. 다만 이에 한정되지 않고 다양한 조합으로 링 기어부(110), 선 기어부(130), 및 캐리어부(120) 중 두 유닛에 구동력을 제공할 수 있다.

제1 및 제2 구동부(152, 162)는 링 기어부(110) 및 선 기어부(130)에 구동력을 각각 제공하여 출력부인 캐리어부(120)의 출력 파워를 결정할 수 있다. 출력 파워는 출력 회전 속도 및 출력 토크로 구성될 수 있다.

제어부(100)는 제1 및 제2 구동부(152, 162)의 구동력을 제어하여 캐리어부(120)의 출력 파워를 결정할 수 있다. 이하, 제어부(100)의 제1 및 제2 구동부(152, 162)의 구동력 제어와 제1 및 제2 구동부(152, 162)의 구동력 제공을 혼용하여 사용하기로 한다. 제어부(100)는 제1 및 제2 입력 기어부인 링 기어부(110) 및 선 기어부(130)의 회전력을 제1 및 제2 구동부(152, 162)의 구동력 제어을 통해 제어할 수 있다.

도 7을 참조하면, 제어부(100)는 통신부(미도시)나 다양한 인터페이스를 통해 사용자로부터 제1 파워 명령(P1)를 수신할 수 있다(S410). 제어부(100)는 캐리어부(120)의 출력 파워가 수신한 제1 파워 명령(P1)에 대응하도록 하는 링 기어부(110)의 회전 속력(Vi1) 및 선 기어부(130)의 회전 속력(Vi2)을 설정할 수 있다(S420).

캐리어부(120)의 출력 파워 중 출력 회전 속도는 제1 파워 명령(P1)의 제1 회전 속도 명령(Vo1)와 동일한 것이 바람직하다. 회전 장치의 제어 중 가장 중요한 부분이 회전 속도이기 때문이다. 캐리어부(120)의 출력 파워 중 출력 토크는 제1 파워 명령(P1)의 제1 토크 명령(τ1)과 마진(margin)을 가지는 영역(boundary)에서 결정될 수 있다. 즉, 실제 캐리어부(120)의 출력 회전 속도는 제어 명령에 동일하고 출력 토크는 제어 명령과 기설정된 차이가 있도록 제어될 수 있다. 캐리어부(120)의 출력 토크는 제어 명령 즉 제1 파워 명령(P1)의 제1 토크 명령(τ1)와 약간의 차이가 있어도 무방하며, 실제 출력 토크가 제어 명령 상의 제1 토크 명령(τ1) 보다 더 큰 것이 바람직하다. 이러한 제어는 후술하는 출력 파워 변경 단계에도 적용될 수 있다.

제어부(100)는 링 기어부(110) 및 선 기어부(130) 각각의 회전 속력(Vi1, Vi2)을 다양하게 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어부(100)는 링 기어부(110) 및 선 기어부(130) 모두의 회전 속력이 변경되거나, 둘 중 하나만 변경되도록 결정할 수 있다. 또는, 제어부(100)는 링 기어부(110) 및 선 기어부(130) 중 어느 하나의 회전 속력을 상승시키고 나머지는 하강시키도록 결정할 수 있다. 또는, 링 기어부(110) 및 선 기어부(130) 모두의 회전 속력을 상승 또는 하강되도록 결정될 수 있다.

제어부(100)는 링 기어부(110) 및 선 기어부(130)가 결정된 각각의 회전 속력(Vi1, Vi2)에 대응하여 회전하도록 제1 및 제2 구동부(152, 162)에 제어 신호를 전송할 수 있다.

제어부(100)는 링 기어부(110) 및 선 기어부(130)의 회전 방향은 초기 회전 방향과 동일하도록 제어할 수 있다.

캐리어부(120)의 출력 회전 속도 및 출력 토크 중 적어도 하나가 0이 아닌 경우, 제어부(100)는 링 기어부(110) 및 선 기어부(130) 각각의 회전 속력이 0을 초과하도록 제어하는 것이 바람직하다.

제어부(100)는 캐리어부(120)의 출력 회전 속도가 0이고 출력 토크는 0을 초과하도록 제어할 수 있다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 제어부(100)는 링 기어부(110) 및 선 기어부(130) 중 어느 하나 또는 양자의 회전 속력을 변경하여 캐리어부(120)의 출력 회전 속도 및 출력 토크 중 적어도 하나를 변경시킬 수 있다. 캐리어부(120)의 출력 회전 속도 변경은 회전 속력의 가감속 및 회전 방향의 변화 등을 포함할 수 있다.

도 7을 참조하면, 제어부(100)는 제2 파워 명령(P2)를 수신할 수 있다(S430).

제어부(100)는 제2 파워 명령(P2)이 적절한 것인지 판단할 수 있다(S440). 예를 들어, 제1 및 제2 명령 토크(τ1, τ2)는 서로 동일하고 제1 및 제2 회전 속도(Vo1, Vo2)는 서로 상이한 경우, 제1 및 제2 명령 토크(τ1, τ2)는 서로 상이하고 제1 및 제2 회전 속도(Vo1, Vo2)는 서로 동일한 경우, 및 제1 및 제2 명령 토크(τ1, τ2)는 서로 동일하고 제1 및 제2 회전 속도(Vo1, Vo2)는 서로 상이한 경우, 제어부(100)는 적절한 것으로 판단한다. 그렇지 않을 경우, 제어부(100)는 에러 처리할 수 있다(S460).

제2 파워 명령(P2)이 적절한 경우, 제어부(100)는 출력 파워가 제2 파워 명령(P2)에 대응하도록 하는 링 기어부(110)의 회전 속력(Vi1) 및 선 기어부(130)의 회전 속력(Vi2)을 재설정할 수 있다(S450).

제어부(100)는 링 기어부(110) 및 선 기어부(130) 중 어느 하나의 회전을 급정지하여 캐리어부(120)의 회전 속력을 급가속(급감속 포함) 시킬 수 있다. 캐리어부(120)의 회전 급가속 시간은 회전 급정지에 대응될 수 있으며, 이에 의해 제동 시간에 대응하여 출력 기어부의 회전 급가속이 가능하다.

제어부(100)는 출력 기어부(캐리어부(120))가 시계 또는 반시계 방향으로 특정 회전 속력으로 회전하게 하거나 정지 상태에 있도록 하기 위해, 제1 및 제2 입력 기어부(링 기어부(110), 선 기어부(130))의 회전 속도를 조절할 수 있다. 이 때, 제1 및 제2 입력 기어부의 회전 속력은 일정하며, 0 값 보다 큰 것이 바람직하다. 제1 및 제2 입력 기어부의 회전 방향은 초기 구동시 회전 방향과 동일한 것이 바람직하다. 즉 출력 기어부의 출력 파워를 조정하는 경우, 제1 및 제2 구동부의 각각의 회전 방향은 초기부터 일관되어야 한다.

제1 및 제2 입력 기어부의 회전 속력은 링 기어(112) 및 선 기어(132)의 잇수와, 서로의 상대 속도에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 출력 기어부가 정지 상태가 되도록 하기 위해, 제1 및 제2 입력 기어부의 회전 속도는 서로 반대 방향으로 회전하고 서로의 잇수에 반비례하게 각속력을 유지할 수 있다.

출력 기어부가 정지 상태에서 특정 방향으로 특정 회전 속력이 되도록 하는 경우, 제어부(100)는 제1 입력 기어부를 가속 또는 감속시키거나, 제2 입력 기어부를 가속 또는 감속 시키거나, 제1 및 제2 입력 기어부 중 하나는 가속시키고 다른 하나는 감속 시킬 수 있다. 필요에 따라 제1 및 제2 입력 기어부 모두를 가속시키거나 감속키실 수 있다. 모두를 가/감속키시는 경우, 가속 비율을 달리 하는 것이 바람직하다. 감속시키는 경우, 제동부(미도시)를 이용하여 제1 및 제2 입력 기어부를 감속시킬 수 있다. 제동부는 다양한 제동 장치에 의해 구현될 수 있다.

급가속의 예를 들면, 각 기어부(110, 120, 130)의 감속비에 따라, 제어부(100)는 링 기어부(110) 및 선 기어부(130)를 특정 회전 속도로 회전시켜 캐리어부(120)의 회전 속도가 0이 되도록 할 수 있다. 그 후, 링 기어부(110) 및 선 기어부(130) 중 어느 하나를 급제동하면, 급제동 시간에 비례하여 캐리어부(120)의 회전 속도가 각 기어부의 감속비에 대응하여 급가속된다.

액츄에이터와 같은 원동 장치의 경우, 원동 장치가 정지되어 있는 상태에서 운동하는 상태로 변이할 때 초기에 강한 로드가 부과된다. 그러나, 본 실시예의 경우 제1 및 제2 입력 기어부가 운동하고 있는 상태에서 다른 운동 상태로 천이되는 것이라 초기 구동에 따른 로드 부담이 현저히 적어질 수 있다.

위와 같은 원리로, 출력 기어부가 정회전에서 역회전, 예를 들어, 시계방향에서 반시계 방향으로 천이되는 경우, 제1 및 제2 입력 기어부의 회전량을 변화시킴으로써 부드럽고 자연스러운 속도 변화를 얻을 수 있다.

본 제어에 따르면, 출력 기어부의 회전 속도 제어를 위해, 입력인 제1 및 제2 입력 기어부가 정지 상태에서 운동 상태로 변화하거나, 정회전에서 역회전으로 변화할 필요가 없다. 또한 출력 기어부의 급격한 가속을 위해 입력인 제1 및 제2 입력 기어부를 모두 감속되도록 할 수 있는데, 이 경우 구동 장치(제1 및 제2 구동부(152, 162))의 가속시 발생하는 저항으로부터 자유로울 수 있다. 이에 따라 출력 기어부는 높은 토크를 가질 수 있다.

제1 및 제2 입력 구동부(152, 162)의 관성 모멘트를 더 크게 하기 위해, 제1 및 제2 입력 기어부 중 적어도 하나는 플라이 휠(154, 164)을 더 포함할 수 있다. 제1 및 제2 입력 기어부 중 어느 하나에만 플라이 휠을 구비하고, 위에서 언급한 제동기는 제1 및 제2 입력 기어부 중 플라위 휠이 장착되지 않은 기어부의 회전을 제동시키는 것이 바람직하다.

도 5는 회전 장치의 다른 실시예를 도시한 도면이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전 장치는 복수의 기어부(210, 220, 230), 및 복수의 구동 공급부(250, 260, 270)를 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 감속 장치는 차동 기어 장치일 수 있다.

복수의 구동 공급부(250, 260, 270)는 도 1의 제1 내지 제3 구동 공급부(D1~D3)에 대응할 수 있으며, 이 중 두 개의 구동 공급부는 도 2 내지 도 4의 제1 및 제2 구동부(152, 162)에 대응할 수 있다. 이에 자세한 설명을 생략한다.

복수의 기어부는 차동 기어부(220)와 제1 및 제2 사이드 기어부(210, 230)를 포함할 수 있다. 복수의 기어부(210, 220, 230)는 도 1에 도시된 제1 내지 제3 기어부(G1~G3)에 각각 대응될 수 있다. 즉 제1 기어부(G1)는 제1 사이드 기어부(210), 제2 기어부(G2)는 차동 기어부(220)에, 제3 기어부(G3)는 제2 사이드 기어부(230)에 각각 대응될 수 있다.

차동 기어부(220)는 주동 기어(222) 및 차동 케이스(221)를 구비할 수 있다. 차동 케이스(221)는 회전 가능하고 주동 기어(222)를 수납할 수 있다. 주동 기어(222)는 도 1의 제1 기어(g1)에 대응될 수 있다. 도 1의 제1 회전 축(a1)에 대응할 수 있는 회전 축은 도시되지 않았으며, 다양하게 구현될 수 있다. 차동 기어부(220)는 차동 케이스(221)와 일체로 회전하는 링기어(224)를 더 구비할 수 있다.

제1 및 제2 사이드 기어부(210, 230)는 제1 및 제2 종동 기어(212, 232), 및 제1 및 제2 종동 기어 축(215, 235)을 각각 구비할 수 있으며, 이들은 도 1의 제1 및 제3 기어(g1, g3), 및 제1 및 제3 회전 축(a1, a3)에 각기 대응될 수 있다.

제1 및 제2 종동 기어(215, 235)는 주동 기어(222)에 베벨 기어 방식으로 치합될 수 있다. 제1 및 제2 종동 기어(215, 235)는 차동 케이스(221)에 설치되고, 제1 및 제3 종동 기어 축(215, 235)에 각각 연결될 수 있다.

주동 기어(222)는 차동 케이스(221)에 고정되어 있는 피니언 샤프트에서 회전하는 유성 피니언을 구비할 수 있다. 제1 및 제2 종동 기어(215, 235)는 주동 기어(222), 즉 유성 피니언과 치합할 수 있다.

도 6은 회전 장치의 또 다른 실시예를 도시한 도면이다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 회전 장치는 복수의 기어부(310, 320, 330)를 구비할 수 있다. 복수의 구동 공급부는 도면에서 생략되었다. 본 실시예에 따른 감속 장치는 하모닉 드라이브(harmonic drive)일 수 있다. 복수의 기어부(310, 320, 330) 각각에 연결되는 회전 축은 도시되지 않았으나, 하모닉 드라이브 장치에 비추어 통상의 기술자라면 용이하게 연결할 수 있을 것이다.

제1 내지 제3 기어부(310, 320, 330)은 도 1의 제1 내지 제3 기어부(G1~G3)에 각각 대응될 수 있다.

제1 기어부(310)는 타원형의 웨이브 캠(310)을 구비할 수 있다. 웨이브 캠(310)은 웨이브 제너레이터(wave generator)로도 알려져 있다.

제2 기어부(320)는 웨이브 캠(310)의 외부에 장착되고, 외주면에 복수개의 치형이 성형되고, 웨이브 캠(310)에 의해 탄성 변형되는 플렉스 스플라인(flex spline)(320)을 구비할 수 있다. 제2 기어부(320)는 웨이브 캠(310)과 플렉스 스플라인(320) 사이에서 지지되는 복수의 볼베어링(미도시)를 더 구비할 수 있다.

제3 기어부(330)는 플렉스 스플라인(320)을 수납하고 플렉스 스플라인(320)과 맞물리는 내부에 치형이 형성된 원형 스플라인(330)을 구비할 수 있다. 원형 스플라인(330)는 플렉스 스플라인(320)의 치형 보다 치가 더 많이 구성되는 것이 바람직하다.

상기 본 발명은 하드웨어 또는 소프트웨어에서 구현될 수 있다. 구현은 상기 본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 즉, 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 매체를 포함한다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 저장 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터가 읽을 수 있는 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈, 및 기타 데이터 등 정보 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로서 구현된 모든 저장 가능한 매체를 포함하는 것으로, 휘발성/비휘발성/하이브리드형 메모리 여부, 분리형/비분리형 여부 등에 한정되지 않는다. 통신 저장 매체 는 반송파와 같은 변조된 데이터 신호 또는 전송 메커니즘, 임의의 정보 전달 매체 등을 포함한다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.

100: 제어부 110: 링 기어부
120: 캐리어부 130: 선 기어부
210, 230: 제1 및 제2 사이드 기어부
220: 차동 기어부
310: 웨이브 캠 320: 플렉스 스플라인
330: 원형 스플라인

Claims (1)

1. 제1 기어를 구비하는 제1 기어부;
   상기 제1 기어와 연결되어 상기 제1 기어와 상대 회전하는 제2 기어를 구비하는 제2 기어부;
   상기 제2 기어와 연결되어 상기 제2 기어와 상대 회전하는 제3 기어를 구비하는 제3 기어부; 및
   상기 제1 내지 제3 기어부 중 두 개의 기어부인 제1 및 제2 입력 기어부에 회전 구동력을 각각 제공하여 나머지 기어부인 출력 기어부의 출력 파워를 결정하는 제1 및 제2 구동부를 포함하고,
   상기 제1 및 제2 구동부 중 적어도 하나는 상기 제1 및 제2 입력 기어부 중 적어도 하나의 회전 속력을 변경하여 상기 출력 파워인 출력 회전 속도 및 출력 토크 중 적어도 하나를 변화시키고,
   상기 출력 파워의 변화 전후의 상기 제1 입력 기어부의 각각의 회전 방향은 상기 제1 입력 기어부의 초기 회전 방향과 동일하고,
   상기 출력 파워의 변화 전후의 상기 제2 입력 기어부의 각각의 회전 방향은 상기 제2 입력 기어부의 초기 회전 방향과 동일한, 회전 장치.

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